JPH06288265A - ガスエンジンの空燃比制御方法及び装置 - Google Patents

ガスエンジンの空燃比制御方法及び装置

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JPH06288265A
JPH06288265A JP7721593A JP7721593A JPH06288265A JP H06288265 A JPH06288265 A JP H06288265A JP 7721593 A JP7721593 A JP 7721593A JP 7721593 A JP7721593 A JP 7721593A JP H06288265 A JPH06288265 A JP H06288265A
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JP
Japan
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vibration
gas engine
flow rate
sensor
engine
Prior art date
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Application number
JP7721593A
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English (en)
Inventor
Takahiko Miyairi
崇彦 宮入
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Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Gas Co Ltd filed Critical Tokyo Gas Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ガスエンジンの空燃比を、酸素センサーを用い
ずに希薄限界に制御して高効率と、低NOxを実現す
る。 【構成】ガスエンジンに設けた回転数センサー及び振動
センサーと、ミキサ−に設けたスロットルバルブの開度
センサーと、ミキサーに至る燃料経路に設けた流量調節
手段と、これらのセンサーからの信号を入力とすると共
に、流量調節手段の開度信号を出力とする制御装置とか
ら構成し、制御装置は、上記センサーにより得られるエ
ンジン回転数と、スロットルバルブの開度と、流量調節
手段の流量調節信号との対応関係からエンジン出力を算
出し、このエンジン出力と対応関係にある許容振動変動
率を算出すると共に、振動センサーの出力から振動変動
率を算出し、この振動変動率を上記許容振動変動率とす
るように流量調節手段の開度をフィードバック制御す
る。 【効果】コストを低減することができると共に、耐久性
や信頼性も高くなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ヒートポンプ装置用等
に使用するガスエンジンの空燃比制御方法及び装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】ガスエンジンは、希薄空燃比での運転に
より低NOxと高い熱効率が得られるため、空燃比はで
きるだけ希薄にすることが好ましい。しかし希薄にし過
ぎると燃焼が不安定になり、エンストを起こしやすくな
るので、空燃比は希薄限界を維持するように制御するこ
とが好ましい。
【0003】そのため従来の空燃比制御装置では、図6
に示すようにエンジンの排気経路中に酸素センサーを設
置し、排気ガス中の残存酸素濃度が予め設定された値と
なるように燃料経路に設けた流量調節手段をフィードバ
ック制御している。
【0004】即ち、図6において符号1はガスエンジ
ン、2はミキサー、3,4は夫々ミキサー2への燃料ガ
ス経路、空気経路であり、燃料ガス経路3には電動弁ま
たはインジェクターで構成した流量調節手段5を設置し
ている。そして符号6,7は混合気経路、排気経路であ
り、排気経路7に安定化ジルコニア酸素センサー等の酸
素センサー8を設けている。また符号9はマイクロコン
ピュータ応用装置等により構成した制御装置であり、こ
の制御装置9は、酸素センサー8からの入力信号から排
気ガス中に残存している酸素濃度を検出し、これが予め
設定した値となるように流量調節手段5に開度信号を出
力する構成である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上に述べた従来の空
燃比制御機構では、次のような課題がある。 酸素センサーが高価であるため、コスト高である。 酸素センサーの寿命が短いため、定期的な交換が必
要となり、面倒であると共に、この点でもコスト高にな
ってしまう。 従って本発明は、このような課題を解決することを目的
としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明では、まずガスエンジンに振動センサー
を設置して、その出力から振動変動率を算出し、この振
動変動率を、予め設定した許容振動変動率に維持するよ
うに燃料ガスの流量調節手段をフィードバック制御する
ガスエンジンの空燃比制御方法を提案する。
【0007】そして本発明では、上記方法において許容
振動変動率はガスエンジンの出力に対応して設定するこ
とを提案する。
【0008】また本発明では、ガスエンジンに設けた回
転数センサー及び振動センサーと、ミキサ−に設けたス
ロットルバルブの開度センサーと、ミキサーに至る燃料
経路に設けた流量調節手段と、これらのセンサーからの
信号を入力とすると共に、流量調節手段の開度信号を出
力とする制御装置とから構成し、制御装置は、上記セン
サーにより得られるエンジン回転数と、スロットルバル
ブの開度と、流量調節手段の流量調節信号との対応関係
からエンジン出力を算出し、このエンジン出力と対応関
係にある許容振動変動率を算出すると共に、振動センサ
ーの出力から振動変動率を算出し、この振動変動率を上
記許容振動変動率とするように流量調節手段の開度をフ
ィードバック制御するようにした空燃比制御機構を提案
する。
【0009】そして本発明では、上記空燃比制御機構に
おいて、振動変動率は、一定時間内に多数回測定した加
速度出力の標準偏差とすることを提案する。
【0010】
【作用】ガスエンジンの振動の変動率は空燃比が希薄に
なるに従って増大するという性質があり、即ち、振動変
動率と空燃比は対応関係にある。そこで振動センサーに
より得られる振動変動率に着目し、これを、予め設定し
た値に維持するように燃料ガスの流量調節手段をフィー
ドバック制御することにより、ガスエンジンを所望の空
燃比で動作させることができる。
【0011】従って空燃比の希薄限界に対応する振動変
動率を設定値として、この値を維持するように流量調節
手段の開度をフィードバック制御することにより、ガス
エンジンを空燃比の希薄限界で動作させることができ
る。
【0012】振動変動率は、一定時間内に多数回測定し
た加速度出力の標準偏差とすれば、瞬間的な大きな変動
には影響されず、安定した制御系を得ることができる。
【0013】振動変動率の許容値、即ち許容振動変動率
はエンジン出力に従って変化するので、許容振動変動率
をエンジン出力に応じて設定すれば、ガスエンジンを、
その出力範囲にわたって空燃比の希薄限界で動作させる
ことができる。
【0014】エンジン出力は、エンジンの回転数と、ス
ロットル弁の開度と、燃料調節手段の開度との対応関係
から求めることができ、従ってこれらを検出する回転数
センサー、スロットル弁開度センサーを設置すると共
に、燃料調節手段の開度を検出可能な制御装置とによ
り、エンジン出力、そして対応する許容振動変動率を求
めることができる。
【0015】
【実施例】次に本発明を、図に示す実施例につき説明す
る。図1は本発明の空燃比制御装置の構成を概念的に示
す系統図であり、従来例を示す図6と同様な構成要素に
は、同一の符号を付している。即ち、符号1はガスエン
ジン、2はミキサー、3,4は夫々ミキサー2への燃料
ガス経路、空気経路であり、燃料ガス経路3には電動弁
またはインジェクターで構成した流量調節手段5を設置
している。また符号6,7は混合気経路、排気経路であ
る。また符号9はマイクロコンピュータ応用装置等によ
り構成した制御装置である。
【0016】ミキサー2には、スロットルバルブ(図示
省略)の開度センサー10を設けると共に、ガスエンジ
ン1には回転数センサー11と振動センサー12を設置
しており、これらのセンサー10,11,12の出力部
は制御装置9の入力部に接続している。
【0017】振動センサー12は、自動車用のエンジン
において使用されているノックセンサーを適用したり、
圧電型加速度ピックアップ、動電型加速度ピックアップ
等の加速度センサーを適用することができる。
【0018】図2はガスエンジン1の振動に起因する加
速度の時間的変化を、振動センサー12により測定した
一例を示すもので、制御装置9はこの加速度データから
振動変動率を算出する。例えば振動変動率は、一定時間
内に多数回(例えば0.1秒毎に10秒間)測定した加速度
の標準偏差として求めることができる。
【0019】図3は排気ガス中のO2濃度に対する振動
変動率の変化を示した説明図であり、この図に示すよう
に振動変動率はO2濃度が高くなる(空燃比が希薄にな
る)に従って次第に大きくなり、O2濃度が高い範囲で
は、濃度の変化に対応して急激に大きくなる。従って燃
焼が不安定となる直前の許容振動変動率を維持するよう
に空燃比を制御することにより、ガスエンジン1を高効
率、低NOxで運転することができる。
【0020】図4はエンジン出力に対する許容振動変動
率の変化を示すもので、このようなエンジン出力と許容
振動変動率との対応関係を近似式やデータテーブル等に
より制御装置9に記憶しておくことにより、エンジン出
力に対応した許容振動変動率を算出することができる。
【0021】エンジン出力は次の対応関係で表すことが
できるので、夫々のセンサー10,11と制御装置9に
より、下記R,T,Fの値を検出することによりエンジ
ン出力を求めることができる。 P=f(R,T,F) ここで、P:ガスエンジンの出力 R:ガスエンジ
ンの回転数 T:スロットル弁の開度 F:燃料の流量調節手段
の開度 但し、上記対応関係は、算出式としては表わせないの
で、各変数P,R,T,Fをパラメータとして予め測定
やシミュレーション等により夫々の値を求め、これらを
データテーブルとして記憶させておけば良い。
【0022】次に本発明の空燃比制御方法を適用した具
体的な制御手順の一例を図5の流れ図を参照して説明す
る。
【0023】まず制御装置9は、ステップS1において
燃料ガスの流量調節手段5を初期開度に設定した後、ス
テップS2においてガスエンジン1を始動する。
【0024】次いでステップS3において、制御装置9
は、回転数センサー11により検出したエンジン回転数
Rと、スロットル弁開度センサー10により検出したス
ロットル弁開度Tと、自身において検出した流量調節手
段5の開度Fとからエンジン出力を算出する。そしてス
テップS3で算出したエンジン出力に基づいてステップ
S4において許容振動変動率を算出してステップS5に
移行する。
【0025】そしてステップS5において、制御装置9
は振動センサー12の出力により予め算出していた振動
変動率を、上記ステップS4において算出した許容振動
変動率(振動変動率の許容値)と比較し、振動変動率が
許容値よりも大きいか、否かを判定する。
【0026】判定の結果、振動変動率が許容値よりも大
きくない場合には、ステップS6に移行して流量調節手
段5の開度を適宜設定している単位ステップ、即ち1ス
テップ閉じ、空燃比を希薄方向に調節する。次いでステ
ップS3に移行して上述と同様にステップを経て制御が
進行する。
【0027】一方、上記ステップS5における判定の結
果、振動変動率が許容値よりも大きい場合には、ステッ
プS7に移行して流量調節手段5の開度を1ステップ開
き、空燃比を濃方向に調節する。次いでステップS3に
移行して上述と同様なステップを経て制御が進行する。
【0028】
【発明の効果】本発明は以上の通り、酸素センサーを必
要としないので、コストを低減することができると共
に、耐久性や信頼性も高くなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の空燃比制御装置を適用するガスエンジ
ンの構成を概念的に表わした系統図である。
【図2】ガスエンジンの振動に起因する加速度の時間的
変化を測定した一例を示す説明図である。
【図3】ガスエンジンの排気ガス中のO2濃度に対する
振動変動率の変化を示した説明図である。
【図4】ガスエンジンの出力に対する許容振動変動率の
変化を示すものである。
【図5】本発明の空燃比制御方法を適用した具体的な制
御手順の一例を示す流れ図である。
【図6】従来のガスエンジンの構成を概念的に表わした
系統図である。
【符号の説明】
1 ガスエンジン 2 ミキサー 3 燃料ガス経路 4 空気経路 5 流量調節手段 6 混合気経路 7 排気経路 8 酸素センサー 9 制御装置 10 開度センサー 11 回転数センサー 12 振動センサー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02M 21/02 311 E G

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガスエンジンに振動センサーを設置し
    て、その出力から振動変動率を算出し、この振動変動率
    を、予め設定した許容振動変動率に維持するように燃料
    ガスの流量調節手段をフィードバック制御することを特
    徴とするガスエンジンの空燃比制御方法
  2. 【請求項2】 請求項1の許容振動変動率はガスエンジ
    ンの出力に対応して設定することを特徴とするガスエン
    ジンの空燃比制御方法
  3. 【請求項3】 請求項1の振動変動率は、振動センサー
    により一定時間内に多数回測定した加速度出力の標準偏
    差として求めることを特徴とするガスエンジンの空燃比
    制御機構
  4. 【請求項4】 ガスエンジンに設けた回転数センサー及
    び振動センサーと、ミキサ−に設けたスロットルバルブ
    の開度センサーと、ミキサーに至る燃料経路に設けた流
    量調節手段と、これらのセンサーからの信号を入力とす
    ると共に、流量調節手段の開度信号を出力とする制御装
    置とから構成し、制御装置は、上記センサーにより得ら
    れるエンジン回転数と、スロットルバルブの開度と、流
    量調節手段の流量調節信号との対応関係からエンジン出
    力を算出し、このエンジン出力と対応関係にある許容振
    動変動率を算出すると共に、振動センサーの出力から振
    動変動率を算出し、この振動変動率を上記許容振動変動
    率とするように流量調節手段の開度をフィードバック制
    御することを特徴とするガスエンジンの空燃比制御機構
  5. 【請求項5】 請求項1の空燃比制御機構において、振
    動変動率は、一定時間内に多数回測定した加速度出力の
    標準偏差として求めることを特徴とするガスエンジンの
    空燃比制御機構
JP7721593A 1993-04-02 1993-04-02 ガスエンジンの空燃比制御方法及び装置 Pending JPH06288265A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006112461A (ja) * 2004-10-12 2006-04-27 Osaka Gas Co Ltd 電磁弁制御装置、その電磁弁制御装置が設けられたガスエンジン装置、及び、そのガスエンジン装置が設けられたガスエンジン発電システム
JP2009228572A (ja) * 2008-03-24 2009-10-08 Yanmar Co Ltd ガスエンジン制御装置
WO2023202253A1 (zh) * 2022-04-19 2023-10-26 潍柴动力股份有限公司 大功率气体机空燃比的标定方法及标定系统

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