DE69533046T2

DE69533046T2 - Steuersystem für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE69533046T2
Application number: DE69533046T
Authority: DE
Inventors: Motohiro Wako-shi Shimizu
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1995-06-23
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2015-06-24
Also published as: US5615655A; CN1070262C; EP1264976B1; CN1119239A; EP0690215A3; EP0690215B1; EP0690215A2; DE69529120D1; DE69529120T2; EP1264976A1; DE69533046D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Steuersystem für Brennkraftmaschinen, insbesondere Gasmaschinen, welche einen unter Druck stehenden gasförmigen Kraftstoff, wie z.B. LPG (verflüssigtes Propangas) und LBG (verflüssigtes Butangas), als Kraftstoff verwenden, und ganz besonders ein Steuersystem dieser Art, welches den Betrieb der Maschine steuert, um einen fast konstanten Geschwindigkeitsbetrieb aufrechtzuerhalten.
Stand der Technik
Weit bekannt sind Gasmaschinen, welche derart ausgebildet sind, dass ein unter Druck stehender gasförmiger Kraftstoff, wie z.B. LPG und LBG, von einer unter Druck stehenden gasförmigen Kraftstoffquelle mittels eines „Nullpunktregler" genannten Druckreglers an die Maschine zur Verbrennung in der Verbrennungskammer geliefert wird. Bei den herkömmlichen Gasmaschinen des Stands der Technik wird der unter Druck stehende gasförmige Kraftstoff von der unter Druck stehenden Gasquelle auf Atmosphärendruck durch den Druckregler dekomprimiert, und der so dekomprimierte gasförmige Kraftstoff wird zur Maschine aufgrund des in der Maschine entwickelten Vakuums geliefert. Genauer gesagt, ist bei den herkömmlichen Gasmaschinen ein Drosselventil in dem Einlassrohr als eine Komponente eines Steuersystems der Maschine vorgesehen, so dass eine Einlassluftmenge dadurch gesteuert wird, und eine gasförmige Kraftstoffmenge entsprechend der so gesteuerten Einlassluftmenge wird zur Maschine geliefert. Jedoch müssen das Einlassrohr und das Drosselventil unter bestimmten Raumbegrenzungen, welche vom Layout der Maschine aufgezwungen werden, angeordnet werden, was zu einer Schwierigkeit bei der Miniaturisierung der Maschine und ihres Steuersystems führt. Zusätzlich erfordert das Vorsehen des Drosselventils die Verwendung einer Drahtverbindung zum Steuern des Drosselventils, was es schwierig macht, das Maschinensteuersystem konstruktionsmäßig einfach auszubilden.
Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wurde zum Beispiel durch die japanische Offenlegungspatentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2–23258 eine Gasmaschine vorgeschlagen, bei der Versuche gemacht wurden, die Maschine größenmäßig kompakt und konstruktionsmäßig einfach auszubilden, indem die Verwendung eines Drosselventils im Einlassrohr ausgelassen wird und die Maschinenleistung nur durch Steuern der Fließgeschwindigkeit eines der Maschine gelieferten gasförmigen Kraftstoffs gesteuert wird.
Bei der vorgeschlagenen Gasmaschine wird ihre Ausgangsleistung durch Steuerung der gasförmigen Kraftstoffmenge allein ohne Steuerung der Einlassluftmenge gesteuert, indem eine Charakteristik eines unter Druck stehenden gasförmigen Kraftstoffs, wie z.B. LPG und LBG, verwendet wird, derart, dass sie einen breiteren Konzentrationsbereich, bei dem der Kraftstoff verbrennbar ist, hat als der von flüssigem Kraftstoff, beispielsweise Benzin und Leichtöl. Zum Beispiel ist in dem Fall von Benzin das magerstmögliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Magergrenze), bei dem die Luft/Kraftstoff-Mischung verbrennbar ist, etwa 1,2 bezüglich dem Überschussluftverhältnis λ, während es in dem Fall von LPG etwa 1,6 bezüglich dem Überschussluftverhältnis λ ist. Daher kann die Maschinenleistung auf der Basis nur der Kraftstoffmenge über einen relativ breiten Lastbereich an der Maschine gesteuert werden, ohne die Einlassluftmenge zu steuern.
Bei der oben vorgeschlagenen Gasmaschine werden weiterhin ein Druckregler und ein Steuerventil seriell in dem Einlasssystem an Stellen stromabwärts einer unter Druck stehenden gasförmigen Kraftstoffquelle angeordnet. Der Druckregler regelt den Druck des von der unter Druck stehenden gasförmigen Kraftstoffquelle gelieferten gasförmigen Kraftstoffs auf einen konstanten Wert, um zu verhindern, dass sich die gasförmige Kraftstoffmenge aufgrund einer Druckänderung des gasförmigen Kraftstoffs groß ändert. Das Steuerventil steuert die Fließgeschwindigkeit des so druckgeregelten gasförmigen Kraftstoffs durch Steuern des Passagenbereichs des gasförmigen Kraftstoffs, um dadurch die Liefermenge des gasförmigen Kraftstoffs zu steuern. Die so gesteuerte gasförmige Kraftstoffmenge wird mit Einlassluft gemischt, und die Mischung wird zur Maschine geliefert.
Gemäß der oben vorgeschlagenen Gasmaschine kann die Maschinenleistung gesteuert werden, bis das Luft/Kraftstoff-Verhältnis seinen Magergrenzwert erreicht, indem die Menge des zu liefernden gasförmigen Kraftstoffs reduziert wird. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerer als der Magergrenzwert wird, kann die Maschine jedoch eine irreguläre Verbrennung durchmachen, was zu Fehlzündungen etc. führt. Als Ergebnis bewirken Fluktuationen in der Maschinenleistung in einem niedrigen Leistungsbereich erhöhte Vibrationen und irreguläre Verbrennung, was zu erhöhter Emission von unverbrannten Gaskomponenten, wie z.B. Kohlenwasserstoff (HC), und folglich zu verschlechterten Abgasemissionscharakteristiken der Maschine führt. Genauer gesagt, hat, wie in 1 gezeigt, die oben vorgeschlagene Gasmaschine eine Maschinenleistungscharakteristik, bei der die Maschinenleistung scharf abfällt, wenn die Maschine in einen irregulären Verbrennungsbereich eintritt, wo das Überschussluftverhältnis λ zum Beispiel 1,6 übersteigt. In der Figur bezeichnet ein Punkt A einen Magergrenzpunkt, welcher eine Grenze zwischen dem irregulären Verbrennungsbereich und einem normalen Verbrennungsbereich darstellt, in welchem der Maschinenbetrieb auf der Basis der gasförmigen Kraftstoffmenge normal gesteuert werden kann.
Mit anderen Worten hat die vorgeschlagene Gasmaschine den Nachteil, dass, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerer als der Magergrenzpunkt A wird, eine irreguläre Verbrennung häufig auftreten kann und die Emissionsmenge von unverbrannten Gaskomponenten, wie z.B. HC, drastisch ansteigt, was zu einer schweren Verschlechterung der Abgasemissionscharakteristiken der Maschine führt.
Sogar wenn ein Katalysator in dem Abgassystem zum Reinigen der von der Maschine emittierten Abgase vorgesehen ist, kann bei der vorgeschlagenen Gasmaschine der Katalysator leicht eine übermäßige Überhitzung aufgrund des verwendeten gasförmigen Kraftstoffs mit hoher Konzentration durchmachen. Weiterhin besteht eine Gefahr, dass eine irreguläre Verbrennung Fluktuationen in der Drehzahl der Maschine bewirkt, was zur Erzeugung von Vibrationen, Maschinenanhalten etc. führt. Daher hat die vorgeschlagene Gasmaschine begrenzte Anwendungen.
Da weiterhin der Druckregler in dem Eingangsrohr angeordnet ist, um den Druck des gasförmigen Kraftstoffs zu regeln, ist ein großer Raum zum Installieren des Druckreglers erforderlich, welcher ziemlich groß in den Abmessungen ist, was es schwierig macht, das Maschinensteuersystem größenmäßig kompakt auszubilden.
Wenn außerdem die Art des zu verwendenden gasförmigen Kraftstoffs geändert wird, z.B. wenn der Kraftstoff von LPG zu LBG geändert wird, dessen Heizwert unterschiedlich zu dem von LPG ist, muss der maximale Passagenbereich des gasförmigen Kraftstoffs geändert werden, was den Austausch des Steuerventils per se erforderlich macht.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuersystem dieser Art bereitzustellen, welches die Maschinenleistung unabhängig von einer Änderung in dem gasförmigen Zufuhrkraftstoffdruck ohne die Verwendung eines Druckreglers stabil steuern kann und daher kompakt in Größe und einfach im Aufbau ist.
Erfindungsgemäß wird bereitgestellt ein Steuersystem für einen Verbrennungsmotor mit einer unter Druck stehenden gasförmigen Kraftstoffquelle, einer Kraftstoffzufuhrpassage, die mit der unter Druck stehenden gasförmigen Kraftstoffquelle verbunden ist, einem Steuerventil, das über der Kraftstoffzufuhrpassage angeordnet ist, zum Regeln der gasförmigen Kraftstoffmenge, die von der unter Druck stehenden Kraftstoffquelle geliefert wird, und einer Einlasspassage, in welcher der gasförmige Kraftstoff, dessen Menge von dem Steuerventil geregelt worden ist, mit Einlassluft gemischt wird und dem Motor als eine Luft/Kraftstoff-Mischung zugeführt wird.
Das Steuersystem gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst:

eine Gasdüse, die in der Kraftstoffzufuhrpassage an einer Stelle stromabwärts des Steuerventils in einer lösbaren Weise vorgesehen ist, zum Einspritzen von gasförmigem Kraftstoff in die Einlasspassage;
wobei das Steuerventil durch ein elektromagnetisches Ventil gebildet ist, das den Druck des dem Motor zuzuführenden gasförmigen Kraftstoffes abhängig von der daran anliegenden Strommenge steuern kann, ohne von dem Druck des von der unter Druck stehenden gasförmigen Kraftstoffquelle gelieferten gasförmigen Kraftstoffes abzuhängen.

Vorteilhafterweise ist das elektromagnetische Ventil ein elektromagnetisches Proportionalventil.
Vorzugsweise umfasst das elektromagnetische Proportionalventil einen Ventilabschnitt zum Regeln der durch das elektromagnetische Proportionalventil fließenden gasförmigen Kraftstoffmenge, ein Ventilgehäuse, in welchem der Ventilabschnitt untergebracht ist, eine Anregungseinrichtung, die nahe dem Ventilgehäuse angeordnet ist und betriebsmäßig mit dem Ventilabschnitt verbunden ist, zum Steuern des Betriebs des Ventilabschnittes und eine Druckregeleinrichtung, die in dem Ventilabschnitt vorgesehen ist, zum Regeln des Druckes des dem Motor zuzuführenden gasförmigen Kraftstoffes auf der Basis des Druckes des durch das elektromagnetische Proportionalventil fließenden gasförmigen Kraftstoffes.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Maschinenleistung η und einer Emissionsmenge von HC gemäß einer herkömmlichen Gasmaschine zeigt;
2 ist ein schematisches Diagramm, das die gesamte Anordnung einer Gasmaschine und eines Steuerverfahrens dafür gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
3 ist eine Längsschnittansicht eines im Steuersystem in 2 verwendeten Steuerventils (elektromagnetisches Proportionalventil);
4 ist ein Zeitdiagramm, das beim Erklären, wie der Verbrennungszustand der in 2 gezeigten Gasmaschine detektiert wird, nützlich ist;
5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Zündzeit-Vorauswert θIG und der Maschinenleistung η zeigt;
6 ist ein Flussdiagramm, das eine Hauptroutine zum Steuern einer gasförmigen Kraftstoffmenge zeigt;
7 zeigt ein Kennfeld, welches beim Bestimmen eines optimalen Zündzeit-Vorauswertes θIGY verwendet wird;
8 ist ein Flussdiagramm, das eine Subroutine zum Steuern der Zündzeit der Maschine darstellt, welche von der Routine der 6 ausgeführt wird;
9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Überschussluftverhältnis λ und dem Zündzeit-Vorauswert θIG und der Maschinenleistung η sowie die Beziehung zwischen dem Überschussluftverhältnis λ und dem Zündzeit-Vorauswert θIG und der Emissionsmenge von HC darstellt; und
10 ist ein schematisches Diagramm, das die gesamte Anordnung einer Gasmaschine und eines Steuersystems dafür gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung
Die Erfindung wird nun im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, die Ausführungsformen davon zeigen.
Mit Bezug zuerst auf 2 ist dort schematisch die gesamte Anordnung einer Gasmaschine und eines Steuersystems dafür gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
In der Figur bezeichnet Bezugsziffer 1 eine Viertaktgasmaschine (im Folgenden als „die Maschine" bezeichnet). In einem Einlassrohr 2 der Maschine 1 ist ein Luftfilter 3 an einem Ende davon angeordnet, und ein Kraftstoffzufuhrrohr 4 zweigt von dem Einlassrohr 2 an einer Stelle zwischen dem Luftfilter 3 und der Maschine 1 ab.
Befestigt an einem Ende des Kraftstoffzufuhrrohrs 4 ist eine unter Druck stehende gasförmige Kraftstoffquelle 5, die aus einem Gaszylinder oder dergleichen gebildet ist, der mit einem unter Druck stehenden gasförmigen Kraftstoff, wie z.B. LPG und LBG, gefüllt ist. Ein Schaltventil 6 und ein Steuerventil 7 sind seriell über dem Kraftstoffzufuhrrohr 4 an Stellen stromabwärts der unter Druck stehenden Gasquelle 5 angeordnet. Weiterhin ist eine Gasdüse 9 in der Form einer Verengung in dem Kraftstoffzufuhrrohr 4 an einer Stelle stromabwärts des Steuerventils 7 und in der Nähe eines Verzweigungspunktes des Kraftstoffzufuhrrohrs 6 von dem Einlassrohr 2 vorgesehen. Das Schaltventil 6 und das Steuerventil 7 sind elektrisch an eine elektronische Steuereinheit (im Folgenden als „die ECU" bezeichnet) 8 angeschlossen, um ihren Betrieb durch Signale von der ECU 8 zu steuern. Die Gasdüse 9 ist im Kraftstoffzufuhrrohr 4 in einer lösbaren Weise befestigt, um so durch eine andere Gasdüsenart entsprechend der Art des zu verwendenden gasförmigen Kraftstoffs ausgetauscht zu werden.
Das Schaltventil 6 ist durch ein normalerweise geschlossenes Elektromagnetventil gebildet und AN/AUS-gesteuert, um durch einen Befehl von der ECU 8 angeregt oder abgeregt zu werden. Genauer gesagt, wird, wenn die Maschine sich im Stopp-Zustand befindet, das Schaltventil 6 abgeregt, um geschlossen zu werden, damit der gasförmige Kraftstoff daran gehindert wird, von der unter Druck stehenden gasförmigen Kraftstoffquelle 5 an die Maschine 1 geliefert zu werden, während es angeregt wird, um geöffnet zu werden, damit der gasförmige Kraftstoff zur Maschine 1 geliefert werden kann.
Das Steuerventil 7 arbeitet, um eine Fließgeschwindigkeit Q eines gasförmigen Kraftstoffes zu steuern, der in der Kraftstoffzufuhrleitung 4 als Antwort auf einen Befehl von der ECU 8 fließt. Genauer gesagt, steuert das Steuerventil 7 den Passagenbereich des gasförmigen Kraftstoffs derart, dass die Fließgeschwindigkeit Q erhöht wird, wenn die Maschinendrehzahl NE unter eine vorbestimmte Maschinendrehzahl NEX (z.B. 2500 Upm) fällt oder wenn die Maschine 1 in einen kraftstoffmageren Zustand gebracht wird, wo das Luft/Kraftstoff-Verhältnis einer der Maschine 1 zugeführten Luft/Kraftstoff-Mischung mager ist, während sie verringert wird, wenn die Maschinendrehzahl NE die obige vorbestimmte Maschinendrehzahl NEX überschreitet oder wenn die Maschine 1 in einen kraftstoffreichen Zustand gebracht wird, wo das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung fett ist.
Das Steuerventil 7 ist durch ein elektromagnetisches Proportionalventil, wie es in 3 gezeigt ist, gebildet und steuert den Druck des der Maschine zu liefernden Kraftstoffs auf einen vorbestimmten konstanten Wert in Abhängigkeit der Strommenge, die an das Steuerventil 7 angelegt wird, ohne von dem Druck des gasförmigen Kraftstoffs, der von der unter Druck stehenden gasförmigen Kraftstoffquelle 5 geliefert wird, abzuhängen.
Genauer gesagt, besteht das Steuerventil 7 aus einem Ventilgehäuse 12 mit einer Einlassöffnung 10, durch die der gasförmige Kraftstoff in das Ventil fließt, und einer Auslassöffnung 11, durch die der gasförmige Kraftstoff aus dem Ventil fließt, einem Ventilabschnitt 13 und einem Anregungsabschnitt 14 zum Steuern des Betriebs des Ventilabschnittes 13.
Der Ventilabschnitt 13 besteht aus einem Ventilelement 15, das aus Aluminium oder dergleichen gebildet ist, einer Ventilfeder 16, die zwischen dem Ventilelement 15 und einem Ventilbodenelement 50 angeordnet ist, um das Ventilelement 15 in einer durch einen Pfeil A angezeigten Richtung stark vorzuspannen, einer im Wesentlichen flachen Membran 17 aus NBR oder dergleichen, die in einem oberen Abschnitt des Ventilgehäuses 12 befestigt ist, einem Schaft 18, der die Membran 17 und das Ventilelement 15 verbindet, einem Vorsprung 19 mit einem im Wesentlichen T-förmigen Querschnitt, der an der Spitze des Schaftes 18 angeordnet ist, einer Membranrückhaltefeder 20, die zwischen dem Vorsprung 19 und der Membran 17 angeordnet ist und die Membran 17 stark vorspannt, und einer Membranrückhalteplatte 21, die die Membran 17 am Ort in Zusammenwirkung mit dem Ventilgehäuse 12 zurückhält. Ein Loch 22 ist durch eine Seitenwand der Membranrückhalteplatte 21 gebildet, um Atmosphärenluft in eine Atmosphärendruckkammer 23 zu führen, die zwischen der Membran 17 und der Membranrückhaltplatte 21 definiert ist.
Der Anregungsabschnitt 14 besteht aus einer Anregungsspule 24, einem Kolben 25, der für eine Bewegung in einer durch einen Pfeil B angezeigten Richtung durch einen Hub entsprechend einer an die Anregungsspule 24 angelegten Strommenge angeordnet ist, einer Justageschraube 26 zum Justieren des Hubs des Kolbens 25 innerhalb eines vorbestimmten erlaubten Bereichs, einer oberen Abdeckung 27, die an der Justrierschraube 26 schraubbefestigt ist, einer oberen Kolbenfeder 28, die zwischen der Justageschraube 26 und dem Kolben 25 angeordnet ist, zum Vorspannen des Kolbens 25 in einer durch einen Pfeil C angezeigten Richtung und einer unteren Kolbenfeder 29, die zwischen dem Kolben 25 und der Membranrückhalteplatte 21 angeordnet ist, zum Vorspannen des Kolbens 25 in einer durch einen Pfeil D angezeigten Richtung.
Entsprechend dem wie oben ausgebildeten Steuerventil 7 wird der Kolben 25, wenn die Anregungsspule 24 angeregt wird, nach unten durch eine Anziehungskraft verschoben, die von der Anregungsspule 24 entsprechend der daran angelegten Strommenge, gegen die Vorspannungskraft der unteren Kolbenfeder 29 verschoben, und folglich bewegt sich das Ventilelement 15 nach unten mittels des Schaftes 18, um das Ventil zu öffnen, wodurch der gasförmige Kraftstoff von der Einlassöffnung 10 zur Auslassöffnung 11 fließt. Mit anderen Worten ändert sich der Hub des Kolbens von seiner anfänglichen Position entsprechend der angelegten Strommenge, und daher fließt der gasförmige Kraftstoff aus der Auslassöffnung 11 mit einer Fließgeschwindigkeit linear proportional zur angelegten Strommenge. Genauer gesagt, kommuniziert die Atmosphärendruckkammer 23 permanent mit der Atmosphäre über das Loch 22, und folglich wird ihr Innendruck immer bei Atmosphärendruck gehalten. Wenn daher der Druck des durch die Einlassöffnung 10 einfließenden gasförmigen Kraftstoffs ansteigt, wird die Membran 17 nach oben verschoben, und folglich wird das Ventilelement 15, das mit der Membran 17 über den Schaft 18 verbunden ist, ebenfalls nach oben verschoben, wodurch das Ventilelement 15 sich in der Schließrichtung des Ventils bewegt. Wenn andererseits der Druck des gasförmigen Kraftstoffs abnimmt, wird die Membran 17 nach unten verschoben, und folglich wird das Ventilelement 15 auch nach unten verschoben, wodurch das Ventilelement 15 sich in Öffnungsrichtung des Ventils bewegt. Auf diese Weise bilden die Membran 17 und die Membranrückhalteplatte 21 zusammen eine Druckregeleinrichtung, die den Druck des aus dem Steuerventil 7 fließenden gasförmigen Kraftstoffs auf einen fast konstanten Wert steuert. Mit Hilfe der obigen Konstruktion kann der Druck des der Maschine zu liefernden gasförmigen Kraftstoffs auf einen fast konstanten Wert gesteuert werden, ohne einen Druckregler zu verwenden. Im Ergebnis kann das Steuersystem auf einen Druckregler verzichten, was zur Vereinfachung und Miniaturisierung des Systems führt.
Ein Kurbelwinkel (CRK)-Sensor 30 und ein Zündimpulsgeber 31 sind in gegenüberliegender Beziehung zu einer nicht gezeigten Kurbelwelle der Maschine 1 angeordnet. Der CRK-Sensor 30 erzeugt einen Signalimpuls (im Folgenden als „der CRK-Signalimpuls" bezeichnet) an der oberen Todmittenposition der Maschine und liefert den CRK-Signalimpuls an die ECU 8. Der Zündimpulsgeber 31 erzeugt Zündsignalimpulse bei vorbestimmten Kurbelwinkeln und liefert die Zündsignalimpulse an die ECU 8.
Eine Zündeinrichtung 32 ist mit der ECU 8 verbunden, um ihre Zündzeiten durch einen Befehl von der ECU 8 zu steuern. Ein Startermotor 33 ist antriebsmäßig mit der Maschine 1 verbunden, um diese zu starten.
Ein linearer Ausgangs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (im Folgenden als „der LAF-Sensor" bezeichnet) 35 ist in einem Abgasrohr 34 der Maschine 1 angeordnet, um die Sauerstoffkonzentration in den Abgasen von der Maschine zu detektieren und ein elektrisches Signal, das die gemessene Sauerstoffkonzentration angibt, an die ECU 8 zu liefern.
Die ECU 8 besteht aus einer Eingangsschaltung mit den Funktionen Formen der Wellenformen von Eingangssignalen von verschiedenen Sensoren, beispielsweise von den oben genannten, Verschieben der Spannungspegel der Sensorausgangssignale auf einen vorbestimmten Pegel, Konvertieren von Analogsignalen von Analogausgangssensoren in digitale Signale und so weiter, einer zentralen Verarbeitungseinheit (im Folgenden als „die CPU" bezeichnet), einer Speichereinrichtung, die verschiedene Betriebsprogramme speichert, welche von der CPU ausgeführt werden, und zum Speichern von Ergebnissen von Berechnungen davon, und einer Ausgangsschaltung, die Treibersignale zu dem Schaltventil 6, dem Steuerventil 7 etc. ausgibt. Weiterhin berechnet die ECU 8 ein Zeitintervall ME der Erzeugung von CRK-Signalimpulsen, um die Maschinendrehzahl NE zu berechnen, welche der Reziprokwert des ME-Wertes ist.
Die ECU 8 detektiert eine Kurbelwinkelgeschwindigkeit der Maschine 1 aus den oben genannten CRK-Signalimpulsen und bestimmt den Verbrennungszustand der Maschine 1 auf der Basis einer Änderung in der Kurbelwinkelgeschwindigkeit.
Genauer gesagt, fällt, wie in 4A gezeigt ist, die momentane Drehzahl der Maschine 1, d.h. die momentane Kurbelwinkelgeschwindigkeit, auf einen tiefsten Wert bei oder in der Nähe einer Kurbelwinkelposition, wo ein Zünd-Signalimpuls erzeugt wird, aufgrund des Kompressionswiderstands der der Maschine 1 gelieferten Mischung. Danach steigt die momentane Kurbelwinkelgeschwindigkeit aufgrund der Beschleunigung der Kurbelwelle an, die durch einen Anstieg im Gasdruck bei der Verbrennung verursacht wird. Wenn jedoch die Maschine 1 eine irreguläre Verbrennung durchmacht, fällt die Kurbelwinkelgeschwindigkeit unter einen Wert, der bei normaler Verbrennung angenommen wird. Wenn daher eine vorbestimmte Zeitperiode t von der Erzeugung eines Zündsignalimpulses vergangen ist, bei der die Kurbelwinkelgeschwindigkeit, wie man annimmt, fast den maximalen Wert erreicht, wird die Kurbelwinkelgeschwindigkeit abgetastet und gehalten, und die Differenz ΔTREV zwischen den so gehaltenen Werten in angrenzenden Zyklen wird berechnet, um den Verbrennungszustand der Maschine 1 zu bestimmen. Das heißt, wenn die Differenz ΔTREV kleiner als ein vorbestimmter Referenzwert MFREF ist, wird bestimmt, dass die Maschine 1 in einem normalen Verbrennungszustand ist, wohingegen, wenn die Differenz ΔTREV größer als der vorbestimmte Referenzwert MFREF ist, bestimmt wird, dass die Maschine 1 in einem irregulären Verbrennungszustand ist. Wenn weiterhin die Differenz ΔTREV größer als ein vorbestimmter Fehlzündungsbestimmungswert MFH ist, wird bestimmt, dass die Maschine 1 eine Fehlzündung durchmacht.
Das Steuersystem für die Gasmaschine berechnet einen optimalen Zündzeit-Vorauswert θIGY auf der Basis der Maschinendrehzahl NE und des Überschussluftverhältnisses λ und korrigiert, wenn die Betriebsbedingung der Maschine 1 in einen Magergrenzbereich eintritt, den optimalen Zündzeit-Vorauswert θIGY auf einen verzögerten Wert, wodurch die Maschinenleistung durch Steuern der Zündzeit auf der Basis des so korrigierten Zündzeit-Vorauswertes θIG gesteuert wird.
Genauer gesagt, kann, wie oben ausgeführt, in einer Gasmaschine, welche einen gasförmigen Kraftstoff wie z.B. LPG verwendet, die Maschinenleistung auf der Basis nur der gasförmigen Kraftstoffmenge gesteuert werden, wenn das Überschussluftverhältnis λ des Gases kleiner ist als etwa 1,6. Wenn jedoch das Überschussluftverhältnis λ 1,6 übersteigt, erhöht sich die Fehlzündungsrate der Maschine drastisch, wie in 1 gezeigt ist, was zu Fluktuationen in der Maschinenrotation und zu einem scharfen Anstieg in der Emissionsmenge von unverbrannten Gaskomponenten führt. Das heißt, ein Anstieg in der Fehlzündungsrate bewirkt eine Abnahme in der Maschinenleistung, und dadurch kann die Maschinenleistung nicht stabil über einen weiten Bereich der Maschinenlast von einem unbelasteten Zustand zu einem maximalen Maschinenleistungsbereich auf der Basis nur der Steuerung der gasförmigen Kraftstoffmenge Q gesteuert werden.
In diesem Zusammenhang sind der Zündzeit-Vorauswert θIG und die Maschinenleistung η in der Beziehung, wie sie in 5 (vorausgesetzt, dass λ = 1,6) gezeigt ist. Wie aus der Figur klar ist, kann die Maschinenleistung η entlang solch einer parabolischen Kurve dargestellt werden, dass der η-Wert das Maximum wird, wenn der Zündzeit-Vorauswert θIG den optimalen Zündzeit-Vorauswert θIGY (z.B. 45° BTDC) annimmt, und moderat abnimmt, wenn sich der θIG-Wert in Richtung der vergrößerten Seite oder verzögerten Seite verschiebt. Daher kann die Maschinenleistung η progressiv verringert werden, indem der θIG-Wert auf einen geeigneten Wert verzögert wird, der von dem optimalen Zündzeit-Vorauswert θIGY (z.B. 45° BTDC) zu einem geringeren Grenzzündzeit-Vorauswert θIGX (z.B.– 10° BTDC) reicht, bei dem die Maschinenleistung η 0% wird. So kann die Maschinenleistung η kontinuierlich und stabil von der unbelasteten Bedingung zum maximalen Ausgangsleistungsbereich gesteuert werden. Der von der ECU 8 ausgeführte Steuerbetrieb wird nun im Folgenden beschrieben.
Besonders gemäß der Erfindung im Hinblick auf die Tatsache, dass die Maschinenleistung (thermischer Wirkungsgrad) sich mit einer Änderung in der Zündzeit in einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereich stark ändert, wo das Überschussluftverhältnis λ größer als zum Beispiel 1,6 ist, wird die Zündzeit um eine vorbestimmte Menge verzögert, während das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung unverändert gehalten wird, d.h., bei dem mageren Grenzwert (z.B. λ = 1,6) gehalten wird, um so die Maschinenleistung progressiv zu verringern, um dadurch den steuerbaren Bereich der Maschinenleistung zu vergrößern, d.h. den Maschinenleistungsbereich, innerhalb dem die Maschinenleistung stabil gesteuert werden kann.
6 zeigt eine Hauptroutine zum Steuern der gasförmigen Kraftstoffmenge, welche ausgelöst wird, wenn ein vollständiger Explosionszustand der Maschine 1 detektiert wird, z.B. wenn die Maschinendrehzahl NE eine Kurbelgeschwindigkeit, z.B. 800 Upm, während des Startbetriebs der Maschine übersteigt.
Wenn das vorhandene Programm gestartet wird, werden die Maschinendrehzahl NE (berechnet von dem Ausgangssignal von dem CRK-Sensor 29) und das Überschussluftverhältnis λ (berechnet von dem Ausgangssignal von dem LAF-Sensor 34) bei einem Schritt S1 gelesen. Dann wird ein θIGY-Kennfeld gelesen, um den optimalen Zündzeit-Vorauswert θIGY entsprechend der Maschinendrehzahl NE und dem Überschussluftverhältnis λ, d.h. den Betriebsbedingungen der Maschine, bei einem Schritt S2 zu bestimmen.
Das θIGY-Kennfeld wird gesetzt, z.B. wie in 7 gezeigt ist, derart, dass Kennfeldwerte θIGY (00, 00) bis θIGY (16, 19) in einer Weise entsprechend vorbestimmten Werten NE00 bis NE19 der Maschinendrehzahl NE und vorbestimmten Werten λ00 bis λ16 des Überschussluftverhältnisses λ vorgesehen sind. Der optimale Zündzeit-Vorauswert θIGY wird bestimmt auf der Basis der Betriebsbedingung der Maschine, indem aus dem θIGY-Kennfeld gelesen wird.
Bei einem Schritt S3 wird die Zündzeitsteuerung ausgeführt, indem eine Zündzeit-Steuerroutine, die im folgenden beschrieben wird, ausgeführt wird, und bei einem Schritt S4 wird bestimmt, ob die Maschinendrehzahl NE höher als ein höherer Grenzwert NEHLT (z.B. 4000 Upm) ist oder nicht, welcher die maximal erlaubte Drehzahl ist. Wenn die Maschinendrehzahl NE den höheren Grenzwert NEHLT übersteigt, wird die Maschine 1 bei einem Schritt S5 gestoppt, gefolgt von der Beendigung des vorliegenden Programms.
Wenn andererseits die Antwort auf die Frage des Schrittes S4 negativ (nein) ist, z.B. wenn die Maschinendrehzahl NE kleiner als der höhere Grenzwert NEHLT ist, geht das Programm zu einem Schritt S6 weiter, bei dem bestimmt wird, ob die Maschinendrehzahl NE höher als eine vorbestimmte Drehzahl NEX (z.B. 2500 Upm) ist oder nicht, welche geringer als der höhere Grenzwert NEHLT ist. Wenn die Antwort bestätigend (ja) ist, wird die Ventilöffnung der Steuerventils 7 kleiner gemacht, um die gasförmige Kraftstoffmenge Q derart zu verringern, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung magerer bei einem Schritt S7 wird, gefolgt von dem Programmrücksprung zum Schritt S1.
Wenn die Antwort auf die Frage des Schrittes S6 negativ (nein) ist, d.h., wenn die Maschinendrehzahl NE kleiner als die vorbestimmte Drehzahl NEX ist, schreitet das Programm weiter zu einem Schritt S8, bei dem bestimmt wird, ob das Überschussluftverhältnis λ gleich oder größer als 1 ist, was bedeutet, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung einen stöchiometrischen Wert erreicht hat oder magerer als dieser ist, oder nicht. Wenn die Antwort negativ (nein) ist, d.h., wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung fetter als der stöchiometrische Wert ist, wird bei dem Schritt S7 die gasförmige Kraftstoffmenge Q verringert, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung in der mischungsmageren Richtung zu steuern, gefolgt von dem Programmrücksprung zum Schritt S1. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Schwellenwert des Überschussluftverhältnisses λ, wie oben ausgeführt, auf 1 gesetzt, da ein befriedigender Verbrennungszustand erreicht werden kann, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf den stöchiometrischen Wert gesteuert wird, da der Kraftstoff in einer Gasphase vorliegt, und daher braucht das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung nicht weiter angefettet zu werden.
Wenn andererseits die Antwort bei dem Schritt S8 bejahend (ja) ist, d.h., wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung nicht fetter als der stöchiometrische Wert ist, wird bei einem Schritt S9 die gasförmige Kraftstoffmenge Q gesteigert, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung in die mischungsangefettete Richtung zu verschieben,, gefolgt vom Programmrücksprung zum Schritt S1.
8 zeigt Detaills der Routine zum Ausführen der Zündzeitsteuerung, welche bei dem Schritt S3 in 6 ausgeführt wird. Zuerst wird bei einem Schritt S11 die Änderung ΔTREV in der Drehzahl der Kurbelwelle gemessen, und es wird bei einem Schritt S12 bestimmt, ob ein Kennzeichen FMF auf „1" gesetzt ist oder nicht. Das Kennzeichen FMF wird durch eine nicht gezeigte Routine derart gesetzt, dass es auf „0" gesetzt ist, wenn die Änderung ΔTREV unterhalb des vorbestimmten Referenzwertes MFREF liegt, was bedeutet, dass die Maschine 1 keine irreguläre Verbrennung durchmacht, wohingegen es auf „1" gesetzt wird, wenn die Änderung ΔTREV den vorbestimmten Referenzwert MFREF übersteigt, was bedeutet, dass die Maschine 1 eine irreguläre Verbrennung durchmacht. Daher wird bei dem Schritt S12 eine Bestimmung, ob die Maschine 1 eine irreguläre Verbrennung durchmacht oder nicht, auf der Basis der Änderung ΔTREV gemacht. Wenn bestimmt wird, dass das Kennzeichen FMF auf „1" gesetzt ist, was anzeigt, dass die Maschine 1 eine irreguläre Verbrennung durchmacht, wird geurteilt, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung gleich oder magerer als der Magergrenzwert ist, und dann schreitet das Programm weiter zu einem Schritt S13.
Bei dem Schritt S13 wird bestimmt, ob ein vorhandener Wert des Zündzeit-Vorauswertes θIG größer als der untere Grenzwert θIGX (z.B. –10° TDC) ist oder nicht. Wenn die Antwort bejahend (ja) ist, wird der Zündzeit-Vorauswert θIG um einen vorbestimmten Winkel θIGR (z.B. 1°) verringert, um einen neuen Wert des Zündzeit-Vorauswertes θIG zu berechnen, um die Zündzeit bei einem Schritt S14 zu verzögern, gefolgt vom Programmrücksprung zur Hauptroutine der 6.
Wenn die Antwort auf die Frage des Schrittes S13 negativ (nein) ist, d.h., wenn der Zündzeit-Vorauswert θIG unterhalb des unteren Grenzwertes θIGX liegt, wird der Zündzeit-Vorauswert θIG um einen vorbestimmten Winkel θIGA (z.B. 1°) erhöht, um einen neuen Wert des Zündzeit-Vorauswertes θIG zu berechnen, um die Zündzeit bei einem Schritt S16 vorzustellen, gefolgt vom Programmrücksprung zur Hauptroutine der 6.
Wenn andererseits die Antwort auf die Frage des Schrittes S12 negativ (nein) ist, d.h., wenn die Maschine 1 keine irreguläre Verbrennung durchmacht, schreitet das Programm weiter zu einem Schritt S15, bei dem bestimmt wird, ob der vorhandene Wert des Zündzeit-Vorauswertes θIG kleiner als der optimale Zündzeit-Vorauswert θIGY (z.B. 45° BTDC) ist oder nicht. Wenn die Antwort bejahend (ja) ist, wird der Zündzeit-Vorauswert θIG um den vorbestimmten Winkel θIGA (z.B. 1°) erhöht, um einen neuen Wert des Zündzeit-Vorauswertes θIG zu berechnen, um die Zündzeit bei einem Schritt S16 vorzustellen, gefolgt vom Programmrücksprung zur Hauptroutine der 6.
Wenn die Antwort auf die Frage des Schrittes S15 negativ (nein) ist, schreitet das Programm weiter zum Schritt S14, um den Zündzeit-Vorauswert θIG um den vorbestimmten Winkel θIGR (z.B. 1°) zu verringern, um einen neuen Wert des Zündzeit-Vorauswertes θIG zu berechnen, um die Zündzeit zu verzögern, gefolgt vom Programmrücksprung zur Hauptroutine der 6.
In dem oben beschriebenen Weg wird die Zündzeitsteuerung, wenn die Maschine 1 in einem Bereich betrieben wird, wo keine irreguläre Verbrennung stattfindet, so ausgeführt, dass der Zündzeit-Vorauswert θIG auf den optimalen Zündzeit-Vorauswert θIGY gebracht wird, und gleichzeitig wird die gasförmige Kraftstoffmenge Q gemäß Betriebsbedingungen der Maschine gesteuert. Kurz gesagt wird die Maschinenleistung im Wesentlichen durch die Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung allein gesteuert.
Wenn andererseits das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleich oder magerer als der Magergrenzwert wird, bei dem die Maschine 1 eine irreguläre Verbrennung durchmachen kann, wird die Maschinenleistung durch Verzögern der Zündzeit gesteuert, während die Maschine mit einer fast konstanten Menge an gasförmigem Kraftstoff beliefert wird, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung bei dem Magergrenzwert (z.B. λ=1,6) zu halten. Genauer gesagt, wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform, sogar wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis den Magergrenzwert erreicht, bei dem die Maschine 1 eine irreguläre Verbrennung durchmachen kann, gasförmiger Kraftstoff mit einer fast konstanten Rate zur Maschine 1 geliefert. Mit Hilfe der Zufuhr der nahezu konstanten Kraftstoffmenge erhöht sich die Maschinendrehzahl, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung fetter mit einer Abnahme in der Maschinendrehzahl wird. Wenn umgekehrt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung magerer mit einem Anstieg in der Maschinendrehzahl wird, nimmt die Maschinendrehzahl ab. Daher wird die Maschinendrehzahl ständig aufrecht erhalten, was es möglich macht, die Maschinendrehzahl zu stabilisieren, sogar wenn die Maschinenleistung so gesteuert wird, dass eine irreguläre Verbrennung eliminiert wird.
Während bei der herkömmlichen Gasmaschine, bei der die Lufteinlassmenge durch ein im Einlasssystem angeordnetes Drosselventil gesteuert wird, eine irreguläre Verbrennung auftreten kann, um eine unstetige Maschinendrehzahl und ein Maschinenanhalten zu bewirken, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Lieferung einer nahezu konstanten Menge Q an gasförmigem Kraftstoff an die Maschine die Maschinendrehzahl ständig aufrecht erhalten, wobei sogar das Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei dem Magergrenzwert gehalten wird. Daher kann die Maschinenleistung kontinuierlich und stabil sogar in einem niedrigen Leistungsbereich gesteuert werden, indem der Zündzeit-Vorauswert θIG auf die verzögerte Seite korrigiert wird, während die Maschinendrehzahl in einer ruhigen Bedingung gehalten wird.
9 zeigt die Beziehung zwischen dem Überschuss-Luftverhältnis λ und dem Zündzeit-Vorauswert θIG und der Maschinenleistung η sowie die Beziehung zwischen dem Überschuss-Luftverhältnis λ und dem Zündzeit-Vorauswert θIG und der Emissionsmenge von HC.
Wie man aus der Figur lernt, wird die Maschinenleistung, bevor das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Überschuss-Luftverhältnis λ) den Magergrenzwert (Überschuss-Luftverhältnis λ = 1,6), wie durch einen Punkt A angezeigt ist, erreicht, durch die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung gesteuert, die ausgeführt wird, indem die Fließgeschwindigkeit des gasförmigen Kraftstoffs gesteuert wird, während die Zündzeit auf den optimalen Zündzeit-Vorauswert θIGY gesteuert wird. Nachdem andererseits das Luft/Kraftstoff-Verhältnis den Magergrenzwert erreicht, wird die Zündzeit auf die vorauseilende oder verzögerte Seite korrigiert, um dadurch die Maschinenleistung sogar in einem niedrigen Leistungsbereich zu steuern, wobei die Maschinendrehzahl in einem ruhigen Zustand aufrecht erhalten wird. Auf diese Weise kann der steuerbare Bereich der Maschinenleistung von einem unbelasteten Bereich bis zu einem maximalen Leistungsbereich vergrößert werden. Zusätzlich findet, sogar wenn die Maschinenleistung so gesteuert wird, eine Kraftstoffverbrennung ohne irgendeine Behinderung statt, wodurch ein drastischer Anstieg in der Emissionsmenge von HC in dem niedrigen Leistungsbereich, wie durch die gebrochene Linie in 8 angedeutet ist, verhindert werden kann.
Wie oben beschrieben, kann die Maschinenleistung gemäß dem Steuersystem der Erfindung, wenn die Maschine sich in einem normalen Betriebszustand befindet, durch Ändern der gasförmigen Kraftstoffmenge Q gesteuert werden. Wenn andererseits das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung gleich oder magerer als der Magergrenzwert wird, wird die Zündzeit um den vorbestimmten Winkel verzögert, um dadurch die Maschinenleistung progressiv zu verringern, während das Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei dem Magergrenzwert (z.B. λ = 1,6) aufrecht erhalten wird. So kann die Maschinenleistung stabil sogar in dem niedrigen Leistungsbereich ohne Auftreten von irregulärer Verbrennung gesteuert werden, während die Maschinendrehzahl NE mittels Rückkopplung auf einen vorgesetzten Wert gesteuert wird, um einen fast konstanten Geschwindigkeitsbetrieb der Maschine aufrecht zu erhalten. Daher kann die Maschinenleistung über einen weiten Bereich der Maschinenlast von einem nicht belasteten Bereich zu einem maximalen Maschinenleistungsbereich gesteuert werden. Außerdem trägt die verzögerte Zündzeit, solange wie das Luft/Kraftstoff-Verhältnis das gleiche bleibt, zur Verringerung in der Emissionsmenge von NOx bei, wodurch ein niedriger NOx-Betrieb der Maschine in einem niedrigen Leistungsbetriebsbereich erreicht werden kann.
Weiterhin wird die obige Steuerung durch das Steuerventil (elektromagnetisches Proportionalventil) 7 ausgeführt, welches die Funktion hat, den Druck des gasförmigen Kraftstoffes zu regeln, und daher braucht der der Maschine zu liefernde gasförmige Kraftstoffdruck nicht durch einen unabhängigen Druckregler, wie z.B. einen Nullpunktregler, geregelt zu werden, was von der Verwendung des Druckreglers befreit, was zur Vereinfachung und Miniaturisierung des Systems führt. Außerdem ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Gasdüse 9 in einer lösbaren Weise vorgesehen, so dass, sogar wenn die Art des zu verwendenden gasförmigen Kraftstoffes geändert wird, nur die Gasdüse 9 durch eine andere, welche mit der neuen Art des gasförmigen Kraftstoffes konform ist, ausgetauscht werden muss, was es möglich macht, die oben beschriebene Steuerung auf verschiedene Arten von gasförmigem Kraftstoff anzuwenden.
10 zeigt schematisch die gesamte Anordnung einer Gasmaschine und eines Steuersystems dafür gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform nur dadurch, dass ein Nullpunktregler 60 als ein Druckregler über das Kraftstoffzufuhrrohr 4 an einer Stelle stromabwärts der unter Druck stehenden Gasquelle 5 und stromaufwärts des Schaltventils 6, das identisch mit dem in 2 ist, angeordnet ist, wobei die Gasdüse 10 in 2 ausgelassen ist, und ein Steuerventil 7' hat eine darin eingebaute variable Öffnungsdüse (nicht gezeigt), deren Öffnungsbereich gesteuert wird, um mit der Maschinendrehzahl NE und dem Überschussluftverhältnis λ verändert zu werden. Sonst ist das System gemäß der zweiten Ausführungsform in Aufbau und Anordnung identisch mit der ersten Ausführungsform. Daher sind in 10 Elemente und Teile, die denen in der ersten Ausführungsform entsprechen, mit identischen Bezugsziffern bezeichnet, wobei ihre Beschreibung ausgelassen ist.
Der Nullpunktregler 60 regelt den Druck des gasförmigen Kraftstoffes auf einen vorbestimmten konstanten Wert, welcher etwas höher als der Atmosphärendruck ist, und der gasförmige Kraftstoff wird mit dem so geregelten Druck in die Maschine 1 durch das Schaltventil 6, das Steuerventil 7' und das Einlassrohr 2 gezogen.
Weiterhin kann gemäß der Erfindung die Maschinenleistung durch Ausführen der in 6 gezeigten Steuerung der gasförmigen Kraftstoffmenge und der in 8 gezeigten Zündzeitsteuerung stabil sogar in einem niedrigen Leistungsbereich durch einen fast konstanten Geschwindigkeitsbetrieb der Maschine gesteuert werden, wo die Maschinendrehzahl mittels Rückkopplung auf einen vorgesetzten Wert gesteuert wird, wobei eine irreguläre Verbrennung in dem niedrigen Leistungsbereich vermieden wird. Das heißt, die Maschinenleistung kann stabil über einen weiten Bereich der Maschinenlast von einem nicht belasteten Bereich zu einem maximalen Maschinenleistungsbereich gesteuert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt, sondern verschiedene Modifikationen davon können möglich sein. Zum Beispiel wird in den obigen Ausführungsformen das Überschuss-Luftverhältnis λ berechnet, indem die Sauerstoffkonzentration mittels des LAF-Sensors 16 detektiert wird. Da jedoch die Einlassluftmenge nicht durch ein Drosselventil gesteuert wird, ist sie fast konstant. Daher kann das Überschuss-Luftverhältnis λ von der gasförmigen Kraftstoffmenge Q und der Maschinendrehzahl NE geschätzt werden, und folglich kann der LAF-Sensor 16 ausgelassen werden.
Zusätzlich wird die Zündzeit auf die vorauseilende oder verzögerte Seite bei dem Schritt S12 korrigiert, abhängig von dem Vorhandensein/Fehlen von irregulärer Verbrennung. Ob jedoch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung gleich oder magerer als der Magergrenzwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ist, kann von dem Überschuss-Luftverhältnis λ abgeschätzt werden, und weiterhin kann die Zündzeit groß verzögert werden, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis einen Wert unmittelbar vor dem Magergrenzwert annimmt. Das heißt, die Zündzeit kann durch die Verwendung eines Zündzeitkennfeldes ähnlich dem, das in 5 gezeigt ist, bestimmt werden, anstatt die Bestimmung der irregulären Verbrennung und der Voraus- und Verzögerungssteuerung der Zündzeit auszuführen.

Claims

Steuersystem für einen Verbrennungsmotor mit einer unter Druck stehenden gasförmigen Kraftstoffquelle, einer Kraftstoffzufuhrpassage, die mit der unter Druck stehenden gasförmigen Kraftstoffquelle verbunden ist, einem Steuerventil, das über der Kraftstoffzufuhrpassage angeordnet ist, zum Regeln der gasförmigen Kraftstoffmenge, die von der unter Druck stehenden gasförmigen Kraftstoffquelle geliefert wird, und einer Einlasspassage, in welcher der gasförmige Kraftstoff, dessen Menge von dem Steuerventil geregelt worden ist, mit Einlassluft gemischt wird und dem Motor als eine Luft/Kraftstoff-Mischung zugeführt wird, wobei das System dadurch charakterisiert ist, dass es weiter umfasst: eine Gasdüse, die in der Kraftstoffzufuhrpassage an einer Stelle stromabwärts des Steuerventils in einer lösbaren Weise vorgesehen ist, zum Einspritzen von gasförmigem Kraftstoff in die Einlasspassage; wobei das Steuerventil durch ein elektromagnetisches Ventil gebildet ist, das den Druck des dem Motor zuzuführenden gasförmigen Kraftstoffes abhängig von der daran anliegenden Strommenge steuern kann, ohne von dem Druck des von der unter Druck stehenden gasförmigen Kraftstoffquelle gelieferten gasförmigen Kraftstoffes abzuhängen.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das elektromagnetische Ventil ein elektromagnetisches Proportionalventil ist.
Steuersystem nach Anspruch 2, wobei das elektromagnetische Proportionalventil einen Ventilabschnitt zum Regeln der durch das elektromagnetische Proportionalventil fließenden gasförmigen Kraftstoffmenge, ein Ventilgehäuse, in welchem der Ventilabschnitt untergebracht ist, eine Anregungseinrichtung, die nahe dem Ventilgehäuse angeordnet ist und betriebsmäßig mit dem Ventilabschnitt verbunden ist, zum Steuern des Betriebs des Ventilabschnittes und eine Druckregeleinrichtung, die in dem Ventilabschnitt vorgesehen ist, zum Regeln des Druckes des dem Motor zuzuführenden gasförmigen Kraftstoffes auf der Basis des Druckes des durch das elektromagnetische Proportionalventil fließenden gasförmigen Kraftstoffes umfasst.
Steuersystem nach Anspruch 1, das einschließt: eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuereinrichtung zum Steuern eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der dem Motor zuzuführenden Luft/Kraftstoff-Mischung durch Regeln der gasförmigen Kraftstoffmenge durch das Steuerventil; eine Betriebsbedingung-Detektiereinrichtung zum Detektieren von Betriebsbedingungen des Motors; eine Zündzeit-Berechnungseinrichtung zum Berechnen der Zündzeit des Motors auf der Basis der Betriebsbedingungen, die von der Betriebsbedingung-Detektiereinrichtung detektiert werden; und eine Zündzeit-Korrektureinrichtung zum Steuern der Leistung des Motors durch Korrigieren der Zündzeit des Motors, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung in einem vorbestimmten mageren Grenzbereich liegt.
Steuersystem nach Anspruch 4, wobei kein Drosselventil zum Steuern einer Einlassluftmenge in der Einlasspassage des Motors angeordnet ist.
Steuersystem nach Anspruch 4 oder 5, das eine Drehzahl-Detektiereinrichtung, die einen Teil der Betriebsbedingung-Detektiereinrichtung bildet, zum Detektieren der Drehzahl des Motors, eine Verbrennungszustand-Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Verbrennungszustandes des Motors auf der Basis einer Änderung der Drehzahl des Motors, die von der Drehzahl-Detektiereinrichtung detektiert wird, und eine Magergrenzbereich-Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung in dem vorbestimmten mageren Grenzbereich liegt oder nicht, auf der Basis des Verbrennungszustandes, der von der Verbrennungszustand-Bestimmungseinrichtung bestimmt wird, einschließt.
Steuersystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Luft/Kraftstoff-Mischung in dem vorbestimmten mageren Grenzbereich liegt, die Zündzeit-Korrektureinrichtung die Leistung des Motors durch Verzögern der Zündzeit des Motors verringert.