JPH0422025Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、機械式過給機（スーパーチヤージ
ヤ）を備えた内燃機関に関し、特にこのような内
燃機関の二次空気供給装置に関する。

〔従来の技術〕

従来から、内燃機関の排気通路に酸素濃度検出
センサを設け、このセンサからの信号に基づいて
空燃比を理論空燃比に近づけるようにフイードバ
ツク制御するシステムにおいて、排気通路に三元
触媒と酸化触媒とを設け、三元触媒で窒素酸化物
（NO_x）、炭化水素（HC）、一酸化炭素（CO）の
三成分を処理し、そのあと更に三元触媒の直後に
導いた二次空気を利用して酸化触媒でHC及びCO
を浄化する方法が知られている。しかしながら、
このようなシステムを採用した二次空気供給装置
では、二次空気を供給する空気吸引（エアーサク
シヨン）装置または空気噴射（エアーインジエク
シヨン）装置を必要としていた。

ターボチヤージヤやスーパーチヤージヤを備え
た高性能の内燃機関では他の同一排気量の内燃機
関に比べて過給時のガス量が多く、高い浄化能力
を要求される。ターボチヤージヤ付内燃機関にお
いて、吸気通路のターボチヤージヤ下流の過給し
た空気を二次空気として排気通路の触媒の前部に
供給するようにした二次空気供給装置がすでに提
案されている（例えば、実開昭56−15435号、実
開昭56−163712号）。しかしながら、ターボチヤ
ージヤは排気の圧力を利用してタービンを回転さ
せてコンプレツサで吸気を過給しているため系の
応答遅れがあり、特に過渡期において、必要とす
る二次空気の量が充分に触媒に供給されず、二次
空気の量が不足することがありうる。

そこで、機械式過給機（スーパーチヤージヤ）
を備えた内燃機関において、過給後の空気を二次
空気として排気通路の触媒の前部へ供給すること
により、前述の空気吸引（エアーサクシヨン）装
置または空気噴射（エアーインジエクシヨン）装
置を必要とせず、また、ターボチヤージヤの場合
のような系の応答遅れによる二次空気量の不足と
いう問題を解決しようとするものがある（例え
ば、特開昭58−51213号）。

〔考案が解決しようとする課題〕

上記のように、内燃機関の燃焼室へ導入される
過給気の一部を二次空気として使用する場合は、
二次空気として排気通路へ分流される空気の圧力
や流量が変動すると、燃焼室へ供給される吸気量
も変動し、良好な燃焼状態が得られないという問
題がある。

特に排気通路に酸素濃度検出センサを設け、空
燃比を高いレベルでフイードバツク制御している
内燃機関においては、その精度を維持するために
も吸気量の脈動的な変動は避ける必要がある。ま
た、吸気量が小さく一般に吸気、燃焼が高中負荷
時よりも不安定な低負荷時には、排気脈動を原因
とする吸気側の脈動がより顯著に現われる傾向が
ある。

本考案は、従来技術におけるこれらの問題を解
決することを考案の目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は前記の課題を解決するために、吸気通
路に機械式過給機を備え、排気通路に酸化触媒を
備えた内燃機関において、前記酸化触媒の上流側
に直列にそれとは別体の触媒を接続し、前記過給
機の下流の吸気通路から分岐して前記酸化触媒の
前部の排気通路へ二次空気を供給する二次空気供
給通路を設け、更に前記二次空気供給通路に内燃
機関の低負荷運転状態の閉成する制御弁を設ける
と共に、前記酸化触媒の前部の排気通路を該排気
通路側へのみ空気を導入する逆止弁を介して大気
に連通させることにより、前記制御弁が開成して
いる時は前記機械式過給機が前記内燃機関へ吸気
の過給を行なうと同時に、前記排気通路へ二次空
気を供給し、前記制御弁が閉成している時は前記
逆止弁を介して大気を前記排気通路へ吸引するよ
うにしたことを特徴とする機械式過給機付内燃機
関の二次空気供給装置を提供する。

〔作用〕

本考案の二次空気供給装置においては、機関が
高中負荷運転の状態にあるとき二次空気通路の制
御弁は開成されており、機械式過給機によつて加
圧された空気が吸気として機関の燃焼室に流入し
て機関の出力を増大させるのと同時に、吸気通路
から分岐する二次空気通路により、機械式過給機
で加圧された空気の一部が分流し、酸化触媒の上
流側で排気通路に流入して、過給によつて増加す
るCOやHC等を浄化するのに役立つ。

酸化触媒の上流側には別体の触媒が直列に接続
されているから、往復動機関の常として機関から
排気通路へ放出される排気が脈動を帯びていて
も、酸化触媒に前置される別体の触媒の中を排気
ガスが通過する間に脈動が減衰して平滑化される
ので、二次空気が供給される２つの触媒の接続点
での圧力変動あるいは流量の変動は、あまり問題
にならない程度まで緩和される。

したがつて、高中負荷状態において排気の脈動
が二次空気供給通路を通つて吸気通路に波及し、
吸気に脈動を発生させるようなことはなく、吸気
はほぼ均等な圧力のもとで安定に機関へ供給され
る。

また、機関が低負荷運転状態にあるときは、二
次空気供給通路の制御弁は閉成される。低負荷時
においては吸気量が小さく、吸気、燃焼が高中負
荷時よりも不安定になるのが常であるから、その
時に排気脈動が吸気側へ伝えられる二次空気供給
通路を制御弁の閉成によつて遮断することによ
り、吸気側への脈動の波及を完全に防止する。

しかも、この際は前置触媒があつてもなお排気
の脈動は残つているので、その脈動と逆止弁との
作用により、大気が二次空気として酸化触媒に供
給され、過給機からの二次空気供給が途絶えてい
ても、酸化触媒における排気の浄化作用は維持さ
れる。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本考案の実施例を詳
細に説明する。

第１図は本考案の実施例の概略図である。この
内燃機関は機械式過給機を備えており、１は内燃
機関本体、２は吸気通路、３は排気通路、４はエ
アークリーナ、５はスロツトルバルブ、６は機械
式過給機（スーパーチヤージヤ）、７は燃料噴射
弁、８は内燃機関のクランクシヤフトに取付られ
たプーリ、９は過給機に取付られたプーリ、１０
はベルト、１１は吸気弁、１２は排気弁、１３お
よび１４は排気通路３の触媒コンバータ内に設け
た三元触媒と酸化触媒である。また、１５は過給
機６の下流の吸気通路部分２ｂに設けた圧力セン
サ、１６は内燃機関のクランク角センサ、１７は
排気通路３の触媒の上流に設けた酸素濃度検出セ
ンサであり、これらのセンサによる検出値は電子
式制御装置（ECU）２０に入力される。

吸入空気はエアークリーナ４から流入し、スロ
ツトルバルブ５で空気量を調整され、過給機６で
過給されて後、電子式制御装置（ECU）２０か
らの指令に基づいて吸入空気量に応じて燃料噴射
弁７から噴射された燃料と混合されて、内燃機関
の燃焼室１ａに流入する。燃料噴射量は、圧力セ
ンサ１５及びクランク角センサ１６の信号に基づ
いて予めECU２０内で記憶されたデータをベー
スに演算され燃料噴射弁７より噴射される。ま
た、酸素濃度検出センサ１７の信号もECU２０
に入力されているので、燃料噴射量は空燃比がい
わゆる理論空燃比に近づくように制御される。

吸入空気を過給する機械駆動式過給機６は、例
えばルーツ式過給機であつて、ハウジング内でポ
ンプ作用をすることにより吸入空気を過給するも
のである。ルーツポンプに代えてベーンポンプか
ら成る過給機であつてもよいことは勿論である。
過給機６は、それのプーリ９、ベルト１０、及び
クランクシヤフトのプーリ８を介し内燃機関１に
連結されており、内燃機関の回転数に対応した回
転数で回転される。しかしながら、過給機６のプ
ーリ９に適切なクラツチ（図示せず）を設け、内
燃機関１から過給機６への駆動力を適宜断続させ
るようにしている。即ち、ECU２０はこの内燃
機関の負荷を検出し、軽負荷のときは過給機６の
駆動を遮断する。この場合過給機のポンプは空転
していることとなる。内燃機関の負荷は、エアー
フロメータ（図示せず）で測定した吸入空気量の
信号及びクランク角度センサ１６で測定した内燃
機関の回転数の信号が電子式制御装置（ECU）
２０に入力され、これらの値に基づいて演算によ
り求められる。

スロツトルバルブ５は過給機６の上流側にあ
り、スロツトルバルブ５の下流側でかつ過給機６
の上流側の吸気通路部分２ａと、過給機５の下流
で内燃機関の燃焼室１ａの上流の吸気通路部分２
ｂとの間をバイパスするバイパス通路２１を設け
る。そして、このバイパス通路２１の途中に過給
圧制御弁２２を設ける。この過給圧制御弁２２
は、例えば周知のダイヤフラム式制御弁として構
成することができ、負圧通路２３より導いた過給
機６内の圧力で開閉制御することができる。更
に、第２バイパス通路２４が過給機６と吸気通路
部分２ｂとの間に設けられ、この第２バイパス通
路２４に電磁弁で構成した第２過給圧制御弁２５
が設けられている。この第２過給圧制御弁２５は
ECU２０により開閉制御される。

内燃機関の負荷が低い時には、バイパス通路２
１の制御弁２２を開く。従つて、過給機６の下流
の過給空気がバイパス通路２１を通り吸気通路部
分２ｂから吸気通路部分２ａへ戻り、過給圧が弱
められる。一方、内燃機関の負荷が高い時は、電
子式制御装置（ECU）２０はバイパス通路２１
の過給制御弁２２を閉じるように制御する。これ
により、過給機６の下流の吸気通路部分２ｂの過
給圧は上昇する。

排気通路３の排気コンバータ内には、三元触媒
１３と酸化触媒１４とが少し間隔をおいて設けら
れている。そして、過給機６の下流の吸気通路部
分２ｂから二次空気供給通路３０を介して三元触
媒１３と酸化触媒１４との間に二次空気が供給さ
れる。二次空気供給通路３０にはダイヤフラム式
二次空気制御弁３１が設けられており、この二次
空気制御弁３１は、ECU２０からの信号で開閉
制御される電磁弁３３によつて吸気通路部分２ｂ
の圧力が導入されることにより、開閉制御され
る。二次空気制御弁３１は、内燃機関が低負荷運
転状態にあるとき閉じるように制御される。

また、本考案の実施例では、二次空気供給通路
３０の二次空気制御弁３１の下流より大気開放通
路３５を分岐させ、この大気開放通路３５に、排
気通路３の触媒１４の前部側へのみ空気を導入す
る逆止弁としてのリードバルブ３７を設け、エア
ーフイルタ３９を介して大気（二次空気）を二次
空気供給通路３０に導入するようにしている。

負荷が高い時、即ち、過給制御弁２２が閉じて
いて過給が行なわれている時は、二次空気制御弁
３１は開いていて、過給された空気の一部が二次
空気として二次空気制御弁３１を経て排気通路３
の三元触媒１３と酸化触媒１４との間に供給され
る。二次空気は主として酸化触媒１４にて酸化反
応を起こし、排気ガス（主として炭化水素
（HC）と一酸化炭素（CO））を浄化する。この
時、三元触媒１３も排気ガスの浄化作用をしてい
るが、幾分か還元作用をし主には窒素酸化物
（NO_x）を処理する傾向にある。なお、この時は
二次空気供給通路３０内は正圧になつているの
で、リードバルブ３７は閉じている。

負荷が低い時、即ち、過給制御弁２２が開いて
いて過給が抑制されている時或いは過給機６の駆
動が遮断されていて過給が行われていない時は、
過給機６の下流の吸気圧（正圧）が低いので、二
次空気制御弁３１を介して二次空気は供給されな
い。しかしながら、このような負荷の低い域にお
いては、排気ガスの圧力変動による脈動がリード
バルブ３７に伝わつてこのリードバルブ３７を開
閉させ、エアーフイルタ３９を介して大気（二次
空気）を二次空気供給通路３０に導入する。な
お、このような負荷の低い域（例えば、吸気通路
部分２ｂの負圧が−150mmHg以下であるとき）
は、二次空気制御弁３１を閉じておくのが望まし
い。第２図は本考案の実施例による内燃機関の負
荷と二次空気量の関係を示す図である。内燃機関
の負荷が高いとき（例えば、吸気通路部分２ｂの
負圧が−150mmHg以上であるとき）は、過給され
た二次空気が吸気通路部分２ｂより二次空気制御
弁３１を介して導入され、図の斜線で示した領域
Ａのような二次空気量となる。ただし、機関の回
転数は一定（例えば、2000rpm）とする。一方、
内燃機関の負荷が低いとき（例えば、吸気通路部
分２ｂの負圧が−150mmHg以下であるとき）は、
リードバルブ３７を介して大気（二次空気）が導
入され、図の斜線領域Ｂのような二次空気量とな
る。

なお、リードバルブ３７及びエアーフイルタ３
９を備えた大気開放通路３５を二次空気供給通路
３０の制御弁３１下流に連結せずに、触媒コンバ
ータの酸化触媒１４の前部に直接連結させてもよ
い。

〔考案の効果〕

以上に述べたように、本考案によれば、機械式
過給機（スーパーチヤージヤ）を備えた内燃機関
において、過給後の空気の過給圧を利用してこの
過給空気を二次空気として直ちに排気通路の触媒
の前部へ供給しているので、空気吸引（エアーサ
クシヨン）装置または空気噴射（エアーインジエ
クシヨン）装置を必要とせず、また、ターボチヤ
ージヤの場合のような系の応答遅れによる二次空
気量の不足という問題を解決しうるのである。本
考案においては特に、吸気通路から分岐している
二次空気供給通路が、酸化触媒とその上流側に直
列に接続される別体の触媒との間に接続されるた
め、高中負荷時における排気の脈動は酸化触媒に
前置される別体の触媒によつて平滑化されるの
で、排気脈動が二次空気供給通路を伝つて吸気通
路へ波及して、吸気に変動を生じさせるおそれは
ない。

また、低負荷時は吸気量が小さく、吸気、燃焼
が高中負荷時よりも不安定なので、吸気の脈動的
変動を完全に防止するため二次空気供給通路に設
けられた制御弁を閉成する。

いずれの場合も排気脈動を原因とする吸気系の
脈動は防止される。しかも、後者の場合は残存す
る排気脈動を利用して逆止弁から大気を吸引する
ので、過給機から分流する二次空気が遮断されて
いる状態でも、酸化触媒には充分な二次空気が供
給され、いずれの場合も排気の浄化が支障なく行
われる。

このようにして吸気の状態が安定し、良好な燃
焼状態が得られるので、高精度の空燃比フイード
バツク制御等が可能となる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の概略図であり、第２
図は本考案の実施例による負荷と二次空気量の関
係を示す図である。 １……内燃機関本体、２……吸気通路、３……
排気通路、５……スロツトルバルブ、６……機械
式過給機、１３……三元触媒、１４……酸化触
媒、２０……電子式制御装置（ECU）、２１……
バイパス通路、２２……過給圧制御弁、３０……
二次空気供給通路、３１……二次空気制御弁、３
３……負圧制御弁、３７……逆止弁（リードバル
ブ）、３９……エアーフイルタ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 吸気通路に機械式過給機を備え、排気通路に
   酸化触媒を備えた内燃機関において、前記酸化
   触媒の上流側に直列にそれとは別体の触媒を接
   続し、前記過給機の下流の吸気通路から分岐し
   て前記酸化触媒の前部の排気通路へ二次空気を
   供給する二次空気供給通路を設け、更に前記二
   次空気供給通路に内燃機関の低負荷運転状態で
   閉成する制御弁を設けると共に、前記酸化触媒
   の前部の排気通路を該排気通路側へのみ空気を
   導入する逆止弁を介して大気に連通させること
   により、前記制御弁が開成している時は前記機
   械式過給機が前記内燃機関へ吸気の過給を行な
   うと同時に、前記排気通路へ二次空気を供給
   し、前記制御弁が閉成している時は前記逆止弁
   を介して大気を前記排気通路へ吸引するように
   したことを特徴とする機械式過給機付内燃機関
   の二次空気供給装置。 ２ 前記二次空気供給通路の制御弁の下流より、
   大気へ開放する通路を分岐させ、該大気開放通
   路に前記逆止弁としてのリードバルブを設けた
   実用新案登録請求の範囲第１項記載の装置。 ３ スロツトルバルブ下流の吸気通路に機械式過
   給機を設けた実用新案登録請求の範囲第１項記
   載の装置。 ４ 酸化触媒の上流の排気通路に三元触媒を設
   け、二次空気を該三元触媒と前記酸化触媒との
   間に供給するようにした実用新案登録請求の範
   囲第１項〜第３項のいずれか１項記載の装置。