JP5074255B2 - ガスエンジン制御装置 - Google Patents
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Description
図1及び図2に示すように、ガスエンジン制御装置1は、主に燃料ガス供給量調整弁35、エンジン回転数センサー132、高圧センサー131、吸気負圧センサー133、各種演算を行うElectronic Control Unit(以下ECUと称する)150等を含んで構成されている。エンジン回転数検出手段としてのエンジン回転数センサー132は、クランク軸26と同期回転する歯車の所定角度毎のパルス信号を計測可能なセンサーである。本発明においては、1燃焼サイクル(クランク軸26の2回転)相当のパルス数計測時間に基づいてエンジン回転数Nを算出している。一方で、気筒毎の燃焼行程相当のパルス数計測時間に基づいて当該気筒の瞬時エンジン回転数n1、n2、n3を算出している。エンジン負荷検出手段としての高圧センサー131は、エンジン駆動式ヒートポンプの圧縮機の吐出圧力(高圧圧力HP)を検出する。そして、図示しない圧縮機による冷媒の断熱圧縮仕事を算出する。エンジン負荷検出手段としては、その他にエンジン冷却水温度やエンジン潤滑油温度、圧力を検出して、これらと負荷との相関関係から算出しても良い。吸気負圧検出手段としての吸気負圧センサー133は、吸気経路においてエアクリーナー12からベンチュリ33までの間に設けられ、吸気経路の吸気負圧Pを検出するセンサーである。ECU150は、後述する開度調整手段200、開度補正手段300、及び補正展開手段400としての機能を有するコントローラ100、並びに記憶部120を含んで構成されている。
以下に、図7乃至図10を用いて、補正展開制御について、詳細に説明する。コントローラ100は、補正展開手段400として、上述した開度補正値GVM_rvを空燃比特性に基づいてエンジン運転領域毎に展開する補正展開制御を行う機能を有している。
まず、図7を用いて、定格補正係数としての定格補正マップf(N、L、ε)について説明する。図7に示すように、定格補正マップf(N、L、ε)は、エンジン回転数N、エンジン負荷L、及び定格補正係数εの3次元マップである。図7は、横軸をエンジン回転数N、縦軸をエンジン負荷Lとして、エンジン運転領域毎に定格補正係数ε1、・・・、ε4(以下、単にε)が表されている。図7におけるPIVpointは、上述した開度補正制御が実施される所定エンジン回転数及び所定エンジン負荷である。ここで、エンジン2の空燃比特性は、エンジン運転領域であるエンジン回転数N及びエンジン負荷Lによって異なるものである。そのため、PIVpointで算出された開度補正値GMV_rvを全エンジン運転領域に展開すると、エンジン運転領域によっては補正値が大きい又は小さいといった誤差が生じることになる。そこで、開度補正値GMV_rvに対し、エンジン2のエンジン運転領域毎による空燃比特性に基づく定格補正係数εを乗じ、エンジン運転領域毎に展開する必要がある。この定格補正係数εは予め実験によって求められ、定格補正マップf(N、L、ε)は記憶部120に予め記憶されている。なお、本実施例では、定格補正マップf(N、L、ε)における各定格補正係数εの個別値については特に限定してない。
ここで、図8を用いて、エアクリーナー12の経年劣化と空燃比特性の相関について説明する。なお、エアクリーナー12が経年劣化とは、吸気経路の経年劣化の主要因である。また、吸気経路の経年劣化とは、吸気流量の低下の要因である。図8において、実線Aは新品のエアクリーナー12A、破線Bは経年劣化したエアクリーナー12B、一点鎖線Cはさらに経年劣化したエアクリーナー12Cの出力による空燃比特性を表している。なお、エアクリーナー12Cは、エアクリーナー12Bより経年劣化が著しいものとする。図8は、横軸を出力、縦軸をO2濃度差として、エアクリーナー12A・12B・12Cをエンジン2に取り付け、それぞれの場合の排気ガスに含まれるO2濃度を排気ガス分析計で測定した結果である。エンジン出力とは、エアクリーナーが取り付けられたエンジン2のエンジン出力を表している。O2濃度差とは、エアクリーナー12B・12Cとエアクリーナー12AとのO2濃度の差である。図8から明らかなように、エンジン出力が小さい場合には、エアクリーナー12が経年劣化すればO2濃度が薄くなる。逆に、エンジン出力が大きい場合は、エアクリーナー12が経年劣化すればO2濃度が濃くなる。つまり、エアクリーナー12の経年劣化による空燃比特性と、エンジン出力とは相関がある。
ここで、図9を用いて、経時補正係数としての経時補正マップf(N、L、η)について説明する。図9に示すように、経時補正マップf(N、L、η)は、エンジン回転数N、エンジン負荷L、及び経時補正係数ηの3次元マップである。図9は、横軸をエンジン回転数N、縦軸をエンジン負荷Lとして、経時補正係数η1、・・・、η4(以下、単にη)が表されている。ここで、上述したように、エンジン2の空燃比特性は、エンジン運転領域によって異なるものである。さらに、図8の説明で述べたように、エンジン運転領域毎の空燃比特性は、エアクリーナー12の経年劣化によっても異なるものである。そのため、PIVpointでの開度補正値GMV_rvを全エンジン運転領域に展開すると、エンジン運転領域によっては補正値が大きい又は小さいといった誤差が生じることになる。そこで、開度補正値GMV_rvに対し、エンジン運転領域毎並びにエアクリーナー12の経年劣化による空燃比特性に基づく経時補正係数ηを乗じ、エンジン運転領域毎に展開する必要がある。この経時補正係数ηは予め実験によって求められ、経時補正マップf(N、L、η)は記憶部120に予め記憶されている。なお、本実施例では、経時補正マップf(N、L、η)における各経時補正係数ηの個別値については特に限定してない。
ここで、上述した定格補正マップf(N、L、ε)及び経時補正マップf(N、L、η)を用いる補正展開制御について説明する。なお、説明を分かり易くするため、上述した開度調整手段200による開度調整制御を開度マップf(N、L、GVM)として定義する。すなわち、開度GVMは、エンジン回転数Nとエンジン負荷Lとに基づいて、開度マップf(N、L、GVM)より算出される。ここで、上述した開度補正制御において、r回目に補正された開度マップf(N、L、GVM)を更新開度マップf(N、L、GMV_rn(r))とし、r回目までの開度総補正量を総補正量マップf(N、L、GMV_rv(r))とすると、これらのマップの関係は、以下のように表すことができる。
f(N、L、GMV_rn(r))=f(N、L、GVM)+f(N、L、GMV_rv(r))
ここで、開度総補正量マップf(N、L、GMV_rv(r))は上述した定格補正マップf(N、L、ε)及び経時補正マップf(N、L、η)を用いて、以下のように表すことができる。
f(N、L、GMV_rv(r))=GMV_rv(1)×f(N、L、ε)+f(N、L、η)×GMV_rv(2)+・・・+f(N、L、η)×GMV_rv(r)
つまり、初回の開度補正値GMV_rv(1)に対しては定格補正マップf(N、L、ε)を、2回目以降の開度補正値GMV_rv(2)〜GMV_rv(r)に対しては経時補正マップf(N、L、η)を乗じて開度総補正量マップf(N、L、GMV_rv(r))を乗じ、エンジン運転領域毎に展開している。なお、経時補正マップf(N、L、η)をどのタイミングにて乗じるかについては、特に本実施例に限定されることはない。このようにして、エンジン運転領域毎による空燃比特性に基づく定格補正マップf(N、L、ε)を乗じて、開度補正値GMV_rvをエンジン運転領域毎に展開するため、燃料ガス供給量調整弁35の開度補正精度を向上することができる。また、エンジン運転領域毎及び吸気経路の経年劣化による空燃比特性に基づく経時補正マップf(N、L、η)を乗じて、開度補正値GMV_rvをエンジン運転領域毎に展開するため、燃料ガス供給量調整弁35の開度補正精度を向上することができる。さらに、1回目と、2回目以降の補正展開制御では、エンジン2の使用経過に応じて定格補正マップf(N、L、ε)又は経時補正マップf(N、L、η)を使い分けるため、燃料ガス供給量調整弁35の開度補正精度を向上することができる。
また、図10を用いて、補正展開制御の別制御例について説明する。図10に示すように、吸気負圧マップf(P、f(N、L、η))は、上述した吸気負圧Pについてそれぞれの吸気負圧P1、・・・・、Pm毎にエアクリーナー12の経年劣化に対応する複数の経時補正マップf1(N、L、η)、・・・・、fm(N、L、η)を備える2次元マップである。吸気負圧マップf(P、f(N、L、η))は、記憶部120に予め記憶されている。ここで、吸気負圧Pは、エアクリーナー12の経年劣化を主要因とする吸気経路の経年劣化を表している。そこで、本制御では、現在の吸気負圧Pに基づいて吸気負圧マップf(P、f(N、L、η))より吸気負圧Pに対応する経時補正マップfm(N、L、η)を算出することができる。このようにして、エアクリーナー12の経年劣化に伴う吸気経路の空気流量低下を吸気負圧センサー133によって実測できるため、燃料ガス供給量調整弁35の開度補正精度を向上することができる。
2 エンジン
3 ミキサ
12 エアクリーナー
35 燃料ガス供給量調整弁
50 PIVマップ
100 コントローラ
120 記憶部
150 Electronic Control Unit(ECU)
200 開度調整手段
300 開度補正手段
N エンジン回転数
L エンジン負荷
PIV 実燃焼変動値
PIVm 目標燃焼変動値
GVM 燃料ガス供給量調整弁開度(開度)
n サンプリング数
m 極値数
P 吸気負圧
GVMmax1 極大値
GVMmax2 極大値
GVMmax 平均極大値
GVMmin1 極小値
GVMmin2 極小値
GVMmin 平均極小値
W 重み係数
GVM_rn 開度更新値
GVM_rv 開度補正値
ε 定格補正係数
f(N、L、ε) 定格補正マップ
η 経時補正係数
f(N、L、η) 経時補正マップ
f(N、L、GVM) 開度マップ
f(N、L、GVM_rn(r) 更新開度マップ
f(N、L、GMV_rv(r)) 総補正量マップ
f(P、f(N、L、η)) 吸気負圧マップ
Claims (2)
- エンジンの負荷を検出するエンジン負荷検出手段(131)と、
エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段(132)と、
吸気経路へ合流する燃料ガス供給経路(3)に設けられ、該吸気経路への燃料ガス供給量を調整する燃料ガス供給量調整手段(35)と、
前記エンジン回転数検出手段(132)を介して、1燃焼サイクル相当のパルス数計測時間に基づいてエンジン回転数(N)を算出するとともに、1燃焼サイクルにおける各気筒毎の燃焼行程相当のパルス数計測時間に基づいて瞬時エンジン回転数(n1、n2、n3)を算出し、前記エンジン回転数(N)と瞬時エンジン回転数(n1、n2、n3)との回転数差に基づく実燃焼変動値(PIV)を、前記エンジン負荷に基づく目標燃焼変動値(PIVm)に収束するように前記燃料ガス供給量調整手段(35)を調整する開度調整手段(200)と、
所定時期において、前記燃料ガス供給量調整手段(35)の開度を強制的に増加又は減少させ、前記目標燃焼変動値(PIVm)への収束過程における前記開度の極大値及び極小値に基づいて、開度補正値(GVM_rv)を算出する開度補正手段(300)と、
を有するガスエンジン制御装置において、
エンジン運転領域毎による空燃比特性に基づく補正係数を定格補正係数(ε)とし、エンジン運転領域毎及び前記吸気経路の経年劣化による空燃比特性に基づく補正係数を経時補正係数(η)とし、前記開度補正値(GVM_rv)に対し、所定補正回数未満までは前記定格補正係数(ε)を乗じ、前記所定補正回数以降は前記経時補正係数(η)を乗じて、エンジン運転領域毎に展開する補正展開手段(400)を備える
ことを特徴とするガスエンジン制御装置。 - 請求項1記載のガスエンジン制御装置において、前記吸気経路に設けられ、該吸気経路の吸気負圧を検出する吸気負圧検出手段(133)を備え、前記経時補正係数(η)は、前記吸気負圧に基づいて算出されることを特徴とするガスエンジン制御装置。
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