JPH10266932A - 汎用エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷条件によらず、好適に空燃比制御を行う
ことができる空燃比制御装置を提供すること。 【解決手段】 吸気管３には、メインジェット１５とス
ロージェット１６が設けられるとともに、空気のみをベ
ンチュリ部７の下流側に供給して燃料の空燃比を調節す
るために、バイパス経路１９が設けられている。バイパ
ス経路１９は、電磁弁３１が配置された主バイパス経路
２３と、主バイパス経路２３から分岐する第１のバイパ
ス経路２５と第２のバイパス経路２７とからなる。第１
のバイパス経路２５は、その出口２５ｂがベンチュリ部
７とスロットル弁２９との間に設けられて、第２のバイ
パス経路２７は、その出口２７ｂがスロットル弁２９の
下流側に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンなどの内
燃機関の空燃比を制御するための装置であって、特に燃
料ではなく吸入空気を制御することで空燃比の制御を行
う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、エンジンの空燃比を制御する
方法としては、燃料混合気に含まれる燃料の量を調節す
る方法と、吸入空気の量を調節する方法が考えられてい
る。このうち、吸入空気を調節して空燃比制御を行う方
法としては、例えば本願出願人が既に出願した特願平８
−１６４５１３号に記載の技術がある。これは、外気も
しくは吸気フィルタの下流から吸気マニホールドまで、
空燃比を調節するための導入空気を通すためにバイパス
経路を設け、バイパス経路の途中に配置した電磁弁を開
閉することで導入空気の量を調節するものである。

【０００３】また、これとは別に、汎用エンジンにおい
ては、主たる燃料を供給する（ベンチュリにて開口す
る）メインジェットと、副なる燃料を供給するスロージ
ェットと呼ばれる燃料供給路が設けられている。つま
り、メインジェットは、低負荷運転時はベンチュリの両
側における圧力損失が少ないため、燃料を供給する能力
が少ないので、それを補うために、スロージェットと呼
ばれる別の燃料供給路が、スロットルの下流側に設けら
れている。

【０００４】この種の汎用エンジンにおいては、空燃比
を調節するために、ベンチュリを迂回してスロットルの
上流側に開口するバイパス通路を備えたものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記の様
に、メインジェットとスロージェットの２つの燃料供給
路を備えた汎用エンジンの場合、低負荷ではメインジェ
ットではなくスロージェットを介して燃料を供給するた
め、メインジェットの近傍に設けたバイパス経路だけで
は、燃料供給に対して空燃比を適正にコントロールでき
ないという問題があった。

【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、負荷条件によらず、好適に空燃比制御
を行うことができる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】 請求項１の発明では、キャブレタ式の第１の燃料供給
部と第２の燃料供給部とを備えている。この第１の燃料
供給部は、いわゆるメインジェットと呼ばれるものであ
り、主として高負荷時に多くの燃料を供給する。一方、
第２の燃料供給部は、いわゆるスロージェットと呼ばれ
るものであり、低負荷時にはメインジェットに代わっ
て、多くの燃料を供給するものである。

【０００８】そして、第１の燃料供給部及び第２の燃料
供給部から汎用エンジンの吸気管内に燃料を供給すると
ともに、第１の燃料供給部を迂回して吸気管に設けられ
た少なくとも２つのバイパス経路を用い、その入口から
空気を導入し出口から吸気管内に空気を供給する。そし
て、バイパス経路に設けられた電磁弁を駆動して経路の
連通状態を調節することにより、吸気管内に導入する空
気（導入空気）の量を調節して、燃料混合気の空燃比を
制御する。

【０００９】特に本発明では、２つのバイパス経路のう
ちの第１のバイパス経路が、スロットル弁の上流側に開
口する出口（吸気管における導入口）を有し、他の第２
のバイパス経路がスロットル弁の下流側に開口する出口
を有している。従って、この少なくとも２つのバイパス
経路を用いて、導入空気を吸気管に供給することによ
り、負荷条件によらず、好適に空燃比制御を行うことが
できる。

【００１０】例えば、負荷が小さいときには、スロット
ル開度は小さいので、メインの経路（吸気管）を流れる
燃料混合気の流量は少なく、この状態では、（スロット
ル弁の下流側に出口を有する）第２のバイパス経路の入
口と出口との間における圧力差は、（スロットル弁の上
流側に出口を有する）第１のバイパス経路の圧力差より
大きい。従って、負荷が小さいときには、主として第２
のバイパス経路を通して導入空気が供給される。

【００１１】一方、負荷が大きいとき（中負荷又は高負
荷）には、スロットル開度は大きいので、メインの経路
を流れる燃料混合気の流量が大きくなり、メインの経路
の（ベンチュリにおける）通気抵抗によって負圧が高ま
って、第１のバイパス経路の入口から出口までの圧力差
が大きい状態になる。従って、負荷が大きい時には、主
として第１のバイパス経路を通して導入空気が導入され
る。

【００１２】ここで、供給される燃料と空気との関係を
説明する。メインジェットは、ベンチュリの両側におけ
る圧力損失に応じて燃料を供給し、これは、圧力損失が
大きいと多くの空気を流し、低いと少しの空気を流すと
いう第１のバイパス経路の特性と同じである。よって、
メインジェットから供給される燃料の空燃比は、第１の
バイパス経路から供給される空気でコントロールできる
ことになる。

【００１３】一方、スロージェットは、吸気管の負圧を
利用して燃料タンクから燃料を吹く構造となっているの
で、吸気管の負圧が高い（低負荷）と多くの燃料を吹
き、低い（高負荷）とあまり機能しなくなるという性質
を有しているが、これは、負圧が高いと多くの空気を流
し、低いと少しの空気を流すという第２のバイパス経路
の対負荷特性と同じである。従って、第１のバイパス経
路でコントロールできない空燃比が、第２のバイパス経
路でならコントロールできることになる。

【００１４】即ち、メインジェットは第１のバイパス経
路でコントロールし、スロージェットは第２のバイパス
経路でコントロールできることになる。上述した様に、
本発明では、第１及び第２のバイパス経路を設けること
により、負荷の状態に動じて、導入空気の主となる導入
経路が切り替わって、必要な量の導入空気が供給される
ので、このバイパス経路の大きさを適宜設定することに
より、負荷に応じて導入空気の量を調節することが可能
になる。それによって、負荷が変化しても、好適に空燃
比の制御を行うことができる。

【００１５】請求項２の発明では、第１のバイパス経
路及び第２のバイパス経路が、１つのバイパス経路から
分岐した経路である。従って、バイパス経路の構成を簡
易化することができる。 請求項３の発明では、第１のバイパス経路及び第２の
バイパス経路が、１つの電磁弁によりその連通状態が制
御される。

【００１６】例えば第１，第２のバイパス経路の分岐地
点より上流側のバイパス経路に電磁弁を配置することに
より、一つの電磁弁により、第１，第２のバイパス経路
の連通状態を調節できるので、装置構成を簡易化するこ
とができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例の形態の
例（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に使用される空燃比制御装置
（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。

【００１８】図１に、本実施例の空燃比制御装置の概略
構成を模式的に示す。本実施例では、汎用エンジン１の
吸気管３において、チョーク４の下流側に、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
られている。この燃料供給部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１１の上下移動によ
り調節して蓄えるフロート室１３と、フロート室１３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（メインジェット）１５を備えている。

【００１９】また、吸気管３のスロットル弁２９の下流
側には、メインジェット１５とは別に、負圧に応じて燃
料タンクから吸気管３内に燃料を供給するスロージェッ
ト１６が設けられている。つまり、このスロージェット
１６の構造は、フロート室１３の燃料溜りから引き出さ
れた燃料供給管１６ａとキャブレタ９の上流部から引き
出された空気供給管１６ｂが、スロージェット１６で集
合され、そこで、燃料と空気が混合された後に、スロッ
トル弁２９の下流側に供給される様になっている。

【００２０】更に、吸気管３には、空気のみをベンチュ
リ部７の下流側に供給して燃料の混合比（即ち空燃比）
を調節するために、ベンチュリ部７及びスロットル弁２
９を迂回するバイパス経路１９が設けられている。この
バイパス経路１９は、吸気フィルタ２１の下流に入口
（吸引口）２３ａを有する主バイパス経路２３と、この
主バイパス経路２３から分岐する第１のバイパス経路２
５と第２のバイパス経路２７とから構成されている。

【００２１】前記主バイパス経路２３は、内径２０ｍ
ｍ、長さ３０ｍｍのパイプであり、この主バイパス経路
２３には、その経路を開閉２位置に制御する電磁弁３１
が配置されている。従って、この電磁弁３１により、第
１のバイパス経路２５及び第２のバイパス経路２７の開
閉状態も制御される。尚、電磁弁３１は、デューティ比
制御によって開閉状態が制御され、電磁弁に通電される
（ＯＮ）と経路が開かれ、通電されない（ＯＦＦ）と経
路が閉じられる。

【００２２】また、前記第１のバイパス経路２５は、内
径約１２ｍｍ、長さ約８０ｍｍのパイプからなり、その
出口（吸気管３への導入口）２５ｂがベンチュリ部７と
スロットル弁２９との間に設けられている。一方、第２
のバイパス経路２７は、内径約６ｍｍ、長さ約１００ｍ
ｍのパイプからなり、その出口２７ｂがスロットル弁２
９の下流側に設けられている。

【００２３】そして、本実施例においては、高負荷又は
中負荷時には、主としてメインジェット１５から燃料が
供給され、一方、低負荷時には、主としてスロージェッ
ト１６から燃料が供給される。それに応じて、高負荷又
は中負荷時には、主として第１のバイパス経路２５から
空気が供給されて、所定の空燃比に制御され、一方、低
負荷時には、主として第２のバイパス経路２７から空気
が供給されて、所定の空燃比に制御される。尚、本実施
例では、目標空燃比は１４であり、１３．５〜１４．５
の範囲に収まる様に電磁弁３１が駆動されて空燃比が制
御される。

【００２４】また、排気管４１には、酸素センサ４３及
び排ガス浄化触媒４５が取り付けられている。この酸素
センサ４３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（いわゆるλセンサ）である。

【００２５】この空燃比制御装置では、酸素センサ４３
や（フライホイール４７に取り付けられたマグネットを
用いて）汎用エンジン１の回転角を検出する回転角セン
サ４９等の信号を、信号処理回路５１で処理し、この処
理結果に基づいて電磁弁駆動回路５３が駆動信号を出力
し、該駆動信号に基づいて電磁弁３１を駆動し、空気の
供給量を調節して空燃比を制御している。

【００２６】ｂ）次に、本実施例の空燃比制御装置の動
作について、図２に基づいて説明する。 まず、吸気管負圧に同期した信号について説明する。
汎用エンジン１が回転している場合には、回転角センサ
４３からは、図２（ａ）に示す様なパルス信号（回転角
信号）が出力される。尚、２パルスに１回の割合でプラ
グの点火が行われる。このとき、吸気管３内の負圧は、
エンジン１の回転に応じて（即ち吸気弁の動作に応じ
て）、図２（ｂ）の様に変化する。

【００２７】そして、信号処理回路４５では、前記回転
角信号に応じて、吸気管負圧に同期した図２（ｃ）に示
す様な信号αを（例えば周波数に換算して６０Ｈｚの周
期で）作成するとともに、この信号αに基づいて、図２
（ｄ）に示す様な信号α３つ分の出力期間を有する信号
βを一定の周期で（例えば周波数に換算して０．２Ｈｚ
の周期で）作成する。

【００２８】更に、信号処理回路４５では、これらの信
号α及び信号βに基づいて、図２（ｅ）に示す様に、電
磁弁２１を駆動する信号（電磁弁信号）を作成して、電
磁弁駆動回路４７を介して電磁弁２１に出力する。この
電磁弁信号は、信号αに同期して出力されるもので、信
号βがＬｏｗである通常の期間は、予め定められた所定
の時間ＢだけＯＮ（開状態）とされるが、信号βがＨｉ
ｇｈの期間中（検査期間）は、空燃比を一時的にリーン
側に振るために、予め定められた所定の時間ＣだけＯＮ
（開状態）とされる。但し、時間Ｂより時間Ｃの方が長
く設定されており、この時間は運転状態によって変更さ
れるが、代表的な例として時間Ｂが５ｍｓ、時間Ｃが１
０ｍｓとされる場合がある。

【００２９】つまり、信号βのＨｉｇｈの期間中は、一
時的に電磁弁２１の開弁時間が長くされ、それによっ
て、一時的に空燃比がリーン側に調節されることにな
る。 次に、このような信号状態における制御について説明
する。上述した様に、前記電磁弁信号によって電磁弁２
１が駆動されて、一時的に空気量が増大されると、図２
（ｆ）に示す様に、酸素センサ３７の出力（酸素センサ
信号）は、基準値（例えば０．４５Ｖ）を挟んで低下
し、リッチ側からリーン側に変化する。すると、信号処
理回路４７では、この酸素センサ信号に基づいて、図２
（ｇ）に示す様に、基準値を下回る期間がＨｉｇｈであ
るリーン信号を作成する。

【００３０】そして、本実施例では、このリーン信号が
Ｈｉｇｈである時間Ａを測定し、この時間Ａが所定の値
より短い場合には、前記時間Ｂを長くする。つまり、リ
ーン信号の時間が短い場合とは、空燃比がすぐに元のリ
ッチの値に戻り易い状態、即ち、空燃比が目標値よりリ
ッチ側に偏り過ぎているとして、電磁弁２１の開時間Ｂ
を長くし、空気の供給量を多くして、燃料混合気を薄く
して（即ちリーン側寄りにして）、目標の空燃比に近づ
けるようにする。

【００３１】一方、時間Ａが所定の値より長い場合に
は、前記時間Ｂを短くする。つまり、リーン信号の時間
が長い場合とは、空燃比がすぐに元のリッチの値に戻り
難い状態、即ち、目標値よりリーン側に偏り過ぎている
として、電磁弁２１の開時間Ｂを短くし、空気の供給量
を少なくして、燃料混合気を濃くして（即ちリッチ側寄
りにして）、目標の空燃比に近づけるようにする。

【００３２】つまり、一時的に空燃比をリーン側に振っ
てやり、その時の酸素センサ３７のリーン出力時間（時
間Ａ）を測定し、そのリーン出力時間に応じて電磁弁２
１の開閉状態を制御して燃料混合気を調節し、空燃比を
制御している。従って、例えば自動車で使用する全領域
酸素センサの様な複雑で高価な酸素センサを使用しなく
とも、簡単で安価なλセンサを使用して、好適に（理論
空燃比λ＝１よりリッチ側の）目標空燃比に制御するこ
とができる。 （実験例）次に、本実施例の効果を確認するために行っ
た実験例について説明する。

【００３３】本実験例では、キャブレタ式の２５０ｃｃ
のＯＨＶエンジンにて、無負荷と負荷７０％において、
空燃比（Ａ／Ｆ）を１３．５のリッチにする実験を行っ
た。この場合、空燃比を１３．５の制御するために必要
なバイパスエアー流量（第１及び第２のバイパス経路を
流れる空気流量）は、無負荷時で３０．６ｌ／min、
（流量が多い）負荷７０％で１９７．３ｌ／minである
と考えられるので、実際にその様な流量を得るために、
（スロットルの上流に開口する）第１のバイパス経路と
して内径１０ｍｍ、長さ約１５ｍｍ、（スロットルの下
流に開口する）第２のバイパス経路として内径４ｍｍ、
長さ約１５ｍｍのパイプを用いた。

【００３４】但し、ここでは、負荷１００％では、空燃
比のリーン化は、燃焼温度の上昇によるノッキングの発
生や、エンジンへの熱的ダメージが懸念されるので、空
燃比があまりにリーンにならない様に、負荷７０％まで
の必要バイパスエアー流量で考えた。

【００３５】そして、上述した構成の空燃比制御装置に
おいて、無負荷時における電磁弁の開弁時間を調節し場
合の空燃比の変化の状態を調べた。また、比較例とし
て、第２のバイパス経路（内径１０ｍｍ、長さ１００ｍ
ｍ）のみを設けた空燃比制御装置においても同様な実験
を行った。

【００３６】その結果を、図３に示すが、本実施例の２
つのバイパス経路を設けたものは、開弁時間を調節した
場合に、空燃比は目標空燃比１３．５の上下に適度に変
化し、精密な制御が可能であることがわかる。それに対
して、比較例のものは、開弁時間を調節すると、空燃比
は目標空燃比１３．５の上下に急変化し、制御が難しく
好ましくない。

【００３７】この様に、本実施例のメインジェット１５
とスロージェット１６を備えた汎用エンジンの空燃比制
御装置は、キャブレタ９のベンチュリ部７を迂回して、
スロットル弁２９の上流側に開口する第１のバイパス経
路２５と、スロットル弁２９の下流側に開口する第２の
バイパス経路２７とを有しているので、負荷が変化した
場合でも、精密に空燃比を制御することができ、制御性
に優れているという顕著な効果を奏する。

【００３８】特に低負荷時には、主としてスロージェッ
ト１６から燃料が供給されるが、この場合には、第２の
バイパス経路２７から必要な空気が供給されるので、低
負荷時においても所望の範囲の空燃比に好適に空燃比制
御することができる。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。

【００３９】（１）例えば前記実施例では、空燃比をリ
ッチ側に制御する例について述べたが、本発明は、リッ
チ側に空燃比を制御する場合だけでなく、Ａ／Ｆチェッ
ク時のソレノイド開時間を調節することにより、空燃比
を理論空燃比点（ストイキ）に制御するストイキ制御
や、空燃比をリーン側に制御するリーン制御にも適用で
きる。

【００４０】（２）また、前記実施例では、２つのバイ
パス経路を設けた例を説明したが、更にそれ以上のバイ
パス経路を設けてもよい。 （３）更に、上述した酸素センサからの信号に基づいて
電磁弁を制御する場合以外に、他のセンサ、例えば温度
センサからの信号に基づいて電磁弁を制御して導入空気
量を調節してもよい。例えば温度が高くなると、暖気運
転が終了したと考えて、リッチ側からリーン側に目標空
燃比を切り替える制御を行う場合には、温度が高くなる
と、導入空気量を増加する様に制御してもよい。

【００４１】（４）また、二次空気量を調節することに
よって、酸素センサで検出する空燃比を変えることがで
きるので、この二次空気量を調節することによって、制
御する空燃比を調節することができる。 （５）更に、空燃比の検出に用いる酸素センサは、酸素
濃淡電池を用いる他に、チタニア等の金属半導体を用い
た抵抗変化型の酸素センサを用いることもできる。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述した様に、請求項１の発明で
は、２つのバイパス経路のうちの第１のバイパス経路
が、スロットル弁の上流側に開口する出口を有し、他の
第２のバイパス経路がスロットル弁の下流側に開口する
出口を有しているので、これらのバイパス経路を用いて
導入空気を吸気管に供給することにより、好適に空燃比
制御を行うことができる。

【００４３】請求項２の発明では、第１のバイパス経路
及び第２のバイパス経路が、１つのバイパス経路から分
岐した経路であるので、バイパス経路の構成を簡易化で
きる。請求項３の発明では、第１のバイパス経路及び第
２のバイパス経路が、１つの電磁弁によりその連通状態
が制御されるので、装置構成を簡易化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の空燃比制御装置の構成を示す説明図
である。

【図２】 実施例の空燃比制御装置の動作及び信号を示
すグラフである。

【図３】 実験例の結果を示すグラフである。

【図４】 従来技術を説明するグラフである。

【符号の説明】

１…汎用エンジン ３…吸気管 ４…チョーク ５…燃料供給部 ７…ベンチュリ部 ９…キャブレタ １５…ノズル（メインジェット） １６…スロージェ
ット １９…バイパス経路 ２３…主バイパス
経路 ２３ａ…入口 ２５…第１のバイ
パス経路 ２５ｂ，２７ｂ…出口 ２７…第２のバイ
パス経路 ２９…スロットル弁 ３１…電磁弁 ４１…排気管 ４３…酸素センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 汎用エンジンの吸気管内に燃料を供給す
   るキャブレタ式の第１の燃料供給部と、 該第１の燃料供給部の下流側に配置されたスロットル弁
   と、 該スロットル弁の下流側に配置された第２の燃料供給部
   と、 前記第１の燃料供給部を迂回して、前記燃料混合気の空
   燃比を制御するための導入空気を前記吸気管内に供給す
   る少なくとも２つのバイパス経路と、 該少なくとも２つのバイパス経路の連通状態を制御する
   電磁弁と、 を備え、前記電磁弁を駆動して空燃比を制御する汎用エ
   ンジンの空燃比制御装置であって、 前記少なくとも２つのバイパス経路のうちの第１のバイ
   パス経路が、前記スロットル弁の上流側に開口する出口
   を有し、他の第２のバイパス経路が前記スロットル弁の
   下流側に開口する別の出口を有することを特徴とする汎
   用エンジンの空燃比制御装置。
2. 【請求項２】 前記第１のバイパス経路及び前記第２の
   バイパス経路が、１つのバイパス経路から分岐した経路
   であることを特徴とする前記請求項１に記載の汎用エン
   ジンの空燃比制御装置。
3. 【請求項３】 前記第１のバイパス経路及び前記第２の
   バイパス経路が、１つの電磁弁によりその連通状態が制
   御されることを特徴とする前記請求項１又は２に記載の
   汎用エンジンの空燃比制御装置。