(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスガバナー（１）を介装した燃料ガス供給ライン（ＦＬ）と、空気供給ライン（ＡＬ）と、前記燃料ガス供給ライン（ＦＬ）からの供給ガスと前記空気供給ライン（ＡＬ）からの供給空気を混合するキャブレター（３）とによって構成されるガスエンジン（Ｅ）の空燃比制御装置において、前記キャブレター（３）の入口圧を前記ガスガバナー（１）のローディング圧連通口（１ａ）に連通するバランスパイプ（ＢＰ）と、該バランスパイプ（ＢＰ）に介装された開放率可変大気開放弁（４）と、排気系（ＥＸ）に介装されたＯ２センサ（５）と、該Ｏ２センサ（５）からの入力信号に基づいて前記開放率可変大気開放弁（４）を駆動して空燃比を設定値に制御する制御手段（８）とを有し、前記制御手段（８）は、前記Ｏ２センサ（５）がＯ２濃度を検出したならば、そのＯ２濃度が所定値より高いか低いかを判断し、Ｏ２濃度が所定値より高いリーン状態であれば前記開放率可変大気開放弁（４）を制御してデューティー比を増加させ、Ｏ２濃度が所定値より低いリッチ状態であれば前記開放率可変大気開放弁（４）を制御してデューティー比を減少させる機能を有することを特徴とするガスエンジンの空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料供給圧力を調整するガスガバナーを介装した燃料ガス供給ラインと、空気供給ラインと、前記燃料ガス供給ラインからの供給ガスと前記空気供給ラインからの供給空気を混合するキャブレターと、によって構成されるガスエンジンの空燃比制御装置及び制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスガバナー１を介装した燃料ガス供給ラインＦＬと、空気供給ラインＡＬと、前記燃料ガス供給ラインＦＬからの供給ガスと前記空気供給ラインＡＬからの供給空気を混合するキャブレター３と、によって構成されるガスエンジンＥにおける空燃比を適正にする方法として、図７に示す様に、該キャブレター３への燃料供給側ＦＬに燃料調整弁６を設け、排気系ＥＸに設けた０２センサ５０から入力信号ラインＳＬ１を介しての０２濃度情報に基づき、制御手段８０は出力信号 ラインＳＬ３を介して前記燃料調整弁６を制御することで燃料流量を調整し、空燃比を制御する空燃比制御装置が知られている。
【０００３】
しかし、前記燃料調整弁や該燃料調整弁を駆動する装置は可燃性ガスを取扱うので、汎用品が使用出来なく、安全性の点から高価なものとなっていた（シールや電気的の防爆対応にコストが嵩む）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、負荷やその他の運転条件に関わらず、空燃比を廉価にして適正な値に制御するガスエンジンの空燃比制御装置の提供を目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ガスガバナー（１）を介装した燃料ガス供給ライン（ＦＬ）と、空気供給ライン（ＡＬ）と、前記燃料ガス供給ライン（ＦＬ）からの供給ガスと前記空気供給ライン（ＡＬ）からの供給空気を混合するキャブレター（３）とによって構成されるガスエンジン（Ｅ）の空燃比制御装置において、前記キャブレター（３）の入口圧を前記ガスガバナー（１）のローディング圧連通口（１ａ）に連通するバランスパイプ（ＢＰ）と、該バランスパイプ（ＢＰ）に介装された開放率可変大気開放弁（４）と、排気系（ＥＸ）に介装されたＯ２センサ（５）と、該Ｏ２センサ（５）からの入力信号に基づいて前記開放率可変大気開放弁（４）を駆動して空燃比を設定値に制御する制御手段（８）とを有し、前記制御手段（８）は、前記Ｏ２センサ（５）がＯ２濃度を検出したならば、そのＯ２濃度が所定値より高いか低いかを判断し、Ｏ２濃度が所定値より高いリーン状態であれば前記開放率可変大気開放弁（４）を制御してデューティー比を増加させ、Ｏ２濃度が所定値より低いリッチ状態であれば前記開放率可変大気開放弁（４）を制御してデューティー比を減少させる機能を有している。
【０００６】
前記開放率可変大気開放弁（４）は、例えば、デューティーソレノイド弁とするのが好ましく、デューティーソレノイド弁とした場合の大気開放率はデューティー比を示す。
【０００７】
係る構成を具備する本発明のガスエンジンの空燃比制御装置によれば、前記開放率可変大気開放弁（例えば、デューティーソレノイド弁４）は、吸気圧を前記ガスガバナ（１）のローディング圧として仲介しており、燃料ガスそのものを連通させるものではないので、防爆対策及びシールへの対応費用も軽微で済む。
又、前記開放率可変大気開放弁（デューティーソレノイド弁４）は、汎用品が使用出来るために、システム全体がシンプル且安価に構成される。
更に、排気系（ＥＸ）に介装されたＯ２センサ（５）によって排気ガス中に含まれるＯ２濃度を知ることにより運転状況が簡単に把握でき、該Ｏ２濃度のデータにより前記開放率可変大気開放弁（デューティーソレノイド弁４）の大気開放率（デューティー比）を制御することで、運転状況に見合った混合ガスの適正な空燃比が容易に得られる。
【０００９】
ここで、空燃比を制御するに際して、以下に説明する図３の制御特性図に基づき制御は行われる。
図３は、横軸を共に同一経過時間とし、空気過剰率λ（特性３−１）、Ｏ２センサ電圧（特性３−２）、デューティー比（特性３−３）、２次ガス圧（特性３−４）の関係を示している。
特性３−１は排気系（ＥＸ）の排気ガスのＯ２濃度から推測される空気過剰率λを示しており、設定値λ０に対する大小で表されている。
特性３−２は前記空気過剰率λをＯ２センサ（５）で検出した場合の電圧特性（スライス電圧Ｖ０に対する大小で示される）であり、波形は前記空気過剰率λと略相似形となる。
特性３−３は前記Ｏ２センサ電圧特性によって制御されるデューティーソレノイド弁（４）のデューティー比であり、特性３−４は制御されて得られた２次ガス圧を示す。
【００１０】
上記の如く、排気系（ＥＸ）に介装されたＯ２センサ（５）がエンジン（Ｅ）の運転状態（空気過剰率λ、即ち、空燃比）を常時監視しており、前記制御手段（８）は前記開放率可変大気開放弁（例えば、デューティーソレノイド弁４）の大気開放率（デューティー比）を制御して空燃比を設定値（適正値）に近づく様に制御する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
図１に示す第１実施形態の燃料供給装置は、ガスガバナー１を介装した燃料ガス供給ラインＦＬと、上流にエアクリーナ２を介装した空気供給ラインＡＬと、前記燃料ガス供給ラインＦＬからの供給ガスと前記空気供給ラインＡＬからの供給空気を混合するキャブレター３と、該キャブレター３とガスエンジンＥの図示しないシリンダと連通し、スロットル弁１０を介装した吸気管９と、前記キャブレター３の入口圧を前記ガスガバナー１のローディング圧連通口１ａに連通するバランスパイプＢＰと、によって構成される。
【００１８】
前記バランスパイプＢＰには大気との開放率が可変なデューティーソレノイド弁４が介装されている。
【００１９】
排気系ＥＸにはＯ２センサ５が介装されており、入力信号ラインＳＬ１を介して制御手段８と接続されている。
【００２０】
そして、該制御手段８は、該信号ラインＳＬ１の入力信号情報に基づいて、最適な空燃比にするべく出力信号ラインＳＬ３を介して前記デューティーソレノイド弁４を制御する様に構成されている。
【００２１】
係る構成を具備する図１の第１実施形態におけるガスエンジンの空燃比制御装置によれば、前記デューティーソレノイド弁４は、吸気圧を前記ガスガバナ１のローディング圧として仲介しており、燃料ガスそのものを連通させるものではないので、防爆及ぶシール対策が軽微で済む。
又、デューティーソレノイド弁４自体が汎用品で廉価であり、システム全体もシンプル且安価に構成される。
【００２２】
次に、図２を用い、図１をも参照して、第１実施形態におけるガスエンジンの空燃比制御方法について説明する。
【００２３】
先ず、ステップＳ１において、図３の特性３−２に示すスライス電圧Ｖ０、即ち、目標の空燃比の基準となる電圧値を設定し、次のステップＳ２に進む。
【００２４】
ステップＳ２において、前記Ｏ２センサによってＯ２濃度を検出し、次のステップＳ３に進む。
【００２５】
ステップＳ３では、前記制御手段８は検出したＯ２の濃度が所定値よりも高いか、低いかを判断し、Ｏ２濃度が所定値よりも高ければ（リーン状態）、ステッ プＳ４に進み、Ｏ２濃度が所定値よりも低ければ（リッチ状態）、ステップＳ５ に進む。
【００２６】
ステップＳ４では、前記制御手段８は、図３で示す如く、Ｏ２センサ電圧（特性３−２）との関係においてデューティー比（特性３−３）を増加させる様に出力信号ラインＳＬ３を介してデューティーソレノイド弁４を制御する。
【００２７】
すると、デューティーソレノイド弁４は大気との開放率（デューティー比）を一定時間増加させ続け、その結果、前記ガスガバナー１は燃料ガスの流量を増加させるので２次ガス圧はその間高まり（ステップＳ６）、前記キャブレター３以降の混合ガスは空燃比を下げ（ステップＳ７）（リッチ状態にして）、ステップＳ２に戻る。
【００２８】
ステップＳ５では、前記制御手段８は、Ｏ２センサ電圧（特性３−２）との関係においてデューティー比（特性３−３）を減少させる様に出力信号ラインＳＬ３を介してデューティーソレノイド弁４を制御する。
【００２９】
すると、デューティーソレノイド弁４は大気との開放率（デューティー）比を一定時間減少させ続け、その結果、前記ガスガバナー１は燃料ガスの流量を減少させるので２次ガス圧はその間減圧され（ステップＳ６）、前記キャブレター３以降の混合ガスは空燃比を上げ（ステップＳ７）（リーン状態にして）、ステップＳ２に戻る。
【００３０】
係る工程を具備した図２で示す第１実施形態におけるガスエンジンの空燃比制御方法によれば、排気系ＥＸに介装されたＯ２センサがエンジンの運転状況（空気過剰率λ、即ち、空燃比）を常時監視しており、前記制御手段８は前記デューティーソレノイド弁４のデューティー比を制御して空燃比を設定値（適性値）に近づく様に制御制御することが出来る。
【００３１】
次に、図４を参照して第２実施形態の空燃比制御装置について説明する。
図４に示す第２実施形態の空燃比制御装置は、前述の図１で示した第１実施形態の空燃比制御装置と以下の点が異なるのみである。
即ち、図１で示した第１実施形態の空燃比制御装置に対して、ガスエンジンＥに負荷である発電装置Ｇを接続し、該発電装置Ｇには負荷検出装置７を設けた点である。
その他については第１実施形態と略同じであり、以降の説明は省略する。
【００３２】
次に、図５を用い、図４及び図６をも参照して第２実施形態の空燃比制御方法について説明する。
【００３３】
先ず、ステップＳ２１において、図３の特性３−２に示すスライス電圧Ｖ０、即ち、目標の空燃比の基準となる電圧値を設定し、次のステップＳ２２に進む。
【００３４】
ステップＳ２２において、前記Ｏ２センサによってＯ２濃度を検出し、次のステップＳ２３に進む。
【００３５】
ステップＳ２３では、前記負荷検出手段７によってエンジン負荷を検出し、次のステップＳ２４に進む。
【００３６】
ステップＳ２４では、前記制御手段８は前述の検出されたエンジン負荷情報に基づき、エンジンＥに負荷の急増があったか否かを判断し、負荷急増があった場合（図６の負荷信号を参照）はショートカットしてステップＳ２５に進み、デューティーソレノイド弁のデューティー比を一定時間高く保ち（図６のデューティー比を参照）、その結果２次ガス圧は高まり（図６の２次ガス圧を参照）、空燃比は下がって（リッチ状態になって）制御はステップＳ２２に戻る。
【００３７】
ステップＳ２４において、エンジンＥに負荷の急増が無い場合は次のステップＳ２６に進み、制御手段８はＯ２濃度が所定値よりも高いか低いかを判断し、Ｏ２濃度が所定値よりも高ければ（リーン状態）、ステップＳ２７に進み、Ｏ２濃度 が所定値よりも低ければ（リッチ状態）、ステップＳ２８に進む。
【００３８】
ステップＳ２７では、前記制御手段８は、Ｏ２センサ電圧（図３の特性３−２）との関係においてデューティー比（図３の特性３−３）を増加させる様に出力信号ラインＳＬ３を介して前記デューティーソレノイド弁４を制御する。
【００３９】
すると、デューティーソレノイド弁４は大気との開放率（デューティー比を一定時間増加させ続け、その結果前記ガスガバナー１は燃料ガスの流量を増加させるので２次ガス圧はその間高まり（ステップＳ２９）、前記キャブレター３以降の混合ガスは空燃比を下げ（ステップＳ３０）（リッチ状態にして）、ステップＳ２２に戻る。
【００４０】
ステップＳ２８では、前記制御手段８は、Ｏ２センサ電圧との関係においてデューティー比を減少させる様に出力信号ラインＳＬ３を介してデューティーソレノイド弁４を制御する。
【００４１】
すると、デューティーソレノイド弁４は大気との開放率（デューティー比を一定時間減少させ続け、その結果前記ガスガバナー１は燃料ガスの流量を減少させるので２次ガス圧はその間減圧され（ステップＳ２９）、前記キャブレター３以降の混合ガスは空燃比を上げ（ステップＳ３０）（リーン状態にして）、ステップＳ２２に戻る。
【００４２】
係る工程を具備した図５で示す第２実施形態におけるガスエンジンの空燃比制御方法によれば、前述の図２で示した第１実施形態におけるガスエンジンの空燃比制御と同様の効果を奏するとともに、負荷センサ７の情報を元にデューティーソレノイド弁４のデューティー比を制御することが出来るために、負荷が急激に変動した場合にも迅速にデューティー比、即ち、空燃比を最適に制御することが出来る。
【００４３】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的内容を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。
【００４４】
【発明の効果】
以下に本発明の効果を列記する。
（１）  開放率可変大気開放弁は、吸気圧をガスガバナのローディング圧と
して仲介しており、燃料ガスそのものを連通させるものではないので、防爆対策及びシール対策が軽微で済む。
（２）  開放率可変大気開放弁は、汎用品が使用出来、システム全体がシン
プル且安価に構成される。
（３）  排気系に介装されたＯ２センサによって運転状況が簡単に把握でき、Ｏ２濃度のデータにより開放率可変大気開放弁の大気開放率を制御することで運転状況に見合った混合ガスの適正な空燃比が容易に得られる。
（４）  負荷センサの情報を元に前記開放率可変大気開放弁（例えば、デューティーソレノイド弁４）の大気開放率（デューティー比）を制御することが出来るために、負荷が急激に変動した場合にも大気開放率（デューティー比）、即ち、空燃比を迅速且最適に制御することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態におけるガスエンジンの空燃比制御装置の構成図。
【図２】本発明の第１実施形態における空燃比制御制御の流れを示す制御フローチャート。
【図３】本発明の第１実施形態における制御特性図。
【図４】本発明の第２実施形態におけるガスエンジンの空燃比制御装置の構成図。
【図５】本発明の第２実施形態における空燃比制御制御の流れを示す制御フローチャート。
【図６】本発明の第２実施形態における制御特性図。
【図７】従来技術におけるガスエンジンの空燃比制御装置の構成図。
【符号の説明】
１・・・ガスガバナ
２・・・エアクリーナ
３・・・キャブレター
４・・・デューティーソレノイド弁
５・・・Ｏ２センサ
８・・・制御手段
９・・・吸気管
１０・・・スロットル弁
ＡＬ・・・空気供給ライン
ＦＬ・・・燃料ガス供給ライン
ＢＰ・・・バランスパイプ
【図１】
0003976171.tif 000002
【図２】
0003976171.tif 000003
【図３】
0003976171.tif 000004
【図４】
0003976171.tif 000005
【図５】
0003976171.tif 000006
【図６】
0003976171.tif 000007
【図７】
0003976171.tif 000008