JPS624675Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、ガス燃料機関の空燃比または空気過
剰率を自動調整するガス燃料機関の制御装置に関
するものである。

ガス燃料機関、とりわけ電気着火ガス燃料機関
においては、ノツク域及び失火域を回避し、かつ
燃料消費率及び排気ガス特性を改善するための手
段として、空燃比を最適なものとすることが必要
不可欠である。

かかる調整装置に関する従来技術としては、特
に制御装置を設けず、ミキサー部に空気流量がも
たらす動圧を感知するバタフライに連動する燃料
絞り部を設ける等の機械的手段によるものが一般
的である。

一方、ノツキング及び失火域を回避し、かつ最
少燃費、ならびに排気ガスをも考慮した空燃比
は、一般に負荷率に対して単純直線的な関係とは
ならず、第２図の縦軸にガス量調圧弁開度、そし
て横軸にスロツトル弁開度を表わしたノツキング
域、失火域もしくは失速域、燃費悪化域のごとく
なる。

しかしながら、上記の従来技術では、機械的な
手段によるため、この目的が達成されず、かつ調
整も難かしいという問題があつた。

また、他の一般的な従来技術としては、燃焼室
出口部に酸素濃度センサーを設け、その検出結果
に基き、燃料供給量を加減する等の手段がある
が、ここで使用される酸素濃度センサーには、高
価で、かつ耐久性が数百時間程度のものしか無
く、更にその取扱いも使用時の温度によつて出力
が大幅に変る等の不都合な点が多く、制御回路コ
スト及び頻繁な取替えコスト等の負担が大である
という問題があつた。

そこで本考案は、前記従来技術の問題点を解消
するためになされたものであり、ガス燃料機関に
ノツク域及び失火域を回避し、かつ燃料消費率及
び排気ガス特性を改善する制御装置を付与するこ
とを目的としたものである。

即ち、本考案のガス燃料機関の制御装置は、ス
ロツトル弁の開度の増減により一定速度を保持す
るガバナ機構を有するガス燃料機関において、ミ
キサーの前段に設けられるガス量調整弁及び該ミ
キサーの後段に設けられるスロツトル弁各々の開
度検出手段、機関出力の検出手段及び特定燃料ガ
スの発熱量を前提とした該スロツトル弁の開度と
該機関出力との関係、ならびに該機関出力とあり
うべき該ガス量調整弁の開度との関係を各々数表
の形で記憶する手段を有するとともに、適宜に該
スロツトル弁の開度及び該機関出力を検出するこ
とで、目標とする該ガス量調整弁の開度＝数表か
ら見た該ガス量調整弁の開度＋実験的に決定可能
な係数α×（該スロツトル弁の開度検出値−数表
から見た該スロツトル弁の開度）を算出し、これ
と該ガス量調整弁の開度検出値との差が減ずるべ
く、該ガス量調整弁の開度を増減しうる演算制御
及び出力手段を設けることにより構成される。

以下図面を参照して本考案の実施例を説明す
る。

まず、第１図は本考案の実施例におけるガス燃
料機関を示す概念系統図であり、機関２０の燃焼
室に供給される燃料ガス２２は、まず電動モータ
１２にレバー１４でメカニカルに連結され、そし
て駆動されるガス量調整弁１１を経て、ミキサー
１５に至る。また、このミキサー１５には別のポ
ートから空気２３が吸入され、ミキシングされた
後、スロツトル弁１６を経由し、機関２０の燃焼
室に至るようになつている。

ここで、本考案においては前提技術として、ス
ロツトル弁１６がガバナ機構１８により制御さ
れ、常に機関２０の回転速度を一定に保持しうる
弁開度に調整されているものとする。このガバナ
機構１８は本考案の範囲外であるが、例えば機関
回転速度検出器２１の信号を受けて作動する電子
ガバナをそのガバナ機構１８に当てること等任意
の方式をとりうるものである。

次に、１３はガス量調整弁１１の開度検出器で
あり、また１７はスロツトル弁１６の開度検出器
であり、いづれに対しても、例えばポテンシヨメ
ータ等の公知技術を供することができる。

スロツトル弁１６の開度と、ガス量調整弁１１
とのありうべき関係を数表の形で記憶する手段及
び演算制御手段としては、本実施例に示すごと
く、マイクロコンピユータシステムの採用が可能
である。

即ち、第１図の２はCPU、３はROMであり、
ここに演算制御用プログラム及び前記ガス量調整
弁１１のありうべき値を数表化した形の記憶が可
能であり、また、４はRAM、５はＩ／Ｏインタ
ーフエースである。

なお、以上の２から５までに示す各ユニツト
は、デイスクリートなLSIで構成しうるのみなら
ず、ブロツク１のごとく、ワンチツプマイクロコ
ンピユータ化したものも同様の機能を持つもので
ある。また、８はデータバス、アドレスバス、コ
ントロールバスからなる所謂システムバスライン
を示している。

更に、前記２個の開度検出器１３，１７による
検出値はアナログ値として検出されるため、マル
チプレクサー、Ａ／Ｄコンバータ６が必要であ
り、これも前記システムバスライン８に連結可能
である。

また、演算結果は、Ｉ／Ｏインターフエース５
からの電動のガス量調整弁１１の開度増減信号と
して出力され、電動モータ１２が使用される場合
の出力は、電動モータ１２の正、逆回転信号１
０，９として出力され、これはパワートランジス
タ、ないしリレー等による増幅器７を経て連結が
可能である。

次に第１図中２７で示すラインは、機関出力、
即ち、負荷率の検出ラインである。

一例として、機関２０の出力部に機関回転速度
検出器２１及びトルクセンサー２５を設け、前処
理回路２４にて、両者を乗算し、負荷率として出
力する方式が可能である。別の手段としては、図
示していないが、この機関２０が発電機セツトの
場合、その出力電圧、電流位相を検出し、前処理
回路２４にて電力値に換算出力する方式も可能で
ある。

以上の構成からなる制御装置の作動を説明する
と、まず、ガス燃料機関にあつては、失火域また
はノツク域を避けるために、空燃比を所定の値に
調整することを要し、かつ、その値は、負荷率に
よつて異なるが、前述した第２図は、その様子を
グラフ化したものであり、上記事項を回避するだ
けでなく、燃費ミニマム及び排気ガス特性をも考
慮した、一本のありうべき最適な制御ライン３１
を設定したものである。

なお、第２図では縦軸に空燃比そのものは採ら
ず、操作可能な代用変数であるガス量調整弁開度
をとつている。

ここで、制御ライン３１がステツプ状になつて
いるのは、数表化の際、量子化するためであり、
数表の記憶容量を大きくする程、きめのこまかい
ラインとして記憶しうることはいうまでもない。

なお、燃料ガス成分が変化した場合、第２図の
失火域及びノツキング域等は、実験結果によれば
ほぼ上下にシフトする形で変化するが、しかし本
考案では後述するシーケンスにより、こうした事
態が発生しても自動的に数表が上下にシフトされ
るため、新しい機関の代表的なガス成分発熱量を
前提とした数表を作成、記憶させておけば良く、
この点は本考案の重要な特徴の一つである。

次に、制御ロジツクは第４図のチヤートに示す
通りであるが、ここで留意すべき点を以下に説明
する。

まず、ガス燃料機関においては、第２図から明
らかなように、高負荷域において、運転可能域が
せまく、かつ、この可能域は燃料ガス発熱量の変
化により敏感に上下する。

一般的に発熱量が高くなると、ノツクを起し始
めるガス量調整弁１１の開度値は下がつてくる。

従つて、供給ガスの発熱量を検出することを要
するが、本考案ではその値を直接検出せず、機関
出力検出値とスロツトル弁１６の開度検出値から
推定する。

即ち、縦軸にスロツトル弁開度を表し、横軸に
負荷率を表した第３図の図表に示すごとく、代表
的な特定ガスの発熱量を前提とした機関出力と、
スロツトル弁１６の開度との関係を把握し、それ
を数表化の上、前述ROM3部に記憶しておく。

機関２０の運転中に、機関出力と、スロツトル
弁１６の開度とを検出し、前記第３図と比較する
と、特定ガスの発熱量と同じ発熱量のガスの場合
は線上に、またそれ以下の低カロリーガスの場合
はゾーンｌに、逆に高カロリーガスの場合にはゾ
ーンｈにプロツトされる。しかも、その点がライ
ンから離れる程、その程度は大きい。

従つて、発熱量の変化による第２図の制御ライ
ン３１の補正は、前記第３図のラインからスロツ
トル弁１６の検出値がかけはなれている程度に応
じた量を加減すれば良いことが明らかである。具
体的には、第４図のフローチヤート中に記された
式で補正すれば良く、係数αは、実験的に決定可
能である。

次に、ガス量調整弁１１の開度検出値を、算出
された目標値と比較する場合は、チヤタリング防
止のため、一定のアロワランスを持つて比較すべ
きである。

また、インターバルは、電動モータ１２の回転
角速度とのかねあいから、制御上のオーバーシユ
ートがあまり起らない時間長さを選んでとられる
べきであり、インターバルの発生方式としては、
外部クロツクによる方式、ソフトウエアタイマー
による方式等が考えられる。

更に、上記本考案の実施例以外のもので、本考
案に適用可能ないくつかの他の実施例につき例示
すると、第１図中の電動モータ１２は他の方式、
例えば、サーボソレノイドの使用が可能であり、
この場合の制御回路からの出力はアナログ値とな
るため、Ｉ／Ｏインターフエース５の出力部に所
定精度に対応するビツト数を割りあて、図示して
いないＤ／Ａコンバータ経由で出力することで達
成可能である。

また、本考案では、制御出力としてミキサー１
５の前段のガス量調整弁１１の開度を制御した
が、逆に第１図の空気２３のライン側にガス量調
整弁１１を設けても、同様の制御を行ないうるこ
とはいうまでもなく、この場合は第２図の数表パ
ターンもそれに見合つたものとなる。

更に、制御回路としてCPU２を使用せず、通
常のランダムロジツクで同様のシーケンス回路を
構成しうることはいうまでもない。

なお、本考案の制御装置により、ガス量調整弁
１１の開度が変更されると、機関２０の回転速度
が変化する原因となりうるが、それは別途に設け
られたガバナ機構により即修正されうるものであ
る。

従つて、本考案の制御装置をガス燃料機関に適
用すれば、負荷率に対する最適空燃比のパターン
を数表の形で記憶させるため、任意のパターンが
採用でき、その結果、失火域及びノツク域の回
避、燃費ミニマム等、機関開発時に試験確認され
た最適パターンが自由に設定できる。

しかしながら、ガス燃料機関にあつては、都市
ゴミ処理ガス等の発熱量が一定でないガスを燃料
とする場合も多く、この場合、上記において設定
すべき最適空燃比パターンは、ガス発熱量に応じ
て変化する。

これに対応するためには、本来ガスライン中に
発熱量計を設けることは必要とするが、スペー
ス、コスト等で適切なものは無い。

そこで本考案は、前記した手段で発熱量を推定
し、それにより上記数表の自動補正が可能であ
る。従つて、変動の大きいガス燃料の場合でも、
失火またはノツク等を起すことなく、安定した運
転が可能である。

更に、本考案の制御装置では、空燃比そのもの
は測定しないため、酸素濃度センサーのごとき高
価で取扱いの難しいセンサーが不要であり、そし
て空燃比を検出してフイードバツクする方式に比
較して、本考案では数表記憶方式を採用している
ため応答性が早く、ハンチング等の問題点が少
い。

以上のごとく、本考案の制御装置は簡素な機構
で、かつ低価格であり、更に、調整及び保守が容
易であるにもかかわらず、任意パターンの空燃比
制御を可能とし、しかも燃料ガス成分の変化があ
つても、ノツク域及び失火域が回避され、より確
実な機関制御が可能であり、かつ燃費低減及び排
ガス対策にも寄与する所が大である。

なお、本考案は一定速度で運転されるガス燃料
機関一般に対して有効に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例におけるガス燃料機関
を示す概念系統図、第２図はガス燃料機関のガス
量調整弁開度及びスロツトル弁開度の関係におけ
る第１図のガス燃料機関の制御ラインを示す図
表、第３図は第１図のガス燃料機関のガス量調整
弁開度と負荷率との関係を示す図表、第４図は第
１図のガス燃料機関の制御装置のフローチヤート
である。 １……ブロツク、２……CPU、３……ROM、
４……RAM、５……Ｉ／Ｏインターフエース、
６……マルチプレクサー、Ａ／Ｄコンバータ、７
……増幅器、１１……ガス量調整弁、１３……開
度検出器、１５……ミキサー、１６……スロツト
ル弁、１７……開度検出器、１８……ガバナ機
構、２０……機関、２１……機関回転速度検出
器、２４……前処理回路、２５……トルクセンサ
ー、２７……検出ライン、３１……制御ライン。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. スロツトル弁の開度の増減により一定速度を保
   持するガバナ機構を有するガス燃料機関におい
   て、ミキサーの前段に設けられるガス量調整弁及
   び該ミキサーの後段に設けられるスロツトル弁
   各々の開度検出手段、機関出力の検出手段及び特
   定燃料ガスの発熱量を前提とした該スロツトル弁
   の開度と該機関出力との関係、ならびに該機関出
   力とありうべき該ガス量調整弁の開度との関係を
   各々数表の形で記憶する手段を有するとともに、
   適宜に該スロツトル弁の開度及び該機関出力を検
   出することで、目標とする該ガス量調整弁の開度
   ＝数表から見た該ガス量調整弁の開度＋実験的に
   決定可能な係数α×（該スロツトル弁の開度検出
   値−数表から見た該スロツトル弁の開度）を算出
   し、これと該ガス量調整弁の開度検出値との差が
   減ずるべく、該ガス量調整弁の開度を増減しうる
   演算制御及び出力手段を設けたことを特徴とする
   ガス燃料機関の制御装置。