JPS594526B2 - 二次空気供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は排気系にエアポンプなどの二次空気供給装置
を有する内燃機関において、二次空気供給通路に設けた
流量制御オリフィスの前後差圧を一定に保つようにした
二次空気供給装置の改良に関する。

内燃機関から排出される有害未燃ＨＣ，ＣＯを排気系で
処理するために、排気中に二次空気を供給する方式を採
用する場合、従来の装置は気化器絞弁近傍に発生するＶ
Ｃ負圧や、気化器ベンチュリ負圧などを制御信号として
利用し、二次空気供給通路に設けたＩＪ ＩＪ−フバル
ブを作動させ、機関運転状態に応じて二次空気供給量を
制御するのが普通である（例えば特開昭５０−５８４１
２号公報）。

しかしこれら従来の制御手段では、機関吸入混合気の空
燃比の変化、エアポンプ回転速度変化にもとづく吐出空
気量の変化などの影響を受け、常に運転状態に応じて適
正な二次空気を供給するのが困難で、効果的なＨＣ，Ｃ
Ｏの低減が期待できない０ かかる対策として、機関の常用運転領域ではＨＣ，ＣＯ
の総発生量が、気化器の特性により変化する空燃比の関
係で通常はほぼ一定であることに着目し、二次空気供給
通路に流量制御用のオリフィスを設け、該オリフィスの
前後差圧を一定に保つようにオリフィス上流のリリーフ
バルブをフィードバック制御し、これによりエアポンプ
の吐出量変動などにもかかわらず二次空気供給量を正確
に一定値に制御する装置が本出願人により考えられた。

しかし機関のアイドリング時あるいは高速高負荷時は、
二次空気の過剰供給により排気温度の低下あるいは過上
昇をきたし、排気対策上あるいはサーマルリアクタ、触
媒装置の保護上好ましくない結果を招くのであり、また
機関加速時には加速燃料の供給などもあって吸入混合気
が一時的に濃くなるため、二次空気供給量を増大させる
必要があるなどして、上記の通り二次空気を一定量に制
御するのみでは、あらゆる運転条件に対しても効果的な
対策を施すことが困難となった。

そこで本発明は、通常はオリフィスの前後差圧を一定に
保って二次空気供給量の一定化を実現するが、機関アイ
ドリング時並びに高速高負荷時に二次空気量を減少でき
る装置、さらには機関加速時に二次空気量を増大できる
ようにした装置を提供することにより、上記した不都合
を解消することを目的とする。

以下実施例を説明することにより本発明の技術的内容を
明らかにする。

第１図において、図中１はエアポンプ２と図示しない排
気通路とを結ぶ二次空気供給通路を示し、この通路１に
はＩＪ ＩＪ−フバルブ３と流量制御オリフィス４とが
設けである。

そしてオリライス４の前後差圧を一定に保つように前記
ＩＪ ＩＪ−フバルブ３の開度を制御するため、オリフ
ィス前後差圧に応動しリリーフバルブ３への負圧信号を
調整する差圧調整装置５が設けられる。

差圧調整装置５は、ダイヤフラム６で画成されたＡ圧力
室７に通路８を介してオリフィス４の上流圧力Ｐ１が導
かれ、またＢ圧力室９には通路１１を介してオリフィス
４の下流圧力Ｐ２が導かれる。

そしてＢ圧力室９に下流圧力Ｐ２を導く通路１１には、
図示しないスロットルスイッチなどの運転状態検出手段
に応動する切換制御弁１０が介装され、機関アイドリン
グ時（低速低負荷時）並びに高出力時（高速高負荷時）
に通路１１を遮断してＢ圧力室９に大気通路１０ａから
の大気圧を及ぼすようにしである。

前記差圧調整装置５のダイヤフラム６には弁体１９が直
結され、前記ＩＪ ＩＪ−フバルブ３の負圧作動室２０
に伝達する負圧をダイヤフラム６に応動して調整するよ
うに、制御負圧通路２１ｂに連通ずる大気開放通路２１
ａの開口度を制御する。

なお、制御負圧通路２１ｂはオリフィスを介して負圧源
通路２１（例えば機関吸入負圧を導く通路）と接続する
。

また、リリーフバルブ３は二次空気供給通路１に連通ず
る二次空気の放出通路２２の開度を、前記制御負圧に応
じて増減し、これにより前述したようにオリフィス４の
前後差圧をエアポンプ２の吐出量変動にかかわりなく一
定に保つ。

このため負圧作動室２０を画成するダイヤフラム２３に
弁体２４が連結され、制御負圧とリターンスプリング２
５とのバランスにもとづいて放出通路２２の開度を増減
するようになっている。

次に作用について説明する。

二次空気の供給量は機関吸入空気量に比例させるべきで
あるが、気化器の空燃比制御特性上、一般に吸入空気量
の増大に伴って燃料側ジェットの流路抵抗係数が増大す
るので必然的に空燃比（Ａ／Ｆ）が薄くなるように設定
されているため（ただし高速高負荷などパワー燃料の供
給されるときを除く）、排気中に含まれるＣＯの総量は
吸入空気量が増減してもほぼ一定となる傾向がある。

したがってこのＣＯを酸化させるに必要な二次空気は、
一定量でよいことが分かる。

また一方、エアポンプ２の長期間の使用にもとづく劣化
を検討してみると、通常は最大の劣化時においそ吐出量
が初期状態の３０％程度減少する。

したがって予めこの劣化分を見越して初期吐出量の７０
％程度を有効に利用するようにＩＪ ＩＪ−フ量を設定
し、その後は劣化の進み具合に応じてＩＪ ＩＪ−フ量
を減少させていけば、常は初期状態と同一量の二次空気
を排気系に供給できる。

かかる要求を満たすために、オリフィス４の前後差圧（
Ｐ、 −Ｐ２）を一定に保つことにより、例えば初期吐
出量の約７０％程度が排気系に供給されるように設定す
れば、機関の吸入空気量の変動にかかわらず、またエア
ポンプ２の劣化にもかかわらず、常に必要量の二次空気
が得られるのである。

さらに具体的に説明すると、エアポンプ２から供給され
る二次空気は、制御オリフィス４の開度とその前後差圧
にもとづき、差圧（Ｐｌ−ｐ２）が一定ならばオリフィ
ス開度が不変であるから流量が一定になる。

しかして、オリフィス４の上流圧力Ｐ１は通路８を介し
て差圧調整装置５のＡ圧力室７に導かれ、他方下流圧力
Ｐ２は通路１１を介してＢ圧力室９に導かれる。

したがってポンプ吐出量が増大したとすると、オリフィ
ス４の前後差圧もこれに伴って増大するため、ダイヤフ
ラム６は図中下方に移動し、弁体１９が大気開放通路２
１ａの開度を大きくする。

このため負圧源通路２１からの負圧は大気による稀釈率
が犬となり制御負圧通路２１ｂの制御負圧が弱ゆられる
。

この結果、リリーフバルブ３の負圧作動室２０の負圧が
弱まるので、ダイヤフラム２３はスプリング２５に押圧
され弁体２４が下方に移動し、二次空気のＩＪ ＩＪ−
フ量を増大してオリフィス４の前後差圧を設定状態に戻
し、排気系への供給量を一定に保つ。

また、ポンプ吐出量が減少してオリフィス４の前後差圧
が小さくなれば、これを補正するように大気開放通路２
１ａの開度が前記とは逆に小さくなり、制御負圧の大気
による稀釈率が小となり、ＩＪ ＩＪ−フバルブ３に強
い負圧が作用して弁開度を縮少する。

したがってＩＪ ＩＪ−フ量が減少するため排気系への
流量が増大して、結局一定の二次空気量が得られる。

このようにして、はぼ一定の二次空気量が確保されるの
であり、例えエアポンプ２の劣化でその吐出量が減少し
ても、自動的にＩＪ ＩＪ−フ量を減少させることによ
り必要量を供給できるのである。

次に、機関のアイドリング時や高速高負荷時など二次空
気の要求流量が極めて少ないときは、図示しない運転状
態検出装置（スロットルスイッチなど）により切換制御
弁１０が切換作動し、差圧調整装置５のＢ圧力室９に大
気を導くため、ダイヤフラム６はオリフィス４の上流圧
力Ｐ１のみに応動する。

ただし、大気圧はオリフィス下流圧力Ｐ２よりも低いた
め、ダイヤフラム６は上流圧力Ｐ１により下方に押圧さ
れ、弁体１９による大気開放通路２１ａに対する開度が
相対的に増大する。

したがって制御負圧が著しく弱められるのでリリーフバ
ルブ３の開度は増大し、リリーフ量が大きくなって排気
系への供給量が大幅に削減される。

アイドリング時などは二次空気の過剰供給により排気温
度が低下し、ＨＣ，ＣＯの酸化効率が悪化するし、一方
高速高負荷時は二次空気の供給にもとづき反応が過多と
なり排気温度が過昇して、排気系に設けた酸化触媒ある
いはサーマルリアクタを焼損する危険があるため、この
ように確実に二次空気を減少させてかかる危険を回避し
ている。

ただし、このような運転領域でも、エアポンプ２の作動
が不完全で吐出量が設定値以下に落ち込むようなことが
あれば、オリフィス上流圧力の低下によりダイヤフラム
６が上動して制御負圧が強まり、リリーフ量を減じてア
イドリング時などの所定量を確保する。

次に第２図に示す装置は、機関加速時に二次空気の供給
量を一定状態から増大し、加速時の排気性能を改善する
ものである。

このため、差圧調整装置５にオリフィス上流圧力Ｐ１を
導く通路８にリークバルブ１２を介装し、機関加速時に
Ａ圧力室７に導かれる圧力Ｐ１をリークして、結果的に
オリフィス４の前後差圧を設定値より大きく変化させ二
次空気供給量を増大させる。

リークバルブ１２はダイヤフラム１３で画成した負圧室
１７と大気室１８を有し、負圧室１７には本実施例では
機関吸入負圧が導かれ、大気室１８はオリフィス１８ａ
を介して大気に開放されている。

ダイヤフラム１３にはロッド１４ａを介してニードル状
の弁体１４ｂが連結され、該弁体１４ｂは吸入負圧が設
定値以上に強いときは、通路８を開いていると同時にロ
ッド１４ａの外周の大気室１８と通じる間隙１５を閉じ
ているが、機関加速時に吸入負圧が減少するとスプリン
グ１６の弾性力の作用でダイヤフラム１３と共に弁体１
４ｂが図中右方に移動し、差圧調整装置５のＡ圧力室７
に作用するオリフィス上流圧力Ｐ１を減少するように、
通路８のオリフィス４の上流との連絡路を絞ると同時に
間隙１５を開くようになっている。

したがって機関加速時など吸入負圧が急激に弱まると、
このリークバルブ１２が作動してＡ圧力室７に導かれる
オリフィス４の上流圧力Ｐ１を、通路８を絞ると同時に
大気室１８にリークさせることにより減少させ、Ｂ圧力
室９に作用するオリフィス下流圧力Ｐ２との差圧を小さ
くする。

この結果ダイヤフラム６は上方に移動し、弁体１９が大
気開放通路２１ａの開度を縮少して制御負圧を強め、し
たがってＩＪ ＩＪ−フバルブ３の開度が小さくなって
ＩＪ ＩＪ−フ量が減少し、排気系への二次空気の供給
量が増大する。

つまり、リークバルブ１２の作動にもとづいて、オリフ
ィス４の前後差圧（Ｐｉ −Ｐ２）の設定値が大きくな
り（ただし差圧調整装置５に導かれる差圧は小くなる）
、二次空気の供給量を増大させるのである。

機関加速時は加速燃料を余分に供給するため一時的に混
合気の空燃比が濃くなり、排気中のＨＣ。

ＣＯも急増するが、このように二次空気を必要に応じて
増大させることで、ＨＣｏＣＯを効果的に酸化処理でき
るのである。

第３図に示す装置は、機関加速状態を検出する信号とし
て、吸入負圧に代えて気化器絞弁近傍に発生するＶＣ負
圧を利用するようにしたものであって、前述の（負圧）
室１７′を大気に開放し、（大気）室１８′にＶＣ負圧
を導くようにし、かつ通常は弁体１４ｂが間隙１５を閉
じるようにスプリング１６′の作用方向を設定した。

したがって機関加速時にＶＣ負圧が増大すると、室１８
’ｌ！Ｉにダイヤフラム１３を移動させ、差圧調整装置
５に作用するオリフィス上流圧力Ｐ１を弱めて二次空気
供給量を増大させる。

また、この■Ｃ負圧の代りに気化器ベンチュリ負圧を作
用させても同等の機能が得られるし、さらには室１７′
に機関吸入空気量に比例する排気圧力を作用させ、室１
８′を大気に開放しても同じく加速時に二次空気供給量
を増大できる。

以上説明したように本発明によれば、機関の運転状態に
対応して二次空気の供給量を適正に制御でき、効果的に
ＨＣ，ＣＯを低減すると同時に、排気温度の過昇を防い
で排気後処理装置の熱保護を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の断面図、第２図は第２
の実施例の断面図、第３図は第２図の一部を改良した例
の断面図である。 １・・・・・・二次空気供給通路、２・・・・・・エア
ポンプ、３・・・・・・リリーフバルブ、４・・・・・
・オリフィス、５・・・・・・差圧調整装置、８・・・
・・・通路、９・・・・・・通路、１０・・・・・・切
換制御弁、１１・・・・・・通路、１２・・・・・・リ
ークバルブ、２１・・・・・・制御負圧通路、２２・・
・・・・放出（リリーフ）通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の排気系に接続する二次空気供給通路にＩ
   Ｊ ＩＪ−フバルブ及び流量を規制するオリフィスを設
   置し、このオリフィスの前後差圧に応動してＩＪ ＩＪ
   −フバルブの作動負圧を制御する差圧調整装置を設け、
   オリフィス前後差圧を一定にして二次空気供給量を一定
   に保つようにＩＪ ＩＪ−フバルブの開度をフィードバ
   ック制御する一方、オリフィス下流圧力を差圧調整装置
   に導く通路に大気を切換導入する切換制御弁を設け、機
   関アイドル時並びに高速高負荷時に切換制御弁の作動に
   もとづきオリフィス前後差圧を小さくして二次空気供給
   量を減少するようにした二次空気供給装置。 ２ 内燃機関の排気系に接続する二次空気供給通路にＩ
   Ｊ ＩＪ−フバルブ及び流量を規制するオリフィスを設
   置し、このオリフィスの前後差圧に応動してＩＪ ＩＪ
   −フバルブの作動負圧を制御する差圧調整装置を設け、
   オリフィス前後差圧を一定にして二次空気供給量を一定
   に保つようにＩＪ ＩＪ−フバルブの開度をフィードバ
   ック制御する一方、オリフィス上流圧力を差圧調整装置
   に導く通路に、該圧力を減少させうるリークバルブを設
   け、機関加速時にリークバルブの作動にもとづきオリフ
   ィス前後差圧を大きくして二次空気供給量を増大するよ
   うにした二次空気供給装置。 ３ 前記リークバルブを機関吸入負圧に応動すべく構成
   し、吸入負圧の減少時に差圧調整装置に導かれるオリフ
   ィス上流圧力を減少補正するようにした特許請求の範囲
   第２項記載の二次空気供給装置。 ４ 前記リークバルブを気化器絞弁近傍のＶＣ負圧に応
   動すべく構成し、■Ｃ負圧の増大時に差圧調整装置に導
   かれるオリフィス上流圧力を減少補正するようにした特
   許請求の範囲第２項記載の二次空気供給装置。 ５ 前記リークバルブを気化器ベンチュリ負圧に応動ず
   べく構成し、ベンチュリ負圧の増大時に差圧調整装置に
   導かれるオリフィス上流圧力を減少補正するようにした
   特許請求の範囲第２項記載の二次空気供給装置。 ６ 前記リークバルブを機関排気圧に応動すべく構成し
   、排気圧の増大時に差圧調整装置に導かれるオリフィス
   上流圧力を減少補正するようにした特許請求の範囲第２
   項記載の二次空気供給装置。