JPS58138239A - エンジンの吸気装置 - 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、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ヲ備えたエン
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、例えば特開唱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
度富化装置によって富化された酸素リッチ空気をエンジ
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ッチ空気を得るいわゆる酸素透過
方法、および（ロ）ペレッ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ッチ空気を
得るいわゆる窒素吸着方法が主に知られている。

一方、エンジンにおいてエンジンのアイドル回転速度を
エンジン温度やエンジン負荷等に応じて所定値になるよ
うに制御するアイドル回転数制御装置ヲ備えて、アイド
ル運転時でのエンジン出力を高維持してアイドル持続性
を高め、エンジンストップを防止するようにすることが
行われている。

そして、従来、このようなアイドル回転数制御装置とし
て、■スロットルバルブのアイドル開度を制御して、エ
ンジンへの吸入空気量を直接制御するもの、および■ス
ロットルバルブをバイパスするバイパス通路を設け、該
バイパス通路を流れるバイパス空気量を制御するものが
知られている。

しかるに、上記従来のアイドル回転数制御装置は何れも
、エンジン出力を高維持するために増減する吸入空気と
しては通常の酸素濃度（約２１％）の空気が使用されて
いる関係上、燃焼に実質的に寄与する酸素の含有比率が
低いため、その分応答性が悪く、またそのことにより制
御用アクチュエータが大型のものになるという嫌いがあ
った。

そこで、本発明は斯かる点に鑑み、上記のような酸素濃
度富化装置を用いて、該酸素濃度富化装置によって富化
された酸素リッチ空気をアイドル回転数制御用の吸入空
気として使用することにより、アイドル回転数制御の応
答性を改善し、また制御用アクチュエータの小型化を図
ることを目的とするものである。

この目的のため、本発明の構成は、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、エンジンのアイ
ドル回転速度を検出する回転速度検出器と、該回転速度
検出器の出力を受けてアイドル回転速度が所定値になる
ようにエンジンに供給される酸素リッチ空気量を制御す
る酸素リッチ空気量制御装置とを設けることにより、酸
素リッチ空気のエンジンへの供給量を制御することによ
ってアイドル回転数を所定値に制御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はエンジン、２は一端がエアクリー
ナＳを介して大気に開口し他端がエンジン１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
スルスロットルバルブ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１２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
する酸素リッチ空気供給通路１５が主吸気通路、２に並
設されている。該酸素リッチ空気供給通路１５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１
５が、その外周部を酸素リッチ空気供給通路１５の上流
側に、内周部を酸素リッチ空気供給通路１５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１
５上流の酸素リッチ空気供給通路１５には送給ポンプ１
６が、また酸素透過膜１５下流の酸素リッチ空気供給通
路１５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下流の酸素リッチ空気供給
通路１５には、該酸素リッチ空気供給通路１６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
に開口した窒素リッチ空気排出通路２０が連通されてい
るとともに、一端が上記酸素リッチ空気供給通路１５の
吸込ポンプ１７と酸素濃度制御弁１８との間に開口し他
端が上記窒素リッチ空気排出通路２０の途中に開口する
ＩＪ　１１−フ通路２１が設けられており、該ＩＪ　Ｉ
Ｊ−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、この酸素
リッチ空気を、酸素濃度制御弁１８の開作動時でかつＩ
Ｊ　ＩＪ−フ弁２２の閉作動時に酸素リッチ空気供給通
路１６を介してエンジン１に供給するようにした酸素濃
度富化装置２５が構成されている。

そして、本発明の特徴として、２４はエンジン１のアイ
ドル回転速度を検出する回転速度検出器、２５はスロッ
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、２６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って、これら各検出
器２４〜２６は上記制御回路８に入力接続されている。

さらに、２７は上記リンケージ１９に連結されて開閉弁
１２および酸素濃度制御弁１８を作動制御する酸素濃度
制御装置である。また、２８は一端がリリーフ通路２１
のＩＪ　ＩＪ−フ弁２２上流に開ロシ他端がスロットル
バルブ６下流の主吸気通路２に開口して酸素リッチ空気
供給通路１５からの酸素リッチ空気をスロットルバルブ
６をバイパスしてエンジン１に供給するバイパス通路で
あって、該バイパス通路２８の途中にはバイパス通路２
８を開閉制御する流量制御弁２９が介設されている。

該流量制御弁２９は、第２図に示すように、バイパス通
路２８を開閉する弁体５０と、該弁体５０を作動制御す
る例えば比例ソレノイドよりなるアクチュエータ５１と
からなり、該アクチュエータ５１により弁体５０を開閉
作動せしめて、バイパス通路２８を流れる酸素リッチ空
気量を制御するものである。そして、これら酸素濃度制
御装置２７、流量制御弁２９（アクチュエータ５１）お
よび上記ＩＪ　ＩＪ−フ弁２２は制御回路８に接続され
ている。

上記制御回路８は、第３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！１２と、該
基本噴射量決定回路５２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６５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。

また、上記制御回路８には、負荷検出器２５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５４と、該負荷状態検
出回路５４からの負荷状態信号に応じて酸素濃度制御装
置２７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５５と、上記負荷状態検出回路５４か
らの負荷状態信号に基づいてエンジンの負荷状態に応じ
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５６と、該基準値設定回路５６からの基準値信
号と酸素濃度検出器２６からのフィードバック信号とし
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
号を出力する比較器６７と、該比較器′５７からの偏差
信号を受けて上記駆動回路６５の駆動信号を補正して酸
素濃度制御装置２７およびリリーフ弁２２に出力する補
正回路５８とが具備され、上記基準値設定回路５６での
目標酸素濃度はエンジン負荷が増大するに従って減少す
るように設定されている。よって、エンジンの低負荷時
には酸素濃度制御装置２７を作動制御して開閉弁１２を
全開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
、酸素リッチ空気供給通路１５からの酸素リッチ空気の
みをエンジン１に供給し、エンジン負荷が増大するに従
って酸素濃度制御装置２７によりリンケージ１９を図で
右方へ移動させて開閉弁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
素リッチ空気供給通路１５からの酸素リッチ空気を主吸
気通路２からの通常の空気で希釈してエンジン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を全開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、酸素リッチ
空気供給通路１５の酸素リッチ空気をリリーフ通路２１
を介してリリーフするようにしている。

さらに、上記制御回路８には、エンジン冷却水温を検出
するエンジン温度検出器５９の検出信号およびクーラ負
荷を検出するクーラ負荷検出器４０の検出信号に基づい
てエンジン温度およびクーラ負荷に応じた目標アイドル
回転速度に相当する基準値信号を設定する目標アイドル
回転速度設定回路４１と、該目標アイドル回転速度設定
回路４１からの基準値信号と回転速度検出器２４からの
フィードバッ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比較器４２と、上
記負荷状態検出回路５４からの負荷状態信号（スロット
ルバルブ６が・アイドル開度にあるアイドル信号）を受
けてアイドル運転時に上記比較器４２からの偏差信号を
通過させるゲート４５と、該ゲート４６を通過してきた
偏差信号に応じて流量制御弁２９（アクチュエータ５１
）を駆動制御する駆動回路４４とが具備され、上記目標
アイドル回転速度設定回路４１での目標アイドル回転速
度は、例えば第４図に示すようにエンジン冷却水温が５
０’Ｃまでは１０００　ｒ、ｙｎに一定に保持され、５
０℃から上昇するに従って減少し、エンジン冷却水温度
が８０℃以上になると６００　ｒ、ｐｍに一定になるよ
うに設定されている。なお、クーラ作動時は’７５０　
ｒ、ｐｘｎ以上に保たれる。よって、アイドル運転時に
は流量制御弁２９を開閉制御することにより、バイパス
通路２８を介してエンジン１に供給される酸素リッチ空
気量を制御して、エンジン１のアイドル回転速度を所定
値（エンジン冷却水温およびクーラ負荷に応じた目標ア
イドル回転速度）になるようにフィードバック制御する
酸素リッチ空気量制御装置４５が構成されている。

したがって、上記実施例においては、燃焼性の比較的悪
いエンジンの低負荷時には酸素リッチ空気がエンジン１
に供給されることにより、エンジン低負荷時の燃焼性が
改善されることになる。

そして、エンジン低負荷時におけるアイドル運転時には
、酸素リッチ空気量制御装置４５の作動により、スロッ
トルバルブ６を迂回してアイドル回転数制御用の酸素リ
ッチ空気をエンジン１に供給するバイパス通路２８が流
量制御弁２９のアクチュエータ５１の駆動制御による弁
体５０の開閉によって開閉制御されて、エンジン１に供
給される酸素リッチ空気量は、アイドル回転速度がエン
ジン温度および負荷に応じた所定値になるように制御さ
れることになり、アイドル回転数制御が行われることに
なる。

この場合、アイドル回転数制御用の吸入空気として酸素
リッチ空気が使用されているので、通常の空気に較べて
燃焼の促進作用が犬で、エンジン出力の高維持が迅速に
行われることになり、アイドル回転数制御の応答性を向
上させることができる。また、この応答性の改善により
、アイドル回転数制御用のアクチュエータ５１の駆動力
が小さく済み、その小型化が可能となる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、そ
の他種々の変形例をも包含するものである。例えば、上
記実施例では、酸素濃度富化装置２５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、アイドル回転数制御装置として
の酸素リッチ空気量制御装置４５は、スロットルバルブ
６を迂回するバイパス通路２８を設け、該バイパス通路
２８を流量制御弁２９で開閉制御して、バイパス通路２
８を流れる酸素リッチ空気量を制御するようにしたもの
について述ベタカ、スロットルバルブ６のアイドル開度
を制御するものにおいて酸素リッチ空気供給通路１５に
流量制御弁２９を設け、該流量制御弁２９により酸素リ
ッチ空気供給通路１５からの酸素リッチ空気量を制御す
るようにしたものに対しても適用可能である。

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、エンジンのアイドル回転
速度が所定値になるようにエンジンに供給される酸素リ
ッチ空気量を制御することによってアイドル回転数制御
を行うようにしたので、アイドル回転数制御の応答性を
向上させることができ、またそのアクチュエータの小型
化を図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示し、第１図は全体概略構成図
、第２図は流量制御弁部分の詳細図、第３図は制御回路
のブロック図、第４図はエンジン冷却水温に対する目標
アイドル回転速度特性を示すグラフである。 １・・エンジン、２・・主吸気通路、５・・吸入空気量
検出器、６・・スロットルバルブ、８・・制御回路、１
２・・開閉弁、１５・・酸素リッチ空気供給通路、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、２１・・リリーフ通路
、２２・・ＩＪ　ＩＪ−フ弁、２５・・酸素濃度富化装
置、２４・・回転速度検出器、２５・・負荷検出器、２
６・・酸素濃度検出器、２７・・酸素濃度制御装置、２
８・・バイパス通路、２９・・流量制御弁、５０・・弁
体、５１・・アクチュエータ、６４・・負荷状態検出回
路、６５・・駆動回路、６・６・・基準値設定回路、５
７・・比較器、５８・・補正回路、４１・・目標アイド
ル回転速度設定回路、４２・・比較器、４４・・駆動回
路、４５・・酸素リッチ空気量制御装置。

Claims (2)

【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
   装置を備えたエンジンにおいて、エン仔ンのアイドル回
   転速度を検出する回転速度検出器と、該回転速度検出器
   の出力を受けてアイドル回転速度が所定値になるようは
   エンジンに供給される酸素リッチ空気量を制御する酸素
   リッチ空気量制御装置とを設けたことを特徴とするエン
   ジンの吸気装置。
2. （２）酸素リッチ空気量制御装置は、スロットルバルブ
   を迂回して酸素リッチ空気をエンジンに供給するバイパ
   ス通路と、該バイパス通路を開閉する弁体と、該弁体を
   作動制御するアクチュエータと、該アクチュエータをア
   イドル運転時に駆動制御する制御回路とからなり、該制
   御回路は、エンジン温度および負荷に応じて目標アイド
   ル回転速度を設定する目標アイドル回転速度設定部と、
   該目標アイドル回転速度設定部の出力と回転速度検出器
   の出力とを比較する比較部と、該比較部の出力に応じて
   上記アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動部と
   を備えた特許請求の範囲第＋ｌ）項記載のエンジンの吸
   気装置。