JPS6014183B2

JPS6014183B2 - 空気流量調整装置

Info

Publication number: JPS6014183B2
Application number: JP50135396A
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: 1975-11-11
Filing date: 1975-11-11
Publication date: 1985-04-11
Also published as: US4077207A; JPS5259225A; GB1547916A; DE2651340C2; DE2651340A1

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、エンジンに供給される混合気の空燃
此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充分に対処し得る空気流量調
整装置に関し、例えば混合気の空燃此を良好に補正し得
る空気流量調整装置に関する。

従来、この種の装置として、排気ガスの一成分である酸
素の濃度等により混合気の空燃比を検出する検出器とこ
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
御弁とを用い混合気の空燃比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
燃比の時間的変化量はこのモータによる補正用空気通路
面積の変化量に依存しているため、吸気系における空燃
比変化時から排気系で検出器がそれを検知するまでの遅
れ時間が大きく影響して定常状態においてはモー夕の駆
動スピードが遅い程良好に設定空燃此に収束し、加速時
等の過度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。

従って、この従来装置においては、定常、過渡状態両方
共に空燃比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−ドを設定して空燃比を制御している。

しかしながら、この従来装置においては常に連続的に制
御を行いｔかつ他の要素による影響についてほとんど考
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
は例えば吸気系の空燃比変動時から排気系において検出
器がそれを検出するまでの遅れ時間要素の影響を受けて
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、ドライバビリティーが
悪化するという問題があり、まだ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
より駆動時間を一定にして停止時間を制御し、駆動手段
の駆動、停止を交互に断続制御を行なうようにすること
によって、定常、過渡状態共に補助的に供給される空気
流量を良好に制御し、例えば空燃比制御幅を常に小さく
、一定幅とすることにある。

即ち、モータ速度が大きなモータを使う場合においてデ
ューティ制御する場合に例えば停止時間を制御すれば駆
動手段の作動はスキップ的な動きとなり、制御性が非常
に良好になる。

即ち、瞬時に空燃比のずれを変化分だけステップ的に変
化させることができるので、空燃比検出器のストィキな
所から大きくずれることがなくなり、空燃比検出器の応
答性が良くなり、精度の良い制御が可能となる。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、ベンチュリ負圧等）
に対応して制御することにより、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
ドライバビリテイーの向上を図ることにある。

以下、本発明を図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ールド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、排気ガス浄化用触媒
、例えば３元触媒を内蔵した触媒コンバータ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
により排気ガスの一成分である酸素の濃度を検出する酸
素濃度検出器等を用いたいわゆる空燃比検出器６が設置
されており、この空燃比検出器６は検出手段をなしてい
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断続作動させる
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１０１こ連結されている。この制御弁１０は公知の
バラフラィ弁でこの制御弁１０‘こは全閉位置を検出す
る全閉検出スイッチ１１が設置されており、判別回路７
に全閉信号が入力されるようになつている。吸気系にお
いて、気化器２の下流にはスロットルバルブ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がェアクリ−ナ１３とスロッ
トルバルブ１２の下流とを蓮適するよう設置されている
。吸入空気量検出器１４は回動可能に設けられたメジャ
リングプレート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、このプレート１４ａの移動量を
ポテンショメータ１４ｂによって電気信号に変換して吸
入空気量を検出するもので、メジャリングプレート１４
ａの脈動を抑えるダンパプレート１４ｃ、ダンピングチ
ヤンバ１４ｄを有し、ポテンショメータ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から排気ガス中の酸素濃度
により判別出力される空燃比信号と、遅れ時間要素の１
つであ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、全閉検出スイッチ１１からの信号を入力信
号とし、Ａ／Ｆ判別回路７ａ、吸入空気量検出回路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７ｇから
構成されとおり、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辻七）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は補正用空気通路９内に設けられた制御弁１０を
開く方向に駆動され、そして、薄い状態にあるときは閉
じる方向に駆動され、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７ｆ、パワー回路７ｇを通してパルスモータ８は駆
動、停止が交互に断続的に行なわれる。

こうして、パルスモータ８の駆動方向と駆動時間とを適
切に制御して制御弁１０を作動させることによって、流
量が適切に制御されスロットルバルブ１２の下流に供Ｖ
給される補正用空気で、混合気の空燃比は、制御幅が小
さく常に良好に設定空燃比に収束するように補正が行な
われ制御される。

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を介して空燃比
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／Ｆ判別回路７ａは分圧
抵抗１０２，１０３により設定される設定電圧（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
）と比較された後、出力端子Ａにおいて設定鰭圧よりも
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。吸入空気重検出回
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のポテンショ
メー夕１４ｂの可変端子に接続されている。

そして、吸入空気量に応じて比例する可変端子Ｂ、固定
端子Ｂ′間の電圧（すなわち吸入空気量が多くなると可
変端子Ｂ、接地間の出力電圧は小さくなる。）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−ト１０７，
１０８、コンデンサ１０９，１１０にてなる非安定マル
チパイプレー夕から構成され、パルスモータ８の駆動パ
ルスを発生する。

ここで、この駆動パルスは、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その周波数が最適値に設
定されており、この発振回路７ｃの出力聡子ｃにおける
出力波形は第５図ａ，ｂに示すようにデューテイ比が１
：１のパルスとなっている。時間制御回路７ｄは、コン
デンサー２０１，２０７、抵抗２０２，２０３，２０８
、ダイオード２０５，２０６，２０９、およびトランジ
スタ２０４からなる第１トリガ回路７ｄ，と、抵抗２１
０，２１２，２１４，２１６，２１７，２１９、コンデ
ンサ２１１，２１５「トランジスタ２１３，２１８、お
よびダイオード２４１からなる第１単安定回路７らと、
抵抗２２０、コンデンサ２２１、およびダイオード２２
２からなる第２トリガ回路７４と、抵抗２２３，２２５
，２２７、定電圧ダイオード２２６、およびトランジス
タ２２４，２２８とからなる充電回路７４、抵抗２３８
，２３９、およびトランジスタ２４０からなる放電回路
７もと、抵抗２２９，２３０，２３３，２３６、コンデ
ンサ２３４、ダイオ−ド２３２，２３５、およびトラン
ジスタ２３１，２３７からなる第２単安定回路７もとで
構成されており、吸入空気量検出回路７ｂから信号によ
り第４図１に示すようにパルス幅↑ｂが吸入空気量に応
じて変化するパルス信号を発生する。

そして、キースィツチＫＳをオンし電源Ｂを投入すると
、この投入直後においては、第１トリガ回路７ｄ，のト
ランジスタ２０４はオン状態となり、そのコレクタ電圧
はほぼ０（Ｖ）となる。

このため、第１単安定回路７ものトランジスタ２１８の
べ−ス電位が下がり、トランジスタ２１８はオフ状態と
なって、コンデンサ２１１、抵抗２１２によって決定さ
れる時間の間、すなわち端子Ｅの電圧波形を示す第４図
Ｅの時間７ａの間このオフ状態が保たれる。こうして、
トランジスタ２１８のコレクタから取り出してある第１
単安定回路７もの出力信号は、上記所定時間の間、１レ
ベルとなり、この１レベルの信号により充電回路７ｄ４
のトランジスタ２２４，２２７を共にオン状態とし、こ
の結果所定時間の間、充電回路７４から定電圧ダイオー
ド２２６によって規定された定電流が導線Ｌ，を通って
第２単安定回路丁＆に流れる。そして、第２単安定回路
７４において、この定電流によりコンデンサ２３４が充
電され、その端子打こおける充電電圧は第４図Ｆに示す
ように上昇する。この間、放電回路７モから吸入空気量
検出器１４のポテンショメ−夕１４ｂによって規定され
、吸入空気量に逆比例した電流が第２単安定回路７４に
供給され、第２単安定回路、７４のダイオード２３２を
介してトランジスタ２３１をオンさせている。所定時間
が経過して第１トリガ回路７ｄ，のトランジスタ２０４
がオフ状態となり、第１単安定回路７ものトランジスタ
２１８がオン状態となると、第１単安定回路７ちの出力
パルスは第４図Ｄに示すように０レベルとなり、このパ
ルスの立下り点で充電回路７４のトランジスタ２２４，
２２７がオフし、コンデンサ２３４の充電が終了する。
そして、同時に、第２トリガ発生回路７ｄ３の端了Ｊに
第４図Ｊに示すような負のトリガ信号が生じてダイオー
ド２２２を介してトランジスタ２３１をオフする。

こうして、トランジスタ２３１コレクタより取り出され
ている時間制御回路７ｄの出力端子１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２３１
の反転によりトランジスタ２３７がオンしコンデンサ２
３４の両端の電位は急激に降下する。

そして、コンデンサ２３４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
、コンデンサ２３４の端子Ｇにおける放電電位は第４図
Ｇに示すように上昇して再びトランジスタ２３１をオン
させ、従って時間制御回路７ｄの出力端子１における出
力は１レベルから０レベルになる。そして、トランジス
タ２３１がオン状態になると、そのコレクタ電圧はほぼ
０（Ｖ）となるため、ダイオード２０６等を介して第１
単安定回路７ものトランジスタ２１８は再びオフ状態と
なり以下上述した作動を繰り返す。こうして、トランジ
スタ２３１がオフ状態にある間、端子１における時間制
御回路７ｄの出力は１レベルとなっており、第４図１に
示すようにパルス幅Ｔｂの停止パルス信号を生じ、この
停止パルス幅ヶｂは上述したように吸入空気量に比例し
ている。

全閉検出スイッチ１１は抵抗１１ａ、スイッチ１１ｂよ
り構成され制御弁１０が全閉になると、スイッチ１１ｂ
が閉成し出力端子Ｌ‘こおける出力は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、全閉検出スイッチ１１の出力信号はそ
れぞれ可逆指令回路７ｅに入力され、パルスモータ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、ＮＡＮＤゲ
ート１５１，１５２、ＮＯＲゲート１５３によ
りパルスモータ８の制御論理を構成している。

そして、この可逆指令回路７ｅのＮＯＲゲート１５３に
は発振回路７ｃからの第５図ａ，ｂに示すパルスモータ
駆動用パルス信号が入力され、さらにこのＮＯＲゲート
１５３には時間制御回路７ｄからの第４図１に示すパル
ス幅↑ｂが吸入空気量検出器１４の信号によって変化す
るパルス信号（ただし、７ａは一定）が入力されており
、結局ＮＯＲゲート１５３の出力としては時間制御回路
７ｄからのパルス信号が０レベル（すなわち、時間↑ａ
の間）になるときのみ、発振回路７ｃからのパルスモー
タ駆動用パルス信号が現われ、ＮＡＮＤゲート１５１，
１５２にそれぞれ入力される。

ＮＡＮＤゲート１５１は３個の入力端子を有しており、
上許凶ＯＲゲート１５３からの信号の他に全閉検出スイ
ッチ１１からの信号と、インバーター５０を介してＡ／
Ｆ判別回路７ａからの信号とがそれぞれ入力される。

また、ＮＡＮＤゲート１５２は２個の入力端子を有して
おり、ＮＯＲゲート１５３からの信号の他にＡ／Ｆ判別
回路７ａからの信号が直接入力されている。こうして、
全閉検出スイッチ１１の出力が１レベルで制御弁１０が
全閉でなく、かつＡ／Ｆ判別回路７ａの出力が０レベル
で混合気の空燃此が大きい（薄い）ときのみ、ＮＯＲゲ
ート１５３からのパルス信号が反転してＮＡＮＤゲート
１５１の出力として現われ、第４図Ｎ‘こ示すようにパ
ルス信号が断続的に可逆シフトレジスタ７ｆの入力端子
０に入力される。

一方、Ａ／Ｆ判別回路７ａの出力が１レベルで混合気の
空燃比が小さい（濃い）ときのみ、ＮＯＲゲート１５３
からのパルス信号が反転してＮＡＮＤゲート１５２の出
力として現われ、第４図Ｍこ示すようにパルス信号が断
続的に可逆シフレレジスタｆの入力端子Ｐに入力される
。

ＮＡＮＤゲート１５１，１５２の出力を入力信号とする
可逆シフトレジスタ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○，，０２，０３
，０４が順次シフトされる。端子ｏにパルス信号が入力
れると逆に同図の口に示す如く出力端子０４，０３，０
２，○，が順次シフトされる。この出力端子○，，０２
，０３，０４はそれぞれ抵抗１６０，１６１，１６２，
１６３、トランジスタ１６４，１６５，１６６，１６７
、逆起電力吸収用ダイオード１６８，１６９，１７０，
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の界磁コイルＣ
，，Ｃ２，Ｃ８，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１６４，１６５，１６６，１６７が順次シフト
導通し、パルスモータ８のコイルＣ，，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ
４が同様に２相づつ励磁されて、パルスモータ８のロー
夕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が閉
じる方向に回転させる。このようにして、所定時間７ａ
を駆動時間とし、吸入空気量検出器１４が発生する信号
により変化する時間７ｂを停止時間として、パルスモー
タ８を断続的に駆動、停止させ、この作動を繰返すこと
によって補正用空気の流量を系の遅れ時間要素である吸
入空気量に応じて調整する。

これによってパルスモータの作動はスキップ的な動きと
なり、制御性が非常に良好になる。

即ち、瞬時に空豚比のずれをステップ的に変化させるこ
とができるので追随性、応答性が非常に良好となる。以
下、この点について述べる。ここで、吸入空気量と系の
遅れ時間とは一般に第６図に示す曲線のような反比例の
関係を有しており、吸入空気量１のとき遅れ時情郡，、
吸入空気量０のとき遅れ時間ｔ２として、以下第７図に
おいて説明する。

第７図において、従釆の連続制御式でパルスモータ駆動
周波数を固定した場合、このとき例えば吸気マニホール
ド３における混合気の空燃比が設定空燃此〔ここでは、
理論空燃此（空気過剰導入が１）〕を越え薄くなっても
遅れ時間ｔ，、あるし、はらの闇は排気マニホールド４
において空燃此検出器６が設定空燃比を越えたというこ
とを検出できず補正用空気を第７図折線ｍ，ｍ′で示
すように増量し続けるため、空燃辻七は大幅に変化し、
空燃比制御幅が大きくなって設定空燃此に収束するのが
遅くなる。

特に吸入空気量が少ない吸入空気量０の場合は、系の遅
れ時間もｔ２となって長くなり、直線ｍ′で示すように
制御することとなるため、空燃此はより大幅に変化して
しまう。一方、本発明によれば、パルスモー夕８は所定
時間↑ａの間だけ駆動され、時間７ｂの間だけ停止し、
この作動が繰返して行なわれるた、補正用空気が第７図
折線１，０で示すように断続的に増量され補正用空気通
路９から制御弁１０を介して吸気マニホールド３に供給
される。

このため、混合気の空燃辻七制御幅は小さく抑えられる
。さらに、本発明によれば、加速時等吸入空気量が第６
図の１のように多い場合には、吸入空気量に反比例して
パルスモータ８の停止時間７ｂが７ｑとなってが短かく
なり、その結果第７図の折線１で示すように制御スピー
ドも遠くなって設定空燃此に速く収束させることができ
る。また、定常運転時のように吸入空気量が第６図０の
ように比較的少ない場合には、やはり吸入空気量に反比
例してパルスモータ８の停止時間ヶｂが第７図折線ロで
示すように７らとなって長くなり、その結果系の遅れ時
間がらと長くなってもそれに対応して制御スピードが遅
くなって補正用空気を過剰に供給することがなく、空燃
此制御幅を小さくし設定空燃此に速く収束させる。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、吸気系の空気流量制御だけでなく、触媒への注入
２次空気量を制御すろ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
チュェー外こ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負圧
、エンジン回転数、ベンチュリ負圧、スロット角度、排
気ガス温度等の検出器を用いてもよく、また、これらを
組合せたものでもよい。以上述べたように本発明によれ
ば、排気ガス中の成分変化を遅れ時間を考慮して良好に
検出し、また、パルスモータの駆動時間、停止時間のう
ち駆動時間を一定にして停止時間を制御しているから制
御手段の構成を簡単化できるという効果とともに、さら
に例えば、空燃比制御に用いた場合、補助的に加えられ
る補正用空気の流量を定常時、過渡的ともに応答性よく
適切に空燃比制御幅をづ・さく一定に保つことができ、
エンジンの排気ガス浄化用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、ドライ
バビリティーを向上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・・・・・・検出手段をなす空燃比検出器、７
…・・・制御手段をなす判別回路、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２図第１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エンジンから排出される排気ガス中の成分の変化を
排気系において検出する検出手段と、前記エンジンの吸
気系もしくは排気系において前記検出手段の上流に補助
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、前記補
助的に供給される空気により排気ガス成分が変化してか
ら前記検出手段が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と、
前記検出手段からの信号によって前記駆動手段の駆動方
向を制御するとともに、前記遅れ検出手段からの信号に
応じて前記駆動手段を駆動する駆動時間を一定にして停
止時間を制御し、前記駆動手段の駆動、停止を交互に断
続させる制御手段とを備えることを特徴とする空気流量
調整装置。