JP5782329B2 - 空燃比制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気の空燃比を制御する空燃比制御装置に関する。

従来、内燃機関の排気を浄化するために触媒装置が用いられている。また、触媒装置での排気の完全燃焼を促進するために、触媒装置に流入する排気に対し、内燃機関に供給される空気の一部を２次空気として導入することが行われている。その際、触媒装置を効果的に作用させるためには、触媒装置に流入する排気における空燃比を、酸素と燃料が過不足なく反応する理論空燃比に極力近づける必要がある。

これを実現するものとして、例えば、特許文献１には、触媒装置への排気系に導入される２次空気の量を変化させることにより、触媒装置に流入する排気の空燃比を理論空燃比に極力近づけるようにした空燃比制御装置が記載されている。

この空燃比制御装置は、２次空気通路に設けたリード弁と、リード弁の下流側に設けた電磁弁と備える。そして、電磁弁をマルチバイブレータにより開閉させながら、排気圧力によりリード弁が開閉され、２次空気を排気通路に導入するようにしている。その際、電磁弁を適宜開閉することにより、触媒装置へ流入する排気の空燃比を理論空燃比に近づけるとともに、空燃比に対する浄化率の変化特性をなだらかなものとして、高能率で排気浄化を行うことができるとされている（同文献第２頁左下欄第４行〜右下欄第３行）。

特開昭５８−８２２０号公報

近年、２輪車の分野では、既存のキャブレターシステムに対して容易に後付できる２次空気供給装置に対する需要が高まっている。また、上述のような空燃比制御装置を車両に適用する場合には、内燃機関で生ずる熱が空燃比制御装置に与える影響による耐久性の劣化や、振動により生じ得る不具合を考慮する必要がある。さらに、コストを抑えて市場の拡大を図るためには、安価で簡易な空燃比制御装置が望まれる。

本発明の目的は、かかる従来技術の問題点に鑑み、簡便で信頼性の高い空燃比制御装置を提供することにある。

第１発明に係る空燃比制御装置は、内燃機関において、スロットルバルブの上流側からバイパス通路を経て触媒装置の上流側に導入する２次空気の量を変化させることにより、該触媒装置に流入する排気の空燃比を制御する空燃比制御装置であって、前記バイパス通路を開閉して前記２次空気の量を変化させる電動バルブと、前記電動バルブを制御することにより前記空燃比の制御を行う制御基板とを備え、前記電動バルブは、通電していないときに開状態となる常開型であり、前記制御基板は、前記電動バルブの制御に際し、前記内燃機関に高い負荷がかかるとき、該電動バルブの所定期間における閉期間の割合を下げ又はゼロとする制御を行うものであり、前記内燃機関の排気圧に応じて開閉するリードバルブが前記電動バルブの下流側に設けられ、前記電動バルブは、前記バイパス通路を開閉する弁体と、該弁体を駆動する駆動部とを備え、前記制御基板及び駆動部は、１つの筐体に収納されており、前記筐体の前記制御基板を収納する部分と、前記駆動部を収納する部分との間に、大気に通じた空隙を有することを特徴とする。

この構成において、電動バルブが開閉され、所定期間に占める開期間の割合、すなわちデューディ比が制御されることにより、２次空気の量が調整され、触媒装置に流入する排気の空燃比が理論空燃比の近傍に維持される。これにより、触媒装置による排気の浄化作用が促進される。その際、排気に導入される２次空気により排気が冷却されるので、触媒装置の３元触媒による浄化能力が長期間維持される。

また、内燃機関の負荷が大きく、発熱量が多いときに、電動バルブの所定期間における閉期間の割合、すなわちデューティ比を下げ又はゼロとするようにしているので、空燃比制御装置の雰囲気温度が高いときに、電動バルブの駆動部から発生する熱を抑制することができる。したがって、電動バルブの駆動部が熱により不具合を起こすのを防止し、空燃比制御装置の性能を良好に維持することができる。これにより、触媒装置による排気浄化能力も良好に維持される。

また、電動バルブによる２次空気の流量制御に加えて、リードバルブが空燃比制御装置への２次空気の逆流を防止し、リードバルブ自体も内燃機関の排気圧に応じて開閉するので、触媒装置における排気浄化能力を良好に維持することができる。

また、内燃機関で生じた熱が筐体で遮られ、熱の影響を受けやすい制御基板を熱から保護することができる。また、制御基板と電動バルブは、筐体内で電気的に接続されるので、接続のための配線が容易で、配線コストも削減される。また、車両の熱や振動等による配線の脱落や切断による不具合の発生が防止される。したがって、空燃比制御装置の性能を長期間良好に維持することができる。さらに、空燃比制御装置のレイアウトやメンテナンスも容易になる。

また、大気に通じた空隙に大気が流入し、駆動部の熱を放散させる。換言すれば、駆動部と制御基板とが断熱される。このため、駆動部の熱による制御基板への直接的な影響が効果的に回避される。したがって、空燃比制御装置の性能を良好に維持することができる。これにより、触媒装置による排気浄化能力も良好に維持される。

第２発明に係る空燃比制御装置は、第１発明において、前記バイパス通路の一部を構成する管路を備え、前記筐体の一方の側に前記制御基板及び駆動部が収納され、前記筐体の他方の側に前記管路が収納され、前記筐体の一方の側と他方の側は、相互に締結された異なる部材により構成され、前記筐体の一方の側における前記制御基板を収納した部分と、前記筐体の他方の側における前記管路を収納した部分との間に、前記空隙を大気に通じさせる連通空間を備えることを特徴とする。

これによれば、空隙を大気に通じさせる連通空間を簡単に形成できるとともに、連通空間及び空隙に大気が流入し、駆動部の熱を放散させるので、駆動部の熱による制御基板への直接的な影響をより効果的に回避することができる。

第３発明に係る空燃比制御装置は、第２発明において、前記電動バルブは、磁力により駆動される可動鉄心と、該可動鉄心に取り付けられた前記弁体とを備える電磁弁であり、前記弁体は、前記可動鉄心との調芯作用を行う調芯部を介して前記可動鉄心に取り付けられており、前記弁体の先端部には、防震用のカバーが設けられていることを特徴とする。

これによれば、可動鉄心と弁体とが別体であり、調芯部を介して弁体が駆動され、さらに弁体の先端が防震用のカバーに覆われているので、筐体の一方の側と他方の側との締結に際し、その調芯部と防震材が、筐体の一方の側と他方の側の寸法のバラツキを吸収することができる。

したがって、筐体の一方の側と他方の側とを支障なく締結することができるとともに、弁体が開くとき及び閉まるときの両方において、異音の発生や弁体の開閉による衝撃を防止し、かつ弁体としての開閉の機能を正確に果たすことができる。これにより、空燃比制御装置の性能を良好に維持することができる。また、触媒装置による排気浄化能力も良好に維持される。

本発明の一実施形態に係る空燃比制御装置が設けられた内燃機関の主要部を示すブロック図である。 図１中の空燃比制御装置の正面図である。 図１中の空燃比制御装置の側面図である。 図２のIV−IV線断面図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る空燃比制御装置が設けられた内燃機関の主要部を示すブロック図である。

図１に示すように、空燃比制御装置１が設けられた内燃機関２の吸気路３には、吸気路３を開閉するスロットルバルブを備えた気化器４と、その上流側のエアクリーナボックス５とが設けられ、排気路６には、触媒装置７が設けられている。また、エアクリーナボックス５と、触媒装置７手前の排気路６部分との間には、触媒装置７に流入する排気に対して２次空気を導入するバイパス通路８が設けられている。

空燃比制御装置１は、バイパス通路８上に設置され、バイパス通路８で排気に導入される２次空気の量を変化させることにより、触媒装置７に流入する排気の空燃比を制御する。これを実現する構成として、空燃比制御装置１は、バイパス通路８を開閉する電動バルブとしての電磁弁９と、内燃機関２の吸気圧を検出する吸気圧センサ１０と、吸気圧センサ１０の出力に基づいて電磁弁９を制御する制御基板１１と、バイパス通路８上の電磁弁９の下流側に位置するリードバルブ１２とを備える。

電磁弁９は、通電していないときに開状態となる形式のものである。制御基板１１による電磁弁９の制御は、電磁弁９の１つの開期間及び次の１つの閉期間を１サイクルとして開閉させる開閉制御を一定の周期で行い、１周期における閉期間の割合、すなわちデューティ比を変化させることにより行われる。これにより、排気路６に導入される２次空気の量がデューティ比に応じて変化し、空燃比が制御される。

リードバルブ１２は、内燃機関２の排気圧に応じ、例えば、排気の脈動と同期して開閉する。このリードバルブ１２の開閉動作と、上述の電磁弁９のデューティ制御とにより、触媒装置７による排気浄化性能の向上が図られる。

電磁弁９のデューティ制御は、内燃機関２に付与される負荷に応じて行われる。この負荷は、吸気圧又は内燃機関２の回転数により、若しくは吸気圧と内燃機関２の回転数により決定することができる。ここで、吸気圧が高いときには、スロットルバルブが開かれており、負荷が増大し、回転数も上昇する。また、吸気圧は、内燃機関２の回転に応じて変化する。

例えば、内燃機関２が単気筒エンジンであるとすれば、吸気圧は、１サイクルに１回最小値をとる。すなわち、吸気圧の最小値間の時間間隔は、内燃機関２の回転数に対応する。したがって、制御基板１１は、吸気圧センサ１０の出力に基づき、内燃機関２の回転数を取得し、内燃機関２の負荷を決定することができる。

図２は、空燃比制御装置１の正面図、図３は側面図、そして図４は図２のIV−IV線断面図である。図２〜図４に示すように、空燃比制御装置１の筺体は、筺体の一方の側である筺体部分Ａと、他方の側である筺体部分Ｂにより構成され、ステー１５を介して、２輪車のフレーム１６に取り付けられる。筺体部分Ａ及び筺体部分Ｂは、それらの接合部に設けられたネジ止め部を、ネジ１７でステー１５に締結することにより、相互に結合される。これにより、ステー１５も筺体部分Ａ及び筺体部分Ｂに固定される。

電磁弁９は、筺体部分Ａから筺体部分Ｂにかけて設けられる。筺体部分Ａの電磁弁９とは反対側の部分には、制御基板１１及び吸気圧センサ１０を収納する基板収納部１８が設けられる。制御基板１１は、電磁弁９からの熱の影響を極力回避するために、基板面が電磁弁９の駆動方向に対して平行となるように配置される。

基板収納部１８には、制御基板１１、電磁弁９及び吸気圧センサ１０への給電用のカプラ１９が設けられる。また、筺体部分Ｂ内には、バイパス通路８の一部を構成する管路２０が設けられる。空燃比制御装置１が内燃機関２からの排気熱の影響を受けないように、リードバルブ１２は、管路２０における電磁弁９の下流側に設けられる。

電磁弁９は、制御基板１１により印加電流が制御されるコイル２１と、コイル２１の通電時に励磁される固定子２２と、励磁されている固定子２２により吸引される可動鉄心２３と、可動鉄心２３により駆動されるポペット弁２４と、ポペット弁２４を可動鉄心２３の方向に付勢するスプリング２５とを備える。可動鉄心２３は、コイル２１の通電時に、固定子２２により、ポペット弁２４側に吸引される。

ポペット弁２４は、管路２０に設けられた弁座２６を閉塞し得る径を有する円盤状の先端部２７と、先端部２７の中心から上方の基端方向に延びた棒状のロッド部２８とを備える。可動鉄心２３には、ポペット弁２４側の端部に、内円錐台形状の調芯部２９が設けられる。

コイル２１の通電時には、可動鉄心２３は、固定子２２により吸引されるので、ロッド部２８の基端（上端）を、調芯部２９を介し、スプリング２５の付勢力に抗して押圧する。このとき、調芯部２９による調芯作用が機能するとともに、押圧されたポペット弁２４は弁座２６を閉塞する。コイル２１の非通電時には、可動鉄心２３及びポペット弁２４は、スプリング２５によって元の上方位置に戻される。

固定子２２の可動鉄心２３を吸引する部分には、その部分を貫通した貫通孔としての円筒状の案内面を備える。この案内面は、ポペット弁２４の駆動に際し、ポペット弁２４のロッド部２８を駆動方向に案内する。電磁弁９によるポペット弁２４の駆動範囲は、固定子２２の下端面と、弁座２６とによって規定される。

ポペット弁２４の先端部２７には、防震用のカバー３０が設けられる。これにより、ポペット弁２４が開くとき及び閉まるときに、異音の発生や、ポペット弁２４の開閉による衝撃が回避される。また、筺体部分Ａと筺体部分Ｂとの締結時に生じる誤差もカバー３０によって吸収される。

筺体部分Ａには、ポペット弁２４を駆動する駆動部が収納される。この駆動部は、上述のコイル２１、可動鉄心２３、固定子２２等により構成される。ポペット弁２４のロッド部２８はほぼ筺体部分Ａ内に位置する。先端部２７は、筺体部分Ｂの管路２０内の弁座２６に対応する位置に位置する。スプリング２５は、先端部２７に対向する筺体部分Ｂの空間内に配置される。この空間は、円筒状であり、管路２０の一部を構成する。この円筒状空間の上端の周囲が、ポペット弁２４の円環状の弁座２６となっている。

スプリング２５が配置された空間の下部には、図２及び図３のように、管路２０への入口となる導入管３１が設けられる。導入管３１には、管路２０の上流側のバイパス通路８部分が接続される。一方、リードバルブ１２の下流側に隣接する管路２０部分には、管路２０からの出口となる送出管３２が設けられる。送出管３２には、管路２０の下流側のバイパス通路８部分が接続される。

したがって、２次空気は、導入管３１から空燃比制御装置１内の管路２０に流入し、スプリング２５が配置された空間を通り、さらにポペット弁２４の先端部２７と弁座２６との間を通り、そしてリードバルブ１２を経て、送出管３２から流出する。その間に、２次空気は、電磁弁９及びリードバルブ１２による流量制限を受けることになる。

ステー１５は、空燃比制御装置１がステー１５を介して２輪車に取り付けられたとき、筺体部分Ａの内燃機関２側の側面を覆う平板状部分３３と、２輪車のフレーム１６に取り付けるための取付け部３４とを備える。空燃比制御装置１を２輪車のフレーム１６に取り付けたとき、平板状部分３３は２輪車の内燃機関２と筺体部分Ａとの間に位置し、内燃機関２からの熱を放散させる放熱部材として機能する。

筺体部分Ａの基板収納部１８と、電磁弁９の駆動部を収納する部分との間には、空隙３５が存在する。また、筺体部分Ａの基板収納部１８と、筺体部分Ｂのリードバルブ１２を収納している部分との間には、大気に通じている連通空間３６が存在する。空隙３５は、連通空間３６を介して大気に通じている。これにより、コイル２１からの熱が大気中に放散されるので、制御基板１１への熱による悪影響が回避される。

基板収納部１８におけるカプラ１９とは反対側の側面には、吸気圧センサ１０に対して吸気圧を導入するための吸気圧検出路３７が設けられる。吸気圧検出路３７は、気化器４の、吸気路３を開閉するスロットルバルブの下流側に接続され、吸気圧を吸気圧センサ１０に供給する。

この構成において、内燃機関２が始動し、バイパス通路８を介した２次空気の供給が開始され、空燃比制御装置１に通電されると、制御基板１１の制御回路は、吸気圧センサ１０の出力に基づき、電磁弁９の制御を開始する。

この制御は、吸気圧センサ１０により得られる吸気圧、内燃機関２の回転数、又は吸気圧と内燃機関２の回転数とで決定される負荷に基づいて行われる。すなわち、制御基板１１の制御回路は、内燃機関２の負荷が高いとき、電磁弁９の所定期間に占める閉期間の割合、すなわちデューティ比が減少し、又はゼロとなるように電磁弁９のデューティ制御を行う。高負荷時には、２次空気が不足するので、２次空気の量を増大させるためである。

これにより、高負荷時における排気の空燃比が、よりリッチ側に傾くのが抑制され、理論空燃比に極力近い値に維持される。このとき、デューティ比が減少し又はゼロとされるので、電磁弁９への通電時間が減少し又はゼロとなる。したがって、電磁弁９の駆動部からの発熱が抑制される。

また、制御基板１１の制御回路は、内燃機関２がアイドル状態にあるときには、デューティ比をゼロとして電磁弁９を開放状態とする。アイドル時にはＮＯＸ（窒素酸化物）が発生し難いので、ＣＯの発生を考慮し、２次空気の量を多くするのが好ましいからである。これにより、アイドル時には、電磁弁９への給電が抑制され、バッテリー上り等の不具合の発生が極力回避される。

また、内燃機関２は発熱するが、内燃機関２と筺体部分Ａとの間のステー１５部分により内燃機関２からの熱は吸収され、ステー１５の２輪車への取り付け部分から２輪車のフレームへ放散される。また、電磁弁９の駆動部も発熱するが、その熱は、基板収納部１８に隣接する空隙３５から連通空間３６を経て大気中に放散されるので、基板収納部１８内の制御基板１１に影響を与えることはない。

以上のように本実施形態によれば、電磁弁９の下流側に、内燃機関２の排気圧に応じて開閉するリードバルブ１２を設けたので、電磁弁９による２次空気の流量制御に加え、リードバルブ１２が空燃比制御装置１への２次空気の逆流を防止し、リードバルブ１２自体も内燃機関２の排気圧に応じて開閉する。これにより、触媒装置における排気浄化能力を良好に維持することができる。

また、電磁弁９として、通電していないときに開状態となる常開型のものを採用し、制御基板１１は、電磁弁９の制御に際し、内燃機関２の高負荷時に、デューティ比を下げ又はゼロとする制御を行う。具体的には、所定の回転数又は吸気圧にて高付加時を検知し、デューティ比を徐々に若しくは直ちに下げ、又は直ちに０％にするようにしている。このため、内燃機関２の発熱量が多く、空燃比制御装置１の雰囲気温度が高いときに、電磁弁９の駆動部から発生する熱を抑制することができる。したがって、電磁弁９の駆動部が熱により不具合を起こすのを防止し、空燃比制御装置１の性能を良好に維持することができる。これにより、触媒装置７による排気浄化能力も良好に維持される。

また、制御基板１１及び電磁弁９の駆動部を、１つの筐体に収納したので、内燃機関２で生じた熱を筐体で遮蔽し、熱の影響を受けやすい制御基板１１を熱から保護することができる。また、制御基板１１と電磁弁９は、筐体内で電気的に接続されるので、接続のための配線が容易で、配線コストも削減される。また、車両の熱や振動等による配線の脱落や切断による不具合の発生が防止される。したがって、空燃比制御装置１の性能を長期間良好に維持することができる。さらに、空燃比制御装置１のレイアウトやメンテナンスも容易になる。

また、筐体部分Ａの基板収納部１８と、電磁弁９の駆動部を収納する部分との間に、大気に通じた空隙３５を設けたので、空隙３５に流入する大気により、電磁弁９の駆動部の熱を放散させることができる。これにより、電磁弁９の駆動部の熱による制御基板１１への直接的な影響を効果的に回避し、空燃比制御装置１の性能を良好に維持することができる。これにより、触媒装置７による排気浄化能力も良好に維持される。

また、空燃比制御装置１が車体に取り付けられた場合、その車両の走行時には、空隙３５に流入する大気の流れが速くなるので、制御基板１１への熱の影響をより効果的に回避することができる。

また、筐体部分Ａの基板収納部１８と、筐体部分Ｂの管路２０を収納した部分との間に空隙３５を大気に通じさせる連通空間３６を設けるようにしたので、空隙３５を大気に通じさせる空間を、連通空間３６として簡単に形成できるとともに、連通空間３６及び空隙３５に流入する大気により、電磁弁９の駆動部の熱を放散させることができる。これにより、電磁弁９の駆動部の熱による制御基板１１への直接的な影響をより効果的に回避することができる。

また、制御基板１１と電磁弁９の駆動部を筺体部分Ａ内に配置し、管路２０は筺体部分Ｂ内に配置するようにしたので、管路２０両端の導入管３１と送出管３２を容易に、相互に逆方向に向けて配置するとともに、内燃機関２に対して平行に配置することができる。したがって、バイパス通路８を構成するための導入管３１及び送出管３２への配管に際しては、内燃機関２に近接し過ぎるような配管部分が生じないように配管を行うことができる。

これにより、内燃機関２の熱による配管の不具合が生じるのを防止し、空燃比制御装置１の性能を良好に維持することができる。これにより、触媒装置７の排気浄化能力も良好に維持される。

また、可動鉄心２３とポペット弁２４とを別体とし、調芯部２９を介してポペット弁２４を駆動し、さらにポペット弁２４の先端を防震用のカバー３０で覆うようにしたので、筐体部分Ａと筐体部分Ｂとの締結に際し、調芯部２９とカバー３０が、筐体部分Ａと筐体部分Ｂの寸法のバラツキを吸収することができる。

したがって、筐体部分Ａと筐体部分Ｂとを支障なく締結することができるとともに、ポペット弁２４が開くとき及び閉まるときの両方において、異音の発生やペット弁２４の開閉による衝撃を防止し、かつポペット弁２４としての開閉の機能を正確に果たすことができる。これにより、空燃比制御装置１の性能を良好に維持することができる。また、触媒装置７による排気浄化能力も良好に維持される。

１…空燃比制御装置、２…内燃機関、３…吸気路、４…気化器、７…触媒装置、８…バイパス通路、９…電磁弁、１０…吸気圧センサ、１１…制御基板、１２…リードバルブ、１５…ステー、１６…フレーム、１８…基板収納部、１９…カプラ、２０…管路、２３…可動鉄心、２４…ポペット弁、２７…先端部、２９…調芯部、３０…カバー、３３…平板状部分、３５…空隙、３６…連通空間、Ａ，Ｂ…筺体部分。

Claims (3)

1. 内燃機関において、スロットルバルブの上流側からバイパス通路を経て触媒装置の上流側に導入する２次空気の量を変化させることにより、該触媒装置に流入する排気の空燃比を制御する空燃比制御装置であって、
   前記バイパス通路を開閉して前記２次空気の量を変化させる電動バルブと、
   前記電動バルブを制御することにより前記空燃比の制御を行う制御基板とを備え、
   前記電動バルブは、通電していないときに開状態となる常開型であり、
   前記制御基板は、前記電動バルブの制御に際し、前記内燃機関に高い負荷がかかるとき、該電動バルブの所定期間における閉期間の割合を下げ又はゼロとする制御を行うものであり、
   前記内燃機関の排気圧に応じて開閉するリードバルブが前記電動バルブの下流側に設けられ、
   前記電動バルブは、前記バイパス通路を開閉する弁体と、該弁体を駆動する駆動部とを備え、
   前記制御基板及び駆動部は、１つの筐体に収納されており、
   前記筐体の前記制御基板を収納する部分と、前記駆動部を収納する部分との間に、大気に通じた空隙を有することを特徴とする空燃比制御装置。
2. 前記バイパス通路の一部を構成する管路を備え、
   前記筐体の一方の側に前記制御基板及び駆動部が収納され、
   前記筐体の他方の側に前記管路が収納され、
   前記筐体の一方の側と他方の側は、相互に締結された異なる部材により構成され、
   前記筐体の一方の側における前記制御基板を収納した部分と、前記筐体の他方の側における前記管路を収納した部分との間に、前記空隙を大気に通じさせる連通空間を備えることを特徴とする請求項１に記載の空燃比制御装置。
3. 前記電動バルブは、磁力により駆動される可動鉄心と、該可動鉄心に取り付けられた前記弁体とを備える電磁弁であり、
   前記弁体は、前記可動鉄心との調芯作用を行う調芯部を介して前記可動鉄心に取り付けられており、
   前記弁体の先端部には、防震用のカバーが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の空燃比制御装置。

Images