JPH0368229B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エンジンの吸気装置に関し、特に空
気中の酸素含有比率を増大させる酸素濃度富化装
置を備えたエンジンの吸気装置に関するものであ
る。

一般に、エンジンは、空気に燃料を所定の空燃
比で供給して燃焼させ、この熱エネルギーを軸出
力として取出すものである。そして、この燃焼に
使用される空気は通常、酸素が約21％、窒素が約
78％を占め、残りをアルゴン、炭酸ガス、水素等
の気体が占めている。そのうち、酸素のみが実質
的に燃焼に寄与するものであり、大きな比率を占
める窒素は、逆に、吸熱作用を有するため、燃焼
速度を遅らせ燃焼安定性を悪化させて燃焼を阻害
する働きをするものである。

そのため、従来、例えば特開昭56−50253号公
報に開示されているように、空気中の酸素含有比
率を増大させる酸素濃度富化装置をエンジンに備
えて、該酸素濃度富化装置によつて富化された酸
素リツチ空気をエンジンに供給することにより、
吸入空気の酸素含有比率をできるだけ高めてエン
ジンの燃焼性等の改善を図るようにしたものが提
案されている。尚、上記酸素濃度富化装置の原理
手法としては、(イ)上記公報に記載の如くシリコン
系ゴム膜を多層重ねた酸素透過膜を用い、該酸素
透過膜の一方側から空気を送り他方側から吸引し
て、この圧力差による酸素と窒素との溶解速度の
差により酸素を多く透過させて酸素リツチ空気を
得るいわゆる酸素透過方法、および(ロ)ペレツト状
の合成ゼオライトを充填した容器に空気を加圧し
て送り、窒素をゼオライトに多く吸着させ、浮遊
した酸素を取出して酸素リツチ空気を得るいわゆ
る窒素吸着方法が主に知られている。

ところで、エンジンの温間始動時には、エンジ
ンの温度が高いために点火装置による正規の着火
以前に自己着火し逆トルクを発生して始動が困難
になるいわゆる、温間ロツクが生じやすい。特
に、上記のような酸素濃度富化装置を備えたエン
ジンにおいては、酸素濃度富化装置によつて富化
された酸素リツチ空気がエンジンに供給されるた
め、一層自己着火し易く、温間ロツクの発生が顕
著であるという問題があつた。

そこで、本発明は斯かる点に鑑み、上記の如く
酸素濃度富化装置を備えたエンジンにおいて、そ
の温間始動時にはエンジンに供給される酸素リツ
チ空気中の酸素濃度を低下させることにより、温
間始動時の自己着火を抑制して温間ロツクを有効
に防止することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明の構成は、空
気中の酸素含有比率を増大させる酸素濃度富化装
置と、該酸素濃度富化装置によつて富化された酸
素リツチ空気を燃焼室に供給する酸素リツチ空気
供給装置とを備えたエンジンにおいて、エンジン
の温度状態を検出するエンジン温度検出器と、エ
ンジンの始動状態を検出するエンジン始動検出器
と、上記エンジン温度検出器およびエンジン始動
検出器の各出力を受け、エンジンの温度が所定値
以上でかつ該エンジンの始動時にはエンジンに供
給される酸素リツチ空気中の酸素濃度を低下させ
る酸素濃度制御装置とを備え、エンジンの温間始
動時には吸入空気としての酸素リツチ空気中の酸
素濃度を低くするようにしたものである。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図において、１は燃焼室１ａを有するエン
ジン、２は一端がエアクリーナ３を介して大気に
開口し他端がエンジン１の燃焼室１ａに開口して
通常の大気（空気）を吸入空気としてエンジン１
の燃焼室１ａに供給する主吸気通路、４は一端が
大気に開口し他端がエンジン１の燃焼室１ａに開
口してエンジン１からの排気を排出する排気通路
である。上記主吸気通路２には上流から順に、吸
入空気量を検出する吸入空気量検出器５、吸入空
気量を制御するスロツトルバルブ６、および燃料
を噴射する燃料噴射弁７が配設されており、上記
吸入空気量検出器５は制御回路８を介して上記燃
料噴射弁７に接続されている。尚、９は吸気弁、
１０は排気弁、１１は点火栓である。

また、上記吸入空気量検出器５上流の主吸気通
路２には該主吸気通路２を開閉制御する開閉弁１
２が配設されている一方、上流端が該開閉弁１２
上流の主吸気通路２に開口し下流端が開閉弁１２
下流で吸入空気量検出器５上流の主吸気通路２に
開口して上記開閉弁１２をバイパスする酸素リツ
チ空気供給通路１３が主吸気通路２に並設されて
いる。該酸素リツチ空気供給通路１３の途中に
は、ケース１４内に収納された円筒形状の酸素透
過膜１５が、その外周部を酸素リツチ空気供給通
路１３の上流側に、内周部を酸素リツチ空気供給
通路１３の下流側に連通せしめて配設されている
とともに、該酸素透過膜１５上流の酸素リツチ空
気供給通路１３には送給ポンプ１６が、また酸素
透過膜１５下流の酸素リツチ空気供給通路１３に
は吸込ポンプ１７がそれぞれ介設されている。さ
らに、上記吸込ポンプ１７下流の酸素リツチ空気
供給通路１３には、該酸素リツチ空気供給通路１
３を開閉制御する酸素濃度制御弁１８が配設さ
れ、該酸素濃度制御弁１８はリンケージ１９を介
して上記開閉弁１２と相反する方向に開閉作動す
るように連動されている。

さらに、上記酸素透過膜１５の外周部には、一
端が大気に開口した窒素リツチ空気排出通路２０
が連通されているとともに、一端が上記酸素リツ
チ空気供給通路１３の吸込ポンプ１７と酸素濃度
制御弁１８との間に開口し他端が上記窒素リツチ
空気排出通路２０の途中に開口するリリーフ通路
２１が設けられており、該リリーフ通路２１の途
中にはリリーフ通路２１を開閉制御するリリーフ
弁２２が介設されている。

以上により、送給ポンプ１６および吸込ポンプ
１７の作動により生じる酸素透過膜１５の内外周
部の圧力差により、該酸素透過膜１５を透過する
空気のうち酸素を多く透過させて空気中の酸素含
有比率を増大させるようにした酸素濃度富化装置
２３が構成されているとともに、該酸素濃度富化
装置２３によつて富化された酸素リツチ空気を、
酸素濃度制御弁１８の開作動時でかつリリーフ弁
２２の閉作動時に酸素リツチ空気供給通路１３を
介してエンジン１の燃焼室１ａに供給するように
した酸素リツチ空気供給装置２４が構成されてい
る。

そして、本発明の特徴として、２５はエンジン
冷却水温によりエンジンの温度状態を検出するエ
ンジン温度検出器、２６はエンジン１のクランク
シヤフト１ｂの起動によりエンジンの始動状態を
検出するエンジン始動検出器、２７はスロツトル
バルブ６の開度によりエンジンの負荷状態を検出
する負荷検出器、２８は主吸気通路２の吸入空気
量検出器５直上流に配設され吸入空気中の酸素含
有比率（酸素濃度）を検出する酸素濃度検出器で
あつて、これら各検出器２５〜２８は上記制御回
路８に入力接続されている。また、該制御回路８
には、上記リンケージ１９に連結されて開閉弁１
２および酸素濃度制御弁１８を作動制御する酸素
濃度制御装置２９と上記リリーフ弁２２とが接続
されている。

上記制御回路８は、第２図に示すように、吸入
空気量検出器５からの検出信号に基づいて基本噴
射量信号をパルス信号として出力する基本噴射量
決定回路３０と、該基本噴射量決定回路３０から
の基本噴射量信号に応じて燃料噴射弁７を駆動制
御する燃料噴射弁駆動回路３１とを備え、吸入空
気量に応じて燃料噴射弁７からの燃料噴射量を制
御するようにしている。

さらに、上記制御回路８には、上記負荷検出器
２７からの検出信号に基づいてエンジンの負荷状
態に相当する負荷状態信号を出力する負荷状態検
出回路３２と、該負荷状態検出回路３２からの負
荷状態信号に応じて酸素濃度制御装置２９および
リリーフ弁２２を駆動制御する駆動信号を出力す
る駆動回路３３と、上記負荷状態検出回路３２か
らの負荷状態信号に基づいて負荷状態に応じた目
標酸素濃度に相当する基準値信号を設定する基準
値設定回路３４と、該基準値設定回路３４からの
基準値信号と酸素濃度検出器２８からのフイード
バツク信号としての検出信号とを比較して両者の
偏差に相当する偏差信号を出力する第１比較器３
５と、該第１比較器３５からの偏差信号を受けて
上記駆動回路３３の駆動信号を補正する第１補正
回路３６と、エンジン温度検出器２５からの検出
信号を基準値と比較してエンジン温度が所定値以
上のときにエンジン温間時信号を出力する第２比
較器３７と、該第２比較器３７からのエンジン温
間時信号および上記エンジン始動検出器２６から
の検出信号（エンジン始動時信号）を受けてエン
ジン温間始動時信号を出力するAND回路３８と、
該AND回路３８からのエンジン温間始動時信号
を受けて上記第１補正回路３６で補正された駆動
信号をさらに補正して上記酸素濃度制御装置２９
およびリリーフ弁２２に出力する第２補正回路３
９とが具備され、上記基準値設定回路３４での目
標酸素濃度は、第３図に示すようにエンジン負荷
が増大するに従つて減少するように設定されてい
る。よつて、エンジン低負荷時には第１補正回路
３６で補正された駆動信号により酸素濃度制御装
置２９を作動制御して開閉弁１２を全閉に閉作動
させ酸素濃度制御弁１８を全開に開作動させると
ともにリリーフ弁２２を閉作動させることによ
り、酸素リツチ空気供給通路１３からの酸素リツ
チ空気のみをエンジン１に供給し、エンジン負荷
が増大するに従つて開閉弁１２を全閉から開作動
させ酸素濃度制御弁１８を全開から閉作動させる
ことにより、酸素リツチ空気供給通路１３からの
酸素リツチ空気を主吸気通路２からの通常の空気
で希釈させその酸素濃度を低下させてエンジン１
に供給し、エンジン高負荷時には開閉弁１２を全
開に開作動させ酸素濃度制御弁１８を全閉に閉作
動させるとともにリリーフ弁２２を開作動させる
ことにより、主吸気通路２のみから通常の空気を
エンジン１に供給し、酸素リツチ空気供給通路１
３の酸素リツチ空気をリリーフ通路２１を介して
リリーフする一方、さらにはエンジン１の温度が
所定値以上でかつ該エンジン１の始動時は、上記
第１補正回路３６で補正された駆動信号をさらに
第２補正回路３９で補正した信号により酸素濃度
制御始動２９を作動制御して開閉弁１２を開作動
させ酸素濃度制御弁１８を閉作動させることによ
り、酸素リツチ空気供給通路１３からの酸素リツ
チ空気を主吸気通路２からの通常の空気で希釈さ
せその酸素濃度を低下させてエンジン１に供給す
るようにした酸素濃度制御装置４０が構成されて
いる。

したがつて、上記実施例においては、燃焼性の
比較的悪いエンジン１の低負荷運転時には、酸素
濃度制御装置４０により、酸素濃度富化装置２３
によつて富化された酸素リツチ空気がエンジン１
に供給されることにより、この酸素リツチ空気に
よつて燃料が良好に着火し、かつ良好に燃焼して
完全燃焼することになり、エンジン低負荷運転時
の燃焼性、着火性を改善することができる。

一方、エンジン１の負荷が増大するに伴い、上
記酸素濃度制御装置４０により、酸素リツチ空気
は通常の空気によつて希釈され、その酸素濃度が
低下してエンジン１に供給され、さらにエンジン
１が高負荷運転状態になると、酸素リツチ空気の
供給は停止されて通常の空気のみがエンジン１に
供給されることにより、通常のエンジンと同様の
良好なエンジン性能が確保され、また酸素リツチ
空気の供給によるオーバヒートや過給作用がない
ので、エンジン１の耐久性の向上を図ることがで
きる。

加えて、エンジン１の温度が所定値以上でのエ
ンジン温間始動時には、酸素濃度制御装置４０に
より、上記と同様、酸素リツチ空気は通常の空気
によつて希釈され、その酸素濃度が低下してエン
ジン１に供給されることにより、この酸素濃度の
低下によつてエンジン温間始動時の自己着火が抑
制されることになり、 温間ロツクを有効に防止することができる。

尚、上記実施例では、酸素濃度富化装置２３と
して酸素透過法によるものについて述べたが、窒
素吸着法によるものに対しても適用できるのは勿
論である。

また、上記実施例では、エンジン負荷の増大に
伴つて酸素濃度を線形的に減少変化させるように
したが、それらをON−OFF的に減少変化させる
ようにしてもよいのは言うまでもない。

さらに、上記実施例では、エンジンの温間始動
時、エンジン１に供給される酸素リツチ空気中の
酸素濃度を通常の空気との希釈により低下させる
ようにしたが、その低下度は最大、通常の空気の
酸素濃度値までであつて、この場合には、希釈に
よらずに、酸素リツチ空気の供給を停止し通常の
空気のみをエンジンに供給するようにすればよ
い。

以上説明したように、本発明によれば、酸素濃
度富化装置を備えたエンジンにおいて、エンジン
の温間始動時にはエンジンに供給される酸素リツ
チ空気中の酸素濃度を低下させるようにしたの
で、エンジン温間始動時の自己着火を抑制して温
間ロツクを効果的に防止することができるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を例示し、第１図は全体
概略構成図、第２図は酸素濃度制御装置のブロツ
ク図、第３図は基準値設定回路でのエンジン負荷
に対する目標酸素濃度特性を示すグラフである。 １…エンジン、１ａ…燃焼室、２…主吸気通
路、５…吸入空気量検出器、６…スロツトルバル
ブ、８…制御回路、１２…開閉弁、１３…酸素リ
ツチ空気供給通路、１５…酸素透過膜、１６…送
給ポンプ、１７…吸込ポンプ、１８…酸素濃度制
御弁、２３…酸素濃度富化装置、２４…酸素リツ
チ空気供給装置、２５…エンジン温度検出器、２
６…エンジン始動検出器、２７…負荷検出器、２
８…酸素濃度検出器、２９…酸素濃度制御装置、
３２…負荷状態検出回路、３３…駆動回路、３４
…基準値設定回路、３５…第１比較器、３６…第
１補正回路、３７…第２比較器、３８…AND回
路、３９…第２補正回路、４０…酸素濃度制御装
置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 空気中の酸素含有比率を増大させる酸素濃度
   富化装置と、該酸素濃度富化装置によつて富化さ
   れた酸素リツチ空気を燃焼室に供給する酸素リツ
   チ空気供給装置とを備えたエンジンにおいて、エ
   ンジンの温度状態を検出するエンジン温度検出器
   と、エンジンの始動状態を検出するエンジン始動
   検出器と、上記エンジン温度検出器およびエンジ
   ン始動検出器の各出力を受け、エンジンの温度が
   所定値以上でかつ該エンジンの始動時にはエンジ
   ンに供給される酸素リツチ空気中の酸素濃度を低
   下させる酸素濃度制御装置とを備えたことを特徴
   とするエンジンの吸気装置。