化油器的空燃比控制裝置的製作方法

2023-12-01 23:44:01 2

專利名稱：化油器的空燃比控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種化油器的空燃比控制裝置，其用於通用內燃機的廢氣淨化及降低油耗，驅動控制阻風門從而獲得任意的空燃比。
背景技術：
在發電機、農業機械等各種用途中作為驅動源所使用的通用內燃機中，已提出為了提高冷起動時的起動性而使用了自動阻風門裝置的內燃機。就自動阻風門裝置而言，公開有如下技術，S卩在內燃機起動時通過促動器開閉驅動化油器內的阻風門，使空氣中混合的燃料的比例(下面稱為「空燃比」)增大，提高內燃機的起動性。作為其現有技術文獻，已提出特開2007-23838號公報(專利文獻1)。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開2007-23838號公報

發明內容
發明解決的技術問題但是，自動阻風門裝置在內燃機起動時只是降低空燃比(增大燃料的混合比例)， 在內燃機的工作中全開，處於使阻風門全開而不進行內燃機旋轉調節的狀態。另一方面，希望要求規格的變化，所謂的內燃機的降低油耗化及廢氣的淨化。在乘用車等內燃機的場合，已提出被電子控制的燃料噴射裝置，但在大量地製造相同規格的裝置的情況下，雖能夠降低成本，也能使質量穩定，但在成為少量多品種的動力源的通用內燃機中，存在成本增加的不良情況。然而，普通的化油器在化油器的構造上(文丘裡(O f - U，Venturi)部為固定構造)，不能兼具在低速運行和高速運行下所期望的空燃比。因此，由於通用內燃機為按照在用於發電機、農業機械等各種用途中的最佳運行狀態的轉速及負荷(輸出)範圍內高效地工作的方式進行設置的構造，因此，不能在內燃機的可運行範圍的整個區域(轉速、負荷)內實現所期望的值的空燃比。因此，為不能應對今後所預測的廢氣限制及降低油耗的狀況。本發明是為了解決這種問題點而設立的，目的在於提供一種化油器的空燃比控制裝置，其通過使化油器的節氣門的開度與負荷一致，開閉驅動阻風門，從而能夠進行可變的燃料噴出，通過在內燃機的可運行範圍的整個區域(轉速、負荷)獲得所期望的空燃比，實現了低成本，廢氣的淨化及降低油耗化。解決問題的技術方案本發明為了實現這種目的，提供一種化油器的空燃比控制裝置，其特徵在於，具備阻風門，其配置於內燃機的吸氣通路；節氣門，其配置於該阻風門的所述吸氣通路下遊側；第一步進電機，其驅動控制所述阻風門的開度；第二步進電機，其驅動控制所述節氣門的開度；控制器，其按照如下方式進行控制，S卩伴隨基於所述節氣門的開度的所述內燃機的轉速的變化，對所述阻風門進行開度控制，並且，在所述內燃機的轉速一定的情況下，基於由所述內燃機的負荷決定所述阻風門的開度的脈譜圖，對阻風門進行開度控制，獲得所期望的空燃比。根據這種結構，相對於內燃機的轉速及負荷，伴隨節氣門的開度，驅動控制阻風門，由此可在內燃機的廣大範圍(轉速及負荷)內維持化油器的理想的空燃比，具有實現廢氣的淨化及提高節能化的效果。另外，為了提高冷起動時的起動性而採用了自動阻風門裝置的內燃機的情況下， 即使新增設的零件少也能夠應對，能夠以低成本實施。另外，在本發明中，優選的是，所述脈譜圖具備在所述內燃機的轉速一定的情況下，優先進行廢氣的淨化而對所述阻風門開度進行控制的脈譜圖；在所述內燃機的轉速一定的情況下，優先進行降低油耗而對所述阻風門開度進行控制的脈譜圖，可依據所述內燃機的使用目的選擇任何一個。根據這種結構，由於可根據內燃機的負荷側的狀況調節空燃比，因此，可在內燃機的廣大範圍內進行適於使用目的的更加精確的空燃比控制，從而能夠在環境及降低油耗方面獲得良好的效果。另外，在本發明中，優選的是，所述脈譜圖具備由所述節氣門開度和所述轉速推定輸出的輸出脈譜圖、由該推定的所述輸出和所述轉速決定阻風門的開度的阻風門開度脈譜圖，可以基於所述內燃機的轉速控制所述阻風門的開閉，從而控制所述空燃比。根據這種結構，由於內燃機的負荷能夠由轉速和節氣門的開度進行推定，因此，無需另設用於檢測空燃比的傳感器，從而能夠降低裝置的成本。另外，在本發明中優選的是，所述脈譜圖具備推定所述輸出的輸出脈譜圖、由該推定的輸出和所述轉速決定空燃比的空燃比脈譜圖、測定所述內燃機的廢氣中的氧濃度的 02傳感器，由所述廢氣中的氧濃度值反饋控制所述阻風門的開度，以使所述空燃比變為所述空燃比脈譜圖的值。根據這種結構，由於是直接探測廢氣中的氧濃度，以空燃比成為脈譜圖的值的方式反饋控制所述阻風門開度的方法，因此，可吸收化油器中的阻風門開度的誤差等，在內燃機工作的大致整個領域，在廢氣的淨化、降低油耗的提高方面可進行高精度的控制。另外，在本發明中，優選的是，在配置於所述內燃機的所述吸氣通路的所述阻風門和所述節氣門之間，具備向所述吸氣通路噴出燃料的主噴射器和低速噴射器，可以將來自所述主噴射器的燃料噴出量設定為相對於所述節氣門開度，所述內燃機順暢地進行旋轉的最小需要量。根據這種結構，由於與對於目標(期望)轉速的負荷變動對應的空燃比的控制是利用阻風門來進行，從而應對迅速，不會從主噴射器噴出需要以上的燃料，所以可獲得任意的空燃比，能夠實現廢氣的淨化及降低油耗的提高。根據本發明，通過對於內燃機的轉速及負荷，伴隨節氣門的開度，驅動控制阻風門，可在內燃機的廣大範圍(轉速及負荷)內維持化油器中的理想的空燃比，具有實現廢氣的淨化(一氧化碳CO的減少)及提高節能化的效果。另外，在為了提高冷起動時的起動性而採用了自動阻風門裝置的內燃機的情況下，即使新增設的零件少也能夠應對，能夠以低成本實施。


圖1是表示本發明第一實施方式的內燃機整體構造的概略圖；圖2是表示本發明第一實施方式的化油器縱向的概略剖面圖；圖3是表示求出本發明第一實施方式的阻風門開度的圖的一個例子，㈧表示輸出脈譜圖，(B)表示阻風門開度脈譜圖；圖4是表示本發明第一實施方式的阻風門開度控制的流程圖；圖5是表示本發明第一實施方式的內燃機6模式的比較試驗結果，(C)表示相對於負荷的阻風門開度，⑶表示廢氣中的CO濃度，(E)表示燃費比較；圖6是表示本發明第二實施方式的內燃機整體構造的概略圖；圖7是表示本發明第二實施方式的基於廢氣中的氧濃度求出空燃比的圖的一個例子，(F)表示輸出脈譜圖，(G)表示空燃比脈譜圖；圖8是表示本發明第二實施方式的空燃比的反饋控制的流程圖。
具體實施例方式下面，利用圖中所示的實施例對本發明詳細地進行說明。但是，該實施例中記載的構成零件的尺寸、材質、形狀、其相對配置等，除非特別特定的記載，不會將該發明的範圍僅限定於此，其只不過是說明例而已。(第一實施方式)通過圖1至圖5對本發明第一實施方式進行說明。圖1是表示本發明的內燃機整體構造的概略圖。1表示內燃機。2為內燃機1的機體，在機體2的上部配置有向機體2內的燃燒室21導入燃料和吸氣混合成的混合氣的吸氣管3。進而，在機體2的上部，配置有將在機體2內的燃燒室21中燃燒過的燃燒氣體(廢氣)向機體2的外部導出的排氣管4。在吸氣管3中夾裝有文丘裡部53為固定構造的化油器5。具有利用化油器5對空氣和燃料進行混合的作用。11為探測機體1的溫度的溫度傳感器，檢測機體2的熱狀態。12為控制器，其對化油器5的阻風門6及節氣門7的開度進行驅動控制，承受溫度傳感器11及機體2的轉速等，並進行內燃機1的起動時的阻風門控制及內燃機工作時的空燃比控制。如圖2所示，化油器5在吸氣通路13的上遊側配置有阻風門6，在阻風門6的下遊側隔著文丘裡部53配置有節氣門7。阻風門6固定於阻風門驅動軸61，阻風門驅動軸61 與第一步進電機8連結。第一步進電機8基於來自控制器12的信號，驅動阻風門驅動軸61 並進行阻風門6的開閉控制。節氣門7固定於節氣門驅動軸71，節氣門驅動軸71與第二步進電機9連結。第二步進電機9基於來自控制器12的信號，驅動節氣門驅動軸71並進行節氣門7的開閉控制。在化油器5上配設有對經由向阻風門6與節氣門7之間的文丘裡部53霧化燃料的未圖示的副噴嘴噴出的燃料量進行調節的低速噴射器52、和對經由主噴嘴M噴出的燃料量進行調節的主噴射器51。低速噴射器52是對內燃機1在怠速時或者低旋轉時的燃料量進行調節的噴射，因此，不會噴出某固定以上的燃料。主噴射器51是對在中高速旋轉時作為主體而噴出的燃料量進行調節的噴射。另外，主噴射器51及低速噴射器52與化油器5的浮子室55連通。浮子室55內具有將從燃料罐(省略圖示)供應的燃料保持為一定水平的功能，並且，向主噴射器51及低速噴射器52供給燃料，以使調節過的燃料量向文丘裡部53以噴霧狀噴出。另外，雖然後面將對其進行敘述，但為了與內燃機1的負荷變動相對應而進行阻風門6的開閉驅動控制，所以在阻風門6中有可能使燃料變濃，但不會變稀。因此，主噴射器51及低速噴射器52比現有的燃料噴出孔縮小而抑制燃料的噴出量。其防止燃料變濃至需要以上，實現降低油耗及廢氣的淨化。對於控制器12，由轉速傳感器10輸入轉速，由溫度傳感器11輸入機體2的溫度。 機體2的溫度比任意的溫度低時，順暢地進行內燃機1的旋轉，並且，為了進行熱的促進而使阻風門6成為關閉狀態，從而減小吸氣流量。接著，機體2的暖氣推進，開始可進行機體2的輸出時的空燃比控制。所使用的脈譜圖是用實驗值繪製基於內燃機1的轉速和節氣門7的開度的內燃機 1的負荷(輸出)分布。〔圖3㈧的輸出脈譜圖〕進而，基於內燃機1的轉速和輸出，用實驗值繪製阻風門6的開度。〔圖3的(B) 阻風門開度脈譜圖〕控制的流程如圖4所示，在步驟Sl中，基於來自作業機(發電機、農業機械等)側的請求負荷向控制器12輸入轉速N。在步驟S2中，由該內燃機1的性能特性算出與轉速N 相當的節氣門7的開度。在步驟S3中，從控制器12向第二步進電機9發送節氣門7的驅動信號，第二步進電機9驅動節氣門7，一直驅動到內燃機1的轉速達到請求轉速N的位置。在步驟S4中，從圖3㈧的脈譜圖中由節氣門7的開度和內燃機1的轉速推測內燃機1的輸出狀態。在步驟S5中，由從圖3(B)的脈譜圖推定出的該輸出和輸入的轉速N 決定阻風門6的開度。在步驟S6中，從控制器12向第一步進電機8發送阻風門6的驅動信號，第一步進電機8驅動阻風門6，直至將決定的阻風門6驅動至開度位置。在步驟S7中，對轉速傳感器 10檢測的轉速與請求的轉速N進行比較。當存在轉速差時，設定為N(NO)並返回步驟S2， 對節氣門7的開度進行修正，變更空燃比，對內燃機1的負荷進行調節。在轉速不存在差的情況下，設定為Y(YES)並返回開始。圖5表示本實施方式的試驗結果。試驗方法是用3600RPM時的6模式試驗法進行實施的試驗， 記號的線表示現有的化油器(STD)，Δ記號的線表示廢氣目標(以主噴射器 51及低速噴射器52同時縮小+阻風門控制〔廢氣(CO)的淨化為主要目標〕， 記號的線表示降低油耗目標(主噴射器51及低速噴射器52同時縮小+阻風門控制〔以降低油耗為主要目標〕。另外，圖5(C)的橫軸表示6模式試驗法的負荷(％)，縱軸表示阻風門開度(度)。
記號為不進行阻風門控制，所以在整個負荷範圍內阻風門開度為90度。Δ記號和 記號表示進行阻風門控制。圖5(D)的橫軸表示負荷(％ )，縱軸表示CO的濃度(％ )(通過內燃機的排氣管測定)。圖5 (E)的橫軸表示負荷(％ )，縱軸表示燃料流量L/h。這些試驗結果表明，特別是經常作為負荷使用的輸出帶即負荷50及75(% )的燃費目標(降低油耗化)，使阻風門6的開度比廢氣目標大，減少了阻風門6的燃料噴出，這能夠從圖5(E)的燃料流量讀取。另外，負荷50及75 (%)的廢氣氣目標(廢氣(CO的減少)的淨化)，使阻風門6 的開度比燃費目標更朝向關閉方向而增加一些燃料噴出。圖5(D)及圖5(E)廢氣中的CO 及燃料流量比燃費目標增多。這是因為通過增加燃料而控制為，保持筒內氣體溫度較低，在從內燃機1向大氣中放出時就可以實現廢氣(NOx)的淨化。這些試驗結果表明，有利於廢氣中的CO減少及降低油耗。另外，在噴射縮小+阻風門控制中，存在以廢氣的淨化(CO的減少)為主要目標的情況和以降低油耗為主要目標的情況，這樣，在用脈譜圖決定阻風門6的開度時，準備用於廢氣的淨化(CO的減少)和用於降低油耗的兩種脈譜圖，以決定符合目的的開度。因此，能夠在內燃機1出庫時，與目的相一致地進行脈譜圖的選擇。在本實施方式中，在內燃機1的工作中，相對於轉速及負荷，將節氣門7的開度設為定值，驅動控制阻風門6，由此可在內燃機1的寬廣範圍(轉速及負荷)控制化油器5中的理想的空燃比，具有實現廢氣的淨化及提高節能化的效果。另外，將節氣門7的開度設為定值，將內燃機1的轉速控制僅設為阻風門6的驅動控制，因此，控制方法簡單，控制的可靠性增加。進而，在為了提高冷起動時的起動性而採用了自動阻風門裝置的內燃機的情況下，即使新增設的零件少也能夠應對，能夠以低成本實施。(第二實施方式)用圖6至圖8對本發明第二實施方式進行說明。圖6是表示本發明第二實施方式的內燃機整體的構造概略圖。另外，對與第一實施方式相同的零件標註相同的符號。30表示內燃機。2表示內燃機30的機體，在機體2的上部配置有向機體2內的燃燒室21導入燃料和吸氣混合成的混合氣的吸氣管3。進而，在機體2的上部配置有將在機體2內的燃燒室21中燃燒過的混合氣向排出引導的排氣管4。在吸氣管3中安裝有化油器5。具有用化油器5對空氣和燃料進行混合的作用。11為探測機體1的溫度的溫度傳感器，檢測機體2的暖氣狀態。14為檢測在燃燒室21中燃燒的廢氣中的氧濃度的&傳感器。 15為一控制器，其對化油器5的阻風門6及節氣門7的開度進行驅動控制，接受溫度傳感器11、A傳感器14及機體2的轉速等，並進行內燃機30起動時的阻風門控制及基於內燃機30工作時的廢氣中的氧濃度，高精度地對空燃比進行反饋控制。另外，作為零件結構，與第一實施方式不同的零件為增設的02傳感器4，隨之，控制器的控制方法發生改變，除此之外都相同，所以除了這些之外，各零件的說明省略。對於控制器15，從轉速傳感器10輸入轉速，從溫度傳感器11輸入機體2的溫度。 在機體2的溫度比任意的溫度低時，使內燃機30的旋轉變得順暢，同時，暖氣得以促進，因此將阻風門6設為關閉狀態。接著，機體2的暖氣推進，開始可進行機體2的輸出時的空燃比控制。如圖7所示，所使用的脈譜圖是由實驗值將基於內燃機1的轉速和節氣門7的開度的內燃機1的負荷(輸出)分布繪製成脈譜圖(F)。〔脈譜圖(F)與圖3的輸出脈譜圖
7(A)相同〕進而，基於負荷和轉速，由實驗值繪製所期望的空燃比分布。〔圖7(G)的空燃比脈譜圖〕該圖7(G)是操作阻風門而調節空燃比，以成為所期望的空燃比的脈譜圖。直至內燃機30的暖機運行結束，都與第一實施方式相同，因此省略。暖氣運行結束後，控制流程如圖8所示，在步驟Sl中，用來自轉速傳感器10的信號算出轉速。在步驟 S2中，基於轉速和節氣門7的開度並由脈譜圖(F)算出負荷。在步驟S3中，將內燃機30的當前的轉速N與所期望的轉速N進行比較。使轉速N加速的情況下設定為Y (YES)，進入步驟S8，在步驟S8中，將阻風門6向關閉方向驅動，將燃料富化從而提高轉速。在步驟S3中，不使轉速N加速的情況下設定為N(NO)，進入步驟S4。該情況下，也可以比較節氣門7的開度(內燃機30的當前的開度和所期望的開度)。在步驟S4中，對轉速N與所期望的轉速N進行比較並使轉速N減速的情況下，設定為Y，進入步驟S9，將阻風門6向打開方向驅動，使燃料貧化從而降低轉速。在步驟S4中， 在轉速N沒有變為所期望的轉速N的情況下，進入步驟5。在步驟5中讀入空燃比脈譜圖。 在步驟5中，基於在步驟S2算出的負荷和轉速，由圖7(G)決定所期望的空燃比。在步驟6 中，在來自02傳感器的氧濃度值大的情況下，即空燃比較大的(燃料的濃度稀)情況下，設定為Y(YES)，進入步驟S10，在步驟SlO中，將阻風門6向關閉方向驅動，測量燃料的富化， 使內燃機的旋轉穩定。在步驟S6中，在空燃比小(燃料濃)的情況下，設定為N(NO)，將用於降低油耗的阻風門6向打開方向驅動，實現燃料的貧化。在第二實施方式中，將節氣門7設為定值，一邊檢驗伴隨負荷變動的轉速的變化， 一邊驅動阻風門6，由廢氣中的氧量(％)檢驗空燃比是否成為如所期望的空燃比，因此，能夠更高精度地控制降低油耗及廢氣的淨化，能夠有效地獲得內燃機30的廢氣的淨化及降低油耗。工業上的可利用性適用於實現降低油耗及廢氣的淨化的農業機械或者作為發電機用驅動源的化油器式的通用內燃機。
權利要求
1.一種化油器的空燃比控制裝置，其特徵在於，具備阻風門，其配置於內燃機的吸氣通路；節氣門，其配置於該阻風門的所述吸氣通路下遊側；第一步進電機，其驅動控制所述阻風門的開度；第二步進電機，其驅動控制所述節氣門的開度；控制器，其按照如下方式進行控制，即伴隨基於所述節氣門的開度的所述內燃機的轉速的變化，對所述阻風門進行開度控制，並且，在所述內燃機的轉速一定的情況下，基於由所述內燃機的負荷決定所述阻風門的開度的脈譜圖，對阻風門進行開度控制，以獲得所期望的空燃比。
2.如權利要求1所述的化油器的空燃比控制裝置，其特徵在於，所述脈譜圖具備在所述內燃機的轉速一定的情況下，優先進行廢氣的淨化而對所述阻風門開度進行控制的脈譜圖；在所述內燃機的轉速一定的情況下，優先進行降低油耗而對所述阻風門開度進行控制的脈譜圖，可依據所述內燃機的使用目的選擇任何一個。
3.如權利要求1或2所述的化油器的空燃比控制裝置，其特徵在於，所述脈譜圖具備 由所述節氣門開度和所述轉速推定輸出的輸出脈譜圖、由該推定的所述輸出和所述轉速決定阻風門的開度的阻風門開度脈譜圖，基於所述內燃機的轉速控制所述阻風門的開閉，從而控制所述空燃比。
4.如權利要求1或2所述的化油器的空燃比控制裝置，其特徵在於，所述脈譜圖具備 推定所述輸出的輸出脈譜圖、由該推定的輸出和所述轉速決定空燃比的空燃比脈譜圖、測定所述內燃機的廢氣中的氧濃度的α傳感器，由所述廢氣中的氧濃度值反饋控制所述阻風門的開度，以使所述空燃比成為所述空燃比脈譜圖的值。
5.如權利要求1乃至4中任一項所述的化油器的空燃比控制裝置，其特徵在於，在配置於所述內燃機的所述吸氣通路的所述阻風門和所述節氣門之間，具備向所述吸氣通路噴出燃料的主噴射器和低速噴射器，可以將來自所述主噴射器的燃料噴出量設定為，相對於所述節氣門開度所述內燃機順暢地進行旋轉的最小需要量。
全文摘要
本發明的目的在於提供一種化油器的空燃比控制裝置，通過與化油器的節氣門的開度和負荷相一致地開閉驅動阻風門，可以進行可變的燃料噴出，在內燃機的可運行範圍的整個區域(轉速、負荷)獲得所期望的空燃比，由此，能夠實現低成本、廢氣的淨化及降低油耗。其具備第一步進電機(8)，其對配置於內燃機(1)的吸氣通路的化油器(5)的阻風門(6)的開度進行驅動控制；第二步進電機(9)，其對節氣門7的開度進行驅動控制；控制器(12)，其基於伴隨節氣門(7)的開度的內燃機(1)的轉速變化，對阻風門(6)進行開度控制，並且，在內燃機(1)的轉速一定的情況下，基於由內燃機(1)的負荷決定的阻風門(6)的開度的脈譜圖對阻風門(6)進行開度控制，從而獲得所期望的空燃比。
文檔編號F02M7/00GK102575617SQ20108004376
公開日2012年7月11日 申請日期2010年8月25日 優先權日2009年10月22日
發明者牧和宏 申請人:三菱重工業株式會社