JPS5845585B2 - 空気流量調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 自動車の排気ガス対策用として案出された改良型内燃機
関において、その効果を最大限に発揮させたい場合とか
、同じく排気ガス対策用として排気ガス浄化用触媒を備
える内燃機関において触媒による排気ガスの最適浄化を
得たい場合などには、内燃機関に供給する混合気の空燃
比を追加空気により常に適正に制御したり、もしくは触
媒への２次空気量を適正に制御する必要がある。

本発明はかかる要求に対し充分に対処し得る空気流量調
整装置に関する。

従来、この種の装置として、排気ガスの一成分である酸
素の濃度により混合気の空燃比を検出するガス検出器を
設け、この検出器の信号に応じて連続的にバイパス弁を
駆動し補正用追加空気の流量を制御して混合気の空燃比
を調整するものが提案されている。

しかし、上記装置はガス検出器を設置した場所を流れる
排気ガス流の乱れ等（こよって、ガス検出器は全体的な
酸素濃度でなく局部的な酸素濃度を検出することがあり
、その結果この酸素濃度と相関関係にある混合気の空燃
比を誤検出し、例えば全体的に混合気の空燃比が大きい
（薄い）状態にあるにも拘らず瞬時パルス的（こ空燃比
が小さい（濃い）という信号を発生しバイパス弁を誤動
作させてしまうという問題がある。

また、ガス検出器としては、通常混合気の空燃比に対し
て第１図のようなステップ出力特性を有するものを用い
るため、混合気の空燃比が設定空燃比近傍になると出力
が交互に非常に早い周期で変化し、その結果・くイバス
弁が激しく反転しバイパス弁、バイパス弁支持部等の摩
耗が激しくなり耐久性に乏しくなるという問題がある。

本発明は上記問題を解決しようとするもので、ガス検出
器の信号が変化した後所定期間駆動ユニットを停止させ
その後駆動ユニットを駆動させることにより、ノイズ的
な瞬時パルス状の信号を除去し、設定空燃比近傍になっ
た時、駆動ユニットをほとんど停止状態にしてバイパス
弁等の耐久性を向上することを目的とするものである。

以下本発明を図に示す実施例について説明する。

システム構成を示す第２図において、１は気化器で、燃
料ノズル１ａから任意に操作されるスロットル弁２の開
度に応じた空気量に比例した燃料を内燃機関３の吸気マ
ニホールド４に供給する。

気化器１とは並列で、エアクリーナ５とスロットル弁２
の下流とを連通ずる補正用空気通路６が設けてあり、こ
の補正用空気通路６を流れる空気量を制御するバイパス
弁７とこのバイパス弁７を開、閉駆動するパルスモータ
８とが設けられている。

ここで、補正用空気通路６、バイパス弁７、パルスモー
タ８が内燃機関３に追加する空気量を制御する調整手段
をなす。

９はバイパス弁７の全閉位置を検出する全閉位置検出器
で、バイパス弁７が全閉位置にある時その接点を閉成す
るものである。

１０は内燃機関３の排気マニホールドで、この排気マニ
ホールド１０の下流には３元触媒を内蔵し排気ガスを浄
化する触媒コンバータ１１が設けられている。

１２は排気マニホールド１０の集合部に設けられている
ガス検出器で、二酸化ジルコニウム、二酸化チタニウム
等の金属酸化物によって排気ガス中の酸素濃度を検出し
、第１図に示すように混合気の理論空燃比付近にてステ
ップ状に起電力が変化するものである。

制御ユニット１３はガス検出器１２および全閉位置検出
器９からの信号を入力として、それら各信号に応じて駆
動ユニットをなすパルスモータ８の回転駆動方向を主に
制御すること（こよって、追加空気量を制御して混合気
の空燃比を調整するものである。

次に制御ユニット１３の詳細構成を第３図について説明
する。

１３ａはガス検出器１２の出力信号の大小を判別する空
燃比判別回路で、入力抵抗１０１、差動演算増幅器（以
下ＯＰアンプという）１０２、このＯＰアンプ１０２の
反転入力端子に設定電圧を入力する分圧抵抗１０３，１
０４から構成される電圧比較回路からなり、ＯＰアンプ
１０２の非反転入力端子は抵抗１０１を介してガス検出
器１２１こ接続されている。

また、分圧抵抗１０２．１０３にて決定する設定電圧は
、ガス検出器１２のほぼ理論空燃比における起電力（第
１図中Ｖａ）に設定される。

従って、ガス検出器１２にて検出された空燃比が理論空
燃比よりは小さい時、即ち混合気が濃い時は空燃比判別
回路１３ａの出力端子Ａに“１ ｎレベルの信号を発生
し、逆に理論空燃比より大きい時即ち混合気が薄い時は
”０″レベルの信号を発生する。

単安定回路１３ｈは空燃比判別回路１３ａの出力信号反
転時に所定期間の間パルスを発生するもので、インバー
タ１０５と、インバータ１０６、抵抗１０７、コンデン
サ１０８、ＡＮＤゲート１０９で構成される第１単安定
マルチバイブレークと、インバータ１１０、抵抗１１１
、コンデンサ１１２、ＡＮＤゲート１１３で構成される
第２単安定マルチバイブレークと、ＮＯＲゲート１１４
とから形成されている。

ここで、空燃比判別回路１３ａの出力が゛ｌ″レベルか
ら″０″レベルに反転すると、第１単安定回路がトリガ
されＡＮＤゲート１０９の出力は抵抗１０７、コンデン
サ１０８で設定される期間のみＯＰ＋レベルからｖｖ
１ ｔｔレベルになる。

また、空燃比判別回路１３ａの出力が”０１ルベルから
゛１″レベルに反転すると第２単安定回路がトリガされ
ＡＮＤゲ゛−１−１１３の出力は抵抗１１１、コンデン
サ１１２で設定される期間のみ゛０″レベルから１”レ
ベルになる。

そして、第１、第２単安定マルチバイブレークの出力は
ＮＯＲゲート１１４で加算され、その結果単安定回路１
３ｂの出力は第４図Ｂで示すように第４図Ａで示す空燃
比判別回路１３ａの出力が反転した後、所定期間ｔの間
”０９ルベルになる。

また、空燃比判別回路１３ａの出力が期間ｔより短い周
期で反転するとその間”０″レベルの状態を保持する。

１３ｃはパルスモータ８を駆動するためのクロックパル
スを発生するクロックパルス発生回路で、インバータ１
１５，１１７、抵抗１１６、コンデンサ１１８からなる
非安定マルチバイブレークであってそのパルス周波数は
最適制御が行えるよう適宜設定されている。

全閉位置検出器９は抵抗９ａおよび接点９ｂより構成さ
れ、バイパス弁７が全閉位置にあるときのみ接点９ｂが
閉成してその出力端子りに０“レベルの信号を生ずる。

１３ｄはＮＡＮＤゲート１１９，１２０より構成された
指令回路で、前記空燃比判別回路１３ａ、単安定回路１
３ｂ、全閉位置検出器９からの出力信号を入力信号とし
ている。

すなわち、ＮＡＮＤゲート１１９の各入力端子はクロッ
クパルス発生回路１３ｃの出力端子と単安定回路１３ｂ
の出力端子Ｂと空燃比判別回路１３ａの出力端子Ａとに
接続され、他方出力端子は可逆シフトレジスタ１３ｅの
入力端子Ｐに接続されている。

また、ＮＡＮＤゲート１２０の各入力端子はクロックパ
ルス発生回路１３ｃの出力端子と単安定回路１３ｂの出
力端子Ｂと全閉位置検出器９の出力端子りと空燃比判別
回路１３ａの出力端子Ａに接続され、他方ＮＡＮＤゲー
ト１２０の出力端子は可逆シフトレジスタ１３ｅの入力
端子Ｃに接続されている。

可逆シフトレジスタ１３ｅは入力端子Ｐにパルス信号が
入力されると、出力端子Ｑｔ ｐ Ｑ２ ｙ Ｑ３ｔＱ
４の順に順次シフトされ、また入力端子Ｃにパルス信号
が入力されると出力端子Ｑ４ ｙ Ｑ３ ｙ Ｑ２ ｐ
Ｑｌの順に順次シフトされる。

この出力端子Ｑ１゜Ｑ２ 、Ｑｓ 、Ｑ４はそれぞれ、
抵抗１２１，１２２゜１２３．１２４トランジスタ１２
５，１２６゜１２７、１２８ 、及び逆起電力吸収用ダ
イオード１２９．１３０，１３１．１３２より構成され
るスイッチング回路１３ｆに接続され、さらにこのスイ
ッチング回路１３ｆは４相パルスモータ８の界磁コイル
Ｃ１ｙ Ｃ２＋ Ｃ３ｔ Ｃ４に接続されている。

従って、可逆シフトレジスタ１３ｅの入力端子Ｐにパル
ス信号が入力されると、トランジスタ１２５゜１２６．
１２７，１２８が順次導通してパルスモータ８の界磁コ
イルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が順次通電され、パルスモ
ータ８が第３図中矢印の方向に回転する。

そして、このパルスモータ８の矢印方向の回転によって
バイパス弁７は開く方向に駆動される。

一方、入力端子Ｃにパルス信号が入力されると、逆にパ
ルスモータ８が反矢印方向に回転し、バイパス弁７は閉
じる方向に駆動される。

なお、制御ユニット１３およびパルスモータ８は内燃機
関３のキースイッチに連動するスイッチ２００を介して
バッテリ２０１により電力を供給されている。

、上記構成において、気化器１は通常の燃料調量を行な
うもので、特別に公知の気化器と異なるところはないが
、ただ制御して得ようとする結果の空気と燃料の空燃比
よりやや燃料が濃い状態に保たれるよう調整されており
、通常の主なる空気は気化器１の主通路を経て、これに
相当する燃料と混合気をなし吸気マニホールド４より機
関３ｆこ供給される。

機関３が燃焼を完了した後、排気マニホールド１０、触
媒コンバータ１１．および図示しないマフラーを通して
大気に放出されるが、この排気マニホールド１０の排気
通路中の一部に設けられたガス検出器１２（こより空燃
比が検出される。

ガス検出器１２の起電力が設定電圧Ｖａより高いと、空
燃比判別回路１３ａは内燃機関３に供給されている混合
気の空燃比が小さい（濃い）と判別してその出力端子Ａ
に゛１″レベルの信号を発生する。

これｌこよって単安定回路１３ｂの出力は所定期間ｔの
間“ＯＩｔレベルになり、指令回路１３ａのＮＡＮＤゲ
ート１１９に”０９ルベル信号が入力される。

また、空燃比判別回路１３ａの１′”レベル信号は単安
定回路１３ｂのインバータ１０５にて反転され”Ｏｎレ
ベル信号になり、指令回路１３ａのＮＡＮＤゲート１２
０に゛０″レベル信号が入力される。

したがって、両ＮＡＮＤゲーＮ１９゜１２０は共に閉じ
、クロックパルス発生回路１３ｃからのパルス信号が可
逆シフトレジスタ１３ｅに入力されなくなりパルスモー
タ８、バイパス弁７は停止する。

そして、期間を後単安定回路１３ｂの出力は″′１″レ
ベルとなって、ＮＡＮＤゲート１１９Ｉこｎ １ ｕ”
レベル信号が入力され、クロックパルス発生回路１３ｂ
のパルス信号が、指令回路１３ａの出力信号としてＮＡ
ＮＤゲート１１９を介して可逆シフトレジスタ１３ｅの
入力端子Ｐに入力される。

したがって、パルスモータ８は矢印方向に回転してバイ
パス弁７の開度を大きくするため、スロットル弁２の下
流に追加される空気量がバイパス弁７の開度に応じて増
量され、内燃機関３に供給される混合気の空燃比は大き
く（薄く）なる。

一方、追加空気の増量によって空燃比が大きくなり、ガ
ス検出器１２の起電力が設定電圧Ｖａより低くなると、
空燃比判別回路１３ａの出力は反転して″０″レベルの
信号を生ずる。

そして、上述した開弁時と同様に、単安定回路１３ｂの
作用によりバイパス弁７は所定期間ｔの開停止しその後
ｆｆ １ ｎレベル信号がＮＡＮＤゲート１２０に入力
されるため、指令回路１３ｄはクロックパルス発生回路
１３ｃのパルス信号を可逆シフトレジスタ１３ｅの入力
端子Ｃに入力する。

したがって、パルスモータ８は反矢印方向に回転し、バ
イパス弁７は閉じる方向に回動する。

その結果スロットル弁２の下流に追加される空気量は減
少し、内燃機関３に供給される混合気の空燃比は小さく
なる。

なお、この作動中、バイパス弁７が全閉位置にきても混
合気が要求空燃比にならず、空燃比判別回路１３ａがバ
イパス弁７をさらに回動させ、バイパス弁７が゛行き過
ぎ″状態（どなることを防止するように、全閉位置検出
器９がバイパス弁７の全閉を検出した時は接点９ｂが閉
放して゛′Ｏ″レベルの信号を発生しＮＡＮＤゲー１−
１２０を閉じ可逆シフトレジスタ１３ｅへのパルス信号
の供給を停止して、パルスモータ８がバイパス弁７をさ
ら（こ閉じる方向へ、駆動するを停止させる。

こうして、バイパス弁７の正常作動を確保している。

次にバイパス弁７の制御作動を第４図により説明する。

時刻ｔ１において第４図Ａに示すように空燃比判別回路
１３ａの出力が反転すると、単安定回路１３ｂの出力は
第４図Ｂに示すように時刻ｔ１より所定期間ｔだけＯ１
ルベルになる。

従って、第４図Ｃに示すようにバイパス弁７は期間ｔだ
け停止して開度が変化せず、その後間弁駆動される。

また、時刻ｔ２においてガス検出器１２が酸素濃度を誤
検出し、空燃比判別回路１３ａの出力が第４図・Ａ（こ
示すようｌこ瞬時パルスとなっても、単安定回路１３ｂ
の作用によりバイパス弁７は期間ｔだけ停止するのみで
反転して開弁駆動されるという誤動作が防止される。

また、期間Ｔ１のように混合気の空燃比が設定空燃比（
理論空燃比）近傍にあって、空燃比判別回路１３ａの出
力が第４図Ａに示すように短い周期で反転するような場
合でも単安定回路１３ｂの出力が第４図Ｂで示すように
その期間は″′Ｏ″レベルに保持されるため、バイパス
弁７は停止するのみで開、閉弁駆動されない。

その結果、機関３の低速、低負域において追加空気の過
剰供給によるサージ現象が防止され、さらにバイパス弁
７、あるいは軸受等バイパス弁７の支持部材の摩耗が低
減され、耐久性が増加する。

なお、上記実施例では、単安定回路１３ｂの第１、第２
単安定マルチバイブレークの時定数を同じｔこし単安定
期間をｔとして同一にしたが、時定数を変えて第１単安
定マルチバイブレークの単安定期間を第２単安定マルチ
バイブレークの単安定期間より長くすると、全体からみ
たバイパス弁７の開度が大きくなるため、混合気の空燃
比は理論空燃比より大きい（薄い）値に調整され、また
、逆に第１単安定マルチバイブレークの単安定期間を第
２単安定マルチバイブレークの単安定期間より短かくす
ると全体からみたバイパス弁７の開度が小さくなるため
混合気の空燃比は理論空燃比より小さい（濃い）値に調
整される。

しかして、第５図に示すように単安定回路１３６に抵抗
１０７（抵抗１１１）より抵抗値の小さい抵抗１３３を
設け、機関３が暖機されていないと接点１４ａ、１４ｂ
が導通し暖機されると接点１４ａ、１４ｃが導通する暖
機検出器１４により抵抗１０７，１３３を切換え単安定
回路１３ｂの時定数を変えるようにすれば、機関３の暖
機前もしくは暖機中は第１、第２単安定マルチバイブレ
ークの時定数が異なり混合気は理論空燃比より濃い側に
調整され、このときの機関運転を円滑かつ良好なものと
することができ、暖機後は第１、第２単安定マルチバイ
ブレークの時定数を同一として通常の理論空燃比の混合
気による運転に戻すことができる。

なお、上記暖機検出器１４としては機関３の冷却水温、
シリンダブロック塩等を検出するサーモスイッチを適用
すればよい。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、例えば上述の実施例では気化器の空燃比調整のため
に空気流量調整装置を適用したが、機械制御式もしくは
電子制御式燃料噴射装置において空気補正を行うものに
適用してもよい。

また、吸気系の空気流量制御だけでなく、触媒コンバー
タへの２次空気量を制御するような排気系の空気流量制
御に適用してもよい。

さらに駆動ユニットとしてパルスモータを用いたが直流
、交流モータを用いでもよく、また電気的アクチュエー
タに限らず機械的なものでもよい。

以上述べたように本発明によれば、バイパス弁の誤動作
を防止することができ、その結果吸気系の空気流量調製
に適用すれば、混合気の空燃比変動を小さく抑えること
が可能となり、特に内燃機関の低負荷、低回転領域にお
けるサージ現象防止に効果があり、機関のドライバビリ
ティを向上できるという優れた効果を奏する。

また５、混合気の空燃比もしくは２次空気量を適切を制
ｊ卸できるから、触媒コンバータを高効率で作用させる
ことができ、排気ガス浄化の点でも優れた効果がある。

さらに、ガス検出器の出力が非常に短い周期で反転して
も、バイパス弁はそれに応じて反転することなく、バイ
パス弁、バイパス弁の支持部材の摩耗を防止でき耐久性
を増すことができるという効果も犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図はガス検出器の空燃比変化ｔこ対する起電力変化
を示す出力特性図、第２図は本発明の一実施例を示す模
式構成図、第３図は第２図に示した制御ユニットを示す
電気回路図、第４図は作動説明に供する波形図、第５図
は本発明の他の実施例を示す要部電気回路図である。 １・・・・・・気化器、３・・・・・・内燃機関、４・
・・・・・吸気マニホールド、６・・・・・・補正用空
気通路、７・・・・・・バイパス弁、８・・・・・・駆
動ユニットをなすパルスモーク、１０・・・・・・排気
マニホールド、１２・・・・・・ガス検出器、１３・・
・・・・制御ユニット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エンジンの排気系に設置され排気ガス中の成分を検
   出するガス検出器と、前記検出器の上流（こおけるエン
   ジンの排気系もしくは吸気系に空気を追加供給するため
   の補正用空気通路と、この補正用空気通路に設置されこ
   の空気通路の通路面積を変えるバイパス弁と、このバイ
   パス弁を開閉駆動する１駆動ユニツトとを備え、前記検
   出器からの信号に応じて追加空気量を制御する空気流量
   調整装置において、前記検出器の信号変化時から所定期
   間の間前記駆動ユニットを停止させ、その後前記駆動ユ
   ニットを検出器の信号に応じた駆動方向に駆動する制御
   ユニットを設けたことを特徴とする空気流量調整装置。