(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
副室式希薄燃焼ガス機関において、排気温度及び吸気管内圧を検出する検出手段を設け、検出した吸気管内圧が一定値よりも高くなった場合に、検出した排気温度に基づいて空燃比制御を行うように構成したことを特徴とする副室式希薄燃焼ガス機関。
【請求項２】
副室式希薄燃焼ガス機関において、排気温度及び吸気管内圧を検出する検出手段を設け、検出した排気温度に基づいて空燃比制御を行い、該空燃比制御は、検出した吸気管内圧が一定値よりも高くなった場合に開始し、検出した吸気管内圧が一定値よりも低くなった場合に停止するように構成し、空燃比制御停止時の吸気管内圧を空燃比制御開始時の吸気管内圧よりも低く設定したことを特徴とする副室式希薄燃焼ガス機関。
【請求項３】
副室式希薄燃焼ガス機関において、排気温度及び吸気管内圧を検出する検出手段を設け、検出した吸気管内圧が一定値よりも高くなった場合に、検出した排気温度に基づいて空燃比制御を行い、空燃比制御時の目標排気温度を吸気管内圧に応じて変化させたことを特徴とする副室式希薄燃焼ガス機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、副室式希薄燃焼ガス機関において、排気温度に基づいて空燃比制御を行う副室式希薄燃焼ガス機関の空燃比制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の副室式希薄燃焼ガス機関においては、例えば、図１１に示すように、ガスミキサー８２内で空気Ａと燃料ガスＧとが一定比にて混合され、電子ガバナ８４により開度制御されるスロットル８３によって供給量を調整されながら、機関８８のシリンダヘッド８８ａへ供給されるように構成されており、該機関８８内で燃焼した後の排気は排気管８９を通じて外部へ排出される。
また、機関８８のクランク軸には機関回転数を検出する回転数センサ８７を、スロットル８３下流側の吸気管には吸気圧を検出する吸気圧センサ８５を、ガスミキサー８２のガス供給管８２ａには燃料ガスＧの供給量を検出する供給量検出センサ９０、及び、ガスミキサー８２への燃料ガスＧの供給量を調整するための空燃比制御バルブ８１を設けており、回転数センサ８７、吸気圧センサ８５、及び、供給量検出センサ９０はコントローラ８６と接続されている。
そして、機関８８の運転時には、空燃比制御バルブ８１を制御することにより、ガスミキサー８２への燃料ガスＧの供給量を調整して、所望の空燃比（吸入空気量／吸入燃料量）を得ていたが、経時的に、また、周囲の大気条件等によって空燃比を調節するといったような空燃比制御は行っていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の如く空燃比制御を行わないと、図１２に示すように、機関８８の運転時間を経るにつれて前記ガスミキサー８２内が汚れてきて、徐々に排気中の残存酸素濃度が減少してくる。排気中の残存酸素濃度と空燃比とは比例関係にあるため、排気中の残存酸素濃度が減少すると空燃比も同様に低下する。即ち、吸入空気量に対する吸入燃料量が増加して、燃料ガスがリッチ側へ移動するのである。
【０００４】
また、図１３に示すように、ガスミキサー８２へ供給される燃料ガスＧの温度、及び、空気Ａの吸気温度によって空気過剰率が変化する。そして、空気過剰率と空燃比とは比例関係にあるので、空気過剰率の変化に伴って空燃比も同様に変化する。
さらに、空燃比の変化により、図１４の如く、発生するＮＯｘ濃度も燃料ガスＧの温度、及び、空気Ａの吸気温度によって変化するのである。
このように、経時変化により空燃比が変化したり、周囲の大気条件によりＮＯｘ濃度が変化したりして、発生するＮＯｘ濃度が規制値近くまで上昇する恐れがあった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次に該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、副室式希薄燃焼ガス機関において、排気温度及び吸気管内圧を検出する検出手段を設け、検出した吸気管内圧が一定値よりも高くなった場合に、検出した排気温度に基づいて空燃比制御を行うように構成したことである。
【０００７】
また、請求項２においては、副室式希薄燃焼ガス機関において、排気温度及び吸気管内圧を検出する検出手段を設け、検出した排気温度に基づいて空燃比制御を行い、該空燃比制御は、検出した吸気管内圧が一定値よりも高くなった場合に開始し、検出した吸気管内圧が一定値よりも低くなった場合に停止するように構成し、空燃比制御停止時の吸気管内圧を空燃比制御開始時の吸気管内圧よりも低く設定したことである。
【０００８】
また、請求項３においては、副室式希薄燃焼ガス機関において、排気温度及び吸気管内圧を検出する検出手段を設け、検出した吸気管内圧が一定値よりも高くなった場合に、検出した排気温度に基づいて空燃比制御を行い、空燃比制御時の目標排気温度を吸気管内圧に応じて変化させたことである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の副室式希薄燃焼ガス機関における給排気系を示す図、図２は排気温度と残存酸素濃度との関係を示す図、図３は空燃比制御のフローを示す図、図４は空燃比制御を行った場合における平均排気温度及び残存酸素濃度の変化を示す図、図５は空燃比制御を行った場合における燃料ガス温度及び吸気温度と空気過剰率との関係を示す図、図６は吸気管内圧による空燃比制御の開始及び停止の切り替え状態を示す図、図７は目標排気温度等の違いによる空燃比制御の開始及び停止の切り替え位置差を示す図、図８は空燃比制御の開始及び停止の切り替え位置が一点の場合の切り替え状態を示す図、図９は空燃比制御の開始位置と停止位置とを別に設けた場合の切り替え状態を示す図、図１０は目標排気温度の設定の違いによる平均排気温度の変化状態の差を示す図、図１１は従来の副室式希薄燃焼ガス機関における給排気系を示す図、図１２は同じく排気中の残存酸素濃度の経時的変化を示す図、図１３は空燃比制御を行わない場合における燃料ガス温度及び吸気温度と空気過剰率との関係を示す図、図１４は同じく燃料ガス温度及び吸気温度とＮＯｘ濃度との関係を示す図である。
【００１０】
本発明の副室式希薄燃焼ガス機関について説明する。図１においては、ガスミキサー２内で空気Ａと燃料ガスＧとが一定比にて混合され、この混合気が電子ガバナ４により開度を制御されるスロットル３によって供給量を調整されながら、機関８のシリンダヘッド８ａへ供給されるように構成されており、該機関８内で燃焼した後の排気は排気管９を通じて外部へ排出される。
【００１１】
また、機関８のクランク軸には機関回転数を検出する回転数センサ７を、吸気管１２のスロットル３下流側部分には、該吸気管１２内の吸気圧を検出する吸気圧センサ５を、ガスミキサー２のガス供給管２ａには燃料ガスＧの供給量を検出する供給量検出センサ１０、及び、ガスミキサー２への燃料ガスＧの供給量を調整するための空燃比制御バルブ１を、排気管９の根元部には排気温度を検出する排温センサ１１を設けており、回転数センサ７、吸気圧センサ５、供給量検出センサ１０、及び、排温センサ１１はコントローラ６と接続されている。
【００１２】
そして、機関８の運転時には、空燃比制御バルブ１を制御することにより、ガスミキサー２への燃料ガスＧの供給量を調整して、所望の空燃比（吸入空気量／吸入燃料量）を得るように構成している。この空燃比の調整は、前記排温センサ１１により検出した排気温度を、コントローラ６に予め設定しておいた目標排気温度と比較して、検出した排気温度が目標排気温度と等しくなるように空燃比制御バルブ１を制御することで行っており、空燃比が一定となるように空燃比制御を行っているのである。
【００１３】
ここで、排温センサ１１により検出される排気温度と排気中の残存酸素濃度との関係について、図２に示しているが、排気温度が低下するのに比例して残存酸素濃度が高くなっている。即ち、残存酸素濃度は空燃比と比例関係にあるため、排気温度の低下に比例して空燃比が高くなるのである。従って、機関８の運転時に常に一定の空燃比を得るためには、排気温度を一定値に保持すればよい。そこで、本発明の副室式希薄燃焼ガス機関においては、機関８で燃焼した後の排気を外部へ排出するための排気管９の根元部分に排温センサ１１を配設し、該排温センサ１１により検出した排気温度に基づいて空燃比制御バルブ１を制御して、常に一定の空燃比を得るように構成している。
【００１４】
次に、この空燃比制御のフローを説明する。図３において、まず、ステップ１０１・１０２・１０３で、吸気管内圧、排気温度、及び、吸気管内温度をコントローラ６へ読み込み、ステップ１０４で読み込んだ排気温度の偏差が一定値以上であるか否かを判断する。その後、ステップ１０５で読み込んだ排気温度の平均値を算出するとともに、ステップ１０６で予め設定しておいた目標排気温度を読み込む。そして、ステップ１０７にて排気温度平均と目標排気温度とを比較し、排気温度平均が目標排気温度よりも低い場合には、ステップ１０８の如く空燃比制御バルブ１の開度のステップ数をアップして、ガスミキサー２への燃料ガスＧの供給量を増加させ、逆に、排気温度平均が目標排気温度よりも高い場合には、ステップ１０９の如く空燃比制御バルブ１の開度のステップ数をダウンして、ガスミキサー２への燃料ガスＧの供給量を減少させる。このように、排温センサ１１により検出する排気温度の平均値が、予め設定しておいた目標排気温度と同じ値となるように、空燃比制御バルブ１の開度を調節し、結果的に空燃比が一定となるように制御しているのである。
【００１５】
次に、以上のような空燃比制御を行った場合における平均排気温度、及び、残存酸素濃度の変化について説明する。図４において、グラフ２１は平均排気温度の時間の経過に伴う変化を示し、グラフ２２は残存酸素濃度の時間の経過に伴う変化を示し、グラフ２３は目標排気温度を示している。また、空燃比制御の開始点２５から終了点２６までを、空燃比制御範囲Ｘとしている。グラフ２１で示される平均排気温度は、空燃比制御を行っていない場合には目標排気温度よりも高いが、空燃比制御の開始点２５から徐々に下がって、ついには平均排気温度が目標排気温度と同じ値になり、以降、空燃比制御範囲Ｘにおいては一定を保っている。一方、残存酸素濃度は空燃比制御の開始点２５から、平均排気温度の下降に伴って上昇し、平均排気温度の下降が停止して目標排気温度と同じ値となった時点で、残存酸素濃度も一定の値となって、以降、その状態を保持している。即ち、空燃比制御により平均排気温度を目標排気温度と同じ値に調節して、その状態を保持することで、空燃比が一定の値に制御されており、制御する空燃比の値は、目標排気温度を変化させることで調節することができる。これにより、経時的に空燃比を変化させず、一定に保持することができるのである。
【００１６】
さらに、空燃比制御を行っている場合には、図５に示すように、ガスミキサー２へ供給される燃料ガスＧの温度、及び、空気Ａの吸気温度が変化しても空気過剰率は変化せずに一定の値を保持しており、空気過剰率と空燃比とは比例関係にあるので、空燃比も一定の値を保持することとなる。即ち、空燃比制御を行うことで、周囲の大気条件が変化した場合においても空燃比を一定に保持することができるのである。
【００１７】
また、副室式希薄燃焼ガス機関における空燃比制御は高負荷時のみに行うように構成している。例えば、図６に示すように、前記吸気圧センサ５により検出される吸気管内圧の変化により平均排気温度３１が変化するが、吸気管内圧が低い低負荷時には平均排気温度３１の変化度合いが大きく、吸気管内圧が高い高負荷時には平均排気温度３１の変化度合いが小さい。そこで、平均排気温度３１の変化度合いが小さくなる辺りの吸気管内圧部分に制御切り替え領域３２を設け、該制御切り替え領域３２よりも吸気管内圧が高い高負荷側の部分を制御領域３３として、該制御領域３３において空燃比制御を行って平均排気温度３１が目標排気温度３０となるように制御し、制御切り替え領域３２よりも吸気管内圧が低い低負荷側の部分を無制御領域３４として、該無制御領域３４においては空燃比制御を行わないように構成している。
【００１８】
そして、制御切り替え領域３２には、制御開始圧３２ｂと制御停止圧３２ａとを設けており、吸気管内圧が制御開始圧３２ｂよりも高圧になると制御を開始し、吸気管内圧が制御停止圧３２ａよりも低圧になると制御を停止するように構成して、制御停止圧３２ａは制御開始圧３２ｂよりも低圧に設定し、両者間にはある一定の間隔を設けている。また、図７に示すように、平均排気温度３１における制御切り替え領域３２は、目標排気温度や制御切り替え位置が異なる平均排気温度３１’の場合には、制御切り替え領域３２’の如く位置を変化させて設定することができる。
【００１９】
制御切り替え位置に関して、例えば、図８に示すように、制御切り替え位置３６を吸気管内圧のある一点のみに設けて、該制御切り替え位置３６より吸気管内圧３５が高くなれば空燃比制御を開始し、制御切り替え位置３６より吸気管内圧３５が低くなれば空燃比制御を停止するように構成すると、吸気管内圧３５が制御切り替え位置３６付近となるような負荷で運転した場合には、吸気管内圧３５の経時的な変動によって頻繁に空燃比制御の開始及び停止が繰り返されることになり、機関８の運転状態が大きく変動して不安定となってしまう。
【００２０】
しかし、本機関８においては、制御停止圧３２ａと制御開始圧３２ｂとの二つの制御切り替え位置を設定した制御切り替え領域３２を設けて、制御停止圧３２ａを制御開始圧３２ｂよりも低圧に設定しているため、図９に示す如く、吸気管内圧３７が制御開始圧３２ｂ付近となるような負荷で運転した場合でも、制御の切り替えが頻繁に行われることがなく、空燃比制御の制御状態が安定するとともに、機関８の運転状態も安定する。同様に、吸気管内圧３７が制御停止圧３２ａ付近となるような負荷で運転した場合においても、空燃比制御の制御状態、及び、機関８の運転状態を安定させることができる。
【００２１】
また、前述のように、吸気管内圧（即ち負荷）によって空燃比制御の開始及び停止を切り替えるように構成した場合、図１０の左側に示すように（図１０のグラフにおける縦軸は平均排気温度を、横軸は吸気管内圧を示している）、吸気管内圧が制御開始圧３２ｂよりも高負荷側へ変動して空燃比制御が開始された際には、制御開始時の平均排気温度３１が目標排気温度３０まで急激に変化する。この空燃比制御の有無による平均排気温度３１の急激な変化によって、失火したと判断される可能性がある。そこで、これを防止するため、図１０の右側に示すように（図１０のグラフにおける縦軸は平均排気温度を、横軸は吸気管内圧を示している）、目標排気温度３９を設定している。即ち、空燃比制御が開始される制御開始圧３２ｂにおいては、目標排気温度３９を、開始時目標排気温度３９ａとして平均排気温度３１とほぼ等しい値に設定しておき、そこから高負荷側へいくにつれて、例えば、徐々に滑らかに上昇させていき、最終目標排気温度３９ｂまで変化させている。
【００２２】
このように、空燃比制御時の目標排気温度３９を、吸気管内圧に応じて変化させることにより、空燃比制御の開始及び停止の切り替え時における平均排気温度３１の急激な変化を抑えることができ、誤って失火の判断がなされる恐れがなくなる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は以上の如く構成したので、次のような効果を奏するのである。
【００２４】
請求項１記載の如く、排気温度を検出する検出手段を設け、検出した排気温度に基づいて空燃比制御を行うように構成したので、経時的に空燃比を変化させずに一定に保持することができるとともに、供給される燃料ガスの温度、及び、空気の吸気温度が変化しても空燃比を一定に保持することはできた。
また、これにより、発生するＮＯｘ濃度が安定して一定値に保持できるようになった。
更に、吸気管内圧を検出する検出手段を設け、検出した吸気管内圧が一定値よりも高くなった場合に、検出した排気温度に基づいて空燃比制御を行うように構成したので、吸気管内圧が低い低負荷時には空燃比制御の開始及び停止の切り替えが行われることがなく機関を安定して運転することができ、吸気管内圧が高い高負荷時には自動的に空燃比制御を開始して空燃比を一定に保つことができた。
【００２５】
更に、請求項２記載の如く、排気温度及び吸気管内圧を検出する検出手段を設け、検出した排気温度に基づいて空燃比制御を行い、該空燃比制御は、検出した吸気管内圧が一定値よりも高くなった場合に開始し、検出した吸気管内圧が一定値よりも低くなった場合に停止するように構成し、空燃比制御停止時の吸気管内圧を空燃比制御開始時の吸気管内圧よりも低く設定したので、空燃比制御の開始及び停止の切り替えが頻繁に行われることがなく、空燃比制御の制御状態が安定するとともに、機関の運転状態を安定させることができた。
【００２６】
更に、請求項３記載の如く、排気温度及び吸気管内圧を検出する検出手段を設け、検出した吸気管内圧が一定値よりも高くなった場合に、検出した排気温度に基づいて空燃比制御を行い、空燃比制御時の目標排気温度を吸気管内圧に応じて変化させたので、空燃比制御の開始及び停止の切り替え時における平均排気温度の急激な変化を抑えることができ、誤って失火の判断がなされることが防止できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の副室式希薄燃焼ガス機関における給排気系を示す図である。
【図２】  排気温度と残存酸素濃度との関係を示す図である。
【図３】  空燃比制御のフローを示す図である。
【図４】  空燃比制御を行った場合における平均排気温度及び残存酸素濃度の変化を示す図である。
【図５】  空燃比制御を行った場合における燃料ガス温度及び吸気温度と空気過剰率との関係を示す図である。
【図６】  吸気管内圧による空燃比制御の開始及び停止の切り替え状態を示す図である。
【図７】  目標排気温度等の違いによる空燃比制御の開始及び停止の切り替え位置差を示す図である。
【図８】  空燃比制御の開始及び停止の切り替え位置が一点の場合の切り替え状態を示す図である。
【図９】  空燃比制御の開始位置と停止位置とを別に設けた場合の切り替え状態を示す図である。
【図１０】  目標排気温度の設定の違いによる平均排気温度の変化状態の差を示す図である。
【図１１】  従来の副室式希薄燃焼ガス機関における給排気系を示す図である。
【図１２】  同じく排気中の残存酸素濃度の経時的変化を示す図である。
【図１３】  空燃比制御を行わない場合における燃料ガス温度及び吸気温度と空気過剰率との関係を示す図である。
【図１４】  同じく燃料ガス温度及び吸気温度とＮＯｘ濃度との関係を示す図である。
【符号の説明】
Ａ  空気
Ｇ  燃料ガス
１  空燃比制御バルブ
２  ガスミキサー
５  吸気圧センサ
８  機関
９  排気管
１０  供給量検出センサ
１１  排温センサ
１２  吸気管
３０  目標排気温度
３１  平均排気温度
３２  制御切り替え領域
３２ａ  制御停止圧
３２ｂ  制御開始圧
３９  目標排気温度
【図１】
0003940214.tif 000002
【図２】
0003940214.tif 000003
【図３】
0003940214.tif 000004
【図４】
0003940214.tif 000005
【図５】
0003940214.tif 000006
【図６】
0003940214.tif 000007
【図７】
0003940214.tif 000008
【図８】
0003940214.tif 000009
【図９】
0003940214.tif 000010
【図１０】
0003940214.tif 000011
【図１１】
0003940214.tif 000012
【図１２】
0003940214.tif 000013
【図１３】
0003940214.tif 000014
【図１４】
0003940214.tif 000015