TWI476322B - Air - fuel ratio control device for carburetor - Google Patents

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Description

化油器的空燃比控制裝置
本發明是關於化油器的空燃比控制裝置，用來讓通用內燃機的排廢氣潔淨化以及節省燃料費化，驅動阻氣閥而獲得任意的空燃比。
在發電機、或農業機械等各種用途作為驅動源所使用的通用內燃機，提出了一種內燃機，為了使在寒冷起動時的起動性提升而使用了自動阻氣裝置。揭示了：自動阻氣裝置在內燃機起動時藉由致動器，將化油器內的阻氣閥開閉驅動，將混合於空氣的燃料的比例(以下稱為「空燃比」)增加，讓內燃機的起動性變好的技術。
作為該先前技術文獻，提出了日本特開2007-23838號公報(專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2007-23838號公報
可是，自動阻氣裝置，當內燃機起動時，只將空燃比降低(增加燃料的混合比例)，內燃機在作動中時是完全開啟，將阻氣閥完全開啟，是在不進行內燃機旋轉調整的 狀態。
另一方面，需要改變所要求的規格，所謂的內燃機的節省燃料費用化、及排廢氣的潔淨化。乘坐用車輛的內燃機的情況，雖然提出用電子控制方式的燃料噴射裝置，而在大量作出相同規格的裝置的情況，雖然可讓成本較低且品質也很穩定，可是在少量多種的動力源的通用內燃機，缺點是成本會變高。
一般的化油器，在化油器的構造上(文丘里(ventnri)部為固定構造)無法在低速運轉與高速運轉同時達到所需要的空燃比。所以，通用內燃機，是在發電機、或農業機械等的各種用途的最適當運轉狀態的轉數及負荷(輸出)範圍，設定成有效率地作動的構造，所以無法在內燃機的可運轉範圍全區域(轉數、負荷)調整成所需要的數值的空燃比。
於是，為無法對應今後預測的排廢氣限制及節省燃料的狀況。
本發明是為了解決這些問題所作成，本發明的目的是要提供一種內燃機的空燃比控制裝置，藉由配合化油器的節流閥的開度與負荷，使阻氣閥開閉驅動，則能進行可變性的燃料噴出，藉由在內燃機的可運轉範圍全區域(轉數、負荷)，獲得所需要的空燃比，則能達成低成本化、排廢氣的潔淨化及節省燃料費用化。
本發明為了達成該目的，是具備有：配置在內燃機的進氣通路的阻氣閥；配置在該阻氣閥的上述進氣通路下游側的節流閥；將上述阻氣閥的開度予以驅動控制的第一步進馬達；將上述節流閥的開度予以驅動控制的第二步進馬達；以及根據上述節流閥的開度，伴隨著上述內燃機的轉數的變化，將上述阻氣閥進行開度控制，並且當上述內燃機的轉數一定時，根據藉由上述內燃機的負荷，決定上述阻氣閥的開度的圖表，將阻氣閥進行開度控制，來獲得所需要的空燃比的控制器。
藉由該構造，對於內燃機的轉數及負荷，伴隨著節流閥的開度，藉由將阻氣閥進行驅動控制，則內燃機的廣闊範圍(轉數及負荷)可維持化油器的理想的空燃比，具有提升排廢氣潔淨化及節省能源化的效果。
在為了提升寒冷起動時的起動性而使用有自動阻氣裝置的內燃機的情況，較少有新增加的零件也能對應，而能以較低成本實施。
本發明，上述圖表具備有：在上述內燃機的轉數一定時，優先進行排廢氣的潔淨化，來控制上述阻氣閥開度的圖表；以及當上述內燃機的轉數一定時，優先進行節省燃料費用來控制上述阻氣閥開度的圖表，也可根據上述內燃機的使用目的選擇其中一種。
藉由該構造，可根據內燃機的負荷側的狀況來調整空燃比，在內燃機的廣闊範圍能進行適合使用目的的更細膩的空燃比控制，可獲得：環境、節省燃料費優異的效果。
在本發明，上述圖表具備有：從上述節流閥開度與上述轉數推測輸出的輸出圖表；以及從該推測出的上述輸出與上述轉數，來決定阻氣閥的開度的阻氣閥開度圖表；根據上述內燃機的轉數，來控制上述阻氣閥的開閉，來控制上述空燃比。
藉由該構造，內燃機的負荷，可以從轉數與節流閥的開度來推測，所以不需要另外設置用來檢測空燃比的感應器，所以能減少裝置的成本。
在本發明，上述圖表具備有：推測上述輸出的輸出圖表；從該推測出的輸出與上述轉數來決定空燃比的空燃比圖表；以及測定上述內燃機的排廢氣中的氧氣濃度的O2 感應器；根據上述排廢氣中的氧氣濃度值，將上述阻氣閥的開度進行回饋控制以讓上述空燃比成為上述空燃比圖表的值。
藉由該構造，是直接檢測排廢氣中的氧氣濃度，將上述阻氣閥的開度進行回饋控制以讓空燃比成為圖表的值的方法，所以能夠將化油器的阻氣閥開度的誤差等予以吸收，在內燃機作動的大致全區域，可進行提升排廢氣的潔淨化、節省燃料費的高精度的控制。
本發明，在上述內燃機的上述進氣通路處配置的上述阻氣閥與上述節流閥之間，具備有：使燃料朝上述進氣通路噴出的主噴射部、低速噴射部；將來自上述主噴射部的燃料噴出量相對於上述節流閥開度設定成：讓上述內燃機順暢地旋轉的最小需要量。
藉由該構造，能以阻氣閥進行：與相對於目標(需求)轉數的負荷變動對應的空燃比的控制，能快速對應，不會從主噴射部噴出超過需要的燃料，所以可獲得任意的空燃比，可提升排廢氣的潔淨化及節省燃料費。
藉由本發明，對於內燃機的轉數及負荷，伴隨著節流閥的開度，藉由將阻氣閥進行驅動控制，則內燃機的廣闊範圍(轉數及負荷)可維持化油器的理想的空燃比，具有提升排廢氣潔淨化(減少一氧化碳CO)及節省能源化的效果。
在為了提升寒冷起動時的起動性而使用有自動阻氣裝置的內燃機的情況，較少有新增加的零件也能對應，而能以較低成本實施。
以下使用圖面顯示的實施例來詳細說明本發明。
可是，該實施例所記載的組成零件的尺寸、材質、形狀、其相對配置等，並不限於特定的記載，並不是將發明的範圍限定於此，只是單純的說明例。
(第一實施方式)
從第1圖到第5圖來說明本發明的第一實施方式。
第1圖是顯示本發明的內燃機全體構造概略圖。1是顯 示內燃機。2是內燃機1的內燃機主體，在內燃機主體2的上部，配置有：朝內燃機主體2內的燃燒室21，將混合有燃料與進氣的混合氣予以導引的進氣管3。並且，在內燃機主體2的上部，配置有：將在內燃機主體2內的燃燒室21燃燒過的燃燒氣體(排廢氣)導引到內燃機主體2的外部的排氣管4。在進氣管3中介安裝有：文丘里部(venturi)53為固定構造的化油器5。具有在化油器5進行空氣與燃料的混合的作用。11是用來檢測內燃機主體1的溫度的溫度感應器，來檢測內燃機主體2的暖機狀態。12是控制器，將化油器5的阻氣閥6及節流閥7的開度進行驅動控制，接收溫度感應器11及內燃機主體2的轉數等，進行內燃機1的起動時的阻氣控制及內燃機作動時的空燃比控制。
化油器5，如第2圖所示，在進氣通路13的上游側配置有阻氣閥6，在阻氣閥6的下游側隔著文丘里部53配置有節流閥7。阻氣閥6固定於阻氣閥驅動軸61，阻氣閥驅動軸61連結於第一步進馬達8。第一步進馬達8，根據來自控制器12的訊號，驅動阻氣閥驅動軸61來進行阻氣閥6的開閉控制。
節流閥7固定於節流閥驅動軸71，節流閥驅動軸71連結於第二步進馬達9。第二步進馬達9，是根據來自控制器12的訊號，驅動節流閥驅動軸71，來進行節流閥7的開閉控制。
在化油器5設有：將燃料朝阻氣閥6與節流閥7之間的文丘里部53進行噴霧的主噴嘴54、與圖面中未顯示的副噴 嘴，並且配設有：對經由主噴嘴54所噴出的燃料量進行調整的主噴射部51、及對經由副噴嘴所噴出的燃料量進行調整的低速噴射部52。
低速噴射部52是將內燃機1在空轉時或低旋轉時的燃料量進行調整，所以不會噴出超過一定量的燃料。主噴射部51是在中高速旋轉時成為主體而調整所噴出的燃料量。
主噴射部51及低速噴射部52，是連通於化油器5的浮室55。浮室55內其功能是將從燃料槽(省略圖示)輸送的燃料保持在一定高度，並且將燃料供給到主噴射部51及低速噴射部52，將調整好的燃料量噴霧狀地噴出到文丘里部53。
雖然在後面有敘述，為了對應於內燃機1的負荷變動而進行阻氣閥6的開閉驅動控制，所以在阻氣閥6可使燃料變濃，而不能變稀。所以，主噴射部51及低速噴射部52，較習知的燃料的噴射孔更縮小，而抑制燃料的噴出量。防止燃料的濃度超過需要，以達到節省燃料費及排廢氣的潔淨化。
在控制器12從轉數感應器10輸入轉數，從溫度感應器11輸入內燃機主體2的溫度。當內燃機主體2的溫度低於任意溫度時，使內燃機1的旋轉更順暢，並且為了促進暖機，將阻氣閥6調整成關閉狀態，減少進氣流量。
接著內燃機主體2進行暖機，開始內燃機主體2可輸出時的空燃比控制。
所使用的圖表，根據內燃機1的轉數與節流閥7的開 度，將內燃機1的負荷(輸出)分佈作成實驗值。(第3圖(A)的輸出圖表)
並且，根據內燃機1的轉數與輸出，將阻氣閥6的開度作成實驗值。(第3圖(B)的阻氣閥開度圖表)
控制的流程如第4圖所示，在步驟S1，根據來自作業機(發電機、農業機械等)側的要求負荷，將轉數N輸入到控制器12。在步驟S2，根據該內燃機1的性能特性，計算出與轉數N相當的節流閥7的開度。在步驟S3，從控制器12，將節流閥7的驅動訊號輸送到第二步進馬達9，第二步進馬達9驅動節流閥7，將內燃機1的轉數驅動至成為要求轉數N的位置。
在步驟S4，根據第3圖(A)的圖表，從節流閥7的開度與內燃機1的轉數，來推測內燃機1的輸出狀態。在步驟S5，根據從第3圖(B)的圖表所推測的該輸出與所輸入的轉數N，來決定阻氣閥6的開度。
在步驟S6，從控制器12將阻氣閥6的驅動訊號輸送到第一步進馬達8，第一步進馬達8，將阻氣閥6驅動，將所決定的阻氣閥6驅動至開度位置。在步驟S7，將轉數感應器10檢測出的轉數與所要求的轉數N進行比較。如果轉數有差異的話，則為否(NO)而回到步驟S2，修正節流閥7的開度，變更空燃比來調整內燃機1的負荷。當轉數沒有差異時，則為是(YES)而回到開始處。
在第5圖顯示本實施方式的實驗結果。實驗方法是以3600RPM時的6模式實驗法來實施，◆標記的線是表示習 知的化油器(STD)，△標記的線是表示排廢氣目標，主噴射部51及低速噴射部52一起縮小+阻氣閥控制[排廢氣(CO)的潔淨化作為主要目標]，●標記的線是表示節省燃料費目標，主噴射部51及低速噴射部52一起縮小+阻氣閥控制[節省燃料費作為主要目標]。
第5圖(C)，在橫軸表示6模式實驗法的負荷(%)，縱軸表示阻氣閥開度(度)。◆標記不進行阻氣閥控制，所以在全負荷範圍，阻氣閥開度為90度。△標記與●標記是表示進行阻氣閥控制。第5圖(D)在橫軸顯示負荷(%)，在縱軸顯示CO的濃度(%)(在內燃機的排氣管測定)。第5圖(E)是在橫軸顯示負荷(%)，在縱軸顯示燃料流量L/h。
根據這些實驗結果，尤其負荷較大的輸出帶也就是負荷50及75(%)的燃料費目標(節省燃料費化)，可從第5圖(E)的燃料流量讀出：是使阻氣閥6的開度調整成較排廢氣目標更大，阻氣閥6所造成的燃料噴出變少。
負荷50及75(%)的排廢氣目標(排廢氣(減少CO)的潔淨化)，是將阻氣閥6的開度調整到較燃料費目標更朝關閉方向，稍微增加燃料噴出。第5圖(D)及第5圖(E)的排廢氣中的CO及燃料流量變得較燃料費目標更多。
藉由增加燃料，將筒內氣體溫度保持得較低，當從內燃機1放出到大氣時，控制成能達成排廢氣(NOX )的潔淨化。
從這些實驗結果可以了解在排廢氣中的減少CO及節省燃料費具有效果。在噴射部縮小+阻氣閥控制，會有將排廢氣潔淨化(減少CO)作為主目標的情況、與將節省燃料費作為主目標的情況，而當以圖表決定阻氣閥6的開度時，隨著目的決定開度，圖表變成準備：排廢氣的潔淨化(CO的減少)用、與節省燃料費用兩種圖表。於是，當內燃機1出貨時能配合目的選擇圖表。
在本實施方式，內燃機1的作動中，對於轉數及負荷，將節流閥7的開度設為一定，藉由將阻氣閥6進行驅動控制，則可在內燃機1的廣闊範圍(轉數及負荷)，來控制化油器5的理想的空燃比，具有可達到讓排廢氣潔淨化及提升節省能源化的效果。
由於將節流閥7的開度設為一定，只以阻氣閥6的驅動控制來控制內燃機1的轉數，所以控制方法變得很簡單，控制的可靠度增加。
並且，當為了使寒冷起動時的起動性提升而使用有自動阻氣裝置的內燃機的情況，新增加的零件很少也能對應，能以較低成本實施。
(第二實施方式)
第6圖~第8圖，來說明本發明的第二實施方式。
第6圖是顯示本發明的第二實施方式的內燃機全體構造概略圖。
對與第一實施方式相同的零件則附上相同的圖號。
30是表示內燃機。2是內燃機30的內燃機主體，在內燃機主體2的上部，配置有：朝向內燃機主體2內的燃燒室21，將燃料與進氣混合的混合氣進行導引的進氣管3。並且，在內燃機主體2的上部配置有：將在內燃機主體2內的燃燒室21燃燒的混合氣導引排出的排氣管4。在進氣管3中介安裝有化油器5。在化油器5具有進行空氣與燃料的混合的作用，11是用來檢測內燃機主體1的溫度的溫度感應器，用來檢測內燃機主體2的暖機狀態。14是將在燃燒室21燃燒過的排廢氣中的氧氣濃度予以檢測的O2 感應器。15是控制器，將化油器5的阻氣閥6及節流閥7的開度進行驅動控制，接收溫度感應器11、O2 感應器14及內燃機主體2的轉數等，進行內燃機30的起動時的阻氣控制、及根據內燃機30作動時的排廢氣中的氧氣濃度，進行高精度空燃比的回饋控制。
作為零件組成，與第一實施方式不同的零件是增加了O2 感應器14，伴隨著控制器的控制方法改變，而其他相同，除此之外的各零件的說明省略。
對控制器15，從轉數感應器10輸入轉數，從溫度感應器11輸入內燃機主體2的溫度。當內燃機主體2的溫度低於任意溫度時，將內燃機30的旋轉調整成順暢，並且為了促進暖機而將阻氣閥6調整成關閉狀態。
接著內燃機主體2進行暖機，開始內燃機主體2可輸出時的空燃比控制。
如第7圖所示，所使用的圖表，是根據內燃機1的轉數 與節流閥7的開度，將內燃機1的負荷(輸出)分佈從實驗值作成圖表(F)。[圖表(F)與第3圖的輸出圖表(A)相同]
並且，根據負荷與轉數，從實驗值作成所需要的空燃比分佈。[第7圖(G)的空燃比圖表]
該第7圖(G)是為了成為所需要的空燃比而操作阻氣閥來調整空燃比。
到內燃機30的暖機運轉結束之前是與第一實施方式相同所以省略。在暖機運轉結束之後，控制流程如第8圖所示，在步驟S1，以來自轉數感應器10的訊號計算出轉數。在步驟S2，根據轉數與節流閥7的開度從圖表(F)計算出負荷。在步驟S3，比較內燃機30的現在的轉數n與所需要的轉數N。當使轉數n加速時，則為是(YES)而進入到步驟S8，在步驟S8將阻氣閥6朝關閉方向驅動，將燃料變濃而轉數上升。
在步驟S3，當不使轉數n加速時，則為否(NO)而進入到步驟S4。
在該情況，也可比較節流閥7的開度(內燃機30的現狀的開度與所需要的開度)。
在步驟S4，比較轉數n與所需要轉數N來使轉數n減速時，則為是(YES)而進入到步驟S9，將阻氣閥6朝開啟方向驅動，讓燃料變稀而轉數下降。在步驟S4，轉數n沒有與所需要轉數N不同時，則進入到步驟5。在步驟5讀取空燃比圖表。在步驟5，根據在步驟S2所算出的負荷與轉 數，從第7圖(G)決定所需要的空燃比。在步驟6，當來自O2 感應器的氧氣濃度值較大時，也就是當空燃比較大(燃料較稀)時，則為是(YES)而進入到步驟S10，在步驟S10朝關閉方向驅動阻氣閥6，達到燃料的增濃而使內燃機的旋轉穩定。在步驟S6，當空燃比較小(燃料較濃)時，則為否(NO)而為了節省燃料費而將阻氣閥6朝開啟方向驅動，而達到燃料的稀化。
在第二實施方式，將節流閥7設為定值，一邊檢查伴隨負荷變化所造成的轉數的變化，一邊驅動阻氣閥6，來檢查：根據排廢氣中的氧氣量(%)讓空燃比是否變成所需要的空燃比的方法，所以能以更高的精度來控制：節省燃料費及排廢氣的潔淨化，能夠有效地獲得：內燃機30的排廢氣的潔淨化及節省燃料費。
[產業上的可利用性]
本發明適合：用來達到節省燃料費化、排廢氣的潔淨化的農業機械、或作為發電機用驅動源的化油器式的通用內燃機。
1‧‧‧內燃機
2‧‧‧內燃機主體
3‧‧‧進氣管
4‧‧‧排氣管
5‧‧‧化油器
6‧‧‧阻氣閥
7‧‧‧節流閥
8‧‧‧第一步進馬達
9‧‧‧第二步進馬達
10‧‧‧轉數感應器
11‧‧‧溫度感應器
12‧‧‧控制器
13‧‧‧進氣通路
14‧‧‧O2 感應器
15‧‧‧控制器
21‧‧‧燃燒室
30‧‧‧內燃機
51‧‧‧主噴射部
52‧‧‧低速噴射部
53‧‧‧文丘里部(venturi)
54‧‧‧主噴嘴
55‧‧‧浮室
61‧‧‧阻氣閥驅動軸
71‧‧‧節流閥驅動軸
第1圖是顯示本發明的第一實施方式的內燃機全體構造概略圖。
第2圖是顯示本發明的第一實施方式的化油器縱方向的概略剖面圖。
第3圖是本發明的第一實施方式的用來求出阻氣閥開度的圖表的一個例子，(A)是顯示輸出圖表，(B)是顯示阻氣閥開度圖表。
第4圖是顯示本發明的第一實施方式的阻氣閥開度控制的流程圖。
第5圖是本發明的第一實施方式的內燃機6種模式的比較實驗結果，(C)是顯示對於負荷的阻氣閥開度，(D)是顯示排廢氣中的CO濃度，(E)是顯示燃料消耗比較。
第6圖是顯示本發明的第二實施方式的內燃機全體構造概略圖。
第7圖是本發明的第二實施方式的根據排廢氣中的氧氣濃度而求出空燃比的圖表的一個例子，(F)是顯示輸出圖表，(G)是顯示空燃比圖表。
第8圖是顯示本發明的第二實施方式的空燃比的回饋控制的流程圖。
5‧‧‧化油器
6‧‧‧阻氣閥
7‧‧‧節流閥
8‧‧‧第一步進馬達
9‧‧‧第二步進馬達
51‧‧‧主噴射部
52‧‧‧低速噴射部
53‧‧‧文丘里部(venturi)
54‧‧‧主噴嘴
55‧‧‧浮室
61‧‧‧阻氣閥驅動軸
71‧‧‧節流閥驅動軸

Claims (5)

  1. 一種化油器的空燃比控制裝置，其特徵為：是具備有：配置在內燃機的進氣通路的阻氣閥；配置在該阻氣閥的上述進氣通路下游側的節流閥；將上述阻氣閥的開度予以驅動控制的第一步進馬達；將上述節流閥的開度予以驅動控制的第二步進馬達；以及在內燃機的暖機完成後，且已作用了負荷的運轉時，根據上述節流閥的開度及上述內燃機的轉數的變化及負荷，對上述節流閥進行開度控制，並且當上述內燃機的轉數一定時，對上述阻氣閥進行開度控制，來獲得空燃比圖表所設定之所需要的空燃比的控制器。
  2. 如申請專利範圍第1項的化油器的空燃比控制裝置，其中具備有：優先進行排廢氣的潔淨化來控制上述阻氣閥開度的圖表；以及優先進行節省燃料費用來控制上述阻氣閥開度的圖表，可根據上述內燃機的使用目的選擇其中任一種圖表。
  3. 如申請專利範圍第1或2項的化油器的空燃比控制裝置，其中具備有：根據上述節流閥開度與上述轉數來推測輸出的輸出圖表；以及根據該推測出的上述輸出與上述轉數，來決定阻氣閥的開度的阻氣閥開度圖表；採用上述的輸出圖表與阻氣閥開度圖表，並根據上述內燃機的轉數，來控制上述阻氣閥的開閉。
  4. 如申請專利範圍第1或2項的化油器的空燃比控制裝置，其中具備有：根據上述阻氣閥開度與上述轉數來推測輸出的輸出圖表；根據該推測出的輸出與上述轉數來決定空燃比的前述空燃比圖表；以及測定上述內燃機的排廢氣中的氧氣濃度的O2 感應器；根據上述排廢氣中的氧氣濃度值，將上述阻氣閥的開度進行回饋控制以讓上述空燃比成為上述空燃比圖表的值。
  5. 如申請專利範圍第1或2項的化油器的空燃比控制裝置，其中在上述內燃機的上述進氣通路處配置的上述阻氣閥與上述節流閥之間，具備有：使燃料朝上述進氣通路噴出的主噴射部、低速噴射部；將來自上述主噴射部的燃料噴出量相對於上述節流閥開度設定成：讓上述內燃機順暢地旋轉的最小需要量。
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