WO2010098360A1 - 予混合エンジンの制御装置 - Google Patents

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裕一 清水
雄太 古川
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Definitions

  • the present invention relates to a control device for a premixed engine connected to a hybrid supercharger.
  • Patent Document 1 As a control device for a premixed engine including a hybrid supercharger in which a motor generator is connected to a supercharger, for example, one disclosed in Patent Document 1 is known.
  • the intake port 1 b of the premixed engine 1 is connected to the compressor 2 a and the fuel tank 3 of the turbocharger 2, and the premixed engine 1 is premixed.
  • An exhaust port 1 c of the engine 1 is connected to a turbine 2 b of the turbocharger 2.
  • the rotating shaft 2c of the turbocharger 2 is used as a motor generator 4 having an electric function (hereinafter referred to as a motor function) and a power generation function.
  • the motor generator 4 and the turbocharger 2 are combined to form a hybrid supercharger.
  • a generator 5 is connected to the premixed engine 1 via a rotating shaft 1a, and a detector 6 for detecting the amount of power generated by the generator 5 and the amount of air supplied to the premixed engine 1 is connected to the generator 5. Yes.
  • the detection signal from the detection unit 6 is transmitted to the control unit 7, and the control unit 7 transmits a switching signal for switching between the motor function and the power generation function to the motor generator 4.
  • step S ⁇ b> 2 it is determined whether the turbocharger 2 is excessive or insufficient from the detection signal of the detection unit 6 and the data stored in the storage unit in the control means 7.
  • the control means 7 outputs a switching signal to the motor function to the motor generator 4 in step S3.
  • the motor generator 4 that has received the motor function switching signal from the control means 7 is switched to the motor function and is driven by the electric power sent from the power line 8.
  • the turbocharger 2 is driven through the rotating shaft 2c.
  • the control means 7 When it is determined that the air supply amount is insufficient during operation of the premixed engine 1, the control means 7 outputs a switching signal to the motor function to the motor generator 4 in step S3. On the other hand, if it is determined that the air supply amount is excessive, the control means 7 outputs a switching signal to the power generation function to the motor generator 4 in step S4. At this time, even if the supply air is excessive and the rotational speed of the turbine 2b is excessive, the rotational force is effectively used as the power generation energy in the motor generator 4. On the other hand, if it is determined that the air supply amount is appropriate, the function switching signal from the control means 7 to the motor generator 4 is deactivated in step S5. And the motor generator 4 which received the deactivation of the function switching signal from the control means 7 stops a motor function or a power generation function.
  • the motor generator 4 is switched to the motor function to drive the turbocharger 2, so that the startability of the premixed engine 1 is improved. Further, when the supply air is excessive, the motor generator 4 is switched to the power generation function and obtains energy from the turbocharger 2 to generate power, so that energy efficiency is improved.
  • the premixed engine 1 is controlled so as to be driven with appropriate charge, incomplete combustion due to insufficient supply or excessive supply does not occur.
  • the premixed engine 1 is controlled, and in step S6, the premixed engine 1 stops when the control is finished. On the other hand, when the control is continued, the process returns to step S1.
  • the air-fuel ratio in the premixed engine 1 greatly affects combustion, so that accurate air-fuel ratio control is important, but accurate enough. It could not be said that the air-fuel ratio was changed. More specifically, the motor generator 4 is caused to function as a motor when the air supply amount is insufficient at the time of starting, and the motor generator 4 is caused to function as a generator when the air supply amount is excessive. The on / off control of the motor generator 4 was only performed using only the measured air supply amount as a control target.
  • the air-fuel ratio is a value obtained by dividing the air mass in the air-fuel mixture by the fuel mass.
  • An object of the present invention is to provide a control device for a premixed engine capable of obtaining an appropriate air / fuel ratio by more accurately controlling the air / fuel ratio of the premixed engine in view of the problems of the prior art.
  • the present invention has been made as a means for solving such a problem.
  • the present invention relates to a turbocharger comprising a compressor and a turbine, a motor / generator coupled to the compressor via a rotating shaft, a hybrid turbocharger, and air from the compressor flows in,
  • a premixing engine that supplies exhaust gas to the turbine, a generator connected to the premixing engine via a rotary shaft, and the motor generator based on operating conditions of the generator or the premixing engine
  • a control device for a premixed engine comprising: a required air amount calculating means for calculating a required air amount of the premixed engine; and the premixed engine calculated based on the required air amount calculating means.
  • the apparatus includes an air supply amount measuring means for measuring the amount of air supplied from the compressor to the premixed engine, and the calculation means includes a measured air amount measured using the air supply amount measuring means, and the necessary air amount.
  • the power generation amount or the rotational speed of the hybrid supercharger is feedback controlled so that the measured air amount becomes the required air amount based on the required air amount to the premixed engine calculated based on the air amount calculating means. It is characterized by that.
  • the difference between the required air amount supplied to the premixed engine and the measured air amount is calculated, and the rotational speed of the motor generator connected to the compressor is feedback controlled by the calculation means based on this difference.
  • the air amount can be continuously changed, and the premixed engine can be operated at a more appropriate air-fuel ratio than before.
  • the calculating means determines that the turbocharger rotation speed is excessive, and the required air amount is When it is larger than the measured air amount, it is determined that the turbocharger rotational speed is insufficient, and a new supercharger rotational speed instruction value is calculated based on these determinations.
  • the motor generator is set to a new rotation speed command value. Feedback control is performed.
  • the instruction value for the supercharger rotation speed is calculated, and the motor generator is set so that the instruction value is obtained. Therefore, the air amount can be continuously changed to the required air amount, and the air-fuel ratio of the premixed engine can be more accurately controlled to obtain an appropriate air-fuel ratio.
  • the present invention further includes an exhaust gas bypass section that has a bypass flow path and a flow rate adjustment valve provided in the bypass flow path, and adjusts the output of the turbine, and the power generation amount or the rotation speed of the hybrid supercharger Accordingly, the flow control valve is controlled to control the degree of opening and closing of the bypass flow path, and the flow control valve is activated when the power generation amount of the hybrid turbocharger reaches a specified maximum value.
  • the hybrid supercharger is provided with an exhaust gas bypass portion having a bypass flow channel into which a part of the exhaust gas from the premixed engine flows.
  • the exhaust gas When the amount of power generated reaches the maximum output, the exhaust gas is released from the bypass flow path, the turbine output is reduced, the air flow to the premixed engine is reduced, the power generation output is maximum, and the air supply amount Even when the required air supply amount is exceeded, the air supply can be stabilized with a constant air supply amount. And if this escaped exhaust gas is used as energy, energy saving can be achieved. In this case, since the supply air amount control is possible even if the turbocharger specification is set so that the power generation output is always maximized during steady operation, the power generation amount can be made constant at the maximum power generation output. Further, when the power generation amount of the hybrid supercharger reaches the required power generation amount, the exhaust gas may be allowed to escape from the bypass passage.
  • the air / fuel ratio of the premixed engine can be controlled more accurately by controlling the power generation amount or the rotational speed of the hybrid turbocharger to obtain an appropriate air / fuel ratio.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a first embodiment of a control device for a premixed engine according to the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory view showing a second embodiment of the control device for the premixed engine of the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an outline of a control flow of the calculation unit of the first embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of a conventional control device for a premixed engine.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a processing flow of the control device for the premixed engine of FIG.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a control device for a premixed engine according to the present invention.
  • a control device for a premixed engine according to this embodiment includes a turbocharger 2 including a compressor 2a and a turbine 2b, and a motor generator 4 connected to the compressor 2a via a rotary shaft 2c. It is equipped with.
  • the turbocharger 2 and the motor generator 4 constitute a hybrid supercharger.
  • the control device for the premixed engine of the present embodiment is connected to the premixed engine 1 through which air from the compressor 2a flows and supplies exhaust gas to the turbine 2b, and the premixed engine 1 via the rotary shaft 1a.
  • the generator 5 is provided.
  • control device for the premixed engine of the present embodiment includes control means 7 for controlling the output of the motor generator 4 based on the operating conditions of the generator 5 or the premixed engine 1.
  • the motor generator 4 is connected to a power line 8 for extracting electric power when the motor generator 4 functions as a generator, or for supplying electric power when the motor generator 4 functions as a motor.
  • the power line 8 is connected to the power line of the generator 5 and is added to the power of the generator 5.
  • a premixed engine is an engine in which fuel and air are mixed in advance before fuel flows into the combustion chamber, and an air-fuel mixture is generated and supplied to the combustion chamber.
  • liquid fuels and gas fuels there are liquid fuels and gas fuels.
  • a gas engine for a generator is taken as an example, which is a premixed engine that mixes gaseous fuel and air and then supplies them to the combustion chamber.
  • the control apparatus of the premixing engine of this embodiment is the air supply amount measuring means 61 which measures the air flow supplied to the premixing engine 1 from the compressor 2a, and the electric power generation amount which measures the electric power generation amount of the premixing engine 1.
  • Measuring means 62 and having a detection unit 6 for detecting the operating condition.
  • the supply air amount measuring means 61 a known flow meter can be used. In measuring the air flow rate, the supply air pressure, the temperature, the oxygen concentration of the exhaust gas, and the like are taken into consideration. Therefore, in the present embodiment, the air flow rate means a mass flow rate.
  • control device for the premixing engine of the present embodiment is a premixing calculated based on the measured air flow rate measured using the supply air amount measuring means 61 and the power generation amount measured by the power generation amount measuring means 62.
  • the control means 7 is provided with calculation means 70 for calculating the power generation amount or the rotational speed of the hybrid turbocharger so that the measured air flow rate becomes the required air flow rate from the required air flow rate to the engine 1. Based on the calculation result of the calculation means 70, the power generation amount or the rotational speed of the hybrid turbocharger is feedback-controlled.
  • the power generation amount of the hybrid supercharger refers to the power generation amount of the motor generator 4
  • the rotation speed of the hybrid supercharger refers to the rotation speed of the rotary shaft 2c.
  • the calculation means 70 for example, a CPU (not shown) provided in the control means 7 can be used.
  • the control means 7 widely includes electronic circuits including a CPU, software stored in a memory, and the like.
  • the control means 7 uses the measured air amount calculating means (block B1 in the figure) based on the measurement results of the air supply amount measuring means 61 and the power generation amount measuring means 62, and the measured air flow rate and the required air.
  • the required air flow rate to the premixed engine 1 is calculated using a quantity calculating means (block B2 in the figure). These differences are subjected to PI calculation (block B3 in the figure), and the amount of power generated by the motor generator 4 is calculated.
  • the control unit 71 controls the rotational speed of the motor generator 4. At this time, the rotation speed of the motor generator 4 having a function as an AC motor is controlled via an inverter 72 that electrically generates AC power from DC power.
  • the processing of blocks B1 to B3 in the figure can be performed using, for example, a CPU mounted on the control means 7 and software recorded in a memory mounted on the control unit 71.
  • the comparison determination circuit may be formed as hardware.
  • step S12 the required air amount calculated by the required air amount calculating unit B2 and the measured air amount calculated by the measured air amount calculating unit B1 are read. In FIG. 1, these values are input to an adder / subtracter 74 to calculate a difference.
  • step S13 it is determined whether the required air amount is larger than the measured air amount. If the required air amount is large, it is determined in step S14 that the turbocharger speed is insufficient.
  • step S15 the instruction value for the supercharger speed is increased and a new instruction value is set.
  • step S16 If the required air amount is not larger than the measured air amount in step S13, it is determined in step S16 whether the required air amount is smaller than the measured air amount. If it is less, it is determined in step S17 that the turbocharger rotational speed is excessive. In step S18, the instruction value for the supercharger speed is decreased and a new instruction value is set.
  • step S16 if the required air amount is not smaller than the measured air amount, that is, if the required air amount and the measured air amount are substantially equal, the supercharger rotational speed is an appropriate rotational speed in step S19. The value is determined, and the instruction value of the supercharger rotation speed is maintained at step S20.
  • step S20 the motor generator 4 is feedback-controlled so as to become this instruction value and in step S22. finish.
  • the feedback control of the motor generator 4 includes a new rotational speed command value for the motor generator 4 and a current rotational speed command value for the motor generator 4 (the rotational value of the rotating shaft 2c of the motor generator 4 and the rotation sensor).
  • a new rotational speed command value for the motor generator 4 and a current rotational speed command value for the motor generator 4 (the rotational value of the rotating shaft 2c of the motor generator 4 and the rotation sensor).
  • the new rotational speed command value is smaller than the current rotational speed command value, it is determined that the amount of power generation is insufficient, and the new rotational speed command value is determined as the current rotational speed command value. If it is larger, it is determined that the amount of power generation is excessive, and feedback control is performed to a new rotational speed command value of the motor generator 4 based on these determinations.
  • the power generation amount control is set to the negative side.
  • the generator 4 can be operated as a motor to obtain the required air amount. As described above, by adding the power generation amount control plus side and the miss side sign of the motor generator 4, continuous control of the air supply amount becomes possible.
  • the difference between the required air amount supplied to the premixed engine 1 and the measured air amount is calculated, and the motor generator connected to the compressor 2a by the control means 7 Since the power generation amount or the rotational speed of the machine 4 is controlled, the premixed engine 1 can always be operated at an appropriate air-fuel ratio.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the control device for the premixed engine of the present invention.
  • the control device for the premixed engine according to the second embodiment is different from the control device for the premixed engine according to the first embodiment in that an exhaust gas bypass unit 9 is provided.
  • the exhaust gas bypass unit 9 includes a bypass flow path 91 and an exhaust bypass valve 92 that is a flow rate adjusting valve provided in the bypass flow path 91.
  • a proportional solenoid valve is used as the exhaust bypass valve 92.
  • the calculation means 70 determines whether or not the power generation amount is a prescribed maximum value (block B4 in the figure), and the switch 93 is on / off controlled by the control unit 71.
  • the command from the block B5 in the figure can be transmitted to the exhaust bypass valve 92 or cannot be transmitted.
  • the processing of blocks B1 to B4 in the figure is performed using, for example, a CPU mounted on the control unit 71 and software recorded in a memory mounted on the control unit 71, as in the first embodiment. Can do.
  • the control device for the premixed engine includes the exhaust gas bypass unit 9 having the bypass passage 91 into which a part of the exhaust gas from the premixed engine 1 flows, the hybrid supercharger
  • the exhaust gas is released from the bypass passage 91 to reduce the turbine output, and the air flow rate to the premixed engine 1 is reduced.
  • the supply amount can be controlled.
  • this escaped exhaust gas is used as energy, energy saving can be achieved.
  • the turbocharger specification may be determined so that the power generation amount of the hybrid turbocharger is always maximized during steady operation.
  • the air / fuel ratio of the premixed engine can be more accurately controlled to obtain an appropriate air / fuel ratio.
  • the configuration of the characterizing portion of the present invention can be applied to the entire control device including the premixing engine.

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Abstract

予混合エンジンの空燃比をより正確に制御して適正な空燃比を得ることができる予混合エンジンの制御装置を提供する。ターボ過給機２と電動発電機４とからなるハイブリッド過給機と、予混合エンジン１と、発電機５と、該発電機５又は予混合エンジン１の作動条件に基づいて電動発電機４を制御する制御手段７とを備える予混合エンジンの制御装置であって、予混合エンジン１の必要空気量を算出する必要空気量算出手段Ｂ２と、該必要空気量算出手段Ｂ２に基づいて算出される予混合エンジン１への必要空気量が得られるように前記ハイブリッド過給機の発電量又は回転数を算出する演算手段７０とを備え、前記制御手段７は、前記演算手段７０の演算結果に基づいてハイブリッド過給機の発電量又は回転数をフィードバック制御する。

Description

予混合エンジンの制御装置
　本発明は、ハイブリッド過給機と接続された予混合エンジンの制御装置に関する。
　従来、過給機に電動発電機を接続したハイブリッド過給機を備える予混合エンジンの制御装置として、例えば特許文献１に開示されるものが知られている。この特許文献１に開示の予混合エンジンの制御装置では、図４に示すように、予混合エンジン１の給気口１ｂがターボ過給機２のコンプレッサ２ａ及び燃料タンク３に接続され、予混合エンジン１の排気口１ｃがターボ過給機２のタービン２ｂに接続されている。そして、ターボ過給機２の回転軸２ｃが電動機能（以下、モータ機能という）及び発電機能を有する電動発電機４として利用される。この電動発電機４とターボ過給機２とが組み合わされてハイブリッド過給機が構成されている。
　予混合エンジン１には回転軸１ａを介して発電機５が接続され、この発電機５には発電機５の発電量及び予混合エンジン１の給気量を検知する検知部６が接続されている。この検知部６からの検知信号は制御手段７に送信され、この制御手段７は、モータ機能と発電機能とを切り替えるための切替信号を電動発電機４へ送信する。
　次に、予混合エンジン１の制御方法について図５を用いて説明する。予混合エンジン１を始動すると、ステップＳ１において、制御手段７は検知部６の検知信号を読み取る。次いで、ステップＳ２において、検知部６の検知信号と制御手段７内の記憶部に記憶されているデータとからターボ過給機２の給気量の過不足を判断する。給気不足のときは、ステップＳ３において、制御手段７は電動発電機４へモータ機能への切替信号を出力する。予混合エンジン１の始動時に、制御手段７からモータ機能切替信号を受けた電動発電機４は、モータ機能に切り替えられ、電力線８から送られてくる電力により駆動される。この電動発電機４の駆動により、回転軸２ｃを介してターボ過給機２が駆動する。このターボ過給機２の駆動により、予混合エンジン１に適切量の空気が供給され、予混合エンジン１の始動性が向上して始動時から運転が安定する。
　予混合エンジン１の運転中に、給気量が不足していると判断された場合、ステップＳ３において、制御手段７は電動発電機４へモータ機能への切替信号を出力する。
　一方、給気量が過剰であると判断された場合、ステップＳ４において、制御手段７は電動発電機４へ発電機能への切替信号を出力する。このとき、給気過剰でタービン２ｂの回転数が過剰であっても、その回転力は電動発電機４において発電エネルギとして有効利用される。
　他方、給気量が適正であると判断された場合、ステップＳ５において、制御手段７から電動発電機４への機能切替信号が消勢される。そして、制御手段７から機能切替信号の消勢を受けた電動発電機４は、モータ機能又は発電機能を停止する。
　上述したように、給気不足の場合には電動発電機４がモータ機能に切り替わってターボ過給機２を駆動するので、予混合エンジン１の始動性が向上する。また、給気過剰の場合には電動発電機４が発電機能に切り替わってターボ過給機２からエネルギを得て発電するので、エネルギ効率が良くなる。そして、予混合エンジン１が適正給気で駆動されるように制御されると、給気不足又は給気過剰による不完全燃焼が起こらなくなる。以上のように予混合エンジン１は制御され、ステップＳ６において、制御終了の場合は、予混合エンジン１が停止する。一方、制御を続行する場合にはステップＳ１に戻る。
特開２００１－３２３８２５号公報
　しかし、上述した特許文献１に記載の予混合エンジンの制御装置では、予混合エンジン１での空燃比が燃焼に大きく影響するため厳密な空燃比制御が重要であるにもかかわらず、十分に正確に空燃比を変化させているとはいえなかった。より具体的には、始動時に給気量が不足している場合は電動発電機４をモータとして機能させ、反対に給気量が過剰な場合は電動発電機４を発電機として機能させており、計測給気量のみを制御目標として電動発電機４をオンオフ制御が行われているだけであった。
このように電動発電機４のオンオフ制御が行われるだけのため、予混合エンジンの空燃比制御が厳密に行われているとはいえず、所望の空燃比を正確に得ることは困難であった。また、電動発電機４を発電機として機能させても発電容量以上の発電ができないため、発電を実施しても空気過剰となる場合は、それ以上の制御は不可能であり、空気過剰となる。なお、空燃比とは、混合気における空気質量を燃料質量で割った値である。
　本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、予混合エンジンの空燃比をより正確に制御して適正な空燃比を得ることができる予混合エンジンの制御装置を提供することを目的とする。
 
本発明はかかる課題を解決する手段としてなされたものである。
　本発明は、コンプレッサとタービンとを備えるターボ過給機と、前記コンプレッサに回転軸を介して連結された電動発電機と、からなるハイブリッド過給機と、前記コンプレッサからの空気が流入し、前記タービンに排気ガスを供給する予混合エンジンと、該予混合エンジンに回転軸を介して連結された発電機と、該発電機又は前記予混合エンジンの作動条件に基づいて前記電動発電機を制御する制御手段と、を備える予混合エンジンの制御装置であって、前記予混合エンジンの必要空気量を算出する必要空気量算出手段と、前記必要空気量算出手段に基づいて算出される前記予混合エンジンへの必要空気量が得られるように前記ハイブリッド過給機の発電量又は回転数を算出する演算手段と、を備え、前記制御手段は、前記演算手段の演算結果に基づいて前記ハイブリッド過給機の発電量又は回転数を制御することを特徴とする。
　さらに、前記コンプレッサから前記予混合エンジンに供給される空気量を測定する給気量測定手段を備え、前記演算手段は、前記給気量測定手段を用いて測定された計測空気量と、前記必要空気量算出手段に基づいて算出される前記予混合エンジンへの必要空気量と、から前記計測空気量が前記必要空気量になるように前記ハイブリッド過給機の発電量又は回転数をフィードバック制御することを特徴とする。
　かかる発明では、予混合エンジンに供給される必要空気量と計測空気量との差分が算出され、この差分に基づき演算手段よって、コンプレッサに連結された電動発電機の回転数がフィードバック制御されるため、空気量を連続的に変化させることが可能となり、従来より適正な空燃比で予混合エンジンを運転させることができる。
　本発明は、さらに、前記演算手段では、前記必要空気量算出手段で算出された必要空気量が前記計測空気量より小さい場合には、過給機回転数過多と判断され、必要空気量が前記計測空気量より大きい場合には、過給機回転数不足と判断され、これらの判断に基づき新しい過給機回転数指示値を演算することを特徴とする。
　また、前記電動発電機への新しい回転数指令値と、現時点の電動発電機への回転数指令値との比較が行われ、前記新しい回転数指令値が現時点の回転数指令値より小さい場合には、発電量不足と判断され、前記新しい回転数指令値が現時点の回転数指令値より大きい場合には、発電量過多と判断され、これらの判断に基づき電動発電機の新しい回転数指令値へフィードバック制御が行われることを特徴とする。
　このように、必要空気量算出手段で算出された必要空気量と計測空気量とに差に基づいて、過給機回転数の指示値を演算して、その指示値になるように電動発電機を制御するため、空気量を必要用空気量に連続的に変化させることが可能となり、予混合エンジンの空燃比をより正確に制御して適正な空燃比を得ることができるようになる。
　本発明は、さらに、バイパス流路と該バイパス流路に設けられた流量調整弁とを有し前記タービンの出力を調整する排気ガスバイパス部を備え、前記ハイブリッド過給機の発電量又は回転数に応じて、前記流量調整弁を制御して前記バイパス流路の開閉度を制御するように構成され、前記ハイブリッド過給機の発電量が規定最大値となった場合に前記流量調整弁が作動して前記バイパス流路が開かれることを特徴とする
　かかる発明では、予混合エンジンからの排気ガスの一部が流入するバイパス流路を有する排気ガスバイパス部を備えているため、ハイブリッド過給機の発電量が最大出力の発電量に達したらバイパス流路から排気ガスを逃がしてタービン出力を減少させ、予混合エンジンへの空気流量を減らし、発電出力が最大かつ、給気量が必要給気量を上回る場合にも一定の給気量で安定化させることができる。そして、この逃がした排気ガスをエネルギとして利用すれば、省エネルギ化を図ることができる。この場合、発電出力が定常運転時に常に最大となるよう過給機の仕様を設定しても給気量制御が可能であるため、発電量を発電最大出力一定とすることが可能となる。また、ハイブリッド過給機の発電量が必要出力の発電量に達したら、バイパス流路より排気ガスを逃がすようにしてもよい。　
　本発明の予混合エンジンの制御装置では、予混合エンジンの空燃比をハイブリッド過給機の発電量又は回転数を制御することによって、より正確に制御して適正な空燃比を得ることができる
図１は、本発明の予混合エンジンの制御装置の第１実施形態を示す説明図である。 図２は、本発明の予混合エンジンの制御装置の第２実施形態を示す説明図である。 図３は、第１実施形態の演算手段の制御フローの概要を説明する説明図である。 図４は、従来の予混合エンジンの制御装置の構成を示す説明図である。 図５は、図４の予混合エンジンの制御装置の処理の流れを示す説明図である。
　以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは特に記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
（第１実施形態)
　図１は、本発明の予混合エンジンの制御装置の第１実施形態を示している。図に示すように、本実施形態の予混合エンジンの制御装置は、コンプレッサ２ａとタービン２ｂとを備えるターボ過給機２と、コンプレッサ２ａに回転軸２ｃを介して連結された電動発電機４と、を備えている。このターボ過給機２と電動発電機４とによりハイブリッド過給機が構成されている。また、本実施形態の予混合エンジンの制御装置は、コンプレッサ２ａからの空気が流入し、タービン２ｂに排気ガスを供給する予混合エンジン１と、該予混合エンジン１に回転軸１ａを介して連結された発電機５と、を備えている。さらに、本実施形態の予混合エンジンの制御装置は、発電機５又は予混合エンジン１の作動条件に基づいて電動発電機４の出力を制御する制御手段７と、を備えている。電動発電機４には、電動発電機４が発電機として機能している場合に電力を取り出すため、若しくはモータとして機能している場合に電力を供給するための電力線８が接続されている。この電力線８は、発電機５の電力線に接続され、発電機５の電力に加算される。
なお、予混合エンジンとは燃焼室に燃料を流入する前に燃料と空気とを予め混合して、混合気を生成して燃焼室に供給するエンジンであり、燃料にはガソリン、軽油のような液体燃料、さらに、ガス燃料を用いるものがある。本実施形態においては、発電機用のガスエンジンを例とするものであり、ガス燃料と空気とを混合してから燃焼室へ供給する予混合エンジンである。
　そして、本実施形態の予混合エンジンの制御装置は、コンプレッサ２ａから予混合エンジン１に供給される空気流量を測定する給気量測定手段６１と、予混合エンジン１の発電量を測定する発電量測定手段６２と、を備え、前記作動条件を検知する検知部６を有している。ここで、給気量測定手段６１としては、公知の流量計を用いることができる。空気流量の測定にあたっては、給気圧力、温度及び排気ガスの酸素濃度などが考慮されるため、本実施形態で空気流量とは、質量流量をいう。
　また、本実施形態の予混合エンジンの制御装置は、給気量測定手段６１を用いて測定された計測空気流量と、発電量測定手段６２で測定された発電量に基づいて算出される予混合エンジン１への必要空気流量と、から計測空気流量が必要空気流量になるようにハイブリッド過給機の発電量又は回転数を算出する演算手段７０を制御手段７内に備えている。この演算手段７０の演算結果に基づいてハイブリッド過給機の発電量又は回転数をフィードバック制御される。
なお、本実施形態でハイブリッド過給機の発電量とは、電動発電機４の発電量をいい、ハイブリッド過給機の回転数とは回転軸２ｃの回転数をいう。
　ここで、演算手段７０としては、例えば、制御手段７に設けられたＣＰＵ（不図示）を用いることができる。制御手段７は、ＣＰＵを含む電子回路や、メモリに格納されたソフトウェアなどを広く含む。
　制御手段７では、給気量測定手段６１と発電量測定手段６２の測定結果に基づいて、計測空気量算出手段（図中、ブロックＢ１）を用いて、測定された計測空気流量と、必要空気量算出手段（図中、ブロックＢ２）を用いて、予混合エンジン１への必要空気流量とが算出される。
そして、これらの差分がＰＩ演算（図中、ブロックＢ３）され、電動発電機４の発電量が算出される。この差分をゼロにするために制御部７１は、電動発電機４の回転数を制御する。この際、直流電力から交流電力を電気的に生成するインバータ７２を介して交流モータとして機能を有する電動発電機４の回転数が制御される。図中のブロックＢ１～Ｂ３の処理は、例えば、制御手段７に搭載されたＣＰＵと、制御部７１に搭載されたメモリに記録されたソフトウェアとを用いて行うことができる。勿論、比較判定回路をハードウェアとして形成してもよい。
次に、演算手段７０でのハイブリッド過給機の発電量又は回転数をフィードバック制御について図３のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ１１で開始すると、ステップＳ１２では、必要空気量算出手段Ｂ２で算出された必要空気量と、計測空気量算出手段Ｂ１で算出された計測空気量とを読み込む。図１においては、これらの値は加減算器７４に入力されて差分が算出される。
ステップＳ１３で、必要空気量が計測空気量より多いかを判定して多い場合には、ステップＳ１４で過給機回転数が不足していると判定する。そして、ステップＳ１５で過給機回転数の指示値を増加して新たな指示値を設定する。
ステップＳ１３で、必要空気量が計測空気量より多くない場合には、ステップＳ１６で必要空気量が計測空気量より少ないかを判定する。少ない場合には、ステップＳ１７で過給機回転数が過大と判定と判定する。そして、ステップＳ１８で過給機回転数の指示値を減少して新たな指示値を設定する。
また、ステップＳ１６で、必要空気量が計測空気量より少なくない場合には、すなわち、必要空気量と計測空気量とがほぼ等しいときには、ステップＳ１９で過給機回転数が適正な回転数である値判定して、ステップＳ２０で過給機回転数の指示値を現状維持する。
そして、ステップＳ１５、Ｓ１８で設定した新たな回転数指示値、およびステップＳ２０で維持された現状の指示値に基づいて、この指示値になるように電動発電機４をフィードバック制御するそしてステップＳ２２で終了する。
この電動発電機４のフィードバック制御は、電動発電機４への新しい回転数指令値と、現時点の電動発電機４への回転数指令値（電動発電機４の回転軸２ｃの回転数値、回転センサ７３での検出値）との比較が行われ、新しい回転数指令値が現時点の回転数指令値より小さい場合には、発電量不足と判断され、新しい回転数指令値が現時点の回転数指令値より大きい場合には、発電量過多と判断され、これらの判断に基づき電動発電機４の新しい回転数指令値へフィードバック制御が行われる。
なお、この電動発電機の制御において、回転数指令値が現時点の回転数指令値より大きく発電量過多、つまり給気量不足と判断された場合には、発電量の制御をマイナス側として、電動発電機４をモータとして動作せしめ、必要空気量を得るようにできる。
このように、電動発電機４の発電量制御プラス側、マイス側の符号を付けたものとすることで、給気量の連続的な制御が可能となる。
　上述した第１実施形態の予混合エンジンの制御装置では、予混合エンジン１に供給される必要空気量と計測空気量との差分が算出され、制御手段７により、コンプレッサ２ａに連結された電動発電機４の発電量又は回転数が制御されるため、常に適正な空燃比で予混合エンジン１を運転させることができる。
(第２実施形態)
　図２は、本発明の予混合エンジンの制御装置の第２実施形態を示している。なお、この第２実施形態では、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
　この第２実施形態の予混合エンジンの制御装置は、第１実施形態の予混合エンジンの制御装置と比べて、排気ガスバイパス部９が設けられている点で異なる。図に示すように、排気ガスバイパス部９は、バイパス流路９１と、該バイパス流路９１に設けられた流量調整弁である排気バイパス弁９２とを有している。この排気バイパス弁９２には、比例電磁弁が用いられている。そして、ハイブリッド過給機の発電量又は回転数に応じて、排気バイパス弁９２を制御してバイパス流路９１の開閉度を制御する構成にされている。そして、ハイブリッド過給機の発電量が最大出力の発電量となった場合に排気バイパス弁９２が作動してバイパス流路９１が開かれる。
　具体的には、給気量測定手段６１と発電量測定手段６２の測定結果に基づいて、計測空気量算出手段（図中、ブロックＢ１）を用いて、測定された計測空気流量と、必要空気量算出手段（図中、ブロックＢ２）を用いて、予混合エンジン１への必要空気流量とが算出され、この差分をゼロにするように排気バイパス弁９２の開閉度の制御値が算出される（図中、ブロックＢ５）。
また、演算手段７０では発電量が規定最大値であるか否かが判断され（図中、ブロックＢ４）、スイッチ９３が制御部７１によってオンオフ制御される。このスイッチ９３のオンオフ制御により、図中、ブロックＢ５からの指令が排気バイパス弁９２に伝達可能にされたり、伝達不能にされたりする。図中のブロックＢ１～Ｂ４の処理は、第１実施形態と同様に、例えば、制御部７１に搭載されたＣＰＵと、制御部７１に搭載されたメモリに記録されたソフトウェアとを用いて行うことができる。
　上述した第２実施形態の予混合エンジンの制御装置では、予混合エンジン１からの排気ガスの一部が流入するバイパス流路９１を有する排気ガスバイパス部９を備えているため、ハイブリッド過給機の発電量が一定以上になったらバイパス流路９１から排気ガスを逃がしてタービン出力を減少させ、予混合エンジン１への空気流量を減らし、電動発電機の発電量最大かつ給気過多の場合も給気量の制御が可能となる。そして、この逃がした排気ガスをエネルギとして利用すれば、省エネルギ化を図ることができる。この場合、ハイブリッド過給機の発電量が定常運転中は常に最大となるように過給機の仕様を決定してもよい。
　以上、本発明を説明してきたが、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、その本質を逸脱しない範囲で、他の種々の変形が可能であることはいうまでもない。
　本発明の予混合エンジンの制御装置では、予混合エンジンの空燃比をより正確に制御して適正な空燃比を得ることができる。本発明の特徴部分の構成は、予混合エンジンを含む制御装置全体に適用することが可能である。

Claims (5)

  1. 　コンプレッサとタービンとを備えるターボ過給機と、前記コンプレッサに回転軸を介して連結された電動発電機と、からなるハイブリッド過給機と、
    　前記コンプレッサからの空気が流入し、前記タービンに排気ガスを供給する予混合エンジンと、
    　該予混合エンジンに回転軸を介して連結された発電機と、
    　該発電機又は前記予混合エンジンの作動条件に基づいて前記電動発電機を制御する制御手段と、
    　を備える予混合エンジンの制御装置であって、
    　前記予混合エンジンの必要空気量を算出する必要空気量算出手段と、前記必要空気量算出手段に基づいて算出される前記予混合エンジンへの必要空気量が得られるように前記ハイブリッド過給機の発電量又は回転数を算出する演算手段と、を備え、
    前記制御手段は、前記演算手段の演算結果に基づいて前記ハイブリッド過給機の発電量又は回転数を制御することを特徴とする予混合エンジンの制御装置。
  2. 　前記コンプレッサから前記予混合エンジンに供給される空気量を測定する給気量測定手段を備え、
    　前記演算手段は、前記給気量測定手段を用いて測定された計測空気量と、前記必要空気量算出手段に基づいて算出される前記予混合エンジンへの必要空気量と、から前記計測空気量が前記必要空気量になるように前記ハイブリッド過給機の発電量又は回転数をフィードバック制御することを特徴とする請求項１に記載の予混合エンジンの制御装置。
  3. 前記演算手段では、前記必要空気量算出手段で算出された必要空気量が前記計測空気量より小さい場合には、過給機回転数過多と判断され、必要空気量が前記計測空気量より大きい場合には、過給機回転数不足と判断され、これらの判断に基づき新しい過給機回転数指示値を演算することを特徴とする請求項２記載の予混合エンジンの制御装置。
  4. 前記電動発電機への新しい回転数指令値と、現時点の電動発電機への回転数指令値との比較が行われ、前記新しい回転数指令値が現時点の回転数指令値より小さい場合には、発電量不足と判断され、前記新しい回転数指令値が現時点の回転数指令値より大きい場合には、発電量過多と判断され、これらの判断に基づき電動発電機の新しい回転数指令値へフィードバック制御が行われることを特徴とする請求項３記載の予混合エンジンの制御装置。
  5. 　バイパス流路と該バイパス流路に設けられた流量調整弁とを有し前記タービンの出力を調整する排気ガスバイパス部を備え、
    　前記ハイブリッド過給機の発電量又は回転数に応じて、前記流量調整弁を制御して前記バイパス流路の開閉度を制御するように構成され、前記ハイブリッド過給機の発電量が規定最大値となった場合に前記流量調整弁が作動して前記バイパス流路が開かれることを特徴とする請求項１に記載の予混合エンジンの制御装置。
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