(57)【要約】【課題】空燃比制御システムの回転数制御において、コントローラ７１より出力される制御信号は、出力回転数と負荷との関係より求められるスロットル弁２５の開度調節のゲインを用いて算出されるものである。しかしながら、ある回転数における負荷とスロットル弁２５の開度との関係は時間の経過と共に変化する。そのため、負荷を用いてスロットル弁２５のガバニングゲインを算出しても、スロットル特性が経時変化するので、算出されたガバニングゲインでスロットル弁２５の開度調節を行っても時間と共に適切な制御を行うことが不可能となる。【解決手段】燃料制御弁２２と、スロットル弁２５と、燃料増量弁２７と、ＥＣＵ１０と、を具備する空燃比制御システムにおいて、ＥＣＵ１０に含まれるコントローラ７１は、スロットル弁２５の開度に基づいて、エンジンの回転数制御におけるゲインを算出する。【選択図】      図１
2004293345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気と燃料との混合気を生成するベンチュリに供給する燃料の量を制御する燃料制御弁と、
上記混合気の量を制御するスロットル弁と、
上記スロットル弁を通過した混合気に燃料を供給するための燃料増量弁と、
上記燃料制御弁、上記スロットル弁、及び上記燃料増量弁を制御する制御手段と、
を具備する空燃比制御システムにおいて、
上記制御手段は、上記スロットル弁の開度に基づいて、エンジンの回転数制御におけるゲインを算出することを特徴とする空燃比制御システム。
【請求項２】
空気と燃料との混合気を生成するベンチュリに供給する燃料の量を制御する燃料制御弁と、
上記混合気の量を制御するスロットル弁と、
上記スロットル弁を通過した混合気に燃料を供給するための燃料増量弁と、
上記燃料制御弁、上記スロットル弁、及び上記燃料増量弁を制御する制御手段と、
を具備する空燃比制御システムにおいて、
上記スロットル弁が予め定められる所定の開度より閉じていると判断された場合に、上記燃料制御弁を閉じる制御を行うことを特徴とする空燃比制御システム。
【請求項３】
空気と燃料との混合気を生成するベンチュリに供給する燃料の量を制御する燃料制御弁と、
上記混合気の量を制御するスロットル弁と、
上記スロットル弁を通過した混合気に燃料を供給するための燃料増量弁と、
上記燃料制御弁、上記スロットル弁、及び上記燃料増量弁を制御する制御手段と、
を具備する空燃比制御システムにおいて、
高負荷時であって、スロットル弁の開度が燃料増量弁の作動開始開度以上になった場合に、上記燃料制御弁を閉じる制御を行うことを特徴とする空燃比制御システム。
【請求項４】
空気と燃料との混合気を生成するベンチュリに供給する燃料の量を制御する燃料制御弁と、
上記混合気の量を制御するスロットル弁と、
上記スロットル弁を通過した混合気に燃料を供給するための燃料増量弁と、
上記燃料制御弁、上記スロットル弁、及び上記燃料増量弁を制御する制御手段と、
を具備する空燃比制御システムにおいて、
エンジンを初めて作動させる場合に、空気過剰率を１になるように制御し、その際に上記燃料制御弁の開度に基づいてガスの種別を判定することを特徴とする空燃比制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料制御弁、スロットル弁、燃料増量弁、空燃比センサ、及び制御手段を具備するガスエンジンの空燃比制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、図１に示すようなガスエンジンの一例であるエンジン６０に供給される混合気を制御するための空燃比制御システムがある。
図１に示す従来の空燃比制御システムに関するハードウェアの概略構成について簡単に説明する。
先ず、ベンチュリ２３がエアクリーナ３０を介して空気を取り入れる吸気通路に配置され、該ベンチュリ２３部分を通過するときに発生する負圧を利用して燃料が吸入されて、該空気と燃料との混合気を生成する。
上記ベンチュリ２３に供給される燃料は燃料制御弁２２によってその量が調節される。具体的には、燃料制御弁２２が具備するアクチュエータとしてのステッピングモータを制御手段の一例であるＥＣＵ１０（電子制御装置）で制御することによって該燃料の量を調節している。
尚、燃料制御弁２２を通過してベンチュリ２３に燃料を供給する系統の他に、固定弁２１を通過してベンチュリ２３に燃料を供給する系統がある。
ベンチュリ２３で生成された混合気はスロットル弁２５に到達し、該スロットル弁２５の開度によって、スロットル弁２５を通過する混合気の流量が変化する。
具体的には、スロットル弁２５の開度が開くことによって混合気の流量が増加し、他方該開度が閉じることによって混合気の流量が減少する。
更に、スロットル弁２５の下流側（エンジン６０側）には、燃料増量弁２７によって調節された燃料が供給される。
この燃料増量弁２７が設けられる目的は以下である。
一般的に、スロットル弁２５の開度が全開に近づくと、混合気の流路の断面積の変化量が鈍化するため、スロットル弁２５を通過する「混合気の流量」の増加量（変化量）が鈍化する特性がある。（即ち、混合気の流路の正味の断面積は、混合気の流路となる管の全断面積からスロットル弁２５の弁体の断面積面に対する射影像の面積を引いたものである。）
そのため、「混合気の流量」の増加量が鈍化することによって、エンジン６０へ供給する「混合気中の燃料量」も抑制される。
即ち、スロットル弁２５の開度が全閉から中程度であると、線形性（スロットル弁２５の開度と「混合気中の燃料量」とが比例する）を示すが、中程度から全開の領域では該線形性が失われて非線形特性となることが一般に知られている。
つまり、スロットル弁２５の開度を大きくしても、エンジン出力があまり伸びなくなってしまう。
【０００３】
そこで、上記非線形特性となる領域（上述のスロットル弁２５の開度が中程度から全開）において、混合気に燃料を補うことによって混合気中の燃料量が近似的に線形性を示すように、上記燃料増量弁２７をスロットル弁２５の下流側に設けている。
つまり、スロットル弁２５の開度が中程度になったときに、連動して燃料増量弁２７の開度が開くことによって、混合気に燃料を補うことで「混合気中の燃料量」を近似的に線形性となるように補償することが可能となる。
このような制御を行っている従来の空燃比制御システムの具体例としては下記特許文献１、２、３に示すものがある。
また、このように含有する燃料量が制御された混合気は、エンジン６０のシリンダ４０内に吸入弁４１を介して吸入され、吸入弁４１及び排気弁４２が閉じた状態でピストン４５によって圧縮されて点火プラグ４３による点火によって爆発する。そして、このピストン４５の昇降によりクランク軸が回転され、その回転数が回転数センサ４４により検知され、ＥＣＵ１０に入力される。
上記爆発後の排気ガスは排気弁４２を介して排出される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２９５２９９号公報
【特許文献２】
特開平６−３４１３３５号公報
【特許文献３】
特開平１１−２２５５１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記スロットル弁２５において経時的に変化する特性の１つにスロットル特性というのがある。
このスロットル特性を表す指標の一例としては「エンジン６０に掛かる負荷」と「スロットル弁２５の開度」との関係がある。
例えば、該関係は、空燃比制御システムの製造当初の初期的段階においては、図２に示す曲線Ｐ１のようになることが一般的に知られている。
尚、図２は、エンジン６０の回転数をある一定の値に固定した場合における関係を示している。
しかしながら、経時変化によってスロットル弁２５の特性が変化するため、例えば、該曲線Ｐ１は漸次変化して曲線Ｐ２になる。
つまり、負荷とスロットル弁２５の開度との関係は、時間の経過と共に変化する。
このように、負荷とスロットル弁２５の開度との関係が経時的に変化すると、以下のような問題が発生する。
【０００６】
従来のエンジン６０の回転数制御は、例えば図３に示すようなブロック線図に示すような制御モデルで行われている。
エンジン６０の出力の一例である目標回転数７０がＥＣＵ１０に目標値として入力され、エンジン６０の現状の出力回転数との偏差が加え合わせ点７４で算出され、該偏差はＥＣＵ１０内部に設けられるコントローラ７１に入力されて制御信号が出力される。
尚、コントローラ７１は、一般的なＰＩ制御、ＰＩＤ制御、若しくはその他の制御手法で制御を行うものである。
更に、コントローラ７１より出力された制御信号は、制御対象であるスロットル弁２５を駆動するステッピングモータに入力される。
この入力によってスロットル弁２５の開度（操作量）が変更され、エンジン６０はそのスロットル弁２５の開度（操作量）に応じた回転数に近づこうとし、その出力回転数が回転数センサ４４で検出される。
この出力回転数は、再び加え合わせ点７４にフィードバックされて上述のフィードバック制御を繰り返す。
該フィードバック制御を以下では「回転数制御」と呼ぶ。
【０００７】
この回転数制御において、コントローラ７１より出力される制御信号は、コントローラ７１にて「出力回転数」と「負荷」との関係より求められるスロットル弁２５の開度調節のゲイン（以下、「ガバニングゲイン」とする）を用いて算出されるものである。
しかしながら、既に図２を用いて説明したように、ある回転数における「負荷」と「スロットル弁２５の開度」との関係は時間の経過と共に変化する（曲線Ｐ１→曲線Ｐ２）。
そのため、該「負荷」を用いてスロットル弁２５のガバニングゲインを算出しても、スロットル特性が経時変化するので、該算出されたガバニングゲインでスロットル弁２５の開度調節を行っても時間と共に適切な制御を行うことが不可能となる。
【０００８】
また、上述のようにスロットル特性等の各種特性が経時変化するので、上記ガバニングゲインに限らず、エンジン６０のシリンダ４０に供給される混合気が次第にリッチに偏ったり、該混合気のリッチ化によってエンジン６０においてノッキング等が次第に発生する問題がある。
【０００９】
更にまた、上述においては、空燃比制御システムの運転中の経時変化による問題点について述べたが、一方、該空燃比制御システムを据え付ける等の初めて稼動させる場合は、該供給される燃料の種類（メタン、プロパン等のガスの他、灯油、ガソリン等の液体燃料）を判別する必要が生じる。
【００１０】
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スロットル弁の経時変化の影響を受ける「負荷」を用いることなくスロットル弁のガバニングゲインを定めることを可能にすると共に、ノッキング等の問題が発生しにくく、空燃比制御システムの据え付け時等において使用する燃料を判別することも可能にする空燃比制御システムを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明は、請求項１においては、空気と燃料との混合気を生成するベンチュリに供給する燃料の量を制御する燃料制御弁と、
上記混合気の量を制御するスロットル弁と、
上記スロットル弁を通過した混合気に燃料を供給するための燃料増量弁と、
上記燃料制御弁、上記スロットル弁、及び上記燃料増量弁を制御する制御手段と、
を具備する空燃比制御システムにおいて、
上記制御手段は、上記スロットル弁の開度に基づいて、エンジンの回転数制御におけるゲインを算出することを特徴とする空燃比制御システムとして構成している。
【００１３】
請求項２においては、空気と燃料との混合気を生成するベンチュリに供給する燃料の量を制御する燃料制御弁と、
上記混合気の量を制御するスロットル弁と、
上記スロットル弁を通過した混合気に燃料を供給するための燃料増量弁と、
上記燃料制御弁、上記スロットル弁、及び上記燃料増量弁を制御する制御手段と、
を具備する空燃比制御システムにおいて、
上記スロットル弁が予め定められる所定の開度より閉じていると判断された場合に、上記燃料制御弁を閉じる制御を行うことを特徴とする空燃比制御システムとして構成している。
【００１４】
請求項３においては、空気と燃料との混合気を生成するベンチュリに供給する燃料の量を制御する燃料制御弁と、
上記混合気の量を制御するスロットル弁と、
上記スロットル弁を通過した混合気に燃料を供給するための燃料増量弁と、
上記燃料制御弁、上記スロットル弁、及び上記燃料増量弁を制御する制御手段と、
を具備する空燃比制御システムにおいて、
高負荷時であって、スロットル弁の開度が燃料増量弁の作動開始開度以上になった場合に、上記燃料制御弁を閉じる制御を行うことを特徴とする空燃比制御システムとして構成している。
【００１５】
請求項４においては、空気と燃料との混合気を生成するベンチュリに供給する燃料の量を制御する燃料制御弁と、
上記混合気の量を制御するスロットル弁と、
上記スロットル弁を通過した混合気に燃料を供給するための燃料増量弁と、
上記燃料制御弁、上記スロットル弁、及び上記燃料増量弁を制御する制御手段と、
を具備する空燃比制御システムにおいて、
エンジンを初めて作動させる場合に、空気過剰率を１になるように制御し、その際に上記燃料制御弁の開度に基づいてガスの種別を判定することを特徴とする空燃比制御システムとして構成している。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
図１は本発明の実施の形態に係る空燃比制御システムの概略構成図、図２は負荷とスロットル弁２５の開度との関係の一例を示したグラフ、図３はエンジンの回転数制御の一般的な制御モデルの一例を示したブロック線図、図４は空気過剰率とスロットル弁２５の開度との関係の一例を示したグラフ図、図５はＥＣＵ１０が行う一連の処理の一例を示すフローチャート、図６はＥＣＵ１０が行う一連の処理の一例を示すフローチャート、図７は燃料制御弁２２の開度と空気過剰率との関係の一例を示したグラフ、図８はＥＣＵ１０が行う一連の処理の一例を示すフローチャートである。
【００１７】
先ず、本発明の実施の形態に係る空燃比制御システムの概略構成について図１を用いて説明する。
本発明の実施の形態に係る空燃比制御システムのハードウェアの概略構成は、既に上述した従来の空燃比制御システムと同様の構成を有しているが、再度ここで更に詳しく説明する。
先ず、エアクリーナ３０より取り入れた空気（外気）と、ガス、ガソリン等の燃料とを混合させることによって混合気を生成するミキサ２０について説明する。
ミキサ２０は、主として、ベンチュリ２３、燃料制御弁２２、固定弁２１、燃料増量弁２７、及びスロットル弁２５を具備して概略構成されるものである。
上記ベンチュリ２３は、エンジン６０の吸気によって発生する負圧を利用してエアクリーナ３０を介して空気を取り入れ、該空気と燃料との混合気を生成する。
上記ベンチュリ２３に供給される燃料は、燃料制御弁２２によってその量が調節される。
具体的には、燃料制御弁２２が具備するステッピングモータを、制御手段の一例であるＥＣＵ１０（電子制御装置）で制御することによって該燃料の量を調節している。
また、図１に示すように、ベンチュリ２３に燃料を供給する系統としては、上記燃料制御弁２２を通過する系統の他に固定弁２１を通過する系統がある。
この固定弁２１は、予め定められた量の燃料だけをベンチュリ２３に供給するためのものである。
したがって、固定弁２１の弁はＥＣＵ１０等によって制御されることなく、ミキサ２０の製造時若しくは据え付け時等のメンテナンス時に予め調整されるのみであり運用時は一定の開度で固定されるものである。
つまり、ＥＣＵ１０が燃料制御弁２２を制御することによって、ベンチュリ２３で生成される混合気中の空燃比を変化させることが可能となる。
このようにして生成された混合気は、スロットル弁２５に到達し、該スロットル弁２５の開度によってスロットル弁２５を通過する混合気の流量が変化する。
具体的には、スロットル弁２５の開度は上記ＥＣＵ１０によって制御され、スロットル弁２５の開度が開くことによって通過する混合気の流量が増加し、他方該開度が閉じることによって通過する混合気の流量が減少する。
更に、スロットル弁２５の下流側（エンジン６０側）には、燃料増量弁２７によって調節された燃料が供給される。
【００１８】
この燃料増量弁２７が設けられる目的は以下である。
一般的に、スロットル弁２５の開度が全開に近づくと、混合気の流路の断面積の変化量が鈍化するため、スロットル弁２５を通過する「混合気の流量」の増加量（変化量）が鈍化する特性がある。（即ち、混合気の流路の正味の断面積は、混合気の流路となる管の全断面積からスロットル弁２５の弁体の断面積面に対する射影像の面積を引いたものである。）
そのため、「混合気の流量」の増加量が鈍化することによって、エンジン６０へ供給する「混合気中の燃料量」も抑制される。
即ち、スロットル弁２５の開度が全閉から中程度であると、線形性（スロットル弁２５の開度と「混合気中の燃料量」とが比例する）を示すが、中程度から全開の領域では該線形性が失われて非線形特性となる。
つまり、スロットル弁２５の開度を大きくしても、エンジン出力があまり伸びなくなってしまう。
【００１９】
そこで、上記非線形特性となる領域（スロットル弁２５の開度が中程度から全開）において、混合気に燃料を補うことによって混合気中の燃料量が近似的に線形性を示すように、上記燃料増量弁２７をスロットル弁２５の下流側に設けている。
該燃料増量弁２７は、スロットル弁２５の開度が中程度から全開となるときに、その弁が開くように機械的に（歯車等を介して）スロットル弁２５と連動する構成となっている。
この場合に、燃料増量弁２７の弁が開き始めるスロットル弁２５の開度を「燃料増量弁作動開始開度」と称し、該「燃料増量弁作動開始開度」は予めＥＣＵ１０に記憶されるデータの１つである。
つまり、スロットル弁２５の開度が中程度になったときに、連動して燃料増量弁２７の開度が開くことによって、混合気に燃料を補うことで「混合気中の燃料量」を近似的に線形性となるように補償することが可能となる。
また、このように含有する燃料量が制御された混合気は、エンジン６０のシリンダ４０内に吸入弁４１を介して吸入され、吸入弁４１及び排気弁４２が閉じた状態でピストン４５によって圧縮されて点火プラグ４３による点火によって爆発する。そして、上記爆発後の排気は排気弁４２を介して排出される。
【００２０】
このとき、排気ガス中の空燃比を計測するのが空燃比センサ５０であり、ＥＣＵ１０はこの空燃比センサ５０の検出結果に基づいて、シリンダ４０に吸入される混合気の空燃比を算出することを可能にしている。
【００２１】
また、ＥＣＵ１０は、上記燃料制御弁２２、上記スロットル弁２５、及び上記燃料増量弁２７の開度をセンサ等を用いて検出すると共に、エンジン６０の回転数センサ４４や空燃比センサ５０の出力値も併せて取得し、これらに基づいて、上記燃料制御弁２２、上記スロットル弁２５、及び上記点火プラグ４３を制御するための制御手段の一例である。
したがって、ＥＣＵ１０は、上記各部と通信する通信機能、上記制御に関するデータやプログラムの記憶機能、該データやプログラムを実行するための展開機能及び演算機能等を具備するものである。
具体的には、上記ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等がバスで接続される構成であっても良いし、或いは、ワンチップのＬＳＩ等で上記機能を全て具備する構成であっても良い。
【００２２】
＜回転数制御について＞
上述のように概略構成された本発明の実施の形態に係る空燃比制御システムのブロック線図の構成は、既に図３で説明したブロック線図と同様であるが、コントローラ７１で行うガバニングゲインの算出手法が下記の点で異なるため、経時変化するスロットル特性に応じて回転数を適切に制御することが可能となる。
本発明の実施の形態に係る空燃比制御システムの場合、加え合わせ点７４において算出される目標回転数と現状のエンジン６０の出力回転数との偏差はコントローラ７１に入力された後、コントローラ７１はガバニングゲインを算出する。
ここで、上記コントローラ７１がガバニングゲインの算出する際に、以下の関係を利用する。
図４に示される混合気の空燃比等の状態を示す指標の一例である「空気過剰率」と「スロットル弁２５の開度」との関係は、殆ど経時変化しない関係であることが一般的に知られている。
（尚、上記「空気過剰率」は、別の通称としては「体積効率」、又は単に「空燃比」と言われる場合がある。）
つまり、上記「空気過剰率」と上記「スロットル弁２５の開度」との関係が経時的に不変（殆ど変化しない）であることは、従来の「負荷」と「スロットル弁２５の開度」との関係（図２）が経時的に変化することとは大きく異なる点であるので、従来の「負荷」の代わりに上記「空気過剰率」をガバニングゲイン算出時に利用することが望ましい。
【００２３】
そこで先ず、「出力回転数」、「空気過剰率」、及び「ガバニングゲイン」の３つの量を、空燃比制御システムが適切に制御できるように対応させて関連付けた「対応テーブル」（若しくは対応マップ）として予めＥＣＵ１０記憶させておく。
この対応テーブル（若しくは対応マップ）は、予め空燃比制御システムの開発や製造過程における試験等によって定められるものである。
この場合に、本発明の空燃比制御システムでは上述したように排気ガス中の空燃比を検出するための空燃比センサ５０を設けているので、ＥＣＵ１０が該空燃比センサ５０の検出結果に基づいて混合気の空燃比（即ち、空気過剰率）を算出する。
このように構成する場合に以下に示す処理を行う。
先ずＥＣＵ１０は、回転数センサ４４から「出力回転数」を取得すると共に、空燃比センサ５０の検出結果に基づいて「空気過剰率」を算出する等の状態把握処理を行う。
続いて、ＥＣＵ１０は、上記状態把握処理において把握した「出力回転数」と「空気過剰率」とに対応する「ガバニングゲイン（制御値）」を、「対応テーブル」より抽出する抽出処理を行う。
そして、ＥＣＵ１０は、この抽出処理によって抽出された「ガバニングゲイン」をＥＣＵ１０内部に具備するコントローラ７１に送出する。
そして、コントローラ７１は、上記「ガバニングゲイン」を用いてスロットル弁２５の開度を調節する。
このようにＥＣＵ１０及びコントローラ７１が処理を行うことで、適切な「ガバニングゲイン」を容易に算出することが可能となると共に、従来とは異なってスロットル特性等の経時変化の影響を受けることなく安定して制御することが可能となる。
【００２４】
＜空燃比センサ５０故障時等における制御について＞
上述のスロットル弁２５の開度と空気過剰率との関係は、図４に示すような関係である。
この図４のグラフより分かることは、スロットル弁２５の開度を閉側に閉じるほど、混合気が次第にリッチになる特性があることが分かる。
そのため、例えば、ある回転数において、スロットル弁２５の開度が閉側で制御されている状況において、空燃比センサ５０の故障等が発生した場合に、ＥＣＵ１０が正確な排気ガスの空燃比を検出できないために、混合気の空燃比を正常に算出できずに誤って燃料制御弁２２を作動させてしまう問題が発生する。
例えば、特にスロットル弁２５の開度が閉側で制御されている状態においては、ＥＣＵ１０が誤って燃料制御弁２２を少しでも開いてしまうと、混合気の流量自体が少ないので、混合気の空燃比が大幅にリッチになってしまう問題が発生する可能性がある。
このように混合気が濃くなってしまうと、燃料の不完全燃焼等によって、排気ガス中にＮＯｘ（窒素酸化物）、一酸化炭素、二酸化炭素等の化学物質が含まれることが一般的に知られている。
しかしながら、上記図４のグラフより分かる別の事実としては、スロットル弁２５の開度を開側に開くほど、混合気が次第にリーンになる特性があることが分かる
【００２５】
そこで、上記特性を積極的に利用して空燃比制御を行うことで、上述のような問題が発生することを防止する制御手法について、以下図５を用いて説明する。
先ず、ＥＣＵ１０は、スロットル弁２５の開度が予めＥＣＵ１０に定められる閾値より閉じているか否か（即ち、閾値以下か否か）について判断する（Ｓ１０）。
この場合、例えば、ＥＣＵ１０は「スロットル弁２５を駆動するためのステッピングモータに出した指令の履歴を参照する」、或いは、「スロットル弁２５の開度をセンサ等で検出する」の何れかによって、スロットル弁２５の開度を認識する。
続いて、ＥＣＵ１０は、該認識したスロットル弁２５の開度と上記閾値とを比較することによって上記ステップＳ１０の判断処理を行っても良い。
ここで、上記閾値とは、例えば、燃料増量弁２７が作動開始するスロットル弁２５の開度（即ち、燃料増量弁作動開始開度）であっても良く、予め定められる所定の開度の一例である。
このステップＳ１０の判断において、スロットル弁２５の開度が上記閾値より閉じていると判断された場合に処理がステップＳ２０へ移行し、他方、スロットル弁２５の開度が閾値より閉じてない（即ち、閾値以上又は閾値より開）と判断された場合に処理はステップＳ１０へ移行する。
処理がステップＳ２０へ移行した場合に、ＥＣＵ１０は、燃料制御弁２２の開度を全閉とする、或いは、燃料制御弁２２の開度を予めＥＣＵ１０に定められた開度まで閉じる（Ｓ２０）。
このステップＳ２０の処理によって、燃料制御弁２２がベンチュリ２３に供給する燃料が大幅に減少するため、一時的に混合気の空燃比がリーンになり過ぎる可能性がある。
しかし、この場合には、エンジン６０の出力回転数も低下するので、従来の回転数制御等（図３参照）の作用によって、スロットル弁２５の開度は燃料増量弁２７の作動開始開度以上に開くので、燃料は燃料増量弁２７のみから供給されて結局安定状態となる。
したがって、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ５０に頼ることなく回転数センサ４４等から出力回転数を検出し、該検出した出力回転数に基づいてスロットル弁２５の開度を調節することによって、混合気をリーンな状態に保つことが可能となる。
また、換言すれば、上記ステップＳ２０の処理によって、混合気の空気過剰率（即ち、空燃比）は燃料増量弁２７から供給される燃料にのみ依存することになるので、該燃料増量弁２７と連動するスロットル弁２５を制御することで、容易に混合気の空気過剰率を制御することが可能となると共に、リーンな状態で運転することが可能となる。
【００２６】
＜ノッキング防止制御について＞
ところで、エンジン６０等を含む従来の空燃比制御システムは、一般的に高負荷になるとエンジン６０にてノッキング（異常燃焼）が発生しやすい状況となる。
このノッキングは、特に混合気の空燃比がリッチであると多発することが知られている。
そのため、このようなノッキングが発生することを未然に防止する制御手法について図６を用いて以下に説明する。
先ず、ＥＣＵ１０は、現在の空燃比制御システムにおいて、予め定められる前提条件が成立しているか否かを判断する（Ｓ１１０）。
ここで、上記ステップＳ１１０における前提条件の判断の具体例としては、既に上述したような高負荷の状況にあるか否かを判断することである。
この高負荷の状況にあるか否かの判断は次のように行っても良い。
先ず、高負荷時における出力回転数、スロットル弁２５の開度等を「高負荷時データ」として予めＥＣＵ１０に記憶しておく。
そこで、空燃比制御システムの稼動中において、ＥＣＵ１０は、センサ等より取得又は検出する出力回転数、スロットル弁２５の開度等の「取得データ」と、上記予めＥＣＵ１０に記憶される「高負荷時データ」とを比較判断することによって、エンジン６０が高負荷の状態か否かを判断することで上記前提条件にあるか否かを判断としている。
上記ステップＳ１１０の判断で、前提条件が成立していると判断される場合に処理はステップＳ１２０へ移行し、他方、前提条件が不成立と判断される場合に処理はステップＳ１１０へ移行する。
【００２７】
ステップＳ１２０へ移行した場合に、ＥＣＵ１０は失火が発生しているか否かについて判断する（Ｓ１２０）。
※失火検知について※
先ず、「失火」とは、シリンダ４０内に吸入された混合気が点火プラグ４３の点火によって爆発しないことをいい、このような失火は混合気の空燃比がリーンである場合に多発する現象である。
上記ステップＳ１２０において、ＥＣＵ１０は、以下のようにして失火を検知し、その回数を認識してもよい。
勿論、エンジン６０が多気筒であれば、ＥＣＵ１０は上記シリンダ４０に限らず他のシリンダにおける失火についても検知する。
上記ステップＳ１２０における失火検知に関する判断処理は、従来より知られる手法によって行う。
この手法は、簡単に説明すると、例えばエンジン６０の気筒数が３気筒ととした場合に、該３気筒のうち１つのシリンダで失火が発生した後に別のシリンダで爆発が発生するまでの期間においては、エンジン６０の回転数は瞬間的に低下する現象を検出することによって失火を検知している。
勿論、失火がない場合であっても、あるシリンダで爆発した後に次のシリンダで爆発するまでの間はエンジン６０の回転数は低下するが、この回転数の低下は上記失火による回転数の低下と比較して軽度のものであるので、両者を判別することができる。
この場合に、ＥＣＵ１０は、特に上記回転数の低下の度合いを判別するために、回転数センサ４４若しくは他の専用センサによるセンシングを、高クロックで行うことで瞬間的な回転数低下の度合いを検出して比較判断することによって、上記判別を行っている。
上記ステップＳ１２０の判断で、失火が発生していないと判断された場合に処理はステップＳ１３０へ移行し、他方、失火が発生していると判断された場合に処理がステップＳ１１０へ移行する。
また、ステップＳ１２０→ステップＳ１３０と処理が移行した場合は、失火が発生していないので、この場合における混合気はリーンな状態ではなく、少なくとも正常な状態、或いはリッチな状態であると言え、このこともＥＣＵ１０は認識している。
【００２８】
次に、ステップＳ１３０へ処理が移行した場合に、ＥＣＵ１０は、スロットル弁２５の開度に関する判断を行う（Ｓ１３０）。
上記ステップ１３０における「スロットル弁２５の開度に関する判断」とは、以下のような判断である。
▲１▼※「燃料増量弁作動開始開度」に関する判断※
上記ステップ１３０における「スロットル弁２５の開度に関する判断」の一例としては、ＥＣＵ１０がスロットル弁２５の開度が「燃料増量弁作動開始開度」以上であるか否かを判断してもよい。
該判断で、スロットル弁２５の開度が「燃料増量弁作動開始開度」以上であると判断された場合に処理はステップＳ１４０へ移行し、他方、スロットル弁２５の開度が「燃料増量弁作動開始開度」以上でない（以下である）と判断された場合に処理がステップＳ１１０へ移行する。
【００２９】
▲２▼※「全開」に関する判断※
また、上記ステップＳ１３０における「スロットル弁２５の開度に関する判断」の一例としては、ＥＣＵ１０がスロットル弁２５の開度が「全開」の状態であるか否かを判断してもよい。
該判断で、スロットル弁２５の開度が「全開」の状態であると判断された場合に処理はステップＳ１４０へ移行し、他方、スロットル弁２５の開度が「全開」の状態でないと判断された場合に処理はステップＳ１１０へ移行する。
【００３０】
次に、ステップＳ１４０へ処理が移行した場合に、ＥＣＵ１０は燃料制御弁２２の開度を全閉とする（Ｓ１４０）。
このステップＳ１４０の処理によって、燃料制御弁２２がベンチュリ２３に供給する燃料が大幅に減少するため、一時的に混合気の空燃比がリーンになり過ぎる可能性がある。
しかし、この場合には、エンジン６０の出力回転数も低下するので、従来の回転数制御等（図３参照）の作用によって、スロットル弁２５の開度は燃料増量弁２７の作動開始開度以上に開く又は全開となるので、燃料は燃料増量弁２７のみから供給される状態となる。
したがって、ＥＣＵ１０は、スロットル弁２５の開度を判断することによって混合気をリーンな状態に保つことが可能となるので、ノッキング（異常燃焼）等の問題が発生すること防止することが可能となる。
また、換言すれば、混合気の空気過剰率（即ち、空燃比）は燃料増量弁２７から供給される燃料にのみ依存することになるので、該燃料増量弁２７と連動するスロットル弁２５を制御することで、容易に混合気の空燃比（空気過剰率）をリーンにすることが可能となるので、ノッキング（異常燃焼）等の問題が発生することを防止することが可能となる。
【００３１】
＜ガス種の判定について＞
次に、ＥＣＵ１０は、空燃比制御システムを初めて使用する場合等において、該空燃比制御システムに供給する燃料の種別が不明な場合に、該空燃比制御システムが自動的に燃料の種別を判定する手法について説明する。
ＥＣＵ１０が行う処理について図８を用いて以下に説明する。
先ず、ＥＣＵ１０は、初めての起動時であるか否かを判断する（Ｓ２１０）。
この判断は、例えば、ＥＣＵ１０における書き換え可能なＲＯＭ等の記憶領域に、初回の起動であるか否かを判別するためのフラグの有無を判断することや、或いは、ガスの種別を既に判定した履歴の有無等を判断することによって容易に行うことができる。
次に、ＥＣＵ１０は、エンジン６０の出力回転数、負荷等に基づいて、混合気の空燃比を理論空燃比となるように制御する（Ｓ２２０）。
上記理論空燃比とは、混合気の空気過剰率が１となる場合の空燃比のことである。
上記ステップＳ２２０における制御は、ＥＣＵ１０が従来より行われている空燃比制御を行うことで容易に実現できる。
【００３２】
次に、ＥＣＵ１０は、燃料制御弁２２の開度が予めＥＣＵ１０に記憶される閾値以上であるか否かについて判断する（Ｓ２３０）。
この判断は、例えば図７に示すような燃料の種類毎に固有に定まる特性を利用することによって行う。
ここで、図７について説明する。
図７は、「燃料制御弁２２の開度」と「混合気の空気過剰率」との関係を示したグラフである。
このグラフにおいて実線で示された曲線Ｍは、燃料制御弁２２で調節された燃料を含む混合気がシリンダ４０内で完全燃焼（爆発）する場合における燃料制御弁２２の開度と空気過剰率との関係を示したものである。
上述において、混合気の完全燃焼（爆発）とは、上記「理論空燃比」で混合気がシリンダ４０内で爆発することである。
ところで、図１に示すような空燃比制御システムのハードウェア構成で使用できる燃料は多種多様であり、空気過剰率を１にして実際に完全燃焼（爆発）させる場合に必要となる空気の量（正確には酸素の量）は燃料毎に異なってくる。
【００３３】
ここでは、具体例として、プロパン等を主成分とする一般的な「ＬＰＧ」（以下、「ガス種Ａ」とも表記する）と、メタン等を主成分とする一般的な「都市ガス１３Ａ」（以下、「ガス種Ｂ」とも表記する）とを利用する場合について図７を用いて説明する。
例えば、同じ量のガス種Ａとガス種Ｂとを比較した場合に、両者は、燃料中に含まれる成分の内訳、及び該成分の分子構成等の相違によって必要な空気の量は異なる。
即ち、上記具体例の場合は、ガス種Ａとガス種Ｂとを比較した場合に、ガス種Ａの方が多くの空気を必要とする。
つまり、燃料としてガス種Ａ（ＬＰＧ）を用いた場合の方が、ガス種Ｂ（都市ガス１３Ａ）を用いた場合と比較して、空気過剰率を大きくする必要がある。
具体的には図７を用いて説明すると、曲線Ｍで示すように、空気過剰率を大きくする場合は混合気中の燃料の割合を小さくすればよいので燃料制御弁２２の開度を閉側にすればよく、他方、空気過剰率を小さくする場合は混合気中の燃料の割合を大きくすればよいので燃料制御弁２２の開度を開側にすればよい。
したがって、ガス種Ａ（ＬＰＧ）を用いる場合に、燃料制御弁２２の開度を図７中の開度Ｑ１と開度Ｑ２との間（以下「範囲Ｑ３」と表記する）に制御することによって空気過剰率を１とすることが可能となる。
他方、ガス種Ｂ（都市ガス１３Ａ）を用いる場合に、燃料制御弁２２の開度を図７中の開度Ｒ１と開度Ｒ２との間（以下「範囲Ｒ３」と表記する）に制御することによって空気過剰率を１とすることが可能となる。
このように範囲で示したのは、エンジン６０の温度や経時変化等の諸条件によって、空気過剰率を１にする場合の燃料制御弁２２の開度は変化するためである。
また、図７に示される曲線Ｎ１及び曲線Ｎ２は、燃料の純度や成分構成の変化等によって曲線Ｍが振れる場合の振れ幅を示している。
【００３４】
ところで、上記図７において、範囲Ｑ３と範囲Ｒ３との範囲は重なっておらず離れている。
そこで、範囲Ｑ３と範囲Ｒ３とで挟まれる範囲に、範囲Ｑ３と範囲Ｒ３とを区別するための基準となる閾値の一例として閾開度Ｔを予め定め、該閾開度ＴをＥＣＵ１０に予め記憶させておく。
これにより、上記ステップＳ２２０で混合気の空燃比が理論空燃比に制御されている場合において、ＥＣＵ１０が、燃料制御弁２２の開度を検出し、該検出した開度が上記閾開度Ｔ以上であるか否かを判断する（Ｓ２３０）。
上記ステップＳ２３０の判断において、検出された燃料制御弁２２の開度が該閾開度Ｔ以上であると判断された場合は、使用している燃料がガス種Ｂ（都市ガス１３Ａ）であると判断し（Ｓ２４０）、他方、検出された燃料制御弁２２の開度が該閾開度Ｔ以上でないと判断された場合は、使用している燃料がガス種Ａ（ＬＰＧ）であると判断する（Ｓ２５０）。
上記ステップＳ２３０→ステップＳ２４０の処理、又は上記ステップＳ２３０→ステップＳ２５０の処理が行われた後に、ＥＣＵ１０は、現状の空燃比制御システムの設定が上記ステップＳ２４０又はステップＳ２５０の何れかで判定された結果と同一であるか否かを判断することによって、該設定が正しいか否かを判断する（Ｓ２６０）。
上記ステップＳ２６０の判断によって、正しいと判断された場合は処理がステップＳ２１０に戻る。
他方、上記ステップＳ２６０の判断によって、正しくない（否）と判断された場合に、ＥＣＵ１０は、音声、ランプ等によって空燃比制御システムを利用するユーザや作業員に知らせることで警告を発報する（Ｓ２７０）。
勿論、上記ステップＳ２７０において、音声、ランプ等によって警告を発報する場合は、当該空燃比制御システムにスピーカ、ランプが設けられることは言うまでもなく、この場合に該スピーカ、ランプ等はＥＣＵ１０に接続されている。
このような一連の処理を行うことで、当該空燃比制御システムに供給する燃料の種別を容易に、しかも自動的に判別することが可能となると共に、設定が間違っていた場合に警報を発して、ユーザや作業員に報知することが可能となる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００３６】
請求項１においては、空気と燃料との混合気を生成するベンチュリに供給する燃料の量を制御する燃料制御弁と、
上記混合気の量を制御するスロットル弁と、
上記スロットル弁を通過した混合気に燃料を供給するための燃料増量弁と、
上記燃料制御弁、上記スロットル弁、及び上記燃料増量弁を制御する制御手段と、
を具備する空燃比制御システムにおいて、
上記制御手段は、上記スロットル弁の開度に基づいて、エンジンの回転数制御におけるゲインを算出することを特徴とする空燃比制御システムとして構成している。
このように制御手段が処理を行うことで、適切なゲインを容易に算出することが可能となると共に、従来とは異なってスロットル特性等の経時変化の影響を受けることなく安定して制御することが可能となる。
【００３７】
請求項２においては、空気と燃料との混合気を生成するベンチュリに供給する燃料の量を制御する燃料制御弁と、
上記混合気の量を制御するスロットル弁と、
上記スロットル弁を通過した混合気に燃料を供給するための燃料増量弁と、
上記燃料制御弁、上記スロットル弁、及び上記燃料増量弁を制御する制御手段と、
を具備する空燃比制御システムにおいて、
上記スロットル弁が予め定められる所定の開度より閉じていると判断された場合に、上記燃料制御弁を閉じる制御を行うことを特徴とする空燃比制御システムとして構成している。
このように制御手段が処理を行うことで、空燃比センサに頼ることなく、出力回転数等に基づいてスロットル弁の開度を調節することによって、混合気をリーンな状態に保つことが可能となる。
換言すれば、混合気の空気過剰率（即ち、空燃比）は燃料増量弁から供給される燃料にのみ依存することになるので、該燃料増量弁と連動するスロットル弁を制御することで、容易に混合気の空気過剰率を制御することが可能となると共に、リーンな状態で運転することが可能となる。
【００３８】
請求項３においては、空気と燃料との混合気を生成するベンチュリに供給する燃料の量を制御する燃料制御弁と、
上記混合気の量を制御するスロットル弁と、
上記スロットル弁を通過した混合気に燃料を供給するための燃料増量弁と、
上記燃料制御弁、上記スロットル弁、及び上記燃料増量弁を制御する制御手段と、
を具備する空燃比制御システムにおいて、
高負荷時であって、スロットル弁の開度が燃料増量弁の作動開始開度以上になった場合に、上記燃料制御弁を閉じる制御を行うことを特徴とする空燃比制御システムとして構成している。
このように制御手段が処理を行うことで、スロットル弁の開度を判断することによって混合気をリーンな状態に保つことが可能となるので、ノッキング（異常燃焼）等の問題が発生すること防止することが可能となる。
換言すれば、混合気の空気過剰率（即ち、空燃比）は燃料増量弁から供給される燃料にのみ依存することになるので、該燃料増量弁と連動するスロットル弁を制御することで、容易に混合気の空燃比（空気過剰率）をリーンにすることが可能となるので、ノッキング（異常燃焼）等の問題が発生することを防止することが可能となる。
【００３９】
請求項４においては、空気と燃料との混合気を生成するベンチュリに供給する燃料の量を制御する燃料制御弁と、
上記混合気の量を制御するスロットル弁と、
上記スロットル弁を通過した混合気に燃料を供給するための燃料増量弁と、
上記燃料制御弁、上記スロットル弁、及び上記燃料増量弁を制御する制御手段と、
を具備する空燃比制御システムにおいて、
エンジンを初めて作動させる場合に、空気過剰率を１になるように制御し、その際に上記燃料制御弁の開度に基づいてガスの種別を判定することを特徴とする空燃比制御システムとして構成している。
このように制御手段が処理を行うことで、当該空燃比制御システムに供給する燃料の種別を容易に、しかも自動的に判別することが可能となると共に、設定が間違っていた場合に警報を発して、ユーザや作業員に報知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る空燃比制御システムの概略構成図。
【図２】負荷とスロットル弁２５の開度との関係の一例を示したグラフ。
【図３】エンジンの回転数制御の一般的な制御モデルの一例を示したブロック線図。
【図４】空気過剰率とスロットル弁２５の開度との関係の一例を示したグラフ図。
【図５】ＥＣＵ１０が行う一連の処理の一例を示すフローチャート。
【図６】ＥＣＵ１０が行う一連の処理の一例を示すフローチャート。
【図７】燃料制御弁２２の開度と空気過剰率との関係の一例を示したグラフ。
【図８】ＥＣＵ１０が行う一連の処理の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０  ＥＣＵ
２０  ミキサ
２２  燃料制御弁２２
２３  ベンチュリ
２５  スロットル弁
２７  燃料増量弁
３０  エアクリーナ
４０  シリンダ
４１  吸入弁
４２  排気弁
４３  点火プラグ
４４  回転数センサ
５０  空燃比センサ
６０  エンジン
【図１】
2004293345.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004293345.tif 000007
【図６】
2004293345.tif 000008
【図７】
2004293345.tif 000009
【図８】
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