CN102575617A - 化油器的空燃比控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种化油器的空燃比控制装置，通过与化油器的节气门的开度和负荷相一致地开闭驱动阻风门，可以进行可变的燃料喷出，在内燃机的可运行范围的整个区域(转速、负荷)获得所期望的空燃比，由此，能够实现低成本、废气的净化及降低油耗。其具备：第一步进电机(8)，其对配置于内燃机(1)的吸气通路的化油器(5)的阻风门(6)的开度进行驱动控制；第二步进电机(9)，其对节气门7的开度进行驱动控制；控制器(12)，其基于伴随节气门(7)的开度的内燃机(1)的转速变化，对阻风门(6)进行开度控制，并且，在内燃机(1)的转速一定的情况下，基于由内燃机(1)的负荷决定的阻风门(6)的开度的脉谱图对阻风门(6)进行开度控制，从而获得所期望的空燃比。

Description

化油器的空燃比控制装置
技术领域
本发明涉及一种化油器的空燃比控制装置，其用于通用内燃机的废气净化及降低油耗，驱动控制阻风门从而获得任意的空燃比。
背景技术
在发电机、农业机械等各种用途中作为驱动源所使用的通用内燃机中，已提出为了提高冷起动时的起动性而使用了自动阻风门装置的内燃机。就自动阻风门装置而言，公开有如下技术，即：在内燃机起动时通过促动器开闭驱动化油器内的阻风门，使空气中混合的燃料的比例(下面称为“空燃比”)增大，提高内燃机的起动性。
作为其现有技术文献，已提出特开2007-23838号公报(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-23838号公报
发明内容
发明解决的技术问题
但是，自动阻风门装置在内燃机起动时只是降低空燃比(增大燃料的混合比例)，在内燃机的工作中全开，处于使阻风门全开而不进行内燃机旋转调节的状态。
另一方面，希望要求规格的变化，所谓的内燃机的降低油耗化及废气的净化。在乘用车等内燃机的场合，已提出被电子控制的燃料喷射装置，但在大量地制造相同规格的装置的情况下，虽能够降低成本，也能使质量稳定，但在成为少量多品种的动力源的通用内燃机中，存在成本增加的不良情况。
然而，普通的化油器在化油器的构造上(文丘里(ベンチュリ，Venturi)部为固定构造)，不能兼具在低速运行和高速运行下所期望的空燃比。因此，由于通用内燃机为按照在用于发电机、农业机械等各种用途中的最佳运行状态的转速及负荷(输出)范围内高效地工作的方式进行设置的构造，因此，不能在内燃机的可运行范围的整个区域(转速、负荷)内实现所期望的值的空燃比。
因此，为不能应对今后所预测的废气限制及降低油耗的状况。
本发明是为了解决这种问题点而设立的，目的在于提供一种化油器的空燃比控制装置，其通过使化油器的节气门的开度与负荷一致，开闭驱动阻风门，从而能够进行可变的燃料喷出，通过在内燃机的可运行范围的整个区域(转速、负荷)获得所期望的空燃比，实现了低成本，废气的净化及降低油耗化。
解决问题的技术方案
本发明为了实现这种目的，提供一种化油器的空燃比控制装置，其特征在于，具备：阻风门，其配置于内燃机的吸气通路；节气门，其配置于该阻风门的所述吸气通路下游侧；第一步进电机，其驱动控制所述阻风门的开度；第二步进电机，其驱动控制所述节气门的开度；控制器，其按照如下方式进行控制，即：伴随基于所述节气门的开度的所述内燃机的转速的变化，对所述阻风门进行开度控制，并且，在所述内燃机的转速一定的情况下，基于由所述内燃机的负荷决定所述阻风门的开度的脉谱图，对阻风门进行开度控制，获得所期望的空燃比。
根据这种结构，相对于内燃机的转速及负荷，伴随节气门的开度，驱动控制阻风门，由此可在内燃机的广大范围(转速及负荷)内维持化油器的理想的空燃比，具有实现废气的净化及提高节能化的效果。
另外，为了提高冷起动时的起动性而采用了自动阻风门装置的内燃机的情况下，即使新增设的零件少也能够应对，能够以低成本实施。
另外，在本发明中，优选的是，所述脉谱图具备：在所述内燃机的转速一定的情况下，优先进行废气的净化而对所述阻风门开度进行控制的脉谱图；在所述内燃机的转速一定的情况下，优先进行降低油耗而对所述阻风门开度进行控制的脉谱图，可依据所述内燃机的使用目的选择任何一个。
根据这种结构，由于可根据内燃机的负荷侧的状况调节空燃比，因此，可在内燃机的广大范围内进行适于使用目的的更加精确的空燃比控制，从而能够在环境及降低油耗方面获得良好的效果。
另外，在本发明中，优选的是，所述脉谱图具备：由所述节气门开度和所述转速推定输出的输出脉谱图、由该推定的所述输出和所述转速决定阻风门的开度的阻风门开度脉谱图，可以基于所述内燃机的转速控制所述阻风门的开闭，从而控制所述空燃比。
根据这种结构，由于内燃机的负荷能够由转速和节气门的开度进行推定，因此，无需另设用于检测空燃比的传感器，从而能够降低装置的成本。
另外，在本发明中优选的是，所述脉谱图具备：推定所述输出的输出脉谱图、由该推定的输出和所述转速决定空燃比的空燃比脉谱图、测定所述内燃机的废气中的氧浓度的O2传感器，由所述废气中的氧浓度值反馈控制所述阻风门的开度，以使所述空燃比变为所述空燃比脉谱图的值。
根据这种结构，由于是直接探测废气中的氧浓度，以空燃比成为脉谱图的值的方式反馈控制所述阻风门开度的方法，因此，可吸收化油器中的阻风门开度的误差等，在内燃机工作的大致整个领域，在废气的净化、降低油耗的提高方面可进行高精度的控制。
另外，在本发明中，优选的是，在配置于所述内燃机的所述吸气通路的所述阻风门和所述节气门之间，具备向所述吸气通路喷出燃料的主喷射器和低速喷射器，可以将来自所述主喷射器的燃料喷出量设定为相对于所述节气门开度，所述内燃机顺畅地进行旋转的最小需要量。
根据这种结构，由于与对于目标(期望)转速的负荷变动对应的空燃比的控制是利用阻风门来进行，从而应对迅速，不会从主喷射器喷出需要以上的燃料，所以可获得任意的空燃比，能够实现废气的净化及降低油耗的提高。
根据本发明，通过对于内燃机的转速及负荷，伴随节气门的开度，驱动控制阻风门，可在内燃机的广大范围(转速及负荷)内维持化油器中的理想的空燃比，具有实现废气的净化(一氧化碳CO的减少)及提高节能化的效果。
另外，在为了提高冷起动时的起动性而采用了自动阻风门装置的内燃机的情况下，即使新增设的零件少也能够应对，能够以低成本实施。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的内燃机整体构造的概略图；
图2是表示本发明第一实施方式的化油器纵向的概略剖面图；
图3是表示求出本发明第一实施方式的阻风门开度的图的一个例子，(A)表示输出脉谱图，(B)表示阻风门开度脉谱图；
图4是表示本发明第一实施方式的阻风门开度控制的流程图；
图5是表示本发明第一实施方式的内燃机6模式的比较试验结果，(C)表示相对于负荷的阻风门开度，(D)表示废气中的CO浓度，(E)表示燃费比较；
图6是表示本发明第二实施方式的内燃机整体构造的概略图；
图7是表示本发明第二实施方式的基于废气中的氧浓度求出空燃比的图的一个例子，(F)表示输出脉谱图，(G)表示空燃比脉谱图；
图8是表示本发明第二实施方式的空燃比的反馈控制的流程图。
具体实施方式
下面，利用图中所示的实施例对本发明详细地进行说明。
但是，该实施例中记载的构成零件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，除非特别特定的记载，不会将该发明的范围仅限定于此，其只不过是说明例而已。
(第一实施方式)
通过图1至图5对本发明第一实施方式进行说明。
图1是表示本发明的内燃机整体构造的概略图。1表示内燃机。2为内燃机1的机体，在机体2的上部配置有向机体2内的燃烧室21导入燃料和吸气混合成的混合气的吸气管3。进而，在机体2的上部，配置有将在机体2内的燃烧室21中燃烧过的燃烧气体(废气)向机体2的外部导出的排气管4。在吸气管3中夹装有文丘里部53为固定构造的化油器5。具有利用化油器5对空气和燃料进行混合的作用。11为探测机体1的温度的温度传感器，检测机体2的热状态。12为控制器，其对化油器5的阻风门6及节气门7的开度进行驱动控制，承受温度传感器11及机体2的转速等，并进行内燃机1的起动时的阻风门控制及内燃机工作时的空燃比控制。
如图2所示，化油器5在吸气通路13的上游侧配置有阻风门6，在阻风门6的下游侧隔着文丘里部53配置有节气门7。阻风门6固定于阻风门驱动轴61，阻风门驱动轴61与第一步进电机8连结。第一步进电机8基于来自控制器12的信号，驱动阻风门驱动轴61并进行阻风门6的开闭控制。
节气门7固定于节气门驱动轴71，节气门驱动轴71与第二步进电机9连结。第二步进电机9基于来自控制器12的信号，驱动节气门驱动轴71并进行节气门7的开闭控制。
在化油器5上配设有：对经由向阻风门6与节气门7之间的文丘里部53雾化燃料的未图示的副喷嘴喷出的燃料量进行调节的低速喷射器52、和对经由主喷嘴54喷出的燃料量进行调节的主喷射器51。
低速喷射器52是对内燃机1在怠速时或者低旋转时的燃料量进行调节的喷射，因此，不会喷出某固定以上的燃料。主喷射器51是对在中高速旋转时作为主体而喷出的燃料量进行调节的喷射。
另外，主喷射器51及低速喷射器52与化油器5的浮子室55连通。浮子室55内具有将从燃料罐(省略图示)供应的燃料保持为一定水平的功能，并且，向主喷射器51及低速喷射器52供给燃料，以使调节过的燃料量向文丘里部53以喷雾状喷出。
另外，虽然后面将对其进行叙述，但为了与内燃机1的负荷变动相对应而进行阻风门6的开闭驱动控制，所以在阻风门6中有可能使燃料变浓，但不会变稀。因此，主喷射器51及低速喷射器52比现有的燃料喷出孔缩小而抑制燃料的喷出量。其防止燃料变浓至需要以上，实现降低油耗及废气的净化。
对于控制器12，由转速传感器10输入转速，由温度传感器11输入机体2的温度。机体2的温度比任意的温度低时，顺畅地进行内燃机1的旋转，并且，为了进行热的促进而使阻风门6成为关闭状态，从而减小吸气流量。
接着，机体2的暖气推进，开始可进行机体2的输出时的空燃比控制。
所使用的脉谱图是用实验值绘制基于内燃机1的转速和节气门7的开度的内燃机1的负荷(输出)分布。〔图3(A)的输出脉谱图〕
进而，基于内燃机1的转速和输出，用实验值绘制阻风门6的开度。〔图3的(B)阻风门开度脉谱图〕
控制的流程如图4所示，在步骤S1中，基于来自作业机(发电机、农业机械等)侧的请求负荷向控制器12输入转速N。在步骤S2中，由该内燃机1的性能特性算出与转速N相当的节气门7的开度。在步骤S3中，从控制器12向第二步进电机9发送节气门7的驱动信号，第二步进电机9驱动节气门7，一直驱动到内燃机1的转速达到请求转速N的位置。
在步骤S4中，从图3(A)的脉谱图中由节气门7的开度和内燃机1的转速推测内燃机1的输出状态。在步骤S5中，由从图3(B)的脉谱图推定出的该输出和输入的转速N决定阻风门6的开度。
在步骤S6中，从控制器12向第一步进电机8发送阻风门6的驱动信号，第一步进电机8驱动阻风门6，直至将决定的阻风门6驱动至开度位置。在步骤S7中，对转速传感器10检测的转速与请求的转速N进行比较。当存在转速差时，设定为N(NO)并返回步骤S2，对节气门7的开度进行修正，变更空燃比，对内燃机1的负荷进行调节。在转速不存在差的情况下，设定为Y(YES)并返回开始。
图5表示本实施方式的试验结果。试验方法是用3600RPM时的6模式试验法进行实施的试验，◆记号的线表示现有的化油器(STD)，△记号的线表示废气目标(以主喷射器51及低速喷射器52同时缩小+阻风门控制〔废气(CO)的净化为主要目标〕，●记号的线表示降低油耗目标(主喷射器51及低速喷射器52同时缩小+阻风门控制〔以降低油耗为主要目标〕。
另外，图5(C)的横轴表示6模式试验法的负荷(％)，纵轴表示阻风门开度(度)。◆记号为不进行阻风门控制，所以在整个负荷范围内阻风门开度为90度。△记号和●记号表示进行阻风门控制。图5(D)的横轴表示负荷(％)，纵轴表示CO的浓度(％)(通过内燃机的排气管测定)。图5(E)的横轴表示负荷(％)，纵轴表示燃料流量L/h。
这些试验结果表明，特别是经常作为负荷使用的输出带即负荷50及75(％)的燃费目标(降低油耗化)，使阻风门6的开度比废气目标大，减少了阻风门6的燃料喷出，这能够从图5(E)的燃料流量读取。
另外，负荷50及75(％)的废气气目标(废气(CO的减少)的净化)，使阻风门6的开度比燃费目标更朝向关闭方向而增加一些燃料喷出。图5(D)及图5(E)废气中的CO及燃料流量比燃费目标增多。
这是因为通过增加燃料而控制为，保持筒内气体温度较低，在从内燃机1向大气中放出时就可以实现废气(NOx)的净化。
这些试验结果表明，有利于废气中的CO减少及降低油耗。另外，在喷射缩小+阻风门控制中，存在以废气的净化(CO的减少)为主要目标的情况和以降低油耗为主要目标的情况，这样，在用脉谱图决定阻风门6的开度时，准备用于废气的净化(CO的减少)和用于降低油耗的两种脉谱图，以决定符合目的的开度。
因此，能够在内燃机1出库时，与目的相一致地进行脉谱图的选择。
在本实施方式中，在内燃机1的工作中，相对于转速及负荷，将节气门7的开度设为定值，驱动控制阻风门6，由此可在内燃机1的宽广范围(转速及负荷)控制化油器5中的理想的空燃比，具有实现废气的净化及提高节能化的效果。
另外，将节气门7的开度设为定值，将内燃机1的转速控制仅设为阻风门6的驱动控制，因此，控制方法简单，控制的可靠性增加。
进而，在为了提高冷起动时的起动性而采用了自动阻风门装置的内燃机的情况下，即使新增设的零件少也能够应对，能够以低成本实施。
(第二实施方式)
用图6至图8对本发明第二实施方式进行说明。
图6是表示本发明第二实施方式的内燃机整体的构造概略图。
另外，对与第一实施方式相同的零件标注相同的符号。
30表示内燃机。2表示内燃机30的机体，在机体2的上部配置有向机体2内的燃烧室21导入燃料和吸气混合成的混合气的吸气管3。进而，在机体2的上部配置有将在机体2内的燃烧室21中燃烧过的混合气向排出引导的排气管4。在吸气管3中安装有化油器5。具有用化油器5对空气和燃料进行混合的作用。11为探测机体1的温度的温度传感器，检测机体2的暖气状态。14为检测在燃烧室21中燃烧的废气中的氧浓度的O2传感器。15为一控制器，其对化油器5的阻风门6及节气门7的开度进行驱动控制，接受温度传感器11、O2传感器14及机体2的转速等，并进行内燃机30起动时的阻风门控制及基于内燃机30工作时的废气中的氧浓度，高精度地对空燃比进行反馈控制。
另外，作为零件结构，与第一实施方式不同的零件为增设的O2传感器4，随之，控制器的控制方法发生改变，除此之外都相同，所以除了这些之外，各零件的说明省略。
对于控制器15，从转速传感器10输入转速，从温度传感器11输入机体2的温度。在机体2的温度比任意的温度低时，使内燃机30的旋转变得顺畅，同时，暖气得以促进，因此将阻风门6设为关闭状态。
接着，机体2的暖气推进，开始可进行机体2的输出时的空燃比控制。
如图7所示，所使用的脉谱图是由实验值将基于内燃机1的转速和节气门7的开度的内燃机1的负荷(输出)分布绘制成脉谱图(F)。〔脉谱图(F)与图3的输出脉谱图(A)相同〕
进而，基于负荷和转速，由实验值绘制所期望的空燃比分布。〔图7(G)的空燃比脉谱图〕
该图7(G)是操作阻风门而调节空燃比，以成为所期望的空燃比的脉谱图。
直至内燃机30的暖机运行结束，都与第一实施方式相同，因此省略。暖气运行结束后，控制流程如图8所示，在步骤S1中，用来自转速传感器10的信号算出转速。在步骤S2中，基于转速和节气门7的开度并由脉谱图(F)算出负荷。在步骤S3中，将内燃机30的当前的转速N与所期望的转速N进行比较。使转速N加速的情况下设定为Y(YES)，进入步骤S8，在步骤S8中，将阻风门6向关闭方向驱动，将燃料富化从而提高转速。
在步骤S3中，不使转速N加速的情况下设定为N(NO)，进入步骤S4。
该情况下，也可以比较节气门7的开度(内燃机30的当前的开度和所期望的开度)。
在步骤S4中，对转速N与所期望的转速N进行比较并使转速N减速的情况下，设定为Y，进入步骤S9，将阻风门6向打开方向驱动，使燃料贫化从而降低转速。在步骤S4中，在转速N没有变为所期望的转速N的情况下，进入步骤5。在步骤5中读入空燃比脉谱图。在步骤5中，基于在步骤S2算出的负荷和转速，由图7(G)决定所期望的空燃比。在步骤6中，在来自O2传感器的氧浓度值大的情况下，即空燃比较大的(燃料的浓度稀)情况下，设定为Y(YES)，进入步骤S10，在步骤S10中，将阻风门6向关闭方向驱动，测量燃料的富化，使内燃机的旋转稳定。在步骤S6中，在空燃比小(燃料浓)的情况下，设定为N(NO)，将用于降低油耗的阻风门6向打开方向驱动，实现燃料的贫化。
在第二实施方式中，将节气门7设为定值，一边检验伴随负荷变动的转速的变化，一边驱动阻风门6，由废气中的氧量(％)检验空燃比是否成为如所期望的空燃比，因此，能够更高精度地控制降低油耗及废气的净化，能够有效地获得内燃机30的废气的净化及降低油耗。
工业上的可利用性
适用于实现降低油耗及废气的净化的农业机械或者作为发电机用驱动源的化油器式的通用内燃机。

Claims (5)

1.一种化油器的空燃比控制装置，其特征在于，具备：阻风门，其配置于内燃机的吸气通路；节气门，其配置于该阻风门的所述吸气通路下游侧；第一步进电机，其驱动控制所述阻风门的开度；第二步进电机，其驱动控制所述节气门的开度；控制器，其按照如下方式进行控制，即：伴随基于所述节气门的开度的所述内燃机的转速的变化，对所述阻风门进行开度控制，并且，在所述内燃机的转速一定的情况下，基于由所述内燃机的负荷决定所述阻风门的开度的脉谱图，对阻风门进行开度控制，以获得所期望的空燃比。
2.如权利要求1所述的化油器的空燃比控制装置，其特征在于，所述脉谱图具备：在所述内燃机的转速一定的情况下，优先进行废气的净化而对所述阻风门开度进行控制的脉谱图；在所述内燃机的转速一定的情况下，优先进行降低油耗而对所述阻风门开度进行控制的脉谱图，可依据所述内燃机的使用目的选择任何一个。
3.如权利要求1或2所述的化油器的空燃比控制装置，其特征在于，所述脉谱图具备：由所述节气门开度和所述转速推定输出的输出脉谱图、由该推定的所述输出和所述转速决定阻风门的开度的阻风门开度脉谱图，基于所述内燃机的转速控制所述阻风门的开闭，从而控制所述空燃比。
4.如权利要求1或2所述的化油器的空燃比控制装置，其特征在于，所述脉谱图具备：推定所述输出的输出脉谱图、由该推定的输出和所述转速决定空燃比的空燃比脉谱图、测定所述内燃机的废气中的氧浓度的O2传感器，由所述废气中的氧浓度值反馈控制所述阻风门的开度，以使所述空燃比成为所述空燃比脉谱图的值。
5.如权利要求1乃至4中任一项所述的化油器的空燃比控制装置，其特征在于，在配置于所述内燃机的所述吸气通路的所述阻风门和所述节气门之间，具备向所述吸气通路喷出燃料的主喷射器和低速喷射器，可以将来自所述主喷射器的燃料喷出量设定为，相对于所述节气门开度所述内燃机顺畅地进行旋转的最小需要量。
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