(57)【要約】【課題】  簡単な手段でエンジンの燃焼制御を行い、エンジンの排気ガス中の有害成分を低減することができる空燃比検出装置及び空燃比制御装置を提供すること。【解決手段】  リーン信号がＨｉｇｈである時間Ａを測定し、この時間Ａが所定の値より短い場合には、時間Ｂを長くする。つまり、リーン信号の時間が短い場合とは、空燃比が目標値よりリッチ側に偏り過ぎているとして、電磁弁２１の開時間Ｂを長くし、空気の供給量を多くして、燃料混合気を薄くして、目標の空燃比に近づけるようにする。一方、時間Ａが所定の値より長い場合には、時間Ｂを短くする。つまり、リーン信号の時間が長い場合とは、空燃比が目標値よりリーン側に偏り過ぎているとして、電磁弁２１の開時間Ｂを短くし、空気の供給量を少なくして、燃料混合気を濃くして、目標の空燃比に近づけるようにする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
理論空燃比近傍にて出力が急変する酸素センサの出力に基づいて、エンジンに供給される燃料混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記燃料混合気の濃度を調節して前記空燃比を制御する空燃比制御手段と、を備えたエンジンに対し、通常運転時は前記空燃比を理論空燃比よりリッチ側に制御する場合に、前記空燃比制御手段を駆動して前記空燃比を理論空燃比よりリーン側に一時的に制御し、その際に前記空燃比検出手段によって検出されるリーン出力時間に基づいて、前記通常運転時における空燃比を求めることを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項２】
理論空燃比近傍にて出力が急変する酸素センサの出力に基づいて、エンジンに供給される燃料混合気の空燃比を、検出する空燃比検出手段と、前記燃料混合気の濃度を調節して前記空燃比を制御する空燃比制御手段と、を備えたエンジンに対し、
通常運転時は前記空燃比を理論空燃比よりリーン側に制御する場合に、前記空燃比制御手段を駆動して空燃比を理論空燃比よりリッチ側に一時的に制御し、その際に前記空燃比検出手段によって検出されるリッチ出力時間に基づいて、前記通常運転時における空燃比を求めることを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項３】
前記エンジンが、燃料噴射弁により燃料を供給するエンジンであることを特徴とする前記請求項１又は２記載の空燃比検出装置。
【請求項４】
前記エンジンに供給される吸入空気量を調節することによって、前記空燃比の一時的な制御を行なうことを特徴とする前記請求項１〜３のいずれか記載の空燃比検出装置。
【請求項５】
前記請求項１〜４のいずれか記載の空燃比検出装置によって検出された前記通常運転時の空燃比に基づいて、空燃比を目標空燃比に制御することを特徴とする空燃比制御装置。
【請求項６】
前記エンジンに供給される燃料量を調節することによって、前記空燃比を目標空燃比に制御することを特徴とする前記請求項５記載の空燃比制御装置。
【請求項７】
前記エンジンが、キャブレタにより燃料を供給する汎用エンジンであることを特徴とする前記請求項１記載の空燃比検出装置。
【請求項８】
キャブレタ式の汎用エンジンに供給される燃料混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段を備え、該空燃比検出手段によって検出された空燃比に応じて、前記汎用エンジンの温度が所定の温度以下になる所定の空燃比に制御することを特徴とする空燃比制御装置。
【請求項９】
前記空燃比検出手段が、前記請求項１記載の空燃比検出装置であることを特徴とする前記請求項８記載の空燃比制御装置。
【請求項１０】
キャブレタ式の汎用エンジンに供給される燃料混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、スロットル及びベンチュリの燃料供給孔をバイパスするバイパス路と、該バイパス路の通気状態を制御する制御弁とを備え、該空燃比検出手段によって検出された空燃比に応じて、前記制御弁を駆動して空燃比を制御することを特徴とする空燃比制御装置。
【請求項１１】
前記制御弁の開閉のデューティ比制御を、前記汎用エンジンの燃焼周期に同期して行なうことを特徴とする前記請求項１０記載の空燃比制御装置。
【請求項１２】
前記空燃比検出手段が、前記請求項１記載の空燃比検出装置であることを特徴とする前記請求項１０又は１１記載の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば小型船舶、小型発電機、芝刈機等に使用されるキャブレタ式の汎用エンジンや、例えば自動車等に使用される燃料噴射弁を備えたエンジンなどに適用できる空燃比検出装置及び空燃比制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、芝刈機などに使用される汎用エンジンは、小型で簡単な構造とするために、自動車用のエンジンのように複雑な燃焼制御は実施されておらず、単純にキャブレタとスロットルによってエンジンの回転数及び出力を調整している。即ち、出力や回転数を上げたいときはスロットルを開いて吸入空気を増やし、より多くの燃料及び空気がエンジンに供給されるようにしている。
【０００３】
また、汎用エンジンの冷却は空冷方法を採用しているので、自動車の水冷方法に比べてどうしても冷却能力が低く、排気温度を上げないようにするため、吸気に対する燃料の濃さは空気と燃料が化学当量的に釣り合う濃さ（理論空燃比）よりもかなり濃く、即ちリッチ側になるようにキャブレタの設定がされている。そのため、排気ガスは末燃焼の炭化水素を多く含んだ好ましくない排気ガスとなってしまう。
【０００４】
そこで、近年では、環境問題に対応して、これら汎用エンジンについても排気ガスの有害成分を減らそうとする研究が始まっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、汎用エンジンは軽いエンジンなので、エンジン全体が大きくなるような排気ガス浄化装置は装着できず、特に、自動車のようにエンジンを理論空燃比で燃焼させ、エンジンの昇温を冷却水を循環させて抑えるというシステムは採用できない。
【０００６】
また、これとは別に、一般的な自動車のエンジンにおいては、始動直後にＨＣ等が多く排出されるという状況を改善するために、近年、空燃比をリーン側に制御して排気ガスの浄化を行う技術が研究されているが、その制御のためには、空燃比を全域にわたって検出するいわゆる全領域空燃比センサが必要となる。
【０００７】
ところが、この全領域空燃比センサ及びその制御装置は、複雑でしかも高価であり、始動直後の制御のみに用いる場合には、適切な選択とは言えない。
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、簡単な手段でエンジンの燃焼制御を行い、エンジンの排気ガス中の有害成分を低減することができる空燃比検出装置及び空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
(1)請求項１の発明では、通常運転時（例えば一定の運転状態を維持する定常運転時）に空燃比をリッチ側に制御する場合に、空燃比を理論空燃比よりリーン側に一時的に振り、そのときに空燃比検出手段によって検出される酸素センサのリーン出力の時間を計測する。
【０００９】
いわゆるλセンサ（酸素センサ）は、理論空燃比（λ=１,Ａ／Ｆ=約１４．４）の付近でこそ大きな出力変化が有るものの、その範囲以外の空燃比では大きな出力変化が得られず、全領域空燃比センサの様にリーン側やリッチ側における空燃比を精密に検出することはできない。
【００１０】
そこで、本発明では、空燃比制御手段によって、例えば所定の時間間隔で所定の時間ＴＨだけ空燃比を大きくリーン側に変える制御を行ない、空燃比を理論空燃比よりもリーンとなる時間を作る。つまり、通常、空燃比をリッチの状態で運転している場合には、一時的に空燃比を（理論空燃比を越えて）リーン側に振り、その時の酸素センサの出力がリーンを示す時間ＴＳから、定常的な運転状態における空燃比を推定によって検出する。それにより、λセンサのような特性を有するセンサを用いて、簡易な構成にて空燃比を検出することができる。
【００１１】
具体的には、空燃比を検出する場合には、酸素センサがリーン出力する時間ＴＳが所定の時間ＴＡに等しいときは、定常状態における空燃比が目標の空燃比に等しく、時間ＴＳが所定の時間ＴＡよりも長いときは、定常状態における空燃比が目標の空燃比よりもリーンであり、逆に時間ＴＳが所定の時間ＴＡよりも短いときは、定常状態における空燃比が目標の空燃比よりもリッチであると判定する。これによって、実際の空燃比が目標とする空燃比よりどの方向（リッチ側又はリーン側）にどの程度ずれているかを検出することができる。
【００１２】
(2)請求項２の発明では、前記請求項１と逆の制御を行う。
つまり、通常運転時に空燃比をリーン側に制御する場合に、空燃比を理論空燃比よりリッチ側に一時的に振り、そのときに空燃比検出手段によって検出される酸素センサのリッチ出力の時間を計測する。そして、このリッチ出力時間に基づいて、通常運転時における空燃比を検出している。これにより、λセンサのような特性を有するセンサを用いて、簡易な構成にて空燃比を検出することができる。
【００１３】
具体的には、酸素センサがリッチ出力する時間ＴＳが所定の時間ＴＡに等しいときは、定常状態における空燃比が目標の空燃比に等しく、時間ＴＳが所定の時間ＴＡよりも長いときは、定常状態における空燃比が目標の空燃比よりもリッチであり、逆に時間ＴＳが所定の時間ＴＡよりも短いときは、定常状態における空燃比が目標の空燃比よりもリーンであると判定する。これによって、実際の空燃比が目標とする空燃比よりどの方向にどの程度ずれているかを検出することができる。
【００１４】
(3)請求項３の発明では、エンジンとして、燃料噴射弁により燃料を供給するタイプのエンジンを採用できる。
(4)請求項４の発明では、一時的に空燃比を振る制御は、空燃比制御手段によって、エンジンに供給される吸入空気量を調節することによって行なうことができる。
【００１５】
例えば所定の時間間隔で所定の時間だけ吸入空気量を変化させると、吸入空気量の変化に対する排気ガスの雰囲気の変化は非常に速く応答性に優れているため、その時の酸素センサの出力状態から、運転中の空燃比を推定を容易に行なうことができる。
【００１６】
(5)請求項５の発明では、請求項１〜４の空燃比検出装置によって検出された通常運転時の空燃比に基づいて、空燃比を目標空燃比に制御する。
つまり、上述した様に、一時的に空燃比を振ることによって通常運転時の実際の空燃比が分かるので、即ち目標とする空燃比からリッチ側又はリーン側にどの程度ずれているかが分かるので、このずれに応じて吸入空気量や燃料量を調節することにより、空燃比を目標空燃比に制御することができる。
【００１７】
(6)請求項６の発明では、空燃比を目標空燃比に制御する場合は、空燃比制御手段によってエンジンに供給する燃料量を制御する手段を採用できる。尚、この場合に、同時に吸入空気量を制御してもよく、あるいは、吸入空気量のみを制御することも可能である。
【００１８】
(7)請求項７の発明は、キャブレタにより燃料を供給するタイプの汎用エンジンにおいて、空燃比を検出するものである。
つまり、通常リッチ側に制御される汎用エンジンに対して、空燃比を理論空燃比よりリーン側に一時的に振った場合、それによって検出されるリーン出力の時間を計測し、このリーン出力時間に基づいて、通常運転時における空燃比を検出している。
【００１９】
即ち、前記(1)請求項１の欄にて述べた様に、所定の時間間隔で所定の時間ＴＨだけ空燃比制御手段の制御を大きくリーン側に変え、空燃比を理論空燃比よりもリーンとなる時間を作る。そして、その時の酸素センサの出力がリーンを示す時間ＴＳから、定常的な運転状態における空燃比を推定によって検出する。それにより、汎用エンジンにλセンサのような特性を有するセンサを用いて、簡易な構成にて広い範囲の空燃比を検出することができる。
【００２０】
その場合、制御空燃比をリーン側に変化させる手段としては、定常状態における（吸入空気量を調節する）制御弁の開時間Ｔ０と所定の関係を有する時間Ｔ１で制御弁を開く手段（導入する吸入空気量を増大する手段）を採用できる。
【００２１】
また、空燃比を検出する場合には、前記(1)請求項１の欄にて述べた様に、酸素センサがリーン出力する時間ＴＳが所定の時間ＴＡに等しいときは、定常状態における空燃比が目標の空燃比に等しく、時間ＴＳが所定の時間ＴＡよりも長いときは、定常状態における空燃比が目標の空燃比によりもリーンであり、逆に時間ＴＳが所定の時間ＴＡよりも短いときは、定常状態における空燃比が目標の空燃比によりもリッチであると判定する。そして、この判定結果に基づいて、空燃比制御装置の制御弁における定常的な開時間をその判定に基づいて調整する。
【００２２】
尚、実際には、Ｔ０とＴ１、ＴＡとＴＳの関係が重要となる。例えば、
Ｔ１＝Ｔ０＋ＴＤ  …（１）  （ＴＤは所定の値）
のように設定したとして、制御弁の開時間に対して空燃比がほぼ直線的に変化する様な領域では、増分ＴＤに対して所定時間ＴＨだけは所定の空燃比λＤだけリーン側にずれることになる。即ち、定常状態の空燃比をλ０、所定時間ＴＨにおける空燃比をλ１とすれば、
λ１＝λ０＋λＤ  …（２）
となる。このとき、λ０とλ１とＴＨの関数としてＴＳは現れてくるが、その関係は正確には記載できず、ただ、単純なモデルとしては、以下の式が成り立つ。
【００２３】
ＴＳ＝α×ＴＨ×（λ０＋λ１）  …（３）
＝α×ＴＨ×（２λ０＋λＤ）    （αは定数）
つまり、定常状態の空燃比がリッチ側に寄るほど（即ちλ０がちいさくなるほど）酸素センサのリーン出力を示す時間ＴＳは短くなる。よって、上記の式（３）からＴＳを検出すればλ０を計算することができる。
【００２４】
(8)また、請求項８の発明では、検出された空燃比に応じて、汎用エンジンの温度が所定の温度以下になる所定の空燃比に制御している。尚、ここで空燃比検出手段に用いられるセンサは、いわゆるλセンサであるが、その他の空燃比センサを採用することもできる。
【００２５】
一般に、汎用エンジンは冷却能力が低いので、その冷却能力に対して通常は十分な余裕をもって空燃比をリッチ側に設定している。これは、汎用エンジンには空燃比を制御するシステムが無いので、キャブレタやスロットルの経時変化によってエンジンの空燃比がリーン側にずれてもエンジンの温度が十分低い温度に治まるように設計されているからである。しかし、この様に空燃比を制御しない状態では、排気ガス中に必要以上の有害ガスが排出されてしまう。
【００２６】
そこで、本発明では、混合気の空燃比を常に検出して、温度が過度に上昇しないような既知の所定の空燃比になるように制御するので、エンジンの過熱を防止できるとともに、必要以上に汚れた排気ガスを排出することがない。
【００２７】
具体的には、自動車用のエンジンのように理論空燃比ではなく、例えば汎用エンジンを長時間運転した場合でも汎用エンジンの温度が所定の温度以上にならない空燃比を予め実験などで調査しておき、その空燃比となるように混合気の空燃比を制御して汎用エンジンを運転することで、汎用エンジンを所定の温度以下で運転することができる。
【００２８】
ところで、上記の様にエンジンの温度を制御するには、例えば汎用エンジンの温度を直接検出して、その温度が所定の温度以下となるように制御する方法も考えられるが、この方法では、温度の変化が起きるのはエンジンの熱容量に燃焼による熱エネルギーが蓄積されてからであるので、遅れが発生する。そのため、制御の遅れによって空燃比が必要以上にリッチ側やリーン側に振れてしまうことになり、排気ガスの有害成分の低減ができず、エンジンの温度も所定の温度を中心に上下に大きく振れることになる。
【００２９】
それに対して、本発明では、空燃比は制御対象そのものであるから、それがずれた場合は、空燃比検出手段によってすぐに補正することができ、よって、現実の空燃比が目標の空燃比からずれる程度が少ないので、制御における制御周波数が高く、結果として空燃比やエンジンの温度の目標値からの振れも少なく抑えられるという利点が有る。
【００３０】
(9)請求項９の発明では、請求項８の空燃比制御装置の空燃比検出手段として、請求項７の空燃比検出装置を採用することができる。これにより、簡易な構成にて空燃比制御を行なうことができる。
【００３１】
(10)請求項１０の発明では、検出された空燃比に応じて、バイパス路に設けられた制御弁を駆動して空燃比を制御している。つまり、この様な簡易な構成によって、容易に空燃比を制御することができる。尚、ここで空燃比検出手段に用いられるセンサは、いわゆるλセンサであるが、その他の空燃比センサを採用することもできる。
【００３２】
また、前記バイパス路の上流口は大気開放でも良く、下流口はキャブレタのベンチュリの燃料供給孔と吸気弁の間であればどこでも良い。また、制御弁の開度は制御弁の種類にも拠るが、例えば単純な開閉だけの弁機構を有している制御弁であれば、開いている時間と閉じている時間のデューティ比を調整することで空燃比を制御できる。また、制御弁の前後の通気抵抗を制御できる場合は、通気抵抗を調整して空燃比を制御することができる。
【００３３】
特に、汎用エンジンの排気管に設けられた酸素センサの上流に二次空気を導入する場合には、システムにおける制御空燃比をよりリッチ側に設定して、エンジンをより低温で且つ安定的に動かすことができる。また、この構成により、酸素センサによる検出空燃比をよりリーン側に設定することができ、制御の精度及び安定性が向上するという利点もある。
【００３４】
(11)請求項１１の発明では、制御弁の開閉のデューティ比制御を、汎用エンジンの燃焼周期に同期して行なっている。
つまり、デューティ比を調整する空燃比制御のタイミングとしては、エンジンの燃焼周期に同期して制御弁（電磁弁）を制御し、吸気行程において制御弁を開き、その開いている時間を調整することで、空燃比を制御することができる。
【００３５】
(12)請求項１２の発明では、請求項１０又は１１の空燃比制御装置の空燃比検出手段として、請求項７の空燃比検出装置を採用することができる。これにより、簡易な構成にて空燃比制御を行なうことができる。
【発明の効果】
【００３６】
以上詳述した様に、請求項１〜７の発明では、空燃比を理論空燃比よりリーン側又はリッチ側に一時的に振った場合、それによって検出されるリーン出力又はリッチ出力の時間を計測し、このリーン出力時間又はリッチ出力時間に基づいて、通常運転時における空燃比を検出しているので、自動車等のエンジンや簡易な構成の汎用エンジンにλセンサの様な特性を有するセンサを用いて、簡易な構成にて空燃比を所望の目標空燃比に制御することができる。
【００３７】
請求項８，９の発明では、混合気の空燃比を常に検出して、温度が過度に上昇しないような既知の所定の空燃比になるように制御するので、エンジンの過熱を防止できるとともに、必要以上に汚れた排気ガスを排出することがない。また、空燃比は制御対象そのものであるから、現実の空燃比が目標の空燃比からずれる程度が少なく、結果として空燃比やエンジンの温度の目標値からの振れも少なく抑えられるという利点が有る。
【００３８】
請求項１０〜１１の発明では、検出された空燃比に応じて、バイパス路に設けられた制御弁を駆動して空燃比を制御している。つまり、この様な簡易な構成よって、容易に空燃比を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下に、本発明の実施例の形態の例（実施例）について説明する。
（実施例１）
ａ）まず、本実施例の例えば芝刈機等に使用されるキャブレタ式の単気筒の汎用エンジンに使用される空燃比検出装置と一体となった空燃比制御装置（以下単に空燃比制御装置と記す）の構成について説明する。
【００４０】
図１に、本実施例の空燃比制御装置の概略構成を示す。本実施例では、汎用エンジン１の吸気管３に、燃料供給部５及びベンチュリ部７からなるキャブレタ９が取り付けられている。この燃料供給部５は、燃料タンク（図示せず）から供給される燃料をフロート１１の上下移動により調節して蓄えるフロート室１３と、フロート室１３の底部とベンチュリ部７とを連通して燃料を吸気管３内に供給するノズル１５とを備えている。
【００４１】
また、吸気管３には、空気のみをベンチュリ部７の下流側に供給して燃料の混合比（即ち空燃比）を調節するために、スロットル弁１７及びベンチュリ部７を迂回するバイパス路１９が設けられており、このバイパス路１９には、その経路を開閉２位置に制御する電磁弁２１が配置されている。尚、この電磁弁２１は、デューティ比制御によって開閉状態が制御され、電磁弁に通電される（ＯＮ）と経路が開かれ、通電されない（ＯＦＦ）と経路が閉じられる。
【００４２】
一方、排気管２３には、上流側より、電磁弁２５を介して２次空気を導入する二次空気導入部２７、酸素センサ２９及び排ガス浄化触媒３１が取り付けられている。この酸素センサ２９は、検出素子として、ジルコニア固体電解質基板の両面に白金電極を設けた酸素濃淡電池を使用しており、その起電力がストイキ（理論空燃比）にて急変するタイプのセンサ（いわゆるλセンサ）である。
【００４３】
そして、この空燃比制御装置では、酸素センサ２９や（フライホイール３３に取り付けられたマグネットを用いて）汎用エンジン１の回転角を検出する回転角センサ３５等の信号を、信号処理回路３７で処理し、この処理結果に基づいて電磁弁駆動回路３９が駆動信号を出力し、該駆動信号に基づいて電磁弁２１を駆動し、空気の供給量を調節して空燃比を制御している。尚、信号処理回路３７及び電磁弁駆動回路３９を制御回路４０と記す。
【００４４】
ｂ）次に、本実施例の空燃比制御装置の動作について、図２に基づいて説明する。
(i)まず、吸気管負圧に同期した信号について説明する。
汎用エンジン１が回転している場合には、回転角センサ３５からは、図２（ａ）に示す様なパルス信号（回転角信号）が出力される。尚、２パルスに１回の割合でプラグの点火が行われる。このとき、吸気管３内の負圧は、エンジン１の回転に応じて（即ち吸気弁３２の動作に応じて）、図２（ｂ）の様に変化する。
【００４５】
そして、信号処理回路３７では、前記回転角信号に応じて、吸気管負圧に同期した図２（ｃ）に示す様な信号αを（例えば周波数に換算して６０Ｈｚの周期で）作成するとともに、この信号αに基づいて、図２（ｄ）に示す様な信号α３つ分の出力期間を有する信号βを一定の周期で（例えば周波数に換算して０．２Ｈｚの周期で）作成する。
【００４６】
更に、信号処理回路３７では、これらの信号α及び信号βに基づいて、図２（ｅ）に示す様に、電磁弁２１を駆動する信号（電磁弁信号）を作成して、電磁弁駆動回路３９を介して電磁弁２１に出力する。この電磁弁信号は、信号αに同期して出力されるもので、信号βがＬｏｗである通常の期間は、予め定められた所定の時間ＢだけＯＮ（開状態）とされるが、信号βがＨｉｇｈの期間中（検査期間）は、空燃比を一時的にリーン側に振るために、予め定められた所定の時間ＣだけＯＮ（開状態）とされる。但し、時間Ｂより時間Ｃの方が長く設定されており、この時間は運転状態によって変更されるが、代表的な例として時間Ｂが５ｍｓ、時間Ｃが１０ｍｓとされる場合がある。
【００４７】
つまり、信号βのＨｉｇｈの期間中は、一時的に電磁弁２１の開弁時間が長くされ、それによって、一時的に空燃比がリーン側に調節されることになる。
(ii)次に、このような信号状態における制御について説明する。
【００４８】
上述した様に、前記電磁弁信号によって電磁弁２１が駆動されて、一時的に空気量が増大されると、図２（ｆ）に示す様に、酸素センサ２９の出力（酸素センサ信号）は、基準値（例えば０．４５Ｖ）を挟んで低下し、リッチ側からリーン側に変化する。すると、信号処理回路３７では、この酸素センサ信号に基づいて、図２（ｇ）に示す様に、基準値を下回る期間がＨｉｇｈであるリーン信号を作成する。
【００４９】
そして、本実施例では、このリーン信号がＨｉｇｈである時間Ａを測定し、この時間Ａが所定の値より短い場合には、前記時間Ｂを長くする。つまり、リーン信号の時間が短い場合とは、空燃比がすぐに元のリッチの値に戻り易い状態、即ち、空燃比が目標値よりリッチ側に偏り過ぎているとして、電磁弁２１の開時間Ｂを長くし、空気の供給量を多くして、燃料混合気を薄くして（即ちリーン側寄りにして）、目標の空燃比に近づけるようにする。
【００５０】
一方、時間Ａが所定の値より長い場合には、前記時間Ｂを短くする。つまり、リーン信号の時間が長い場合とは、空燃比がすぐに元のリッチの値に戻り難い状態、即ち、目標値よりリーン側に偏り過ぎているとして、電磁弁２１の開時間Ｂを短くし、空気の供給量を少なくして、燃料混合気を濃くして（即ちリッチ側寄りにして）、目標の空燃比に近づけるようにする。
【００５１】
この様に、本実施例では、一時的に空燃比をリーン側に振ってやり、その時の酸素センサ２９のリーン出力時間（時間Ａ）を測定し、そのリーン出力時間に応じて電磁弁２１の開閉状態を制御して燃料混合気を調節し、空燃比を制御している。従って、例えば自動車で使用する全領域酸素センサの様な複雑で高価な酸素センサを使用しなくとも、簡単で安価なλセンサを使用して、好適に（理論空燃比λ＝１よりリッチ側の）目標空燃比に制御することができる。
【００５２】
特に、本実施例では、目標空燃比の設定に当たっては、使用する汎用エンジン１を長時間運転した場合でもエンジン１の温度が所定の温度以上にならない様な目標空燃比（例えばλ＝０．９２）を予め実験で調査して求めてあるので、その目標空燃比となるように燃料混合気の空燃比を制御して汎用エンジン１を運転することで、汎用エンジン１を所定の温度以下で運転することができる。
【００５３】
つまり、本実施例では、燃料混合気の空燃比を常に検出して、温度が過度に上昇しないような上述した（できるだけ理論空燃比に近づけるようにした）目標空燃比になるように制御するので、汎用エンジン１の過熱を防止できるとともに、排気ガス中の有害物質の排出を低減することができる。
【００５４】
また、本実施例では、空燃比は制御対象そのものであるから、それがずれた場合は、空燃比をすぐに補正することができ、よって、現実の空燃比が目標空燃比からずれる程度が少ないので、制御における制御周波数が高く、結果として空燃比や汎用エンジン１の温度の目標値からの振れも少なく抑えられるという利点が有る。
【００５５】
（実験例）
次に、本実施例の効果を確認した実験例について説明する。
図３（ａ）に示す様な実験装置を使用して、交流電源周波数に同期させて電磁弁を開閉制御した。この交流は、汎用エンジンの出力軸に結合された発電機の出力電圧であり、汎用エンジンの回転に同期した周波数の交流電圧である。従って、電磁弁制御回路は、汎用エンジンの回転に同期して電磁弁を開閉制御することができる。
【００５６】
開閉のデューティ比は各負荷で汎用エンジンのハンチングが発生しないように最適化させた。そして、ある時間間隔毎に最適値より長く電磁弁を開き、この時のλセンサの出力（リーン反転時間）より、その時の空燃比を推定するとともに、このリーン反転時間に応じて電磁弁のデューティ比を制御することにより、空燃比を調節する。以下、実験条件等を具体的に説明する。
＜実験装置＞
汎用エンジン；ロビン製ＥＨ２５
；ＯＨＣ、空冷４サイクル単気筒２５１ｃｃ
＜実験条件＞
エンジン条件；定格回転（約３６００ｒｐｍ）
負荷；無負荷、５００Ｗ（１４．３％）、１５００（４３％）
２５００Ｗ（７１．４％）、３５００Ｗ（１００％）
＜実験方法＞
図３（ａ）に示す様に、スロットルバルブの下流側にバイパス導入路（φ５．７ｍｍ）を設け、これに電磁弁を接続した。電磁弁の開閉デューティ比はトリマーで可変とした。また、図３（ｂ）に示す様に、空燃比チェック時の電磁弁開時間を長くする周期は５ｓｅｃ（周波数換算で０．２Ｈｚ）とし、開時間を長くした期間は、吸気１回分（２パルス）と吸気２回分（４パルス）の２種類で実験した。この電磁弁開時間もトリマーで可変とした。
【００５７】
そして、定常時の電磁弁の開閉のデューティ比は、各負荷で汎用エンジンのハンチングが発生しないように最適化させた。そして、５ｓｅｃ間隔毎に定常時の電磁弁の開閉デューティ比（時間Ｂによって調整される。）より大きな開閉デューティ比（時間Ｃによって調整される。）で電磁弁を開き、この時のλセンサの出力（リーン反転時間）に応じて、定常時の電磁弁のデューティ比を制御することにより、定常時の空燃比を調節した。また、そのときの空燃比を全領域空燃比センサによって測定した。以下、実験条件等を具体的に説明する。
＜実験結果＞
無負荷から負荷７１％までは、リーン反転時間に応じて（時間Ｂに対応する）電磁弁開デューティを最適化することにより、エンジンのハンチングのない状態で、空燃比を１３．３〜１３．５近辺の一定の空燃比に制御することができた。尚、負荷１００％では、電磁弁の流量による制限のため、無負荷の場合と同じ空燃比で制御することはできないが、（時間Ｃに対応する）電磁弁開デューティを９６％と限界近くの設定とした場合、空燃比を１２．９まで持っていくことが可能である。
【００５８】
（実施例２）
次に実施例２について説明する。
本実施例の空燃比検出装置と一体となった空燃比制御装置（以下単に空燃比制御装置と記す）は、燃料噴射弁によって燃料を供給するタイプの自動車等に使用されるエンジンに用いられるものである。
【００５９】
前記エンジンは単気筒であり、電子燃料噴射制御によって、始動直後から暖気に至るまでは、空燃比がＡ／Ｆ=１４〜１６のリーンに制御され、暖気後はストイキに制御されるものである。尚、始動直後のリーン制御も含め、一時的に空燃比を振る場合以外は全て通常運転時を意味している。
【００６０】
ａ）図４に、本実施例の空燃比制御装置の概略構成を示す。本実施例では、エンジン４１の吸気管４３に、その上流側より、吸入空気量を調節するスロットル弁４５と、空気の脈動を抑えるサージタンク４７と、燃料を吸気管４３内に噴射する燃料噴射弁４９とを備えている。
【００６１】
また、吸気管４３には、空気のみを供給して燃料の混合比（即ち空燃比）を調節するために、スロットル弁４５及びサージタンク４７を迂回するバイパス路５１が設けられており、このバイパス路５１には、その経路を開閉２位置に制御する電磁弁５３が配置されている。尚、この電磁弁５３は、デューティ比制御によって開閉状態が制御され、電磁弁５３に通電される（ＯＮ）と経路が開かれ、通電されない（ＯＦＦ）と経路が閉じられる。
【００６２】
一方、排気管５５には、上流側より、その出力がストイキにて急変する酸素センサ（λセンサ）５７と、排気ガス浄化触媒５９が取り付けられている。そして、この空燃比制御装置では、酸素センサ５７やエンジン４１の回転角を検出する回転角センサ６１等の信号を、制御回路６２で処理し、この処理結果に基づいて駆動信号を出力し、該駆動信号に基づいて電磁弁５３を駆動し、空気の供給量を調節して空燃比を制御している。
【００６３】
ｂ）次に、本実施例の空燃比制御装置の動作のうち、始動直後のリーン制御の期間の制御について、図５に基づいて説明する。
まず、エンジン４１が回転している場合には、図５（ａ）に示す様に、回転角センサ６１からパルス信号、即ち、２回転に１回の割で出力される７２０°毎の回転角信号が出力される。
【００６４】
そして、実際の空燃比を検出する目的で、一時的に空燃比をリッチ側に振るために、図５（ｂ）に示す様に、常時はオフされて開いている電磁弁５３に対して、所定回数（４回）の回転数信号毎に、ソレノイド信号をオンにして電磁弁５３を閉じ、吸入空気量を減少させる。
【００６５】
これによって、図５（ｄ）に示す様に、酸素センサ５７の出力は急増して判定レベルを越え、図５（ｅ）に示す様に、一時的に空燃比（実Ａ／Ｆ）はリッチとなる。
このとき、酸素センサ５７のリッチ出力時間ＴR1を測定し、このリッチ出力時間ＴR1が基準となる値、即ち目標空燃比が実現されている場合に得られる基準値と比較し、測定されたリッチ出力時間ＴR1が基準値より短い場合は、実際の空燃比が目標空燃比よりリーン側にずれていると判断して、図５（ｃ）に示す様に、燃料供給量を増加させるために、以後の燃料噴射弁４９を駆動するインジェクタ信号のオン時間（燃料噴射弁を開く時間）を通常より長くする制御を行う。
【００６６】
また、別の回に空燃比を一時的に振った場合に、酸素センサ５７のリッチ出力時間ＴR2が基準値より長い場合は、実際の空燃比が目標空燃比よりリッチ側にずれていると判断して、図５（ｃ）に示す様に、燃料供給量を減少させるために、以後のインジェクタ信号のオン時間を通常より短くする制御を行う。
【００６７】
この様に、本実施例では、始動時から暖気までのリーン制御を行う場合に、一時的に空燃比をリッチ側に振ってやり、その時の酸素センサ５７のリッチ出力時間を測定し、そのリッチ出力時間に応じて燃料噴射４９の開閉状態を制御して燃料供給量を加減して燃料混合気を調節し、空燃比を目標空燃比に制御している。従って、全領域酸素センサの様な複雑で高価な酸素センサを使用しなくとも、簡単で安価なλセンサを使用して、好適に（理論空燃比λ＝１よりリーン側の）目標空燃比に制御することができる。
【００６８】
尚、暖気後は、ストイキ制御を行うが、この場合、電磁弁５３はオンオフどちらでもよいが、経済性を考えてオフの方が好ましい。
（実施例３）
次に実施例３について説明する。
【００６９】
本実施例の空燃比検出装置と一体となった空燃比制御装置（以下単に空燃比制御装置と記す）は、キャブレタによって燃料を供給するタイプの汎用エンジンに用いられるものである。
【００７０】
前記汎用エンジンは単気筒であり、通常は空燃比がＡ／Ｆ=１３〜１４のリッチとなる様にキャブレタが調節される。
ａ）図６に、本実施例の空燃比制御装置の概略構成を示す。本実施例では、エンジン７１の吸気管７３に、燃料供給部７５及びベンチュリ部７７からなるキャブレタ７９が取り付けられている。この燃料供給部７５には、フロート８１、ノズル８３、電磁弁８５が設けられている。
【００７１】
この電磁弁８５は、燃料の供給量を調節するためのものであり、図７に示す様に、電磁弁８５のオンオフによって、ノズル８３の下端の開口部８３ａに嵌入する先端が円錐状の（弁体である）ロッド８７が上下して、開口部８３ａの開閉を行う。つまり、電磁弁８５がオフの場合は、ロッド８７は上方の位置にあって開口部８３ａを閉ざしているが、電磁弁８５がオンされると、ロッド８７は下降して開口部８３ａが開かれて、燃料がノズル８３を介して吸気管７３内に供給される状態となる。
【００７２】
図６に戻り、吸気管７３には、空気のみをベンチュリ部７７及びスロットル弁９１の下流側に供給して燃料の混合比（即ち空燃比）を調節するために、空気導入路９３が設けられており、この空気導入路９３には、その経路を開閉２位置に制御する電磁弁９５が配置されている。尚、この電磁弁９５は、デューティ比制御によって開閉状態が制御され、電磁弁９５に通電される（ＯＮ）と経路が開かれ、通電されない（ＯＦＦ）と経路が閉じられる。
【００７３】
一方、排気管１０１には、上流側より、その出力がストイキにて急変する酸素センサ（λセンサ）１０３と、排気ガス浄化触媒１０５が取り付けられている。そして、この空燃比制御装置では、酸素センサ１０３や回転角センサ１０７等の信号を、制御回路１１０で処理し、この処理結果に基づいて駆動信号を出力し、該駆動信号に基づいて電磁弁８５，９５を駆動し、燃料や空気の供給量を調節して空燃比を制御している。
【００７４】
ｂ）次に、本実施例の空燃比制御装置の動作について、図８に基づいて説明する。
まず、エンジン７１が回転している場合には、図８（ａ）に示す様に、回転角センサ６１からパルス信号、即ち、２回転に１回の割で出力される７２０°毎の回転角信号が出力される。
【００７５】
そして、実際の空燃比を検出する目的で、一時的に空燃比をリーン側に振るために、図８（ｂ）に示す様に、常時はオフされて閉じている電磁弁９５に対して、所定回数（４回）の回転数信号毎に、ソレノイド２信号をオンにして電磁弁９５開き、吸入空気量を増加させる。
【００７６】
これによって、図８（ｃ）に示す様に、酸素センサ１０３の出力は急減して判定レベルを下回り、図８（ｅ）に示す様に、一時的に空燃比（実Ａ／Ｆ）はリーンとなる。
このとき、酸素センサ１０３のリーン出力時間ＴL1を測定し、このリーン出力時間ＴL1が基準となる値、即ち目標空燃比が実現されている場合に得られる基準値と比較し、測定されたリーン出力時間ＴL1が基準値より短い場合は、実際の空燃比が目標空燃比よりリッチ側にずれていると判断して、図８（ｄ）に示す様に、燃料供給量を減少させるために、以後の電磁弁８５のソレノイド１信号のオン時間（燃料通路を開く時間）を通常より短くする制御を行う。
【００７７】
また、別の回に空燃比を一時的に振った場合に、酸素センサ１０３のリーン出力時間ＴL2が基準値より長い場合は、実際の空燃比が目標空燃比よりリーン側にずれていると判断して、図８（ｄ）に示す様に、燃料供給量を増加させるために、以後のソレノイド１信号のオン時間を通常より長くする制御を行う。
【００７８】
この様に、本実施例では、汎用エンジン７１にてリッチ制御を行う場合に、一時的に空燃比をリーン側に振ってやり、その時の酸素センサ１０３のリーン出力時間を測定し、そのリーン出力時間に応じて電磁弁８５の開閉状態を制御し、燃料供給量を加減して燃料混合気を調節し、空燃比を目標空燃比に制御している。従って、全領域酸素センサの様な複雑で高価な酸素センサを使用しなくとも、簡単で安価なλセンサを使用して、好適に（理論空燃比λ＝１よりリーン側の）目標空燃比に制御することができる。
【００７９】
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
（１）例えば、前記実施例１において、二次空気量を調節することによって、酸素センサで検出する空燃比を変えることができるので、この二次空気量を調節することによって、制御する空燃比を更に広範囲に設定することができる。
【００８０】
（２）また、空燃比の検出に用いる酸素センサは、酸素濃淡電池を用いる他に、チタニア等の金属半導体を用いた抵抗変化型の酸素センサを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】実施例１の空燃比制御装置の構成を示す説明図である。
【図２】実施例１の空燃比制御装置の動作を示すグラフである。
【図３】実験例を示し、（ａ）はその装置構成を示す説明図、（ｂ）はその信号を示すグラフである。
【図４】実施例２の空燃比制御装置の構成を示す説明図である。
【図５】実施例２の空燃比制御装置の動作を示すグラフである。
【図６】実施例３の空燃比制御装置の構成を示す説明図である。
【図７】実施例３の空燃比制御装置の燃料供給部の動作を示す説明図である。
【図８】実施例３の空燃比制御装置の動作を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８２】
１,７１…汎用エンジン            ３,４３,７３…吸気管
５,７５…燃料供給部              ７,７７…ベンチュリ部
９,７９…キャブレタ              １７,４５，９１…スロットル弁
１９,５１…バイパス路            ２１，２５,５３，８５，９５…電磁弁
２３,５５，１０１…排気管        ２９,５７，１０３…酸素センサ
３５,６１，１０７…回転角センサ  ４０,４２，１１０…制御回路
４１…エンジン                    ９３…空気導入路
【図１】
2005233194.tif 000003
【図２】
2005233194.tif 000004
【図３】
2005233194.tif 000005
【図４】
2005233194.tif 000006
【図５】
2005233194.tif 000007
【図６】
2005233194.tif 000008
【図７】
2005233194.tif 000009
【図８】
2005233194.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月1日(2005.6.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャブレタ式の汎用エンジンに供給される燃料混合気の空燃比を検出する空燃比検出装置を備え、  該空燃比検出装置によって検出された空燃比に応じて、前記汎用エンジンの温度が所定の温度以下になる所定の空燃比に制御することを特徴とする空燃比制御装置。
【請求項２】
前記空燃比検出装置が、  理論空燃比近傍にて出力が急変する酸素センサの出力に基づいて、前記汎用エンジンに供給される燃料混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記燃料混合気の濃度を調節して前記空燃比を制御する空燃比制御手段と、を備えた前記汎用エンジンに対し、  通常運転時は前記空燃比を理論空燃比よりリッチ側に制御する場合に、前記空燃比制御手段を駆動して前記空燃比を理論空燃比よりリーン側に一時的に制御し、その際に前記空燃比検出手段によって検出されるリーン出力時間に基づいて、前記通常運転時における空燃比を求める空燃比検出装置であることを特徴とする前記請求項１記載の空燃比制御装置。
【請求項３】
キャブレタ式の汎用エンジンに供給される燃料混合気の空燃比を検出する空燃比検出装置と、  スロットル及びベンチュリの燃料供給孔をバイパスするバイパス路と、  該バイパス路の通気状態を制御する制御弁とを備え、  該空燃比検出装置によって検出された空燃比に応じて、前記制御弁を駆動して空燃比を制御することを特徴とする空燃比制御装置。
【請求項４】
前記制御弁の開閉のデューティ比制御を、前記汎用エンジンの燃焼周期に同期して行なうことを特徴とする前記請求項３記載の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記空燃比検出装置が、  理論空燃比近傍にて出力が急変する酸素センサの出力に基づいて、前記汎用エンジンに供給される燃料混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記燃料混合気の濃度を調節して前記空燃比を制御する空燃比制御手段と、を備えた前記汎用エンジンに対し、  通常運転時は前記空燃比を理論空燃比よりリッチ側に制御する場合に、前記空燃比制御手段を駆動して前記空燃比を理論空燃比よりリーン側に一時的に制御し、その際に前記空燃比検出手段によって検出されるリーン出力時間に基づいて、前記通常運転時における空燃比を求める空燃比検出装置であることを特徴とする前記請求項３又は４記載の空燃比制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、例えば小型船舶、小型発電機、芝刈機等に使用されるキャブレタ式の汎用エンジンに適用できる空燃比制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来より、芝刈機などに使用される汎用エンジンは、小型で簡単な構造とするために、自動車用のエンジンのように複雑な燃焼制御は実施されておらず、単純にキャブレタとスロットルによってエンジンの回転数及び出力を調整している。即ち、出力や回転数を上げたいときはスロットルを開いて吸入空気を増やし、より多くの燃料及び空気がエンジンに供給されるようにしている。【０００３】  また、汎用エンジンの冷却は空冷方法を採用しているので、自動車の水冷方法に比べてどうしても冷却能力が低く、排気温度を上げないようにするため、吸気に対する燃料の濃さは空気と燃料が化学当量的に釣り合う濃さ（理論空燃比）よりもかなり濃く、即ちリッチ側になるようにキャブレタの設定がされている。そのため、排気ガスは末燃焼の炭化水素を多く含んだ好ましくない排気ガスとなってしまう。【０００４】  そこで、近年では、環境問題に対応して、これら汎用エンジンについても排気ガスの有害成分を減らそうとする研究が始まっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  しかし、汎用エンジンは軽いエンジンなので、エンジン全体が大きくなるような排気ガス浄化装置は装着できず、特に、自動車のようにエンジンを理論空燃比で燃焼させ、エンジンの昇温を冷却水を循環させて抑えるというシステムは採用できない。【０００６】  本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、簡単な手段で汎用エンジンの燃焼制御を行い、汎用エンジンの排気ガス中の有害成分を低減することができる空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】 (1)請求項１の発明では、検出された空燃比に応じて、汎用エンジンの温度が所定の温度以下になる所定の空燃比に制御している。尚、ここで空燃比検出装置に用いられるセンサは、いわゆるλセンサであるが、その他の空燃比センサを採用することもできる。【０００８】  一般に、汎用エンジンは冷却能力が低いので、その冷却能力に対して通常は十分な余裕をもって空燃比をリッチ側に設定している。これは、汎用エンジンには空燃比を制御するシステムが無いので、キャブレタやスロットルの経時変化によってエンジンの空燃比がリーン側にずれてもエンジンの温度が十分低い温度に治まるように設計されているからである。しかし、この様に空燃比を制御しない状態では、排気ガス中に必要以上の有害ガスが排出されてしまう。【０００９】  そこで、本発明では、混合気の空燃比を常に検出して、温度が過度に上昇しないような既知の所定の空燃比になるように制御するので、汎用エンジンの過熱を防止できるとともに、必要以上に汚れた排気ガスを排出することがない。【００１０】  具体的には、自動車用のエンジンのように理論空燃比ではなく、汎用エンジンを長時間運転した場合でも汎用エンジンの温度が所定の温度以上にならない空燃比を予め実験などで調査しておき、その空燃比となるように混合気の空燃比を制御して汎用エンジンを運転することで、汎用エンジンを所定の温度以下で運転することができる。【００１１】  ところで、上記の様にエンジンの温度を制御するには、例えば汎用エンジンの温度を直接検出して、その温度が所定の温度以下となるように制御する方法も考えられるが、この方法では、温度の変化が起きるのはエンジンの熱容量に燃焼による熱エネルギーが蓄積されてからであるので、遅れが発生する。そのため、制御の遅れによって空燃比が必要以上にリッチ側やリーン側に振れてしまうことになり、排気ガスの有害成分の低減ができず、エンジンの温度も所定の温度を中心に上下に大きく振れることになる。【００１２】  それに対して、本発明では、空燃比は制御対象そのものであるから、それがずれた場合は、空燃比検出装置によってすぐに補正することができ、よって、現実の空燃比が目標の空燃比からずれる程度が少ないので、制御における制御周波数が高く、結果として空燃比やエンジンの温度の目標値からの振れも少なく抑えられるという利点が有る。【００１３】  (2)請求項２の発明では、請求項１の空燃比制御装置の空燃比検出装置として、理論空燃比近傍にて出力が急変する酸素センサの出力に基づいて、汎用エンジンに供給される燃料混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、燃料混合気の濃度を調節して空燃比を制御する空燃比制御手段と、を備えた汎用エンジンに対し、通常運転時は空燃比を理論空燃比よりリッチ側に制御する場合に、空燃比制御手段を駆動して空燃比を理論空燃比よりリーン側に一時的に制御し、その際に空燃比検出手段によって検出されるリーン出力時間に基づいて、通常運転時における空燃比を求める空燃比検出装置を採用することができる。これにより、簡易な構成にて空燃比制御を行なうことができる。【００１４】 いわゆるλセンサ（酸素センサ）は、理論空燃比（λ=１,Ａ／Ｆ=約１４．４）の付近でこそ大���な出力変化が有るものの、その範囲以外の空燃比では大きな出力変化が得られず、全領域空燃比センサの様にリーン側やリッチ側における空燃比を精密に検出することはできない。【００１５】  そこで、本発明では、空燃比制御手段によって、例えば所定の時間間隔で所定の時間ＴＨだけ空燃比を大きくリーン側に変える制御を行ない、空燃比を理論空燃比よりもリーンとなる時間を作る。つまり、通常、空燃比をリッチの状態で運転している場合には、一時的に空燃比を（理論空燃比を越えて）リーン側に振り、その時の酸素センサの出力がリーンを示す時間ＴＳから、定常的な運転状態における空燃比を推定によって検出する。それにより、λセンサのような特性を有するセンサを用いて、簡易な構成にて空燃比を検出することができる。【００１６】  具体的には、空燃比を検出する場合には、酸素センサがリーン出力する時間ＴＳが所定の時間ＴＡに等しいときは、定常状態における空燃比が目標の空燃比に等しく、時間ＴＳが所定の時間ＴＡよりも長いときは、定常状態における空燃比が目標の空燃比よりもリーンであり、逆に時間ＴＳが所定の時間ＴＡよりも短いときは、定常状態における空燃比が目標の空燃比よりもリッチであると判定する。これによって、実際の空燃比が目標とする空燃比よりどの方向（リッチ側又はリーン側）にどの程度ずれているかを検出することができる。【００１７】  (3)請求項３の発明では、検出された空燃比に応じて、バイパス路に設けられた制御弁を駆動して空燃比を制御している。つまり、この様な簡易な構成によって、容易に空燃比を制御することができる。尚、ここで空燃比検出装置に用いられるセンサは、いわゆるλセンサであるが、その他の空燃比センサを採用することもできる。【００１８】  また、前記バイパス路の上流口は大気開放でも良く、下流口はキャブレタのベンチュリの燃料供給孔と吸気弁の間であればどこでも良い。また、制御弁の開度は制御弁の種類にも拠るが、例えば単純な開閉だけの弁機構を有している制御弁であれば、開いている時間と閉じている時間のデューティ比を調整することで空燃比を制御できる。また、制御弁の前後の通気抵抗を制御できる場合は、通気抵抗を調整して空燃比を制御することができる。【００１９】  特に、汎用エンジンの排気管に設けられた酸素センサの上流に二次空気を導入する場合には、システムにおける制御空燃比をよりリッチ側に設定して、エンジンをより低温で且つ安定的に動かすことができる。また、この構成により、酸素センサによる検出空燃比をよりリーン側に設定することができ、制御の精度及び安定性が向上するという利点もある。【００２０】  (4)請求項４の発明では、制御弁の開閉のデューティ比制御を、汎用エンジンの燃焼周期に同期して行なっている。  つまり、デューティ比を調整する空燃比制御のタイミングとしては、エンジンの燃焼周期に同期して制御弁（電磁弁）を制御し、吸気行程において制御弁を開き、その開いている時間を調整することで、空燃比を制御することができる。【００２１】  (5)請求項５の発明では、請求項３又は４の空燃比制御装置の空燃比検出装置として、理論空燃比近傍にて出力が急変する酸素センサの出力に基づいて、汎用エンジンに供給される燃��混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、燃料混合気の濃度を調節して空燃比を制御する空燃比制御手段と、を備えた汎用エンジンに対し、通常運転時は空燃比を理論空燃比よりリッチ側に制御する場合に、空燃比制御手段を駆動して空燃比を理論空燃比よりリーン側に一時的に制御し、その際に空燃比検出手段によって検出されるリーン出力時間に基づいて、通常運転時における空燃比を求める空燃比検出装置を採用することができる。これにより、簡易な構成にて空燃比制御を行なうことができる。
【発明の効果】
【００２２】 以上詳述した様に、請求項１，２の発明では、混合気の空燃比を常に検出して、温度が過度に上昇しないような既知の所定の空燃比になるように制御するので、エンジンの過熱を防止できるとともに、必要以上に汚れた排気ガスを排出することがない。また、空燃比は制御対象そのものであるから、現実の空燃比が目標の空燃比からずれる程度が少なく、結果として空燃比やエンジンの温度の目標値からの振れも少なく抑えられるという利点が有る。【００２３】  請求項３〜５の発明では、検出された空燃比に応じて、バイパス路に設けられた制御弁を駆動して空燃比を制御している。つまり、この様な簡易な構成よって、容易に空燃比を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】  以下に、本発明の実施例の形態の例（実施例）について説明する。  （実施例１）  ａ）まず、本実施例の例えば芝刈機等に使用されるキャブレタ式の単気筒の汎用エンジンに使用される空燃比検出装置と一体となった空燃比制御装置（以下単に空燃比制御装置と記す）の構成について説明する。【００２５】  図１に、本実施例の空燃比制御装置の概略構成を示す。本実施例では、汎用エンジン１の吸気管３に、燃料供給部５及びベンチュリ部７からなるキャブレタ９が取り付けられている。この燃料供給部５は、燃料タンク（図示せず）から供給される燃料をフロート１１の上下移動により調節して蓄えるフロート室１３と、フロート室１３の底部とベンチュリ部７とを連通して燃料を吸気管３内に供給するノズル１５とを備えている。【００２６】  また、吸気管３には、空気のみをベンチュリ部７の下流側に供給して燃料の混合比（即ち空燃比）を調節するために、スロットル弁１７及びベンチュリ部７を迂回するバイパス路１９が設けられており、このバイパス路１９には、その経路を開閉２位置に制御する電磁弁２１が配置されている。尚、この電磁弁２１は、デューティ比制御によって開閉状態が制御され、電磁弁に通電される（ＯＮ）と経路が開かれ、通電されない（ＯＦＦ）と経路が閉じられる。【００２７】  一方、排気管２３には、上流側より、電磁弁２５を介して２次空気を導入する二次空気導入部２７、酸素センサ２９及び排ガス浄化触媒３１が取り付けられている。この酸素センサ２９は、検出素子として、ジルコニア固体電解質基板の両面に白金電極を設けた酸素濃淡電池を使用しており、その起電力がストイキ（理論空燃比）にて急変するタイプのセンサ（いわゆるλセンサ）である。【００２８】  そして、この空燃比制御装置では、酸素センサ２９や（フライホイール３３に取り付けられたマグネットを用いて）汎用エンジン１の回転角を検出する回転角センサ３５等の信号を、信号処理回路３７で処理し、この処理結果に基づいて電磁弁駆動回路３９が駆動信号を出力し、該駆動信号に基づいて電磁弁２１を駆動し、空気の供給量を調節して空燃比を制御している。尚、信号処理回路３７及び電磁弁駆動回路３９を制御回路４０と記す。【００２９】  ｂ）次に、本実施例の空燃比制御装置の動作について、図２に基づいて説明する。  (i)まず、吸気管負圧に同期した信号について説明する。  汎用エンジン１が回転している場合には、回転角センサ３５からは、図２（ａ）に示す様なパルス信号（回転角信号）が出力される。尚、２パルスに１回の割合でプラグの点火が行われる。このとき、吸気管３内の負圧は、エンジン１の回転に応じて（即ち吸気弁３２の動作に応じて）、図２（ｂ）の様に変化する。【００３０】  そして、信号処理回路３７では、前記回転角信号に応じて、吸気管負圧に同期した図２（ｃ）に示す様な信号αを（例えば周波数に換算して６０Ｈｚの周期で）作成するとともに、この信号αに基づいて、図２（ｄ）に示す様な信号α３つ分の出力期間を有する信号βを一定の周期で（例えば周波数に換算して０．２Ｈｚの周期で）作成する。【００３１】  更に、信号処理回路３７では、これらの信号α及び信号βに基づいて、図２（ｅ）に示す様に、電磁弁２１���駆動する信号（電磁弁信号）を作成して、電磁弁駆動回路３９を介して電磁弁２１に出力する。この電磁弁信号は、信号αに同期して出力されるもので、信号βがＬｏｗである通常の期間は、予め定められた所定の時間ＢだけＯＮ（開状態）とされるが、信号βがＨｉｇｈの期間中（検査期間）は、空燃比を一時的にリーン側に振るために、予め定められた所定の時間ＣだけＯＮ（開状態）とされる。但し、時間Ｂより時間Ｃの方が長く設定されており、この時間は運転状態によって変更されるが、代表的な例として時間Ｂが５ｍｓ、時間Ｃが１０ｍｓとされる場合がある。【００３２】  つまり、信号βのＨｉｇｈの期間中は、一時的に電磁弁２１の開弁時間が長くされ、それによって、一時的に空燃比がリーン側に調節されることになる。  (ii)次に、このような信号状態における制御について説明する。【００３３】  上述した様に、前記電磁弁信号によって電磁弁２１が駆動されて、一時的に空気量が増大されると、図２（ｆ）に示す様に、酸素センサ２９の出力（酸素センサ信号）は、基準値（例えば０．４５Ｖ）を挟んで低下し、リッチ側からリーン側に変化する。すると、信号処理回路３７では、この酸素センサ信号に基づいて、図２（ｇ）に示す様に、基準値を下回る期間がＨｉｇｈであるリーン信号を作成する。【００３４】  そして、本実施例では、このリーン信号がＨｉｇｈである時間Ａを測定し、この時間Ａが所定の値より短い場合には、前記時間Ｂを長くする。つまり、リーン信号の時間が短い場合とは、空燃比がすぐに元のリッチの値に戻り易い状態、即ち、空燃比が目標値よりリッチ側に偏り過ぎているとして、電磁弁２１の開時間Ｂを長くし、空気の供給量を多くして、燃料混合気を薄くして（即ちリーン側寄りにして）、目標の空燃比に近づけるようにする。【００３５】  一方、時間Ａが所定の値より長い場合には、前記時間Ｂを短くする。つまり、リーン信号の時間が長い場合とは、空燃比がすぐに元のリッチの値に戻り難い状態、即ち、目標値よりリーン側に偏り過ぎているとして、電磁弁２１の開時間Ｂを短くし、空気の供給量を少なくして、燃料混合気を濃くして（即ちリッチ側寄りにして）、目標の空燃比に近づけるようにする。【００３６】  この様に、本実施例では、一時的に空燃比をリーン側に振ってやり、その時の酸素センサ２９のリーン出力時間（時間Ａ）を測定し、そのリーン出力時間に応じて電磁弁２１の開閉状態を制御して燃料混合気を調節し、空燃比を制御している。従って、例えば自動車で使用する全領域酸素センサの様な複雑で高価な酸素センサを使用しなくとも、簡単で安価なλセンサを使用して、好適に（理論空燃比λ＝１よりリッチ側の）目標空燃比に制御することができる。【００３７】  特に、本実施例では、目標空燃比の設定に当たっては、使用する汎用エンジン１を長時間運転した場合でもエンジン１の温度が所定の温度以上にならない様な目標空燃比（例えばλ＝０．９２）を予め実験で調査して求めてあるので、その目標空燃比となるように燃料混合気の空燃比を制御して汎用エンジン１を運転することで、汎用エンジン１を所定の温度以下で運転することができる。【００３８】  つまり、本実施例では、燃料混合気の空燃比を常に検出して、温度が過度に上昇しないような上述した（できるだけ理論空燃比に近づけるようにした）目標空燃比になるように制御するので、汎用エンジン１の過熱を防止できるとともに、排気ガス中の有害物質の排出を低減することができる。【００３９】  また、本実施例では、空燃比は制御対象そのものであるから、それがずれた場合は、空燃比をすぐに補正することができ、よって、現実の空燃比が目標空燃比からずれる程度が少ないので、制御における制御周波数が高く、結果として空燃比や汎用エンジン１の温度の目標値からの振れも少なく抑えられるという利点が有る。【００４０】  （実験例）  次に、本実施例の効果を確認した実験例について説明する。  図３（ａ）に示す様な実験装置を使用して、交流電源周波数に同期させて電磁弁を開閉制御した。この交流は、汎用エンジンの出力軸に結合された発電機の出力電圧であり、汎用エンジンの回転に同期した周波数の交流電圧である。従って、電磁弁制御回路は、汎用エンジンの回転に同期して電磁弁を開閉制御することができる。【００４１】  開閉のデューティ比は各負荷で汎用エンジンのハンチングが発生しないように最適化させた。そして、ある時間間隔毎に最適値より長く電磁弁を開き、この時のλセンサの出力（リーン反転時間）より、その時の空燃比を推定するとともに、このリーン反転時間に応じて電磁弁のデューティ比を制御することにより、空燃比を調節する。以下、実験条件等を具体的に説明する。＜実験装置＞  汎用エンジン；ロビン製ＥＨ２５              ；ＯＨＣ、空冷４サイクル単気筒２５１ｃｃ＜実験条件＞  エンジン条件；定格回転（約３６００ｒｐｍ）          負荷；無負荷、５００Ｗ（１４．３％）、１５００（４３％）                ２５００Ｗ（７１．４％）、３５００Ｗ（１００％）＜実験方法＞  図３（ａ）に示す様に、スロットルバルブの下流側にバイパス導入路（φ５．７ｍｍ）を設け、これに電磁弁を接続した。電磁弁の開閉デューティ比はトリマーで可変とした。また、図３（ｂ）に示す様に、空燃比チェック時の電磁弁開時間を長くする周期は５ｓｅｃ（周波数換算で０．２Ｈｚ）とし、開時間を長くした期間は、吸気１回分（２パルス）と吸気２回分（４パルス）の２種類で実験した。この電磁弁開時間もトリマーで可変とした。【００４２】  そして、定常時の電磁弁の開閉のデューティ比は、各負荷で汎用エンジンのハンチングが発生しないように最適化させた。そして、５ｓｅｃ間隔毎に定常時の電磁弁の開閉デューティ比（時間Ｂによって調整される。）より大きな開閉デューティ比（時間Ｃによって調整される。）で電磁弁を開き、この時のλセンサの出力（リーン反転時間）に応じて、定常時の電磁弁のデューティ比を制御することにより、定常時の空燃比を調節した。また、そのときの空燃比を全領域空燃比センサによって測定した。以下、実験条件等を具体的に説明する。＜実験結果＞  無負荷から負荷７１％までは、リーン反転時間に応じて（時間Ｂに対応する）電磁弁開デューティを最適化することにより、エンジンのハンチングのない状態で、空燃比を１３．３〜１３．５近辺の一定の空燃比に制御することができた。尚、負荷１００％では、電磁弁の流量による制限のため、無負荷の場合と同じ空燃比で制御することはできないが、（時間Ｃに対応する）電磁弁開デューティを９６％と限界近くの設定とした場合、空燃比を１２．９まで持っていくことが可能である。【００４３】  尚、暖気後は、ストイキ制御を行うが、この場合、電磁弁５３はオンオフどちらでもよいが、経済性を考えてオフの方が好ましい。  （実施例２）  次に実施例２について説明する。【００４４】  本実施例の空燃比検出装置と一体となった空燃比制御装置（以下単に空燃比制御装置と記す）は、キャブレタによって燃料を供給するタイプの汎用エンジンに用いられるものである。【００４５】  前記汎用エンジンは単気筒であり、通常は空燃比がＡ／Ｆ=１３〜１４のリッチとなる様にキャブレタが調節される。  ａ）図４に、本実施例の空燃比制御装置の概略構成を示す。本実施例では、エンジン７１の吸気管７３に、燃料供給部７５及びベンチュリ部７７からなるキャブレタ７９が取り付けられている。この燃料供給部７５には、フロート８１、ノズル８３、電磁弁８５が設けられている。【００４６】  この電磁弁８５は、燃料の供給量を調節するためのものであり、図５に示す様に、電磁弁８５のオンオフによって、ノズル８３の下端の開口部８３ａに嵌入する先端が円錐状の（弁体である）ロッド８７が上下して、開口部８３ａの開閉を行う。つまり、電磁弁８５がオフの場合は、ロッド８７は上方の位置にあって開口部８３ａを閉ざしているが、電磁弁８５がオンされると、ロッド８７は下降して開口部８３ａが開かれて、燃料がノズル８３を介して吸気管７３内に供給される状態となる。【００４７】  図４に戻り、吸気管７３には、空気のみをベンチュリ部７７及びスロットル弁９１の下流側に供給して燃料の混合比（即ち空燃比）を調節するために、空気導入路９３が設けられており、この空気導入路９３には、その経路を開閉２位置に制御する電磁弁９５が配置されている。尚、この電磁弁９５は、デューティ比制御によって開閉状態が制御され、電磁弁９５に通電される（ＯＮ）と経路が開かれ、通電されない（ＯＦＦ）と経路が閉じられる。【００４８】  一方、排気管１０１には、上流側より、その出力がストイキにて急変する酸素センサ（λセンサ）１０３と、排気ガス浄化触媒１０５が取り付けられている。そして、この空燃比制御装置では、酸素センサ１０３や回転角センサ１０７等の信号を、制御回路１１０で処理し、この処理結果に基づいて駆動信号を出力し、該駆動信号に基づいて電磁弁８５，９５を駆動し、燃料や空気の供給量を調節して空燃比を制御している。【００４９】  ｂ）次に、本実施例の空燃比制御装置の動作について、図６に基づいて説明する。  まず、エンジン７１が回転している場合には、図６（ａ）に示す様に、回転角センサ６１からパルス信号、即ち、２回転に１回の割で出力される７２０°毎の回転角信号が出力される。【００５０】  そして、実際の空燃比を検出する目的で、一時的に空燃比をリーン側に振るために、図６（ｂ）に示す様に、常時はオフされて閉じている電磁弁９５に対して、所定回数（４回）の回転数信号毎に、ソレノイド２信号をオンにして電磁弁９５開き、吸入空気量を増加させる。【００５１】  これによって、図６（ｃ）に示す様に、酸素センサ１０３の出力は急��して判定レベルを下回り、図６（ｅ）に示す様に、一時的に空燃比（実Ａ／Ｆ）はリーンとなる。  このとき、酸素センサ１０３のリーン出力時間ＴL1を測定し、このリーン出力時間ＴL1が基準となる値、即ち目標空燃比が実現されている場合に得られる基準値と比較し、測定されたリーン出力時間ＴL1が基準値より短い場合は、実際の空燃比が目標空燃比よりリッチ側にずれていると判断して、図６（ｄ）に示す様に、燃料供給量を減少させるために、以後の電磁弁８５のソレノイド１信号のオン時間（燃料通路を開く時間）を通常より短くする制御を行う。【００５２】  また、別の回に空燃比を一時的に振った場合に、酸素センサ１０３のリーン出力時間ＴL2が基準値より長い場合は、実際の空燃比が目標空燃比よりリーン側にずれていると判断して、図６（ｄ）に示す様に、燃料供給量を増加させるために、以後のソレノイド１信号のオン時間を通常より長くする制御を行う。【００５３】  この様に、本実施例では、汎用エンジン７１にてリッチ制御を行う場合に、一時的に空燃比をリーン側に振ってやり、その時の酸素センサ１０３のリーン出力時間を測定し、そのリーン出力時間に応じて電磁弁８５の開閉状態を制御し、燃料供給量を加減して燃料混合気を調節し、空燃比を目標空燃比に制御している。従って、全領域酸素センサの様な複雑で高価な酸素センサを使用しなくとも、簡単で安価なλセンサを使用して、好適に（理論空燃比λ＝１よりリーン側の）目標空燃比に制御することができる。【００５４】  尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。  （１）例えば、前記実施例１において、二次空気量を調節することによって、酸素センサで検出する空燃比を変えることができるので、この二次空気量を調節することによって、制御する空燃比を更に広範囲に設定することができる。【００５５】  （２）また、空燃比の検出に用いる酸素センサは、酸素濃淡電池を用いる他に、チタニア等の金属半導体を用いた抵抗変化型の酸素センサを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施例１の空燃比制御装置の構成を示す説明図である。
【図２】実施例１の空燃比制御装置の動作を示すグラフである。
【図３】実験例を示し、（ａ）はその装置構成を示す説明図、（ｂ）はその信号を示すグラフである。
【図４】実施例２の空燃比制御装置の構成を示す説明図である。
【図５】実施例２の空燃比制御装置の燃料供給部の動作を示す説明図である。
【図６】実施例２の空燃比制御装置の動作を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】  １,７１…汎用エンジン            ３,７３…吸気管  ５,７５…燃料供給部              ７,７７…ベンチュリ部  ９,７９…キャブレタ              １７,９１…スロットル弁  １９…バイパス路                 ２１，２５,８５，９５…電磁弁  ２３,１０１…排気管              ２９,１０３…酸素センサ  ３５,１０７…回転角センサ        ４０,１１０…制御回路  ４１…エンジン                   ９３…空気導入路
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2005233194.tif 000011
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2005233194.tif 000012
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2005233194.tif 000013
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】削除
【補正の内容】