JPS6230289B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、火花点火式の内燃機関において排気
ガスの低公害と燃料消費量の低減とを目的とした
燃焼制御装置に関するものである。

最近の内燃機関においては、排気ガス中の
NOxを低減する目的で排気ガスの一部を吸気系
に還流することが行なわれている。しかし、気化
器のベンチユリー下流の吸気系に排気ガスを還流
することは、燃焼室に導入される燃料の量が排気
ガスの還流量に相当する分だけ少なくなり、結果
的には燃焼室への吸気混合比の空燃比がリーン化
することもあつて燃焼が緩慢になつて機関の出力
の低下が生じるので、排気ガス還流システム式の
内燃機関においては、気化器又は燃料噴射等の燃
料供給装置からの燃料供給量を、排気ガスの還流
によつて空燃比がリーン化する分だけ多くするよ
うに設定している。ところが、排気ガスの還流
は、燃焼の安定性・出力の点或いはドライバービ
リテイー等の点から考慮すると機関の運転域全般
において行なうものではなく、NOxの発生が多
くなる加速時又は加速時及び部分負荷域において
行なわれており、それ以外の運転域では排気ガス
の還流をカツト又は低減するように制御するの
で、燃焼室への吸気混合気の空燃比は、排気ガス
の還流カツト又は低減制御時において、排気ガス
の還流時よりも可成りリツチになり、燃料の消費
量が増大するのであつた。

一方、内燃機関からの排気ガス中の有害成分を
酸化触媒又は三元触媒を用いて効率良く浄化する
には、排気系における空燃比を機関の運転域全般
にわたつて略一定に保つことが有効であるが、前
記した従来の排気ガス還流システムを備えた内燃
機関においては、排気ガスの還流制御に応動して
吸気系の空燃比が前記のように大きく変動し、従
つて吸気系の空燃比の変動に伴つて排気系の空燃
比も可成り変動するので、前記酸化触媒又は三元
触媒では効率の良い浄化が達成できないのであつ
た。

また、排気ガス還流システムを備えた別の内燃
機関では、排気ガスの還流に伴う出力の低下等を
防止するために、排気ガスの還流に連動して燃料
を追加供給したり、点火時期を排気ガスの還流カ
ツト時よりも進角したり、或いはこの両者を併用
したりすることが一部で提案されているが、この
ものは、機関の燃焼室への吸気混合気の空燃比
を、排気ガスの還流及び還流カツトの両方の領域
にわたつて略一定に制御するものではないので、
排気系における空燃比に変動があつて排気ガスの
効率の良い浄化が達成できず、また、排気ガス還
流時に進角した点火時期は、排気ガスの還流カツ
ト時において排気ガス還流に際して進角した分だ
け遅角しているので、排気ガス還流カツト時にお
ける点火時期が、その時点での最適点火時期
（MBT）より遅い時期に、換言すれば最適点火時
期に対して可成り離れる場合があつて、燃料消費
率の向上を十分に達成できないのであつた。

本発明は、これらの問題を解消し、内燃機関の
運転域全般において所定の出力を保持した状態の
もとで、燃料消費量の低減を図り、且つ、排気ガ
スの効率の良い浄化が達成できるようにすること
を目的とするものである。

このために本発明は、燃料の供給量を、吸気混
合気の空燃比が略理論空燃比になるように設定
し、且つ、吸気系と排気系との間に排気ガスの一
部を吸気系に還流するようにした排気ガス還流シ
ステムを備えた内燃機関において、その吸気系に
は、前記排気ガス還流システムによる排気ガスの
還流カツト又は還流低減時における空燃比を、排
気ガスの還流によつてリーンになつた空燃比と略
等しい値に制御するようにした空燃比制御手段を
設ける一方、前記内燃機関における点火系には、
排気ガス還流時における点火時期を、排気ガスを
還流を行つた場合における最適点火時期に近付け
るように制御すると共に、排気ガスの還流カツト
又は還流低減時における点火時期を、前記排気ガ
ス還流時における点火時期と略同じ値に制御する
ようにした点火時期制御手段を設けた構成にした
ものである。

以下、本発明を、機関の加速時において排気ガ
スの還流を行なうようにした排気ガス還流システ
ムを備えたリーンバーン方式の内燃機関に適用し
た場合の実施例の図面について説明する。

図において１はシリンダブロツク２、シリンダ
ヘツド３及びピストン４とからなる機関を示し、
その燃焼室５には複数のトーチ孔７付き副室カツ
プ６を備え、該副室カツプ６内で点火栓８によつ
て着火したトーチ炎の噴出にて燃焼室５内の全域
に燃焼を展開するようになつている。この単一混
合気型機関１のシリンダヘツド３における排気弁
１０付き排気ポート９には、排気通路１１を介し
て酸化触媒又は三元触媒を用いたコンバータ等の
排気ガス浄化装置１２が接続され、吸気弁１４付
き吸気ポート１３には吸気マニホールド１５を介
して燃料供給手段としての気化器１６が接続さ
れ、気化器１６の上流側にはエアクリーナ１７を
備え、前記気化器１６におけるメインノズル４４
等からの燃料の供給量は、その燃料供給によつて
得られる吸気混合気の空燃比が略理論空燃比であ
る14〜16になるような値に設定されている。

１８はダイヤフラム式の排気ガス還流制御弁
で、該還流制御弁１８の入口はオリフイス１９付
き還流通路２０を介して前記排気通路１１に、ま
た、出口は還流通路２１を介して吸気マニホール
ド１５に各々接続され、還流制御弁１８における
弁体２２はダイヤフラム室２３内のばね２４にて
常閉方向に付勢されている。

２５は排圧調整弁で、大気連通室２６と排圧室
２７とを区成するダイヤフラム２８を備え、その
大気連通室２６はオリフイス２９付き通路３０を
介してエアクリーナ１７のクリーンサイド等の大
気連通箇所に連通させると共に、ダイヤフラム２
８のフラツプ３１にて開閉する連通管３２を備
え、ばね３３にて連通管３２を常時開いた状態に
保持する一方、排圧室２７は還流通路２０中の制
御弁１８の弁体２２とオリフイス１９との間に通
路３４を介して接続され、また、連通管３２は、
通路３５を介して還流制御弁１８のダイヤフラム
室２３に接続されると共に、オリフイス３６付き
負圧取出通路３７を介して、前記気化器１６にお
いてスロツトル弁３８の閉位置（アイドル開度）
の稍上流側の部位に設けた第１ポート３９に接続
されている。更に連通管３２は、オリフイス４０
付き負圧取出通路４１を介して、気化器１６にお
いて前記第１ポート３９より更に適宜上流側の部
位に設けた第３ポート４２に接続されている。

そして、前記気化器１６においてフロート室４
３とメインノズル４４とをつなぐメイン通路４５
中に挿入したメインエアブリード４６における複
数のエアブリードポート４７ａ，４７ｂ，４７ｃ
のうち任意の少なくとも１つのエアブリードポー
ト４７ｃに、前記エアクリーナ１７のクリーンサ
イド等の大気連通筒所からの空気導入通路４８を
接続し、該空気導入通路４８中に空燃比制御用の
一つの手段である空燃比制御弁４９が設けられ、
該空燃比制御弁４９はダイヤフラム５０に取付く
弁体５１がダイヤフラム室５２内のばね５３にて
通路４８を常閉するように構成され、且つこの空
燃比制御弁４９が全開すると前記エアブリードポ
ート４７ｃに空気が導入されて前記気化器１６に
おける空燃比が、前記理論空燃比よりもリーンの
になるように設定する。

また、５４は還流制御手段を示し、該還流制御
手段５４は、弁室５５内のポート５６を開閉する
弁体５７をダイヤフラム５８に備える一方、ダイ
ヤフラム室５９内に弁体５７によつてポート５６
を常閉するばね６０を備え、ポート５６は通路６
１を介して前記排圧調整弁２５と還流制御弁１８
とをつなぐ通路３５に、弁室５５は通路６２を介
してエアクリーナ１７のクリーンサイド等の大気
連通箇所に、そしてダイヤフラム室５９は通路６
３を介して前記空燃比制御弁４９のダイヤフラム
室５２に各々接続されている。

一方気化器１６には、前記第１ポート３９と略
同じ位置か或いは同じスロツトル弁開度の位置に
第２ポート６４を設け、該第２ポート６４を、逆
止弁６５とオリフイス６６とを並設して成る遅延
機構６７を有する通路６８を介して、前記還流制
御手段５４及び空燃比制御弁４９の両ダイヤフラ
ム室５９，５２間をつなぐ通路６３に接続する。

一方符号６９は、前記機構１の点火栓８に対す
るデイストリビユータを示し、そのブレーカーア
ーム７０を備えたブレーカープレート７１には、
これを矢印Ａ方向にばね７２に抗して回転するこ
とによつて点火時期を進角させるようにしたサブ
負圧進角機構７３とメイン負圧進角機構７４とが
連杆７５を介して連結されている。該両負圧進角
機構７３，７４は、それぞれダイヤフラム７６，
７７を備えたサブダイヤフラムケース７８とメイ
ンダイヤフラムケース７９とを仕切板８０を介し
て直結したものに構成し、メインダイヤフラムケ
ース７９内のダイヤフラム７７にはメインダイヤ
フラム室８１内の主ばね８２にて前記仕切板８０
に押圧当接される連結片８３が設けられ、前記ブ
レーカープレート７１からの連杆７５をサブダイ
ヤフラムケース７８内のダイヤフラム７６に固着
すると共に、サブダイヤフラム室８４を貫通して
前記連結片８３内に挿入し、その挿入端には鍔８
５を設けて連結片８３と係合するに当り、ダイヤ
フラム７６と連結片８３との間に副ばね８６を設
けて鍔８５と連結片８３奥部との間に連杆７５の
進角方向に対して適宜間隔S₁の遊びを設ける一
方、メインダイヤフラム室８１内にはダイヤフラ
ム７７背面との間に適宜間隔S₂を隔ててストツパ
ー片８７を設ける。そして、サブダイヤフラム室
８４を通路８８を介して吸気マニホールド１５の
ポート８９に、メインダイヤフラム室８１を通路
９０を介して気化器１６における第２ポート６４
に各々接続し、第２ポート６４の負圧が大きくな
るまでの負荷域では吸気負圧によるサブ負圧進角
機構７３によつて第１間隔S₁の間を進角制御し、
第２ポート６４の負圧が大きくなる負荷域では第
２間隔S₂の間をメイン負圧進角機構７４によつて
進角制御するようになつており、この進角制御に
おける進角値は、吸気系への排気ガスの還流時に
おいてノツキングが発生しない限度においてその
時の最適点火時期に近づけた値になるように設定
されている。

なお、図において符号９１は、機関１における
冷却水通路９２、潤滑油通路（図示せず）、シリ
ンダヘツド３又はシリンダブロツク２等に取付い
て機関の温度に関連する温度感知弁で、該温度感
知弁９１は、４つのポート９３，９４，９５，９
６を備え、機関の温度が所定の温度（通常運転時
の温度、例えば冷却水温で80〜90℃）より適宜低
いある温度（例えば冷却水温で30〜60℃）に暖ま
るまではポート９４，９５，９６を相互に連通し
ているが、前記のある温度まで暖まるとポート９
３，９４を連通する一方、ポート９５，９６を連
通し、そして、所定の温度に暖まれば、ポート９
３，９４，９５を相互に連通するよう切換わるよ
うに構成され、ポート９３は通路９７を介して吸
気マニホールド１５のポート９８に、ポート９６
は通路９９を介してエアクリーナ１７のクリーン
サイド等の大気連通箇所に各々接続されている。
１００はチヨーク弁１０１に対するチヨークブレ
ーカで、該チヨークブレーカ１００は通路１０２
を介して前記温度感知弁９１のポート９４に接続
されている。１０３は気化器１６におけるパワー
バルブで、そのパワーピストン室１０４は通路１
０５を介して前記温度感知弁９１のポート９５に
接続されている。１０６はスロツトル弁３８に対
するダツシユポツトで、該ダツシユポツト１０６
は、オリフイス１０７と逆止弁１０８とを並設し
て成る遅延機構１０９を有する通路１１０を介し
て、スロツトル弁３８の閉位置より稍下流側の部
位に設けたポート１１１に接続されると共に、逆
止弁１１２付き通路１１３を介して前記温度感知
弁９１のポート９５に接続されている。また、排
圧調整弁２５と還流制御弁１８のダイヤフラム室
２３とをつなぐ通路３５には、前記温度感知弁９
１のポート９５を逆止弁１１４付き通路１１５を
介して接続することにより、機関が所定の温度に
暖まるまでの間は、スロツトル弁３８を如何様に
開閉操作しても還流制御弁１８のダイヤフラム室
２３には負圧が作用せず、従つて還流制御弁１８
の弁体２２は常閉で排気ガスの還流は行なわれな
いように構成されている。

この構成において、機関が始動後に所定の温度
に暖まつた状態において、スロツトル弁３８が閉
位置のアイドリング運転では、気化器１６におけ
る各ポート３９，６４，４２はいずれもスロツト
ル弁３８より上流側に位置して略大気圧になるの
で、還流制御弁１８は作動せず、従つて排気ガス
の還流は行なわれないと共に、メインエアブリー
ド４６における各エアブリードポート４７ａ，４
７ｂ，４７ｃのうち任意の１つのエアブリードポ
ート４７ｃへの空気導入通路４８中の空燃比制御
弁４９におけるダイヤフラム室５２も大気圧にな
つてその弁体５１が通路を閉じて、メインエアブ
リード４６のエアブリードポート４７ｃへの空気
の導入を行なわないので、アイドリング運転では
空気の加算はなく、従つて燃焼室５への吸気混合
気の空燃比は、過剰なリーン化はなく気化器１６
に予め設定した理論空燃比（14〜16）となり、安
定したアイドリング運転が確保される。

また、スロツトル弁３８を全開しての全負荷域
においても、還流制御弁１８は作動せず、排気ガ
スの還流を行なわないと共に、メインエアブリー
ド４６におけるエアブリードポート４７ｃへの空
気の導入が停止し、且つパワーバルブ１０３の作
動によつて、出力空燃比が確保される。

そして、前記アイドリング運転の状態からスロ
ツトル弁３８を開いての加速に際しては、第１ポ
ート３９及び第２ポート６４の負圧が大きくな
り、第１ポート３９の負圧は第３ポート４２箇所
の負圧との平均値に補正されて時間的に殆んど遅
れなく排圧調整弁２５の大気連通室２６に伝達さ
れる一方、第２ポート６４の負圧は通路６８中の
遅延機構６７におけるオリフイス６６によつて時
間的に遅れを持つて還流制御手段５４のダイヤフ
ラム室５９に伝達される。従つて、機関の加速に
際しては、先づ第１ポート３９の負圧が排圧調整
弁２５の大気連通室２６に伝わり、排気圧が高く
なつてそのダイヤフラム２８が大気連通管３２を
閉じ、大気連通室３２の負圧が通路３５を介して
還流制御弁１８のダイヤフラム室２３に作用する
から、その弁体２２は開いて排気ガスが吸気系に
還流される。この時点から前記遅延機構６７の設
定時間が経過して、機関が略定速回転に移つた時
点で、第１ポート３９と略同じ位置の第２ポート
６４における負圧が還流制御手段５４のダイヤフ
ラム室５９に伝達され、その弁体５７がばね６０
に抗してポート５６を開くことにより、還流制御
弁１８のダイヤフラム室２３に大気が導入されて
その弁体２２が閉作動し、排気ガスの還流がカツ
トされる。

前記加速運転頭初における排気ガス還流時に
は、気化器１６のメインエアブリード４６におけ
る１つのエアブリードポート４７ｃへの空気導入
通路４８中に設けた空燃比制御弁４９のダイヤフ
ラム室５２に負圧が伝わらず、該空燃比制御弁４
９は通路を閉じているので、エアブリードポート
４７ｃからの空気の導入はない。従つてメインノ
ズル４４からの燃料供給量は、エアブリードポー
ト４７ｃに空気が導入されている場合よりも多く
なる。しかし、気化器１６のベンチユリーを通る
吸入空気量は、排気ガスの還流を行なわない場合
よりも吸気系に排気ガスを還流する量だけ低減
し、この吸入空気に比例した燃料の供給が行なわ
れるので、排気ガスを還流したあとの混合気の空
燃比、つまり、燃焼室５への吸気混合気の空燃比
は、エアブリードポート４７ｃに空気を導入する
場合におけるリーン空燃比（16〜19）に保持され
るのであり、また、この排気ガス還流時における
点火栓８の点火時期は、第２ポート６４の負圧に
よつて排気ガス還流時における最適点火時期に近
い値に進角制御されるのである。

前記排気ガス還流の開始から遅延機構６７の設
定時間が経過して、第２ポート６４の負圧が還流
制御手段５４のダイヤフラム室５９に伝達して、
排気ガスの還流がカツトされると同時に、第２ポ
ート６４の負圧が空燃比制御弁４９のダイヤフラ
ム室５２に伝達されて、当該空燃比制御弁４９の
弁体５１が開くことによつて、気化器１６のメイ
ンエアブリード４６における１つのエアブリード
ポート４７ｃに空気が供給される。これによりメ
インノズル４４からの燃料供給量は、エアブリー
ドポート４７ｃに空気が入つて来る分だけ少なく
なる一方、気化器１６のベンチユリーには、排気
ガスの還流時よりも還流排気ガス量に相当する分
だけ多い吸入空気が流通し、この吸入空気量に比
例した燃料供給が行なわれるので、排気ガスの還
流カツト時における吸気混合気の空燃比は、エア
ブリードポート４７ｃに空気を導入する場合のリ
ーン空燃比、つまり前記排気ガスの還流時におけ
るリーン空燃比（16〜19）と略同じ値に保持され
ると同時に、また、この排気ガスの還流カツト時
における点火時期も、還流カツトによる遅角もな
く第２ポート６４の負圧によつて、排気ガスの還
流時と同じように進角制御され続け、点火時期の
進角制御は排気ガスの還流の有無を通じて同じよ
うに行なわれるのである。

このように、燃料室５への吸気混合気の空燃比
を、排気ガスの還流の有無を通じて略同じ値のリ
ーン空燃比（16〜19）に制御するには、吸気系へ
の排気ガスの還流率（吸気系への排気ガスの還流
量を、気化器のベンチユリーを通る吸入空気量で
割つた値）は、10〜20％にすべきであり、空燃比
が略16〜19のリーン混合気の迅速な着火燃焼は、
燃焼室５に複数のトーチ孔７付き副室カツプ６を
設けることによつて、確実に達成できるのであ
り、また、スロツトル弁３８を開いた状態で且つ
排気ガス還流カツト時における空燃比は、排気ガ
ス還流時と略同様のリーンで、その燃焼は排気ガ
ス還流と略同様に緩慢であるから、スロツトル弁
３８を開いた状態で且つ排気ガス還流カツト時に
おける点火時期を、排気ガス還流時における点火
時期と同じように進角制御しても、ノツキングを
起さず最適点火時期に近づけることができるので
ある。

なお、空燃比制御弁４９は、排気ガスのカツト
制御時において適宜時間間隔で開閉を繰り返すい
わゆる断続開閉することによつて空燃比を制御す
るようにしても良く、メインエアブリード４６の
エアブリードポート４７ｃへの空気導入量を、排
気ガス還流量に反比例してアナログ的な増減制御
をするようにしても良い。

また、前記実施例は、空燃比の制御手段として
気化器１６におけるメインエアブリード４６にお
ける任意の少なくとも１つのエアブリードポート
４７ｃへの空気の導入によつて行なう場合を示し
たが、本発明はこれに限らず、気化器１６におけ
るメイン通路４５を、排気ガスの還流カツト又は
低減制御に応動して断続開閉又は絞り調節するこ
とによつて空燃比を制御したり、或いは吸気マニ
ホールド１５に２点鎖線で示すように空気供給通
路１１６を接続し、吸気系への排気ガス還流のカ
ツト又は低減制御に応動して、吸気系に排気ガス
還流のカツト又は低減量に見合う量の空気を供給
することによつて、空燃比の制御を行なうなど、
他の手段を用いても良いのであり、また、吸気系
への排気ガスの還流によつて吸気混合気中の酸素
濃度は低下する一方、一酸化炭素濃度は上昇する
ことから、吸気マニホールド又は吸気ポートに酸
素濃度センサー又は一酸化炭素濃度センサーを設
けて、排気ガスの還流のカツト又は低減制御を検
出し、これによつて前記空燃比制御手段を作動す
るようにしても良く、更に本発明は、燃料噴射式
の内燃機関に対しても適用できることはいうまで
もない。

以上の通り本発明は、燃料の供給量を、吸気混
合気の空燃比が略理論空燃比になるように設定
し、且つ、吸気系と排気系との間に排気ガスの一
部を吸気系に還流するようにした排気ガス還流シ
ステムを備えた内燃機関において、排気ガス還流
のカツト又は低減制御時における空燃比を、空燃
比制御手段によつて排気ガス還流時におけるリー
ン空燃比と略同じ値にするもので、燃焼室への吸
気混合気の空燃比を、排気ガス還流の有無に拘わ
らず略一定にすることができるから、排気系にお
ける空燃比の変動がなく、従つて、排気ガスを簡
単な酸化触媒又は三元触媒によつて、効率良く浄
化することができると共に、排気ガス還流のカツ
ト又は低減制御時において燃料を節約することが
できるのである。

しかも、前記のように排気ガス還流のカツト又
は低減制御時における空燃比を、空燃比制御手段
によつて排気ガス還流時におけるリーン空燃比と
略同じ値にすることに加えて、排気ガスの還流時
における点火時期を、そのときにおける最適点火
時期に近付けるように制御する一方、排気ガス還
流のカツト又は低減制御時における点火時期を、
排気ガスの還流時と同様に最適点火時期に近付け
るもので、これにより内燃機関の出力を、排気ガ
ス還流の有無に拘わらず向上できるから、前記排
気ガス還流のカツト又は低減制御時における燃料
の節約と相俟つて、内燃機関における燃料消費量
を大幅に低減できるのである。

また、本発明によれば、点火時期の進角特性
は、排気ガス還流の有無を通じて変らず、換言す
れば進角特性を、排気ガスの還流制御に応動して
変更する必要がないから、その進角制御が簡単で
ある効果を有する。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示す図である。 １……内燃機関、５……燃焼室、１１……排気
通路、１２……排気ガス浄化装置、１５……吸気
マニホールド、１６……気化器、１７……エアク
リーナ、２０，２１……排気ガス還流通路、１８
……還流制御弁、２５……排圧調整弁、４４……
メインノズル、４６……メインエアブリード、４
７ａ，４７ｂ，４７ｃ……エアブリードポート、
４８……空気導入通路、４９……空燃比制御弁、
５４……還流制御手段、６７……遅延機構、６９
……デイストリビユータ、７１……ブレーカープ
レート、７４……メイン負圧進角機構、７３……
サブ負圧進角機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃料の供給量を、吸気混合気の空燃比が略理
   論空燃比になるように設定し、且つ、吸気系と排
   気系との間に排気ガスの一部を吸気系に還流する
   ようにした排気ガス還流システムを備えた内燃機
   関において、その吸気系には、前記排気ガス還流
   システムによる排気ガスの還流カツト又は還流低
   減時における空燃比を、排気ガスの還流によつて
   リーンになつた空燃比と略等しい値に制御するよ
   うにした空燃比制御手段を設ける一方、前記内燃
   機関における点火系には、排気ガス還流時におけ
   る点火時期を、排気ガスを還流を行つた場合にお
   ける最適点火時期に近付けるように制御すると共
   に、排気ガスの還流カツト又は還流低減時におけ
   る点火時期を、前記排気ガス還流時における点火
   時期と略同じ値に制御するようにした点火時期制
   御手段を設けたことを特徴とする内燃機関の燃焼
   制御装置。