(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気（Ａ）が吸気加熱器（５）で加熱され、気体燃料（Ｇ）が混入されて予混合気が吸気通路（４）から吸気弁を介してシリンダ（１）内に吸入され、圧縮着火による燃焼後に排気ガス（Ｅ）が排気弁を介して排気通路（７）から排出される予混合圧縮自着火機関の運転制御方法において、前記排気通路（７）には開度調整可能な絞り弁（８）が介装され、前記シリンダ（１）には燃焼検知手段（１１）が取付けられ、そして燃焼検知手段（１１）からの信号で前記絞り弁（８）の開度制御を行う制御装置（１０）を備え、その制御装置は始動時には絞り弁（８）を始動時に最適な開度とし、始動終了後、絞り弁（８）を通常運転の開度にし、目標出力か否かを判定し、該目標出力であれば異常燃焼か否かを燃焼検知手段（１１）で判定し、異常燃焼の場合は絞り弁（８）の開度を広げ、目標出力より低出力の場合は、燃料供給量を増加し、異常燃焼であれば絞り弁（８）の開度を広げ、目標出力より高出力であれば、燃料供給量を減少し、異常燃焼であれば絞り弁（８）の開度を狭めるように制御することを特徴とする予混合圧縮自着火機関の運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば気体燃料と空気との混合気を吸気して、圧縮自着火によって運転する予混合圧縮自着火機関の運転制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４には、従来の気体燃料による予混合圧縮自着火機関の吸排気装置が模式図で示されている。
図４において、吸気Ａが吸気加熱器５で加熱され、気体燃料Ｇが混入されて予混合気が吸気通路４から吸気弁を介してシリンダ１内に吸入されており、圧縮着火によって燃焼後には、排気弁を介して排気通路７から排気ガスＥとして排出されている。
【０００３】
この様な予混合圧縮自着火機関においては、供給される予混合気の温度と燃料濃度とによって運転範囲及び自着火燃焼は大きく変化し、供給温度が高いほど、また燃料濃度が濃いほど自着火が起きやすい。
しかし、これらのパラメータを機関運転の制御因子として制御するには、応答性が非常に悪く、高精度な制御を行うことは難しい。
【０００４】
また、機関始動時においては燃料の濃い混合気を供給すれば着火性が高いので始動性は向上するが、燃料の僅かな濃度差でノック状の燃焼を引き起こす。すなわち、初期の燃焼不安定状態において燃料濃度の濃い混合気を供給して始動性を向上させる方法では、ノック状の燃焼によって機関損傷を起こす恐れがあり、機関を損傷して寿命を短縮してしまうという欠点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点に対処するべく提案されたものであり、予混合圧縮自着火機関において、始動性の向上を図ると共に、燃料濃度等に基づく異常燃焼に対して迅速に対応することができる予混合圧縮自着火機関の運転制御方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者は種々研究・開発の結果、この様な予混合圧縮自着火機関において排気圧を高くすると、図５で示す様に圧縮自着火が生じ易くなる、という現象に着目した。これは、排気圧が高くなると所謂「内部ＥＧＲ」となり、ＥＧＲガスの高い温度或いはＥＧＲガスに含有される成分が自着火を惹起するためであると推定される。
この様な知見に基く本発明の予混合圧縮自着火機関は、予混合圧縮自着火機関において、排気通路に開度調整可能な絞り弁を設け、燃焼検知手段を設けてその絞り弁の開度を制御するように構成している。
【０００７】
本発明によれば、吸気（Ａ）が吸気加熱器（５）で加熱され、気体燃料（Ｇ）が混入されて予混合気が吸気通路（４）から吸気弁を介してシリンダ（１）内に吸入され、圧縮着火による燃焼後に排気ガス（Ｅ）が排気弁を介して排気通路（７）から排出される予混合圧縮自着火機関の運転制御方法において、前記排気通路（７）には開度調整可能な絞り弁（８）が介装され、前記シリンダ（１）には燃焼検知手段（１１）が取付けられ、そして燃焼検知手段（１１）からの信号で前記絞り弁（８）の開度制御を行う制御装置（１０）を備え、その制御装置は始動時には絞り弁（８）を始動時に最適な開度とし、始動終了後、絞り弁（８）を通常運転の開度にし、目標出力か否かを判定し、該目標出力であれば異常燃焼か否かを燃焼検知手段（１１）で判定し、異常燃焼の場合は絞り弁（８）の開度を広げ、目標出力より低出力の場合は、燃料供給量を増加し、異常燃焼であれば絞り弁（８）の開度を広げ、目標出力より高出力であれば、燃料供給量を減少し、異常燃焼であれば絞り弁（８）の開度を狭めるように制御している。
【０００８】
そして、その燃焼検知手段としては、シリンダ内の燃焼圧力を計測する圧力センサ、または燃焼中の火炎のイオン電流を検出するイオンプローブ、あるいは排気通路に設けたＯ２  センサ等を用いるのが好ましい。
【０００９】
なお、複数の気筒を有する多気筒機関に対しては、各気筒について前記燃焼検知手段及び前記絞り弁が設けられているのが好ましい。
また、前記絞り弁に関しては、各シリンダの排気管が集合した後流に、前記絞り弁を１個設けても良い。
【００１０】
また本発明において、前記排気通路から分岐して並列に配置されて合流する第２の通路を設け、前記絞り弁は当該第２の通路に設けられているのが好ましい。
さらに本発明の実施に際しては、排気通路には前記絞り弁をバイパスするバイパス通路が設けても良い。
【００１４】
すなわち、本発明によれば、燃焼検知手段で燃焼状態を監視し、安定運転中にノック状の異常燃焼が検出されれば絞り弁の開度を広げることで異常燃焼に対し迅速に対応する。
そして、出力増加時に発生するノック状の異常燃焼に対しては絞り弁の開度を増大し、また、出力減少時に発生する出力不安定燃焼に対しては絞り弁の開度を減少することで、迅速かつ高精度な燃焼制御が行える。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１−図３を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
なお、前記図４の従来技術の説明と同様な構成部品には、同じ符号を付けて重複説明は省略する。
図１において、排気通路７には、開度調整可能な絞り弁８が介装されており、シリンダ１には、燃焼圧を検出する圧力センサ１１が取り付けられている。そして、圧力センサ１１の信号は制御装置１０に送られ、その制御装置１０は、絞り弁８の開度制御を行っている。
【００１６】
図２において、排気管７からは分岐管９Ａ（第２の通路）が分岐して、並列に配置されて排気管７（９）と合流しており、分岐管９Ａには、開度調整可能な絞り弁８が介装され、シリンダ１には、燃焼圧を検出する圧力センサ１１が取り付けられている。そして、圧力センサ１１の信号は制御装置１０に送られ、その制御装置１０は、分岐管９Ａに介装された絞り弁８の開度制御を行っている。
なお、図２において、排気管７における分岐管９Ａと並列な領域は、特に符号９を付して表現している。
【００１７】
次に、図３を参照して運転制御方法を説明する。
まず、ステップＳ１で始動時か否か判定し、Ｎｏであれば、ステップＳ４に進む。Ｙｅｓであれば、ステップＳ２で絞り弁８を始動時に最適な開度とする。そして、ステップＳ３で始動終了か否か判定し、Ｎｏであれば、ステップＳ２に戻り、ＹｅｓであればステップＳ４に進む。
【００１８】
ステップＳ４では、絞り弁８を通常運転時の開度にし、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、所定出力か否か判定し（例えば、トルクメータ、出力電圧または電流で検出する）、ＹｅｓであればステップＳ６へ、所定出力より低出力であればステップＳ８へ、所定出力より高出力であればステップＳ１１へ進む。
【００１９】
ステップＳ６では、異常燃焼（ノッキング）か否か燃焼検知手段１１で検出判定し、ＹｅｓであればステップＳ７で絞り弁８の開度を広げてステップＳ５へ戻る。ＮｏであればステップＳ１４で運転終了か否か判定し、Ｙｅｓであれば終了し、Ｎｏであれば、ステップＳ５に戻る。
【００２０】
所定出力より低出力であると判定されたステップＳ８では、燃料供給量を増加し、ステップＳ９では燃焼検知手段で異常燃焼（ノッキング）でないか判定し、ＮｏであればステップＳ５へ戻り、Ｙｅｓであれば、ステップＳ１０で絞り弁８の開度を広げてステップＳ５へ戻る。
【００２１】
また、所定出力より高出力であると判定されたステップＳ１１では、燃料供給量を減少し、ステップＳ１２では燃焼検知手段１１で異常燃焼（出力不安定燃焼）でないか判定し、ＮｏであればステップＳ５へ戻り、Ｙｅｓであれば、ステップＳ１３で絞り弁８の開度を狭めてステップＳ５へ戻る。
【００２２】
すなわち、制御装置１０は、絞り弁８の開度を制御し、始動時には開度を狭めた始動時の開度として排気圧を高めて始動を容易にし、始動すれば、通常の開度に広げる。
【００２３】
図５において、排気圧が吸気圧よりも０．２ｂａｒだけ高い場合の特性曲線は、排気圧が１．０ｂａｒである場合の特性曲線よりも、上方に位置している事から明らかな様に、排気圧が高い場合は排気圧が低い場合に比較して、筒内圧力も熱発生率も向上している。
従って、排気圧を高めてやれば、始動が容易に行われる条件が形成されるのである。
【００２４】
再び図３の制御フローに戻る
安定運転時には燃焼検知手段１１で燃焼状態を監視し、ノッキング状の燃焼が検出されたら、絞り弁８を開き排気圧を減少させて通常の燃焼状態（安定した燃焼状態）に迅速に戻す。
【００２５】
出力の増加時にノッキング状の燃焼が検出されたならば、絞り弁８を開き排気圧を減少させて燃料の増加を行う。
一方、出力減少時に出力不安定燃焼が検出された場合には、絞り弁８を狭めて排気圧を増加させて自着火が生じ易い状態に移行せしめる。
【００２６】
この様に、図示の実施形態によれば、出力変更時にも、高精度で燃焼制御が行われる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の作用効果を以下に列挙する。
（１）  排気圧を高めることで自着火燃焼が起きやすくなり、始動性が向上する。したがって、安定した運転に至る始動時間が短縮され、吸気加熱器の供給熱量を低減できる。
（２）  安定運転中の出力制御においても、ノック状の異常燃焼が生じた場合に、絞り弁の制御によって迅速かつ高精度に燃焼の制御が行え、機関損傷の危険性が低減されると共に、高精度な燃焼制御で熱効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の予混合圧縮自着火機関の吸排気装置の実施形態を示す模式図。
【図２】本発明の予混合圧縮自着火機関の別の実施形態排気装置を示す模式図。
【図３】本発明の運転制御方法を示すフローチャート図。
【図４】従来の予混合圧縮自着火機関
【図５】本発明における知見の妥当性を証明するための特性図。
【符号の説明】
１・・・シリンダ
４・・・吸気通路
５・・・吸気加熱器
７・・・排気通路
８・・・絞り弁
１０・・・制御装置
１１・・・圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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