(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンに供給される燃料の量を調節する燃料弁と、
前記燃料弁の開度を調節する燃料弁用制御アクチュエータと、
前記エンジンに供給される前記燃料と空気の量を調節するスロットル弁と、
前記スロットル弁の開度を調節するスロットル弁用制御アクチュエータと、
前記エンジンの回転数を検出する回転数センサと、を備えたコジェネレーションシステムに適用され、前記燃料弁用制御アクチュエータおよび前記スロットル弁用制御アクチュエータを制御する制御装置であって、
前記制御装置は、
前記回転数センサにより検出された前記エンジンの実際の回転数である実回転数と前記エンジンの目標回転数とから算出された目標スロットル弁開度となるように前記スロットル弁用制御アクチュエータを制御するスロットル弁制御部と、
目標燃料弁開度となるように前記燃料弁制御アクチュエータを制御する燃料弁制御部と、を備え、
前記燃料弁制御部は、前記目標回転数毎におけるスロットル弁開度と基準燃料弁開度との関係を示すマップであって、前記スロットル弁開度が前記基準燃料弁開度の最小値に相当するスロットル弁開度より小さい場合には、前記スロットル弁開度が大きくなるにしたがって前記基準燃料弁開度が小さくなるように設定され、前記スロットル弁開度が前記基準燃料弁開度の最小値に相当するスロットル弁開度より大きい場合には、前記スロットル弁開度が大きくなるにしたがって燃料弁開度が大きくなるように設定されている第１マップと、前記目標回転数と、前記スロットル弁制御部で算出された目標スロットル弁開度と、から基準燃料弁開度を算出する基準燃料弁開度算出部を備え、前記基準燃料弁開度算出部により算出された前記基準燃料弁開度を前記目標燃料弁開度として前記燃料弁制御アクチュエータを制御しているコジェネレーションシステムの制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記燃料弁制御部は、
前記エンジンの回転数の変動量が所定値以上である場合には、スロットル弁開度、エンジンの回転変動偏差および燃料弁開度補正量の関係を示す第２マップと、前記スロットル弁制御部で算出された目標スロットル弁開度と、前記エンジンの回転変動偏差と、から燃料弁開度補正量を算出する燃料弁開度補正量算出部をさらに備え、
前記基準燃料弁開度算出部により算出された前記基準燃料弁開度と前記燃料弁開度補正量算出部により算出された燃料弁開度補正量とから得た値を前記目標燃料弁開度として前記燃料弁制御アクチュエータを制御しているコジェネレーションシステムの制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記燃料弁開度補正量算出部は、所定の短時間毎に前記燃料弁開度補正量を算出し、
前記燃料弁制御部は、
前回の制御周期にて記憶した燃料弁開度補正量に今回の制御周期にて算出した燃料弁開度補正量を加算して燃料弁開度補正値を算出する燃料弁開度補正量算出部をさらに備え、
前記基準燃料弁開度算出部により算出された前記基準燃料弁開度に前記燃料弁開度補正値算出部により算出された燃料弁開度補正値を加算して得た値を前記目標燃料弁開度として前記燃料弁制御アクチュエータを制御しているコジェネレーションシステムの制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のコジェネレーションシステムの制御装置を備えているコジェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コジェネレーションシステムの制御装置およびコジェネレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コジェネレーションシステムの動力源として使用するガスエンジンの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図１に示されているように、ガスエンジン１０は、ガスエンジン１０の吸気ポートに繋がる吸気通路１３の途中に設けられたミキサー１４、ミキサー１４の下流に設けられモータ１６によって作動されるスロットルバルブ１７、および管路１５の途中に設けられ燃料供給量を制御する制御弁１８を備えている。ガスエンジン１０の排気ポートに繋がる排気通路２２には酸素センサ２３が設けられている。
【０００３】
このように構成されたコジェネレーションシステムの動力源として使用するガスエンジンにおいては、特許文献１の図２に示されているように、基準の燃料ガスを使用した基準状態でのストイキ燃焼（理論空燃比での燃焼）となる燃料ガス供給量である基準流量からの実際のストイキ燃焼における燃料ガス供給量のずれ量を学習し（Ｓ４）、前記ずれ量を前記基準流量に加えた値をガスエンジン運転時の燃料ガス供給量の基本流量に設定し（Ｓ５）、前記基本流量に基づいて、ガスエンジンの目標運転状態に対応する目標空燃比とするための希薄基本流量を演算し、その希薄基本流量となるように燃料ガス供給量を制御している（Ｓ５，Ｓ６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−７０８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したコジェネレーションシステムの動力源として使用するガスエンジンにおいては、前記基本流量の設定、前記希薄基本流量の演算および前記燃料ガス供給の各処理を、空燃比センサを使用することなく行っているが、前記基本流量の設定に使用する燃料ガス供給量のずれ学習では酸素センサ２３の検出値を利用している。すなわち、空燃比センサを用いなくても目的の空燃比に精度良く制御することができるものの、酸素センサを用いるため、その分コストアップとなっていた。
【０００６】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、コジェネレーションシステムの動力源として使用するガスエンジンにおいて、センサを用いることなく、目的の空燃比に精度よく制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１に係るコジェネレーションシステムの制御装置の発明は、エンジンと、エンジンに供給される燃料の量を調節する燃料弁と、燃料弁の開度を調節する燃料弁用制御アクチュエータと、エンジンに供給される燃料と空気の量を調節するスロットル弁と、スロットル弁の開度を調節するスロットル弁用制御アクチュエータと、エンジンの回転数を検出する回転数センサと、を備えたコジェネレーションシステムに適用され、燃料弁用制御アクチュエータおよびスロットル弁用制御アクチュエータを制御する制御装置であって、制御装置は、回転数センサにより検出されたエンジンの実際の回転数である実回転数とエンジンの目標回転数とから算出された目標スロットル弁開度となるようにスロットル弁用制御アクチュエータを制御するスロットル弁制御部と、目標燃料弁開度となるように燃料弁制御アクチュエータを制御する燃料弁制御部と、を備え、燃料弁制御部は、目標回転数毎におけるスロットル弁開度と基準燃料弁開度との関係を示すマップであって、スロットル弁開度が基準燃料弁開度の最小値に相当するスロットル弁開度より小さい場合には、スロットル弁開度が大きくなるにしたがって基準燃料弁開度が小さくなるように設定され、スロットル弁開度が基準燃料弁開度の最小値に相当するスロットル弁開度より大きい場合には、スロットル弁開度が大きくなるにしたがって燃料弁開度が大きくなるように設定されている第１マップと、目標回転数と、スロットル弁制御部で算出された目標スロットル弁開度とから基準燃料弁開度を算出する基準燃料弁開度算出部を備え、基準燃料弁開度算出部により算出された基準燃料弁開度を目標燃料弁開度として燃料弁制御アクチュエータを制御している。
【０００８】
また請求項２に係る発明は、請求項１において、燃料弁制御部は、エンジンの回転数の変動量が所定値以上である場合には、スロットル弁開度、エンジンの回転変動偏差および燃料弁開度補正量の関係を示す第２マップと、スロットル弁制御部で算出された目標スロットル弁開度と、エンジンの回転変動偏差と、から燃料弁開度補正量を算出する燃料弁開度補正量算出部をさらに備え、基準燃料弁開度算出部により算出された基準燃料弁開度と燃料弁開度補正量算出部により算出された燃料弁開度補正量とから得た値を目標燃料弁開度として燃料弁制御アクチュエータを制御している。
【０００９】
また請求項３に係る発明は、請求項２において、燃料弁開度補正量算出部は、所定の短時間毎に燃料弁開度補正量を算出し、燃料弁制御部は、前回の制御周期にて記憶した燃料弁開度補正量に今回の制御周期にて算出した燃料弁開度補正量を加算して燃料弁開度補正値を算出する燃料弁開度補正量算出部をさらに備え、基準燃料弁開度算出部により算出された基準燃料弁開度に燃料弁開度補正値算出部により算出された燃料弁開度補正値を加算して得た値を目標燃料弁開度として前記燃料弁制御アクチュエータを制御している。
【００１０】
また請求項４に係るコジェネレーションシステムの発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のコジェネレーションシステムの制御装置を備えている。
【発明の効果】
【００１１】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、スロットル弁制御部が、回転数センサにより検出されたエンジンの実際の回転数である実回転数とエンジンの目標回転数とから算出された目標スロットル弁開度となるようにスロットル弁用制御アクチュエータを制御する。一方、燃料弁制御部が、目標燃料弁開度となるように燃料弁制御アクチュエータを制御する。詳細には、基準燃料弁開度算出部が、目標回転数毎におけるスロットル弁開度と基準燃料弁開度との関係を示すマップであって、スロットル弁開度が基準燃料弁開度の最小値に相当するスロットル弁開度より小さい場合には、スロットル弁開度が大きくなるにしたがって基準燃料弁開度が小さくなるように設定され、スロットル弁開度が基準燃料弁開度の最小値に相当するスロットル弁開度より大きい場合には、スロットル弁開度が大きくなるにしたがって燃料弁開度が大きくなるように設定されている第１マップと、目標回転数と、スロットル弁制御部で算出された目標スロットル弁開度とから基準燃料弁開度を算出する。そして、燃料弁制御部は、基準燃料弁開度算出部により算出された基準燃料弁開度を目標燃料弁開度として燃料弁制御アクチュエータを制御している。
【００１２】
これにより、燃料弁制御部は、例えば予め記憶されている第１マップと、予め記憶されている要求負荷とエンジン回転数との関係を示すマップから算出される要求負荷に相当するエンジンの目標回転数と、スロットル弁制御部で算出された目標スロットル弁開度と、から算出された基準燃料弁開度を目標燃料弁開度として燃料弁制御アクチュエータを制御することができる。すなわち、燃料弁制御部は、エンジンの回転数センサの検出値は使用するが、他のセンサの検出値を使用することなく（他のセンサを設けることなく）、燃料弁を制御することができ、ひいては、目的の空燃比に精度よく制御することが可能である。
【００１３】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１において、燃料弁制御部は、エンジンの回転数の変動量が所定値以上である場合には、スロットル弁開度、エンジンの回転変動偏差および燃料弁開度補正量の関係を示す第２マップと、スロットル弁制御部で算出された目標スロットル弁開度と、エンジンの回転変動偏差と、から燃料弁開度補正量を算出する燃料弁開度補正量算出部をさらに備え、基準燃料弁開度算出部により算出された基準燃料弁開度と燃料弁開度補正量算出部により算出された燃料弁開度補正量とから得た値を目標燃料弁開度として燃料弁制御アクチュエータを制御している。
【００１４】
これにより、エンジンの回転数の変動量が所定値以上である場合には、燃料弁開度補正量算出部が、スロットル弁開度、エンジンの回転変動偏差および燃料弁開度補正量の関係を示す第２マップと、スロットル弁制御部で算出された目標スロットル弁開度と、エンジンの回転変動偏差とから燃料弁開度補正量を算出する。そして、燃料弁制御部は、基準燃料弁開度算出部により算出された基準燃料弁開度に燃料弁開度補正量算出部により算出された燃料弁開度補正量とから得た値を目標燃料弁開度として燃料弁制御アクチュエータを制御することができる。このときも、燃料弁制御部は、エンジンの回転数センサの検出値は使用するが、他のセンサの検出値を使用することなく（他のセンサを設けることなく）、燃料弁を制御することができる。また、目的の空燃比により精度よく制御することが可能である。さらには、エンジンに供給される燃料の組成、気温、大気圧などが変動しても、その変動に応じた燃料弁に対する開度の補正が可能である。
【００１５】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項２において、燃料弁開度補正量算出部は、所定の短時間毎に燃料弁開度補正量を算出し、燃料弁制御部は、前回の制御周期にて記憶した燃料弁開度補正量に今回の制御周期にて算出した燃料弁開度補正量を加算して燃料弁開度補正値を算出する燃料弁開度補正量算出部をさらに備え、基準燃料弁開度算出部により算出された基準燃料弁開度に燃料弁開度補正値算出部により算出された燃料弁開度補正値を加算して得た値を目標燃料弁開度として前記燃料弁制御アクチュエータを制御している。
【００１６】
これにより、燃料弁制御部は、所定の短時間毎に燃料弁開度補正量を算出し、前回の制御周期にて記憶した燃料弁開度補正量に今回の制御周期にて算出した燃料弁開度補正量を加算して算出した燃料弁開度補正値を使用して得た値を目標燃料弁開度とするので、より精度よく制御することが可能となる。
【００１７】
上記のように構成した請求項４に係るコジェネレーションシステムの発明においては、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のコジェネレーションシステムの制御装置を備えている。これにより、上述した請求項１乃至請求項３のいずれか一項に係る作用効果を奏するコジェネレーションシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明によるコジェネレーションシステムの一実施形態の概要を示す概要図である。
【図２】図１に示す制御装置で実行される制御プログラムのフローチャートである。
【図３】図１に示す制御装置で実行される制御プログラム（スロットルによる回転数制御サブルーチン）のフローチャートである。
【図４】要求発電量とエンジン目標回転数との関係を示す図である。
【図５】エンジン回転数毎における、スロットル開度と燃料弁開度との関係を示す図である。
【図６】エンジン回転変動偏差、スロットル開度および燃料弁開度補正量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明によるコジェネレーションシステム（その制御装置）の一実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態の制御装置９０を備えたコジェネレーションシステム１０の全体構成を説明する図である。コジェネレーションシステム１０は、エンジン２０のクランク軸２３が発電機１０１に連結されて電気エネルギが生成され、エンジン２０の冷却水が排熱回収装置１０２に循環されて熱エネルギが有効利用されるようになっている。コジェネレーションシステム１０は、エンジン２０、燃料ガス供給部３０、空気供給部４０、混合気供給部５０、排気部６０、冷却水循環部７０、回転数センサ８０、制御装置９０などで構成されている。
【００２０】
エンジン２０は、単気筒のシリンダ２１及びピストン２２と、ピストン２２の往復運動を回転運動に変換して出力するクランク軸２３とを備えている。シリンダ２１の上部には吸気ポート２４及び排気ポート２５と点火プラグ２６が設けられ、シリンダ２１を取り巻くようにウォータジャケット２７が形成されている。本実施形態のエンジン２０ではリーンバーン方式が採用されている。
【００２１】
燃料ガス供給部３０は、図略のガス供給源から燃料ガスをミキサー５１に供給する燃料ガス通路に相当する部位である。燃料ガス供給部３０には、ガス供給源側から順番に２個の電磁弁３１、３２、ガバナ３３、および燃料弁３４が設けられている。燃料弁３４は、その開度（以下、燃料弁開度という。）を変化させて燃料ガスの供給量を調節する燃料弁用制御アクチュエータ３５を有している。燃料弁３４は、例えばニードルタイプの弁である。空気供給部４０は、空気をミキサー５１に供給する空気通路に相当する部位である。空気供給部４０の途中にはエアクリーナ４１が設けられている。混合気供給部５０は、混合気をエンジン２０の吸気ポート２４に供給する部位である。混合気供給部５０には、燃料ガスと空気とを混合して混合気を作成するミキサー５１、および混合気の供給量を調節するスロットル弁５２が設けられている。スロットル弁５２は、その開度（以下、スロットル開度という。）を変化させて混合気の供給量を調節するスロットル弁用制御アクチュエータ５３を有している。スロットル弁５２は、例えばバタフライタイプの弁である。
【００２２】
上述した燃料弁３４の燃料弁用制御アクチュエータ３５、およびスロットル弁５２のスロットル弁用制御アクチュエータ５３は制御用アクチュエータであり、具体的にはステッピングモータを使用して制御装置９０から制御する。  
【００２３】
排気部６０は、エンジン２０の排気ポート２５から外部へ排気ガスを放出する排気ガス通路に相当する部位である。排気部６０には、排気ポート２５側から順番に排気熱交換器６１、および排気サイレンサー６２が設けられている。冷却水循環部７０は、冷却水を循環してエンジン２０を冷却する冷却水通路に相当する部位である。冷却水は、エンジン２０のウォータジャケット２７から排気熱交換器６１、排熱回収装置１０２を経てウォータジャケット２７に循環するようになっている。これにより、冷却水は、エンジン２０から熱エネルギを受け取るとともに、排気熱交換器６１で排気ガスからも熱エネルギを受け取り、排熱回収装置１０２で熱エネルギを放出する。
【００２４】
回転数センサ８０は、クランク軸２３に固定された回転検出プーリー８１、およびパルス信号を生成するパルス発生器８５を有している。回転検出プーリー８１は、クランク軸２３に固定されて共に回転する鉄製の略円板状の部材であり、外周には複数例えば３つの短歯（図示省略）および１つの長歯（図示省略）をもっている。一方、パルス発生器８５は、回転検出プーリー８１の各歯に臨むように、エンジン２０の外面に固設されている。パルス発生器８５には、磁性体の接近および離隔による磁界変化を検出してパルス波形を出力する磁界検出センサを用いる。
【００２５】
制御装置９０は、エンジン２０の運転を制御する部位である。制御装置９０は、燃料弁用制御アクチュエータ３５およびスロットル弁用制御アクチュエータ５３を制御して、燃料弁開度およびスロットル開度を調整し、かつ点火プラグ２６の点火タイミングを制御する。
【００２６】
次に、燃料弁用制御アクチュエータ３５およびスロットル弁用制御アクチュエータ５３の作動について図２，３を参照して説明する。制御装置９０は、コジェネレーションシステムが定常運転中において、図２に示すフローチャートに対応するプログラムを所定の短時間（例えば数十から数百ミリ秒）毎に実行している。
【００２７】
制御装置９０は、ステップ１０２において、要求発電量を取得する。要求発電量は、コジェネレーションシステムが設置されている家庭、オフィス、工場などで消費されている電力量（消費電力量）すなわち発電負荷を電力計などで検出し、その検出した電力量に設定されたり、または所定の一定値に設定されたりする。前者の場合には、電力計によって検出された電力計を読み込むことで要求発電量を取得する。後者の場合には、予め記憶した値を読み込むことで要求発電量を取得する。
【００２８】
制御装置９０は、ステップ１０４において、取得した要求発電量と要求発電量−目標回転数マップとから要求発電量に相当するエンジン２０の目標回転数を算出する。要求発電量−目標回転数マップは、要求発電量とエンジン２０の目標回転数（回転数）との関係を示すマップであり、制御装置９０または記憶装置（図示省略）に予め記憶されている。要求発電量−目標回転数マップは、図４に示すように、要求発電量が大きくなるほどエンジン２０の目標回転数は高く（大きく）なるように設定されている。なお、エンジン２０のアイドリング状態においてエンジン２０は最低発電量を出力するように、目標回転数が所定の最低回転数（アイドリング状態に相当）にて要求発電量が少なくとも最低出力発電量に相当する値となるようになっている。
【００２９】
制御装置９０は、ステップ１０６において、スロットルによる回転数制御を行う。具体的には、制御装置９０は、図３に示すスロットルによる回転数制御サブルーチンを実行する。制御装置９０は、ステップ２０２において、今回の目標回転数ｒ（ｎ）から実回転数ｒ（ｎ）を減算して今回の回転差ｄ（ｎ）を算出する。今回の目標回転数ｒ（ｎ）は、今回算出したエンジン２０の目標回転数であり、先にステップ１０４にて算出されたものである。実回転数ｒ（ｎ）は、回転数センサ８０によって今回実際に検出されたエンジン２０の回転数である。
【００３０】
制御装置９０は、ステップ２０４において、スロットル開度を演算する。この演算は、ＰＩＤ制御を行うことを前提とするものである。ＰＩＤ制御はＰ動作、Ｉ動作、Ｄ動作を組み合わせてフィードバック制御を行うものである。Ｐ動作は偏差に比例した出力を出す動作（比例動作）であり、Ｉ動作は偏差の時間積分に比例した出力を出す動作（積分動作）であり、Ｄ動作は偏差の時間的変化率に比例した出力を出す動作（微分動作）である。ＰＩＤ制御に限られず、フィードバック制御であれば、Ｐ動作のみのＰ制御でもよく、Ｐ動作およびＩ動作を組み合わせるＰＩ制御でもよい。
【００３１】
ステップ２０４において具体的には、下記数１によって今回のスロットル開度Ｐout(ｎ)を算出する。
（数１）
Pout＝Kp×{(ｒ(ｎ)−ｙ(ｎ))＋Td×((ｒ(ｎ)−ｙ(ｎ))−(ｒ(ｎ−１)−ｙ(ｎ−１)))}＋S(ｎ)
ここで、ｒ(ｎ)は今回（現在）のエンジン目標回転数（ｍｉｎ−１）であり、ｒ(ｎ−１)は前回（１周期前）のエンジン目標回転数（ｍｉｎ−１）である。ｙ(ｎ)は今回（現在）のエンジン実回転数（ｍｉｎ−１）であり、ｙ(ｎ−１)は前回（１周期前）のエンジン実回転数（ｍｉｎ−１）である。Ｋｐは比例ゲインであり、Ｔｄは微分項ゲインである。S(ｎ)は今回の積分項補正値である。S(０)はスロットル開度の初期値である。
【００３２】
今回の積分項補正値S(ｎ)は、下記数２によって算出される。
（数２）
S(ｎ)＝Kp×(１／Ｔｉ)×(ｒ(ｎ)−ｙ(ｎ))＋S(ｎ−１)
ここで、S(ｎ−１)は前回の積分項補正値である。Ｔｉは積分項ゲインである。
【００３３】
制御装置９０は、ステップ２０６において、スロットル移動量を演算する。スロットル移動量は、前回のスロットル開度Ｐout(ｎ−１)から今回のスロットル開度Ｐout(ｎ)を減算して算出される。
【００３４】
ステップ２０６で算出されたスロットル移動量が上限値より大きい場合には、制御装置９０は、ステップ２０８にて「ＹＥＳ」と判定し、前回算出したスロットル開度Ｐout(ｎ−１)に上限値を加算した値をスロットル目標位置に設定する（スロットル２１２）。一方、スロットル移動量が上限値以下である場合には、制御装置９０は、ステップ２０８にて「ＮＯ」と判定し、今回算出したスロットル開度Ｐout(ｎ)をスロットル目標位置に設定する（スロットル２１０）。なお、ステップ２０８で使用する上限値は、スロットルの単位時間あたりの移動量の上限値である。この上限値を超えた値を設定すると制御装置内部で記憶している位置と実際のスロットルの位置がずれてしまうため上限値を設定してこれ以上の値の移動を禁止するようにする。
【００３５】
制御装置９０は、スロットル２１４において、スロットル弁５２を、回転数センサ８０により検出されたエンジン２０の実際の回転数である実回転数とエンジンの目標回転数とから算出されたスロットル目標位置である目標スロットル弁開度とするべく、スロットル弁用制御アクチュエータ５３を制御する（スロットル弁制御部）。すなわち、スロットル弁５２によってエンジン２０の回転数がフィードバック制御（ＰＩＤ制御）をされている。
制御装置９０は、上述したステップ２１４の処理後は、プログラムをステップ２１６に進め本サブルーチンを終了して、図２のステップ１０８に進める。
【００３６】
制御装置９０は、ステップ１０８において、目標燃料弁開度を算出する。目標燃料弁開度は、基準燃料弁開度と次回燃料弁開度補正値（後述する）とを加算した値である。基準燃料弁開度は、エンジン２０の目標回転数毎におけるスロットル弁開度と基準燃料弁開度との関係を示す第１マップと、ステップ１０４で算出されたエンジン２０の目標回転数と、ステップ１０６（スロットル弁制御部）で算出された目標スロットル弁開度とから算出される。基準燃料弁開度は、燃料弁開度の基準となる値である。
【００３７】
制御装置９０は、ステップ１０８において、基準燃料弁開度を算出し（基準燃料弁開度算出部）、この基準燃料弁開度に次回燃料弁開度補正値を加算して目標燃料弁開度を算出する。次回燃料弁開度補正値が０であるときは、基準燃料弁開度が目標燃料弁開度となる。
【００３８】
第１マップは、図５に示すように、エンジン２０の目標回転数毎におけるスロットル弁開度と基準燃料弁開度との関係を示すものであり、制御装置９０または記憶装置（図示省略）に予め記憶されている。第１マップは、複数の曲線…，ｆ(ｎ−４)，ｆ(ｎ−３)，ｆ(ｎ−２)，ｆ(ｎ−１)，ｆ(ｎ)，ｆ(ｎ＋１)，ｆ(ｎ＋２)，ｆ(ｎ＋３)，…を有している。これらｆ(ｎ−４)，ｆ(ｎ−３)，ｆ(ｎ−２)，ｆ(ｎ−１)，ｆ(ｎ)，ｆ(ｎ＋１)，ｆ(ｎ＋２)，ｆ(ｎ＋３)は、それぞれエンジン２０の回転数がｎ−４，ｎ−３，ｎ−２，ｎ−１，ｎ，ｎ＋１，ｎ＋２，ｎ＋３であるときのスロットル弁開度と基準燃料弁開度との関係を示すものである。
【００３９】
スロットル弁開度と基準燃料弁開度との関係においては、スロットル弁開度が小さい場合には、スロットル弁開度が大きくなるにしたがって燃料弁開度が小さくなるように設定され、スロットル弁開度が大きい場合には、スロットル弁開度が大きくなるにしたがって燃料弁開度が大きくなるように設定されている。すなわち、スロットル弁開度が小さいときには大きい値である燃料弁開度は、スロットル弁開度が大きくなるにしたがって、最小値までは大きい減少率で減少するが、その最小値以降は小さい増加率で増加する。また、エンジン２０の回転数（目標回転数）が大きいほど燃焼弁開度（同一スロットル弁開度であるとき）は大きくなるように設定されている。
【００４０】
例えば、目標回転数がｎであるときであって、スロットル開度がＡＳであるときには、第１マップにおいて、目標回転数ｎに対応する曲線ｆ(ｎ)が選択される。そして、その曲線ｆ(ｎ)においてスロットル開度ＡＳに対応する燃料弁開度ＡＦが基準燃料弁開度として算出される。
【００４１】
なお、第１マップは次のように作成される。予め特性を計測してあるミキサー５１を使用して、負荷（発電負荷）とエンジン回転数とスロットル開度と燃料弁との関係を計測する。計測方法は、負荷とエンジン回転数を固定して燃料弁開度を調整しスロットル開度を成り行き制御として排気の成分（O２濃度やNOｘ濃度など）を確認しながら要求する空燃比となる様に調整して燃料弁開度とスロットル開度を測定する。その測定結果（燃料弁開度とスロットル開度との関係）を第１マップとする。
【００４２】
制御装置９０は、ステップ１１０において、燃料弁開度が目標燃料弁開度（ステップ１０８で算出された）となるように燃料弁制御アクチュエータ３５を制御する（燃料弁制御部）。制御装置９０は、ステップ１１２において、ステップ２０６で算出されたスロットル移動量が上限値より小さいか否かを判定する。スロットル移動量が上限値以上である場合には、制御装置９０は、ステップ１１２にて「ＮＯ」と判定し、プログラムをステップ１２２に進める。
【００４３】
制御装置９０は、ステップ１２２において、要求発電量に変更があるか否かを判定する。要求発電量に変更がある場合には、制御装置９０は、ステップ１２２にて「ＹＥＳ」と判定しプログラムをステップ１０２に戻す。一方、要求発電量に変更がない場合には、制御装置９０は、ステップ１２２にて「ＮＯ」と判定しプログラムをステップ１０６に戻す。
【００４４】
また、スロットル移動量が上限値より小さい場合には、制御装置９０は、ステップ１１２にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップ１１４に進める。制御装置９０は、ステップ１１４において、エンジン２０の回転数の変動量を示すエンジン２０の回転変動偏差ｈ(ｎ)を算出する。この回転変動偏差ｈ(ｎ)は、今回算出する回転変動偏差であり、下記数３によって算出される。
（数３）
ｈ(ｎ)＝Ａ×(ｄ(ｎ)−ｄ(ｎ−１))＋Ｂ×ｈ(ｎ−１)
ｄ(ｎ)＝ｒ(ｎ)−ｙ(ｎ)
ここで、ｄ(ｎ)は今回（現在）の制御差分（回転差）であり、ｄ(ｎ−１)は前回（１周期前）の制御差分である。ｈ(ｎ)は今回の回転変動偏差であり、ｈ(ｎ−１)は前回の回転変動偏差であり、ｈ(０)は回転変動偏差の初期値である。ｒ(ｎ)、ｙ(ｎ)は上述と同様である。Ａ，Ｂは係数である。
【００４５】
回転変動偏差が偏差基準値（所定値）未満である場合には、空燃比が狙いの範囲内にあるため燃料弁開度を補正する必要はないので、制御装置９０は、ステップ１１６にて「ＮＯ」（補正は不要）と判定し、プログラムをステップ１２２に進める。一方、回転変動偏差が偏差基準値以上である場合には、空燃比が狙いの範囲外にあるため燃料弁開度を補正する必要があるので、制御装置９０は、ステップ１１６にて「ＹＥＳ」（補正は必要）と判定し、プログラムをステップ１１８に進める。
【００４６】
制御装置９０は、ステップ１１８以降において、次回の周期で使用する燃料弁開度補正値（次回燃料弁開度補正値）を算出する（燃料弁開度補正値算出部）。具体的には、最初に燃料弁開度の補正量を算出し（燃料弁開度補正量算出部：ステップ１１８）、現在の燃料弁開度補正値にその算出した補正量を加算して次回燃料弁開度補正値を算出する（ステップ１２０）。
【００４７】
補正量は、スロットル弁開度、エンジンの回転変動偏差および燃料弁開度の補正量の関係を示す第２マップと、ステップ１０６で算出された目標スロットル弁開度と、エンジン２０の回転変動偏差とから算出される。第２マップは、図６に示すように、スロットル弁開度とエンジンの回転変動偏差との関係（組み合わせ）毎に、その関係に相当する燃料弁開度の補正量を示すものであり、制御装置９０または記憶装置（図示省略）に予め記憶されている。
【００４８】
エンジンの回転変動偏差が固定されている場合には、スロットル開度が大きくなるにしたがって補正量は大きくなるように設定されている。また、エンジンの回転変動偏差が０より小さい場合には、補正量はほとんど０である。エンジンの回転変動偏差が０より大きい場合には、回転変動偏差が大きくなるにしたがって補正量は大きくなるように設定され、スロットル開度が大きくなるにしたがって補正量は大きくなるように設定されている。
【００４９】
第２マップは次のように作成される。燃料弁開度をずらして空燃比を計測しながら、基準値からのスロットル開度の変化量を計測して燃料弁開度との関係を補正量とする。すなわち、ある目標回転数（例えばｎ回転）に係る曲線（例えばｆ（ｎ））にて燃料弁およびスロットルが安定している状態において、燃料弁開度を所定量だけ変化させる。これにより、スロットル弁５２は成り行きで制御（フィードバック制御）される。この時のエンジン２０の回転数の変動量と空燃比を計測しており、その計測値から要求する空燃比とほぼ等しくなるために必要となる、スロットル開度毎における、変化させた燃料弁開度量と計測したエンジン２０の回転数の変動量との関係を第２マップとする。
【００５０】
再び説明をフローチャートに戻すと、次回燃料弁開度補正値が算出された後、制御装置９０は、プログラムをステップ１２２に進める。その後のステップ１０８においては、制御装置９０は、今回算出された基準燃料弁開度に、前回の周期にステップ１２０で算出された燃料弁開度補正値（次回燃料弁開度補正値）を加算して得た値を目標燃料弁開度として燃料弁制御アクチュエータ５３を制御することとなる。
【００５１】
上述した実施形態においては、スロットル弁制御部（ステップ１０６）が、回転数センサ８０により検出されたエンジン２０の実際の回転数である実回転数とエンジン２０の目標回転数とから算出された目標スロットル弁開度となるようにスロットル弁用制御アクチュエータ５３を制御する。一方、燃料弁制御部（ステップ１１０）が、目標燃料弁開度となるように燃料弁制御アクチュエータ３５を制御する。詳細には、基準燃料弁開度算出部（ステップ１０８）が、目標回転数毎におけるスロットル弁開度と基準燃料弁開度との関係を示す第１マップと、目標回転数と、スロットル弁制御部で算出された目標スロットル弁開度とから基準燃料弁開度を算出する。そして、燃料弁制御部（ステップ１１０）は、基準燃料弁開度算出部（ステップ１０８）により算出された基準燃料弁開度を目標燃料弁開度として燃料弁制御アクチュエータ３５を制御している。
【００５２】
これにより、燃料弁制御部（ステップ１１０）は、例えば予め記憶されている第１マップと、予め記憶されている要求負荷とエンジン回転数との関係を示すマップから算出される要求負荷に相当するエンジンの目標回転数と、スロットル弁制御部（ステップ１０６）で算出された目標スロットル弁開度と、から算出された基準燃料弁開度を目標燃料弁開度として燃料弁制御アクチュエータ３５を制御することができる。すなわち、燃料弁制御部は（ステップ１１０）、エンジンの回転数センサ８０の検出値は使用するが、他のセンサの検出値を使用することなく（他のセンサを設けることなく）、燃料弁３４を制御することができ、ひいては、目的の空燃比に精度よく制御することが可能である。
【００５３】
また、燃料弁制御部は、エンジン２０の回転数の変動量が所定値以上である場合には、スロットル弁開度、エンジンの回転変動偏差および燃料弁開度補正量の関係を示す第２マップと、スロットル弁制御部で算出された目標スロットル弁開度と、エンジンの回転変動偏差と、から燃料弁開度補正量を算出する燃料弁開度補正量算出部（ステップ１１８）をさらに備え、基準燃料弁開度算出部により算出された基準燃料弁開度と燃料弁開度補正量算出部により算出された燃料弁開度補正量とから得た値を目標燃料弁開度として燃料弁制御アクチュエータ３５を制御している。
【００５４】
これにより、エンジン２０の回転数の変動量が所定値以上である場合には、燃料弁開度補正量算出部が、スロットル弁開度、エンジンの回転変動偏差および燃料弁開度補正量の関係を示す第２マップと、スロットル弁制御部で算出された目標スロットル弁開度と、エンジンの回転変動偏差とから燃料弁開度補正量を算出する。そして、燃料弁制御部は、基準燃料弁開度算出部により算出された基準燃料弁開度に燃料弁開度補正量算出部により算出された燃料弁開度補正量とから得た値を目標燃料弁開度として燃料弁制御アクチュエータ３５を制御することができる。このときも、燃料弁制御部は、エンジンの回転数センサ８０の検出値は使用するが、他のセンサの検出値を使用することなく（他のセンサを設けることなく）、燃料弁３４を制御することができる。また、目的の空燃比により精度よく制御することが可能である。さらには、エンジンに供給される燃料の組成、気温、大気圧などが変動しても、その変動に応じた燃料弁に対する開度の補正が可能である。
【００５５】
また、燃料弁開度補正量算出部（ステップ１１８）は、所定の短時間毎に燃料弁開度補正量を算出し、燃料弁制御部は、前回の制御周期にて記憶した燃料弁開度補正量に今回の制御周期にて算出した燃料弁開度補正量を加算して燃料弁開度補正値を算出する燃料弁開度補正量算出部（ステップ１２０）をさらに備え、基準燃料弁開度算出部により算出された基準燃料弁開度に燃料弁開度補正値算出部により算出された燃料弁開度補正値を加算して得た値を目標燃料弁開度として燃料弁制御アクチュエータ３５を制御している（ステップ１０８）。
【００５６】
これにより、燃料弁制御部は、所定の短時間毎に燃料弁開度補正量を算出し、前回の制御周期にて記憶した燃料弁開度補正量に今回の制御周期にて算出した燃料弁開度補正量を加算して算出した燃料弁開度補正値を使用して得た値を目標燃料弁開度とするので、より精度よく制御することが可能となる。
【００５７】
またコジェネレーションシステムの発明においては、上述したコジェネレーションシステムの制御装置９０を備えている。これにより、上述した作用効果を奏するコジェネレーションシステムを提供することができる。
【００５８】
上述したように、本発明は、燃料弁３４で燃料ガスの調整を行い、スロットル弁５３にてエンジン回転数を制御するシステムで、希薄燃焼（リーンバーン）方式を採用するエンジン制御に対して特に有効である。すなわち、希薄燃料方式の場合、空燃比がより希薄になるとエンジン回転数制御はスロットルの制御だけでは収束できずに不安定になり回転数が変動するために回転変動状態による補正を行う事が必要となる。この補正は燃料弁開度の調整により行うことができる。なお、理論空燃比（ストイキ）方式の場合は空燃比を多少変更してもスロットル制御だけである程度制御が可能となってしまうが、本発明は、希薄燃焼（リーンバーン）方式だけでなく、理論空燃比（ストイキ）方式にも適用可能である。
【００５９】
なお、上述した実施形態においては、燃料弁開度補正量が固定された場合（すなわち補正量が少なくとも一定値より大きくなった状態が一定時間以上継続した場合）には、第１マップをその燃料弁開度補正量（一定値）で補正（学習）してそれを新しい第１マップとして更新するようにしてもよい。
【００６０】
なお、エンジン２０は、点火プラグを備えていないタイプ（例えば、ピストンによって空気を圧縮し、シリンダ内の高温空気に燃料を噴射することで自然着火させるディーゼルエンジン）のものでもよい。
【００６１】
また、上述した実施形態においては、燃料弁開度補正値（次回燃料弁開度補正値）を今回燃料弁開度補正値と燃料弁開度補正量との和で表しているが（すなわち所定の短時間毎に算出した燃料弁開度補正量を積算した値で表しているが）、スロットル開度（目標スロットル開度）、回転変動偏差の基準および燃料弁補正値の値のとり方により回転変動偏差および第２マップから燃料弁開度補正値を直接算出するようにしてもよい。回転変動偏差の基準をより細分化して燃料弁補正量を大きめにとる事で燃料弁補正値の積算値に近い値を直接マップ化する事は可能であるからである。
【符号の説明】
【００６２】
１０…コジェネレーションシステム、２０…エンジン、３０…燃料ガス供給部、３４…燃料弁、３５…燃料弁用制御アクチュエータ、５２…スロットル弁、５３…スロットル弁用制御アクチュエータ、４０…空気供給部、５０…混合器供給部、６０…排気部、７０…冷却水循環部、８０…回転数センサ、９０…制御装置（スロットル弁制御部、燃料弁制御部、基準燃料弁開度算出部、燃料弁開度補正量算出部、燃料弁開度補正値算出部）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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