(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスガバナーを介装した燃料ガス供給ラインと、上流にエアクリーナを介装した空気供給ラインと、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、該キャブレターの入口圧を前記ガスガバナーのローディング圧連通口に連通するバランスパイプと、によって構成される希薄燃焼式ガスエンジンの燃料供給装置において、前記バランスパイプに介装された開放率可変大気開放弁と、前記空気供給ラインの前記エアクリーナと前記キャブレターの間に介装された吸気圧検出手段と、前記燃料ガス供給ラインの前記ガスガバナーと前記キャブレターの間に介装されたガス圧検出手段と、ガスエンジンの出力側に設けた負荷検出手段とを有し、前記吸気圧検出手段からの吸気圧信号と前記ガス圧検出手段からのガス圧信号と前記負荷検出手段からの負荷信号と設定した負荷および供給ガス圧との関係を示すガス圧マップとに基づいて前記開放率可変大気開放弁を駆動して目標ガス圧に制御する制御手段を有することを特徴とした希薄燃焼式ガスエンジンの燃料供給装置。
【請求項２】
ガスガバナーを介装した燃料ガス供給ラインと、上流にエアクリーナを介装した空気供給ラインと、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、該キャブレターの入口圧を前記ガスガバナーのローディング圧連通口に連通するバランスパイプと、によって構成される希薄燃焼式ガスエンジンの燃料供給装置の制御方法において、前記燃料ガス供給ラインに設けたガス圧検出手段を用いてガス圧を検出する工程と、ガスエンジンの出力側に設けた負荷検出手段を用いてガスエンジンの負荷を検出する工程と、前記空気供給ラインに設けた吸気圧検出手段を用いて吸気圧を検出する工程と、前記負荷検出工程により検出された負荷情報に基づきエンジン負荷の変動の有無を判断する負荷変動判断工程と、該負荷変動判断工程において負荷変動有りと判断した場合に前記バランスパイプに介装された開放率可変大気開放弁の大気開放率を所定時間固定する工程と、前記負荷変動判断工程において負荷変動無しと判断した場合に目標ガス圧を演算する工程と、実際のガス圧と目標ガス圧を比較するガス圧比較工程と、前記ガス圧比較工程における比較結果に基づいて前記開放率可変大気開放弁の大気開放率を変化させる工程とを備えていることを特徴とする希薄燃焼式ガスエンジンの燃料供給装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスガバナーを介装した燃料ガス供給ラインと、上流にエアクリーナを介装した空気供給ラインと、前記燃料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、該キャブレターの入口圧を前記ガスガバナーのローディング圧連通口に連通するバランスパイプと、によって構成される希薄燃焼式ガスエンジンの燃料供給装置及び制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に示す様に、ガスエンジンＥでは、空気供給ラインＡＬに介装したエアークリーナ２が目詰まりを起こし、通気抵抗が増加した場合に、空燃比を一定に保たせるために、前記空気供給ラインＡＬに介装したキャブレター３の入口圧（エアークリーナ通気抵抗及びキャブレターのベンチュリーで発生する負圧）をローディング圧として、該ローディング圧を燃料ガス供給ラインＦＬに介装したガスガバナ１の連通口１ａにバランスパイプＢＰにより連通させ、前記ガスガバナ１によって前記燃料ガス供給ラインＦＬを流過する供給ガス圧力を連動して低下させている。
【０００３】
即ち、エアークリーナ通気抵抗及びキャブレター３のベンチュリーで発生する負圧は、ローディング圧として前記ガスガバナ１に伝えられ、該ガスガバナー１は該ローディング圧を参照し、供給燃料ガスを該ローディング圧と略等しい圧力（２次圧力）に調整して前記キャブレター３に供給する様に構成されている。
尚、図７中、符号符号９は吸気管を、符号１０は該吸気管９に介装されたスロットル弁を示す。
【０００４】
ここで、ガスエンジンの空燃比は、運転条件に関わり無く一定になるのが好ましいが、上記希薄燃焼式ガスエンジンの燃料供給装置では、図８に示す様に、低負荷時にローディング圧力、即ち、略ローディング圧に等しい供給燃料ガス圧も高く、高負荷時は逆に供給燃料ガス圧は低くなるため、例えば、高負荷時に適正な空燃比になるように設定した場合は、低負荷時にはリッチになってしまうという問題が発生する。
【０００５】
そこで、空燃比を適正にする方法として、キャブレターへの燃料供給側に燃料調整弁を設け、或いは吸入空気側に空気バイパス弁を設け、排気系に設けた０２センサからの情報により、前記燃料調整弁を制御することで燃料流量を調整し制御する装置、或いは、前記空気バイパス弁を制御することで吸入空気の流量を調整し制御する装置が知られている。
【０００６】
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）。
【０００７】
【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、負荷やその他の条件（例えばエアクリーナの目詰まりの急激な変動）が有っても、空燃比を廉価にして適正な値とする希薄燃焼式ガスエンジンの燃料供給装置およびその制御方法の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ガスガバナーを介装した燃料ガス供給ラインと、上流にエアクリーナを介装した空気供給ラインと、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、該キャブレターの入口圧を前記ガスガバナーのローディング圧連通口に連通するバランスパイプと、によって構成される希薄燃焼式ガスエンジンの燃料供給装置において、前記バランスパイプに介装された開放率可変大気開放弁と、前記空気供給ラインの前記エアクリーナと前記キャブレターの間に介装された吸気圧検出手段と、前記燃料ガス供給ラインの前記ガスガバナーと前記キャブレターの間に介装されたガス圧検出手段と、ガスエンジンの出力側に設けた負荷検出手段とを有し、前記吸気圧検出手段からの吸気圧信号と前記ガス圧検出手段からのガス圧信号と前記負荷検出手段からの負荷信号と設定した負荷および供給ガス圧との関係を示すガス圧マップとに基づいて前記開放率可変大気開放弁を駆動して目標ガス圧に制御する制御手段を有している。
【０００９】
尚、上記希薄燃焼式ガスエンジン（Ｅ）の燃料供給装置において、エンジン回転検出手段（１１）を設け、該エンジン回転検出手段（１１）によって検出したエンジン回転の変動情報に基づき、前記開放率可変大気開放弁（４）の大気開放率を変更することにより、ガスエンジンを元の回転速度に復帰させてもよい。
【００１０】
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。
【００１１】
係る構成を具備する本発明の希薄燃焼式ガスエンジンの燃料供給装置によれば、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。
【００１２】
また本発明によれば、ガスガバナーを介装した燃料ガス供給ラインと、上流にエアクリーナを介装した空気供給ラインと、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、該キャブレターの入口圧を前記ガスガバナーのローディング圧連通口に連通するバランスパイプと、によって構成される希薄燃焼式ガスエンジンの燃料供給装置の制御方法において、前記燃料ガス供給ラインに設けたガス圧検出手段を用いてガス圧を検出する工程と、ガスエンジンの出力側に設けた負荷検出手段を用いてガスエンジンの負荷を検出する工程と、前記空気供給ラインに設けた吸気圧検出手段を用いて吸気圧を検出する工程と、前記負荷検出工程により検出された負荷情報に基づきエンジン負荷の変動の有無を判断する負荷変動判断工程と、該負荷変動判断工程において負荷変動有りと判断した場合に前記バランスパイプに介装された開放率可変大気開放弁の大気開放率を所定時間固定する工程と、前記負荷変動判断工程において負荷変動無しと判断した場合に目標ガス圧を演算する工程と、実際のガス圧と目標ガス圧を比較するガス圧比較工程と、前記ガス圧比較工程における比較結果に基づいて前記開放率可変大気開放弁の大気開放率を変化させる工程とを備えている。
【００１３】
係る工程を具備した本発明の希薄燃焼式ガスエンジンの燃料供給制御方法によれば、吸気圧検出手段（５）によって吸気圧を、ガス圧検出手段（６）によって燃料ガス２次圧（前記燃料供給ラインＦＬにおいて前記ガスガバナ１と前記ベンチュリー管３の間の供給燃料ガス圧）を、前記負荷検出手段（７）によってガスエンジン（Ｅ）の負荷を、夫々常時検出しており、前記三つの検出手段からの検出信号により前記制御手段（８）は、例えば、負荷の急激な変動をいち早く察知して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、予め用意したガス圧マップ（図４）を参照して適切に制御することにより、最適な供給ガス圧が得られる。
又は、エアクリーナの急激な目詰まりを察知して、目標とする燃料ガス圧力を演算補正して最適な供給ガス圧力とすることが出来る。
【００１４】
詳しくは、図４のガス圧マップに示す様にエアクリーナに急激な目詰まりが生じた場合は、前記ガスガバナのローディング圧である吸気圧が急激に下がり、従ってキャブレターに供給される供給ガス圧力も降下する（図４で実線上の或る点）こととなる。
ところが、それまでの吸気圧の経時変化と負荷の関係から、前記制御手段（８）は本来あるべき供給ガス圧力（図４では点線上の点）を演算して補正し、負荷の大きさに応じてデューティーソレノイド弁のデューティー比、即ち大気との開放比率と、開放時間を制御し、供給ガス圧力を補正するように構成されている。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１において、本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と希薄燃焼式ガスエンジン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。
【００１７】
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。
【００１８】
前記空気供給ラインＡＬの前記エアクリーナ２と前記キャブレター３の間には吸気圧検出手段（吸気圧センサ：以降、吸気圧検出手段を吸気圧センサと記載する）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。
【００１９】
前記燃料ガス供給ラインＦＬの前記ガスガバナー１と前記キャブレター３の間にはガス圧検出手段（ガス圧センサ：以降、ガス圧検出手段をガス圧センサと記載する）６が、介装されており、入力信号ラインＳＬ２を介して制御手段８と接続されている。
【００２０】
又、ガスエンジンＥの出力側Ｇには負荷検出手段８が、更に、ガスエンジンのクランク軸に直結の回転部には回転計１１が設けてあり、符号順に夫々入力信号ラインＳＬ３、ＳＬ４を介して前記制御手段８に接続されている。
【００２１】
そして、前記制御手段８は、前記各信号ラインＳＬ１〜ＳＬ４の入力信号情報及び予め用意されたガス圧マップ（図４参照）に基づいて、最適な供給ガス圧力にするべく出力信号ラインＳＬ５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。
【００２２】
係る構成を具備する図１に示す希薄燃焼式ガスエンジンの燃料供給装置の実施形態によれば、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。
【００２３】
次に、図２を用い、図１をも参照して、希薄燃焼式ガスエンジンの燃料供給制御方法について説明する。
【００２４】
先ず、ステップＳ１において、図４に示すガス圧マップを設定し、次のステップＳ２において２次ガス圧、即ち、前記ガスガバナ１の下流側の供給ガス圧力を前記ガス圧センサ６によって検出する。
【００２５】
次のステップＳ３において、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Ｓ４に進む。
【００２６】
ステップＳ４では、前記吸気圧センサ５によって前記キャブレター３の入口圧を検出し、次のステップＳ５に進む。
【００２７】
ステップＳ５において前記制御手段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に負荷変動があったか否かを判断し、負荷変動があった場合はステップＳ６に進み、負荷変動が無かった場合はステップＳ７に進む。
【００２８】
ステップＳ６では、例えば、負荷が増加する様に変動していれば、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、即ち該デューティーソレノイド弁４の大気との連通孔４ａの開放率を上げたまま、目標とする負荷の大きさに応じた時間だけ、デューティー比を固定する様に制御する。そして、次のステップＳ１１に進む。
【００２９】
上記の様に制御すれば、前記バランスパイプＢＰを流れるローディング圧は吸気圧が上がった如くに補正されるので該補正に連動して前記ガスガバナ１は供給ガス量を増加させ、供給ガス圧である２次ガス圧が上昇する。その結果として図示せぬ燃焼室に流入する燃料ガスと空気の混合ガスはリッチ状態になって当初の目的（負荷が増加してもそれに見合う燃料を投入）が達せられる。
【００３０】
ステップＳ７では、制御手段８は前記吸気圧センサ５、前記ガス圧センサ６、前記負荷検出手段７、によって得た各検出情報、及び前記ガス圧マップ（図４）に基づき目標ガス圧を演算し、次のステップＳ８に進む。
【００３１】
ステップＳ８では、制御手段８は実ガス圧が目標値に対して高いか否かを判断し、高い場合（ステップＳ８においてＹＥＳ）は、ステップＳ９に進み、低い場合（ステップＳ８においてＮＯ）は、ステップＳ１０に進む。
【００３２】
ステップＳ９では、制御手段８は前記デューティソレノイド弁４のデューティー比を減ずるように制御し、その結果２次ガス圧は低くなる様に変化し、制御はステップＳ２に戻る。
【００３３】
ステップＳ１０では、制御手段８は前記デューティソレノイド弁４のデューティー比を増加させるように制御し、その結果２次ガス圧は高くなる様に変化し、制御はステップＳ２に戻る。
【００３４】
ここで、図５は、負荷を検出し、負荷投入時のデューティー比を大きくして燃料を濃く（リッチ状態に）し、負荷投入時の回転数低下を防ぐ制御において、負荷信号と、デューティー比と、２次ガス圧の関係を示す特性グラフである。
尚、横軸は何れも経過時間を表す。
【００３５】
図３は、本実施形態の希薄燃焼式ガスエンジンの燃料供給制御方法のその他の例を示すものである。
又、図３は図２に対して、ガス圧マップ設定の工程（図２においてＳ１）と２次ガス圧検出の工程（図２においてＳ２）の間に、エンジン回転数検出（図３においてＳ２２）の工程と、負荷変動判断工程（図２においてＳ５）と目標ガス圧演算工程（図２においてＳ７）の間に、回転変動の有無の判断工程（図３においてＳ２７）を加えた以外は全て図２と同様である。
【００３６】
ここで、図６は、エンジン回転数を検出し、エンジン回転数が設定回転数より低くなった時に、デューティー比を高い値に固定して、燃料ガス（混合ガス）を濃く（リッチ状態に）し、一方、設定回転数よりも高くなった時に、デューティー比を低い値に固定して燃料ガスを薄く（リーン状態に）することにより、回転を復帰させる制御において、回転信号と、デューティー比と、２次ガス圧の関係を示す特性グラフである。
尚、横軸は何れも経過時間を表す。
【００３７】
係る工程を具備した図２及び図３で示す希薄燃焼式ガスエンジンの燃料供給制御方法によれば、吸気圧センサ５によって吸気圧を、ガス圧センサ６によって燃料ガス２次圧を、前記負荷検出手段７によってガスエンジンＥの負荷を、夫々常時検出しており、前記三つの検出手段からの検出信号により前記制御手段８は、例えば、負荷の急激な変動をいち早く察知してデューティーソレノイド弁４のデューティー比を、予め用意したガス圧マップ（図４）を参照して適切に制御しており、したがって、最適な供給ガス圧が得られる。
又は、エアクリーナの急激な目詰まりを察知して、目標とする燃料ガス圧力を演算補正して最適な供給ガス圧力とすることが出来る。
【００３８】
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。
【００３９】
【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）  吸気圧検出手段による吸気圧信号、ガス圧検出手段による燃料ガス２次圧信号、及び負荷検出手段による負荷信号を、夫々常時検出しており、前記三つの検出信号によって制御手段は、運転時のエンジンの変動をいち早く察知して、開放率可変大気開放弁の大気開放率を、適切に制御することにより、最適な供給ガス圧が得られる。
（４）  エアクリーナの急激な目詰まりを察知して、目標とする燃料ガス圧力を演算補正して最適な供給ガス圧力とすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における希薄燃焼式ガスエンジンの燃料供給装置の構成図。
【図２】本発明の実施形態における燃料供給制御の流れを示す制御フローチャート。
【図３】本発明の実施形態における燃料供給制御の流れのその他の例を示す制御フローチャート。
【図４】本発明の実施形態における燃料供給制御に用いるガス圧マップを表した図。
【図５】本発明の実施形態による燃料供給制御において、負荷信号と、デューティー比と、２次ガス圧の関係、を示すグラフ。
【図６】本発明の実施形態による燃料供給制御において、回転信号と、デューティー比と、２次ガス圧の関係、を示すグラフ。
【図７】従来技術におけるガスエンジンの燃料供給装置の構成図。
【図８】従来技術において負荷の大小と、供給ガス圧及び空燃比の関係を示したグラフ。
【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・・・吸気圧センサ
６・・・ガス圧センサ
７・・・負荷検出手段
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】
0003952753.tif 000002
【図２】
0003952753.tif 000003
【図３】
0003952753.tif 000004
【図４】
0003952753.tif 000005
【図５】
0003952753.tif 000006
【図６】
0003952753.tif 000007
【図７】
0003952753.tif 000008
【図８】
0003952753.tif 000009