JPS61247810A

JPS61247810A - 触媒付燃料噴射式エンジン

Info

Publication number: JPS61247810A
Application number: JP8803385A
Authority: JP
Inventors: Masanori Shibata; 柴田　雅典; Takeshi Yoshimura; 武吉村
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1985-04-24
Filing date: 1985-04-24
Publication date: 1986-11-05

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】（産業上の利用分野）本発明は排気通路に２次エア導入部、排気濃度センサお
よび触媒を設けて、空燃比をフィードバック制御するこ
、とにより、排ガスの浄化を図るようにした触媒付燃料
噴射式エンジンに関する。

（従来技術）自動車等のエンジンの排気ガス中に未燃焼有毒ガスとし
て含まれるＧＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を除去Ｊるために触媒
が多用され、ＮＯＸは還元触媒により、Ｃ０１Ｉ−Ｉ　
ＣＧ、ｔ　ｓ化触媒により、反応除去される。そして、
一般に、エンジンの吸気が理論空燃比にあるときが、排
気の有毒未燃焼ガス成分が最小であるから、排気通路中
に酸素センサ等の排気濃度センサを設けて、この検出値
を吸気系にフィードバックし、理論空燃比に近付くよう
に制御することが行なわれている。なお、酸化触媒は理
論空燃比より空気口が大きくなると酸化反応が促進され
るので、酸化触媒の上流側に２次エアを供給するように
している。

上述のごとく、フィードバック制御により排ガスの浄化
を図った従来装置において、エンジンの冷間始動時にお
いては、回転維持のため空燃比が過濃側（オーバーリッ
チ）に設定されるため、この時期の排ガスは理論空燃比
より酸素不足の状態にあり、Ｃｏ、ＨＣを確実に浄化し
えない。

そこで、このような事態に対処するために、排気通路中
における触媒の上流側に２次エア導入部を設け、この２
次エア導入部よりエアポンプ等を用いて大量の２次エア
を供給するようにしたちのがある（例えば特開昭５８−
２７８０９号公報参照）。

ところで、触媒を用いて未燃焼成分を酸化、すなわち燃
焼させる際には発熱を伴うため、この熱を受けて触媒は
高温になる。触媒は所定湿度以上に達しないと反応が活
性化しないのであるが、余りに高温になると劣化し易い
という問題がある。

特にエンジン回転が上るにつれて、排ガス量が増え、排
ガス中の未燃焼ガス成分も増えるので、高回転域で触媒
が高温になり易く、触媒の劣化も速い。このため、エン
ジンが所定回転以上になった時には、フィードバック制
御は行なわず、逆にオープン制御により燃料を増量させ
てやって、排気中に未燃焼燃料を含むようにし、この未
燃焼燃料を冷媒として作用させることによって、触媒の
温度上昇を防止することが提案されている。

これを具体的に説明すると、エンジン負荷（スロットル
弁開度）とエンジン回転数により決まるエンジン負荷状
態が、第２図に示す特性図において、フィードバック制
ｍ領域Ａにある時には、空燃比を理論空燃比近傍に保つ
ように燃料噴射量を制御１するとともに、２次エア（酸
化触媒へのエア）の供給を行なう。一方、エンジン負荷
状態が、フィードバック制御領域以外の燃料増量制御領
域Ｆ１すなわちオーブン制御領域にある時は、空燃比を
理論空燃比よりも小さく、すなわち燃料噴射量を増加さ
せて出力トルクの増大を図るとともに、２次エア（三元
触媒および酸化触媒へのエア）の供給を制限もしくはカ
ットして触媒の加熱を防止するものである。

なお、第２図は縦軸にスロットル弁開度を、横軸にエン
ジン回転数を示し、ラインＰ１はスロットル弁開度とエ
ンジン回転数によって設定される減速ラインであり、平
地定速走行を行なうのに必要最低限の負荷を示す。そし
て、ラインＰ１より高負荷側は通常の運転域（加速運転
を含む）であり、またラインＰ１より低負荷側は減速域
で燃料供給がカットされる領域である。ラインＰ２は、
アイドリング回転Ｎ１を示し、Ｎ１より低回転ではエン
スト状態になり、実際の運転では使用されない領域であ
る。

フィードバック制御を行なうフィードバック制御領１ｉ
ｉ！Ａは、減速ラインＰ１より高負荷側で、アイドリン
グ回転ラインＰ２より高回転側の通常運転領域内におい
て、エンジン回転数が中速域の所定回転数Ｎ２より低回
転で、スロットル弁開度が高負荷所定開度Ｌ１より小さ
い開度（すなわら、中低負荷）になる領域に設定される
。なお、エンジン回転がＮ２より低回転でもスロットル
弁開度がＬｌより大きい高負荷時にはフィードバック制
御を行なわず、燃料を増量するようにしているが、これ
は高負荷時にもフィードバック制御を行なうと、出力ト
ルクが低下し、十分な出力が得られないことと、触媒が
加熱されて劣化しやすくなるという問題があることによ
る。

以上のようにして、触媒の加熱による劣化の防止と排気
ガスの浄化をできる限り両立させるようにしているので
あるが、燃料増量制御領域Ｆにおいては、排気ガスの浄
化もフィードバック制御を行なう場合に比べて劣るので
あって、いわば、排ガスの浄化作用の方を若干犠牲にし
て、触媒の劣化を防止してその信頼性を維持する方を優
先しているといえる。ところが、市街地を走行する自動
車は、頻繁に急加速、停止を繰返すため、上記のごとき
制御では排ガス特性が悪化して好ましくない。すなわち
、上述のごとく加速時に突入する高負荷域で空燃比のオ
ーバーリッチにより、Ｃ０９ＨＣの増大を招くからであ
る。

かといって、加速時にフィードバック制御領域Ａから燃
料増量制御領域Ｆに突入してもフィードバック制御を続
行したのでは、排ガス特性は改善されるものの、加速の
ための出力トルクが十分に得られないことにより、走行
性が悪化する。

このような背景から、触媒の加熱による劣化の防止と、
排ガスの浄化とを両立させつつ、加速走行性を向上する
ための改善が求められていた。

（発明の目的）本発明は、上記従来の種々の要求を満足すべくなされた
もので、加速時にフィードバック制御領域から燃料地回
制御領域に突入する閘門は、通常、短時間であることに
鑑み、そのような場合は、燃料憎口制御領域に突入した
後においても所定時間だけ、フィードバック制御を続行
させ、かつ、２次エアを排気濃度センサの前に供給する
ことにより、触媒がそれ程高温にさらされることもなく
、信頼性を損うことがなく、また、排ガス特性をも良好
とし、さらには、走行出力特性の改善が可能な触媒付燃
料噴射式エンジンを提供することを目的とする。

（発明の構成）本発明は、排気通路に上流側より順次、２次エア導入部
、排気濃度センサおよび触媒を設け、エンジンの所定回
転数以下における低負荷側域で上記排気濃度センサの検
知信号に基づいて空燃比をフィードバック制御し、高負
荷側域で理論空燃比が小さくなるよう燃料を増量制御す
るようにした触媒付燃料噴射式エンジンにおいて・、エ
ンジンの運転状態がエンジンの回転数と負荷の関係であ
らかじめ設定されたフィードバック制御領域にあるか否
かを判別する判別手段と、エンジンの加速を検知する加
速検知手段と、上記判別手段と加速検知手段の判別、検
知結果に基づき、上記フィードバック制御領域からの加
速時に所定時間、上記２次エア導入部より２次エアを供
給するとともに、フィードバック制御を継続させる加速
補正手段を設けたものである。

この構成により、フィードバック制御領域からの加速時
には、所定時間フィードバック制御が継続され、排ガス
浄化性が維持され、かつ、２次エアが排気濃度センサの
上流に供給されて、２次エア導入部よりも上流側すなわ
ち、エンジン本体の燃焼室では、空燃比がリッチ側とな
り、加速出力トルクの向上が図られる。しかも、上記所
定時間としては、加速に必要な比較的短時間でよく、し
たがって触媒自１が瞬時に高温に温度上昇することもな
いものである。

（実施例）以下、図面により本発明の一実施例について説明する。

第１図は本発明による触媒付燃料噴射式エンジンの一実
施例を示す概略図であり、エンジン本体１の吸気側には
吸気通路２が連設され、吸気通路２内には、上流側から
順にエアフィルタ３゜エアフローメータ４．スロットル
弁５および燃料噴射弁６が配設され、またエンジン本体
１の排気側には排気通路７が連設され、排気通路７内に
は、上流側から順に２次エア導入部８、酸素センサ等で
なる排気濃度センサ９および触媒１０が連設されている
。この触媒１０は三元触ａｌＯａと酸化触媒１０ｂとか
らなる。またエアフィルタ３の下流側には、エアポンプ
１２のエア吸入管１１が接続され、さらにエアポンプ１
２の吐出側はエアコントロールバルブ１３を介して下流
端が上記２次エア導入部８に接続されたボートエア＠１
４と、三元触媒１０ａと酸化触媒１０ｂの間に開口接続
されたスプリットエア管１５の各々上流端に接続されて
いる。エアコントロールバルブ１３は後記制御装ｒａ１
６からの信号に基いてエアポンプ１２からのエアをボー
トエア管１４あるいはスプリットエア管１５に選択供給
あるいは遮断を行なうとともに、エアコントロールバル
ブ１３のボートエア管１４との連結部には、流ω調整を
行なうオリフィスを備え、ボートエア管１４は、このオ
リフィス調整により、２次エア導入部８から排気通路７
に供給される２次エアを大母の場合と小但の漏らしエア
（これが、後述する、だましエアとなる）の場合とに共
用している。

制御装置１６はマイクロコンピュータなどにより構成さ
れ、エンジン回転数センサ１７、スロットル弁開度セン
サ１８、エンジン本体１の水温センサ１９、スロットル
弁５下流の吸気通路２内の負圧、すなわちエンジン負荷
を検知するブーストセンサ２ｏおよび排気濃度センサ９
の各々の検出信号が入力され、エンジンの運転状態が、
予めエンジン回転数と負荷の関係がマツプとして設定さ
れた領域のいずれにするかを判別する判別手段を有し、
また、エンジンが加速状態であるかどうかを検知する加
速検知手段を有し、さらに、後述するごとく所定の加速
時にフィードバック制御を継続させる加速補正手段を有
し、上記入力信号と、判別および加速検知結果と、排気
濃度センサ９の検知信号に基いて燃料噴射弁６およびエ
アコントロールバルブ１３を駆動する信号を出力するも
のである。

上記構成のエンジンが運転される時は、スロットル弁５
により吸入ａが調整された吸気はエアフローメータ４に
より吸入屋を検出された後、燃料噴射弁６からの噴射燃
料と混合されて、エンジン本体１内の燃焼室へ入り燃焼
される。その後、燃焼ガスは、排気通路７に排出され、
この排気に、後述するごとく運転状態に応じて、２次エ
ア導入部８から２次エアとしてのボートエアが供給され
、また排気濃度センサ９により排気濃度が検出される。

さらに、この排気は三元触媒１０ａにてＧＯｌＨＣ，Ｎ
Ｏｘの浄化がなされた後、運転状態に応じて、スプリッ
トエア管１５の開口より供給される２次エアとしてのス
プリットエアと混合されて酸化触媒１０ｂに入り、ｃｏ
、トＩＣの浄化がなされる。上記２次エアとしてのボー
トエアおよびスプリットエアはエアポンプ１２、エアコ
ントロ−ルバルブ１３にて分配供給される。

第２図は本発明の触媒付燃料噴射式エンジンによる制御
内容を示し、横軸にエンジン回転数を、縦軸にスロット
ル弁開度を表わしている。減速ラインＰ１より高負荷で
所定の高負荷時の開度Ｌ１よりかつ低負荷で、かつ回転
数Ｎ１のフィトリング回転ラインＰ２より高回転で所定
の高回転Ｎ２より低回転である中低負荷時の通常運転域
は、フィードバック制御領１ｉｉ！Ａとし、Ｎ２より高
回転域および開度Ｌ１より高負荷時の運転域は、オープ
ン制御として燃料増量制御順ｉａＦとしている。

フィードバック制御領域Ａでは、燃焼室内の空燃比を理
論空燃比に近付けるようにフィードバック制御し、かつ
、酸゛化触媒１０ｂの上流側に２次エアとしてのスプリ
ットエアを供給する。また、燃料増量制御領域Ｆでは、
空燃比が理論空燃比よりも小さくなるようにし、かつ２
次エアの供給をカットし、触媒１０の反応を押えて触媒
１０が高温劣化することを防ぐ。

なお、減速ラインＰ１より低負荷域は、減速時であって
、燃料がカットされ、かつ比較的冷たい大量の２次エア
（ボートエア）が供給され、排気ガスが冷却され、触媒
１０の加熱が抑えられる。

また、アイドリング回転ラインＰ２よりも低回転域は通
常は運転されない領域であり、ここではエンスト防止の
ために燃料量を増大するとともに、２次エアとしてボー
トエアを供給する。

以上のように制御すれば、フィードバック制御領域Ａで
は、排気ガス中の有毒成分を効果的に浄化でき、一方、
燃料増量制御領域Ｆでは、未燃焼燃料が冷媒として作用
して触媒１０の加熱による劣化を防止することができる
とともに、高負荷時の十分な出力を得ることができるが
、この領域Ｆでは、排気ガスの浄化は十分でない。とこ
ろが、実際の走行においては、この領ｔＩｉ！Ｆへは、
フィードバック制御領域Ａからの加速時に過渡的に突入
する場合が多い。そこで、本発明では、上述した制御装
置１６における加速補正手段により、このようなフィー
ドバック制御領域Ａからの加速時にエンジンの運転状態
が、１＝とえ燃料増量制御領域Ｆへ突入したとしても、
所定時間、フィードパ、ツク制御を継続させるようにし
ている。

この制ｍ＋装＠１６による制御を第３図に示すフローチ
ャートに基いて説明する。

まず、エンジン状態を、第１図におけるエンジン回転数
センサ１７、スロットル弁開度センサ１８、エアフロー
メータ４、ブーストセンサ２０および排気濃度センサ９
からの検出信号から判定しくステップＳ１）、次に水温
センサ１９の検知信号により、水温が５０℃以下か否か
を判別し、（ステップＳ２）、水温５０℃以上の場合、
エンジン状態が、第２図におけるフィードバック制御領
域Ａであるか否かを判別しくステップ３３　）、フィー
ドバック制御領域Ａである時、加速度ｄθ／ｄｔが一定
値以上か否かを判別しくステップＳ４）、所定以上の加
速状態でない時は、フィードバック制皿を行なう（ステ
ップＳ５）。

一方、ステップＳ４にて所定以上の加速状態であると判
別した時、成る設定時間、フィードバック制御を行なう
とともに、漏らし２次エアの供給を行なう（ステップＳ
ｓ）。この漏らし２次エアは、第１図に示すエアコント
ロールバルブ１３のオリフィスにて流量を絞られて２次
エア導入部８より排気濃度センサ９の直上流に供給され
ることにより、排気ＩＩ痕センサ９はそれより上流の排
気ガスの空燃比が大きいと判断し、空燃比が小さくなる
よう燃料噴射弁６による燃料噴射量を増大する。したが
って、燃焼室内では、燃料はリッチ側となり、出力の向
上が図られる。このように作用するので、上記漏らし２
次エアは、所謂、だましエアと称せられるものである。

この漏らし２次エアが供給された２次エア導入部８より
下流の排気通路７内は理論空燃比となるように作用する
。

また、ステップＳ２にて水温が５０℃以下の場合は、エ
ンジンの冷間始動時であって、空燃比がリッチになるよ
うに制御しくステップＳ７）、また、ステップＳ３にて
フィードバック制御領域でない時、オープン制御すなわ
ち燃料増量制御を行なう（ステップＳａ）。なお、上記
各ステップＳｓ　、Ｓｓ　、８７　、Ｓａのいずれかを
遂行した後は、フローの最初に戻り、以下、同様の作用
を行なう。

上述のごとくステップＳ６にてフィードバック制御領域
からの加速時にフィードバック制御を継続するとともに
、２次エアの供給を行なうため、触媒１０は温度上昇す
るが、この加速補正は短時間（例えば３〜５秒）で通常
必要とされる加速性能が得られるので、その範囲におい
ては、触媒１０の熱劣化信頼性に支障を及ぼすことはな
い。

かくして、フィードバックｆｌｉｌＪ　Ｉｌｌによる排
気ガスの浄化性能を比較的良好に維持したまま２次エア
の供給により加速に必要な出力向上も得られ、かつ、触
媒１０の熱劣化のおそれもない。すなわら、触媒１０の
信頼性を落すことなく、走行性改善と排気ガス浄化の両
立が図られることになる。

なお、上記フローでは、フィードバック制御領域からの
加速時について、成る設定時間、フィードバック制御を
継続する場合を説明したが、この設定時間は、上記のご
とくフィードバック制御領域における加速検知時点から
であ・つても、あるいは燃料増１制御領域に突入した時
点からであってもよい。ただ、後者の方が、より確実に
フィードバック制御領域から燃料増８制御領域に突入し
た時にフィードバック制御を維持することができるとい
える。

さらには、必ずしもフィードバック制ｔ１ｇ＠域から燃
料増１制御領域へ突入しなくとも、フィードバック制御
領域内においても上記のごとく、２次エア供給を行なう
ことで、加速性能の向上を図ることができる。

また、燃料量の制御に燃料噴射弁６を用いているが、こ
れにより吸気系における供給燃料量の制御が容易、かつ
確実に行なえる。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、エンジンの運転状態がフ
ィードバック制御領域にあるか否かを判別し、かつ、そ
の領域からの加速時に、所定時間、たとえ燃料増１制御
領域に突入したとしても、２゛・次エアを供給するとと
もに、フィードバック制御を継続するようにしているた
め、だましエアとしての２次エアとフィードバック制御
の両者の働きによって、燃料の増大による加速性の向上
が図れるとともに、高負荷域でのオーバーリッチによる
排気ガス中の有毒成分であるＧＯ，ＨＣの増大を効果的
に抑制することができる。

また、触媒の温度上昇についても、触媒が熱劣化を生ず
るような事態に至ることもなく、その信頼性を維持する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による触媒付燃料噴射式エン
ジンの全体の概略構成図、第２図は同触媒付燃料噴（ト
）式エンジンにおける制御の内容を示すエンジン回転数
とスロットル弁開度の関係図、第３図は同触媒付燃料噴
射式エンジンにおける制御のフローチャートである。６・・・燃料噴射弁、７・・・排気通路、８・・・２次
エア導入部、９・・・排気濃度センサ、１０・・・触媒
、１０ａ・・・三元触媒、１０ｂ・・・酸化触媒、１２
・・・エアポンプ、１３・・・ニアコントＯ−ルバルプ
、１４・・・ボートエア管、１５・・・スプリットエア
管、１６・・・制ｍ＋ｉｉａ、１７・・・エンジン回転
数センサ、１８・・・スロットル弁開度センサ。特許出願人　　　　マ　ツ　ダ　株式会社代　理　人　
　　　弁理士　　　小谷悦司同　　　　　　弁理士　　
　長１）正向　　　　　　弁理士　　　板谷康夫第　　２　　図

Claims

【特許請求の範囲】

１、排気通路に上流側より順次、２次エア導入部、排気
濃度センサおよび触媒を設け、エンジンの所定回転数以
下における低負荷側域で上記排気濃度センサの検知信号
に基づいて空燃比をフィードバック制御し、高負荷側域
で理論空燃比が小さくなるよう燃料を増量制御するよう
にした触媒付燃料噴射式エンジンにおいて、エンジンの
運転状態がエンジンの回転数と負荷の関係であらかじめ
設定されたフィードバック制御領域にあるか否かを判別
する判別手段と、エンジンの加速を検知する加速検知手
段と、上記判別手段と加速検知手段の判別、検知結果に
基づき、上記フィードバック制御領域からの加速時に所
定時間、上記２次エア導入部より２次エアを供給すると
ともに、フィードバック制御を継続させる加速補正手段
を設けたことを特徴とする触媒付燃料噴射式エンジン。