JPS58214656A - ガス燃料機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、機関の負荷状態に応じて空燃比を自動的に調
整するガス燃料機関の制御装置に関するものである。

一般にガス燃料機関においてノッキング域及び失火域を
回避し、かつ燃費の低減と排気有害成分の低減を計りな
がら効率よく機関を運転するには、常に最適な空燃比が
得られるように制御する必要がある。

このような制御を行なう従来技術としては、吸入空気圧
を利用して空気量を補正したり、ミキサ一部に空気流量
がもたらす動圧を感知するバタフライに連動する燃料絞
９部を設ける等の機械的手段によるものが一般的である
。しかしながら、ノッキングや失火を回避し、かつ燃費
や排気ガスを低減することを考慮した場合の空燃比は負
荷率に対して単純直線的な関係にはならないため、上記
の機械的な手段では変化する負荷率に応じて常に最適な
空燃比を得ることは困難である。第１図はこの状況を示
すものであり、横軸に負荷率の代用特性であるスロット
ル弁開度をとり、縦軸に空燃比の代りにガス量調整弁開
度をとった場合、燃費悪化域やノッキング域、失火ある
いは失速域が図のような位置に存在するため、Ｆｆｆ′
８されるガス量調整弁開度はこれらの区域の間に残され
た山型の区域に限定されることになシ、直線的な関係が
得られないのである。

また、他の従来技術としては、燃焼室出口部に酸素濃度
センサーを設け、その検出結果に基づいて燃料供給鰯を
調整することも行なわれているが、酸素濃度センサーは
一般に高価でしかも耐久性に乏しく動作も不安定であり
、制御回路が複雑になるとともに取替えコストが高くつ
く等の問題があった。

本発明はこれらの点に着目し、負荷率に応じた空燃比制
御を適切に行なうことのできるガス燃料機関の制御装置
を提供することを目的としてなされたものであり、スロ
ットル弁開度を調整して機関の回転速度を一定に保持す
るガバナ機構と、スロットル弁の開度を検出する手段と
、ガスｆｌｉｔ調整弁の開度を検出する手段と、スロッ
トル弁開度に対するガス旦ａ整弁囲度のあり得べき関係
を定常運転状態、１における定格出方でのスロットルｌ
［ｊを越える領域にまで及んで数表の形で記憶する手段
と、サンプリングされたスロットル弁開度とガス量調整
弁開度の各検出結果に応じ前記数表に基づいてガス釦Ｓ
Ｍ整弁開度を決定して制御出方を出す演算手段と、演算
手段の制御出力にょシガス剣Ｂ整弁囲度を増減する調整
手段と、を備えており、定常運転状態における定格出力
でのスロットル弁開度を越える領域においては、失火あ
るいけ失速を生じない燃料リッチな条件となるようにガ
ス量調整弁開度が設定されていることを特徴としている
。

すなわち、本発Ｆ３Ａ＃′ｉガバナ機構で制御される定
速運転機関において、空気量をスロットル弁開度で間接
的に検出し、また負荷率もその代用特性であるスロット
ル弁開度で検出し、これらの検出結果に基づいて９荷と
空気ｆｉＫ応じたガス量調整弁開度を演算手段により計
算してガス供給量を制御するものであり、スロットル弁
開度に対する最適なガス量調整弁開度を予め実験によっ
て求め、これを数表の形で記憶させておくことによシ、
常にその時の負荷率に適した空燃比を得ることができる
のである。また、本発明においては、定常運転状態にお
ける定格出力でのスロットル弁開度を越える′領域に捷
で及んでスロットル弁開度に対するガス量調整弁開度の
あり得べき関係を記憶させ、かつこの領域ではガス訂ｊ
−調整弁開度を増大して燃料リッチな条件となるように
設定しである。これは、運転中に急汲に負荷が増大し、
過給機応答が伴わない等の理由でガバナ機構が過大に反
応してスロットル弁開度が定格値よシ・大きくなる場合
があることに対処するためであシ、一般には演算手段の
誤動作を避ける目的で、第１図に破線で示すよう釦定格
出力の場合の値をそのまま伸ばして設定、されることが
考えられるが、本発明ではこの部分も制御の対象として
おり、一時的にガス併給量が増大して失速状態となるこ
とが回避されるのである。

次に、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第２図は概念系統図であり、図において、（１）は機関
、（２）はガバナ機構、（３）ｉｒｉスロットル弁ＩＭ
＆ヲ検出する手段である開度検出器、（４）Ｆｉガス量
調整弁開度を検出する手段である開度検出器、（５）は
記憶手段であるＲＯＭ　、　ｆ６１は演算手段であるマ
イクロコンピュータ、（７）はガス量調整弁開度を増減
する調整手段である電動モータ、（８１＃−ｔスロット
ル弁、（９）はガス量調整弁、００）￥′ｉ回転速度検
出器である。

機関ｆｉ＋の燃焼室に′供給される燃料ガス（川はガス
量調整弁（９）を経てミキサー（！２）に至り、別のボ
ートから吸入された空気０（至）とミキシングされた後
、スロットル弁（８）を経由して機関＋１’）に供給さ
れる。スロットル弁（８）は回転速度検出器（１０）の
検出結果に基づいてガバナ機構（２）により弁開度を制
御され、機関（１）は定速運転状態が保持される。ガバ
ナ機構（２）としては、回転速度検出器（ｌＯ）の出力
信号によって作動する電子ガバナ等の周知の機構を適宜
採用することができる。またスロットル弁（８）及びガ
ス量調整弁（９）の回度検出器ｆ３）＋４１としては、
例えばポテンショメータを用いることができ、その出力
はマルチプレクサＡ／Ｄコンバータ（１４）にそれぞれ
送られ、デジタル量に変換される。

マイクロコンピュータ（６）のシｊ）はＣＰＵ　、勾は
ＲＡＭ　。

（ロ）はＩ１０インターフェース、（財）はデータバス
、アドレスバス、コントロールバス停カラナルいワユる
システムパスラインである。マイクロコンピュータ（６
）を構成する各ユニットは、ディスクリートなＬＳＩで
構成してもよく、あるいは全体をまとめたいわゆるワン
チップマイコンを用いてもよい。

ＲＯＭ（５）には演算制御用のプログラムや、スロット
ル弁開度に対するガス量調整弁開度のあり得べき関係を
数表化したデータが記憶されている。

このスロットル弁開度とガス量調整弁開度の関係は、第
１図に示す制御ライン（社）のような形で設定される。

すなわち、鎖線Ｒの左側の定格負荷以下の領域では燃費
悪化域、ノッキング域、失火域あるいは失速城等を避け
て、これらの間に残された区域内に山梨に設定され、定
格負荷を越える鎖線Ｒの右側の領域では、失火や失速を
避けるためにガス量調整弁開度を急激に増大するように
設定されている。なお、制御ライン（２向は小区分ごと
に分けて数表化しているためステップ状になっているが
、ＲＯＭ（５）の記憶容量を大きくする程、きめの細か
い滑らかな曲線に近付けることができるのけいうまでも
ない。

マイクロコンピュータ（６１では、スロットル弁開度の
検出結果に対応したガス量調整弁開度を制御ライン（至
）から求め、これとガス量調整弁開度の検出結果とを比
較して両者の差を少なくするような制御出力、すなわち
増信号翰あるいは減信号（２７）を出し、増幅回路（ハ
）を経て電動モータ（７）を正転あるいは逆転させる。

この電動モータ（７）の駆動により、ガス量調整弁（９
）は内部の調整弁（図示せず）がリンク（２９）を介し
て駆動され、最適の空燃比が得られるようにガス供給量
が調整されるのである。第３図は上述した動作釦ついて
の制御フローチャートを示すものである。

以上の説明は、燃料ガスの発熱量が一定であることを前
提としたものであるが、実験によると、ノンキング域や
失火域等は燃料ガスの発熱量に応じてほぼ上下にシフト
する結果が得られており、第１図の制御ライン（２５）
は発熱量に応じて設定することが望ましい。特に高負荷
域においては運転可能域が狭いため、燃料ガス成分が変
化した場合にノッキング域や失火域に入りやすく、良好
な運転状態が得られなめことになる。

第４図及び＠５図は、このような点を解決するために、
燃料ガスの発熱量の変化を排気温度によって検出し、こ
の検出結果に応じてスロットル弁開度に対するガス量調
整弁開度を自動的に補正するようにした実施例であり、
以下、前述の実施例と異なる点について述べる０ ガス燃料機関において一定の負荷率を保って空燃比を変
えて行くと、ノッキング域や失火域等に入ったり燃費が
変ったりするが、同時に排気温度も変化し、かつλ−１
近辺で排気温度はピークとなる。この実験的事実に基づ
き、本実施例では常に排気温度がピーク値近辺にある状
態で運転することによってλ＝１を保持し、しかもノン
キング域や失火Ｖ、等を避けつつ燃費も良好な状釦に保
とうとするものであシ、燃料ガスの発熱量の変化を排気
温度の変化によって検出し、その時の発熱量でのλ＝１
近辺に動作点を移動させ、常に望ましい空燃比を保持す
るように構成されている。

第４図において、０１）は機関排気温度を検出する排気
温度センサー、＠匂は演算増幅回路、（３３）は、Ａ／
Ｄ変換器であり、排気温度センサー（３ｊ）の検出出力
は演算増幅回路０２でＡ／Ｄ変換器（晒の入力レンジに
適合するように演算増幅され、Ａ／Ｄ変換器（３３）を
経てマイクロコンピュータ（６）に送られる。なお、排
気温度センサーｆ３１１にはＣＡ熱電対等の公知技術を
適宜用いることができ、機関＋１）が多シリンダー機関
の場合には、排気集合管の出口部に設けてもよく、ある
いは任意の特定シリンダーに設けてもよい。

ここで、単に排気温度の検出結果をフィードバックし、
ピークを得るようにガス量調整弁を操作するだけの制御
では、時定数が大きいために負仙率変′９！等がきっか
けとなってハンチングが起き、これを避けようとすると
応答性が悪くなる等の間組点があるので、本実施例では
配信された数表に基づくガス量調整弁開度の値に加える
補正量Ａを用いている。この補正用°Ａは機閃始ＵＪ時
には零に設定される質数であり、サンプリングされた新
しい排気温度と１ピツチ前の排気温度とを比較し、排気
温度が上昇中であればガス量Ｈ整弁開度を数表値より大
きくシ、下降中であれば小さくするような制御が行なわ
れる。

補正量への演算は例えば次のように行なうことが可能で
ある。すなわち、ガス量調整弁開度の指示値が増加中（
Ａが増加している）か減少中（Ａが減少している）かを
フラグにより記憶しておき、その上で排気温度を前回の
値と比較し、増大していればピークに接近中であるので
フラグはそのままとし、逆に減少していればフラグを反
転し、補正４ｎ　Ａを今までとは逆の方向に動かすので
ある。

第５図は、上記の補正用Ａを用いる演算処理の制御７０
−チャートである。ここで、フローチャート中の１カウ
ンター」けｙ１気温度検出のサンプリング間隔を規制す
るものである。実験結果によれば、基本動作であるスロ
ットル弁開度の検出は２し儂程度でよいが、排気温度検
出の動作は時定数が大きいだめ２０〜３０秒Ａ川が良好
用あり、従ってこの頻度に見合うカクンター値がプリナ
ツトされる。また同フローチャート中の「シフトに」は
、補正量へのほか傾必要に応じて数表値に加えられる補
正量であり、運転条件が大きく変るような場合にマニュ
アル操作等によって別に付加されるものである。

以−ヒ述べたように、本実施例は、負荷変動時にまず記
憶された数表に基づいて非フイードバツク的にとりあえ
ず次の動作点に移動し、次に排気温度検出による微調整
を行なうという制御がなされるので、制御系にフィード
バックループを含むにもかかわらず、応答性が高くしか
もハンチング等の問題の少ない制御装置を得ることがで
きるのである。

なお、各実施制においては、ガス供給量をガスｍ調整弁
による絞り弁の開門によって制御する場合について述べ
であるが、ガス供給量はガス圧調整器で供給圧力を調整
することによって制御することもできる。また、第２の
実施例のように、排気温度の検出結果による数表値の補
正は第１図の鎖線Ｒよシ左側の領域において特に有効で
あり、制御ラインレ旬を鎖線Ｒの左側のみに設定した制
御装置においてこれを実施することもできる。

上述の実施例の説明からも明らかなように、本発明は機
関のスロットル弁開度に対するガス量調整弁開度のあシ
得べき関係を数表の形で記憶させておくことＫより、負
荷率に応じて常Ｋｔ適の空燃比を得ることができ、機関
を燃費が少なくかつ安定した状態で運転することが可能
となるのである。また、定常運転状態における定格出力
でのスロットル弁開度を越え為領域では、ガス量調整弁
開度を増大して燃料リッチな条件となるようにしである
ので、負荷の急増時に一時的にこの部分の数表が続まれ
で燃料ガスが急増し、失速を回避することができるので
ある。特に、数表が失火域に近く、低燃費な制御ライン
に設定されている時には、負荷急変時に失速状態になり
やすいものであるが、本発明はこのような設定条件にお
いても良好な運転状態を保つことが可能となる。

更に、本発明では、負荷率の代用特性としてスロットル
弁の開度を検出するため、トルクセンサーのような高価
で使用に際しての制約の多いものを使用する必要がなく
、また空燃比そのものを測定し々いため、酸素濃度セン
サーのような高価で収扱いの面倒なものも不要であり、
安価で応答性のすぐれた制御装置を得ることができる利
点もある０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るガス燃料機関におけるスロットル
弁開度とガス量＃ｉ整弁開度の関係及び制御ラインを示
す特性図、第２図は本発明の第１の実施例の概念系統図
、第３図は同−Ｆの制御７０−チャート、第４図は第２
の実施例の概念系統図、第５図は同上の制御フローチャ
ートである。 ＋１］は機関、（２）はガバナ機構、（３）はスロット
ル弁の開度検出器、（４）はガス量調整弁の開度検出器
、（５）はＲＯＭ、＋６１はマイクロコンピュータ、（
７）は電動モータ、（８）Ｆｉスロットル弁、（９）は
ガス量調整弁、（１０）け回転速度検出器、（１１）は
燃料ガス、（Ｉ３）は空気、（ハ）は制御ライン、（財
）は増信号、＋２７１は減信号である。 特許出願人　　ヤンマーディーゼル株式会社代理人　弁
理士　篠　１）賞 第１図 層了；−一 特開昭５８−２１４６５６（６） 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　スロットル弁の開度を調整して根圏の回転速
   度を一定に保持するガバナ機構と、スロットル弁の開度
   を検出する手段と、ガス量調整弁の開度を検出する手段
   と、スロットル弁開度に対するガス量調整弁開度のあり
   得べき関係を定常運転状態における定格出力でのスロッ
   トル弁開度を越えるＲ域にまで及んで数表の形で記憶す
   る手段と、サンプリングされたスロットル弁開度とガス
   量調整弁開度の各検出結果に応じ前記数表に基づいてガ
   ス量調整弁関度を決定して制御出力を出す演算手段と、
   演算手段の制御出力によりガス量調整弁開度を増減する
   調整手段と、を備えており、定常運転状態における定格
   出力でのスロットル弁開度を越える領域においては、失
   火あるいは失速を生じない燃料リッチな条件となるよう
   にガス量調整弁開度が設定されていることを特徴とする
   ガス燃料機関の制御装置。