JPS6014181B2

JPS6014181B2 - 空気流量調整装置

Info

Publication number: JPS6014181B2
Application number: JP50125133A
Authority: JP
Inventors: 正服部; 隆道中瀬; 公昭山口
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1975-10-16
Filing date: 1975-10-16
Publication date: 1985-04-11
Also published as: DE2646695A1; JPS5248736A; DE2646695C2; US4136651A; GB1545536A

Description

【発明の詳細な説明】自動の排気ガス対策用として案出された改良エンジンに
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
エンジン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、エンジンに供Ｖ給される混合気の空燃
比を常に適正に制御したり、もしくは触媒への注入空気
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て充分に対処し得る空気量調
整装置に関し、例えば混合気の空燃比を良好に補正し得
る空気流量調整装置に関する。

従来、この種の装置として、排気ガス中の酸素濃度等に
より混合気の空燃此を検出する空燃比検出器とこの検出
器の信号に応じて連続的に補正用空気の流量を制御する
制御弁とを用い混合気の空燃此を調整するものが提案さ
れている。そして、この装置においては、一般に制御弁
を作動させる駆動手段としてモータを用いており、制御
空燃此の時間的変化量はこのモータによる補正空気通路
面積の変化量にて依存しているため、定常状態において
はモータの駆動スピードが遅い程良好に設定空燃比に収
束し、加速時等の過渡状態においては駆動スピードが速
い程速やかに収束する。

例えばモータ速度を可変にした場合、袴関昭５０一５９
６２５号公報に開示された技術のようにエンジン回転信
号に応じてモータ速度を変化させるシステムにおいては
、アイドル回転の６０びｐｍより最高回転９００ｍｐｍ
まで同期させるとすると変化回転数比は１５になる。

この比でモータを迅速に変化させることはほとんど困難
である。従って、例えばアイドル時に１．５夕／ｓｅｃ
、最高負荷時に２００夕／ｓｅｃという吸入空気量の排
気量２８００ｃｃのエンジンでは、吸入空気量の最大値
と最小値の比は１３“音の変化となる。そのため速度変
化幅も１３０倍程度可変でなければならず、従って、こ
の従来装置においては、定常、過渡、状態両方共に空燃
此制御幅をできるだけ小さくするような最適な値に駆動
スピードを設定して空燃比を制御している。しかしなが
ら、この従来袋鷹においては連続的に制御を行い、かつ
他の要素による影響につも、てほとんど考慮されておら
ず、上述したように駆動スピードを最適値に設定しても
、駆動スピードが一定ならば空燃比制御幅は例えば吸気
糸の空燃比変動時から排気系において空燃比検出器かそ
れぞれ検出するでの遅れ時間要素を受けて不具合を生じ
良好に制御できないという問題があった。

つまり、吸入空気量の少ない低負荷、低回転領域では遅
れ時間が大きくなり、ハンチング現象が生じて触媒の浄
化機能を充分発揮させることができなくなり、さらに車
両走行時にサージ現象が現われ、ドライバビリティ−が
悪化するという問題があり、また改良の余地が残されて
いた。本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目
的とするところは、駆動手段の駆動、停止を制御手段に
より交互に断続制御を行うようにすることによって、定
常、過度状態共に補助的に供給される空気添量を良好に
制御し、例えば空燃此制御幅を常に小さく、−定幅とす
ることにある。

また、他の目的とするところは、遅れ時間要素（例えば
吸入空気量、エンジン回転数、吸気負圧ベンチュリ負圧
、スロットル関度等）に対応して制御するこにより、遅
れ時間要素による不具合を解消して、より良好に空気流
量を制御し、触媒の機能を充分発揮させるとともに、サ
ージ現象を解消してドライバピリテイーの上を図ること
にある。以下、本発明をに示す一実施例について説明す
る。

本発明のシステム全体を示す第１図において、エンジン
１は気化器２によって吸気マニホ−ルド３を通して混合
気が供給されるようになっている。また、エンジン１の
排気系には、排気マニホールド４、触媒コンバータ５が
配置されており、排気マニホールド４には二酸化ジルコ
ニウムにより排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度
検出器等を用た空燃此検出器６が設置れている。

判別回路７は空燃比検出器６等の信号により駆動手段を
なすパルスモータ８を所定の駆動方向に作動させる制御
手段をなしている。

パルスモータ８は補正用空気通路９に設置されている制
御弁１０を駆動するもので、そのドライブシャフトは制
御弁１０‘こ連結されている。この制御弁１０は公知の
パラフライ弁でこの制御弁１川こは全閉位置を検出する
全開スイッチ１１が設定されており、判別回路７に全閉
信号が入力されるようになっている。吸気系において、
気化器２の下流にはスロットバルブ１２が設けられてお
り、上流にはェアクリーナ１３、遅れ検出手段をなす吸
入空気量検出器１４が設けられている。

そして、補正用空気通路９がエアクリーナ１３とスロッ
トルバルブ１２の下流とを蓮適するように設遣されてい
る。吸入空気量検出器１４は回敷可能に設けられたフラ
ップ１４ａにより吸気管を流れる空気流量を直接検知す
るとともに、このフラップ１４ａの移動量をポテンシオ
メータ１４ｂによつ電気信号に変換して吸入空気量を検
出するもので、ポテシオメータ１４ｂの出力端子は判別
回路７に接続されている。

次に判別回路７のブロック図を示す第２図において説明
する。

判別回路７は空燃比検出器６からの空燃比信号と、遅れ
時間要素に対応する吸入空気量を検出する吸入空気量検
出器１４からの信号と、全閉スイッチ１１からの信号を
入力信号とし、Ａ／Ｆ判別回路Ｔａ、吸入空気量判別回
路７ｂ、発振回路７ｃ、時間制御回路７ｄ、可逆指令回
路７ｅ、可逆シフトレジスタ７ｆ、およびパワー回路７
ｇとから構成されており、各入力信号に応じてパルスモ
ータ８を作動させるようになっている。そして、このよ
うな構成において、気化器２において生成される混合気
は、排気系において空燃比検出器６により空燃比の変化
が検出され、その出力信号はＡ／Ｆ判別回路７ａに入り
、制御したい設定空燃比（本実施例では理論空燃比）よ
りも濃いか薄いかが判別され、濃い状態にあるときはパ
ルスモータ８が補正用空気通路９内に設けられた制御弁
１０を開く方向に駆動し、そして、薄い状態にあるとき
は閉じる方向に駆動し、スロットルバルブ１２の下流に
供Ｖ給される補正用空気によって設定空燃比になるよう
に補正が行われ制御される。

このとき、時間制御回路７ｄにおいて、吸入空気量検出
器１４からの信号によりパルスモータ８の駆動および停
止時間が決定され、可逆指令回路７ｅ、可逆シフトレジ
スタ７ｆｔパワー回路７ｇを通してパルスモータ８は駆
動、停止が互に断続的に制御され、空燃此制御幅を小さ
く、一定幅になるよう制御する。

次に第３図〜第７図により判別回路７について詳細に説
明する。

Ａ／Ｆ判別回路７ａは入力抵抗１０１、分圧抵抗１０２
，１０３、ＯＰアンプ１０４で構成され、ＯＰアンプ１
０４の非反転入力端子は入力抵抗１０１を介して空燃辻
七検出器６と接続され、反転入力端子は分圧抵抗１０２
，１０３の分圧点と接続され、ＡノＦ判別回路７ａは分
圧抵抗１０２，１０３により設定される設定鷺圧（空燃
比検出器６のほぼ理論空燃比における起電力に等しい電
圧）とを比較された後、出力端子Ａにおいて設定電圧よ
りも大きいとき、つまり理論空燃比よりも濃い側の場合
には“１”レベルになり、小さいときつまり薄い側の場
合には“０”レベルになるように出力を発生する。吸入
空気量検出回路７ｂはトランジスタ１０５、ェミツタ抵
抗１０６よりなるェミツタフオロワ回路で構成され、こ
のトランジスタ１０５のベースが吸入空気量検出器１４
のポテンシオメータ１４ｂの可変端子Ｂに接続されてい
る。

そして、吸入空気量に応じて反比例する可変端子８、固
定端子Ｂ′間の電位差を検出して、時間制御回路７ｄに
加えるようになっている。発振回路７ｃはエキスパンダ
端子付ＮＡＮＤゲート１０７，１０８、コンデンサ１０
９，１１０にて非安定マルチバイブレ−夕を構成する第
１発振回路と、エキスパンダ端子付ＮＡＮＤゲート１
１１，１１２、コンデンサ１１３，１１４にて非安定マ
ルチパイプレータを構成する第２発振回路とからなる。

第１発振回路はパルスモータ８の駆動パルスを発生する
もので、定常、過渡状態両方共に空燃比制御幅が小さく
なるように駆動周波数が最適値に設定されており、その
出力端子Ｄにおける出力波形は第５図ａ，ｂに示すよう
にデューティ比が１：１のパルスとなっている。

第２発振回路はパルスモータ８の駆動時間制御用のパル
スを発生するもので、その出力端子ｃにおける出力波形
は第４図ｃに示すようにデューテイ比が大きなもので、
この周期Ｔは第１発振回路が発生するパルスの周期より
も長く設定されている。時間制御回路７ｄはコンデンサ
１２０、ダイオード１２１、抵抗１２２で構成されるト
リガ発生回路と、抵抗１２３，１２４，１２５、定電圧
ダイオード１２６、トランジスタ１２７，１２８で構成
される充電回路と、抵抗１２９，１３０、トラジスタ１
３１で構成される放電回路と、抵抗１３２，１３３，１
３４，１３５、ダイオード１３６，１３７、コンデンサ
ー３８、トランジスター３９，１４０で構成される単安
定回路とで構成されており、第４図日に示すように吸入
空気量に応じてパルス幅７ａのパルスを発生するように
なっている。

第２発振回路の出力端子Ｃにおける出力が１レベルのと
き充電回路のトラジスタ１２７，１２８は○Ｎし、定電
圧ダイオード１２６により規定された定電流が単安定回
路に流れる。

そして、単安定回路において、この定電流によりコンデ
サ１３８が充電され、その充電電位は第４図Ｅに示すよ
うに上昇する。この間、放電回路から吸入空気量センサ
１４のポテンシオメータ１４ｂによって規定され、吸入
空気量に逆比例した安定電流が単安定回路に供給され、
単安定回路のダイオード１３６を介してトラジスタ１３
９を導通させている。そして、第４図Ｃに示す第２発振
回路の出力矩形パルスの立上り点で充鰭回路のトランジ
スタ１２７，１２８が○ＦＦし、コンデンサ１３８の充
亀終了するのと同時に、トリガ発生回路の端子Ｇに第４
図Ｇに示すような負のトリガ信号が生じてトランジスタ
１３９を遮断する。こうして、トランジスタ１３９のコ
レクタより取出されている時間制御回路７ｄの出力端子
日における出力は０レベルから１レベルになる。また、
トランジスタ１３９の反転によりトランジスタ１４０が
導通しコンデンサ１３８の両端の電位は急激に降下する
。

そして、コンデンサ１３８に充電、蓄積された電荷は吸
入空気量に応じた放電電流によって放電消滅し、その後
その放電電位は第４図Ｆに示すように上昇して再びトラ
ンジスタ１３９を導通させる。こうして、トランジスタ
１３９が〇ＦＦしている間、時間制御回路７ｄの出力は
１レベルとなっており、第４図印こ示すようにパルス幅
７ａの駆動パルス信号を生じ、この駆動パルス幅↑ａは
上述したように吸入空気量に比例している。

全閉スイッチ１３は抵抗１３ａ、スイッチ１３ｂより構
成され制御弁１０が全閉になると、スイッチ１３ｂが閉
成し出力端子１における出力は０レベルになるようにし
てある。

そして、これらＡ／Ｆ判別回路７ａ、発振回路７ｃ、時
間制御回路７ｄ、全開スイッチ１３の出力信号はそれぞ
れ可逆指令回路７ｅに入力され、パルスモー夕８の正転
、逆転、停止信号を出す。

この可逆指令回路７ｅはインバータ１５０，１５３ＮＡ
ＮＤゲート１５１，１５２，１５４によりパル
スモータ８の制御論理を構成している。このうちＮＡＮ
Ｄゲート１５２の３個の入力端子はそれぞれＡ／Ｆ判別
回路の出力端子Ａ、発振回路７ｃの第１発振回路の出力
端子Ｄ、および時間制御回路７ｄの出力端子日に接続さ
れ、そしてこのＮＡＮＤゲート１５２の出力端子は可逆
シフトレジスタ７ｆの入力端子Ｐに接続されている。こ
うして、Ａ／Ｆ判別回路７ａおよび時間制御回路７ｄの
出力が１レベルのとき第１発振回路の出力パルスがＮＡ
ＮＤゲート１５２を通して可逆シフトレジスタ７ｆのＰ
端子に伝達される。また、ＮＡＮＤゲート１５１の３個
の入力端子は、ィンバ−夕１５０を介してＡ／Ｆ判別回
路７ａの出力端子Ａ、発振回路７ｃの第１発振回路の出
力端子Ｄ、および時間制御回路７ｄの出力端子日に接続
され、そして、このＮＡＮＤゲート１５１の出力端子は
インバータ１５３を介してＮＡＮＤゲート１５４の入力
端子の一方に接続されている。

ＮＡＮＤゲート１５４の入力端子の他方は全閉スイッチ
１３の出力端子１に接続され、出力端子は可逆シフトレ
ジスタ７ｆの入力端子０に接続されている。こうして、
Ａ／Ｆ判別回路７ａの出力が０レベルで、時間制御回路
７ｄの出力が１レベルのとき第１発振回路の出力パルス
がＮＡＮＤゲート１５４に加わり、全開スイッチ１３の
出力が１レベルのとき、可逆シフトレジスタ７ｆの出力
端子０に加わる。可逆シフトレジス夕７ｆは端子Ｐにパ
ルス信号が入力されると第５図のイに示す如く出力端子
０，．０２，０３，０４が順次シフトされる。端子０‘
こパルス信号が入力されると逆に同図の口に示す如く出
力端子０４，０３，０２，０１が順次シフトされる。こ
の世力端子０，，０２，０３，０４はそれぞれ抵抗１
６０，亀６１，１６２，１６３、トランジスタ１６４，
１６５，１６６，１６７、逆起電力吸収用ダイオ−ド１
６８，１６９，ＩＴ０，１７１より構成されるパワー回
路７ｇに接続され、さらにこのパワー回路７ｇはパルス
モータ８の界滋コイルＣ，，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に接続さ
れている。可逆シフトレジス夕７ｆの入力端子Ｐにパル
ス信号が入力すると、トランジスタ１６４，１６５，１
６６，１６７が順次シフト導通し、パルスモータ８のコ
イルＣ，，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が同様に２相づつ励磁され
て、パルスモータ８のロータが図中の矢印方向に回転し
、制御弁１０を開く方向に回転させる。端子０にパルス
信号が入力するとこの逆になり第３図図示の反矢印方向
に回転して制御弁１０を閉じる方向に回転させる。この
ように本発明では、第２発振回路が発生する第４図ｃに
示すパルス出力を用いて周期Ｔを規定し、遅れ時間に対
応する吸入空気量に比例したパルス幅７ａの間だけパル
スモータ８を駆動し（Ｔ−７ａ）時間はその位置にパル
スモータ８を停止し、この断続制御を周期Ｔで繰り返し
制御している。ここで、例えば第６図に示すように、吸
入空気量Ｙのとき遅れ時情則，、吸入空気量Ｚのときｔ
２とすると、連続制御式の従来装置においてパルスモー
タ駆動周波数を一定にした場合、第７図直線×で示すよ
うに吸入空気量によって空燃此補正のために加えられる
補正用の空気流量も大幅に変化し、その結果設定空燃此
に収束するのが遅く空燃比制御幅も大きく変化する。

一方、本発明の構成のものによれば、駆動周波数を一定
にしても第６図Ｙで示すように加速時等吸入空気量が多
い場合、パルスモータ８が駆動される時間↑ａは第７図
折線Ｙで示すように周期Ｔにおいて吸入空気量に比例し
て長くなり制御スピードも速くなり、かつ空燃比制御幅
も狭いため設定空燃比に速やかに収束する。また、第６
図Ｚで示すように吸入空気量が少ない場合、パルスモー
タ８が駆動される時間７ａは第７図折線Ｚで示すように
周期Ｔにおいて短か〈なり、遅れ時間が長くなっても補
正用空気の流量の制御幅を小さくすることができる。こ
うして、定常、過渡状態ともに空燃比制御幅を小さく制
御できる。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、吸気糸の空気流量制御だけでなく、触媒への注入
空気量を制御するような排気糸の空気流量制御に適用し
てもよい。さらに駆動手段としてパルスモータを用いた
が直流、交流モータを用いてもよく、また電気的アクチ
ュヱータに限らず機械的なものでもよい。

また、遅れ検出手段として吸入空気量検出器を用いたが
、遅れ時間に対応する他の遅れ時間要素である吸気員圧
、エンジン回転数、ベンチュリ員圧、スロツトル角度、
排気ガス温度等の検出器を用いてもよく、また、これら
組合せたものでもよい。以上述べたように第１の発明に
おいては、エンジンに供給される場合の空燃比の変化を
排気糸において検出する空燃比検出器と、前記エンジン
の吸気糸もしくは排気糸に補助的に供給される空気の通
路をなす補正用空気通路と、この補正用空気通路に通路
面積を変化させるよう設置される制御弁と、この制御弁
を駆動する駆動手段と、この駆動手段の駆動方向を前記
空燃比検出器の信号によって制御するとともにこの駆動
手段の駆動、停止を交互に断続制御する制御手段とを備
え、前記空燃此検出器が空燃此の変化を排気系において
検出するまでの遅れ時間に対応する遅れ時間要素を検出
する遅れ検出手段を設け、この遅れ検出手段によって前
記制御手段を介して前記駆動手段を駆動する時間と停止
する時間の比を制御するようにし、補助的に供給される
空気流量を調整するようにしたので能動領域から高城ま
で高範囲の制御が精度よく可能となる。

その結果、混合気の空燃比を高範囲で応答性良く高精度
に制御でき、触媒をより効果的に使用できるという大き
な効果があるばかりでなく、低負荷、低回転領域におけ
るサージ現象をなくすことができ、運転性も向上できる
という優れた効果を奏する。さらに第２の発明において
は、前記断続制御の繰返し周期を一定とし前記駆動手段
を駆動する時間のみを前記遅れ検出手段によって制御す
るように構成してあるから駆動手段を駆動する時間を容
易に制御でき、また、比較的遅いモータでも停止時間も
なく応答性良く制御でき、かつ簡単な回路構成で制御で
きるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第２図お
よび第３図はそれぞれ第１図に示した判別回路を示すブ
ロック図、電気回路図、第４図は判別回路の作動説明に
供する波形図、第５図は第３図に示す可逆シフトレジス
タの作動説明に供する動作波形図、第６図および第７図
は第１図に示した実施例の作動説明に供する特性図であ
る。１・…・・エンジン、２・・・・・・気化器、３・・・
・・・吸気マニホールド、４・・…・排気マニホールド
、６・・・・・・空燃比検出器、７・・・・・・判別回
路、８・・・・・・駆動手段をなすパルスモータ、９・
・・・・・補正用空気通路、１０・・・・・・制御弁、
１４・・・・・・遅れ検出手段をなす吸入空気量検出器
。第１図第２図第３図第４図第５図第６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】１エンジンに供給される混合気の空燃比の変化を排気
系において検出る空燃比検出器と、前記エンジンの吸気
系もしくは排気系に補助的に供給される空気の通路をな
す補正用空気通路と、この補正用空気通路に通路面積を
変化させるよう設置される制御系と、この制御弁を駆動
手段と、この駆動手段の駆動方向を前記空燃比検出器の
信号によつて制御するとともにこの駆動手段の駆動、停
止を交互に断続制御する制御手段とを備え、前記空燃比
検出器の変化を排気系において検出するまでの遅れ時間
に対応する遅れ時間要素を検出する遅れ検出手段を設け
、この遅れ検出手段によつて前記制御手段を介して前記
駆動手段を駆動する時間と停止する時間の比を制御する
ようにし、補助的に供給される空気流量を調整するよう
にしたことを特徴とする空気流量調整装置。２前記断続制御の繰返し周期を一定とし前記駆動手段
を駆動する時間のみを前記遅れ検出手段によつて制御す
るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の空気流量調整装置。