JPS6114327B2 - - Google Patents
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- JPS6114327B2 JPS6114327B2 JP53029096A JP2909678A JPS6114327B2 JP S6114327 B2 JPS6114327 B2 JP S6114327B2 JP 53029096 A JP53029096 A JP 53029096A JP 2909678 A JP2909678 A JP 2909678A JP S6114327 B2 JPS6114327 B2 JP S6114327B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
- F01N3/22—Control of additional air supply only, e.g. using by-passes or variable air pump drives
- F01N3/222—Control of additional air supply only, e.g. using by-passes or variable air pump drives using electric valves only
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
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- F01N3/22—Control of additional air supply only, e.g. using by-passes or variable air pump drives
- F01N3/227—Control of additional air supply only, e.g. using by-passes or variable air pump drives using pneumatically operated valves, e.g. membrane valves
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
- F02D35/0015—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for using exhaust gas sensors
- F02D35/0023—Controlling air supply
- F02D35/0038—Controlling air supply by means of air pumps
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T137/00—Fluid handling
- Y10T137/8593—Systems
- Y10T137/86493—Multi-way valve unit
- Y10T137/86574—Supply and exhaust
- Y10T137/86582—Pilot-actuated
- Y10T137/8659—Variable orifice-type modulator
- Y10T137/86598—Opposed orifices; interposed modulator
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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、排気ガス制御アクチユエータに係
り、特に排気空燃比を理論突燃比に制御でき、三
元触媒による排気ガス浄化装置の浄化効率、耐久
性の向上を図るのに好適な排気ガス制御アクチユ
エータに関する。 〔従来の技術〕 一般に、エンジンから排出されたガス中の
HC，CO及びNOxを同時に減少させるためには排
気系に設けた触媒装置特に三元触媒装置に流入す
る排気ガスの空燃比を理論空燃比を中心にした狭
い範囲に保つ必要があることが知られている。従
つてエンジンの吸気系のキヤブレタの空燃比を理
論空燃比よりリツチ側に設定しておき、排気系マ
ニホールドにエアポンプから２次空気を吹込み、
それを下流の排気管を経て三元触媒に導き、三元
触媒入口に設けられている酸素濃度検出器（以下
O2センサという）の信号によつて三元触媒装置
入りガスの排気空燃比を理論空燃比を中心とする
狭い範囲に保つように２次空気供給量をフイード
バツク制御すれば、排気中のHC，CO及びNOxを
同時に減少させかつ車両の動力性能を高めること
ができる。 ところで、排気系において、２次空気が供給さ
れ、空燃比をみかけ上の理論空燃比にそろえられ
た排気と、理論空燃比の混合気がエンジン内で燃
焼されて出る排気とでは、同一の空燃比であつて
も排気の組成は異なり、前者の排気の方がH2，
CO，O2の濃度が高くなる。また、ジルコニア
（ZrO2）を使用されてなるO2センサは、O2濃度の
みでなく、H2，CO特にH2濃度に影響され、起電
力急立時の空燃比は理論空燃比よりもリーン側に
シフトするようになつている。このため、２次空
気が供給される排気系に設置されているO2セン
サの信号変化点は理論空燃比よりもリーン側にシ
フトするという出力特性を示す。 また、触媒には多少のO2ストレージ作用があ
るので、排気空燃比が理論空燃比を中心として±
0.5程度変動しても、理論空燃比の排気と同じ様
にHC，CO，NOxを高い浄化率で同時に浄化する
ことができる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、排気組成中のH2，CO，HC濃
度が高い場合には触媒の平均作動温度は高くなる
ため、これは長時間高負荷運転において触媒過熱
の問題を生じ、触媒を担持する担体、容器等に過
熱防護の配慮が必要となる。 さらに、三元触媒は、絶えず還元性雰囲気（リ
ツチな排気）と酸化性雰囲気（リーンな排気）に
交互にさらされるような使用状態では耐久性があ
りその浄化性能の劣化は少ないが、浄化性雰囲気
にさらされる割合が多くなると耐久性が低下し、
浄化性能の劣化が速くなる。一般的には、その耐
久性は走行距離換算で数万キロ程度に低下する。
以上のように、O2センサの信号変化点がリーン
シフトすることは、触媒を酸化性雰囲気にさらす
割合を多くし、また、酸化による熱発生に伴ない
作動温度が正規の理論空燃比における排気処理の
場合より高くなることも相まつて触媒の耐久性確
保を一層困難とする。 また、O2センサを排気系に装着した場合の応
答速度は、空燃比が理論空燃比より大きくなり燃
料が濃いというリツチ信号から薄いというリーン
信号への転位においては、横軸に時間Ｔをとり縦
軸にO2センサの出力電圧Ｖをとつた第１図の特
性線Ａに示すように緩やかな立下り特性を示し、
その逆では特性線Ｂに示すような急激な立上り特
性を示している。すなわち、O2センサの時間遅
れ特性は、出力信号の切換わり方向によつて遅れ
の大きさが異なるが、排気空燃比を理論空燃比を
中心として精度よく制御するためには、理論空燃
比を中心とする制御振幅を＋側と−側とで可能な
限り小さな範囲に抑えなければならないという問
題があつた。 本発明の目的は、O2センサの出力特性のリー
ンシフトを補償し、かつ切換り方向によつて異な
る出力信号の時間遅れに対して２次空気供給量が
制御できる排気ガス制御アクチユエータを提供す
ることである。 〔問題を解決するための手段〕 前記目的を達成するために、本発明の排気ガス
制御アクチユエータは、内燃機関の排気マニホー
ルドに供給される２次空気量を制御する弁機構
と、前記弁機構の弁体に連結されるダイヤフラム
を有し、該ダイヤフラムを作動させる空気圧を導
入する負圧導入口と大気導入口を対向して作動室
に形成するとともに、前記ダイヤフラムに当接さ
れるコントロールコアを前記作動室に配置し、該
コントロールコアを介して前記弁体を開弁方向に
付勢する弾性体が設けられている弁作動機構と、
前記コントロールコアに連係されるフラツパを有
し、該フラツパを前記負圧導入口と大気導入口と
の間に配置するとともに、閉弁時にフラツパが当
接し、該フラツパの回動支点となる支点部材を前
記負圧導入口に対して前記コントロールコアの反
対側の前記負圧導入口近傍に設け、かつ開弁時に
フラツパを大気導入側に所定角度回動させ、該フ
ラツパの回動状態を前記コントロールコアに保持
されるフラツパ保持手段が設けられているフラツ
パ機構と、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素
濃度検出器と、前記検出器から出力されるリーン
信号に基づいて前記負圧導入口を介して前記作動
室に負圧を導入させる閉弁信号を出力し、一方リ
ツチ信号に基づいて前記フラツパ保持手段の動作
させ、前記大気導入口を介して前記作動室に大気
を導入させる開弁信号を出力する制御部とから構
成されている。 〔作 用〕 上記の構成によると、弁機構はリーン信号に基
づいて作動室に負圧が導入されることによつて閉
弁動作され、２次空気供給量を減少させる。この
とき、フラツパ保持手段が非作動状態にあるた
め、フラツパは支点部材に当接されており、この
支点部材を支点として弾性体の付勢力に抗して移
動するコントロールコアによつて回動される。こ
こで、フラツパの支点と負圧導入口との間の距離
がフラツパの長さ、すなわちフラツパの支点とコ
ントロールコアとの間の距離より短かく設定され
ているため、コントロールコアの移動量に対して
負圧導入口に対峙したフラツパ部分の移動量が小
さくなり、負圧導入口の流路抵抗が小さく変化
し、２次空気供給量の変化率が大きくなる。一
方、弁機構はリツチ信号に基づいて作動室に大気
が導入されることによつて開弁動作され、２次空
気供給量を増大させる。このとき、フラツパ保持
手段が動作され、フラツパを支点部材から引き離
して大気導入口側に回動させ、かつその状態を保
持してコントロールコアに一体化される。する
と、フラツパはコントロールコアと一体的に移動
するため、大気導入口の流路抵抗は大きく変化
し、２次空気供給量の変化率が小さくなる。この
ように、酸素濃度検出器の出力特性に合つた２次
空気の流量制御が行なわるため、排気空燃比を理
論空燃比に精度よく制御できる。 〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。 第２図は、本発明に係る排気ガス制御アクチユ
エータが採用される２次空気供給システムを示す
説明図である。エンジン１の吸気マニホールド２
にはキヤブレタ３が設けられ、キヤブレタ３の上
流側にはエアクリーナ４が取付けられている。エ
ンジン１の排気ポート５には排気マニホールド６
が設けられ、排気マニホールド６に連結されてい
る排気管７の下流側には三元触媒コンバータ８が
配設されている。 三元触媒コンバータ８は、理論空燃比を中心と
して±２％程度の空燃比範囲内で、HC，CO，
NOxを同時に３成分とも浄化するものである
が、理論空燃比付近の燃焼によるエンジンの
NOx発生を抑止するために、エンジン１では理
論空燃比か若干リツチな混合気を燃焼させて排気
系に２次空気を供給し、三元触媒における排気組
成が理論空燃比で燃焼させた場合と同じになるよ
うに流量制御弁１０および流量制御装置３０とか
らなる排気ガス制御アクチユエータが設けられる
ようになつている。 流量制御弁１０には、流入ポート１１が備えら
れ、流入ポート１１はエア流入管１２を介してエ
アポンプ１３に接続され、エアポンプ１３はエア
導入管１４を介してエアクリーナ４に接続されて
いる。エアポンプ１３は、エンジン１の出力軸と
連結されて駆動され、エンジン回転数に比例する
空気量を流入ポート１１に送出するようになつて
いる。また、流量制御弁１０には流出ポート１５
が備えられ、流出ポート１５はエア流出管１６を
介して供給ポート１７に接続され、供給ポート１
７はエンジン１の排気ポート５に接続されてい
る。さらに、流量制御弁１０にはバイパスポート
１８が備えられ、バイパスポート１８はバイパス
導管１９を介してエアクリーナ４に接続されてい
る。流量制御装置３０は、流量制御弁１０を制御
するものであり、電磁開閉弁３１と後述するロツ
クコイル５１とによつて駆動されるようになつて
いる。電磁開閉弁３１の一方のポートは負圧導入
管３２を介して吸気マニホールド２に接続され、
他方のポートは負圧導管３３を介して後述する作
動室３８に接続されている。また、排気管７の三
元触媒コンバータ８の入口側には、O2センサ７
０が固定され、O2センサ７０の出力は電子制御
回路８０に伝達され、電子制御回路８０の出力は
前述の電磁開閉弁３１およびロツクコイル５１を
駆動させるようになつている。 すなわち、この２次空気供給システムにおいて
は、以下に詳述するように、排気管７にはエアポ
ンプ１３からの２次空気を流量制御弁１０を介し
て供給し、三元触媒コンバータ８の直前に設けら
れているO2センサ７０の出力によつて電子制御
回路８０により２次空気供給量を流量制御装置３
０にフイードバツクし、三元触媒コンバータ８に
流入する排気空燃比を理論空燃比を中心とする狭
い範囲に維持するようになつている。 第３図は本実施例に係る排気ガス制御アクチユ
エータを詳細に示す説明図である。流量制御弁１
０の流入ポート１１、流出ポート１５およびバイ
パスポート１８の交差位置には弁体２０が移動可
能に設けられている。また、流入ポート１１とバ
イパスポート１８とは、連通路２１によつて直結
可能とされ、連通路２１には、負圧制御弁２２が
設けられている。負圧制御弁２２は、ダイヤフラ
ム２３を備え、ダイヤフラム２３は、大気室２４
と吸気マニホールド２に連結されるバキユーム室
２５との隔壁となり、バキユーム室２５には圧縮
ばね２６が装着されている。すなわち、負圧制御
弁２２は、マニホールド負圧の減少につれて閉じ
られ、流入ポート１１から流出ポート１５に送ら
れる空気量を増加させ、排気ポート５に供給され
る２次空気量を増加させるようになつている。一
方、流量制御装置３０は、ハウジング３４の内部
下端側にダイヤフラム３５を備えている。ダイヤ
フラム３５は、その下面側に設けられる前述の弁
体２０の支持ロツド部２０Ａとその上面側に設け
られるプレート３６とによつて挟まれ、支持ロツ
ド２０Ａとプレート３６とはリベツト３７によつ
てダイヤフラム３５固定されている。ハウジング
３４は、ダイヤフラム３５によつて上方の作動室
３８と、常時大気に連通されている大気室３８Ａ
とに分割されている。作動室３８の内部には図に
おいて左右のハウジング壁に固定される薄板状の
ステー３９，４０を備え、これらのステー３９，
４０の先端部にはコントロールコア４１の両端部
がそれぞれ固定され、コントロールコア４１は第
３図に示される下端位置から上端側位置に上昇す
るにつれてステー３９，４０のアーム長さによつ
て定まる回転半径上をその両端部が移動し、一定
の角度範囲内を徐々に傾斜角を変化さてながら上
昇もしくは下降するようになつている（第６図参
照）。コントロールコア４１の上端部には圧縮ば
ね４２がばね受皿４３との間に介装され、ばね受
皿４３はハウジング３４の内部上端面に突設され
る調整ねじ４４によつて位置調整可能に支持され
ている。コントロールコア４１の下端部は、圧縮
ばね４２の付勢力、作動室３８内の圧力および大
気圧３８Ａ内の圧力によつて弁体２０のロツド支
持部２０Ａと一体的に連動するようになつてお
り、静止状態においては、圧縮ばね４２の付勢力
によつてコントロールコア４１は弁体２０をバイ
パスポート１８側に押圧し、流入ポート１１と流
出ポート１５とを全開状態で連通させるようにな
つている。 ここで、ダイヤフラム２３、負圧導入口５２お
よび大気導入口５９が設けられた作動室３８、コ
ントロールコア４１、そして圧縮ばね４２によつ
て弁作動機構が構成されている。 また、コントロールコア４１の上端部近傍には
サポート４５の一端が固定され、サポート４５の
他端にはフラツパ４６の一端がピン接合されてい
る。フラツパ４６の中間部で前記ピン接合位置近
傍には、板ばね４７の一端がピン接合され、板ば
ね４７の他端はハウジング３４に固定されてい
る。フラツパ４６の他端は、ハウジング３４に螺
合されている支点部材としての支点ねじ４８の下
端に当接可能に延長され、フラツパ４６の支点ね
じ４８近傍部分はその上面を負圧導入口５２に対
向し、その下面を大気導入口５９に対向するよう
になつており、支点ねじ４８を上下動することに
よつてフラツパ４６と負圧導入口５２および大気
導入口５９との間隙が調整されノズルフラツパ機
構が形成されている。また、フラツパ４６の前記
板ばね４７取付け位置近傍の上面には固着ばね４
９が固定され、固着ばね４９の他端は、フラツパ
４６の中間部で前記支点ばね４８との当接位置と
反対の面にピポツト５０Ａによつて支持されてい
るアーマチヤ５０と係合されている。アーマチヤ
５０は、コントロールコア４１の中間部周囲に配
設されているロツクコイル５１の側面に吸引可能
に延設され、アーマチヤ５０の先端部はロツクコ
イル５１の下方において折り曲げられ、非吸引時
にコントロールコア４１の側面と間隙Ｌを保持す
るようになつている。ここで、アーマチヤ５０と
ロツクコイル５１はフラツパ保持手段を構成して
いる。 負圧導入口５２は、前述の負圧ポート５３に連
通されている。電磁開閉弁３１は、弁室５４の内
部に負圧ポート５３を開閉可能な弁体５５が設け
られ、弁体５５は圧縮ばね５６によつて負圧ポー
ト５３を閉じる方向に付勢されるとともに、可動
プランジヤ５７をソレノイド５８によつて駆動さ
れて負圧ポート５３を開口させるようになつてい
る。なお、弁室５４は、前述の負圧導管３２を介
して常時吸気マニホールド２に連通され真空状態
を形成されている。 流量制御装置３０の電磁開閉弁３１内に設けら
れているソレノイド５８および作動室３８内に設
けられているロツクコイル５１を駆動する電子制
御回路８０には、コンパレータ８１が備えられ、
コンパレータ８１の一方の入力端には、前記O2
センサ７０が連結され、他方の入力には基準電圧
源８２が接続されている。O2センサ７０は、排
気系における排気空燃比がリツチ側の時0.9V程
度の出力電圧を出力し、リーン側の時は0.1V程
度の出力電圧を出力する。コンパレータ８１の出
力はO2センサ７０の出力電圧が0.1V程度の時高
レベル状態となり、O2センサ７０の出力電圧が
0.9V程度の時低レベル状態となり、このコンパ
レータ８１の出力は、増幅作用を含むタイマ回路
８３に伝達され、タイマ回路８３の出力は次に述
べるようにソレノイド５８もしくはロツクコイル
５１を励磁するようになつている。 タイマ回路８３は、第４図に示されるように、
基準時間発生装置８４が伴なう時間比較装置８５
を有し、コンパレータ８１の出力値に応じてロツ
クコイル５１をON，OFFする第１スイツチ８６
と、ソレノイド５８をON，OFFする第２スイツ
チ８７を開閉させるようになつている。すなわ
ち、表に示されるように、排気系における排気空
燃比がリーン側にあり、O2センサ７０の出力電
圧Ｖが基準電圧源８２の基準電圧Vrefより小さ
く、コンパレータ８１の出力がリーン信号にある
場合には第１スイツチ８６をOFFし、第２スイ
ツチ８７をONしてソレノイド５８を励磁させる
ようになつている。また、排気系における排気空
燃比がリツチ側にあり、コンパレータ８１の出力
がリツチ信号である場合には、時間比較装置８５
によつて次のように処理される。リツチ信号の持
続時間ＴRが基準時間発生装置８４の発する基準
時間ＴROよりも短い場合には、第１スイツチ８６
をONしロツクコイル５１を励磁し、第２スイツ
チ８７をOFFするようになつており、リツチ信
号の持続時間ＴRが基準時間ＴROよりも長い場合
は、第１スイツチ８６および第２スイツチ８７の
両者をOFFさせるようになつている。
り、特に排気空燃比を理論突燃比に制御でき、三
元触媒による排気ガス浄化装置の浄化効率、耐久
性の向上を図るのに好適な排気ガス制御アクチユ
エータに関する。 〔従来の技術〕 一般に、エンジンから排出されたガス中の
HC，CO及びNOxを同時に減少させるためには排
気系に設けた触媒装置特に三元触媒装置に流入す
る排気ガスの空燃比を理論空燃比を中心にした狭
い範囲に保つ必要があることが知られている。従
つてエンジンの吸気系のキヤブレタの空燃比を理
論空燃比よりリツチ側に設定しておき、排気系マ
ニホールドにエアポンプから２次空気を吹込み、
それを下流の排気管を経て三元触媒に導き、三元
触媒入口に設けられている酸素濃度検出器（以下
O2センサという）の信号によつて三元触媒装置
入りガスの排気空燃比を理論空燃比を中心とする
狭い範囲に保つように２次空気供給量をフイード
バツク制御すれば、排気中のHC，CO及びNOxを
同時に減少させかつ車両の動力性能を高めること
ができる。 ところで、排気系において、２次空気が供給さ
れ、空燃比をみかけ上の理論空燃比にそろえられ
た排気と、理論空燃比の混合気がエンジン内で燃
焼されて出る排気とでは、同一の空燃比であつて
も排気の組成は異なり、前者の排気の方がH2，
CO，O2の濃度が高くなる。また、ジルコニア
（ZrO2）を使用されてなるO2センサは、O2濃度の
みでなく、H2，CO特にH2濃度に影響され、起電
力急立時の空燃比は理論空燃比よりもリーン側に
シフトするようになつている。このため、２次空
気が供給される排気系に設置されているO2セン
サの信号変化点は理論空燃比よりもリーン側にシ
フトするという出力特性を示す。 また、触媒には多少のO2ストレージ作用があ
るので、排気空燃比が理論空燃比を中心として±
0.5程度変動しても、理論空燃比の排気と同じ様
にHC，CO，NOxを高い浄化率で同時に浄化する
ことができる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、排気組成中のH2，CO，HC濃
度が高い場合には触媒の平均作動温度は高くなる
ため、これは長時間高負荷運転において触媒過熱
の問題を生じ、触媒を担持する担体、容器等に過
熱防護の配慮が必要となる。 さらに、三元触媒は、絶えず還元性雰囲気（リ
ツチな排気）と酸化性雰囲気（リーンな排気）に
交互にさらされるような使用状態では耐久性があ
りその浄化性能の劣化は少ないが、浄化性雰囲気
にさらされる割合が多くなると耐久性が低下し、
浄化性能の劣化が速くなる。一般的には、その耐
久性は走行距離換算で数万キロ程度に低下する。
以上のように、O2センサの信号変化点がリーン
シフトすることは、触媒を酸化性雰囲気にさらす
割合を多くし、また、酸化による熱発生に伴ない
作動温度が正規の理論空燃比における排気処理の
場合より高くなることも相まつて触媒の耐久性確
保を一層困難とする。 また、O2センサを排気系に装着した場合の応
答速度は、空燃比が理論空燃比より大きくなり燃
料が濃いというリツチ信号から薄いというリーン
信号への転位においては、横軸に時間Ｔをとり縦
軸にO2センサの出力電圧Ｖをとつた第１図の特
性線Ａに示すように緩やかな立下り特性を示し、
その逆では特性線Ｂに示すような急激な立上り特
性を示している。すなわち、O2センサの時間遅
れ特性は、出力信号の切換わり方向によつて遅れ
の大きさが異なるが、排気空燃比を理論空燃比を
中心として精度よく制御するためには、理論空燃
比を中心とする制御振幅を＋側と−側とで可能な
限り小さな範囲に抑えなければならないという問
題があつた。 本発明の目的は、O2センサの出力特性のリー
ンシフトを補償し、かつ切換り方向によつて異な
る出力信号の時間遅れに対して２次空気供給量が
制御できる排気ガス制御アクチユエータを提供す
ることである。 〔問題を解決するための手段〕 前記目的を達成するために、本発明の排気ガス
制御アクチユエータは、内燃機関の排気マニホー
ルドに供給される２次空気量を制御する弁機構
と、前記弁機構の弁体に連結されるダイヤフラム
を有し、該ダイヤフラムを作動させる空気圧を導
入する負圧導入口と大気導入口を対向して作動室
に形成するとともに、前記ダイヤフラムに当接さ
れるコントロールコアを前記作動室に配置し、該
コントロールコアを介して前記弁体を開弁方向に
付勢する弾性体が設けられている弁作動機構と、
前記コントロールコアに連係されるフラツパを有
し、該フラツパを前記負圧導入口と大気導入口と
の間に配置するとともに、閉弁時にフラツパが当
接し、該フラツパの回動支点となる支点部材を前
記負圧導入口に対して前記コントロールコアの反
対側の前記負圧導入口近傍に設け、かつ開弁時に
フラツパを大気導入側に所定角度回動させ、該フ
ラツパの回動状態を前記コントロールコアに保持
されるフラツパ保持手段が設けられているフラツ
パ機構と、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素
濃度検出器と、前記検出器から出力されるリーン
信号に基づいて前記負圧導入口を介して前記作動
室に負圧を導入させる閉弁信号を出力し、一方リ
ツチ信号に基づいて前記フラツパ保持手段の動作
させ、前記大気導入口を介して前記作動室に大気
を導入させる開弁信号を出力する制御部とから構
成されている。 〔作 用〕 上記の構成によると、弁機構はリーン信号に基
づいて作動室に負圧が導入されることによつて閉
弁動作され、２次空気供給量を減少させる。この
とき、フラツパ保持手段が非作動状態にあるた
め、フラツパは支点部材に当接されており、この
支点部材を支点として弾性体の付勢力に抗して移
動するコントロールコアによつて回動される。こ
こで、フラツパの支点と負圧導入口との間の距離
がフラツパの長さ、すなわちフラツパの支点とコ
ントロールコアとの間の距離より短かく設定され
ているため、コントロールコアの移動量に対して
負圧導入口に対峙したフラツパ部分の移動量が小
さくなり、負圧導入口の流路抵抗が小さく変化
し、２次空気供給量の変化率が大きくなる。一
方、弁機構はリツチ信号に基づいて作動室に大気
が導入されることによつて開弁動作され、２次空
気供給量を増大させる。このとき、フラツパ保持
手段が動作され、フラツパを支点部材から引き離
して大気導入口側に回動させ、かつその状態を保
持してコントロールコアに一体化される。する
と、フラツパはコントロールコアと一体的に移動
するため、大気導入口の流路抵抗は大きく変化
し、２次空気供給量の変化率が小さくなる。この
ように、酸素濃度検出器の出力特性に合つた２次
空気の流量制御が行なわるため、排気空燃比を理
論空燃比に精度よく制御できる。 〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。 第２図は、本発明に係る排気ガス制御アクチユ
エータが採用される２次空気供給システムを示す
説明図である。エンジン１の吸気マニホールド２
にはキヤブレタ３が設けられ、キヤブレタ３の上
流側にはエアクリーナ４が取付けられている。エ
ンジン１の排気ポート５には排気マニホールド６
が設けられ、排気マニホールド６に連結されてい
る排気管７の下流側には三元触媒コンバータ８が
配設されている。 三元触媒コンバータ８は、理論空燃比を中心と
して±２％程度の空燃比範囲内で、HC，CO，
NOxを同時に３成分とも浄化するものである
が、理論空燃比付近の燃焼によるエンジンの
NOx発生を抑止するために、エンジン１では理
論空燃比か若干リツチな混合気を燃焼させて排気
系に２次空気を供給し、三元触媒における排気組
成が理論空燃比で燃焼させた場合と同じになるよ
うに流量制御弁１０および流量制御装置３０とか
らなる排気ガス制御アクチユエータが設けられる
ようになつている。 流量制御弁１０には、流入ポート１１が備えら
れ、流入ポート１１はエア流入管１２を介してエ
アポンプ１３に接続され、エアポンプ１３はエア
導入管１４を介してエアクリーナ４に接続されて
いる。エアポンプ１３は、エンジン１の出力軸と
連結されて駆動され、エンジン回転数に比例する
空気量を流入ポート１１に送出するようになつて
いる。また、流量制御弁１０には流出ポート１５
が備えられ、流出ポート１５はエア流出管１６を
介して供給ポート１７に接続され、供給ポート１
７はエンジン１の排気ポート５に接続されてい
る。さらに、流量制御弁１０にはバイパスポート
１８が備えられ、バイパスポート１８はバイパス
導管１９を介してエアクリーナ４に接続されてい
る。流量制御装置３０は、流量制御弁１０を制御
するものであり、電磁開閉弁３１と後述するロツ
クコイル５１とによつて駆動されるようになつて
いる。電磁開閉弁３１の一方のポートは負圧導入
管３２を介して吸気マニホールド２に接続され、
他方のポートは負圧導管３３を介して後述する作
動室３８に接続されている。また、排気管７の三
元触媒コンバータ８の入口側には、O2センサ７
０が固定され、O2センサ７０の出力は電子制御
回路８０に伝達され、電子制御回路８０の出力は
前述の電磁開閉弁３１およびロツクコイル５１を
駆動させるようになつている。 すなわち、この２次空気供給システムにおいて
は、以下に詳述するように、排気管７にはエアポ
ンプ１３からの２次空気を流量制御弁１０を介し
て供給し、三元触媒コンバータ８の直前に設けら
れているO2センサ７０の出力によつて電子制御
回路８０により２次空気供給量を流量制御装置３
０にフイードバツクし、三元触媒コンバータ８に
流入する排気空燃比を理論空燃比を中心とする狭
い範囲に維持するようになつている。 第３図は本実施例に係る排気ガス制御アクチユ
エータを詳細に示す説明図である。流量制御弁１
０の流入ポート１１、流出ポート１５およびバイ
パスポート１８の交差位置には弁体２０が移動可
能に設けられている。また、流入ポート１１とバ
イパスポート１８とは、連通路２１によつて直結
可能とされ、連通路２１には、負圧制御弁２２が
設けられている。負圧制御弁２２は、ダイヤフラ
ム２３を備え、ダイヤフラム２３は、大気室２４
と吸気マニホールド２に連結されるバキユーム室
２５との隔壁となり、バキユーム室２５には圧縮
ばね２６が装着されている。すなわち、負圧制御
弁２２は、マニホールド負圧の減少につれて閉じ
られ、流入ポート１１から流出ポート１５に送ら
れる空気量を増加させ、排気ポート５に供給され
る２次空気量を増加させるようになつている。一
方、流量制御装置３０は、ハウジング３４の内部
下端側にダイヤフラム３５を備えている。ダイヤ
フラム３５は、その下面側に設けられる前述の弁
体２０の支持ロツド部２０Ａとその上面側に設け
られるプレート３６とによつて挟まれ、支持ロツ
ド２０Ａとプレート３６とはリベツト３７によつ
てダイヤフラム３５固定されている。ハウジング
３４は、ダイヤフラム３５によつて上方の作動室
３８と、常時大気に連通されている大気室３８Ａ
とに分割されている。作動室３８の内部には図に
おいて左右のハウジング壁に固定される薄板状の
ステー３９，４０を備え、これらのステー３９，
４０の先端部にはコントロールコア４１の両端部
がそれぞれ固定され、コントロールコア４１は第
３図に示される下端位置から上端側位置に上昇す
るにつれてステー３９，４０のアーム長さによつ
て定まる回転半径上をその両端部が移動し、一定
の角度範囲内を徐々に傾斜角を変化さてながら上
昇もしくは下降するようになつている（第６図参
照）。コントロールコア４１の上端部には圧縮ば
ね４２がばね受皿４３との間に介装され、ばね受
皿４３はハウジング３４の内部上端面に突設され
る調整ねじ４４によつて位置調整可能に支持され
ている。コントロールコア４１の下端部は、圧縮
ばね４２の付勢力、作動室３８内の圧力および大
気圧３８Ａ内の圧力によつて弁体２０のロツド支
持部２０Ａと一体的に連動するようになつてお
り、静止状態においては、圧縮ばね４２の付勢力
によつてコントロールコア４１は弁体２０をバイ
パスポート１８側に押圧し、流入ポート１１と流
出ポート１５とを全開状態で連通させるようにな
つている。 ここで、ダイヤフラム２３、負圧導入口５２お
よび大気導入口５９が設けられた作動室３８、コ
ントロールコア４１、そして圧縮ばね４２によつ
て弁作動機構が構成されている。 また、コントロールコア４１の上端部近傍には
サポート４５の一端が固定され、サポート４５の
他端にはフラツパ４６の一端がピン接合されてい
る。フラツパ４６の中間部で前記ピン接合位置近
傍には、板ばね４７の一端がピン接合され、板ば
ね４７の他端はハウジング３４に固定されてい
る。フラツパ４６の他端は、ハウジング３４に螺
合されている支点部材としての支点ねじ４８の下
端に当接可能に延長され、フラツパ４６の支点ね
じ４８近傍部分はその上面を負圧導入口５２に対
向し、その下面を大気導入口５９に対向するよう
になつており、支点ねじ４８を上下動することに
よつてフラツパ４６と負圧導入口５２および大気
導入口５９との間隙が調整されノズルフラツパ機
構が形成されている。また、フラツパ４６の前記
板ばね４７取付け位置近傍の上面には固着ばね４
９が固定され、固着ばね４９の他端は、フラツパ
４６の中間部で前記支点ばね４８との当接位置と
反対の面にピポツト５０Ａによつて支持されてい
るアーマチヤ５０と係合されている。アーマチヤ
５０は、コントロールコア４１の中間部周囲に配
設されているロツクコイル５１の側面に吸引可能
に延設され、アーマチヤ５０の先端部はロツクコ
イル５１の下方において折り曲げられ、非吸引時
にコントロールコア４１の側面と間隙Ｌを保持す
るようになつている。ここで、アーマチヤ５０と
ロツクコイル５１はフラツパ保持手段を構成して
いる。 負圧導入口５２は、前述の負圧ポート５３に連
通されている。電磁開閉弁３１は、弁室５４の内
部に負圧ポート５３を開閉可能な弁体５５が設け
られ、弁体５５は圧縮ばね５６によつて負圧ポー
ト５３を閉じる方向に付勢されるとともに、可動
プランジヤ５７をソレノイド５８によつて駆動さ
れて負圧ポート５３を開口させるようになつてい
る。なお、弁室５４は、前述の負圧導管３２を介
して常時吸気マニホールド２に連通され真空状態
を形成されている。 流量制御装置３０の電磁開閉弁３１内に設けら
れているソレノイド５８および作動室３８内に設
けられているロツクコイル５１を駆動する電子制
御回路８０には、コンパレータ８１が備えられ、
コンパレータ８１の一方の入力端には、前記O2
センサ７０が連結され、他方の入力には基準電圧
源８２が接続されている。O2センサ７０は、排
気系における排気空燃比がリツチ側の時0.9V程
度の出力電圧を出力し、リーン側の時は0.1V程
度の出力電圧を出力する。コンパレータ８１の出
力はO2センサ７０の出力電圧が0.1V程度の時高
レベル状態となり、O2センサ７０の出力電圧が
0.9V程度の時低レベル状態となり、このコンパ
レータ８１の出力は、増幅作用を含むタイマ回路
８３に伝達され、タイマ回路８３の出力は次に述
べるようにソレノイド５８もしくはロツクコイル
５１を励磁するようになつている。 タイマ回路８３は、第４図に示されるように、
基準時間発生装置８４が伴なう時間比較装置８５
を有し、コンパレータ８１の出力値に応じてロツ
クコイル５１をON，OFFする第１スイツチ８６
と、ソレノイド５８をON，OFFする第２スイツ
チ８７を開閉させるようになつている。すなわ
ち、表に示されるように、排気系における排気空
燃比がリーン側にあり、O2センサ７０の出力電
圧Ｖが基準電圧源８２の基準電圧Vrefより小さ
く、コンパレータ８１の出力がリーン信号にある
場合には第１スイツチ８６をOFFし、第２スイ
ツチ８７をONしてソレノイド５８を励磁させる
ようになつている。また、排気系における排気空
燃比がリツチ側にあり、コンパレータ８１の出力
がリツチ信号である場合には、時間比較装置８５
によつて次のように処理される。リツチ信号の持
続時間ＴRが基準時間発生装置８４の発する基準
時間ＴROよりも短い場合には、第１スイツチ８６
をONしロツクコイル５１を励磁し、第２スイツ
チ８７をOFFするようになつており、リツチ信
号の持続時間ＴRが基準時間ＴROよりも長い場合
は、第１スイツチ８６および第２スイツチ８７の
両者をOFFさせるようになつている。
以上説明したように、本発明によれば、開弁時
と閉弁時におけるフラツパの動きを異らせること
によつて２次空気量の増加、減少時の変化率を酸
素濃度検出器の出力信号の切換時の時間遅れに対
して制御することができるので、排気空燃比から
のオーバーシユートを小さく抑えることができる
とともに、酸素濃度検出器のリーンシフトを補償
することができるから、触媒温度の過熱を防止し
て耐久性を確保することができる。
と閉弁時におけるフラツパの動きを異らせること
によつて２次空気量の増加、減少時の変化率を酸
素濃度検出器の出力信号の切換時の時間遅れに対
して制御することができるので、排気空燃比から
のオーバーシユートを小さく抑えることができる
とともに、酸素濃度検出器のリーンシフトを補償
することができるから、触媒温度の過熱を防止し
て耐久性を確保することができる。
第１図は酸素濃度検出器の時間出力特性図、第
２図は本発明に係る排気ガス制御アクチユエータ
が適用される２次空気供給システムを示す一部を
断面とした系統配管図、第３図は本発明に係る排
気ガス制御アクチユエータの一実施例を示す一部
を断面とした系統配管図、第４図は同電子制御回
路を示す配線図、第５図は２次空気供給量の制御
状態を示す波形図、第６図は第３図に係る排気ガ
ス制御アクチユエータの動作を示す一部を断面と
した系統配管図、第７図本発明に係る排気ガス制
御アクチユエータの他の実施例を示す要部断面
図、第８図は同電気回路を示す配線図である。 ２……吸気マニホールド、７……排気管、８…
…三元触媒コンバータ、１０……流量制御弁、１
１……流入ポート、１３……エアポンプ、１５…
…流出ポート、１８……バイパスポート、２０…
…弁体、２２……負圧制御弁、３０……流量制御
装置、３１……電磁開閉弁、３５……ダイヤフラ
ム、３８……作動室、３８Ａ……大気室、４１…
…コントロールコア、４６……フラツパ、５０…
…アーマチヤ、５１……ロツクコイル、５２……
負圧導入口、５８……ソレノイド、５９……大気
導入口、７０……O2センサ（酸素濃度検出器）、
８０……電子制御回路、８１……コンパレータ、
８３……タイマ回路、８４……基準時間発生装
置、８５……時間比較装置、８９……２次空気カ
ツト用ソレノイドバルブ、９７……２次空気カツ
ト制御回路。
２図は本発明に係る排気ガス制御アクチユエータ
が適用される２次空気供給システムを示す一部を
断面とした系統配管図、第３図は本発明に係る排
気ガス制御アクチユエータの一実施例を示す一部
を断面とした系統配管図、第４図は同電子制御回
路を示す配線図、第５図は２次空気供給量の制御
状態を示す波形図、第６図は第３図に係る排気ガ
ス制御アクチユエータの動作を示す一部を断面と
した系統配管図、第７図本発明に係る排気ガス制
御アクチユエータの他の実施例を示す要部断面
図、第８図は同電気回路を示す配線図である。 ２……吸気マニホールド、７……排気管、８…
…三元触媒コンバータ、１０……流量制御弁、１
１……流入ポート、１３……エアポンプ、１５…
…流出ポート、１８……バイパスポート、２０…
…弁体、２２……負圧制御弁、３０……流量制御
装置、３１……電磁開閉弁、３５……ダイヤフラ
ム、３８……作動室、３８Ａ……大気室、４１…
…コントロールコア、４６……フラツパ、５０…
…アーマチヤ、５１……ロツクコイル、５２……
負圧導入口、５８……ソレノイド、５９……大気
導入口、７０……O2センサ（酸素濃度検出器）、
８０……電子制御回路、８１……コンパレータ、
８３……タイマ回路、８４……基準時間発生装
置、８５……時間比較装置、８９……２次空気カ
ツト用ソレノイドバルブ、９７……２次空気カツ
ト制御回路。
Claims (1)
- １ 内燃機関の排気マニホールドに供給される２
次空気量を制御する弁機構と、前記弁機構の弁体
に連結されるダイヤフラムを有し、該ダイヤフラ
ムを作動させる空気圧を導入する負圧導入口と大
気導入口を対向して作動室に形成するとともに、
前記ダイヤフラムに当接されるコントロールコア
を前記作動室に配置し、該コントロールコアを介
して前記弁体を開弁方向に付勢する弾性体が設け
られている弁作動機構と、前記コントロールコア
に連係されるフラツパを有し、該フラツパを前記
負圧導入口と大気導入口との間に配置するととも
に、閉弁時にフラツパが当接し、該フラツパの回
動支点となる支点部材を前記負圧導入口に対して
前記コントロールコアの反対側の前記負圧導入口
近傍に設け、かつ開弁時にフラツパを大気導入側
に所定角度回動させ、該フラツパの回動状態を前
記コントロールコアに保持されるフラツパ保持手
段が設けられているフラツパ機構と、排気ガス中
の酸素濃度を検出する酸素濃度検出器と、前記検
出器から出力されるリーン信号に基づいて前記負
圧導入口を介して前記作動室に負圧を導入させる
開弁信号を出力し、一方リツチ信号に基づいて前
記フラツパ保持手段の動作させ、前記大気導入口
を介して前記作動室に大気を導入させる開弁信号
を出力する制御部と、を具備する排気ガス制御ア
クチユエータ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2909678A JPS54121323A (en) | 1978-03-13 | 1978-03-13 | Exhaust gas control actuator |
| US05/940,445 US4232517A (en) | 1978-03-13 | 1978-09-07 | Exhaust gas control actuator |
| DE19782840510 DE2840510A1 (de) | 1978-03-13 | 1978-09-18 | Stellvorrichtung fuer eine abgasreinigungsanlage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2909678A JPS54121323A (en) | 1978-03-13 | 1978-03-13 | Exhaust gas control actuator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54121323A JPS54121323A (en) | 1979-09-20 |
| JPS6114327B2 true JPS6114327B2 (ja) | 1986-04-18 |
Family
ID=12266816
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2909678A Granted JPS54121323A (en) | 1978-03-13 | 1978-03-13 | Exhaust gas control actuator |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4232517A (ja) |
| JP (1) | JPS54121323A (ja) |
| DE (1) | DE2840510A1 (ja) |
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| JPS5683512A (en) * | 1979-12-10 | 1981-07-08 | Aisin Seiki Co Ltd | Negative pressure control valve device and fluid control system using the same |
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| US4711379A (en) * | 1985-04-03 | 1987-12-08 | Nordson Corporation | Proportional flow control dispensing gun |
| US4922852A (en) * | 1986-10-30 | 1990-05-08 | Nordson Corporation | Apparatus for dispensing fluid materials |
| US4988015A (en) * | 1986-10-30 | 1991-01-29 | Nordson Corporation | Method for dispensing fluid materials |
| US5054650A (en) * | 1986-10-30 | 1991-10-08 | Nordson Corporation | Method of compensating for changes in the flow characteristics of a dispensed fluid to maintain the volume of dispensed fluid at a setpoint |
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| US5421366A (en) * | 1994-06-06 | 1995-06-06 | Borg-Warner Automotive, Inc. | Solenoid operated air control and check valve |
| US5822976A (en) * | 1995-04-05 | 1998-10-20 | Ford Global Technologies, Inc. | Method and system for controlling the amount of secondary air introduced into an internal combustion engine |
| US6648018B2 (en) | 2000-06-27 | 2003-11-18 | Siemens Automotive Inc. | Bypass control valve |
| US6860689B1 (en) * | 2001-05-02 | 2005-03-01 | Pilgrim Screw Corporation | Fastening assemblies and components thereof |
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| US7263823B2 (en) * | 2004-05-27 | 2007-09-04 | Cummins, Inc. | System for measuring NOx content of exhaust gas |
| WO2008037273A1 (en) * | 2006-09-26 | 2008-04-03 | Fluid Automation Systems S.A. | Poppet valve orifice |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3473548A (en) * | 1966-12-19 | 1969-10-21 | Donald W Erickson | Electrohydraulic servo mechanism |
| US3724808A (en) * | 1972-01-10 | 1973-04-03 | Emerson Electric Co | Two stage flow control system and pilot |
| DE2255297A1 (de) * | 1972-11-11 | 1974-05-22 | Bosch Gmbh Robert | Ventil fuer abgasleitungen von brennkraftmaschinen |
| US3880186A (en) * | 1974-03-25 | 1975-04-29 | Essex International Inc | Flow control devices |
| JPS51123428A (en) * | 1975-04-21 | 1976-10-28 | Nissan Motor Co Ltd | Exhaust gas purifier |
-
1978
- 1978-03-13 JP JP2909678A patent/JPS54121323A/ja active Granted
- 1978-09-07 US US05/940,445 patent/US4232517A/en not_active Expired - Lifetime
- 1978-09-18 DE DE19782840510 patent/DE2840510A1/de not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54121323A (en) | 1979-09-20 |
| US4232517A (en) | 1980-11-11 |
| DE2840510A1 (de) | 1979-10-11 |
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