JPH0565709B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】 この発明は、機関の負荷
状態に応じて空燃比を切替えるガス機関の空燃比
制御装置に関するものである。

【0002】

【従来の技術】 排ガス中に配置された空燃比セ
ンサによる検出信号をフイードバツクして、排ガ
スに含まれる酸素濃度に応じてリツチ
（RICH）／リーン（LEAN）状態を判定し、予
め機関回転数に応じて設定されたスロツトル開度
をしきい値として、大きな出力の必要な高負荷時
にはガス追加燃料供給手段から所定量のガス燃料
を追加供給してλ＝1.0運転を行い、また低負荷
時には追加供給を停止して熱効率の高いλ＝1.4
運転を行うことにより、空燃比を制御するように
したガス機関についての提案を、本出願人は特願
昭58−91846号（特開昭59−215951号）等によつ
て行つている。このように、燃料の供給量全体を
制御の対象としないで追加燃料のみを制御してい
るのは、大型で燃料供給量が多いガス機関でも燃
料調整手段が小型化され、応答性も良好になると
いう特長が発揮されるからである。

【0003】 しかしながら、このような制御を行う
ガス機関においては、空燃比センサが何らかの原
因で劣化あるいは破壊したような場合には、空燃
比センサの出力電圧は排ガスの酸素濃度を正確に
表わさなくなる。従つて、このような状態になつ
ているにもかかわらず、そのまま空燃比センサの
検出信号をフイードバツクしてλ＝1.0制御を行
うと、空燃比センサの出力状態によつて空燃比が
過濃あるいは過薄になり、排気エミツシヨンが悪
化するだけでなく、高負荷時における運転そのも
のが不可能となつて機関が停止してしまうような
事態が生じるという可能性があつた。

【0004】

【発明が解決しようとする課題】 この発明はこ
れらの点に着目し、高負荷時に空燃比センサに異
常が生じても引き続いて空燃比を制御しながらガ
ス機関の運転を継続できるようにすることを課題
としてなされたものである。

【0005】

【課題を解決するための手段】 上記の課題を達
成するために、この発明では、排ガス中に配置さ
れ空燃比センサによる検出信号に応じて追加燃料
供給手段から所定量のガス燃料を予めリーンに設
定された混合気に追加供給することにより、高負
荷時の空燃比を制御する空燃比制御手段と、予め
機関回転数に応じて設定されたスロツトル開度を
しきい値として前記空燃比制御手段の作動を切替
える空燃比切替え手段とを備えたガス機関におい
て、空燃比センサによるリツチまたはリーンを示
す各検出信号の継続時間を予め設定された異常判
定時間と比較し、同一の検出信号が異常判定時間
に達するまで継続した場合に空燃比センサの異常
と判定する異条検出手段と、空燃比センサの異常
時に適用される機関回転数とスロツトル開度に対
するガス燃料の追加供給量の関係を予め記憶させ
た記憶手段と、異常検出手段が空燃比センサの異
常と判定した場合に、空燃比センサによる検出信
号によらず上記記憶手段の記憶内容に基づきガス
燃料の追加供給量を決定し、追加燃料供給手段を
制御する制御信号を出力する演算手段、とを備え
ており、且つ上記追加燃料供給手段がスロツトル
の上流において追加燃料と混合気中に供給するよ
うに構成している。

【0006】

【作用】 空燃比センサの異常時には、記憶手段
の記憶内容に基づいて機関回転数とスロツト開度
に応じてガス燃料の追加供給量が決定されるの
で、高負荷時に空燃比センサに異常を生じても空
燃比を制御しながら運転を継続できる。また、ス
ロツトルの下流はスロツトルの開度に応じて吸気
負圧が大きく変動するのであるが、この発明では
吸気負圧の変動の影響を受けにくいスロツトルの
上流に追加燃料が供給されるため、追加燃料の決
定に際して吸気負圧の変動を考慮する必要はな
く、燃料の追加供給量の演算が容易となる。

【0007】

【実施例】 以下、図示の一実施例について説明
する。 図１は概念系統図であり、１はガス機関、２は
ミキサー、３はスロツトル、４は電子ガバナ、５
はスロツトル３の開度検出器、６はガスインジエ
クタ、７は排気管、８は三元触媒、９は空燃比検
出用のO₂センサ、１０は回転数検出器、１１は
マイクロコンピユータである。ミキサー２は、空
燃比をλ＝1.4に保つように予め設定されており、
燃料ガス１５ａと空気１６はミキサー２で混合さ
れた後、スロツトル３を経て機関１に供給され、
排気管７に排出された排ガス１７は三元触媒８を
経て排気され。ガスインジエクタ６はスロツトル
３の上流に配置されており、高負荷時のλ＝1.0
の制御はインジエクタ６から所定量のガス燃料１
５ｂを追加供給することによつて行われる。

【0008】 スロツトル開度は、電子ガバナ４によ
り開度を制御されるスロツトル３のシヤフトに取
付けられている例えばポテンシヨメータからなる
開度検出器５によつて検出され、その出力はマイ
クロコンピユータ１１に送られる。また機関１の
回転数は、機関１のリングギヤ部１８に取付けら
れている例えば電磁ピツクアツプからなる回転数
検出器１０によつて検出され、その出力はマイク
ロコンピユータ１１に送られる。

【0009】 マイクロコンピユータ１１は、CPU
２１、ROM２２、RAM２３、Ｉ／Ｏポート２
４、システムバスライン２５等を備えており、開
度検出器５のアナログ出力は、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１１に入力され、またO₂センサ９のの検出
信号も、Ａ／Ｄコンバータ２６を通してマイクロ
コンピユータ１１に入力される。また回転数検出
器１０のパルス出力は、カウンタ２７でカウント
してマイクロコンピユータ１１に入力される。
ROM２２あるいはRAM２３には、演算制御用
のプログラムのほか、O₂センサ９の異常時に適
用される機関回転数とスロツトル開度に対するガ
ス燃料の追加供給量の関係をマツプあるいは計算
式の形で予め記憶させ、またO₂センサ９の異常
を判定するための異常判定時間を予め記憶させて
ある。

【0010】 O₂センサ９の異常が検出されると、
CPU２１はO₂センサ９の検出信号によらず、上
記の記憶内容に基づいて検出された機関回転数と
スロツトル開度に応じた制御信号をＩ／Ｏポート
２４からデジタル信号の形で出力し、パワートラ
ンジスタアレイ２８で増幅された信号により所定
のデユーテイでガスインジエクタ６が駆動され、
ガス燃料１５ｂが追加供給されて運転はそのまま
継続される。またパワートランジスタアレイ２８
からは、O₂センサ異常表示器２９にも信号が出
力される。このO₂センサ異常表示器２９は、光
あるいは音を発するもので、例えばLEDを用い
てこれを運転制御室等に設置し、点滅させること
によりO₂センサ９の異常を保守管理者に知らせ
る。

【0011】 次に、図２のフローチヤートを参照し
ながら本装置の動作を説明する。 マイクロコンピユータ１１のCPU２１は、予
め設定されたインターバルタイムで機関回転数
Nmとスロツトル開度Smを検出しており（ステ
ツプ１）、検出後ステツプ２でλの設定値を判定
する。そしてλ＝1.4にある場合には、λ＝1.0へ
切替えるスロツトル開度のしきい値S₁＝f₁（Nm）
を演算し、あるいはマツプから算出し（ステツプ
３）、次のステツプ４でSmとS₁とを比較しSm≧
S₁となつた場合は、一定のインジエクタデユーテ
イID＝ｇ（０）でインジエクタ６を作動させて所
定量のガス燃料を追加供給することにより、λ＝
1.0運転に切替えるような制御信号が算出される
（ステツプ５）。また設定値がλ＝1.0にある場合
には、ステツプ６でλ＝1.4へ切替えるスロツト
ル開度のしきい値S₂＝f₂（Nm）を求め、ステツ
プ７でSm＜S₂となつた時点でインジエクタ６の
作動を停止し（ID＝０）、λ＝1.4に切替えるよう
に制御信号が算出される（ステツプ８）。

【0012】 λの設定値が1.0であり、しかもステ
ツプ７でSm＜S₂でなかつた場合にはステツプ９
で異常フラグをチエツクし、異常フラグが０であ
ればO₂センサ９は正常であると判断し、O₂セン
サの９の検出信号をフイードバツクしてそのリツ
チ／リーンを判定し（ステツプ10）、例えば、リ
ツチであればリーン時間カウンタCLに０にセツ
トするとともにリツチ時間カウンタCRを異常判
定カウント数（異常判定時間に相当する）C₀に
セツトし（ステツプ11）、CR＝CLになるまでイ
ンジエクタデユーテイIDをダウンさせる制御信
号が出力される（ステツプ12）。また、ステツプ
10で信号がリーンであれば今とは逆の動作がなさ
れ、インジエクタデユーテイIDをアツプさせる
制御信号が出力される（ステツプ13及び14）。

【0013】 ところで、O₂センサ９が例えばリツ
チ（またはリーン）の信号を出力している間は、
インジエクタデユーテイはダウン（またはアツ
プ）し続けるため、ある時間経過すると検出信号
はリーン（またはリツチ）側に切替わるはずであ
り、O₂センサ９が正常であれば、ある周期でリ
ツチとリーンの検出信号が交互に出力され、リツ
チあるいはリーンの一方の信号が連続して出力さ
れることはあり得ない。従つて、一方の信号があ
る時間以上続いた場合にはO₂センサ９が異常で
あると判定し、O₂センサ９によらない制御に切
替えるのであり、ステツプ11（またはステツプ13）
でCR＝C₀（またはCL＝C₀）となるまでリツチ
（またはリーン）の信号が続いた場合は異常フラ
グが１にセツトされ（ステツプ15または16）、制
御はステツプ９からステツプ17に移行する。

【0014】 このステツプ17では、実際のスロツト
ル開度Smとλ＝1.4へ切替えるしきい値S₂との差
ΔSを求め、予め試験によつて求められた機関回
転数とスロツトル開度に対応する燃料を追加供給
するような制御信号ID＝ｇ（ΔS）が算出され、
同時にO₂センサ異常表示器２９を作動させる信
号も出力される（ステツプ17）。このようにして、
それぞれの場合に応じた制御信号がインジエクタ
６に対して出力され、燃料１５ｂが追加供給され
て空燃比は所定の値に維持されるのであり（ステ
ツプ18）、O₂センサ９に異常があつた場合でも空
燃比を制御しながら運転を継続することができる
のである。 なお、上述のλ切替えのしきい値として用いら
れるスロツトル開度関数f₁（Nm）、f₂（Nm）及燃
料の追加供給量を求めるインジエクタデユーテイ
関数ｇ（ΔS）、異常判定カウント数C₀等は、機関
の型式や容量などに応じて予め行われる試験によ
つて設定されるものである。

【0015】 図３は、ROM２２等の記憶手段に記
憶されておき、ステツプ17でインジエクタデユー
テイIDを求める場合に用いるマツプあるいは計
算式の一例をグラフの形で示したものであり、縦
軸のスロツトル開度の数値はスロツトル開度検出
器５の検出出力をデジタル値に変換して得られた
無次元数である。また、インジエクタデユーテイ
関数ｇ（ΔS）は、排気エミツシヨンを低減するた
めにλ＝1.0より若干濃いめになるように設定さ
れる。

【0016】 この発明では、燃料の追加供給を行う
インジエクタ６がスロツトル３の上流に配置され
るので、図３に例示したようなマツプあるいは計
算式が簡単なものになる。すなわち、燃料の追加
供給によつて空燃比制御を行う場合、従来は吸気
負圧を利用して追加燃料を吸引するためにスロツ
トルの下流に追加燃料ノズルを配置しているので
あるが、吸気負圧はスロツトルの開度に応じて大
きく変動し、その影響を受けて追加燃料の供給量
もかなり変動するので、追加燃料の計算には吸気
負圧の変動も考慮に入れなければならない。この
ため、記憶内容はスロツトル開度、機関回転数及
び吸気負圧の３個の変数に対応したものが必要と
なり、例えばマツプの場合には３次元マツプとな
つてマツプの製作が面倒になる。また計算式の場
合には式が複雑になつて計算に時間がかかり、高
性能なマイクロコンピユータが必要になる等の問
題が生ずる。

【0017】 これに対して、この発明では吸気負圧
の影響をほとんど受けないスロツトル３の上流に
燃料が追加供給されるので、スロツトル開度と機
関回転数の２個の変数に応じて追加燃料の供給量
を決定すればよく、マツプの場合は図３のような
２次元のものでよくなり、また計算式の場合も簡
単な式で済むことになつて処理が容易となるので
ある。 なお、本実施例によれば、インジエクタ６の異
常も検出されてO₂センサ異常表示器２９で表示
される。この場合には運転自体の異常防止までは
できないが、インジエクタ６の不調が早期に発見
されるので、適切な処理を迅速に実施することが
可能となる。

【0018】

【発明の効果】 以上の説明から明らかなよう
に、この発明は、高負荷時に空燃比センサが異常
となつた時には、そのような状態になつた場合の
ために予め用意されている記憶内容に基づき、機
関回転数とスロツトル開度に応じてガス燃料の追
加供給量を制御し、追加燃料をスロツトルの上流
に供給するようにしたものである。 従つて、リーンに設定された混合気に所定量の
ガス燃料を追加供給することにより、燃料供給量
が多い大型のガス機関でも燃料調整手段が小型化
され、応答性も良好になるという特長をそのまま
活かしながら、異常状態にある空燃比センサの出
力によつて適正でない制御が行われて排気エミツ
シヨンが悪化したり機関が停止したりすることを
防止し、高負荷時におけるガス機関の運転を適正
な空燃比で継続することが可能となるのである。
また追加燃料はスロツトルの上流に供給されるた
め、スロツトルの開度に応じて大きく変動する吸
気負圧の影響をほとんど受けず、異常時に使用す
るマツプや計算式が簡単となり、制御が容易とな
るのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の概念系統図であ
る。

【図２】同実施例の制御手順のフローチヤートで
ある。

【図３】同実施例のO₂センサ異常時における機
関回転数とスロツトル開度に対するインジエクタ
デユーテイの関係の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ ガス機関 ２ ミキサー ３ スロツトル ４ 電子ガバナ ５ 開度検出器 ６ ガスインジエクタ ９ O₂センサ １０ 回転数検出器 １１ マイクロコンピユータ １５ａ，１５ｂ 燃料ガス １６ 空気 ２１ CPU ２２ ROM。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排ガス中に配置され空燃比センサ
   による検出信号に応じて追加燃料供給手段から所
   定量のガス燃料を予めリーンに設定された混合気
   に追加供給することにより、高負荷時の空燃比を
   制御する空燃比制御手段と、予め機関回転数に応
   じて設定されたスロツトル開度をしきい値として
   前記空燃比制御手段の作動を切替える空燃比切替
   え手段とを備えたガス機関において、 空燃比センサによるリツチまたはリーンを示す
   各検出信号の継続時間を予め設定された異常判定
   時間と比較し、同一の検出信号が異常判定時間に
   達するまで継続した場合に空燃比センサの異常と
   判定する異常検出手段と、空燃比センサの異常時
   に適用される機関回転数とスロツトル開度に対す
   るガス燃料の追加供給量の関係を予め記憶させた
   記憶手段と、異常検出手段が空燃比センサの異常
   と判定した場合に、空燃比センサによる検出信号
   によらず上記記憶手段の記憶内容に基づきガス燃
   料の追加供給量を決定し、追加燃料供給手段を制
   御する制御信号を出力する演算手段、とを備えて
   おり、且つ上記追加燃料供給手段がスロツトルの
   上流において追加燃料を混合気中に供給するよう
   に構成されていることを特徴とするガス機関の空
   燃比制御装置。