JPH11229933A - 副室式希薄燃焼ガス機関 - Google Patents

副室式希薄燃焼ガス機関

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JPH11229933A
JPH11229933A JP10027434A JP2743498A JPH11229933A JP H11229933 A JPH11229933 A JP H11229933A JP 10027434 A JP10027434 A JP 10027434A JP 2743498 A JP2743498 A JP 2743498A JP H11229933 A JPH11229933 A JP H11229933A
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徹 中園
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京太郎 西本
Toru Takemoto
徹 武本
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の副室式希薄燃焼ガス機関においては、
空燃比制御を行っていなかったので、経時的に空燃比が
変化したり、供給される燃料ガスの温度及び空気の給気
温度によって空燃比が変化したりしていた。これによ
り、ＮＯｘ濃度が変化して規制値近くまで上昇する恐れ
があった。 【解決手段】 排気温度を検出する排温センサ１１、及
び、給気管１２内圧を検出する給気圧センサ５を設け、
検出した排気温度に基づいて空燃比制御を行い、該空燃
比制御は、検出した給気管内圧が一定値よりも高くなっ
た場合に開始し、検出した給気管内圧が一定値よりも低
くなった場合に停止するように構成し、空燃比制御停止
時の給気管内圧を空燃比制御開始時の給気管内圧よりも
低く設定した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、副室式希薄燃焼ガ
ス機関において、排気温度に基づいて空燃比制御を行う
副室式希薄燃焼ガス機関の空燃比制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の副室式希薄燃焼ガス機関において
は、例えば、図１１に示すように、ガスミキサー８２内
で空気Ａと燃料ガスＧとが一定比にて混合され、電子ガ
バナ８４により開度制御されるスロットル８３によって
供給量を調整されながら、機関８８のシリンダヘッド８
８ａへ供給されるように構成されており、該機関８８内
で燃焼した後の排気は排気管８９を通じて外部へ排出さ
れる。また、機関８８のクランク軸には機関回転数を検
出する回転数センサ８７を、スロットル８３下流側の給
気管には給気圧を検出する給気圧センサ８５を、ガスミ
キサー８２のガス供給管８２ａには燃料ガスＧの供給量
を検出する供給量検出センサ９０、及び、ガスミキサー
８２への燃料ガスＧの供給量を調整するための空燃比制
御バルブ８１を設けており、回転数センサ８７、給気圧
センサ８５、及び、供給量検出センサ９０はコントロー
ラ８６と接続されている。そして、機関８８の運転時に
は、空燃比制御バルブ８１を適宜制御することにより、
ガスミキサー８２への燃料ガスＧの供給量を調整して、
所望の空燃比（吸入空気量／吸入燃料量）を得ていた
が、経時的に、また、周囲の大気条件等によって空燃比
を調節するといったような空燃比制御は行っていなかっ
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の如く空
燃比制御を行わないと、図１２に示すように、機関８８
の運転時間を経るにつれて前記ガスミキサー８２内が汚
れてきて、徐々に排気中の残存酸素濃度が減少してく
る。排気中の残存酸素濃度と空燃比とは比例関係にある
ため、排気中の残存酸素濃度が減少すると空燃比も同様
に低下する。即ち、吸入空気量に対する吸入燃料量が増
加して、燃料ガスがリッチ側へ移動するのである。
【０００４】また、図１３に示すように、ガスミキサー
８２へ供給される燃料ガスＧの温度、及び、空気Ａの給
気温度によって空気過剰率が変化する。そして、空気過
剰率と空燃比とは比例関係にあるので、空気過剰率の変
化に伴って空燃比も同様に変化する。さらに、空燃比の
変化により、図１４の如く、発生するＮＯｘ濃度も燃料
ガスＧの温度、及び、空気Ａの給気温度によって変化す
るのである。このように、経時変化により空燃比が変化
したり、周囲の大気条件によりＮＯｘ濃度が変化したり
して、発生するＮＯｘ濃度が規制値近くまで上昇する恐
れがあった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の解決しようとす
る課題は以上の如くであり、次に該課題を解決するため
の手段を説明する。即ち、請求項１においては、副室式
希薄燃焼ガス機関において、排気温度を検出する検出手
段を設け、検出した排気温度に基づいて空燃比制御を行
うように構成したことである。
【０００６】また、請求項２においては、副室式希薄燃
焼ガス機関において、排気温度及び給気管内圧を検出す
る検出手段を設け、検出した給気管内圧が一定値よりも
高くなった場合に、検出した排気温度に基づいて空燃比
制御を行うように構成したことである。
【０００７】また、請求項３においては、副室式希薄燃
焼ガス機関において、排気温度及び給気管内圧を検出す
る検出手段を設け、検出した排気温度に基づいて空燃比
制御を行い、該空燃比制御は、検出した給気管内圧が一
定値よりも高くなった場合に開始し、検出した給気管内
圧が一定値よりも低くなった場合に停止するように構成
し、空燃比制御停止時の給気管内圧を空燃比制御開始時
の給気管内圧よりも低く設定したことである。
【０００８】また、請求項４においては、副室式希薄燃
焼ガス機関において、排気温度及び給気管内圧を検出す
る検出手段を設け、検出した給気管内圧が一定値よりも
高くなった場合に、検出した排気温度に基づいて空燃比
制御を行い、空燃比制御時の目標排気温度を給気管内圧
に応じて適宜変化させたことである。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明の副室式希薄燃焼ガス機関における
給排気系を示す図、図２は排気温度と残存酸素濃度との
関係を示す図、図３は空燃比制御のフローを示す図、図
４は空燃比制御を行った場合における平均排気温度及び
残存酸素濃度の変化を示す図、図５は空燃比制御を行っ
た場合における燃料ガス温度及び給気温度と空気過剰率
との関係を示す図、図６は給気管内圧による空燃比制御
の開始及び停止の切り替え状態を示す図、図７は目標排
気温度等の違いによる空燃比制御の開始及び停止の切り
替え位置差を示す図、図８は空燃比制御の開始及び停止
の切り替え位置が一点の場合の切り替え状態を示す図、
図９は空燃比制御の開始位置と停止位置とを別に設けた
場合の切り替え状態を示す図、図１０は目標排気温度の
設定の違いによる平均排気温度の変化状態の差を示す
図、図１１は従来の副室式希薄燃焼ガス機関における給
排気系を示す図、図１２は同じく排気中の残存酸素濃度
の経時的変化を示す図、図１３は空燃比制御を行わない
場合における燃料ガス温度及び給気温度と空気過剰率と
の関係を示す図、図１４は同じく燃料ガス温度及び給気
温度とＮＯｘ濃度との関係を示す図である。
【００１０】本発明の副室式希薄燃焼ガス機関について
説明する。図１においては、ガスミキサー２内で空気Ａ
と燃料ガスＧとが一定比にて混合され、この混合気が電
子ガバナ４により開度を制御されるスロットル３によっ
て供給量を調整されながら、機関８のシリンダヘッド８
ａへ供給されるように構成されており、該機関８内で燃
焼した後の排気は排気管９を通じて外部へ排出される。
【００１１】また、機関８のクランク軸には機関回転数
を検出する回転数センサ７を、給気管１２のスロットル
３下流側部分には、該給気管１２内の給気圧を検出する
給気圧センサ５を、ガスミキサー２のガス供給管２ａに
は燃料ガスＧの供給量を検出する供給量検出センサ１
０、及び、ガスミキサー２への燃料ガスＧの供給量を調
整するための空燃比制御バルブ１を、排気管９の根元部
には排気温度を検出する排温センサ１１を設けており、
回転数センサ７、給気圧センサ５、供給量検出センサ１
０、及び、排温センサ１１はコントローラ６と接続され
ている。
【００１２】そして、機関８の運転時には、空燃比制御
バルブ１を適宜制御することにより、ガスミキサー２へ
の燃料ガスＧの供給量を調整して、所望の空燃比（吸入
空気量／吸入燃料量）を得るように構成している。この
空燃比の調整は、前記排温センサ１１により検出した排
気温度を、コントローラ６に予め設定しておいた目標排
気温度と比較して、検出した排気温度が目標排気温度と
等しくなるように空燃比制御バルブ１を制御することで
行っており、空燃比が一定となるように空燃比制御を行
っているのである。
【００１３】ここで、排温センサ１１により検出される
排気温度と排気中の残存酸素濃度との関係について、図
２に示しているが、排気温度が低下するのに比例して残
存酸素濃度が高くなっている。即ち、残存酸素濃度は空
燃比と比例関係にあるため、排気温度の低下に比例して
空燃比が高くなるのである。従って、機関８の運転時に
常に一定の空燃比を得るためには、排気温度を一定値に
保持すればよい。そこで、本発明の副室式希薄燃焼ガス
機関においては、機関８で燃焼した後の排気を外部へ排
出するための排気管９の根元部分に排温センサ１１を配
設し、該排温センサ１１により検出した排気温度に基づ
いて空燃比制御バルブ１を制御して、常に一定の空燃比
を得るように構成している。
【００１４】次に、この空燃比制御のフローを説明す
る。図３において、まず、ステップ１０１・１０２・１
０３で、給気管内圧、排気温度、及び、給気管内温度を
コントローラ６へ読み込み、ステップ１０４で読み込ん
だ排気温度の偏差が一定値以上であるか否かを判断す
る。その後、ステップ１０５で読み込んだ排気温度の平
均値を算出するとともに、ステップ１０６で予め設定し
ておいた目標排気温度を読み込む。そして、ステップ１
０７にて排気温度平均と目標排気温度とを比較し、排気
温度平均が目標排気温度よりも低い場合には、ステップ
１０８の如く空燃比制御バルブ１の開度のステップ数を
アップして、ガスミキサー２への燃料ガスＧの供給量を
増加させ、逆に、排気温度平均が目標排気温度よりも高
い場合には、ステップ１０９の如く空燃比制御バルブ１
の開度のステップ数をダウンして、ガスミキサー２への
燃料ガスＧの供給量を減少させる。このように、排温セ
ンサ１１により検出する排気温度の平均値が、予め設定
しておいた目標排気温度と同じ値となるように、空燃比
制御バルブ１の開度を調節し、結果的に空燃比が一定と
なるように制御しているのである。
【００１５】次に、以上のような空燃比制御を行った場
合における平均排気温度、及び、残存酸素濃度の変化に
ついて説明する。図４において、グラフ２１は平均排気
温度の時間の経過に伴う変化を示し、グラフ２２は残存
酸素濃度の時間の経過に伴う変化を示し、グラフ２３は
目標排気温度を示している。また、空燃比制御の開始点
２５から終了点２６までを、空燃比制御範囲Ｘとしてい
る。グラフ２１で示される平均排気温度は、空燃比制御
を行っていない場合には目標排気温度よりも高いが、空
燃比制御の開始点２５から徐々に下がって、ついには平
均排気温度が目標排気温度と同じ値になり、以降、空燃
比制御範囲Ｘにおいては一定を保っている。一方、残存
酸素濃度は空燃比制御の開始点２５から、平均排気温度
の下降に伴って上昇し、平均排気温度の下降が停止して
目標排気温度と同じ値となった時点で、残存酸素濃度も
一定の値となって、以降、その状態を保持している。即
ち、空燃比制御により平均排気温度を目標排気温度と同
じ値に調節して、その状態を保持することで、空燃比が
一定の値に制御されており、制御する空燃比の値は、目
標排気温度を変化させることで調節することができる。
これにより、経時的に空燃比を変化させず、一定に保持
することができるのである。
【００１６】さらに、空燃比制御を行っている場合に
は、図５に示すように、ガスミキサー２へ供給される燃
料ガスＧの温度、及び、空気Ａの給気温度が変化しても
空気過剰率は変化せずに一定の値を保持しており、空気
過剰率と空燃比とは比例関係にあるので、空燃比も一定
の値を保持することとなる。即ち、空燃比制御を行うこ
とで、周囲の大気条件が変化した場合においても空燃比
を一定に保持することができるのである。
【００１７】また、副室式希薄燃焼ガス機関における空
燃比制御は高負荷時のみに行うように構成している。例
えば、図６に示すように、前記給気圧センサ５により検
出される給気管内圧の変化により平均排気温度３１が変
化するが、給気管内圧が低い低負荷時には平均排気温度
３１の変化度合いが大きく、給気管内圧が高い高負荷時
には平均排気温度３１の変化度合いが小さい。そこで、
平均排気温度３１の変化度合いが小さくなる辺りの給気
管内圧部分に制御切り替え領域３２を設け、該制御切り
替え領域３２よりも給気管内圧が高い高負荷側の部分を
制御領域３３として、該制御領域３３において空燃比制
御を行って平均排気温度３１が目標排気温度３０となる
ように制御し、制御切り替え領域３２よりも給気管内圧
が低い低負荷側の部分を無制御領域３４として、該無制
御領域３４においては空燃比制御を行わないように構成
している。
【００１８】そして、制御切り替え領域３２には、制御
開始圧３２ｂと制御停止圧３２ａとを設けており、給気
管内圧が制御開始圧３２ｂよりも高圧になると制御を開
始し、給気管内圧が制御停止圧３２ａよりも低圧になる
と制御を停止するように構成して、制御停止圧３２ａは
制御開始圧３２ｂよりも低圧に設定し、両者間にはある
一定の間隔を設けている。また、図７に示すように、平
均排気温度３１における制御切り替え領域３２は、目標
排気温度や制御切り替え位置が異なる平均排気温度３
１’の場合には、制御切り替え領域３２’の如く位置を
変化させて設定することができる。
【００１９】制御切り替え位置に関して、例えば、図８
に示すように、制御切り替え位置３６を給気管内圧のあ
る一点のみに設けて、該制御切り替え位置３６より給気
管内圧３５が高くなれば空燃比制御を開始し、制御切り
替え位置３６より給気管内圧３５が低くなれば空燃比制
御を停止するように構成すると、給気管内圧３５が制御
切り替え位置３６付近となるような負荷で運転した場合
には、給気管内圧３５の経時的な変動によって頻繁に空
燃比制御の開始及び停止が繰り返されることになり、機
関８の運転状態が大きく変動して不安定となってしま
う。
【００２０】しかし、本機関８においては、制御停止圧
３２ａと制御開始圧３２ｂとの二つの制御切り替え位置
を設定した制御切り替え領域３２を設けて、制御停止圧
３２ａを制御開始圧３２ｂよりも低圧に設定しているた
め、図９に示す如く、給気管内圧３７が制御開始圧３２
ｂ付近となるような負荷で運転した場合でも、制御の切
り替えが頻繁に行われることがなく、空燃比制御の制御
状態が安定するとともに、機関８の運転状態も安定す
る。同様に、給気管内圧３７が制御停止圧３２ａ付近と
なるような負荷で運転した場合においても、空燃比制御
の制御状態、及び、機関８の運転状態を安定させること
ができる。
【００２１】また、前述のように、給気管内圧（即ち負
荷）によって空燃比制御の開始及び停止を切り替えるよ
うに構成した場合、図１０の左側に示すように（図１０
のグラフにおける縦軸は平均排気温度を、横軸は給気管
内圧を示している）、給気管内圧が制御開始圧３２ｂよ
りも高負荷側へ変動して空燃比制御が開始された際に
は、制御開始時の平均排気温度３１が目標排気温度３０
まで急激に変化する。この空燃比制御の有無による平均
排気温度３１の急激な変化によって、失火したと判断さ
れる可能性がある。そこで、これを防止するため、図１
０の右側に示すように（図１０のグラフにおける縦軸は
平均排気温度を、横軸は給気管内圧を示している）、目
標排気温度３９を設定している。即ち、空燃比制御が開
始される制御開始圧３２ｂにおいては、目標排気温度３
９を、開始時目標排気温度３９ａとして平均排気温度３
１とほぼ等しい値に設定しておき、そこから高負荷側へ
いくにつれて、例えば、徐々に滑らかに上昇させてい
き、最終目標排気温度３９ｂまで変化させている。
【００２２】このように、空燃比制御時の目標排気温度
３９を、給気管内圧に応じて適宜変化させることによ
り、空燃比制御の開始及び停止の切り替え時における平
均排気温度３１の急激な変化を抑えることができ、誤っ
て失火の判断がなされる恐れがなくなる。
【００２３】
【発明の効果】本発明は以上の如く構成したので、次の
ような効果を奏するのである。即ち、請求項１記載の如
く、排気温度を検出する検出手段を設け、検出した排気
温度に基づいて空燃比制御を行うように構成したので、
経時的に空燃比を変化させずに一定に保持することがで
きるとともに、供給される燃料ガスの温度、及び、空気
の給気温度が変化しても空燃比を一定に保持することは
できた。また、これにより、発生するＮＯｘ濃度が安定
して一定値に保持できるようになった。
【００２４】更に、請求項２記載の如く、排気温度及び
給気管内圧を検出する検出手段を設け、検出した給気管
内圧が一定値よりも高くなった場合に、検出した排気温
度に基づいて空燃比制御を行うように構成したので、給
気管内圧が低い低負荷時には空燃比制御の開始及び停止
の切り替えが行われることがなく機関を安定して運転す
ることができ、給気管内圧が高い高負荷時には自動的に
空燃比制御を開始して空燃比を一定に保つことができ
た。
【００２５】更に、請求項３記載の如く、排気温度及び
給気管内圧を検出する検出手段を設け、検出した排気温
度に基づいて空燃比制御を行い、該空燃比制御は、検出
した給気管内圧が一定値よりも高くなった場合に開始
し、検出した給気管内圧が一定値よりも低くなった場合
に停止するように構成し、空燃比制御停止時の給気管内
圧を空燃比制御開始時の給気管内圧よりも低く設定した
ので、空燃比制御の開始及び停止の切り替えが頻繁に行
われることがなく、空燃比制御の制御状態が安定すると
ともに、機関の運転状態を安定させることができた。
【００２６】更に、請求項４記載の如く、排気温度及び
給気管内圧を検出する検出手段を設け、検出した給気管
内圧が一定値よりも高くなった場合に、検出した排気温
度に基づいて空燃比制御を行い、空燃比制御時の目標排
気温度を給気管内圧に応じて適宜変化させたので、空燃
比制御の開始及び停止の切り替え時における平均排気温
度の急激な変化を抑えることができ、誤って失火の判断
がなされることが防止できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の副室式希薄燃焼ガス機関における給排
気系を示す図である。
【図２】排気温度と残存酸素濃度との関係を示す図であ
る。
【図３】空燃比制御のフローを示す図である。
【図４】空燃比制御を行った場合における平均排気温度
及び残存酸素濃度の変化を示す図である。
【図５】空燃比制御を行った場合における燃料ガス温度
及び給気温度と空気過剰率との関係を示す図である。
【図６】給気管内圧による空燃比制御の開始及び停止の
切り替え状態を示す図である。
【図７】目標排気温度等の違いによる空燃比制御の開始
及び停止の切り替え位置差を示す図である。
【図８】空燃比制御の開始及び停止の切り替え位置が一
点の場合の切り替え状態を示す図である。
【図９】空燃比制御の開始位置と停止位置とを別に設け
た場合の切り替え状態を示す図である。
【図１０】目標排気温度の設定の違いによる平均排気温
度の変化状態の差を示す図である。
【図１１】従来の副室式希薄燃焼ガス機関における給排
気系を示す図である。
【図１２】同じく排気中の残存酸素濃度の経時的変化を
示す図である。
【図１３】空燃比制御を行わない場合における燃料ガス
温度及び給気温度と空気過剰率との関係を示す図であ
る。
【図１４】同じく燃料ガス温度及び給気温度とＮＯｘ濃
度との関係を示す図である。
【符号の説明】
Ａ 空気 Ｇ 燃料ガス １ 空燃比制御バルブ ２ ガスミキサー ５ 給気圧センサ ８ 機関 ９ 排気管 １０ 供給量検出センサ １１ 排温センサ １２ 給気管 ３０ 目標排気温度 ３１ 平均排気温度 ３２ 制御切り替え領域 ３２ａ 制御停止圧 ３２ｂ 制御開始圧 ３９ 目標排気温度

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 副室式希薄燃焼ガス機関において、排気
    温度を検出する検出手段を設け、検出した排気温度に基
    づいて空燃比制御を行うように構成したことを特徴とす
    る副室式希薄燃焼ガス機関。
  2. 【請求項２】 副室式希薄燃焼ガス機関において、排気
    温度及び給気管内圧を検出する検出手段を設け、検出し
    た給気管内圧が一定値よりも高くなった場合に、検出し
    た排気温度に基づいて空燃比制御を行うように構成した
    ことを特徴とする副室式希薄燃焼ガス機関。
  3. 【請求項３】 副室式希薄燃焼ガス機関において、排気
    温度及び給気管内圧を検出する検出手段を設け、検出し
    た排気温度に基づいて空燃比制御を行い、該空燃比制御
    は、検出した給気管内圧が一定値よりも高くなった場合
    に開始し、検出した給気管内圧が一定値よりも低くなっ
    た場合に停止するように構成し、空燃比制御停止時の給
    気管内圧を空燃比制御開始時の給気管内圧よりも低く設
    定したことを特徴とする副室式希薄燃焼ガス機関。
  4. 【請求項４】 副室式希薄燃焼ガス機関において、排気
    温度及び給気管内圧を検出する検出手段を設け、検出し
    た給気管内圧が一定値よりも高くなった場合に、検出し
    た排気温度に基づいて空燃比制御を行い、空燃比制御時
    の目標排気温度を給気管内圧に応じて適宜変化させたこ
    とを特徴とする副室式希薄燃焼ガス機関。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012013011A (ja) * 2010-07-01 2012-01-19 Kansai Electric Power Co Inc:The 予混合式ガスエンジンの空燃比補正制御方法および装置
CN102588132A (zh) * 2012-03-02 2012-07-18 中国石油天然气集团公司 气体发动机空燃比控制系统

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