JPS59128938A - 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袋ＭＫ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
シ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、例えばミキ
サ一部忙空気流量がもたらす動圧を感知するバタフライ
に連動する燃料絞り部を設けるという機械的手段による
ものがある。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ガ関係にはならない
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２図
はこの状況を示すものであシ、横軸−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、失火あるいけ失速域が図のような位置に存在す
るため、許容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カシ、直線
的な関係が得られないのである０ 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量を
調整すること、も行なわれているが、酸素濃度センサー
は一般に高価てしかも耐久性に乏しく動作も不安定であ
り、制御回路が複雛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李り、スロ
ットル弁の開度を１５％して機関の回転速度を一定に保
持するガ／＜す機構と、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、機関の
排気温度を検出する手段と、代表的ガスカロリーにおけ
るスロットル弁開度に対するガス量調整弁開度及びスロ
ットル弁開度に対する機関排気温度のあり得べき関係を
それぞれ数表の形で記憶する手段と、スロットル弁開度
と排気温度及びガス量調整弁開度の各検出値と数表にも
きづく数表値に応じてガス量調整弁開度を制御する制御
出力を出す演算手段と、演算手段の制御出力によυガス
量調整弁開度を増減する駆動手段と、を備えており、演
算手段は機関始動時は０に設定される変数Ａの記憶手段
を有し、機関運転中は適宜サンプリングされたスロット
ル弁開度と排気温度の各検出値を前記数表にもとづいて
比較し、排気温度の検出値が数表値より低い場合は変数
Ａを増加し、高い場合は変数Ａを減少するとともに、ガ
ス量Ｍ　整弁開度の数表値にこの変数Ａを加えた値にガ
ス量調整弁開度を一致させるような制與１出力を出すよ
うに構成されてｂることを特徴としている。

すなわち、本発明はガバナ機構で制御される定速運転機
関において、負荷率を代用特性であるスロットル弁開度
で検出し、この検出結果にも七づいて負荷に応じたガス
量調整弁開度を演算手段で計算してガス供給量を制御す
ることにより、常にその時の負荷率に適した空燃比を得
るものであシ、しかも排気温度を検出して記φされたガ
ス量調整０開度の数表値を自動的に修正するだめ、ガス
燃料の成分変化などによってカロリー変動があっても、
所定の空燃比を保持すゆことが可能であり、長期間の無
人運転を行なうこともできるのである。

このように、本発明は簡素なａ構で低価格、且つ調整や
保守作業が容易でありながら、任意パターンの空燃比制
御が可能であり、燃費低減や排ガス対策にも大きな効果
を奏するのである。

次に、本発明の実施例について図面を参照しながら５説
明する。

第１図は概念系統図であシ、図において、（１）は機関
、（２）はガバナ機構、（３）はスロットル弁開度を検
出する手段である開度検出器、（４）はガス量調整弁開
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、（６１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駆動手段
である＠動モータ、（８）はスロットル弁、（９）はガ
ス量調整弁、（ｌＯ）は回転速度検出器である。

機関＋１）の燃焼室に供給される燃料ガス（１１）はガ
ス量調整弁（９）を経てミキサー（１２）に至り、別の
ボートから吸入された空気０３）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。ガノ（
す機構（２）゛としては、回転速度検出器（１０）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
ガス思調整弁（９）の開度検出器（３１＋４＋としては
、例えばポテンショメーク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０４）にそれぞれ
送られ、デジタル是に変換される。

マイクロコンピュータ（６）の（２１）はＣＰＵ　、し
４は幻ｙ１（２３１はＩ１０インターフェース、（２４
）はデータバス、アドレスバス、コントロールバス等か
うする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　ｆ５１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及び板間排気温度
のあシ１υ・べき関係を数表化したデータ等が記憶され
ている。

例えばスロットル弁開度とガス％、ｉ調整弁開度の関係
は、第２図に示す制御ライン（転）のような形で設定さ
れる。すなわち健燃費悪化域、ノッキング域、失火域あ
るいは失速域等を避けて、これらの間に残された区域内
に設定されるのである。なお、制御ライン（社）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はいう
までもない。

＠ｌ）は機関排気温度を検出する排気温度センサー、＠
２は演算増幅回路、關はＡ／Ｄ変換器であり、排気温度
センサーｔ、Ｉｌｌの検出出力は演算増幅回路（３２）
でＡ／Ｄ変換器（至）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（
３１）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、あるいけ任意の特定シリ
ンダーに設けてもよい。

マイクロコンピュータ（６）では、メロツ）ル弁開度と
排気温度との検出結果に応じて後述するような演算を行
ない、増倍９Ｊ−（財）あるいは減信−５＋しηを出は
逆転させる。この電動モータ（７）の駆動によシ、ガス
量調整弁（９）は内部の調整弁（図示せず）がリンク翰
を介して駆動され、所定の空燃比が得られるようにガス
供＃＆量が調整されるのである。

次に、本装置においてガスカロリーの変動に追従しなが
ら低燃費を確保するための制御について説明する。この
制御は、低圧縮比、高メタン価ガス使用時等、ノックが
起りにくい根圏の場合Ｋ特に有効である。

本装置は機関の排気温度によってガスカロリーの変動を
検出して対応するようにしているが、これは次の実験的
事実にもとづいている０（イ）ガスカロリーが変化する
ことで排気温度が変化する。

（ロ）ここでガス量調整弁を操作して排気温度をもとの
温度に戻すと、空燃比ももとの値となる。

つまシ、排気温度と空燃比の間にはガスカロリーに関係
力く常に一定の関係が保たれているのである。従って、
本装置における数表は、代表的カロリーのガスを用いて
機関の性能試験を行ない、燃費特性を良好に保ち、また
運転継続性（負荷が急変した場合に失速したりしない）
等を考慮した最適パターンを、スロットル弁開度に対す
る機関排気温度の最適値−（数表１）と、第２図に示し
たスロットル弁開度に対するガス量調整弁開度の最適値
（数表２）の二つの形で記憶させである二第３図は前者
のスロットル弁開度に対する目標排気温度の制御ライン
卵を示し、第４図は異なるガスカロリーにおける排気温
度とガス粥°調整弁開度の一例を示している。

この二鍾類の数表を用いた制御シーケンスを、スロット
ル弁開度、ガス量調輻弁開度、排気温度をそれぞれ座標
軸として立体的に表わした第５図によシ説明すると次の
通シである。

（イ）まず、スロットル弁開度ａを検出し、数表２に従
ってガス量調整弁開度をとりあえず最適と目される数表
値に設定する０ （ロ）次に、排気温度を検出し、数表１によりその時の
スロットル弁開度における排気温度の数表値ｔ。と比較
する。ここで検出値ｔと数表値ｔ０が一致すれば、その
状態を維持する。両者が一致せず、ｔ　＜　ｔｏの時は
補正用さして設定される変数Ａを増加し、１　）　１゜
の時は変故人を減少し、これを記憶する。

（ハ）この変数Ａを数表２による数表値民に加え、数表
２＋Ａで表わされる数表２′に従って前記（イ）からの
制御をくシ返す。

すなわち、ガスカロリーが変化した場合には、排気温度
分布の山ｔ／ｉ第５図の破線の位置に移動しているわけ
であ少、上記（イ）（ロ）（ハ）のサイクルをくり返す
ことによって変数Ａは実線と破線どのギヤツブ釦対応し
たものとなり、ＷＫ表２が補正されて新たなガスカロリ
ーにおける最適な運転状態が得られるのである。

第６図は上述した動作にっ−ての制御フローチャートを
示すものである。なお、制御シーケンスのインターバル
は、実験によるとガス量調整弁の操作はＱ５秒β、排気
温度の検出は２０〜３０秒Ａが適当であった。

上記の実施例では、ガス量調整弁開度を増減する駆動手
段として電動モータ（７）を用いているが、これは他の
駆動手段、例えばチーボッレノイドの使用が可能である
土この場合には制御信号はアナＤ／Ａコンバークを用い
て出力すればよい。寸だ、ガスＭ祠整弁（９）はミキサ
ーθ匂の前段に設けているが、これは空気０３）のライ
ン側に設けて同様の制御を行なうこともできる。この場
合−は数表のパターンもそれに見合ったものとなること
はもちろんである◇更に、本実施例のように制御部にマ
イクロコンピュータ（６）を用いず、通常のランダムロ
ジックによって同様のシーケンス制御回路を構成するこ
ともできる。

なお、ガスｉＩ４′調整弁が８度が変更されることは機
関回転速度が変化する要因となるが、これはガバナ機構
（２）によって修正され、回転速度は一定Ｋｔ４１Ｊ持
される。

以上述べたように、本発明はスロットル弁開度に対する
ガス量調整弁開度及び排気温度のあシ得べき関係を数表
の形で記憶させておき、排気温度に応じて数表を補正し
ながらガス量調整弁開度を制御しているので、発律源に
よってカロリーが異なるガスを螺ζＮ″１とするガス燃
歌ト槻閂の空燃比を負荷率に応じて最適に保つことがで
き、燃費が少なく排ガス対策に有効々制御が可能となる
のである。

丈に、木発り］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１察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ないため、酸素濃度
センサーのような高価で取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図は本発明の一実施例の根、念系統図、第２図（は
スロットル弁開度とガス用。調整弁開度の関係を示す特
性図、第３図はスロットル弁開度と排気温度の関係を示
す特性図、第４図は排気温度とガス量調整弁開度の関係
を示す特性図、ｖＪ５図はスロットル弁開度、ガス邪調
整弁開度、排気温度の関係を示す動作説明図、第６図は
制御７０−チャ−トである。 （１）・・・検量、（２）・ガバナ枳構、（３）・・ス
ロットル弁の開度検出器、（４）・・・ガス（１，が１
，１整弁の１１１１度検出器、（５）・・・ＲＯムｆ、
（６１・・・マイクロコンピュータ、（７）・・・電動
モータ、（ａ）・・・スロットルＪＰ、＋９）・・・ガ
スｆｔ　調整弁、（ｌＯ）・・・回転速度検出器、（１
１）・・・燃ｒ１ガス、（１３）・・・空気、勾）・・
・制御ライン、（２６１・・・増倍号、（２η・・・減
信り、（３１）・・・排気温度センサー、（３１５１・
・制御ライン。 特許出願人　　ヤンマーディーゼル株式会社代理人　弁
胛士辞　１）　寅 第１図 第２図 小＠’：１Ｊ３ｙｋ）い軸　　Ｑ大 筒３図 スロットル＋Ｆ間度

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、ガス長調整弁の
   開度を検出する手段と、機関の排気温度を検出する手段
   と、 代表的ガスカロリーにおけるスロットル弁開度に対する
   ガス量調整弁開度及びスロットル弁開度に対する機関排
   気温度のあシ得べき関係をそれぞれ数表の形で記憶する
   手段と、 機関始動時は０に設定される変数Ａの記憶手段を有し、
   機関運転中は適宜サンプリングされたスロットル弁開度
   と排気温度の各検出値を前記数表にもとづいて比較し、
   排気温度の検出値が数表値より低い場合は変＆Ａを増加
   し、高い場合は変数Ａを減少するとともに１ガス量調整
   弁開度の数表値にこの変数Ａを加えた値にガス量調整弁
   開度を一致させるような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駆
   動手段と、 を備えたことを特徴とするガス燃料機関の制御装置。