JPH0771322A

JPH0771322A - ガスエンジンの空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH0771322A
Application number: JP21760893A
Authority: JP
Inventors: Tatsuji Miyata; 達司宮田; Ikurou Nozu; 育朗野津; Hiroshi Matsuda; 洋松田; Hiroshi Takada; 寛高田; Nobuo Hamazaki; 延雄浜崎
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 1993-09-01
Filing date: 1993-09-01
Publication date: 1995-03-14
Anticipated expiration: 2014-07-05
Also published as: JP2915255B2

Abstract

(57)【要約】【目的】エンジンの熱的耐久性を維持しつつ、エンジ
ン出力や排気組成の改善を図る。【構成】吸気通路に設けた燃料供給手段（１１）と、
運転状態を検出する手段（８，１８）と、運転状態に応
じて目標空燃比を設定する手段（Ａ）と、排気空燃比を
検出する手段（９）と、検出した空燃比が目標空燃比と
一致するように燃料供給量をフィードバック制御する手
段（Ｂ）と、排気温度を検出する手段（１６）と、排気
温度が予め設定した温度を越えたら前記目標空燃比を希
薄側に補正する手段（Ｃ）とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高圧の天然ガスを燃料と
するガスエンジンの空燃比制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高圧の天然ガスを燃料として用いるガス
エンジンは、例えば実開昭６０−９２７４２号公報等に
も開示されているが、高圧ボンベからの燃料を減圧弁
（ガスレギュレータ）により減圧し、混合器によってエ
ンジン吸入空気と所定の割合で混合し、この混合気をエ
ンジンに供給している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、天然ガスを
燃料として理論空燃比付近でエンジンを運転する場合、
とくに高負荷時には燃焼排気ガス温度が高くなり過ぎ
（８００〜９００℃）、熱負荷によるエンジン耐久信頼
性が低下するという問題があった。

【０００４】これに対して、所定の負荷、回転数までは
排気センサの出力に基づいて空燃比を理論空燃比にフィ
ードバック制御するが、負荷または回転数が一定値以上
になると、空燃比のフィードバック制御を解除し、一定
の希薄空燃比に切り換えるようにしたものがある。

【０００５】この場合、エンジン耐久性の点からは有効
であっても、三元触媒による排気浄化効率の低下や出力
性能の低下などの新たな問題が生じる。運転状態が一定
の条件になったからと言って、必ずしも燃焼温度が上限
付近に達するとは限らず、この場合にフィードバック制
御を解除して一定の希薄空燃比に固定してしまえば、そ
の間の排気浄化効率は低下する。また逆に燃焼温度を下
げるために希薄空燃比にしても、温度が十分に下がる前
に運転状態が変動し、回転数や負荷が一定以下になれ
ば、再び理論空燃比に切り換わってしまい、この場合に
は負荷や回転数がそれほど高くなくても、燃焼ガス温度
は高いままで、熱的な耐久信頼性が損なわれる可能性が
ある。

【０００６】本発明はこのような問題を解決、すなわ
ち、エンジンの熱的耐久性を維持しつつ、エンジン出力
や排気組成の改善を図ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこでこの発明は、図１
に示すように、高圧の天然ガスを燃料とするガスエンジ
ンにおいて、吸気通路に設けた燃料供給手段（１１）
と、運転状態を検出する手段（８，１８）と、運転状態
に応じて目標空燃比を設定する手段（Ａ）と、排気空燃
比を検出する手段（９）と、検出した空燃比が目標空燃
比と一致するように燃料供給量をフィードバック制御す
る手段（Ｂ）と、排気温度を検出する手段（１６）と、
排気温度が予め設定した温度を越えたら前記目標空燃比
を希薄側に補正する手段（Ｃ）とを備える。

【０００８】

【作用】基本的には理論空燃比の混合気で運転が行われ
るが、例えば高負荷時に排気温度が設定値以上になる
と、温度に応じて目標空燃比を希薄側に移し、温度が下
がれば理論空燃比側に戻す。このため、必要以上に空燃
比が希薄側に制御されることがなく、広い運転領域で排
気性能と出力性能を確保しつつ、エンジンの熱的負荷に
対する高い耐久信頼性を維持することができる。

【０００９】

【実施例】図２はこの発明の実施例であり、ガスエンジ
ン１の吸気通路１７には絞弁１９が設けられ、絞弁１９
は図示しないアクセルペダルに連動し、絞弁開度に応じ
て吸入空気量が制御される。絞弁２３の上流には主燃料
供給系として、混合器１０が設けられ、吸入空気量に対
応してガス燃料を混合し、所定の希薄混合気を生成す
る。混合器１０には高圧の天然ガスを充填したガスボン
ベ１５からの燃料が、ガスレギュレータ１３を介して所
定の圧力まで減圧された状態で導かれ、吸入空気量に比
例してベンチュリ部に発生する負圧に応じて吸入され
る。

【００１０】また、燃料の一部は前記絞弁２３の近傍上
流に設けた副燃料供給系としての燃料電磁弁弁１１に導
かれ、電磁弁１１の開弁により、吸気通路１７にガス燃
料を追加供給する。

【００１１】エンジン燃焼室２４には混合気に圧縮上死
点付近で点火する点火栓７が設けられる。

【００１２】これら電磁弁１１や点火栓７の作動を制御
し、またガスレギュレータ１６によって調圧される燃料
圧力を制御するコントロールユニット２が備えられ、コ
ントロールユニット２は電磁弁１１からの燃料の供給量
を、各気筒に供給される混合気の空燃比が運転状態に応
じて決まる目標空燃比と一致するように制御し、また点
火栓７を最適点火時期において点火させるように制御す
る。

【００１３】このため、コントロールユニット２には、
エンジン回転数、クランク角度を検出するクランク角セ
ンサ８、絞弁下流の吸入負圧を検出する負圧センサ１８
からの運転状態を代表する信号が入力すると共に、排気
弁２２下流の排気通路１９の排気空燃比（酸素濃度）を
検出する排気センサ（傾斜型Ｏ₂センサ）９、排気温度
を検出する排気温センサ１６からの信号が入力し、これ
らに基づいて、運転状態に応じて目標空燃比を決定し、
排気センサ９の出力から実際の空燃比と目標空燃比との
偏差、並びに排気温センサ１６からの排気温度に基づい
て、燃料噴射弁１１から噴射する追加燃料の供給量を算
出する。さらに、点火栓７を運転状態に応じて最適な点
火時期をもって点火させるように、パワートランジスタ
５の導通を制御し、イグニッションコイル６から高電圧
を点火栓７に印加する。

【００１４】また、コントロールユニット２にはバッテ
リ４に接続するイグニッションスイッチ３からの信号も
入力し、これにより前記ガスボンベ１５からの燃料通路
を遮断する燃料遮断弁１２と１４をイグニッションスイ
ッチ３のオン時に開くようになっている。

【００１５】ここで、図３のフローチャートを参照しな
がら、コントロールユニット２による燃料電磁弁１１の
燃料制御についてさらに詳しく説明する。

【００１６】まず、ステップ１〜３で、回転数センサ８
と吸気負圧センサ１８の信号に基づき運転状態を読み込
み、運転状態に対応しても目標空燃比（基本的には理論
空燃比）をマップの検索により求め、目標空燃比を決定
する。

【００１７】次いで、排気温センサ１６の出力から排気
温度を読み込み、予め設定されている排気温度よりも高
いかどうかを判断する（ステップ４、５）。もし、設定
温度以上ならば、ステップ６に移り、目標空燃比を一定
量だけ希薄側に補正する。

【００１８】ステップ７で排気センサ９の出力から実際
の空燃比を読み込み、補正された目標空燃比と実際の空
燃比とが一致するように燃料の供給量を演算したら、こ
の燃料供給信号を電磁弁１１に出力する（ステップ８、
９）。

【００１９】なお、ステップ５で排気温度が設定温度以
下のときは、ステップ３で算出された目標空燃比に基づ
いて、ステップ８で燃料供給量を演算する。

【００２０】このようにして、コントロールユニット２
は、各サイクル毎に電磁弁１１からの燃料供給量を制御
する。

【００２１】次に全体の作用について説明する。

【００２２】ガスエンジン１に供給される混合気は、吸
気通路１７の絞弁１９の上流の混合器１０において、予
め所定の希薄空燃比となるように生成される。この混合
気は運転状態にかかわらず概略一定値となるが、要求空
燃比よりも薄く、これだけでは円滑に燃焼しない。しか
し、絞弁２３の近傍に設けた電磁弁１１により、補助的
に燃料が供給され、目標空燃比（理論空燃比）となるよ
うにフィードバック制御されるので、排気通路１９に設
ける図示しない三元触媒の浄化効率は高く、エンジンの
出力性能も良好に維持される。

【００２３】一方、運転中に排気温度が、エンジンの熱
的耐久性から決められた設定温度よりも上昇すると、目
標空燃比が希薄側に補正され、これにより温度上昇が抑
制される。この場合、温度が設定値よりも高い間は、空
燃比が希薄化されているので、温度を確実に下げること
ができる。

【００２４】図４はエンジン回転数と点火時期を一定と
したときの、空燃比と燃焼排気温度との関係を示す特性
図であるが、理論空燃比付近のときに最高温度をとり、
希薄化するに従って温度は低下することが分かる。

【００２５】そして、排気温度が設定温度よりも下がれ
ば、空燃比は運転状態によって決まる目標空燃比に戻
り、このようにして、原則として目標空燃比を維持し、
温度の高いときだけ、必要に応じて空燃比を希薄化する
ので、エンジンの熱的な耐久性を確保しつつ、出力や排
気性能を最良状態に維持することが可能となる。

【００２６】なお、この実施例では、燃料供給系とし
て、混合器１０と電磁弁１１を設け、電磁弁１１をフィ
ードバック制御するようにしたが、混合器１０のみとし
たり、あるいは燃料噴射弁を設け、燃料供給量を制御す
るようにしても良い。

【００２７】

【発明の効果】以上のよう本発明は、高圧の天然ガスを
燃料とするガスエンジンにおいて、吸気通路に設けた燃
料供給手段と、運転状態を検出する手段と、運転状態に
応じて目標空燃比を設定する手段と、排気空燃比を検出
する手段と、検出した空燃比が目標空燃比と一致するよ
うに燃料供給量をフィードバック制御する手段と、排気
温度を検出する手段と、排気温度が予め設定した温度を
越えたら前記目標空燃比を希薄側に補正する手段とを備
えたため、基本的には理論空燃比の混合気で運転が行わ
れるが、例えば高負荷時に排気温度が設定値以上になる
と、温度に応じて目標空燃比を希薄側に移し、温度が下
がれば理論空燃比側に戻し、したがって、必要以上に空
燃比が希薄側に制御されることがなく、広い運転領域で
排気性能と出力性能を確保しつつ、エンジンの熱的負荷
に対する高い耐久信頼性を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を示す構成図である。

【図２】本発明の実施例を示す構成断面図である。

【図３】燃料の制御動作をあらわすフローチャートであ
る。

【図４】空燃比と燃焼排気温度との関係を示す特性図で
ある。

【符号の説明】

１ガスエンジン２コントロールユニット７点火栓８クランク角（回転数）センサ９排気センサ１０混合器１１電磁弁１５ガスボンベ１８吸入負圧センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高田寛埼玉県上尾市大字壱丁目一番地日産ディーゼル工業株式会社内 (72)発明者浜崎延雄埼玉県上尾市大字壱丁目一番地日産ディーゼル工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高圧の天然ガスを燃料とするガスエンジ
ンにおいて、吸気通路に設けた燃料供給手段と、運転状
態を検出する手段と、運転状態に応じて目標空燃比を設
定する手段と、排気空燃比を検出する手段と、検出した
空燃比が目標空燃比と一致するように燃料供給量をフィ
ードバック制御する手段と、排気温度を検出する手段
と、排気温度が予め設定した温度を越えたら前記目標空
燃比を希薄側に補正する手段とを備えたことを特徴とす
るガスエンジンの空燃比制御装置。