燃气发动机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及能够与燃料气体的燃烧热量(以下简称为“热量”。)变化对应的燃气发动机。
【背景技术】
[0002]—般来讲，以与固定组成的燃料气体对应的方式对燃气发动机的空燃比的控制进行设定，但是，实际被供应的燃料气体的组成并非固定的，因此，该燃料气体的热量也并非固定的而是发生变化的。
[0003]因此，以往提出了如下的燃气发动机:通过气相色谱仪等气体组成测定装置对燃料气体进行测定，根据该测定结果来控制空燃比(例如，参照专利文献1)。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2003-148187号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的问题
[0008]但是，在上述现有的燃气发动机的情况下，气相色谱仪等气体组成测定装置的色谱柱(column)随着使用时间的经过而劣化，因此必须定期更换，成本和人工费用增多。
[0009]此外，在气相色谱仪等气体组成测定装置中，校准曲线会由于气候的变化或色谱柱的劣化等而发生变化，因此，必须使用标准气体定期地重新制作校准曲线，处理繁琐，并且在冷暖差异较大的场所无法使用。
[0010]并且，由于测定燃料气体的组成并到达得出测定结果为止需要时间，因此，供应到气缸盖的燃料气体不是测定了组成的燃料气体，会产生偏差。因此，还考虑设计燃料气体的供应路径以将得出测定结果的燃料气体送入气缸盖，但这种情况下装置复杂。
[0011]本发明是鉴于该实际情况而完成的，其目的在于，提供能够与燃料气体的热量的变化对应地进行空燃比控制的燃气发动机。
[0012]用于解决问题的手段
[0013]为了解决上述课题，本发明的燃气发动机具有:第一阀，其响应性比第二阀低，燃料流量调整幅度比第二阀大；以及第二阀，其响应性比第一阀高，燃料流量调整幅度比第一阀小，该燃气发动机具有控制部，该控制部构成为，在将第一阀打开为规定的开度的状态下，使第二阀从规定的开度向稀(lean)侧和浓(rich)侧变动，进行基于该第二阀的扰动，在设于燃气发动机的排气路径上的氧传感器的输出的平均值偏离了以该条件在控制部中设定的氧传感器的输出目标值的情况下，该控制部调整第一阀的开度，使得输出平均值成为输出目标值。
[0014]在上述燃气发动机中，也可以是，控制部提取与实际运转时的基于第二阀的扰动控制中的最大开度和最小开度对应的氧传感器的最大输出和最小输出，计算输出平均值。
[0015]在上述燃气发动机中，也可以是，控制部对第一阀的开度进行调整，使得收敛于具有幅度的输出目标值。
[0016]在上述燃气发动机中，也可以是，按照每个气缸盖或按照每多个气缸盖设置第一阀和第二阀。
[0017]在上述燃气发动机中，也可以是，设置有多个第一阀和/或第二阀。
[0018]在上述燃气发动机中，也可以是，氧传感器是在排气路径的催化剂上游侧设置的前氧传感器。
[0019]在上述燃气发动机中，也可以是，氧传感器是在排气路径的催化剂下游侧设置的后氧传感器。
[0020]发明的效果
[0021]根据本发明，能够与燃料气体的组成变化对应地进行空燃比控制。
【附图说明】
[0022]图1是本发明的燃气发动机的整体结构的概略图。
[0023]图2是示出图1所示的燃气发动机的燃料气体和吸入空气的混合部的结构的框图。
[0024]图3是分别示出扰动控制中的空气过剩率、电磁阀开度、传感器输出的历时变化的曲线图。
[0025]图4是说明输出平均值的计算方法的曲线图，并且是详细示出扰动控制时的前氧传感器的输出值的历时变化的曲线图。
[0026]图5是示出由于燃料气体的热量的变化而变动的电磁阀和A/F阀的燃料气体流量与吸入空气流量之间的关系的曲线图。
[0027]图6是基于来自前氧传感器的输出来说明考虑到燃料气体的热量变化时的控制部的控制的流程图。
[0028]图7是基于来自后氧传感器的输出来说明考虑到燃料气体的热量变化时的控制部的控制的流程图。
[0029]图8是说明输出平均值的其他的计算方法的曲线图，并且是详细示出扰动控制时的前氧传感器的输出值的历时变化的曲线图。
[0030]图9是本发明的其他实施方式的、基于来自前氧传感器的输出来说明考虑到燃气发动机的燃料气体的热量变化时的控制部的控制的流程图。
[0031]图10是本发明的其他实施方式的、基于来自后氧传感器的输出来说明考虑到燃气发动机的燃料气体的热量变化时的控制部的控制的流程图。
[0032]图11是本发明的另一其他实施方式的、基于来自前氧传感器的输出来说明考虑到燃气发动机的燃料气体的热量变化时的控制部的控制的流程图。
[0033]图12是本发明的另一其他实施方式的、基于来自后氧传感器的输出来说明考虑到燃气发动机的燃料气体的热量变化时的控制部的控制的流程图。
[0034]图13的(a)是示出吸气部的其他结构的概略图，该图的(b)是示出另一其他结构的概略图。
[0035]图14是示出混合部的其他结构的概略图。
[0036]图15是示出使用了本发明的燃气发动机的燃气热栗装置的整体结构的概略的概略图。
[0037]图16是示出使用了本发明的燃气发动机的热电联产装置的整体结构的概略的概略图。
【具体实施方式】
[0038]下面，参照附图来说明本发明的实施方式。
[0039]图1不出本发明的燃气发动机1的整体结构的概略，图2不出该燃气发动机1中的燃料气体和吸入空气的混合部2a，图3示出该燃气发动机1的控制部10进行的扰动控制的控制图，图4示出对输出平均值b的计算方法进行说明的曲线图，图5示出对电磁阀21和A/F阀22的阀特性进行说明的曲线图，图6示出考虑到燃料气体的热量变化的控制部10的控制流程。
[0040]该燃气发动机1构成为具有电磁阀21和A/F阀22，并进行基于电磁阀21的扰动，当以规定的发动机转速和负载进行理论空燃比运转时，调整A/F阀22的开度，使得从燃气发动机1的排气路径13上设置的前氧传感器31得到的输出平均值b成为以该条件在控制部10中设定的前氧传感器31的输出目标值a。
[0041]首先，对燃气发动机1的整体结构进行说明。
[0042]燃气发动机1在与气缸盖11连接的吸气路径12上设有对空气和燃料气体进行混合的混合部2a，在该混合部2a与气缸盖11之间设有节气门2b。由这些混合部2a和节气门2b来构成吸气部2，通过来自控制部10的信号控制该吸气部2。
[0043]如图2所示，在混合部2a中，电磁阀21、A/F阀22、主喷嘴23、调节螺杆24并列连接在调节器25与混合器26之间。
[0044]电磁阀21由以能够调整供燃料气体通过的开口面积的方式设计的流量特性的阀构成，以对作为理论空燃比的空气过剩率(λ = 1)的理论空燃比运转进行控制。该电磁阀21构成为，利用电磁线圈使可动阀动作并使其打开规定的开度，其中，该可动阀以通过板簧或弹簧等的作用力来关闭流路的方式被施力。该电磁阀21例如以25赫兹的速度进行开闭，通过变更该开闭时的占空比能够调整开度。另外，电磁阀21不限于25赫兹，也可以是在这种扰动控制中使用的各种频率的电磁阀21。通过该结构，电磁阀21的流量调整幅度较小，但是能够实现迅速的流量调整。此外，构成电磁阀21的流量特性的阀也可以通过比例控制阀来构成。
[0045]A/F阀22由以能够调整燃料气体的通过路径的开口面积的方式设计的流量特性的比例控制阀构成，以对从作为理论空燃比的空气过剩率(λ = 1)的理论空燃比运转到作为稀燃烧的空气过剩率(λ = 1.4?1.6)的稀运转的范围进行控制。该A/F阀22构成为能够通过步进电动机的旋转按照每个阶段来调整可动阀的开度。通过该结构，A/F阀22虽然不能进行迅速的流量调整，但是构成为流量调整幅度较大，能够对应较宽的空气过剩率的范围。
[0046]主喷嘴23是构成为与电磁阀21和A/F阀22 —起对从调节器25流向混合器26的燃料的量进行调整的阀，与上述的电磁阀21和A/F阀22不同，开度根据所使用的主喷嘴23的编号而被固定。
[0047]调节螺杆24是构成为通过手动调整燃料气体的量的阀，通常与上述主喷嘴23 —起被固定。
[0048]调节器25对燃料气体的压力进行控制，以使得能够始终以固定的压力供应燃料气体。
[0049]混合器26由对空气和燃料气体进行混合的文丘里管构成。该混合器26利用与设于下游侧的节气门2b的开度相应地吸入的空气的文丘里效果，对燃料气体和空气进行混入口 ο
[0050]在与气缸盖11连接的排气路径13上设有消声器3a，在该消声器3a与气缸盖11之间设有三元催化器3b。在该三元催化器3b的废气入口侧设有前氧传感器31，还在出口侧设有另外的后氧传感器32。
[0051]混合部2a在稀运转时，进行空气过剩率的范围(λ = 1.4?1.6)的稀运转。此时，根据来自设于三元催化器3b的废气入口侧的全区域传感器(省略图示)的检测结果，在关闭了电磁阀21的状态下通过控制部10控制A/F阀22，从而进行空气过剩率的范围(λ=1.4?1.6)的控制。
[0052]此外，混合部2a在进行理论空燃比运转的情况下，能够进行以理论空燃比的空气过剩率(λ = 1)为中心而使空燃比向稀侧和浓侧变动的理论空燃比运转的扰动控制。此时，根据来自前氧传感器31和后氧传感器32的检测结果，在将A/F阀22打开至开闭区域的中间的开度例如50%的开度的状态下，将电磁阀21打开至开闭区域的中间的开度例如50%的开度，从50%的开度起以规定的间距重复对该电磁阀21进行打开和关闭，通过控制部10控制开度的变动，由此进行扰动控制。
[0053]这里，在理论空燃比运转时，将电磁阀21和A/F阀22设定为