JPH02283813A - 触媒コンバータユニット - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野コ 本発明は、内燃機関（以下、必要に応じｒエンジン」と
いう）の排気系において排気を浄化するために設けられ
る触媒コンバータユニットに関する。

［従来の技術］ 従来より、エンジンの排気通路には、排気を浄化するた
めに触媒コンバータユニットが介装されているものが多
い。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の触媒コンバータユニットでは、排
気の入口と出口とがそれぞれ別の端面部に形成されてい
るので、この触媒コンバータユニットをエンジン排気通
路に介装するに際しては。

触媒コンバータユニットの両端部についてそれぞれ取付
操作を施す必要があり、これにより触媒コンバータユニ
ットの取付に手間がかかるという問題点がある。

本発明は、このような問題点を解決しようとするもので
、排気の入口と出口とを１つにまとめることができるよ
うにして、取付手間を軽減できるようにした、触媒コン
バータユニットを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ このため、本発明の触媒コンバータユニットは、内部に
Ｕ字型排気通路部分が形成されるように仕切壁を有する
ケーシングをそなえ、該ケーシング内の該排気通路部分
に排気浄化用触媒コンバータが介装されるとともに、該
排気通路部分における該触媒コンバータよりも上流側に
位置する開口と、該触媒コンバータよりも下流側に位置
する開口とが、一箇所に集中するように配設されて、且
つ、該ケーシングに、該排気通路部分を流通する排気中
の酸素濃度を検出する酸素濃度センサを取り付けるため
の取付穴が形成されていることを特徴としている。

［作　用〕 上述の本発明の触媒コンバータユニットでは。

この触媒コンバータユニットをエンジン排気系に介装す
るに際しては、触媒コンバータユニットにおける排気の
入口と出口とが１箇所に集中した部分を他の排気通路部
分に接続する。

［実施例コ 以下、図面により本発明の実施例について説明すると、
第１〜５図は本発明の第１実施例としての触媒コンバー
タユニットを示すもので、第１図（ａ）は本触媒コンバ
ータユニットの端面図［第１図（ａ）の１８矢視図］、
第１図（ｂ）は本触媒コンバータユニットの縦断面図［
第１図（ａ）のＩｂ−１ｂ矢矢視面図］、第２図は本触
媒コンバータユニットを有するエンジンシステムを示す
概略構成図、第３図は本触媒コンバータユニットに取り
付けられる０２センサについて保護カバーの部分を破断
して示す図、第４図は本触媒コンバータユニットに取り
付けられる０２センサの他の例について保護カバーの部
分を破断して示す図。

第５図（ａ）は本触媒コンバータユニットの変形例を示
す端面図［第５図（ａ）のＶａ矢視図］、第５図（ｂ）
は本触媒コンバータユニットの変形例を示す縦断面図［
第５図（ａ）のｖｂ−ｖｂ矢視断面図］である。

さて１本触媒コンバータユニット１２を有するエンジン
システムは、第２図のようになるが、この第２図におい
て、エンジンＥはその燃焼室１に通じる吸気通路２およ
び排気通路３を有しており、吸気通路２と燃焼室１とは
吸気弁４によって連通制御されるとともに、排気通路３
と燃焼室１とは排気弁５によって連通制御されるように
なっている。

また、吸気通路２には、上流側から順にエアクリーナ、
スロットル弁および電磁式燃料噴射弁（電磁弁）６が設
けられており、排気通路３には、その上流側から順に排
気浄化用の本触媒コンバータユニット１２およびマフラ
（消音器）８が設けられている。

ところで、触媒コンバータユニット１２は、第１図（ａ
）、（ｂ）に示すごとく、内部にＵ字型の排気通路部分
が形成されるように仕切壁１２ｂを有するケーシング１
２ａをそなえており、更にほこのＵ字型排気通路部分に
触媒コンバータ（三元触媒）１２ｅが介装されている。

従って、このＵ字型排気通路部分における触媒コンバー
タ１２ｅよりも上流側に位置する開口（排気入口）１２
Ｃと、触媒コンバータ１２ｅよりも下流側に位置する開
口（排気出口）１２ｄとは、一箇所に集中するように配
設されており、この両開口１２Ｃ。

１２ｄの配設部分にフランジ１２ａ−１が設けられてい
て、このフランジ１２ａ−１の部分で、他の排気通路部
分と接続されるようになっている。

また、ケーシング１２ａには、０．センサ取付ボス１２
ｈが形成されており、このボス１２ｈに０２センサ取付
穴（ねじ穴）１２ｆが形成されるとともに、仕切壁１２
ｂには、触媒コンバータ上下流部排気通路部分を連通ず
る穴１２ｇが形成されており、これら穴１２ｆ、１２ｇ
は相互にその中心部を整合させるようにして形成されて
いる。

なお、Ｏ，センサをこの触媒コンバータユニット１２に
取り付けると、取付穴１２ｇは閉塞されるため、触媒コ
ンバータ上下流部排気通路部分がこの穴１２ｇを介して
連通ずることはない。

また、電磁弁６は吸気マニホルド部分に気筒数だけ設け
られているので、今、本実施例のエンジンＥが直列４気
筒エンジンであるとすると、電磁弁６は４個設けられて
いることになる。即ちこの触媒コンバータユニット１２
を有するエンジンＥはいわゆるマルチポイント燃料噴射
（ＭＰＩ）方式のエンジンであるということができる。

このような構成により、スロットル弁の開度に応じエア
クリーナを通じて吸入された空気が吸気マニホルド部分
で電磁弁６からの燃料と適宜の空燃比となるように混合
され、燃焼室１内で点火プラグを適宜のタイミングで点
火させることにより、燃焼せしめられて、エンジントル
クを発生させたのち、混合気は、排気として排気通路３
へ排出され、触媒コンバータユニット１２で排気中のＣ
０２ＨＣ，ＮＯＸの３つの有害成分を浄化されてから、
マフラ８で消音されて大気側へ放出されるようになって
いる。

さらに、このエンジンＥを制御するために、種々のセン
サが設けられている。まず吸気通路２側には、エアフロ
ーセンサ、吸気温センサおよび大気圧センサが設けられ
ており、そのスロットル弁配設部分には、スロットルセ
ンサが設けられている。

また、触媒コンバータユニット１２には、排気中の酸素
濃度（０２ａ度）を検出する酸素Ｓ′度センサ（０２セ
ンサ）１１が設けられている。ここで、この０２センサ
１１は固体電解質の酸素濃淡電池の原理を応用したもの
で、その出力電圧は理論空燃比（ストイキオ）付近で急
激に変化する特性を持ち、理論空燃比よりもリーン側の
電圧が低く、理論空燃比よりもリッチ側の電圧が高い。

そして、この０２センサ１１は、第３図に示すごとく、
円板状の仕切部材（仕切板）１１ａで上下に仕切られた
円筒状の保護カバー１１ｂを有しており、この保護カバ
ー１１ｂ内の上下に仕切られたスペースｌｌｃ、ｌｉｄ
内には、それぞれ排気中の酸素濃度を検出する第１の０
２センサ素子１１ｅ、第２の０２センサ素子１１ｆが配
設されている。なお、保護カバー１１ｂには、排気通路
３とセンサ素子配設空間とを連通する連通孔１１ｂ−１
が複数形成されている。

さらに、この○よセンサ１１は、第１のｏ２センサ素子
１１ｅおよび第２の０２センサ素子１１ｆが共通のベー
ス部材（基板）１１ｇに設けられている。

即ち、この０２センサ１１は、ＺｒＯ２等の固体電解質
からなり仕切部材１１ａを貫通しこの仕切部材１１ａに
支持されるベース部材１１ｇを有しており、このベース
部材１１ｇの排気＠壁部には。

それぞれ測定電極（ｍｅｓｕｒｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏ
ｄｅ）　１１　ｅ　−１，１ｌｆ−１が設けられるとと
もに、これらの各測定電極１１　ｅ　−１、１，１ｆ　
−１に対応するようベース部材１１ｇの大気側壁部には
、図示しない基ｊｕｔ極（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｅｌｅ
ｃｔｒｏｄｅ）が設けられている。そして、第１のｏ２
センサ素子ｌｉｅは、測定電極１１ｅ−１とこれに対応
する基準電極とこれらの電極で挾まれる固体電解質部（
ベース部材１１ｇの一部）とで構成され、第２のｏ２セ
ンサ素子１１ｆは、測定電極１１　ｆ−１とこれに対応
する基準電極とこれらの電極で挾まれる固体電解質部（
ベース部材１１ｇの一部）とで構成される。

このような構成の０２センサ１１を上記の触媒コンバー
タユニット１２に取り付けるには、上記の触媒コンバー
タユニット１２に形成された０２センサ取付穴１’２　
ｆに、このｏ２センサ１１を螺入させていけばよい、そ
して、０２センサ１１の仕切部材１１ａが両排気通路部
分を連通ずる穴の位置まで、０□センサ１１が螺入され
ると、０２センサ１１の螺入操作をやめる。１九により
、仕切部材１１ａで仕切られた上部のスペースｌｉｅに
は、触媒コンバータ１２ｅの上流側排気が導かれるとと
もに、下部のスペースｌｉｄには、触媒コンバータ１２
ｅの下流側排気が導かれるようになっている。これによ
り、スペースｌｌｃは触媒コンバータ１２ｅの上流側排
気を導く上流排気導入室として構成され、スペースｌｉ
ｄはスペース（上流排気導入室）１１ｃに隣接して配設
され触媒コンバータ１２ｅの下流側排気を導く下流排気
導入室として構成されるのである。

従って、第１のｏ２センサ素子１１ｅで触媒コンバータ
１２ｅの上流側排気中の酸素濃度を検出することができ
、第２のｏ２センサ素子１１ｆで触媒コンバータ１２ａ
の下流側排気中の酸素濃度を検出することができる。

なお、この０□センサ１１には、図示しないセンサ活性
用のヒータが設けられており、とのヒータはスイッチを
介してバッテリに接続されている。

従って、この０□センサ１１によれば、第１の０、セン
サ素子ｌｉｅおよび第２のｏ２センサ素子１１ｆを上下
にタンデム状態で１つのセンサデバイスとしてコンパク
トに配置収納することができ。

更にはセンサのインテリジェント化も容易になる。

なお、各ｏ２センサ素子の上記のような配置関係から、
この０２センサ１１をタンデム０□センサと呼ぶことに
する。

さらに、第１図（ａ）、（ｂ）に示すような触媒コンバ
ータユニット１２を使用すれば、０２センサ１１をこの
触媒コンバータユニット１２を予め取り付けておいてか
ら、触媒コンバータユニット１２を排気通路部分に取り
付けることができ。

しかも、触媒コンバータユニット１２はそのフランジ１
２ａ−１の部分１箇所を取り付けるだけですみ、これに
より触媒コンバータユニット１２の取付ひいては取外し
を容易に行なうことができるほか、触媒コンバータ１２
ａを出た排気が触媒コンバータ１２ｅの周りを通って排
出されるので、触媒コンバータ１２ｅに対する保温効果
も得られるものである。

また、かかるタンデム０□センサ１１としては、第３図
に示すようなものに代えて、第４図に示すごとく、仕切
部材１１ａの上下のスペース１１Ｃ２ｌｉｄ内に設けら
れる第１．第２のｏ２センサ素子１１ｅ、ｌｌｆを別々
のベース部材１１　ｇ−１゜１１　ｇ−２に取り付けた
ものを使用することもできる。即ち、この第３図に示す
Ｏ，センサ１１は、ＺｒＯ，等の固体電解質からなりス
ペースｌｌｃ内に設けられるベース部材１１ｇ−１と、
同じくＺｒＯ，等の固体電解質からなり仕切部材１１ａ
を貫通しこの仕切部材１１ａに支持されるベース部材１
１ｇ−２とを有しており、各ベース部材ＩＩｇ−１，１
１ｇ−２の排気側壁部には、それぞれ測定電極１ｉｅ−
１，１ｌｆ−１が設けられるとともに、これらの各測定
電１ｉ１１ａ−１，１１ｆ−１に対応するよう各ベース
部材１１ｇ−１゜１１　ｇ−２の大気側壁部には１図示
しない基準電極が設けられている。従って、第１のＯ，
センサ素子ｌｉｅは、測定電極１１ａ−１とこれに対応
する基準電極とこれらの電極で挾まれる固体電解質部（
ベース部材１１ｇ−１の一部）とで構成され、第２の０
．センサ素子１１ｆは、８Ｉ定電極１１ｆ−１とこれに
対応する基準電極とこれらの電極で挾まれる固体電解質
部（ベース部材１１ｇ−２の一部）とで構成される。

そして、このような構成の０３センサ１１を本触媒コン
バータユニット１２に取り付ける場合も。

前述の場合と同様の要領で行なわれる。

なお、第３，４図に示す０８センサ１１のいずれにおい
ても、そのベース部材１１ｇ、１１ｇ−１，１１ｇ−２
と仕切部材１１ａとは、セラミックで一体成形してもよ
く、別体にしてもよい。

また、いずれの場合も、仕切部材１１ａは保護カバー１
１ｂに対しタイトに取り付けられる。

ところで、その他のセンサとして、エンジン冷却水温を
検出する水温センサや車速を検出する車速センサが設け
られており、更にはクランク角度を検出するクランク角
センサ（このクランク角センサはエンジン回転数を検出
する回転数センサも兼ねている）および第１気筒（基準
気筒）の上死点を検出するＴＤＣセンサがそれぞれディ
ストリビュータに設けられている。

そして、上記の各センサからの検出信号は、電子制御ユ
ニット（ＥＣＵ）へ入力されるようになっている。

今、燃料噴射制御（空燃比制御）について少し説明する
と、ＥＣＵのＣＰＵからは燃料噴射用制御信号がドライ
バを介して出力され、４つの電磁弁６を順次駆動させて
ゆくようになっているが、かかる燃料噴射制御（電磁弁
駆動時間制御）のためには、電磁弁６のための基本駆動
時間Ｔａを決定する基本駆動時間決定手段、エンジン回
転数とエンジン負荷（上記Ｑ　／　Ｎ　ｅ情報はエンジ
ン負荷情報を有する）とに応じた空燃比アップ補正を行
なう空燃比アップ補正手段および０２センサフイ一ドバ
ツク時に補正係数ＫＡＦを設定して補正を行なう０２セ
ンサフイ一ドバツク補正手段（これらの空燃比アップ補
正手段と０２センサフイ一ドバツク補正手段とは相互に
連動して切り替わるスイッチング手段によって択一的に
選択される）、冷却水温補正手段、吸気温補正手段、大
気圧補正手段、加速増量補正手段、バッテリ電圧に応じ
て駆動時間を補正するためデッドタイム（無効時間）Ｔ
Ｄを設定するデッドタイム補正手段が設けられており、
電磁弁６の駆動時間ＴＸＮＪをＴＢＸＫ＋ＴＤ（Ｋは各
種補正係数ＫＡＦを含む補正係数）とおいて、この時間
Ｔ　ＩＮＪで電磁弁６が駆動されるようになっている。

そして、０２センサ１１を使用した空燃比フィードバッ
ク制御時は、０２センサ１１の第１の０２センサ素子１
１ｅからの出力Ｖｆと所要の基準値Ｖｆｃ（この基準値
は第１のｏ２センサ素子１１ｅのハイレベル出力とロー
レベル出力との中間値が選ばれ、いわゆるリッチ・リー
ン判定電圧とじて機能する）とを比較して、ｖｆｃ〉■
ｆのときはリッチ化し、逆にＶｆｃ≦Ｖｆのときはリー
ン化するようになっている。

また、この第２の０□センサ素子１１ｆからの出力Ｖｒ
は空燃比制御の補助情報（例えば上記基準値Ｖｆｃのほ
か応答遅れ時間ＤＬＹＲＬ、ＤＬＹＬＲ，比例ゲインＰ
ＲＬ＋　ＰＬＲｔ積分ゲインＩＲＬ＋ＩＬＲのための学
習的補正情報）として使用される。

ここで、ＤＬＹＲＬはリッチからリーンへ移行する際の
応答遅れ時間、ＤＬＹＬＲはリーンがらリッチへ移行す
る際の応答遅れ時間、ＰＲＬはリッチからリーンへ移行
する際の比例ゲイン、ＰＬＲはリーンからリッチへ移行
する際の比例ゲイン、ＩＲＬはリッチからリーンへ移行
する際の積分ゲイン、ＩＬＲはリーンからリッチへ移行
する際の積分ゲインである。

なお、第５図（ａ）、（ｂ）に示すように、０２センサ
１１を触媒コンバータ１２ｅの下流側排気通路部分から
取り付けるようにしてもよい。

このようにすれば、０２センサ１１の第１の０２センサ
素子ｌｉｅは触媒コンバータ１２ｅの下流側排気通路部
分に位置し、第２の０２センサ素子１１ｆは触媒コンバ
ータ１２ｅの上流側排気通路部分に位置するため、この
０２センサ１１を用いた空燃比制御に際し、ｏ２センサ
１１の第２の０２センサ素子１１ｆの出力でリッチ・リ
ーン判定を行ない、第１の０２センサ素子１１ｅの出力
でリッチ・リーン判定用基準値を学習補正することが行
なわれる。

第６〜８図は本発明の第２実施例としての触媒コンバー
タユニットを示すもので、第６図（ａ）は本触媒コンバ
ータユニットの端面図［第６図（ａ）のＶＩａ矢視図］
、第６図（ｂ）は本触媒コンバータユニットの縦断面図
［第６図（ａ）の■ｂ−ｖｉｂ矢視断面図］、第７図は
本触媒コンバータユニットを有するエンジンシステムを
示す概略構成図、第８図は第７図に示すエンジンシステ
ムに使用される０２センサについて保護カバーの部分を
破断して示す図であり、各図中、第１〜５図と同じ符号
はほぼ同様の部分を示す。

さて、この第２実施例にかかる触媒コンバータユニット
１２は、第８図に示すような０２セ゛ンサ９を、第７図
に示すように、エンジンＥの排気通路３における触媒コ
ンバータ（三元触媒）１２ｅの配設部分よりも上流側に
配置して、このｏ２センサ９からの出力を所要の基準値
Ｖｆｃと比較して、０２センサ９の出力がこの基準値Ｖ
ｆｃ以上でり一ン化し、逆に基準値Ｖｆｃよりも小さく
なるとリッチ化するよう、電磁弁６からの燃料噴射量を
制御することにより、内燃機関の空燃比を制御するエン
ジンシステム用として使用されるものである。

このため、この触媒コンバータユニット１２は、第６図
（ａ）、（ｂ）に示すように、触媒コンバータ１２ｅの
上流側排気通路部分に開口する。２センサ取付穴（ねじ
穴）１２ｆだけが形成されており、前述の実施例での穴
１２ｇに相当する穴はない、なお、その他の構成は、前
述の第１実施例の触媒コンバータユニット１２［第１図
（ａ）。

（ｂ）参照］と同じであるので、その詳細な説明は省略
する。

そして、このような構成の触媒コンバータユニット１２
においても、第１図（ａ）、（ｂ）に示した前述の触媒
コンバータユニット１２と同様、０２センサ９をこの触
媒コンバータユニット１２に予め取り付けておいてから
、触媒コンバータユニット１２を排気通路部分に取り付
けることができ、しかも、触媒コンバータユニット１２
はそのフランジ１２ａ−１の部分１箇所を取り付けるだ
けですみ、これにより触媒コンバータユニット１２の取
付ひいては取外しを容易に行なうことができるほか、触
媒コンバータ１２ｅを出た排気が触媒コンバータ１２ｅ
の周りを通って排出されるので、触媒コンバータ１２ｅ
に対する保温効果も得られるのである。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の触媒コンバータユニット
によれば、０２センサをこの触媒コンバータユニットに
予め取り付けておいてから、触媒コンバータユニットを
排気通路部分に取り付けることができ、しかも、触媒コ
ンバータユニットはその１箇所を取り付けるだけですみ
、これにより触媒コンバータユニットの取付ひいては取
外しを容易に行なうことができるほか、触媒コンバータ
を出た排気が触媒コンバータの周りを通って排出される
ので、触媒コンバータに対する保温効果も得られる利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜５図は本発明の第１実施例としての触媒コンバー
タユニットを示すもので、第１図（ａ）は本触媒コンバ
ータユニットの端面図［第１図（ａ）のｆａ矢視図］、
第１図（ｂ）は本触媒コンバータユニットの縦断面図［
第１図（ａ）のＩｂ−１ｂ矢矢視面図］、第２図は本触
媒コンバータユニットを有するエンジンシステムを示す
概略構成図、第３図は本触媒コンバータユニットに取り
付けられる０、センサについて保護カバーの部分を破断
して示す図、第４図は本触媒コンバータユニットに取り
付けられる０８センサの他の例について保護カバーの部
分を破断して示す図、第５図（ａ）は本触媒コンバータ
ユニットの変形・例を示す端面図［第５図（ａ）のＶａ
矢視図］。 第５図（ｂ）は本触媒コンバータユニットの変形例を示
す縦断面図［第５図（ａ）のｖｂ−ｖｂ矢矢視断面ココ
あり、第６〜８図は本発明の第２実施例としての触媒コ
ンバータユニットを示すもので、第６図（ａ）は本触媒
コンバータユニットの端面図［第６図（ａ）のＶＩａ矢
視図］、第６図（ｂ）は本触媒コンバータユニットの縦
断面図［第６図（ａ）のｖｔｂ−■ｂ矢視断面図］、第
７図は本触媒コンバータユニットを有するエンジンシス
テムを示す概略構成図、第８図は第７図に示すエンジン
システムに使用される０２センサについて保護カバーの
部分を破断して示す図である。 １−燃焼室、２・−吸気通路、３−排気通路、４−吸気
弁、５−排気弁、６−電磁弁、７−・触媒コンバータ、
８−マフラ、１１−０２センサ、１１ａ−仕切部材、１
ｌｂ−保護力パー　１１　ｃ　＝−上流排気導入室とし
てのスペース、１ｉｄ−・下流排気導入室としてのスペ
ース、ｌｉｅ・−第１の０２センサ素子、１ｌｆ−第２
の０２センサ素子、１１　ｇ、　１１　ｇ−１，１１ｇ
−２−一ベース部材、１２−触媒コンバータユニット、
１２ａ−ケーシング、１２ａ−１−フランジ、１２ｂ−
１仕切壁、１２ｃ、１２ｄ−開口、１２ｅ−触媒コンバ
ータ。 １２　ｆ　、　１２　ｇ−０，−ｔ！ンサ取付穴、１２
ｈ−０゜センサ取付ボス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内部にＵ字型排気通路部分が形成されるように仕切壁を
   有するケーシングをそなえ、該ケーシング内の該排気通
   路部分に排気浄化用触媒コンバータが介装されるととも
   に、該排気通路部分における該触媒コンバータよりも上
   流側に位置する開口と、該触媒コンバータよりも下流側
   に位置する開口とが、一箇所に集中するように配設され
   て、且つ、該ケーシングに、該排気通路部分を流通する
   排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサを取り付け
   るための取付穴が形成されていることを特徴とする、触
   媒コンバータユニット。