JPH057920U - 内燃機関の二次空気供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】酸素センサによる空燃比検出の精度を確保しつ
つ、二次空気を効果的な位置に供給する。 【構成】エアポンプ19によって圧送される二次空気を排
気系に供給するための二次空気パイプ22を途中で２つに
分岐させ、一方の分岐パイプ22ａは酸素センサ16よりも
上流側に連通させ、他方の分岐パイプ22ｂは酸素センサ
16の下流側に連通させる。ここで、前記二次空気パイプ
22の分岐部に、前記２つの分岐パイプ22ａ，22ｂのいず
れか一方のみを開口させる３方向弁23を介装する。そし
て、酸素センサ16の検出結果を用いた空燃比フィードバ
ック制御が行われているときには、分岐パイプ22ｂを開
口させ、空燃比フィードバック制御が行われていないと
きには分岐パイプ22ａを開口させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は内燃機関の二次空気供給装置に関し、詳しくは、空燃比フィードバッ ク制御機能を有した内燃機関における二次空気供給技術の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来から、排気を浄化する目的で車両用機関の排気通路に触媒を配設している ものがあり、かかる触媒を用いた排気浄化装置では、排気系での酸化反応を促進 させて、所期の転化率を確保するために、触媒上流側の排気通路に二次空気（酸 素）を供給するよう構成されたものがある。

【０００３】 ところで、前記触媒として三元触媒を備えた機関においては、機関吸入混合気 の空燃比を理論空燃比に制御すれば、図４に示すように、ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘを 同時に高い転化率で浄化することができるため、通常の運転領域では前記理論空 燃比が精度良く得られるように、燃料供給量をフィードバック制御するよう構成 されたものがある。前記空燃比のフィードバック制御においては、実際の空燃比 を検出することが必要になり、従来から、排気中の酸素濃度を酸素センサで検出 することによって、間接的に機関吸入混合気の空燃比を検出することが行われて いる。

【０００４】 上記のような酸素センサを用いた空燃比フィードバック制御が行われていると きに、同時に前記二次空気の供給を行わせる場合には、酸素センサよりも上流側 に二次空気を供給してしまうと、二次空気を含む排気中の酸素濃度を酸素センサ で検出することになって、吸入混合気の空燃比をリーン側に誤認識してしまうこ とになる。このため、酸素センサを用いて空燃比フィードバック制御を行う機関 においては、酸素センサの下流側に二次空気を供給するようにしているものが多 い。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、二次空気の供給は、上流側の排気温度の高い部分に行わせる方 が、酸化反応を促進させる上で有利となるため、上記のような酸素センサを備え ない機関においては、酸素センサが配設されるような位置よりも上流側の排気弁 に比較的近い位置に二次空気を供給するようにしているが、空燃比フィードバッ ク制御のための酸素センサを備えた機関では、上記のように二次空気を酸素セン サの下流側に供給する必要があるため、二次空気を最適位置に供給できないのが 実情であった。

【０００６】 本考案は上記問題点に鑑みなさたものであり、酸素センサによって排気中の酸 素濃度を検出して、該検出結果に基づいて機関吸入混合気の空燃比をフィードバ ック制御するよう構成された内燃機関において、酸素センサによる空燃比検出に 影響を与えない範囲で、二次空気を極力最適な位置に供給できるようにして、空 燃比の検出精度の確保と二次空気供給による効果の向上とを両立させることを目 的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

そのため本考案にかかる内燃機関の二次空気供給装置は、図１に示すように構 成される。 図１において、触媒は機関の排気通路に配設されて排気を浄化するものであり 、この触媒の上流側の排気通路には、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサが 配設される。

【０００８】 そして、空燃比フィードバック制御手段は、所定の機関運転条件のときに、酸 素センサで検出される排気中の酸素濃度に基づいて検知される機関吸入混合気の 空燃比を目標空燃比に近づけるように機関への燃料供給量をフィードバック制御 する。 ここで、下流側供給パイプは、酸素センサと触媒との間の排気通路に二次空気 を供給し、また、上流側供給パイプは酸素センサ上流側の排気通路に二次空気を 供給する。開口切り換え手段は、前記下流側供給パイプと上流側供給パイプとの いずれか一方のみを選択的に開口させる。

【０００９】 そして、供給パイプ選択手段は、前記空燃比フィードバック制御手段によって 燃料供給量のフィードバック制御が行われるときに、前記開口切り換え手段によ って下流側供給パイプのみを開口させ、前記フィードバック制御が行われないと きには前記開口切り換え手段によって上流側供給パイプのみを開口させる。

【００１０】

【作用】

即ち、二次空気の供給位置として、空燃比フィードバック制御において要求さ れる酸素センサの下流側位置と、二次空気の供給による酸化反応の促進を効果的 に得ることができる酸素センサの上流側位置との両方を可能とした上で、空燃比 フィードバック制御を行っているか否かによって、上記の２つの供給位置のいず れか一方が選択されるようにした。

【００１１】 空燃比フィードバック制御中は、酸素センサによって検出される排気中の酸素 濃度によって、機関吸入混合気の空燃比を知る必要があるから、二次空気は酸素 センサの下流側に供給するようにし、空燃比フィードバック制御を行わないとき には、酸素センサの検出に二次空気が影響しても問題がないので、なるべく排気 通路の上流側に二次空気を供給するように、酸素センサの上流側に二次空気を供 給させるようにした。

【００１２】

【実施例】

以下に本考案の実施例を説明する。 一実施例を示す図２において、車両に搭載される内燃機関１にはエアクリーナ ２から吸気ダクト３，スロットル弁４及び吸気マニホールド５を介して空気が吸 入される。吸気マニホールド５の各ブランチ部には、各気筒別に燃料噴射弁６が 設けられている。この燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電されて開弁し、通電停 止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であって、後述するコントロールユニット12 からの駆動パルス信号により通電されて開弁し、図示しない燃料ポンプから圧送 されてプレッシャレギュレータにより所定の圧力に調整された燃料を、機関１に 噴射供給する。

【００１３】 機関１の各燃焼室には点火栓７が設けられていて、これにより火花点火して混 合気を着火燃焼させる。そして、機関１からは、排気マニホールド８，排気ダク ト９，排気浄化用の三元触媒10及びマフラー11を介して排気が排出される。 コントロールユニット12は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出 力インタフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種のセ ンサからの入力信号を受け、後述の如く演算処理して燃料噴射弁６の作動を制御 する。

【００１４】 前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３中にエアフローメータ13が設けられ ていて、機関１の吸入空気流量Ｑに応じた信号を出力する。 また、クランク角センサ14が設けられていて、機関回転に同期したパルス信号 を出力する。ここで、前記パルス信号の周期、或いは、所定時間内におけるパル ス発生数を計測することにより、機関回転速度Ｎを算出できる。

【００１５】 また、機関１のウォータジャケットの冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ15 が設けられている。 また、排気マニホールド８の集合部（触媒10よりも上流側の排気通路）には、 排気中の酸素濃度を介して機関吸入混合気の空燃比を検出するための酸素センサ 16が設けられている。この酸素センサ16は、排気中の酸素濃度に感応して出力値 が変化する公知のセンサであり、例えば大気中の酸素濃度に対する排気中の酸素 濃度の比に応じた起電力を発生する構成となっている。

【００１６】 空燃比フィードバック制御手段としての機能を備えるコントロールユニット12 は、以下のようにして、燃料噴射弁６による燃料噴射量Ｔｉを演算する。 まず、前記エアフローメータ13で検出される吸入空気流量Ｑとクランク角セン サ14からの信号に基づいて算出された機関回転速度Ｎとに基づいて基本燃料噴射 量Ｔｐ（＝Ｋ×Ｑ／Ｎ；Ｋは定数）を演算する。

【００１７】 また、前記酸素センサ16を介して検出される機関吸入混合気の空燃比を、目標 空燃比としての理論空燃比に近づけるように前記基本燃料噴射量Ｔｐを補正する ための空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤを設定する。かかる空燃比フィード バック補正係数ＬＭＤは、例えば比例積分制御によって操作され、前記酸素セン サ16の出力と理論空燃比相当のスライスレベルとを比較することにより、実際の 空燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンであるかを判別し、この判別 結果に基づいて実際の空燃比が理論空燃比に近づく方向に前記補正係数ＬＭＤを 変化させる。

【００１８】 尚、上記の空燃比フィードバック制御は、全運転条件で行われるのではなく、 例えば高負荷時や始動時などの空燃比リッチ化の要求がある運転条件のときには 、空燃比フィードバック制御が停止（クランプ）されるようになっており、前記 クランプ運転条件以外を空燃比フィードバック制御を行う所定の運転条件として いる。

【００１９】 また、水温センサ15で検出される冷却水温度Ｔｗに基づいて冷機時に空燃比を リッチ化させる基本補正係数や始動時・高負荷時などに空燃比をリッチ化させる ための増量係数などを含む各種補正係数ＣＯＥＦを設定し、更に、バッテリ電圧 の変化による燃料噴射弁６の有効開弁時間の変化を補正するための補正分Ｔｓを 設定する。

【００２０】 そして、前記基本燃料噴射量Ｔｐを、前記各補正項に基づいて補正して最終的 な燃料噴射量Ｔｉ（＝Ｔｐ×ＣＯＥＦ×ＬＭＤ＋Ｔｓ）を設定する。 ここで、所定の燃料噴射タイミングにおいて、最新に演算された前記燃料噴射 量Ｔｉに相当するパルス幅の駆動パルス信号を燃料噴射弁に出力して、燃料噴射 弁６による燃料噴射を制御する。

【００２１】 ところで、本実施例における内燃機関１には、以下のような構成の二次空気供 給装置が備えられている。 機関駆動されるエアポンプ19の吸入空気は、二次空気のろ過用として専用に設 けられたサブエアクリーナ18で浄化される。そして、エアポンプ19から圧送され る二次空気は、プレッシャレギュレータ20によって所定圧力に調整されたのち、 コントロールユニット12から送られるデューティ信号によってその開度が制御さ れる電磁式のコントロールバルブ21で流量調整がなされる。

【００２２】 前記コントロールバルブ21の下流側で、二次空気パイプ22は２つに分岐され、 一方の分岐パイプ22ａ（上流側供給パイプ）は酸素センサ16の上流側の排気マニ ホールド８集合部に連通され、他方の分岐パイプ22ｂ（下流側供給パイプ）は酸 素センサ16と触媒10との間の排気ダクト９に連通している。ここで、前記分岐パ イプ22ａ，22ｂの分岐部には、開口切り換え手段としての電磁式の３方向弁23が 介装されており、この３方向弁23によって、分岐パイプ22ａ，22ｂのいずれか一 方のみが選択的に開口されて、コントロールバルブ21で量が調整された二次空気 を、前記開口された方のパイプから排気系に供給することができるようになって いる。

【００２３】 前記コントロールバルブ21の開度制御及び３方向弁23の切り換え制御は、コン トロールユニット12によって図３のフローチャートに示すようにして行われる。 尚、本実施例において、供給パイプ選択手段としての機能は、前記図３のフロー チャートに示すようにコントロールユニット12がソフトウェア的に備えている。 まず、ステップ１（図中ではＳ１としてある。以下同様）では、機関負荷を代 表する基本燃料噴射量Ｔｐや機関回転速度Ｎなどの機関運転条件を示すパラメー タを入力し、次のステップ２では、前記パラメータに基づいて排気系に供給する 二次空気の量を設定する。

【００２４】 そして、ステップ３では、ステップ２で設定した二次空気量に相当する開度に コントロールバルブ21を制御すべく、前記二次空気量に相当するデューティ比の 駆動信号をコントロールバルブ21に送る。 次のステップ４では、前述した空燃比フィードバック制御が行われているか否 かを判別する。

【００２５】 ここで、空燃比のフィードバック制御が行われていると判別された場合には、 酸素センサ16による空燃比検出精度を確保するために、二次空気を酸素センサ16 よりも下流側に供給する必要があるので、ステップ５へ進み、前記３方向弁23に よって下流側の分岐パイプ22ｂを開口させ、上流側の分岐パイプ22ａは遮蔽させ るようにする。

【００２６】 即ち、空燃比のフィードバック制御が行われているときに、酸素センサ16より も上流側に二次空気を供給すると、該二次空気の供給によって排気中の酸素濃度 が増大し、実際の空燃比よりもリーンな空燃比を検出することになり、燃料噴射 量のフィードバック制御の結果、目標である理論空燃比よりもリッチな空燃比に 制御されることになってしまう。従って、二次空気の供給が、酸素センサ16によ る排気中酸素濃度の検出に影響を与えないように、下流側の分岐パイプ22ｂを介 して酸素センサ16と触媒10との間に二次空気を供給させるようにする。

【００２７】 一方、ステップ４で空燃比フィードバック制御中でないと判別されたときには 、ステップ６へ進み、前記３方向弁23によって上流側の分岐パイプ22ａを開口さ せ、下流側の分岐パイプ22ｂは遮蔽させるようにする。 空燃比フィードバック制御が行われていないときには、酸素センサ16の検出信 号が燃料制御に用いられることはなく、二次空気を含む排気の酸素濃度を酸素セ ンサ16が検出するようになっても問題がないため、酸素センサ16の上流側に分岐 パイプ22ａを介して二次空気を供給させる。二次空気の供給は、排気系における 酸化反応の促進を目的としており、排気温度の高いところに供給することでより 効果を上げられるため、上記のように空燃比フィードバック制御が行われていな いときには酸素センサ16上流側に二次空気を供給させ、以て、排気系における酸 化反応を良好に促進できるようにした。

【００２８】 特に、始動時などでは、空燃比フィードバック制御をクランプし、空燃比をリ ッチ化させることになるが、このときに、上記のようにして二次空気を効果的な 位置に供給できれば、触媒10上流側での酸化反応の良好な促進によって触媒10温 度を早期に上昇させることができるようになる。 尚、本実施例では、エアポンプ19を設け、二次空気を排気通路に噴射供給する 構成としたが、排気通路内に生じる圧力脈動を利用して二次空気を排気通路に導 入する構成であっても良く、かかる構成の場合にも、酸素センサ16の上下流部分 にそれぞれ独立に二次空気を導入するパイプを設け、これらを選択的に開口させ ることで、本実施例と同様な効果を得ることができる。

【００２９】 また、本実施例では、触媒として三元触媒10を備えた機関１について述べたが 、酸化触媒のみを備える構成、又は、酸化触媒と還元触媒とを上下流に備える構 成であっても良い。 更に、本実施例では、機関負荷と機関回転速度との情報に基づいて二次空気量 を設定する構成としたが、かかる制御方法に限定されるものではない。

【００３０】 また、本実施例では、理論空燃比を目標空燃比とする空燃比フィードバック制 御について述べたが、酸素センサ16として理論空燃比相当の酸素濃度以外も検出 できるようにした酸素センサを設け、例えば理論空燃比よりもリーンな空燃比を 目標空燃比として空燃比フィードバック制御が行われるものであっても良い。 また、酸素センサ16の上流側に二次空気を供給する分岐パイプ22ａを、更に分 岐させ、排気マニホールド８の各ブランチ部それぞれに個別に二次空気を供給す るよう構成しても良い。

【００３１】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によると、酸素センサを用いた空燃比のフィードバ ック制御が行われているか否かによって、二次空気の供給を酸素センサの上流側 又は下流側のいずれか一方に行えるようにしたので、空燃比フィードバック制御 中は、酸素センサによる空燃比検出の精度を確保し、また、空燃比フィードバッ ク制御が行われていないときには、二次空気を極力上流側に供給して、二次空気 の供給によって排気系における酸化反応を効果的に促進させることができるよう になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の基本構成を示すブロック図。

【図２】本考案の一実施例を示すシステム概略図。

【図３】二次空気の供給制御の実施例を示すフローチャ
ート。

【図４】三元触媒の転化率と空燃比との関係を示す線
図。

【符号の説明】

１ 機関 ６ 燃料噴射弁 ９ 排気ダクト 10 三元触媒 12 コントロールユニット 13 エアフローメータ 14 クランク角センサ 16 酸素センサ 18 サブエアクリーナ 19 エアポンプ 20 プレッシャレギュレータ 21 コントロールバルブ 22 二次空気パイプ 22ａ 分岐パイプ（上流側供給パイプ） 22ｂ 分岐パイプ（下流側供給パイプ） 23 ３方向弁

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】機関の排気通路に配設され排気を浄化する
   触媒と、 該触媒の上流側の排気通路に配設され排気中の酸素濃度
   を検出する酸素センサと、 所定の機関運転条件のときに前記酸素センサで検出され
   る排気中の酸素濃度に基づいて検知される機関吸入混合
   気の空燃比を目標空燃比に近づけるように機関への燃料
   供給量をフィードバック制御する空燃比フィードバック
   制御手段と、 を備えた内燃機関の二次空気供給装置であって、 前記酸素センサと触媒との間の排気通路に二次空気を供
   給する下流側供給パイプと、 前記酸素センサ上流側の排気通路に二次空気を供給する
   上流側供給パイプと、 前記下流側供給パイプと上流側供給パイプとのいずれか
   一方のみを選択的に開口させる開口切り換え手段と、 前記空燃比フィードバック制御手段によって燃料供給量
   のフィードバック制御が行われるときに、前記開口切り
   換え手段によって下流側供給パイプのみを開口させ、前
   記フィードバック制御が行われないときには前記開口切
   り換え手段によって上流側供給パイプのみを開口させる
   供給パイプ選択手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の二次空
   気供給装置。