JPS6019931A - 内燃エンジンの空燃比制御装置 - 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】 本発明は内燃エンジンの空燃比制御装置に閉覆る。

排ガス浄化のために三元触媒を排気系に備えた内燃エン
ジンにおいては、供給混合気の空燃比が第１図に示すよ
うに理論空燃比（例えば、１４゜７：１）付近のとき三
元触媒がもっとも有効に作用することがら空燃比を調整
すべく排ガスの濃度及びエンジンの運転状態を表わす空
燃比信号に応じて理論空燃比付近にフィードバック制御
する空燃比制御装置が用いられるのである。

かかる空燃比制御装置においては、空燃比信号に基づい
て積分動作及び往側積分動作のいずれかをなすように構
成されている。

ところで、三元触媒を備えた内燃エンジンの空燃比制御
装置においては、第２図に示すように空燃比の理論空燃
比に対する変動幅（ΔＡ／Ｆ）が小さくかつ空燃比制御
方向のリッチ、リーンの反転周期が短いほど（又は反転
周波数が高いほど）排ガス浄化効率が良いことが知られ
ている。

しかしながら、積分動作による空燃比制御装置において
は、実際の空燃比がリッチ−からリーンへ又はリーンか
らリッチへ反転してがら空燃比制御方向が反転するまで
の応答遅れが比較的大きいため空燃比制御方向の反転周
期を短縮することが難しいのである。

そこで、本発明の目的は、空燃比制御方向の反転周期を
短縮して排ガス浄化性能の向上を図った積分動作による
空燃比制御装置を提供することである。

本発明による空燃化制御装置は、エンジンへの燃料供給
母又は空気供給０を補正するための流体供給通路に受圧
室内の圧力の大ぎさに応じて該通路の流路断面積を変化
せしめる供給樋制御弁を設け、排ガスの濃度がら空燃比
を判定して判定結果に応じて流体供給通路の流路断面積
を徐々に増大又は減少せしめるべ（圧力供給手段にＪ：
つて流イホ圧を該受圧室に供給すると共に空燃比判定結
果に拘らず摂動手段によって所定周期にて変動りる流体
圧を受圧室に供給するように構成されていることを特徴
としている。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第３図に示した本発明の一実施例たる吸気２次空気供給
方式の空燃化制御装置においては、吸入７気が大気吸入
口１からエアクリーナ２、気化器３を介してエンジン４
に供給されるようになっている。気化器３には絞り弁５
が設けられ、絞り弁５の上流にはベンチュリ６が形成さ
れ、ベンチュリ６より更に上流にはチョーク弁７が設け
られている。絞り弁５近傍には負圧検出孔８が形成され
、負圧検出孔８は絞り弁５の閉弁時に絞り弁５の上流に
位置し、絞り弁５の開弁時に絞り弁５の下流に位置する
ようになっている。またベンチュリ６にも負圧検出孔９
が形成されている。

絞り弁５の下流、すなわち吸気マニホールド４２とエア
クリーナ２の空気吐出口近傍とは吸気２次空気通路１１
によって連通される。吸気２次空気通路１１には空気制
御弁１２が設けられ、空気制御弁１２は上記受圧室に相
当する負圧室１２ａと、吸気２次空気通路１１の一部を
なす弁室１２ｂと、負圧室１２ａの一部を形成するダイ
アフラム１’　２　ｃと、負圧室１２ａ内に設けられた
弁ばね１２ｄと、弁室１２ｂに設けられた吸気２次空気
通路１１を閉塞するように弁ばね１２ｄによてダイアフ
ラム１’２　ｃを介して付勢されたテーパ状の弁体１２
ｅどからなり、負圧室１２ａに作用する負圧の大きさに
応じて吸気２次空気通路１１の流路断面積を変化せしめ
、負圧の大ぎさが大になるに従って流路断面積が大ぎく
なるようになっている。

空気制御弁１２の負圧室１２ａには負圧制御部／Ｊ ３１から負圧通路１５、第１の３方電磁弁イして△ 負圧通路１４を介して制御圧が供給される１、電磁弁１
３はソレノイド１３ａと、負圧室１２ａと（１圧通路１
４を介して連通した弁室１３１）と、弁室１３１）内に
設けられてソレノイド１３ａと磁気的に結合した弁体１
３ｃとを備えている。弁室１３ｂは大気圧通路１６を介
して第２制御圧すなわら大気と連通ずる。ソレノイド１
３ａの非通電時には負圧通路１５側が閉塞されかつ負圧
通路１４と大気圧通路１６とが弁室１３ｂを介して連通
し、通電時には大気圧通路１６側が閉塞されかつ負圧通
路１４と負圧通路１５とが連通ずる。なお、０圧通路１
５及び大気圧通路１６には各々オリフィス１７．１９が
設けられている。

ソレノイド１３ａには駆動回路２１を介して制御回路２
２が接続されている。制御回路２２にはエンジン４の排
気路１０の排ガス中の酸素濃度に応じたレベルの電圧を
発生τるＪ素濃度センサ２３が接続されている。

また負圧通路１４の負圧室１２ａ近傍には第２の３方電
磁弁２４から負圧通路２５を介して制御圧が供給される
ようになっている。電磁弁２４は電磁弁１３と同様にソ
レノイド２４ａと、負圧通路１４すなわち負圧室１２ａ
と負圧通路２５を介して連通した弁室２４ｂと、弁室２
４ｂ内に設けられたソレノイド２４ａと磁気的に結合し
た弁体２４ｃとを備えている。弁室２４ｂは負圧通路１
５から分岐した負圧通路１５ａを介して第１制御圧を発
生ずる負圧制御部３１と連通ずるようになされ、また大
気圧通路１６ａを介して第２制御圧すなわち大気と連通
ずる。ソレノイド２４ａの非通電時には負圧通路１５ａ
側が閉塞されかつ負圧通路２５と大気圧通路１６ａとが
弁室２４ｂを介して連通し、通電時には大気圧通路１６
ａ側が閉塞されかつ負圧通路１５ａと負圧通路２５とが
弁室２４ｂを介して連通ずる。ソレノイド２４ａには駆
動回路２６を介してオンオフ信号発生回路２７が接続さ
れている。なお、負圧通路１５ａ及び大気圧通路１６ａ
には各々オリフィス２８，２９゛が設けられている。

負圧制御部３１は負圧応動型の調整弁３２及び空気弁３
３から構成され、調整弁３２及び空気弁３３は負圧室３
２ａ、３３ａと弁室３２ｂ、３．３ｂと、ダイアフラム
３２ｃ、３３ｃと、弁ばね３２ｄ、３３ｄと、弁体３２
．ｅ、３３ｅとから各々なる。負圧室３２ａはフィルタ
付の大気吸入口３４から絞り弁５の下流に至る制御吸気
路３５の途中に設けられ、負圧室３２ａより下流の制御
吸気路３５に弁室３３ｂが位置している。弁体３３ｅは
制御吸気路３５を閉塞するように弁ばね３３ｄによって
ダイアフラム３３ｃを介して付勢されている。負圧室３
３ａは負圧検出孔８と負圧通路３６を介して連通し、弁
室３２ｂは負圧検出孔９と負圧通路３７を介して連通し
ている。また弁室３２ｂは負圧通路３６と連通するよう
になされ弁体３２ｅが弁室３２ｂから負圧通路３６への
通路を閉塞するように弁ばね３２ｄがダイアフラム３２
Ｃを介して弁体３２ｅを付勢している。なお、制御吸気
路３５の負圧室３２ａの上流側にオリフィス３８が、下
流側にオリフィス３９が各々設けられ、負圧通路３６に
はオリフィス４０が設けられ、また負圧通路３７にはオ
リフィス４１が設けられている。オリフィス４０より弁
室３２ｂ及び負圧室３３ａ側の負圧通路３６と負圧通路
１５とが連通している。

かかる構成の本発明による吸気２次空気供給装置におい
て、先ず、負圧制、御部３１の動作を説明する。

エンジン４の運転により負圧検出孔８から負圧通路３６
を介して負圧Ｐｃが負圧室３３ａに作用すると、その負
圧Ｐｃが弁ばね３３ｄによる付勢力より大のとき弁体３
３ｅが開弁方向に移動する。

空気弁３３が開弁すると大気吸入口３４から制御吸気路
３５を介して外気が絞り弁５下流の吸気マニホールド４
２内へ流れ込む。この外気が通過する負圧室３２ａの負
圧Ｐ１及び弁室３３ｂの負圧Ｐ２はオリフィス３８．３
９の絞り比によって定まる。

次に、負圧検出孔９から弁室３２ｂに作用する負圧Ｐｖ
と負圧Ｐ１との差圧が弁ばね３２ｄによる付勢力より大
のとき弁体３２ｅが開弁方向に移動する。調整弁３２の
開弁によりオリフィス４０を通過した負圧Ｐｃが負圧ｐ
ｖによって希釈され１ て負圧ｐｅとなる。

次いで、負圧ｐｅの低下により空気弁３３の開度が減少
して制御吸気路３５を流れる空気ｌｊ）も減少する。こ
の空気量の減少にＪ：り負圧室３２ａの負圧Ｐ１が低下
して調整弁３２は閉弁状態と’Ｊる。

そして、負圧Ｐｅが再び上昇して」：記と同様の動作が
繰り返され、この繰り返し動作が高速で行われるため負
圧Ｐｖとｐｅとの圧力比が負圧Ｐ＋　とＰ２との圧力比
に等しくなるのである。

よって、エンジン４の主吸気ｍが少ないときには負圧Ｐ
１が負圧Ｐｖより大であるため調整弁３２の開度は大き
くなり負圧Ｐｅは低くなり、主吸気量が多くなるに従っ
て負圧ｐｖが大ぎくなるため調整弁３２の開度が小さく
なり負圧ｐｃは高くなる。負圧ｐｅは負圧室３３’ａと
共に電磁弁１３訂作動時に空気制御弁１２の負圧室１２
８に作用して空気弁３３、空気制御弁１２を開弁せしめ
るため制御吸気路３５を流れる空気量と電磁弁１３の作
動時に吸気２次空気通路１１を流れる２次空気量とは比
例し、またエンジン４への主吸気量と電磁弁１３の作動
時に吸気２次空気通路１１を流れる２次空気量とが比例
する。故に負圧Ｐｅは主吸気量に比例して２次空気をエ
ンジン気化器３の絞り弁５下流に導入させる第１制御圧
となる。

次に、制御回路２２の動作を第４図の動作フロー図に従
って説明する。

制御回路２２はイグニッションスイッチ（図示せず）が
オンとなって電源が供給されると、先ず酸素濃度センサ
２３の出力電圧レベルを読み取る（ステップ１）。酸素
濃度センサ２３はいわゆる流し出しタイプのセンサであ
り、酸素濃度がリッチになるに従って出力電圧ＶＯ２が
上昇するようになっている。酸素濃度センサ２３の出力
電圧■ｏ２を読み取り後、この出力電圧ＶＯ２から混合
気の空燃比を判別する（ステップ２）。この判別動作に
おいては酸素濃度センサ２３の出力電几Ｖｏ２が理論空
燃比に対応する基準電圧Ｖｒより大又は小であるか５よ
管空燃比がリッチであるか　“リーンであるか判断され
る。Ｖｏ２＜Ｖｒの場合には空燃比がリーンであると判
別して空燃比をリッチ方向に制御すべくリーン信号を駆
動回路２１に供給する（ステップ３）。一方、ＶＯ２≧
Ｖｒの場合には空燃比がリッチであると判別して空燃比
をリーン方向に制御すべく駆動回路２１にリッチ信号を
供給する（ステップ４）。

このように制御回路２２から駆動回路２１にリーン信号
又はリッチ信号が供給されると、駆動回路２１はリーン
信号に応じてソレノイド１３ａの非通電により電磁弁１
３を不作動状態にせしめ、またリッチ信号に応じてソレ
ノイド１３ａへの通電により電磁弁１３を作動状態にｕ
しめる。

制御回路２２の出力がリーン信号からリップ信号に反転
すると、電磁弁１３は作動状態となり、大気圧通路１６
側を閉塞して負圧通路１４と負圧通路１５とを連通せし
める。そうすると、負圧制御部３１から負圧ｐｅがオリ
フィス１７を介して負圧室１２ａに供給される。

次に、制御回路２２の出力がリッチ信号からリーン信号
に反転すると、電磁弁１３は不作動状態となり、負圧通
路１５側を閉塞して負圧通路１４と大気圧通路１６とを
連通けしめる。よって、リーン信号の発生時には大気圧
がオリフィス１９を介して負圧室１２ａに供給される。

一方、オンオフ信号発生回路２７はオンオフ信号を駆動
回路２６に供給する。オンオフ信号は所定周期で発生す
る方形パルスからなり、そのデユーティ比は例えば５０
％である。所定周期はり一ン信号、リッチ信号の反転周
期よりも短い周期となるように設定される。駆動回路２
６はオンオフ信号に応じてソレノイド２４ａに断続的に
駆動電圧を供給する。よって、電磁弁２４は大気圧通路
１６ａと負圧通路２５との間又は負圧通路１５ａと負圧
通路２５との間を所定周期で交互に連通せしめる故に大
気圧と負圧ｐｅとがＡリフイス２８又は２９を介して交
互に負圧通路２５からも負圧室１２ａに供給される。

今、負圧室１２ａに電磁弁１３から負圧通路１４を介し
てのみ制御圧が供給されるどすると、リッチ信号の発生
時には負圧室１２ａ内の負圧は徐々に負圧Ｐｅに近づき
、空気制御弁１２の開度ずなわち吸気２次空気通路１１
の流路断面積が徐々に増大して２次空気も増大する。負
圧室１２ａの内の負圧が負圧ｐｅと等しくなると吸気２
次空気通路１１を流れる２次空気量が主吸気量に比例す
る。

またリーン信号の発生時には負圧室１２ａの負圧は徐々
に大気圧に近づき、吸気２次空気通路１１の流路断面積
が徐々に減少して２次空気Ｍも減少する。負圧室１２ａ
の内の圧力が大気圧と略等しくなると空気制御弁１２は
閉弁して吸気２次空気通路１１を閉塞せしめる故に２次
空気のエンジン４への供給が停止する。よって、空燃比
を理論空燃比に制御する場合、制御回路２２はリッチ信
号とリーン信号とを交互に発生するので、負圧室１２ａ
の負圧は大気圧と負圧ｐｅとの間において第５図（ａ）
に示すように増減し、２次空気量も同様に変化する。故
に、実際の空燃比に基づいた積分動作による空燃比制御
が行われる。

ここで、電磁弁２４が第５図（Ｃ）に示寸ように動作し
て負圧室１２ａに電磁弁２４からも負圧通路２５を介し
て大気圧と負圧Ｐｅとが所定周期で交互に供給されると
すると、負圧室１２ａに電磁弁１３から大気圧が供給さ
れている時に電磁弁２４から大気圧又は負圧ｐｅが供給
され、また電磁弁１３から負圧ｐｅが供給されている時
にも電磁弁２４から大気圧又は負圧ｐｅが供給される状
態が生ずる故に負圧室１２ａの負圧は例えば第５図（小
に示すように複雑に増減し、２次空気量も同様に変化す
る。

理論空燃比に対応する２次空気量の閾値は電磁弁１３か
らの制御圧のみの積分動作による空燃比制御の場合、第
５図（ｃｌ）の破線Ａの位置である。この場合、制御回
路２２は第５図（ｂ）に示すように所定応答遅れ時間ｔ
ｓ後リッチ信号とリーン信号とを交互に発生する。一方
、この積分動作に加えて電磁弁２４による上記した気体
圧供給動作も行われる場合、その閾値が第５図＜ｄ＞の
破線８の位置になるとすると、第５図（ｅ）の如く所定
応答荏れ時間ｔｓ後クリーン信号リッヂ信号とが発４に
し′、単（１′／Ｉ′１．′１間当りの制御回路２２の
出力信号の反転回数が第５図（ｂ）の場合に比して増加
する。リーン信′ｌコとリッチ信号とが急速に反転する
ことによって電磁弁１３は作動状態から不作動状態へま
たは不作動状態から作動状態へと直ちに反転し実際の空
燃比に↓、↓づいた積分動作が急速となる。ところで、
第５図（小に示す如く２次空気量が変化すると、第５図
（ｅ）に示す如くリッヂ信号とリーン信号との発生・消
滅周期も変化する故、第５図（ａ）の波形も変化するこ
とになり、実際の２次空気供給量の変化はもっと複雑な
様相を呈するはずである。しかしながら、リーン信号と
リッチ信号との反転、すなわち空燃比の制御方向の反転
が急速に行なわれることは明らかであり、また２次空気
量の増減速度が適磨に変化するので空燃比の理論空燃比
等の制御中心値に対する変化幅は狭くなるのである。

第６図は本発明の他の実施例を示しており、本図におい
ては、負圧通路１５は絞り弁５下流に連通ずるようにな
され、負圧通路１５のオリフィス１７より絞り弁５下流
には第３図の負圧制御部３１に代って第１制御圧発生源
として一定負圧制御弁３０が設けられている。一定負圧
制御井３０は絞り弁５下流負圧の大ぎさが所定の大きさ
以上にあるとき該負圧を所定の大きさの負圧ｐｒに安定
化させるようになっている。また電磁弁２４にも負圧ｐ
ｒが負圧通路１５ａを介して供給されるにうになされて
いる。本発明による空燃比制御装置のその他の構成は第
３図の装置と同様である。

このように、本発明の空燃比制御装置においては、エン
ジンへの燃料供給量又は空気供給量を補正するための流
体供給通路に受圧室内の圧力の大きさに応じて開度を変
化せしめる供給量制御弁が設けられ、排ガスの濃度がら
空燃比が判定されて判定結果に応じて積分動作による空
゛燃比制御をなすように流体圧が受圧室に供給されると
共に判定結果に拘らず空燃比信号の反転周期よりも短い
周期で変動する流体圧が摂動手段によって受圧室に供給
されるようになされている。よって、空燃化制御方向の
反転が積分動作のみによる空燃比制御の場合に比して急
速に繰り返される。故に、空燃比の制御中心値に対する
変動幅が狭くなるため三元触媒による排ガス浄化性能が
向上するのである。

また、本発明の空燃比制御装置においては、摂動手段に
よって供給量制御弁の受圧室に供給される流体圧の変動
周期は空燃比信号の反転周期より短くかつ三元触媒入口
における排気温度の微小変動がたもたれる程度周期に設
定されることが望ましい。特に圧力増減周期が短いほど
排ガス浄化性能が向上する。

なお、本発明の空燃比制御装置においては、−１−記実
施例の如くエンジンへの空気供給量を補正する方式の空
燃比制御装置に適用することもできるが、エンジンへの
燃料供給量を補正する方式の空燃比制御装置に適用する
こともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は空燃比と三元触媒による排ガス浄化効率との関
係特性を示す図、第２図は空燃比制御方向の反転周波数
と排ガス浄化効率との冊係特性を示す図、第３図は本発
明の実施例を示す構成図、第４図は第３図の装置中の制
御回路の動作を示すフロー図、第５図は第３図の装置の
動作を示す波形図、第６図は本発明の他の実施例を示す
構成図である。 主要部分の符号の説明 ２・・・・・・エアクーナ　３・・・・・・気化器５・
・・・・・絞り弁　６・・・・・・ベンチュリ８．９・
・・・・・負圧検出孔 １０・・・・・・排気路 １１・・・・・・排気２次空気通路 １２・・・・・・空気制御弁 １３．２４・・・・・・３方電磁弁 １４．１５．１５ａ　、２５．３６．．３７・・・・・
・負圧通路 １６．１６ａ・・・・・・大気圧通路 １７、　１９．　２８．　２９，３８．３９．　４０゜
４１　・・・・・・・・・オリフィス ２３・・・・・・酸素温度センサ ３０・・・・・・一定角圧制御弁 ３１・・・・・・負圧制御部 出願人　本田技研工業株式会社 代理人　弁理士　藤村元彦

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　内燃エンジンの排ガスの濃度から空燃比が理論
   空燃比に対してリッチ又はリーンのいずれであるかを判
   定して該空燃比判定結果を表わす空燃比信号を発生する
   判定手段と、前記エンジンへの燃料供給量又は空気供給
   但を補正するための流体供給通路と、該流体供給通路に
   設けられ受圧室内の圧力の大ぎさに応じて前記流体供給
   通路の流路断面積を変化せしめる供給量制御弁と、前記
   空燃比信号の内容に応じて前記流体供給通路の流路断面
   積を徐々に増大又は減少せしめるように前記受圧室に流
   体圧を供給する圧力供給手段と、前記空燃比信号の内容
   に無関係に所定周期にて変動する流体圧を前記受圧室に
   供給する摂動手段とからなることを特徴とする空燃比制
   御装置。
2. （２）　前記圧力供給手段は前記供給量制御弁を開弁せ
   しめ得る第１制御圧を発生する第１制御圧発生源と、前
   記供給量制御弁を閉弁せしめ得る第２制御圧を発生する
   第２制御圧発生源ど、前記空燃比信号の内容に応じて前
   記流体供給通路の流路断面積を徐々に増大又は減少せし
   めるようにＭ２第１又は第２の制御圧のいずれか一方を
   ｒＩｒｔ記受圧苗受圧室する連通手段とからなることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の空燃比制御装置
   。
3. （３）　前記摂動手段は前記第１制御圧と前記第２制御
   圧とを前記所定周期で交互に前記受圧室に供給する３方
   電磁弁からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の空燃比制御装置。