JPH0151900B2 - - Google Patents

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JPH0151900B2
JPH0151900B2 JP58133880A JP13388083A JPH0151900B2 JP H0151900 B2 JPH0151900 B2 JP H0151900B2 JP 58133880 A JP58133880 A JP 58133880A JP 13388083 A JP13388083 A JP 13388083A JP H0151900 B2 JPH0151900 B2 JP H0151900B2
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JP
Japan
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air
gas
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control
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JP58133880A
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Seiji Imoto
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Yanmar Co Ltd
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Yanmar Diesel Engine Co 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
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/06Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up
    • F02D41/062Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D19/021Control of components of the fuel supply system
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    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
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    • F02M21/0218Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、比較的簡単な構成によつて混合気の
空燃比を所定値に制御することのできるガス機関
の空燃比制御装置に関するものである。
ガス機関においては、混合気を生成するために
吸気マニホールドの上流にミキサーを設置し、ミ
キサーのジエツトを調整することによつて混合気
を生成することが一般に行なわれている。この場
合、ミキサーのセツテイングによりある程度の精
度で所定の空燃比を得ることが可能であるが、回
転数や負荷条件等が異なる種々の運転条件のもと
で常に所定の空燃比を保つためには、ミキサーの
構造が複雑となり、更に経験と勘による微妙なセ
ツテイングが必要となる。また、低燃費、低排気
エミツシヨン、高出力を同時に満足させるために
は、回転数や負荷条件に応じて空燃比を変化させ
る必要があり、ミキサーによつてこの要求に応え
ることはもはや不可能である。
すなわち、例えば三元触媒を有効に機能させて
排気エミツシヨンを低く抑えるには、混合気の空
燃比を制御し、触媒前の排ガスの空燃比をλ=1
の近傍に精度よく制御する必要があり、これに対
応するためには排気マニホールドの下流にラムダ
形O2センサを設置し、このセンサからのフイー
ドバツク信号により吸入ガス量あるいは吸入空気
量を制御するなどの手段が必要となるのである。
具体的には、ミキサーに入るガス量をステツプモ
ータで駆動されるしぼり弁などで調整する方法、
あるいはミキサーをバイパスするガス通路を設
け、バイパスするガス量をインジエクタやしぼり
弁で調整する方法などが一般に採用されている。
しかしながら、このようなラムダ形O2センサ
を用いてλ=1に保つ制御では、複雑な空燃比制
御機構が必要となる上に、λ=1制御ではラムダ
形O2センサがデジタル的なセンサであるため、
あらゆる回転数、あらゆる負荷条件に対して精度
よくλ=1近傍に制御することが困難であり、制
御装置が複雑で高価なものになりやすいという問
題点があつた。
本発明は上記の問題点に着目し、ミキサーを必
要とせず、また比較的簡単な構成によつて、回転
数や負荷条件の異なるあらゆる運転条件に対して
所定の空燃比を有する混合気を生成することので
きる空燃比制御装置を提供することを目的として
なされたものであり、吸気管内の空気路中にガス
を噴射して混合気を生成するガス噴射手段と、排
気管内の排ガス路中に設置されて排ガスの空燃比
を検出するリーンバーンセンサと、機関始動時に
は予め設定される始動時噴射量に対応する制御信
号を出力するとともに、定常運転時には予め任意
に設定される空燃比設定値及び前記リーンバーン
センサでの検出値を少なくとも含む入力情報によ
り最適噴射量を算出し、この最適噴射量に対応す
る制御信号を出力する演算手段と、演算手段の制
御信号に応じてガス噴射手段を制御する噴射量制
御手段、とを備えたことを特徴としている。
上述のガス噴射手段としては、アナログ的にガ
ス流量を操作できるもの、例えば、開弁時間率
(デユーテイ)を変えることによりガス流量を操
作するガスインジエクタや、ステツプモータで操
作されるニードル弁などのアクチユエータが用い
られる。
次に、図示の実施例により本発明を具体的に説
明する。
第1図は概念系統図であり、1はガス機関、2
は吸気管、3はガスインジエクタ、4はスロツト
ル弁、5は排気管、6はリーンバーンセンサ、7
はマイクロコンピユータである。
ガスインジエクタ3は、第2図に示すように、
インジエクタデユーテイを変えることによつてガ
ス流量をアナログ的に操作できるものであり、正
圧をかけることにより、燃料ガス11を吸気管2
内に噴射するようになつている。噴射された燃料
ガス11は吸気管2内で空気12と混合されて混
合気が生成され、混合気はスロツトル弁4を経て
機関1に供給され、排気管5から排ガス13とな
つて排気される。なお、図においては、スロツト
ル弁4の上流側にガスインジエクタ3を設けてあ
るが、吸気マニホールドの形状その他に応じて、
スロツトル弁4の下流側にガスインジエクタ3を
設けることもできる。
リーンバーンセンサ6は、第3図に示すよう
に、酸素濃度変化に対してリニアな出力電圧を発
生する周知の構造のものであつて、排気管5内に
設けられ、特にリーン領域での空燃比(空気過剰
率)を精度よく検出できるセンサである。
マイクロコンピユータ7は、CPU21、ROM
22、RAM23、I/Oインターフエース2
4、システムバスライン25等を備えており、ア
ナログ量としてのリーンバーンセンサ6の出力信
号は、マルチプレクサA/Dコンバータ26でデ
ジタル量に変換されてマイクロコンピユータ7に
入力され、また空燃比設定手段27からの空燃比
設定信号も、同様にA/Dコンバータ26を経て
マイクロコンピユータ7に入力される。空燃比設
定手段27は例えばマニユアル操作されるもので
あつてもよく、また図示しない他の各種のセンサ
の検出出力に応じて空燃比設定値を自動的に設定
し、設定信号を発するものであつてもよい。
ROM22には演算制御用のプログラムが記憶さ
れており、リーンバーンセンサ6の検出値と空燃
比設定手段27の設定値とに応じて後述するよう
な演算がなされ、その結果の制御信号がI/Oイ
ンターフエース24から出力される。この信号は
パワートランジスタアレイ28で増幅されてガス
インジエクタ3の制御が行なわれ、ガスインジエ
クタ3は所定のインジエクタデユーテイで作動
し、燃料ガス11の噴射量が調整されるのであ
る。
次に、この制御手順について第4図に示すフロ
ーチヤートにより説明する。
第4図aは基本的なフイードバツク制御のフロ
ーチヤートであり、マイクロコンピユータ7によ
つて一定のサンプリング間隔でインタラプトがか
けられる。このインタラプトルーチン内では、空
燃比設定手段27による空燃比の設定値λrと、リ
ーンバーンセンサ6による空燃比の検出値λn
を入力して両者の偏差e=λn−λrを求め、PID演
算等を行なつて偏差eが零となるようなインジエ
クタデユーテイD=f(e)が算出される。この演算
の結果得られた制御信号が出力され、ガスインジ
エクタ3が制御されてガス機関1に供給される混
合気は所定の空燃比に制御されるのである。
第4図bは以上の手順に起動時の手順を加えた
ものであり、実際にはこのような制御が行なわれ
る。すなわち、第4図aはガス機関1が定常運転
している時のものであつて、このままではリーン
バーンセンサ6が有効に機能しない起動時には制
御が不能であるから、これに起動時かどうかの判
定のステツプを追加し、起動時にはガス機関1が
起動可能となるような起動時インジエクタデユー
テイDSを出力するようにしてあり、定常状態に
入つた時点から前述のフイードバツク制御が行な
われるのである。起動時インジエクタデユーテイ
DSは、種々の条件下で確実に起動できるような
一定の値に予め設定しておくか、あるいは気温な
どの起動性に影響のある要因に応じた適値に予め
設定される。
以上の構成と動作により、本発明の目的は一応
達成されるが、急激な負荷変動に対処できるよう
にした別の実施例について次に述べる。
今、上述したような制御系が安定しており、ガ
ス量が一定の状態の時に負荷が変動すると、その
負荷変動に対してガバナ(図示せず)が作動し、
スロツトル弁4の開度が調整される。スロツトル
弁4の開度が変化すると吸入空気量が変化し、空
燃比も変化するから、上述のフイードバツク制御
によつてガスインジエクタ3のガス噴射量が負荷
変動に追従して変化し、所定の設定値に空燃比は
自動的に制御されるのであるが、リーンバーンセ
ンサ6には若干の応答遅れがあるため、空燃比の
変化をすぐには検出できず、その遅れ時間の間は
設定された空燃比に対して実際の空燃比は異なつ
たものとなつている。従つて、負荷が急激に変動
した場合には実際の空燃比は設定値に対して大き
なずれを生じ、機関1は適切な運転が行なわれな
くなつて、排気エミツシヨンが高くなつたり、出
力が低下したり、あるいは最悪の場合には機関が
停止してしまうような状態が起り得る。
第5図は、この問題を解決するためにいわゆる
フイードフオワード制御の機能を第1図のものに
付加した実施例であり、スロツトル弁4の開度を
ポテンシヨメータ等のスロツトル弁開度検出器3
1で検出し、その変化が空燃比の大きな変動を生
ずるほど大きい場合には、フイードバツクループ
によつて算出されたインジエクタデユーテイ値に
フイードフオワードによる補正値を加えるように
してある。
すなわち、スロツトル弁開度検出器31の出力
はA/Dコンバータ26を経てマイクロコンピユ
ータ7に入力され、第6図のフローチヤートに示
すように、スロツトル弁開度の変化量△θが検出
される。そしてこの変化量△θを一定の基準値θ0
と比較し、変化量が基準値以上の場合には、イン
ジエクタデユーテイ補正量D1=g(△θ)が算出
され、先に求められたインジエクタデユーテイD
に加算されてD2=D+D1が制御信号として出力
され、ガス機関1に供給される混合気は負荷変動
に応じて直ちに所定の空燃比に制御されるのであ
る。
なお、インジエクタデユーテイは、必要に応じ
てスロツトル弁開度以外の他の要因によつても自
動的に、あるいはマニユアル操作により補正が行
なわれるようにすることもできる。
以上述べたように、本発明は、吸気管内にガス
噴射手段を設けるとともに排気管内にリーンバー
ンセンサを設け、機関始動時にはガス噴射量を起
動時噴射量に制御し、定常運転時にはリーンバー
ンセンサの検出出力でガス噴射量をフイードバツ
ク制御するようにしたものであり、ミキサーを必
要とせず、吸気系の構造が簡単となり、しかもあ
らゆる運転条件に対して所定の空燃比を有する混
合気を生成することが可能であり、低燃費、低排
気エミツシヨンでしかも高出力なガス機関を容易
に得ることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の概念系統図、第2
図はガスインジエクタの流量特性図の一例、第3
図はリーンバーンセンサの出力特性図の一例、第
4図aは同実施例の基本的な制御フローチヤー
ト、第4図bは同上の実際の制御フローチヤー
ト、第5図は他の実施例の概念系統図、第6図は
同上の制御フローチヤートである。 1……ガス機関、2……吸気管、3……ガスイ
ンジエクタ、5……排気管、6……リーンバーン
センサ、7……マイクロコンピユータ、21……
CPU、22……ROM、24……I/Oインター
フエース、27……空燃比設定手段、28……パ
ワートランジスタアレイ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 吸気管内の空気路中にガスを噴射して混合気
    を生成するガス噴射手段と、 排気管内の排ガス路中に設置されて排ガスの空
    燃比を検出するリーンバーンセンサと、 機関始動時には予め設定される始動時噴射量に
    対応する制御信号を出力するとともに、定常運転
    時には予め任意に設定される空燃比設定値及び前
    記リーンバーンセンサでの検出値を少なくとも含
    む入力情報により最適噴射量を算出し、この最適
    噴射量に対応する制御信号を出力する演算手段
    と、 演算手段の制御信号に応じてガス噴射手段を制
    御する噴射量制御手段、 とを備えたことを特徴とするガス機関の空燃比制
    御装置。
JP58133880A 1983-07-21 1983-07-21 ガス機関の空燃比制御装置 Granted JPS6026154A (ja)

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JP58133880A JPS6026154A (ja) 1983-07-21 1983-07-21 ガス機関の空燃比制御装置

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JPS6026154A JPS6026154A (ja) 1985-02-09
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JPS61210261A (ja) * 1985-03-13 1986-09-18 Yanmar Diesel Engine Co Ltd 火花点火式ガス機関の空燃比制御装置

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JPS6026154A (ja) 1985-02-09

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