JPH0734938A

JPH0734938A - 希薄燃焼エンジンの空気比制御方法及び装置

Info

Publication number: JPH0734938A
Application number: JP17928093A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Okamoto; 和久岡本
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1993-07-20
Filing date: 1993-07-20
Publication date: 1995-02-03

Abstract

(57)【要約】【目的】負荷の全領域に亘ってＮＯｘの規制値をクリ
ヤすることができ、回転変動量が許容値を突出する事が
無く、しかも熱効率が低下しない様に空気比を制御する
ことが出来る希薄燃焼エンジンの空気比制御方法及び装
置の提供。【構成】希薄燃焼エンジン（Ｅ）の負荷（Ｌ）を検出
し、検出された負荷が設定値（Ｌｓ）未満である場合に
負荷（Ｌ）と空気比（λ）との関係を示す表に従って空
気比（λ）を決定し、検出された負荷（Ｌ）が設定値
（Ｌｓ）以上である場合には検出された負荷（Ｌ）に対
してエンジン（Ｅ）の回転変動量が許容限界（ΔＮＣ）
となる様に空気比（λ）を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、希薄燃焼型のガスエン
ジン（希薄燃焼エンジン）の空気比を好適に制御するた
めの方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】希薄燃焼エンジンにおいては、空燃比或
いは空気比を制御することにより、各々の負荷に対応し
てＮＯｘを低減している。ここで、ＮＯｘを一定値とし
た時の負荷と空気比との関係が図４に示されており、空
気比は、図４中で「ＮＯｘ目標値」と記載された特性曲
線（符号「ＮＯｘ」で示す）よりも大きな数値でなけれ
ばならない。すなわち、負荷Ｌに対して空気比λが「Ｎ
Ｏｘ目標値」よりも小さければ、エンジンの運転により
発生するＮＯｘが規制値を上回ってしまう。

【０００３】これに加えて、負荷が大きければ規制をク
リヤするために必要とされる空気比の数値も大きくなる
ことが、図４から理解される。

【０００４】この様な希薄燃焼エンジンにおける空気比
と回転変動量との特性が、図５で示されている。この図
５から明らかな様に、空気比λが小さい場合には、空気
比が多少変動しても回転変動量ΔＮは殆ど変動しない。
一方、空気比λが大きい場合には、空気比が僅かに変動
してもΔＮの数値は激変する。

【０００５】この様な希薄燃焼エンジンの空気比制御に
際して、従来は負荷Ｌに対する空気比λの数値を予め表
（Ｔａｂｌｅ）にして、その表に基づいて必要な処理を
実行する所謂「Ｔａｂｌｅ制御」が行われていた。そし
て、図６では「Ｔａｂｌｅ制御」の態様が示されてい
る。なお、図６において、回転変動許容限界を示す曲線
が符号「ΔＮｃ」で示されており、ステップ式に変化す
る制御の特性が比較的太い実線で示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、負荷Ｌが大き
くなると必要な空気比λも大きくなる事が図４から明ら
かであり、空気比と回転変動量との特性が図５で示すよ
うになることに起因して、負荷Ｌが大きい領域において
は制御の幅が極めて狭くなり、Ｔａｂｌｅ制御が困難に
なる、という問題が存在する。

【０００７】すなわち、空気比λの制御の幅は、図６に
おける曲線ＮＯｘとΔＮｃとの間隔（図６中、縦軸方向
の間隔）となるが、負荷Ｌが大きな領域（図６における
右側の領域）では、明らかに制御の幅が狭くなってい
る。そして、Ｔａｂｌｅ制御においては、この狭い制御
の幅内に治まるように空気比λを決定しなければならな
いが、図４で示す特性ＮＯｘはエンジン性能のバラツキ
やその他の条件、特に湿度等の環境条件の影響により変
化するため、その様な適正な空気比を予め決定しておく
ことは不可能である。

【０００８】例えば、図６において実線で示す様なＴａ
ｂｌｅ制御を行えば、符号Ｌｍで示す以上の負荷領域に
おいては回転変動量が限界を越えてしまうので、不都合
である。一方、Ｔａｂｌｅ制御が図６中で点線により示
すようなものであれば、符号Ｌａで示す以上の負荷領域
においてはＮＯｘ量が規制値を上回ってしまう。

【０００９】その他の従来技術として、本出願人は特願
平５−１５６６８４号において、回転変動量に基づいて
空気比を制御する技術を提案している。この技術によれ
ば、図７で示す様に、回転変動許容限界を示す曲線ΔＮ
ｃに沿って空気比の制御が為されている。従って、負荷
Ｌが大きい領域においても、ＮＯｘ量は規制値を常にク
リヤすることが出来ると共に、回転変動許容限界を突出
してしまうことも防止される。

【００１０】しかし、この技術では負荷Ｌが比較的小さ
い領域、すなわち図７における負荷Ｌｂよりも左側の領
域、においては、ＮＯｘ目標値に対して空気比が高くな
り過ぎるという問題が存在する。ここで、希薄燃焼エン
ジンの熱効率は、空気比λが低い程良好である。従っ
て、空気比を必要以上に高くすることは、熱効率の低下
を招いてしまう。すなわち、回転変動許容限界で空気比
を制御した場合には、負荷が小さい領域において熱効率
が低下するという問題を有している。

【００１１】又、図５より空気比が小さい領域では、回
転変動量の変化が小さいため、目標値として設定するこ
とは困難である。

【００１２】本発明は上記した従来技術の問題点に鑑み
て提案されたもので、負荷の全領域に亘ってＮＯｘの規
制値をクリヤすることができ、回転変動量が許容値を突
出する事が無く、しかも熱効率が低下しない様に空気比
を制御することが出来る希薄燃焼エンジンの空気比制御
方法及び装置を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の希薄燃焼エンジ
ンの空気比制御方法は、希薄燃焼エンジンの負荷を検出
する工程と、検出された負荷が設定値未満である場合に
負荷と空気比との関係を示す表に従って空気比を決定す
る工程と、検出された負荷が設定値以上である場合には
検出された負荷に対してエンジンの回転変動量が許容限
界となる様に空気比を決定する工程、とを含んでいる。

【００１４】また、本発明の希薄燃焼エンジンの空気比
制御装置は、希薄燃焼エンジンの負荷を検出する検出手
段と、設定値未満の負荷と空気比との関係を示す表を記
憶している記憶手段と、設定値以上の負荷に対してエン
ジンの回転変動量が許容限界となる様な空気比を決定す
る決定手段と、検出された負荷が設定値未満である場合
には記憶手段を用いて空気比を決定し、設定値以上であ
る場合には処理手段を用いて空気比を決定する処理ユニ
ット、とを含むことを特徴としている。

【００１５】本発明の実施に際して、負荷の設定値とし
ては定格負荷の７−８割程度、或いは所謂「３／４負
荷」であるのが好ましい。

【００１６】

【作用】上記した様な構成を具備する本発明によれば、
希薄燃焼エンジンの負荷を検出し、その負荷が設定値
（例えば３／４負荷）未満であるかそれ以上であるかを
判断して、検出された負荷が設定値未満である場合には
負荷と空気比との関係を示す表（予め記憶手段に記憶さ
れているもの）に従って空気比を決定し、一方、検出さ
れた負荷が設定値以上である場合には検出された負荷に
対してエンジンの回転変動量が許容限界となる様に空気
比を決定する。

【００１７】この様な制御を行えば、負荷が比較的小さ
い場合（設定値未満である場合）には、上記表に従った
制御、所謂テーブル制御、が行われるため、ＮＯｘが規
制値をクリヤする範囲内で、可能な限り空気比を小さく
して熱効率を向上させることが出来る。そして、負荷が
比較的大きな場合、すなわち検出された負荷が設定負荷
以上である場合には、検出された負荷に対してエンジン
の回転変動量が許容限界となる様に空気比を決定するの
で、制御範囲が非常に狭くても、ＮＯｘの規制値を確実
にクリヤして且つエンジンの回転変動量が許容限界以上
になることを防止できるのである。

【００１８】

【実施例】以下、図１−３を参照して、本発明の実施例
を説明する。

【００１９】図１は本発明が実施される希薄燃焼型のガ
スエンジンが示されており、負荷Ｌを駆動するガスエン
ジンＥの給気通路６には、ガス供給路４、エア供給路
３、及び両者の合流箇所に介装されたミキサ５、が設け
られている。その供給路６には、ガス供給管４から分岐
してミキサ５をバイパスするバイパス路７が設けられ、
そのバイパス路７には、空気比を調整するバイパス弁８
が設けられており、また、吸気通路６には、エンジン回
転数を調整するスロットルバルブ１３が設けられてい
る。

【００２０】他方、エンジンＥには、負荷検出手段であ
る負荷センサ１２、及び回転ピックアップ１１が設けら
れている。そして、回転ピックアップ１１の出力は、ス
ロットルバルブ１３に接続され、且つ、負荷センサ１２
の出力と共に制御手段であるコントロールユニット１０
に接続されている。

【００２１】そのコントロールユニット１０には、中央
処理装置（ＣＰＵ）２０、負荷が比較的小さい場合にお
けるテーブル制御（詳細は後述）の基礎となる負荷と空
気比との関係を示す表を記憶した記憶手段２２、アクチ
ュエータコントローラ２４が設けられている。このコン
トローラ２４は、バイパス弁８を駆動するアクチュエー
タ９に接続されている。なお、コントロールユニット１
０中の符号２６で示す部材は、特願平５−１５６６８４
号における回転変動量に基づいて空気比を制御する技
術、回転変動許容限界に沿って空気比の制御を行う制
御、で用いられるソフトウェアを記憶している部材であ
る。

【００２２】次に、図２、図３をも参照して、図示の実
施例の制御を説明する。なお、図３において、制御の特
性は比較的太い実線により示されている。

【００２３】希薄燃焼型ガスエンジンＥの運転に際して
（図２：ステップＳ１）、負荷センサ１２（図１）によ
り負荷を検出或いは判定し（ステップＳ２）、検出され
た負荷Ｌ（図３）が設定負荷Ｌｓ（図３）以上であるか
否かを判定する（ステップＳ３）。ここで、設定負荷Ｌ
ｓは図示しない初期値記憶手段に予め入力されており、
定格負荷の７−８割、例えば３／４負荷、が選択されて
いる。

【００２４】検出された負荷Ｌが設定負荷Ｌｓ以上であ
る場合には（ステップＳ３がＹＥＳ）、図３において設
定負荷Ｌｓを示す一点鎖線よりも右側の領域における制
御が行われる（ステップＳ４）。この領域では、特願平
５−１５６６８４号における制御、すなわち回転変動量
に基づいた空気比制御（回転変動許容限界ΔＮｃに沿っ
た空気比制御：フィードバック制御）が行われる。

【００２５】一方、ステップＳ２において検出された負
荷Ｌが設定負荷Ｌｓ未満である場合には（ステップＳ３
がＮＯ）、図３中の一点鎖線Ｌｓよりも左側の領域の制
御が行われる（テーブル制御：ステップＳ５）。この制
御は、図２で符号２２により示された記憶手段中の表
（図３の一点鎖線Ｌｓよりも左側の、ステップ状に変化
する特性を表した表：図示せず）に基づいて行われる。

【００２６】ステップＳ４で示すフィードバック制御、
或いはステップＳ５で示すテーブル制御が実行されたな
らば、エンジンＥの状態が安定するまで待期する（ステ
ップＳ６）。以下、ステップＳ２以下の制御を繰り返
す。

【００２７】この様な制御を行うことにより、回転変動
量に基づいた空気比制御及びテーブル制御の両者の長所
を享受でき、且つ、両者の問題点を解消することが出来
るのである。すなわち、負荷Ｌが比較的大きい領域（図
３の一点鎖線Ｌｓよりも右側の領域）では、回転変動許
容限界ΔＮｃに沿って空気比を制御するため制御範囲が
狭くてもＮＯｘを確実にクリヤし且つ回転変動量が許容
限界を突出しないようにすることが出来る、というフィ
ードバック制御（特願平５−１５６６８４号の制御）の
利点が享受出来る。このことは、比較的大きな負荷の領
域においては回転変動量が限界を越えてしまうか、或い
は、ＮＯｘ量が規制値を上回ってしまうというテーブル
制御の問題点が解消されていることを意味している。

【００２８】一方、負荷Ｌが比較的小さい領域（図３の
一点鎖線Ｌｓよりも左側の領域）では、テーブル制御を
行っているため、ＮＯｘが規制値をクリヤする範囲内
（特性曲線ＮＯｘの上方の領域の範囲内）で、可能な限
り空気比を小さくして熱効率を向上させることが出来
る。このことは、負荷が比較的小さな領域では必要以上
に空気比が高くなるため熱効率が低下する、というフィ
ードバック制御の問題点が解決されている旨を意味して
いる。

【００２９】なお、図示の実施例はあくまでも例示であ
り、本発明の技術的範囲を限定する趣旨のものではない
事を付記する。

【００３０】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、以下に列
挙するような作用効果が得られるのである。

【００３１】（１）全負荷域において、高い熱効率が
達成される。

【００３２】（２）負荷が比較的大きい領域におい
て、可能な限りＮＯｘを低減することが出来る。

【００３３】（３）全負荷域において、ＮＯｘの規制
値をクリヤすることが出来る。

【００３４】（４）回転変動を限界値以下に抑えて、
機関の安定を保つことが出来る。

【００３５】（４）低コストで、信頼性及び耐久性に
優れた制御方法及び装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を適用した希薄燃焼型エンジ
ンを示すブロック図。

【図２】本発明の制御フローチャートを示す図。

【図３】本発明の制御特性（負荷−空気比特性）を示す
図。

【図４】希薄燃焼エンジンのＮＯｘ規制値の負荷−空気
比特性を示す図。

【図５】希薄燃焼エンジンの空気比−回転変動量特性を
示す図。

【図６】従来のテーブル制御よる空気比制御を示す図。

【図７】従来の回転変動量に基づいた空気比制御を示す
図。

【符号の説明】

Ｌ・・・負荷Ｅ・・・ガスエンジン６・・・給気供給路４・・・ガス供給路３・・・エア供給路５・・・ミキサ７・・・バイパス路８・・・バイパス弁１３・・・スロットルバルブ１２・・・負荷センサ１２１１・・・回転ピックアップ１０・・・コントロールユニット２０・・・中央処理装置（ＣＰＵ）２２・・・記憶手段２４・・・アクチュエータコントローラ９・・・バイパス弁駆動用アクチュエータ２６・・・回転変動量に基づく空気比制御で用いられる
ソフトウェアを記憶している部材Ｌｓ・・・設定負荷Ｌ・・・検出された負荷 ΔＮｃ・・・回転変動許容限界を示す特性曲線ＮＯｘ・・・ＮＯｘの規制をクリヤするのに必要な空気
比の負荷特性曲線 λ・・・空気比

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】希薄燃焼エンジンの負荷を検出する工程
と、検出された負荷が設定値未満である場合に負荷と空
気比との関係を示す表に従って空気比を決定する工程
と、検出された負荷が設定値以上である場合には検出さ
れた負荷に対してエンジンの回転変動量が許容限界とな
る様に空気比を決定する工程、とを含むことを特徴とす
る希薄燃焼エンジンの空気比制御方法。
【請求項２】希薄燃焼エンジンの負荷を検出する検出
手段と、設定値未満の負荷と空気比との関係を示す表を
記憶している記憶手段と、設定値以上の負荷に対してエ
ンジンの回転変動量が許容限界となる様な空気比を決定
する決定手段と、検出された負荷が設定値未満である場
合には記憶手段を用いて空気比を決定し、設定値以上で
ある場合には処理手段を用いて空気比を決定する処理ユ
ニット、とを含むことを特徴とする希薄燃焼エンジンの
空気比制御装置。