JP2001098984A - ガス充填装置におけるガスエンジンの希薄燃焼制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ガス充填効率を高めて充填時間の短縮し、希
薄燃焼でＮＯｘ低減や燃費向上を図り、さらに運転領域
に応じて最適な運転特性を達成するガス充填装置の希薄
燃焼制御方法。 【解決手段】 燃料用ガスをガスタンクに充填する圧縮
機と、この圧縮機を駆動するガスエンジンを備えたガス
充填機におけるガスエンジンの希薄燃焼制御方法におい
て、圧縮機からガスタンクに送られるガス圧力に基づい
てガスエンジンまたは圧縮機の回転数を制御するととも
に、予め設定したエンジン回転数とスロットル開度に基
づくベースマップとリーン側に燃料供給量を設定した第
２マップとを有し、ベースマップにより制御された燃料
供給中に、失火を判定しながら燃料を徐々にリーン化
し、失火または第２マップに達した時点でリーン化を停
止してその燃料供給量を学習してベースマップを書き換
え、この書き換えたベースマップにしたがって燃料供給
量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガス燃料を使用する
車両や各種装置等のガスタンクに燃料用ガスを充填する
ガス充填装置に関し、特にそのガスエンジンの失火を判
定しながら燃料のリーン化を図った希薄燃焼制御方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガス充填装置として、燃料用ガスを圧縮
する圧縮機と、この圧縮機を駆動するガスエンジンから
なるガス充填装置が開発されている。このガス充填装置
においては、圧縮機のガス吸込口を燃料用ガスの供給源
に接続し、ガス吐出口を充填用ホースによって車両や各
種装置等のガスタンクに接続し、ガスエンジンで圧縮機
を駆動して前記燃料用ガスを所定の高圧にして車両等の
ガスタンクに圧送し充填する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ガス充填装置では、充填終期に充填圧力が増大して圧縮
機から車両のガスタンクに充填されるガスの量（充填流
量）が低下し、充填時間が長くかかるというガス充填装
置特有の問題があった。

【０００４】一方、このようなガス充填装置のガスエン
ジンにおいて、ＮＯｘの低減や燃費の改善のために希薄
燃焼方式でエンジン駆動することが考えられる。この場
合、例えば、エンジン回転数とスロットル開度に応じて
設定した失火限界のベースマップを用いて希薄燃焼制御
を行った場合、失火が起きた場合に、これを検出して対
処しなければ次回その運転領域で再び失火が起こり、結
果的に未燃ガスが排出され燃費も悪化する。

【０００５】一般の車両や空調システムの分野において
使用されるガスエンジンの希薄燃焼制御方法が特開平１
０−１３１７９５号公報に開示されている。この公報記
載の公知技術は、ガス流量制御弁の開度データのマップ
を備え、学習ステップによりマップを失火しない範囲で
リーン側に書き換えることにより、失火限界に近い希薄
燃焼状態の維持を図るものである。このような希薄燃焼
により、燃費の向上とともにＮＯｘの排気ガス対策が図
られる。

【０００６】一方、エンジンを運転する場合、エンジン
回転数およびスロットル弁開度に応じた運転領域によ
り、燃費や排気ガス対策とともに、エンジン出力や、燃
焼効率あるいは運転性等の各種運転特性について、各領
域ごとにその領域に合った最良の運転特性が要求され
る。

【０００７】しかしながら、上記公報記載の燃料制御方
法においては、運転領域の全域について失火限界に近い
値までマップデータを書き換えるため、学習後の最終的
なマップデータは、運転領域にかかわらず全域でほぼ、
失火限界の燃料制御弁開度となる。このため、特に出力
を確保したい高負荷運転領域や燃焼効率を高めたい領域
等、希薄燃焼に優先して領域ごとにその領域に合った最
良の運転状態を得たい場合に、燃料は常に最大限の失火
限界に近づけて、希薄化されてしまうため所望の運転特
性が得られず、運転領域に応じて要求される最適な運転
特性の燃焼状態を得ることができない。

【０００８】本発明は上記従来技術を考慮したものであ
って、ガス充填装置特有の課題であるガス充填効率を高
めて充填時間の短縮を図るとともに、必要な希薄燃焼を
行って十分なＮＯｘの低減や燃費の向上を図った上で、
さらに運転領域に応じて領域ごとに最適な運転特性を達
成することができるガス充填装置における希薄燃焼制御
方法の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、燃料用ガスを圧縮してガスタンクに充
填する圧縮機と、この圧縮機を駆動するガスエンジンと
を備えたガス充填機におけるガスエンジンの希薄燃焼制
御方法において、前記圧縮機からガスタンクに送られる
ガス圧力を検出し、これに基づいて前記ガスエンジンま
たは前記圧縮機の回転数を制御するとともに、予め設定
したエンジン回転数とスロットル開度に基づくマップを
用い、前記マップは、ベースマップと、このベースマッ
プよりリーン側に燃料供給量を設定した第２マップとを
有し、前記ベースマップにより制御された燃料供給中
に、失火を判定しながら燃料を徐々にリーン化し、失火
または第２マップに達した時点でリーン化を停止してそ
の燃料供給量を学習して前記ベースマップを書き換え、
この書き換えたベースマップにしたがって燃料供給量を
制御することを特徴とするガス充填装置におけるガスエ
ンジンの希薄燃焼制御方法を提供する。

【００１０】この構成によれば、圧縮機吐出側のガスタ
ンクの圧力に応じて、ガスエンジンまたは圧縮機の回転
数が制御されるため、圧力に応じた最適効率でガスエン
ジンの出力制御を行うことができる。この場合の回転数
制御としては、例えば、ガスタンクのガス圧力が高くな
るにしたがって圧縮機の回転数を徐々に低下させたり、
あるいは充填初期時の圧力が低いときにエンジン回転数
を上げて急速充填を図るように制御してもよい。

【００１１】また、希薄燃焼制御のベースマップとし
て、例えば予め分っている失火が起きない燃料供給量デ
ータを設定するとともに、このベースマップよりリーン
側に設定した第２マップを備え、ベースマップによる燃
料供給量から失火するまで燃料を徐々にリーン化し、失
火した時点の燃料供給量または失火する前に第２マップ
に達した場合にはその第２マップの燃料供給量でベース
マップが書き換えられる。これにより失火限界と第２マ
ップの組合せによるマップが学習により形成され、失火
限界のマップに対し予め設定した所望特性が得られる第
２マップを加味して燃料制御マップを形成することがで
きる。この場合、ベースマップの他に書き換え用のマッ
プを備えて、この書き換えマップを順次書き換えること
によりオリジナルのベースマップを残したまま実質上ベ
ースマップの書き換えによる学習を行うことができる。

【００１２】好ましい構成例においては、前記第２マッ
プは、エンジン回転数とスロットル開度に応じたマップ
形成領域ごとに異なる運転特性を優先させて、その運転
特性が得られる最もリーン側の燃料供給量となるように
設定されたことを特徴としている。

【００１３】この構成によれば、第２マップに、エンジ
ン回転数とスロットル開度に応じた運転領域ごとにその
領域で要求される運転特性に合った燃料供給量データが
設定されるため、失火限界の範囲内で運転領域に応じた
最適な運転特性で燃料制御が行われる。

【００１４】さらに好ましい構成例では、前記ベースマ
ップの書き換え時に、制御している領域とともに他の領
域についても同じオフセット量を前記第２マップよりリ
ッチ側の範囲で書き換えることを特徴としている。

【００１５】この構成によれば、ある領域で燃料制御を
学習中に他の領域についても一律に同じリーン側へのオ
フセット量だけベースマップが書き換えられるため、学
習作業が効率的に行われる。

【００１６】さらに好ましい構成例では、前記失火判定
時に、１ステップずつリーン化し、失火を検出したらベ
ースマップよりリーン側の範囲で所定ステップだけリッ
チ側に戻すことを特徴としている。

【００１７】この構成によれば、予め分っている失火が
起きないことが保証された最もリーンなベースマップの
設定量を維持したまま、さらに失火限界に近づけて燃料
のリーン化が図られる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の
形態に係るガス充填装置の構成図である。また、図２
は、充填圧力と主換気ファンの回転数との関係を示すグ
ラフである。

【００１９】この実施形態のガス充填装置１は、図１中
に符号２で示すガス吸入口から供給された例えば天然ガ
ス（以下、単にガスという）を圧縮して図示していない
車両や各種装置のガスタンクに充填するためのものであ
って、１つのケーシング３に後述するエンジン４、圧縮
機５、ガス冷却器６などを収容している。

【００２０】この実施の形態によるガス充填装置１のガ
ス冷却器６は水冷式のものを採用している。ガス冷却器
６の熱交換部６ａは、エンジン冷却水系におけるラジエ
ータ下流側に介装し、ラジエータ３４によって冷却され
たエンジン冷却水でガスを冷却する構造を採っている。
なお、この実施の形態では、ラジエータ３４をケーシン
グ３の排気口８に配置している。また、冷却水ポンプ３
５はエンジン４が駆動する構造のものを使用している。

【００２１】このように構成したガス充填装置１によれ
ば、水冷式エンジン４のエンジン冷却水を利用してガス
を冷却することができるから、空冷式のガス冷却器を使
用する場合に比べてガス冷却器６をケーシング３内に配
置する位置の自由度を増大させることができる。このた
めケーシング３内に形成されるデッドスペースにガス冷
却器６を配置することができる。

【００２２】クランク軸１３には冷却水ポンプ３５駆動
用のプーリと、端部に一方向クラッチ１１０を介してフ
ァン駆動軸１１１が連結され、ファン駆動軸１１１には
エンジン回転数に対してファン回転数を可変とする変速
装置１１２と、発電機と電動モータを兼ねる回転機１１
３とベルト連結されるプーリ１１４が配設されている。
エンジン４の運転中には、エンジン動力の一部が一方向
クラッチ１１０を経て変速装置１１２とプーリ１１４に
伝えられ、回転機１１３は発電機として機能するととも
に、変速装置１１２が要求冷却性能に合わせた変速比で
主換気ファン１０を駆動する。

【００２３】エンジン４停止中における換気動作時、例
えばガス洩れ検知器７８がガスを検知したとき、回転機
１１３が不図示のバッテリからの電力供給を受けて電動
モータとして機能して変速装置１１２を介して主換気フ
ァン１０を駆動する。このとき、一方向クラッチ１１０
により負荷の大きいクランク軸１３側には電動モータの
回転力は伝わらない。

【００２４】この水冷式ガス冷却器６の冷却性能を増大
させるためには、主換気ファン１０の回転数がエンジン
回転数より高くなるように変速装置１１２を制御してラ
ジエータ３４の放熱量を増大させることによって行う。
このようにガス冷却器６の冷却性能を向上させることに
よって、ガスの充填終期にガスの温度上昇が緩和され、
圧縮機５から吐出させるガスの密度を高く保つことがで
きる。

【００２５】これを示したのが図２である。圧縮機５
は、第１の圧力センサ４８で検知される略一定のガス供
給源の圧力を、第２の圧力センサ５５で検知される吐出
圧力まで昇圧する。すなわち、充填が進行するにしたが
い総圧縮比が増加して発熱量が増加するが、吐出圧力、
すなわち充填圧力が増加するにしたがい主換気ファン回
転数を増加させており、充填効率が低下するのを防止し
ている。

【００２６】図１において、エンジン冷却水系に介装し
た符号９１で示すものはサーモスタット弁である。ま
た、ガス冷却器６の冷却水出口の近傍に接続した符号９
２で示すものは冷却水用リザーブタンクである。また、
この実施の形態によるガス充填装置１の除湿装置４６
は、加熱装置６１の熱源をエンジン４の廃熱を吸収した
エンジン冷却水としている。詳述すると、エンジン冷却
水系であってエンジン出口とラジエータ入口との間に、
除湿装置４６の空気加熱用パイプ６３を相対的に高温の
エンジン冷却水で加熱する構造の熱交換器９３を介装し
ている。

【００２７】この実施の形態では、ブローダウンタンク
５７に圧縮機５の圧縮部＃２〜＃４と、圧縮機出口菅４
２をそれぞれ安全弁９４を介して連通させている。ま
た、充填カプラソケット５１の上流側に緊急分離カプラ
９５を介装している。圧縮機５は、負荷が最も大きくな
る圧縮部＃４の機構部分にオイルを圧送する構造を採っ
ている。オイルポンプを符号９６で示し、オイルフィル
ターを符号９７で示し、オイル用圧力調整弁を符号９８
で示す。

【００２８】符号１２０および１２１で示すものは、ブ
ローダウン弁９６が開くとき同時に開となり、オイルフ
ィルター５４で捕捉したオイルをブローダウンタンク５
７に循環させるオイルドレン弁である。

【００２９】また、符号２１はエアクリーナ、２３はス
ロットル弁、２４はミキサー、２５はスロットル弁開閉
駆動モータ、２６は燃料ガス供給用配管である。燃料ガ
ス供給配管２６上には、エンジン４に供給する燃料ガス
の圧力を略大気圧に減圧制御するための減圧調整弁２８
および燃料ガス流量制御弁２９が設けられる。符号４３
はガス供給元弁、４４は全ガス流量計、４５は逆止弁で
ある。

【００３０】前記圧縮機出口管４２は、ケーシング３を
貫通してケーシング３外に導出させ、先端部に充填カプ
ラソケット５１を接続している。この充填カプラソケッ
ト５１を図示していない車両のタンク側カプラソケット
に接続することによって、圧縮機５を車両のガスタンク
に連通する。なお、充填カプラソケット５１は、タンク
側カプラソケットが接続されていることを検出する充填
ホース接続確認用のセンサ５２を備えている。

【００３１】ブローダウンタンク５７は、充填開始時で
あって充填カプラソケット５１を車両に接続する以前に
圧縮系に残存するガスを排出させ、ガス充填系の圧力を
低減させるためのものである。すなわち、ブローダウン
弁５６を開いて圧縮機５内の残圧を低減させることによ
って、充填カプラソケット５１をタンク側カプラソケッ
トに人手によって簡単に接続することができる。ブロー
ダウン弁５６を開くとき、ブローダウンタンク５７内の
圧力が異常に高くなる場合には、リリーフ弁５８を開い
て、放出口５９から外部にガスを逃す。なお、ブローダ
ウンタンク５７の容積を充分に取ることにより、圧力異
常を防ぐことができるので、その場合にはリリーフ弁５
８および放出口５９を省略することができる。

【００３２】前述の加熱装置６１は、スロットル弁２３
の下流側の吸気通路に下流端を接続した吸引用パイプ６
４を備えている。また、空気加熱用パイプ６３の上流端
にはエアクリーナ６５が設けられ、ケーシング３内の空
気を取入れる。

【００３３】符号７１は制御装置である。制御装置７１
には、図３に示すように、入力側に各種のセンサー類を
接続するとともに、出力側に弁やモータ等のアクチュエ
ータを接続し、電子部品等の駆動制御を行う。

【００３４】入力側のセンサ類は、供給ガスの圧力を検
出する第１の圧力センサ４８と、充填圧力検出用の第２
の圧力センサ５５と、運転モードを切換えるための運転
切換えスイッチ７２（図１参照）と、吸込流量計４４
と、吐出流量計と、外気温を検出するための第１の温度
センサ７３と、ケーシング３内の温度を検出するための
第２の温度センサ７４と、エンジン冷却水のエンジン出
口での温度を検出するための第３の温度センサ７５と、
圧縮機５の温度を検出するための第４の温度センサ７６
と、圧縮機５から吐出されたガスの温度を検出するため
の第５の温度センサ７７と、ケーシング３内の上部に配
設したガス検知器７８と、エンジン回転数センサと、ス
ロットル弁開度センサ８０と、充填ホース接続確認用セ
ンサ５２おおび排気圧センサなどである。

【００３５】出力側のアクチュエータは、エンジン４の
点火時期を制御するための点火制御回路と、スロットル
弁開閉駆動モータ２５と、燃料制御弁２９と、リリーフ
弁５８と、ブローダウン弁５６と、吸入遮断弁と、除湿
装置用三方弁と、主換気フアン１０に接続した回転機１
１３と、エンジン４と圧縮機５との間に介装した電磁ク
ラッチと、冷却水ポンプ３５と、冷却水用リニア三方
と、ガス供給元弁４３と、副換気ファンを駆動するため
の電動モータなどである。なお、図３のセンサーやアク
チュエータは図１では図示省略しているものもあるし、
図１のガス充填装置には備わらず必要に応じて備えるも
のもある。この制御装置７１および各電子部品の電源は
バッテリー（図示しない）とし、エンジン４が停止して
いる状態でも前記アクチュエータを駆動して各種の制御
を実施することができるようにしている。なお、バッテ
リーは、エンジン４を運転している状態で発電機によっ
て充電する。

【００３６】また、この制御装置７１は、前記運転切換
スイッチ７２によってエンジン４の運転モードを切換え
る構成を採っている。運転モードとしては、（１）運転
停止モード、（２）低速充填モード、（３）通常充填モ
ード、（４）急速充填モードである。ガス充填時には、
前記運転モード毎に定めた目標エンジン回転数Ｒ１と実
際のエンジン４の回転数Ｒ２との差を求め、この回転数
の差がなくなるようにスロットル弁開度をフィードバッ
ク制御によって制御する。目標エンジン回転数は、図３
中に符号８２で示すメモリに記憶させている。

【００３７】さらに、この制御装置７１は、ガスの実際
の充填圧力と、予め定めた最終充填圧力（目標圧力）と
の差が小さくなるに従って、エンジン回転数を予め定め
た回転数（圧縮機５を駆動できる最低回転数）まで徐々
に低下させる構成を採っている。エンジン回転数を低下
させるには、予め定めた関数をもってスロットル弁開度
を低下させる。この関数は、比例関数の他に、ファジー
関数を用いることができる。

【００３８】図４は本発明の実施の形態に係るガス充填
装置における燃料制御弁の駆動制御プログラムのフロー
チャートである。この例では、排気経路に圧力センサー
を設け、この圧力センサーによって検出される排気圧力
に基づいて失火を検出し、失火の有無に応じて燃料制御
弁を制御するフィードバック制御を実施する。このよう
な制御において、エンジン負荷およびエンジン回転数の
変化が速いとフィードバック制御がエンジンの変化に追
従できなくなり、排気のエミッション及び燃費が悪化す
る。

【００３９】この問題に対処するため、本実施形態で
は、フィードバック制御によって希薄燃焼状態になると
きのエンジン負荷またはエンジン回転数の少なくとも一
方の検出値に対応した燃料制御弁の制御量をメモリに格
納する学習ステップをもち、以降は、このメモリに格納
された学習ステップを実行することにより、フィードバ
ックによるウェイト時間をなくし、エンジン負荷および
エンジン回転数の急激な変化に素速く追従して、排気ガ
スのエミッションと燃費の改善を図ることができる。

【００４０】図４のフローチャートにおける動作は以下
のとおりである。 ステップＳ１０１：エンジンが運転中か停止中かを判別
する。

【００４１】ステップＳ１０２：燃料制御弁の開度算出
および設定動作プログラムを実行する。このときのエン
ジン回転数とスロットル開度に基づいて燃料制御弁開度
が算出され、これに基づいてステッピングモータが駆動
され、燃料制御弁の開度が算出した値になるように設定
される。

【００４２】ステップＳ１０３：エンジン始動後、エン
ジン回転数と目標エンジン回転数の差が所定値以下にな
った場合に、失火制御プログラムが実行される。この失
火制御プログラムでは次の処理を実行する。

【００４３】燃料制御弁を検出値から所定の微小量だ
け小さくする。

【００４４】排気圧センサーによって検出された排気
管圧力によって、失火の有無を判別する。

【００４５】失火がなければ上記の処理を継続し、
失火があれば次のに進む。

【００４６】燃料制御弁を別の所定の微小量だけ増加
する。

【００４７】この微小量の燃料増加後、排気圧センサ
ーによって検出された排気管圧力により失火の有無を判
別する。

【００４８】失火があればの処理を続け燃料を微小
量だけ増加する。失火がなければ次のステップＳ１０４
に進み、燃料制御弁開度のデータマップを書換える。

【００４９】ステップＳ１０４：このステップは、次の
条件の下で実行される。

【００５０】（ａ）データマップはエンジン回転数とス
ロットル開度を軸とする。

【００５１】（ｂ）マトリックス上の全成分データに
は、工場出荷時に予め所定の希薄燃焼が可能な燃料制御
弁開度データがセットされる。

【００５２】（ｃ）同様にデータ管理用のフラグマップ
をもつ（データマップと同じサイズで初期値は０）。

【００５３】このステップの動作は前述のに続くもの
である。

【００５４】燃料制御弁開度データマップのデータ
を、前記の開度データに書換える。このとき、書換え
前の開度データと書換え値との差Ｓを算出し、これをメ
モリー内に格納する。

【００５５】フラグマップ上で、上記で書換えたデ
ータマップに対応するフラグを１とする。これ以降、フ
ラグマップが１の場合は、データマップ上の対応するデ
ータの書換えは行わない。

【００５６】フラグが０の点に相当するデータマップ
上のデータを、一律に前記Ｓだけ差引いた値に書換え
る。ここでＳの値が負となる場合は、燃料制御弁開度は
増加する。このことから、前記〜の動作により一律
にＳだけ差引かれた開度データを設定することにより直
ちに失火してしまう場合でも、失火しない開度範囲に戻
すことが可能になる。

【００５７】図５は、本発明の実施の形態に係るガス充
填装置のガスエンジンでの燃料制御弁フィードバック制
御方法のメインプログラムのフローチャートである。運
転操作が開始されると、まず、各弁やアクチュエータの
初期設定が行われる（ステップＳ１）。エンジンが起動
したかどうかを判別し（ステップＳ２）、起動完了した
ら目標エンジン回転数を算出する（ステップＳ３）。

【００５８】続いて失火判定プログラムが実行される
（ステップＳ４）。これは、後述の燃料制御弁フィード
バック制御による失火制御とは別にエンジン運転中常に
行われる失火監視のためのプログラムである。

【００５９】次に、前記ステップＳ３で算出した目標エ
ンジン回転数とするためのスロットル開度を算出してス
ロットル弁２３（図１）をフィードバック制御する（ス
テップＳ５）。次に本発明による後述の燃料制御弁２９
（図１）のフィードバック制御が行われているかどうか
をフィードバック制御のフラグの有無により判別し（ス
テップＳ６）、実行中であればそのまま続行し（ステッ
プＳ７）、実行していなければマップ（後述のベースマ
ップ）に基づいて燃料制御弁の開度を算出してフィード
バック制御の目標値とする（ステップＳ７）。

【００６０】次に、後述のように学習によりベースマッ
プを書き換える失火制御プログラムを行う（ステップＳ
８）。この失火判定が終了したら、エンジン停止指令が
あるかどうかを判定し（ステップＳ９）、エンジン停止
でなければ、ステップＳ２からのルーチンを繰り返し、
エンジン停止であれば所定の順序で各機器を停止動作さ
せるエンジン停止プログラムを実行する（ステップＳ１
０）。

【００６１】図６は、学習プログラムによるＮＯｘ対策
のための燃料希薄化を図る燃料制御弁フィードバック制
御のフローチャートである。メインルーチンから単位時
間ごとにコールされるサブルーチンが開始されると、ま
ずスロットル弁開度とエンジン回転数の検出データから
マップにおける現在位置および面補完された値を算出す
る（ステップＳ１１）。この際、燃料制御弁のベースマ
ップおよび学習による書き換えマップの両方のマップに
より算出する。この値を１つ前のサイクルの値と比較す
る（ステップＳ１２）。差が所定値より大きければ後述
するフィードバック（ＦＢ）制御による細かいステップ
ごとのリーン化の制御は行わずにＦＢ実行フラグをＯＦ
Ｆにして後述のタイマーＡ、タイマーＢをともにＯＦＦ
にする（ステップＳ２２）。

【００６２】差が所定値以下であれば、冷却水温や運転
状態の検出データからＦＢ制御を実行するかどうかを判
別する（ステップＳ１３）。例えば暖機中であればＦＢ
制御は実行しない。次に、実際にＦＢ制御が開始されて
いるかをチェックする（ステップＳ１４）。開始されて
いない場合には、即座に１ステップリーン動作を行い、
実行フラグを成立させる。ＦＢ実行中であれば、現在リ
ーン動作中かどうかを判定する（ステップＳ１５）。

【００６３】リーン動作中でなければ後述の安定待ち時
間中と判断してステップＳ２３に進み、安定時間が終了
したかどうかを、後述のタイマーＢの設定時間に達した
かどうかにより判別する。タイマー設定時間に達してい
なければ達するまでルーチンが繰り返される。タイマー
設定時間に達して安定時間が終了したら、マップ書き換
え処理を行う（ステップＳ２４）。

【００６４】ステップＳ１５でリーン動作中のときは失
火判定プログラムを実行する（ステップＳ１６）。この
失火判定プログラムにおいて失火が検出される（ステッ
プＳ１７）。この失火判定は、例えば、エンジンの排圧
センサからの検出波形の解析により行われる。

【００６５】失火が検出されなければ、リーン時間が経
過したかをチェックする（ステップＳ１８）。このリー
ン時間チェックは、後のリーンプロセス（ステップＳ１
９）でセットされるタイマーＡの設定時間に達したかど
うかにより判断される。リーン時間が経過したら、燃料
制御弁を１ステップリーンにする（ステップＳ１９）。
これと同時にタイマーＡを所定のリーン時間にセットす
る。続いて、ＦＢ実行中であることを示すためにＦＢ実
行フラグを立てる（ステップＳ２０）。

【００６６】次に、このリーン後のステップ数が第２マ
ップの値より大きいか（第２マップよりリーン側か）を
チェックする（ステップＳ２１）。大きければ、ルーチ
ンが繰り返され、燃料制御弁は１ステップずつ徐々にリ
ーン化される。１ステップずつリーン化して失火するこ
となく第２マップの値に達したら、安定時間処理を行う
（ステップＳ２７）。この安定時間処理において、タイ
マーＢが所定の安定時間にセットされ安定処理がスター
トする。

【００６７】この安定時間が終了すると、前述のステッ
プＳ１５で安定時間待ちと判別され、タイマーＢによる
設定時間終了後に、ベースマップの値が、失火しないこ
とが確認された第２マップの値に書き換えられる。

【００６８】一方、１ステップずつリーン化している途
中で失火が検出されると、前述のステップＳ１７で、即
座にエンリッチ動作に移行して所定のＮステップだけ燃
料がリッチ化される。失火を回復させるためである。こ
のエンリッチ量はエンリッチマップに基づいて算出され
る（ステップＳ２５）。このエンリッチ量を算出した
後、その値がベースマップ以下（リーン側）かどうかが
判別される（ステップＳ２６）。ベースマップより大き
いときには、今回のＦＢ制御は無効としてＦＢ実行フラ
グをおろす（ステップＳ２８）。これは失火しないこと
が分っているベースマップよりリッチ側への書き換えは
行わないようにするためである。

【００６９】続いて、そのマップ値に対応するガス流量
制御弁開度値をベースマップの値に戻してそのマップ値
に恒久フラグを立てる（ステップＳ２９）。これによ
り、以後このマップ位置の運転状態で制御する場合、リ
ーン化の学習による書き換えを行わずに恒久フラグが立
ったオリジナルのベースマップに基づいて直ちに燃料制
御が行われる。

【００７０】前記ステップＳ２６で、算出値がベースマ
ップ以下であれば、安定時間をセットして安定制御モー
ドに移行する（ステップＳ２７）。この安定時間はタイ
マーＢをスタートさせることにより所定時間だけ保持さ
れる。安定時間が終了すると、前述のステップＳ２３で
これが判別され、失火した値（または失火した値よりＮ
ステップだけリッチ側の値）でベースマップが書き換え
られる。

【００７１】この書き換えプロセスにおいて、制御中の
マップ位置でのベースマップより下がったステップ数だ
けそのマップ位置だけでなくマップ領域の全域が書き換
えられる。この場合、他の位置でその書き換えステップ
数をリーン側に下げると第２マップに達する場合には、
その位置では第２マップ以下には下げないで第２マップ
の値に書き換える。

【００７２】また、オリジナルのベースマップはそのま
ま保存し、書き換え用のマップを準備してこの書き換え
マップに順次学習した値を書込んで新たなベースマップ
として使用する。

【００７３】図７は、マップ書換え処理のフローチャー
トである。これは、前述の図６のマップ書換えステップ
Ｓ２４のフローである。まず、前述の図６のステップＳ
１１と同様に、エンジン回転数とスロットル開度からマ
ップの現在位置を算出する（ステップＳ３０）。この現
在位置に恒久フラグを立てる（ステップＳ３１）。次
に、ベースマップ算出値から現在の燃料制御弁開度を減
算し、その値をオフセット値とする（ステップＳ３
２）。

【００７４】ステップＳ３３では、書換えマップ全体を
書換えるに際し、書換え用のカウンタを用意し、このカ
ウンタをクリアする。このカウンタにおけるマップ座標
は（ｘ，ｙ）とし、この処理では（０，０）に初期化さ
れる。

【００７５】ステップＳ３４では、（ｘ，ｙ）座標の書
換えマップに恒久フラグが立っているかをチェックす
る。恒久フラグがあれば、この座標位置のデータ書換え
は行わない。ステップＳ３５では、（ｘ，ｙ）座標の書
換えマップにフィードバック制御しない領域となる対象
外フラグが立っているかをチェックする。対象外フラグ
があれば、この座標位置のデータ書換えは行わない。ス
テップＳ３６では、（ｘ，ｙ）座標のベースマップ値か
らオフセット値を減算する。この減算された値が（ｘ，
ｙ）座標の第２マップ値以上かをチェックする（ステッ
プＳ３７）。

【００７６】オフセット減算値が第２マップ値以上（第
２マップ値よりリッチ側）であれば、このオフセット減
算値を書換えマップの（ｘ，ｙ）座標に書込む（ステッ
プＳ３８）。

【００７７】一方、オフセット減算値が第２マップ値未
満（第２マップ値よりリーン側）であれば、（ｘ，ｙ）
座標の書換えマップ値はその第２マップ値に書換える。
（ステップＳ３９）。マップカウンタ数が全マップ数に
達したときに書換え作業は終了する（ステップＳ４
０）。

【００７８】図８は、失火判定のフローチャートであ
る。まず、エンジン回転数およびスロットル開度のデー
タからマップの現在位置が算出される（ステップＳ４
１）。

【００７９】次にステップＳ４２で、気筒判別処理が行
われる。この気筒判別処理は、失火状態を気筒ごとに判
別するために行う。この気筒判別は、後述のように、カ
ム軸センサからのパルサー信号とクランク角センサから
のクランク角度に応じたパルス信号に基づいて行われ
る。

【００８０】ステップＳ４３では、排気圧センサからの
波形データを取込み、所定のクランク角ｔ１〜ｔ２間の
波形の面積を算出する。ステップＳ４４で、この波形面
積が所定値以下かをチェックする。この所定値はセンサ
の異常をチェックするためのものであり、例えば失火に
よる面積減少量を越える程度に小面積な値とする。

【００８１】この波形面積が所定値以下の場合、ステッ
プＳ４５で、タイマーまたはサイクル数のカウンタをセ
ットする。ステップＳ４６で、タイマーによる所定時間
中またはカウンタによる所定回数の検出において同じ小
面積の所定値以下の波形データが入力されるかがチェッ
クされる。所定時間が経過し又は所定回数が検出された
後、なお所定値以下の排圧波形面積であれば、排気圧セ
ンサの異常と判断して排気圧センサ異常の警告表示を行
う（ステップＳ４７）。

【００８２】続いて、ステップＳ４８で応急運転フラグ
を立て、燃料制御弁をＦＢ制御しないでオリジナルのベ
ースマップ運転プログラムに固定してエンジンを駆動す
る（ステップＳ４９）。

【００８３】前記ステップＳ４４で面積値が所定値以上
でセンサに異常がない場合には、気筒ごとに、クランク
角ｔ１〜ｔ２における排気圧センサからの波形の面積移
動平均値を算出する（ステップＳ５０）。

【００８４】ステップＳ５１で、この気筒移動平均面積
に対する排気圧センサの波形面積の比率Ｒを算出する。
ステップＳ５２で、各波形面積データの平均値に対する
比率Ｒが基準値以下かをチェックする。この基準値は運
転領域に応じて異なり、この基準値に基づいて気筒別に
失火が判別される。失火が起きていない場合には、ステ
ップＳ５３で、今回の波形データを加えて気筒別排気圧
センサの波形移動平均値を書換える。

【００８５】上記波形面積の比率Ｒが基準値以下であれ
ば、ステップＳ５４で、失火が起きていると判定され
る。この失火判定は気筒別に行われる。

【００８６】ステップＳ５５は、失火した気筒数をチェ
ックする。例えば４気筒中２気筒以上失火していればエ
ンジン異常と判断してエンジンを強制停止する（ステッ
プＳ５９）。その後エンジン異常の表示を行う（ステッ
プＳ６０）。

【００８７】失火気筒数が１気筒の場合には、ステップ
Ｓ５６で、ＦＢ制御運転中かをチェックする。ＦＢ制御
中であれば、前述の図６の失火判定プログラム（ステッ
プＳ１６）終了後の失火検出ステップＳ１７のルーチン
に戻る。

【００８８】失火気筒数が１気筒でＦＢ運転中でなけれ
ば、ステップＳ５７で、応急フラグを立てる。続いて、
ステップＳ５８で、失火回復の制御運転を行う。これ
は、例えば燃料制御弁の開度マップをエンリッチ化した
り、あるいは失火気筒の点火時期を変更することにより
行う。

【００８９】図９は、スロットル開度とエンジン回転数
に応じたエンジン運転領域の説明図である。エンジン運
転領域の全域において最適な運転状態を得るために、運
転領域に応じて燃料制御方法を変えることが望ましい。
例えば、スロットル開度が小さい低負荷側の領域Ｉで
は、安定した燃焼を確保するためにリーン化を抑える。
中間の領域ＩＩでは、排気ガス対策あるいは燃焼効率を
優先させ、失火判定のための燃料制御弁フィードバック
制御を実施する。高負荷領域ＩＩＩでは、出力確保のた
めに燃料制御弁フィードバック制御を実施しない。

【００９０】本発明では、燃料制御弁開度のベースマッ
プとともに第２マップを備え、学習により燃料をリーン
化しながらベースマップを書換える。

【００９１】表１は、このような運転領域に応じて要求
される運転特性を考慮した第２マップ設定方法の一例を
示す。

【００９２】

【表１】

【００９３】この第２マップでは、スロットル開度が低
い領域で運転性を優先させ（Ａ領域）、中間開度では排
気ガス（ＮＯｘ）低減を優先（Ｂ領域）あるいは運転効
率を優先させ（Ｄ領域）、高開度では出力確保を優先さ
せている（Ｃ領域）。

【００９４】図１０（Ａ）（Ｂ）は、気筒判別用波形お
よび失火判別用波形のデータ例を示すグラフである。図
１０（Ａ）に示すように、カム軸の回転を検出するパル
サーコイルからのパルサー信号ａがクランク軸の２回転
（７２０度）ごとに入力される。このパルサー信号ａに
同期してクランク角センサからのクランク角パルス信号
ｂが入力される。このクランク角信号は、例えば１２０
枚の歯を有するリングギヤの各歯を検出するごとに出力
されるものであり、パルサー信号が得られる２回転では
２４０個のパルス信号となり、クランク角３度ごとに１
個のパルスが入力される。このパルサー信号の検出位置
を例えば＃１気筒のＢＴＤＣ９０度に設定しておく。こ
れにより、例えば＃１→＃３→＃４→＃２の順で点火さ
れる４気筒エンジンで、例えば９０度ごとに排圧が検出
される４気筒の各々についてパルサー信号の検出位置か
らのクランク角度により気筒番号が判別される。

【００９５】各気筒の燃焼条件はそれぞれ微妙に異なる
ため各気筒の排圧波形も異なる。本発明では、このよう
に気筒を判別して気筒ごとに失火を判定することによ
り、各気筒の排圧波形に対応してそれぞれ最適なフィー
ドバック制御が可能になる。

【００９６】図１０（Ｂ）は４気筒の排圧検出データで
ある。実線のグラフｃが正常時の排圧波形であり、点線
のグラフｄが失火時の排圧波形である。このような波形
検出データから、各気筒のごとに波形の面積を算出し、
この波形面積に基づいて失火を判別する。この場合、各
気筒の波形データにおいて、圧縮上死点後の積算開始ク
ランク角ｔ１と積算終了クランク角ｔ２を設定してお
く。

【００９７】所定のクランク角で所定気筒に点火され、
爆発、排気行程を経て排気管途中の排圧センサ部に排気
ガスが到達する。この排気ガス到達までのクランク角
（エンジン速度により異なる）を考慮して排圧波形のピ
ークを挟んで排圧データを取込めるように、気筒ごとの
点火タイミングに対応して気筒別にｔ１およびｔ２を定
めておく。

【００９８】各気筒ごとにクランク角ｔ１〜ｔ２間の波
形面積を算出して、これと直前の所定サイクルの移動平
均値と比較する。この波形面積の平均値に対する比率Ｒ
をマップに格納された基準値と比較して失火を判別す
る。この基準値は、運転領域に対応したマップの座標ご
とに異なる。

【００９９】図１１は、失火判定の基準値のマップを示
す立体図である。図示したように、スロットル開度とエ
ンジン回転数に応じたマップ座標位置により、失火判定
基準（％）を異ならせている。この例では高回転でスロ
ットル高開度側では失火判定基準が低く、低回転低スロ
ットル開度側では基準が高い。したがって、高回転高負
荷側では、前述の排圧波形面積が平均値に比べ大きく減
少して例えば２０００ｒｐｍ以上の高負荷領域では前記
比率Ｒが２０％以下まで小さくならないと失火と判定さ
れず、リーン化が続行される。これに対し、低回転低負
荷側では、排圧波形面積の比率Ｒが３０〜４０％になる
と失火と判定されリーン化が停止される。

【０１００】このように、失火判定基準を運転領域に応
じて変えることにより、前述の第２マップを運転領域ご
とに所望の優先特性に応じて形成したことと相まって、
運転領域全体にわたって最適な運転状態が得られる。

【０１０１】なお、排圧波形面積の平均値に対する比Ｒ
を求めてこれを基準値と比較する方法に代えて、排圧波
形面積と平均値との差を求めてこの差を予め定めた所定
の基準値（この基準値も運転領域に応じて異なる）と比
較することにより失火を判定してもよい。

【０１０２】本実施の形態においては、燃料制御弁２９
を経た燃料ガスがミキサー２４内で空気と混合され、混
合器がミキサー２４内で流量調整されたのち、エンジン
４に吸引される。このため、燃料制御弁２９による燃料
ガス量の調整により空燃比が制御される。このため多気
筒エンジンの場合、気筒別失火判定の結果の失火気筒の
失火回復は、空燃比制御に加え個別気筒毎の点火時期制
御を組み合わせることにより、有効に達成可能である。

【０１０３】また、吸気マニホールドの各気筒への分配
管にそれぞれミキサーを配置し、このそれぞれのミキサ
ーに別個の燃料制御弁を介して燃料ガスを導くように
し、吸気マニホールドの内分配管の上流部に吸入空気量
を制御するスロットル弁を配置する場合には、気筒別失
火判定の結果の失火気筒の失火回復は、失火気筒に対応
する燃料制御弁の開度を大きくする方向に微調整するこ
とにより達成可能である。この場合さらに個別気筒毎の
点火時期制御を組み合わせてもよい。

【０１０４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、圧縮
機吐出側のガスタンクの圧力に応じて、ガスエンジンま
たは圧縮機の回転数が制御されるため、圧力に応じた最
適効率でガスエンジンの出力制御を行うことができる。

【０１０５】また、希薄燃焼制御のベースマップとし
て、例えば予め分っている失火が起きない燃料供給量デ
ータを設定するとともに、このベースマップよりリーン
側に設定した第２マップを備え、ベースマップによる燃
料供給量から失火するまで燃料を徐々にリーン化し、失
火した時点の燃料供給量または失火する前に第２マップ
に達した場合には、その第２マップの燃料供給量にベー
スマップが書き換えられる。これにより失火限界と第２
マップの組合せによるマップが学習により形成され、失
火限界のマップに対し予め設定した所望特性が得られる
第２マップを加味して燃料制御マップを形成することが
できる。このような失火学習制御により、エンジン負荷
やエンジン回転数の急激な変化に素速く追従できるとと
もに、運転状態に応じた最適な希薄燃焼が達成され、有
効なＮＯｘの低減および燃費の改善が図られる。

【０１０６】この場合、第２マップとして、エンジン回
転数とスロットル開度に応じたマップ形成領域ごとに異
なる運転特性を優先させて、その運転特性が得られる最
もリーン側の燃料供給量となるように設定すれば、この
第２マップに、エンジン回転数とスロットル開度に応じ
た運転領域ごとにその領域で要求される運転特性に合っ
た燃料供給量データが設定されるため、失火限界の範囲
内で運転領域に応じた最適な運転特性で燃料制御が行わ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明が適用されるガス充填装置の構成図。

【図２】 図１のガス充填装置の充填圧力とエンジン回
転数の関係のグラフ。

【図３】 図１のガス充填装置の制御系の構成図。

【図４】 本発明の実施の形態に係る燃料制御弁の動作
制御プログラムのフローチャート。

【図５】 本発明の燃料制御方法のメインプログラムの
フローチャート。

【図６】 図５のフローチャートにおける学習プログラ
ムのフローチャート。

【図７】 図６のフローチャートにおける書換プログラ
ムのフローチャート。

【図８】 本発明の失火判定プログラムのフローチャー
ト。

【図９】 エンジンの運転領域のグラフ。

【図１０】 気筒判別及び失火判定のための波形データ
のグラフ。

【図１１】 失火判定基準のマップを示す立体図。

【符号の説明】

１：ガス充填装置、２：ガス吸入口、３：ケーシング、
４：エンジン、５：圧縮機、６：ガス冷却器、８：排気
口、１０：主換気ファン、１３：クランク軸、２１：エ
アクリーナ、２３：スロットル弁、２４：ミキサー、２
５：スロットル弁開閉駆動モータ、２６：燃料ガス供給
用配管、２８：減圧調整弁、２９：燃料ガス流量制御弁
（燃料制御弁）、３４：ラジエータ、３５：冷却水ポン
プ、４２：圧縮機出口管、４３：ガス供給元弁、４４：
全ガス流量計、４５：逆止弁、４６：除湿装置、４８：
第１の圧力センサ、５１：充填カプラソケット、５２：
充填ホース接続確認用センサ、５４：オイルフィルタ
ー、５５：第２の圧力センサ、５６：ブローダウン弁、
５７：ブローダウンタンク、５８：リリーフ弁、５９：
放出口、６１：加熱装置、６３：空気加熱用パイプ、６
４：吸引用パイプ、６５：エアクリーナ、７１：制御装
置、７２：運転切換えスイッチ、７３：第１の温度セン
サ、７４：第２の温度センサ、７５：第３の温度セン
サ、７６：第４の温度センサ、７７：第５の温度セン
サ、７８：ガス洩れ検知器、８０：スロットル弁開度セ
ンサ、８２：メモリ、１１０：一方向クラッチ、１１
１：ファン駆動軸、１１２：変速装置、１１３：回転
機、１１４：プーリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/22 ３３０ Ｆ０２Ｄ 41/22 ３３０Ａ 45/00 ３４０ 45/00 ３４０Ａ ３６８ ３６８Ｚ Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｌ (72)発明者 猿田 雅己 静岡県磐田市新貝2500番地 ヤマハ発動機 株式会社内 Ｆターム(参考） 3G084 AA04 AA05 BA13 DA02 DA05 DA27 DA28 EB09 EB12 EB20 EB22 FA00 FA10 FA24 FA33 3G092 AA09 AB06 AC07 BB04 DC03 DE18S EA07 EA09 EA14 EA17 EC01 EC05 EC10 FA17 FA24 FB07 HA04Z HA06X HA06Z HB03X HB03Z HB04Z HC06Z HD08Z HE01X HE01Z 3G301 HA15 HA22 JA02 JA03 MA11 NC04 NC07 ND02 ND17 ND25 NE15 PA11Z PB08Z PC09Z PE01Z

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料用ガスを圧縮してガスタンクに充填す
   る圧縮機と、この圧縮機を駆動するガスエンジンとを備
   えたガス充填機におけるガスエンジンの希薄燃焼制御方
   法において、 前記圧縮機からガスタンクに送られるガス圧力を検出
   し、これに基づいて前記ガスエンジンまたは前記圧縮機
   の回転数を制御するとともに、 予め設定したエンジン回転数とスロットル開度に基づく
   マップを用い、 前記マップは、ベースマップと、このベースマップより
   リーン側に燃料供給量を設定した第２マップとを有し、 前記ベースマップにより制御された燃料供給中に、失火
   を判定しながら燃料を徐々にリーン化し、 失火または第２マップに達した時点でリーン化を停止し
   てその燃料供給量を学習して前記ベースマップを書き換
   え、この書き換えたベースマップにしたがって燃料供給
   量を制御することを特徴とするガス充填装置におけるガ
   スエンジンの希薄燃焼制御方法。
2. 【請求項２】前記第２マップは、エンジン回転数とスロ
   ットル開度に応じたマップ形成領域ごとに異なる運転特
   性を優先させて、その運転特性が得られる最もリーン側
   の燃料供給量となるように設定されたことを特徴とする
   請求項１に記載のガス充填装置におけるガスエンジンの
   希薄燃焼制御方法。
3. 【請求項３】前記ベースマップの書き換え時に、制御し
   ている領域とともに他の領域についても同じオフセット
   量を前記第２マップよりリッチ側の範囲で書き換えるこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載のガス充填装置
   におけるガスエンジンの希薄燃焼制御方法。
4. 【請求項４】前記失火判定時に、１ステップずつリーン
   化し、失火を検出したらベースマップよりリーン側の範
   囲で所定ステップだけリッチ側に戻すことを特徴とする
   請求項１、２または３に記載のガス充填装置におけるガ
   スエンジンの希薄燃焼制御方法。