JPH10131797A

JPH10131797A - 内燃エンジンの希薄燃焼制御方法

Info

Publication number: JPH10131797A
Application number: JP8287115A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Sakota; 茂穂迫田; Tatsuji Oba; 達次大場; Hajime Kishida; 肇岸田
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1996-10-29
Filing date: 1996-10-29
Publication date: 1998-05-19
Anticipated expiration: 2016-10-29
Also published as: JP3942111B2

Abstract

(57)【要約】【目的】多気筒エンジンについても失火状態を確実に
検知して排気の清浄化と燃費の改善を実現することがで
きる内燃エンジンの希薄燃焼制御方法を提供すること。【構成】クランク角センサ（クランク角検知手段）１
０と、排気圧センサ（排気圧検知手段）２８及び燃料制
御弁２３を備えるガスエンジン（内燃エンジン）１の希
薄燃焼制御方法において、所定のクランク角範囲につい
て求めた排気圧波形の積分値と、先行する燃焼サイクル
について所定のクランク角範囲について求めた排気圧波
形の積分値の平均値とを比較し、両者の差又は比が所定
値を超えた場合に失火と判断し、前記燃料制御弁２３
を、失火と判断した時或はその前直近時の開度まで所定
単位ずつ開いて混合気をリッチ化する失火防止制御を実
施する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃エンジンの希
薄燃焼制御に関し、特に失火を検出することによって希
薄限界を検出して混合気の空燃比を制御する内燃エンジ
ンの希薄燃焼制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスエンジンの空燃比をＯ₂ センサを用
いないで希薄限界に制御することによって、高効率化と
低ＮＯx 化を実現しようとした空燃比制御方法及び装置
が提案されている（特開平６−２８８２６５号公報参
照）。この制御方法及び装置は、ガスエンジンの振動セ
ンサを設置し、該振動センサの出力から振動変動率を算
出し、この算出された振動変動率を予め設定された許容
振動変動率内に維持するように燃料ガスの流量調整手段
をフィードバック制御するものである。

【０００３】しかしながら、上記制御方法及び装置にお
いては、振動センサの出力に基づいて算出された振動変
動率が許容範囲内に入るように燃料流量を制御して希薄
燃焼を行うものであるため、混合気を希薄限界までリー
ン化しようとした場合、振動センサの特性に与えるエン
ジン振動の影響が大きく、実際は失火していても希薄限
界を可成り超えないと失火を検知することができないと
いう問題がある。このため、希薄限界付近における失火
検知の応答性が悪く、失火状態のままエンジンが駆動さ
れるために未燃焼ガスが排気系に流出し、燃費の悪化を
招く。

【０００４】そこで、本出願人は、希薄燃焼状態におけ
る排気圧力に基づいて失火を検出し、失火の有無に応じ
て空燃比を増減する（具体的には、エンジンの定常運転
状態において、失火を検出するまで所定単位ずつ混合気
をリーン化し、失火を検出すると所定単位だけ混合気を
リッチ化する）希薄燃焼制御方法を先に提案した（特願
平７−１２０９９１号において）。

【０００５】而して、上記制御方法によれば、運転中に
エンジンへの吸気量が変化し、それに応じて空燃比が変
化しても、失火を検知して空燃比をフィードバック制御
することにより、混合気の燃焼状態を失火限界に近い希
薄燃焼状態に維持することができ、これによって排気の
清浄化が可能となる。特に、本方法においてはフィード
バック制御が採用されるため、エンジンの特性にバラツ
キがあっても、各エンジンについて排気の清浄化が可能
となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多気筒
エンジンにおいては排気通路が各気筒と連通しており、
排気系に排気圧センサを取り付けても、他の気筒の排気
が干渉するため、複数気筒の何れのか気筒が失火状態に
あるか否かを正確に判定することが困難であった。

【０００７】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、多気筒エンジンについても失
火状態を確実に検知して排気の清浄化と燃費の改善を実
現することができる内燃エンジンの希薄燃焼制御方法を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、クランク角検知手段と、排
気圧検知手段及び燃料制御弁を備える内燃エンジンの希
薄燃焼制御方法において、所定のクランク角範囲につい
て求めた排気圧波形の積分値と、先行する燃焼サイクル
について所定のクランク角範囲について求めた排気圧波
形の積分値の平均値とを比較し、両者の差又は比が所定
値を超えた場合に失火と判断し、前記燃料制御弁を、失
火と判断した時或はその前直近時の開度まで所定単位ず
つ開いて混合気をリッチ化する失火防止制御を実施する
ようにしたことを特徴とする。

【０００９】請求項２記載の発明は、クランク角検知手
段と、排気圧検知手段及び燃料制御弁を備える内燃エン
ジンの希薄燃焼制御方法において、所定のクランク角範
囲について求めた排気圧波形の積分値と、先行する複数
回の燃焼サイクルについて各燃焼サイクル毎に所定のク
ランク角範囲について求めた排気圧波形の積分値の単純
平均値又は二乗平均値或は所定乗平均値とを比較し、両
者の差又は比が所定値を超えた場合に失火と判断し、前
記燃料制御弁を、失火と判断した時或はその前直近時の
開度まで所定単位ずつ開いて混合気をリッチ化する失火
防止制御を実施するようにしたことを特徴とする。

【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、前記排気圧波形の積分値を、所定時
間（所定クランク角）間隔で排気圧データをサンプリン
グし、そのサンプリング値を積算することによって求め
ることを特徴とする。

【００１１】請求項４記載の発明は、請求項１，２又は
３記載の発明において、前記内燃エンジンは、冷媒循環
式熱移動装置の圧縮機を駆動するものであって、熱負荷
が大きい程スロットル弁開度が大きく設定されるものと
したことを特徴とする。

【００１２】請求項５記載の発明は、請求項４記載の発
明において、前記内燃エンジンを、その廃熱が循環冷媒
に付与される水冷エンジンとしたことを特徴とする。

【００１３】請求項６記載の発明は、請求項１〜４又は
５記載の発明において、前記内燃エンジンにエンジン回
転数検知手段を設け、所定時間内におけるエンジン回転
数の変動が小さいことを確認した後、前記燃料制御弁を
絞ることにより内燃エンジンを希薄燃焼化するととも
に、失火防止制御を実施するようにしたことを特徴とす
る。

【００１４】従って、請求項１，２又は３記載の発明に
よれば、内燃エンジンの所定のクランク角範囲について
求めた排気圧波形の積分値に基づいて失火を判定するよ
うにしたため、多気筒エンジンについても失火状態を確
実に検知して排気の清浄化と燃費の改善を実現すること
ができる。

【００１５】請求項４記載の発明によれば、内燃エンジ
ンのスロットル弁開度は熱負荷が大きい程大きく設定さ
れるため、熱負荷の変動による排気の清浄性の悪化が防
がれる。

【００１６】請求項５記載の発明によれば、希薄燃焼に
よってエンジン出力に対する廃熱量が増加するため、冷
媒循環式熱移動装置のシステム全体としての効率が向上
する。

【００１７】請求項６記載の発明によれば、エンジン回
転数が安定してから失火防止をしつつ希薄燃焼が可能で
あるとともに、急減速時（或は急激に大きな出力が必要
とされなくなる時）には希薄燃焼化が実施されなくなる
ため、急減速時のエンジンストールの発生が防がれる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１９】図１はエンジン駆動式空気調和装置の基本
構成を示す回路図、図２はガスエンジンの構成図、図３
は同ガスエンジン要部の構成図である。

【００２０】図１に示す空気調和装置は駆動源として水
冷ガスエンジン１を有しており、該ガスエンジン１によ
って２基の圧縮機２Ａ，２Ｂが回転駆動される。

【００２１】而して、本空気調和装置には、圧縮機２
Ａ，２Ｂを含んで閉ループを構成する冷媒回路３と水ポ
ンプ４５を含んで閉ループを構成する冷却水回路４が設
けられている。尚、図１に示す冷媒回路３において、実
線矢印は暖房運転時の冷媒の流れ方向を示し、破線矢印
は冷房運転時の冷媒の流れ方向を示す。

【００２２】ここで、ガスエンジン１の構成を図２及び
図３に基づいて説明する。

【００２３】図２に示す水冷ガスエンジン１において、
６はピストン、７はピストン６とクランク軸３を連結す
るコンロッド、８はシリンダ１ａの周囲に形成された冷
却水ジャケット、９はエンジン回転数センサ、１０はク
ランク角センサである。

【００２４】又、ガスエンジン１のシリンダヘッド１ｃ
に形成された吸気通路１ｄ及び排気通路１ｅには吸気管
１１、排気管１２がそれぞれ接続されており、吸気通路
１ｄ、排気通路１ｅは吸気弁１５、排気弁１６によって
それぞれ適当なタイミングで開閉される。

【００２５】ところで、前記吸気管１１にはエアクリー
ナ１７及び空気と燃料ガスを混合するためのミキサー１
８が接続されており、吸気管１１内のミキサー１８の下
流側にはスロットル弁１９が設けられている。そして、
前記ミキサー１８には、燃料ガスボンベ１３に接続され
た燃料供給管２０が接続されており、該燃料供給管２０
の途中には２つの燃料開閉弁２１とガス圧力を低圧に調
圧するゼロガバナ２２及び燃料制御弁２３が接続されて
いる。

【００２６】又、ガスエンジン１のシリンダヘッド１ｃ
には点火プラグ２４が結着されており、該点火プラグ２
４には点火コイル２５及び点火制御回路２６が接続され
ている。

【００２７】他方、前記排気管１２の途中には排気ガス
熱交換器２７が設けられており、この排気ガス熱交換器
２７内に排気圧センサ２８が設けられている。

【００２８】ところで、ガスエンジン１のクランク軸３
には増速装置１４が連結されており、この増速装置１４
の出力軸には電磁クラッチ５Ａを介して一方の圧縮機２
Ａが接続されている。又、前記増速装置１４の出力軸に
結着されたギヤＧ１には小径のギヤＧ２を介してギヤＧ
１と同径の別のギヤＧ３が噛合しており、ギヤＧ３は電
磁クラッチ５Ｂを介して他方の圧縮機２Ｂに連結されて
いる。

【００２９】而して、ガスエンジン１は、例えば図３に
示すように、４気筒エンジンであり、各気筒に対して吸
気マニホールド２９から吸気通路１ｄを介して混合気が
供給される。そして、吸気マニホールド２９にはエアク
リーナ１７及びスロットル弁１９を介して吸気されると
ともに、スロットル弁１９部分に燃料ガスボンベ１３か
ら燃料開閉弁２１及びゼロガバナ２２及び燃料制御弁２
３を介して燃料ガスが供給される。

【００３０】一方、各気筒の排気通路１ｅは排気マニホ
ールド３０に連結されており、排気マニホールド３０内
に排気ガス熱交換器２７と排気圧センサ２８が設けられ
ている。

【００３１】ここで、図１に基づいて空気調和装置の基
本構成を説明する。

【００３２】前記冷媒回路３は圧縮機２Ａ，２Ｂによっ
てフロン等の冷媒を循環させる回路であって、これは、
圧縮機２Ａ，２Ｂの各吐出側からオイルセパレータ３１
に至る冷媒ライン３ａと、オイルセパレータ３１から四
方弁３２に至る冷媒ライン３ｂと、四方弁３２から３台
の室内熱交換器３３に至る冷媒ライン３ｃと、室内熱交
換器３３から膨張弁３４を経て途中でアキュームレータ
３５内を通過して２台の室外熱交換器３６に至る冷媒ラ
イン３ｄと、室外熱交換器３６から前記四方弁３２に至
る冷媒ライン３ｅと、四方弁３２から前記アキュームレ
ータ３５に至る冷媒ライン３ｆと、アキュームレータ３
５から圧縮機２Ａ，２Ｂの各吸入側に至る冷媒ライン３
ｇを含んで構成されている。

【００３３】尚、前記オイルセパレータ３１からはオイ
ル戻りライン３７とバイパスライン３ｉが導出してお
り、オイル戻りライン３７は前記冷媒ライン３ｇに接続
され、バイパスライン３ｉは前記冷媒ライン３ｆに接続
されており、このバイパスライン３ｉにはバイパス弁３
８が接続されている。又、前記アキュームレータ３５に
は、これに貯留される液相冷媒の液面を検出する液面レ
ベルセンサ３９，４０が設けられており、アキュームレ
ータ３５の底部は主にオイル戻り用のバイパスライン３
ｊによって前記冷媒ライン３ｇに接続されており、バイ
パスライン３ｊにはバイパス弁４１が設けられている。

【００３４】以上説明した冷媒回路３の前記冷媒ライン
３ｂには冷媒の高圧側圧力を検知する高圧側圧力センサ
４２が設けられ、冷媒ライン３ｇには冷媒の低圧側圧力
を検知する低圧側圧力センサ４３が設けられている。

【００３５】一方、前記冷却水回路４はガスエンジン１
を冷却する冷却水を水ポンプ４５によって循環させる回
路であって、これは、水ポンプ４５の吐出側から前記排
気ガス熱交換器２７を通ってガスエンジン１の冷却水入
口（図２に示す冷却水ジャケット８の入口）に至る冷却
水ライン４ａと、ガスエンジン１の冷却水出口から感温
切換弁４６に至る冷却水ライン４ｂと、感温切換弁４６
からリニア三方弁４７に至る冷却水ライン４ｃと、リニ
ア三方弁４７から導出して前記アキュームレータ３５内
を通って水ポンプ４５の吸入側に接続される冷却水ライ
ン４ｄと、前記感温切換弁４６、リニア三方弁４７から
それぞれ導出して前記冷却水ライン４ｄに接続される冷
却水ライン４ｅ，４ｆを含んで構成されており、冷却水
ライン４ｆには放熱用熱交換器４８が設けられている。

【００３６】次に、本実施の形態に係る空気調和装置の
暖房運転時の作用を図４に示すモリエル線図を参照しな
がら説明する。

【００３７】ガスエンジン１が駆動されると、そのクラ
ンク軸３の回転は増速装置１４によって増速され、ＯＮ
状態にある電磁クラッチ５Ａを介して一方の圧縮機２Ａ
に伝達されると同時に、ギヤＧ１，Ｇ２，Ｇ３及びＯＮ
状態にある電磁クラッチ５Ｂを経て他方の圧縮機２Ｂに
伝達され、両圧縮機２Ａ，２Ｂが同時に同速度で回転駆
動される。

【００３８】上述のように圧縮機２Ａ，２Ｂが回転駆動
されると、図４ので示される状態（圧力Ｐ₁ 、エンタ
ルピｉ₁ ）の気相冷媒は冷媒ライン３ｇから圧縮機２
Ａ，２Ｂに吸引されて圧縮され、図４ので示される状
態（圧力Ｐ₂ 、エンタルピｉ₂）の高温高圧冷媒とな
る。尚、このときの圧縮機２Ａ，２Ｂの所要動力（圧縮
熱量）ＡＬは（ｉ₂ −ｉ₁ ）で表される。又、圧縮機２
Ａ，２Ｂに吸引される気相冷媒の圧力Ｐ₁ は、前記低圧
側圧力センサ４３によって検出される。

【００３９】上記高温高圧の気相冷媒は冷媒ライン３ａ
を通ってオイルセパレータ３１に導かれ、オイルセパレ
ータ３１によってオイル分を除去される。そして、オイ
ル分が除去された気相冷媒は冷媒ライン３ｂを通って四
方弁３２に至る。尚、オイルセパレータ３１において冷
媒から分離されたオイルは、前記オイル戻りライン３７
を通って前記冷媒ライン３ｇに戻される。又、冷媒ライ
ン３ｂを流れる高温高圧の冷媒の圧力Ｐ₂ （圧力損失を
無視する）は、前記高圧側圧力センサ４２によって検出
される。

【００４０】ところで、暖房運転時においては、四方弁
３２のポートａとポートｃ及びポートｂとポートｄがそ
れぞれ連通されており、高温高圧の気相冷媒は四方弁３
２を通って冷媒ライン３４ｃ側へ流れ、凝縮器として機
能する室内熱交換器３３に導かれる。そして、室内熱交
換器３３に導かれた高温高圧の気相冷媒は室内の空気に
凝縮熱Ｑ₂ を放出して液化し、図４に示すの状態（圧
力Ｐ₂ 、エンタルピｉ₃ ）の液相冷媒となり、このとき
の放熱量Ｑ₂ （＝ｉ₂ −ｉ₃ ）によって室内の暖房が行
われる。

【００４１】次に、室内熱交換器３３において液化した
高圧の液相冷媒は膨張弁３４によって減圧されて図４に
おいてで示す状態（圧力Ｐ₁ 、エンタルピｉ₃ ）とな
ってその一部が気化し、冷媒ライン３ｄを室外熱交換器
３６に向かって流れる。

【００４２】前記冷媒ライン３ｄを流れる冷媒は、蒸発
器として機能する室外熱交換器３６に至り、外気温度が
所定値以上であるときには、室外熱交換器３６のファン
３６ａが駆動され、上述のように室外熱交換器３６にお
いて冷媒が外気から熱Ｑ_1aを奪って蒸発する。尚、室外
熱交換器３６において冷媒が外気から受ける熱量Ｑ_1aは
（ｉ₅ −ｉ₃ ）で表される。

【００４３】そして、冷媒は室外熱換器３６から冷媒ラ
イン３ｅを通って四方弁３２に至り、四方弁３２を通っ
て冷媒ライン３ｆ側へ流れ、アキュームレータ３５内に
導入される。

【００４４】一方、水ポンプ４５の駆動によって冷却水
回路４内を循環される冷却水は、水ポンプ４５から吐出
されて冷却水ライン４ａを流れ、その途中で、排気ガス
熱交換器２７においてガスエンジン１から排気管１２に
排出される排気ガスの熱を回収して加熱された後、ガス
エンジン１の冷却水ジャケット８を通って該ガスエンジ
ン１を冷却する。そして、排ガス熱交換器２７とガスエ
ンジン１により加熱された冷却水は、冷却水ライン４ｂ
を流れて感温切換弁４６に至る。

【００４５】ガスエンジン１の始動後は冷却水温は低
く、感温切換弁４６は冷却水を冷却水ライン４ｅへ循環
させる一方、冷却水ライン４ｃへの流れを止める。そし
て、ガスエンジン１が定常運転状態になると、排ガス熱
交換器２７及びガスエンジン１との熱交換量が増大して
冷却水温が上昇するため、感温切換弁４６は冷却水ライ
ン４ｅへの流れを止める一方、冷却水ライン４ｃへの流
れを許容する。

【００４６】而して、アキュームレータ３５において
は、冷却水ライン４ｄを流れる冷却水によって、アキュ
ームレータ３５に貯留されている液相冷媒が加熱され、
ガスエンジン１の廃熱（排気ガスによって与えられる熱
と冷却によってガスエンジン１から奪われる熱）Ｑ_1bが
冷媒に与えられ、冷媒は図４ににて示す状態（圧力Ｐ
₁ 、エンタルピｉ₁ ）となる。尚、このときの冷媒の吸
熱量Ｑ_1bは（ｉ₁ −ｉ₅）で表される。

【００４７】上記アキュームレータ３５においては冷媒
の気液が分離され、アキュームレータ３５内の気相冷媒
は冷媒ライン３ｇを通って圧縮機２Ａ，２Ｂに吸引され
るが、圧縮機２Ａ，２Ｂに吸引される気相冷媒の状態は
図５に示すの状態（圧力Ｐ₁ 、エンタルピｉ₁ ）に復
帰しており、この気相冷媒は圧縮機２Ａ，２Ｂによって
再度圧縮されて前述と同様の作用を繰り返す。

【００４８】従って、膨張弁３４によって減圧されて冷
媒が圧縮機２Ａ，２Ｂに吸引されるまでの間、冷媒には
室外熱交換器３６において外気から熱Ｑ_1aが与えられる
とともに、アキュームレータ３５においてガスエンジン
１の廃熱Ｑ_1bが与えられ、結局、冷媒は熱量Ｑ_1a＋Ｑ_1b
（＝ｉ₁ −ｉ₃ ）を受け取って蒸発し、更に過熱（スー
パーヒート）される。

【００４９】尚、冷媒運転時においては、四方弁３２の
ポートａとポートｂ及びポートｃとポートｄがそれぞれ
連通しており、高温高圧の気相冷媒は四方弁３２を通っ
て冷媒ライン３ｅ側へ流れ、凝縮器として機能する室外
熱交換器３６に導かれ、更に冷媒ライン３ｄを通って途
中アキュームレータ３５内を通過しつつ膨張弁３４に至
る。高温高圧の気相冷媒は室外熱交換器３６で冷却され
て放熱し、更にアキュームレータ３５内の低温低圧の液
相冷媒により冷却されて放熱する。室外熱交換器３６で
の冷媒の放熱量とアキュームレータ３５通過時の冷媒の
放熱量との合計がＱ₂ （＝ｉ₂ −ｉ₃ ）となる冷媒は膨
張弁３４の上流側において図４に示すの状態（圧力Ｐ
₂ 、エンタルピｉ₃ ）の液相冷媒になる。

【００５０】液相冷媒は膨張弁３４を通過して図４に示
すの状態（圧力Ｐ₁ 、エンタルピｉ₃ ）になった後、
蒸発器として機能する室内熱交換器３３において吸熱し
ての状態（圧力Ｐ₁ 、エンタルピｉ₅ ）になる。この
ときの冷媒の吸熱量はＱ_1aは（＝ｉ₅ −ｉ₃ ）となる。
気液混合状態の冷媒は室内熱交換器３３から四方弁３２
を経てアキュームレータ３５に至り、液相分はアキュー
ムレータ３５内にて分離滞留する一方、気相冷媒は圧縮
機２Ａ，２Ｂに吸引される。そして、アキュームレータ
３５内に滞留する液相冷媒は、冷却水ライン４ｄを流れ
る冷却水と冷媒ライン３ｄを通る冷媒により加熱されて
気化し、前記気相冷媒に混合されて圧縮機２Ａ，２Ｂに
吸引される。冷媒は圧縮機２Ａ，２Ｂの上流側において
図４に示すの状態（圧力Ｐ₁ 、エンタルピｉ₁ ）の気
相冷媒になる。即ち、アキュームレータ３５を通過する
ことにより新たに与えられる熱量はＱ_1b（＝ｉ₁ −ｉ
₅ ）となる。

【００５１】次に、本実施の形態に係る空気調和装置の
制御系の構成を図５及び図６に基づいて説明する。尚、
図５は制御系全体の構成を示すブロック図、図６はコン
プレッサ部及びガスエンジンの制御系の構成を示すブロ
ック図である。

【００５２】図５に示すように、各室内熱交換器３３に
は室内機制御装置５０が設けられており、各室内機制御
装置５０には膨張弁上流側冷媒温度センサ５２、室内希
望温度設定スイッチを有する操作部５３及び室内温度セ
ンサ５４からの信号が入力され、室内機制御装置５０は
これらの信号に基づいてファン５１と膨張弁３４を制御
する。

【００５３】又、本空気調和装置には室外機制御装置６
０が設けられており、該室外機制御装置６０はコンプレ
ッサ部６１、ガスエンジン１、吸込冷媒温度センサ６
２、アキュームレータ液面レベルセンサ３９，４０、高
圧側圧力センサ４２、低圧側圧力センサ４３、外気温セ
ンサ６３及び冷媒循環量センサ６４からの信号を受けて
コンプレッサ部６１、ガスエンジン１、四方弁３２、リ
ニア三方弁４７、感温切換弁４６及びファン３６ａを制
御するとともに、データを記憶装置６５に格納するとと
もに、必要に応じて格納装置６５からデータを読み込
む。

【００５４】ここで、図６に示すように、コンプレッサ
部６１においては、室外機制御装置６０は各種センサか
らのデータ、スイッチ操作データに基づいて電磁クラッ
チ５Ａ，５Ｂと増速比制御アクチュエータ６７を制御す
る。尚、作動台数検知手段６６はクラッチ操作のフィー
ドバック用データを室外機制御装置６０に送信する。室
内温度センサ５４の検知温度と操作部５３において設定
された希望室内温度との差、或は目標高圧圧力と高圧側
圧力センサ４２の検知圧力との差、或は低圧側圧力セン
サ４３の検知圧力と目標低圧圧力との差、或は室内温度
センサ５４の検知温度と外気温センサ６３の検知温度と
の差、或は操作部５３において空調状態に設定される部
屋数データ、更にはこれらのデータにより設定される目
標冷媒循環量と冷媒循環量センサ６４の検知値との差等
のデータの内１つ或は複数により決められる目標エンジ
ン回転数とエンジン回転数センサ９による検知値との差
を０とするようにスロットル弁開度制御アクチュエータ
６９によりスロットル弁開度を増減すると同時に、希薄
空燃比で運転すべく燃料開閉弁開閉制御アクチュエータ
７１を制御する。点火タイミングはエンジン回転数セン
サ９による検知値とスロットル弁開度制御アクチュエー
タ６９の制御量に基づいて室外機制御装置６０で決めら
れ、室外機制御装置６０がクランク角センサ１０の検知
値を基準として点火制御回路２６及び点火コイル２５を
介して点火プラグ２４を駆動制御する。

【００５５】次に、ガスエンジン１の希薄燃焼制御方法
を図７に示すフローチャートに従って説明する。

【００５６】空気調和装置の運転に際しては、先ず、冷
媒システム系の運転条件（例えば、空調部屋数（運転室
内機数）、外気温度と設定温度との差等）に基づいてス
ロットル弁１９の開度の初期値、燃料ガス流量制御弁２
３の開度の初期値等を設定する（ステップＳ１）。尚、
空調部屋数が大きい程、又、温度差が大きい程、それぞ
れの初期値は大きく設定される。但し、燃料制御弁開度
の初期値は、理論空燃比或はそれより若干濃い目又は薄
目野空燃比の混合気が燃焼室に供給されるような開度と
される。

【００５７】次に、ガスエンジン１が起動中であるか否
かが判断され（ステップＳ２）、ガスエンジン１が起動
中であればプログラム実行切換の判断がなされ（ステッ
プＳ３）、実行数ｍ回の内１回だけエンジン運転制御プ
ログラムが実行され（ステップＳ４）、その他の場合は
クランク角度に伴うエンジン回転数が算出される（即
ち、クランク軸３が所定角回転するに要する時間を検知
して回転数が算出される）（ステップＳ５）。

【００５８】上記エンジン運転制御プロクラムにおいて
は、目標回転数Ｎ₀ 算出プログラムが実行される。この
目標エンジン回転数Ｎ₀ は圧縮機２Ａ，２Ｂへの吸込側
の冷媒温度ｔ_s 、圧縮機２Ａ，２Ｂからの吐出側の冷媒
温度ｔ_d 、冷媒回路３中の低圧側の冷媒圧力Ｐ_s 、冷媒
回路３中の高圧側の冷媒圧力Ｐ_d 等の関数として、Ｎ₀ ＝ｆ（ｔ_s ，ｔ_d ，Ｐ_s ，Ｐ_d ）で表され、検出された冷媒温度及び冷媒圧力等に基づい
て目標エンジン回転数Ｎ₀ が算出される。

【００５９】次に、スロットル開度Ｔ₀ 算出・設定動作
プログラムが実行され（ステップＳ３）、エンジン回転
数センサ９によって検出されたエンジン回転数Ｎと算出
された目標エンジン回転数Ｎ₀ との差（Ｎ−Ｎ₀ ）に基
づいてスロットル弁開度Ｔ₀が算出され、スロットル弁
１９を開閉するスロットル弁開度制御アクチュエータ
（ステッピングモータ）６９が駆動されてスロットル弁
１９の開度がＴ₀ に設定される。具体的には、ＮとＮ₀
との差（Ｎ−Ｎ₀ ）が負であって、検出されたエンジン
回転数Ｎが小さい程、スロットル弁開度Ｔ₀ は大きく設
定される。

【００６０】而して、前述のようにクランク角度に伴う
エンジン回転数が算出されると（ステップＳ５）、エン
ジン回転数の時間的平均値を算出し（ステップＳ６）、
その値に基づいて燃料制御弁２３の開度制御の可否を判
断する（ステップＳ７）。即ち、エンジン回転数のバラ
ツキが所定以下、即ち、平均値と、平均値を算出に使用
した複数のエンジン回転数の内、最大或は最小のものと
の差の絶対値が所定値以下であれば希薄燃焼制御が実行
され（ステップＳ８）、所定値以上であればプログラム
実行切換の判断がなされる（ステップＳ３）。

【００６１】希薄燃焼制御においては、希薄燃焼化制御
として燃料制御弁２３の開度が所定量絞られて混合気が
希薄化される。このように燃料制御弁２３の開度が所定
量絞られた後、混合気希薄化に伴う失火を防止するため
の失火防止制御が実施される。即ち、所定のクランク角
範囲についての排気圧波形の積分値（面積）ＳＵＭと、
先行する１乃至複数回の燃焼サイクルにおけるそれぞれ
同一の所定のクランク角範囲についての排気圧波形の積
分値（面積）とから、それらの平均値ＳＵＭＡＶをそれ
ぞれ求め、両者の比Ｗ（＝ＳＵＭ／ＳＵＭＡＶ）が算出
される（ステップＳ９）。

【００６２】尚、ソフト上においては、ステップＳ９に
おいて先行する所定回（Ｒ回）の燃焼サイクルにおける
前記積分値と今回の燃焼サイクルの前記積分値との平均
値を求めるに当たって移動平均法を使うことができる。
即ち、先行する（Ｒ＋１）回から直前までの燃焼サイク
ルでそれぞれ求めて記憶した（Ｒ＋１）個の前記積分値
と、これらを加えた積算積分値とを記憶装置６５中に記
憶しておき、該積算積分値から（Ｒ＋１）回前の積分値
を引き、今回の燃焼サイクルにおける前記積分値を加え
て求めた新しい積算積分値を（Ｒ＋１）で除して前記平
均値を算出する。該平均値算出後、前記比Ｗを算出する
とともに、記憶装置６５からは（Ｒ＋１）回前の前記積
分値をクリアし、今回の燃焼サイクルにおける前記積分
値と新しい積算積分値とを新たに記憶装置６５に記憶す
る。このようにステップＳ９を実行することにより、ス
テップＳ９での演算時間を節約することができ、流量制
御弁２３の開度が絞られることにより失火が発生した
後、後述の失火処理（ステップＳ１２）において流量制
御弁２３の開度が増加されるまでの時間を短縮すること
ができ、エンジンストールの発生を防ぐことができる。

【００６３】ここで、排気圧波形の積分値ＳＵＭは、所
定時間（所定クランク角）間隔で排気圧データをサンプ
リングし、そのサンプリング値を積算することによって
求められる。

【００６４】而して、前記比Ｗが算出されると、この値
に基づいて失火の判断がなされる（ステップＳ１０）。
即ち、何れかの気筒に失火が発生するとその排気圧波形
が欠落するために排気圧波形の積分値（面積）ＳＵＭが
正常燃焼時のそれよりも小さくなる。従って、前記比Ｗ
（＝ＳＵＭ／ＳＵＭＡＶ）が所定値Ｈよりも小さい（Ｗ
＜Ｈ）場合には、ガスエンジン１の何れかの気筒に失火
が発生したと判断して失火処理を行い（ステップＳ１
１）、比Ｗが所定値Ｈ以上（Ｗ≧Ｈ）である場合には失
火は発生していないと判断して希薄燃焼制御を実施す
る。尚、失火の有無の判定基準である値Ｈは図８に示す
ようにエンジン回転数によって変化する。

【００６５】ステップＳ８の希薄燃焼制御において燃料
制御弁２３の開度が所定量絞られた後、ステップＳ１０
の失火判定を経て再びステップＳ８の制御に入るまでの
時間をＴ_S とするとき、前記所定量の開度絞り量を時間
Ｔ_S で割った値が絞り速度となる。この絞り速度はＴ_S
の時間が変化すると変化するが、タイマーを使うことに
より、スロットル弁開度が大きい程絞り速度を大きく
し、スロットル弁開度（エンジンへの要求負荷）が小さ
い程絞り速度を小さくすることができる。これにより、
混合気の希薄化によりエンジンストールし易い低負荷に
おいて失火防止制御を有効に機能させることができる。

【００６６】そして、失火処理においては、燃料制御弁
２３の開度が失火と判断した時或はその前直近時の開度
まで所定時間当り所定単位ずつ開かれて混合気がリッチ
化される。

【００６７】尚、確実にエンジンストールが発生しない
ようにするためには、ステップＳ８の制御により絞られ
た前後の燃料制御弁２３の開度データを記憶装置６５に
入れておき、ステップＳ１０の失火判定において失火の
判断がされるとき、ステップＳ１２において記憶装置６
５中の前記絞り前後の燃料制御弁２３の開度データの
内、絞り前の開度に直ちに戻すようにすると良い。或
は、絞り前の開度に戻すのに加え、絞りにおける所定量
の所定倍の開度分だけ余計に燃料制御弁２３の開度を増
加させるようにしても良い。

【００６８】その後、エンジン停止要求があるか否かが
判断され（ステップＳ１２）、エンジン停止要求がない
場合にはステップＳ３〜ステップＳ１２の処理が繰り返
され、エンジン停止要求がなされた場合にはガスエンジ
ン１が停止されて一連の処理が終了する（ステップＳ１
３）。

【００６９】ステップＳ４のエンジン運転制御における
燃料制御弁２３の開度は、その前のステップにおいて設
定された開度となる。即ち、エンジン起動直後或はステ
ップＳ７を経てステップＳ８に進むことなく、ステップ
Ｓ３に戻った後のステップＳ４のエンジン運転制御にお
ける燃料制御弁２３の開度は初期値となって運転される
ことになる。そして、ステップＳ１１を経てステップＳ
３に戻った後のステップＳ４のエンジン運転制御におけ
る燃料制御弁２３の開度は、ステップＳ１２の失火処理
において設定された開度とされて運転される。

【００７０】尚、本実施の形態では、失火の判断を排気
圧波形の積分値ＳＵＭと積分の平均値ＳＵＭＡＶとの比
Ｗ（＝ＳＵＭ／ＳＵＭＡＶ）に基づいて行ったが、両者
の差（ＳＵＭ−ＳＵＭＡＶ）に基づいて失火の判断を行
っても良い。

【００７１】又、所定のクランク角範囲について求めた
排気圧波形の積分値と、先行する複数回の燃焼サイクル
について各燃焼サイクル毎に所定のクランク角範囲につ
いて求めた排気圧波形の積分値の単純平均値又は二乗平
均値或は所定乗平均値とを比較し、両者の差又は比が所
定値を超えた場合に失火と判断するようにしても良い。

【００７２】尚、複数気筒からの排気圧波形が互いに干
渉しないクランク角範囲を選んで積分値を求めるように
することにより、特定の気筒の排気波形を監視すること
が可能となり、その気筒についてより確実に失火を判定
することができる。又、排気干渉があっても、各エンジ
ン回転数毎に失火しない場合の前記積分値の平均値を求
めることにより、各エンジン回転数毎に前記所定値Ｈを
設定して記憶装置６５に記憶しておき、ステップＳ１０
の失火判定において、ステップＳ５により算出したエン
ジン回転数に対応する記憶装置６５中の前記所定値Ｈを
使って失火判定することで、何れかの気筒において失火
が発生したが否か、より確実に判定することができる。
ここでは、図８に示すように、或るエンジン回転数域で
一様に変化させるのではなく、特に排気系の共振により
Ｗ値がその共振エンジン回転数の前後より大きく変化す
るとき、それに合わせて所定値を大きく変化させるので
ある。

【００７３】更に、排気圧センサ２８を排気マニホール
ド３０内ではなく、所定気筒の排気通路１ｅに配置する
ようにしても良い。

【００７４】尚、ステップＳ６を削除するとともに、ス
テップＳ７において、エンジン負荷と同等であるスロッ
トル弁開度Ｔ₀ が所定値以下の中低負荷時において希薄
燃焼制御（ステップＳ８）を実施し、所定値以上の高負
荷時において燃料制御弁開度は初期値となるように設定
するようにしても良い。或は、ステップＳ７において、
エンジン回転数のバラツキが所定以下であり、且つ、ス
ロットル弁開度Ｔ₀ が所定値以下の中低負荷時において
希薄燃焼制御（ステップＳ８）を実施、そうでない場合
には燃料制御弁開度は初期値となるように設定するよう
にしても良い。これにより、エンジン負荷が所定値以下
において失火防止をしつつ希薄燃焼が可能であるととも
に、急加速時（或は急激に大きな出力が必要とされる
時）にはエンジン負荷が先行して大きくされるため、希
薄燃焼化は解除され、内燃エンジンへの燃料供給が絞ら
れることはなくなり、急加速（或は急激な出力上昇）が
可能となる。

【００７５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項
１，２又は３記載の発明によれば、内燃エンジンの所定
のクランク角範囲について求めた排気圧波形の積分値に
基づいて失火を判定するようにしたため、多気筒エンジ
ンについても失火状態を確実に検知して排気の清浄化と
燃費の改善を実現することができるという効果が得られ
る。

【００７６】請求項４記載の発明によれば、内燃エンジ
ンのスロットル弁開度は熱負荷が大きい程大きく設定さ
れるため、熱負荷の変動による排気の清浄性の悪化が防
がれるという効果が得られる。

【００７７】請求項５記載の発明によれば、希薄燃焼に
よってエンジン出力に対する廃熱量が増加するため、冷
媒循環式熱移動装置のシステム全体としての効率を高め
ることができるという効果が得られる。

【００７８】請求項６記載の発明によれば、エンジン回
転数が安定してから希薄燃焼化と失火防止制御を実施す
るようにしたため、エンジン回転数が急激に減少中に希
薄化することによるエンジンストールの発生を防ぐこと
ができ、且つ、失火防止制御を有効に作用させて失火寸
前まで混合気の希薄化が可能となるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】エンジン駆動式空気調和装置の基本構成を示す
回路図である。

【図２】ガスエンジンの構成図である。

【図３】ガスエンジン要部の構成図である。

【図４】冷媒の状態変化を示すモリエル線図（Ｐ−ｉ線
図）である。

【図５】エンジン駆動式空気調和装置の制御系全体の構
成を示すブロック図である。

【図６】エンジン駆動式空気調和装置のコンプレッサ部
及びガスエンジンの制御系の構成を示すブロック図であ
る。

【図７】本発明に係る希薄燃焼制御方法の処理手順を示
すフローチャートである。

【図８】失火判定基準値Ｈのエンジン回転数に対する変
化を示す図である。

【符号の説明】

１ガスエンジン（内燃エンジン）２Ａ，２Ｂ圧縮機９エンジン回転数センサ（エンジン回転数検
知手段）１０クランク角センサ（クランク角検知手段）１９スロットル弁２３燃料制御弁２８排気圧センサ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｍ 21/02 ３１１Ｆ０２Ｍ 21/02 ３１１Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】クランク角検知手段と、排気圧検知手段
及び燃料制御弁を備える内燃エンジンの希薄燃焼制御方
法において、所定のクランク角範囲について求めた排気圧波形の積分
値と、先行する燃焼サイクルについて所定のクランク角
範囲について求めた排気圧波形の積分値の平均値とを比
較し、両者の差又は比が所定値を超えた場合に失火と判
断し、前記燃料制御弁を、失火と判断した時或はその前
直近時の開度まで所定単位ずつ開いて混合気をリッチ化
する失火防止制御を実施するようにしたことを特徴とす
る内燃エンジンの希薄燃焼制御方法。
【請求項２】クランク角検知手段と、排気圧検知手段
及び燃料制御弁を備える内燃エンジンの希薄燃焼制御方
法において、所定のクランク角範囲について求めた排気圧波形の積分
値と、先行する複数回の燃焼サイクルについて各燃焼サ
イクル毎に所定のクランク角範囲について求めた排気圧
波形の積分値の単純平均値又は二乗平均値或は所定乗平
均値とを比較し、両者の差又は比が所定値を超えた場合
に失火と判断し、前記燃料制御弁を、失火と判断した時
或はその前直近時の開度まで所定単位ずつ開いて混合気
をリッチ化する失火防止制御を実施するするようにした
ことを特徴とする内燃エンジンの希薄燃焼制御方法。
【請求項３】前記排気圧波形の積分値は、所定時間
（所定クランク角）間隔で排気圧データをサンプリング
し、そのサンプリング値を積算することによって求めら
れることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃エンジ
ンの希薄燃焼制御方法。
【請求項４】前記内燃エンジンは、冷媒循環式熱移動
装置の圧縮機を駆動するものであって、熱負荷が大きい
程スロットル弁開度が大きく設定されるものであること
を特徴とする請求項１，２又は３記載の内燃エンジンの
希薄燃焼制御方法。
【請求項５】前記内燃エンジンは、その廃熱が循環冷
媒に付与される水冷エンジンであることを特徴とする請
求項４記載の内燃エンジンの希薄燃焼制御方法。
【請求項６】前記内燃エンジンにエンジン回転数検知
手段を設け、所定時間内におけるエンジン回転数の変動
が小さいことを確認した後、前記燃料制御弁を絞ること
により内燃エンジンを希薄燃焼化するとともに、失火防
止制御を実施するようにしたことを特徴とする請求項１
〜４又は５記載の内燃エンジンの希薄燃焼制御方法。