JPS624677Y2

JPS624677Y2 -

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Publication number: JPS624677Y2
Application number: JP8016881U
Authority: JP
Priority date: 1981-05-30
Filing date: 1981-05-30
Publication date: 1987-02-03
Also published as: JPS57191844U

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
に基づき、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、機関ノツク現象の強さの検出手段、該
スロツトル弁の開度とガス量調整弁とのありうべ
き関係とを記憶する手段、そして機関始動時は０
に設定される変数Ａの記憶手段を設けると共に、
適宜に該スロツトル弁の開度を検出し、その値が
一定以上の領域では、上記機関ノツク現象の強さ
を検出すると共に、その値が一定幅の微小な値と
なるべく該ガス量調整弁を開閉調節し、その時の
該ガス量調整弁の開度検出値と数表から見た弁開
度値との差を変数Ａに記憶させ、また、該スロツ
トル弁の開度検出値が上記以外の領域では、数表
による該ガス量調整弁の開度値に上記の変数Ａを
加えたものと、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
る演算制御およ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
が、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、いずれに対しても、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１０，
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。

第１図で２７で示すのは、機関２０の燃焼のノ
ツク強さを検出するセンサーであり、このセンサ
ー２７には公知の振動変位検出器等が適用可能で
あり、機関２０のシリンダブロツクの適切な場所
に装着するものである。

センサー２７の単体の出力は、第４−Ａ図に示
すごときアナログ波形として出されるが、ここで
ノツク現象の強さは、波形の高さ及び波の数の増
減として表現される。

また、波が周期的に表われるのは、機関サイク
ル中、燃焼工程が周期的にくることによるもので
ある。

さて、この出力をマイクロコンピユータシステ
ムで読み取るためには、信号前処理回路２６によ
る工程が必要であり、その方法の一つとしては、
原波形を機関サイクルに同期した適切なタイミン
グで、トリガー、リセツトされるピークホールド
回路で処理することが可能である。

この場合、信号前処理回路２６の出力は第４−
Ｂ図のごときものとなり、図中の区間中に、Ａ／
Ｄ変換することで読取可能である。

従つてこの場合、第１図の２５で示すのは、
Ａ／Ｄ変換器となる。

その他の前処理法としては、上記信号前処理回
路２６を適切なスライスレベルを持つたコンパレ
ータ回路とすることであるが、この場合の出力は
第４−Ｃ図のごときパルス出力となり、従つて、
第１図のＡ／Ｄ変換器２５を機関サイクルに同期
してスタート、リセツトされるパルスカウンター
とすれば、マイクロコンピユータシステムは、そ
の計数値がノツク現象の強さの代用値として判断
しうるものである。

以上の構成に基く、本考案の制御装置の作動を
説明すると、まず、スロツトル弁１６の開度は本
考案が前提とする一定速度で運転される、例えば
発電機セツト用ガス燃料機関等にあつては、負荷
率の代用特性値として使いうるものである。

また、ガス量調整弁１１の開度は、空燃比の大
小を示す代用特性値として使用可能である。

ガス燃料機関にあつて、失火域またはノツキン
グ域を避けるためには、空燃比を所定の値に調整
することが必要であり、かつその値は、負荷率に
よつて異なり、前述した第２図はその様子をグラ
フ化したものであり、上記回避域以外に、燃費、
排気ガス程度をも考慮すると、一本のありうべき
制御ライン３１として設定可能である。

本考案では、この制御ライン３１を記憶してお
くことが１つの特徴であり、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、きめこまかい制御ライン３１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、あるいは
機関２０が経時変化を起した場合、実験結果によ
れば、第２図の失火域、ノツキング域はほぼ上下
にシフトする形で変化する。

しかしながら、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２０、
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いが、この点は本考案におけ
る重要な特徴の一つである。

次に、制御ロジツクは第３図のフローチヤート
に示す通りであるが、ここで留意すべき点を説明
すると、まず。ガス機関においては、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
狭く、かつ、この運転可能域は燃料ガス発熱量の
変化により敏感に上下するが、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１
１の開度値は下つてくる。

従つて、ノツク強さを検出すればこのことが判
り、ガス量調整弁１１の開度を減ずるべく出力す
るが、あまり下げすぎると失火域に入ることにな
る。

本考案では、これを常に若干のノツク現象が見
られる所に制御することで解決するものである。

また、低負荷域にあつては、前記シーケンスに
より高負荷域で確認された最適なガス量調整弁１
１の開度と、数表値との差を変数Ａとして記憶
し、常にその分だけ数表値をシフトして目標値と
することにより、最適な運転が可能になる。

なお、本考案を構成する手段にあつては、万一
機関２０が常に低負荷域のみで運転された場合
は、こうした補正が行なわれないが、第２図から
明らかなごとく、低負荷域では運転可能域が広い
ため、失火、ノツク等の現象を起すことは少な
い。

一方、検出値と比較される各目標値はチヤタリ
ング防止のため一定のアロアランスαを設けて判
断されるべきである。

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を選んでとられるべき
であり、インターバルの発生法としては、外部ク
ロツクによる方法、ソフトウエアタイマーによる
方法等の採用が考えられる。

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。

一般に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が、この
点本考案を採用すれば、ノツク現象検出器を設け
ることにより自動的に記憶された数表が更新変更
される。

従つて、本考案の制御装置を採用すれば、長時
間の無人運転が可能になる等の効果を発揮するこ
とになる。

一方、ガス燃料機関は、経時変化により、上記
ノツク域が少しづつ変る等の欠点を有するが、こ
れも上記と同様に自動的に記憶された数表がそれ
に対応すべく変更されるため、より長期にわたる
無保守運転を可能にするものである。

また、負荷率の代用特性としてスロツトル弁の
開度検出を行なつているため、装置が安価であ
り、所謂、トルクセンサー等の負荷検出法のごと
く負荷の種類によつて取付場所等が制約される心
配がないという利点がある。

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な
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、機関
特性の経時変化があつても自動的にノツク域、失
火域が回避され、より確実な機関制御が可能であ
り、また燃費低減、排ガス対策にも寄与するとこ
ろ大である。

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制御装置の
フローチヤート、第４−Ａ図は第１図におけるセ
ンサー単体の出力を表わす波形を示し、第４−Ｂ
図は第１図における信号前処理回路の出力を表わ
す波形を示し、そして、第４−Ｃ図は第１図の信
号前処理回路を適切なスライスレベルを有するコ
ンパレータ回路とした場合のパルス出力の波形を
示している。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、２５……Ａ／Ｄ変換器、２６……信号前処理
回路、２７……センサー。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

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、機関ノツク現象の強さの検
出手段、該スロツトル弁の開度とガス量調整弁と
のありうべき関係とを記憶する手段、そして機関
始動時は０に設定される変数Ａの記憶手段を設け
ると共に、適宜に該スロツトル弁の開度を検出
し、その値が一定以上の領域では、上記機関ノツ
ク現象の強さを検出すると共に、その値が一定幅
の微小な値となるべく該ガス量調整弁を開閉調節
し、その時の該ガス量調整弁の開度検出値と数表
から見た弁開度値との差を変数Ａに記憶させ、ま
た、該スロツトル弁の開度検出値が上記以外の領
域では、数表による該ガス量調整弁の開度値に上
記の変数Ａを加えたものと、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およ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。