JPS59696B2 - ナイネンキカン ノ キユウニユウクウキリヨウセイギヨソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関特に電子制御燃料噴射装置を備える内
燃機関の吸入空気量制御装置に関するもので、詳しくは
前記内燃機関の吸入空気量を正確に計量制御する装置を
提供することによって前記内燃機関に常に適正なる量の
燃料を噴射供給し機関吸入混合気の空燃比を適正に制御
することを目的とする。

まず電子制御燃料噴射装置の概略について、第１図に基
づいて説明すると、１は吸入空気量測定装置で、吸入負
圧を測定する負圧センサとか、エアフローメータ等であ
る。

２は制御回路、３は燃料噴射弁、４は機関本体である。

機関運転者が、アクセル操作子を操作して図示しないス
ロットルバルブを作動させると、それに応じて機関吸入
空気量が変化するが、該機関吸入空気量は、吸入空気量
測定装置１によって検出され、この信号が制御回路２に
送られ、該制御回路２によって燃料噴射弁３が作動させ
られ、機関４の吸入空気中に燃料が噴射される。

周、燃料噴射弁３は機関回転数に同期して作動する。

従来から、かかる電子制御燃料噴射装置における最大の
問題点は、機関吸入空気量をいかにして正確に計量し、
これによって吸入空気量に応じた燃料量を正確に供給制
御するかということであった。

しかるに、一般の自動車用内燃機関の場合、該機関の使
用運転範囲即ち機関吸入空気量の変化する範囲が広く、
この広い範囲に亘って正確に吸入空気量を測定し、機関
吸入混合気の空燃比を正確に制御することは難かしく、
機関吸入空気量を機関吸入空気量を機関の全運転範囲に
亘って正確に測定することが、電子制御燃料噴射装置の
最大の課碩であった。

特に、自動車用内燃機関の場合、都市部では実際の使用
範囲は低負荷領域が多く、在来の電子制御燃料噴射装置
に採用されている負圧センサとかエアフローメータにあ
っては、前記空気量の少い低速低負荷領域において特に
吸入空気量を正確に測定することは応答性が劣るので難
かしく、機関吸入混合気の空燃比制御の精度が機関低負
荷領域において特に悪かった。

本発明はかかる点に鑑み、機関低負荷時をも含めて常に
機関吸入空気量を正確に測定し、空燃比制御の精度を一
層高めるため機関吸入空気量を制御するスロットルバル
ブに代えて、これを可変の音速ノズルに形成しその音速
ノズルの原理を応用して機関吸入空気量を正確に計量制
御することによって、精度の高い空燃比制御を行なうも
のである。

まず音速ノズルの原理について説明する。

従来から、ノズルを気体が流れる際にはノズル上流と下
流の圧力差がある値以上にあると気体はノズルの最小面
積部（スロート部）で音速に達し、前記圧力差が更に大
きくなっても前記スロート部における気体流速は音速状
態が維持され、従ってノズルを通過する気体の流量も変
わらない。

すなわち、ノズルのスロート部の面積が一定ならば該ノ
ズル上下流の圧力差が一定値（スロート部で気体が音速
に達する時の圧力差）以上においてはその圧力差がどの
ように変ってもノズルを通過する気体の流量は一定であ
る。

換言すれば、ノズルを通過する気体がスロート部におい
て常に音速（音速ノズル）となるように保持しておけば
、該ノズルを通過する気体の流量はスロート部面積のみ
によって決定される。

而してノズルを通過する気体がスロート部において音速
となる為のノズル上下流の圧力差はノズル形状により異
なり、大気中で空気を流す場合、前記圧力差が約１００
７ｆｆｌＨ９であってもノズル形状によってはスロート
部において音速となる。

実際の自動車用内燃機関の場合、その運転範囲は殆んど
機関吸入負圧で一１００ｍ７１ＬＨ９以上であるので、
スロットルバルブの代わりにスロート部面積が可変の音
速ノズルを使用することによって、機関吸入空気量をノ
ズルのスロート部面積のみによって制御できると共に、
スロート部面積の変化量を検出することによって機関吸
入空気量を検出できる。

本発明は以上の様な考え方に基づくもので以下実施例に
ついて詳細に説明する。

第２図は本発明の１実施例を示すもので、平面型の吸入
空気量制御装置である。

吸入空気通路５にはスロットルバルブを兼ねた可変ノズ
ルを形成せるベーン６．６が軸γ、１により支承設置さ
れている。

ベーン６．６は前記通路５の外において軸１，１に固定
されたレバー８゜８を介してロッド９により連結され協
動するように構成されると共に、前記ロッド９はバネ１
０を介して図示しないアクセル操作子に連結されている
。

ベーン６．６の上面にはシール弁１Ｌ１１が設置され吸
入空気はベーン６．６０間のみを通過するように構成さ
れている。

１２は吸入負圧制御装置で、ダイヤフラム１３によって
大気室１４と負圧室１５に仕切られ、該負圧室には吸入
負圧が通路１６を介して導びかれる。

前記ダイヤフラム１３とレバー８はロッド１７を介して
連結される一方、前記負圧室１５にはパイ・１８が設置
され、前記ベーン６．６を閉じる方向に付勢されている
。

前記軸ｌにはポテンショメータ１９が設置され軸Ｉの回
転量すなわちベーン６．６で形成される可変ノズルのス
ロート部面積の変化量（換言すると吸入空気量）が検出
され、図示しない制御回路（後述する）に信号が送られ
る。

次に作動について説明すると、図示しないアクセル操作
子を機関運転者が操作すると、バネ１０゜ロッド９．レ
バー８を介してロッド９に夫々に連結されたベーン６．
６が応動し可変ノズルのスロート部面積を変えることに
よって機関吸入空気量が変えられると共に、ポテンショ
メータ１９によって前記吸入空気量を検出して図示しな
い制御回路に信号が送られる。

ベーン６．６が大きく開き機関吸入負圧が極端に小さく
なると可変ノズルのスロート部において、吸入空気の流
速が音速に達せず吸入空気量のメータリングが狂うので
、吸入負圧制御装置１２を設けている。

すなわちアクセル操作子の操作量を大きくしてベーン６
．６を開いていった場合、可変ノズル下流の負圧はしだ
いに・」＼さくなるが、ある一定値例えば−１１０７１
唄９以下となるとアクセル操作子はバネ１０を介してベ
ーン６．６と連結されているのでアクセル操作子の操作
量をさらに大きくしてもダイヤフラム内スプリング１８
の力によって右方のベーンと、従ってロッド９で一体的
に動く左方のベーン６とがそれ以上開かないようにする
。

尚、小さい吸入負圧でもノズルスロート部において気体
流速が音速である為にはノズルの形状が大切であり、第
２図において計≦α’−２（ｆ′ｌ！Ｂ”；１．５．曲
率半径８２１０ｍｍ位が適当である。

要するに本実施例は可変ノズルを用いて、該ノズルのス
ロート部において気体流速を常に音速に保ちながら、ス
ロート部面積を適当に変化させることによって吸入空気
量を制御すると共に、前記スロート部面積の変化量を検
出することによって機関吸入空気量を検出するようにし
たもので、機関吸入空気量は前記ノズルのスロート部面
積のみの関数となり、吸入空気量の計量制御が極めて正
確に行なえる。

第３図は本発明の他の実施例を示すもので、円錐型の吸
入空気量制御装置である。

吸入空気通路２０の一部を固定の音速ノズル２１で形成
する。

該ノズル２１には針弁２２が挿入され、該針弁２２は図
示しないパイ・を介してアクセル操作子に連結される。

２３はポテンショメータで針弁２２の変位量すなわちノ
ズル２１のスロート部面積すなわち吸入空気量を検出し
図示しない制御回路（後述する）に信号が送られる。

２４は吸入負圧制御装置で、ダイヤフラム２５によって
大気室２６と負圧室２１に仕切られ、該負圧室には吸入
負圧が通路２８を介して導びかれる。

前記ダイヤフラム２５と針弁２２はリンク機構２９を介
して連結される一方、前記負圧室２１にはパイ・３０が
設置され、前記針弁２２を下方に押し下げるべく付勢さ
れている。

次に作動について説明すると、図示しないアクセル操作
子を機関運転者が操作すると、図示しないパイ・を介し
て針弁２２が上方に移動し、ノズル２１のスロート部の
空気通路面積が大きくなり吸入空気量が増大すると共に
、ポテンショメータ２３によって前記吸入空気量を検出
して図示しない制御回路に信号が送られる。

機関吸入負圧が極端に小さくなると前記ノズル２１のス
ロート部において吸入空気の流速が音速に達せず吸入空
気量のメータリングが狂うので、吸入負圧制御装置２４
を設けている。

すなわち図示しないアクセル操作子の操作量を大きくし
て針弁２２を上方に移動させていった場合、ノズル２１
下流の負圧はしだいに小さくなるが、ある一定値例えば
−１１０１！ＩＬＨｆ１以下となると、アクセル操作子
はバ洋を介して針弁２２と連結されているので、アクセ
ル操作子の操作量をさらに大きくしても、スプリング３
０の力によって針弁２２はそれ以上上方に移動しない。

尚、小さい吸入負圧でもノズルスロート部において気体
流速が音速である為にはノズル２１の形状が大切であり
、第３図において、β≦３８．γ≧１０ｍｍ、γ−β％
２（５）位が適当である。

要するに本実施例は機関吸入空気通路に音速ノズルを形
成せしめ、該ノズルのスロート部において気体流速を常
に音速に保ちながら、針弁によってスロート部面積を適
当に変化させることによって、吸入空気量を制御すると
共に、前記スロート部面積の変化量を検出することによ
って機関吸入空気量を検出するようにしたもので、機関
吸入空気量は前記ノズルのスロート部面積のみの関数と
なり吸入空気量の計量制御が極めて正確におこなえる。

次に第４図に本発明にかかる吸入空気量制御装置を使っ
た電子制御燃料噴射装置の概略ブロックダイヤグラムを
示す。

サクセル操作子３１を運転者が操作することによって吸
入空気量制御装置３２が作動し、機関３３に吸入される
空気量が適正に制御されると共に、該吸入空気量に応じ
た信号が制御回路３４に送られ、該回路３４によって燃
料噴射弁３５が作動させられ機関３３に適正な量の燃料
が噴射される。

周燃料噴射弁３５が機関回転数と同期して作動すること
は従来装置（第１図）と同様である。

要するに、本発明は機関吸入空気通路に音速ノズルを設
置し、吸入空気量を前記音速ノズルの最・」・通路面積
のみの関数となし、該最小通路面種部変化させることに
よって吸入空気量を制御すると共に、吸入空気量を正確
に測定するようにしたもので、機関の吸入負圧が犬の領
域はど前記音速ノズルを通過する空気流速が音速状態と
なりやすく、低負荷領域（吸入負圧犬）での使用の多い
自動車用内燃機関にあっては効果極めて犬である。

尚、吸入負圧制御装置を設置せずに音速ノズル下流の吸
入負圧をアクセル操作子の操作によっである一定値例え
ば−１１０ｍ７１Ｈｇ以下にもなり得るようにしておけ
ば、前記ノズルの最小通路面積部において空気流速は音
速に達しない場合がある。

すなわち、機関高負荷時には吸入負圧が少となり前記ノ
ズルの最・」・通路面積部において空気流速は音速に達
せずノズルを通過する実際の空気流量は、測定値（この
測定値はノズル最小通路面積部において空気流速が音速
とした場合の測定値）より少ない。

この為、前記測定値に応じた燃料を噴射供給した場合、
吸入混合気は濃くなり、機関出力が向上し、実用上有益
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は電子制御燃料噴射装置の概略説明図、第２図お
よび第３図はそれぞれ本発明実施例の要部断面図、第４
図は本発明の適用された電子制御燃料噴射装置の概略ブ
ロックダイヤグラムである。 第２図において、５・・・吸入空気通路、６・・・ベー
ン、１・・・軸、８・・・レバー、９・・・ロッド、１
０・・・バネ、１２・・・吸入負圧制御装置、１３・・
・ダイヤフラム、１４・・・大気室、１５・・・負圧室
、１９・・・ポテンショメータ、 第３図において、２０・・・吸入空気通路、２１・・・
ノズル、２２・・・針弁、２３・・・ポテンショメータ
、２４・・・吸入負圧制御装置、 第４図においで、３１・・・アクセル操作子、３２・・
・空気量制御装置、３３・・・機関、３４・・・制御回
路、３５・・・燃料噴射弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吸気管内の吸入空気量を制御する部分に音速ノズル
   を設置し、前記音速ノズルをスプリングを介してアクセ
   ル操作子に連結してノズル断面積をアクセル操作により
   変化させるように構成すると共に、前記音速ノズル下流
   の機関吸入負圧に応動して前記音速ノズルの断面積変化
   を抑制する吸入負圧制御装置を設け、前記音速ノズルの
   最小断面部における吸入空気流速を音速に維持しつつア
   クセル操作により吸入空気量を制御するように構成する
   一方、前記音速ノズルの断面積の変化量を検出する装置
   を設け、該装置からの信号にもとづいて燃料噴射弁を作
   動させるように構成したことを特徴とする内燃機関の吸
   入混合気制御装置。