JPH039014A - 内燃機関の排気浄化装置 - 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 この発明は、プリ触媒を有する触媒装置に空燃比フィー
ドバック制御システムを組み合わせてなる内燃機関の排
気浄化装置の改良に関する。

従来の技術 自動車用内燃機関等の排気浄化用触媒装置として、第１
０図に示すように、内燃機関２１の排気通路２２の中間
位置に比較的大きな容量のメイン触媒２３が介装される
とともに、その上流側、例えば排気マニホルド２４出日
部に比較的小さな容量のプリ触媒２５が介装された構成
のものが知られている（例えば実公昭６１−４０２１号
公報等参照）。

これは、プリ触媒２５の反応熱をメイン触媒２３に与え
ることによって該メイン触媒２３の活性化を促進するよ
うにし、かつメイン触媒２３自体は内燃機関２１からあ
る程度前れた位置に置いて熱的影響による経時的劣化を
抑制するようにしたものである。

一方、このような触媒装置と組み合わせて用いられる空
燃比フィードバック制御システムは、良く知られている
ように、排気通路にＯ，センサ等の空燃比センサ２６を
設け、排気の残存酸素濃度がら空燃比を検出して、理論
空燃比（λ−１）となるように燃料供給量をクローズト
ループ制御するものである。尚、この場合に、上記プリ
触媒２５、メイン触媒２３としては、三元触媒が用いら
れる。

発明が解決しようとする課題 上記の空燃比フィードバック制御システムにおいて、空
燃比センサ２６は必ず触媒の上流に配置する必要があり
、メイン触媒２３のほかにプリ触媒２５を備えた形式の
ものでは、図示するように、プリ触媒２５の上流側に空
燃比センサ２６を装着しなければならない。

従って、空燃比センサ２６が非常に高温に晒されること
になり、その耐熱性が高く要求されるとともに、熱によ
る経時的劣化が大きくなる。また、プリ触媒２５は通常
排気マニホルド２４に直結されているので、空燃比セン
サ２６の取付スペースの確保も困難である。

尚、仮に空燃比センサ２６を想像線のようにプリ触媒２
５下流側つまりプリ触媒２５とメイン触媒２３との間に
配置したとすると、プリ触媒２５で酸化、還元作用がな
された後の排気ガスが空燃比センサ２６に作用すること
になるので、空燃比制御の制御性が著しく悪化する。第
１１図は、例としてＯ，センサを用いた空燃比制御の場
合のセンサ出力と空気過剰率λの変化を示したものであ
るが、このように空燃比が大きく変動する結果となり、
排気成分の悪化を招くのは勿論のこと、運転性が悪化し
、到底実用に耐えない。

課題を解決するための手段 この発明は、排気通路のメイン触媒の上流側にプリ触媒
を備え、かつ排気通路に配設した空燃比センサの検出信
号に基づいて空燃比を制御するようにした内燃機関の排
気浄化装置において、上記空燃比センサをプリ触媒とメ
イン触媒との間に配置するとともに、上記プリ触媒の上
流から該プリ触媒と空燃比センサとの間に未反応ガスを
導く排気バイパス通路を形成したことを特徴としている
。

作用 上記構成では、プリ触媒の上流から該プリ触媒と空燃比
センサとの間に排気バイパス通路を通して未反応ガスが
導かれ、これが空燃比センサに作用する。そのため、空
燃比センサがプリ触媒とメイン触媒の間にあっても所期
の空燃比制御が可能である。

実施例 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図はこの発明に係る排気浄化装置の一実施例を示し
ている。

同図において、■は内燃機関、２は排気マニホルド２ａ
、フロントチューブ２ｂ、センタチューブ２０等からな
る一連の排気通路を示しており、この排気通路２の中間
部、詳しくはフロントチューブ２ｂとセンタチューブ２
ｃとの間に、比較的容量の大きな三元触媒からなるメイ
ン触媒３が介装されているとともに、その上流側、詳し
くはフロントデユープ２ｂと排気マニホルド２ａとの間
に、比較的容量の小さな三元触媒からなるプリ触媒４が
介装されている。

また上記プリ触媒４とメイン触媒３との間に位置するフ
ロントデユープ２ｂに、空燃比センサとしてＯ，センサ
５が装着されており、このＯ，センサ５の出力信号に基
づき図示せぬコントロールユニットによって燃料供給量
がクローズトループ制御されるようになっている。

そして、プリ触媒４上流の排気マニホルド２２Ｌとプリ
触媒４下流のフロントチューブ２ｂとを連通ずるように
、金属チコーブからなる排気バイパス通路６が設けられ
ている。この排気バイパス通路６の先端は、上記Ｏ，セ
ンサ５の上流側に開口している。

従って、上記の構成によれば、排気マニホルド２ａ内か
ら触媒通過前の未反応ガスの一部が０２センサ５上流側
に導かれ、これがＯ，センサ５に作用する。そのため、
実空燃比のリッチ、リーンの変化が０２センサ５におい
て十分に応答性良く検出され、クローズトループ方式に
よる所期の空燃比制御が可能となる。第２図は、−例と
して５％程度の排気ガスを排気バイパス通路６によって
プリ触媒４下流側に導いた場合のＯ，センサ５の出力電
圧とλの変化を示しており、この図に明らかなように正
常な空燃比制御が行われている。尚、排気バイパス通路
６を通った未反応の排気は、下流のメイン触媒３によっ
て処理されるので、排気成分の悪化を来すようなことが
ないのは言うまでもない。

そして、上記のように０２センサ５を排気通路２の比較
的下流側に配置することによって、０２センサ５に対す
る熱負荷が、プリ触媒４上流側に配置する場合に比べて
著しく低くなり、その経時的な劣化を抑制できる。また
取付スペースの点でも極めてイｆ利になる。

第３図は、排気バイパス通路６を構成するチューブの先
端６ａを排気通路２内に挿入するとともに下流側へ屈曲
させて、Ｏ，センサ５の検出部５ａへ直接に指向させた
構成を示している。このように構成すれば、０２センサ
５に対する未反応ガスの影響が強められ、空燃比制御の
制御性が一層向上する。

次に第４図に示す実施例は、上記排気バイパス通路６の
途中に、該バイパス通路６を開閉する制御弁７を介装し
、所定条件のときに制御弁７を閉じて未反応ガスの流入
を停止するように構成したものである。」二元制御弁７
は、ダイヤフラム式負圧弁からなり、その負圧室と負圧
源となる吸気通路８の絞弁９下流とを連通した負圧通路
１０に、電磁弁１１が介装され、該電磁弁１１をコント
ロールユニット１２がＯＮ　　ＯＦＦ制御するようにな
っている。上記コントロールユニット１２には、機関回
転数を検出するクランク角センサ１３、冷却水温を検出
する水温センサ１４、機関吸入空気量を検出するエアフ
ロメータ１５および絞弁９の全閉つまりアイドル状態を
検出するアイドルスイッチ１６の各検出信号が入力され
ている。

そして、上記コントロールユニット１２は、第５図に概
略を示すフローチャートに従って電磁弁１１の切換を行
い、排気バイパス通路６を開閉制御する。すなわち、冷
却水温ＴＷが所定温度ＴＷＯＮ以下であれば制御弁７を
「閉」とし、未反応ガスの流入を停止する（ステップＩ
、６）。これにより、暖機運転中に、高温排気ガスの全
量がプリ触媒４に導入され、該プリ触媒４の活性化が促
進される。またアイドル状態つまりアイドルスイッチ１
６がＯＮであれば、同じく制御弁７を「閉」とする（ス
テップ２，６）。これにより、アイドル運転中のプリ触
媒４の温度低下が防止される。

また機関回転数Ｎが所定値Ｎ１以上の高速域である場合
、あるいは吸入空気量ＱＡが所定値ＱＡＩ以上の高負荷
域である場合にも、制御弁７を「閉」とする（ステップ
３，４．６）。これによって排気ガス量が多い高速高負
荷域におけるメイン触媒３側の負荷が抑制され、該メイ
ン触媒３の過度の反応による劣化を防止できる。

また、以上の条件のとき以外には上記制御弁７が１開」
となり、未反応ガスの導入が行われる（ステップ５）。

尚、上記の各条件のときには、いずれの場合もそもそも
空燃比制御がオープンループ制御となっているので、Ｏ
ｔセンサ５側への未反応ガスの導入を停止したとしても
何ら問題はない。

上記各実施例では、排気バイパス通路として外部配管を
用いであるが、このような外部配管を用いずに、プリ触
媒４の内部に排気バイパス通路を形成することもできる
。

第６図は、プリ触媒４を構成する担体、例えばセラミッ
クスのハニカム担体１７の中心部に、排気バイパス通路
１８を貫通形成した実施例を示している。この排気バイ
パス通路１８は、少なくとも１００ｉｉ”以上の断面積
を有することが望ましく、この程度の断面積があれば、
周囲から触媒作用を受けることなく未反応ガスを下流側
へ導くことができる。

また第７図は、複数個、例えば５個の排気バイパス通路
１８を貫通形成した例を示している。この場合でも、各
排気バイパス通路Ｉ８が個々に１００ｘｘ２以上の断面
積を有することが望ましい。

また第８図、第９図は、プリ触媒４の下流に位置する０
２センサ５の取付方向に対応して、排気バイパス通路Ｉ
８を担体１７の偏心位置に形成した実施例を示している
。これは、特に０２センザ５がプリ触媒４に比較的近い
位置に配置されている場合に効果的なもので、未反応ガ
スを０．センサ５に強く作用させることができ、空燃比
制御の制御性を一層向上させることができる。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る内燃機関
の排気浄化装置においては、空燃比センサをプリ触媒と
メイン触媒の間に配置してあっても、プリ触媒上流から
排気バイパス通路を通して導かれる未反応ガスが空燃比
センサに作用するため、十分に応答性の良い空燃比制御
を実現できる。

そして、空燃比センサをプリ触媒上流に配置する場合に
比較して、空燃比センサの熱負荷が軽減され、その経時
的劣化を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る排気浄化装置の一実施例を示す
構成説明図、第２図はこの実施例におけるＯ、センサ出
力電圧とλの変化を示す特性図、第３図は排気バイパス
通路先端をＯ，センサへ向けた実施例を示す要部の断面
図、第４図はこの発明の異なる実施例を示す構成説明図
、第５図はこの実施例の制御の概要を示すフローヂャー
ト、第６図はプリ触媒の担体に排気バイパス通路を貫通
形成した実施例を示ず担体の斜視図、第７図、第８図お
よび第９図は、それぞれ担体の異なる実施例を示す平面
図、第１Ｏ図は従来の排気浄化装置の構成説明図、第１
１図は従来において０２センサをプリ触媒下流に配置し
た場合の０２センザ出力電圧とλの変化を示す特性図で
ある。 １・・内燃機関、２・排気通路、３　メイン触媒、４・
・プリ触媒、５・・０．センサ、６・・排気バイパス通
路。 １０７− 第８図 −１０８− 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気通路のメイン触媒の上流側にプリ触媒を備え
   、かつ排気通路に配設した空燃比センサの検出信号に基
   づいて空燃比を制御するようにした内燃機関の排気浄化
   装置において、上記空燃比センサをプリ触媒とメイン触
   媒との間に配置するとともに、上記プリ触媒の上流から
   該プリ触媒と空燃比センサとの間に未反応ガスを導く排
   気バイパス通路を形成したことを特徴とする内燃機関の
   排気浄化装置。