JPH0734192Y2 - 排気ガスの気筒別酸素濃度検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、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。

〔考案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、かくしてはエンジンの全気筒数に対応
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け易
いという未解決な問題がある。

本考案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
し、もって噴射弁や経年変化によりバラツキのある気筒
毎に空燃比のフィードバック制御を低コストで実現する
と共に、触媒の使用量を低減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考案の手段
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
ガス案内板とからなる。

〔作用〕

排気ガス案内板は一対の気筒からの排気ガスを択一的に
酸素センサに案内することにより、該酸素センサは交互
にいずれか一方の気筒からの排気ガスにのみさらされる
ことになり、１個の酸素センサで２つの気筒からの排気
ガス中の酸素濃度を気筒別に検出する。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を図面に基づき詳述する。

第１図において、１は例えば４つの気筒1A,1B,1C,1Dを
有するエンジン本体で、該エンジン本体１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１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1A,1B,1C,1D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1A,1B,1C,1Dに
それぞれ接続された分岐管11A,11B,11C,11Dと、第１の
気筒1Aの分岐管11A及び第４の気筒1Dの分岐管11Dを合流
させる二又状の一の連結管11Eと、第２の気筒1Bの連結
管11B及び第３の気筒1Cの連結管11Cを合流させる二又状
の他の連結管11Fと、該両連結管11E,11F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1Aと
第４の気筒1Dからの排気ガスが流入する一の連結管11E
の中央に設けられ、他方の酸素センサ15は分岐管11B,11
Cをそれぞれ介して第２の気筒1Bと第３の気筒1C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。

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1A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1D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11F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1B
からの排気ガスと第３の気筒1C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18Dと、吸気マニホールド９と
ケーシング18A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1
9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ようになっている。

さらに、24は例えばマイクロコンピュータによって構成
されるコントロールユニットで、該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と接続され、また電源とし
てのバッテリと接続されている。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14,1
5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
ュ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はタイマを有してお
り、三方切換弁19に例えば10秒間隔で弁切換信号を出力
して大気と吸気配管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。

本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１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に所定デューティの噴射パルスを出力す
る。

エンジン本体１の気筒1A,1B,…は第１、第３、第２、第
４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1A,1B,…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10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。

而して、本実施例によれば、２つの気筒1A,1Dにそれぞ
れ接続する２本の分岐管11A,11Dの連結管11E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,11C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,11Fに
は酸素センサ14,15の上流側に位置して分岐管11A,11D及
び11B,11C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を設けてある。そして、コントロールユニ
ット24からの所定間隔、例えば10秒毎の弁切換信号によ
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、作動ロッド18Cを介して該
各排気ガス案内板16,17は左、右方向に交互にその向き
を変えるようになっている。

この結果、酸素センサ14を２つの気筒1A,1Dからの排気
ガスに一定時間交互にさらすことができ、１個の酸素セ
ンサ14によって２つの気筒1A,1Dからの排気ガスの酸素
濃度を気筒別に検出することができる。また、他の酸素
センサ15も同様にして２つの気筒1B,1Cからの排気ガス
の酸素濃度を気筒別に検出するこができる。

なお、酸素センサ14,15は応答性が各気筒の点火時期の
サイクルに比較して遅いことから、実施例では点火時期
には同期させないでコントロールユニット24内のタイマ
によって例えば10秒毎のゆっくりした周期で方向が切換
られるようになっており、各酸素センサ14,15は各気筒1
A,1B,…からの排気ガス中の酸素濃度を一定時間の平均
流量から検出するようになっている。

叙上の如く本実施例によれば、４つの気筒1A,1B,…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1
4,15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バック制
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で全気筒1A,1B,…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
本考案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。

〔考案の効果〕

本考案は以上詳述した如くであって、各気筒に接続する
一対の分岐管の連結部に位置して酸素センサを設け、排
気ガス案内板によって各気筒からの排気ガスを該酸素セ
ンサ側に択一的に案内するように構成したから、気筒数
の半分の個数の酸素センサによって全気筒の排気ガスの
酸素濃度を気筒別に検出することが可能である。従っ
て、酸素センサの使用個数を抑えてコストの低減を図り
つつ、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図は本考案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である。 1A,1B,1C,1D……気筒、11……排気マニホールド、11A,1
1B,11C,11D……分岐管、11E,11F……連結管、14,15……
酸素センサ、16,17……排気ガス案内板。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項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から構成してなる排気ガスの気筒
   別酸素濃度検出装置。