JPS6332353Y2 - - 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
剰率を発電機負荷量に基いて最適値に自動調整す
る発電機負荷ガス燃料機関の制御装置に関する。

一般に、ガス燃料機関、特に電気着火式のガス
燃料機関においては、ノツキング域および失火域
を回避し、かつ燃料消費率および排気ガス特性を
改善するためには、空燃比を最適なものに制御す
ることが必要不可欠である。

このような制御に関する従来技術としては、特
別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、ノツキング域および失火域の回避、燃費
の改善、さらには排気ガスの低減をも考慮した空
燃費は一般に負荷率に対して単純に直線的な関係
とはならず、第５図のように縦軸にガス量調整弁
開度、横軸に発電機負荷率をとつて表わしたノツ
キング域、失火域もしくは失速域、燃費悪化域の
如くになる。

ところが、前記従来技術では、機械的手段によ
るものであるため所期の目的を十分に達成でき
ず、しかも調整も困難であるという問題があつ
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を設け、その検出結果に
基いて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は高価で、耐久
性が数百時間程度のものしかなく、その性能面で
も使用時の温度によつて出力が大巾に変動する等
の不具合な点が多く、制御回路や頻繁な取替えの
ためのコストが多大になるという問題があつた。

さらに、負荷率の代用としてスロツトル弁の開
度を検出し、このスロツトル弁開度に基づいてガ
ス量調整弁の開度を制御することも提案されてい
る。ところが、特に単気筒機関等の場合、スロツ
トル弁の開度が微小時間中に大きく変動するの
で、スロツトル弁開度を安定して検出することが
比較的困難であるという問題が考えられる。

本考案の目的は、前記従来技術の問題点を解消
し、発電機負荷ガス燃料機関におけるノツキング
域および失火域もしくは失速域を回避し、燃費や
排気ガス特性等を改善できる制御装置を提供する
ことにある。

この目的を達成するため、本考案は、発電機負
荷を有するガス燃料機関の制御装置において、発
電機負荷量を検出する負荷検出手段と、ミキサー
へのガス量を調整するガス量調整弁の開度を検出
する開度検出手段と、前記発電機負荷量と前記ガ
ス量調整弁の開度とのありうべき関係を数表の形
で記憶する手段と、前記負荷検出手段により検出
された発電機負荷量から前記数表に基づいてあり
うべき前記ガス量調整弁の開度を選出する手段
と、この手段により選出された前記ガス量調整弁
の開度の数表値と前記開度検出手段により検出さ
れた前記ガス量調整弁の開度の検出値とを比較
し、該数表値と該検出値との差に応じて該ガス量
調整弁の開度増減信号を発出する手段と、このガ
ス量調整弁の開度増減信号に応じて該ガス量調整
弁の開度を増減する手段とを備えているものであ
る。

以下、本考案を図面に示す一実施例にしたがつ
て詳細に説明する。

第１図は本考案による発電機負荷ガス燃料機関
の一実施例の概念系統図である。

本実施例において、ガス燃料機関１は発電機負
荷型のものであり、発電機２を備えている。ガス
燃料機関１への燃料ガス３はガス量調整弁４から
ミキサー５の中に吸入され、該ミキサー５内で、
別のポートから吸入された空気６とミキシングさ
れた後、ガス燃料機関１の燃焼室内に送り込まれ
る。

前記ガス量調整弁４はガス燃料機関１への燃料
ガス３の供給量をその開度の大小によつて増減す
るもので、その開度の大小は空燃比の大小を表わ
す代用特性値として使用可能なものである。この
ガス量調整弁４はレバー７を介して駆動用の電動
モータ８に機械的に連結され、該電動モータ８に
より駆動される。そして、ガス量調整弁４の開度
はたとえばポテンシヨメータ等を用いた開度検出
器９により検出される。この開度検出器９により
検出されるガス量調整弁４の開度の検出値はアナ
ログ値であるので、アナログ／デジタル（Ａ／
Ｄ）変換器１０に送られ、デジタル値に変換され
る。

一方、前記発電機２の出力電力すなわち負荷量
は電力検出回路（負荷検出回路）１１によりアナ
ログ値として検出され、前記Ａ／Ｄ変換器１０に
送られ、デジタル値に変換される。

この電力検出回路１１は第２図に示すように、
発電機２の出力電圧を検出する電圧検出回路１
２、同じく出力電流を検出する電流検出回路１
３、瞬時電力としての出力電圧と出力電流との積
を求める乗算器１４、平均電力としての瞬時電力
の直流分を求める直流分検出回路１５からなる。

また、電力検出回路１１の回路図は第３図に示
されている。同図において、符号１２Ａ，１２
Ｂ，１２Ｃはそれぞれ電圧検出回路１２を構成す
る計器用変圧器（PT）、クランプダイオード、電
圧フオロワである。符号１３Ａ，１３Ｂはそれぞ
れ電流検出回路１３を構成するシヤント（分流
器）、増巾器である。さらに、１５Ａ，１５Ｂ，
１５Ｃはそれぞれ直流分検出回路１５を構成する
積分器、増巾器、電圧リミツタである。

本実施例では、発電機２の負荷量すなわち出力
電力とガス量調整弁４の開度とのありうべき関係
を数表の形として記憶し、またガス量調整弁４の
開度の増減のための演算制御および出力を行う手
段として、マイクロコンピユータシステムを用い
ることができる。

すなわち、第１図の実施例におけるマイクロコ
ンピユータシステム１６はCPU（中央処理装置）
１７、ROM（読出し専用メモリ）１８、RAM
（ランダム・アクセス・メモリ）１９、入力／出
力（Ｉ／Ｏ）インターフエース２０、およびこれ
らを接続するデータバス、アドレスバス、コント
ロールバスよりなるいわゆるシステムバスライン
２１で構成されている。演算制御用プログラムお
よびガス量調整弁４のありうべき値を数表化した
形のもの等は前記ROM１８の中に記憶させるこ
とができる。

前記符号１７から２０までに示す各ユニツトは
デイスクリートな大規模集積回路（LSI）で構成
できる他、マイクロコンピユータシステム１６の
全体をワンチツプマイクロコンピユータ化したも
のでも同様の機能を果たすことができる。

前記システムバスライン２１は前記Ａ／Ｄ変換
器１０に接続され、該Ａ／Ｄ変換器１０に対する
信号の伝送を行うことが可能である。

さらに、前記Ｉ／Ｏインターフエース２０は、
パワートランジスタないしリレー等による増巾器
２２を介して前記電動モータ８に接続されてい
る。したがつて、マイクロコンピユータシステム
１６による演算結果はＩ／Ｏインターフエース２
０から増巾器２２を経てガス量調整弁４の開度増
減信号として出力されるが、本実施例ではガス量
調整弁４の駆動手段として電動モータ８が用いら
れているので、Ｉ／Ｏインターフエース２０から
のガス量調整弁４の開度増減信号は電動モータ８
の正転信号２３、逆転信号２４として出力され
る。これらの信号に基づいて電動モータ８の正逆
回転を行うことによりガス量調整弁４の開度は最
適な空燃比が得られるよう増減できる。すなわ
ち、マイクロコンピユータシステム１６による演
算結果に基づいて、ガス量調整弁４の開度の検出
値と数表値との差が減少するよう該ガス量調整弁
４の開度が増減される。

次に、本実施例の作用について説明する。ま
ず、本実施例では、発電機２の負荷量（出力電
力）とガス量調整弁４の開度とのありうべき関係
を数表の形で記憶するものであるが、発電機負荷
量は安定して検出でき、有効に負荷率の代用とな
るものであり、またガス量調整弁４の開度は空燃
比の大小を示す代用特性値として用いることがで
きるものである。

ガス燃料機関においては、失火域および（また
は）ノツキング域を回避するためには、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
値は第５図に示すように発電機２の負荷率によつ
て異なるものであり、前記失火域およびノツキン
グ域の両回避域以外に、燃費および排気ガスの低
減等を考慮に入れた場合、第５図における１本の
ありうべき最適な制御ライン２５として設定可能
である。

本実施例では、この制御ライン２５を数表化し
て記憶しておくことが１つの特徴であり、制御ラ
イン２５がステツプ状になつているのは、数表化
の際に量子化を行うためであり、数表の記憶容量
を大きくする程、きめ細かい制御ライン２５とし
て記憶しうるものであることは言うまでもない。

すなわち、本実施例においては、制御ライン２
５を数表化したもの、換言すればガス量調整弁４
のありうべき最適な目標値を数表化したものおよ
び演算制御用プログラムはROM１８の中に記憶
しておく。

また、本実施例の制御ロジツクは第６図のフロ
ーチヤートに示す通りである。その場合、まず適
宜に発電機２の負荷量すなわち出力電力を電力検
出回路１１により検出する。すなわち、発電機２
の出力電圧および出力電流はそれぞれ電圧検出回
路１２と電流検出回路１３により検出され、発電
機２の出力電圧ａと出力電流ｂが得られる。出力
電圧ａと出力電流ｂは第４図に示すような信号波
形を有している。次に、出力電圧ａと出力電流ｂ
は乗算器１４により乗算され、瞬時電力ｃが求め
られる。この瞬時電力ｃは第４図に示す如く出力
電圧ａおよび出力電流ｂの周波数の２倍の周波数
を持つ、直流分を含む交流である。この瞬時電力
ｃは直流分検出回路１５により平滑化された直流
ｄに変換された後、Ａ／Ｄ変換器１０に入力さ
れ、アナログ値からデジタル値に変換される。

次に、前記の如くして検出された発電機２の負
荷量すなわち出力電力に基づいて、ROM１８に
記憶されたガス量調整弁４の開度の数表値の中か
らありうべき最適なガス量調整弁開度の数表値を
目標値として選出する。

一方、適宜に開度検出器９でガス量調整弁４の
開度を検出し、その検出値をＡ／Ｄ変換器１０に
入力し、アナログ値をデジタル値に変換する。

前記ガス量調整弁４の開度の数表値と検出値と
は、マイクロコンピユータシステム１６のCPU
１７において比較、演算される。この場合、数表
値と検出値との比較を行うに際しては、チヤタリ
ングの防止のために一定のアロウワンスを持たせ
るのが有効である。

ガス量調整弁４の開度の数表値と検出値との比
較の結果、数表値の方が大きい場合、Ｉ／Ｏイン
ターフエース２０から正転信号２３を出力し、増
巾器２２を経て電動モータ８の回転数を増大さ
せ、ガス量調整弁４の開度を増大させる。一方、
数表値の方が検出値よりも小さい場合、逆転信号
２４を出力して電動モータ８を逆転させ、ガス量
調整弁４の開度を小さくする。また、数表値と検
出値が近似している場合および両方の値の差が所
定量以下に減少して来た場合、開度増減信号は解
除される。

したがつて、本実施例によれば、ガス量調整弁
４の開度を発電機２の負荷量すなわち出力電力に
基づいて演算制御することにより、空燃比を制御
ライン２５（第５図）にしたがつて常に最適に制
御でき、失火域およびノツキング域の回避の他、
燃費の改善や排気ガスの低減も図ることができ
る。

なお、第６図のフローチヤートにおけるインタ
ーバルタイムは、電動モータ８の回転角速度との
かね合いで、制御上のオーバーシユートが頻繁に
起こらないような最適値を選ぶことが必要であ
り、インターバルタイム自体の設定はソフトウエ
アタイマあるいは外部クロツクを利用する方式で
行うことが可能である。

また、前記実施例における電動モータ８はたと
えばサーボソレノイドの如き他の手段を用いるこ
とが可能である。サーボソレノイドを使用する場
合、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当て、図示しない
Ｄ／Ａ変換器を経由して出力するようにすればよ
い。

さらに、前記実施例では、制御出力としてミキ
サー５の前段のガス量調整弁４の開度を制御した
が、逆に第１図の空気６のライン側にガス量調整
弁４を設けても同様の制御を行いうることは言う
までもなく、この場合は第５図のガス量調整弁４
の開度と発電機負荷率との関係における制御ライ
ン２５の数表パターンもそれに見合つたものとな
る。

また、制御回路としてCPU１７を使用せずに、
通常のランダムロジツクで同様のシーケンス回路
を構成しうることも勿論である。

なお、本考案の制御装置によりガス量調整弁４
の開度が変更されると、ガス燃料機関１の回転速
度が変動する原因となりうるが、このことは別途
に設けたガバナ機構等で容易に修正できる。

したがつて、本考案の制御装置をたとえば単気
筒式等の発電気負荷ガス燃料機関に適用すれば、
負荷率に対する最適空燃費のパターンを数表の形
で記憶させるので、任意のパターンが採用でき、
その結果、失火域およびノツキング域の回避、燃
費ミニマム等、機関設計開発時に試験確認された
最適なパターンが自由に設定できる。

また、本考案の制御装置では、空燃比そのもの
は測定しないので、酸素濃度センサの如き高価で
取扱いの困難なセンサが不要であり、また空燃比
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ので、応
答性が速く、ハンチング等の問題点も少く、しか
も構造が簡単で、調整および保守が容易である。

しかも、本考案の制御装置は負荷率の代用とし
てスロツトル弁の開度ではなくて発電機の負荷量
すなわち出力電力を用いているので、負荷量の検
出を安定して行うことができ、制御性も非常に安
定化し、極めて高精度かつ高信頼性の制御が得ら
れる。

以上説明したように、本考案によれば、ノツキ
ング域や失火域もしくは失速域を回避し、かつ燃
費の改善および排気ガスの低減を図ることがで
き、しかも高精度かつ高信頼性の機関制御を安定
して行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による発電機負荷ガス燃料機関
の制御装置の一実施例の概略系統図、第２図は電
力（負荷）検出回路のブロツク図、第３図はその
回路図、第４図は電力検出回路の各部の出力波形
を示す図、第５図はガス燃料機関の発電機負荷率
とガス量調整弁開度との関係における第１図の発
電機負荷ガス燃料機関の制御ラインを示す説明
図、第６図は第１図の制御装置の動作を示すフロ
ーチヤートである。 １……ガス燃料機関、２……発電機、３……燃
料ガス、４……ガス量調整弁、５……ミキサー、
６……空気、８……電動モータ、９……開度検出
器、１０……Ａ／Ｄ変換器、１１……電力検出回
路（負荷検出回路）、１２……電圧検出回路、１
３……電流検出回路、１４……乗算器、１５……
直流分検出回路、１６……マイクロコンピユータ
システム、１７……CPU、１８……ROM、１９
……RAM、２０……Ｉ／Ｏインターフエース、
２５……制御ライン。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 発電機負荷を有するガス燃料機関の制御装置に
   おいて、発電機負荷量を検出する負荷検出手段
   と、ミキサーへのガス量を調整するガス量調整弁
   の開度を検出する開度検出手段と、前記発電機負
   荷量と前記ガス量調整弁の開度とのありうべき関
   係を数表の形で記憶する手段と、前記負荷検出手
   段により検出された発電機負荷量から前記数表に
   基づいてありうべき前記ガス量調整弁の開度を選
   出する手段と、この手段により選出された前記ガ
   ス量調整弁の開度の数表値と前記開度検出手段に
   より検出された前記ガス量調整弁の開度の検出値
   とを比較し、該数表値と該検出値との差に応じて
   該ガス量調整弁の開度増減信号を発生する手段
   と、このガス量調整弁の開度増減信号に応じて該
   ガス量調整弁の開度を増減する手段とを備えてい
   ることを特徴とする発電機負荷ガス燃料機関の制
   御装置。