JPS6227265B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はエンジンのインテークマニホールドに
供給する二次空気や排気ガス量を制御する方式に
関する。 従来エンジンに供給する二次空気や排気ガスの
量を正確に制御する方式が多く提案されている
（たとえば実公昭52―20595号）。しかし、従来の
方式では制御器がアクチユエータに一定の信号を
送つていても、車両の運転条件の変更（たとえば
スロツトルの開度の変更、エンジン回転の変更な
ど）をすると主空気流量に対する二次空気量の
比、または主空気流量に対する二次排気ガス量
（排気ガス再循環量）の比が一定にならない。 そのため二次空気量供給方式であれば、主空気
の空燃比（Ａ／Ｆ）が一定でも運転条件により二
次空気量が変化するため空燃比が一定の要求値に
合わなく、運転性、燃費、排気ガスなどが悪化す
る。 また二次排気ガス量（排気ガス再循環量）供給
方式であれば、運転条件が変化すると主空気流量
に対する二次排気ガス量の比が変化するので、要
求の比にするために制御器を複雑にしたり、また
要求の値に合わないために運転性、燃費、排気ガ
スなどが悪化する。 本発明の目的は制御器がアクチユエータに一定
の信号を送れば運転条件がかわつても主空気流量
に対する二次空気量の比、主空気流量に対する二
次排気ガス量の比を一定にし、二次空気流量の比
や二次排気ガス量の比を要求値に合わせやすい方
式を提供し、運転性、燃費、排気ガスを良くする
ことにある。 本発明を第１図に従つて説明する。 第１図は本発明の概略図である。 エンジン１のインテークマニホールド２に空燃
比制御装置３を取り付ける。またエンジン１の排
気管４にはO₂センサ５、その後流には触媒６を
取り付けてある。制御器７はO₂センサ５からの
信号を処理し、アクチユエータ８に制御信号を送
る。 第２図は本発明の空燃比制御方式の第１の実施
例の断面図である。 気化器９の主空気通路１０と二次空気通路１１
を設ける。主空気通路１０に設けた主スロツトル
バルブ１２と二次空気通路１１に設けた二次スロ
ツトルバルブ１３の開度が同じになるようにリン
ク１４で連結する。圧力調整器１５はダイヤフラ
ム１６とアツパーカバー１７とで制御圧室１８を
構成する。ダイヤフラム１６にロツド１９を固定
し、レバー２０にてエアーバルブ２１とロツド１
９が連動するようにしてある。ダイヤフラム１６
と気化器９のボデイ２２とでレギユレート室２４
を構成し、レギユレート室２４はエアーバルブ２
１と二次スロツトルバルブ１３との間に連通す
る。スプリング２３はレギユレート室２４内にあ
り、エアーバルブ２１を閉じる側にダイヤフラム
１６を付勢するように取り付ける。アクチユエー
タ８の制御パイプ２８は制御圧室１８と連通し、
大気パイプ２９は大気絞り３０を通つて大気に通
じ、負圧パイプ３１は負圧絞り３２を通つて二次
スロツトルバルブ１３の下側と連動する。 アクチユエータ８の作動は制御器７が１の出力
の時は瞬時に制御パイプ２８と大気パイプ２９と
連通し、制御器７が０の出力の時は瞬時に制御パ
イプ２８と負圧パイプ３１と連通する。 制御器７の作動はO₂センサ５が１の信号を出
すとアクチユエータ８に徐々に１の信号割合が多
くなるよう出力し、O₂センサ５が０の信号を出
すとアクチユエータ８に徐々に０の信号割合が多
くなるよう出力する。 気化器９の空燃比（Ａ／Ｆ）は二次空気がない
と理論空燃比よりリツチに設定してあり、二次空
気が多いと理論空燃比よりリーンに設定してあ
る。 第３図は本考案の第２の実施例の説明図であ
る。 第１の実施例との相異点は、 (1) 気化器９がコンベンシヨナルキヤブでなく可
変ベンチユリキヤブであること。 (2) 圧力調整器１５の二次空気を調整する部分が
エアーバルブ２１でなくテーパーバルブ２７で
構成されている。そのため、ダイヤフラム１６
がロワーカバー２５に取り付けられており、テ
ーパーバルブ２７はロツド１９に固定され、ロ
ツド１９はダイヤフラム１６に固定されてい
る。また、テーパーバルブ２７がロワーカバー
２５に当る部分には座２６が構成されている。 ３３はアツパーシエル、３４はロワーシエル
である。 (3) 主スロツトルバルブ１２と２次スロツトルバ
ルブ１３の連動方式がリンク１４によつてなさ
れるのでなく、主スロツトルバルブ１２に直結
した主ギア４３と２次スロツトルバルブ１３に
直結した２次ギア４４により連動する。また、
２次ギア４４より、主ギア４３の方を大きくし
てある。 第４図は本考案の第３の実施例の説明図であ
る。 第１，第２の実施例の相異点は、 (1) 圧力調整器１５が二次スロツトルバルブ１３
の下流側に位置する。そのため、ダイヤフラム
１６がアツパーカバー１７の側に移動するとテ
ーパーバルブ２７と座２６の開口面積が多くな
るようにしてある。スプリング２３が制御圧室
１８内に、ダイヤフラム１６を付勢するよう設
けてある。 (2) 制御圧室１８は常時負圧絞り３２を通つて主
スロツトルバルブの下流側と連通する。またア
クチユエータ８の制御パイプ２８は大気絞り３
０を通つて制御圧室１８と連通する。 アクチユエータ８の作動は、制御器が１の出
力を出すと制御パイプ２８と大気パイプ２９の
通路を閉じ、制御器７が０の信号を出すと制御
パイプ２８と大気パイプ２９を連通するように
構成してある。 ３５は主スロツトルレバー、３６は二次スロ
ツトルレバーである。 第４の実施例を第５図に従つて説明する。 第１，第２，第３の実施例との相異点は、 (1) 二次スロツトルバルブ１３がない。そのかわ
りにニードル絞り３７がリンク１４を介して主
スロツトルバルブ１２と連動する。ニードル絞
り３７はホルダ３８内を摺動するように構成
し、ホルダ３８には主スロツトルバルブ１２が
全閉の時、ニードル絞り３７に当るようジエツ
ト３９が設けてある。 ニードル絞り３７の先端部の形状は、主スロ
ツトルバルブ１２と気化器９の開口面積とニー
ドル絞りとジエツト３９の開口面積の比がほぼ
同じになるよう砲弾形状をしている。 (2) ダイヤフラム１６とアツパーカバー１７で構
成される室がレギユレート室２４になつてい
る。そのため、ダイヤフラム１６がアツパーカ
バー１７側に移動するとテーパーバルブ２７と
座２６の開口面積が大きくなるように構成し、
かつ座２６とニードル絞り３７との間とレギユ
レート室２４と連通する。気化器９のエアホー
ン４０とダイヤフラム１６とで制御圧室１８を
構成し、制御圧室１８とアクチユエータ８と連
通する。 第５の実施例を第６図に従つて説明する。 第１，第２，第３，第４の実施例との相異点は、 座２６の上流はエンジン１の排気管４と連通す
るようにしてある。そのため、制御器７の出力は
ブーストセンサ４１の出力や、エンジン回転や、
主スロツトルバルブ１２の開度、エンジン１の温
度などエンジン１の運転状態に応じてあらかじめ
設定してある出力をアクチユエータ８に送る。ま
た二次空気通路を流れるものは空気でなく、エン
ジン１の排気ガスでも良い。 なお、主スロツトルバルブ１２と二次スロツト
ルバルブ１３の連動方式はワイヤー式、カム式、
ギヤ式でも良く、また主スロツトルシヤフト４２
に主スロツトルバルブ１２と二次スロツトルバル
ブ１３を取り付けても良い。 本発明は以上のように構成されているので、作
用を第２図に従つて説明する。エンジン１が回転
している時、制御器７の出力するデユーテイー比
（１の出力時間加える０の出力時間に対する１の
出力時間）をτとし、制御圧室１８にかゝる制御
圧力をPxとすると、Pxは第７図のような特性に
なる。スプリング２３の付勢する力をＷ、二次ス
ロツトルバルブの下側の負圧をP₁とし、大気の圧
力をPoとし、二次スロツトルバルブ１３とエア
ーバルブ２１の間の負圧をP₂とし、ダイヤフラム
１６の有効面積をＳとすると、 P₂＝Ｗ／Ｓ＋Pxとなる。 P₂の負圧力がＷ＋SPxより小さくなるとダイヤフ
ラム１６は瞬時にアツパーカバー１７側に移動し
てエアーバルブ２１を閉じ、エアーバルブ２１の
上側の大気が流れこむ量が少なくなりP₂の負圧が
大きくする。逆にP₂の負圧力がＷ＋SPxより大き
くなるとダイヤフラム１６は瞬時にボデイ２２側
に移動してエアーバルブ２１を開き、エアーバル
ブ２１の上流側の大気の流れ込む量が多くなるの
でP₂の負圧力は小さくなる。 また主空気通路１０を流れる空気量Q₁は流量
係数をC₁、空気密度をγ_１、主スロツトルバル
ブ１２の開口面積をA₁とすると Q₁＝C₁A₁√2（₁−）_１となる。 二次空気通路１１を流れる空気量Q₂は流量係
数をC₂、空気密度をγ_２、二次スロツトルバル
ブ１３の開口面積をA₂とすると Q₂＝C₂A₂√2（₁−₂）_２となる。 またQ₁とQ₂の比は

【式】となる。 ここにて流量係数は流量が多いのでC₁＝C₂に
なり、主スロツトルバルブ１２の開口面積A₁と
二次スロツトルバルブ１３の開口面積の比は常に
等しいからA₂／A₁＝Ｋとする。また空気密度γ
_１とγ_２がほぼ等しい域でP₂を設定するとγ_１＝
γ_２なる。 Poは大気圧であるからPo＝０ 制御圧室１８にかゝる負圧力Pxは第７図のよう
にデイーテイー比に対して直線的になるから Px＝P₁（１−τ）になる。従つてP₂は P₂＝Ｗ／Ｓ＋P₁（１−τ）となる。この式をQ₂／ Q₁に代入すると

【式】となる。 ここにてスプリング２１の力ＷをＳ・P₁に対し
て十分小さく設定するとＷ／ＳＰ_１≒０となる。 従つてQ₂／Q₁は主スロツトルバルブ１２の開
口面積と二次スロツトルバルブ１３の開口面積の
比とデユーテイー比τだけの関係式で表わされ
る。 このことは、Q₂／Q₁はエンジン１の運転条件
に関係なく、ほぼ一定の値になることを示してい
る。 いま、エンジン１の排気ガスが理論空燃比より
リツチであるとO₂センサ５は“高”の信号を制
御器７に送り、その信号により制御器７は０より
１の成分が多い信号（デユーテイー比τが大き
い）をアクチユエータ８に出力すると、主空気通
路１０を流れる空気量A₁に対する二次空気通路
１１を流れる空気量A₂の比A₂／A₁が多くなるの
でエンジン１に供給されるＡ／Ｆはリーンにな
る。エンジン１から排気されるＡ／Ｆがリーンに
なれば逆にO₂センサ５は“低”の信号を制御器
７に送り、その信号により制御器７はデユーテイ
ー比τが小さくなる信号をアクチユエータ８に出
す。これによりA₂／A₁は小さくなりＡ／Ｆはリ
ツチになる。このようにして空燃比を理論空燃比
に制御する。 第１の実施例は以上のようにデユーテイー比が
一定の時、主空気通路１０を流れる空気量A₁と
二次空気を流れる空気量A₂の比A₂／A₁がエンジ
ン１の運転条件に関係なく常に一定の割合にな
る。 スプリング２３はエンジン１が回転している時
にはダイヤフラム１６の面積Ｓとインテークマニ
ホールド２の負圧P₁に対して十分小さいので無視
できるが、エンジン１が回転してない時はインテ
ークマニホールド２の負圧がないので、ダイヤフ
ラム１６をアツパーカバー１７側に付勢し、エア
ーバルブ２１を閉じる。従つて始動時には二次空
気が流れないのでＡ／Ｆがリツチになり、始動し
やすいという効果がある。 第２の実施例に作用は、圧力調整器１５は第１
の実施例と同様に働く。このような圧力調整器で
も第１の実施例と同様の効果が得られる。また気
化器９も可変ベンチユリ式気化器においてもその
効果は同じである。 第３の実施例の圧力調整器１５の作用は第１の
実施例とほぼ同様に作用する。 すなわち、 P₂＝Px−Ｗ／Ｓとなり、 P₂の負圧がPx−Ｗ／Ｓより小さくなるとテーパーバ ルブ２７と座２６の開口面積が大きくなり、P₂の
負圧が大きくなる。逆にP₂の負圧がPx−Ｗ／Ｓより 大きくなるとテーパーバルブ２７と座２６の開口
面積が小さくなり、P₂の負圧が小さくなり、第１
の実施例と同様に働く。 また二次空気流量Q₂は、 Q₂＝C₂A₂√2（₂−）_２となり、 従つてQ₂／Q₁は第１の実施例と同様に Ｑ_２／Ｑ_１＝Ｋ√（１−）となり、 Q₂／Q₁はエンジン１の運転条件に関係なく常に
一定になる。 またＡ／Ｆ制御は、エンジン１の排気ガスがリ
ツチであるとO₂センサ５は“高”の信号を出し
制御器７はそれに従つて０の出力をアクチユエー
タ８に送る。アクチユエータ８は制御パイプ２８
と大気パイプ２９の通路を閉じ、制御圧室１８の
圧力は徐々にインテークマニホールド２の負圧に
なるのでテーパーバルブ２７と座２６の開口面積
が多くなつて、二次空気が増大し、エンジン１の
排気ガスがリーンになる。逆にエンジン１の排気
ガスがリーンであると制御パイプ２８と大気パイ
プ２９の通路が開き、制御圧室１８の負圧は徐々
に小さくなり、テーパーバルブ２７と座２６の開
口面積が小さくなつて、二次空気が減少し、エン
ジン１の排気ガスがリツチになる。 このように第１，２の実施例と同様の効果が得
られる。 別の効果として、主スロツトルレバ３５を二次
スロツトルレバ３６の長さの比やリンク１４の長
さなどをかえて、主空気通路１０の面積A₁と二
次空気通路１１の面積A₂の比を第８図のよう
に、A₁が大きくなるのに応じてA₂／A₁を大きく
すれば、テーパーバルブ２７が全閉・全開の時の
Ａ／Ｆは第９図のように、主空気通路１０の開口
面積A₁が小さいとＡ／Ｆの巾が小さく、A₁が大
きいとＡ／Ｆの巾が大きくなる。逆に、主空気通
路１０の面積A₁と二次空気通路１１の面積A₂の
比を第１０図にようにA₁が大きくなるのに応じ
て小さくすれば、テーパーバルブ２７の全閉・全
開時のＡ／Ｆは第１１図のように、主空気通路１
０の開口面積A₁が小さいとＡ／Ｆの巾が大き
く、A₁が大きいとＡ／Ｆの巾が小さくできる。 A₁に対するA₁／A₁を第８図のような特性にす
るとIDや、定常走行時などA₁の小さい時には比
較的Ａ／Ｆの変動が小さいので第９図のように、
Ａ／Ｆ変化巾が小さいと排気ガスや運転性が良く
なり、加速時などA₁の大きい時には比較的Ａ／
Ｆの変動が大きいので第９図のように、Ａ／Ｆ変
化巾が大きいと排気ガスが良くなるという別の効
果も得られる。 第４の実施例の作用を第５図に従つて説明す
る。 ニードル絞り３７とジエツト３９との開口面積
をA₃とすると主スロツトルバルブ１２の構成す
るA₁に対するA₃の比を一定にすれば、ニードル
絞り３７が砲弾状でも第１〜３の実施例と同様の
効果が得られる。圧力調整器１５が第５図のよう
でも第１〜３の実施例と同様に働くのでその効果
は同じである。アクチユエータ８は閉と開の２位
作動だけでなく、ステツパーモータやリニヤソレ
ノイドモータのように、制御器７の信号に応じて
大気パイプ２９と制御パイプ２８の連通する通路
面積を徐々に変化する方式でも第１〜第３と同様
の作用・効果が得られる。 要するに、大気圧とスロツトルバルブ下流の負
圧を変調して、制御器７の信号に対応した制御圧
力を制御パイプ２８を通じて、圧力調整器１５の
制御圧力室１８に供給すればよい。 第５の実施例の作用を第６図によつて説明す
る。 制御器７がアクチユエータ８に送る制御信号が
一定であれば、二次空気通路１１を流れるものが
排気ガスであつても第１〜第４の実施例と同様に
主空気通路１０を流れる空気量Q₁に対する二次
空気通路１１を流れる空気量Q₂の比は、エンジ
ン１の運転条件に影響されずに常に一定の割合に
なる。 なお、制御器７やそれに入る信号などは公知の
方式例えば公開特許公報昭55―23314号に記載の
方式と同じ方式をとつても良い。 本発明は以上のように作用するので、その効果
は主空気通路１０を流れる空気量Q₁に対する二
次空気通路１１を流れる空気量Q₂の比が、エン
ジン１の運転条件に影響されずに制御器７の信号
に対応した値になる。 従つて空燃比やEGR率を制御しやすいシステ
ムを提供できるので、運転性や燃費、排気ガスの
良い車を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体の概略説明図、第２図乃
至第６図は本発明の５つの実施例を示す各断面
図、第７図は第２図に示す実施例のデユーテイー
比τと制御圧室の圧力Pxの関係の説明図、第８
図は第４図に示す実施例のA₁とA₂／A₁の関係の
説明図、第９図はA₁とA₂／A₁が第８図の関係に
あるときのA₁とＡ／Ｆ変化巾の特性の説明図、
第１０図は第４図に示す実施例のA₁とA₂／A₁の
関係の第８図とは別の特性の説明図、第１１図は
A₁とA₂／A₁が第１０図の関係にあるときのA₁と
Ａ／Ｆ変化巾の特性の説明図である。 ７……制御器、８……アクチユエータ、９……
気化器、１０……主空気通路、１１……二次空気
通路、１２……主スロツトルバルブ、１３……二
次スロツトルバルブ、１４……リンク、１５……
圧力調整器、１６……ダイヤフラム、２１……エ
アーバルブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 主空気通路に主スロツトルバルブを設けると
   ともに、該主スロツトルバルブの下流側に開口部
   を持つ二次通路を設け、主スロツトルバルブと連
   動する二次通路バルブを設け、二次通路の上流ま
   たは下流側に可動壁により作動する圧力調整器を
   設け、その圧力調整器の可動壁に連動するエアー
   バルブは二次通路を開閉するように設け、かつ圧
   力調整器と二次通路バルブの間の負圧力P₂が該圧
   力調整器の制御圧室の制御負圧力より大になると
   前記負圧力P₂が可動壁に作用して、P₂の負圧力が
   小になる側にエアーバルブが作動するようにし、
   逆に前記負圧力P₂が前記制御負圧力より小になる
   と負圧力P₂が可動壁に作用して、P₂の負圧力が大
   になるように構成するとともに、前記圧力調整器
   の制御圧室に、大気圧とスロツトルバルブ下流の
   圧力を変調して制御器の信号に対応した制御圧力
   を供給するアクチエータと、排気ガスO₂センサ
   の信号又はエンジン温度などの運転状態に応じた
   信号を出力してアクチエータを制御する制御器を
   設けたことを特徴とする二次空気・ガス量制御装
   置。