JPS61241453A - ガス機関の空燃比制御装置 - Google Patents

ガス機関の空燃比制御装置

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JPS61241453A
JPS61241453A JP60082952A JP8295285A JPS61241453A JP S61241453 A JPS61241453 A JP S61241453A JP 60082952 A JP60082952 A JP 60082952A JP 8295285 A JP8295285 A JP 8295285A JP S61241453 A JPS61241453 A JP S61241453A
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valve opening
valve
gas
engine
air
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JPH042792B2 (ja
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Tadatoshi Maekawa
前川 忠敏
Hiroshi Komukai
小向 浩史
Yukiro Sasaki
佐々木 征郎
Hideki Tsushima
対馬 秀樹
Kazuyuki Hiratsuka
平塚 和行
Hiromi Shimoda
下田 裕己
Fumiaki Seki
関 文明
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Caterpillar Mitsubishi Ltd
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Caterpillar Mitsubishi Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F02D19/021Control of components of the fuel supply system
    • F02D19/023Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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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】 【産業上の利用分野】
この発明はガス機関の空燃比制御装置に係り、特に、混
合気の導入量を絞り弁開度または吸気管内圧力を一定維
持しながら空気と燃料ガスとの空燃比を負荷に応じて制
御する装置に関する。
【従来の技術】
従来例を示す第5図において、1は火花点火式のガス機
関であり、その吸気管路2には一次空気供給管路3と燃
料ガス供給管路4のそれぞれがキャブレータ5を介して
接続され、かつ前記吸気管−2内にはガバナ6に連動さ
せた絞り弁7が設けられている。 そして、上記ガス機関1では、−次空気供給管路3から
の空気と燃料ガス供給管路4からの燃料ガスとをキャブ
レータ5で一定の割合に混合することにより空燃比一定
として運転し、かつ機関負荷の大幅増減に対してはガバ
ナ6を介して絞り弁7の開度角を調整することによりガ
ス機関1への混合気導入量を増減して機関出力を増減し
ている。
【発明が解決しようとする問題点】
かかる従来の出力制御では、ガス機関1への負荷と熱効
率と絞り弁7の開度との関係を示す第6図の線(a)で
明らかなごとく、ガス機関1への負荷が100%負荷よ
り軽減すると、それに伴って熱効率が大幅に低下する結
果となっている。 このため、ガス機関1を負荷に対応し高い熱効率で運転
することができず、一方、NOxの発生も多くなってエ
ンジンオイルの寿命が短くなると共に、エンジンオイル
の消費量も多くなるなどの問題点があった。 これに対して、本願発明者は鋭意研究の結果、同図の点
線(b)で示す如く、混合気導入用の絞り弁の開度角乃
至その吸気管内圧力を一定に(100%負荷時に近い値
になるように)設定しておき、燃料ガスの供給即ち空燃
比を調整・制御した場合に熱効率を最適状態に近く維持
することができることを知り、この発明を完成するに至
った。 即ち、この発明は、機関運転時に大きな負荷の変化量に
応じて燃料ガスの供給量を増減して高い熱効率での機関
運転を可能とすることを課題とする。
【問題点を解決するための手段】
この第1の発明は上記課題を解決するために、第1図お
よび第3図で示す如く、 ガス機関lの吸気管路2にキャブレータ5を介して空気
供給管路3と燃料ガス供給管路4が接続され、かつ前記
吸気管路2にガバナ6で制御される絞り弁7が設けられ
たガス機関の空燃比制御装置において、 (a)、エンジン負荷の増減に対応してガバナ6により
調整される共にリセット時には所定弁開度角に復帰する
絞り弁7を設ける、 (b)、前記絞り弁7の弁開度角または吸気管路内の混
合気圧力を検出するための導入量検出センサ81又はS
2を設ける、 (C)、該導入量検出センサS1又はS2からの検知信
号により、前記絞り弁の弁開度角または混合気圧力の変
化量を測定する変化量測定手段21を設ける、(d)、
変化量測定手段21からの入力データに対応したガス流
量調整弁8の弁開−制御角を決定し、制御信号を出力す
る弁開度決定手段24を設ける、(e)、該弁開度決定
手段24から制御信号に基づいて前記燃料ガス供給管路
4に設けられたガス流量調整弁8の弁開度角を制御する
弁制御装置17を設ける、 という技術手段を講じている。 また第2の発明は、第2図の機能ブロック図で示す如く
、上記第1の発明に係る技術手段に、(f)、ガス機関
のエンジン回転数を検出するエンジン回転数センサS3
を設ける、 (g)、該エンジン回転数センサS3からの回転数デー
タを基に、絞り弁の弁開度角のリセット時の弁開度角を
各エンジン回転数(又は回転数パターン)に応じて予め
定めてある所定角から決定し、絞り弁の弁開度角を決定
された所定角に制御する弁開度角設定値変更手段22を
設ける、という技術手段を講じている。
【作 用】
ガス機関の運転時において、空気供給管路からの空気と
燃料ガス供給管路からの燃料ガスとがキャブレータによ
り混合され、その混合気がガス機関に導入される。 この場合の吸気管内の絞り弁の弁開度角(θ)、乃至吸
気管内の圧力(P)は一定の設定値(θ−C,P−D)
となるよう構成される。 この状態で、エンジン負荷が大幅に増減するとガバナに
よって前記絞り弁の弁開度角乃至吸気管内の圧力が変化
する。 この時の絞り弁の弁開度角または混合気圧力の変化を導
入量検出センサS1またはS2で検出する。 斯くして、咳センサS1またはS2からのデータを変化
量測定手段21に入力して演算処理することにより絞り
弁の弁開度角または混合気圧力の変化量を測定し、その
結果の変化量データを弁開度決定手段24に出力する。 弁開度決定手段24は変化量データに対応するガス流量
調整弁8の弁開度調整角を決定し、その弁開度角への制
御コマンドを弁制御装置17に出力する。 もって、弁制御装置17がガス流量調整弁8の弁開度角
を制御することにより、機関負荷の増減に伴う混合比(
空燃比)に是正された混合気をガス機関に一定流量で供
給しうる。 また、この混合気の流量は、予め設定された絞り弁の弁
開度角(θ=C)乃至吸気管内の圧力(P=D)により
決定されるが、エンジン回転数によって上記設定値C,
Dを変更してもよい。 そのために第2図に示す発明では、回転数センサS3か
ら検出されたガス機関のエンジン回転数データをもとに
、弁開度角設定値変更手段22によって、エンジン回転
数乃至エンジン回転数パターンに応じた絞り弁の弁開度
角の設定値を決定し、絞り弁の弁開度角を決定された所
定角に制御する。 これによって、エンジン回転数に応じて上記設定値C,
Dを変更することができる。 また、上記それぞれの構成において、02センサS4を
用いて、ガス機関の排気系統での排気中の酸素濃度を検
出しフィードバックすることにより、弁開度補正手段2
3で混合気の空燃比を最適な比率となるよう補正し、該
補正のための弁開度制御角を演算して、制御信号を出力
する構成にしてもよい。
【実施例】
以下、この発明の好適実施例を第3図に基づいて説明す
る。 同図において、第5図の従来例との同一部分には同一符
号を付して重複する構成説明は省略する。 8はガス流量調整弁であり、燃料ガス供給管路4に設け
られてキャブレータ5に対する燃料ガスの供給量を調整
する。 Slは弁開度センサであり、図示例の場合ガバナ6に連
動して絞り弁7の弁開度角を検出する。 S3はガス機関1の回転数センサであり、ガス機関のエ
ンジン回転数(r、p、m、 )を検出する。 S4は02センサであり、ガス機関1の排気管路9に設
けられて排気中の酸素濃度を検出する。 上記各センサSl、S2,33.S4の出力側は、適宜
それらの出力信号を整形あるいは予調整するための調整
器およびA/D変換器(図示せず)を介して弁制御用マ
イクロコンピュータ20の入力側に接続されている。 弁制御用マイクロコンピュータ20は、前記各センサS
1.S2.S3.S4からの入力データを基にガス流量
調整弁8を自動的に開閉制御するためのもので、CPU
とメモリとI10ポートからなる通常構成からなってお
り、その出力端はガス流量調整弁8の弁制御装置17に
接続されている。 ここで、弁制御用マイクロコンピュータ20は、変化量
測定演算回路21と、弁開変角設定値変更演算回路22
と、弁開度補正演算回路23と、ガス流量調整弁8の弁
開度決定演算回路24とを有している。 また、弁制御用マイクロコンビエータ20のメモリ26
には、予め設定された絞り弁の弁開度角Cから、エンジ
ン負荷が大幅に増減した場合に変化する弁開度角の変化
量に対応して、上記弁開度角Cに維持した場1合の空燃
比、換言すれば空気の供給量を一定にした場合の燃料ガ
スの供給量を決めるガス流量調整弁8の弁開度角データ
ファイルがストアされている。 ここで、第4図は、空燃比、機関出力、02センサの出
力電圧、熱効率の相関関係を示したもので、これにより
負荷の大幅な増減に対して空燃比を調整して100%負
荷時に近い絞り弁の弁開度角C乃至吸気管内の圧力を一
定に維持してエンジン負荷に対応(同図線す参照)する
と、熱効率の損失が少ない(同図線C参照)ことがわか
る。 このように、前記負荷の大幅な増減に対応する燃料ガス
供給量値を予めデータファイルとして前記メモリ26に
ストアしておく。 つぎに、上記実施例の作用を説明すると、ガス機関1の
運転時において、まづ、絞り弁は100%負荷時に近い
弁開度角Cまで制御される。 また、各センサS1〜S4はそれぞれの検出データ信号
を弁制御用マイクロコンビエータ20に出力する。 ガス機関1の運転時に負荷の大幅変化があると、絞り弁
7の弁開度角が変化するので、この場合の弁開度角の変
化がセンサS1によって検出される。 該センサS1は検出信号を変化量測定演算回路21に出
力することにより、絞り弁7の変化量を演算して測定す
る。 その変化量データは弁開度決定演算回路24に入力する
。 弁開度決定手段24は、変化量データに対応するガス流
量調整弁8の弁開度調整角データをメモリ26から呼び
出し、弁開度角制御コマンドとして弁駆動手段17に出
力する。 1・)これにより、アクチュエータを介してガス流量1
開′整弁8の弁開度角は絞り弁7の弁開度角がCとなる
まで自動制御される。 従って、キャブレータ5に対する燃料ガスは供給量が制
御されるので、最適混合比となる。 次ぎに、上記説明では、絞り弁7の弁開度角Cをエンジ
ン回転数に関係なく一定に設定したが、設定値はエンジ
ン回転数に応じて調整できる。 この場合は、エンジン回転数センサS3により検出され
たエンジン回転数が、適宜回転数間隔に分けられたパタ
ーンのいづれに属するかを弁開変角設定値変更回路22
で判定すると共に、その決定された回転数パターンに対
応する所定の絞り弁開度角C′に絞り弁が調整される。 これにより、きめ細かい絞り弁の弁開度角の調整を行う
ことができる。 また、S4はo2センサであり、排気中の酸素濃度を検
出しそのデータを弁開度補正回路23に出力する。 弁開度補正回路23は前記02センサS4からのデータ
が一定の酸素濃度範囲内を基準とした実際酸素濃度の偏
差分を演算しその結果の補正データを弁開度決定手段2
4に出力する。 これによりNOxの発生を一層効果的に抑えることがで
きる。 以上の実施例において、弁開度センサS1は混合気圧力
センサS2に置換してもよい。 この場合の混合気圧力センサS2は吸気管路2に設けら
れて、該吸気管路2内の混合気圧力を検出してそのデー
タを変化量測定演算回路21に出力する。 以後、前実施例の場合と同様にガス流量調整弁8の弁開
度角を制御する。 尚メモリ26には予め設定された吸気管内圧力りからエ
ンジン負荷が大幅に増減した場合に変化する吸気管内圧
力の変化量に対応して燃料ガス供給量を決めるガス流量
調整弁8の弁開度角データファイルがストアされている
。 これにより、混合気圧力の変化を検出しても前記実施例
の場合と同様の作用効果を奏する。
【発明の効果】
以上、この発明によれば、ガス機関運転時の負荷変化に
対応してキャブレータへの燃料ガス供給量を自動制御で
きるので、機関負荷が100%負荷から軽減した際の熱
効率の損失が極めて少なくなる。 このため、負荷の変化に関係なく熱効率の高い機関運転
が可能となって省エネルギー化が図れると共に、N O
xの発生も少なく、かつエンジンオイルの寿命延長と消
費量の軽減も図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの第1発明の機能ブロック図、第2図はこの
第2発明の機能ブロック図、第3図はこの発明の好適一
実施例に係る概略的な空燃比制御回路図、第4図は空燃
比と機関出力と02センサ、出力電圧との相関関係を示
すグラフ、第5図は従来例に係る概略的な空燃比制御回
路図、第6図はガス機関の負荷と熱効率と絞り弁開度の
関係を表わすグラフである。 1・・・ガス機関 2・・・吸気管路 3・・・空気供給管路 4・・・燃料ガス供給管路 5・・・キャブレータ 7・・・絞り弁 8・・・ガス流量調整弁 17・・・弁制御装置 21・・・弁開度角または混合気圧力の変化量測定手段 22・・・弁開度角設定値変更手段 24・・・弁開度決定手段 SL・・弁開度センサ S2・・混合気圧力センサ S3・・エンジン回転数センサ フ 第3図 第4図 too     駒筐 (%)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)、ガス機関の吸気管路にキャブレータを介して空
    気供給管路と燃料ガス供給管路が接続され、かつ前記吸
    気管路にガバナで制御される絞り弁が設けられたガス機
    関の空燃比制御装置において、エンジン負荷の増減に対
    応してガバナにより調整されると共にリセット時には所
    定弁開度角に復帰する絞り弁と、 前記絞り弁の弁開度角または吸気管路内の混合気圧力を
    検出するための導入量検出センサと、該導入量検出セン
    サからの検知信号により、前記絞り弁の弁開度角または
    混合気圧力の変化量を測定する変化量測定手段と、 変化量測定手段からの入力データに対応したガス流量調
    整弁の弁開度制御角を決定し、制御信号を出力する弁開
    度決定手段と、 該弁開度決定手段からの制御信号に基づいて前記燃料ガ
    ス供給管路に設けられたガス流量調整弁の弁開度角を制
    御する弁制御装置 とを設けてなるガス機関の空燃比制御装置。
  2. (2)、弁開度決定手段が、ガス機関の排気系統に設け
    られて排気中の酸素濃度を検出するO_2センサからフ
    ィードバックされた酸素濃度データを基に弁開度補正手
    段でより最適空燃比となる弁開度を演算し、該修正され
    た弁開度をもとに弁開度決定手段でガス流量調整弁の弁
    開度制御角を修正して、制御信号を出力することを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載のガス機関の空燃比制
    御装置。
  3. (3)、ガス機関の吸気管路にキャブレータを介して空
    気供給管路と燃料ガス供給管路が接続され、かつ前記吸
    気管路にガバナで制御される絞り弁が設けられたガス機
    関の空燃比制御装置において、エンジン負荷の増減に対
    応してガバナにより調整されると共にリセット時には所
    定弁開度角に復帰する絞り弁と、 前記絞り弁の弁開度角または吸気管路内の混合気圧力を
    検出する導入量検出センサと、 ガス機関のエンジン回転数を検出するエンジン回転数セ
    ンサと、 該エンジン回転数センサからの回転数データを基に、絞
    り弁の弁開度角のリセット時の弁開度角を各エンジン回
    転数(又は回転数パターン)に応じて予め定めてある所
    定角から決定し、絞り弁の弁開度角を決定された所定角
    に制御する弁開度角設定値変更手段と、 前記導入量検出センサからの検知信号により、前記絞り
    弁の弁開度角または混合気圧力の変化量を測定する変化
    量測定手段と、 変化量測定手段からの入力データに対応したガス流量調
    整弁の弁開度制御角を決定し、制御信号を出力する弁開
    度決定手段と、 該弁開度決定手段からの制御信号に基づいて前記燃料ガ
    ス供給管路に設けられたガス流量調整弁の弁開度角を制
    御する弁制御装置 とを設けてなるガス機関の空燃比制御装置。
  4. (4)、弁開度決定手段が、ガス機関の排気系統に設け
    られて排気中の酸素濃度を検出するO_2センサからフ
    ィードバックされた酸素濃度データを基に弁開度補正手
    段で最適空燃比となる弁開度を演算し、該修正された弁
    開度をもとに弁開度決定手段でガス流量調整弁の弁開度
    制御角を修正して、制御信号を出力することを特徴とす
    る特許請求の範囲第3項記載のガス機関の空燃比制御装
    置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0319259A2 (en) * 1987-12-01 1989-06-07 Dresser Industries, Inc. Method and apparatus for controlling air to gas ratio of gaseous fueled engines
CN113294266A (zh) * 2020-02-21 2021-08-24 中国石油天然气股份有限公司 压缩机的空燃比调控装置及方法

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