JPS58176455A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の空燃比制御装置に関する。

一般的に云って機関暖機完了前には燃料の気化が悪いた
めに機関暖機完了後に比べて多量の燃料を供給するよう
にし、機関暖機完了前に機関が高負荷運転されたときに
は更に多量の燃料を供給して高出力を得るようにしてい
る。しかしながらこのように機関暖機完了前に機関暖機
完了後に比べて多量の燃料を供給するようにすると燃料
消費率が悪化するという問題を生ずる。更に従来では機
関暖機完了前に機関が高負荷運転されたときは機関温度
に拘らずに一定量の燃料を増量するようにしている。し
かし彦がら機関暖機完了前における高負荷運転時であっ
ても機関温度が高くなればそれに伴って燃料の気化が促
進されるので良好な燃焼を得るのに必要な燃料量は機関
温度が高くなるにつれて減少する。従って従来のように
機関温度に拘らずに一定量の燃料を増量するようにする
と機関温度が高くなるにつれて必要以上の燃料を供給す
ることに彦シ、斯くして更に燃料消費率を悪化させるこ
とになる。

本発明は暖機完了前であっても機関低負荷運転時には暖
機完了後と同じ空燃比を使用できるようにして燃料消費
率の向上を図シ、暖機完了前の高負荷運転時における燃
料の増量割合を機関温度の上昇に応じて減少させること
によって更に燃料消費率を向上するようにした空燃比制
御装置を提供することにある。

以下、添附図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図を参照すると、１は気化器本体、２は垂直方向に
延びる吸気通路、３は吸気通路２内を横方向に移動する
サクションぎストン、４はサクションピストン３の先端
面に取付けられたニードル、５はサクションピストン３
の先端面に対向して吸気通路２の内壁面上に固定された
スペーサ、６はサクションピストン３下流の吸気通路２
内に設けられたスロットル弁、７は気化器フロート室を
夫夫示し、サクションピストン３の先端面とスペーサ５
の間にはペンチエリ部８が形成される。気化器本体１に
は中空円筒状のケーシング９が固定され、このケーシン
グ９にはケーシング９の内部でケーシング９の軸線方向
に延びる案内スリーブ１０が取付けられる。案内スリー
ブ１０内には多数のが−ル１１を具えた軸受１２が挿入
され、また案内スリーブ１０の外端部は盲蓋１３によっ
て閉鎖される。一方、サクシロンピストン３には案内ロ
ッド１４が固定され、この案内ロッド１４は軸受１２内
に案内ロッド１４の軸線方向に移動可能に挿入される。

このようにサクシロンピストン３は軸受１２を介してケ
ーシング９により支持されるのでサクションピストン３
はその軸線方向に滑らかに移動することができる。ケー
シング９の内部はサクシロンピストン３によって負圧室
１５と大気圧室１６とに分割され、負圧室１５内にはサ
クションピストン３を常時ベンチュリ部８に向けて押圧
する圧縮はね１７が挿入される。負圧室１５はサクシロ
ンピストン３に形成されたサクション孔１８を介してペ
ンチエリ部８に連結され、大気圧室１６は気化器本体１
に形成された空気孔１９を介してサクシ１ンピストン３
上流の吸気通路２内に連結される。

（３） 一方、気化器本体１内にはニードル４が侵入可能なよう
にニードル４の軸線方向に延びる燃料通路２０が形成さ
れ、この燃料通路２０内には計量ジェット２１が設けら
れる。計量ジェット２１上流の燃料通路２０は下方に延
びる燃料・千イノ２２を介してフロート室７に連結され
、フロート室７内の燃料はこの燃料パイプ２２を介して
燃料通路２０内に送シ込まれる。更に、スペーサ５には
燃料通路２０と共軸的に配置された中空円筒状のノズル
２３が固定される。このノズル２３はスペーサ５の内壁
面からベンチュリ部８内に突出し、しかもノズル２３の
先端部の上半分は下半分から更にサクシロンピストン３
に向けて突出している。

ニードル４はノズル２３並びに計量ジェット２１内を貫
通して延び、燃料はニードル４と計量ジェット２１間に
形成される環状間隙によシ計量された後にノズル２３か
ら吸気通路２内に供給される。

第１図に示されるように計量ジェット２１の内周面上に
は複数個のエアブリード孔２４が形成され、各エアブリ
ード孔２４は計量ジェット２１周（４） シに形成された環状室２５を介してエアブリード通路２
６に接続される。このエアブリード通路２６は第１エア
ブリード通路２６ａと第２エア！リード通路２６ｂに分
岐されて第１エアブリード通路２６ａはエアブリード量
増量装置２７に、第２エアブリード通路２６ｂはサクシ
１ンピストン３上流の吸気通路２内に夫々接続される。

エアブリード量増量装置２７はその内部に形成された円
筒孔２８内に摺動可能に挿入されたプランジャ２９と、
このグランジャ２９を駆動するためのワックス弁３０を
具備する。プランジャ２９は互に間隔を隔てた一対の膨
大部２９ａ　、２９ｂを有し、これら膨大部２９ａ　、
２９ｂ間に弁室３１が形成される。、エアブリード量増
量装置２７のハウジング内には弁室３１内に常時開口す
る空気流入ポート３２と、弁室３１に対する開口面積が
膨大部２９ｍの内端部によって制御される空気流出ポー
ト３３とが形成され、空気流入ポート３２は第２エアブ
リード通路２６ｂに、空気流出ポート３３は第１エアブ
リード通路２６ａに夫々連結される。

膨大部２９ａの外端部には引張ばね３４によシ右方に付
勢された回動アーム３５が当接し、膨大部２９ｂの外端
部にはワックス弁３０の弁ロッド３６が当接する。ワッ
クス弁３０はワックス弁ホルダ３７によシ固定支持され
、このワックス弁ホルダ３７の周囲には機関冷却水流通
室３８が形成される。機関冷却水は冷却水流入口３９か
ら冷却水流通室３８内に流入し、次いで冷却水流出口４
０から流出する。機関冷却水温が上昇するにつれてワッ
クス弁３０の弁ロッド３６が突出し、それによってシラ
ンジャ２９が左方に移動する。その結果、空気流出ポー
ト３３の開口面積が増大するために第１エアブリード通
路２６ａを介してエアブリード孔２４から供給される空
気量が増大し、斯くしてメインノズル２３から供給され
る燃料量が減少する。一方、第２エアブリード通路２６
ｂ内には弁ポート４１の開閉制御をす込電磁制御弁４２
が設けられ、この電磁制御弁４２のソレノイド４３は電
子制御ユニット６０の出力端子に接続される。ソレノイ
ド４３が付勢されると弁ポート４１は全開せしめられ、
ソレノイド４３が消勢されると弁ポート４１は全閉せし
められる。第２エアブリード通路２６ｂを介してエアブ
リード孔２４から供給される空気量は電磁制御弁４２に
よって制御され、従ってエアブリード孔２４から供給さ
れる全空気量はエアブリード量増量装置２７および電磁
制御弁４２によって制御される。

第１図に示すようにスペーサ５の上端部には吸気通路２
内に向けて水平方向に突出する隆起壁４４が形成され、
この隆起壁４４とサクションピストン３の先端部間にお
いて流量制御が行カわれる。機関運転が開始されると空
気は吸気通路２内を下方に向けて流れる。このとき空気
流はサクションピストン３と隆起壁４４間において絞ら
れるためにペンチ−り部８には負圧が発生し、この負圧
がサクション孔１８を介して負圧室１５内に導びかれる
。サクシ璽ン♂ストン３は負圧室１５と大気圧室１６と
の圧力差が圧縮ばね１７のばね力により定まるほぼ一定
圧となるように、即ちベンチュリ部８内の負圧がほぼ一
定となるように移動（７） する。

第１図に示されるように気化器本体１は吸気マニホルド
４５上に取付けられ、また吸気マニホルド４５の下側に
は排気マニホルド４６が配置される。吸気マニホルド４
５には負圧スイッチ４７が取付けられ、との負圧スイッ
チ４７はダイアフラム４８によって大気から隔離されか
つ吸気マニホルド４５内に接続された負圧室４９を具備
する。

更に負圧スイッチ４７はダイアフラム４８に取付けられ
た可動接点５０と、この可動接点５０に対向配置された
固定接点５１とを具備し、この固定接点５１は電子制御
ユニット６０の入力端子に接続される。この負圧スイッ
チ４７はスロットル弁６の開度が小さなとき、即ち機関
低負荷運転時にオンとなシ、スロットル弁６の開度が大
きな高負荷運転時にオフとなる。一方、排気マニホルド
４６には酸素濃度検出器５２が取付けられ、この酸素濃
度検出器５２は電子制御二二ッ）６０の入力端子に接続
される。また、電子制御ユニット６００Å力端子には機
関冷却水温を検出するため（８） の水温センサ５３が接続される。

第２図に電子制御二二ツ）６０の回路図を示す。

なお、第２図においてＶＢ　は電源電圧を示す。第２図
を参照すると第１図に示した酸素濃度検出器５２が示さ
れる。この酸素濃度検出器５２は第３図に示されるよう
に排気ガスが酸化雰囲気のとき、即ち機関シリンダ内に
供給される混合気の空燃比が理論空燃比よシも大き々と
き０．１＆ルト程度の出力を発し、一方排気ガスが還元
雰囲気のとき、即ち機関シリンダ内に供給される混合気
の空燃比が理論空燃比よシも小さなとき０．９ボルト程
度の出力を発する。第３図において縦軸Ｖは酸素濃度検
出器５２の出力電圧を示し、横軸は機関シリンダ内に供
給される混合気の空燃比を示す。々お、この横軸におい
てＳは理論空燃比、Ｌは稀薄側、Ｒは過濃側を夫々示す
。

再び第２図を参照すると、電子制御ユニット６０は？ル
テージホロヮ６１と、ＡＧＣ回路６２と、第１のコンパ
レータ６３と、積分回路６４と、反転増巾器からなる比
例回路６５と、加算回路６６と、第１のアナログスイッ
チ６７と、鋸波発生回路６８と、第２のコンパレータ６
９と、トランジスタ７０とを具備する。酸素濃度検出器
５２の出力端子は？ルテージホロワ６１の非反転入力端
子に接続され、このボルテージホロワ６１の出力端子は
ＡＧＣ回路６２の入力端子に接続される。一方、ＡＧＣ
回路６２の出力端子は抵抗７１を介して第１コンパレー
タ６３の非反転入力端子に接続され、第１コンパレータ
６３の反転入力端子には抵抗７２を介して０．４？ルト
程度の基準電圧が印加さレル。第１コンパレータ６３の
出力端子バ一方テは積分回路６４０入力端子に接続され
、他方では比例回路６５０入力端子に接続される。また
、積分回路６４の出力端子は加算回路６６の第１の入力
端子に接続され、比例回路６５の出力端子は加算回路６
６の第２の入力端子に接続される。加算回路６６の出力
端子は第１アナログスイツチ６７並びに抵抗７３を介し
て第２コンパレータ６９の非反転入力端子に接続され、
一方第２コンノ々レータ６９の反転入力端子は抵抗７４
を介して鋸波発生回路６８に接続される。また、第２コ
ンパレータ６９の出力端子は抵抗７５を介してトランジ
スタ７０のペースに接続される。トランジスタ７０のエ
ミッタは接地され、一方トランジスタフ０のコレクタは
電磁制御弁４２のソレノイド４３に接続される。なお、
ソレノイド４３にはサージ電流吸収用ダイオード７６が
並列接続される。

酸素濃度検出器５２の出力信号はがルテージホロワ６１
を介してＡＧＣ回路６２に供給される。

ＡＧＣ回路６２は酸素濃度検出器５２の出力信号の平均
値が低下したときに利得が大きくなるように構成された
増巾器であり、従ってＡＧＣ回路６２の出力端子には酸
素濃度検出器５２の出力電圧に比例して変化しかつその
平均値が一定レベルに維持された出力電圧が発生する。

第４図（、）はこのＡＧＣ回路６２の出力電圧を示す。

なお、第４図（、）において電圧Ｖｒは第１コンノ４レ
ータ６３の反転入力端子に印加される基準電圧を示す。

第１コンノＪ？レータ６３の出力電圧はＡＧＣ回路６２
の出力電圧が基準電圧Ｖｒよシも大きくなったときに高
レベルとな（１１） シ、斯くして第１コンノ（レータ６３の出力電圧は第４
図（ｂ）のようになる。第１コンパレータ６３の出力電
圧は積分回路６４において積分され、その結集積分回路
６４の出力端子には第４図（Ｃ）に示すような出力電圧
が発生する。一方、第１コンパレータ６３の出力電圧は
比例回路６５において反転増巾され、その結果比例回路
６５の出力端子には第４図（ｄ）に示すような出力電圧
が発生する。積分回路６４の出力電圧並びに比例回路６
５の出力電圧は加算回路６６において加算され、その結
果加算回路６６の出力端子には第４図（、）に示すよう
な出力電圧が発生する。一方、鋸波発生回路６８は第４
図（ｆ）に示されるような一定周波数の出力電圧を発生
している。もし、第１アナログスイツチ６７が導通状態
にあるとすると第４図０）に示すように加算回路６６の
出力電圧と鋸波発生回路６８の出力電圧は第２コンパレ
ータ６９において比較され、第２コンノ９レータ６９の
出力電圧は加算回路６６の出力電圧が鋸波発生回路６８
の出力電圧よシも高くなったときに高レベルとなる。従
って（１２） 第２コンパレータ６９の出力端子には第４図（ｈ）に示
すような連続ノ４ルスが発生し、この・ヤルス巾は加算
回路６６の出力電圧に比例する１、この連続Ａ？ルスに
よってソレノイド４３の付勢制御が行なわれ、この連続
パルスの・々ルス巾が広くなるほどソレノイド４３の付
勢時間が増大する。従って第１図かられかるようにＡＧ
Ｃ回路６２の出力電圧が高レベルとなったとき、即ち機
関シリンダ内に供給される混合気の空燃比が理論空燃比
よυも小さくなったとき第２コンパレータ６９の出力端
子に発生する連続−９ルスのノ（ルス巾が広くなυ、そ
の結果電磁制御弁４２の開弁時間が長くなる。電磁制御
弁４２の開弁時間が長くなると第２エアブリード２６ｂ
を介してエアブリード孔２４から供給される空気量が増
大するためにメインノズル２３から供給される燃料量が
減少し、斯くして機関シリンダ内に供給される混合気の
空燃比が大きく々る。

一方、機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比が理
論空燃比よシも大きくなると廉回路６２の出力電圧は低
レベルとなシ、その結果第２コンパレータ６９の出力端
子に発生する連続パルスの・母ルス巾が狭くなって電磁
制御弁４２の開弁時間が短かくなる。斯くして第２エア
ブリード通路２６ｂを介してエアブリード孔２４から供
給される空気量が減少し、機関シリンダ内に供給される
混合気の空燃比は小さくなる。このようにして機関シリ
ンダ内に供給される混合気の空燃比はほぼ理論空燃比に
一致せしめられる。

第２図を参照すると、電子制御ユニット６０は水温セン
サ５３を一方の入力とし、負圧スイッチ４７を他方の入
力とするナンドグードア７と、第２のアナログスイッチ
７８とを具備し、第１アナログスイツチ６７と抵抗７３
の接続点は第２アナログスイツチ７８を介して接地され
る。第１アナログスイツチ６７はインノぐ一タ７９を介
してナンドダート７７の出力電圧によ多制御され、第２
アナログスイツチ７Ｂはナンドｆ−）７７の出力電圧に
よって直接制御される。

水温センサ５３は機関冷却水温が例えば６０℃以下のと
きオフであシ、機関冷却水温が６０℃以上になるとオン
になる。一方、負圧センサ４７は前述したように機関負
荷が低いときにはオンであシ、機関負荷が高くなるとオ
フになる。従って機関暖機完了前において低負荷運転が
行なわれているときにはナンドダート７７の出力電圧は
低レベルとなっておシ、その結果第１アナログスイツチ
６７が導通状態になると共に第２アナログスイツチ７８
が非導通状態となる。斯くしてこのとき空燃比が理論空
燃比に一致せしめられる。一方、機関暖機完了前におい
て高負荷運転が行なわれるとナントゲート７７の出力電
圧は高レベルとなり、その結果第１アナログスイツチ６
７が非導通状態になると共に第２アナログスイツチ７８
が導通状態となる。その結果、第２アナログスイツチ６
９の非反転入力端子が第２アナログスイツチ７８を介し
て接地されるためにソレノイド４３は消勢され、斯くし
て第２エアブリード通路２６ｂは遮断される。

第５図は暖機完了前における空燃比制御のタイムチャー
トを示している。第５図において縦軸Ｔ（１５） は機関冷却水温の変化を示し、縦軸Ｑは第にアブリード
２６ａを介してエアブリード孔２４から供給される空気
量を示し、縦軸Ｓ／Ｗは負圧スイッチ４７の作動を示し
、縦軸Ａ／Ｆ　は機関シリンダ内に供給される混合気の
空燃比を示す。なお、縦軸Ａ／Ｆ　　においてＳは理論
空燃比を示し、Ｌは稀薄側を示し、Ｒは過濃側を示す。

第５図かられかるように負圧スイッチ４７がオンのとき
、即ち機関低負荷運転時には空燃比が理論空燃比に一致
せしめられる。即ち、第１図に示すような可変ペンチ−
り型気化器では機関温度が低い場合でも燃料の微粒化が
良好であシ、斯くして空燃比を理論空燃比としても良好
な燃焼を確保することができる。一方、負圧スイッチ４
７がオフのとき、即ち機関高負荷運転時には第２エアブ
リード通路２６ｂが遮断され、従ってこのときエアブリ
ード量はエアブリード量増量装置２７のみによって制御
される。斯くして第５図かられかるように空燃比Ａ７Ｆ
は機関冷却水温Ｔの上昇に伴かって大きくなり、その結
果良好な燃焼を得るのに必要な空燃比に維（１６） 持される。

以上述べたように本発明によれば暖機完了前の低負荷運
転時には理論空燃比の混合気を使用できるので燃料消費
率を向上することができ、更に暖機完了前の高負荷運転
時には機関温度の上昇に伴カって空燃比が徐々に大きく
なるように設定されているので必要以上の燃料が供給さ
れることがなく、斯くして燃料消費率を更に向上するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る機関吸排気系の側面断面図、第２
図は電子制御ユニットの回路図、第３図は酸素濃度検出
器の出力電圧を示す線図、第４図は電子制御ユニットの
作動を示すタイムチャート、第５図は空燃比制御を説明
するためのタイムチャートである。 ３・・・サクシ曹ンピストン、４・・・ニードル、２０
・・・燃料通路、２１・・・計量ジェット、２３・・・
メインノズル、２４・・・エアブリード孔、２６ａ・・
・第１エアゾリード通路、２６ｂ・−・第２エアブリー
ド通路、２７・・・エアブリード量増量装置、４２・・
・電磁制御弁、４７・・・負圧スイッチ、５２・・・酸
素濃度検出器。 特許出願人 トヨタ自動車工業株式会社 特許出願代理人 弁理士　青　木　　　朗 弁理士西舘和之 弁理士　中　山　恭　介 弁理士　山　口　昭　之

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 気化器の燃料通路内に連結された第１のエアブリード通
   路と第２のエアブリード通路を具備し、該第１エアブリ
   ード通路内に機関温度の増大に伴なってエアブリード量
   を増量するエアブリード量増量装置を設け、更に機関負
   荷検出器と酸素濃度検出器の出力信号に応動する電磁制
   御弁を該第２エアブリード通路内に設けて機関低負荷運
   転時には酸素濃度検出器の出力信号に基いて第２エアブ
   リード通路からのエアブリード量を制御することにより
   空燃比をほぼ理論空燃比に一致せしめ、機関高負荷運転
   時には上記機関負荷検出器の出力信号に基いて第２エア
   ブリード通路からのエアブリード作用を停止するように
   した内燃機関の空燃比制御装置。