JPH0442513Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、排気系に三元触媒を設置したガスエ
ンジンの空燃比コントローラの改良に関するもの
である。

〔従来の技術〕

三元触媒は、排気ガス中の一酸化炭素（CO）
及び炭化水素（HC）の酸化と、窒素酸化物
（NOx）の還元を同時に行い、排ガス中の有害ガ
ス三成分を無害な二酸化炭素（CO₂）、水蒸気
（H₂Ｏ）および窒素（N₂）に清浄化するために
使用されるものである。

排気ガスを三元触媒にて清浄化する場合、エン
ジンの設定空燃比により浄化特性が大きく変化す
る。空燃比が薄いときは、燃焼後も酸素（O₂）
の量が多くなり、酸化作用が活発に、還元作用が
不活発になる。空燃比が濃いときは、この逆に酸
化作用が不活発に、還元作用が活発になる。この
酸化と還元のバランスがとれたとき（理論空燃比
付近のとき）、三元触媒は最も有効に働く。

そこで、従来では、第４図に示す様に、ガスエ
ンジン１の排気系２にO₂センサ３を設け、この
O₂センサ３の出力が空燃比によつて変化するこ
とを利用して、コントローラ４を介し、バイパス
ライン５に設けた空燃比制御弁６を開閉制御させ
ていた。例えば、現在の空燃比が理論空燃比より
も薄いときは、O₂センサ３の出力が設定値以下
となり、コントローラ４を介して空燃比制御弁６
を閉動作させ、逆に濃いときは、O₂センサ３の
出力が設定値以上となり、コントローラ４を介し
て空燃比制御弁６を開動作させるのである。

尚、第４図において、７はガスエンジン１の給
気系８に設置したスロツトル弁であり、その上流
に空気とガスとを所定比率で混合させるミキサ９
が設けてあり、この図では、空気供給管１０側に
バイパスライン５を設けているが、ガス供給管１
１側にバイパスライン５を設けて実施されている
ものもある。

また、余談ではあるが、上記のように空燃比制
御弁６をバイパスライン５ではなく、空気供給管
１０又はガス供給管１１に設けて実施する方式も
考えられるが、この方式は鋭敏すぎて円滑さに欠
ける（例えば、応答遅れ、ハンチング等）、また、
暴走によつて閉まつてしまうエンジンが停止して
しまう等の不具合があり、第４図のようにミキサ
９で空燃比を大まかに設定しておき、バイパスラ
イン５からの付加量をO₂センサ３によりコント
ローラ４を介して空燃比制御弁６で制御させるこ
とによつて上記不具合を解消しているものであ
る。

〔考案が解決しようとする課題〕

従来の空燃比コントローラは、冬期と夏期の気
温変化による空気体積の変化や空気供給管１０の
上流に設けられる空気フイルタの汚れ（目詰ま
り）等によつて、空燃比制御弁６を全開又は全閉
しても、O₂センサ３の出力が設定値に回復しな
い場合があり、このような場合、触媒槽１２内の
三元触媒による清浄化が悪くなる欠点があつた。

本考案は、従来技術の上記欠点に鑑みて提案さ
れたもので、その目的とするところは、空燃比制
御弁の限界を越えて広範囲に亘つて空燃比を適正
に調整させ得る空燃比コントローラを提供しよう
とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本考案は、空気とガ
スとを所定比率で混合するためにガスエンジンの
給気系のスロツトル弁より上流に設置されたミキ
サと、上記ミキサを迂回して空気又はガスをスロ
ツトル弁より上流の給気系に供給するバイパスラ
インと、上記バイパスラインに設置された空燃比
制御弁と、ガスエンジンの排気系に設置され、排
気ガス中のO₂成分を検出するO₂センサと、上記
O₂センサの出力により空燃比制御弁を開閉制御
するコントローラと、上記O₂センサより下流で
排気系に設置された三元触媒とからなるガスエン
ジンにおいて、空燃比制御弁の一部に設置され、
その全開及び全閉を検出する検出体と、ガス供給
管に設置された補助制御弁と、上記補助制御弁を
上記検出体の検出信号によつて開閉制御する補助
コントローラとを具備させたものであり、また、
上記補助コントローラによる補助制御弁の開閉動
作を両方向タイマーにより行わせたものである。

〔作用〕

空燃比が理論空燃比付近にあるときは、排気ガ
ス中の有害ガス三成分（CO）、（HC）、（NOx）
は、三元触媒の酸化反応と還元反応とがバランス
よく行われて無害なガス（CO₂）、（H₂Ｏ）、（N₂）
に清浄化される。この状態にあるときは、O₂セ
ンサの出力が設定値となつており、コントローラ
は動作せず、空燃比制御弁の開度は例えば半開状
態にある。従つて、検出体は検出動作せず、補助
制御弁はその位置固定状態にある。

今、空燃比が理論空燃比より濃くなると、空気
バイパス方式の場合では、O₂センサによりコン
トローラを介して空燃比制御弁を開方向に動作さ
せて空気量を増加させる。ガスバイパス方式の場
合では、空燃比制御弁を閉方向に動作させてガス
量を減少させる。

空燃比が理論空燃比より薄くなると、上記と逆
の動作を行う。

そして、空気バイパス方式の場合、空燃比制御
弁が全開となつた時は全開検出体がこれを検出
し、補助コントローラを介して補助制御弁を閉動
作させ、空燃比制御弁が全閉となつた場合は上記
と逆の動作を行う。

ガスバイパス方式の場合では、空燃比制御弁が
全閉となつた時は全閉検出体がこれを検出し、補
助コントローラを介して補助制御弁を閉動作さ
せ、空燃比制御弁が全開となつた場合は、これと
逆の動作を行う。

両方向タイマーは、空燃比制御弁と補助制御弁
との相互干渉を防止させるものである。

〔実施例〕

第１図は本考案の第１実施例を示すガスエンジ
ンの給排気系統の概略図であつて、１はガスエン
ジン、２は排気系、３はO₂センサ、４はコント
ローラ、５はバイパスライン、６は空燃比制御
弁、７はスロツトル弁、８は給気系、９はミキ
サ、１０は空気供給管、１１はガス供給管、１２
は触媒槽であつて、この構成は、バイパスライン
５を空気側に設けた空気バイパス方式の従来の構
成と同一である。

本考案は、空燃比制御弁６に、全開検出体１３
と全閉検出体１４とを設け、かつ、ガス供給管１
１の途中に補助制御弁１５を設け、この補助制御
弁１５を全開検出体１３及び全閉検出体１４の検
出信号によつて補助コントローラ１６を介して開
閉制御させるようにしたものである。

全開検出体１３及び全閉検出体１４は、例え
ば、リミツトスイツチで構成し、補助コントロー
ラ１６は、正逆転モータ、ロータリーソレノイ
ド、流体圧シリンダ等で構成し得るもので、第２
図は、その一例として、モジユトロールモータと
呼ばれている形式の正逆転モータ１６ａを使用し
た場合を例示しており、かつ、この場合、全開リ
ミツトスイツチ１３ａ及び全閉リミツトスイツチ
１４ａを正逆転モータ１６ａの正転用コイル１６
ｂの回路と逆転用コイル１６ｃの回路とに直接挿
入することも可能であるが、両方向タイマー１
７，１８のタイマー接点１７ａ，１８ａを両回路
に挿入し、夫々の両方向タイマ１７，１８を全開
リミツトスイツチ１３ａと全閉リミツトスイツチ
１４ａとで一定時間動作（ON）し、一定時間停
止（OFF）をくり返すようにしている。

上記両方向タイマー１７，１８の動作（ON）
時間は十分に短く、停止（OFF）時間は十分長
くとることによつて、空燃比制御弁６と補助制御
弁１５との相互干渉を防止させることができる。

本考案の第１実施例は、上記構成からなり、次
に動作を説明する。

通常は空燃比制御弁６を排気系２のO₂センサ
３によりコントローラ４を介して開閉制御するこ
とによつて、空燃比を理論空燃比付近に制御して
いる。しかし、気温変化が予測以上に大きい場合
や空気フイルタの汚れ（目詰まり）等によつて、
空燃比制御弁６を全開或いは全閉にしても、空燃
比が理論空燃比付近に制御できない場合が発生す
ると、本考案の装置が次のように動作して上記不
具合を解消する。

即ち、空燃比制御弁６の開度が全開となつたと
きは、第２図の全開リミツトスイツチ１３ａが
ONし、両方向タイマー１７を一定時間動作させ
て、タイマー接点１７ａをONさせ、この時間中
だけ正逆転モータ１６ａの正転用コイル１６ｂに
電流を流し、正逆転用モータ１６ａを正転させて
補助制御弁１５を閉動作させる。これにより、ガ
スの供給量が減少し、空燃比が補正される。ここ
で補助制御弁１５の閉動作は、両方向タイマー１
７でその動作（ON）時間を短く、停止（OFF）
時間を長く設定してあることによつて、閉動作が
短時間で終了するが、次に閉動作するまでに所定
の停止（OFF）時間が経過しないと再び閉動作
させないようにして、チヤタリングを防止してい
る。

また、空燃比制御弁６の開度が全閉となつたと
きは、第２図の全閉リミツトスイツチ１４ａが
ONし、両方向タイマー１８を一定時間動作させ
て、タイマー接点１８ａをONさせ、この時間中
だけ正逆転モータ１６ａの逆転用コイル１６ｃに
電流を流し、正逆転モータ１６ａを逆転させて補
助制御弁１５を開動作させる。これにより、ガス
の供給量が増加し、空燃比が補正される。この場
合も、両方向タイマー１８の動作（ON）時間を
短く、停止（OFF）時間を長くしてあることに
よつて、チヤタリングを防止している。

空燃比制御弁６と補助制御弁１５との初期設定
条件は、説明の便宜上からは、双方ともに半開状
態に設定しておくのが理解し易いのであるが、こ
れに制約されない。

次に、本考案の第２実施例を第３図で説明す
る。第２実施例は、バイパスライン５をガス側に
設けたもので、他の構成は第１実施例と同様であ
る。但し、空燃比制御弁６の全開及び全閉による
補助制御弁１５の開閉条件は、第１実施例と逆関
係となる。

即ち、空燃比制御弁６が全開の時は、補助制御
弁１５を開動作させ、また、逆に全閉の時は、補
助制御弁１５を閉動作させるもので、この場合に
も、第２図に示した両方向タイマー１７，１８を
正逆転モータ１６ａの電気回路に逆関係に挿入接
続するものである。

〔考案の効果〕

本考案によれば、気温変化や空気フイルタの汚
れ等の環境変化によつて、従来の方法では制御不
能になるケースを克服でき、広範囲に亘つて空燃
比を適正に調整させることができる。

また、本考案によれば、従来のコントローラの
制御ロジツクを変更する必要がなく、さらに、両
方向タイマーを使用することによつて、空燃比制
御弁と補助制御弁とのチヤタリング等の相互干渉
を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例を示すガスエンジ
ンの給排気系統の概略図、第２図は第１実施例に
おける本考案の要部の一実施例を示す制御電気回
路図、第３図は本考案の第２実施例を示すガスエ
ンジンの給排気系統の概略図、第４図は従来のガ
スエンジンの給排気系統の概略図である。 １……ガスエンジン、２……排気系、３……
O₂センサ、４……コントローラ、５……バイパ
スライン、６……空燃比制御弁、７……スロツト
ル弁、８……給気系、９……ミキサ、１０……空
気供給管、１１……ガス供給管、１２……触媒
槽、１３……全開検出体、１４……全閉検出体、
１５……補助制御弁、１６……補助コントロー
ラ、１７，１８……両方向タイマー。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 空気とガスとを所定比率で混合するためにガ
   スエンジンの給気系のスロツトル弁より上流に
   設置されたミキサと、 上記ミキサを迂回して空気又はガスをスロツ
   トル弁より上流の給気系に供給するバイパスラ
   インと、 上記バイパスラインに設置された空燃比制御
   弁と、 ガスエンジンの排気系に設置され、排気ガス
   中のO₂成分を検出するO₂センサと、 上記O₂センサの出力により空燃比制御弁を
   開閉制御するコントローラと、 上記O₂センサより下流で排気系に設置され
   た三元触媒とからなるガスエンジンにおいて、 空燃比制御弁の一部に設置され、その全開及
   び全閉を検出する検出体と、 ガス供給管に設置された補助制御弁と、 上記補助制御弁を上記検出体の検出信号によ
   つて開閉制御する補助コントローラとを具備さ
   せたことを特徴とする空燃比コントローラ。 (2) 補助コントローラによる補助制御弁の開閉動
   作を空燃比制御弁の全開及び全閉を検出する検
   出体の検出信号により両方向タイマーを介して
   行わせたことを特徴とする請求項１記載の空燃
   比コントローラ。