JPS5944496B2 - 内燃機関空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の加速時における空燃比を制御するた
めの内燃機関空燃比制御装置に関するものである。

従来の内燃機関では、その排気ガスを浄化するために種
々の改善策が提案されており、例えば排気ガス中の窒素
酸化物ＮＯＸを減少させるために、前記内燃機関に空燃
比が小さな値の濃混合気を供給し、そのときに排気ガス
中に含まれる一酸化炭素ＣＯ１炭化水素ＨＣの可燃ガス
を排気系に設けたリアクタ、触媒等の排気浄化機器にて
浄化するものがある。

しかしながら、前記空燃比を小さくした場合に、前記可
燃ガスの量が増加し前記排気浄化機器の熱負荷が増大し
、かつ燃費が悪くなってしまうので、前記空燃比をあま
り小さくすることができないという問題がある。

また、前記内燃機関の加速時には、加速増量手段にて加
速開始時に燃料供給量を大幅に増加させ、以後除々にそ
の加速増量を減少させているので、ＮＯＸの排出量が特
に多くなってしまうという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みたものであり、内燃機関より排
出される排気ガス中のＮＯｘが特に増大する加速時に着
目し、その加速開始を検出してから所定時間の間は前記
内燃機関の通常空燃比より所定値だけ小さな値の一定空
燃比の濃混合気を前記内燃機関に供給するよう制御する
ことによって、加速時にそのＮＯｘの発生が少なくなる
小さな値の所定空燃比にて前記内燃機関の運転を維持し
てＮＯｘの多量排出を防止することができ、しかも前記
所定空燃比による内燃機関の運転を所定時間に制限して
燃費の悪化を防ぎ、さらに前記内燃機関の排気系に排気
浄化機器を設けた場合にその熱負荷の増大を防止するこ
ともできる内燃機関空燃比制御装置を提供することを目
的とするものである。

以下本発明を図に示す実施例について説明する。

第１図乃至第３図は本発明になる内燃機関空燃比制御装
置の第１実施例を示すものである。

まず、第１図の全体構成図において、１は内燃機関で、
電子制御式燃料噴射装置を配備したものである。

２はリアクタで、前記内燃機関１の排気系に配設しその
排気ガスを再燃焼させて浄化するものであり、その再燃
焼のために、図示しないエアポンプから圧送される空気
が二次空気供給パイプ３を通して供給されている。

４はスロットル弁で、前記内燃機関１の吸気管に配設さ
れており、図示しないアクセルペダルに連動して開閉作
動して前記内燃機関１の加速を制御するものである。

５Ａは前記スロットル弁４に連動するスロットルスイッ
チで、前記スロットル弁４が閉じているとき接点５ａ、
’５ｂ間が閉成し、前記スロットル弁４が開くと接点５
ａ 、５ｂ間が開放するものであり、前記内燃機関１の
加速開始を検出する加速検出手段を構成している。

５Ｂは制御手段をなす加速増量回路で、前記スロットル
スイッチ５Ａがその接点５ａ 、ｓｂ間を開放して加速
開始の検出信号を発生してから所定時間が経過するまで
一定値の制御信号を発生するものである。

６は電子制御式燃料噴射装置の演算回路で、その詳細構
成は周知であるため省略するが、例えば、特開昭４９−
６７０１６号公報の第１０図の回路である。

前記内燃機関１の吸入空気量、機関回転数等の各種作動
パラメータに応じて燃料噴射量を演算し、その演算結果
として前記燃料噴射量に比例した時間幅の噴射パルスを
機関回転に同期して発生するものであり、前記加速増量
回路５Ｂよりの制御信号が加わったときに前記噴射パル
スの時間幅を一定割合だけ延長して前記内燃機関１の通
常空燃比より所定値だけ小さな一定空燃比の濃混合気を
前記内燃機関１に供給するような加速増量機能を有して
いる。

７は前記内燃機関１の各気筒に配設された燃料噴射弁で
、前記演算回路６より発生する噴射パルスが信号線８を
通して印加されると開弁し、図示しない燃料圧送系より
圧送されている燃料を前記内燃機関１へ噴射するもので
あり、その燃料噴射量は前記噴射パルスによる開弁時間
にて定まり、前記噴射パルスが一定時間延長されたとき
前記所定空燃比の濃混合気を前記内燃機関１に供給する
ための増量された燃料を噴射している。

次に、第２図は第１図中の加速増量回路の詳細構成を示
す電気結線図であり、５０１はスロットルスイッチ５Ａ
の接点５ａと電源端子間に接続した抵抗、５０２は前記
スロットルスイッチ５Ａの接点５ｂに接続したベース抵
抗、５０３はＮＰＮトランジスタで、前記スロットルス
イッチ５Ａの接点５ａ 、ｓｂの閉成時に抵抗５０１、
接点５ａ＋５ｂ、ベース抵抗５０２を通してベース電流
が流れて導通（ＯＮ）Ｌ、、加速操作による前記接点５
ａ。

５ｂの開放にて前記ベース電流が阻止されて遮断（ＯＦ
Ｆ）するものである。

５０４はＮＰＮ＋−ランジスタ５０３のコレクタ抵抗、
５０５，５０６は時限回路を構成する時限抵抗と時限コ
ンデンサであり、前記ＮＰＮ トランジスタ５０３がＯ
ＦＦした時点より時限抵抗５０５を通して時限コンデン
サ５０６の充電を開始するものである。

５０７゜５０８は設定電圧を決めるために電源電圧を分
圧する分圧抵抗、５０９は前記時限コンデンサ５０６の
端子電圧と前記分圧抵抗５０７，５０８の設定電圧を比
較するＮＰＮ比較トランジスタで、前記時限コンデンサ
５０６の端子電圧の方が前記設定電圧より高くなるとＯ
ＦＦからＯＮに反転するものである。

５１０，５１１は前記ＮＰＮ比較トランジスタ５０９の
コレクタ抵抗、５１２は前記ＮＰＮ比較トランジスタ５
０９に同相接続したＰＮＰ ）ランジスタで、前記ＮＰ
Ｎ比較トランジスタ５０９がＯＮすると前記コレクタ抵
抗５１０を通しでベース電流が流れてＯＮするものであ
る。

５１３はＰＮＰトランジスタ５１２のコレクタ抵抗、５
１４は前記ＰＮＰトランジスタ５１２に逆相接続して反
転作動するＰＮＰトランジスタ、５１５はＰＮＰ トラ
ンジスタ５１４のコレクタ抵抗、５１６は前記ＰＮＰ
ｔ−ランジスタ５１４に同相接続したＮＰＮ出力トラン
ジスタで、前記−ＰＮＰ ）ランジスタ５１４がＯＮＬ
、たときコレクタ抵抗５１５を通してベース電流が流れ
てＯＮＬ、、制御抵抗５１７に一定電流■を通電し、出
力端子Ｃに一定値の制御信号を発生するものである。

この出力端子Ｃは前記特開昭４９−６７０１６号公報第
１０図の抵抗１７２とダイオード１７６の接続点に接続
され、増量信号を与える。

次ｌこ、上記構成においてその作動を第３図の空燃比特
性図とともに説明する。

まず、時刻ｔ。

以前のアイドリング運転においてスロットル弁４が略閉
じている場合には、スロットルスイッチ５Ａの接点５ａ
、５ｂ間が閉成しているため、ＮＰＮ）ランジスタ５０
３がＯＮする。

これによって、時限コンデンサ５０６が充電されず、そ
の端子電圧に比して分圧抵抗５０７゜５０８による設定
電圧が高くなっており、ＮＰＮ比較トランジスタ５０９
がＯＦＦ 、ＰＮＰ トランジスタ５１２がＯＦＦし、
ＰＮＰトランジスタ５１４がＯＮ、ＮＰＮ出力トランジ
スタ５１６がＯＮＬ、よって制御抵抗５１７に一定電流
■を通電し、出力端子Ｃに一定値の制御信号を発生する
。

そしてこの制御信号が演算回路６に加わるため、この演
算回路６より発生する噴射パルスは前記制御信号に比例
した一定時間だけ延長され、濃混合気に対応する量の燃
料を燃料噴射弁にて内燃機関１に噴射供給する。

従って、前記内燃機関１は所定空燃比Ｒの濃混合気にて
運転され、その排気ガス中のＣＯ，ＨＣの可燃ガスを多
くして二次空気供給パイプ３より供給される空気ととも
にリアクタ２にて再燃焼させ、このリアクタ２の温度を
充分な作動温度に保持して、加速操作直後のリアクタ２
の作動追従性を良好にしている。

なお、アイドリング運転では機関回転数が低いため、Ｎ
Ｏｘの排出は非常に少なく、かつリアクタ２の熱負荷は
大きくならない。

次に、時刻ｔ。

にて加速操作を開始すると、スロットル弁４が開くため
、スロットルスイッチ５Ａの接点５ａ、５ｂ間が開放す
る。

これより、ＮＰＮｈランジスタ５０３がＯＮからＯＦ
Ｆへ反転するため、時限抵抗５０５を通して時限コンデ
ンサ５０６への充電を開始し、この時限コンデンサ５０
６の端子電圧が除々に上昇する。

この時限コンデンサ５０６の端子電圧が上昇開始してか
ら所定時間が経過する時刻ｔ１までは、この端子電圧が
前記分圧抵抗５０７，５０８による設定電圧より低いた
め、ＮＰＮ比較トランジスタ５０９がＯＦＦしたままと
なっており、ＰＮＰ トランジスタ５１２がＯＦＦ 、
ＰＮＰ トランジスタ５１４がＯＮ 、ＮＰＮ出力トラ
ンジスタ５１６がＯＮしたままとなり、制御抵抗５１７
に一定電流■の通電を維持し、出力端子Ｃに一定値の制
御信号を発生し続ける。

従って、加速開始後に前記制御信号を受ける演算回路６
、燃料噴射弁７を通して前記内燃機関１に所定空燃比Ｒ
の濃混合気を供給し続け、この内燃機関１より排出され
る排気ガス中のＮＯｘを非常に少なくすることができる
。

また、前記内燃機関１へ濃混合気を供給しかつ加速操作
を行うために多量に排出される排気ガス中のＣｏ、ＨＣ
の可燃ガスは、アイドリング運転時に充分な作動温度に
保持されでいるリアクタ２にて速やかに再燃焼される。

さらに、加速操作を開始してから所定時間が経過するま
では、前記一定値の制御信号により前記内燃機関１は所
定空燃比Ｒのまま運転されるため、ＮＯｘの排出を安定
的に少なくすることができる。

その後、前記スロットルスイッチ５Ａの接点５ａ 、ｓ
ｂ間が開放した時刻ｔ。

から所定時間が経過した時刻ｔ１になると、前記時限コ
ンデンサ５０６の端子電圧が分圧抵抗５０７，５０８に
よる設定電圧より高くなり、ＮＰＮ比較トランジスタ５
０９がＯＦＦからＯＮへ反転する。

そのため、ＰＮＰトランジスタ５１２はそのベース電流
が流れてＯＦＦからＯＮへ反転し、その後段のＰＮＰト
ランジスタ５１４がＯＮからＯＦＦへ反転し、ＮＰＮ出
力トランジスタ５１６もＯＮからＯＦＦへ反転する。

よって、制候抵抗５１７には電流が流れなくなり、出力
端子Ｃの制御信号が消え、演算回路６は加速増量機能を
停止し、前記所定空燃比Ｒより一定幅だけ大きな値の通
常空燃比りの薄い混合気に対応した燃料を噴射するため
の噴射パルスを発生し、燃料噴射弁γを開弁させる。

これにより、前記内燃機関１は通常空燃比りの薄い混合
気にて運転されるため、前記所定時間の間に比して前記
内燃機関１より排出される可燃ガスが減少し、リアクタ
２の熱負荷の増大を防止でき、しかも燃料の節約にも有
効となる。

なお、上述の第１実施例における所定時間は、一般的な
市街地走行時の加速時間と対応させて数秒乃至士数秒に
設定しており、時限抵抗５０５゜時限コンデンサ５０６
の時定数と分圧抵抗５０７゜５０８による設定電圧の調
整にて前記内燃機関１の種類、排気系の熱負荷等の諸条
件に対応して定めることができる。

また、前記加速増量回路５Ｂの構成を若干変更して加速
操作の開始から所定時間が経過するまでの間のみ制御信
号を発生するようにしても良い。

次に、第４図は本発明装置の第２実施例の要部構成を示
すものであり、第１図の第１実施例におけるスロットル
スイッチ５Ａおよび加速増量回路５Ｂの代わりに吸気管
の内圧を利用した圧力検出装置を用いて加速増量の制御
信号を発生している。

この第４図において、９は吸気管の内圧を導くポートで
、スロットル弁４の全閉位置近傍のスロットル弁４が閉
じているとき負圧になり、開くと大気圧になる位置の吸
気管壁に配設している。

１０は片方向遅延バルブで、前記ポート９よりの負圧の
通過を遅らせることなく大気圧の通過のみ遅延するもの
である。

１１はバキューム応動スイッチで、前記片方向遅延バル
ブ１０を通してバキューム室に負圧が導入されると端子
１１ａ、１１ｂ間が閉成し、大気圧が導入されると端子
１１ａ、１１ｂ間が開放するものであり、この端子１１
ａ、１１ｂ間が閉成しているとき制御抵抗５１７に一定
電流を通電し、出力端子Ｃに一定値の制御信号を発生し
、また前記端子１１ａ、１１ｂ間が開放すると前記制御
信号が消えるものである。

そして、前記制御信号は第１実施例における加速増量回
路５Ｂより発生する出力端子Ｃの制御信号と同様に前記
演算回路６に加えて増量回路を作動させている。

上記構成によれば、前記スロットル弁４が閉じているア
イドリング運転においては、前記ポート９が吸気管の負
圧を導くため、片方向遅延バルブ１０を通してバキュー
ム応動スイッチ１１に負圧が導入され、このバキューム
応動スイッチ１１の端子１１ａ、１１ｂ間が閉成する。

その後、加速操作にて前記スロットル弁４が開くと、前
記ポート９が大気圧を導くが、片方向遅延バルブ１０に
てその大気圧の通過が遅れるため、バキューム応動スイ
ッチ１１のバキューム室の負圧は除々に減少する。

このとき、バキューム応動スイッチ１１の端子１１ａ、
１ｉｂ間は閉成したままとなる。

そして、前記片方向遅延バルブ１０の遅延作動にて所定
時間が経過し前記バキューム応動スイッチ１１のバキュ
ーム室が大気圧になると前記端子１１ａ 、 １ Ｉｂ
間は開放する。

従って、アイドリング運転時および加速操作の開始より
所定時間が経過するまでの間前記制御信号を出力端子に
発生し、前記所定時間の経過後に前記制御信号の発生を
停止することになり、この制御信号の発生および停止に
より第１実施例におけるスロットルスイッチ５Ａと加速
増量回路５Ｂと同様の作動を、前記吸気管の内圧を利用
して機械的に行うことができる。

次に、第５図乃至第８図は本発明装置の第３実施例を示
すものであり、第１実施例の加速増量作動を内燃機関１
の冷却水温により補正して低温時の加速性能を向上させ
ている。

まず、第５図の全体構成図において、第１図の第１実施
例と同じ部分を省略し異なる部分について説明すると、
内燃機関１の冷却水温を検出する温度センサ５Ｃを追加
するとともに、加速増量回路５ Ｂ’には前記温度セン
サ５Ｃよりの温度信号に応じて加速増量を補正する温度
補正回路を付加している。

そして、前記加速増量回路５ Ｂ’は、前記内燃機関１
の冷却水温Ｔが低温度から通常温度（約４０℃）に達す
るまで除々に小さな値に変化し、前記通常温度以上で一
定値になる温度電圧ＶＴを前記温度補正回路より得、こ
の温度電圧ｖＴに応じて加速時の増量を行うための所定
時間、および増量のための制御信号の大きさを調整して
いる。

第６図は前記加速増量回路５ Ｂ’の詳細構成を示す電
気結線図であり、符号５０１乃至５１７を付した部分は
第１実施例と略同じ構成のため説明を省略し、異なる部
分について説明する。

５２０は温度補正回路で、負特性サーミスタを用いた前
記温度センサ５Ｃより発生する内燃機関１の冷却水温Ｔ
に応じた温度信号を受けて前記温度電圧ｖＴを発生する
ものである。

５２１は前記温度センサ５Ｃに接続したバイアス抵抗で
、冷却水温ＴによるｍｉＪ記温度センサ５Ｃの抵抗値変
化を電圧に変換している。

５２２，５２３は前記温度センサ５Ｃの端子電圧を受け
る第１エミツタホロワのＮＰＮ）ランジスタとエミッタ
抵抗、５２４゜５２５は分圧抵抗で、前記通常温度にお
ける温度センサ５Ｃの端子電圧に等しい分圧電圧を得る
ものである。

５２６．５２７はダイオードで、前記第１エミツタ電圧
と前記分圧電圧との高い方を選択するものである。

５２８．５２９は前記ダイオード５２６，５２７にて選
択した電圧を受ける第２エミツタホロワのＮＰＮｌ−ラ
ンジスタとエミッタ抵抗であり、このエミッタ抵抗５２
９の両端に前記温度電圧ＶＴを発生している。

そして、この温度電圧ｖＴを時限回路の時限抵抗５０５
およびＮＰＮ出力トランジスタ５１６のコレクタに印加
している。

上記構成においてその作動を第７図、第８図の特性図と
ともに説明する。

第７図は温度補正回路５２０の冷却水温Ｔに対する温度
電圧■Ｔの特性図であり、第８図ａは冷却水温Ｔに対す
る増量比φの特性図、ｂは冷却水温Ｔに対する所定時間
ｔｃの特性図、Ｃは時間ｔに対する空燃比Ａ／Ｆの特性
図である。

まず、内燃機関１の冷却水温Ｔが通常温度より低いとき
には、温度センサ５Ｃの抵抗値が大きな値になっている
。

このとき、第１エミツタホロワの出力電圧は分圧抵抗５
２４，５２５の分圧電圧より高くなり、その電圧が第２
エミツタホロワより発生する温度電圧ｖＴになるため、
この温度電圧■Ｔは前記温度センサＣの端子電圧と同じ
電圧レベルになる。

さらに、前記内燃機関１の冷却水温Ｔの上昇によって前
記温度センサ５Ｃの抵抗値が除々に小さな値になると、
その端子電圧も低くなり、前記温度電圧ＶＴも同様に低
くなる。

そして、前記冷却水温Ｔが通常温度以上になったときに
は、前記温度センサ５Ｃの端子電圧に対応する第１エミ
ツタホロワの出力電圧が分圧抵抗５２４．５２５の分圧
電圧より低くなるため、ダイオード５２６，５２７は前
記分圧電圧を選択して第２エミツタホロワに加え、よっ
てこの第２エミツタホロワより発生する温度電圧ｖＴは
前記分圧電圧に等しい一定値になる。

以上の作動によって、前記冷却水温Ｔに対する前記温度
電圧ｖＴは第７図の特性図に従って変化する。

この温度電圧ｖＴを時限回路の時限抵抗５０５およびＮ
ＰＮ出カトランジスタ５１６のコレクタに印加するため
、出力端子Ｃに発生する制御信号は冷却水温Ｔが通常温
度より低いときその温度上昇に応じて除々に小さくなり
、通常温度以上のとき一定値になり、冷却水温Ｔに対し
て燃料増量比φが第８図ａの特性図に従って変化し、他
方前記時限回路の時限コンデンサ５０６への充電電流は
冷却水温Ｔが通常温度より低いときその温度上昇に応じ
て除々に小さくなり、通常温度以上のとき一定になるた
め、加速操作開始時の所定時間ｔｃは前記充電電流の大
きさに反比例することになり、冷却水温Ｔに対して所定
時間ｔｃが第８図すの特性図に従って変化する。

従って、内燃機関１の冷却水温Ｔが通常温度以上のとき
には、第１実施例と同じく、アイドリング運転、および
加速操作を開始した時刻ｔｏから所定時間１ｃが経過す
る時刻ｔ１までは所定空燃比Ｒの濃混合気を前記内燃機
関１に供給し、それ以後は通常空燃比りの薄い混合気を
供給することによって、第１実施例と同じ目的を達成し
、さらに冷却水温Ｔにより増量比も変えることができる
。

以上述べたように本願の第１番目の発明においては、内
燃機関の加速開始を検出する加速検出千手段の検出信号
により所定時間の量制御手段より制御信号を発生し、前
記内燃機関の通常空燃比より所定値だけ小さな値の一定
空燃比の濃混合気を供給しているから、加速時の所定時
間の間はＮＯｘの発生を少なく抑え得る一定空燃比にて
内燃機関の運転を維持することになり、ＮＯｘの多量排
出を安定的に防止できつまり、ＮＯｘの発生を確実かつ
大幅に所定値以下に抑えることができ、しかも前記所定
空燃比による内燃機関の運転を所定時間に制限している
ため、全運転領域にわたって前記所定空燃比を維持する
ような燃費の悪化を防ぐことができ、また前記内燃機関
の排気系にＮＯｘ以外の有害成分となるＣＯ，ＨＣの可
燃ガスをも浄化するための排気浄化機器を設けた場合に
前記可燃ガスの多量排出時間が前記所定時間に限られて
その熱負荷の増大を防止することもできるという優れた
効果がある。

さらに本願の第２番目の発明においては、上記第１番目
の発明に加えて、機関温度を検出し、その温度に応じて
前記所定空燃比を調整する機関温度検出手段を設けてい
るから、第１番目の発明における効果に加えて機関温度
が低い場合の加速性能を向上させることができるという
優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明になる内燃機関空燃比制御装置の実施
例を示すもので、第１図は本発明装置の第１実施例を示
す全体構成図、第２図は第１図中の要部詳細構成を示す
電気結線図、第３図は第１実施例の作動説明に供する空
燃比特性図、第４図は本発明装置の第２実施例を示す要
部構成図、第５図は本発明装置の第３実施例を示す全体
構成図、第６図は第５図中の要部詳細構成を示す電気結
線図、第７図は第６図中の温度補正回路の温度電圧特性
図、第８図ａ、ｂ、ｃは第３実施例における燃料増量比
特性図と所定時間特性図と空燃比特性図である。 １・・・・・・内燃機関、２・・・・・・リアクタ、３
・・・・・・二次空気供給パイプ、４・・・・・・スロ
ットル弁、５Ａ・・・・・・加速検出手段をなすスロッ
トルスイッチ、５Ｂ。 ５ Ｂ’・・・・・・制御手段をなす加速増量回路、５
Ｃ・・・・・・機関温度検出手段をなす温度センサ、６
・・・・・・演算回路、７・・・・・・燃料噴射弁、８
・・・・・・信号線、９・・・・・・ポート、１０・・
・・・・片方向遅延バルブ、１１・・・・・・バキュー
ム応動スイッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の加速開始を検出する加速検出手段と、こ
   の加速検出手段の検出信号により所定時間の間前記内燃
   機関の通常空燃比より所定値だけ小さな値の一定空燃比
   の濃混合気を前記内燃機関に供給させるための制御信号
   を発生する制御手段とを具備することを特徴とする内燃
   機関空燃比制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の内燃機関空燃比制御装
   置において、さらに機関温度を検出する機関温度検出手
   段を備え、この検出手段からの温度信号に応じて前記−
   電空燃比および所定時間（１ｃ）の値を調整する機関温
   度検出手段を設けることを特徴とする内燃機関空燃比制
   御装置。