JPS624676Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、ガス燃料機関の空燃比または空気過
剰率を自動調整するガス燃料機関の制御装置に関
するものである。

ガス燃料機関、とりわけ電気着火ガス燃料機関
においては、ノツク域及び失火域を回避し、かつ
燃料消費率及び排気ガス特性を改善するための手
段として、空燃比を最適なものとすることが必要
不可欠である。

かかる調整装置に関する従来技術としては、特
に制御装置を設けず、ミキサー部に空気流量がも
たらす動圧を感知するバタフライに連動する燃料
絞り部を設ける等の機械的手段によるものが一般
的である。

一方、ノツキング及び失火域を回避し、かつ最
少燃費、ならびに排気ガスをも考慮した空燃比
は、一般に負荷率に対して単純直線的な関係とは
ならず、第２図の縦軸にガス量調圧弁開度、そし
て横軸にスロツトル弁開度を表わしたノツキング
域、失火域もしくは失速域、燃費悪化域のごとく
なる。

しかしながら、上記の従来技術では、機械的な
手段によるため、この目的が達成されず。かつ調
整も難かしいという問題があつた。

また、他の一般的な従来技術としては、燃焼室
出口部に酸素濃度センサーを設け、その検出結果
に基き、燃料供給量を加減する等の手段がある
が、ここで使用される酸素濃度センサーには、高
価で、かつ耐久性が数百時間程度のものしか無
く、更にその取扱いも使用時の温度によつて出力
が大幅に変る等の不都合な点が多く、制御回路コ
スト及び頻繁な取替えコスト等の負担が大である
という問題があつた。

そこで本考案は、前記従来技術の問題点を解消
するためになされたものであり、ガス燃料機関に
ノツク域及び失火域を回避し、かつ燃料消費率及
び排気ガス特性を改善する制御装置を付与するこ
とを目的としたものである。

即ち、本考案のガス燃料機関の制御装置は、ス
ロツトル弁の開度の増減により一定速度を保持す
るガバナ機構を有するガス燃料機関において、ミ
キサー前段に設けられるガス量調整弁及び該ミキ
サー後段に設けられるスロツトル弁各々の開度検
出手段、ならびに該スロツトル弁の開度とガス量
調整弁の開度のありうべき開係を数表の形で記憶
する手段、更に、マニユアルによる定数の設定手
段を設けると共に、適宜に該スロツトル弁の開度
を検出し、上記数表にもとずき選出されるありう
べき該ガス量調整弁の開度に上記マニユアルによ
る定数を加えたものと、該ガス量調整弁の開度検
出値との差が減ずるべく、該ガス量調整弁の開度
を増減しうる演算制御及び出力手段を設けること
により構成される。

以下図面を参照して本考案の実施例の制御装置
につき説明する。

まず、第１図は本考案の実施例におけるガス燃
料機関を示す概念系統図であり、機関２０の燃焼
室に供給される燃料ガス２２は、まず電動モータ
１２にレバー１４でメカニカルに連結され、そし
て駆動されるガス量調整弁１１を経て、ミキサー
１５に至る。また、このミキサー１５には別のポ
ートから空気２３が吸入され、ミキシングされた
後、スロツトル弁１６を経由し、機関２０の燃焼
室に至るようになつている。

ここで、本考案においては前提技術として、ス
ロツトル弁１６がガバナ機構１８により制御さ
れ、常に機関２０の回転速度を一定に保持しうる
弁開度に調整されているものとする。このガバナ
機構１８は本考案の範囲外であるが、例えば機関
回転速度検出器２１の信号を受けて作動する電子
ガバナをそのガバナ機構１８に当てること等任意
の方式をとりうるものである。

次に、１３はガス量調整弁１１の開度検出器で
あり、また１７はスロツトル弁１６の開度検出器
であり、いづれに対しても、例えばポテンシヨメ
ータ等の公知技術を供することができる。

スロツトル弁１６の開度と、ガス量調整弁１１
とのありうべき関係を数表の形で記憶する手段及
び演算制御手段としては、本実施例に示すごと
く、マイクロコンピユータシステムの採用が可能
である。

即ち、第１図の２はCPU、３はROMであり、
ここに演算制御用プログラム及び前記ガス調整弁
１１のありうべき値を数表化した形の記憶が可能
であり、また、４はRAM、５はＩ／Ｏインター
フエースである。

なお、以上の２から５までに示す各ユニツト
は、デイスクリートなLSIで構成しうるのみなら
ず。ブロツク１のごとく、ワンチツプマイクロコ
ンピユータ化したものも同様の機能を持つもので
ある。また、８はデータバス、アドレスバス、コ
ントロールバスからなる所謂、システムバスライ
ンを示している。

更に、前記２個の開度検出器１３，１７による
検出値はアナログ値として検出されるため、マル
チプレクサー、Ａ／Ｄコンバータ６が必要であ
り、これも前記システムバスライン８に連結可能
である。

また、演算結果は、Ｉ／Ｏインターフエース５
から電動のガス量調整弁１１の開度増減信号とし
て出力され、電動モータ１２が使用される場合の
出力は、電動モータ１２の正、逆回転信号１０，
９として出力され、これはパワートランジスタ、
ないし、リレー等による増幅器７を経て連結が可
能である。

更に、第１図の２４で示すのは定数Ａの設定手
段である設定器であり、これには例えばマニユア
ルで操作するポテンシヨメータの採用が可能であ
り、前記のマルチプレクサー、Ａ／Ｄコンバータ
６を経由して読取り可能である。

なお、この設定手段としては、他の手段として
デイジタルスイツチの採用も可能であり、この場
合は、図示していないがデイジタルスイツを図中
のＩ／Ｏインターフエース５に連結することによ
り、本実施例と同様の機能を果しうるものであ
る。

以上の構成に基く、本考案の制御装置の作動を
説明すると、まず、スロツトル弁１６の開度は本
考案が前提とする一定速度で運転される、例えば
発電機セツト用ガス燃料機関等にあつては、負荷
率の代用特性値として使いうるものである。

また、ガス量調整弁１１の開度は、空燃比の大
小を示す代用特性値として使用可能である。

ガス燃料機関にあつて、失火域、またはノツキ
ング域を避けるためには、空燃比を所定の値に調
整することが必要であり、かつその値は、負荷率
によつて異なり、前述した第２図はその様子をグ
ラフ化したものであり、上記回避域以外に、燃
費、排気ガス程度をも考慮すると、一本のありう
べき制御ライン３１として設定可能である。

本考案では、この制御ライン３１を記憶してお
くことが１つの特徴であり、制御ライン３１がス
テツプ状になつているのは、数表化の際、量子化
するためであり、数表の記憶容量を大きくする
程、きめこまかい制御ライン３１として記憶しう
ることはいうまでもない。

なお、燃料ガス成分が変化した場合、あるい
は、機関２０が経時変化を起した場合、実験結果
によれば、第２図の失火域、ノツキング域はほぼ
上下にシフトする形で変化する。

しかしながら本考案では、後述するシーケンス
により装置外部からマニユアルで数表を上下にシ
フトできるため、新しい機関２０、代表的なガス
成分発熱量を前提とした数表を作成記憶させてお
けば良いが、この点は本考案における重要な特徴
の一つである。

なお、定数Ａの調節法としては、例えば機関２
０を高負荷域で運転しつつ、定数Ａの設定手段で
ある設定器２４を機関２０がノツキングする直前
の位置に設定する等によつて可能である。

次に、制御ロジツクは、第３図のフローチヤー
トに示す通りであるが、ここで留意すべき点とし
ては、ガス量調整弁１１の開度の検出値と、数表
による目標値との比較に際しては、チヤタリング
防止のための一定のアロワランスαを特たせるこ
とが有効である。

また、インターバルは、電動モータ１２の回転
角速度とのかねあいで、制御上のオーバーシユー
トが頻繁におこらない最適値を選ぶことが必要で
あり、インターバル自体は、ソフトウエアタイマ
ー、もしくは外部クロツクを使用する方式が採用
可能である。

更に、上記本考案の実施例以外のもので、本考
案に適用可能ないくつかの他の実施例につき例示
すると、第１図中の電動モータ１２は他の方式、
例えば、サーボソレノイドの使用が可能であり、
この場合に制御回路からの出力はアナログ値とな
るため、Ｉ／Ｏインターフエース５の出力部に所
定精度に対応するビツト数を割りあて、図示して
いないＤ／Ａコンバータ経由で出力することで達
成可能である。

また、本考案では、制御出力としてミキサー１
５の前段のガス量調整弁１１の開度を制御した
が、逆に第１図の空気２３のライン側にガス量調
整弁１１を設けても、同様の制御を行ないうるこ
とはいうまでもなく、この場合は第２図の数表パ
ターンもそれに見合つたものとなる。

更に、制御回路としてCPU２を使用せず、通
常のランダムロジツクで同様のシーケンス回路を
構成しうることはいうまでもない。

なお、本考案の制御装置により、ガス量調整弁
１１の開度が変更されると、機関２０の回転速度
が変化する原因となりうるが、それは別途に設け
られたガバナ機構により即修正されうるものであ
る。

従つて、本考案の制御装置をガス燃料機関に適
用すれば、負荷率に対する最適空燃比のパターン
を数表の形で記憶させるため、任意のパターンが
採用でき、その結果、失火域及びノツク域の回
避、燃費ミニマム等、機関開発時に試験確認され
た最適パターンが自由に設定できる。

特に本考案では、数表値をマニユアルで外部か
ら変更できるため、同一仕様の制御装置で種種の
成分ガス燃料に対応できると共に、機関の経時変
化により、ノツク域が少しづつ変化する場合に
も、マニユアルによる数表修正機能が有効であ
る。

また、負荷率の代用特性としてスロツトル弁の
開度検出を行なつているため、装置が安価であ
り、所謂、トルクセンサー等の負荷検出法のごと
く負荷の種類によつて取付場所等が制約される心
配がないという利点がある。

更に、本考案の制御装置では、空燃比そのもの
は測定しないため、酸素濃度センサーのごとき高
価で取扱いの難しいセンサーが不要であり、そし
て空燃比を検出してフイードバツクする方式に比
較して、本考案では数表記憶方式を採用している
ため応答性が早く、ハンチング等の問題点が少
い。

以上のごとく、本考案の制御装置は簡素な機構
で、かつ低価格であり、更に、調整及び保守が容
易であるにもかかわらず。任意パターンの空燃比
制御を可能とし、ノツク域、失火域回避により、
より確実に機関制御を行ない、また燃費、排ガス
等を最少にしうるものである。

なお、本考案は一定速度で運転されるガス燃料
機関一般に対して有効に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例におけるガス燃料機関
を示す概念系統図、第２図はガス燃料機関のガス
量調整弁開度及びスロツトル弁開度の関係におけ
る第１図のガス燃料機関の制御ラインを示す図
表、第３図は第１図のガス燃料機関の制御装置の
フローチヤートである。 １……ブロツク、２……CPU、３……ROM、
４……RAM、５……Ｉ／Ｏインターフエース、
６……マルチプレクサー、Ａ／Ｄコンバータ、７
……増幅器、１１……ガス量調整弁、１３……開
度検出器、１５……ミキサー、１６……スロツト
ル弁、１７……開度検出器、１８……ガバナ機
構、２０……機関、２１……機関回転速度検出
器、２４……制定器、３１……制御ライン。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. スロツトル弁の開度の増減により一定速度を保
   持するガバナ機構を有するガス燃料機関におい
   て、ミキサー前段に設けられるガス量調整弁及び
   該ミキサー後段に設けられるスロツトル弁各々の
   開度検出手段、ならびに該スロツトル弁の開度と
   ガス量調整弁の開度のありうべき開係を数表の形
   で記憶する手段、更に、マニユアルによる定数の
   設定手段を設けると共に、適宜に該スロツトル弁
   の開度を検出し、上記数表にもとずき選出される
   ありうべき該ガス量調整弁の開度に上記マニユア
   ルによる定数を加えたものと、該ガス量調整弁の
   開度検出値との差が減ずるべく、該ガス量調整弁
   の開度を増減しうる演算制御及び出力手段を設け
   たことを特徴とするガス燃料機関の制御装置。