JPS5833248Y2 - 燃料噴射式内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は燃料噴射式内燃機関の空燃比制御装置に関する
。

従来より機関吸気系にエアフローメータを具え、該エア
フローメータの出力信号により吸入空気量にほぼ比例し
た燃料を機関シリンダ内に供給するようにした燃料噴射
式内燃機関において、排気ガス中の有害成分ＨＣ，ＣＯ
並びにＮＯｘを同時に低減するために機関排気系に三元
触媒を内蔵した触媒コンバータを具備した燃料噴射式内
燃機関が提案されている。

三元触媒は機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比
がほぼ理論混合比であるときに浄化効率が最も高くなる
ので、この種の燃料噴射式内燃機関では通常機関排気系
に排気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出
器を取付け、該酸素濃度検出器の出力信号を燃料噴射制
御回路に帰還して機関シリンダ内に供給される混合気の
空燃比が理論混合比になるように制御している。

三元触媒におけるＨＣ，ＣＯの酸化反応並びにＮＯｘの
還元反応はいずれも発熱反応であり、斯くして浄化効率
が最も高いときに触媒の温度が最も高くなる。

従ってこの種の燃料噴射式内燃機関では機関回転数が高
くかつ高負荷運転時に触媒温度が９００℃以上に達し、
その結果触媒の浄化作用が著るしく低下するという問題
がある。

本考案は触媒温度が所定温度以上になったときに酸素濃
度検出器の出力信号の帰還を停止して吸入空気量が所定
量以下のときは薄い混合気を機関シリンダに供給し、一
方吸入空気量が所定量以上のときは濃い混合気を機関シ
リンダに供給し、それによって触媒温度を低下させつつ
燃料消費量を低減させ、更に排気ガス中の有害成分の量
を最小限に抑えるようにした燃料噴射式内燃機関の空燃
比制御装置を提供することにある。

以下、添附図面を参照して本考案を詳細に説明する。

第１図において、１は機関本体、２は吸気マニホルド、
３は排気マニホルド、４は三元触媒５を内蔵した触媒コ
ンバータ、６は燃料噴射弁、７は吸入空気量を調節制御
するスロットル弁、８は吸入空気量を検出するエアフロ
ーメータ、９は排気ガス中の酸素濃度を検出するための
酸素濃度検出器、１０は三元触媒５の温度を検出する温
度検出器を示す。

燃料噴射弁６は電磁式噴射弁からなり、その噴射弁作動
用ソレノイドは燃料噴射制御回路１１に連結される。

この燃料噴射制御回路１１はエアフローメータ８の出力
信号、酸素濃度検出器９の出力信号、温度検出器１０の
出力信号並びに機関回転数を検出する回転信号発生器１
２の出力信号に基づいて燃料噴射時間を決定する。

第４図並びに第５図にエアフローメータ８を示す。

エア７０−メータ８はそのハウジング内に吸入空気通路
１３を有し、この吸入空気通路１３内に流量計測板１４
が配設される。

この流量計測板１４はハウジングに回動可能に枢着され
た回動軸１５に固着される。

回動軸１５とハウジング間にはコイルばね１６が装着さ
れ、このコイルばね１６のばね力によって流量計測板１
４は常時時計回りに付勢される。

更にハウジング内には扇状のダンパ室１７が形成され、
このダンパ室１７内に流量言権１］板１４と一体成形の
ダンパ板１８が設げられる。

第４図に示されるようにエアフローメータ８は更に回転
スライダ１９と固定抵抗２０からなるポテンショメータ
２１を具備し、このスライダ１９は回動軸１５の上端部
に連結される。

従って吸入空気通路１３内を矢印Ａ方向に向けて吸入空
気が流れたとき、流量計測板１４は吸入空気量に応じて
反時計回りに回動し、それに伴ってスライダ１９が回動
するのでポテンショメータ２１の抵抗が変化する。

従来では第３図において破線で示すようにエアフローメ
ータ８で検出される吸入空気量Ｑが実際の吸入空気量Ｑ
ａを正確に表示するように抵抗２０が調整されている。

しかしながら本考案では第３図において実線で示すよう
に実際の吸入空気量Ｑａが所定量以下のときエアフロー
メータ８で検出される吸入空気量Ｑが実際の吸入空気量
Ｑａよりも少ない吸入空気量を表示するように抵抗２０
が調整され、また実際の吸入空気量Ｑａが所定量以上の
ときエアフローメータ８で検出される吸入空気量Ｑが実
際の吸入空気量Ｑａよりも多い吸入空気量を表示するよ
うに抵抗２０が調整される。

従って例えば実際の吸入空気量Ｑａが所定量以下のとき
エアフローメータ８から燃料噴射制御回路１１（第１図
参照）に実際の吸入空気量よりも少ない空気があたかも
吸入されていることを示す検出信号が送り込まれる。

第６図に燃料噴射制御回路１１の回路図を示す。

第６図において、３０は回転信号発生器１２からの回転
信号Ｎとエアフローメータ８からの吸入空気量信号Ｑと
によって機関１回転当りの吸入空気量Ｑ／Ｎを演算する
割算回路である。

この割算回路３０の出力信号は乗算回路３１に伝達され
、こＯｉ算回路３１は燃料噴射量を定めるパルス幅τの
パルスを発する。

このパルス信号は出力回路３２によって増幅されて燃料
噴射弁６を開弁駆動する。

酸素濃度検出器９は例えばＺ ｒ ０２セラミツクから
なる検出器であって、この検出器９は排気ガスが酸化雰
囲気のときは０．１ Ｖ程度の出力を発し、排気ガスが
還元雰囲気のときは０．９Ｖ程度の出力を発する。

この酸素濃度検出器９の出力を一方の入力とし、基準電
圧を他方の人力とするコンパレータ３３が設けられ、こ
のコンパレータ３３の出力側には第７図ａに示すように
排気ガスが還元雰囲気のときオン状態となり、排気ガス
が酸化雰囲気のときオフ状態となるパルス信号が発生す
る。

コンパレータ３３の出力側は積分回路３４に接続され、
この積分回路３４においてコンパレータ３３から発せら
れるパルスが積分される。

従って積分回路３４の出力端子には第７図すに示すよう
に変化する電圧が発生し、この電圧が乗算側路３１に供
給される。

乗算回路３１内では積分回路３４の出力電圧に応じて割
算回路３０より送り込まれたパルス信号のパルス幅が広
げ或いは狭められ、それによって機関シリンダ内に供給
される混合気の空燃比が理論混合比となるように燃料噴
射パルスτのパルス幅が制御される。

温度検出器１０は例えば温度によって抵抗値が変化する
サーミスタからなり、この温度検出器１０は抵抗３５を
介して電源３６に接続される。

従って三元触媒５（第１図参照）の温度が上昇するにつ
れて温度検出器１０と抵抗３５の接続点３７の電圧が変
化する。

この接続点３Ｔを一方の入力とし、基準電圧を他方の人
力とするコンパレータ３８が設けられ、このコンパレー
タ３８の出刃端子は積分回路３４の積分動作を停止させ
る半導体スイッチ３９に接続される。

この半導体スイッチ３９は通常開成しており、従ってこ
のとき積分回路３４が作動して上述の如く機関シリンダ
内に供給される混合気の空燃比が理論混合比となるよう
に燃料噴射量が制御される。

一方、三元触媒５の温度が上昇するとそれに伴って温度
検出器１０の抵抗は低下し、斯くして接続点３７の電圧
も低下する。

三元触媒５の温度が所定温度、例えば９００℃を越える
と接続点３７ＯＮ圧はコンパレータ３８の基準電圧以下
となり、それによってコンパレータ３８がオン状態とな
り半導体スイッチ３９が閉成される。

その結集積分回路３４の積分動作が停止し、酸素濃度検
出器９の検出信号の帰還が停止する。

このとき燃料噴射弁６からの燃料噴射量はエアフローメ
ータ８の検出信号のみによって制御される。

前述したようにエアフローメータ８の検出信号は実際の
吸入空気量が所定量以下のとき実際の吸入空気量より少
ない空気量を表示し、一方実際の吸入空気量が所定量以
上のとき実際の吸入空気量より多い空気量を表示する。

従って実際の吸入空気量が所定量以下のとき空気量に対
する燃料噴射量が減少し、斯くして薄い混合気が機関シ
リンダ内に供給される。

一方実際の吸入空気量が所定量以上のとき空気量に対す
る燃料噴射量が増大し、斯くして濃い混合気が機関シリ
ンダ内に供給される。

第２図に示されるように機関シリンダ内に供給される混
合気の空燃比λが理論混合比（λ＝１．０）の場合に三
元触媒５の触媒床温度Ｔが最も高くなることがわかる。

従って機関シリンダ内に薄い混合気が供給されると触媒
温度が低下すると共に混合気が稀薄であるため排気ガス
中の有害成分ＨＣ。

ＣＯ並びにＮＯｘが減少しかつ燃料消費量が低減する。

一方、機関シリンダ内に濃い混合気が供給されると触媒
温度が低下する。

またこのように吸入空気量が所定量以上のとき、即ち高
速高負荷運転時には濃い混合気が機関シリンダ内に供給
されるので高出力を得ることができる。

また本考案はエアフローメータの抵抗値を調整すること
によって薄い混合気或いは濃い混合気を形成するように
しているが、従来のエアフローメータの出力側に第３図
に示すような特性を有する電気信号に変換する電気回路
を設げ、この電気回路によって薄い混合気或いは濃い混
合気を形成するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る燃料噴射式内燃機関の空燃比制御
装置の図解的に示した全体図、第２図は空燃比λと触媒
床温度Ｔとの関係を示すグラフ、第３図は実際の吸入空
気量Ｑａとエアフローメータが表示する吸入空気量Ｑと
の関係を示すグラフ、第４図はエアフローメータの分解
斜視図、第５図はエアフローメータの断面図、第６図は
空燃比制御装置の電気回路図、第７図は電圧変化を示す
グラフである。 ２・・・・・・吸気マニホルド、３・・曲排気マニホル
ド、４・・・・・・触媒コンバータ、５・・・・・・三
元触媒、６・・・・・・燃料噴射弁、８・・・・・・エ
アフローメータ、９・・・・・・酸素濃度検出器、１０
・・・・・・温度検出器、１１・・・・・・燃料噴射制
御回路、１２・・・・・・回転信号発生器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 機関排気系に排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度
   検出器と触媒コンバータとを設け、該検出器の検出信号
   を帰還して燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御するよう
   にした燃料噴射式内燃機関の空燃比制御装置において、
   吸入空気量が所定量以下のとき実際よりも少ない吸入空
   気量を示す出力信号を発しかつ吸入空気量が所定量以上
   のとき実際よりも多い吸入空気量を示す出力信号を発す
   る吸入空気量検出回路を設けて該検出回路並びに酸素濃
   度検出器の出力信号に基づいて燃料噴射量を制御し、更
   に触媒コンバータに温度検出器を設けて触媒温度が所定
   温度以上になったとき該温度検出器の出力信号により上
   記酸素濃度検出器の帰還制御を停止し、それによって吸
   入空気量が所定量以下のとき薄い混合気を、吸入空気量
   が所定量以上のとき濃い混合気を機関シリンダ内に供給
   するようにした燃料噴射式内燃機関の空燃比制御装置。