JPH0322532Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、排気通路に設けた触媒の作用により
排気ガスの浄化を図るようにした触媒付燃料噴射
式エンジンに関するものである。

（従来技術） 自動車は道路上を走行するものであるので、そ
のエンジンの排気ガス中に含まれる有機成分はま
わりに与える影響が大きく、排気ガスの浄化が強
く要求され、様々な対策がなされている。エンジ
ンの排気ガス中に含まれる有毒成分としてはCO、
HC、NOxなどの未燃焼ガスがあり、これらの除
去のためサーマルリアクタ、触媒等を用いること
が多い。

一例を挙げると実行昭57−17047号に開示され
ているように、排気通路中に上流側よりサーマル
リアクタ、還元触媒、酸化触媒を配設し、サーマ
ルリアクタの上流と両触媒間にそれぞれ２次エア
を供給するようにしたエンジンの排気コントロー
ル装置がある。この排気コントロール装置では、
サーマルリアクタ内においてはこの上流に供給さ
れた未燃焼ガス成分を燃焼させ、このサーマルリ
アクタで燃焼せずに残された未燃焼ガス成分のう
ち主として、NOxは還元触媒により、CO、HC
は酸化触媒により反応除去される。なお、酸化触
媒は理論空燃比より空気量が大きくなると酸化反
応を促進するため、酸化触媒の上流側（すなわ
ち、還元触媒と酸化触媒の間）に２次エアを供給
するようになしている。

このように、還元触媒と酸化触媒とを組合せる
と、排気ガス中のNOx、CO、HCの有毒未燃焼
ガス成分を除去できるのであるが、触媒は所定温
度以上にならないと反応が活発化しないため、一
般にはサーマルリアクタの上流に２次エアを供給
してサーマルリアクタ内で未燃ガスを燃焼させて
排気ガス温度を上げて、触媒温度を上げるように
している。

また、一般的に言つてエンジンの吸気が理論空
燃比にある時が、排気の有毒未燃ガス成分が最小
である。このため、排気通路中に酸素センサ等の
排気濃度センサを設けて排気の酸素量を検出し
て、これを吸気系にフイードバツクし、理論空燃
比に近ずくように制御することが一般に行なわれ
ている。なお、吸気系において供給燃料量を制御
するには、燃料噴射制御方式とキヤブレタ方式が
あるが、制御が容易という利点のために燃料噴射
制御方式が用いられることが多い。

このように、触媒を利用して排気ガス中の有毒
未燃焼成分を浄化することが、一般に行なわれて
いるのであるが、触媒を用いて未燃焼成分を酸
化、すなわち燃焼させる際には発熱を伴うため、
この熱を受けて触媒が高温になる。この場合、触
媒は所定温度以上にしないと反応を促進しないの
であるが、高温になりすぎると劣化し易いという
問題がある。特に、エンジン回転が上がるにつれ
て、排ガス量が増え、排ガス中の未燃焼ガス成分
も増えるので高回転域で触媒が高温になり易く、
触媒の劣化も速い。このため、エンジンが所定回
転以上になつた時には、前述のようなフイードバ
ツク制御は行なわず、逆に燃料を増量させてやつ
て、排気中に未燃焼燃料を含むようにし、この未
燃焼燃料を冷媒として作用させることによつて、
触媒の温度上昇を防止するという方法が一般に採
用されている。

具体的には、エンジン負荷（スロツトル開度）
と回転数により決まるエンジン負荷状態が、第１
図のグラフにおいて斜線で示すフイードバツク領
域Ａにある時には空燃比を理論空燃比近傍に保つ
ように燃料噴射量を制御するとともに２次エアの
供給を行ない、エンジン負荷状態がフイードバツ
ク領域Ａ以外の領域（フイードバツク停止領域）
Ｆにある時は燃料噴射量を増加させるとともに２
次エアの供給を制限して触媒の過熱を防止してい
る。第１図は、縦軸にスロツトル開度を、横軸に
エンジン回転数を示すグラフである。ラインP₁
はスロツトル開度とエンジン回転数によつて設定
される減速ラインであり、平地定速走行を行なう
のに必要最低限の負荷を示す。すなわち、ライン
P₁より高負荷側は通常の運転域（加速運転を含
む）で、ラインP₁より低負荷側は減速域である。
ラインP₂はアイドリング回転N₁を示し、N₁より
低回転ではエンスト状態になり、実際の運転では
使用されない領域である。以下、ラインP₁を減
速ラインと、ラインP₂を、アイドリング回転ラ
インと称す。

フイードバツク制御を行なうフイードバツク領
域Ａは、減速ラインP₁より高負荷側で、アイド
リング回転ラインP₂より高回転側の通常運転領
域内において、エンジン回転数が中速域の所定回
転数N₂より低回転で、スロツトル開度が高負荷
所定開度L₁より小さい開度（すなわち、中低負
荷）になる領域に設定される。なお、エンジン回
転がN₂より低回転でもスロツトル開度がL₁より
大きい高負荷時にはフイードバツク制御を行なわ
ず、燃料を増量するようになつているが、これは
高負荷時にもフイードバツク制御を行なうと、出
力トルクが低下し、十分な出力が得られないとい
う問題があるため、燃料噴射量を増大させて出力
トルクのアツプを図つていることによる。

このように、フイードバツク停止領域Ｆにおい
ては、触媒の過熱防止等のために燃料が増量され
ることとなるため、当然ながら車の走行距離当り
の燃料消費量（燃費）が大きくなつてしまう。

（考案の目的） 本考案は以上の事情に鑑み、触媒の過熱防止
を、できるだけ燃費を悪化させることなく達成す
ることができる触媒付燃料噴射式エンジンを提供
することを目的とするものである。

（考案の構成） 本考案の触媒付燃料噴射式エンジンは、上記フ
イードバツク停止領域Ｆを、第２図に示すよう
に、高回転低負荷の領域（第１のフイードバツク
停止領域）Ｂとそれ以外の領域（第２のフイード
バツク停止領域）Ｃとに分け、領域Ｂにおいて
は、ポートエア（上流から三元触媒、酸化触媒の
順で配された排気通路の三元触媒の上流側に供給
されるエア）を供給すると同時に空燃比のフイー
ドバツク制御を停止する構成とするこことによ
り、空燃比をむやみにリツチにする必要をなくし
て燃費改善を図り、もつて上記目的達成を図るよ
うにしたものである。

すなわち、本考案による触媒付燃料噴射式エン
ジンは、第５図に示すように、排気通路に、上流
側から順に三元触媒および酸化触媒を設けるとと
もにこの三元触媒の前記排気通路内上流側に２次
エアを供給するポートエア供給口および排気濃度
センサを設ける一方、前記両触媒の間に２次エア
を供給するスプリツトエア供給口を設け、運転状
態に応じて、前記排気濃度センサによるエンジン
に供給する混合気の空燃比のフイードバツク制御
および２次エアの供給を制御するようにした触媒
付燃料噴射式エンジンにおいて、 エンジン回転数がアイドリング回転以上で、且
つエンジン負荷が平地速走行に必要な最低負荷の
減速ラインより大きい負荷状態において、 イ 前記エンジン回転数が中速域に設定される第
１の所定回転数N₂以下であり、前記エンジン
負荷が中負荷もしくは低負荷に設定される第１
の所定負荷L₁以下の領域Ａは、燃焼室内の混
合気の空燃比が理論空燃比近傍になるよう、前
記フイードバツク制御をなし、且つ前記ポート
エア供給口による２次エア供給を停止して前記
スプリツトエア供給口による２次エアの供給を
行なわせるフイードバツク領域とし、 ロ 前記エンジン回転数が前記第１の所定回転数
N₂以上で該第１の所定回転数N₂よりも高く設
定される第２の所定回転数N₃以下であり、前
記エンジン負荷が前記第１の所定負荷L₁より
も低く設定される第２の所定負荷L₂以下であ
る領域Ｂは、前記ポートエア供給口からの２次
エアの供給を行なわせると同時に前記空燃比の
フイードバツク制御を停止する第１のフイード
バツク停止領域とし、 ハ 前記フイードバツク領域Ａおよび前記第１の
フイードバツク停止領域Ｂ以外の領域Ｃは、前
記燃焼室内の空燃比を理論空燃比より小さくさ
せるとともに前記ポートエア供給口およびスプ
リツトエア供給口からの２次エアの供給をカツ
トさせる第２のフイードバツク停止領域とする
触媒温度上昇制御装置を備えたことを特徴とす
るものである。

（作用） 上記構成に示すように、第１のフイードバツク
停止領域Ｂにおいては、低負荷であるためNOx
の発生は少なく三元触媒を酸化触媒として機能さ
せても排気ガス浄化に悪影響を及ぼすことが少な
いことに鑑み、三元触媒の上流側にポートエアを
供給してこれを酸化触媒として機能させる構成と
なつているので、反応熱を２つの酸化触媒に負担
させることができ、これにより、空燃比をむやみ
にリツチにしなくても触媒過燃を防止することが
できるので燃費改善を図ることができる。さら
に、第１のフイードバツク停止領域Ｂにおいて
は、空燃比のフイードバツク制御が停止されるよ
うになつているので、ポートエア供給により排気
濃度センサがリーン信号を出力してエンジンへの
供給混合気をリツチにしてしまうのを防止するこ
とができる。

（考案の効果） したがつて、本考案によれば、第１のフイード
バツク停止領域Ｂにおける燃費改善を図ることが
でき、これにより、触媒の過熱防止を、できるだ
け燃費を悪化させることなく達成することができ
る。

（実施例） 以下、図面によつて本考案の実施例について説
明する。

第２図は、本考案の燃料噴射式エンジンの制御
内容を示すグラフであり、減速ラインP₁より高
負荷で且つアイドリング回転ラインP₂より高回
転の通常運転領域を図示の如く、フイードバツク
領域Ａ、第１のフイードバツク停止領域Ｂおよび
第２のフイードバツク停止領域（燃料増量域）Ｃ
の３つの領域に分けて制御を行なう。

フイードバツク領域Ａは、第１図に示した従来
のフイードバツク領域と同じであり、スロツトル
開度が高負荷所定開度L₁より小さく（すなわち、
中低負荷であり）、エンジン回転数が中速域の所
定回転数N₂より小さい領域であり、エンジン負
荷状態がこの領域Ａにある時は、燃焼室内の空燃
比を理論空燃比に近づけるようフイードバツク制
御し、且つ触媒の上流側に２次エアを供給する。

第１のフイードバツク停止領域Ｂは、スロツト
ル開度が中負荷所定開度L₂より小さく（すなわ
ち、低負荷であり）、エンジン回転数が中速域の
所定回転数N₂以上で高速域の所定回転数N₃以下
となる領域であり、エンジン負荷状態がこの領域
Ｂにある時は、上記フイードバツク制御を停止
し、且つ２次エア円供給する。この２次エアは、
第３図に示すように、エンジン本体１の燃焼室近
傍においてポートエア供給口１９ａから排気通路
１２に供給されるようになつているので、この排
気通路１２に供給された２次エアが燃焼室内に持
ち込まれることとなり、これにより、燃焼室内の
空燃比を理論空燃比よりも大きくすることができ
る。

第２のフイードバツク停止領域Ｃは、通常運転
領域内においてフイードバツク領域Ａおよび第１
のフイードバツク停止領域Ｂを除いた領域で、エ
ンジン負荷状態がこの領域Ｃにある時は、燃焼室
内の空燃比を理論空燃比より小さくなるように
し、且つ２次エアの供給をカツトする。

以上のように制御すれば、フイードバツク領域
Ａでは、従来と同様に、排気ガス中の有毒成分を
効果的に浄化でき、第２のフイードバツク停止領
域Ｃでは未燃焼燃料が冷媒として作用して触媒の
過熱、劣化を防止することができるとともに高負
荷時には十分な出力を得ることができる。さら
に、第１のフイードバツク停止領域Ｂにおいて
は、燃焼室中の空燃比が大きくなるので燃焼室内
に噴射された燃料を十分に燃焼させることができ
排気ガスの浄化を図ることができ、触媒による酸
化反応する未燃ガス量が減つて触媒の過熱が抑え
られる。また、触媒の上流に供給される比較的冷
たい２次エアによつて排気ガスが冷却されて、触
媒の過熱を抑えることができる。さらに、燃料噴
射量は少ないので燃費も向上する。なお、空燃比
が大きくなるとエンジン出力は低下するという問
題があるが、本考案の場合は第１のフイードバツ
ク停止領域Ｂをエンジン出力低下の影響が比較的
小さい、低負荷域に設定して、この問題を防止し
ている。

なお、本図（第２図）には、アイドリング回転
数N₁より低回転域側を減速ラインP₁より上側の
領域Ｄと下側の領域に分けて示しているが、これ
は後述するようにエンジンの負荷状態が領域Ｄも
しくはＥになつた時には、燃料噴射量を増やして
エンスト防止を図る制御を行なうためである。

第３図は本考案による触媒付燃料噴射式エンジ
ンの１例を示す概略図である。

エンジン本体１の吸気側には吸気通路４が、排
気側には排気通路１２がそれぞれ連設されてい
る。吸気通路４内には、上流側から順にエアフロ
ーメータ３、スロツトル弁５および燃料噴射弁７
が配設され、吸気通路４の上流端には一端２ａが
外気と連通したエアクリーナ２が連設されてい
る。排気通路１２内には、上流側から順に酸素セ
ンサ９、サーマルリアクタとして作用する拡大マ
ニホールド１１、三元触媒１３ａおよび酸化触媒
１３ｂが配設され、酸素センサ９の上流にはポー
トエア供給口１９ａが開口し、三元触媒１３ａと
酸化触媒１３ｂの間にはスプリツトエア供給口１
８ａが開口する。また、エアクリーナ２には吸気
通路４のみでなく、エアポンプ１５の吸入管１５
ａも連通し、このエアポンプ１５ａの吐出管１５
ｂはエアコントロールバルブ１６に連通してい
る。エアコントロールバルブ１６には、リリーフ
通路１７、スプリツトエア管１８およびポートエ
ア管１９が取り付けられ、リリーフ通路１７は大
気に開放し、スプリツトエア管１８およびポート
エア管１９はそれぞれスプリツトエア供給口１８
ａおよびポートエア供給口１９ａに連通する。

このように構成したエンジンが運転される時
は、スロツトル５によつて吸入量を調整されて一
端２ａから吸い込んだ空気は、エアクリーナ２に
より浄化され、エアフローメータ３によつて吸入
量を検出された後、燃料噴射弁７からの噴射燃料
と混合されて、エンジン本体１内の燃焼室へ入
る。燃焼室内で燃焼しエンジンに駆動力を与えた
後、燃焼ガスは排気通路１２内に排出される。こ
の排気に、運転状態に応じてポートエア供給口１
９ａから２次エアとしてのポートエアが供給さ
れ、酸素センサ９により排気濃度が検出される。
この排気は、次いで拡大マニホールド１を通過し
た後、三元触媒１３ａ中に入りCO、HC、NOx
の浄化がなされた後、運転状態に応じてスプリツ
トエア供給口１８ａから供給される２次エアとし
てのスプリツトエアと混合されて酸化触媒１３ｂ
中に入りCO、HCの浄化がなされる。この時、ポ
ートエアおよびスプリツトエアの供給は、エアポ
ンプ１５によりエアコントロールバルブ１６に送
られてくるエアをエアコントロールバルブ１６に
より分配されて行なわれる。

上記の運転中において、エアフローメータ３に
より検出された吸入空気量、スロツトル５のそば
に置かれたスロツトル開度センサ６により検出さ
れたスロツトル開度、エンジン回転センサ８によ
り検出されたエンジン回転数および酸素センサ９
により検出された排気濃度はそれぞれライン３
ａ，６ａ，８ａ，９ａを介して触媒温度上昇制御
装置１０へ伝達される。触媒温度上昇制御装置１
０においては、これらの検出した情報に応じて、
燃料噴射量および２次エアの供給を制御する信号
を、ライン１０ａおよび１０ｂから燃料噴射弁７
およびエアコントロールバルブ１６に出力し、こ
れらを制御する。

第３図に示すフローチヤートにより触媒温度上
昇制御装置１０の作動を示す。この制御装置１０
の作動がスタートするとイニシヤライズの後、そ
の時点でのエンジン回転数、スロツトル開度、吸
入空気量および排気濃度（酸素濃度）を読み込
み、これらに基づき基本燃料噴射量ｑを算出す
る。

（ｑ＝Ｋ×Ｑ／Ｎ Ｋ……定数、Ｑ……流入空
気量、Ｎ……エンジン回転数） 次いで、読み込んだスロツトル開度およびエンジ
ン回転数から、エンジン負荷状態が第２図におい
て示したＡ〜Ｅのうちのいずれのゾーン（領域）
にあるか判定する。Ａゾーン、すなわち、フイー
ドバツク領域であると判定された時は、酸素セン
サ９により検出した排気濃度をフイードバツクし
て理論空燃比に近づくように燃料噴射量を補正
し、次いでエアコントロールバルブ１６を作動さ
せ酸化触媒１３ｂの上流のスプリツトエア供給口
１８ａからスプリツトエアを供給させて、フロー
の初めに戻る。Ｂゾーン、すなわち、第１のフイ
ードバツク停止領域にあると判定された時は、前
記算出した基本燃料噴射量ｑで燃料噴射を行なわ
せ、エアコントロールバルブ１６を作動させてポ
ートエア供給口１９ａからポートエアを供給させ
た後、フローの初めに戻る。Ｃゾーン、すなわ
ち、第２のフイードバツク停止領域にあると判定
された時は、燃料噴射量を増量するように係数
K₁（＞１）を基本燃料噴射量ｑに乗じて燃料噴射
量を求め、これに応じて燃料噴射を行なわせ、且
つエアコントロールバルブ１６により２次エアの
供給をカツトさせた後、フローの初めに戻る。Ｄ
ゾーンもしくはＥゾーンにあると判定された時
は、それぞれエンストを起こさないように、基本
燃料噴射量ｑに係数K₂（＞１）もしくはK₃（＞１）
を乗じて求めた燃料噴射量で燃料噴射を行なわ
せ、且つエアコントロールバルブ１６によりポー
トエアを供給させた後、フローの初めに戻る。エ
ンジンの負荷状態が上記Ａ〜Ｅゾーンのいずれで
もないと判定された時は、減速ラインP₁より低
負荷の減速ゾーンにあるので、燃料噴射をカツト
してエンジンブレーキを作動させ、且つポートエ
アの供給を行なわせた後、フローの初めに戻る。

以上のフローを繰り返すことにより、本考案の
目的を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のエンジンにおける燃料噴射およ
び２次エア供給の制御領域を示すグラフ、第２図
は本考案のエンジンにおける燃料噴射および２次
エア供給の制御領域を示すグラフ、第３図は本考
案のエンジンの１例を示す概略図、第４図は本考
案のエンジンの触媒温度上昇制御装置による制御
を示すフローチヤート、第５図は本考案の構成を
示す全体構成図である。 １…エンジン本体、２…エアクリーナ、３…エ
アフローメータ、４…吸気通路、５…スロツト
ル、７…燃料噴射弁、９…酸素センサ、１０…触
媒温度上昇制御装置、１２…排気通路、１３ａ…
三元触媒、１３ｂ…酸化触媒、１６…エアコント
ロールバルブ、１８ａ…スプリツトエア供給口、
１９ａ…ポートエア供給口。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 排気通路に、上流側から順に三元触媒および酸
   化触媒を設けるとともにこの三元触媒の前記排気
   通路内上流側に２次エアを供給するポートエア供
   給口および排気濃度センサを設ける一方、前記両
   触媒の間に２次エアを供給するスプリツトエア供
   給口を設け、運転状態に応じて、前記排気濃度セ
   ンサによるエンジンに供給する混合気の空燃比の
   フイードバツク制御および２次エアの供給を制御
   するようにした触媒付燃料噴射式エンジンにおい
   て、 エンジン回転数がアイドリング回転以上で、且
   つエンジン負荷が平地定速走行に必要な最低負荷
   の減速ラインより大きい負荷状態において、 イ 前記エンジン回転数が中速機に設定される第
   １の所定回転数N₂以下であり、前記エンジン
   負荷が中負荷もしくは低負荷に設定される第１
   の所定負荷L₁以下の領域Ａは、燃焼室内の混
   合気の空燃比が理論空燃比近傍になるよう、前
   記フイードバツク制御をなし、且つ前記ポート
   エア供給口による２次エア供給を停止して前記
   スプリツトエア供給口による２次エアの供給を
   行なわせるフイードバツク領域とし、 ロ 前記エンジン回転数が前記第１の所定回転数
   N₂以上で該第１の所定回転数N₂よりも高く設
   定される第２の所定回転数N₃以下であり、前
   記エンジン負荷が前記第１の所定負荷L₁より
   も低く設定される第２の所定負荷L₂以下であ
   る領域Ｂは、前記ポートエア供給口からの２次
   エアの供給を行なわせると同時に前記空燃比の
   フイードバツク制御を停止する第１のフイード
   バツク停止領域とし、 ハ 前記フイードバツク領域Ａおよび前記第１の
   フイードバツク停止領域Ｂ以外の領域Ｃは、前
   記燃焼室内の空燃比を理論空燃比より小さくさ
   せるとともに前記ポートエア供給口およびスプ
   リツトエア供給口からの２次エアの供給をカツ
   トさせる第２のフイードバツク停止領域とする
   触媒温度上昇制御装置を備えたことを特徴とす
   る触媒付燃料噴射式エンジン。