JPS6343563B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は自動車用内燃機関の２次空気供給式の
排気ガス浄化装置における空燃比制御方法に関す
る。 従来周知の構成を第１図により説明すると、１
はエンジン本体、２はピストン、３はエギゾース
トバルブ、４はエギゾーストマニホールド、５は
フロントパイプ、６は三成分同時処理触媒（三元
触媒）、７，７′は２次空気供給パイプ、８は排気
ガスの逆流防止用の逆止弁、９′は負圧作動型の
２次空気制御弁、１０はエアポンプ、１１，１
１′は２次空気制御弁９′のダイアフラム室１４，
１５に導入する作動負圧をコントローラ１７の出
力信号によつて切替える三方電磁弁（VSV）、１
２，１２′は２次空気制御弁９′の作動速度を調整
するオリフイス、１６は酸素濃度検出器を用いた
空燃比センサ（O₂センサ）である。コントロー
ラ１７はO₂センサ１６の出力信号によつてVSV
１１，１１′を作動する出力を発生する。 次にこの第１図の従来構成装置の動作を説明す
る。O₂センサ１６の発生電圧が高いとき、すな
わち図示しない気化器等の混合気供給装置から供
給される混合気のベース空燃比が過濃側（リツ
チ）のときにはコントローラ１７は各電磁弁
（VSV）１１１，１１′を通電し、共にａ、ｂポ
ート間を連通させる。これにより２次空気制御弁
９′の作動負圧としてVSV１１′を介して２次空
気制御弁９′のダイアフラム室１５に機関の吸気
負圧が導かれ、２次空気制御弁９′の弁体１３は
図中下方に移動し、エアポンプ１０から逆止弁を
経由してエギゾーストマニホールドに供給される
２次空気の量を増加させ、排気系における空燃比
を過濃側から理論空燃比へと補正する。このとき
ダイアフラム室１４は電磁弁１１及びオリフイス
１２を介して大気側と導通しているため、弁体１
３の作動速度すなわち２次空気供給量の増量速度
は、作動負圧、ダイアフラム室１４の容積及びオ
リフイス１２によつて決定される。反対にO₂セ
ンサ１６の発生電圧が低いときすなわち混合気の
ベース空燃比が希薄側（リーン）のときにはコン
トローラ１７は電磁弁１１，１１′を非通電とし、
共にbcポート間を連通させる。このため、２次
空気制御弁９′の作動負圧として電磁弁１１を介
して該２次空気制御弁９′のダイアフラム室１４
に吸気負圧が導かれ、弁体１３は図中上方に移動
し２次空気供給量は減量する。ダイアフラム室１
５は電磁弁１１′及びオリフイス１２′を介して大
気側と導通するため弁体１３の作動速度は作動負
圧、ダイアフラム室１５の容積、及びオリフイス
１２′によつて決定される。 ところで前記の従来の構成のものでは弁体１３
の移動速度が前述の様に作動負圧、ダイアフラム
室１４，１５及びオリフイス１２，１２′によつ
て所定の値に定つてしまうため機関の運転状態が
変つてもすばやく２次空気量の供給が出来ない。
特に第２図ａの如き加速域では運転性の悪化を防
止するため気化器においては加速ポンプ、パワー
バルブが作動してベース空燃比は第２図ｃのA₁
の如く出力空燃比（Ａ／Ｆ＝12.7〜13.0）とな
り、この結果排気系の空燃比が第２図ｃのの如
く過濃となり、要求２次空気量（排気系の空燃比
を理論空燃比とするための２次空気量）に達する
には時間がかかり、その時間の間は第１０図に示
すような３元触媒１６の有する高浄化率の期待で
きる範囲からはずれてしまい、第２図ｄのの如
く排気ガス中のCO，NOxの量も増加する。この
理由は他にも第２図ｂの如く加速域では吸気負圧
が小さくなつて２次空気制御弁９′の弁体１３を
負圧により下方に駆動する力そのものも低下し２
次空気の供給量を充分増大させることができない
ことも挙げられる。 本発明は上記点に鑑みてなされたもので、２次
空気制御弁として負圧作動型のものではなく、コ
イルに供給される電流による電磁力とスプリング
の力とのバランスで空燃比センサの出力に基づく
弁開度が決まるいわゆる比例電磁弁を用いて作動
応答性を改善すると共に、高負荷ほどベース空燃
比が過濃になることを考慮して、機関の負荷状態
例えば吸気負圧や回転数や吸入空気量等を表わす
信号により、空燃比のリーンからリツチへの変化
が検出された時点における比例電磁弁の初期開度
を、機関負荷が大きい時ほど強制的に大きな値に
設定することで、機関負荷が大きい時ほど初期段
階から２次空気の量を多くして理想の空燃比に素
早く安定させ、空燃比制御応答性を向上させるこ
とを目的とするものである。 以下本発明を第３図に示す第１実施例について
説明する。第３図において第１図と同符号の箇所
は同じ機能の構成部品である。９は比例電磁弁
で、２１は弁駆動部であり、２２はコイルであ
る。２３はプランジヤであり弁体１３とはシヤフ
ト２５で接続している。２４は弁体１８を下方へ
移動させる力を持つスプリングである。コントロ
ーラ１７はO₂センサ１６と機関の負荷状態の変
化を検出するセンサとして用いる吸気負圧を検出
してそれに応じた電圧出力を発生する負圧センサ
１８との信号に基づいて比例電磁弁９（つまり弁
体１３）の開度を制御するものであるが、このコ
ントローラ１７が両入力信号に応じた電流をコイ
ル２２に供給するとプランジヤ２３と一体になつ
た弁体１３は上方へ移動しスプリング２４の力と
釣り合うある弁開度で停止する。すなわちコイル
２２への供給電流を変化させると弁体１３はその
供給電流の大きさに応じて移動することになる。 第４図はコントローラ１７のブロツク図を示す
もので、２７は空燃比センサ（O₂センサ）１６
の信号により空燃比が理論空燃比以下（リツチ）
か以上（リーン）かを判別する公知の空燃比判別
回路、２８はこの判別回路２７の出力を積分処理
する積分回路、２９はこの積分回路２８の出力電
圧を電流に変換して比例電磁弁９のコイルに供給
する電圧―電流変換回路、３０は負圧センサ１８
の出力信号により３つの負圧領域を判別する負圧
検出回路、３１はこの負圧検出回路３０の出力に
基づいて積分回路２８の積分開始電圧を決定する
開始電圧選択回路である。１７ａは各回路２７〜
３１に定電圧＋Ｖを供給する定電圧回路である。 次に上記構成装置の作動について、コントロー
ラ１７の詳細電気回路を示す第５図及び各部の出
力波形を示す第６〜８図を用いて説明する。なお
第５図のａ〜ｕは端子を表わし、Va〜Vuはこの
各端子ａ〜ｕの端子電圧を表わすものである。 まず電圧―電流変換回路２９について説明す
る。この回路２９の働きは積分回路２８の出力電
圧Vbの値に応じた電流を比例電磁弁９のコイル
２２に通電して所期の電磁弁開度あるいは開閉速
度を得ることである。電圧比較器１５９とその周
辺の素子１６０〜１６５から成る回路は所定周波
数の三角波発振回路を形成していてｌ端に第６図
１のVeの波形があらわれる。この三角波出力Ve
とｇ端電圧Vgが比較器１４５によつて比較され
Vg＞Veのときは比較器１４５の出力電圧Vhは
高レベルとなりトランジスタ１４９，１５０がと
もに導通しコイル２２に電流が供給され電流検出
用抵抗１５３の端子電圧Vjは第６図３の如くな
る。演算増幅器１５８は電圧Vjを一定倍に増幅
する増幅回路を構成していて、この出力端ｋの電
圧Vkが得られる。演算増幅器１４１はコンデン
サ１４２と他の素子で積分器を構成しており、積
分回路２８の出力電圧Vbが第６図３の如く印加
されると、この電圧を基準として電圧偏差（Vb
−Vk）に応じた割合で積分する。例えばVbに対
してコイル２２に流れる電流が小さいすなわち
Vkが低いときは積分出力Vgが平均的に上昇し、
このため比較出力Vhの高レベルの時間が増加し
トランジスタ１５１の導通時間が増加しコイル２
２に流れる電流を増加させる。このようにしてコ
イル２２には積分回路２８の出力電圧Vbに対応
した電流を供給できる。 第３図のシステムにおいて、空燃比が過濃（リ
ツチ）となればO₂センサ１６は第７図１の如く
高レベルの電圧（0.8V）を発生し、空燃比が
希薄（リーン）となればO₂センサ１６は低レベ
ルの電圧（ov）を発生し、この出力信号は空
燃比判別回路２７に入力され出力Vaは第７図２
の如くリツチ時はVaｏ（ｖ）となりリーン時に
はVa＋ｖ（定電圧回路１７ａの電圧）となる。
なおこの判別回路２７は周知であるので詳細説明
はしない。今、空燃比がリーンとなるとVa＋
ｖとなり、演算増幅器１０４から成る積分回路２
８のコンデンサ１０７はダイオード１０３を経由
した定電流で充電され積分回路２８の出力Vbは
第７図３の如く下降する。このときトランジスタ
１１７はオンし比較器１２６の比較電圧VdはVd
ｏ（ｖ）であるので比較器１２６の出力はＯ
（Ｖ）となりダイオード１２７はオフとなつてい
る。従つてトランジスタ１０９のベース電圧Vf
は抵抗１１３と１１４の分圧のみで定つている。
積分出力Vbが下降を続け VbVf−V_BE1（V_BE1はトランジスタ１０９のベ
ースエミツタ間電圧） ……(1) となるとトランジスタ１０９はオンとなり充電々
流はコンデンサ１０７をバイパスして積分出力
Vbは Vbmin＝Vf−V_BE に安定する。このときVbminはコイルに電流が
流れないような値にしておく。 空燃比がリツチとなると、判別回路２７の出力
VaはVaｏ（ｖ）となり、トランジスタ１１７
はオフとなり比較電圧Vdは開始電圧選択回路３
１の状態によつて３通りの値のうちのいずれかの
値となつている。いずれのVdもVbminより大き
な値なので、比較器１２６の出力は＋ｖとなりト
ランジスタ１０９のベース電圧Vfは上昇してい
く。トランジスタ１０９は依然オンのままで従つ
て積分出力Vbは上昇しVbVdとなると比較器
出力はovになりVfは下がる。しかるにVaｏ
（ｖ）なので積分回路２８のコンデンサ１０７は
抵抗１０１を経由して出力Vbが上昇するように
充電されるため、Vbは第７図３の如く瞬間的に
Vbmin→Vdに上がつて後は一定傾斜で上昇す
る。比較器１２１はVbの最大値を制御するもの
でその値Tbmaxは比較電圧Vcで決る。この最大
値Vbmaxをコイルの最大電流に対応させておく。
以上のようにして形成される第７図３の如き積分
回路２８の出力Vbに応じて前述の電圧―電流変
換回路２９より第７図４の如き電流波形の出力
Vjが比例電磁弁９のコイル２２に供給される。 次に比例電磁弁９の開き始め開度つまり作動開
度を決定する積分回路２８の積分開始電圧につい
てすなわち積分開始電圧を切換選択する負圧検出
回路３０、開始電圧選択回路３１について説明す
る。ここで用いている負圧センサ１８は第８図の
如き特性を有し負圧とともにその出力電圧が減少
するものである。従つてこの出力電圧を検出する
ことは吸気負圧を検出することになり、比較器１
７３および１７７を有する負圧検出回路３０の第

【表】 り、積分回路２８の積分開始電圧を与える比較電
圧Vdは抵抗１２９で決まる値Vdsとなる。負圧
がVac₂〜Vac₁にある中負荷時は負圧検出回路３
０の比較器１７３の出力Vpは高レベル（＋Ｖ）、
比較器１７７の出力Vrは低レベル（ov）であり、
このため開始電圧選択回路３１のトランジスタ１
８７がオン、トランジスタ１８３，１８９はオフ
となり端子ｔのみ低レベル（ov）となり、他は
open状態であり、積分回路２８の比較電圧Vdは
抵抗１３０で決る値Vdtそなる。負圧がVac₂よ
り真空側にあるアイドル軽負荷時は比較器１７
３，１７７の出力Vp，Vrとも高レベル（＋Ｖ）
であり、トランジスタ１８３，１８７はオフ、ト
ランジスタ１８９のみオンとなり端子ｕのみ低レ
ベル（ov）となり、他はopen状態であり、積分
回路２８の比較電圧Vdは抵抗１３１で決まる値
Vduとなる。ここでVdu＜Vdt＜Vdsとなるよう
抵抗１２９，１３０，１３１を選定してあり、従
つて機関の負荷状態が高負荷になるにつれ（つま
り出力空燃比にすべくベース空燃比がよりリツチ
になるにつれ）積分回路２８の積分開始電圧すな
わち電圧―電流変換回路２９からの比例電磁弁９
のコイルへの供給電流の立上り点（つまりは電磁
弁９の開き始め開度：作動開始開度）を大きくで
き、過濃なベース空燃比に対し排気系の空燃比を
２次空気をすばやく適量供給することで理論空燃
比に応答よく制御できる。 上記第１の実施例では吸気負圧を２点で検出し
たがそれ以上あるいは１点の検出でも目的を達す
ることができるし、また、負圧センサ１８として
第８図の特性をもつものではなく、吸気負圧によ
つて接点が開閉するいわゆる負圧スイツチを使用
しても同様の効果が得られる。第９図は本発明の
第２の実施例を示すものであるが、この実施例で
は上記第１実施例における負圧検出回路３０およ
び開始電圧選択回路３１のかわりに負圧―電圧変
換回路３２を用いたものである。なお他の回路構
成は第１実施例と同じである。１９０は演算増幅
器であり負圧センサ１８の出力Vmを増幅してい
る。この出力端ｕと端子ｄを定抵抗１３２で接続
することにより、吸気負圧の変化に応じて連続的
に積分開始電圧を与える比較電圧Vdが変化し更
に精度よく制御可能となる。 以上述べてきたことは吸気管負圧に関してのみ
であるが、他にも機関回転数や吸入空気量に比例
させて開始電圧を可変にしても同様の効果は期待
できる。すなわち、例えば機関回転数が高いとき
は吸入混合気量が多いため、補正する空気量も多
くしてやらねばならないからである。この場合の
機関回転数の検出方法としては例えば点火コイル
の一次側信号パルスを用いることができ、このパ
ルスをＤ／Ａ変換することにより、回転数に対応
した電圧に変換でき前述の負圧センサと全く同じ
考えにて処理することができる。 以上述べたように、本発明では、制御の自由度
ならびに応答性の高い比例電磁弁を２次空気制御
弁として用い、負荷の大きさが大きい時ほど過濃
になるベース空燃比を考慮して、機関負荷が大き
い時ほど２次空気の供給開始時の量を増量させる
ようにしている。即ち、例えば機関の急加速時に
代表されるような高負荷時においては、ベース空
燃比に大幅な変動があつたことに対応して、排気
系の空燃比がリツチに変化した瞬間に素早く低負
荷時よりも多量の２次空気を初期段階から送り込
み、排気系の空燃比が大きくずれるのを未然に防
ぐと同時に、直ちに空燃比を安定させることがで
きる。従つて、負荷の状態がどのようであつて
も、常に空燃比の安定した状態で排気ガスを三成
分同時触媒に送り込むことが可能となり、第２図
ｃのようにフイードバツク空燃比を理論空燃比
近傍に安定させることができ、第２図ｄに示す
ようにCO，NOxの排出量が低減でき、第１０図
に示すように三元触媒の浄化効率の高い領域を常
に使用することができるという優れた効果があ
る。また排気系にフイードバツクを行つていて、
ベース空燃比は従来通りであるので、加速時の運
転性を損なうことがないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の構成図、第２図ａ〜ｄは本発明
を説明するために用いる特性図、第３図は本発明
の第１実施例を示す構成図、第４図は第３図に示
すコントローラのブロツク図、第５図は第４図に
示すコントローラの電気回路図、第６図１〜３は
第５図に示す電圧―電流変換回路の作動説明図、
第７図１〜４は第４〜５図に示す回路の作動説明
図、第８図は第３図に示す負圧センサの出力特性
図、第９図は本発明の第２実施例の要部の電気回
路図、第１０図は本発明を説明するために用いる
三元触媒の浄化率を示す特性図である。 １…エンジン本体、６…三成分同時処理触媒
（三元触媒）、９…比例電磁弁、１６…空燃比セン
サ（O₂センサ）、１７…コントローラ、１８…負
圧センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の排気系における三成分同時触媒の
   上流に設けた空燃比センサと、 この空燃比センサの出力より空燃比のリツチ・
   リーンを判別するリツチ・リーン判別手段と、 通電電流に比例して弁開度を変化させ、前記空
   燃比センサ上流に供給する２次空気の量を前記リ
   ツチ・リーン判別手段の出力状態に基づいて帰還
   制御する比例電磁弁と、 機関の負荷の大きさを検出する負荷検出手段
   と、 前記リツチ・リーン判別手段により空燃比のリ
   ーンからリツチへの変化が検出された時点におけ
   る前記比例電磁弁への初期通電電流を、前記負荷
   検出手段により検出された機関負荷が大きい時ほ
   ど大きな値に設定する初期電流設定手段とを備え
   た空燃比制御装置。