JPH10246143A

JPH10246143A - ガスエンジンの過回転防止装置

Info

Publication number: JPH10246143A
Application number: JP9048285A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nojima; 洋野島; Masayuki Katabuchi; 雅之片渕
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1997-03-03
Publication date: 1998-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、ガスエンジンの過回転防止装置に
関し、ドライバビリティを悪化させることなく、ガスエ
ンジンの過回転を防止できるようにする。【解決手段】ガスエンジン２の回転数を検出するエン
ジン回転数検出手段３と、エンジン回転数検出手段３か
らの検出情報に基づいてエンジン２の空燃比を制御する
制御手段５０とをそなえ、エンジン回転数検出手段３に
よりエンジン２の回転数が所定回転数を越えたことが検
出されると、制御手段５０により空燃比が希薄側に制御
されるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮天然ガス（Ｃ
ＮＧ）等のガスを燃料として用いる、ガスエンジンの過
回転防止装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、オットーサイクルエンジン
（一般的な４サイクルエンジン）では、エンジンの過回
転（オーバラン）を防止する手法として、エンジン回転
数が許容回転数の上限に達すると、燃料カットを行なう
ような制御が行なわれている。このような燃料カットに
よるオーバランの防止では、エンジンの許容回転数が、
常用回転域よりも十分に高い回転域にある場合には有効
である。

【０００３】また、ディーゼルエンジンでは、通常の運
転においては吸気量が略一定であり、アクセルペダルの
踏み込み量に応じて燃料噴射量を決定することで出力制
御を行なっており、エンジンの過回転時にも、燃料噴射
量を低減することで出力の抑制を行ない、エンジンの過
回転（オーバラン）を防止している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、圧縮天然ガ
ス（ＣＮＧ）等の気体燃料を用いる比較的大排気量（例
えば４リットル以上）のガスエンジン（このようなガス
エンジンもオットーサイクルエンジンである）では、一
般的に図１１に示すように、常用回転域と最大許容回転
数との差が少ないので、最大許容回転数近傍での運転が
比較的多い。このようなガスエンジンにおいて、エンジ
ン回転数が許容回転数の上限となった時に、図１０
（ａ）に示すような従来の燃料噴射量の低減や燃料カッ
トを行なっても、この時のエンジン回転数と常用回転域
（通常使用するエンジン回転域）とが近いため、図１０
（ｂ）に示すようにエンジン回転数がハンチングしてし
まいドライバビリティが悪化するという課題がある。

【０００５】なお、ディーゼルエンジンも常用回転域と
最大許容回転数との差が少ないが、燃料噴射量を低減す
ることでエンジン出力自体が抑制されるので、エンジン
回転数がハンチング等の現象が生じない。これに対し
て、オットーサイクルエンジンでは、吸気量を変更する
ことでエンジン出力を変更しているため、エンジンの過
回転時には、燃料噴射量だけを変更しても滑らかに出力
を抑制することができず、エンジン回転数がハンチング
してしまうのである。

【０００６】なお、特開平７−１１９５２７号公報に
は、気体燃料エンジンの回転を制限する技術として、メ
インスロットル弁と直列にサブスロットル弁を設け、こ
のサブスロットル弁の開度を制御することで吸気流量を
低減してエンジンの出力を低減させるようにした技術が
開示されている。図１２はその構成を示す模式図であ
り、エンジン回転速度検出手段によりエンジンの回転数
が所定回転速度（例えば許容回転速度）を越えたことが
検出されると、サブスロットル弁制御手段により、サブ
スロットル弁に連結されたアクチュエータ等の駆動手段
の作動が制御されて吸気通路が絞られるように構成され
ている。

【０００７】しかしながら、このような技術では、吸気
通路内にメインスロットル弁とサブスロットル弁との２
つの弁機構を直列に設けなければならず、吸気通路、特
にスロットル近傍が大型化してしまい、コスト増を招く
という課題がある。また、スロットル近傍が大型化する
と、スペース効率が悪化し、車両への搭載性が良くない
という課題があった。

【０００８】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、ドライバビリティを悪化させることなく、エ
ンジンの過回転を防止するようにした、ガスエンジンの
過回転防止装置を提供することを目的とし、さらには、
吸気通路のスロットル近傍の大型化やコスト増を招くこ
となくガスエンジンの過回転を防止するようにした、ガ
スエンジンの過回転防止装置を提供することを目的とし
ている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明のガスエンジンの過回転防止装置は、ガスエン
ジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、該
エンジン回転数検出手段からの検出情報に基づいて該ガ
スエンジンの空燃比を制御する制御手段とをそなえ、該
エンジン回転数検出手段により該ガスエンジンの回転数
が所定回転数を越えたことが検出されると、該制御手段
により該空燃比が希薄側に制御されるように構成されて
いることを特徴としている。

【００１０】また、請求項２記載の本発明のガスエンジ
ンの過回転防止装置は、上記請求項１記載の構成に加え
て、該所定回転数が、該ガスエンジンの最大出力発生回
転数であって、該制御手段により該空燃比が希薄側に制
御されるときには、同時に該制御手段により該ガスエン
ジンの点火時期が遅角側に制御されるように構成されて
いることを特徴としている。

【００１１】また、請求項３記載の本発明のガスエンジ
ンの過回転防止装置は、ガスエンジンの吸気通路に介装
されアクセルペダルと連動するスロットル弁と、該スロ
ットル弁に連結されたアクチュエータと、該ガスエンジ
ンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、該エ
ンジン回転数検出手段からの検出情報に基づいて該アク
チュエータの作動を制御する制御手段とをそなえ、該エ
ンジン回転数検出手段により該ガスエンジンの回転数が
所定回転数を越えたことが検出されると、該制御手段に
より該アクチュエータの作動が制御されて吸入空気量が
低減されるように構成されていることを特徴としてい
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の実施
形態としてのガスエンジンの過回転防止装置について説
明する。（ａ）第１実施形態の説明まず、図１〜図３を用いて本発明の第１実施形態につい
て説明すると、図１はその全体構成を示す模式図、図２
はその空燃比制御特性を説明するためのマップであり、
図３はその作用を説明するための図である。

【００１３】ここで、エンジン２は、オットーサイクル
エンジンであり、４行程で１回爆発するような４サイク
ルエンジンとして構成されている。本実施形態では、こ
のエンジン２は、燃料としてガスを用いるガスエンジン
であって、特にここでは、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を用
いるＣＮＧエンジンとして構成されている。圧縮天然ガ
スは、燃料タンクに高圧状態で蓄えられるようになって
おり、燃料タンク内の高圧ガスは、燃料供給路１０及び
エンジン２の吸気通路２２を通って、エンジン２の燃焼
室内に供給されるようになっている。そして、燃焼室内
に供給された燃料は点火プラグ２１により点火され、そ
の後排気通路２３に排出されるようになっている。

【００１４】ところで、上述の燃料供給路１０には、上
流側から燃料圧力レギュレータ１６や燃料供給量制御装
置（ガスバルブ）１８が介装されている。このうち燃料
圧力レギュレータ１６には、燃料タンク内の高圧ガスの
残圧を検出するための残圧センサ１６Ａが内蔵されてお
り、ガスバルブ１８には、ガス温度センサ１８Ａが内蔵
されている。

【００１５】そして、燃料タンク内の高圧ガスは、この
燃料圧力レギュレータ１６により所定圧力に調整された
後、ガスバルブ１８を介して所定のタイミングで所定量
だけガス噴射ノズル２０から吸気通路２２内に噴射され
るようになっている。一方、上述の吸気通路２２には、
ガス噴射ノズル２０以外にも、エアクリーナ２７，エア
フローセンサ２４，メインスロットル２６及びアイドル
回転状態変更調整手段としてのアイドルスピードコント
ロールバルブ（ＩＳＣＶ）２８等が設けられている。

【００１６】エアフローセンサ２４は、吸入された空気
量を検出するものであり、ここでは吸気通路２２内に生
じるカルマン渦の数を検出することで吸気流量を測定す
るカルマン渦式エアフローセンサが用いられている。ま
た、メインスロットル２６には、図示はしないがスロッ
トルポジションセンサ（ＴＰＳ）が設けられており、こ
のＴＰＳによりスロットルバルブ２６Ａの開度が検出さ
れるようになっている。

【００１７】また、アイドルスピードコントロールバル
ブ（ＩＳＣＶ）２８は、ドライバがアクセルペダルから
足を離してスロットルバルブ２６Ａを全閉にした場合
に、エンジンストールを防止して安定したアイドル運転
を行なえるようにするために設けられたものであって、
このＩＳＣＶ２８の開閉状態を制御することで、スロッ
トルバルブ２６Ａをバイパスする吸気量を調整するよう
になっている。

【００１８】なお、このＩＳＣＶ２８は、ここでは所定
の角度だけ段階的に回転するようなステップモータによ
り構成されており、ＩＳＣＶ２８の開閉状態は、後述す
るコントローラ（制御手段）５０からの制御信号に基づ
いて制御されるようになっている。また、符号３０は、
リーン運転（理論空燃比よりも希薄な混合気によるエン
ジン運転）時に空燃比制御を行なうための吸入空気量制
御バルブ（エアコントロールバルブ又はＡＣＶ）であ
る。

【００１９】このＡＣＶ３０は、スロットルバルブ２６
Ａの上流側から分岐したバイパス通路２２Ａ内に設けら
れており、上述のＩＳＣＶ２８により確保される吸気量
よりも大量の空気を取り入れるために設けられている。
ＡＣＶ３０は、例えばダイアフラム式の開閉弁として構
成されており、エンジン２の負圧が作用する所定箇所に
ＡＣＶソレノイド３０Ａを介して接続されている。そし
て、このＡＣＶソレノイド３０Ａをデューティ制御する
ことにより、ＡＣＶ３０の開度制御が行なわれるように
なっている。

【００２０】また、エンジン２の排気通路２３には、排
気ガス中の酸素濃度から空燃比を検出してコントローラ
５０にフィードバックするリニアＡ／Ｆセンサ１３や、
触媒２５中の排気温度を検出する排気温度センサ１５等
が設けられている。また、排気通路２３には、排気ブレ
ーキ弁１７も設けられており、ドライバがアクセルオフ
等の減速操作を行なうと、この排気ブレーキ弁１７によ
り排気通路２３が絞られるようになっている。

【００２１】さらに、このエンジン２には、図示はしな
いが、シリンダヘッド部等から漏れた燃料ガスを吸気マ
ニホールドに還流させるためのＰＣＶ（ポジティブクラ
ンクケースベンチレーション＝Positive Crankcase Ven
tilation ）バルブも設けられている。さて、次にこの
第１実施形態における本発明の要部について説明する
と、このエンジン２にはエンジン回転数を検出するエン
ジン回転数センサ（エンジン回転数検出手段）３が設け
られている。このエンジン回転数センサ３は、制御手段
としてのコントローラ５０に接続されており、コントロ
ーラ５０では、このエンジン回転数センサ３からの情報
に基づいて、エンジン２の空燃比（Ａ／Ｆ）を制御し、
これによりエンジン２のオーバランを防止するようにな
っている。

【００２２】具体的には、上記エンジン回転数センサ３
によりエンジン２の回転数Ｎｅが所定回転数（ここで
は、エンジン２の最大出力発生回転数）Ｎ1 に達したこ
とが検出されると、コントローラ５０では、空燃比を希
薄側に制御するようになっているのである。このため、
コントローラ５０には、図２（ａ）に示すようなマップ
が記憶されている。図２（ａ）は、エンジン回転数Ｎｅ
とエンジン負荷とに応じた空気過剰率設定マップ（即
ち、空燃比設定マップ）であって、エンジン回転数Ｎｅ
が最大出力発生回転数Ｎ1 を越えると徐々に空気過剰率
λが大きくなるように設定されている。

【００２３】なお、空気過剰率とは、理論空燃比に対す
る実空燃比の比率であり、エンジン２に吸入される混合
気の空燃比を理論空燃比（ＣＮＧエンジンの場合は、理
論空燃比＝約１６．８）で割った値である。そして、本
実施形態の場合には、図２（ａ）に示すように、最大出
力発生回転数（所定回転数）Ｎ1 から許容回転数Ｎmax
までの回転域を４段階に分け、それぞれの回転域に応じ
て空気過剰率λが設定されるようになっている。

【００２４】すなわち、図２（ａ）に示すマップでは、
エンジン回転数Ｎｅが最大出力発生回転数Ｎ1 以下のと
きには、λ＝１．０に設定され、理論空燃比でエンジン
２の運転が行なわれる。また、エンジン回転数が最大出
力発生回転数Ｎ1 からこの回転数Ｎ1 よりも高い回転数
Ｎ2 の間にあるときには、空気過剰率λ＝１．２に設定
されるようになっており、この場合には、空燃比Ａ／Ｆ
＝１６．８×１．２でエンジン２の運転が行なわれる。

【００２５】同様に、エンジン回転数が回転数Ｎ2 から
この回転数Ｎ2 よりも高い回転数Ｎ3 の間にあるときに
は、空気過剰率λ＝１．３（空燃比Ａ／Ｆ＝１６．８×
１．３）に設定されるようになっており、また、エンジ
ン回転数が回転数Ｎ3 から許容回転数Ｎmax までの間に
あるときには、空気過剰率λ＝１．４（空燃比Ａ／Ｆ＝
１６．８×１．４）に設定されるようになっている。

【００２６】また、エンジン回転数が許容回転数Ｎmax
を越えた場合には、燃料の供給を停止するように設定さ
れている。そして、上述のように、エンジン２の回転数
が最大出力発生回転数Ｎ1 を越えた場合に、空燃比Ａ／
Ｆを徐々に希薄にしていくことにより、エンジン２の出
力を抑制してエンジン２の回転数の上昇を抑制し、オー
バラン（過回転）を防止するようになっているのであ
る。なお、ここでの空燃比の制御は、燃料噴射量と吸気
量との両方を制御することで実行されるようになってい
る。

【００２７】ところで、空燃比Ａ／Ｆを変更する場合、
単に空燃比を希薄側に制御するだけでは、失火が生じる
ことが考えられる。そこで、本実施形態では、このよう
な失火を防止すべく、上述のような空燃比制御と同時に
点火時期制御を行なうようになっている。このため、コ
ントローラ５０には、図２（ｂ）に示すようなマップも
記憶されている。図２（ｂ）は、エンジン回転数Ｎｅと
エンジン負荷とに応じた点火時期補正マップであり、図
２（ａ）に示す空燃比設定マップと連係して、点火時期
を補正するようになっている。

【００２８】すなわち、図２（ｂ）に示すように、エン
ジン回転数Ｎｅが最大出力発生回転数Ｎ1 以下のときに
は、通常運転時の点火時期制御マップ（図示省略）にし
たがって点火時期制御が行なわれるようになっており、
エンジン回転数が最大出力発生回転数Ｎ1 からＮ2 の間
にあるときには、通常運転時の点火時期制御マップで設
定される点火時期に対して＋２°の値を点火時期として
設定するようになっている。すなわち、この場合には、
通常運転時の点火時期に対して２°遅角させて点火時期
制御が設定されるようになっている。

【００２９】また、同様に、エンジン回転数がＮ2 から
Ｎ3 の間にあるときには、点火時期を４°遅角させ、ま
た、エンジン回転数がＮ3 から許容回転数Ｎmax までの
間にあるときには、点火時期を６°遅角させるようにな
っている。そして、このような空燃比制御と点火時期制
御とを行なうことにより、エンジン２の回転数が最大出
力発生回転数Ｎ1 を越えても、ドライバビリティを損な
うことなく確実にエンジン２のオーバラン（過回転）を
防止することができるのである。

【００３０】本発明の第１実施形態としてのガスエンジ
ンの過回転防止装置は、上述のように構成されているの
で、例えば以下のようにしてエンジン２の過回転防止が
実行される。まず、エンジン回転数センサ３によりエン
ジン２の回転数Ｎｅが最大出力発生回転数Ｎ1 を越えた
ことが検出されると、コントローラ５０では、図２
（ａ）に示すような空気過剰率設定マップに基づいてエ
ンジン回転数に応じた空気過剰率λ（即ち、空燃比Ａ／
Ｆ）を設定する。なお、このとき設定される空気過剰率
λは、通常運転時よりも希薄側の空気過剰率である。

【００３１】そして、空気過剰率λが設定されると、コ
ントローラ５０では、この設定空気過剰率λ、即ち設定
空燃比Ａ／Ｆとなるように、ＡＣＶソレノイド３０Ａへ
の制御信号を設定する。そして、コントローラ５０から
の制御信号にしたがってＡＣＶソレノイド３０Ａがデュ
ーティ制御されることにより、ＡＣＶ３０の開度が変更
されて、バイパス通路２２Ａを通る空気量が増大し、空
燃比Ａ／Ｆが変更されるのである。なお、このときは所
望の空燃比となるように燃料供給量も変更される。

【００３２】また、一旦空気過剰率λが設定されると、
ＡＣＶソレノイド３０Ａの作動状態及び燃料供給量は、
リニアＡ／Ｆセンサ１３からの酸素濃度情報に基づいて
フィードバック制御される。また、このような空燃比制
御とともに点火時期制御も実行される。すなわち、エン
ジン回転数センサ３によりエンジン２の回転数Ｎｅが最
大出力発生回転数Ｎ1 を越えたことが検出されると、コ
ントローラ５０により、図２（ｂ）に示すような点火時
期補正マップに基づいてエンジン回転数に応じた点火時
期補正量が設定される。このとき、具体的にはエンジン
回転数の上昇にともない点火時期を遅角（リタード）さ
せるような点火時期の補正が行なわれる。

【００３３】図３（ａ），（ｂ）は、本発明のガスエン
ジンの過回転防止装置によるエンジン２の出力及びエン
ジン回転数の特性を示す図である。図３（ａ），（ｂ）
に実線で示すように、エンジン回転数Ｎｅが最大出力回
転数となると、空燃比が希薄側に変更され、同時に点火
時期がリタードされるため、時間の経過とともに、エン
ジン回転数及び出力が滑らかに抑制され、エンジン２の
オーバランを防止することができるようになる。なお、
図中点線は、何らの制御を行なわない場合の特性を示し
ている。

【００３４】また、このような空燃比制御や点火時期制
御を行なうことにより、回転ハンチングを伴うことなく
確実にエンジン２のオーバランを防止することができる
のである。特に、本実施形態のようなＣＮＧエンジン２
では、常用回転域と許容回転数とが比較的近く、許容回
転数近傍での運転頻度が必然的に高くなってしまい、許
容回転数を越えてしまいやすいが、本装置では、エンジ
ン２の回転数Ｎｅが最高出力発生回転数Ｎ1 となると、
回転ハンチングを伴うことなく滑らかにエンジン回転数
が抑制されるので、ドライバビリティを悪化させること
もない。

【００３５】ところで、上述のようなＣＮＧエンジン２
は、従来よりバスやトラック等に用いられているディー
ゼルエンジンに代わるものとして期待されており、オー
バランの防止のための回転数制御もディーゼルエンジン
と同様の回転フィーリングとなるのが望ましい。なお、
一般にディーゼルエンジンでは、吸気量を略一定にして
アクセルペダルの踏み込み量に応じて燃料噴射量を決定
することで出力制御を行なっており、エンジンの過回転
時にも、燃料噴射量を低減することで出力の抑制を行な
うようになっている。このように、ディーゼルエンジン
では、燃料噴射量により出力が決定するので、エンジン
の過回転時に燃料噴射量を低減することにより出力が減
少してハンチング等を生じることなく回転数が抑制され
る。

【００３６】一方、オットーサイクルエンジンでは、主
にアクセルペダルに連動するスロットル開度を変更し
て、吸気量を変更することで出力を変更しているため、
エンジン２の過回転時（即ち、スロットル開度が大きい
時）には、燃料噴射量だけを変更しても滑らかに出力を
抑制することができず、エンジン回転数がハンチングし
てしまうのである。

【００３７】これに対して、本装置によれば、空燃比制
御や点火時期制御を行なうことにより、従来のディーゼ
ルエンジンと同様の特性でエンジン回転数を抑制できる
という利点があり、ドライバに違和感を与えることもな
いという利点がある。また、本装置は、従来のエンジン
２に対して制御ロジックを追加するだけでよく、機構的
な追加や変更をほとんど必要しないので、コスト増や重
量増もほとんどないという利点も有している。

【００３８】また、特開平７−１１９５２７号公報等に
開示された技術では、吸気通路にサブスロットルを設け
ているが、本装置では、このようなサブスロットルを設
ける必要がなく、コストやスペース効率の点で優れてい
るという利点もある。さらに、本発明のガスエンジンの
過回転防止装置では、従来からの空燃比制御を利用する
ことにより、容易に実現することができるという利点も
ある。

【００３９】なお、図２（ａ），（ｂ）の各マップに示
す空気過剰率λ及び点火時期補正量の値は、その一例を
示すものであり、必ずしもこのような値に限定されるも
のではない。（ｂ）第２実施形態の説明次に、本発明の第２実施形態としてのガスエンジンの過
回転防止装置について、図４〜図９を用いて説明する。

【００４０】この第２実施形態においても、上述の第１
実施形態と同様にエンジン２はオットーサイクルエンジ
ンであり、燃料に圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を用いるＣＮ
Ｇエンジンとして構成されている。図４に示すように、
圧縮天然ガスは、燃料タンク４に高圧状態で蓄えられる
ようになっており、燃料タンク内の高圧ガスは、燃料供
給路１０及びエンジン２の吸気通路２２を通って、エン
ジン２の燃焼室内に供給されるようになっている。そし
て、燃焼室内に供給された燃料は点火プラグ２１により
点火され、その後排気通路２３に排出されるようになっ
ている。

【００４１】燃料供給路１０には、上流側から高圧用ガ
ス遮断弁８，燃料圧力レギュレータ１６及び燃料供給量
制御装置（ガスバルブ）１８が介装されている。このう
ち燃料圧力レギュレータ１６には、燃料タンク内の高圧
ガスの残圧を検出するための残圧センサ１６Ａが内蔵さ
れており、ガスバルブ１８には、ガス温度センサ１８Ａ
が内蔵されている。

【００４２】そして、燃料タンク４内の高圧ガスは、こ
の燃料圧力レギュレータ１６により所定圧力に調整され
た後、ガスバルブ１８を介して所定のタイミングで所定
量だけガス噴射ノズル２０から吸気通路２２内に噴射さ
れるようになっている。また、ガス噴射ノズル２０の上
流側には、エアクリーナ２７及びエアフローセンサ２４
が設けられている。エアフローセンサ２４は、吸入され
た空気量を検出するものであり、ここでは吸気通路２２
内に生じるカルマン渦の数を検出することで吸気流量を
測定するカルマン渦式エアフローセンサが用いられてい
る。

【００４３】ところで、吸気通路２２は、ガス噴射ノズ
ル２０の下流側においてメインスロットル２６と、エア
コントロールスロットル２９との２方向に分岐してお
り、メインスロットル２６には、アイドル回転状態変更
調整手段としてのアイドルスピードコントロールバルブ
（ＩＳＣＶ）２８等が設けられている。アイドルスピー
ドコントロールバルブ（ＩＳＣＶ）２８は、ドライバが
アクセルペダルから足を離してスロットルバルブ２６Ａ
を全閉にした場合に、エンジンストールを防止して安定
したアイドル運転を行なえるようにするために設けられ
たものであって、このＩＳＣＶ２８の開閉状態を制御す
ることで、スロットルバルブ２６Ａをバイパスする吸気
量を調整するようになっている。

【００４４】なお、このＩＳＣＶ２８は、ここでは所定
の角度だけ段階的に回転するようなステップモータによ
り構成されており、ＩＳＣＶ２８の開閉状態は、後述す
るコントローラ（制御手段）５０からの制御信号に基づ
いて制御されるようになっている。また、メインスロッ
トル２６には、図５に示すようなスロットルポジション
センサ（ＴＰＳ）６１が設けられており、このＴＰＳ６
１によりスロットル弁２６Ａの開度が検出されるように
なっている。

【００４５】一方、エアコントロールスロットル２９に
は、空燃比制御を行なうための吸入空気量制御バルブ
（エアコントロールバルブ又はＡＣＶ）３０や、このＡ
ＣＶ３０をバイパスするためのバイパスバルブ３０Ｃが
設けられている。このＡＣＶ３０には、バタフライ型の
スロットル弁３０Ｂが取り付けられており、ＡＣＶ３０
の作動を制御することによりエアコントロールスロット
ル２９内を流れる吸気の流量が調整されるようになって
いる。また、このＡＣＶ３０では、メインスロットル２
６のＩＳＣＶ２８により確保される吸気量よりも大量の
吸気を取り入れることができるようになっている。

【００４６】また、エンジン２の排気通路２３には、触
媒２５中の排気温度を検出する排気温度センサ１５等が
設けられている。また、排気通路２３には、排気ブレー
キ弁１７も設けられており、ドライバがアクセルオフ等
の減速操作を行なうと、この排気ブレーキ弁１７により
排気通路２３が絞られるようになっている。

【００４７】さらに、このエンジン２には、図示はしな
いが、シリンダヘッド部等から漏れた燃料ガスを吸気マ
ニホールドに還流させるためのＰＣＶ（ポジティブクラ
ンクケースベンチレーション＝Positive Crankcase Ven
tilation ）バルブも設けられている。さて、ここで第
２実施形態における本装置の要部について説明すると、
このエンジン２にはエンジン回転数を検出するエンジン
回転数センサ（エンジン回転数検出手段）３が設けられ
ており、このエンジン回転数センサ３は、制御手段とし
てのコントローラ５０に接続されている。

【００４８】そして、コントローラ５０では、このエン
ジン回転数センサ３からの情報に基づいて、エンジン２
の過回転（オーバラン）を防止するようになっている。
具体的には、この第２実施形態では、スロットル弁２６
Ａを直接制御することによりエンジン２の出力制御を行
ない、オーバランを防止するようになっているのであ
る。

【００４９】ここで、メインスロットル２６に着目する
と、図５に示すように、スロットル弁２６Ａは、アクセ
ルレバー６２を介してアクセルペダル６３に接続されて
おり、アクセルペダル６３の踏み込み量に応じてスロッ
トル弁２６Ａの開度が変化するようになっている。ま
た、このスロットル弁２６Ａには、図５に示すように、
スロットルレバー６５を介してアクチュエータ６４が連
結されている。このアクチュエータ６４は、エンジン２
の負圧が作用する所定箇所にソレノイドバルブ（図示省
略）を介して接続されており、このソレノイドバルブを
デューティ制御することにより、制御室６４ｂに所望の
大きさの負圧を作用させ、ロッド６４ａを軸方向に駆動
するようになっている。

【００５０】例えば、この制御室６４ｂに負圧が作用す
ると、リターンスプリング６４ｃの付勢力に抗して、ロ
ッド６４ａが図中上方に駆動されるようになっている。
また、上記ソレノイドバルブをオフにすると、制御室６
４ｂに負圧が作用しなくなり、リターンスプリング６４
ｃの付勢力により、ロッド６４ａが図中下方に駆動され
るようになっているのである。

【００５１】また、ロッド６４ａの先端部（図中におい
ては下端部）は、上述のスロットルレバー６５の一端に
接続されており、このスロットルレバー６５の他端はス
ロットル弁２６Ａに接続されている。したがって、スロ
ットル弁２６Ａは、アクセルペダル６３及びアクチュエ
ータ６４の両方により駆動されることになるが、アクセ
ルペダル６３とアクチュエータ６４とはそれぞれ独立し
て作動するようになっており、アクチュエータ６４によ
りスロットル弁２６Ａが駆動されても、アクセルペダル
６３はスロットル弁２６Ａに連動しないようになってい
る。また、これと同様に、アクセルペダル６３によりス
ロットル弁２６Ａが駆動されても、アクチュエータ６４
はスロットル弁２６Ａに連動しないようになっている。

【００５２】一方、本装置の制御系について着目する
と、図６に示すように、コントローラ５０には、ＴＰＳ
６１により検出されたスロットル開度ＴＰ₀と、エアフ
ローセンサ２４により検出された吸入空気量と、エンジ
ン回転数センサ３により検出されたエンジン回転数Ｎｅ
とが入力されるようになっており、コントローラ５０で
は、これらの情報に基づいてアクチュエータ６４及びガ
ス噴射ノズル２０への制御信号を設定するようになって
いる。

【００５３】すなわち、エンジン回転数センサ３によ
り、エンジン２の回転数Ｎｅが所定回転数（例えば、エ
ンジン２の最大出力発生回転数）Ｎ1 に達したことが検
出されると、コントローラ５０により、アクチュエータ
６４が駆動され吸入空気量が減少するようになってい
る。さらに、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ1 より
も高い所定回転数（例えば、許容回転数）Ｎ2 に達した
ことが検出されると、コントローラ５０では、燃料噴射
を強制的にカットして、オーバランを防止するようにな
っている。

【００５４】ここで、電子式燃料噴射装置をそなえたエ
ンジンでは、基本燃料噴射量は、コントローラ５０によ
り吸入空気量に比例して設定されるので、スロットル弁
２６Ａを強制的に絞って吸入空気量を減少させることに
より、燃料噴射量を減少させることができ、出力を緩や
かに減少させることができるのである。このため、コン
トローラ５０内では、以下のようにしてアクチュエータ
６４によるスロットル開度制御を行なうようになってい
る。まず、エンジン２の回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ1 以
下であれば、スロットル弁２６Ａの開度制御は行なわれ
ず、アクセルペダル６３の踏み込み量に応じた開度とな
る。

【００５５】また、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ
1 を越えたことが検出されると、下式により、スロット
ル開度目標値ＴＰ_objが設定される。ＴＰ_obj＝ＴＰ₀×Ｋ_Ne 上式において、ＴＰ₀は実スロットル開度であり、Ｋ_Ne
はエンジン回転数に応じて設定されるスロットル開度補
正係数（補正ゲイン）である。図８はコントローラ５０
内に記憶された補正ゲインＫ_Neのマップの一例である
が、このマップに示すように、補正ゲインＫ_Neは、エン
ジン回転数Ｎｅに応じて設定されている。なお、目標ス
ロットル開度ＴＰ_objは、ＴＰＳ６１から実スロットル
開度ＴＰ₀に基づいてフィードバック制御される。

【００５６】また、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ
2 を越えたことが検出されると、コントローラ５０では
燃料噴射停止信号が設定され、ガス噴射ノズル２０から
の燃料噴射が停止されるようになっている。ところで、
図７は本装置におけるスロットル開度特性及びエンジン
２の出力特性を示すものである。ここで、図７を用い
て、スロットル開度及びエンジン出力の特性について簡
単に説明する。まず、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数
Ｎ1 を越えると、上述のスロットル開度制御によりスロ
ットル開度が徐々に小さく設定され、エンジン２の出力
も所定回転数Ｎ1 を境に低下する。さらにエンジン回転
数がＮ1 よりも上昇してＮ2 に達すると燃料噴射制御が
実行され、出力が急激に低下するのである。

【００５７】そして、このようにスロットル開度制御を
行なうことで、急激な出力トルク変動を回避することが
でき、ドライバビリティを損なうことなく、確実にエン
ジン２のオーバランを防止することができるのである。
本発明の第２実施形態としてのガスエンジンの過回転防
止装置は、上述のように構成されているので、例えば図
９に示すようなフローチャートにしたがって制御が実行
される。

【００５８】まず、ステップＳ１では、エンジン回転数
センサ３からの検出情報に基づいて、エンジン回転数Ｎ
ｅが所定回転数Ｎ1 以下か否かを判定する。そして、エ
ンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ1 以下であればリター
ンし、所定回転数Ｎ1 より大きければステップＳ２に進
む。ステップＳ２では、コントローラ５０内に設けられ
たマップ（図８参照）に基づいて、エンジン回転数Ｎｅ
に応じた補正ゲインＫ_Neを設定するとともに、現在の実
スロットル開度ＴＰ₀をＴＰＳ６１から取り込んで、下
式により目標スロットル開度ＴＰ_objを設定する。

【００５９】ＴＰ_obj＝ＴＰ₀×Ｋ_Ne そして、このような目標スロットル開度ＴＰ_objとなる
ようにアクチュエータ６４が駆動される。次に、ステッ
プＳ３では、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ1 より
も高い所定回転数Ｎ2 以下であるか否かを判定し、エン
ジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ2以下であればリターン
する。

【００６０】一方、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ
2 より大きければ、ステップＳ４に進み、燃料カットが
実行された後リターンするのである。なお、エンジン回
転数がＮ2 以下の場合には、基本燃料噴射量はスロット
ル開度に応じて設定されるので、空燃比Ａ／Ｆは略一定
となる。このように第２実施形態によれば、エンジン回
転数に応じて吸入空気量が制御されるので、エンジン回
転数が所定回転数Ｎ1 を越えると滑らかにエンジン出力
が抑制され、エンジン２のオーバランを確実に抑制する
ことができる。

【００６１】また、このようにスロットル開度制御を行
なうことで、急激なトルク変動を回避することができ、
ドライバビリティを損なうこともないという利点があ
る。また、エンジン回転数が所定回転数Ｎ1 よりも高い
所定回転数Ｎ2 に達すると、燃料の噴射が停止されるの
で、確実にエンジン２を保護することができるという利
点がある。

【００６２】また、１つのスロットル弁２６Ａをアクセ
ルペダル６３とアクチュエータ６４との両方に連結し、
それぞれ独立してスロットル弁２６Ａを制御するように
構成されているため、従来技術のようなサブスロットル
弁を設ける必要がないという利点がある。すなわち、従
来の技術では、アクセルペダルに連結されたメインスロ
ットル弁と直列にサブスロットル弁を設け、このサブス
ロットル弁にアクチュエータを連結して、アクチュエー
タの作動を制御することでサブスロットル弁の開度を制
御するような構成となっているが、このような構成で
は、スロットル弁を２つ設ける必要があり、スロットル
全体の大型化やコスト増を招いてしまう問題があった。

【００６３】これに対して、本発明のガスエンジンの過
回転防止装置では、スロットル弁２６Ａが、従来のメイ
ンスロットル弁としての機能とサブスロットル弁として
の機能とを兼ね備えているので、メインスロットル２６
の大型化やコスト増を招くこともない。また、上述のよ
うな構成によれば、サブスロットル弁を設けるような従
来の技術に対して、スロットル部分の長さを抑制するこ
とができるのでメインスロットル部分の容積を小さくで
きる。この場合、燃料を噴射ノズル２０から吸気通路２
２へ燃料（ガス）を噴射するようなガスエンジンでは、
特にアクセル操作に対する応答性が向上し、空燃比制御
も精度良く行なえるという利点がある。また、空燃比制
御の精度向上にともない排気ガスの浄化性能も向上する
利点がある。

【００６４】なお、図８のマップに示すスロットル開度
補正係数Ｋ_Neの値は、その一例を示すものであり、必ず
しもこのような値に限定されるものではない。

【００６５】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明のガスエンジンの過回転防止装置によれば、エンジ
ン回転数検出手段によりガスエンジンの回転数が所定回
転数を越えたことが検出されると、制御手段により空燃
比が希薄側に制御されるのでエンジン回転数及び出力が
滑らかに抑制され、ガスエンジンの過回転を確実に防止
することができるようになる。このような空燃比制御を
行なうことにより、回転ハンチングを伴うことなくエン
ジンの過回転を防止することができるので、ドライバビ
リティを悪化させることがないという利点がある。

【００６６】また、従来のガスエンジンに対して制御ロ
ジックを追加するだけでよく、機構的な追加や変更をほ
とんど必要としないので、コスト増や重量増もほとんど
ないという利点も有している。また、請求項２記載の本
発明のガスエンジンの過回転防止装置によれば、エンジ
ン回転数が最大出力発生回転数よりも高くなると、空燃
比が希薄側に制御されるので、最大出力発生回転数と許
容回転数とが比較的近いガスエンジンにおいて、回転ハ
ンチングの防止に有効である。また、空燃比が希薄側に
制御されるときには、同時に制御手段によりガスエンジ
ンの点火時期が遅角側に制御されるので、失火を防止す
ることができるという利点がある。

【００６７】また、請求項３記載の本発明のガスエンジ
ンの過回転防止装置によれば、エンジン回転数が所定回
転数を越えると、エンジン回転数に応じて吸入空気量が
制御されるので、滑らかにエンジン出力が抑制され、ガ
スエンジンの過回転を確実に抑制することができる利点
がある。また、吸入空気量の制御を行なうことで、エン
ジン回転数抑制時の急激なトルク変動を回避することが
でき、ドライバビリティを損なうこともないという利点
がある。また、１つのスロットル弁をアクセルペダルと
アクチュエータとの両方に連結し、それぞれ独立してス
ロットル弁を制御できるように構成されているため、従
来技術のようなサブスロットル弁を設ける必要がなく、
これにより、スロットル部分の大型化やコスト増を招く
こともないという利点がある。また、これによりエンジ
ンの車両への搭載性も良くなるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態としてのガスエンジンの
過回転防止装置における全体構成を示す模式図である。

【図２】本発明の第１実施形態としてのガスエンジンの
過回転防止装置における空気過剰率及び点火時期補正量
の設定例を示すマップである。

【図３】本発明の第１実施形態としてのガスエンジンの
過回転防止装置における作用を説明するための図であ
る。

【図４】本発明の第２実施形態としてのガスエンジンの
過回転防止装置における全体構成を示す模式図である。

【図５】本発明の第２実施形態としてのガスエンジンの
過回転防止装置における要部構成を示す模式図である。

【図６】本発明の第２実施形態としてのガスエンジンの
過回転防止装置の制御系について着目して示す図であ
る。

【図７】本発明の第２実施形態としてのガスエンジンの
過回転防止装置における出力及びスロットル開度の特性
について示す図である。

【図８】本発明の第２実施形態としてのガスエンジンの
過回転防止装置におけるスロットル開度補正係数の設定
例を示すマップである。

【図９】本発明の第２実施形態としてのガスエンジンの
過回転防止装置における動作を説明するためのフローチ
ャートである。

【図１０】従来のガスエンジンの過回転防止装置につい
て説明するための図である。

【図１１】従来のガスエンジンの過回転防止装置につい
て説明するための図である。

【図１２】従来のガスエンジンの過回転防止装置につい
て説明するための図である。

【符号の説明】

２ガスエンジン（ＣＮＧエンジン）３エンジン回転数センサ（エンジン回転数検出手段）４燃料タンク１０燃料供給路１３リニアＡ／Ｆセンサ１５排気温度センサ１６燃料圧力レギュレータ１６Ａ残圧センサ１７排気ブレーキ弁１８ガスバルブ１８Ａガス温度センサ１９ディストリビュータ２０ガス噴射ノズル２１点火プラグ２２吸気通路２３排気通路２４エアフローセンサ２５触媒（触媒一体マフラ）２６メインスロットル２６Ａスロットルバルブ（スロットル弁）２７エアクリーナ２８アイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣ
Ｖ）２９エアコントロールスロットル３０吸入空気量制御バルブ（エアコントロールバルブ
又はＡＣＶ）３０ＡＡＣＶソレノイド３０ＢＡＣＶ用スロットル弁３０Ｃバイパスバルブ５０制御手段としてのコントローラ（ＥＣＵ）６１スロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）６２アクセルレバー６３アクセルペダル６４アクチュエータ６４ａロッド６４ｂ制御室６４ｃリターンスプリング６５スロットルレバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｂ 45/00 ３４５ 45/00 ３４５ＦＦ０２Ｍ 21/02 Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｖ３０１３０１Ｊ３１１３１１ＥＦ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスエンジンの回転数を検出するエンジ
ン回転数検出手段と、該エンジン回転数検出手段からの検出情報に基づいて該
ガスエンジンの空燃比を制御する制御手段とをそなえ、該エンジン回転数検出手段により該ガスエンジンの回転
数が所定回転数を越えたことが検出されると、該制御手
段により該空燃比が希薄側に制御されるように構成され
ていることを特徴とする、ガスエンジンの過回転防止装
置。
【請求項２】該所定回転数が、該ガスエンジンの最大
出力発生回転数であって、該制御手段により該空燃比が
希薄側に制御されるときには、同時に該制御手段により
該ガスエンジンの点火時期が遅角側に制御されるように
構成されていることを特徴とする、請求項１記載のガス
エンジンの過回転防止装置。
【請求項３】ガスエンジンの吸気通路に介装されアク
セルペダルと連動するスロットル弁と、該スロットル弁に連結されたアクチュエータと、該ガスエンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出
手段と、該エンジン回転数検出手段からの検出情報に基づいて該
アクチュエータの作動を制御する制御手段とをそなえ、該エンジン回転数検出手段により該ガスエンジンの回転
数が所定回転数を越えたことが検出されると、該制御手
段により該アクチュエータの作動が制御されて吸入空気
量が低減されるように構成されていることを特徴とす
る、ガスエンジンの過回転防止装置。