(57)【要約】【課題】エンジン始動時の回転数を増加させてシリンダブロックを温めること等によって、排気マニホールド内で発生した水が温められて短時間で蒸発させ、この水を空燃比センサに付着させないことで、センサ素子のクラックを防止できるエンジンを提供する。【解決手段】空燃比センサ５を排気マニホールド２１ｃに配置し、前記空燃比センサ５と、点火プラグ２２と、スロットル弁駆動手段３６と、燃料制御弁３５を制御手段６と接続して、前記空燃比センサ５の検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジン２であって、前記制御手段６に始動手段７と冷却水温度検知手段４６を接続し、エンジン２始動時に設定時間エンジン回転数を設定回転数増加させ、エンジン２の温度が設定温度に達すると、アイドル回転数に戻すように制御した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空燃比センサを排気マニホールドに配置し、
前記空燃比センサと、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁を制御手段と接続して、
前記空燃比センサの検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジンであって、
前記制御手段に始動手段と冷却水温度検知手段を接続し、
エンジン始動時に設定時間エンジン回転数を設定回転数増加させ、
エンジン冷却水の温度が設定温度に達すると、アイドル回転数に戻すように制御したことを特徴とするエンジン。
【請求項２】
空燃比センサを排気マニホールドに配置し、
前記空燃比センサと、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁を制御手段と接続して、
前記空燃比センサの検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジンであって、
前記制御手段に始動手段と冷却水温度検知手段を接続し、
エンジン始動時に設定時間の間、点火時期をリタードさせ、
エンジン冷却水の温度が設定温度に達すると、点火時期を通常に戻すように制御したことを特徴とするエンジン。
【請求項３】
空燃比センサを排気マニホールドに配置し、
前記排気マニホールドの周囲に冷却水通路を設けるとともに、
前記空燃比センサと、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁を制御手段と接続して、
空燃比センサの検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジンであって、
前記冷却水通路に冷却水ヒータを配置し、
該冷却水ヒータと始動手段を制御手段と接続し、
始動時に前記冷却水ヒータを作動するように制御したことを特徴とするエンジン。
【請求項４】
空燃比センサを排気マニホールドに配置し、
前記排気マニホールドの周囲に冷却水通路を設けるとともに、
前記空燃比センサと、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁を制御手段と接続して、
空燃比センサの検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジンであって、
前記制御手段に始動手段と冷却水温度検知手段と冷却水ポンプ駆動手段を接続して、
エンジン始動時に冷却水ポンプ駆動手段の作動を停止し、
エンジン冷却水の温度が設定温度に達すると、冷却水ポンプ駆動手段を作動させるように制御したことを特徴とするエンジン。
【請求項５】
空燃比センサを排気マニホールドに配置し、
前記排気マニホールドの周囲に冷却水通路を設けるとともに、
前記空燃比センサと、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁とを制御手段と接続して、
空燃比センサの検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジンであって、
前記冷却水通路に電磁式排水バルブを接続し、
前記制御手段に始動手段と冷却水温度検知手段と電磁式排水バルブを接続し、
エンジン始動時に電磁式排水バルブを開き排水し、
排水してから設定時間経過すると、電磁式排水バルブを閉じるように制御したことを特徴とするエンジン。
【請求項６】
空燃比センサを排気マニホールドに配置し、
前記排気マニホールドの周囲に冷却水通路を設けるとともに、
前記空燃比センサと、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁とを制御手段と接続して、
空燃比センサの検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジンであって、
前記冷却水通路の入口側に電磁式バイパスバルブを接続し、
前記制御手段に始動手段と冷却水温度検知手段と電磁式バイパスバルブを接続し、
エンジン始動時に電磁式バイパスバルブを切り替えて冷却を停止し、
エンジン冷却水の温度が設定温度に達すると、電磁式バイパスバルブを元の位置に切り替えるように制御したことを特徴とするエンジン。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載のエンジンであって、
エアクリーナ近傍にエアヒータを配置し、
前記制御手段に始動手段と冷却水温度検知手段とエアヒータを接続し、
エンジン始動時にエアヒータを作動し、
エンジン冷却水の温度が設定温度に達すると、エアヒータを停止するように制御したことを特徴とするエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンにおける空燃比センサの制御技術に関し、詳しくは、エンジン始動時に空燃比センサ素子のクラックを防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンに供給される混合気の空燃比を、排気ガス中の酸素濃度に基づいて算出する技術が一般的に知られている。
この酸素濃度を計測するのが、所謂、空燃比センサ又は酸素センサと称されるもの（以下、単に「空燃比センサ」とする）であり、ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）に接続されている。
前記ＥＣＵは、空燃比センサの検出結果と予め記憶されるデータやプログラムとに基づいて、スロットル弁や燃料制御弁等の開度を、アクチュエータを介して制御することによって、混合気の空燃比を適切な値となるように制御している(例えば、「特許文献１」、「特許文献２」参照)。
【特許文献１】特開２００６−１２５３２６号公報
【特許文献２】特開２００６−１３２４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そして、上記エンジンは最適な空燃比で運転を行う為、空燃比センサを採用したフィードバック制御を行っており、運転開始時の空燃比センサは暖機通電を所定時間行った後、定格通電を行っている。その際、運転開始時に排気マニホールド内でドレン水が発生し、定格通電中の空燃比センサに付着する可能性があり、急な温度変化によりセンサ素子にクラックが発生し、空燃比センサの故障が発生する虞があった。
【０００４】
本発明は上記の課題を解決するために、エンジン始動時の回転数を増加させてシリンダブロックを温める等によって、排気マニホールド内で発生した水が温められて短時間で蒸発させ、この水を空燃比センサに付着させないことで、センサ素子のクラックを防止できるエンジンを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００６】
即ち、請求項１においては、空燃比センサを排気マニホールドに配置し、前記空燃比センサと、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁を制御手段と接続して、前記空燃比センサの検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジンであって、前記制御手段に始動手段と冷却水温度検知手段を接続し、エンジン始動時に設定時間エンジン回転数を設定回転数増加させ、エンジン冷却水の温度が設定温度に達すると、アイドル回転数に戻すように制御したものである。
【０００７】
請求項２においては、空燃比センサを排気マニホールドに配置し、前記空燃比センサと、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁を制御手段と接続して、前記空燃比センサの検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジンであって、前記制御手段に始動手段と冷却水温度検知手段を接続し、エンジン始動時に設定時間の間、点火時期をリタードさせ、エンジン冷却水の温度が設定温度に達すると、点火時期を通常に戻すように制御したものである。
【０００８】
請求項３においては、空燃比センサを排気マニホールドに配置し、前記排気マニホールドの周囲に冷却水通路を設けるとともに、前記空燃比センサと、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁を制御手段と接続して、空燃比センサの検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジンであって、前記冷却水通路に冷却水ヒータを配置し、該冷却水ヒータと始動手段を制御手段と接続し、始動時に前記冷却水ヒータを作動するように制御したものである。
【０００９】
請求項４においては、空燃比センサを排気マニホールドに配置し、前記排気マニホールドの周囲に冷却水通路を設けるとともに、前記空燃比センサと、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁を制御手段と接続して、空燃比センサの検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジンであって、前記制御手段に始動手段と冷却水温度検知手段と冷却水ポンプ駆動手段を接続して、エンジン始動時に冷却水ポンプ駆動手段の作動を停止し、エンジン冷却水の温度が設定温度に達すると、冷却水ポンプ駆動手段を作動させるように制御したものである。
【００１０】
請求項５においては、空燃比センサを排気マニホールドに配置し、前記排気マニホールドの周囲に冷却水通路を設けるとともに、前記空燃比センサと、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁とを制御手段と接続して、空燃比センサの検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジンであって、前記冷却水通路に電磁式排水バルブを接続し、前記制御手段に始動手段と冷却水温度検知手段と電磁式排水バルブを接続し、エンジン始動時に電磁式排水バルブを開き排水し、排水してから設定時間経過すると、電磁式排水バルブを閉じるように制御したものである。
【００１１】
請求項６においては、空燃比センサを排気マニホールドに配置し、前記排気マニホールドの周囲に冷却水通路を設けるとともに、前記空燃比センサと、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁とを制御手段と接続して、空燃比センサの検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジンであって、前記冷却水通路の入口側に電磁式バイパスバルブを接続し、前記制御手段に始動手段と冷却水温度検知手段と電磁式バイパスバルブを接続し、エンジン始動時に電磁式バイパスバルブを切り替えて冷却を停止し、エンジン冷却水の温度が設定温度に達すると、電磁式バイパスバルブを元の位置に切り替えるように制御したものである。
【００１２】
請求項７においては、請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載のエンジンであって、エアクリーナ近傍にエアヒータを配置し、前記制御手段に始動手段と冷却水温度検知手段とエアヒータを接続し、エンジン始動時にエアヒータを作動し、エンジン冷却水の温度が設定温度に達すると、エアヒータを停止するように制御したものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１４】
請求項１においては、始動時の回転数を増加させてシリンダブロックを温めることにより、排気マニホールド内で発生した水が温められて短時間で蒸発するので、この水が空燃比センサに付着することがなく、センサ素子のクラックを防止できる。
【００１５】
請求項２においては、始動時の燃焼温度を高くすることにより、排気マニホールド内で発生した水が温められて短時間で蒸発するので、空燃比センサに付着することがなく、センサ素子のクラックを防止できる。
【００１６】
請求項３においては、始動時に排気マニホールドの周囲を温めることができ、空燃比センサに水が付着することがなく、センサ素子のクラックを防止できる。
【００１７】
請求項４においては、始動時にシリンダブロックや排気マニホールドが冷やされることがなく、排気マニホールドを速く温めることができるので、空燃比センサに水が付着することがなく、センサ素子のクラックを防止できる。
【００１８】
請求項５においては、始動時に冷却水が排水されて、排気マニホールドが冷やされることがなく、排気マニホールドを速く温めることができるので、空燃比センサに水が付着することがなく、センサ素子のクラックを防止できる。
【００１９】
請求項６においては、始動時に冷却水が排気マニホールドに流されることがなく、排気マニホールドが冷やされないため、排気マニホールドを速く温めることができるので、空燃比センサに水が付着することがなく、センサ素子のクラックを防止できる。
【００２０】
請求項７においては、始動時に吸気するエアを温めて、始動性を向上し、排気温度も上昇させることができるので、空燃比センサに水が付着することがなく、センサ素子のクラックを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の技術的範囲は実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。
図１は本発明に係る空燃比制御システムを示す模式図である。
図２は空燃比制御システムの実施例１に係る制御フロー図である。
図３は空燃比制御システムの実施例２に係る制御フロー図である。
図４は空燃比制御システムの実施例４に係る制御フロー図である。
図５は空燃比制御システムの実施例５に係る制御フロー図である。
【００２２】
［実施例１・全体構成］
まず、図１を用いて本発明の実施例１に係る空燃比制御システム１の全体構成について説明する。本発明はガスエンジンに適用した実施例について説明する。
【００２３】
空燃比制御システム１は、エンジン２に供給される混合ガスの空燃比を制御するものであり、主にミキサ３、空燃比センサ５、制御手段６及び始動手段７等を具備する。
ここで、本出願における「混合ガス」とは、空気と燃料とを混合したガスをいい、「空燃比」とは、混合ガスに含まれる空気と燃料の比をいう。
【００２４】
［エンジン２］
以下では、空燃比制御システム１が制御する対象であるエンジン２の詳細構成について説明する。
本実施例のエンジン２は、天然ガス等の気体状の燃料を用いるいわゆるガスエンジンであり、シリンダブロック２１、点火プラグ２２、吸気バルブ２３、排気バルブ２４、ピストン２５、クランク軸２６、回転数検出手段２７等を具備する。
【００２５】
シリンダブロック２１はエンジン２の構造体を成す部材であり、その内部に燃焼室２１ａが形成される。
燃焼室２１ａは混合ガスを燃焼させるための空間であり、吸気マニホールド２１ｂを介して吸気配管１１と、また排気マニホールド２１ｃを介して排気配管１３と連通されている。
【００２６】
吸気配管１１は、外部から空気を取り込み、該空気と燃料とを後述するミキサ３により混合して生成した混合ガスをエンジン２に供給するための配管である。吸気配管１１の一端には吸気配管１１内に導入される空気中に含まれる塵挨等を除去するためのエアクリーナ１２が設けられ、吸気配管１１の他端はエンジン２のシリンダブロック２１上部に設けられた吸気マニホールド２１ｂに接続される。本実施例では、エアクリーナ１２と吸気配管１１との接続部にエアヒータ１４が配設され、エンジン２に吸入する空気の温度を上昇可能に構成している。
【００２７】
排気配管１３は、燃焼室２１ａで混合ガスが燃焼することにより生成する排気ガスをエンジン２の外部に排出するための配管である。排気配管１３の一端はエンジン２のシリンダブロック２１（排気マニホールド２１ｃ）に接続され、他端は図示せぬマフラーに接続される。
【００２８】
点火プラグ２２はシリンダブロック２１（シリンダヘッド）に設けられ、その先端部が燃焼室２１ａの内部に配置される。点火プラグ２２は火花を発生することにより、燃焼室２１ａに供給された混合ガスを燃焼させる。
【００２９】
吸気バルブ２３はシリンダブロック２１において燃焼室２１ａに臨んで設けられ、開閉動作を行うことにより吸気配管１１と燃焼室２１ａとの間を連通または閉塞する弁である。
【００３０】
排気バルブ２４はシリンダブロック２１において燃焼室２１ａに臨んで設けられ、開閉動作を行うことにより排気配管１３と燃焼室２１ａとの間を連通または閉塞する弁である。
【００３１】
ピストン２５は燃焼室２１ａの内周面に気密的に摺動することにより往復運動する部材である。ピストン２５は燃焼室２１ａに供給された混合ガスが燃焼し、膨張することにより下方（燃焼室２１ａの体積が大きくなる方）に摺動する。
【００３２】
クランク軸２６はピストン２５にコンロッドを介して連結し、シリンダブロックに回動可能に枢着された軸であり、ピストン２５の往復運動により回転運動する。
【００３３】
回転数検出手段２７はクランク軸２６の回転数、すなわちエンジン２の回転数を検出するものである。回転数検出手段２７の具体例としては、磁気ピックアップ式の回転数センサや、ロータリーエンコーダ等が挙げられる。
【００３４】
［冷却水通路４４］
前記クランク軸２６には冷却水ポンプ駆動ギア４０ａが配設され、この冷却水ポンプ駆動ギア４０ａには冷却水ポンプ駆動ギア４０ｂが歯合されている。冷却水ポンプ駆動ギア４０ｂには冷却水ポンプ駆動手段（冷却水ポンプＯＮ／ＯＦＦクラッチ）４１が配設され、冷却水ポンプ駆動手段４１には冷却水ポンプ駆動軸４２を介して冷却水ポンプ４３が接続される。エンジン２によるクランク軸２６の回動は、冷却水ポンプ駆動ギア４０ａ、冷却水ポンプ駆動ギア４０ｂ、冷却水ポンプ駆動手段４１及び冷却水ポンプ駆動軸４２を介して冷却水ポンプ４３に伝えられ、冷却水ポンプ４３を駆動させる。前記冷却水ポンプ駆動手段４１は後述する制御手段６に接続され、この冷却水ポンプ駆動手段４１のＯＮ／ＯＦＦを制御することによって、冷却水ポンプ４３の駆動を制御する構成になっている。但し、冷却水ポンプ駆動手段４１は電動モーター等により構成して直接駆動する構成とすることも可能である。
【００３５】
冷却水ポンプ４３の吐出部及び吸入部（冷却水タンク）には冷却水通路４４が接続され、この冷却水通路４４は排気マニホールド２１ｃ、シリンダブロック２１の近傍を通り、図示しないラジエータ等の熱交換器を経由して再び冷却水ポンプ４３に接続するように配設される。即ち、冷却水通路４４は環状に構成されているのであり、この冷却水通路４４内を冷却水が図１中矢印Ａ及び矢印Ｂの方向に循環することにより、排気マニホールド２１ｃやシリンダブロック２１を冷却させる構成となっている。本実施例においては、この冷却水通路４４上には、電磁式バイパスバルブ４５、冷却水温度検知手段４６、冷却水ヒータ４７が配設され、さらに冷却水通路４４から分岐した排水通路４８上には流路を切り換える電磁式排水バルブ４９が配設されている。
【００３６】
電磁式バイパスバルブ４５、冷却水温度検知手段４６、冷却水ヒータ４７及び電磁式排水バルブ４９はそれぞれ制御手段６に接続される。電磁式バイパスバルブ４５は、その位置（弁）を切り替えることによって、冷却水の停止・循環を制御可能に構成される。冷却水温度検知手段４６は、冷却水通路４４内の冷却水の温度を検知し、制御手段６へと伝達する。冷却水ヒータ４７は冷却水通路４４内の冷却水の温度を上昇させることができる。電磁式排水バルブ４９はその位置を切り替えることによって、冷却水通路４４内の冷却水を図１中矢印Ｃの方向に排水することができる。
【００３７】
［ミキサ３］
以下では、ミキサ３の詳細構成について説明する。
ミキサ３は所望の空燃比の混合ガスを生成してエンジン２に供給するものである。
本実施例のミキサ３は、主に第一燃料供給配管３１、固定式燃料弁３２、ベンチュリ３３、第二燃料供給配管３４、燃料制御弁３５、スロットル弁駆動手段３６、第三燃料供給配管３７、燃料増量弁３８等を具備する。
【００３８】
第一燃料供給配管３１は、燃料を吸気配管１１の内部に供給するための配管である。第一燃料供給配管３１の一端は吸気配管１１の中途部と接続され、他端は図示せぬ燃料供給部（燃料ポンプや燃料タンク等）と接続される。
【００３９】
固定式燃料弁３２は第一燃料供給配管３１の中途部に設けられる弁であり、該固定式燃料弁３２が設けられている部分における第一燃料供給配管３１の断面積を所定の断面積としている。
本実施例の場合、固定式燃料弁３２は第一燃料供給配管３１の中途部に設けられたフランジに螺装される。
固定式燃料弁３２は、組み立て時にそのねじ込み量を調整することにより固定式燃料弁３２が設けられている部分における第一燃料供給配管３１の断面積を所定の断面積に調整することができる。その後、固定式燃料弁３２は固定されて、固定式燃料弁３２が設けられている部分における第一燃料供給配管３１の断面積を所定の断面積に保持する。
【００４０】
ベンチュリ３３は吸気配管１１の内面、かつ、吸気配管１１と第一燃料供給配管３１との接続部分に設けられる。ベンチュリ３３は該ベンチュリ３３が設けられている部分を通過する空気の圧力を低下させることにより、第一燃料供給配管３１内の燃料との間に差圧を生じさせ、該燃料を第一燃料供給配管３１から吸気配管１１に供給する。その結果、混合ガスが生成される。
【００４１】
第二燃料供給配管３４は、第一燃料供給配管３１の中途部において固定式燃料弁３２よりも上流側となる部分と、第一燃料供給配管３１の中途部において固定式燃料弁３２よりも下流側となる部分と、を接続する配管である。
【００４２】
燃料制御弁３５は第二燃料供給配管３４の中途部に設けられ、その開度を０％から１００％の間で任意に変化させることにより第二燃料供給配管３４を通過する燃料の量、ひいては混合ガスに含まれる燃料の量、を調整する弁である。
なお、本明細書における「弁の開度」は、弁を閉じているときに０％とし、弁が完全に開いているとき、すなわち、弁を通過する気体や液体等の流体の流量が最大となるときに１００％とする。
【００４３】
ベンチュリ３３により第一燃料供給配管３１から吸気配管１１に供給される燃料の量は、燃料制御弁３５が閉じているときには固定式燃料弁３２を通過する燃料の量であり、燃料制御弁３５が所定の開度で開いているときには固定式燃料弁３２を通過する燃料の量と燃料制御弁３５を通過する燃料の量とを合わせたものである。
従って、本実施例のミキサ３は、ベンチュリ３３により第一燃料供給配管３１から吸気配管１１に供給される燃料の量を調整することが可能である。結果として、ミキサ３は所望の空燃比の混合ガスを生成してエンジン２に供給することが可能である。
【００４４】
スロットル弁３６は、吸気配管１１の中途部において、ベンチュリ３３が設けられている部分よりも下流側に設けられ、エンジン２への混合ガスの供給量を調整する弁であり、その開度をスロットル弁駆動手段３６ａにより０％から１００％の間で任意に変化させることができる。
【００４５】
第三燃料供給配管３７は、第二燃料供給配管３４の中途部かつ燃料制御弁３５よりも上流側となる部分と、吸気配管１１の中途部かつスロットル弁３６よりも下流側となる部分と、を接続する配管である。
【００４６】
燃料増量弁３８は第三燃料供給配管３７の中途部に設けられ、その開度を０％から１００％の間で任意に変化させることが可能な弁である。
【００４７】
エンジン２に最終的に供給される混合ガスは、燃料増量弁３８が閉じているときには、ベンチュリ３３を通過する空気と、ベンチュリ３３により第一燃料供給配管３１から吸気配管１１に供給された燃料とが混合して生成された混合ガスである。
また、エンジン２に最終的に供給される混合ガスは、燃料増量弁３８が所定の開度で開いているときには、ベンチュリ３３を通過する空気と、ベンチュリ３３により第一燃料供給配管３１から吸気配管１１に供給された燃料とが混合して生成された混合ガスに、第三燃料供給配管３７から吸気配管１１に供給される燃料を混合した混合ガスである。
従って、本実施例のミキサ３は、最終的にエンジン２に供給される混合ガスに含まれる燃料の量を、燃料制御弁３５だけでなく、燃料増量弁３８によっても調整することが可能である。結果として、ミキサ３は所望の空燃比の混合ガスを生成してエンジン２に供給することが可能である。
【００４８】
本実施例のミキサ３は、エンジン２に供給される混合ガスに含まれる燃料の量、言い換えればエンジン２に供給される混合ガスの空燃比、を調整する手段として、燃料制御弁３５と燃料増量弁３８という二つの弁を具備している。
これは、空燃比制御システム１による空燃比制御の精度、すなわち、所望の空燃比を精度良く得ること及び追従性、すなわち、短時間で空燃比を大きく変化させること、を両立させるためである。
本実施例においては、開度が１００％のときに単位時間当たりに燃料が燃料制御弁３５を通過する量を小さく設定し、開度が１００％のときに単位時間当たりに燃料が燃料増量弁３８を通過する量を大きく設定している。
このように構成することにより、燃料制御弁３５の開度を変化させて混合ガスの空燃比を精度良く制御することが可能であり、燃料増量弁３８の開度を変化させて混合ガスの空燃比を短時間で大きく変化させることが可能である。
結果として、リーン領域から理論空燃比を経てリッチ領域までの広い範囲における単位時間当たりの空燃比の変化を容易とする、言い換えれば、空燃比制御の線形性を得ることとを容易としている。
【００４９】
なお、燃料制御弁３５のみでエンジン２に供給される混合ガスの空燃比制御に要求される精度及び追従性を両立させることが可能な場合には、第三燃料供給配管３７及び燃料増量弁３８を省略することが可能である。
【００５０】
［空燃比センサ５］
以下では、空燃比センサ５の詳細構成について説明する。
空燃比センサ５は排気ガスの酸素濃度を検出するものであり、本実施例では排気マニホールド２１ｃ（排気配管１３）に配置されている。
空燃比センサ５の具体例としては、ジルコニア等のセラミックスのように、酸素濃淡電池の原理により起電力を発生する固体電解質を用いたものが挙げられる。
このような空燃比センサ５には、その性質上排気ガス中の酸素濃度を精度良く検出可能な温度域が存在し、本実施例では空燃比センサ５の内部に備えられたヒータに対して暖機通電又は定格通電を行うことで、酸素濃度の検出精度を高めるための温度調節を行っている。
【００５１】
［制御手段６］
以下では、制御手段６の詳細構成について説明する。
制御手段６は、空燃比センサ５により検出された排気ガスの酸素濃度に基づいて、ミキサ３及びエンジン２の動作を制御する。制御手段６は、より具体的にはＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等がバスで接続される構成であっても良く、あるいは、ワンチップのＬＳＩ等からなる構成であっても良い。
【００５２】
本実施例の制御手段６は、冷却水温度検知手段４６及び空燃比センサ５と接続され、これらにより検出される冷却水通路４４における冷却水の温度、並びに排気ガスの酸素濃度を取得することが可能である。
また、制御手段６は、始動手段７、エンジン２の点火プラグ２２、吸気バルブ２３及び排気バルブ２４（より厳密には、吸気バルブ２３及び排気バルブ２４を開閉するためのアクチュエータ）、燃料制御弁３５、スロットル弁駆動手段３６、燃料増量弁３８と接続される。
従って、制御手段６は、始動手段７をＯＮ・ＯＦＦすることによってエンジン２の始動・停止を制御し、さらに点火プラグ２２の点火及びそのタイミングの作動制御、吸気バルブ２３及び排気バルブ２４それぞれの開閉タイミングの作動制御、燃料制御弁３５、スロットル弁駆動手段３６ａ及び燃料増量弁３８のぞれぞれの開度の作動制御を行う、すなわち、ミキサ３及びエンジン２の動作を制御することが可能である。
また、制御手段６にはミキサ３及びエンジン２の動作を制御するための種々のプログラム、冷却水通路４４における冷却水の設定温度等のデータが格納され、空燃比センサ５により検出される排気ガスの酸素濃度に基づいて、当該排気ガスの元となる混合ガスの空燃比を算出する。
そして、制御手段６は、例えばエンジン２が発電装置に具備される場合には、単位時間当たりの発電量を所望の値とする所定のエンジン２の回転数を維持するために、回転数検出手段２７により検出されるエンジン２の回転数が該所定のエンジン２の回転数よりも小さい場合にはスロットル弁３６の開度を大きくする等して、エンジン２の回転数を増加させる。
【００５３】
［制御方法］
次に、図１及び図２を用いて、空燃比制御システム１の、実施例１に係る制御方法について説明する。図１は本発明に係る空燃比制御システムを示す模式図、図２は空燃比制御システムの実施例１に係る制御フロー図である。当該制御方法は、制御手段６に格納されたプログラム及びデータ等により達成されるものである。
【００５４】
以下に、本実施例における制御フローについて説明する。
まず、始動手段７をＯＮし、エンジン２を起動すると、ステップＳ１１に移行する。
【００５５】
ステップＳ１１において、搭載作業機のアイドリング毎分回転数がＡ１回転増加する。
【００５６】
ステップＳ１２において、アイドリング回転数が上昇してから所定時間Ｔ１ｓｅｃが経過したか否かを判断する。所定時間を経過していればステップＳ１３に移行し、経過していなければステップＳ１１の処理を継続して行う。
【００５７】
ステップＳ１３において、冷却水温度検知手段４６で検出した冷却水の水温が、予め設定された目標温度Ｂ１℃に達したか否かを判断する。目標温度に達していればステップＳ１４に移行し、達していなければステップＳ１１及びステップＳ１２の処理を継続して行う。
【００５８】
ステップＳ１４において、搭載作業機のアイドリング回転数が毎分Ａ１回転減少し、通常のアイドリング回転数に戻る。
【００５９】
ステップＳ１５において、空燃比センサ５によって酸素濃度が検出され、制御手段６を介してフィードバックが開始される。
【００６０】
このように、空燃比センサ５を排気マニホールド２１ｃに配置し、前記空燃比センサ５と、点火プラグ２２と、スロットル弁駆動手段３６と、燃料制御弁３５を制御手段６と接続して、前記空燃比センサ５の検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジン２であって、前記制御手段６に始動手段７と冷却水温度検知手段４６を接続し、エンジン２始動時に設定時間（Ｔ１ｓｅｃ）エンジン回転数を設定回転数（Ａ１回転／分）増加させ、エンジン冷却水の温度が目標温度（Ｂ１℃）に達すると、アイドル回転数に戻すように制御される。
【００６１】
以上の如く構成することにより、空燃比制御システム１は、冷却水温度検知手段２９で検出された冷却水の温度が目標温度Ｂ１℃に達していなければ、即ち排気マニホールド２１ｃ周辺の温度が充分上がっていなければ、エンジン回転数の増加状態を継続する。冷却水の温度が目標温度Ｂ１℃に達していれば、即ち排気マニホールド２１ｃ周辺の温度が充分上がっていれば、エンジン回転数を通常のアイドリング回転数に戻して、空燃比センサ５による酸素濃度が検出され、制御手段６を介してフィードバック制御が行われるのである。
【００６２】
これにより、始動時の回転数を増加させてシリンダブロック２１を温めることにより、排気マニホールド２１ｃ内で発生した水が温められて短時間で蒸発するので、この水が空燃比センサ５に付着することがなく、センサ素子のクラックを防止できるのである。
【００６３】
［実施例２］
次に、図１及び図３を用いて、空燃比制御システム１の、実施例２に係る制御方法について説明する。図３は空燃比制御システムの実施例２に係る制御フロー図である。なお本実施例以降において説明する空燃比制御システム１の動作において、各実施例と共通する部分については、同符号を付してその説明を省略する。
【００６４】
以下に、本実施例における制御フローについて説明する。
まず、始動手段７をＯＮし、エンジン２を起動すると、ステップＳ２１に移行する。
【００６５】
ステップＳ２１において、点火プラグ２２による点火時期をＸ°分リタードさせる。
【００６６】
ステップＳ２２において、点火時期をリタードしてから所定時間Ｔ２ｓｅｃが経過したか否かを判断する。所定時間を経過していればステップＳ２３に移行し、経過していなければステップＳ２１の処理を継続して行う。
【００６７】
ステップＳ２３において、冷却水温度検知手段４６で検出した冷却水の水温が、予め設定された目標温度Ｂ２℃に達したか否かを判断する。目標温度に達していればステップＳ２４に移行し、達していなければステップＳ２１及びステップＳ２２の処理を継続して行う。
【００６８】
ステップＳ２４において、点火プラグ２２による点火時期をＸ°分進め、通常の点火時期に戻す。
【００６９】
ステップＳ２５において、空燃比センサ５によって酸素濃度が検出され、制御手段６を介してフィードバックが開始される。
【００７０】
このように、空燃比センサを５排気マニホールド２１ｃに配置し、前記空燃比センサ５と、点火プラグ２２と、スロットル弁駆動手段３６と、燃料制御弁３５を制御手段６と接続して、前記空燃比センサ５の検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジン２であって、前記制御手段６に始動手段７と冷却水温度検知手段４６を接続し、エンジン２始動時に設定時間（Ｔ２ｓｅｃ）の間、点火時期をリタードさせることで燃焼温度を上昇させ、エンジン冷却水の温度が目標温度（Ｂ２℃）に達すると、点火時期を通常に戻すように制御される。
【００７１】
以上の如く構成することにより、空燃比制御システム１は、冷却水温度検知手段２９で検出された冷却水の温度が目標温度Ｂ２℃に達していなければ、即ち排気マニホールド２１ｃ周辺の温度が充分上がっていなければ、点火時期のリタード状態を継続する。冷却水の温度が目標温度Ｂ２℃に達していれば、即ち排気マニホールド２１ｃ周辺の温度が充分上がっていれば、点火時期を通常に戻して、空燃比センサ５による酸素濃度が検出され、制御手段６を介してフィードバック制御が行われるのである。
【００７２】
これにより、始動時の燃焼温度を高くすることにより、排気マニホールド２１ｃ内で発生した水が温められて短時間で蒸発するので、空燃比センサ５に付着することがなく、センサ素子のクラックを防止できるのである。
【００７３】
［実施例３］
次に、空燃比制御システム１の実施例３に係る制御方法について説明する。
【００７４】
本実施例における制御手段６は、冷却水ヒータ４７と接続され、冷却水通路４４内の冷却水の温度を上昇させることができる。即ち、空燃比センサ５を排気マニホールド２１ｃに配置し、前記排気マニホールド２１ｃの周囲に冷却水通路４４を設けるとともに、前記空燃比センサ５と、点火プラグ２２と、スロットル弁駆動手段３６と、燃料制御弁３５を制御手段６と接続して、空燃比センサ５の検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジン２であって、前記冷却水通路４４に冷却水ヒータ４７を配置し、該冷却水ヒータ４７と始動手段７を制御手段６と接続し、始動時に前記冷却水ヒータ４７が作動するように制御される。
【００７５】
これにより、始動時に排気マニホールド２１ｃの周囲を温めることができ、空燃比センサ５に水が付着することがなく、センサ素子のクラックを防止できるのである。
【００７６】
［実施例４］
次に、図１及び図４を用いて、空燃比制御システム１の、実施例４に係る制御方法について説明する。図４は空燃比制御システムの実施例４に係る制御フロー図である。
本実施例における制御手段６は、冷却水ポンプ駆動手段（冷却水ポンプＯＮ／ＯＦＦクラッチ）４１と接続され、冷却水ポンプ４３の駆動を制御することができる構成である。
【００７７】
以下に、本実施例における制御フローについて説明する。
まず、始動手段７をＯＮし、エンジン２を起動すると、ステップＳ４１に移行する。
【００７８】
ステップＳ４１において、冷却水ポンプ駆動手段（冷却水ポンプＯＮ／ＯＦＦクラッチ）４１をＯＦＦにして冷却水ポンプ４３を停止させる。
【００７９】
ステップＳ４２において、冷却水温度検知手段４６で検出した冷却水の水温が、予め設定された目標温度Ｂ３℃に達したか否かを判断する。目標温度に達していればステップＳ４３に移行し、達していなければステップＳ４１の処理を継続して行う。
【００８０】
ステップＳ４３において、冷却水ポンプ駆動手段（冷却水ポンプＯＮ／ＯＦＦクラッチ）４１をＯＮにして冷却水ポンプ４３を起動させる。
【００８１】
ステップＳ４４において、空燃比センサ５によって酸素濃度が検出され、制御手段６を介してフィードバックが開始される。
【００８２】
このように、空燃比センサ５を排気マニホールド２１ｃに配置し、前記排気マニホールド２１ｃの周囲に冷却水通路４４を設けるとともに、前記空燃比センサ５と、点火プラグ２２と、スロットル弁駆動手段３６と、燃料制御弁３５を制御手段６と接続して、空燃比センサ５の検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジン２であって、前記制御手段６に始動手段７と冷却水温度検知手段４６と冷却水ポンプ駆動手段４１を接続して、エンジン２始動時に冷却水ポンプ駆動手段４１の作動が停止され、エンジン冷却水の温度が設定温度に達すると、冷却水ポンプ駆動手段４１が作動されるように制御される。
【００８３】
以上の如く構成することにより、空燃比制御システム１は、冷却水温度検知手段２９で検出された冷却水の温度が目標温度Ｂ３℃に達していなければ、即ち排気マニホールド２１ｃ周辺の温度が充分上がっていなければ、冷却水ポンプ４３の停止状態を継続する。冷却水の温度が目標温度Ｂ３℃に達していれば、即ち排気マニホールド２１ｃ周辺の温度が充分上がっていれば、冷却水ポンプ４３を起動させ、空燃比センサ５による酸素濃度が検出され、制御手段６を介してフィードバック制御が行われるのである。
【００８４】
これにより、始動時にシリンダブロック２１や排気マニホールド２１ｃが冷やされることがなく、排気マニホールド２１ｃを速く温めることができるので、空燃比センサ５に水が付着しないようにして、センサ素子のクラックを防止できるのである。
【００８５】
［実施例５］
次に、図１及び図５を用いて、空燃比制御システム１の、実施例５に係る制御方法について説明する。図５は空燃比制御システムの実施例５に係る制御フロー図である。
本実施例における制御手段６は、電磁式排水バルブ４９と接続され、電磁式排水バルブ４９はその位置を切り替えることによって、冷却水通路４４内の冷却水を排水する（タンクへ戻す）ことができる構成である。
【００８６】
以下に、本実施例における制御フローについて説明する。
まず、始動手段７をＯＮし、エンジン２を起動すると、ステップＳ５１に移行する。
【００８７】
ステップＳ５１において、電磁式排水バルブ４９を駆動させ、冷却水通路４４内の冷却水を排水させる。
【００８８】
ステップＳ５２において、冷却水を排水してから所定時間Ｔ３ｓｅｃが経過したか否かを判断する。所定時間を経過していればステップＳ５３に移行し、経過していなければステップＳ５１の処理を継続して行う。
【００８９】
ステップＳ５３において、電磁式排水バルブ４９を停止させ、冷却水通路４４内に冷却水を入水させる。
【００９０】
ステップＳ５４において、空燃比センサ５によって酸素濃度が検出され、制御手段６を介してフィードバックが開始される。
【００９１】
このように、空燃比センサ５を排気マニホールド２１ｃに配置し、前記排気マニホールド２１ｃの周囲に冷却水通路４４を設けるとともに、前記空燃比センサ５と、点火プラグ２２と、スロットル弁駆動手段３６と、燃料制御弁３５とを制御手段６と接続して、空燃比センサ５の検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジン２であって、前記冷却水通路４４に電磁式排水バルブ４９を接続し、前記制御手段６に始動手段７と冷却水温度検知手段４６と電磁式排水バルブ４９を接続し、エンジン２始動時に電磁式排水バルブ４９を開き排水し、排水してから設定時間Ｔ３ｓｅｃ経過すると、電磁式排水バルブ４９を閉じるように制御される。
【００９２】
以上の如く構成することにより、空燃比制御システム１は、一定時間冷却水が排水され、始動時にシリンダブロック２１や排気マニホールド２１ｃが冷やされることがなく、排気マニホールド２１ｃを速く温めることができるので、空燃比センサ５に水が付着しないようにして、センサ素子のクラックを防止できるのである。
［実施例６］
次に、空燃比制御システム１の実施例６に係る制御方法について説明する。
【００９３】
本実施例における制御手段６は、電磁式バイパスバルブ４５と接続され、電磁式バイパスバルブ４５は、その位置を切り替えることによって、冷却水の停止・循環を制御可能に構成される。即ち、空燃比センサ５を排気マニホールド２１ｃに配置し、前記排気マニホールド２１ｃの周囲に冷却水通路４４を設けるとともに、前記空燃比センサ５と、点火プラグ２２と、スロットル弁駆動手段３６と、燃料制御弁３５とを制御手段６と接続して、空燃比センサ５の検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジン２であって、前記冷却水通路４４の入口側に電磁式バイパスバルブ４５を接続し、前記制御手段６に始動手段７と冷却水温度検知手段４６と電磁式バイパスバルブ４５を接続し、エンジン２始動時に電磁式バイパスバルブ４５を切り替えて冷却を停止し、エンジン冷却水の温度が設定温度に達すると、電磁式バイパスバルブ４５を元の位置に切り替えるように制御される。
【００９４】
これにより、始動時に冷却水が排気マニホールド２１ｃに流されることがなく、排気マニホールド２１ｃが冷やされないため、排気マニホールド２１ｃを速く温めることができるので、空燃比センサ５に水が付着することがなく、センサ素子のクラックを防止できるのである。
［実施例７］
次に、空燃比制御システム１の実施例７に係る制御方法について説明する。
【００９５】
本実施例における制御手段６は、エアクリーナ１２と吸気配管１１との接続部に配設されるエアヒータ１４と接続され、このエアヒータ１４によってエンジン２に吸入する空気の温度が上昇可能に構成される。即ち、エアクリーナ１２近傍にエアヒータ１４を配置し、前記制御手段６に始動手段７と冷却水温度検知手段４６とエアヒータ１４を接続し、エンジン２始動時にエアヒータ１４を作動し、エンジン冷却水の温度が設定温度に達すると、エアヒータ１４を停止するように制御される。
【００９６】
これにより、始動時に吸気するエアを温めて、始動性を向上し、排気温度も上昇させることができるので、空燃比センサ５に水が付着することがなく、センサ素子のクラックを防止できるのである。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係る空燃比制御システムを示す模式図。
【図２】空燃比制御システムの実施例１に係る制御フロー図。
【図３】空燃比制御システムの実施例２に係る制御フロー図。
【図４】空燃比制御システムの実施例４に係る制御フロー図。
【図５】空燃比制御システムの実施例５に係る制御フロー図。
【符号の説明】
【００９８】
１    空燃比制御システム
２    エンジン
３    ミキサ
５    空燃比センサ
６    制御手段
７    始動手段
【図１】
2008267349.tif 000003
【図２】
2008267349.tif 000004
【図３】
2008267349.tif 000005
【図４】
2008267349.tif 000006
【図５】
2008267349.tif 000007