JPS5922064B2 - 多気筒内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多気筒内燃機関の空燃比制御装置に関する。

排気ガス中の有害成分ＨＣ，ＣＯ並びにＮＯＸを同時に
低減する方法として三元触媒を用いる方法が知られてい
る。

この三元触媒は機関シリンダ内に供給される混合気の空
燃比が理論空燃比に一致したときに最も浄化効率が高く
なり、従って三元触媒を用いる場合には機関シリンダ内
に供給される混合気の空燃比を理論空燃比に一致せしめ
る必要がある。

このように機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比
を理論空燃比に一致せしめるために、濃混合気を形成す
るように気化器を設定し、機関排気系に三元触媒コンバ
ータを設けると共にその上流に空燃比検出器を取付げ、
この空燃比検出器の出力信号に基いて機関吸気系に供給
される２次空気量を制御して機関シリンダ内に供給され
る混合気の空燃比を理論空燃比に一致せしめるようにし
た空燃比制御装置が提案されている。

しかしながら特に多気筒内燃機関においてこの種の空燃
比制御装置を用いた場合には確かに各シリンダ内に供給
される混合気の空燃比の平均値を理論空燃比に一致せし
めることができるが、各気筒への２次空気供給量がばら
つくために各気筒に供給される混合気の空燃比がばらつ
き、その結果各気筒においてトルク変動が生ずるという
問題がある。

本発明は各気筒に一様に２次空気を供給することのでき
る空燃比制御装置を提供することにある。

以下、添附図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図を参照すると、１は機関本体、２ａ 、 ２ｂ
。

２ｃ、２ｄは夫々１番気筒、２番気筒、３番気筒。

４番気筒、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは吸気弁、４ａ、４
ｂ、４ｃ、４ａは排気弁、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは吸
気ポート、６ ａ 、６ ｂ ｊ ６ ｅ ｊ ６ ｄ
は排気ポートを夫々示す。

第１図の側面断面図を示す第２図を参照すると、７はシ
リンダブロック、８はシリンダブロック７内で往復動す
るピストン、９はシリンダブロック７上に固定されたシ
リンダヘッド、１０は燃焼室を夫々示す。

なお、図には示さないが燃焼室１０内には点火栓が配置
される。

第１図並びに第２図を参照すると、一対の気化器ハウジ
ング１１，１２が機関本体１に取付けられ、これら気化
器ハウジング１１，１２には夫々可変ベンチュリ型気化
器本体１３，１４が設けられる。

気化器ハウジング１１，１２内の各混合気通路１５，１
６は一対の混合気枝通路１７，１８：１９，２０に夫々
分岐され、これら各混合気枝通路１７，１８，１９，２
０は夫々吸気ポート５ａ 、５ｂ 、５ｃ 、５ａに連
結される。

また、これら各混合気枝通路１７，１８，１９，２０内
には夫々気化器スロットル弁２１，２２，２３゜２４が
配置され、これら各スロットル弁２１゜２２．２３．２
４はリンク機構により互いに連結されて同時に開弁Ｔｆ
ＪＩ脚されるがこれを第１図では簡略化して共通のスロ
ットル軸２５に固定されているように示す。

第２図に示すように可変ベンチュリ型気化器本体１４は
可動サクションピストン２６と可動ニードル２７並びに
計量ジェット２８とを有し、よく知られているように可
動サクションピストン２６はスロットル弁２３，２４の
上流でかつサクションピストン２６の下流の混合気通路
１６内の負圧が常時一定員圧になるように上下動する。

各スロットル弁２１，２２，２３，２４の下方には機関
本体１の長手方向に延びる第１の共通連通路２９が設け
られ、この第１共通連通路２９から各吸気ポート５ ａ
、５ ｂ 、５ ｃ ｔ ５ ｄ内に通ずる４本の第
１連通枝路３０ａ 、３０ｂ 、３０ｃ 。

３０ｄがシリンダヘッド９内に形成される。

これら各第１連通枝路３０ ａ ｔ ３０ ｂ ｔ ３
０ ｃ 、３０ｄの開口３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１
ｄは吸気弁開弁時に吸気弁とその弁座間に形成される間
隙に指向され、しかも対応する燃焼室１０の周辺方向に
指向される。

第１図並びに第２図に示されるように第１共通連通路２
９の中央部は２次空気供給路３２を介してエアクリーナ
３３に連結される。

この２次空気供給路３２内には弁ポート３３の開閉制御
を行なう弁体３４を具えた電磁弁３５と流量制御弁３６
とが設けられる。

第２図に示されるように流量制御弁３６の弁軸３７には
アーム３８が固定され、一方スロットル弁２１，２２，
２３゜２４の共通スロットル軸２５にはアーム３９が固
定されてこれらアーム３８．３８の先端部はスロットル
弁２１，２２，２３，２４の開度が増大するにつれて流
量制御弁３６の開度も増大するように互いにリンク４０
を介して連結される。

一方、第２図に示すように電磁弁３５は弁体３４に連結
された可動プランジャ４１と、可動プランジャ吸引用の
ソレノイド４２と、弁体押圧用の圧縮ばね４３とを有す
る。

第２図を参照すると、各スロットル弁２１，２２，２３
，２４の上方には機関本体１の長手方向に延びる第２の
共通連通路４４が更に設けられ、この第２共通連通路４
４は夫々各気筒に対して設けられた第２連通枝路４５を
介してスロットル弁２１，２２，２３，２４後流の各吸
気ポート５ａ、５ｂ、５ｃ、５ａ内に連結される。

従って各吸気ポート５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは一方では
第１共通連通路２９を介して互いに連結され、他方では
第２共通連通路４４を介して互いに連結されることにな
る。

第１図に示されるように各排気ポー１’６ａ、６ｂ。

６ｃ、６ｄは排気マニホルド４６に連結され、この排気
マニホルド４６は排気管４７を介して三元触媒コンバー
タ４８に連結される。

また、排気マニホルド４６のマニホルド集合部には空燃
比検出器、例えば酸素濃度検出器４９が取付けられ、こ
の酸素濃度検出器４９は電子制御回路５０を介して電磁
弁３５のソレノイド４２に連結される。

この電子制御回路５０は酸素濃度検事器４９の出力を第
１の入力とし、基準電源５１を第２の入力とするコンパ
レータ５２と、コンパレータ５２の出力側に接続された
増巾器５３とから構成され、この増巾器５３の出力が電
磁弁３５のソレノイド４２に接続される。

よ（知られているように酸素濃度検出器４９は機関シリ
ンダ内に供給される混合気が濃混合気のとき、即ち排気
ガスが還元雰囲気のときは０．９Ｖ程度の出力電圧とな
り、一方機関シリンダ内に供給される混合気が稀薄混合
気のとき、即ち排気ガスが酸化雰囲気のときは０．１Ｖ
程度の出力電圧となる。

一方、基準電源５１は０．５Ｖ程度に設定されており、
従って機関シリンダ内に供給される混合気が濃混合気に
なるとコンパレータ５２の出力電圧は高レベルとなるた
めに電磁弁３５のソレノイド４２が付勢されるうその結
果、第２図においてプランジャ４１が下降せしめられる
ために弁体３４が弁ポート３３を開口する。

一方、機関シリンダ内に供給される混合気が稀薄混合気
になるとコンパレータ５２の出力電圧は低レベルとなる
ために電磁弁３５のソレノイド４２が消勢される。

その結果、弁体３４が圧縮ばね４３のばね力により上昇
するために弁体３４が弁ポート３３を閉鎖する。

第３図は、機関運転時における各気筒の吸気ポート５ａ
、５ｂ、５ｃ、５ｄ内の圧力変化を示す。

なお、第３図において横軸θはクランク角度を示し、縦
軸は吸気ポート内の圧力を示し、各基準線Ａ、Ｂ、Ｃ，
Ｄは大気圧を示す。

また、曲線Ｅ。Ｆ、Ｇ、Ｈは各吸気ポート５ａ、５ｂ、
５ｃ。

５ｄ内における吸気ポート内圧力の変化を示し、各矢印
Ｉ、Ｊ、に、Ｌは対応する吸気ポートの各吸気弁３ａ、
３ｂ、３ｃ、３ｄの開弁期間を示す。

第３図における１番気筒に注目すると、吸気弁が開弁し
た直後のクランク角度範囲Ｍにおいて吸気ホード内圧力
は正圧となり、次いでピストンが下降しているクランク
角度範囲Ｎにおいて吸気ポート内圧力は負圧となり１、
次いでピストンが上昇を開始すると吸気ポート内圧力は
再び正圧となることがわかる。

従って第３図において１番気筒と２番気筒のクランク角
度範囲Ｐに注目すると、１番気筒の吸気ポー）５ａ内圧
力は負圧となっているのに対して２番気筒の吸気ポート
５ｂ内圧力は正圧となっていることがわかる。

更に、２番気筒と４番気筒のクランク角度範囲Ｑにおい
ては２番気筒の吸気ポート５ｂ内圧力が負圧のとき４番
気筒の吸気ポート５ｄ内圧力は正圧となり、３番気筒と
４番気筒のクランク角度範囲Ｒにおいては４番気筒の吸
気ポート５ｄ内圧力が負圧であるとき３番気筒の吸気ポ
ート５ｃ内圧力は正圧となり、１番気筒と３番気筒のク
ランク角度範囲Ｓにおいては３番気筒の吸気ポート５ｃ
内圧力が負圧であるとき１番気筒の吸気ポート５ａ内圧
力が正圧になることもわかる。

従って第１共通連通路２９内の混合気流について考えて
みると、１番気筒において吸気行程の前半に１番気筒の
吸気ポート５ａ内と２番気筒の吸気ポート５ｂ内とめ圧
力差により吸気ポー）５ｂより第１連通枝路３０ｂ、第
１共通連通路２９並びに第１連通枝路３０ａを介して吸
気ポート５ａ内に混合気が供給されることがわかる。

同様に２番気筒の吸気行程時には４番気筒の吸気ポート
５ｄから第１連通枝路３０ｄ、第１共通連通路２９．第
１連通枝路３０ｂを介して吸気ポート５ｂ内に混合気が
供給され、４番気筒の吸気行程時には３番気筒の吸気ポ
ート５ｃから４番気筒の吸気ポー）５ｄ内に混合気が供
給され、３番気筒の吸気行程時には１番気筒の吸気ポー
ト５ａから３番気筒の吸気ポート５ｃ内に混合気が供給
される。

このようにして各気筒の吸気行程時には夫々対応する第
１連通枝路３０ａ 、３０ｂ 。

３０ｃ、３０ｄから各吸気ポート５ａ、５ｂ。

５ｃｔ５ｄ内に吸気ポート内圧力差によって混合気が高
速度で噴出することになる。

更に同様にして、各気筒の吸気行程時には第２共通連通
路４４から各第２連通枝路４５を介して各吸気ポート５
ａ ｔ ５ ｂ ｔ ５ ｃ ｔ ５ ｄ内に混合気
が噴出することになる。

なお、第３図に示すように各吸気ポー）５ａ、５ｂ、５
ｃ、５ｄ内は１時的に正圧となるが第１共通連通路２９
内並びに第２共通連通路４４内は常時負圧となっている
。

なお、この第１共通連通路２９内並びに第２共通連通路
４４内に発生する負圧はスロットル弁２１，２２，２３
゜２４の開度が大きくなるに従って、即ち機関負荷が高
くなるに従って小さくなる。

第１図に示す実施例において各気化器本体１３゜１４は
濃混合気を形成するように設定されている。

従って吸気行程下にある気筒の燃焼室１０内には気化器
本体１３，１４において形成された混合気と共に第１連
通枝路３０ａ 、３０ｂ 、３０ｃ 。

３０ｄ並びに第２連通枝路４５力）ら噴出する混合気が
供給される。

一方、このとき機関シリンダ内に供給される混合気が濃
混合気であるとすると前述したように電磁弁３５の弁体
３４が弁ポート３３を開口するために２次空気が２次空
気供給路３２、第１共通連通路２９並びに第１連通枝路
３０ａ 、３０ｂ 、３０ｃ 、３０ｄを介して吸気行
程下にある気筒内に供給される。

上述したように第１共通連通路２９内は圧縮行程下にあ
る気筒から吸気行程下にある気筒に向けて混合気が流動
しており１、第１共通連通路２９内に供給された２次空
気はこの流動混合気と共に吸気行程下にある気筒に供給
されることになる。

このように本発明によれば第１共通連通路２９内を流動
する混合気と共に２次空気を吸気行程下にある気筒に供
給するために各気筒への２次空気の供給量が均一となる
。

一方、このように２次空気を供給することによって機関
シリンダ内に供給される混合気が稀薄混合気になると前
原したように電磁弁３５のソレノイド４２が消勢される
ために弁体３４が弁ポート３３を閉鎖し、斯くして２次
空気の供給が停止される。

第２図に示されるように第２共通連通路４４の各連通枝
路４５は各スロットル弁２１，２２゜２３．２４の背面
近傍において下方に、向けて開口している。

従らて各スロットル弁２Ｌ２２゜２３．２４を通過した
混合気は各連通枝路４５から噴出する混合気流により乱
れを与えられることになる。

一方、前述したように各第１連通枝路３０ａ 、３０ｂ
、３０ｃ 、３０ｄの開口３１ａ。

３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは吸気弁開弁時に吸気弁とその
弁座間に形成される間隙に指向されている。

従って第１連通枝路３０ａ 、３０ｂ 、３０ｃ 。

３０ｄから噴出した混合気は上記間隙を通して燃焼室１
０内に高速度で流入し、その結果第１図において矢印Ｗ
で示すような強力な旋回流を燃焼室１０内に発生する。

斯くして燃焼速度が大巾に増大せしめられることになる
。

また２次空気が供給されている場合には混合気と共に各
第１連通枝路３０ａ 、３０ｂ 、３０ｃ 、３０ｄか
ら噴出した２次空気は旋回流Ｗが発生しているために燃
焼室１０内において十分混合されることになる。

一方、スロットル弁２１，２２，２３，２４の開度が小
さいときは燃焼室１０内に供給される吸入空気量は少な
い。

従ってこのようにスロットル弁２１，２２，２３，２４
の開度が小さい場合において機関シリンダ内に供給され
る混合気が濃混合気になったときに大量の２次空気が供
給されると機関シリンダ内に供給される混合気は１時的
にかなり稀薄となり、その結果燃焼変動が生ずると共に
三元触媒による浄化効率が大巾に低下してしまう。

従ってスロットル弁２Ｌ２２，２３゜２４の開度が少さ
いときには２次空気の供給量を減少させなければならな
い。

これに対してスロットル弁２１．２２，２３，２４の開
度が大きく、従って吸入空気量が多い場合には少量の２
次空気を供給しても空燃比がさほど変化しない。

従ってスロットル弁２１．２２，２３，２４の開度が小
さい場合において機関シリンダ内に供給される混合気が
濃混合気になったときに少量の２次空気を供給すると機
関シリンダ内に供給される混合気は暫らくの間濃混合気
になり続け、その結果三元触媒による浄化効率が低下し
てしまう。

従ってスロットル弁２１，２２，２３，２４の開度が大
きい場合には２次空気の供給量を増大させなければなら
ない。

このようにスロットル弁２１，２２，２３゜２４の開度
が大きくなって吸入空気量が増大せしめられるとそれに
伴なって２次空気の供給量を増大させる必要があるが前
述したようにスロットル弁２１，２２，２３，２４の開
度が大きくなると第１共通連通路２９内の負圧が小さく
なるために弁ポート３３前後の２次空気供給路３２内の
圧力差は小さくなり、その結果、弁ポート３３内を流れ
る流量が減少してしまう。

このように吸入空気量が増大するにつれて２次空気の供
給量が減少するのを阻止するために第２図に示すように
流量制御弁３６が２次空気供給路３２内に設けられる。

この流量制御弁３６は前述したようにスロットル弁２１
，２２，２３，２４が開弁するにつれて開弁じ、それに
よって吸入空気量の増大するにつれて２次空気の供給量
を増大せしめることができる。

第４図は別の実施例を示す。

この実施例では第２共通連通路４４が２次空気供給路３
２を介してエアクリーナ３３に連結され、この２次空気
供給路３２内に電磁弁３５と流量制御弁３６とが設けら
れる。

第１図に示す実施例と同様にこの電磁弁３５は酸素濃度
検出器４９の出力信号に基いて制御され、一方流量制御
弁３６はスロットル弁２１゜２２．２３，２４が開弁す
るにつれて開弁せしめられる。

なお、この実施例では流量制御弁３６が電磁弁３５の下
流側に設けられる。

この実施例においても第２共通連通路４４内に供給され
た２次空気は第２共通連通路４４内を流動する混合気と
共に吸気行程下にある気筒に供給されることになる。

第１図、第２図並びに第４図に示すように各スロットル
弁２１，２２，２３，２４を各吸気ポート５ａ、５ｂ、
５ｃ、５ｄの近傍に設けることによって特にスロットル
弁２１．２２，２３，２４の開度が小さな低負荷運転時
には燃焼室１０内からの吹返し作用により吸気ポー）５
ａ、５ｂ、５ｃ。

５ｄ内に発生した正圧がスロットル弁２１，２２゜２３
．２４の絞り作用により減衰することなく維持され、斯
くして吸気ポート内聞の圧力差が大きくなるために第１
連通枝路３０ａ 、３０ｂ、３０ｃ。

３０ｄ並びに第２連通枝路４５から噴出する混合気の流
速を一層速めることができる。

以上述べたように本発明によれば各気筒に２次空気を均
一に分配することができるので各気筒間における燃焼の
ばらつきを回避することができる。

また、各連通枝路から噴出する混合気によって強力な旋
回流を燃焼室内に発生させることができるので燃焼速度
を速めることができ、斯くして安定した燃焼を確保する
ことができる。

また、特に第１図に示すように一対の気化器を備えた内
燃機関では各気化器において形成される混合気の空燃比
が多少ばらつ（と共に夫々各気化器の吸気通路内に別個
に２次空気供給制御装置を設けた場合には構造が複雑に
なりかつ２次空気の供給量がばらつくことになる。

しかしながら各吸気ポートを共通連通路で互いに連結し
てこの共通連通路内に２次空気を供給することにより各
気筒内に供給される燃料の分配を均一にすることができ
ると共に２次空気の供給量も均一にすることができる。

また、流量制御弁を２次空気供給路内に設けることによ
って吸入空気量が増大するにつれて２次空気の供給量を
増大させることができる。

その結果、空燃比が理論空燃比からずれた場合に空燃比
が大巾に変動するのを阻止しつつ空燃比を理論空燃比に
近づけることができるので三元触媒による排気ガスの高
い浄化効率を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内燃機関の平面図、第２図は第１
図の側面断面図、第３図は吸気ポート内の圧力変化を示
すグラフ、第４図は別の実施例の側断面図である。 ３ａ 、３ｂ 、３ｃ 、３ｄ・、、、吸気弁、４ａ）
４ｂｔ４ｃ、４ｄ・・・・・・排気弁、１０・・・・・
・燃焼室、１３゜１４・・・・・・気化器本体、２１，
２２，２３，２４・・・・・・スロットル弁、２９・・
・・・・第１共通連通路、３０ａ。 ３０ ｂ 、３０ ｃ ｔ ３０ ｄ”・・”第１連通
枝路、３２・・・・・・２次空気供給路、３５・・・・
・・電磁弁、３６・・・・・・流量制御弁、４４・・・
・・・第２共通連通路、４５・・・・・・第２連通枝路
、４６・・・・・・排気マニホルド、４８・・・・・・
三元触媒コンバータ、４９・・・・・・酸素濃度検出器
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機関排気系に取付けた空燃比検出器の出力信号によ
   り機関吸気系に供給される２次空気量を制御して機関シ
   リンダ内に供給される混合気の空燃比を理論空燃比に一
   致せしめるようにした空燃比制御装置において、各気筒
   内に夫々吸気弁を介して連通ずる複数個の混合気供給用
   吸気通路を具備し７、各吸気通路内に夫々気化器スロッ
   トル弁を配置し、各吸気通路内に開口する各連通枝路を
   共通の連通路に連結すると共に該共通連通路を２次空気
   供給路を介して大気に連結し、上記空燃比検出器の出力
   信号に応動して機関シリンダ内に供給される混合気が濃
   混合気のときには該２次空気供給路を開通させ機関シリ
   ンダ内に供給される混合気が稀薄混合気のとぎには２次
   空気供給路を閉鎖する電磁弁を２次空気供給路内に設け
   、更に上記気化器スロットル弁にリンク連結されて該気
   化器スロットル弁が開弁するにつれて開弁する流量匍脚
   弁を該２次空気供給路内に設けた多気筒内燃機関の空燃
   比制御装置。