エンジン制御方法
【課題】出力制御不能の発生を避けながら、発熱量の変化に応じてできるだけエンジンの出力を高める。
【解決手段】排気ガス中の酸素濃度の実際値を検出する工程と、混合気流量の実際値及び燃料制御弁開度の実際値を検出する工程と、酸素濃度の実際値、混合気流量の実際値、及び燃料制御弁開度の実際値に基づいて、発熱量に応じて変化する理論空燃比の実際値を検出する工程と、空燃比の実際値が理論空燃比の実際値に一致するように、空燃比を決定する燃料制御弁開度を制御する工程と、発電機出力の目標値を発電機出力制限値に設定する工程と、発電機出力の実際値を検出する工程と、発電機出力の実際値が発電機出力の目標値に一致するように、スロットル開度を制御する工程と、を備えており、出力制限値は、空燃比が理論空燃比に保たれ且つスロットル開度が所定のスロットル開度制限値に保たれているときに得られる出力の大きさである。
【解決手段】排気ガス中の酸素濃度の実際値を検出する工程と、混合気流量の実際値及び燃料制御弁開度の実際値を検出する工程と、酸素濃度の実際値、混合気流量の実際値、及び燃料制御弁開度の実際値に基づいて、発熱量に応じて変化する理論空燃比の実際値を検出する工程と、空燃比の実際値が理論空燃比の実際値に一致するように、空燃比を決定する燃料制御弁開度を制御する工程と、発電機出力の目標値を発電機出力制限値に設定する工程と、発電機出力の実際値を検出する工程と、発電機出力の実際値が発電機出力の目標値に一致するように、スロットル開度を制御する工程と、を備えており、出力制限値は、空燃比が理論空燃比に保たれ且つスロットル開度が所定のスロットル開度制限値に保たれているときに得られる出力の大きさである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料の単位体積当たりの発熱量が変化する場合にエンジンを制御するエンジン制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料は、通常、組成の異なる多数の成分によって構成されており、各成分の発熱量は異なっている。このため、燃料自体の発熱量は、各成分の濃度によって変化する。例えば、ガス化炉で生成される燃料の場合、成分の濃度は、ガスの原材料の種類及びガス化炉の運転状態によって大きく影響を受ける。このため、ガス化炉で生成される燃料では、単位体積当たりにおける燃料の発熱量が時間的に変化する。ガス化炉で生成される燃料には、木屑などを熱分解して得られるガス燃料、ごみ処理施設から排出されるガス燃料、生物の排泄物等から得られるバイオガス燃料、及び埋立地等からの自噴ガス燃料がある。
【０００３】
図１８は、ガス化炉から供給される燃料について、各成分の濃度及び燃料自体の低位発熱量（ＬＨＶ）の時間的変化を示す図である。図１８において、各成分の濃度は時間的に変化している。この結果、燃料自体の発熱量（単位体積当たり発熱量）も時間的に変化している。
【０００４】
特許文献１は、バイオマス原料を熱分解することによって発生する熱分解ガスを燃料ガスとして利用するバイオマスガス化システムを開示している。バイオマス原料から発生する熱分解ガスも、成分の濃度が時間的に変化する燃料である。
【０００５】
一般に発熱量が低下する場合、燃料を構成する各成分において、発熱量の低い成分の濃度又は燃焼に寄与しない成分の濃度が増大している。このため、発熱量が低下するにつれて、一定量の燃料を完全燃焼させるのに必要な空気量が減少する。つまり、発熱量が低下すると、理論空燃比が低下する。
【０００６】
図１９は、発生ガス量（ａ）、ガス発熱量（ｂ）、可能な発電機出力（ｃ）、及びスロットル開度（ｄ）の時間的変化を示す図である。図１９（ａ）は、ガス化炉から発生する燃料ガスの発生ガス量Ａｔの時間的変化を示している。ガス化炉の構成上、発生ガス量Ａｔを大きく変更することはできないので、発生ガス量Ａｔは時間的に概ね一定である。ここで、エンジンは、ガス化炉から発生する燃料ガスを、燃料として利用している。エンジンでの燃焼に利用されなかった燃料ガスは、そのまま廃棄される。
【０００７】
図１９（ｂ）は、燃料ガスの発熱量Ｈの時間的変化を示している。ガス化炉から発生する燃料の成分は時間的に変化するので、燃料ガスの発熱量Ｈは時間的に変化する。このため、理論空燃比が時間的に変化する。
【０００８】
発熱量（理論空燃比）に応じて空気流量を変更することによって、ガス化炉からの燃料ガスを最大限燃焼できる。この場合、発熱量が高くなるにつれて必要な空気流量が多くなり、発熱量が低くなるにつれて必要な空気流量が少なくなる。
【０００９】
図１９（ｃ）は、ガス化炉からの燃料ガスが最大限利用される場合における、可能な発電機出力ＰＭの時間的変化を示している。エンジンは発電機の駆動源として利用されており、発電機の発電機出力は、エンジンの出力に比例する。上述したように、発熱量に合わせて空気流量を変更することによって、ガス化炉からの燃料ガスを最大限利用できる。このため、図１９（ｃ）に示されるように、可能な発電機出力ＰＭは、基本的に、発熱量に比例して変化する。ただし、供給可能な燃料流量及び空気流量には限界があるため、可能な発電機出力ＰＭは、最大燃料流量及び最大空気流量によって制限を受ける。最大燃料流量は発生ガス量Ａｔに等しい。最大空気流量は、例えば、スロットル開度が最大に保たれているときの空気流量である。図１９（ａ）において発生ガス量Ａｔは略一定値であるため、可能な発電機出力ＰＭは、スロットル開度の制限値ＴＬによって制限を受ける。スロットル開度制限値ＴＬは、図１９（ｄ）に示されている。また、可能な発電機出力ＰＭは、発電機出力上限値ＰＧにも制限を受ける。発電機出力上限値ＰＧは、発電機の出力限界を指している。
【００１０】
可能な発電機出力ＰＭを実際の出力として得るためには、発熱量の変化に応じて、可能な発電機出力ＰＭを発電機出力の目標値として設定する必要がある。例えば、発電機出力の目標値が、可能な発電機出力ＰＭよりも高く設定されている場合、燃料流量の不足又は空気流量の不足によって、発電機出力の実際値が目標値に到達できない。つまり、出力制御が不能の状態に陥る。出力制御不能の場合として、具体的には、例えば、スロットル開度が最大に保たれていても、空気流量が不足している場合がある。
【００１１】
従来、発熱量（理論空燃比）の時間的変化を検出することなく、エンジンの制御が行われている。この場合、出力制御不能の発生を避けるために、発電機出力の目標値は、一定値の出力制限値ＰＬに保たれている。出力制限値ＰＬは、想定される最低値の発熱量において、スロットル開度が最大である場合に出力可能な発電電力の値である。発電機出力の目標値が出力制限値ＰＬに保たれている限り、発熱量が変化しても、出力制御不能の状況は発生しない。
【００１２】
図１９（ｄ）は、発電機出力の目標値が出力制限値ＰＬに保たれている場合におけるスロットル開度の実際値ＴＲの時間的変化を示している。この場合、スロットル開度の実際値ＴＲは、発電機出力の実際値が出力制限値ＰＬに保たれるように、変更される。概ね、スロットル開度の実際値ＴＲの変化は、発熱量の変化に反比例する。この結果、図１９（ａ）において、利用ガス量Ａｐは、スロットル開度の実際値ＴＲの変化に比例している。利用ガス量Ａｐは発電に利用されるガス量を示しており、廃棄ガス量Ａｄは無駄に捨てられるガス量を示している。発生ガス量Ａｔは、利用ガス量Ａｐ及び廃棄ガス量Ａｄの合計に等しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９−２４９６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来、発熱量の変化による出力制御不能の発生を避けるために、発熱量の最低値に合わせて設定された一定値に、発電機出力の目標値が保たれている。つまり、発電機出力の目標値が、可能な発電機出力の最低値に合わせて設定されている。発熱量が低い場合に合わせて燃料ガスの利用量が設定されているので、発熱量が高い場合には、燃料ガスの利用量が低下する。この結果、図１９（ａ）に示されるように、発生ガス量Ａｔに占める廃棄ガス量Ａｄの割合が比較的大きくなる。
【００１５】
そこで、本発明は、出力制御不能の発生を避けながら、発熱量の変化に応じてできるだけ出力を高めることができる、エンジンの制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、燃料の単位体積当たりの発熱量が変化する場合にエンジンを制御するエンジン制御方法であって、排気ガス中の酸素濃度の実際値を検出する工程と、燃料流量の実際値及び空気流量の実際値を検出する工程と、酸素濃度の実際値、燃料流量の実際値、及び空気流量の実際値に基づいて、発熱量に応じて変化する理論空燃比の実際値を検出する工程と、空燃比の実際値が理論空燃比の実際値に一致するように、空燃比を決定する第１制御量を制御する工程と、エンジンの出力の目標値を出力制限値に設定する工程と、出力の実際値を検出する工程と、出力の実際値が出力の目標値に一致するように、空気流量又は混合気流量を決定する第２制御量を制御する工程と、を備えており、出力制限値は、空燃比が理論空燃比に保たれ且つ第２制御量が所定の第２制限値に保たれているときに得られる出力の大きさである、ことを特徴とするエンジン制御方法を提供する。
【００１７】
（ａ）好ましくは、出力の目標値を設定する工程において、出力、第２制御量、及び出力制限値の相関関係に基づいて、出力の実際値及び第２制御量の実際値に対応する出力制限値が特定され、該出力制限値が出力の目標値に設定される。
【００１８】
（ｂ）好ましくは、出力の目標値を設定する工程において、第２制御量の実際値が第２制限値に保たれるように出力の目標値を変更又は維持することによって、出力の目標値が出力制限値に設定される。
【００１９】
（ｃ）本発明は、好ましくは、出力上限値を設定する工程と、出力の目標値が出力上限値よりも高い場合に、出力の目標値を出力上限値に一致させる工程とを、更に備えている。
【００２０】
（ｄ）本発明は、好ましくは、燃料流量制限値を設定する工程と、燃料流量の実際値が燃料流量制限値よりも高い場合に、出力の目標値を減少させることによって、燃料流量の実際値を燃料流量制限値に一致させる工程とを、更に備えている。
【００２１】
（ｅ）好ましくは、第１制御量は、ミキサに供給される燃料の流量を制御する燃料制御弁の開度である。
【００２２】
（ｆ）好ましくは、第２制御量は、スロットル弁の開度である。
【００２３】
（ｇ）好ましくは、第２制御量は、給気圧力である。
【００２４】
（ｈ）好ましくは、燃料流量を特定する制御量は、ミキサに供給される燃料の流量を制御する燃料制御弁の開度と、スロットル開度、給気圧力及び給気温度、又は給気圧力とである。
【００２５】
（ｉ）好ましくは、燃料流量を特定する制御量は、ミキサに供給される燃料の流量を制御する燃料制御弁の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧と、スロットル開度、給気圧力及び給気温度、又は給気圧力とである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係るエンジン制御方法では、発熱量の変化に応じて出力の目標値が変化する。出力の目標値は、第２制御量の実際値が所定の制限値に保たれるように設定されているので、出力制御不能の発生は避けられている。このため、本発明に係るエンジン制御方法は、出力制御不能の発生を避けながら、発熱量の変化に応じてできるだけ出力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】エンジン、エンジン制御システム、及び燃料源を示す概略図である（第１実施形態）。
【図２】出力制御のフローを示す図である（第１実施形態）。
【図３】図３は、空燃比が理論空燃比に保たれている状態における、出力、スロットル開度、及び発電出力制限値の相関関係を示す図である（第１実施形態）。
【図４】図３の相関関係及び運転状態の変化の様子を示す図である（第１実施形態）。
【図５】ガス発熱量（ａ）、実際の発電出力（ｂ）、発電出力制限値（ｃ）及びスロットル開度（ｄ）の時間的変化を示す図である（第１実施形態）。
【図６】エンジン、エンジン制御システム、及び燃料源を示す概略図である（第２実施形態）。
【図７】出力制御のフローを示す図である（第２実施形態）。
【図８】出力制御のフローを示す図である（第３実施形態）。
【図９】エンジン、エンジン制御システム、及び燃料源を示す概略図である（第４実施形態）。
【図１０】出力制御のフローを示す図である（第４実施形態）。
【図１１】出力制御のフローを示す図である（第５実施形態）。
【図１２】エンジン、エンジン制御システム、及び燃料源を示す概略図である（第６実施形態）。
【図１３】出力制御のフローを示す図である（第６実施形態）。
【図１４】エンジン、エンジン制御システム、及び燃料源を示す概略図である（第７実施形態）。
【図１５】出力制御のフローを示す図である（第７実施形態）。
【図１６】エンジン、エンジン制御システム、及び燃料源を示す概略図である（第８実施形態）。
【図１７】出力制御のフローを示す図である（第８実施形態）。
【図１８】ガス化炉から供給される燃料における各成分の濃度及び燃料の低位発熱量（ＬＨＶ）の時間的変化を示す図である。
【図１９】発生ガス量（ａ）、ガス発熱量（ｂ）、可能な発電出力（ｃ）、及びスロットル開度（ｄ）の時間的変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（第１実施形態）
図１は、エンジン１、エンジン制御システム１００、及び燃料源２００を示す概略図である。図１において、エンジン１は、シリンダ２、ピストン３、クランク軸４、給気管５、排気管６、スロットル弁７、ベンチュリ式ミキサ８、燃料制御弁９、燃料配管１０、点火プラグ１１、及びガス圧力調整器１３を備えている。つまり、エンジン１は、燃料制御弁及びミキサを有する予混合燃焼エンジンである。スロットル弁７及びベンチュリ式ミキサ８は給気管５内に配置されている。スロットル弁７は、給気方向におけるベンチュリ式ミキサ８の下流側にある。燃料配管１０は、燃料源２００からベンチュリ式ミキサ８に燃料を供給する。燃料制御弁９は、燃料配管１０の経路上に配置されている。ガス圧力調整器１３は、ベンチュリ式ミキサ８に供給される燃料の圧力を制御する。ガス圧力調整器１３は、燃料配管１０の経路上において、燃料制御弁９の上流側に配置されている。また、クランク軸４は、発電機１２に接続されている。
【００２９】
燃料源２００は、単位体積当たりの発熱量が時間的に変化する燃料をエンジン１に供給する。燃料源２００は、例えば、木屑を熱分解することによってガス燃料を発生させるガス化炉である。
【００３０】
エンジン制御システム１００は、回転数センサ２１、出力センサ２２、給気圧力センサ２３、給気温度センサ２４、スロットル開度センサ２５、燃料制御弁開度センサ２６、酸素センサ２９、及び制御装置３０を備えている。回転数センサ２１は、エンジン１の回転数、すなわちクランク軸４の回転数を検出する。出力センサ２２は、発電機１２の発電電力に基づいて、エンジン４の出力、すなわちクランク軸４の出力を検出する。給気圧力センサ２３は、スロットル弁７の下流側において、給気管５内の給気圧力（混合気の圧力）を検出する。給気温度センサ２４は、スロットル弁７の下流側において、給気管５内の給気温度（混合気の温度）を検出する。スロットル開度センサ２５は、スロットル弁７によって設定された給気管５内の開度を検出する。燃料制御弁開度センサ２６は、燃料制御弁９によって設定された燃料配管１０内の開度を検出する。酸素センサ２９は、排気中の酸素濃度を検出する。酸素センサ２９は、排気管６内に配置されている。以下、スロットル開度は、スロットル弁７によって設定される給気管５内の開度を指し、燃料制御弁開度は、燃料制御弁９によって設定される燃料配管１０内の開度を指している。
【００３１】
制御装置３０は、各種センサによって得られた検出情報に基づいて、点火プラグ１１の作動時期、スロットル開度、及び燃料制御弁開度を制御する。制御装置３０は、ＣＰＵ及びメモリ等のハードウェアと、ハードウェアを作動させるプログラムとからなっている。
【００３２】
制御装置３０は、混合気流量算出部３１、空燃比／理論空燃比算出部３２、燃料制御弁制御部３３、スロットル制御部３４、相関関係記憶部３５、出力目標値設定部３６、及び出力上限値設定部３７を備えている。算出部３１は、混合気流量の実際値を算出する。算出部３２は、理論空燃比の実際値及び空燃比の実際値を算出する。制御部３３は、空燃比の実際値が理論空燃比に一致するように、燃料制御弁開度を制御する。制御部３４は、出力の実際値が出力の目標値に一致するように、スロットル開度を制御する。記憶部３５は、発電機出力制限値を記憶している。設定部３６は、出力の目標値を設定する。設定部３７は、例えばユーザーの操作により、出力の目標値の上限値を設定する。
【００３３】
図２を参照して、制御装置３０によって実行される出力制御のフローを説明する。図２は、出力制御のフローを示す図である。出力制御は、概略的には、発熱量の変化に応じて空燃比を理論空燃比に保ちながら、現時点の発熱量において可能な最大の出力をエンジンに発揮させる。出力制御は、目標値追従制御、空燃比制御、出力制限値制御、及び出力上限値制御からなっている。空燃比制御はステップ群Ｓ１０１−Ｓ１０６からなっており、出力制限値制御はステップ群Ｓ１１０−Ｓ１１２からなっており、出力上限値制御はステップ群Ｓ１２１−Ｓ１２２からなっている。目標値追従制御のステップ群は図示されていない。
【００３４】
目標値追従制御は、発電機出力の実際値が発電機出力の目標値に一致するように、スロットル開度を制御する。目標値追従制御において、スロットル制御部３４は、出力目標値設定部３６によって設定された発電機出力の目標値に発電機出力の実際値が一致するように、スロットル弁７を制御する。目標値追従制御は、空燃比制御、出力上限値制御、及び出力制限値制御と並行して実行されている。このため、出力上限値制御及び出力制限値制御において発電機出力の目標値が変更される度に、変更後の発電機出力の目標値に基づいて目標値追従制御が実行される。
【００３５】
空燃比制御のステップ群Ｓ１０１−Ｓ１０６を説明する。空燃比制御は、空燃比の実際値が理論空燃比に一致するように、燃料制御弁開度を制御する。
【００３６】
ステップＳ１０１において、空燃比／理論空燃比算出部３２は、酸素濃度の実際値、混合気流量の実際値、及び燃料制御弁開度の実際値に基づいて、理論空燃比の実際値を算出する。
【００３７】
理論空燃比は、燃料の発熱量の変化に応じて変化する。一般に、発熱量が低下する場合、燃料を構成する各成分において、発熱量の低い成分の濃度又は燃焼に寄与しない成分の濃度が増大している。このため、発熱量が上昇すると理論空燃比が増大し、発熱量が低下すると理論空燃比が減少する。
【００３８】
理論空燃比、給気中の空気流量、給気中の燃料流量、及び排気中の酸素濃度の間に、式（１）及び（２）の関係が成立する。Ｄ＝Ａｅ／（Ａ＋Ｆ）・・・（１）、ここで、Ｄ：酸素濃度、Ａｅ：排気中の空気流量、Ａ：給気中の空気流量、Ｆ：給気中の燃料流量。Ａｅ＝Ａ−（Ａ／Ｆ）ｔ・・・（２）、ここで、（Ａ／Ｆ）ｔ：理論空燃比。式（１）及び（２）により、理論空燃比は、酸素濃度、空気流量、及び燃料流量に基づいて、特定される。一方、混合気流量は、空気流量及び燃料流量の合計に等しい。更に、混合気はベンチュリ式ミキサ８によって生成されるので、燃料制御弁開度は、混合気流量に対する燃料流量の割合を決定する。このため、給気中の空気流量及び燃料流量は、混合気流量及び燃料制御弁開度に基づいて特定される。したがって、理論空燃比は、酸素濃度、混合気流量、及び燃料制御弁開度に基づいて、特定される。
【００３９】
理論空燃比の実際値を特定するための各要素は、各センサによって検出されている。酸素濃度の実際値は、酸素センサ２９によって検出されている。混合気流量の実際値は、給気圧力センサ２３によって検出される給気圧力の実際値及び給気温度センサ２４によって検出される給気温度の実際値に基づいて、混合気流量算出部３１によって算出されている。燃料制御弁開度の実際値は、燃料制御弁開度センサ２６によって検出されている。
【００４０】
ステップＳ１０２は、ステップＳ１０１の次に実行される。ステップＳ１０２において、空燃比／理論空燃比算出部３２は、混合気流量の実際値及び燃料制御弁開度の実際値に基づいて、空燃比の実際値を算出する。空燃比の実際値は、現時点における燃料流量に対する空気流量の比率を指している。
【００４１】
ステップＳ１０３、Ｓ１０４は、ステップＳ１０２の次に実行される。ステップＳ１０３、Ｓ１０４において、燃料制御弁制御部３３は、空燃比の実際値が理論空燃比の実際値の周辺領域内にあるか否かを判定する。周辺領域は、理論空燃比の実際値を含む帯状領域を指している。理論空燃比の周辺領域の上限値は、理論空燃比の実際値に上側補正係数を乗じた値である。理論空燃比の周辺領域の下限値は、理論空燃比の実際値に下側補正係数を乗じた値である。上側補正係数は、１より若干大きな値、例えば１．０２である。下側補正係数は、１より若干小さな値、例えば０．９５である。
【００４２】
ステップＳ１０３において、制御部３３は、空燃比の実際値が理論空燃比の実際値と上側補正係数との積よりも大きいか否かを判定する。空燃比の実際値が理論空燃比の実際値と上側補正係数との積よりも大きい場合、ステップＳ１０５が実行される。空燃比の実際値が理論空燃比の実際値と上側補正係数との積よりも小さい又は前記積に等しい場合、ステップＳ１０４が実行される。
【００４３】
ステップＳ１０４において、制御部３３は、空燃比の実際値が理論空燃比の実際値と下側補正係数との積よりも小さいか否かを判定する。空燃比の実際値が理論空燃比の実際値と上側補正係数との積よりも小さい場合、ステップＳ１０６が実行される。空燃比の実際値が理論空燃比の実際値と下側補正係数との積よりも大きい又は前記積に等しい場合、空燃比制御が終了し、出力制限値制御に含まれるステップＳ１１０が実行される。
【００４４】
ステップＳ１０５において、制御部３３は、燃料制御弁開度の目標値を増加させる。新しい燃料制御弁開度の目標値は、現在の燃料制御弁開度の目標値に増加補正値を加算することによって作成される。増加補正値は、正の値であり、所定の定数、又は空燃比の実際値と理論空燃比の実際値との差の絶対値に比例する変数である。制御部３３は、燃料制御弁開度の目標値の増加に応じて、燃料制御弁開度を増加させる。
【００４５】
ステップＳ１０６において、燃料制御弁制御部３３は、燃料制御弁開度の目標値を減少させる。新しい燃料制御弁開度の目標値は、現在の燃料制御弁開度の目標値に減少補正値を減算することによって作成される。減少補正値は、正の値であり、所定の定数、又は空燃比の実際値と理論空燃比の実際値との差の絶対値に比例する変数である。制御部３３は、燃料制御弁開度の目標値の減少に応じて、燃料制御弁開度を減少させる。
【００４６】
ステップＳ１０５又はＳ１０６が終了すると、空燃比制御が終了し、再度ステップＳ１０１が実行される。
【００４７】
空燃比制御は、空燃比の実際値が理論空燃比の実際値の周辺領域内から外れている間、実行される。空燃比の実際値が理論空燃比の実際値に略保たれている状態が実現されると、空燃比制御は終了する。
【００４８】
出力制限値制御のステップ群Ｓ１１０−Ｓ１１２を説明する。出力制限値制御は、発電機出力の目標値を発電機出力制限値に設定する。発電機出力制限値は、現在の発熱量において可能な発電機出力の大きさを指しており、正確には、空燃比が理論空燃比に保たれ且つスロットル開度が所定の制限値に保たれているときに得られる出力の大きさである。
【００４９】
ステップＳ１１０において、出力目標値設定部３６は、発電機出力の実際値を認識する。発電機出力の実際値は、出力センサ２２によって検出されている。
【００５０】
ステップＳ１１１は、ステップＳ１１０の次に実行される。ステップＳ１１１において、設定部３６は、スロットル開度の実際値を認識する。
【００５１】
ステップＳ１１２は、ステップＳ１１１の次に実行される。ステップＳ１１２において、設定部３６は、発電機出力の目標値を発電機出力制限値に設定する。発電機出力制限値は、図３に示される相関関係に基づいて特定される。
【００５２】
図３は、空燃比が理論空燃比に保たれている状態における、出力、スロットル開度、及び発電機出力制限値の相関関係を示す図である。図３において、出力の現在値毎に、相関グラフが描かれている。相関グラフＣ１０、Ｃ１５、Ｃ２０、Ｃ２５、Ｃ３０、Ｃ３５、及びＣ４０は、それぞれ、出力の現在値１０ｋｗ、１５ｋｗ、２０ｋｗ、２５ｋｗ、３０ｋｗ、３５ｋｗ、及び４０ｋｗに対応している。
【００５３】
発電機出力制限値は、空燃比が理論空燃比に保たれ且つスロットル開度が所定の制限値に保たれているときに得られる出力の大きさである。所定の制限値としてのスロットル開度制限値は、例えば８０％である。このため、発電機出力制限値は、例えば、スロットル開度が８０％に保たれているときに得られる出力である。図３中の点ｘの運転状態において、出力の現在値が１５ｋｗであり、スロットル開度の現在値が５０％である。点ｘの座標において、発電機出力制限値は２０ｋｗである。このことは、つまり、スロットル開度を５０％に保つことによって発電機出力の現在値が１５ｋｗである場合、スロットル開度を８０％に増大させることによって発電機出力を２０ｋｗに増大できることを意味している。ただし、スロットル開度の制限値が８０％に設定されているため、可能な発電機出力が２０ｋｗに制限されている。このように、発電機出力制限値は、スロットル開度の制限値によって制限を受ける値である。
【００５４】
ステップＳ１１２において、出力の現在値及びスロットル開度の現在値として、ステップＳ１１０及びＳ１１１において得られる出力の実際値及びスロットル開度の実際値が用いられている。設定部３６は、図３に基づいて出力の実際値及びスロットル開度の実際値に対応する発電機出力制限値を特定し、該発電機出力制限値を発電機出力の目標値に設定する。
【００５５】
ステップＳ１１２の終了により、出力制限値制御が終了する。出力制限値制御により、出力の目標値は、発熱量に対応する発電機出力制限値に設定される。
【００５６】
出力上限値制御のステップ群Ｓ１２１−Ｓ１２２を説明する。出力上限値制御は、発電機出力の目標値が発電機出力上限値を超えないように発電機出力の目標値を設定する。発電機出力上限値は、発電機１２の出力限界を指している。
【００５７】
ステップＳ１２１は、ステップＳ１１２の次に実行される。ステップＳ１２１において、出力目標値設定部３６は、出力制限値制御において設定された発電機出力の目標値が発電機出力上限値よりも大きいか否かを判定する。発電機出力上限値は、出力上限値設定部３７によって予め設定されている。発電機出力の目標値が発電機出力上限値よりも大きい場合、ステップＳ１１２が実行される。発電機出力の目標値が発電機出力上限値に等しい又は発電機出力上限値よりも小さい場合、出力上限値制御が終了し、再度ステップＳ１０１が実行される。
【００５８】
ステップＳ１１２において、設定部３６は、発電機出力の目標値を発電機出力上限値に設定する。ステップＳ１１２が終了すると、出力上限値制御が終了し、再度ステップＳ１０１が実行される。
【００５９】
発電機出力の目標値は、出力制限値制御において発熱量によって定まる上限に設定され、更に出力上限値制御において発電機１２の出力限界によって定まる上限以下に設定される。
【００６０】
図４、図５を参照して、出力制御による、発電機出力制限値及びスロットル開度の時間的変化を説明する。図４は、図３の相関関係及び運転状態の変化の様子を示す図である。図４において、点ａ−ｊは、エンジン１の運転状態を示している。図５は、ガス発熱量（ａ）、実際の発電出力（ｂ）、発電出力制限値（ｃ）及びスロットル開度（ｄ）の時間的変化を示す図である。図５の横軸は時間軸を示している。時間軸上に、時刻ｔ１−ｔ１２が示されている。
【００６１】
図５（ａ）において、実線は、発熱量Ｈの時間的変化を示している。
【００６２】
図５（ｂ）において、実線は、出力制御における発電機出力の実際値ＰＲの時間的変化を示しており、一点鎖線は、従来の一定出力制御における発電機出力の実際値ＰＲｐの時間的変化を示している。
【００６３】
図５（ｃ）において、実線は、出力制御における発電機出力の目標値ＰＴの時間的変化を示しており、破線は、出力制御における発電機出力制限値ＰＬの時間的変化を示しており、一点鎖線は、従来の一定出力制御における発電機出力の目標値ＰＴｐを示している。時刻ｔ２から時刻ｔ５までの間、目標値ＰＴ及び発電機出力制限値ＰＬは異なっているが、他の時刻において、目標値ＰＴ及び発電機出力制限値ＰＬは一致している。
【００６４】
図５（ｄ）において、実線は、出力制御におけるスロットル開度の実際値ＴＲの時間的変化を示しており、一点鎖線は、従来の一定出力制御におけるスロットル開度の実際値ＴＲｐの時間的変化を示している。
【００６５】
図５において、時刻ｔ０からｔ１までの間、発熱量Ｈは一定であり、発電機出力の実際値Ｐは一定（１０ｋｗ）であり、スロットル開度の実際値ＴＲはほぼスロットル開度制限値ＴＬに保たれており、発電機出力の目標値ＰＴは一定である。図４の点ａは時刻ｔ１の運転状態を示している。
【００６６】
図５において、時刻ｔ１からｔ３までの間、発熱量Ｈは増大している。これに応じて、時刻ｔ１からｔ２までの間、発電機出力の目標値ＰＴは増大しており、発電機出力の実際値ＰＲは増大しており、スロットル開度の実際値ＴＲは一時的に低下するが略スロットル開度制限値ＴＬに保たれている。図４の点ｂは時刻ｔ２の運転状態を示している。点ａから点ｂへの変化は、発熱量の増大に伴う理論空燃比の増大によって発生している。空燃比が理論空燃比に保たれている状態では、理論空燃比の増大により、混合気流量に占める燃料流量の割合が小さくなる。この結果、出力が増大するので、発電機出力制限値ＰＬを特定するために用いられる相関グラフが、相関グラフＣ１０から高出力側の相関グラフに変更される。この結果、点ａから点ｂへの変化が発生する。
【００６７】
図５において、時刻ｔ１からｔ２までの間だけでなく、時刻ｔ２からｔ３までの間、発熱量Ｈは増大している。時刻ｔ２からｔ３までの間、発電機出力制限値ＰＬは増大しているが、発電機出力の目標値ＰＴは、一定の発電機出力上限値ＰＧに保たれている。発電機出力制限値ＰＬが発電機出力上限値ＰＧよりも高い場合、発電機出力の目標値ＰＴは、発電機出力上限値ＰＧに設定される。
【００６８】
図４において、時刻ｔ２から時刻ｔ５までの間、発電機出力制限値ＰＬを特定するために用いられる相関グラフは、相関グラフＣ２５よりも高出力側の相関グラフである。ところが、相関グラフＣ２５よりも高出力側の相関グラフは、スロットル開度の制限値ＴＬの周辺において、発電機出力上限値ＰＧを越えてしまう。このため、発電機出力制限値ＰＬが発電機出力上限値ＰＧよりも高い領域では、発電機出力の目標値ＰＴは、発電機出力制限値ＰＬではなく発電機出力上限値ＰＧに設定される。
【００６９】
図５において、時刻ｔ３からｔ４までの間、発熱量Ｈは一定であり、発電機出力の実際値Ｐは一定（２５ｋｗ）であり、スロットル開度の実際値ＴＲはほぼスロットル開度制限値ＴＬに保たれており、発電機出力の目標値ＰＴは発電機出力上限値ＰＧに保たれている。
【００７０】
図５において、時刻ｔ４からｔ６までの間、発熱量Ｈは減少している。時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間、発電機出力制限値ＰＬが発電機出力上限値ＰＧよりも高いので、発電機出力の目標値ＰＴは発電機出力上限値ＰＧに保たれている。この間、理論空燃比の減少による出力の低下を補うように、スロットル開度の実際値ＴＲが増大する。図４の点ｃは時刻ｔ５の運転状態を示している。
【００７１】
図５において、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの間、発熱量の減少に伴って発電機出力の目標値ＰＴが減少する。この間、スロットル開度の実際値ＴＲは変化するが略スロットル開度制限値ＴＬに保たれており、発電機出力の実際値ＰＲは減少している。図４の点ｄは時刻ｔ６の運転状態を示している。点ｃから点ｄへの変化は、発熱量の減少に伴う理論空燃比の減少によって発生している。空燃比が理論空燃比に保たれている状態では、理論空燃比の減少により、混合気流量に占める燃料流量の割合が大きくなる。この結果、出力が減少するので、発電機出力制限値ＰＬを特定するために用いられる相関グラフが、相関グラフＣ２５から低出力側の相関グラフに変更される。この結果、点ｃから点ｄへの変化が発生する。
【００７２】
時刻ｔ６以降における、発熱量Ｈ、発電機出力の実際値ＰＲ、発電機出力の目標値ＰＴ、及びスロットル開度の実際値ＴＲの変化も、時刻ｔ０から時刻ｔ６までの変化と同様である。
【００７３】
図５に一点鎖線で示される従来の一定出力制御の場合、発電機出力の目標値ＰＬｐが一定値に保たれており、この結果、発電機出力の実際値ＰＲｐも一定値になっている。スロットル開度は、発熱量の変化に反比例して変化している。このため、発熱量が低下するにつれて、燃料ガスの利用量が低下する。
【００７４】
第１実施形態は、次の作用、効果を有している。図５に示されるように、発熱量Ｈの変化に応じて発電機出力の目標値ＰＴが変化する。発電機出力の目標値ＰＴは、スロットル開度の実際値ＴＲが所定のスロットル開度制限値ＴＬに保たれるように設定されているので、出力制御不能の発生は避けられている。このため、第１実施形態は、出力制御不能の発生を避けながら、発熱量の変化に応じてできるだけ発電機出力を高めることができる。
【００７５】
また、第１実施形態は、理論空燃比及びスロットル開度制限値ＴＬによって特定される発電機出力制限値の他に、発電機出力上限値に基づいて、発電機出力の目標値を制限できる。第１実施形態では、発電機出力上限値は、発電機１２の出力限界である。このため、第１実施形態は、必要に応じて発電機出力の上限を変更することによって、出力制御不能の発生を防止できる。
【００７６】
（第２実施形態）
図６は、エンジン１、エンジン制御システム１００、及び燃料源２００を示す概略図である。第２実施形態は、出力制限値制御の構成において、第１実施形態と異なっている。第１実施形態では、出力、スロットル開度、及び発電機出力制限値の相関関係に基づいて、発電機出力制限値が特定されている。一方、第２実施形態では、スロットル開度がスロットル開度制限値に保たれるように発電機出力の目標値を変更又は維持することによって、発電機出力制限値が特定されている。以下では、第２実施形態と第１実施形態との間の相違点を説明する。
【００７７】
図６において、第２実施形態に係るエンジン制御システム１００は、相関関係記憶部３５の代わりに、スロットル開度制限値記憶部１３５を備えている。スロットル開度制限値記憶部１３５は、スロットル開度制限値を記憶している。また、出力目標値設定部３６は、スロットル開度の実際値と、スロットル開度制限値とに基づいて、出力の目標値を設定する。
【００７８】
図７を参照して、制御装置３０によって実行される出力制御のフローを説明する。図７は、出力制御のフローを示す図である。出力制御は、目標値追従制御、空燃比制御、出力制限値制御、及び出力上限値制御からなっている。上述したように、出力制限値制御のみ、第１実施形態と第２実施形態との間で異なっている。出力制限値制御はステップ群Ｓ１１１、Ｓ２１２−Ｓ２１５からなっている。
【００７９】
出力制限値制御のステップ群Ｓ１１１、Ｓ２１２−Ｓ２１５を説明する。出力制限値制御は、発電機出力の目標値を発電機出力制限値に設定する。
【００８０】
ステップＳ１１１は、空燃比制御に含まれるステップＳ１０４の次に実行される。ステップＳ１１１において、出力目標値設定部３６は、スロットル開度の実際値を認識する。ステップＳ１１１は、第１実施形態及び第２実施形態において同一である。
【００８１】
ステップＳ２１２、Ｓ２１３は、ステップＳ１１１の次に実行される。ステップＳ２１２、Ｓ２１３において、設定部３６は、スロットル開度の実際値がスロットル開度制限値の周辺領域内にあるか否かを判定する。周辺領域は、スロットル開度制限値を含む帯状領域を指している。スロットル開度制限値の周辺領域の上限値は、スロットル開度制限値に上側補正係数を乗じた値である。スロットル開度制限値の周辺領域の下限値は、スロットル開度制限値に下側補正係数を乗じた値である。上側補正係数は、１より若干大きな値、例えば１．０２である。下側補正係数は、１より若干小さな値、例えば０．９５である。
【００８２】
ステップＳ２１２において、設定部３６は、スロットル開度の実際値がスロットル開度制限値と上側補正係数との積よりも大きいか否かを判定する。スロットル開度の実際値がスロットル開度制限値と上側補正係数との積よりも大きい場合、ステップＳ２１４が実行される。スロットル開度の実際値がスロットル開度制限値と上側補正係数との積よりも小さい又は前記積に等しい場合、ステップＳ２１３が実行される。
【００８３】
ステップＳ２１３において、設定部３６は、スロットル開度の実際値がスロットル開度制限値と上側補正係数との積よりも小さいか否かを判定する。スロットル開度の実際値がスロットル開度制限値と上側補正係数との積よりも小さい場合、ステップＳ２１５が実行される。スロットル開度の実際値がスロットル開度制限値と上側補正係数との積よりも大きい又は前記積に等しい場合、出力制限値制御が終了し、ステップＳ１２１が実行される。
【００８４】
ステップＳ２１４において、設定部３６は、発電機出力の目標値を減少させる。新しい発電機出力の目標値は、現在の発電機出力の目標値に減少補正値を減算することによって作成される。減少補正値は、正の値であり、所定の定数、又はスロットル開度の実際値とスロットル開度制限値との差の絶対値に比例する変数である。目標値追従制御において、設定部３６による発電機出力の目標値の減少に応じて、スロットル制御部３４はスロットル開度を減少させる。この結果、発電機出力の実際値が減少する。
【００８５】
ステップＳ２１５において、設定部３６は、発電機出力の目標値を増加させる。新しい発電機出力の目標値は、現在の発電機出力の目標値に増加補正値を加算することによって作成される。増加補正値は、正の値であり、所定の定数、又はスロットル開度の実際値とスロットル開度制限値との差の絶対値に比例する変数である。目標値追従制御において、設定部３６による発電機出力の目標値の増加に応じて、スロットル制御部３４はスロットル開度を増加させる。この結果、発電機出力の実際値が増大する。
【００８６】
ステップＳ２１４又はＳ２１５が終了すると、出力制限値制御が終了し、再度ステップＳ１１１が実行される。
【００８７】
ステップ群Ｓ１１１、Ｓ２１２−Ｓ２１５は、スロットル開度の実際値がスロットル開度制限値の周辺領域内から外れている限り、繰り返し実行される。発電機出力制限値は、スロットル開度の実際値がスロットル開度制限値の周辺領域内にあるときの発電機出力である。つまり、出力制限値制御は、発電機出力の実際値が発電機出力制限値に一致するまで実行される。
【００８８】
（第３実施形態）
第３実施形態は、出力制限値制御の構成において、第２実施形態と異なっている。第２実施形態では、出力の目標値を出力制限値に設定するための制御量として、スロットル開度が用いられている。一方、第３実施形態では、出力の目標値を出力制限値に設定するための制御量として、給気圧力が用いられている。以下では、第３実施形態と第２実施形態との間の相違点を説明する。
【００８９】
図８を参照して、制御装置３０によって実行される出力制御のフローを説明する。図８は、出力制御のフローを示す図である。出力制御は、目標値追従制御、空燃比制御、出力制限値制御、及び出力上限値制御からなっている。上述したように、出力制限値制御のみ、第１実施形態と第２実施形態との間で異なっている。出力制限値制御はステップ群Ｓ３１１−Ｓ３１３、Ｓ２１４−Ｓ２１５からなっている。
【００９０】
ステップ群Ｓ３１１−Ｓ３１３において、ステップ群Ｓ１１１、Ｓ２１２−Ｓ２１３におけるスロットル開度及びスロットル開度制限値は、給気圧力及び給気圧力制限値に置換されている。ステップＳ３１２、Ｓ３１３における給気圧力制限値に係る上側補正係数及び下側補正係数も、ステップＳ２１２、Ｓ２１３におけるスロットル開度制限値に係る上側補正係数及び下側補正係数と同様に設定されている。
【００９１】
（第４実施形態）
図９は、エンジン１、エンジン制御システム１００、及び燃料源２００を示す概略図である。第４実施形態は、出力制御の構成において、第２実施形態と異なっている。第４実施形態における出力制御は、第２実施形態における出力制御に加えて、燃料流量制限制御を更に含んでいる。以下では、第４実施形態と第２実施形態との間の相違点を説明する。
【００９２】
図９において、第４実施形態に係るエンジン制御システム１００は、第２実施形態の構成に加えて、燃料流量算出部３８及び燃料流量制限値設定部３９を更に備えている。算出部３８は、燃料制御弁開度の実際値及び混合気流量の実際値に基づいて、燃料流量の実際値を算出する。設定部３９は、例えばユーザーの操作により、出力の目標値の上限値を設定する。また、第４実施形態では、出力目標値設定部３６は、燃料流量の実際値に基づいて、発電機出力の目標値を変更又は維持する。
【００９３】
図１０を参照して、制御装置３０によって実行される出力制御のフローを説明する。図１０は、出力制御のフローを示す図である。第４実施形態における出力制御は、目標値追従制御、空燃比制御、出力制限値制御、出力上限値制御、及び燃料流量制限制御からなっている。燃料流量制限制御はステップ群Ｓ４３１−Ｓ４３３からなっている。
【００９４】
燃料流量制限制御のステップ群Ｓ４３１−Ｓ４３３を説明する。燃料流量制限制御は、燃料流量の実際値が燃料流量制限値よりも高い場合に、出力の目標値を減少させることによって、燃料流量の実際値を燃料流量制限値に一致させる。
【００９５】
ステップＳ４３１は、出力制限値制御に含まれるステップＳ２１３の次に実行される。ステップＳ４３１において、燃料流量算出部３８は、燃料制御弁開度の実際値及び混合気流量の実際値に基づいて、燃料流量の実際値を算出する。燃料制御弁開度は空燃比を決定するので、燃料制御弁開度及び混合気流量に基づいて燃料流量が特定される。燃料制御弁開度の実際値は、燃料制御弁開度センサ２６によって検出されている。混合気流量の実際値は、混合気流量算出部３１において算出されている。
【００９６】
ステップＳ４３２は、ステップＳ４３１の次に実行される。ステップＳ４３２において、出力目標値設定部３６は、燃料流量の実際値が燃料流量制限値よりも高いか否かを判定する。燃料流量制限値は、燃料流量制限値設定部３９によって予め設定されている。燃料流量の実際値が燃料流量制限値よりも高い場合、ステップＳ４３３が実行される。燃料流量の実際値が燃料流量制限値に等しい又は燃料流量制限値よりも低い場合、燃料流量制限制御は終了し、出力上限値制御に含まれるステップＳ１２１が実行される。
【００９７】
ステップＳ４３３において、設定部３６は、発電機出力の目標値を減少させる。新しい発電機出力の目標値は、現在の発電機出力の目標値に減少補正値を減算することによって作成される。減少補正値は、正の値であり、所定の定数、又は燃料流量の実際値と燃料流量制限値との差の絶対値に比例する変数である。目標値追従制御において、設定部３６による発電機出力の目標値の減少に応じて、スロットル制御部３４はスロットル開度を減少させる。この結果、発電機出力の実際値が減少する。
【００９８】
ステップＳ４３３が終了すると、再度ステップＳ４３１が実行される。
【００９９】
ステップ群Ｓ４３１−Ｓ４３３は、燃料流量の実際値が燃料流量制限値よりも高い限り、繰り返し実行される。
【０１００】
第４実施形態は、次の作用、効果を有している。発電機出力制限値の他に、燃料流量制限値に基づいて、発電機出力の目標値を制限できる。このため、第４実施形態は、エンジンが利用できる燃料流量の大きさに制限がある場合に、燃料流量の大きさに応じて発電機出力の目標値を制限することによって、出力制御不能の発生を防止できる。
【０１０１】
（第５実施形態）
第５実施形態は、出力制限値制御の構成において、第４実施形態と異なっている。第４実施形態では、出力の目標値を出力制限値に設定するための制御量として、スロットル開度が用いられている。一方、第５実施形態では、出力の目標値を出力制限値に設定するための制御量として、給気圧力が用いられている。つまり、第４実施形態から第５実施形態への変更箇所は、第２実施形態から第３実施形態への変更箇所に等しい。以下では、第５実施形態と第４実施形態との間の相違点を説明する。
【０１０２】
図１１は、出力制御のフローを示す図である。図１１（第５実施形態）のフローにおいて、図１０（第４実施形態）の出力制限値制御に含まれるステップ群Ｓ１１１、Ｓ２１２−Ｓ２１３は、図８（第３実施形態）の出力制限値制御に含まれるステップ群Ｓ３１１−Ｓ３１３に置換されている。
【０１０３】
（第６実施形態）
図１２は、エンジン１、エンジン制御システム１００、及び燃料源２００を示す概略図である。第６実施形態は、燃料流量制限制御の構成において、第４実施形態と異なっている。第６実施形態では、燃料流量制限制御において燃料流量を特定する制御量として、燃料制御弁９の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧、及び混合気流量が用いられている。一方、第４実施形態では、燃料流量を特定する制御量として、燃料制御弁開度及び混合気流量が用いられている。以下では、第６実施形態と第４実施形態との間の相違点を説明する。
【０１０４】
図１２において、第６実施形態に係るエンジン制御システム１００は、第４実施形態の構成に加えて、上流側圧力センサ２７、下流側圧力センサ２８、及び差圧算出部４１を更に備えている。燃料配管１０の経路上において、上流側圧力センサ２７は燃料制御弁９の上流側に配置されており、下流側圧力センサ２８は燃料制御弁９の下流側に配置されている。差圧算出部４１は、上流側圧力センサ２７によって得られる上流側圧力と、下流側圧力センサ２８によって得られる下流側圧力とに基づいて、燃料制御弁９の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧を検出する。また、第６実施形態では、燃料流量算出部３８は、燃料圧力の差圧の実際値及び混合気流量の実際値に基づいて、燃料流量の実際値を算出する。
【０１０５】
図１３は、出力制御のフローを示す図である。図１３（第６実施形態）のフローにおいて、図１０（第４実施形態）の燃料流量制限制御に含まれるステップＳ４３１は、ステップＳ６３１に置換されている。ステップＳ６３１において、ステップＳ４３１における燃料制御弁開度の実際値が、燃料制御弁９の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧の実際値に置換されている。
【０１０６】
（第７実施形態）
図１４は、エンジン１、エンジン制御システム１００、及び燃料源２００を示す概略図である。第７実施形態は、燃料流量制限制御の構成において、第６実施形態と異なっている。第７実施形態では、燃料流量制限制御において燃料流量を特定する制御量として、ガス圧力調整器１３の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧、及び混合気流量が用いられている。一方、第６実施形態では、燃料流量を特定する制御量として、燃料制御弁９の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧、及び混合気流量が用いられている。以下では、第７実施形態と第６実施形態との間の相違点を説明する。
【０１０７】
図１４において、第７実施形態に係るエンジン制御システム１００は、第４実施形態における上流側圧力センサ２７及び下流側圧力センサ２８に代えて、上流側圧力センサ４７及び下流側圧力センサ４８を備えている。燃料配管１０の経路上において、上流側圧力センサ４７はガス圧力調整器１３の上流側に配置されており、下流側圧力センサ４８はガス圧力調整器１３の下流側に配置されている。また、第７実施形態では、差圧算出部４１は、上流側圧力センサ４７によって得られる上流側圧力と、下流側圧力センサ４８によって得られる下流側圧力とに基づいて、ガス圧力調整器１３の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧を検出する。
【０１０８】
図１５は、出力制御のフローを示す図である。図１５（第７実施形態）のフローにおいて、図１３（第６実施形態）の燃料流量制限制御に含まれるステップＳ６３１は、ステップＳ７３１に置換されている。ステップＳ７３１において、ステップＳ６３１における燃料制御弁９の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧の実際値が、ガス圧力調整器１３の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧の実際値に置換されている。
【０１０９】
（第８実施形態）
図１６は、エンジン１、エンジン制御システム１００、及び燃料源２００を示す概略図である。第８実施形態は、ミキサ８の代わりにインジェクター１４を備えている。このため、第８実施形態では、ミキサに係る構成が、インジェクターに係る構成に置換されている。また、出力制御も、インジェクターに対応して部分的に変更されている。以下では、第８実施形態と第４実施形態との間の相違点を説明する。
【０１１０】
図１６において、第８実施形態におけるエンジン１は、第４実施形態におけるベンチュリ式ミキサ８及び燃料制御弁９の代わりに、インジェクター１４を備えている。インジェクター１４は、給気管５内においてスロットル弁７の下流側に配置されている。インジェクター１４は、給気管５内に燃料を噴射する。また、第８実施形態における制御装置３０は、混合気流量算出部３１、空燃比／理論空燃比算出部３２、燃料制御弁制御部３３、及び燃料流量算出部３８の代わりに、空気流量算出部１３１、理論空燃比算出部１３２、インジェクター制御部１３３、及び空燃比設定部１４０を備えている。空気流量算出部１３１は、空気流量の実際値を算出する。理論空燃比算出部１３２は、理論空燃比を算出する。インジェクター制御部１３３は、インジェクター１４の燃料噴射量を制御する。空燃比設定部１４０は、空燃比の目標値を理論空燃比の実際値に設定する。
【０１１１】
図１７は、出力制御のフローを示す図である。第８実施形態における出力制御は、第４実施形態と同様に、目標値追従制御、空燃比制御、出力制限値制御、出力上限値制御、及び燃料流量制限制御からなっている。ただし、第８実施形態では、目標値追従制御、空燃比制御、及び燃料流量制限制御の構成は、第４実施形態とは異なっている。
【０１１２】
目標値追従制御は、発電機出力の実際値が発電機出力の目標値に一致するように、インジェクター１４の燃料噴射量及びスロットル開度を制御する。スロットル制御部３４は、出力目標値設定部３６によって設定された発電機出力の目標値に発電機出力の実際値が一致するように、スロットル弁７を制御する。また、インジェクター制御部１３３は、空燃比設定部１４０によって設定された空燃比を保つように、スロットル開度の変更による空気流量の変化に応じて、インジェクター１４の燃料噴射量を制御する。目標値追従制御は、空燃比制御、出力上限値制御、及び出力制限値制御と並行して実行されている。このため、出力上限値制御及び出力制限値制御において発電機出力の目標値が変更される度に、変更後の発電機出力の目標値に基づいて目標値追従制御が実行される。
【０１１３】
空燃比制御のステップ群Ｓ８０１、Ｓ８０２を説明する。
【０１１４】
ステップＳ８０１において、理論空燃比算出部１３２は、酸素濃度の実際値、空気流量の実際値、及び燃料噴射量の目標値に基づいて、理論空燃比の実際値を算出する。燃料噴射量は、燃料流量に等しい。上述したように、理論空燃比は、酸素濃度、空気流量、及び燃料流量に基づいて、特定される。また、空気流量の実際値は、給気圧力センサ２３によって検出される給気圧力の実際値及び給気温度センサ２４によって検出される給気温度の実際値に基づいて、空気流量算出部１３１によって算出されている。
【０１１５】
ステップＳ８０２は、ステップＳ８０１の次に実行される。ステップＳ８０２において、空燃比設定部１４０は、空燃比の目標値を、理論空燃比算出部３２において算出された理論空燃比に設定する。ステップＳ８０２の終了により、空燃比制御が終了する。
【０１１６】
第８実施形態の燃料流量制限制御において、図１０（第４実施形態）の燃料流量制限制御に含まれるステップＳ４３１、Ｓ４３２は、ステップＳ８３１、Ｓ８３２に置換されている。ステップＳ８３１は、インジェクター制御部１３３においてインジェクター１４を制御する際に実行されている。すなわち、ステップＳ８３１において、インジェクター制御部１３３は、空燃比の目標値及び混合気流量の実際値に基づいて、燃料噴射量の目標値を算出する。ステップＳ８３２において、出力目標値設定部３６は、燃料噴射量の目標値が燃料流量制限値よりも高いか否かを判定する。なお、第８実施形態における燃料噴射量は燃料流量に等しい。
【０１１７】
（（変形例））
本実施形態は、以下の変形構成を適用できる。
【０１１８】
（出力）
第１実施形態において制御を受ける対象は、エンジン１によって駆動される発電機１２の発電機出力である。制御を受ける対象は、発電機出力ではなく、エンジン１の出力自体であっても良い。以下、発電機出力とエンジン１の出力とを区別しない。
【０１１９】
（燃料流量の実際値及び空気流量の実際値を検出する工程）
第１実施形態は、混合気流量の実際値及び燃料制御弁開度の実際値を検出している。混合気流量の実際値及び燃料制御弁開度の実際値を検出する工程は、燃料流量の実際値及び空気流量の実際値を検出する工程の一例である。第１実施形態に適用可能な、燃料流量の実際値及び空気流量の実際値を検出する工程は、混合気流量の実際値及び燃料制御弁開度の実際値を検出する工程に限定されない。混合気流量に代えて、スロットル開度を用いることができる。燃料制御弁開度に代えて、燃料制御弁９の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧、ガス圧力調整器１３の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧、又はインジェクターの燃料噴射量を用いることができる。
【０１２０】
（理論空燃比の実際値を検出する工程）
第１実施形態は、混合気流量の実際値及び燃料制御弁開度の実際値を検出することによって、燃料流量の実際値及び空気流量の実際値を検出している。燃料流量の実際値及び空気流量の実際値を検出する工程は、上述したように、混合気流量の実際値及び燃料制御弁開度の実際値を検出することに限定されない。
【０１２１】
（第１制御量）
第１実施形態は、空燃比の実際値が理論空燃比の実際値に一致するように、燃料噴射弁開度を制御している。燃料制御弁開度を制御する工程は、空燃比を決定する第１制御量を制御する工程の一例である。第１実施形態に適用可能な第１制御量は、燃料制御弁開度に限定されない。第１制御量として、燃料制御弁開度に代えて、燃料制御弁９の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧、ガス圧力調整器１３の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧、インジェクターの燃料噴射量及びスロットル開度、又はインジェクターの燃料噴射量及び給気圧力、インジェクターの燃料噴射量及び給気圧力及び給気温度を用いることができる。
【０１２２】
（第２制御量）
第１実施形態は、出力の実際値が出力の目標値に一致するように、スロットル開度を制御している。スロットル開度を制御する工程は、空気流量又は混合気流量を決定する第２制御量を制御する工程の一例である。第１実施形態に適用可能な第２制御量は、スロットル開度に限定されない。第２制御量として、スロットル開度に代えて、給気圧力、又は給気圧力及び給気温度を用いることができる。
【０１２３】
（出力制限値）
第１実施形態では、出力制限値は、出力、第２制御量、及び出力制限値の相関関係（図３）に基づいて特定されている。一方、他の実施形態では、相関関係を用いることなく、第２制御量の実際値と第２制限値とを比較する判定処理に基づいて、出力制限値を特定している。第２実施形態において、第２制御量はスロットル開度であり、第２制限値はスロットル開度制限値である。他の実施形態も、相関関係を用いて出力制限値を特定する構成を採用できる。
【０１２４】
（ミキサ及びインジェクター）
第１−７実施形態はミキサ８を利用するエンジン１であり、第８実施形態はインジェクター１４を利用するエンジン１である。第１−７実施形態に適用される出力制御は、制御量の置換によって対応できる限り、インジェクター１４を利用する第８実施形態に適用できる。
【符号の説明】
【０１２５】
１ エンジン
７ スロットル弁
８ ベンチュリ式ミキサ
９ 燃料制御弁
３０ 制御装置
３１ 混合気流量算出部
３２ 空燃比／理論空燃比算出部
３３ 燃料制御弁制御部
３４ スロットル制御部
３５ 相関関係記憶部
３６ 出力目標値設定部
３７ 出力上限値設定部
１００ エンジンシステム
２００ 燃料源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料の単位体積当たりの発熱量が変化する場合にエンジンを制御するエンジン制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料は、通常、組成の異なる多数の成分によって構成されており、各成分の発熱量は異なっている。このため、燃料自体の発熱量は、各成分の濃度によって変化する。例えば、ガス化炉で生成される燃料の場合、成分の濃度は、ガスの原材料の種類及びガス化炉の運転状態によって大きく影響を受ける。このため、ガス化炉で生成される燃料では、単位体積当たりにおける燃料の発熱量が時間的に変化する。ガス化炉で生成される燃料には、木屑などを熱分解して得られるガス燃料、ごみ処理施設から排出されるガス燃料、生物の排泄物等から得られるバイオガス燃料、及び埋立地等からの自噴ガス燃料がある。
【０００３】
図１８は、ガス化炉から供給される燃料について、各成分の濃度及び燃料自体の低位発熱量（ＬＨＶ）の時間的変化を示す図である。図１８において、各成分の濃度は時間的に変化している。この結果、燃料自体の発熱量（単位体積当たり発熱量）も時間的に変化している。
【０００４】
特許文献１は、バイオマス原料を熱分解することによって発生する熱分解ガスを燃料ガスとして利用するバイオマスガス化システムを開示している。バイオマス原料から発生する熱分解ガスも、成分の濃度が時間的に変化する燃料である。
【０００５】
一般に発熱量が低下する場合、燃料を構成する各成分において、発熱量の低い成分の濃度又は燃焼に寄与しない成分の濃度が増大している。このため、発熱量が低下するにつれて、一定量の燃料を完全燃焼させるのに必要な空気量が減少する。つまり、発熱量が低下すると、理論空燃比が低下する。
【０００６】
図１９は、発生ガス量（ａ）、ガス発熱量（ｂ）、可能な発電機出力（ｃ）、及びスロットル開度（ｄ）の時間的変化を示す図である。図１９（ａ）は、ガス化炉から発生する燃料ガスの発生ガス量Ａｔの時間的変化を示している。ガス化炉の構成上、発生ガス量Ａｔを大きく変更することはできないので、発生ガス量Ａｔは時間的に概ね一定である。ここで、エンジンは、ガス化炉から発生する燃料ガスを、燃料として利用している。エンジンでの燃焼に利用されなかった燃料ガスは、そのまま廃棄される。
【０００７】
図１９（ｂ）は、燃料ガスの発熱量Ｈの時間的変化を示している。ガス化炉から発生する燃料の成分は時間的に変化するので、燃料ガスの発熱量Ｈは時間的に変化する。このため、理論空燃比が時間的に変化する。
【０００８】
発熱量（理論空燃比）に応じて空気流量を変更することによって、ガス化炉からの燃料ガスを最大限燃焼できる。この場合、発熱量が高くなるにつれて必要な空気流量が多くなり、発熱量が低くなるにつれて必要な空気流量が少なくなる。
【０００９】
図１９（ｃ）は、ガス化炉からの燃料ガスが最大限利用される場合における、可能な発電機出力ＰＭの時間的変化を示している。エンジンは発電機の駆動源として利用されており、発電機の発電機出力は、エンジンの出力に比例する。上述したように、発熱量に合わせて空気流量を変更することによって、ガス化炉からの燃料ガスを最大限利用できる。このため、図１９（ｃ）に示されるように、可能な発電機出力ＰＭは、基本的に、発熱量に比例して変化する。ただし、供給可能な燃料流量及び空気流量には限界があるため、可能な発電機出力ＰＭは、最大燃料流量及び最大空気流量によって制限を受ける。最大燃料流量は発生ガス量Ａｔに等しい。最大空気流量は、例えば、スロットル開度が最大に保たれているときの空気流量である。図１９（ａ）において発生ガス量Ａｔは略一定値であるため、可能な発電機出力ＰＭは、スロットル開度の制限値ＴＬによって制限を受ける。スロットル開度制限値ＴＬは、図１９（ｄ）に示されている。また、可能な発電機出力ＰＭは、発電機出力上限値ＰＧにも制限を受ける。発電機出力上限値ＰＧは、発電機の出力限界を指している。
【００１０】
可能な発電機出力ＰＭを実際の出力として得るためには、発熱量の変化に応じて、可能な発電機出力ＰＭを発電機出力の目標値として設定する必要がある。例えば、発電機出力の目標値が、可能な発電機出力ＰＭよりも高く設定されている場合、燃料流量の不足又は空気流量の不足によって、発電機出力の実際値が目標値に到達できない。つまり、出力制御が不能の状態に陥る。出力制御不能の場合として、具体的には、例えば、スロットル開度が最大に保たれていても、空気流量が不足している場合がある。
【００１１】
従来、発熱量（理論空燃比）の時間的変化を検出することなく、エンジンの制御が行われている。この場合、出力制御不能の発生を避けるために、発電機出力の目標値は、一定値の出力制限値ＰＬに保たれている。出力制限値ＰＬは、想定される最低値の発熱量において、スロットル開度が最大である場合に出力可能な発電電力の値である。発電機出力の目標値が出力制限値ＰＬに保たれている限り、発熱量が変化しても、出力制御不能の状況は発生しない。
【００１２】
図１９（ｄ）は、発電機出力の目標値が出力制限値ＰＬに保たれている場合におけるスロットル開度の実際値ＴＲの時間的変化を示している。この場合、スロットル開度の実際値ＴＲは、発電機出力の実際値が出力制限値ＰＬに保たれるように、変更される。概ね、スロットル開度の実際値ＴＲの変化は、発熱量の変化に反比例する。この結果、図１９（ａ）において、利用ガス量Ａｐは、スロットル開度の実際値ＴＲの変化に比例している。利用ガス量Ａｐは発電に利用されるガス量を示しており、廃棄ガス量Ａｄは無駄に捨てられるガス量を示している。発生ガス量Ａｔは、利用ガス量Ａｐ及び廃棄ガス量Ａｄの合計に等しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９−２４９６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来、発熱量の変化による出力制御不能の発生を避けるために、発熱量の最低値に合わせて設定された一定値に、発電機出力の目標値が保たれている。つまり、発電機出力の目標値が、可能な発電機出力の最低値に合わせて設定されている。発熱量が低い場合に合わせて燃料ガスの利用量が設定されているので、発熱量が高い場合には、燃料ガスの利用量が低下する。この結果、図１９（ａ）に示されるように、発生ガス量Ａｔに占める廃棄ガス量Ａｄの割合が比較的大きくなる。
【００１５】
そこで、本発明は、出力制御不能の発生を避けながら、発熱量の変化に応じてできるだけ出力を高めることができる、エンジンの制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、燃料の単位体積当たりの発熱量が変化する場合にエンジンを制御するエンジン制御方法であって、排気ガス中の酸素濃度の実際値を検出する工程と、燃料流量の実際値及び空気流量の実際値を検出する工程と、酸素濃度の実際値、燃料流量の実際値、及び空気流量の実際値に基づいて、発熱量に応じて変化する理論空燃比の実際値を検出する工程と、空燃比の実際値が理論空燃比の実際値に一致するように、空燃比を決定する第１制御量を制御する工程と、エンジンの出力の目標値を出力制限値に設定する工程と、出力の実際値を検出する工程と、出力の実際値が出力の目標値に一致するように、空気流量又は混合気流量を決定する第２制御量を制御する工程と、を備えており、出力制限値は、空燃比が理論空燃比に保たれ且つ第２制御量が所定の第２制限値に保たれているときに得られる出力の大きさである、ことを特徴とするエンジン制御方法を提供する。
【００１７】
（ａ）好ましくは、出力の目標値を設定する工程において、出力、第２制御量、及び出力制限値の相関関係に基づいて、出力の実際値及び第２制御量の実際値に対応する出力制限値が特定され、該出力制限値が出力の目標値に設定される。
【００１８】
（ｂ）好ましくは、出力の目標値を設定する工程において、第２制御量の実際値が第２制限値に保たれるように出力の目標値を変更又は維持することによって、出力の目標値が出力制限値に設定される。
【００１９】
（ｃ）本発明は、好ましくは、出力上限値を設定する工程と、出力の目標値が出力上限値よりも高い場合に、出力の目標値を出力上限値に一致させる工程とを、更に備えている。
【００２０】
（ｄ）本発明は、好ましくは、燃料流量制限値を設定する工程と、燃料流量の実際値が燃料流量制限値よりも高い場合に、出力の目標値を減少させることによって、燃料流量の実際値を燃料流量制限値に一致させる工程とを、更に備えている。
【００２１】
（ｅ）好ましくは、第１制御量は、ミキサに供給される燃料の流量を制御する燃料制御弁の開度である。
【００２２】
（ｆ）好ましくは、第２制御量は、スロットル弁の開度である。
【００２３】
（ｇ）好ましくは、第２制御量は、給気圧力である。
【００２４】
（ｈ）好ましくは、燃料流量を特定する制御量は、ミキサに供給される燃料の流量を制御する燃料制御弁の開度と、スロットル開度、給気圧力及び給気温度、又は給気圧力とである。
【００２５】
（ｉ）好ましくは、燃料流量を特定する制御量は、ミキサに供給される燃料の流量を制御する燃料制御弁の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧と、スロットル開度、給気圧力及び給気温度、又は給気圧力とである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係るエンジン制御方法では、発熱量の変化に応じて出力の目標値が変化する。出力の目標値は、第２制御量の実際値が所定の制限値に保たれるように設定されているので、出力制御不能の発生は避けられている。このため、本発明に係るエンジン制御方法は、出力制御不能の発生を避けながら、発熱量の変化に応じてできるだけ出力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】エンジン、エンジン制御システム、及び燃料源を示す概略図である（第１実施形態）。
【図２】出力制御のフローを示す図である（第１実施形態）。
【図３】図３は、空燃比が理論空燃比に保たれている状態における、出力、スロットル開度、及び発電出力制限値の相関関係を示す図である（第１実施形態）。
【図４】図３の相関関係及び運転状態の変化の様子を示す図である（第１実施形態）。
【図５】ガス発熱量（ａ）、実際の発電出力（ｂ）、発電出力制限値（ｃ）及びスロットル開度（ｄ）の時間的変化を示す図である（第１実施形態）。
【図６】エンジン、エンジン制御システム、及び燃料源を示す概略図である（第２実施形態）。
【図７】出力制御のフローを示す図である（第２実施形態）。
【図８】出力制御のフローを示す図である（第３実施形態）。
【図９】エンジン、エンジン制御システム、及び燃料源を示す概略図である（第４実施形態）。
【図１０】出力制御のフローを示す図である（第４実施形態）。
【図１１】出力制御のフローを示す図である（第５実施形態）。
【図１２】エンジン、エンジン制御システム、及び燃料源を示す概略図である（第６実施形態）。
【図１３】出力制御のフローを示す図である（第６実施形態）。
【図１４】エンジン、エンジン制御システム、及び燃料源を示す概略図である（第７実施形態）。
【図１５】出力制御のフローを示す図である（第７実施形態）。
【図１６】エンジン、エンジン制御システム、及び燃料源を示す概略図である（第８実施形態）。
【図１７】出力制御のフローを示す図である（第８実施形態）。
【図１８】ガス化炉から供給される燃料における各成分の濃度及び燃料の低位発熱量（ＬＨＶ）の時間的変化を示す図である。
【図１９】発生ガス量（ａ）、ガス発熱量（ｂ）、可能な発電出力（ｃ）、及びスロットル開度（ｄ）の時間的変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（第１実施形態）
図１は、エンジン１、エンジン制御システム１００、及び燃料源２００を示す概略図である。図１において、エンジン１は、シリンダ２、ピストン３、クランク軸４、給気管５、排気管６、スロットル弁７、ベンチュリ式ミキサ８、燃料制御弁９、燃料配管１０、点火プラグ１１、及びガス圧力調整器１３を備えている。つまり、エンジン１は、燃料制御弁及びミキサを有する予混合燃焼エンジンである。スロットル弁７及びベンチュリ式ミキサ８は給気管５内に配置されている。スロットル弁７は、給気方向におけるベンチュリ式ミキサ８の下流側にある。燃料配管１０は、燃料源２００からベンチュリ式ミキサ８に燃料を供給する。燃料制御弁９は、燃料配管１０の経路上に配置されている。ガス圧力調整器１３は、ベンチュリ式ミキサ８に供給される燃料の圧力を制御する。ガス圧力調整器１３は、燃料配管１０の経路上において、燃料制御弁９の上流側に配置されている。また、クランク軸４は、発電機１２に接続されている。
【００２９】
燃料源２００は、単位体積当たりの発熱量が時間的に変化する燃料をエンジン１に供給する。燃料源２００は、例えば、木屑を熱分解することによってガス燃料を発生させるガス化炉である。
【００３０】
エンジン制御システム１００は、回転数センサ２１、出力センサ２２、給気圧力センサ２３、給気温度センサ２４、スロットル開度センサ２５、燃料制御弁開度センサ２６、酸素センサ２９、及び制御装置３０を備えている。回転数センサ２１は、エンジン１の回転数、すなわちクランク軸４の回転数を検出する。出力センサ２２は、発電機１２の発電電力に基づいて、エンジン４の出力、すなわちクランク軸４の出力を検出する。給気圧力センサ２３は、スロットル弁７の下流側において、給気管５内の給気圧力（混合気の圧力）を検出する。給気温度センサ２４は、スロットル弁７の下流側において、給気管５内の給気温度（混合気の温度）を検出する。スロットル開度センサ２５は、スロットル弁７によって設定された給気管５内の開度を検出する。燃料制御弁開度センサ２６は、燃料制御弁９によって設定された燃料配管１０内の開度を検出する。酸素センサ２９は、排気中の酸素濃度を検出する。酸素センサ２９は、排気管６内に配置されている。以下、スロットル開度は、スロットル弁７によって設定される給気管５内の開度を指し、燃料制御弁開度は、燃料制御弁９によって設定される燃料配管１０内の開度を指している。
【００３１】
制御装置３０は、各種センサによって得られた検出情報に基づいて、点火プラグ１１の作動時期、スロットル開度、及び燃料制御弁開度を制御する。制御装置３０は、ＣＰＵ及びメモリ等のハードウェアと、ハードウェアを作動させるプログラムとからなっている。
【００３２】
制御装置３０は、混合気流量算出部３１、空燃比／理論空燃比算出部３２、燃料制御弁制御部３３、スロットル制御部３４、相関関係記憶部３５、出力目標値設定部３６、及び出力上限値設定部３７を備えている。算出部３１は、混合気流量の実際値を算出する。算出部３２は、理論空燃比の実際値及び空燃比の実際値を算出する。制御部３３は、空燃比の実際値が理論空燃比に一致するように、燃料制御弁開度を制御する。制御部３４は、出力の実際値が出力の目標値に一致するように、スロットル開度を制御する。記憶部３５は、発電機出力制限値を記憶している。設定部３６は、出力の目標値を設定する。設定部３７は、例えばユーザーの操作により、出力の目標値の上限値を設定する。
【００３３】
図２を参照して、制御装置３０によって実行される出力制御のフローを説明する。図２は、出力制御のフローを示す図である。出力制御は、概略的には、発熱量の変化に応じて空燃比を理論空燃比に保ちながら、現時点の発熱量において可能な最大の出力をエンジンに発揮させる。出力制御は、目標値追従制御、空燃比制御、出力制限値制御、及び出力上限値制御からなっている。空燃比制御はステップ群Ｓ１０１−Ｓ１０６からなっており、出力制限値制御はステップ群Ｓ１１０−Ｓ１１２からなっており、出力上限値制御はステップ群Ｓ１２１−Ｓ１２２からなっている。目標値追従制御のステップ群は図示されていない。
【００３４】
目標値追従制御は、発電機出力の実際値が発電機出力の目標値に一致するように、スロットル開度を制御する。目標値追従制御において、スロットル制御部３４は、出力目標値設定部３６によって設定された発電機出力の目標値に発電機出力の実際値が一致するように、スロットル弁７を制御する。目標値追従制御は、空燃比制御、出力上限値制御、及び出力制限値制御と並行して実行されている。このため、出力上限値制御及び出力制限値制御において発電機出力の目標値が変更される度に、変更後の発電機出力の目標値に基づいて目標値追従制御が実行される。
【００３５】
空燃比制御のステップ群Ｓ１０１−Ｓ１０６を説明する。空燃比制御は、空燃比の実際値が理論空燃比に一致するように、燃料制御弁開度を制御する。
【００３６】
ステップＳ１０１において、空燃比／理論空燃比算出部３２は、酸素濃度の実際値、混合気流量の実際値、及び燃料制御弁開度の実際値に基づいて、理論空燃比の実際値を算出する。
【００３７】
理論空燃比は、燃料の発熱量の変化に応じて変化する。一般に、発熱量が低下する場合、燃料を構成する各成分において、発熱量の低い成分の濃度又は燃焼に寄与しない成分の濃度が増大している。このため、発熱量が上昇すると理論空燃比が増大し、発熱量が低下すると理論空燃比が減少する。
【００３８】
理論空燃比、給気中の空気流量、給気中の燃料流量、及び排気中の酸素濃度の間に、式（１）及び（２）の関係が成立する。Ｄ＝Ａｅ／（Ａ＋Ｆ）・・・（１）、ここで、Ｄ：酸素濃度、Ａｅ：排気中の空気流量、Ａ：給気中の空気流量、Ｆ：給気中の燃料流量。Ａｅ＝Ａ−（Ａ／Ｆ）ｔ・・・（２）、ここで、（Ａ／Ｆ）ｔ：理論空燃比。式（１）及び（２）により、理論空燃比は、酸素濃度、空気流量、及び燃料流量に基づいて、特定される。一方、混合気流量は、空気流量及び燃料流量の合計に等しい。更に、混合気はベンチュリ式ミキサ８によって生成されるので、燃料制御弁開度は、混合気流量に対する燃料流量の割合を決定する。このため、給気中の空気流量及び燃料流量は、混合気流量及び燃料制御弁開度に基づいて特定される。したがって、理論空燃比は、酸素濃度、混合気流量、及び燃料制御弁開度に基づいて、特定される。
【００３９】
理論空燃比の実際値を特定するための各要素は、各センサによって検出されている。酸素濃度の実際値は、酸素センサ２９によって検出されている。混合気流量の実際値は、給気圧力センサ２３によって検出される給気圧力の実際値及び給気温度センサ２４によって検出される給気温度の実際値に基づいて、混合気流量算出部３１によって算出されている。燃料制御弁開度の実際値は、燃料制御弁開度センサ２６によって検出されている。
【００４０】
ステップＳ１０２は、ステップＳ１０１の次に実行される。ステップＳ１０２において、空燃比／理論空燃比算出部３２は、混合気流量の実際値及び燃料制御弁開度の実際値に基づいて、空燃比の実際値を算出する。空燃比の実際値は、現時点における燃料流量に対する空気流量の比率を指している。
【００４１】
ステップＳ１０３、Ｓ１０４は、ステップＳ１０２の次に実行される。ステップＳ１０３、Ｓ１０４において、燃料制御弁制御部３３は、空燃比の実際値が理論空燃比の実際値の周辺領域内にあるか否かを判定する。周辺領域は、理論空燃比の実際値を含む帯状領域を指している。理論空燃比の周辺領域の上限値は、理論空燃比の実際値に上側補正係数を乗じた値である。理論空燃比の周辺領域の下限値は、理論空燃比の実際値に下側補正係数を乗じた値である。上側補正係数は、１より若干大きな値、例えば１．０２である。下側補正係数は、１より若干小さな値、例えば０．９５である。
【００４２】
ステップＳ１０３において、制御部３３は、空燃比の実際値が理論空燃比の実際値と上側補正係数との積よりも大きいか否かを判定する。空燃比の実際値が理論空燃比の実際値と上側補正係数との積よりも大きい場合、ステップＳ１０５が実行される。空燃比の実際値が理論空燃比の実際値と上側補正係数との積よりも小さい又は前記積に等しい場合、ステップＳ１０４が実行される。
【００４３】
ステップＳ１０４において、制御部３３は、空燃比の実際値が理論空燃比の実際値と下側補正係数との積よりも小さいか否かを判定する。空燃比の実際値が理論空燃比の実際値と上側補正係数との積よりも小さい場合、ステップＳ１０６が実行される。空燃比の実際値が理論空燃比の実際値と下側補正係数との積よりも大きい又は前記積に等しい場合、空燃比制御が終了し、出力制限値制御に含まれるステップＳ１１０が実行される。
【００４４】
ステップＳ１０５において、制御部３３は、燃料制御弁開度の目標値を増加させる。新しい燃料制御弁開度の目標値は、現在の燃料制御弁開度の目標値に増加補正値を加算することによって作成される。増加補正値は、正の値であり、所定の定数、又は空燃比の実際値と理論空燃比の実際値との差の絶対値に比例する変数である。制御部３３は、燃料制御弁開度の目標値の増加に応じて、燃料制御弁開度を増加させる。
【００４５】
ステップＳ１０６において、燃料制御弁制御部３３は、燃料制御弁開度の目標値を減少させる。新しい燃料制御弁開度の目標値は、現在の燃料制御弁開度の目標値に減少補正値を減算することによって作成される。減少補正値は、正の値であり、所定の定数、又は空燃比の実際値と理論空燃比の実際値との差の絶対値に比例する変数である。制御部３３は、燃料制御弁開度の目標値の減少に応じて、燃料制御弁開度を減少させる。
【００４６】
ステップＳ１０５又はＳ１０６が終了すると、空燃比制御が終了し、再度ステップＳ１０１が実行される。
【００４７】
空燃比制御は、空燃比の実際値が理論空燃比の実際値の周辺領域内から外れている間、実行される。空燃比の実際値が理論空燃比の実際値に略保たれている状態が実現されると、空燃比制御は終了する。
【００４８】
出力制限値制御のステップ群Ｓ１１０−Ｓ１１２を説明する。出力制限値制御は、発電機出力の目標値を発電機出力制限値に設定する。発電機出力制限値は、現在の発熱量において可能な発電機出力の大きさを指しており、正確には、空燃比が理論空燃比に保たれ且つスロットル開度が所定の制限値に保たれているときに得られる出力の大きさである。
【００４９】
ステップＳ１１０において、出力目標値設定部３６は、発電機出力の実際値を認識する。発電機出力の実際値は、出力センサ２２によって検出されている。
【００５０】
ステップＳ１１１は、ステップＳ１１０の次に実行される。ステップＳ１１１において、設定部３６は、スロットル開度の実際値を認識する。
【００５１】
ステップＳ１１２は、ステップＳ１１１の次に実行される。ステップＳ１１２において、設定部３６は、発電機出力の目標値を発電機出力制限値に設定する。発電機出力制限値は、図３に示される相関関係に基づいて特定される。
【００５２】
図３は、空燃比が理論空燃比に保たれている状態における、出力、スロットル開度、及び発電機出力制限値の相関関係を示す図である。図３において、出力の現在値毎に、相関グラフが描かれている。相関グラフＣ１０、Ｃ１５、Ｃ２０、Ｃ２５、Ｃ３０、Ｃ３５、及びＣ４０は、それぞれ、出力の現在値１０ｋｗ、１５ｋｗ、２０ｋｗ、２５ｋｗ、３０ｋｗ、３５ｋｗ、及び４０ｋｗに対応している。
【００５３】
発電機出力制限値は、空燃比が理論空燃比に保たれ且つスロットル開度が所定の制限値に保たれているときに得られる出力の大きさである。所定の制限値としてのスロットル開度制限値は、例えば８０％である。このため、発電機出力制限値は、例えば、スロットル開度が８０％に保たれているときに得られる出力である。図３中の点ｘの運転状態において、出力の現在値が１５ｋｗであり、スロットル開度の現在値が５０％である。点ｘの座標において、発電機出力制限値は２０ｋｗである。このことは、つまり、スロットル開度を５０％に保つことによって発電機出力の現在値が１５ｋｗである場合、スロットル開度を８０％に増大させることによって発電機出力を２０ｋｗに増大できることを意味している。ただし、スロットル開度の制限値が８０％に設定されているため、可能な発電機出力が２０ｋｗに制限されている。このように、発電機出力制限値は、スロットル開度の制限値によって制限を受ける値である。
【００５４】
ステップＳ１１２において、出力の現在値及びスロットル開度の現在値として、ステップＳ１１０及びＳ１１１において得られる出力の実際値及びスロットル開度の実際値が用いられている。設定部３６は、図３に基づいて出力の実際値及びスロットル開度の実際値に対応する発電機出力制限値を特定し、該発電機出力制限値を発電機出力の目標値に設定する。
【００５５】
ステップＳ１１２の終了により、出力制限値制御が終了する。出力制限値制御により、出力の目標値は、発熱量に対応する発電機出力制限値に設定される。
【００５６】
出力上限値制御のステップ群Ｓ１２１−Ｓ１２２を説明する。出力上限値制御は、発電機出力の目標値が発電機出力上限値を超えないように発電機出力の目標値を設定する。発電機出力上限値は、発電機１２の出力限界を指している。
【００５７】
ステップＳ１２１は、ステップＳ１１２の次に実行される。ステップＳ１２１において、出力目標値設定部３６は、出力制限値制御において設定された発電機出力の目標値が発電機出力上限値よりも大きいか否かを判定する。発電機出力上限値は、出力上限値設定部３７によって予め設定されている。発電機出力の目標値が発電機出力上限値よりも大きい場合、ステップＳ１１２が実行される。発電機出力の目標値が発電機出力上限値に等しい又は発電機出力上限値よりも小さい場合、出力上限値制御が終了し、再度ステップＳ１０１が実行される。
【００５８】
ステップＳ１１２において、設定部３６は、発電機出力の目標値を発電機出力上限値に設定する。ステップＳ１１２が終了すると、出力上限値制御が終了し、再度ステップＳ１０１が実行される。
【００５９】
発電機出力の目標値は、出力制限値制御において発熱量によって定まる上限に設定され、更に出力上限値制御において発電機１２の出力限界によって定まる上限以下に設定される。
【００６０】
図４、図５を参照して、出力制御による、発電機出力制限値及びスロットル開度の時間的変化を説明する。図４は、図３の相関関係及び運転状態の変化の様子を示す図である。図４において、点ａ−ｊは、エンジン１の運転状態を示している。図５は、ガス発熱量（ａ）、実際の発電出力（ｂ）、発電出力制限値（ｃ）及びスロットル開度（ｄ）の時間的変化を示す図である。図５の横軸は時間軸を示している。時間軸上に、時刻ｔ１−ｔ１２が示されている。
【００６１】
図５（ａ）において、実線は、発熱量Ｈの時間的変化を示している。
【００６２】
図５（ｂ）において、実線は、出力制御における発電機出力の実際値ＰＲの時間的変化を示しており、一点鎖線は、従来の一定出力制御における発電機出力の実際値ＰＲｐの時間的変化を示している。
【００６３】
図５（ｃ）において、実線は、出力制御における発電機出力の目標値ＰＴの時間的変化を示しており、破線は、出力制御における発電機出力制限値ＰＬの時間的変化を示しており、一点鎖線は、従来の一定出力制御における発電機出力の目標値ＰＴｐを示している。時刻ｔ２から時刻ｔ５までの間、目標値ＰＴ及び発電機出力制限値ＰＬは異なっているが、他の時刻において、目標値ＰＴ及び発電機出力制限値ＰＬは一致している。
【００６４】
図５（ｄ）において、実線は、出力制御におけるスロットル開度の実際値ＴＲの時間的変化を示しており、一点鎖線は、従来の一定出力制御におけるスロットル開度の実際値ＴＲｐの時間的変化を示している。
【００６５】
図５において、時刻ｔ０からｔ１までの間、発熱量Ｈは一定であり、発電機出力の実際値Ｐは一定（１０ｋｗ）であり、スロットル開度の実際値ＴＲはほぼスロットル開度制限値ＴＬに保たれており、発電機出力の目標値ＰＴは一定である。図４の点ａは時刻ｔ１の運転状態を示している。
【００６６】
図５において、時刻ｔ１からｔ３までの間、発熱量Ｈは増大している。これに応じて、時刻ｔ１からｔ２までの間、発電機出力の目標値ＰＴは増大しており、発電機出力の実際値ＰＲは増大しており、スロットル開度の実際値ＴＲは一時的に低下するが略スロットル開度制限値ＴＬに保たれている。図４の点ｂは時刻ｔ２の運転状態を示している。点ａから点ｂへの変化は、発熱量の増大に伴う理論空燃比の増大によって発生している。空燃比が理論空燃比に保たれている状態では、理論空燃比の増大により、混合気流量に占める燃料流量の割合が小さくなる。この結果、出力が増大するので、発電機出力制限値ＰＬを特定するために用いられる相関グラフが、相関グラフＣ１０から高出力側の相関グラフに変更される。この結果、点ａから点ｂへの変化が発生する。
【００６７】
図５において、時刻ｔ１からｔ２までの間だけでなく、時刻ｔ２からｔ３までの間、発熱量Ｈは増大している。時刻ｔ２からｔ３までの間、発電機出力制限値ＰＬは増大しているが、発電機出力の目標値ＰＴは、一定の発電機出力上限値ＰＧに保たれている。発電機出力制限値ＰＬが発電機出力上限値ＰＧよりも高い場合、発電機出力の目標値ＰＴは、発電機出力上限値ＰＧに設定される。
【００６８】
図４において、時刻ｔ２から時刻ｔ５までの間、発電機出力制限値ＰＬを特定するために用いられる相関グラフは、相関グラフＣ２５よりも高出力側の相関グラフである。ところが、相関グラフＣ２５よりも高出力側の相関グラフは、スロットル開度の制限値ＴＬの周辺において、発電機出力上限値ＰＧを越えてしまう。このため、発電機出力制限値ＰＬが発電機出力上限値ＰＧよりも高い領域では、発電機出力の目標値ＰＴは、発電機出力制限値ＰＬではなく発電機出力上限値ＰＧに設定される。
【００６９】
図５において、時刻ｔ３からｔ４までの間、発熱量Ｈは一定であり、発電機出力の実際値Ｐは一定（２５ｋｗ）であり、スロットル開度の実際値ＴＲはほぼスロットル開度制限値ＴＬに保たれており、発電機出力の目標値ＰＴは発電機出力上限値ＰＧに保たれている。
【００７０】
図５において、時刻ｔ４からｔ６までの間、発熱量Ｈは減少している。時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間、発電機出力制限値ＰＬが発電機出力上限値ＰＧよりも高いので、発電機出力の目標値ＰＴは発電機出力上限値ＰＧに保たれている。この間、理論空燃比の減少による出力の低下を補うように、スロットル開度の実際値ＴＲが増大する。図４の点ｃは時刻ｔ５の運転状態を示している。
【００７１】
図５において、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの間、発熱量の減少に伴って発電機出力の目標値ＰＴが減少する。この間、スロットル開度の実際値ＴＲは変化するが略スロットル開度制限値ＴＬに保たれており、発電機出力の実際値ＰＲは減少している。図４の点ｄは時刻ｔ６の運転状態を示している。点ｃから点ｄへの変化は、発熱量の減少に伴う理論空燃比の減少によって発生している。空燃比が理論空燃比に保たれている状態では、理論空燃比の減少により、混合気流量に占める燃料流量の割合が大きくなる。この結果、出力が減少するので、発電機出力制限値ＰＬを特定するために用いられる相関グラフが、相関グラフＣ２５から低出力側の相関グラフに変更される。この結果、点ｃから点ｄへの変化が発生する。
【００７２】
時刻ｔ６以降における、発熱量Ｈ、発電機出力の実際値ＰＲ、発電機出力の目標値ＰＴ、及びスロットル開度の実際値ＴＲの変化も、時刻ｔ０から時刻ｔ６までの変化と同様である。
【００７３】
図５に一点鎖線で示される従来の一定出力制御の場合、発電機出力の目標値ＰＬｐが一定値に保たれており、この結果、発電機出力の実際値ＰＲｐも一定値になっている。スロットル開度は、発熱量の変化に反比例して変化している。このため、発熱量が低下するにつれて、燃料ガスの利用量が低下する。
【００７４】
第１実施形態は、次の作用、効果を有している。図５に示されるように、発熱量Ｈの変化に応じて発電機出力の目標値ＰＴが変化する。発電機出力の目標値ＰＴは、スロットル開度の実際値ＴＲが所定のスロットル開度制限値ＴＬに保たれるように設定されているので、出力制御不能の発生は避けられている。このため、第１実施形態は、出力制御不能の発生を避けながら、発熱量の変化に応じてできるだけ発電機出力を高めることができる。
【００７５】
また、第１実施形態は、理論空燃比及びスロットル開度制限値ＴＬによって特定される発電機出力制限値の他に、発電機出力上限値に基づいて、発電機出力の目標値を制限できる。第１実施形態では、発電機出力上限値は、発電機１２の出力限界である。このため、第１実施形態は、必要に応じて発電機出力の上限を変更することによって、出力制御不能の発生を防止できる。
【００７６】
（第２実施形態）
図６は、エンジン１、エンジン制御システム１００、及び燃料源２００を示す概略図である。第２実施形態は、出力制限値制御の構成において、第１実施形態と異なっている。第１実施形態では、出力、スロットル開度、及び発電機出力制限値の相関関係に基づいて、発電機出力制限値が特定されている。一方、第２実施形態では、スロットル開度がスロットル開度制限値に保たれるように発電機出力の目標値を変更又は維持することによって、発電機出力制限値が特定されている。以下では、第２実施形態と第１実施形態との間の相違点を説明する。
【００７７】
図６において、第２実施形態に係るエンジン制御システム１００は、相関関係記憶部３５の代わりに、スロットル開度制限値記憶部１３５を備えている。スロットル開度制限値記憶部１３５は、スロットル開度制限値を記憶している。また、出力目標値設定部３６は、スロットル開度の実際値と、スロットル開度制限値とに基づいて、出力の目標値を設定する。
【００７８】
図７を参照して、制御装置３０によって実行される出力制御のフローを説明する。図７は、出力制御のフローを示す図である。出力制御は、目標値追従制御、空燃比制御、出力制限値制御、及び出力上限値制御からなっている。上述したように、出力制限値制御のみ、第１実施形態と第２実施形態との間で異なっている。出力制限値制御はステップ群Ｓ１１１、Ｓ２１２−Ｓ２１５からなっている。
【００７９】
出力制限値制御のステップ群Ｓ１１１、Ｓ２１２−Ｓ２１５を説明する。出力制限値制御は、発電機出力の目標値を発電機出力制限値に設定する。
【００８０】
ステップＳ１１１は、空燃比制御に含まれるステップＳ１０４の次に実行される。ステップＳ１１１において、出力目標値設定部３６は、スロットル開度の実際値を認識する。ステップＳ１１１は、第１実施形態及び第２実施形態において同一である。
【００８１】
ステップＳ２１２、Ｓ２１３は、ステップＳ１１１の次に実行される。ステップＳ２１２、Ｓ２１３において、設定部３６は、スロットル開度の実際値がスロットル開度制限値の周辺領域内にあるか否かを判定する。周辺領域は、スロットル開度制限値を含む帯状領域を指している。スロットル開度制限値の周辺領域の上限値は、スロットル開度制限値に上側補正係数を乗じた値である。スロットル開度制限値の周辺領域の下限値は、スロットル開度制限値に下側補正係数を乗じた値である。上側補正係数は、１より若干大きな値、例えば１．０２である。下側補正係数は、１より若干小さな値、例えば０．９５である。
【００８２】
ステップＳ２１２において、設定部３６は、スロットル開度の実際値がスロットル開度制限値と上側補正係数との積よりも大きいか否かを判定する。スロットル開度の実際値がスロットル開度制限値と上側補正係数との積よりも大きい場合、ステップＳ２１４が実行される。スロットル開度の実際値がスロットル開度制限値と上側補正係数との積よりも小さい又は前記積に等しい場合、ステップＳ２１３が実行される。
【００８３】
ステップＳ２１３において、設定部３６は、スロットル開度の実際値がスロットル開度制限値と上側補正係数との積よりも小さいか否かを判定する。スロットル開度の実際値がスロットル開度制限値と上側補正係数との積よりも小さい場合、ステップＳ２１５が実行される。スロットル開度の実際値がスロットル開度制限値と上側補正係数との積よりも大きい又は前記積に等しい場合、出力制限値制御が終了し、ステップＳ１２１が実行される。
【００８４】
ステップＳ２１４において、設定部３６は、発電機出力の目標値を減少させる。新しい発電機出力の目標値は、現在の発電機出力の目標値に減少補正値を減算することによって作成される。減少補正値は、正の値であり、所定の定数、又はスロットル開度の実際値とスロットル開度制限値との差の絶対値に比例する変数である。目標値追従制御において、設定部３６による発電機出力の目標値の減少に応じて、スロットル制御部３４はスロットル開度を減少させる。この結果、発電機出力の実際値が減少する。
【００８５】
ステップＳ２１５において、設定部３６は、発電機出力の目標値を増加させる。新しい発電機出力の目標値は、現在の発電機出力の目標値に増加補正値を加算することによって作成される。増加補正値は、正の値であり、所定の定数、又はスロットル開度の実際値とスロットル開度制限値との差の絶対値に比例する変数である。目標値追従制御において、設定部３６による発電機出力の目標値の増加に応じて、スロットル制御部３４はスロットル開度を増加させる。この結果、発電機出力の実際値が増大する。
【００８６】
ステップＳ２１４又はＳ２１５が終了すると、出力制限値制御が終了し、再度ステップＳ１１１が実行される。
【００８７】
ステップ群Ｓ１１１、Ｓ２１２−Ｓ２１５は、スロットル開度の実際値がスロットル開度制限値の周辺領域内から外れている限り、繰り返し実行される。発電機出力制限値は、スロットル開度の実際値がスロットル開度制限値の周辺領域内にあるときの発電機出力である。つまり、出力制限値制御は、発電機出力の実際値が発電機出力制限値に一致するまで実行される。
【００８８】
（第３実施形態）
第３実施形態は、出力制限値制御の構成において、第２実施形態と異なっている。第２実施形態では、出力の目標値を出力制限値に設定するための制御量として、スロットル開度が用いられている。一方、第３実施形態では、出力の目標値を出力制限値に設定するための制御量として、給気圧力が用いられている。以下では、第３実施形態と第２実施形態との間の相違点を説明する。
【００８９】
図８を参照して、制御装置３０によって実行される出力制御のフローを説明する。図８は、出力制御のフローを示す図である。出力制御は、目標値追従制御、空燃比制御、出力制限値制御、及び出力上限値制御からなっている。上述したように、出力制限値制御のみ、第１実施形態と第２実施形態との間で異なっている。出力制限値制御はステップ群Ｓ３１１−Ｓ３１３、Ｓ２１４−Ｓ２１５からなっている。
【００９０】
ステップ群Ｓ３１１−Ｓ３１３において、ステップ群Ｓ１１１、Ｓ２１２−Ｓ２１３におけるスロットル開度及びスロットル開度制限値は、給気圧力及び給気圧力制限値に置換されている。ステップＳ３１２、Ｓ３１３における給気圧力制限値に係る上側補正係数及び下側補正係数も、ステップＳ２１２、Ｓ２１３におけるスロットル開度制限値に係る上側補正係数及び下側補正係数と同様に設定されている。
【００９１】
（第４実施形態）
図９は、エンジン１、エンジン制御システム１００、及び燃料源２００を示す概略図である。第４実施形態は、出力制御の構成において、第２実施形態と異なっている。第４実施形態における出力制御は、第２実施形態における出力制御に加えて、燃料流量制限制御を更に含んでいる。以下では、第４実施形態と第２実施形態との間の相違点を説明する。
【００９２】
図９において、第４実施形態に係るエンジン制御システム１００は、第２実施形態の構成に加えて、燃料流量算出部３８及び燃料流量制限値設定部３９を更に備えている。算出部３８は、燃料制御弁開度の実際値及び混合気流量の実際値に基づいて、燃料流量の実際値を算出する。設定部３９は、例えばユーザーの操作により、出力の目標値の上限値を設定する。また、第４実施形態では、出力目標値設定部３６は、燃料流量の実際値に基づいて、発電機出力の目標値を変更又は維持する。
【００９３】
図１０を参照して、制御装置３０によって実行される出力制御のフローを説明する。図１０は、出力制御のフローを示す図である。第４実施形態における出力制御は、目標値追従制御、空燃比制御、出力制限値制御、出力上限値制御、及び燃料流量制限制御からなっている。燃料流量制限制御はステップ群Ｓ４３１−Ｓ４３３からなっている。
【００９４】
燃料流量制限制御のステップ群Ｓ４３１−Ｓ４３３を説明する。燃料流量制限制御は、燃料流量の実際値が燃料流量制限値よりも高い場合に、出力の目標値を減少させることによって、燃料流量の実際値を燃料流量制限値に一致させる。
【００９５】
ステップＳ４３１は、出力制限値制御に含まれるステップＳ２１３の次に実行される。ステップＳ４３１において、燃料流量算出部３８は、燃料制御弁開度の実際値及び混合気流量の実際値に基づいて、燃料流量の実際値を算出する。燃料制御弁開度は空燃比を決定するので、燃料制御弁開度及び混合気流量に基づいて燃料流量が特定される。燃料制御弁開度の実際値は、燃料制御弁開度センサ２６によって検出されている。混合気流量の実際値は、混合気流量算出部３１において算出されている。
【００９６】
ステップＳ４３２は、ステップＳ４３１の次に実行される。ステップＳ４３２において、出力目標値設定部３６は、燃料流量の実際値が燃料流量制限値よりも高いか否かを判定する。燃料流量制限値は、燃料流量制限値設定部３９によって予め設定されている。燃料流量の実際値が燃料流量制限値よりも高い場合、ステップＳ４３３が実行される。燃料流量の実際値が燃料流量制限値に等しい又は燃料流量制限値よりも低い場合、燃料流量制限制御は終了し、出力上限値制御に含まれるステップＳ１２１が実行される。
【００９７】
ステップＳ４３３において、設定部３６は、発電機出力の目標値を減少させる。新しい発電機出力の目標値は、現在の発電機出力の目標値に減少補正値を減算することによって作成される。減少補正値は、正の値であり、所定の定数、又は燃料流量の実際値と燃料流量制限値との差の絶対値に比例する変数である。目標値追従制御において、設定部３６による発電機出力の目標値の減少に応じて、スロットル制御部３４はスロットル開度を減少させる。この結果、発電機出力の実際値が減少する。
【００９８】
ステップＳ４３３が終了すると、再度ステップＳ４３１が実行される。
【００９９】
ステップ群Ｓ４３１−Ｓ４３３は、燃料流量の実際値が燃料流量制限値よりも高い限り、繰り返し実行される。
【０１００】
第４実施形態は、次の作用、効果を有している。発電機出力制限値の他に、燃料流量制限値に基づいて、発電機出力の目標値を制限できる。このため、第４実施形態は、エンジンが利用できる燃料流量の大きさに制限がある場合に、燃料流量の大きさに応じて発電機出力の目標値を制限することによって、出力制御不能の発生を防止できる。
【０１０１】
（第５実施形態）
第５実施形態は、出力制限値制御の構成において、第４実施形態と異なっている。第４実施形態では、出力の目標値を出力制限値に設定するための制御量として、スロットル開度が用いられている。一方、第５実施形態では、出力の目標値を出力制限値に設定するための制御量として、給気圧力が用いられている。つまり、第４実施形態から第５実施形態への変更箇所は、第２実施形態から第３実施形態への変更箇所に等しい。以下では、第５実施形態と第４実施形態との間の相違点を説明する。
【０１０２】
図１１は、出力制御のフローを示す図である。図１１（第５実施形態）のフローにおいて、図１０（第４実施形態）の出力制限値制御に含まれるステップ群Ｓ１１１、Ｓ２１２−Ｓ２１３は、図８（第３実施形態）の出力制限値制御に含まれるステップ群Ｓ３１１−Ｓ３１３に置換されている。
【０１０３】
（第６実施形態）
図１２は、エンジン１、エンジン制御システム１００、及び燃料源２００を示す概略図である。第６実施形態は、燃料流量制限制御の構成において、第４実施形態と異なっている。第６実施形態では、燃料流量制限制御において燃料流量を特定する制御量として、燃料制御弁９の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧、及び混合気流量が用いられている。一方、第４実施形態では、燃料流量を特定する制御量として、燃料制御弁開度及び混合気流量が用いられている。以下では、第６実施形態と第４実施形態との間の相違点を説明する。
【０１０４】
図１２において、第６実施形態に係るエンジン制御システム１００は、第４実施形態の構成に加えて、上流側圧力センサ２７、下流側圧力センサ２８、及び差圧算出部４１を更に備えている。燃料配管１０の経路上において、上流側圧力センサ２７は燃料制御弁９の上流側に配置されており、下流側圧力センサ２８は燃料制御弁９の下流側に配置されている。差圧算出部４１は、上流側圧力センサ２７によって得られる上流側圧力と、下流側圧力センサ２８によって得られる下流側圧力とに基づいて、燃料制御弁９の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧を検出する。また、第６実施形態では、燃料流量算出部３８は、燃料圧力の差圧の実際値及び混合気流量の実際値に基づいて、燃料流量の実際値を算出する。
【０１０５】
図１３は、出力制御のフローを示す図である。図１３（第６実施形態）のフローにおいて、図１０（第４実施形態）の燃料流量制限制御に含まれるステップＳ４３１は、ステップＳ６３１に置換されている。ステップＳ６３１において、ステップＳ４３１における燃料制御弁開度の実際値が、燃料制御弁９の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧の実際値に置換されている。
【０１０６】
（第７実施形態）
図１４は、エンジン１、エンジン制御システム１００、及び燃料源２００を示す概略図である。第７実施形態は、燃料流量制限制御の構成において、第６実施形態と異なっている。第７実施形態では、燃料流量制限制御において燃料流量を特定する制御量として、ガス圧力調整器１３の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧、及び混合気流量が用いられている。一方、第６実施形態では、燃料流量を特定する制御量として、燃料制御弁９の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧、及び混合気流量が用いられている。以下では、第７実施形態と第６実施形態との間の相違点を説明する。
【０１０７】
図１４において、第７実施形態に係るエンジン制御システム１００は、第４実施形態における上流側圧力センサ２７及び下流側圧力センサ２８に代えて、上流側圧力センサ４７及び下流側圧力センサ４８を備えている。燃料配管１０の経路上において、上流側圧力センサ４７はガス圧力調整器１３の上流側に配置されており、下流側圧力センサ４８はガス圧力調整器１３の下流側に配置されている。また、第７実施形態では、差圧算出部４１は、上流側圧力センサ４７によって得られる上流側圧力と、下流側圧力センサ４８によって得られる下流側圧力とに基づいて、ガス圧力調整器１３の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧を検出する。
【０１０８】
図１５は、出力制御のフローを示す図である。図１５（第７実施形態）のフローにおいて、図１３（第６実施形態）の燃料流量制限制御に含まれるステップＳ６３１は、ステップＳ７３１に置換されている。ステップＳ７３１において、ステップＳ６３１における燃料制御弁９の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧の実際値が、ガス圧力調整器１３の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧の実際値に置換されている。
【０１０９】
（第８実施形態）
図１６は、エンジン１、エンジン制御システム１００、及び燃料源２００を示す概略図である。第８実施形態は、ミキサ８の代わりにインジェクター１４を備えている。このため、第８実施形態では、ミキサに係る構成が、インジェクターに係る構成に置換されている。また、出力制御も、インジェクターに対応して部分的に変更されている。以下では、第８実施形態と第４実施形態との間の相違点を説明する。
【０１１０】
図１６において、第８実施形態におけるエンジン１は、第４実施形態におけるベンチュリ式ミキサ８及び燃料制御弁９の代わりに、インジェクター１４を備えている。インジェクター１４は、給気管５内においてスロットル弁７の下流側に配置されている。インジェクター１４は、給気管５内に燃料を噴射する。また、第８実施形態における制御装置３０は、混合気流量算出部３１、空燃比／理論空燃比算出部３２、燃料制御弁制御部３３、及び燃料流量算出部３８の代わりに、空気流量算出部１３１、理論空燃比算出部１３２、インジェクター制御部１３３、及び空燃比設定部１４０を備えている。空気流量算出部１３１は、空気流量の実際値を算出する。理論空燃比算出部１３２は、理論空燃比を算出する。インジェクター制御部１３３は、インジェクター１４の燃料噴射量を制御する。空燃比設定部１４０は、空燃比の目標値を理論空燃比の実際値に設定する。
【０１１１】
図１７は、出力制御のフローを示す図である。第８実施形態における出力制御は、第４実施形態と同様に、目標値追従制御、空燃比制御、出力制限値制御、出力上限値制御、及び燃料流量制限制御からなっている。ただし、第８実施形態では、目標値追従制御、空燃比制御、及び燃料流量制限制御の構成は、第４実施形態とは異なっている。
【０１１２】
目標値追従制御は、発電機出力の実際値が発電機出力の目標値に一致するように、インジェクター１４の燃料噴射量及びスロットル開度を制御する。スロットル制御部３４は、出力目標値設定部３６によって設定された発電機出力の目標値に発電機出力の実際値が一致するように、スロットル弁７を制御する。また、インジェクター制御部１３３は、空燃比設定部１４０によって設定された空燃比を保つように、スロットル開度の変更による空気流量の変化に応じて、インジェクター１４の燃料噴射量を制御する。目標値追従制御は、空燃比制御、出力上限値制御、及び出力制限値制御と並行して実行されている。このため、出力上限値制御及び出力制限値制御において発電機出力の目標値が変更される度に、変更後の発電機出力の目標値に基づいて目標値追従制御が実行される。
【０１１３】
空燃比制御のステップ群Ｓ８０１、Ｓ８０２を説明する。
【０１１４】
ステップＳ８０１において、理論空燃比算出部１３２は、酸素濃度の実際値、空気流量の実際値、及び燃料噴射量の目標値に基づいて、理論空燃比の実際値を算出する。燃料噴射量は、燃料流量に等しい。上述したように、理論空燃比は、酸素濃度、空気流量、及び燃料流量に基づいて、特定される。また、空気流量の実際値は、給気圧力センサ２３によって検出される給気圧力の実際値及び給気温度センサ２４によって検出される給気温度の実際値に基づいて、空気流量算出部１３１によって算出されている。
【０１１５】
ステップＳ８０２は、ステップＳ８０１の次に実行される。ステップＳ８０２において、空燃比設定部１４０は、空燃比の目標値を、理論空燃比算出部３２において算出された理論空燃比に設定する。ステップＳ８０２の終了により、空燃比制御が終了する。
【０１１６】
第８実施形態の燃料流量制限制御において、図１０（第４実施形態）の燃料流量制限制御に含まれるステップＳ４３１、Ｓ４３２は、ステップＳ８３１、Ｓ８３２に置換されている。ステップＳ８３１は、インジェクター制御部１３３においてインジェクター１４を制御する際に実行されている。すなわち、ステップＳ８３１において、インジェクター制御部１３３は、空燃比の目標値及び混合気流量の実際値に基づいて、燃料噴射量の目標値を算出する。ステップＳ８３２において、出力目標値設定部３６は、燃料噴射量の目標値が燃料流量制限値よりも高いか否かを判定する。なお、第８実施形態における燃料噴射量は燃料流量に等しい。
【０１１７】
（（変形例））
本実施形態は、以下の変形構成を適用できる。
【０１１８】
（出力）
第１実施形態において制御を受ける対象は、エンジン１によって駆動される発電機１２の発電機出力である。制御を受ける対象は、発電機出力ではなく、エンジン１の出力自体であっても良い。以下、発電機出力とエンジン１の出力とを区別しない。
【０１１９】
（燃料流量の実際値及び空気流量の実際値を検出する工程）
第１実施形態は、混合気流量の実際値及び燃料制御弁開度の実際値を検出している。混合気流量の実際値及び燃料制御弁開度の実際値を検出する工程は、燃料流量の実際値及び空気流量の実際値を検出する工程の一例である。第１実施形態に適用可能な、燃料流量の実際値及び空気流量の実際値を検出する工程は、混合気流量の実際値及び燃料制御弁開度の実際値を検出する工程に限定されない。混合気流量に代えて、スロットル開度を用いることができる。燃料制御弁開度に代えて、燃料制御弁９の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧、ガス圧力調整器１３の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧、又はインジェクターの燃料噴射量を用いることができる。
【０１２０】
（理論空燃比の実際値を検出する工程）
第１実施形態は、混合気流量の実際値及び燃料制御弁開度の実際値を検出することによって、燃料流量の実際値及び空気流量の実際値を検出している。燃料流量の実際値及び空気流量の実際値を検出する工程は、上述したように、混合気流量の実際値及び燃料制御弁開度の実際値を検出することに限定されない。
【０１２１】
（第１制御量）
第１実施形態は、空燃比の実際値が理論空燃比の実際値に一致するように、燃料噴射弁開度を制御している。燃料制御弁開度を制御する工程は、空燃比を決定する第１制御量を制御する工程の一例である。第１実施形態に適用可能な第１制御量は、燃料制御弁開度に限定されない。第１制御量として、燃料制御弁開度に代えて、燃料制御弁９の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧、ガス圧力調整器１３の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧、インジェクターの燃料噴射量及びスロットル開度、又はインジェクターの燃料噴射量及び給気圧力、インジェクターの燃料噴射量及び給気圧力及び給気温度を用いることができる。
【０１２２】
（第２制御量）
第１実施形態は、出力の実際値が出力の目標値に一致するように、スロットル開度を制御している。スロットル開度を制御する工程は、空気流量又は混合気流量を決定する第２制御量を制御する工程の一例である。第１実施形態に適用可能な第２制御量は、スロットル開度に限定されない。第２制御量として、スロットル開度に代えて、給気圧力、又は給気圧力及び給気温度を用いることができる。
【０１２３】
（出力制限値）
第１実施形態では、出力制限値は、出力、第２制御量、及び出力制限値の相関関係（図３）に基づいて特定されている。一方、他の実施形態では、相関関係を用いることなく、第２制御量の実際値と第２制限値とを比較する判定処理に基づいて、出力制限値を特定している。第２実施形態において、第２制御量はスロットル開度であり、第２制限値はスロットル開度制限値である。他の実施形態も、相関関係を用いて出力制限値を特定する構成を採用できる。
【０１２４】
（ミキサ及びインジェクター）
第１−７実施形態はミキサ８を利用するエンジン１であり、第８実施形態はインジェクター１４を利用するエンジン１である。第１−７実施形態に適用される出力制御は、制御量の置換によって対応できる限り、インジェクター１４を利用する第８実施形態に適用できる。
【符号の説明】
【０１２５】
１ エンジン
７ スロットル弁
８ ベンチュリ式ミキサ
９ 燃料制御弁
３０ 制御装置
３１ 混合気流量算出部
３２ 空燃比／理論空燃比算出部
３３ 燃料制御弁制御部
３４ スロットル制御部
３５ 相関関係記憶部
３６ 出力目標値設定部
３７ 出力上限値設定部
１００ エンジンシステム
２００ 燃料源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の単位体積当たりの発熱量が変化する場合にエンジンを制御するエンジン制御方法であって、
排気ガス中の酸素濃度の実際値を検出する工程と、
燃料流量の実際値及び空気流量の実際値を検出する工程と、
酸素濃度の実際値、燃料流量の実際値、及び空気流量の実際値に基づいて、発熱量に応じて変化する理論空燃比の実際値を検出する工程と、
空燃比の実際値が理論空燃比の実際値に一致するように、空燃比を決定する第１制御量を制御する工程と、
エンジンの出力の目標値を出力制限値に設定する工程と、
出力の実際値を検出する工程と、
出力の実際値が出力の目標値に一致するように、空気流量又は混合気流量を決定する第２制御量を制御する工程と、を備えており、
出力制限値は、空燃比が理論空燃比に保たれ且つ第２制御量が所定の第２制限値に保たれているときに得られる出力の大きさである、ことを特徴とするエンジン制御方法。
【請求項２】
出力の目標値を設定する工程において、出力、第２制御量、及び出力制限値の相関関係に基づいて、出力の実際値及び第２制御量の実際値に対応する出力制限値が特定され、該出力制限値が出力の目標値に設定される、
請求項１に記載のエンジン制御方法。
【請求項３】
出力の目標値を設定する工程において、第２制御量の実際値が第２制限値に保たれるように出力の目標値を変更又は維持することによって、出力の目標値が出力制限値に設定される、
請求項１に記載のエンジン制御方法。
【請求項４】
出力上限値を設定する工程と、
出力の目標値が出力上限値よりも高い場合に、出力の目標値を出力上限値に一致させる工程とを、更に備えている、
請求項１から３のいずれか１つに記載のエンジン制御方法。
【請求項５】
燃料流量制限値を設定する工程と、
燃料流量の実際値が燃料流量制限値よりも高い場合に、出力の目標値を減少させることによって、燃料流量の実際値を燃料流量制限値に一致させる工程とを、更に備えている、
請求項１から４のいずれか１つに記載のエンジン制御方法。
【請求項６】
第１制御量は、ミキサに供給される燃料の流量を制御する燃料制御弁の開度である、
請求項１から５のいずれか１つに記載のエンジン制御方法。
【請求項７】
第２制御量は、スロットル弁の開度である、
請求項１から５のいずれか１つに記載のエンジン制御方法。
【請求項８】
第２制御量は、給気圧力である、
請求項１から５のいずれか１つに記載のエンジン制御方法。
【請求項９】
燃料流量を特定する制御量は、ミキサに供給される燃料の流量を制御する燃料制御弁の開度と、スロットル開度、給気圧力及び給気温度、又は給気圧力とである、
請求項５に記載のエンジン制御方法。
【請求項１０】
燃料流量を特定する制御量は、ミキサに供給される燃料の流量を制御する燃料制御弁の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧と、スロットル開度、給気圧力及び給気温度、又は給気圧力とである、
請求項５に記載のエンジン制御方法
【請求項１１】
燃料流量を特定する制御量は、ミキサに供給される燃料の圧力を制御するガス圧力調整器の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧と、スロットル開度、給気圧力及び給気温度、又は給気圧力とである、
請求項５に記載のエンジン制御方法。
【請求項１２】
燃料流量を特定する制御量は、インジェクターによる燃料噴射量である、
請求項５に記載のエンジン制御方法。
【請求項１】
燃料の単位体積当たりの発熱量が変化する場合にエンジンを制御するエンジン制御方法であって、
排気ガス中の酸素濃度の実際値を検出する工程と、
燃料流量の実際値及び空気流量の実際値を検出する工程と、
酸素濃度の実際値、燃料流量の実際値、及び空気流量の実際値に基づいて、発熱量に応じて変化する理論空燃比の実際値を検出する工程と、
空燃比の実際値が理論空燃比の実際値に一致するように、空燃比を決定する第１制御量を制御する工程と、
エンジンの出力の目標値を出力制限値に設定する工程と、
出力の実際値を検出する工程と、
出力の実際値が出力の目標値に一致するように、空気流量又は混合気流量を決定する第２制御量を制御する工程と、を備えており、
出力制限値は、空燃比が理論空燃比に保たれ且つ第２制御量が所定の第２制限値に保たれているときに得られる出力の大きさである、ことを特徴とするエンジン制御方法。
【請求項２】
出力の目標値を設定する工程において、出力、第２制御量、及び出力制限値の相関関係に基づいて、出力の実際値及び第２制御量の実際値に対応する出力制限値が特定され、該出力制限値が出力の目標値に設定される、
請求項１に記載のエンジン制御方法。
【請求項３】
出力の目標値を設定する工程において、第２制御量の実際値が第２制限値に保たれるように出力の目標値を変更又は維持することによって、出力の目標値が出力制限値に設定される、
請求項１に記載のエンジン制御方法。
【請求項４】
出力上限値を設定する工程と、
出力の目標値が出力上限値よりも高い場合に、出力の目標値を出力上限値に一致させる工程とを、更に備えている、
請求項１から３のいずれか１つに記載のエンジン制御方法。
【請求項５】
燃料流量制限値を設定する工程と、
燃料流量の実際値が燃料流量制限値よりも高い場合に、出力の目標値を減少させることによって、燃料流量の実際値を燃料流量制限値に一致させる工程とを、更に備えている、
請求項１から４のいずれか１つに記載のエンジン制御方法。
【請求項６】
第１制御量は、ミキサに供給される燃料の流量を制御する燃料制御弁の開度である、
請求項１から５のいずれか１つに記載のエンジン制御方法。
【請求項７】
第２制御量は、スロットル弁の開度である、
請求項１から５のいずれか１つに記載のエンジン制御方法。
【請求項８】
第２制御量は、給気圧力である、
請求項１から５のいずれか１つに記載のエンジン制御方法。
【請求項９】
燃料流量を特定する制御量は、ミキサに供給される燃料の流量を制御する燃料制御弁の開度と、スロットル開度、給気圧力及び給気温度、又は給気圧力とである、
請求項５に記載のエンジン制御方法。
【請求項１０】
燃料流量を特定する制御量は、ミキサに供給される燃料の流量を制御する燃料制御弁の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧と、スロットル開度、給気圧力及び給気温度、又は給気圧力とである、
請求項５に記載のエンジン制御方法
【請求項１１】
燃料流量を特定する制御量は、ミキサに供給される燃料の圧力を制御するガス圧力調整器の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧と、スロットル開度、給気圧力及び給気温度、又は給気圧力とである、
請求項５に記載のエンジン制御方法。
【請求項１２】
燃料流量を特定する制御量は、インジェクターによる燃料噴射量である、
請求項５に記載のエンジン制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１２−８７７５６（Ｐ２０１２−８７７５６Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３７５６０（Ｐ２０１０−２３７５６０）
【出願日】平成２２年１０月２２日（２０１０．１０．２２）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２２日（２０１０．１０．２２）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
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