JPH01318730A - 排気ガスの気筒別酸素濃度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば自動車用多気筒エンジンの排気ガス濃
度の検出装置に関し、特に１個の酸素センサで２つの気
筒からの排気ガスを気筒別に検出できるようにした排気
ガスの気筒別酸素濃度検出装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、自動車用多気筒エンジン等にあっては、吸気マ
ニホールドの複数の分岐管にそれぞれ噴射弁を設け、排
気マニホールド側に酸素センサを設け、この酸素センサ
によって排気ガス中の酸素濃度を検出して空燃比をフィ
ードバック制御するようにしている。

ところで、従来技術では排気マニホールドの排気管に設
けた１個の酸素センサで複数の気筒から順次排出される
排気ガス中の酸素濃度を検出し、該複数の気筒全体の空
燃比を一括してフィードバック制御するようになってい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

然るに、従来技術によるものでは、例えば各気筒の噴射
弁のうちのある噴射弁の燃料噴射量が他に比較して大き
い場合、酸素センサは該噴射弁に対応する気筒からの排
気ガスによって全体の排気ガスが燃料過濃（リッチ傾向
）とする信号を出力することになる結果、空燃比を安定
して制御できなくなり、エンジン出力を誤って低下させ
たり、或いは排気ガス中の各成分が不安定になって高価
な触媒を過剰使用するという問題、更には気筒毎の特性
の経年変化に対応できないという問題がある。

そこで、各気筒毎の空燃比のバラツキを確実にフィード
バック制御するには、排気マニホールドの各気筒に、接
続する分岐管毎に酸素センサを設け、該各気筒から排出
される排気ガスの酸素濃度を個別に検出することが考え
られる。しかし、か（してはエンジンの金気筒数に対応
した数の酸素センサが必要になってコストが嵩んでしま
い、また酸素センサは気筒に近く高温状態になる分岐管
に設けられることになるため、温度による影響を受は易
いという未解決な問題がある。

本発明は上述した従来技術の欠点に鑑みなされたもので
、最小限の個数の酸素センサによって複数の気筒からの
排気ガス中の酸素濃度を気筒別に検出できるようにする
ことにより、噴射弁や経年変化によりバラツキのある気
筒毎の空燃比を高精度にフィードバック制御できるよう
にし、しかも酸素センサが排気温度の影響を受けること
なく酸素濃度を高精度に検出できるようにした排気ガス
の気筒別酸素濃度検出装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

上述した課題を解決するために構成された本発明の手段
は、エンジンの各気筒に接続された分岐管を有し、該分
岐管の２本を一対として１本の排気管に接続してなる排
気マニホールドと、該排気マニホールドの各一対の分岐
管の連結部毎に１偏設けられ、該各分岐管からそれぞれ
排出される排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ
と、該酸素センサの近傍に位置して前記排気マニホール
ドの連結部に設けられ、前記各分岐管からそれぞれ排出
される排気ガスを該酸素センサ側に交互に案内する排気
ガス案内板と、該排気ガス案内板の排気ガス切換動作後
所定時間の経過を判定する経過時間判定手段と、該経過
時間判定手段が該所定時間の経過を判定した後、前記酸
素センサの出力の周期数が前記エンジンの回転数に応じ
て予め設定してある周期数以上となったとき、前記排気
ガス案内板の切換を判定する案内板切換判定手段とから
なる。

〔作　用〕

排気ガス案内板は所定時間が経過し、かつ、酸素センサ
の出力周期数がエンジン回転数に応じて予め定めた回数
に達したときに、一対の気筒からの排気ガスを１の酸素
センサ側に交互に案内する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づき詳述する。

第１図において、ｌは例えば４つの気筒ＩＡ。

ＩＢ、ＩＣ，ＬＤを有するエンジン本体で、該エンジン
本体ｌは空気と燃料の混合気を燃焼することによってピ
ストンを往復動させ、クランク（回転軸）２から回転出
力を導出するもので、該エンジン本体Ｉには、冷却水温
を検出する水温センサ３と、クランク２からエンジン回
転数等を検出するクランク角センサ４とが設けられてい
る。

そして、該エンジン本体１の吸気側には一端にエアクリ
ーナ５、途中にエアフロメータ６が設けられた吸気配管
７、スロットルバルブスイッチ８Ａを有するスロットル
ボディ８及び吸気マニホールド９が接続され、該吸気マ
ニホールド９の各分岐管にはそれぞれ後述の噴射パルス
に基づいてエンジン本体１の各気筒ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ，
ＬＤに燃料を噴射して供給する噴射弁１０，１０．・・
・が設けられている。

１１はエンジン本体１の排気側に設けられた排気マニホ
ールドで、該排気マニホールド１１は各気筒ＩＡ、ＩＢ
、ＩＣ，ＩＤにそれぞれ接続された分岐管１１Ａ、ＩＩ
Ｂ、ＩＩＣ，ＩＩＤと、第１の気筒ＩＡの分岐管１１Ａ
及び第４の気筒ＩＤの分岐管１１Ｄを合流させる二叉状
の−の連結管ＬＩＥと、第２の気筒ＩＢの連結管１１Ｂ
及び第３の気筒ＩＣの連結管１１Ｃを合流させる二叉状
の他の連結管１１Ｆと、該両連結管１１Ｅ、ＩＩＦが連
結した１本の排気管１１Ｇとから構成されており、該排
気管１１Ｇにはマフラー１２が設けられている。１３は
前記マフラー１２の上流側に位置して排気管１１Ｇの途
中に設けられた触媒反応装置で、該触媒反応装置１３に
は排気ガスを清浄化する例えば三元触媒が収容されてい
る。

’１４．１５は排気ガス中の酸素濃度を検出し、後述す
るコントロールユニット２４に酸素濃度に対応した信号
を出力電圧として出力する２個の酸素センサで、一方の
酸素センサ１４は分岐管１１Ａ。

１１Ｄをそれぞれ介して第１の気筒ＩＡと第４の気筒Ｉ
Ｄからの排気ガスが流入する−の連結管ＬＩＥの中央に
設けられ、他方の酸素センサ１５は分岐管１１Ｂ、ＩＩ
Ｃをそれぞれ介して第２の気筒ＩＢと第３の気筒ＩＣか
らの排気ガスが流入する他の連結管１１Ｆの中央に設け
られている。

ここで、該各酸素センサ１４，１５は第３図に示すよう
に、通常４５０〜５００ｍＶ程度の基準電圧レベルをも
ち、排気ガス中の酸素濃度の検出信号を排気温度によっ
て異るある周期をもって出力するようになっている。

次に、１６は前記酸素センサ１４より上流側に位置して
連結管１１Ｅに回動可能に設けられた排気ガス案内板で
、該排気ガス案内板１６は第１図中右方向に回転したと
きには第１の気筒ＩＡから排出される排気ガスを酸素セ
ンサ１４側に案内し、逆に左方向に回転したときには第
４の気筒ＩＤからの排気ガスを酸素センサ１４側に択一
的に案内する。１７は前記排気ガス案内板１６と同様の
機能を有する他の排気ガス案内板で、該排気ガス案内板
１７は他の酸素センサ１５の上流側に位置して連結管１
１Ｆに回動可能に設けられており、右、左方向に回転す
ることによって第２の気筒ＩＢからの排気ガスと第３の
気筒ＩＣからの排気ガスを酸素センサ１５側に択一的に
案内するようになっている。

１８は前記排気ガス案内板１６．１７を回動操作するア
クチュエータで、該アクチュエータ１８は第２図に示す
ようにケーシング１８Ａと、該ケーシング１８Ａ内を２
室Ａ、Ｂに画成するダイヤフラム１８Ｂと、ケーシング
１８Ａ内に摺動可能に挿入された一端側が該ダイヤフラ
ム１８Ｂに接続され、他端側が各排気ガス案内板１６．
１７に回動可能に接続された作動ロッド１８Ｃと、ケー
シング１８Ａとダイヤフラム１８Ｂとの間に張設された
戻しばね１８０と、吸気マニホールド９とケーシング１
８Ａとの間に接続され、該吸気マニホールド９内に発生
する負圧によってケーシング１８ＡのＡ室内の空気を吸
引する吸気配管１８Ｅとから構成されている。そして、
該アクチュエータ１８の吸気配管１８Ｅの途中にはコン
トロールユニット２４からの弁切換信号によってケーシ
ング１８ＡのＡ室内を負圧と大気圧に切換える三方切換
弁１９が設けられている。

２０は燃料タンク、２１は該燃料タンク２０内に設けら
れた油中型の燃料ポンプで、該燃料ポンプ２１は燃料タ
ンク２０内の燃料を各噴射弁１０に燃料配管２２を介し
て圧送供給し、この燃料の一部は圧力レギュレータ２３
を介して燃料タンク２０内へと戻されるようになってい
る。ここで、該圧力レギュレータ２３は吸気マニホール
ド９内の圧力を制御圧として導くことにより、この制御
圧に基づいて燃料配管２２内の燃圧を制御し、この制御
された燃圧をもって各噴射弁１０から燃料を噴射させる
ようになっている。

更に、２４はマイクロコンピュータ等によって構成され
るコントロールユニットを示し、該コントロールユニッ
ト２４はＣＰＵ等から構成される処理回路と、ＲＡＭ又
はＲＯＭ等からなる記憶回路とを含んで構成されており
、更に、カウンタ及びタイマを内蔵している。そして、
コントロールユニット２４の入力側は水温センサ３、ク
ランク角センサ４、エアフロメータ６、スロットルバル
ブスイッチ８Ａ、酸素センサ１４，１５、エンジンスイ
ッチ、車速センサ、インヒビタスイッチ等（いずれも図
示せず）と接続され、出力側は各噴射弁１０、三方切換
弁１９及び電源としてのバッテリと接続されている。ま
た、コントロールユニット２４の記憶回路には第５図に
示すプログラムが格納されると共に、第４図に示すテー
ブル２５が格納されている。ここで、該テーブル２５内
にはエンジン回転数Ｎに対して酸素センサ１４，１５の
出力周期数ｎが何回繰返した時に三方切換弁１８を切換
操作するかを予め設定した弁切換周期ｎ０の切換周期数
テーブル２６と、三方切換弁１９の切換動作後期定時間
ｔ０の経過、例えばｔｏ。＝５秒を設定する設定時間テ
ーブル２７が格納されている。

そして、前記コントロールユニット２４は、クランク角
センサ４によるエンジン回転数、エアフロメータ６によ
る吸入空気量から基本噴射量を演算すると共に、水温セ
ンサ３、酸素センサ１４゜１５等からの検出信号及び空
燃比フィードバック補正係数、基本空燃比学習補正係数
、その他各種の補正係数から各噴射弁１０による噴射量
を演算し、噴射弁１０に所定デユーティの噴射パルスを
出力する。

更に、該コントロールユニット２４は所定時間（。の経
過後、切換周期数テーブル２６に基づいて三方切換弁１
９に弁切換信号を出力し、大気と吸気配管１８Ｅとの間
を切換動作して吸気マニホールド９内の負圧によりアク
チュエータ１８のＡ室内を間歇的に負圧にするようにな
っている。

実施例は上述の如く構成されるが、次にその作動につい
て説明する。

スタートスイッチによってエンジン本体ｌが始動すると
、コントロールユニット２４は吸入空気量、エンジン回
転数から基本噴射量を演算し、更に水温センサ、酸素セ
ンサ１４，１５等からの検出信号に基づいて噴射量を演
算し、噴射弁１０に所定デユーティの噴射パルスを出力
する。

エンジン本体ｌの気筒ＩＡ、ＩＢ、・・・は第１゜第３
．第４．第２の順序で爆発、排気を行っており、酸素セ
ンサ１４，１５は分岐管ＩＡ、ＩＢ。

・・・を介して排出されてくる排気ガス中の酸素濃度を
検出することによって、酸素濃度に対応した信号を出力
電圧としてコントロールユニット２４に出力する。該コ
ントロールユニット２４は各酸素センサ１４．１５から
の出力電圧に基づいて空燃比フィードバック補正係数を
書き換え、各噴射弁ＩＯによる燃料噴射量を増減させて
空燃比をフィードバック制御し、燃料が吸入空気に対し
て過濃になったり、稀薄になったりするのを防止するよ
うになっており、空燃比をフィードバック制御する点で
は従来技術によるものと異るところはない。

而して、本実施例によれば、２つの気筒ＩＡ。

ＩＤにそれぞれ接続する２本の分岐管１１Ａ。

１１Ｄの連結管１１Ｈに１個の酸素センサ１４を設け、
また、他の２つの気筒１１Ｂ、１１Ｃにそれぞれ接続す
る２本の分岐管１１Ｂ、ＩＩＣの連結管１１Ｆに他の１
個の酸素センサを設けると共に、各連結管１１Ｅ、ＩＩ
Ｆには酸素センサ１４゜１５の上流側に位置して分岐管
１１Ａ、ＩＩＤ及びＩＩＢ、ＩＩＣからの排気ガスを択
一的に案内する排気ガス案内板１６．１７を設けである
。そして、コントロールユニット２４からの弁切換信号
によって三方切換弁１９を切換動作し、吸気マニホール
ド９内に発生する負圧によってアクチュエータ１８のダ
イヤフラム１８Ｂを作動することにより、作動ロンド１
８Ｃを介して該各排気ガス案内板１６．１７を左、右方
向に交互にその向きを切換制御するようになっている。

そこで、次に各排気ガス案内板１６．１７の切換制御に
ついて、第５図に示す流れ図を参照しつつ説明する。

まず、エンジンｌがスタートすると、コントロールユニ
ット２４を構成するＲＡＭ内のカウンタｎの周期数ｎ及
びタイマｔの経過時間ｔが零リセットされる（ステップ
１）。この時、三方切換弁１９はアクチュエータ１８を
介して排気ガス切換弁１６．１７をいずれか一方の切換
方向に切換作動した状態になっている。次に、ステップ
２で設定時間テーブル２７から所定時間ｔ０の続出しを
行ない、次のステップ３でタイマｔにより経過時間ｔの
カウントを開始し、ステップ４で経過時間ｔが所定時間
ｔ。に達したか否か判定し、ｒＮＯＪならば１＝１．に
達するまでステップ３でカウントを繰返す。

一方、ステップ４でＹＥＳと判定したときには、クラン
ク角センサ４からエンジン回転数Ｎを読込み（ステップ
５）、ステップ６でコントロールユニット２４に格納し
てある切換周期テーブル２６からエンジン回転数Ｎに対
応する弁切換周期ｎ０を読出す。そして、ステップ７で
は各酸素センサ１４．１５の検出信号の周期数ｎを読込
み、ステップ８で該周期数ｎをカウントして検出信号の
周期数ｎが弁切換周ｒＩＪＩｎ　０以上か否かを判定す
る（ステップ９）。ｒＮＯＪならばステップに戻り、ｎ
ｏ　＝ｎに達するまでカウントを繰返す。

ステップ９でｒＹＥＳ　Ｊと判定したときには、ステッ
プ１０に移ってコントロールユニット２４から三方切換
弁１９に弁切換信号が出力される。これによりアクチュ
エータ１８のＡ室内が負圧（大気圧）に切換えられ、作
動ロンド１８Ｃを介して各排気ガス案内板１６．１７の
排気ガス案内方向が切換えられる。

実施例の処理動作は以上の如くであるが、ステップ１で
雰リセットした弁切換後の時間ｔをカウントしくステッ
プ３）、ステップ２で読出した設定時間Ｌ０に対して経
過時間ｔが過ぎたか否かを判定する動作（ステップ４）
が本発明の経過時間判定手段の具体例である。

また、ステップ７で読込んだ酸素センサ１４゜１５の出
力周期数ｎをカウントしくステップ８）、エンジン回転
数Ｎに応じて定めである弁切換周期ｎ０に達したと判定
したとき（ステップ９）に弁切換信号を出力する動作（
ステップ１０）が本発明の案内板切換判定手段の具体例
である。

叙上の如〈実施例によれば、２つの気筒ＩＡ。

ＩＤ（又はＩＢ、ＩＣ）からの排気ガスを１の酸素セン
サ１４（１５）に交互に案内する排気ガス案内板１６　
（１７）は、所定時間ｔ０が経過し、かつ、該酸素セン
サ１４（１５）出力周期数ｎがエンジン回転数Ｎに応じ
て予め設定してある弁切換周期ｎ０に達したときに、切
換動作するように構成したから、各気筒ＩＡ、ＩＤ　（
ＩＢ、ＩＣ）の排気ガス中の酸素濃度を気筒別に確実に
検出できる。

また、酸素センサ１４．１５は排気温度が低温の場合と
高温の場合とでは、時間当りの検出信号の周期数が変化
するという温度依存特性を有しているため、排気温度の
異るエンジン１の低回転時と高回転時とでは酸素センサ
１４，１５の検出信号の時間当りの周期数が変ることに
なり、単に所定時間Ｌ０の経過によってのみ排気ガス案
内板１６．１７を切換操作するだけでは、酸素濃度を高
精度に検出できないことになる。しかし、実施例によれ
ば、エンジン回転数Ｎに対応した弁切換周！ｔＩ］　ｎ
　０を予め設定しておき、酸素センサ１４゜１５の検出
信号の周期数ｎが当該弁切換周期ｎ。

に達したときに、三方切換弁１９に弁切換信号を出力し
て排気ガス案内板１６．１７を切換操作するように構成
したから、排気温度に影響されることなく各気筒ＩＡ、
ＩＢ、・・・の酸素濃度を高精度に検出できる。

更に、実施例によれば、排気ガス案内板１６゜１７を切
換操作する場合にカウントする所定時間１、の長さは、
アクチュエータ１８の耐久性及び応答性を考慮して適宜
設定することができるから、該アクチュエータ１８の耐
久性を向上させることができる。

更にまた、４つの気筒ＩＡ、ＩＢ、・・・からの各排気
ガス濃度を気筒数の半分の個数の酸素センサ１４．１５
で個別に検出することができ、４個の酸素センサを用い
る場合と同様に気筒別の空燃比をフィードパ・ンク制御
することが可能になる。従って、排気ガス中の各成分を
安定化できるから触媒の使用量を少なくでき、コスト低
減を図ることができるし、各気筒の特性の経年変化に対
応した空燃比の制御が可能になるから、排気ガスの性質
を向上できる。

なお、実施例は４気筒エンジンを例に挙げ、２個の酸素
センサ１４，１５で金気筒ＩＡ、ＩＢ。

・・・の排気ガス中の酸素濃度を検出するものとして述
べたが、例えば６気筒エンジンにあっては３個の酸素セ
ンサを用いればよく、要するに本発明によれば酸素セン
サは気筒数の半分の個数で足りることになる。

〔発明の効果〕

本発明は以上詳述した如（であって、一対の気筒からの
排気ガスを１の酸素センサ側に交互に案内する排気ガス
案内板は、所定時間が経過し、かつ、酸素センサの検出
信号の周期数がエンジン回転数に対応して予め設定した
回数に達したときに切換えるように構成したから、酸素
センサは排気温度等の影響を受けることなく気筒別の酸
素濃度を高精度に検出できる。また、各噴射弁の特性或
いは各気筒の経年変化した特性による気筒のバラツキに
対応した気筒別の空燃比をフィードバック制御すること
が実現できる結果、排気ガス濃度を正常に維持して触媒
の使用量を低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る排気ガスの気筒別酸素濃
度検出装置の全体構成図、第２図は該酸素濃度検出装置
を構成するアクチュエータの拡大断面図、第３図は酸素
センサの検出信号の出力周期を示す線図、第４図はコン
トロールユニット内に格納されたテーブルの構成を示す
説明図、第５図は酸素濃度を気筒別に検出する制御処理
の流れ図である。 ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ，ＩＤ・・・気筒、１■・・・排気マ
ニホールド、ＩＩＡ、ＩＩＢ、ＩＩＣ，ＩＩＤ・・・分
岐管、ＩＩＥ、ＩＩＦ・・・連結管、１４．１５・・・
酸素センサ、１６．１７・・・排気ガス案内板。 特許出願人　日本電子機器株式会社 代理人　弁理士　広　　瀬　　和　　空回　　　　　　
中　　　村　　　直　　　樹第３図 第４図 ７−−−−−−−コ Ｌ、　　　−−１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンの各気筒に接続された分岐管を有し、該分岐管
   の２本を一対として１本の排気管に接続してなる排気マ
   ニホールドと、該排気マニホールドの各一対の分岐管の
   連結部毎に１個設けられ、該各分岐管からそれぞれ排出
   される排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサと、
   該酸素センサの近傍に位置して前記排気マニホールドの
   連結部に設けられ、前記各分岐管からそれぞれ排出され
   る排気ガスを該酸素センサ側に交互に案内する排気ガス
   案内板と、該排気ガス案内板の排気ガス切換動作後所定
   時間の経過を判定する経過時間判定手段と、該経過時間
   判定手段が該所定時間の経過を判定した後、前記酸素セ
   ンサの出力の周期数が前記エンジンの回転数に応じて予
   め設定してある周期数以上となったとき、前記排気ガス
   案内板の切換を判定する案内板切換判定手段とから構成
   してなる排気ガスの気筒別酸素濃度検出装置。