JPS5910723A - 内燃機関の二次空気制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は内燃機関の２次空気制御装置に係り、特に高負
荷・高速時にのみ排気系への２次空気の供給を確実に断
ち、排気ガスの悪化をきだすことなく排気系の排気温度
や触媒温度の上昇による熱害等を防止し得る内燃機関の
２次空気制御装置に関する。

〔発明の技術的背景及びその問題点〕

自動車等のエンジンには、燃焼室から排出される排気ガ
スに含まれるＨＣやＣＯを再燃焼させて浄化処理するた
めに、排気系に２次空気を供給する２次空気供給装置が
設けられている。２次空気供給装置はエアポンプから２
次空気供給通路を介して排気系に２次空気を送供するが
、高負荷・高速運転時においても２次空気を供給するど
排気系が過熱され、触媒コノバータやサーマルリアクタ
が熱損傷されるなどの問題がある。このだめ、２次空気
供給通路には、負荷変動等に応じて排気系への２次空気
喰を制御する２次空気制御装置が採用されている。

以下に従来のこの種制御装置について説明する。

従来の２次空気量制御は、主に吸気管負圧を利用するも
のであり、第１図のように構成されている。

図において、ａはエアポンプからの２次空気を排気マニ
ホルドに送供するだめの２次空気供給通路であり、２次
空気供給通路ａには、２次空気制御バルブｂが設けられ
ている。２次空気制御バルブｌ）は、供給通路ａから２
次空気が流入する流入室Ｃと、流入室Ｃの空気を大気解
放等ダイバートさせるダイバート室ｄと、吸気管負圧信
号チューブＣを介して吸気マニホルドと連通しダイヤフ
ラムｆにより密閉状に区画されたダイヤフラム室ｇとを
有している。吸気管負圧は、エンジン負荷に比例し、低
負荷のときには吸気管負圧は大きく（低圧）、ダイヤフ
ラム室ｇ内負圧によりダイヤフラ１、　（はスプリング
１．をＦＦ、縮しつつ図中７Ｆ方へと引っ張られ、ダイ
ヤフラノ・「に井棒電で連結された弁体Ｊは流入室Ｃと
ダイバート室（１とを連通ずる連通口１（を寒ぐことと
なり、流入室Ｃの空気は流出０看より排気マニホルド側
の２次空気供給通路ａを経て排気マニホルドに供給され
る（第１図実線矢印）。

一方、エンジン高負荷のときには、吸気管負圧は小さく
大気圧に近づくだめ、ダイヤフラム「はスプリング１１
の復元力により右方へと戻され、弁体Ｊも右方へと移動
し弁体Ｊにより流出０看は覆われ２次空気供給通路ａは
遮断され、流入室Ｃに供給された空気は連通口によりダ
イバート室ｄに流入し排出口ｍより排出され（第１図破
線矢印）、排気マニホルドへの２次空気の供給は断たれ
る。

と、ころが、このような吸気管負圧変動すなわち負荷変
動による２次空気制御では、所定以上の高負荷のときに
は、エンジン回転数に関係なく２次空気をダイバートさ
せることとなり、第２図中、斜線で示すように２次空気
ダイバート域がエンジン低回転域にも存在する。しかし
ながら、排気系が過熱され触媒コンバータの熱害などが
問題となるのは、高負荷・高速回転域だけであり、上記
のように高負荷・低速域においても２次空気をダイバー
トさせて排気系への２次空気の供給を止めてしまうと排
気ガスの悪化を招いてし壕う。このことは、殊に高負荷
走行時間が長い高地走行において問題となる。

このだめ、吸気管負圧のみならず、これにエンジンスピ
ードセンサにより検出されたエンジン回転速度をも加味
して高負荷・高速域のみ排気系への２次空気を遮断制御
する方法も提案されている。

しかしながら、この方法では、エンジンスピードセンサ
などが追加されるため、配管・配線が複雑化すると共に
、コストアップを余儀なくされるという問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は以上の従来の問題点全治効に解決すべく創案さ
れたものであり、本発明の目的は、高負荷・高速時にの
み排気系への２次空気供給を確実に遮断でき、排気ガス
の悪化をきたすことなく、排気系の過熱による熱害等を
防止し得、しかも構造簡単な２次空気制御装置を提供す
ることにある。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の好適一実施例を添付図面に従って詳述す
る。

第３図において、１はエンジン本体でアリ、エンジン本
体１には、その各燃焼室に気化器２からの混合気を供給
する吸気マニホルド３が接続されると共に、燃焼室から
の燃焼排ガスを排気すべく排気マニホルド４が連設され
ている。まだ、５はエンジンのクランク軸にベルト等を
介して連結されエンジン回転により駆動され２次空気を
排気系に供給するエアポンプである。エアポンプ５はエ
アクリ−す７、吸気管６を介して吸気した空気を２次空
気として、２次空気供給通路８を通って排気マニホルド
４に設けられた２次空気噴射スハージャ９から排気−マ
ニホルド４内に噴射するようになっている。なお、１０
は２次空気供給通路８への排気ガスの流入を阻止する逆
止弁である。まだ、１１け排気管であり、排気管１１に
は触媒コ／ノ＜−夕１２が設けられている。

２次空気供給通路８には、エアポンプ５から送られる２
次空気の空気量を制御する２次空気制御装置１３の中空
筒体状のバルブケーシング１４がＮＱ　ケラれている。

バルブケーンフグ１４内には、隔壁１５により隔だれて
第１圧力室１６と第２圧力室１７とが区画されると共に
、ダイヤフラム１８によりダイヤフラム室１９とスプリ
ング室３７とが１メ画形成されている。第１圧力室１６
には、エアポツプ５からの２次空気が流入する空気流入
口２０と、第１圧力室１６に流入した空気を排気マニホ
ルド４側の２次空気供給通路８に送る空気流出口２１と
が形成されている。まだ第１圧力室１６と第２圧力室１
７とは隔壁１５に形成された連通口２２を介して連通さ
れている。

更に、第１圧力室１６には、連通口２２と空気流出口２
１とを開閉するだめの弁ｔ＊２３が設けられており、弁
体２３とダイヤフラノ、１８との間は、連通口２２を挿
通させて設けられだ弁棒２４により連結されている。ま
た、第１圧力室１６とタ゛イヤフラム室１９とは信号取
出チューブ２５により連通接続されており、第１圧力室
１６の）「力変動がダイヤフラム室１９に伝達され、こ
れに応じてダイヤフラム１８が偏位することにより弁体
２３が移動シフ、連通口２２捷たけ空気流出口２１が閉
塞されるように構成されている。大気解放されたスプリ
ング室３７には、ダイヤフラノ、室１９内の圧力が設定
圧具」二にならないと、ダイヤフラム１８が右方へと移
動して弁体２３が連通口２２から離間しないように圧力
調整するスプリング２６が設けられている。スプリング
２６はスプリング受け２７とダイヤフラム１８との間に
介設され、また、スプリング受け２７は、弁棒２４のガ
イドとしての機能も有している。

信号取出チューブ２５には、圧力調整オリフィス２８が
設けられると共に、信号取出チコーーブ２５内の空気を
第２圧力室１７にリークさせるだめのリーク通路２９が
第２圧力室１７と信号取出デユープ２５との間に介設さ
れている。リーク通路２９には、信号取出チューブ２５
から第２圧力室１７へのリーク量を調整するリーク調整
オリフィス３０が設けられている。第２圧力室１７には
、リーク通路２９から第２圧力室１７にリークされた空
気、あるいは第１圧力室１６から連通口２２を介して第
２圧力室１１に流入してきた空気を大気開放するだめの
開口３１が設けられている。

次に、本実施例の作用について述べる。

排気系の排気圧力は、エンジン回転数及び負荷に比例し
て大きくなるが、エアポンプ５の吐出圧も排気圧力に打
ち勝つように排気圧力に比例して増大する。そこで、本
発明では、エアポンプ５の吐出圧力を利用して排気系へ
の２次空気の供給を制御している。

エアポツプ５から吐出された空気は、２次空気供給通路
８を通って空気流入口２０より第１圧力室１６内に流入
するが、エンジンの低中速、低中負荷運転時においては
、第１圧力室１６の圧力（エアポツプの吐出圧）ｐ＋は
低い。従って、信号取出チュー７２５を介して連通され
たダイヤフラム室１９の圧力も低く、ダイヤフラム１８
はスプリング２６により図中左方へと押され、弁体２３
は隔壁１５に押し付けられ弁体２３により連通口２２は
閉成される。このため、第１圧力室１６に流入した空気
は、空気流出口２１より２次空気供給通路８を通って２
次空気噴射スパージャ９から排気マニホルド４内に噴射
される（２次空気インジェクション）。このときの第１
圧力室１６の圧力ｐ、は、第４図中実線で示すように、
エンジン回転数及び負荷とともに増大している。（図中
、−２００ｍｍＨｇ　、−１００ｍｍＨｇは負荷に比例
する吸気管負圧で、ＷＯＴは絞り弁全開時のときのもの
であるっ）また、第１圧力室１６から圧力調整オリフィ
ス２８を介して供給される信号取出チューブ２５内空気
の圧力Ｐ３は、第５図中、実線で示すようになる。信号
取出チューブ２５の空気はＩＪ、−り通路２９から第２
圧力室１７にリークされるが、このＩＪ−り量は少ない
ので、開口３１により大気開放される第２圧力室１７内
の圧力Ｐ２は、はぼ大気圧である（高速回転のときでも
２〜３１Ｍ　Ｉｇ程度である。）。

エンジンの回転数まだは負荷が上昇すると、第１圧力室
１６の圧力Ｐ、が上昇し、これに伴って信号取出チュー
ブ２５の圧力Ｐ３も上昇する。そして、ダイヤフラム室
１９圧がスプリング２６の設定圧以上になると、ダイヤ
フラム１８は右方へ、と偏位し、これに従って弁体２３
は隔壁１５より離れ、第３図中、鎖線で示すように、空
気流出口２１は塞がれ、連通口２２が開成される。こう
して、第１圧力室１６に流入した２次空気は、連通口２
２から第２圧力室１７に流入し開口３１より大気解放さ
れる（２次空気ダイバート）。第１圧力室１６の空気が
第２圧力室１７にダイバートされると、圧力Ｐ、は第４
図中、破線で示すように急激に低下するが、第２圧力室
１７の圧力Ｐ２は、第２圧力室１７にダイバートされる
２次空気量が多く、また開口３１が絞りとして機能する
ため、第４図中一点鎖線で示すように大幅に増大する。

このため信号取出チューブ２５かもリーク通路２９を介
してリークされる空気量は」二記インジェクション時よ
り少なくなり、圧力Ｐ３は、第５図中、破線で示すよう
に、インジェクション時よりやや」二昇する。それ故、
弁体２３は第１　ＩＥ力室１６の圧力Ｐ＋の低下にかか
わらず、２次空気供給通路８の空気流入口２１に密着し
た！、ま保持され、弁体２３がばたつくチャタリングの
発生を防止できる。本発明の特長とするところは、この
ように第１圧力室１６の圧力Ｐ１が、ダイバート時には
急激に落ちてしまうため、圧力Ｐ＋　だけでは弁体２３
の開閉制御はできないが、ダイバート時に上昇する第２
圧力室１７の圧力Ｐ２を利用し、圧力調整オリフィス２
８、リーク調整オリフィス３０を上述した条件を満足す
るように選定し、信号取出チューブ２５内の圧力Ｐ３が
イ／ジエクション時、ダイバート時ともに、はぼ同一と
なるようにしたことにある。

エンジンが高速、高負荷域から低中速、低中負荷域に戻
ると、圧力ＰＩ、Ｐ２の低下とともに圧力Ｐ３も低下し
、ダイヤフラム１８は左方へと偏位し、弁体２３は空気
流出口２１から離れ隔壁１５に密着し連通口２２は遮断
され、２次空気は２次空気噴射スパージャ９から噴射さ
れ、再びインジエク／ヨン状態となる。第５図でＰ４を
設定圧とすると、ＷＯＴ　、　−＋　００關Ｈｇ、−２
００陥Ｈｇ、の負荷では回転数Ｎ、、Ｎ、、Ｎ３以上で
２次空気はダイバートされるどととなる。

以上のようにして、本実施例の２次空気制御装置１３に
より、第６図に斜線で示すように、排気系への２次空気
の供給を断ちダイバートさせる２次空気ダイバート域が
高速・高負荷域に限定されるだめ、排気ガス中のＣＯや
ＨＣの増大を招くことなく、触媒コンバータ１２等の過
熱を防止することができる。

なお、上記実施例において、圧力Ｐ、、Ｐ、の変化によ
って変動する信号取出チューブ２５の圧力Ｐ３の急激な
変化を抑止し、弁体２３のチャタリング発生を更に防止
すべく、第３図中、破線で示すように、信号取出チュー
ブ２５にオリフィス３２を設けてもよい。本実施例にお
いては、ダイヤフラム１８、ダイヤフラム室１９、弁体
２３、弁棒２４、スプリング２６等が開閉作動手段であ
る。

上記実施例における２次空気制御は、エアボ／プ５から
吐出され第１圧力室１６に流入する２次空気自身の圧力
によって弁体２３を作動するものであるが、第７図、第
８図に示すように、これとは別系統の吸気マニホルド負
圧を作動源として弁体２３を作動するようにしてもよい
。

第７図においては、信号取出チューブ２５に吸気管負圧
制御弁３３が設けられている。低中速、低中負荷域では
、第１圧力室１６の圧力Ｐ＋は低く、未だ制御弁３３の
ダイヤフラノ、３４を作動し得す、バルブ３５は吸気管
からの負圧通路３６を閉じ、大気がスプリング室３７に
導かれており、ダイヤフラム１８は左方に押され弁体２
３は連通口２２を遮断し、２次空気は排気系へと送られ
インジェクション状態にある。負荷又は工／ジン回転が
−にかり高負荷・高速域になると、圧力Ｐ３が上昇し、
’＋ｌ１ｌｌ　ｉ＋＋弁３３のダイヤフラム室３８の圧
力も上昇し、ダイヤフラム３４がスプリング３９を圧縮
しつつダイヤフラム３４を左方へと偏位させ、バルブ３
５が大気パイプ４０を塞ぎ、負圧通路３６が開く。する
と、吸気管負圧により負圧通路３６を介してスプリング
室３７の空気が吸入されダイヤフラム１８は右方へと偏
位され、弁体２３ｄ、空気流出口２１を遮断し、２次空
気は連通口２２を通って第２圧力室１７、開口３１へと
ダイハートされる。この状態より再び負荷まだはエンジ
ン回転が低下すると、ダイヤプラム室３８の圧力が「が
り、ダイヤフラム３４は右動しバルブ３６は負圧通路３
６を閉じ大気パイプ４０よりスプリング室３７には大気
が導かれて弁体２３は左方へと作動され連通口２２は閉
成されて再びインジエク７ヨン状態となる。

まだ、第・８図の実施例においては、信号取出チューブ
２５をプレッシャースイッチ４１に接続すると共に、プ
レッシャースイッチ４１によりＯＮ　。

ＯＦ下副制御れスプリング室３７に吸気管負圧才だは大
気を導＜：つ方ルノイド弁４２を設けて、スプリング室
３７に吸気管負圧捷だは大気を切換えて導くようにして
ダイヤフラム１８及び弁体２３を作動し２次空気を制御
するものである。

上記、２つの実施例においては、信号取出チューブ２５
の圧力信号ないし圧力Ｐ３が変動しても、吸気管負圧制
御弁３３およびプレッシャースイッチ４１には、通常ヒ
ステリンスがあり、第９図に示すようなヒステリンスル
ープを描き、圧力幅（１においては弁体２３が作動され
ることのない不動域が形成される。まだ、吸気管負圧と
いう、２次空気とは全く別系統のより安定した信号によ
り弁体２３を作動しているだめより安定した制御ができ
る。更に、上述し７だような不動域が存在し制御弁３３
、プレツ／ヤースイッチ４１のダイヤフラム室３８．４
３圧力変化は、ディレィバルブ４４の絞りオリフィス４
５と１方向弁４６との作用によりおだやかな変化される
ため、第１０図実線で示す圧力Ｐ３変動に対して破線の
ごとき動特性を示ス。このだめ、弁体２３のＰ３変動に
伴うチャタリングの発生は完全に防止される。

以上の説明より明らかなように本発明によれば、内燃機
関の高負荷・高速運転時にのみ排気系への２次空気の供
給を確実に遮断でき、排気ガスの悪化を招くことなく、
排気系の過熱による熱害等を防止することができ、しか
も構造簡単にして安価に提供できる等の優れた効果を発
揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の２次空気制御装置を示す概略断面図、第
２図は第１図の装置による２次空気制御を説明するグラ
フ、第３図は本発明に係る装置を有する内燃機関の一実
施例を示す全体概略系統図、第４図、第５図は第３図の
２次空気制御装置の各部の圧力値を示すグラフ、第６図
は同装置による２次空気制御を説明するグラフ、第７図
は本発明の他の実施例を示す概略断面図、第８図は本発
明の別の実施例を示す概略断面図、第９図は第７図ない
し第８図の装置の静的作動特性を示すグラフ、第１０図
は同装置の動的作動特性を示すグラフである。 図中、１はエンジン本体、３は吸気マニホルド、４は排
気マニホルド、５はニーアポ７プ、６は吸気％燕蕃台嬌
蘂、８は２次空気供給通路、１０は逆止弁、１３は２次
空気制御装置、１６は第１川力室、１７は第２圧力室、
１８はダイヤフラム、１９はダイヤフラム室、２０は空
気流入口、２１は空気流出口、２２は連通口、２３は弁
体、２４は弁棒、２５は信号取出チューブ、２８は圧力
調整オリフィス、２９はリーク通路、３０はリーク調整
オリフィス、３１は開口、３３は吸気管負圧制御弁、３
４はダイヤフラム、３６は負圧通路、３７はスプリング
室、３８はダイヤフラム室、４０は大気パイプ、４１は
プレッ／ヤースイッチ、４２は；３方ソレノイド弁、Ｐ
ｉ　　＋　Ｐ　２　　＋　Ｐ　３は圧力である。 特許出願人　いすソ自動車株式会社 代理人弁理士　絹　谷　信　雄 第１図 第２図 イヘー　　　　　、　　　　　　　　　　−高エンシン
回昧 第７図 第９図 休−仄ｈ　　　−高 第１０図 ヂρ（Ｉ　　　　　−− ルー　Ａう苛　　−尺

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　　エアポツプから吐出された空気を排気系に供給す
   る２次空気供給通路の２次空気量を制ｍｌする２次空気
   制御装置において、上記２次空気供給通路に介設された
   第１圧力室と、該第１圧力室に連通口を介して連通接続
   され大気開放のだめの開口を有する第２圧力室と、上記
   第１圧力室の圧力信号を取り出すべく、第１圧力室に接
   続された信号取出チューブと、該チューブ　内の空気を
   上記第２圧力室にリークすべく、第２圧力室と信号取出
   チューブとの間に介設されたリーク通路と、上記信号取
   出チューブの圧力信号に応じて上記連通口と一ヒ記第１
   圧力室に流入した空気を上記排気系に導くだめの空気流
   出口とを開閉作動する開閉作動手段とを備えだことを特
   徴とする内燃機関の２次空気制御装置。 ２　上記信号取出チューブが流計調整のオリフィスを有
   することを特徴とする特許 囲第１項記載の内燃機関の２次空気制御装置。 ３　−ヒ記すーク通路がそのリーク量を調整するだめの
   オリフィスを有することを特徴とする上記特許請求の範
   囲第１項乃至第２項記載の内燃機関の２次空気制御装置
   。