JPS58148217A - エンジンの二次空気供給装置 - 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、エンジンの二次空気供給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
たエンジンの二次空気供給装置に関するものでおる。

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％、窒素力；約７８チを占め、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、酸素のみ力ｉ実質的に４焼に寄与するものでちり
、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ちる。

そのため、従来１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
過膜の一方層から空気を送り他方側力・ら吸引して、こ
の圧力差による酸素と窒零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（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、エンジンの排気系に配設した触媒装置やりアクタ
−等の排気ガス浄化装置に二次空気を供給して、該二次
空気の酸化作用により排気ガス中のＨＣ、Ｃｏ等の未燃
成分を効率よ（浄化するようにした二次空気供給装置は
知られている。

しかるに、従来の二次空気供給装置では、二次空気とし
ては通常の酸素濃度（約２１％）の空気が使用されてい
るため、酸化反応に実質的に寄与する酸素の含有比率が
低く、その分、浄化性能の向上を図るためには比較的多
量の二次空気量を必要とする。その結果、二次空気を供
給するための二次空気供給通路や該通路を開閉制御する
弁等。

二次空気供給システムが大型化、複雑化し、また。

そのことにより車載性が悪いという嫌いがあった。

しかも、酸素の含有比率が低いことに伴い窒素の含有比
率が高いため、窒素の吸熱作用により触媒等の低温活性
化が阻害され、その結果、低温時の浄化性能が悪いとい
う問題があった。

そこで１本発明は斯かる点に鑑み、上記のような酸素濃
度富化装置を備えたエンジンにおいては該酸素濃度富化
装置によって富化された酸素リッチ空気を二次空気とし
て利用することにより、二次空気の酸素濃度の増大によ
って単位二次空気量当りの浄化性能を高め、その分二次
空気量を少なく済むようにして、二次空気供給システム
の小型化、簡略化を図るとともに、二次空気、中の窒素
濃度の低下により低温活性化を向上させ、低温時の浄化
性能の向上を図ることを目的とするものである。

この目的のため１本発明の構成は、上記の如き酸素濃度
富化装置を備えたエンジンにおいて、エンジンの排気系
に配設された排気ガス浄化装置に二次空気を供給するた
めの二次空気供給通路と。

該二次空気供給通路に上記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供給するように制御する制御
装置とを備えることにより、酸素リッチ空気を二次空気
として排気ガス浄化装置に供給するようにしたものであ
る。

以下１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３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
するスロットルバルブ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は点火プラグ、ｌ
ａは燃焼室である。

また、上記主吸気通路２の吸入空気量検出器５上流には
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１６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１６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ッチ空気供給通路１３の上流側
に、内周部を酸素リッチ空気供給通路１６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上流の酸素リッチ空気供給通路１３に
は送給ポンプ１６が、また酸素透過膜１５下流の酸素リ
ッチ空気供給通路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
リッチ空気供給通路１３には、該酸素リッチ空気供給通
路１３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
端が上記窒素リッチ空気排出通路２０の途中に開口する
リリーフ通路２１が設けられおり、該ＩＪ　ＩＪ−フ通
路２１の途中にはリリーフ通路２１を開閉制御するＩＪ
　ＩＪ−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（
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の間作幼時でかつＩ
Ｊ　ＩＪ−）弁２２の間作幼時に酸素リッチ空気供給通
路１３を介してエンジン１の燃焼室１ａに供給するよう
にした酸素濃度富化装置２３が構成されている。

そして１本発明の特徴として、２−４はエンジン１の負
荷状態をスロットルバルブ６の開度により検出する負荷
検出器、２５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．
２５は上記制御回路８に入力接続されている。また、２
６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を作動制御するサーボモータ等よ
りなる酸素濃度制御装置であって、該酸素濃度制御装置
２６および上記ＩＪ　ＩＪ−フ弁２２は制御回路８に接
続されている。

さらに、２７は上記排気通路４に配設された触媒装置ま
たＩｄ　ＩＪアクタ−等の排気ガス浄化装置。

２８は一端が該排気ガス浄化装置２７上流の排気通路４
に開口して二次空気を排気ガス浄化装置２７に供給する
二次空気供給通路であって、該二次空気供給通路２８の
他端は上記リリーフ通路２１のリリーフ弁２２下流に開
口して該リリーフ通路２１を介して酸素リッチ空気供給
通路１３の吸込ポンプ１７下流で酸素濃度制御弁１８上
流に連通されている。該二次空気供給通路２８の途中に
は二次空気供給通路２８を開閉制御する二次空気制御弁
２９が介設されており、該二次空気制御弁２９は制御回
路８に接続されている。

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６０と、該基
本噴射量決定回路６０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６１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２４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２６およびＩＪ　ＩＪ　−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６２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６４と、該基準値設定回路６４からの
基準値信号と酸素濃度検出器２５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３５と、該比較器６５から
の偏差信号を受けて上記駆動回路６３の駆動信号を補正
して酸素濃度制御装置２６およびリリーフ弁２２に出力
する補正回路６６とが具備され、上記基準値設定回路３
４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２６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
作動さ騒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１３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２６によりリンゲージ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を全開から開作動させることによ
り、酸素リッチ空気供給通路１３からの酸素リッチ空気
を主吸隼通路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１６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、上記負荷検出器２４から
の検出信号およびエンジン回転数信号ｓ１゜エンジン温
度信号馬等に基づいてエンジンの低負荷時等の二次空気
供給作動域に相当する作動域信号を出力する作動域検出
回路３７と、該作動域検出回路３７からの作動域信号に
応じて二次空気制御弁２９およびリリーフ弁２２を駆動
制御する駆動回路３８とが具備されており、よってエン
ジンの低負荷時等の二次空気供給作動域には二次空気制
御弁２９を開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、酸素濃度富化装置２６からの酸素
リッチ空気の一部ないし全部を二次空気供給通路２８を
介して排気ガス浄化装置２７に供給するように制御する
制御装置３９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、酸素濃度富化装置２３によ
って富化された酸素リッチ空気がエンジン１に供給され
ることにより、吸入空気の酸素濃度が増大して低負荷時
の燃焼性を向上させることができる。

一方、エンジンの高負荷時には、酸素リッチ空気のエン
ジン１への供給は停止されて通常の空気がエンジン１に
供給されることにより１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。

また酸素リッ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、エンジンの耐久性の向上を図ることがで
きる。

そして、エンジンの低負荷時等の二次空気供給作動域で
は、制御装置３９の作動によシ、酸素濃度富化装置２３
によって富化され念酸素リッチ空気が二次空気供給通路
２８を介して触媒装置等の排気ガス浄化装置２７に供給
されることにより。

該排気ガス浄化装置２７において排気ガス中のＨＣ，Ｃ
Ｏ等の未燃成分が酸化反応して浄化される。

その際、二次空気として通常の空気よりも酸素濃度め高
い酸素リッチ空気を供給しているため。

未燃成分の浄化のための酸化反応効果が高いので。

その分二次空気量が少なくて済み、それに伴って二次空
気供給通路２８が小径の°ものでよ（、また二次空気制
御弁２９が小型のものでよく、二次空気供給システムを
小型化、簡略化することができる。また、そのことによ
り二次空気供給システムの車載性を向上させることがで
きる。

しかも、上記二次空気の酸素濃度の増大に伴う窒素濃度
の低下により、窒素の吸熱作用が低減されて、触媒等の
低温活性化が向上するので、低温時の浄化性能を向上さ
せることができ、エミッション性能を一層良好なものと
することができる。

尚１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、エンジンの低負荷運転時に酸素
リッチ空気をエンジン１に供給する場合について述べた
が、これに限定されるものではないことは言うまでもな
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、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二次空気として二次空
気供給通路に供給するようにしたので、二次空気供給レ
ステムを小型化、簡略化することができ、その車載性の
向上を図ることができるとともに、二次空気の窒素濃度
の低下により低温活性化を向上させることができ、エミ
ッション性能の向上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例示し、第１図は全体概略構成
図、第２図は制御回路のブロック図である。 トエンジン、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。 １２・・開閉弁、１３・・・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、２３・・酸素
濃度富化装置、２４・・負荷検出器、２５・・酸素濃度
検出器。 ２６・・酸素濃度制御装置、２７・・・排気ガス浄化装
置、２８・・二次空気供給通路、２９・・・二次空気制
御弁、３２・・負荷状態検出回路、６３・駆動回路、３
４・・・基準値設定回路、３５・比較器、６６・・・補
正回路、６７・・・作動域検出回路、６８・・・駆動回
路、３９・・制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１１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、エンジンの排気系に配
   設された排気ガス浄化装置に二次空気を供給するための
   二次空気供給通路と、該二次空気供給通路に上記酸素濃
   度富化装置によって富化された酸素リッチ空気を供給す
   るように制御する制御装置とを備えたことを特徴とする
   エンジンの二次空気供給装置。