JPS6038547B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の燃料制御装置に関する。

内燃機関にあっては、吸気系にオープンループ型空燃比
制御方式の燃料供給装置を設置した場合、大気圧、吸気
温度、燃料温度等の雰囲気条件によって空燃比が変動し
てしまう問題がある。この空燃比の変動は機関運転性を
低下させるばかりでなく、排気ガス中のＩＪＣ，Ｃ０，
Ｎ○×等の有害成分の生成量を左右し、排気系に設置さ
れた触媒装置、サーマルリアクタ等の排気浄化装置の浄
化能を十分に発揮させ得なくなってしまう。そこで、こ
のようなオープンループ型空燃比制御方式に変えて、フ
ィードバック空燃比制御方式が提案されている。これは
第１図に例示するように、機関排気系の排気通路１に吸
入混合気の空燃比と密接な関係にある排気成分例えば０
２，Ｃ○，Ｃ０２，ＨＣ，Ｎ○×等の濃度を検出して電
圧を出力する排気センサ２を設置する一方、燃料供給装
置、例えば気化器３のェアブリード通路（本図ではメイ
ンェアブリード５に接続した補助ェアブリード６）ある
いは燃料通路４に通路を弁体により、オン、オフ的に開
閉制御もしくはアナログ的に通路面積を可変制御して燃
料流量を間接的あるいは直接的に制御する制御弁７を配
設し、前記排気センサ２の検出信号に基づき比較的８ａ
とコントローラ８ｂとからなる電子制御装置８を介して
制御弁７を作動させ、補助ェアブリード６から導入され
る空気量を制御して、これにより間接的に燃料ノズル９
から流出する燃料量を制御し、吸入混合気の空燃比を排
気対策上および燃費、出力上適切な所定の空燃比にフィ
ードバック制御するものである。すなわち、排気センサ
２として０２センサを用いると、この０２センサの出力
電圧は気化器から燃焼室へ供給される混合気の空燃比に
よって第２図に示すように変化する。この第２図から明
らかなように空燃比が理論空燃比（ガソリンの場合約１
４．８）でその出力は急激に変化する。したがって、気
化器から燃焼室へ供孫合されている混合気の空燃比が理
論空燃比よりもリッチかりーンかは比較器８ａにより、
出力電圧が例えば４０仇ｈｖよりも大きいか小さいかで
判定できる。このような０２センサの出力電圧Ａに沖じ
て比例的な出力Ｂを発生するコントローラによって制御
弁７を開閉させると、第３図に示すように空燃比Ｃが理
論空燃比よりもずれの大きい波形となるため精度のよい
制御ができないという欠点がある３ため、従来は第４図
に示すようにＱセンサの出力電圧Ａ，に応じて電子制御
的に積分状態の出力Ｂを出すコントローラにより制御弁
７を開閉させ、空燃比Ｃ，が理論空燃比よりもずれの小
さい波形としている。

又、この制御精度をさらに向上３３るため第５図に示す
ように０２センサの出力電圧Ａ２に応じて、比例と積分
を併用した出力＆を出すコントローラにより制御弁７を
パルス変調を伴う高い周波数でもつて開閉させ理論空燃
比よりもずれの非常に小しい波形の空燃比Ｃ２に精度よ
４く制御するようにしている。しかし比例と積分を併用
した出力Ｂ２を出すコントローラは制御回路が極めて複
雑であると共に、制御弁の作動速度が速く、耐久性をあ
げるため高価になる。

本発明は以上のような点に鑑み、コントローラの制御回
路が簡単で安価であるとともにその制御弁の耐久性の点
で有利となる内燃機関の空燃比制御装置を得るにある。

以下、第６図に示す一実施例により本発明を詳細に説明
する。第６図において、１１は内燃機関本体で、この機
関本体１１には吸気系１２と、排気系１３とが０備えら
れている。

前記吸気系１２は前記機関本体１１に取付けられた吸気
マニホールド１４と、この吸気マニホールド１４に取付
けられた気化器１５と、この気化器１５へ清浄された空
気を案内するェアクリーナ１６を備えている。前記排気
系１３は前記機関本体１１に取付けられた前記吸気マニ
ホールド１４のラィザ部１４ａを排気加熱する排気マニ
ホールド１７と、この排気マニホールド１７に取付けら
れた排気管１８を備えている。１９は本発明にかかる空
燃比制御装置を示し、該空燃此制御装置１９の基本的構
成は、気化器１５のェアブリード進路２０‘こ達通する
補正空気導入通路２１に対し、該通路２１の大気への関
口面積を可変制御するバルブを備えた可変容量型のアク
チュェータ２３と、該アクチュェータ２３へ駆動用圧力
としての機関吸入負圧を導く駆動用圧力通路２２と、該
駆動用圧力通路２２を開閉制御する第１制御弁としての
電磁弁２４と、駆動用圧力通路２２に備えたオリフィス
２５とからなる積分制御系を設け、さらに、前記補正空
気導入通路２１より分岐通路２６を分岐し、この分岐通
路２６の大気への関口を開閉制御する第２制御弁として
の電磁弁２７と、分岐通路２６に備えたオリフィス２８
とからなる比例制御系を設けてある。

そして、更に前記空燃比制御装置１９には前記排気系１
３の排気通路に設けられ、吸入混合気の空燃比と密接な
関係にある排気成分の濃度を検出する排気センサとして
の０２センサ２９と、この０２センサ２９からの出力電
圧が入力される比較器３０と、この比較器３０からのパ
ルス信号３１が入力され、該パルス信号３１と比例する
出力を前記電磁弁２４，２７へ出力するコントローラ３
２とが設けられている。前記アクチュェータ２３はケー
ス体３３と、このケース体３３を大気室３４と負圧室３
５とに区画する如く該ケース体３３に取付けられたダイ
ヤフラム３６と、このダイヤフラム３６に取付けらた前
記補正空気導入通路２１の大気（ェアクリ−ナ１６を介
す）への開口面積を可変制御するバルブとしてのニード
ル弁３７と、前記負圧室３５内に備えられた前記ダイヤ
フラム３６を所定のストローク位置で停止させるストッ
パー３８と、前記大気室３４と負圧室３５とにそれぞれ
備えられ前記ニードル弁３７を結果的に全閉方向へ附勢
するスプリング３９，４０とから構成されている。

前記電磁弁２４は駆動用圧力通路２２が形成された本体
４１と、この本体４１に取付けられた電磁ソレノィド４
２とからなり、前記電磁ソレノイド体４２は電磁ソレノ
ィドケース４３と、このケース４３内に備えられたコイ
ル４４が巻線されたボビン４５と、このボビン４５の貫
通孔４５ａ内に固定され通路４６が形成された固定鉄心
４７と、この固定鉄心４７と前記本体４１の弁座体４８
との間に備えられた第７図に示すように外周に溝４９が
形成された可動鉄心を兼ねた弁体５０と、この弁体５０
を常時弁座体４８へ附勢して閉弁するスプリング５１と
から構成されている。又、前記電磁弁２７は大気へ蓮通
された通路５２が形成された本体５３と、この本体５３
に取付けられた電磁ソレノイド体５４とからなり、この
電磁ソレノィド体５４は電磁ソレノィドケース５５と、
このケース５５内に備えられたコイル５６が巻線された
ボビンン５７と、このボビン５７の貫通孔５７ａ内に備
えられた固定鉄心５８と、この固定鉄心５８と前記本体
５３の弁座体５９との間に備えられた可動鉄心を兼ねた
弁体６０と、この弁体６０を常時弁座体５９方向へ附勢
するスプリング６１とから構成されている。上記構成に
なる本発明の作用を説明するに、今、排気通路を流れる
排気ガス中の酸素濃度に応じて０２センサ２９が出力し
、即ち、機関へ供給された混合気が理論空燃此に対し、
リッチであるかりーンかによって比較器３０を介して第
８図Ａに示す信号が出力される。

例えば、リッチであればＯＮ信号が、リーンであればＯ
ＦＦ信号が発される。しかして、コントローラ３２は前
記信号を増幅するのみの回路とし、第８図に示す比例信
号出力Ｂを発し、該出力が電磁弁２４，２７へ入力され
る。これによって、電磁弁２４，２７の作動は第８図に
示すＣの如くなる。機関へ供給された混合気が理論空燃
比に対してリッチである場合には前述の如く０２センサ
２９からＯＮ信号が発されコントローラ３２により増幅
されて電磁弁２４及び２７を励磁し弁体５０及び６０が
吸着される。その結果、駆動用圧力通路２２に作動圧と
しての機関吸入員圧が導かれオリフィス２５を介してア
クチュェータ２３のダイヤフラム３６に緩除に負圧を及
ぼし補正空気導入通路２１の開□面積を制御するニード
ル弁３７の開度を増す。このとき機関吸入員圧が前記オ
リフィス２５を通過する際、該オリフィス２５が抵抗と
なって徐々に前記ダイヤフラム３６に影響し、該ダイヤ
フラム３６の作動に遅れが発生する。このときの遅れに
より前記電磁弁２４の弁作動より遅れて補正空気導入通
路２１を開閉する。更に、電磁弁２７が関弁されること
により分岐通路２６も大気に開口されオリフィス２８を
介して該補正空気導入通路２１の通過空気量を増し空燃
比を薄くするよう作用する。このとき、前記分岐通路２
６には前記電磁弁２７の開弁に伴って直ちにオリフィス
２８により流量が制限された空気が導入される。また、
逆に混合気がリーンの場合にはＯＦＦ信号が発せられる
結果電磁弁２４，２７は非励磁となり補正空気導入通路
２１は大気への閉口を制限され機関に供給される混合気
の空燃比比を濃くするよう作用し、常に、機関には理論
空燃比の混合気が供給されるようにフィードバック制御
するのである。しかして、前記電磁弁２４が励磁された
場合におけるニードル弁３７の挙動は第９図に、励磁が
解除された場合は第１０図に示す如くなる。

従って、ニードル弁３７の挙動による補正空気導入通路
２１の空気流量は第８図Ｄに示す如く積分制御されたも
のとなり、又、電磁弁２７の励磁、非励磁による分岐通
路２６の空気流量はオリフィス２８により最大流量が規
制されて第８図Ｅの如く比例制御されたものとなる。以
上の積分制御及び比例制御が合成された最終的な補正空
気導入通路２１の空気流量は第８図Ｆの如くになるもの
である。なお、分岐通路２６による比例制御系は制御系
全体の精度を向上させるために設けたもので、然程精度
を必要としない場合にはか）る比例制御系は省略しても
よい。

又、本実施例にあっては排気センサーの一例としての０
２セソサ２９の出力信号を比較器３０を介してコントロ
ーラ３２に入力した例を示したが、か）る比較器３０は
必ずしも必要ではなく０２センサ出力を増中して入力と
してもよい。さらに、空燃比制御の手段として補正空気
を導入する例を示したが直接燃料流量を制御するように
してもよい。この場合はアクチュェ−夕２３の関度制御
方向及び電磁弁２７の開閉制御は空気の場合と逆になる
。なお、アクチュェータ２３の駆動手段として機関吸入
負圧を利用した例をしたがこれは他の圧力発生手段等に
よる正圧的な手段であってもよいこともちろんである。
以上の説明さら明らかなように、本発明にあっては積分
比例の両制御系を機械的に実現したものであるため電子
的制御回路は増幅機能をもつコントローラのみでよくそ
の回路が極めて簡略化されると共に、電磁弁の作動は数
秒に一回でよく電磁弁の耐久性に対する配慮が軽減され
る等の諸効果を蓑す。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の一実施例を示す説明図、第２図は空燃比
と０２センサの関係を示すグラフ、第３図、第４図およ
び第５図は０２センサ、制御弁、空燃比の関係を示すグ
ラフ、第６図は本発明の一実施例を示す説明図、第７図
は弁体の斜視図、第８図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは本発
明にか）る制御装置の制御状態を示すグラフ、第９図お
よび第１０図は電磁弁の開閉による駆動用圧力通路２２
の圧力、負圧室の圧力、ニードル弁の開度を示すグラフ
である。 １３・・・排気系、１５・・・気化器、１９・・・燃料
制御装置、２０・・・…ェアブリード通路、２１・・・
補正空気導入通路、２・・・駆動用圧力通路、２３・・
・アクチュェータ、２４・・・電磁弁（第１制御弁）、
２５・・・オリフィス、２６…・・・分岐通路、２７…
電磁弁（第２制御弁）、２８・・・オリフィス、２９…
０２センサ（排気センサ）、３０…比較器、３２…コン
トローラ、３７…ニードル弁（バルブ）。 第１図 第２図 第４図 第７図 第３図 第５図 第６図 第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 気化器の補正空気導入通路を含むエアブリード通路
   あるいは燃料通路の流量を可変制御するバルブと、該バ
   ルブを駆動する可変容量型のアクチユエータと、該アク
   チユエータに作動圧を導く駆動用圧力通路と、該駆動用
   圧力通路を開閉制御する第１制御弁と、前記駆動用圧力
   通路に設けたオリフイスと、排気通路に設けた排気成分
   の濃度を検出する排気センサーと、該排気センサーの出
   力によつて前記第１制御弁の作動を制御するコントロー
   ラとより構成され、もつて気化器本来の混合比を補正制
   御することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 ２ 前記可変制御バルブがニードルバルブである特許請
   求の範囲第１項記載の内燃機関の空燃比制御装置。 ３ 気化器の補正空気導入通路をエアブリード通路ある
   いは燃料通路の流量を可変制御するバルブと、該バルブ
   を駆動する可変容量型のアクチユエータと、該アクチユ
   エータに作動圧を導く駆動用圧力通路と、該駆動用圧力
   通路を開閉制御する第１制御弁と、該駆動用圧力通路に
   設けたオリフイスと、前記エアブリード通路あるいは燃
   料通路への付加流量を開閉制御する第２制御弁と、排気
   通路に設けた排気成分の濃度を検出する排気センサーと
   、該排気センサーの出力により前記二個の第１，第２制
   御弁の作動を制御するコントローラとより構成され、も
   つて気化器本来の空燃比を補正制御することを特徴とと
   する内燃機関の空燃比制御装置。