JPH11200915A

JPH11200915A - ガスエンジンの燃焼制御方法

Info

Publication number: JPH11200915A
Application number: JP10002619A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Okabe; 健岡部; Kensuke Murakami; 研介村上; Keiichi Tsujimoto; 圭一辻本; Toru Nakazono; 徹中園
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1998-01-08
Filing date: 1998-01-08
Publication date: 1999-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料ガスと空気との混合気を給気とするガス
エンジンであって、排気中ＮＯ_X低減のために空燃比を
高める一方、各種の燃焼制御を有するものにおいて、高
度な演算手段や検出手段を要する燃焼変動値の演算に代
えて、従来は回転数の設定値と実際値との差から燃焼制
御を行っていたので精度が悪かった。【解決手段】一行程中の回転速度の最大最小値差（Ｖ
_MAX−Ｖ_MIN）である回転速度差ΔＶを複数行程にわた
って検出して、そのバラツキ度である回転変動値Ｖ’を
演算し、しきい値Ｖ’ａを設定して、演算値がしきい値
Ｖ’ａを超えた時に燃焼不安定であると判断して、空燃
比Ｋ、点火進角度θ、ＥＧＲ率Ｘ、スワール比Ｓ、動弁
のオーバーラップ期間ＣＡの少なくとも一つを制御し、
燃焼を安定させる。また、点火装置の発生電圧Ｅｃの切
換時、及び点火プラグ８の使用限界時の判断に回転変動
値Ｖ’の検出を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気中ＮＯ_Xの低
減化を図るべく、希薄混合気を給気としたガス内燃機関
（４サイクル内燃機関）において、その燃焼状態を安定
させるべく、有効な燃焼状態の検出方法に基づき、各種
の燃焼制御を行うものとした燃焼制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガスエンジン（４サイクルエンジ
ン）は、排気の低ＮＯ_X化の要望により、希薄燃焼（リ
ーンバーン）化傾向、即ち、空燃比を高める傾向にあ
る。図２で判るように、排気中のＮＯ_X量Ｑは、空燃比
Ｋ（吸入空気量／吸入燃料量）が高いほど低くなるので
ある。ところが、空燃比Ｋが高すぎると失火してしまう
ので、失火状態を検出して空燃比Ｋを是正しなければな
らない。空燃比Ｋを制御する手段としては、給気中に混
合する燃料量を調節する空燃比調節用燃料制御弁（後記
の空燃比調節用燃料制御弁８）等が公知である。

【０００３】そして、失火状態は、燃焼が不安定な状
態、即ち燃焼変動値Ｐ’が大きい状態をそれと判断す
る。燃焼変動値Ｐ’とは、一行程毎の出力（有効平均圧
力に比例する）の複数行程においてのバラツキ度であ
り、図２の如く、空燃比Ｋの増加に略比例して高くな
る。該燃焼変動値Ｐ’は、厳密には一行程毎にインジケ
ータ線図（横軸を容積、縦軸を圧力とするグラフ）を図
示し、有効平均圧力を算出していけば求められるが、こ
のような方法は高度な演算手段が必要であることから、
既存の回転数センサ等の検出手段を使って簡単に求めら
れる検出値であって、燃焼変動値Ｐ’に対応して増減す
る検出値を、実際の燃焼変動値Ｐ’の検出に代わって採
用し、燃焼変動値Ｐ’の判断材料としている。この検出
値として、従来は負荷が低い、或いは回転数の変更がな
い等の安定した運転状態で、エンジン回転数の移動平均
値Ｒａと実際のエンジン回転数Ｒ（既存の回転数センサ
にて検出できる。）と比較し、その差の平均値（以後、
「回転数変動値Ｒ’」と称する。）が一定値以上であれ
ば、燃焼不安定な状態、即ち失火状態であると判断し、
空燃比制御用燃料制御弁等を用いて空燃比を低減するよ
うにしていた（特開平８−１０９８５２）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図１２の燃
焼変動値Ｐ’と回転数変動値Ｒ’との相関図で判るよう
に、回転数変動値Ｒ’は、燃焼変動値Ｐ’がかなり大き
くなっても小さく維持されており（即ち、実際回転数と
設定回転数との差があまり生じない。）、失火状態ぎり
ぎりのような大きな燃焼変動Ｐ’ａが生じてから急に大
きくなるという性質を有する。つまり、回転数変動値
Ｒ’では、失火状態の判断基準値Ｒ’ａを設定した場合
に、空燃比Ｋが該基準値Ｒ’ａのぎりぎりまで高まるま
では、正確に燃焼変動値Ｐ’が大きい状態を判断するこ
とができず、検出効率が悪く、また検出期間中に実際に
失火してエンストするというおそれもある。

【０００５】また、燃焼不安定は、様々な要因により生
じるものであって、その要因を除去すれば、排気中ＮＯ
_Xの増加に繋がる空燃比の増加制御を行うことなく、燃
焼を安定させることができる。要因として考えられるも
のとしては、点火時期（進角度）のずれ、点火プラグの
経時劣化、ＥＧＲを採用する場合におけるＥＧＲ率の不
適正、スワールの状態の不適正、給排気弁のオーバーラ
ップ期間の不適正等が挙げられる。この中で、点火プラ
グの電圧については、高出力化に対応するために、従
来、経時劣化を見越して点火装置（イグナイタ）の発生
電圧を大きく設定しており、その分だけ耐用期間が短く
なっていた。即ち、点火プラグの寿命によって燃焼不安
定となる時期が早く訪れることとなっていた。またスワ
ールやバルブ（動弁）タイミングは従来機関毎に一定の
状態に固定されているが、同一機関であっても、機関回
転数によってスワールやオーバーラップ期間の（排気中
ＮＯ _X量や熱効率の上からの）最適値が変動する。もし
もスワールやバルブタイミングを変動できるものとすれ
ば、これらの状態を最適値に近づけることができ、より
きめの細かい効率のよい運転をすることができる。

【０００６】

【課題を解決する手段】本発明は、以上のような課題を
解決すべく、次のような手段を用いるものである。まず
第一に、燃料ガスと空気との希薄混合気を給気して燃焼
するガスエンジンにおいて、一行程中のクランク軸の回
転速度の最大最小値差を複数行程にわたって検出し、該
最大最小値差のバラツキの度合いを回転変動値として演
算し、該回転変動値をもとに燃焼の安定度を判断して燃
焼制御を行う。

【０００７】第二に、第一に述べたガスエンジンの燃焼
制御方法において、前記の複数行程にわたるクランク軸
の回転速度の最大最小値差の検出期間中は、希薄混合気
の給気量調節手段を固定しておく。

【０００８】第三に、第一に述べたガスエンジンの燃焼
制御方法において、前記回転変動値のしきい値を設定
し、該回転変動値が該しきい値より高い場合に、燃焼不
安定であると判断する。

【０００９】第四に、第三に述べたガスエンジンの燃焼
制御方法において、機関運転範囲内で、回転数及び負荷
が一番高い状態で、排気中のＮＯ_X値が目標値内に収ま
るように、前記の回転変動値のしきい値を設定する。

【００１０】第五に、第四に述べたガスエンジンの燃焼
制御方法において、前記方法で求めたしきい値を中心と
する前記回転変動値のバラツキの最上限が、該回転変動
値の熱効率に関する基準値を超えないように、該回転変
動値を求めるための回転速度の最大最小値差の検出数の
下限値を設定する。

【００１１】第六に、第一、二、三、四または五に述べ
た燃焼制御方法を適用するガスエンジンにおいて、前記
回転変動値の検出をもとに空燃比、点火時期、ＥＧＲ
率、スワールの状態、または動弁のオーバーラップ期間
のうちの少なくとも一つを制御する。

【００１２】第七に、第六に述べた前記回転変動値をも
とに行った制御の制御値を、機関停止によっては消去さ
れない記憶手段にて記憶する。

【００１３】第八に、第一、二、三、四または五に述べ
た燃焼制御方法を適用するガスエンジンであって、点火
装置発生電圧を、その使用開始時より燃焼不安定を検出
する時期まで小さく設定し、燃焼不安定を検出してから
点火プラグの使用限界まで大きく設定するようにしたも
のにおいて、前記の回転変動値の検出を、点火装置発生
電圧の設定変更時期に当たる燃焼不安定な状態の検出に
利用する。

【００１４】第九に、第一、二、三、四または五に述べ
た燃焼制御方法を適用するガスエンジンにおいて、前記
の回転変動値の検出を、点火プラグの使用限界時期に当
たる燃焼不安定な状態の検出に利用する。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付の図面
をもとに説明する。図１は本発明に係るガスエンジンに
おける燃焼制御システムのブロック図、図２は本発明の
目標たる排気中ＮＯ_X量の低減と燃焼変動の安定化との
コンセプトを示す、空燃比Ｋと排気中ＮＯ_X量Ｑとの相
関図と、空燃比Ｋと燃焼変動値Ｐ’との相関図、図３は
エンジン１においてクランク軸１ａの回転速度センサ２
により検出されるクランク軸信号Ｓ₁と、カム軸１ｂの
回転速度センサ３により検出されるカム軸信号Ｓ₂との
位相図、図４は回転変動値Ｖ’の演算要素である一行程
中の回転速度差ΔＶの検出を示すクランク角度θとクラ
ンク軸回転速度Ｖとの相関図、図５は燃焼変動値Ｐ’と
回転変動値Ｖ’との相関図、図６は負荷Ｌを一定とした
場合の機関運転範囲内での排気中ＮＯ_X量Ｑの最大値Ｑ
₁を示す機関回転数Ｎと排気中ＮＯ_X量Ｑとの相関図、
図７は機関回転数Ｎを一定とした場合の機関運転範囲内
での排気中ＮＯ_X量Ｑの最大値Ｑ₂を示す負荷Ｌと排気
中ＮＯ_X量Ｑとの相関図、図８は回転変動値Ｖ’のしき
い値Ｖ’ａを設定する上で、排気中ＮＯ_X量Ｑを基準値
Ｑ₃以下に収めるための下限値Ｖ’ｂを示す回転変動値
Ｖ’と排気中ＮＯ_X量Ｑとの相関図、図９は回転変動値
Ｖ’のしきい値Ｖ’ａ、回転変動値Ｖ’のバラツキ度
Ｖ”、及び熱効率η上からの回転変動値Ｖ’の基準値
Ｖ’ｃを示す、回転変動値Ｖ’・空燃比Ｋと熱効率ηと
の相関図、図１０は回転変動値Ｖ’の演算のための回転
速度差ΔＶのデータサンプル数Ｎと回転変動値Ｖ’のバ
ラツキ度Ｖ”との相関図、図１１は本発明の空燃比制御
の流れ図、図１２は従来の回転数変動値Ｒ’と燃焼変動
値Ｐ’との相関図、図１３は一定の機関回転数及び空燃
比における点火進角度θと回転変動値Ｖ’との相関図、
図１４は一定の機関回転数及び空燃比における点火進角
度θの変動に基づく排気中ＮＯ_X量Ｑと熱効率ηとの相
関図、図１５はプラグ使用時間ｔ_Pと要求電圧Ｅｒとの
相関図、図１６は電圧差Ｅｃと回転変動値Ｖ’との相関
図、図１７は一定の機関回転数及び空燃比におけるＥＧ
Ｒ率Ｘと排気温度Ｔとの相関図、図１８はＥＧＲ率Ｘと
回転変動値Ｖ’との相関図、図１９は定格運転時におけ
るスワール比の変動に基づく排気中ＮＯ_X量Ｑと熱効率
ηとの相関図、図２０は低回転数運転時におけるスワー
ル比Ｓと回転変動値Ｖ’との相関図、図２１は一定の機
関回転数におけるオーバーラップ期間ＣＡと出力Ｗとの
相関図、図２２は低回転数運転時と高回転数運転時にお
けるオーバーラップ期間ＣＡと回転変動値Ｖ’との相関
図である。

【００１６】図１より、本発明に係るガスエンジンの燃
焼制御システムの概略を説明する。まず、給排気系統の
流れより説明すると、混合器２において、外気Ａと、空
燃比制御弁１を介して供給量を調整されて供給される希
薄燃料ガスＧとを混合し、給気管３に混合気を送り込
み、給気量調整用のスロットル５、給気のスワールの状
態（後記スワール比Ｓ）を調整するスワール制御弁６、
そして図示しない給気弁を介して、エンジン７の燃焼室
７ａに該混合気を送り込む。

【００１７】該燃焼室７ａに対して、点火プラグ８と燃
料噴射弁９とを臨ませており、該燃料噴射弁９より高圧
燃料ガスＧ’を燃焼室７ａに送り込み、点火プラグ８を
点火させて燃焼室７ａ内の混合気を爆発させ、エンジン
７のクランク軸１０及びカム軸１１を回転させる。な
お、カム軸１１には、バルブ（動弁）タイミング可変装
置１２が付設されており、動弁のカムタイミングを変え
て、動弁のオーバーラップ期間を変更できるようになっ
ている。

【００１８】燃焼後の排気は、該燃焼室７ａより図示し
ない排気弁を介して排気管１３に送られる。また、本実
施例で用いるガスエンジンは、ＥＧＲ（排気再循環法）
を採用するもので、給気管３におけるミキサー２の下流
側と排気管１３との間を、ＥＧＲ制御弁１５を介装した
ＥＧＲ管１４にて連結し、排気管１３より排気の一部を
給気管３に循環するようにしている。

【００１９】次に、電気的に制御される本発明に係る燃
焼制御系統について説明する。燃焼制御の中央演算装置
として、コントローラ１６が設けられており、本発明に
係る燃焼制御のための後記燃焼変動値の演算要素である
クランク軸１０の回転数を検出するためのクランク軸回
転速度センサ１９と、カム軸１１の回転数を検出するた
めのカム軸回転速度センサ２０の検出信号をコントロー
ラ１６に入力する。本発明の燃焼制御に係る制御出力手
段としては、空燃比制御用に、混合器２への希薄燃料ガ
スＧの供給量を調整する前記空燃比制御弁１、点火時期
制御用に、点火プラグ８の点火コイル８ａの電圧発生装
置である点火装置（イグナイタ）１７、ＥＧＲ率制御用
に、前記ＥＧＲ制御弁１５、スワールの状態（後記スワ
ール比Ｓ）の制御用に、前記スワール制御弁６、動弁オ
ーバーラップ期間の制御用に、前記動弁タイミング可変
装置１２、そして、点火プラグ８の使用限界時期を知ら
せるための警報器１８があり、燃焼制御用の演算値（後
記の燃焼変動値）をもとに該コントローラ１６より各燃
焼制御出力手段に出力信号を発する。なお、１６ａは、
点火コイル８ａに点火プラグ８の点火用の電圧を発生さ
せるべく、イグナイタ１７にて電圧を発生させるための
電源である。

【００２０】次に、エンジン１の両回転速度センサ１９
・２０の検出方法について、図３より説明する。本実施
例のガスエンジンは、４サイクル型を前提としており、
図３は、クランク軸信号Ｓ₁動弁系とカム軸信号Ｓ
₂（給気弁または排気弁のいずれか）との経時図（横軸
は経過時間ｔ）であるが、カム軸１１からは、カム軸回
転速度センサ２０により、一度のカムリフト、即ち一行
程毎に一つのパルス信号（カム軸信号Ｓ₂）が発せられ
るものである。そして、クランク軸１０においてはクラ
ンク軸回転速度センサ１９を介して、図３の実施例では
クランク軸１０の一回転中に６回のパルス信号、即ち、
気筒数×２パルス／ｒｅｖ（クランク軸信号Ｓ₁）、一
行程中（クランク軸二回転中）に１２回のパルス信号
（クランク軸信号Ｓ₁）が発せられる。即ち、クランク
軸１０の６０°（３６０°／（気筒数×２））回動毎に
一回のクランク軸信号Ｓ₁が発せられる。一行程中に
は、燃焼行程や圧縮行程等のシリンダ内の状況の変化に
より、クランク軸１０の回転速度（角速度）Ｖ（θ／
ｔ）が変動する。その結果、図３のように、前後二クラ
ンク軸信号間の発信時差Δｔも変動する。一つのクラン
ク軸信号Ｓ₁が発せられて次のクランク軸信号Ｓ₁が発
せられるまでの回転速度Ｖは、６０°／Δｔである。ク
ランク軸回転速度センサ１９は、このように、クランク
軸１０の回転中において一クランク軸信号Ｓ₁が発せら
れてから次のクランク軸信号Ｓ₁が発せられるまでの間
（期間Δｔ）の回転速度Ｖを順次検出するものである。

【００２１】以上のような構成のガスエンジンの燃焼制
御システムにおいて、本発明は、クランク軸回転速度セ
ンサ１９にて検出されるクランク軸１０の回転速度Ｖ
の、複数行程中における変動の度合い（バラツキ度）を
求め、これをもとに燃焼変動を判断し、これに基づい
て、前記の各燃焼制御用出力手段を用いて、燃焼制御、
即ち後記の空燃比や点火時期等の制御を行うものであ
る。このバラツキ度を、回転変動値Ｖ’としており、こ
れは、図５のように、実際の燃焼変動値Ｐ’と略比例関
係にあるので、従来技術で採用していた前記の回転数変
動値ΔＲと比較して、実際の燃焼変動を略正確に、ま
た、正常運転の状態で判断できる。そして、失火状態の
判断基準値を設定したとして、従来の回転数変動値ΔＲ
の場合のように実際に失火状態ぎりぎりになるまで空燃
比Ｋを高くしなくとも、該判断基準値にどの程度近い状
態かを判断でき、余裕を持った燃焼制御をなすことがで
きる。

【００２２】本発明の空燃比制御方法のための燃焼変動
の検出方法について説明する。図４のように、本実施例
のガスエンジンは、前記のように、一行程でクランク軸
１ａが二回転する（７２０°回転する）４サイクルエン
ジンである。その一回転中において、前記の如く回転速
度Ｖが増減し、一行程（二回転）中にその増減の波が３
回生じる（増速─減速─増速─減速─増速─減速となっ
ている。）。この３回分の増減における回転速度Ｖの最
大値Ｖ_MAXと最小値Ｖ_MINとの差、即ち回転速度差ΔＶ
を検出する。前記の図３のクランク軸信号Ｓ₁の図より
説明すれば、Ｖ _MAX＝６０°／Δｔ₀、Ｖ_MIN＝６０°
／Δｔ₂である。そして、複数行程にわたって回転速度
差ΔＶを検出して、この間の回転速度差ΔＶのバラツキ
度を示す回転変動値Ｖ’を算出する。該回転変動値Ｖ’
は、例えば回転速度差ΔＶの標準偏差とする。

【００２３】該回転変動値Ｖ’は、前記の如く（図５参
照）、燃焼変動値Ｐ’と略比例関係にあるので、空燃比
Ｋとも略比例する（図２参照）。従って、失火状態（燃
焼不安定な状態）の判断基準値として、回転変動値Ｖ’
のしきい値Ｖ’ａを設定し、算出する回転変動値Ｖ’が
該しきい値Ｖ’ａを超えた場合に、空燃比Ｋを低減す
る。このしきい値Ｖ’ａは、完全に失火状態となる時の
値より低い値に設定することで、失火を免れることがで
きるが、あまり低くすると空燃比Ｋを十分高めることが
できなくなり、排気中ＮＯ_X量Ｑの低減効果を減じてし
まう。図６の如く負荷Ｌを一定とした場合、エンジンの
機関回転数Ｒの運転範囲Ｒ_D内において、最大機関回転
数Ｒ_MAXの時に排気中ＮＯ_X量Ｑは、最大値Ｑ₁とな
る。一方、図７の如く機関回転数Ｒを一定とした場合、
エンジンの負荷Ｌの運転範囲Ｌ_D内において、最大負荷
Ｌ_MAXの時に排気中ＮＯ_X量Ｑは最大値Ｑ₂となる。そ
こで図８の如く、排気中ＮＯ_X量Ｑ₁またはＱ₂のう
ち、いずれか小さい方を排気中ＮＯ_X量基準値Ｑ₃と
し、該排気中ＮＯ_X量基準値Ｑ₃を現出する空燃比Ｋに
対応した回転値Ｑ₁内に収まるような回転変動値Ｖ’の
値Ｖ’ｂを、該しきい値Ｖ’ａの下限値とする。即ち、
該下限値Ｖ’ｂより小さくしきい値Ｖ’ｂを設定するこ
とで空燃比Ｋが低く抑えられて、排気中ＮＯ_X量Ｑが基
準値Ｑ₃を上回るのを回避するのである。

【００２４】また、図９の如く、熱効率ηと、空燃比Ｋ
または回転変動値Ｖ’とは反比例関係にあり、空燃比
Ｋ、即ち回転変動値Ｎを高めるほど熱効率ηが低減して
しまうので、熱効率の下限値η₁を設定し、その時の回
転変動値Ｖ’の値を熱効率に関する基準値Ｖ’ｃとす
る。前記のしきい値Ｖ’ａは、下限値Ｖ’ｂ〜熱効率に
関する基準値Ｖ’ｃの範囲内にて設定される。

【００２５】ところで、図９の如く、このようにしきい
値Ｖ’ａを設定した場合に、該しきい値Ｖ’ａは、ＮＯ
_X低減のためになるべく高い値で、即ち、上限となる基
準値Ｖ’ｃに近い値で設定される。ここで、機関運転中
に複数回算出される回転変動値Ｖ’の群は、該しきい値
Ｖ’ａを中心としたバラツキＶ”（しきい値Ｖ’ａを平
均値とする標準偏差等より求められる。）を呈するが、
図１０の如く、各回転変動値Ｖ’の演算要素である回転
速度差ΔＶのサンプル数（即ち、該演算のための行程数
Ｎ）が少ないほど、これより算出される回転変動値Ｖ’
のバラツキＶ”は大きくなり、該バラツキＶ”の上限と
なる回転変動値Ｖ’ｄが、該基準値Ｖ’ｃを超えてしま
う。この場合には、機関運転中に、度々回転変動値Ｖ’
が該基準値Ｖ’ｃを超えてしまって、必要以上に空燃比
Ｋを低減する操作が行われ、排気中ＮＯ_X量の低減効果
を減じてしまう。そこで、各回転変動値Ｖ’を算出する
ための回転速度差ΔＶのサンプル数（即ち、一回転変動
値Ｖ’を算出するための行程数）を多くして、該バラツ
キＶ”を小さくする。そして、該回転変動値（バラツキ
Ｖ”の上限となる値）Ｖ’ｄが該基準値Ｖ’ｃを超えな
いように、該回転速度差ΔＶのサンプル数、即ち一回転
変動値Ｖ’を算出するための行程数Ｎの下限値を設定す
るものである。

【００２６】このように、一回転変動値Ｖ’を算出する
ための回転速度差ΔＶのサンプル数（行程数Ｎ）を設定
して、機関運転中に順次、回転角速度変動値Ｖ’を算出
していくと、殆ど小さな幅のバラツキＶ”内に収まるも
のであり、この中で回転変動値Ｖ’がバラツキＶ”の上
限値Ｖ’ｄを超えるということは、相当多くの行程にわ
たって回転速度差ΔＶが大きく、燃焼不安定であるとい
うことであり、空燃比Ｋを制御する上での信用度も高
い。

【００２７】なお、一回転変動値Ｖ’を算出すべく、こ
のようにして規定した数の行程にわたって回転速度差Δ
Ｖを検出する期間中は、一定の給気状態でなければ、こ
の検出期間中の回転速度差ΔＶの値にバラツキが生じ
て、正確に回転変動値Ｖ’を算出できない。そこで、希
薄混合気の給気量調節手段としての図１図示の前記スロ
ットル５を、該検出期間中は固定しておく。該スロット
ル５は、エンジンのガバナ機構により、回転数の検出に
応じて開閉制御されるが、一回転変動値Ｖ’の算出のた
めの回転速度差ΔＶの検出期間中は、このようなガバナ
機構に基づく開閉制御を行わないのである。

【００２８】以上のようにしきい値Ｖ’ａ、回転速度差
ΔＶのサンプル数を設定した上で、回転変動値Ｖ’の算
出に基づく燃焼制御（ここでは、空燃比制御）の流れ
を、図１１のフローチャートより説明する。まず、コン
トローラ１６内にて、この空燃比制御に関する演算フラ
グとして、空燃比操作許可フラグＦ₀、空燃比操作フラ
グＦ₁、演算実行フラグＦ₂を用いる。この中で、演算
実行フラグＦ₂は、回転変動値の演算のための回転速度
差ΔＶの検出を開始するためのフラグである。空燃比操
作許可フラグＦ₀は、演算実行開始前の条件確認のため
のフラグで、通常のエンジン運転時にはＦ₀＝０となっ
ており、例えば目標機関回転数が一定の時に、燃焼変動
即ち回転変動値Ｖ’を確認すべく、Ｆ₀＝１とするもの
である（０１）。

【００２９】Ｆ₀＝１となると（０１）、検出期間の開
始時にＦ₂＝１（０２）となって、まず、給気量安定の
ためにスロットル５を固定し（０３）、規定サンプル数
の回転速度差ΔＶを検出して回転変動値Ｖ’を演算する
（０４）。回転変動値Ｖ’が算出されたら、しきい値
Ｖ’ａと比較して、該回転変動値Ｖ’がしきい値Ｖ’ａ
を超えていたら（０５）、Ｆ₁＝１となって（０６）、
空燃比操作、即ち空燃比調節用燃料制御弁１の開度を広
げて空燃比Ｋを低減し（０７）、続けてＦ₀＝１として
（０１）、空燃比制御用の回転変動値Ｖ’の演算に連続
して入り、空燃比Ｋを安定させる。該回転変動値Ｖ’が
しきい値Ｖ’ａを超えていなければ（０８）、Ｆ₁＝０
（０９）とし、更に、Ｆ₀＝０（０１０）として、通常
のエンジン運転に入り、その間は空燃比制御のための回
転変動値Ｖ’の検出は行わない。

【００３０】以上のようにして、排気中ＮＯ_Xの低減化
のためのリーンバーン化と、失火回避のための空燃比抑
制という相反する要望を満たす図２図示の最適空燃比Ｋ
₁が定められるのである。

【００３１】このように、図１０では燃焼制御として、
空燃比の制御を行っているが、燃焼の不安定状態は、空
燃比のみに由来するものではなく、他の要因に原因があ
ったり、或いは、他の燃焼制御手段を用いて安定状態に
是正することもできる。他に燃焼不安定の要因があるの
に空燃比Ｋを高めても、その要因が除かれなければ燃焼
不安定が解消されない場合があるし、また、排気中ＮＯ
_X量Ｑの低減を目的とする上では、空燃比Ｋはできるだ
け小さく抑えたいのであって、他に燃焼不安定を解消で
きる手段があれば、空燃比Ｋを小さく抑えて排気中ＮＯ
_X量Ｑを抑えながらにして、燃焼不安定を解消すること
ができる。

【００３２】そこで、以下は、回転変動値Ｖ’の検出に
基づいての、空燃比制御以外の燃焼制御について説明す
る。まず、図１３及び図１４において、点火進角度θの
制御について説明する。図１３の如く、点火進角度θを
増加させると回転変動値Ｖ’が低減して、燃焼は安定
し、前記の図９の如く熱効率ηが向上する。（但し、極
度に点火進角度θを大きくすると却って燃焼不安定とな
る、即ち回転変動値Ｖ’が増加するが、このような点火
進角度θは、後記の上限値θ_Hよりも大きい値なので、
ここでは割愛している。）また、一方で、点火進角度θ
を増加すると、それにつれて排気中ＮＯ_X量Ｑが増加す
る。そして、機関毎に、その特性に基づいて、図１４の
ように、点火進角度θの操作に基づく排気中ＮＯ_X量Ｑ
と熱効率ηとの相関が決まっている。この中で、排気中
ＮＯ_X量Ｑが許容範囲内に収まり、かつ、熱効率ηが規
格範囲内に収まる運転範囲Ｄは図示の如くである。これ
により、まず、排気中ＮＯ_X量Ｑの許容上限値Ｑ_Hに対
応して、図１３図示の点火進角度θの上限値θ_Hが設定
される。更に、点火進角度θの操作の上での回転変動値
Ｖ’のしきい値Ｖ’ａを設定するに当たっては、排気中
ＮＯ_X量Ｑをできるだけ小さく抑えられ、かつ、熱効率
ηが下限値η_L以上となるような、図１４図示の運転範
囲Ｄ内において、排気中ＮＯ_X量Ｑと熱効率ηとの基準
点ｄを定め、この基準点ｄを得られるようにしきい値
Ｖ’ａを設定する。

【００３３】このようにして、点火進角度θは、上限値
θ_H以下の範囲において制御されるものであり、排気中
ＮＯ_X量Ｑの低減の上からは、できるだけ小さくするの
がよいが、回転変動値Ｖ’は点火進角度θを小さくすれ
ば増加するものであって、検出される回転変動値Ｖ’が
しきい値Ｖ’ａを示した場合には、点火進角度θをその
時の値よりも増加するように調整するのである。

【００３４】次に、点火コイル電圧の制御に関して回転
変動値Ｖ’を利用する実施例を、図１５及び図１６より
説明する。図１５において、Ｂ₁〜Ｂ₃は不安定燃焼域
を、Ｃ₁〜Ｃ₃は失火域を示す。なお、本実施例は、燃
焼不安定を、点火コイル発生電圧が要求電圧に見合わな
い状態に起因するものとすることを前提としている。勿
論、回転変動値に基づいて燃焼不安定が検出されても、
必ずしも点火コイルの発生電圧に原因があるわけではな
く、この場合に、後記の如く、点火装置発生電圧を変更
したり、点火プラグを交換したりしても、要因が除かれ
ず、点火装置発生電圧の変更や点火プラグの交換が無駄
になる。これを回避するには、後記の点火装置発生電圧
の変更時期や点火プラグの交換時期を大体において把握
しておくように、コントローラ１６に記憶しておき、燃
料不安定の検出がこれらの時期に重なった時に、点火装
置発生電圧の変更や点火プラグの交換を判断するように
することが考えられる。

【００３５】まず、点火コイル８ａの発生電圧Ｅｉと要
求電圧Ｅｒとの差（以下、電圧差Ｅｃ）が大きいほど点
火プラグ８の電極間に安定して火花を生じさせ、確実な
点火及び燃焼を得る。即ち図１６の如く、電圧差Ｅｃを
高めるほど、燃焼安定度の指針となる回転変動値Ｖ’が
低減する。該回転変動値Ｖ’において、しきい値Ｖ’ａ
を設定すれば、電圧差Ｅｃを、回転変動値Ｖ’がしきい
値Ｖ’ａを示す時の電圧差Ｅｃ₁よりも高くしなければ
ならない。しかし、点火プラグ８は、使用時間の経過と
ともに消耗するので要求電圧Ｅｒが上昇し、電圧差Ｅｃ
が小さくなって点火反応性が悪くなるので、予め発生電
圧Ｅｉを大きくしておく必要がある。従来は、図１５の
グラフαの如く、使用限界時付近での要求電圧Ｅｒに対
応するように、イグナイタ１７の発生電圧Ｅｉを大きく
設定していた。ところが、使用開始時からこのように発
生電圧を高く設定して運転すると、電圧差Ｅｃも必要以
上に大きくなり、点火プラグ８の消耗は却って早まって
しまうので、プラグの使用時間ｔ_Pは短くなってしまっ
ていた。即ち、発生電圧Ｅｉを高くすることで、要求電
圧Ｅｒは、プラグ使用時間とともに大きな増加率δで増
加し、失火域Ｃ₁に至るまでの点火プラグ使用時間ｔ_p
が短くなるのである。

【００３６】使用開始時から暫くは点火反応性が良く、
実際は点火プラグの要求電圧もさほど高くはない。そこ
で、使用開始時から暫くの間は発生電圧Ｅｉを小さくし
（Ｅｉ₁）、消耗を小さく抑える。そして、前記のよう
に、点火プラグの消耗により要求電圧Ｅｒは使用時間と
ともに高くなるが、この場合、消耗が遅いので、小さな
増加率δ₁で増加する。しかし、このように小さい発生
電圧Ｅｉ₁で使用していくと、やがて要求電圧Ｅｒが発
生電圧Ｅｉ₁と等しくなって、不安定燃焼を起こす（グ
ラフβ中不安定燃焼域Ｂ₂）ので、この不安定燃焼時期
Ｂ₂において、発生電圧Ｅｉの設定値Ｅｉ₁を切り換
え、使用限界時まで大きな発生電圧Ｅｉ₂でイグナイタ
１９を制御する。切換後は、要求電圧Ｅｒが高い増加率
δ₂で増加し、点火プラグの消耗も早まるが、使用開始
時から発生電圧Ｅｉの切換時となる不安定燃焼時期Ｂ₂
までの時間が、点火プラグ８の消耗が抑えられることで
長期化するので、その分、点火プラグ８の使用開始時よ
り使用限界時（失火域Ｃ₃となる時期）までの使用時間
ｔ_pを延長することができる。そして、この発生電圧Ｅ
ｉの切換時の判断に回転変動値Ｖ’の検出を利用する。
即ち、回転変動値Ｖ’がしきい値Ｖ’ａを超えた時に、
コントローラ１６において、使用開始時より使用してい
た低い発生電圧Ｅｉ₁から高い発生電圧Ｅｉ₂に切り換
えるのである。

【００３７】また、発生電圧Ｅｉをどのように設定する
かにかかわらず（発生電圧Ｅｉの設定をグラフαとする
かβとするかにかかわらず）、点火プラグの使用限界時
に発生する燃焼不安定（図１５中におけるグラフαの不
安定燃焼域Ｂ₁及びグラフβの不安定燃焼域Ｂ₃）を、
回転変動値Ｖ’により検出し、点火プラグ８の交換時期
判断に利用する。即ち、点火プラグ交換時期に当たって
回転変動値Ｖ’がしきい値を超えた場合には、コントロ
ーラ１６により、点火プラグの交換時期を知らせる警報
器１８（表示器或いはブザー等）にて警報を発生させ
る。

【００３８】次に、回転変動値Ｖ’の検出に基づくＥＧ
Ｒ率Ｘの制御について、図１７及び図１８より説明す
る。まず、図１７の如く、ＥＧＲには排気温度の低減効
果があり、一定空燃比において、ＥＧＲ率Ｘを増加する
ほど排気温度Ｔを低減させることができる。排気弁の長
寿命化に有効な対策である。ところが、ＥＧＲ率Ｘを増
加するにつれ燃焼は不安定化し、図１８の如く、回転変
動値Ｖ’は増加する。そこで、燃焼不安定の判断となる
回転変動値Ｖ’のしきい値Ｖ’ａを設定し、回転変動値
Ｖ’が該しきい値Ｖ’ａとなった場合には、ＥＧＲ制御
弁１５の開度を小さくし、ＥＧＲ率Ｘを低減して回転変
動値Ｖ’を低減し、燃焼不安定を是正するものである。

【００３９】次に、回転変動値Ｖ’の検出に基づくスワ
ールの制御について、図１９及び図２０より説明する。
ここでは、スワールの状態を表す数値としてスワール比
（羽根車回転数／機関回転数）Ｓを用いる。羽根車は給
気（希薄混合気Ａ＋Ｇ）を給気弁に送り込む際にスワー
ルを発生させるものであり、前記のスワール制御弁６の
開度に応じて回転数が調整される。この回転数を高めれ
ば（即ちスワール比Ｓを高めれば）大きなスワールが発
生し、熱効率ηを高める。しかし反面でスワール比Ｓが
高くなれば排気中ＮＯ_X量Ｑが増加するので、図１９の
ように、排気中ＮＯ_X量Ｑをできるだけ抑えられるよう
に、定格運転時においての適正スワール比Ｓ₁を設定
し、スワール制御弁６の開度を設定している。

【００４０】ところが、図２０のように、機関の低回転
時においては、定格回転時における適正スワール比Ｓ₁
では回転変動値Ｖ’が高くなり、燃焼が不安定化する。
回転変動値Ｖ’はスワール比Ｓ₁を高めるほど低減され
る、即ち燃焼が安定する。そこで、回転変動値Ｖ’に関
して、低回転数運転時に該スワール比Ｓ₁とした時に発
生する回転変動値Ｖ’よりも小さい値にしきい値Ｖ’ｅ
を設定し、このしきい値Ｖ’ｅを超えないようにスワー
ル比Ｓを増加させる。即ち、コントローラ１６におい
て、回転変動値Ｖ’の検出により、該検出値をしきい値
Ｖ’ｅまで低減させるようにスワール比Ｓを最低でもＳ
₂まで増加させるのである。（スワール比ＳをＳ₂より
も大きくすれば、より一層燃焼が安定化するが、排気中
ＮＯ_X量Ｑの低減を目的とする上からは、回転変動値
Ｖ’が上限のしきい値Ｖ’ｅになるスワール比Ｓ₂に止
めておくのが望ましい。）

【００４１】最後に、図２１及び図２２にて、回転変動
値Ｖ’の検出に基づいてオーバーラップ期間の調整手段
としてのバルブタイミング調整手段を制御する実施例に
ついて説明する。まず、図２１は、高回転数域における
ある一定回転数Ｎ_Hでの運転時のオーバーラップ期間Ｃ
Ａと出力Ｗとの相関を示すものであり、また、図２２に
おけるオーバーラップ機関ＣＡと回転変動値Ｖ’との相
関図は、グラフＬが低回転数Ｎ_Lでの運転時（アイドル
回転時）のもの、グラフＨが図２１における高回転数Ｎ
_Hでの運転時のものである。

【００４２】図２１にて判るように、（機関回転数に関
係なく）オーバーラップ期間ＣＡを長くするほど出力Ｗ
は高くなる。（但し、極度に大きくすると出力Ｗは低下
するが、このようなオーバーラップ期間は、後記のｔ₂
よりも大きな値なので、割愛している。）しかし、その
反面で、回転変動値Ｖ’は、図２２の両グラフＬ・Ｈの
如く増加し、燃焼は不安定化する。従来のバルブタイミ
ング可変装置１２のなかった機関においては、機関回転
数全域において固定的にバルブタイミングを定めなけれ
ばならず、ある機関回転数Ｎ（中〜高回転数域）におい
て、燃焼安定性も鑑みて（回転変動値Ｖ’に関しては、
図２２図示のしきい値Ｖ’ａを設定している。）、図２
１の如く、オーバーラップ期間ＣＡがｔ₁となるように
バルブタイミングを設定していた。このオーバーラップ
期間ｔ₀によって、該機関回転数Ｎにおいては、出力Ｗ
₀を得ることができた。

【００４３】ところで、グラフＬ・Ｈの比較より判るよ
うに、回転変動値Ｖ’は、機関回転数が低くなるほど大
きくなる。従って、高回転数域で回転変動値Ｖ’がしき
い値Ｖ’ａを示すぎりぎりまで出力Ｗを高められるよう
にオーバーラップ期間ＣＡを長く設定しても、このよう
に設定したオーバーラップ期間ＣＡでは、低回転数域に
おいては回転変動値Ｖ’がしきい値を超えてしまって、
燃焼不安定、或いは失火を引き起こすこととなる。従っ
て、低回転数域での燃焼安定性を鑑みて、高回転数域で
の高出力を犠牲にしても、オーバーラップ期間ＣＡはあ
る程度短く設定しなければならない。前記の図２１にお
けるオーバーラップ期間ｔ₀は、このようにして設定し
てあり、この場合に得られる出力Ｗ₀は、実はこの時の
機関回転数Ｎでオーバーラップ期間ＣＡを最適にしてお
れば最大限に得られる出力Ｗよりも低く抑えられている
のである。また、逆に言えば、低回転数域ではオーバー
ラップ期間ＣＡが長めに設定されていることで、燃焼が
ある程度不安定となっている。

【００４４】しかし、本発明のガスエンジンにおいて
は、前記の如く、バルブタイミング可変装置１２をカム
軸１１に付設しており、従って、オーバーラップ期間Ｃ
Ａを機関回転数毎に最適値に調整できる。そこで、機関
回転数全域にわたって、回転変動値Ｖ’がしきい値Ｖ’
ａを上限としてそのぎりぎりまでになるまでオーバーラ
ップ期間ＣＡを調整し、低回転数域での燃焼安定性の向
上、そして、中〜高回転数域での出力の向上を得るもの
である。即ち、図２２にて判るように、まず、低回転数
Ｎ_Lでの運転時（アイドル回転時）には、オーバーラッ
プ期間ＣＡの上限はｔ₁（＜ｔ₀）の如く短縮して、燃
焼を安定化することができ、高回転数Ｎ_Hの時には、オ
ーバーラップ期間ＣＡはｔ₂（＞ｔ₀）まで長期化し
て、出力を向上できる。従って、失火を回避しながら出
力Ｗをできるだけ大きくする目的においては、低回転
（アイドル回転）から高回転に回転数を高めるに連れ
て、オーバーラップ期間ＣＡをｔ₁からｔ₂まで高めて
いけばよい。こうして、様々な回転数変動に応じて回転
変動値Ｖ’を検出し、その都度、オーバーラップ期間Ｃ
Ａを最適値にして、各期間回転数で最大限の出力Ｗを得
ることができるのである。

【００４５】以上のように、回転変動値Ｖ’の検出を利
用して、様々な制御手段を用いて燃焼制御を行い、失火
または燃焼不安定を回避し、或いは熱効率や出力を高
め、或いは排気中ＮＯ_X量を低減するものであるが、こ
れら回転変動値Ｖ’の検出に基づいて設定した空燃比Ｋ
や、点火進角度θや、ＥＧＲ率Ｘや、スワール比Ｓや、
オーバーラップ期間ＣＡ等の値が、機関の運転停止に伴
って消去されるのであれば、次の機関運転開始時に、再
びこれらの値が最適値から離れた値で運転され、最初か
ら回転変動値Ｖ’に基づくこれらの制御をやり直さなけ
ればならない。そこで、これらの制御値を不揮発性メモ
リーとして、機関運転の停止時にも消去しないものと
し、これにより、次回の機関運転にも最適な制御で運転
がなされるようにできるのである。

【００４６】

【発明の効果】本発明は以上のようなガスエンジンの燃
焼制御方法としたので、次のような効果を奏する。ま
ず、請求項１記載の如き方法としたことで、複数行程に
わたる回転速度の最大最小値の差のバラツキである回転
変動値は、複数行程にわたる有効圧力のバラツキである
燃焼変動値と略比例関係にあるので、実際に燃焼変動値
を検出する代わりの演算値としては信頼度があり、実際
に燃焼変動値を演算して空燃比制御をするのと同程度の
高い精度で、従来のクランク軸の回転速度センサを用い
て安価かつ簡単に燃焼制御をすることができ、安定した
燃焼で、かつ排気中のＮＯ_X低減効果を併せ持ったガス
エンジンを提供できる。

【００４７】また、請求項２記載の如く、回転変動値演
算のための複数行程中の回転速度の最大最小値差の検出
期間中は、希薄混合気の給気量調節手段（スロットル）
を固定することで、検出期間中の給気量が一定となり、
演算値の精度が高まる。

【００４８】また、請求項３記載の如く、回転変動値演
算のしきい値を設定し、該しきい値を超えた時に燃焼不
安定と判断して、燃焼を安定化する制御をすることで、
ガスエンジンが失火に至る前に燃焼を安定させ、失火を
回避できる。そして、このしきい値は、前記の如く、回
転変動値が燃焼変動値と比例関係にあることから、燃焼
変動値のしきい値を設定した場合と同程度に高精度の燃
焼制御を行うことのできるしきい値となる。このしきい
値に基づいて前記の燃焼制御を行うことで、安定した燃
焼で、かつ排気中のＮＯ_X低減効果を併せ持ったガスエ
ンジンを提供できる。

【００４９】また、前記しきい値を設定する上で、請求
項４記載の如き方法とすることで、排気中ＮＯ_Xが最も
多量に発生する最大回転数或いは最大負荷での機関運転
時にも、排気中のＮＯ_Xを目標範囲内に抑えることがで
きる。例えば、後記の請求項６記載の回転変動値の検出
に基づく空燃比の制御においては、しきい値を低く設定
すれば空燃比が低く抑えられ、燃焼を安定させることが
できるが、低く抑え過ぎて排気中ＮＯ_X量が目標値を超
えてしまってはならない。請求項４記載の方法を用いれ
ば、空燃比のしきい値は、ＮＯ_X量が目標値を超えない
範囲で定められるので、空燃比が低く抑えられ過ぎて、
排気中のＮＯ_X量が目標値を超えてしまうという事態を
生じなくなる。即ち、運転許容範囲内において、排気中
ＮＯ_Xが目標値を上回ることのなく、燃焼を堰堤させく
ことのできるガスエンジンを提供することができるので
ある。

【００５０】そして、一回転変動値を演算する上での行
程数について、請求項５記載の如き方法で下限値を設定
することで、それよりも少ない行程数から演算すること
による回転変動値のバラツキが大きくなり、回転変動値
がたびたび熱効率の上から設けた基準値を超えてしまっ
て、必要以上に燃焼安定化の制御がなされ、排気中ＮＯ
_X量が増加してしまうというような弊害を回避できる。
即ち、不必要な燃焼安定化制御を回避することで、排気
ＮＯ_Xの低減効果を十分に得ることができ、よっぽどの
燃焼不安定で回転変動値が異常に高くなって、該基準値
を超えた時のみ燃焼安定化の制御がなされるのである。

【００５１】そして、請求項６記載の如く、以上のよう
な回転変動値やそのしきい値に基づいて、各種の燃焼制
御の中の少なくとも一つを行うことで、目標範囲内の排
気中ＮＯ_X量、熱効率、或いは出力を得る一方で、失火
に繋がる燃焼不安定を生じない程度の空燃比、点火時
期、ＥＧＲ率、スワールの状態、或いは動弁のオーバー
ラップ期間が設定され、安定した燃焼で、かつ排気中の
ＮＯ_X低減効果を併せ持ったガスエンジンを提供でき
る。

【００５２】また、スワールの状態や動弁のオーバーラ
ップ期間を可変として、このように回転変動値に基づい
てこれらを調節することで、機関回転数毎に最適の制御
値を得ることができ、いままで機関回転数に関係なくこ
れらの制御値を一定としていた場合に比して、様々な段
階の機関回転数に応じてきめ細かく燃焼安定化、排気中
ＮＯ_X量の低減、或いは高出力化に繋がる運転を行うこ
とができる。

【００５３】そして、請求項６記載の燃焼方法を適用す
るガスエンジンにおいて、請求項７記載の如き方法を用
いることで、回転変動値の検出に基づいて最適値に前提
した制御値が機関停止によって消去されて、次期の機関
運転開始時に再び回転変動値に基づく同じ燃焼制御を行
うという無駄が省かれ、即ち、次期の機関運転に際して
は、前回に最適値に設定した制御値による運転が開始さ
れ、排気中ＮＯ_X量や燃焼安定性等の点で最良の状態で
の機関運転を得ることができる。

【００５４】また、請求項７記載の如く、回転変動値に
基づいて点火コイル発生電圧の経時的増加率を切り換え
ることで、点火プラグの使用期間を長期化できるととも
に、確実に点火コイル発生電圧の切換時期を判断するこ
とができ、途中で失火に繋がったり、無駄に点火コイル
発生電圧を高く設定してしまうという事態を回避し、効
率よく確実に点火プラグの点火制御を行うことができ
る。

【００５５】そして、請求項８記載の如く、回転変動値
の検出を点火プラグの使用限界時の判断に利用すること
で、点火プラグの使用限界時を確実に判断でき、うっか
り使用限界時を過ぎて失火に繋がってしまうという事態
を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガスエンジンにおける燃焼制御システムのブロ
ック図である。

【図２】本発明の目標たる排気中ＮＯ_X量の低減と燃焼
変動の安定化とのコンセプトを示す、空燃比Ｋと排気中
ＮＯ_X量Ｑとの相関図と、空燃比Ｋと燃焼変動値Ｐ’と
の相関図である。

【図３】エンジン１において、クランク軸１ａの回転速
度センサ２により検出されるクランク軸信号Ｓ₁と、カ
ム軸１ｂの回転速度センサ３により検出されるカム軸信
号Ｓ₂との位相図である。

【図４】回転変動値Ｖ’の演算要素である一行程中の回
転速度差ΔＶの検出を示すクランク角度θとクランク軸
回転速度Ｖとの相関図である。

【図５】燃焼変動値Ｐ’と回転変動値Ｖ’との相関図で
ある。

【図６】負荷Ｌを一定とした場合の機関運転範囲内での
排気中ＮＯ_X量Ｑの最大値Ｑ₁を示す機関回転数Ｎと排
気中ＮＯ_X量Ｑとの相関図である。

【図７】機関回転数Ｎを一定とした場合の機関運転範囲
内での排気中ＮＯ_X量Ｑの最大値Ｑ₂を示す負荷Ｌと排
気中ＮＯ_X量Ｑとの相関図である。

【図８】回転変動値Ｖ’のしきい値Ｖ’ａを設定する上
で、排気中ＮＯ_X量Ｑを基準値Ｑ₃以下に収めるための
下限値Ｖ’ｂを示す回転変動値Ｖ’と排気中ＮＯ_X量Ｑ
との相関図である。

【図９】回転変動値Ｖ’のしきい値Ｖ’ａ、回転変動値
Ｖ’のバラツキ度Ｖ”、及び熱効率η上からの回転変動
値Ｖ’の基準値Ｖ’ｃを示す、回転変動値Ｖ’・空燃比
Ｋと熱効率ηとの相関図である。

【図１０】回転変動値Ｖ’の演算のための回転速度差Δ
Ｖのデータサンプル数Ｎと回転変動値Ｖ’のバラツキ度
Ｖ”との相関図である。

【図１１】本発明の空燃比制御の流れ図である。

【図１２】従来の回転数変動値Ｒ’と燃焼変動値Ｐ’と
の相関図である。

【図１３】一定の機関回転数及び空燃比における点火進
角度θと回転変動値Ｖ’との相関図である。

【図１４】一定の機関回転数及び空燃比における、点火
進角度θの変動に基づく排気中ＮＯ_X量Ｑと熱効率ηと
の相関図である。

【図１５】プラグ使用時間ｔ_Pと要求電圧Ｅｒとの相関
図である。

【図１６】電圧差Ｅｃと回転変動値Ｖ’との相関図であ
る。

【図１７】一定の機関回転数及び空燃比におけるＥＧＲ
率Ｘと排気温度Ｔとの相関図である。

【図１８】ＥＧＲ率Ｘと回転変動値Ｖ’との相関図であ
る。

【図１９】定格運転時におけるスワール比の変動に基づ
く排気中ＮＯ_X量Ｑと熱効率ηとの相関図である。

【図２０】低回転数運転時におけるスワール比Ｓと回転
変動値Ｖ’との相関図である。

【図２１】一定機関回転数におけるオーバーラップ機関
ＣＡと出力Ｗとの相関図である。

【図２２】低回転数運転時と高回転数運転時におけるオ
ーバーラップ機関ＣＡと回転変動値Ｖ’との相関図であ
る。

【符号の説明】

１空燃比制御弁２混合器３給気管５スロットル６スワール制御弁７エンジン７ａ燃焼室８点火プラグ８ａ点火コイル９燃料噴射弁１０クランク軸１１カム軸１２バルブタイミング可変装置１３排気管１４ＥＧＲ管１５ＥＧＲ制御弁１６コントローラ１７イグナイタ（点火装置）１９クランク軸回転センサＱ排気中ＮＯ_X量Ｐ’ 燃焼変動値Ｖクランク軸の回転速度Ｖ_MAX クランク軸の一行程中の最大回転速度Ｖ_MIN クランク軸の一行程中の最小回転速度Ｖ’ 回転変動値Ｖ’ａ（Ｖ’ｅ）しきい値Ｖ’ｂ（排気ＮＯ_X量Ｑを基準値Ｑ₃以下とするた
めの）しきい値の下限値Ｖ’ｃ（熱効率ηを基準値η₁以上とするための）
しきい値の基準値Ｋ空燃比 η 熱効率Ｗ出力 θ 点火進角度Ｅｉ点火装置発生電圧Ｅｒ要求電圧Ｅｃ電圧差ＸＥＧＲ率Ｓスワール比ＣＡオーバーラップ期間

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｕ３０１Ｚ 45/00 ３２２ 45/00 ３２２Ｂ３２２Ｃ３６２３６２ＪＦ０２Ｍ 21/02 ３１１Ｆ０２Ｍ 21/02 ３１１Ｆ (72)発明者中園徹大阪府大阪市北区茶屋町１番32号ヤンマーディーゼル株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料ガスと空気との希薄混合気を給気し
て燃焼するガスエンジンにおいて、一行程中のクランク
軸の回転速度の最大最小値差を複数行程にわたって検出
し、該最大最小値差のバラツキの度合いを回転変動値と
して演算し、該回転変動値をもとに燃焼の安定度を判断
して燃焼制御を行うことを特徴とするガスエンジンの燃
焼制御方法。
【請求項２】請求項１記載のガスエンジンの燃焼制御
方法において、前記の複数行程にわたるクランク軸の回
転速度の最大最小値差の検出期間中は、希薄混合気の給
気量調節手段を固定しておくことを特徴とするガスエン
ジンの燃焼制御方法。
【請求項３】請求項１記載のガスエンジンの燃焼制御
方法において、前記回転変動値のしきい値を設定し、該
回転変動値が該しきい値より高い場合に、燃焼不安定で
あると判断することを特徴とするガスエンジンの燃焼制
御方法。
【請求項４】請求項３記載のガスエンジンの燃焼制御
方法において、機関運転範囲内で、回転数及び負荷が一
番高い状態で、排気中のＮＯ_X値が目標値内に収まるよ
うに、前記の回転変動値のしきい値を設定することを特
徴とするガスエンジンの燃焼制御方法。
【請求項５】請求項４記載のガスエンジンの燃焼制御
方法において、前記方法で求めたしきい値を中心とする
前記回転変動値のバラツキの最上限が、該回転変動値の
熱効率に関する基準値を超えないように、該回転変動値
を求めるための回転速度の最大最小値差の検出数の下限
値を設定することを特徴とするガスエンジンの燃焼制御
方法。
【請求項６】請求項１、２、３、４、または５記載の
燃焼制御方法を適用するガスエンジンにおいて、前記回
転変動値の検出をもとに空燃比、点火時期、ＥＧＲ率、
スワールの状態、または動弁のオーバーラップ期間のう
ちの少なくとも一つを制御することを特徴とするガスエ
ンジンの燃焼制御方法。
【請求項７】請求項６記載の燃焼方法を適用するガス
エンジンにおいて、前記回転変動値をもとに行った制御
の制御値を、機関停止によっては消去されない記憶手段
にて記憶することを特徴とするガスエンジンの燃焼制御
方法。
【請求項８】請求項１、２、３、４、または５記載の
燃焼制御方法を適用するガスエンジンであって、点火装
置発生電圧を、その使用開始時より燃焼不安定を検出す
る時期まで小さく設定し、燃焼不安定を検出してから点
火プラグの使用限界まで大きく設定するようにしたもの
において、前記の回転変動値の検出を点火装置発生電圧
の設定変更時期に当たる燃焼不安定な状態の検出に利用
することを特徴とするガスエンジンの燃焼制御方法。
【請求項９】請求項１、２、３、４、または５記載の
燃焼制御方法を適用するガスエンジンにおいて、前記の
回転変動値の検出を、点火プラグの使用限界時期に当た
る燃焼不安定な状態の検出に利用することを特徴とする
ガスエンジンの燃焼制御方法。