説明

空燃比制御装置

【課題】簡便で信頼性の高い空燃比制御装置を提供する。
【解決手段】空燃比制御装置1は、内燃機関2において、気化器4の上流側からバイパス通路8を経て触媒装置7の上流側に導入する2次空気の量を変化させることにより、触媒装置7に流入する排気の空燃比を制御する。空燃比制御装置1は、バイパス通路8を開閉する電磁弁9と、電磁弁9の所定期間に占める開期間の割合を制御することにより上記空燃比の制御を行う制御基板11とを1つの筐体内に収納して構成され、筐体と内燃機関2との間に放熱部材が配置される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関の排気の空燃比を制御する空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、内燃機関の排気を浄化するために触媒装置が用いられている。また、触媒装置での排気の完全燃焼を促進するために、触媒装置に流入する排気に対し、内燃機関に供給される空気の一部を2次空気として導入することが行われている。その際、触媒装置を効果的に作用させるためには、触媒装置に流入する排気における空燃比を、酸素と燃料が過不足なく反応する理論空燃比に極力近づける必要がある。
【0003】
これを実現するものとして、例えば、特許文献1には、触媒装置への排気系に導入される2次空気の量を変化させることにより、触媒装置に流入する排気の空燃比を理論空燃比に極力近づけるようにした空燃比制御装置が記載されている。
【0004】
この空燃比制御装置は、2次空気通路に設けたリード弁と、リード弁の下流側に設けた電磁弁と備える。そして、電磁弁をマルチバイブレータにより開閉させながら、排気圧力によりリード弁が開閉され、2次空気を排気通路に導入するようにしている。その際、電磁弁を適宜開閉することにより、触媒装置へ流入する排気の空燃比を理論空燃比に近づけるとともに、空燃比に対する浄化率の変化特性をなだらかなものとして、高能率で排気浄化を行うことができるとされている(同文献第2頁左下欄第4行〜右下欄第3行)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開昭58−8220号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
近年、2輪車の分野では、既存のキャブレターシステムに対して容易に後付できる2次空気供給装置に対する需要が高まっている。また、上述のような空燃比制御装置を車両に適用する場合には、内燃機関で生ずる熱が空燃比制御装置に与える影響による耐久性の劣化や、振動により生じ得る不具合を考慮する必要がある。さらに、コストを抑えて市場の拡大を図るためには、安価で簡易な空燃比制御装置が望まれる。
【0007】
本発明の目的は、かかる従来技術の問題点に鑑み、簡便で信頼性の高い空燃比制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
第1発明に係る空燃比制御装置は、内燃機関において、スロットルバルブの上流側からバイパス通路を経て触媒装置の上流側に導入する2次空気の量を変化させることにより、該触媒装置に流入する排気の空燃比を制御する空燃比制御装置であって、前記バイパス通路を開閉する電動バルブと、前記電動バルブの所定期間に占める閉期間の割合を制御することにより前記空燃比の制御を行う制御基板とを1つの筺体に収容し、前記筐体と前記内燃機関との間に放熱部材を設けたこと特徴とする。
【0009】
この構成において、電動バルブが開閉され、所定期間に占める閉期間の割合、すなわちデューディ比が制御されることにより、2次空気の量が調整され、触媒装置に流入する排気の空燃比が理論空燃比の近傍に維持される。これにより、触媒装置による排気の浄化作用が促進される。その際、排気に導入される2次空気により排気が冷却されるので、触媒装置の3元触媒による浄化能力が長期間維持される。
【0010】
また、電動バルブと制御基板を1つの筐体内に収容するようにしたので、内燃機関で生じた熱が筐体で遮られ、熱の影響を受けやすい制御基板を熱から保護することができる。また、制御基板と電動バルブは、筐体内で電気的に接続されるので、接続のための配線が容易で、配線コストも削減される。また、車両の熱や振動等による配線の脱落や切断による不具合の発生が防止され、空燃比制御装置の良好な性能が長期間維持される。さらに、空燃比制御装置のレイアウトやメンテナンスも容易になる。
【0011】
また、放熱部材が電動バルブや内燃機関の熱を放散するので、熱を発生する電動バルブを備える筐体に、支障なく制御基板を収納できる。その場合、かかる熱による制御基板への直接的な影響が放熱部材による熱の放散により回避され、空燃比制御装置の性能が良好に維持される。これにより触媒装置による排気浄化機能も良好に維持される。したがって、本発明によれば、簡便で信頼性の高い空燃比制御装置を提供することができる。
【0012】
第2発明に係る空燃比制御装置は、第1発明において、装置を取り付けるためのステーを備え、前記放熱部材が前記ステーの一部であることを特徴とする。これによれば、ステーにより、空燃比制御装置を取り付けることができるとともに、ステーが内燃機関の熱を放散するので、内燃機関の熱による制御基板への直接的な影響を、より効果的に回避することができる。
【0013】
第3発明に係る空燃比制御装置は、第2発明において、前記ステーを介して、前記内燃機関が用いられる車体のフレームに取り付けられることを特徴とする。これによれば、内燃機関の熱が、ステーから車体のフレームに伝達して放散する。したがって、内燃機関の熱による制御基板への直接的な影響を、さらに効果的に回避することができる。
【0014】
第4発明に係る空燃比制御装置は、第3発明において、前記電動バルブは、前記バイパス通路を開閉する弁体と、該弁体を駆動する駆動部とを備え、前記筐体の前記制御基板を収納する部分と前記駆動部を収納する部分との間に、大気に通じた空隙を有することを特徴とする。
【0015】
これによれば、大気に通じた空隙に大気が流入し、駆動部の熱を放散させる。換言すれば、駆動部と制御基板とが断熱される。このため、駆動部の熱による制御基板への直接的な影響が効果的に回避される。したがって、空燃比制御装置の性能を良好に維持することができる。これにより、触媒装置による排気浄化能力も良好に維持される。
【0016】
第5発明に係る空燃比制御装置は、第4発明において、前記バイパス通路の一部を構成する管路を備え、前記筐体の一方の側に前記制御基板及び駆動部が収納され、前記筐体の他方の側に前記管路が収納され、前記筐体の一方の側における前記制御基板を収納した部分と、前記筐体の他方の側における前記管路を収納した部分との間に、前記空隙を大気に通じさせる連通空間を備えることを特徴とする。
【0017】
これによれば、空隙を大気に通じさせる連通空間を簡単に形成できるとともに、連通空間及び空隙に大気が流入し、駆動部の熱を放散させるので、駆動部の熱による制御基板への直接的な影響をより効果的に回避することができる。
【0018】
第6発明に係る空燃比制御装置は、第5発明において、前記電動バルブは、通電していないときに開状態となる常開型であり、前記制御基板は、前記電動バルブの制御に際し、前記内燃機関に高い負荷がかかるとき、前記所定期間に占める閉期間の割合を下げ又はゼロとする制御を行うことを特徴とする。
【0019】
これによれば、内燃機関の発熱が大きい高負荷時に、電磁弁の所定期間に占める閉期間の割合、すなわちデューティ比を下げ又はデューティ比をゼロにするようにしているので、電磁弁の駆動部における発熱量を低下させ、該駆動部や、制御基板、吸気圧センサ等への熱の影響を抑制することができる。したがって、装置の性能を良好に維持することができる。これにより、触媒装置による排気浄化能力も良好に維持される。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の一実施形態に係る空燃比制御装置が設けられた内燃機関の主要部を示すブロック図である。
【図2】図1中の空燃比制御装置の正面図である。
【図3】図1中の空燃比制御装置の側面図である。
【図4】図2のIV−IV線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る空燃比制御装置が設けられた内燃機関の主要部を示すブロック図である。
【0022】
図1に示すように、空燃比制御装置1が設けられた内燃機関2の吸気路3には、吸気路3を開閉するスロットルバルブを備えた気化器4と、その上流側のエアクリーナボックス5とが設けられ、排気路6には、触媒装置7が設けられている。また、エアクリーナボックス5と、触媒装置7手前の排気路6部分との間には、触媒装置7に流入する排気に対して2次空気を導入するバイパス通路8が設けられている。
【0023】
空燃比制御装置1は、バイパス通路8上に設置され、バイパス通路8で排気に導入される2次空気の量を変化させることにより、触媒装置7に流入する排気の空燃比を制御する。これを実現する構成として、空燃比制御装置1は、バイパス通路8を開閉する電動バルブとしての電磁弁9と、内燃機関2の吸気圧を検出する吸気圧センサ10と、吸気圧センサ10の出力に基づいて電磁弁9を制御する制御基板11と、バイパス通路8上の電磁弁9の下流側に位置するリードバルブ12とを備える。
【0024】
電磁弁9は、通電していないときに開状態となる形式のものである。制御基板11による電磁弁9の制御は、電磁弁9の1つの開期間及び次の1つの閉期間を1サイクルとして開閉させる開閉制御を一定の周期で行い、1周期における閉期間の割合、すなわちデューティ比を変化させることにより行われる。これにより、排気路6に導入される2次空気の量がデューティ比に応じて変化し、空燃比が制御される。
【0025】
リードバルブ12は、内燃機関2の排気圧に応じ、例えば、排気の脈動と同期して開閉する。このリードバルブ12の開閉動作と、上述の電磁弁9のデューティ制御とにより、触媒装置7による排気浄化性能の向上が図られる。
【0026】
電磁弁9のデューティ制御は、内燃機関2に付与される負荷に応じて行われる。この負荷は、吸気圧又は内燃機関2の回転数により、若しくは吸気圧と内燃機関2の回転数により決定することができる。ここで、吸気圧が高いときには、スロットルバルブが開かれており、負荷が増大し、回転数も上昇する。また、吸気圧は、内燃機関2の回転に応じて変化する。
【0027】
例えば、内燃機関2が単気筒エンジンであるとすれば、吸気圧は、1サイクルに1回最小値をとる。すなわち、吸気圧の最小値間の時間間隔は、内燃機関2の回転数に対応する。したがって、制御基板11は、吸気圧センサ10の出力に基づき、内燃機関2の回転数を取得し、内燃機関2の負荷を決定することができる。
【0028】
図2は空燃比制御装置1の正面図、図3は側面図、図4は図2のIV−IV線断面図である。図2〜図4に示すように、空燃比制御装置1の筺体は、筺体の一方の側である筺体部分Aと、他方の側である筺体部分Bにより構成され、ステー15を介して、2輪車のフレーム16に取り付けられる。筺体部分A及び筺体部分Bは、それらの接合部に設けられたネジ止め部を、ネジ17でステー15に締結することにより、相互に結合される。これにより、ステー15も筺体部分A及び筺体部分Bに固定される。
【0029】
電磁弁9は、筺体部分Aから筺体部分Bにかけて設けられる。筺体部分Aの電磁弁9とは反対側の部分には、制御基板11及び吸気圧センサ10を収納する基板収納部18が設けられる。制御基板11は、電磁弁9からの熱の影響を極力回避するために、基板面が電磁弁9の駆動方向に対して平行となるように配置される。
【0030】
基板収納部18には、制御基板11、電磁弁9及び吸気圧センサ10への給電用のカプラ19が設けられる。また、筺体部分B内には、バイパス通路8の一部を構成する管路20が設けられる。空燃比制御装置1が内燃機関2からの排気熱の影響を受けないように、リードバルブ12は、管路20における電磁弁9の下流側に設けられる。
【0031】
電磁弁9は、制御基板11により印加電流が制御されるコイル21と、コイル21の通電時に励磁される固定子22と、励磁されている固定子22により吸引される可動鉄心23と、可動鉄心23により駆動されるポペット弁24と、ポペット弁24を可動鉄心23の方向に付勢するスプリング25とを備える。可動鉄心23は、コイル21の通電時に、固定子22により、ポペット弁24側に吸引される。
【0032】
ポペット弁24は、管路20に設けられた弁座26を閉塞し得る径を有する円盤状の先端部27と、先端部27の中心から上方の基端方向に延びた棒状のロッド部28とを備える。可動鉄心23には、ポペット弁24側の端部に、内円錐台形状の調芯部29が設けられる。
【0033】
コイル21の通電時には、可動鉄心23は、固定子22により吸引されるので、ロッド部28の基端(上端)を、調芯部29を介し、スプリング25の付勢力に抗して押圧する。このとき、調芯部29による調芯作用が機能するとともに、押圧されたポペット弁24は弁座26を閉塞する。コイル21の非通電時には、可動鉄心23及びポペット弁24は、スプリング25によって元の上方位置に戻される。
【0034】
固定子22の可動鉄心23を吸引する部分には、その部分を貫通した貫通孔としての円筒状の案内面を備える。この案内面は、ポペット弁24の駆動に際し、ポペット弁24のロッド部28を駆動方向に案内する。電磁弁9によるポペット弁24の駆動範囲は、固定子22の下端面と、弁座26とによって規定される。
【0035】
ポペット弁24の先端部27には、防震用のカバー30が設けられる。これにより、ポペット弁24が開くとき及び閉まるときに、異音の発生や、ポペット弁24の開閉による衝撃が回避される。また、筺体部分Aと筺体部分Bとの締結時に生じる誤差もカバー30によって吸収される。
【0036】
筺体部分Aには、ポペット弁24を駆動する駆動部が収納される。この駆動部は、上述のコイル21、可動鉄心23、固定子22等により構成される。ポペット弁24のロッド部28はほぼ筺体部分A内に位置する。先端部27は、筺体部分Bの管路20内の弁座26に対応する位置に位置する。スプリング25は、先端部27に対向する筺体部分Bの空間内に配置される。この空間は、円筒状であり、管路20の一部を構成する。この円筒状空間の上端の周囲が、ポペット弁24の円環状の弁座26となっている。
【0037】
スプリング25が配置された空間の下部には、図2及び図3のように、管路20への入口となる導入管31が設けられる。導入管31には、管路20の上流側のバイパス通路8部分が接続される。一方、リードバルブ12の下流側に隣接する管路20部分には、管路20からの出口となる送出管32が設けられる。送出管32には、管路20の下流側のバイパス通路8部分が接続される。
【0038】
したがって、2次空気は、導入管31から空燃比制御装置1内の管路20に流入し、スプリング25が配置された空間を通り、さらにポペット弁24の先端部27と弁座26との間を通り、そしてリードバルブ12を経て、送出管32から流出する。その間に、2次空気は、電磁弁9及びリードバルブ12による流量制限を受けることになる。
【0039】
ステー15は、空燃比制御装置1がステー15を介して2輪車に取り付けられたとき、筺体部分Aの内燃機関2側の側面を覆う平板状部分33と、2輪車のフレーム16に取り付けるための取付け部34とを備える。空燃比制御装置1を2輪車のフレーム16に取り付けたとき、平板状部分33は2輪車の内燃機関2と筺体部分Aとの間に位置し、内燃機関2からの熱を放散させる放熱部材として機能する。
【0040】
筺体部分Aの基板収納部18と、電磁弁9の駆動部を収納する部分との間には、空隙35が存在する。また、筺体部分Aの基板収納部18と、筺体部分Bのリードバルブ12を収納している部分との間には、大気に通じている連通空間36が存在する。空隙35は、連通空間36を介して大気に通じている。これにより、コイル21からの熱が大気中に放散されるので、制御基板11への熱による悪影響が回避される。
【0041】
基板収納部18におけるカプラ19とは反対側の側面には、吸気圧センサ10に対して吸気圧を導入するための吸気圧検出路37が設けられる。吸気圧検出路37は、気化器4の、吸気路3を開閉するスロットルバルブの下流側に接続され、吸気圧を吸気圧センサ10に供給する。
【0042】
この構成において、内燃機関2が始動し、バイパス通路8を介した2次空気の供給が開始され、空燃比制御装置1に通電されると、制御基板11の制御回路は、吸気圧センサ10の出力に基づき、電磁弁9の制御を開始する。
【0043】
この制御は、吸気圧センサ10により得られる吸気圧、内燃機関2の回転数、又は吸気圧と内燃機関2の回転数とで決定される負荷に基づいて行われる。すなわち、制御基板11の制御回路は、内燃機関2の負荷が高いとき、電磁弁9の所定期間に占める閉期間の割合、すなわちデューティ比が減少し、又はゼロとなるように電磁弁9のデューティ制御を行う。高負荷時には、2次空気が不足するので、2次空気の量を増大させるためである。
【0044】
これにより、高負荷時における排気の空燃比が、よりリッチ側に傾くのが抑制され、理論空燃比に極力近い値に維持される。このとき、デューティ比が減少し又はゼロとされるので、電磁弁9への通電時間が減少し又はゼロとなる。したがって、電磁弁9の駆動部からの発熱が抑制される。
【0045】
また、制御基板11の制御回路は、内燃機関2がアイドル状態にあるときには、デューティ比をゼロとして電磁弁9を開放状態とする。アイドル時にはNOX(窒素酸化物)が発生し難いので、COの発生を考慮し、2次空気の量を多くするのが好ましいからである。これにより、アイドル時には、電磁弁9への給電が抑制され、バッテリー上り等の不具合の発生が極力回避される。
【0046】
また、内燃機関2は発熱するが、内燃機関2と筺体部分Aとの間のステー15部分により内燃機関2からの熱は吸収され、ステー15の2輪車への取り付け部分から2輪車のフレームへ放散される。また、電磁弁9の駆動部も発熱するが、その熱は、基板収納部18に隣接する空隙35から連通空間36を経て大気中に放散されるので、基板収納部18内の制御基板11に影響を与えることはない。
【0047】
以上のように本実施形態によれば、電磁弁9と制御基板11を1つの筐体内に収容するようにしたので、制御基板11と電磁弁9との接続を、筐体内で行うことができる。これにより、接続のための配線コストを削減し、車両の熱や振動等による配線の脱落や切断による不具合の発生を防止し、良好な性能を長期間維持することができる。さらに、空燃比制御装置1のレイアウトやメンテナンスの容易化を図ることができる。
【0048】
また、ステー15の平板状部分33が、放熱部材として、電磁弁9の駆動部や内燃機関2の熱を放散するので、熱を発生する電磁弁9を備える筐体に、支障なく制御基板11を収納できる。その場合、かかる熱による制御基板11への直接的な影響を、平板状部分33による熱の放散により回避し、空燃比制御装置1の性能を良好に維持することができる。これにより触媒装置7による排気浄化機能も良好に維持される。
【0049】
また、ステー15が車体に取り付けられた場合、その車両の走行時には、ステー15を介した放熱効率が向上するので、制御基板11への熱の影響を効果的に回避することができる。
【0050】
また、ステー15により、空燃比制御装置1を車体のフレーム16に取り付けた場合、内燃機関2の熱が、ステー15からフレーム16に伝達して放散する。したがって、内燃機関2の熱による制御基板11への直接的な影響を、さらに効果的に回避することができる。
【0051】
また、筐体部分Aの基板収納部18と、電磁弁9の駆動部を収納する部分との間に、大気に通じた空隙35を有するので、空隙35に大気が流入し、電磁弁9の駆動部の熱を放散させる。換言すれば、駆動部と制御基板11とが断熱される。これにより、該駆動部の熱による制御基板11への直接的な影響を効果的に回避することができる。したがって、空燃比制御装置1の性能を良好に維持することができる。これにより、触媒装置7による排気浄化能力も良好に維持される。
【0052】
また、空燃比制御装置1が車体に取り付けられた場合、その車両の走行時には、空隙35に流入する大気の流れが速くなるので、制御基板11への熱の影響をより効果的に回避することができる。
【0053】
また、筐体部分Aの基板収納部18と、筐体部分Bの管路20を収納した部分との間に、空隙35を大気に通じさせる連通空間36を設けるようにしたので、空隙35を大気に通じさせる空間を、連通空間36として簡単に形成することができる。また、連通空間36及び空隙35に大気が流入し、電磁弁9の駆動部の熱を放散させるので、該駆動部の熱による制御基板11への直接的な影響をより効果的に回避することができる。
【0054】
また、制御基板11と電磁弁9の駆動部を筺体部分A内に配置し、管路20は筺体部分B内に配置するようにしたので、管路20両端の導入管31と送出管32を容易に、相互に逆方向に向けて配置するとともに、内燃機関2に対して平行に配置することができる。したがって、バイパス通路8を構成するための導入管31及び送出管32への配管に際しては、内燃機関2に近接し過ぎるような配管部分が生じないように配管を行うことができる。
【0055】
これにより、内燃機関2の熱による配管の不具合が生じるのを防止し、空燃比制御装置1の性能を良好に維持することができる。これにより、触媒装置7の排気浄化能力も良好に維持される。
【0056】
また、電磁弁9は、通電していないときに開状態となる常開型であり、制御基板11は、内燃機関2の発熱が大きい高負荷時に、電磁弁9の所定期間に占める閉期間の割合、すなわちデューティ比を下げ又はデューティ比をゼロにする。具体的には、所定の回転数又は吸気圧にて高付加時を検知し、デューティ比を徐々に若しくは直ちに下げ、又は直ちに0%にするようにしている。このため、電磁弁9の駆動部における発熱量を低下させ、該駆動部や、制御基板11、吸気圧センサ10等への熱の影響を抑制することができる。したがって、空燃比制御装置1の性能を良好に維持することができる。これにより、触媒装置7による排気浄化能力も良好に維持される。
【符号の説明】
【0057】
1…空燃比制御装置、2…内燃機関、3…吸気路、4…気化器、7…触媒装置、8…バイパス通路、9…電磁弁、10…吸気圧センサ、11…制御基板、12…リードバルブ、15…ステー、16…フレーム、18…基板収納部、19…カプラ、20…管路、23…可動鉄心、24…ポペット弁、27…先端部、29…調芯部、30…カバー、33…平板状部分、35…空隙、36…連通空間、A,B…筺体部分。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
内燃機関においてスロットルバルブの上流側からバイパス通路を経て触媒装置の上流側に導入する2次空気の量を変化させることにより、該触媒装置に流入する排気の空燃比を制御する空燃比制御装置であって、
前記バイパス通路を開閉する電動バルブと、前記電動バルブの所定期間に占める閉期間の割合を制御することにより前記空燃比の制御を行う制御基板とを1つの筺体に収容し、
前記筐体と前記内燃機関との間に放熱部材を設けたこと特徴とする空燃比制御装置。
【請求項2】
本装置を取り付けるためのステーを備え、
前記放熱部材は、前記ステーの一部であることを特徴とする請求項1に記載の空燃比制御装置。
【請求項3】
前記ステーを介して、前記内燃機関が用いられる車体のフレームに取り付けられることを特徴とする請求項2に記載の空燃比制御装置。
【請求項4】
前記電動バルブは、前記バイパス通路を開閉する弁体と、該弁体を駆動する駆動部とを備え、
前記筐体の前記制御基板を収納する部分と前記駆動部を収納する部分との間に、大気に通じた空隙を有することを特徴とする請求項3に記載の空燃比制御装置。
【請求項5】
前記バイパス通路の一部を構成する管路を備え、
前記筐体の一方の側に前記制御基板及び駆動部が収納され、
前記筐体の他方の側に前記管路が収納され、
前記筐体の一方の側における前記制御基板を収納した部分と、前記筐体の他方の側における前記管路を収納した部分との間に、前記空隙を大気に通じさせる連通空間を備えることを特徴とする請求項4に記載の空燃比制御装置。
【請求項6】
前記電動バルブは、通電していないときに開状態となる形式のものであり、
前記制御基板は、前記電動バルブの制御に際し、前記内燃機関に高い負荷がかかるとき、前記所定期間に占める閉期間の割合を下げ又はゼロとする制御を行うことを特徴とする請求項5に記載の空燃比制御装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2013−36361(P2013−36361A)
【公開日】平成25年2月21日(2013.2.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−171313(P2011−171313)
【出願日】平成23年8月4日(2011.8.4)
【出願人】(000141901)株式会社ケーヒン (1,140)
【Fターム(参考)】