JPH09264168A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関に対し、簡単な構造で排ガスを浄化
することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供する
こと。 【解決手段】 汎用エンジン１の吸気管３に燃料供給部
５及びベンチュリ部７からなるキャブレタ９が取り付け
られ、排気管１１に酸素センサ１３が取り付けられてい
る。燃料供給部５は、フロート室２３と、フロート室２
３とベンチュリ部７とを連通して燃料を吸気管３内に供
給するノズル２５と、フロート室２３と吸気管３のスロ
ットル弁２７より上流側の位置とを連通する大気圧導入
路２９と、フロート室２３とスロットル弁２７及びノズ
ル２５の間の位置とを連通する負圧導入路３１とを備え
ている。大気圧導入路２９及び負圧導入路３１には、絞
り２９ａ，３１ａが配置されている。大気圧導入路２９
には、その経路を開閉の２位置に制御する電磁弁１９が
配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関、特に小
型船舶、小型発電機、芝刈機等に使用される汎用エンジ
ン等、燃料を供給する方式としてキャブレターを用いる
内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば芝刈機には、小型で安
価な汎用エンジンが使用されている。一般に汎用エンジ
ンは、温度や流速があまり大きく変化しない排ガスを排
出するものであり、通常、複雑な電子制御装置を備えて
いない。

【０００３】この種の汎用エンジンは、例えば自動車用
エンジンに比べると構造が簡単であり、中にはバッテリ
ーを備えていないものもあるが、その扱いが容易なこと
から、各種の機器の駆動源として多く使用されている。
また、汎用エンジンでは、燃料を供給する方式として、
通常、フロート室から吸気マニホールド側に、差圧を利
用して燃料を供給するキャブレターを用いる方式が採用
されている。

【０００４】一方、自動車用エンジンに関しては、排ガ
スの基準が厳しく設定されているので、排ガス中の酸素
濃度を検出する酸素センサ等を使用して、排ガス中のＣ
ＯやＨＣ等を低減する制御が行われているが、芝刈機等
に使用されている汎用エンジンについては、特にその様
な制御が行われていないのが現状である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、近年では、
環境を良好に維持するという観点から、自動車用エンジ
ンに限らず、他の汎用エンジンに関しても、排ガスを浄
化してＣＯやＨＣ等を低減するために、排ガスの対策が
要求される様になっている。特に、この種の汎用エンジ
ンは、使用環境や使用条件は自動車用エンジンに比べて
限られており、一般的に小型で低価格なものが多いの
で、排ガス対策もできる限り簡単な装置で低コストで実
現できるものが望まれている。

【０００６】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れたものであり、内燃機関に対し、簡単な構造で排ガス
を浄化することができる内燃機関の空燃比制御装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の請求項１の発明は、フロート室内の燃料を、内燃機関
の吸気側に供給するキャブレター式の内燃機関の空燃比
制御装置において、排気側に取り付けられた酸素センサ
の出力に応じて、前記フロート室内の圧力を調節するこ
とにより、空燃比を制御することを特徴とする内燃機関
の空燃比制御装置を要旨とする。

【０００８】請求項２の発明は、前記フロート室内の圧
力を調節する手段として、前記酸素センサの出力に応じ
て前記フロート室に圧力を導入する経路を開閉制御する
電磁弁を用いたことを特徴とする前記請求項１記載の内
燃機関の空燃比制御装置を要旨とする。

【０００９】請求項３の発明は、前記経路が、前記吸気
側の負圧を前記フロート室に導入する負圧導入路及び／
又は大気圧を前記フロート室に導入する大気圧導入路で
あることを特徴とする前記請求項２記載の内燃機関の空
燃比制御装置を要旨とする。

【００１０】請求項４の発明は、前記電磁弁が、前記吸
気側の負圧を前記フロート室に導入する負圧導入路と大
気圧を前記フロート室に導入する大気圧導入路とを切り
替えることを特徴とする前記請求項３記載の内燃機関の
空燃比制御装置を要旨とする。

【００１１】請求項５の発明は、前記空燃比の設定を、
前記経路の絞りの程度により行なうことを特徴とする前
記請求項２〜４のいずれか記載の内燃機関の空燃比制御
装置を要旨とする。請求項６の発明は、前記絞りの程度
の設定を、絞りノズルの径の設定により行なうことを特
徴とする前記請求項５記載の内燃機関の空燃比制御装置
を要旨とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】請求項１の発明では、排気側に取
り付けられた酸素センサの出力に応じてフロート室内の
圧力を調節することによって、空燃比を制御するので、
簡易な構成で好適に空燃比を制御することができる。

【００１３】つまり、フロート室内の圧力が高い場合に
は、フロート室内の圧力と例えば吸気マニホールド内の
負圧との差圧が大であるので、差圧が少ない場合と比べ
て多くの燃料が供給され、逆に、フロート室内の圧力が
低い場合には、フロート室内の圧力と吸気マニホールド
内の負圧との差圧が小さくなるので、燃料の供給量が少
なくなる。

【００１４】また、本発明では、キャブレター方式であ
るので、始動時にたとえ電源から必要な電気が供給され
ず、空燃比制御装置が作動しない場合でも、何等支障な
く内燃機関の始動及び暖機ができる。請求項２の発明で
は、フロート室内の圧力を調節する手段として、酸素セ
ンサの出力に応じてフロート室に圧力を導入する経路を
開閉制御する電磁弁を採用できる。

【００１５】つまり、電磁弁を、例えば酸素センサのリ
ーン又はリッチの信号に合わせてＯＮ／ＯＦＦ（開閉）
制御したり、或はデューティ制御することにより、フロ
ート室内の圧力を所望の値に調節することができる。請
求項３の発明では、電磁弁を、吸気側の負圧をフロート
室に導入する負圧導入路及び／又は大気圧をフロート室
に導入する大気圧導入路に設けることにより、フロート
室内の圧力の調節を行なうことができる。

【００１６】例えば電磁弁を大気圧導入路に設ける場合
には、大気圧の導入の程度を調節でき、一方、電磁弁を
負圧導入路に設ける場合には、負圧の導入の程度を調節
できるので、これにより、フロート室内の圧力の調節を
行なうことができる。尚、電磁弁を大気圧導入路に設け
る場合の方が、キャブレタの構造上電磁弁の取り付けが
容易である。

【００１７】請求項４の発明では、電磁弁により、吸気
側の負圧をフロート室に導入する負圧導入路と大気圧を
フロート室に導入する大気圧導入路とを切り替えること
により、フロート室内の圧力を調節することができる。
請求項５の発明では、負圧導入路及び大気圧導入路等の
経路の絞りの程度を決めることにより、目標とする空燃
比のレベルを設定することができる。

【００１８】例えば電磁弁が全開となっている場合に
は、フロート室内の圧力は、フロート室に流入又は流出
する空気の量によって決まるが、この空気の量は、当然
ながら空気が供給される経路の径等の状態（絞りの程
度）によって決まることになる。つまり、フロート室内
の圧力は、負圧導入路及び大気圧導入路等による絞りの
程度によって決まるので、燃料の供給の程度も決まり、
結果として、目標とする空燃比もこの絞りの程度によっ
て決まることになる。

【００１９】具体的には、図１に示す様に、フロート室
内の圧力が変化する場合に、負圧導入路の絞りの程度が
大きい（経路が狭い）ときは、（一点鎖線で示す様
に）圧力の下降時の傾斜が緩やかになり、燃料が多く供
給される期間が長くなって、結果として空燃比はリッチ
側に移動する。逆に、負圧導入路の絞りの程度が小さい
（経路が広い）ときは、（二点鎖線で示す様に）圧力
の下降時の傾斜が急になり、燃料が多く供給される期間
が短くなって、結果として空燃比はリーン側に移動す
る。一方、大気圧導入路の絞りの程度が大きい（経路が
狭い）ときは、（一点鎖線で示す様に）圧力の上昇時
の傾斜が緩やかになり、燃料が少なく供給される期間が
長くなって、結果として空燃比はリーン側に移動する。
逆に、大気圧導入路の絞りの程度が小さい（経路が広
い）ときは、（二点鎖線で示す様に）圧力の上昇時の
傾斜が急になり、燃料が少なく供給される期間が短くな
って、結果として空燃比はリッチ側に移動する。

【００２０】請求項６の発明では、絞りの程度の設定の
手段として、絞りノズルの径を設定する手段を採用でき
る。

【００２１】

【実施例】本発明の内燃機関の空燃比制御装置の実施例
について説明する。 ａ）まず、本実施例の例えば芝刈機等に使用されるキャ
ブレター式の汎用エンジンの空燃比制御装置（以下単に
空燃比制御装置と記す）の構成について説明する。

【００２２】図２に、本実施例の空燃比制御装置の概略
構成を示すが、本実施例では、汎用エンジン１の吸気管
３に、燃料供給部５及びベンチュリ部７からなるキャブ
レタ９が取り付けられるとともに、排気管１１に、酸素
センサ１３が取り付けられている。そして、この装置で
は、酸素センサ１３の信号を、センサ信号処理回路１５
で処理し、この処理結果に基づいて電磁弁駆動回路１７
から駆動信号を出力し、該駆動信号に基づいて燃料供給
部５の電磁弁１９を駆動し、燃料供給量を調節して空燃
比を制御する。

【００２３】以下各構成について詳細に説明する。酸素
センサ１３は、検出素子として、ジルコニア固体電解質
基板の両面に白金電極を設けた酸素濃淡電池を使用して
おり、その起電力がストイキにて急変するタイプのセン
サである。

【００２４】燃料供給部５は、燃料タンク（図示せず）
から供給される燃料をフロート２１の上下移動により調
節して蓄えるフロート室２３と、フロート室２３の底部
とベンチュリ部７とを連通して燃料を吸気管３内に供給
するノズル２５と、フロート室２３の（空気が存在す
る）上部と吸気管３のスロットル弁２７より上流側の位
置とを連通する大気圧導入路２９と、フロート室２３の
（空気が存在する）上部とスロットル弁２７及びノズル
２５の間の位置とを連通する負圧導入路３１とを備えて
いる。

【００２５】また、前記大気圧導入路２９及び負圧導入
路３１は、各々大気圧及び負圧を導入する経路であり、
この大気圧導入路２９及び負圧導入路３１は、各々所定
の開口径を有する絞り２９ａ，３１ａが配置されてい
る。更に、大気圧導入路２９には、その経路を開閉の２
位置に制御する前記電磁弁１９が配置されている。

【００２６】ｂ）次に、本実施例の空燃比制御装置の動
作について説明する。 図４に示す様に、酸素センサ１３の出力が基準値（例
えば０．６Ｖ）を挟んで、リッチ側及びリーン側を示す
値に変化すると、その変化に応じて電磁弁１９を開閉制
御する。

【００２７】具体的には、センサ出力がリッチを示す
と、電磁弁１９をＯＮして大気圧導入路２９を閉じ、逆
に、センサ出力がリーンを示すと、電磁弁１９をＯＦＦ
して大気圧導入路２９を開く。これにより、例えば大気
圧導入路２９を閉じると、負圧の導入の程度が高まるの
で、フロート室２３の圧力は徐々に低下し、逆に、大気
圧導入路３１を開くと、大気圧の導入の程度が高まるの
で、フロート室２３の圧力は徐々に上昇する。

【００２８】ここで、フロート室２３の圧力が高い状態
とは、フロート室２３の圧力とベンチュリ部７とにおけ
る差圧が大きくなって、多くの燃料がベンチュリ部７に
供給される状態であるので、燃料混合気の空燃比はリッ
チとなり、それにより、酸素センサ１３の出力もリッチ
を示すことになる。逆に、フロート室２３の圧力が低い
状態とは、前記差圧が小さくなって、燃料がベンチュリ
部７に供給される量が少なくなるので、燃料混合気の空
燃比はリーンとなり、それにより、酸素センサ１３の出
力もリーンを示すことになる。

【００２９】また、フロート室２３の圧力の上下動す
る速度（図４のグラフの傾斜）は、絞り２９ａ，３１ａ
の大きさによって決まっており、この絞り２９ａ，３１
ａにより、目標とする平均の空燃比（目標空燃比）が設
定される。尚、本実施例では、エンジン出力を安定化
し、且つ排気温度の上昇を防止するために、目標空燃比
はややリッチ側（例えば空燃比；Ａ／Ｆ＝１３〜１４）
に設定されている。

【００３０】例えば、負圧導入路３１の絞り３１ａの程
度を少なくすると（経路を広くする）、負圧を導入し易
くなるので、フロート室２３の圧力は、図４の一点鎖線
で示す様に、絞りの程度が大きな実線の場合と比べて急
速に低下する。それによって、酸素センサ１３のリッチ
を示す出力の期間が短くなるので、絞りの程度が大きな
場合と比べて平均の空燃比も（ストイキよりはリッチで
あるが）ややリーン方向に変化する。尚、絞り３１ａの
程度を大きくした場合には、逆に平均の空燃比はリッチ
方向となる。また、大気圧導入路２９の絞り２９ａの場
合は、負圧導入路３１の絞り３１ａと逆の働きをする。

【００３１】この様に、絞り２９ａ，３１ａにより予め
目標空燃比が設定された状態で、酸素センサ１３の出力
に応じて電磁弁１９を開閉制御することにより、目標空
燃比に制御できるのである。つまり、酸素センサ１３の
出力の状態、即ちリッチを示す期間及びリーンを示す期
間により空燃比が定まるので、上述した様に絞り２９
ａ，３１ａの程度を設定することにより、目標空燃比に
制御できるのである。

【００３２】更に、本実施例では、空燃比制御装置の
開始及び停止のタイミングは、次の様に設定されてい
る。 ・空燃比制御の開始 低温時（始動時）には、エンジン出力重視の観点から、
酸素センサ１３の検出素子１３ａが一定の温度に達する
までは、電磁弁１９による空燃比制御を実行しない。つ
まり、始動時には、目標空燃比よりリッチとなる初期設
定の固定値となる様に、電磁弁１９をＯＦＦして大気圧
導入路３１を全開とした状態で多くの燃料を供給する。
従って、この場合の空燃比は、絞り２９ａ，３１ａによ
り決定される。

【００３３】具体的には、ジルコニアの内部抵抗には温
度依存性があるので、図３の様な（電源１３ａ、抵抗１
３ｂ、チタニアからなる検出素子１３ｃの）回路構成に
すると、図５に示す様に、低温時にセンサ出力は低く高
温になるほどセンサ出力が低下するので、例えばセンサ
出力が１Ｖ以下となった場合には、始動から所定時間経
過して暖機状態となったと見なして、空燃比制御を開始
する。

【００３４】・空燃比制御の停止 負荷（スロットル開度）が１００％の近傍では、汎用エ
ンジン１が高負荷で駆動され、汎用エンジン１の温度が
高くなっているので、汎用エンジン１を冷やすために、
電磁弁１９による空燃比制御を実質的に行わない状態と
し、空燃比を初期設定のリッチ側にする。

【００３５】特に、本実施例では、負圧導入路３１の吸
気管３側の開口部３１ｂが、スロットル弁７と（ベンチ
ュリ部７の最も狭い位置に設定された）ノズル２５の開
口部ａとの間のスロットル弁７寄りに設けられている。
従って、負圧導入路３１から導入される負圧は、スロッ
トル弁７が開いてゆくに従って大気圧に近づいてゆく。
よって、負荷が１００％となるやや手前にて、電磁弁１
９によるフロート室圧力の制御を実質的に無効にするこ
とができる。

【００３６】この様に、本実施例では、酸素センサ１
３の出力に応じて大気圧導入路２９を開閉制御する電磁
弁１９を備えているので、簡易な構成で、汎用エンジン
１の平均の空燃比を目標空燃比に好適に制御して排ガス
を浄化することができる。また、大気圧導入路２９及び
負圧導入路３１には、絞り２９ａ，３１ａが設けてある
ので、この絞り２９ａ，３１ａの径により、目標空燃比
の設定、及び空燃比制御を行わない場合の初期の空燃比
の設定を行なうことができる。

【００３７】更に、始動時には、電磁弁１９による空燃
比制御を行わず、若干多目の燃料を供給するので、エン
ストを防止することができる。その上、負荷１００％近
傍では、実質的に空燃比制御が行われず、リッチ側で運
転されるので、汎用エンジン１の過熱を防止することが
できる。

【００３８】尚、本発明は前記実施例になんら限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲におい
て種々の態様で実施しうることはいうまでもない。 （１）例えば前記実施例の様に、大気圧導入路に電磁弁
を設けるのではなく、負圧導入路に電磁弁を設けてもよ
い。この場合は、電磁弁の開閉制御を、負圧導入路に電
磁弁を配置した場合と逆に、即ち開と閉とを逆に行なう
ことになる。

【００３９】（２）また、負圧電磁弁及び大気圧導入路
の両方に電磁弁を設けてもよい。この場合は、構成が複
雑になるが、より精密な制御を行なうことができるとい
う利点がある。 （３）更に、絞りを、負圧導入路及び大気圧導入路の両
方に配置するのではなく、どちらか一方に設けてもよ
く、或は廃止してもよい。これは、特別な絞りを配置し
なくても、経路の径等がそのまま絞りの機能を発揮する
ためである。

【００４０】（４）経路としては、負圧導入路及び大気
圧導入路の両方を設ける必要はなく、大気圧導入路だけ
でもよい。 （５）前記大気圧導入路を開閉制御する電磁弁に代え
て、例えば図６に示す様に、フロート室と大気圧側又は
負圧側との経路を切り替える電磁弁を設けてもよい。こ
の場合でも、フロート室に導入される圧力を変更できる
ので、前記実施例と同様な効果を奏する。

【００４１】（６）前記実施例では、酸素センサのリー
ン、リッチの信号に応じて電磁弁を開又は閉の２位置に
制御したが、例えば開弁期間のデューティ比制御を行な
ってもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述した様に、本発明では、排気側
に取り付けられた酸素センサの出力に応じて、例えば電
磁弁を用いて経路の開閉制御を行なうことにより、フロ
ート室内の圧力を調節して空燃比を制御するので、簡易
な構成で汎用エンジン等の排ガスを浄化することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 絞りの作用により変化するフロート室の圧力
を示すグラフである。

【図２】 実施例の空燃比制御装置をの構成を示す説明
図である。

【図３】 酸素センサの構成を示す回路図である。

【図４】 実施例の空燃比制御装置の動作を示すグラフ
である。

【図５】 センサ出力と素子温度との関係を示すグラフ
である。

【図６】 他の実施例を示す説明図である。

【符号の説明】

１…汎用エンジン ３…吸気管 ５…燃料供給部 ７…ベンチュリ部 ９…キャブレタ １１…排気管 １３…酸素センサ １９…電磁弁 ２３…フロート室 ２５…ノズル ２７…スロットル弁 ２９…大気圧導入路 ２９ａ，３１ａ…絞り ３１…負圧導入路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フロート室内の燃料を、内燃機関の吸気
   側に供給するキャブレター式の内燃機関の空燃比制御装
   置において、 排気側に取り付けられた酸素センサの出力に応じて、前
   記フロート室内の圧力を調節することにより、空燃比を
   制御することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 【請求項２】 前記フロート室内の圧力を調節する手段
   として、前記酸素センサの出力に応じて前記フロート室
   に圧力を導入する経路を開閉制御する電磁弁を用いたこ
   とを特徴とする前記請求項１記載の内燃機関の空燃比制
   御装置。
3. 【請求項３】 前記経路が、前記吸気側の負圧を前記フ
   ロート室に導入する負圧導入路及び／又は大気圧を前記
   フロート室に導入する大気圧導入路であることを特徴と
   する前記請求項２記載の内燃機関の空燃比制御装置。
4. 【請求項４】 前記電磁弁が、前記吸気側の負圧を前記
   フロート室に導入する負圧導入路と大気圧を前記フロー
   ト室に導入する大気圧導入路とを切り替えることを特徴
   とする前記請求項３記載の内燃機関の空燃比制御装置。
5. 【請求項５】 前記空燃比の設定を、前記経路の絞りの
   程度により行なうことを特徴とする前記請求項２〜４の
   いずれか記載の内燃機関の空燃比制御装置。
6. 【請求項６】 前記絞りの程度の設定を、絞りノズルの
   径の設定により行なうことを特徴とする前記請求項５記
   載の内燃機関の空燃比制御装置。