JPS6346243B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエンジンの二次空気供給装置に係り、
特に排気系に三元触媒コンバータを有するエンジ
ンための二次空気供給装置に係る。

排気ガス浄化用の触媒コンバータの一つとし
て、HC、CO、NOxの三成分を同時に無害成分
に変換することができる三元触媒コンバータが知
られており、かかる三元触媒コンバータを備えた
エンジンに於ては、これら三成分の浄化に対し三
元触媒コンバータを有効に作動させるために排気
ガスの空燃比は理論空燃比付近の或るかなり狭い
範囲に制御されなければならない。

そのため、通常、かかる三元触媒コンバータを
備えたエンジンに於いては、エンジンに供給する
混合気の空燃比（一次空燃比）を理論空燃比より
小さく、即ち理論空燃比よりリツチ側に設定し、
その結果生じた排気ガス中の酸素の濃度をO₂セ
ンサ等の排気センサによつて検出しつつ前記二次
空気の供給量を制御し、この二次空気の供給によ
つて三元触媒コンバータへ導入される排気ガスの
空燃比（二次空燃比）を三元触媒コンバータの有
効作用に必要な理論空燃比付近のある狭い範囲に
維持せんとする制御が行われている。

しかし、上述の如き制御を行なう場合には、常
にエンジンに理論空燃比よりかなり小さい空燃比
の濃混合気を供給しなければならないため、燃費
が悪く、また排気ガス中の未燃焼成分が多くな
り、触媒コンバータの過熱が生じ易くなるという
問題を生じる。

本発明は、上述の如き問題に鑑み、排気ガス再
循環装置を有効に利用して燃費の悪化と三元触媒
コンバータの熱負荷の増大を招くことなく排気ガ
スの空燃比を三元触媒コンバータの有効作用に必
要な理論空燃比付近の或るかなり狭い空燃比範囲
内に制御することができる二次空気供給装置を提
供しようとするものである。

以下に添付の図を参照して本発明を実施例につ
いて詳細に説明する。

第１図は本発明による二次空気供給装置の一つ
の実施例を示す概略構成図である。図に於て、１
はエンジンであり、エンジン１は、エアクリーナ
２と気化器３とスロツトルバルブ４と吸気マニホ
ールド５とを経て空気と燃料との混合気を吸入
し、排気マニホールド６と図には示されていない
排気管及びその途中に設けられた三元触媒コンバ
ータを経て排気ガスを大気中へ排出するようにな
つている。

排気マニホールド６には排気ガス再循環及び二
次空気供給のためのポート７が設けられており、
ポート７は通路９ａによつて排気ガス再循環制御
弁８に接続され、また排気ガス再循環制御弁８は
通路９ｂによつて吸気マニホールド５に設けられ
た注入ポート１０に接続されている。

排気ガス再循環制御弁８は弁ポート１１を開閉
する弁要素１２を有しており、弁要素１２は、弁
ロツド１３を介してダイヤフラム装置１４に連結
され、このダイヤフラム装置１４によつて駆動さ
れるようになつている。ダイヤフラム装置１４は
ダイヤフラム１５を含んでおり、ダイヤフラム１
５は、ダイヤフラム室１６に所定値より大きい負
圧が供給されていない時には圧縮コイルばね１７
の作用により図にて下方へ押圧されて弁要素１２
を押下げて弁ポート１１を閉じ、これに対し前記
ダイヤフラム室１６に所定値より大きい負圧が供
給されている時には圧縮コイルばね１７の作用に
抗して図にて上方へ駆動されて弁要素１２を持上
げて弁ポート１１を開くようになつている。

ダイヤフラム室１６はスロツトルバルブ４が図
にて実線で示されている如き全閉位置（アイドル
位置）にある時にはそれの上流側に位置しスロツ
トルバルブ４が比較的小さい所定開度以上開かれ
た時にはそれの下流側に位置すべく気化器３の吸
気通路内に向けて開口した吸気管負圧取出ポート
１８に導管１９によつて接続されている。

導管１９の途中には排圧制御のための負圧調整
弁２０が設けられている。負圧調整弁２０はダイ
ヤフラム２１を含んでおり、このダイヤフラム２
１は、それの図にて下側に第一のダイヤフラム室
２２を、また図にて上側に第二のダイヤフラム室
２３を各々郭定しており、圧縮コイルばね２４に
よつて図にて下方へ向うばね力を及ぼされてい
る。負圧調整弁２０は導管１９の途中を前記第二
のダイヤフラム室２３に向けて開く弁ポート２５
を有しており、弁ポート２５は前記ダイヤフラム
２１に担持された弁要素２６によつて開閉される
ようになつている。ダイヤフラム２１は、第一の
ダイヤフラム室２２の圧力が第二のダイヤフラム
室２３の圧力より所定値以上高い時には圧縮コイ
ルばね２４のばね力に抗して図にて上方へ変位し
て弁要素２６によつて弁ポート２５を閉じ、これ
に対し第一のダイヤフラム室２２内の圧力が第二
のダイヤフラム室２３内の圧力より所定値以上高
くない時には圧縮コイルばね２４のばね力によつ
て図示されている如き位置に位置して弁要素２６
を弁ポート２５より引離してこれを開くようにな
つている。

第一のダイヤフラム室２２は、排気ガス再循環
制御弁８の弁ポート１１とこれより上流側に設け
られたオリフイス要素２７との間に郭定された圧
力室２８に導管２９によつて接続され、該圧力室
２８内の排気ガス圧力を導入されるようになつて
いる。第二のダイヤフラム室２３は大気開放ポー
ト３０によつて大気中に開放されている。

上述の負圧調整弁２０及びオリフイス要素２７
よりなる装置は、圧力室２８に於ける排気ガス圧
力を常にほぼ一定に保つよう、排気ガス再循環制
御弁８のダイヤフラム室１６に供給する負圧を制
御するものであり、これによつて注入ポート１０
より吸気マニホールド５内に供給される排気ガス
再循環流量がエンジン１の全吸入空気流量に対し
比例関係に保たれるようになる。

図に於て、３１は二次空気供給を行うためのリ
ード弁装置を示している。リード弁装置３１は、
この実施例に於ては、流量制御弁装置３２と一体
のケーシング内に組込まれている。リード弁装置
３１は、ポート３３よりポート３４へ向う流体の
流れのみを許す逆止リード弁３５を有し、ポート
３４に現れる負圧により二次空気取入ポート３６
よりポート３３及び逆止リード弁３５を経てポー
ト３４に二次空気を供給するようになつている。

ポート３４は、通路５０によつてオリフイス要
素２７より下流側の通路９ａにのみ接続され、二
次空気を通路９ａに対してのみ供給するようにな
つている。

リード弁装置３１はポート３３と並列にもう一
つのポート３７を有しており、ポート３７は流量
制御弁装置３２の弁要素３８によつて開閉され且
その実効開口面積を制御され、二次空気流量を制
御するようになつている。弁要素３８は、弁ロツ
ド３９によつてダイヤフラム装置４０に連結さ
れ、該ダイヤフラム装置によつて駆動されるよう
になつている。ダイヤフラム装置４０はダイヤフ
ラム４１を含んでおり、ダイヤフラム４１は、ダ
イヤフラム室４２内に導入される負圧の増大に応
じて圧縮コイルばね４３の作用に抗して図にて下
方へ移動して弁要素３８を引下げ、ポート３７の
実効開口面積を増大するようになつている。

ダイヤフラム室４２は、電磁制御弁４４に接続
され、電磁制御弁４４により大気圧または負圧を
選択的に供給されるようになつている。電磁制御
弁４４は、その一つのポートにて導管４５を経て
吸気マニホールド５に設けられた吸気管負圧取出
ポート４６に接続され、また他の一つのポートに
てエアフイルタ４７に接続され、このエアフイル
タより大気圧を供給されるようになつている。電
磁制御弁４４は制御装置４８が含んでいる演算装
置が発生するパルス信号により排気ガス再循環制
御弁８の開閉に拘らず駆動されるようになつてい
る。

制御装置４８の演算装置は排気マニホールド６
に設けられたO₂センサセンサ４９が発生する信
号に基き空燃比を実質的に理論空燃比に補正する
のに必要な補正空気量を演算し、それに基くデユ
ーテイレシオのパルス信号を発生するようになつ
ている。

以上の如く構成された装置は次の如く作動す
る。

スロツトルバルブ４が図にて実線にて示されて
いる如き全閉位置とこの全閉位置より少し開かれ
た開度位置の間にある時には、即ちアイドリング
運転乃至低負荷運転時には、吸気管負圧取出ポー
ト１８はスロツトルバルブ４より上流側にあり、
これには吸気管負圧が作用せずに大気圧が現れて
いる。従つてこの時には排気ガス再循環制御弁８
は閉弁した状態にあり、排気ガス再循環は行われ
ない。この時には二次空気取入ポート３６はポー
ト７をもつて排気マニホールド６にのみ連通し、
排気脈動により、二次空気取入れポート３６より
二次空気が、ポート３７、逆止リード弁３５、ポ
ート３４、通路５０，９ａを経てポート７に導か
れ、全てこれより排気マニホールド６内に供給さ
れる。

尚、この時にはO₂センサ４９が発生する信号
に基いて二次空気を含む排気ガスの空燃比をほぼ
理論空燃比に補正するために必要な補正空気量が
制御装置４８の演算装置によつて演算され、そし
てその演算結果に基くパルス信号により電磁制御
弁４４が駆動され、これにより電磁制御弁４４は
前記パルス信号に基き作動して流量制御弁装置３
２のダイヤフラム室４２に所定の負圧を供給する
ようになる。これによりポート３７の実効開口面
積が制御され、これに応じて二次空気流量が制御
され、排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比に修正
される。

従つてこの時には排気系に設けられている三元
触媒コンバータはHC、CO、NOxの三成分の浄
化に対し有効に作動する。

尚、この実施例に於ては、排気ガスの空燃比を
理論空燃比に修正するのに必要な二次空気の大部
分はポート３３を経て供給され、残部が流量制御
弁３１によつて流量を制御されてポート３７より
供給されるようになつているので、流量制御弁３
１はさほど大きい流量制御幅を有していなくて良
く、このためさほど大きい弁を用いることなく高
精度の流量制御を行うことが可能になる。

スロツトルバルブ４が所定開度以上開かれる
と、吸気管負圧取出ポート１８はスロツトルバル
ブ４の下流側に位置するようになり、これにより
該ポートには実質的な吸気管負圧が現れ、吸気管
負圧が導管１９を経て負圧調整弁２０により負圧
を調整されつつ排気ガス再循環制御弁８のダイヤ
フラム室１６に導入されるようになる。これによ
り排気ガス再循環制御弁８が開弁し、排気マニホ
ールド６を流れる排気ガスの一部が、ポート７よ
り通路９ａ、排気ガス再循環制御弁８及び通路９
ｂを経て注入ポート１０に至り、これより吸気マ
ニホールド５に供給される。この時には二次空気
取入ポート３６は排気ガス再循環制御弁８を経て
注入ポート１０をもつて吸気マニホールド５に連
通し、吸気マニホールド５に於ける吸気管負圧に
より二次空気が、二次空気取入ポート３６よりポ
ート３３、逆止リード弁３５、ポート３４、通路
５０、排気ガス再循環制御弁８、通路９ｂを経て
再循環排気ガスと共に注入ポート１０に導かれ、
これより吸気マニホールド５内に供給される。

尚、この時もO₂センサ４８が発生する信号に
基くパルス信号により電磁制御弁４４が駆動さ
れ、これが発生する所定の負圧によつて流量制御
弁３２が駆動され、これによりポート３７の実効
開口面積が制御され、これに応じて二次空気流量
が制御され、エンジン１に供給される混合気の空
燃比はほぼ理論空燃比に修正される。このように
この時にはエンジン１にほぼ理論空燃比の混合気
が供給され、燃費の改善がなされる。

この時には二次空気取入ポート３６は通路９ａ
を経てポート７にも連通しているが、この時には
通路９ａを排気ガスが流れていることにより、二
次空気はポート７へは流れず、全て再循環排気ガ
スと共に注入ポート１０より吸気マニホールド５
内に供給される。

即ち、排気ガス再循環制御弁８の開閉によつて
二次空気の吸気マニホールド５と排気マニホール
ド６に対する供給が全面的に且つ自動的に切換え
られ、排気ガス再循環制御弁８が開弁している
時、即ち排気ガス用循環時には二次空気は常にそ
の全量が再循環排気ガスと共に吸気マニホールド
５に供給され、この時に吸気マニホールド５に対
する二次空気の供給が断続されることがないか
ら、排気ガス再循環率が大きく変動することがな
く、常に所要の排気ガス再循環率をもつて排気ガ
ス再循環が行われるようになる。

尚、この時には排気マニホールドには二次空気
の供給が全く行われないので、排気ガスの空燃比
もほぼ理論空燃比になり、この時も排気系に設け
られている三元触媒コンバータはHC、CO、
NOxの三成分の浄化に対し有効に作動する。

第２図は本発明による二次空気供給装置の他の
一つの実施例を示す概略構成図である。尚、第２
図に於て第１図に対応する部分は第１図に付した
符号と同一の符号により示されている。かかる実
施例に於ては、負圧調整弁２０の第二のダイヤフ
ラム室２３に電磁制御弁５１より大気圧と負圧と
が選択的に供給されるようになつている。電磁制
御弁５１は、その一つのポートにて導管４５によ
つて吸気管負圧取出ポート４６に接続され、また
他の一つのポートにてエアフイルタ５２に接続さ
れ、このエアフイルタより大気圧を供給されるよ
うになつている。電磁制御弁５１は制御装置４８
が含んでいる前記演算装置が発生するパルス信号
により駆動されるようになつている。

かかる実施例に於ては、電磁制御弁５１が第二
のダイヤフラム室２３に選択的に大気圧と負圧と
を供給することにより、負圧調整弁２０の圧力平
衡値が前記パルス信号に応じて変化し、またこの
変化に応じて圧力室２８の平衡圧力値が変化し、
このことからオリフイス２７を経て吸気マニホー
ルド５へ流れる排気ガス再循環流量が所定の特性
をもつて変化する。これにより排気ガス再循環率
が可変制御されるようになる。

上述の説明から明らかな如く、本発明による二
次空気供給装置に於ては、排気ガス再循環制御弁
が開弁して排気ガス再循環が行われている時には
常に二次空気の全てが排気ガス再循環通路によつ
て機関吸気系へ導かれ、これにより排気ガス再循
環率を乱すことなくエンジンに供給する混合気の
空燃比、即ち一時空燃比が直接理論空燃比に修正
されるようになつて燃費の改善と三元触媒コンバ
ータの熱負荷の低減が図られるようになる。排気
ガス再循環が行われるのはアイドリング乃至低負
荷運転時と高負荷運転時を除く中負荷運転時であ
つて、この時にはエンジンに供給される混合気の
空燃比がほぼ理論空燃比にあつてもエンジンの運
転性が阻害されることがない。排気ガス再循環が
行われていない時には二次空気は全て排気系へ導
かれるから、この時にはエンジンへは比較的濃い
混合気が供給されるようになり、この時、即ちア
イドリング乃至低負荷及び高負荷運転時のエンジ
ン運転性が確保されるようになる。

以上に於ては、本発明を特定の実施例について
詳細に説明したが、本発明はこれらに限定される
ものではなく本発明の範囲内にて種々の実施例が
可能であることは当業者にとつて明らかであろ
う。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による二次空気供給装置の一つ
の実施例を示す概略構成図、第２図は本発明によ
る二次空気供給装置の他の一つの実施例を示す概
略構成図である。 １……エンジン、２……エアクリーナ、３……
気化器、４……スロツトルバルブ、５……吸気マ
ニホールド、６……排気マニホールド、７……ポ
ート、８……排気ガス再循環制御弁、９ａ，９ｂ
……通路、１０……注入ポート、１１……弁ポー
ト、１２……弁要素、１３……弁ロツド、１４…
…ダイヤフラム装置、１５……ダイヤフラム、１
６……ダイヤフラム室、１７……圧縮コイルば
ね、１８……吸気管負圧取出ポート、１９……導
管、２０……負圧調整弁、２１……ダイヤフラ
ム、２２……第一のダイヤフラム室、２３……第
二のダイヤフラム室、２４……圧縮コイルばね、
２５……弁ポート、２６……弁要素、２７……オ
リフイス要素、２８……圧力室、２９……導管、
３０……大気開放ポート、３１……リード弁、３
２……流量制御弁装置、３３……ポート、３４…
…ポート、３５……逆止リード弁、３６……二次
空気取入ポート、３７……ポート、３８……弁要
素、３９……弁ロツド、４０……ダイヤフラム装
置、４１……ダイヤフラム、４２……ダイヤフラ
ム室、４３……圧縮コイルばね、４４……電磁制
御弁、４５……導管、４６……吸気管負圧取出ポ
ート、４７……エアフイルタ、４８……制御装
置、４９……O₂センサ、５０……通路、５１…
…電磁制御弁、５２……エアフイルタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エンジンの吸気系と排気系とを接続する通路
   手段と、前記通路手段の開閉をエンジンの運転状
   態に応じて制御する排気ガス再循環制御弁と、前
   記通路手段に於けるエンジンの排気系と前記排気
   ガス再循環制御弁との間にのみ接続され該通路手
   段にのみ前記排気ガス再循環制御弁の開閉に拘ら
   ず二次空気を供給する二次空気供給手段と、エン
   ジンより排出される排気ガスの排気成分の濃度を
   検出する排気センサと、前記排気センサが発生す
   る信号に基づき空燃比補正に必要な補正空気量を
   演算する演算装置と、前記演算装置によつて演算
   された補正空気量に応じて制御され前記二次空気
   供給装置による二次空気供給量を前記排気ガス再
   循環制御弁の開閉に拘らず制御する流量制御弁と
   を有していることを特徴とするエンジンの二次空
   気供給装置。