JP6270631B2 - ガスエンジン - Google Patents

Description

本発明は、ガスエンジンに関し、例えば、発電に用いられると好ましいガスエンジンに関する。

従来、ガスエンジンとしては、特開２０１３−９２０８２号公報（特許文献１）に記載されているものがある。このガスエンジンは、燃料ガスの比率が高い理論空燃比付近の値で混合気を燃焼させるストイキ運転が可能となっている。上記ガスエンジンは、ストイキ運転を可能として、高トルクを生成し易くして、高出力を実現し易いようにしている。

一方、従来、高トルク領域では、所謂ノッキングが発生し易いことが知られている。このことからストイキ運転を行うガスエンジンでは、ノッキングの前兆を検知するノック検知手段を設けることが公知となっている。そして、ノック検知手段が、ノッキングの前兆を検知した場合に、点火時期をリタードする等して、ノッキングを回避するようにしている。このようにして、高出力を実現し易くできるにも拘わらず、ノッキングを回避して、異常燃焼を防ぎ、ピストンの損傷等を防いでいる。

しかしながら、上記従来のガスエンジンでは、ノッキングの前兆自体は、適切に回避することができない。それゆえ、ノッキングの前兆に続いて起こるノッキングも適切に回避できないという問題がある。

特開２０１３−９２０８２号公報

そこで、本発明の課題は、ノッキングの発生を適切に回避できるガスエンジンを提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のガスエンジンは、
空気と燃料とを混合して混合気を生成するミキサーと、
上記ミキサーからの上記混合気を吸入する吸気口を有するシリンダヘッドと、
上記ミキサーから上記吸気口に流動する上記混合気の流量を調整可能な吸気スロットル弁と、
生成トルクを算定するためのトルク算定手段と、
上記トルク算定手段からの上記トルクを表す信号に基づいて上記吸気スロットル弁の開度を制御可能なスロットル開度制御手段と、
上記混合気の空気過剰率がストイキ範囲内になるように制御する過剰率制御手段と
を備え、
上記過剰率制御手段が、上記空気過剰率がストイキ範囲内になるように制御しているときに、上記スロットル開度制御手段は、上記トルクの値が第１の所定値以下または未満であると判断すると、出力軸が一定の第１の回転数で回転するように上記吸気スロットル弁の開度を制御する第１制御を行う一方、上記トルクの値が上記第１の所定値よりも大きいかまたは上記第１の所定値以上であると判断すると、上記出力軸の回転数が大きくなるように上記吸気スロットル弁の開度を制御する第２制御を行うことが可能であることを特徴としている。

尚、上記トルクの値が第１の所定値以下である場合に第１制御を行う場合には、トルクの値が第１の所定値より大きい場合に第２制御を行うこととする。また、上記トルクの値が第１の所定値未満である場合に第１制御を行う場合には、トルクの値が第１の所定値以上の場合に第２制御を行うこととする。

本発明によれば、上記過剰率制御手段で、ミキサーで混合される混合気の空気過剰率がストイキ範囲内になるように制御できるから、ストイキ運転を実現できる。したがって、高出力をより容易に実現できる。

また、第１制御で、過剰率制御手段が、空気過剰率がストイキ範囲内になるように制御しているときに、スロットル開度制御手段が、トルクの値が第１の所定値以下または未満であると判断すると、出力軸が一定の回転数で回転するように吸気スロットル弁の開度を制御する。したがって、上記第１の所定値を、ノッキングが起こらない値に設定することで、第１制御を行っている際に、高出力の生成性能を維持できるにも拘わらず、ノッキングが起こることもない。また、第１制御では、出力軸が等速になるように制御されるから、エンジンにかかる負荷を効率良く上げることができる。

一方、第２制御では、過剰率制御手段が、空気過剰率がストイキ範囲内になるように制御しているときに、スロットル開度制御手段が、トルクの値が第１の所定値より大きいかまたは第１の所定値以上であると判断すると、出力軸の回転数が大きくなるように吸気スロットル弁の開度を制御する。したがって、より大きな出力が要求されて、トルクの値が大きくなった場合に、第２制御で出力軸の回転数が大きくなるから、トルクの値が上昇しにくくなる。というのは、パラメータが、トルクを縦軸とし回転数を横軸とする二次元座標で、同一の出力を表す線分は、反比例を示す曲線と同じ傾向を示し、同じ出力を表す曲線で、回転数が大きくなると、トルクが低下するからである。

したがって、より大きな出力が要求されるときに、回転数が上昇するから、トルクが急上昇することを回避できる。したがって、要求される最大出力が出力されている際のトルクをノッキング発生領域から外すことにより、第２制御を行っている際にもノッキングが起こらないようにできる。

したがって、ストイキ運転を行っている全ての期間でノッキングの発生を適切に回避できる。

また、一実施形態では、
上記スロットル開度制御手段は、上記第２制御において、上記トルクの値が上記第１の所定値よりも大きくなるにしたがって、上記第１の回転数から変動する回転数の変動値が一次関数的に増大するように上記吸気スロットル弁の開度を制御する。

上記実施形態によれば、第２制御により、トルクの値が第１の所定値よりも大きくなるにしたがって、回転数の変動値が一次関数的に増大する。したがって、トルクと、回転数の変動値とが単純な比例関係であるから、第２制御を容易に行うことができる。

また、一実施形態では、
燃焼室での上記混合気の燃焼による過熱を抑制するための冷却水の温度を検知すると共に、上記スロットル開度制御手段に上記冷却水の温度を表す信号を出力する冷却水温度センサを備え、
上記スロットル開度制御手段は、上記冷却水の温度が第２の所定値以下または未満であると判断すると、上記出力軸が一定の第２の回転数で回転するように上記吸気スロットル弁の開度を制御する第３制御を、上記第１制御と上記第２制御とに優先して行う。

尚、上記第２の回転数は、上記第１の回転数と同一でも良く、上記第１の回転数と異なっても良い。

ノッキングの起こり易さは、混合気の燃焼による過熱を抑制するための冷却水の温度と相関関係があり、ノッキングは、冷却水が所定の温度以下では起こらない。

上記実施形態によれば、第３制御で、冷却水の温度が第２の所定値以下または未満である場合に、スロットル開度制御手段が、出力軸が一定の回転数で回転するように吸気スロットル弁の開度を制御する。したがって、第２の所定値をノッキングが起こらないと判断できる温度に設定することにより、ノッキングの発生を心配することなく出力軸の等速運転を実現できる。

本発明のガスエンジンによれば、ノッキングの発生を適切に回避できる。

本発明の第１実施形態のガスエンジンの全体構成の概略を示す図である。 ＥＣＵと、各部位との入出力の関係を示すブロック図である。 上記ガスエンジンの制御の概要を示す図である。 算定トルクと変動回転数との二次元平面上での本制御の軌跡を示す図である。 上記制御のフローチャートである。 第２実施形態の制御のフローチャートである。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態のガスエンジンの全体構成の概略を示す図である。

図１に示すように、このガスエンジンは、吸気部２と、シリンダヘッド３と、三元触媒４と、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット：Engine Control Unit）１０とを備える。また、このガスエンジンは、酸素センサ１１と、吸気圧センサ３０と、吸気温センサ３１と、冷却水温度センサ３２とを備える。

上記吸気部２は、ソレノイドバルブ２１と、Ａ／Ｆバルブ２２と、メインジェット２３と、レギュレータ２４と、ミキサー２５と、エアフィルタ２６とを有する。図１に示すように、上記ソレノイドバルブ２１と、Ａ／Ｆバルブ２２と、メインジェット２３とは、レギュレータ２４とミキサー２５との間に並列に接続されている。

上記ソレノイドバルブ２１は、理論空燃比となる空気過剰率（λ＝１）のストイキ運転をピンポイントで制御するために、燃料ガスが通過する開口面積を調整できるように設計された流量特性の比例制御弁によって構成されている。上記ソレノイドバルブ２１は、板バネまたはスプリングなどの付勢力によって流路を閉じるように付勢された可動弁を、電磁コイルで可動させて所定の開度に開くように構成されている。上記ソレノイドバルブ２１は、２５ヘルツの速さで開閉を行い、その開閉の際のデューティ比を変更することで開度を調整するようになっている。

尚、ストイキ運転を行っている際に、空気過剰率λは、０．９９５〜１．００５の範囲で１から変動することがある。この発明では、空気過剰率λが、０．９９５以上１．００５以下の範囲内の運転をストイキ運転とする。また、ソレノイドバルブ２１は、２５ヘルツのものに限定されるものではなく、この種のパータベーション制御で使用される各種周波数のソレノイドバルブであっても良い。

このガスエンジンは、ストイキ運転の他、リーン運転も可能となっている。上記Ａ／Ｆバルブ２２は、リーン燃焼となる空気過剰率（λ＝１．４〜１．６）のリーン運転を制御するために、燃料ガスの通過経路の開口面積を調整できるように設計された流量特性の比例制御弁によって構成されている。このＡ／Ｆバルブ２２は、ステッピングモータの回転によって可動弁の開度を一段階毎に調整できるように構成されている。

上記メインジェット２３は、ソレノイドバルブ２１およびＡ／Ｆバルブ２２とともに、レギュレータ２４からミキサー２５へ流れる燃料の量を調整するように構成されたバルブである。上記メインジェット２３の開度は、一定値に保たれている。また、上記レギュレータ２４は、常に一定の圧力で燃料ガスを供給できるように、燃料ガスの圧力を制御する役割を担っている。

上記ミキサー２５は、エアフィルタ２６からの空気と燃料ガスとを混合するベンチュリ管によって構成されている。このミキサー２５は、下流側に設けられた吸気スロットル弁６の開度に応じて吸入される空気のベンチュリ効果で燃料ガスと空気とを混合するようになっている。

上記吸気部２は、シリンダヘッド３の吸気口１３に接続されている。また、シリンダヘッド３の排気口１４は、排気経路１５を介して三元触媒４に接続されている。上記酸素センサ１１は、排気経路１５に設けられている。詳述しないが、このガスエンジンは、酸素センサ１１の測定検出結果に基づいて周知の方法で空気過剰率を測定するようになっている。

上記吸気圧センサ３０は、吸気スロットル弁６の下流側の吸気圧力を検知している一方、吸気温センサ３１は、エアフィルタ２６に流入する空気の温度を測定している。また、上記冷却水温度センサ３２は、シリンダヘッド３に設けられたウォータジャケット（図示せず）内の冷却水の温度を測定している。また、このエンジンは、図示しない周知の回転速度センサを備え、その回転速度センサでフライホイル（図示せず）等の回転数を測定することにより、出力軸（図示せず）の回転数を検出している。尚、図１において、参照番号３９は、非常時に警告音を発する通報手段である。

図２は、ＥＣＵ１０と、各部位との入出力の関係を示すブロック図である。

図２に示すように、ＥＣＵ１０には、酸素センサ１１、吸気圧センサ３０、吸気温センサ３１、冷却水温度センサ３２、回転速度センサ３８、ソレノイドバルブ２１、Ａ／Ｆバルブ２２、メインジェット２３、レギュレータ２４、吸気スロットル弁６が接続されている。上記ＥＣＵ１０は、酸素センサ１１、吸気圧センサ３０、吸気温センサ３１、冷却水温度センサ３２、回転速度センサ３８からの信号を受けて、ソレノイドバルブ２１、Ａ／Ｆバルブ２２、メインジェット２３、レギュレータ２４、吸気スロットル弁６を適宜制御している。

上記ＥＣＵ１０は、トルク算定部７０と、ストイキ運転制御部７１と、スロットル開度制御部７２と、内蔵メモリ７３とを有する。内蔵メモリ７３には、公知のＤジェトロの吸入空気量算定式が記憶されている。また、上記内蔵メモリ７３には、単シリンダ当たりの吸入空気量と、トルクとが、一対一に対応づけられたマップも記憶されている。

上記ＥＣＵ１０は、ストイキ運転の際に、酸素センサ１１によって空燃比を検知して、公知の手法でソレノイドバルブ２１でパータベーションを行うようになっている。詳しくは、ストイキ運転の際には、酸素センサ１１からの信号を受けたストイキ運転制御部７１が、Ａ／Ｆバルブ２２を所定の開度、例えば５０％の開度に開けた状態で、ソレノイドバルブ２１を開閉領域の中間領域の開度（例えば、２０％〜５５％）で、空燃比が理論空燃比である状態を中心に、リーン側およびリッチ側に空燃比が変動するように開閉度を制御する。このようにして、理論空燃比の空気過剰率（０．９９５≦λ≦１．００５）を実現する。上記ストイキ運転制御部７１は、過剰率制御手段を構成している。尚、上記ＥＣＵ１０は、リーン運転の際には、ソレノイドバルブ２１を閉じてＡ／Ｆバルブ２２の開閉度の制御で空気過剰率の範囲（λ＝１．４〜１．６）の制御を行うようになっている。

また、上記トルク算定部７０は、吸気圧センサ３０からの吸気圧を表す信号と、吸気温センサ３１からの吸気温を表す信号とを受けると、内蔵メモリ７３にアクセスして、上記吸気圧と上記吸気温とから、内蔵メモリ７３内の公知のＤジェトロの吸入空気量計算法を用いて、単シリンダ当たりの吸入空気量を算定するようになっている。そして、その後、算定した上記吸入空気量と、内蔵メモリ７３内の上記マップとに基づいてトルク値を算定するようになっている。

図３は、上記ガスエンジンの制御の概要を示す図であり、ガスエンジンにおける機関回転数とトルクとの関係を示す図である。

このガスエンジンは、発電機に接続されている。尚、図３において、曲線５０は、要求定格出力のｋＷラインを示し、曲線５１は、要求最大出力のｋＷラインを示す。また、図３において、曲線５２は、スロットル全開トルク（ＷＯＴトルク）が描く軌跡を示している。また、図３において、参照番号Ｃで示す領域は、ノッキング（ノック）が起こり易い領域（グレースケールが大きい程ノックが起こり易い）を示し、参照番号Ｄで示す領域は、ノックが起こりにくい領域（グレースケールが大きい程ノックが起こりにくい）を示している。

図３に示すように、このガスエンジンは、トルク算定部７０が算定したトルクの値が、第１の所定値としてのＡ［Ｎｍ］以下の場合には、回転数が、第１の回転数であるα［ｍｉｎ^−１］になる制御を行うようになっている。詳しくは、上記スロットル開度制御部７２が、回転速度センサ３８から、回転数がα［ｍｉｎ^−１］よりも小さいａ１［ｍｉｎ^−１］であることを表す信号を受けると、回転数をα［ｍｉｎ^−１］の方に増大させるように、吸気スロットル弁６の開度を、回転数差、すなわち、（α−ａ１）［ｍｉｎ^−１］に基づいて比例的に増大させるようになっている。

一方、上記スロットル開度制御部７２は、回転速度センサ３８から、回転数がα［ｍｉｎ^−１］よりも大きいａ２［ｍｉｎ^−１］であることを表す信号を受けると、回転数をα［ｍｉｎ^−１］の方に減少させるように、吸気スロットル弁６の開度を、回転数差、すなわち、（ａ２−α）［ｍｉｎ^−１］に基づいて比例的に減少させるようになっている。このようにして、回転数が等速のα［ｍｉｎ^−１］の状態を維持するようになっている。この回転数が等速のα［ｍｉｎ^−１］の状態を維持させる制御は、第１制御を構成している。

一方、上記スロットル開度制御部７２は、出力が増大して、トルク算定部７０が算定したトルクの値が、Ａ［Ｎｍ］よりも増大すると、トルクの値に基づく制御（後に詳述する）によって、図３に示すように、回転数がα［ｍｉｎ^−１］よりも大きくなるように吸気スロットル弁６の開度を上げる制御を行う。このようにして、図３に示すトルクと機関回転数との二次元座標において、出力が矢印Ｅに沿って移動するようにしている。このようにして、出力がＹ軸（トルク軸）に沿って上方に移動しないようにして、トルクの上昇を抑制している。このようにして、回転数がβ［ｍｉｎ^−１］のときに実現する要求最大出力時の最大のトルクでも、図３にＣで示すノックし易い領域の下方に位置するようにして、ノックが起こらないようにしている。

図３に矢印Ｆで示す制御は、参考例の制御である。この制御では、機関回転数が常時γ［ｍｉｎ^−１］（ここで、γは、α＜γ＜βを満たす）に維持される。この制御では、トルクの値に無関係に回転数が一定に保たれるので、トルクがＹ軸に沿って増大し、トルクが、ノックが起こり易い領域に達している。したがって、この制御では、ノック検知システムが必要不可欠となる。

これに対して、本実施形態での制御では、要求最大出力を生成するときの最大のトルクでも、ノックが起こることがない。したがって、ノック検知システムが原則的に不必要となる。また、本実施形態での制御では、図３に示すように、定格出力を生成する際の回転数を、参考例のγ［ｍｉｎ^−１］よりも小さいα［ｍｉｎ^−１］としている。このように定格運転をより低速回転数で行うことにより、熱効率が向上するようにしている。

尚、図３において、Ａ［Ｎｍ］とＢ［Ｎｍ］とは、Ｂ＞Ａを満たす限り、如何なる値も取り得ることができる。また、一例では、第１の回転数である上記α［ｍｉｎ^−１］を、１８００［ｍｉｎ^−１］とし、要求最大出力を生成する回転数である上記β［ｍｉｎ^−１］を、２０００［ｍｉｎ^−１］とし、上記γ［ｍｉｎ^−１］を、１９００［ｍｉｎ^−１］とし、要求定格出力のｋＷラインを、３７．８ｋＷラインとし、要求最大出力のｋＷラインを、４３．８ｋＷラインとすることができる。しかしながら、第１の回転数である上記αとして、１８００以外の値を採用でき、要求最大出力を生成する回転数である上記βとして、２０００以外の値を採用でき、要求定格出力のｋＷラインとして、３７．８以外の値のｋＷラインを採用でき、要求最大出力のｋＷラインとして、４３．８以外の値のｋＷラインを採用できるのは、勿論である。上記αと、上記βとは、β＞αを満たしさえすれば、如何なる値であっても良く、要求定格出力のｋＷラインと、要求最大出力のｋＷラインとは、要求最大出力のｋＷラインが、要求定格出力のｋＷラインよりも大きければ、如何なる値のラインであっても良いのである。

図４は、算定トルクと変動回転数との二次元平面上での本制御の軌跡を示す図である。尚、このマップは、内蔵メモリ７３に記憶されている。

図４に示すように、本制御は、トルク算定部７０（図２参照）が算定したトルクが、Ａ［Ｎｍ］以下である場合には、Δ回転数（変動回転数）が０になるように、上述の第１制御を行うようになっている。また、トルク算定部７０が算定したトルクが、Ａ［Ｎｍ］より大きくてＢ［Ｎｍ］以下である場合には、算定したトルクがＡからＢに増大するにしたがって、変動回転数を０からＸ［ｍｉｎ^−１］まで一次関数的（線形的）に増大させる第２制御を行うようになっている。

詳しくは、トルク算定部７０が算定したトルクが、Ａ［Ｎｍ］より大きくてＢ［Ｎｍ］以下である場合には、スロットル開度制御部７２が図４のマップに基づいてトルク算定部７０が算定したトルク値に対応する目標の回転数Ｘ１を割り出し、その目標の回転数Ｘ１［ｍｉｎ^−１］と、回転速度センサ３８からの信号から算定した現実の回転数Ｘ２［ｍｉｎ^−１］との変動回転数（Ｘ１−Ｘ２）［ｍｉｎ^−１］を算定する。そして、この変動回転数が正である場合には、スロットル開度制御部７２が、その変動回転数の大きさ基づいて吸気スロットル弁６の開度を比例的に大きくするように吸気スロットル弁６を制御する。一方、上記変動回転数が負である場合には、スロットル開度制御部７２が、その変動回転数の大きさ基づいて、吸気スロットル弁６の開度を比例的に小さくするように吸気スロットル弁６を制御する。

図５は、上記制御のフローチャートである。

制御をスタートすると、ステップＳ１で、吸気温センサ３１からの吸気温を表す信号と、吸気圧センサ３０からの吸気圧を示す信号とが、トルク算定部７１に出力される。そして、ステップＳ２で、トルク算定部７１は、Ｄジェトロに基づいて、吸入空気量を算出し、さらに、吸入空気量と一対一に対応するトルクを、記憶されているマップから算定する。

次に、ステップＳ３では、算定されたトルクが、Ａ［Ｎｍ］以下であるか否かが判断されるようになっている。そして、算定されたトルクが、Ａ［Ｎｍ］以下である場合には、ステップＳ４に移行して、スロットル開度制御部７２、回転数速度センサ３８が第１の回転数α［ｍｉｎ^−１］になるようにスロットル６の開度を制御する。

続いて、ステップＳ６では、図示しない操作部からストイキ運転を停止する信号がＥＣＵ１０に入力されているか否かを判断する。そして、ストイキ運転を停止する信号がＥＣＵ１０に入力されていない場合には、ステップＳ１に戻る一方、ストイキ運転を停止する信号がＥＣＵ１０に入力されている場合には、制御がエンドになる。

一方、ステップＳ４で、算定されたトルクが、Ａ［Ｎｍ］より大きくてＢ［Ｎｍ］より小さい場合には、ステップＳ５に移行する。このステップＳ５では、算定トルクと変動回転数との二次元平面上での本制御の軌跡を示すマップから、算定される回転数になるように上述の制御（図４を用いて説明済み）を行う。そして、その後に上記ステップＳ６に移行する。

上記第１実施形態によれば、上記ストイキ運転制御部７１で、ミキサー２５で混合される混合気の空気過剰率がストイキ範囲内になるように制御できるから、ストイキ運転を実現できる。したがって、高出力をより容易に実現できる。

また、第１制御で、ストイキ運転制御部７１が、空気過剰率がストイキ範囲内になるように制御しているときに、スロットル開度制御部７２が、トルクの値がＡ［Ｎｍ］以下であると判断すると、出力軸が一定の回転数である上記α［ｍｉｎ^−１］で回転するように吸気スロットル弁６の開度を制御する。したがって、上記Ａ［Ｎｍ］が、ノッキングが起こらない値であるから、第１制御を行っている際に、高出力の生成性能を維持できるにも拘わらず、ノッキングが起こることもない。また、第１制御では、出力軸が等速である上記α［ｍｉｎ^−１］になるように制御されるから、エンジンにかかる負荷を効率良く上げることができる。

一方、第２制御では、ストイキ運転制御部７１が、空気過剰率がストイキ範囲内になるように制御しているときに、スロットル開度制御部７２が、トルクの値が第１の所定値より大きいと判断すると、出力軸の回転数が大きくなるように吸気スロットル弁６の開度を制御する。したがって、より大きな出力が要求されて、トルクの値がＡより大きくなった場合、出力軸の回転数が大きくなるから、第２制御を行っている際、トルクの値が上昇しにくくなる。というのは、図３に示すように、パラメータが、トルクを縦軸とし回転数を横軸とする二次元座標で、同一の出力を表す線分は、反比例を示す曲線と同じ傾向を示し、同じ出力を表す曲線で、回転数が大きくなると、トルクが低下するからである。

したがって、より大きな出力が要求されるときに、回転数が上昇するから、トルクが急上昇することを回避できる。したがって、要求される最大出力が出力されているときのトルクが、ノッキング発生領域より小さいから、第２制御を行っている際にもノッキングが起こらない。

したがって、ストイキ運転を行っている全ての期間でノッキングの発生を適切に回避できる。

また、上記第１実施形態によれば、上記第２制御により、トルクの値がＡ［Ｎｍ］よりも大きくなるにしたがって、上記α［ｍｉｎ^−１］から変動する回転数の変動値が一次関数的に増大する。したがって、トルクと、回転数の変動値との関係が単純な比例関係であるから、第２制御を容易に行うことができる。

尚、上記第１実施形態では、トルクを所謂Ｄジェトロに基づいて算定したが、この発明では、トルクを算定するのに、Ｄジェトロの替わりに、Ｌジェトロを採用しても良く、エアフロセンサを設けた上、エアフロセンサで計測した吸入空気量に基づいてトルクを算定しても良い。

また、上記第１実施形態では、Ａ／Ｆバルブ２２の開閉度の制御でリーン運転の空気過剰率の範囲（λ＝１．４〜１．６）の制御を可能としたが、この発明では、例えば、Ａ／Ｆバルブ２２を省略する等して、リーン運転が不可能であっても良く、ストイキ運転のみしか出来なくても良い。

また、上記第１実施形態では、第２制御で、算定したトルクがＡからＢに増大するにしたがって、変動回転数が０からＸ［ｍｉｎ^−１］まで一次関数的（線形的）に増大させるようにした。しかしながら、この発明では、例えば、第２制御では、算定したトルクがＡからＢに増大するにしたがって、変動回転数が０からＸ［ｍｉｎ^−１］まで、放物線状等、２次曲線的に増大するようにしても良く、３次以上の高次の曲線的に増大しても良い。この発明では、第２制御では、算定したトルクがＡからＢに増大するにしたがって、変動回転数は、変動回転数と算定トルクとの二次元座標上における０からＸ［ｍｉｎ^−１］までの範囲で、如何なる軌跡の増大をしても良い。

また、上記第１実施形態では、ノック検知手段が存在しなかったが、この発明では、ノック検知手段を設けて、確実にノッキングを防止しても良い。尚、上記第１実施形態によれば、ノック検知手段が存在しないから、ノック検知手段が存在する場合と比較して、低コストのガスエンジンを実現できる。また、上記従来のガスエンジンでは、ノック回避時に点火時期をリタードしなければならないから、これによって燃費が悪化する（部材熱負荷が上昇する）。これに対し、本発明では、ノッキングを適切に回避できるから、ノック回避のための点火時期のリタードが原則的に必要なく、燃費も抑制できる。しかしながら、本発明でも、ノッキングの前兆が生じた場合には、点火時期をリタードするようにしてノッキングを確実に防止して、ノッキングに起因する異常燃焼を確実に防ぎ、ピストンの損傷等を確実に防ぐようにしても良い。

また、上記第１実施形態では、トルクの値がＡ［Ｎｍ］以下のときに第１制御を行う一方、トルクの値がＡより大きくてＢ以下の場合に第２制御を行ったが、この発明では、トルクの値がＡ［Ｎｍ］より小さいときに第１制御を行う一方、トルクの値がＡ以上Ｂ以下の場合に第２制御を行っても良い。また、上記第１実施形態では、冷却水センサ３２は省略しても良い。

また、上記第１実施形態では、燃焼室での混合気の燃焼による過熱を抑制するための冷却水の温度に無関係に制御を行った。しかしながら、この発明では、冷却水の温度に基づく制御を行っても良い。というのも、ノッキングの起こり易さは、混合気の燃焼による過熱を抑制するための冷却水の温度と相関関係があり、ノッキングは、冷却水が所定の温度以下では起こらないからである。

図６は、冷却水の温度も考慮した第２実施形態の制御のフローチャートである。

尚、第２実施形態の制御では、上記第１実施形態の制御と同じステップは、上記第１実施形態と同じステップの番号を付して、説明を省略する。また、第２実施形態のガスエンジンは、制御が異なるだけで、装置は、図１に示す第１実施形態の装置と同一である。また、上記第２実施形態では、第１実施形態と同じ作用効果、変形例については、記載を省略する。

図６に示すように、第２実施形態の制御では、ステップＳ２とステップＳ３との間にステップＳ７を行う。このステップＳ７では、ＥＣＵ１０が、冷却水温度センサ３２からの冷却水の温度を表す信号を受けて、冷却水の温度が、第２の所定値であるφ［℃］以下であるか否かを判断する。ここで、このφ［℃］は、ノッキングが起こらない温度である。そして、冷却水の温度が、φ［℃］以下である場合、ステップＳ８に移行する。

尚、第２の所定値である上記φ［℃］としては、例えば、８０［℃］を採用できるが、上記φとして、８０以外の如何なる値を採用しても良く、第２の所定値は、８０［℃］以外の如何なる温度であっても良い。というのは、第２の所定値は、エンジンの仕様や冷却水温度センサの設置位置によって変動するからである。

続いて、ステップＳ８では、スロットル開度制御部７２、回転数速度センサ３８が第２の回転数であるδ［ｍｉｎ^−１］になるように、ステップＳ４と同様の制御を行う。そして、その後、ステップＳ６に移行する。ステップＳ７の制御と、ステップＳ８の制御とは、第３制御を構成している。一方、ステップＳ７で、冷却水の温度が、第２の所定値であるφ［℃］よりも大きい場合には、上述のステップＳ３に移行する。尚、第２の回転数である上記δ［ｍｉｎ^−１］としては、例えば、１８００［ｍｉｎ^−１］を採用できるが、上記δとして、１８００以外の如何なる値を採用しても良く、第２の回転数は、１８００［ｍｉｎ^−１］以外の如何なる回転数であっても良い。

上記第２実施形態のガスエンジンによれば、第３制御で、冷却水の温度が第２の所定値であるφ［℃］以下である場合に、スロットル開度制御部７２が、出力軸が一定の回転数で回転するように吸気スロットル弁６の開度を制御する。したがって、この実施形態では、第２の所定値であるφ［℃］が、この実施例の仕様でノッキングが起こらない温度であるから、ノッキングの発生を心配することなく出力軸の等速運転を実現できる。

尚、上記第２実施形態では、上記第１制御で出力軸を制御する第１の回転数と、第３制御で出力軸を制御する第２の回転数とは、一致しても良く、上記第１制御で出力軸を制御する第１の回転数と、第３制御で出力軸を制御する第２の回転数とが、互いに異なっていても良い。

また、上記第２実施形態では、冷却水の温度が、第２の所定値以下である場合に、第１制御と第２制御とに優先して第３制御を行ったが、この発明では、冷却水の温度が、第２の所定値よりも低い場合に、第１制御と第２制御とに優先して第３制御を行っても良い。また、上記第２実施形態では、冷却水センサ３２がシリンダヘッド３の近傍に配置されたが、この発明では、冷却水センサは、シリンダの近傍に配置されても良い。

また、上記第２実施形態では、冷却水の温度に基づくステップＳ７の制御を、ステップＳ２とステップＳ３との間に行った。しかしながら、この発明では、冷却水の温度に基づくステップＳ７の制御は、スタートの直後に行っても良く、ステップＳ１とステップＳ２との間に行っても良く、ステップＳ３の後に行っても良い。

また、本発明のガスエンジンは、発電に用いられると好ましいが、本発明のガスエンジンを、発電以外の用途に使用しても良いことは言うまでもない。また、また、上記実施形態および変形例で説明した全ての構成のうちの二以上の構成を組み合わせて新たな実施形態を構築できることは、勿論である。

２ 吸気部
３ シリンダヘッド
６ 吸気スロットル弁
１０ ＥＣＵ
２５ ミキサー
３０ 吸気圧センサ
３１ 吸気温センサ
３２ 冷却水温度センサ
３８ 回転速度センサ
７０ トルク算定部
７１ ストイキ運転制御部
７２ スロットル開度制御部
７３ 内蔵メモリ

Claims (3)

1. 空気と燃料とを混合して混合気を生成するミキサーと、
   上記ミキサーからの上記混合気を吸入する吸気口を有するシリンダヘッドと、
   上記ミキサーから上記吸気口に流動する上記混合気の流量を調整可能な吸気スロットル弁と、
   生成トルクを算定するためのトルク算定手段と、
   上記トルク算定手段からの上記トルクを表す信号に基づいて上記吸気スロットル弁の開度を制御可能なスロットル開度制御手段と、
   上記混合気の空気過剰率がストイキ範囲内になるように制御する過剰率制御手段と
   を備え、
   上記過剰率制御手段が、上記空気過剰率がストイキ範囲内になるように制御しているときに、上記スロットル開度制御手段は、上記トルクの値が第１の所定値以下または未満であると判断すると、出力軸が一定の第１の回転数で回転するように上記吸気スロットル弁の開度を制御する第１制御を行う一方、上記トルクの値が上記第１の所定値よりも大きいかまたは上記第１の所定値以上であると判断すると、上記出力軸の回転数が大きくなるように上記吸気スロットル弁の開度を制御する第２制御を行うことが可能であることを特徴とするガスエンジン。
2. 請求項１に記載のガスエンジンにおいて、
   上記スロットル開度制御手段は、上記第２制御において、上記トルクの値が上記第１の所定値よりも大きくなるにしたがって、上記第１の回転数から変動する回転数の変動値が一次関数的に増大するように上記吸気スロットル弁の開度を制御することを特徴とするガスエンジン。
3. 請求項１または２に記載のガスエンジンにおいて、
   燃焼室での上記混合気の燃焼による過熱を抑制するための冷却水の温度を検知すると共に、上記スロットル開度制御手段に上記冷却水の温度を表す信号を出力する冷却水温度センサを備え、
   上記スロットル開度制御手段は、上記冷却水の温度が第２の所定値以下または未満であると判断すると、上記出力軸が一定の第２の回転数で回転するように上記吸気スロットル弁の開度を制御する第３制御を、上記第１制御と上記第２制御とに優先して行うことを特徴とするガスエンジン。