JPH0422027Y2 - - 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
（NOx）、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、吸気圧の脈動的な変動は避ける必要が
ある。

また、過給気を二次空気として利用する場合、
加圧により或いは内燃機関の熱により、二次空気
の温度が上昇して十分に密度の高い二次空気を排
気通路へ供給することができないという問題もあ
るので、本考案はこれらの点を解決しようとする
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設けると共に、
前記過給機の下流の吸気通路に過給空気を冷却す
るインタークーラーを配置し、前記インタークー
ラー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
燃機関の一部の運転条件で閉成する制御弁を設
け、前記制御弁が閉成している時を除いて、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、前記酸化触媒の前部の排気通路へ二
次空気を供給するように構成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〕

本考案によれば、排気通路内でアフターフアイ
アを生じるような時に制御弁を閉成して予防する
など、特殊な運転状態において制御弁が閉成され
るが、それ以外の通常の運転状態においては制御
弁が開成されており、機械式過給機によつて加圧
された空気がインタークーラーで冷却され、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インタ
ークーラーで冷却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著しく平滑化
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、圧力変動が二次空気供給通路を伝つて吸気通
路に波及し、吸気の圧力あるいは流量に脈動的変
動を及ぼすようなことはなく、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。

本考案においては機械式過給機によつて加圧さ
れた空気がインタークーラーによつて冷却されて
から二次空気供給通路へ送られるので、加圧によ
り或いは内燃機関の熱により二次空気の温度が上
昇するような状況にあつても、その温度上昇は低
く抑えられ、排気を浄化するのに十分な量の密度
の高い二次空気が酸化触媒の前部に供給される。
また、空気がインタークーラーを通過する際に機
械式過給機により発生する脈動が減衰して平滑化
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図において、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、２０は電子式制御装置（ECU）、４０はイン
タークーラーである。また、１５はインタークー
ラー４０の下流の吸気通路部分２ｃに設けた圧力
センサ、１６は内燃機関のクランク角センサ、１
７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
ECU２０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、インタークーラー４０で冷却さ
れ、ECU２０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
るようにするのが一般的である。

第１図から明らかなように、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６の下流でインタークーラー４
０の上流の吸気通路部分２ｂ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２
４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。

電子式制御装置（ECU）２０はまたエアーフ
ロメータ（図示せず）で測定した吸入空気量及び
クランク角度センサ１６で測定した内燃機関の回
転数に基づいて内燃機関の負荷を演算し検出す
る。内燃機関の負荷が低い時には、バイパス通路
２１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、
ECU２０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。

過給機６の下流に設けたインタークーラー４０
は、ケース内に冷却水の通るパイプが配置され、
過給機を通過した空気がこのケース内を通過する
際に冷却するようにした、公知の形式のものであ
る。

排気通路３の排気コンバータ内には、前述のよ
うに、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、インタークー
ラー４０の下流の吸気通路部分２ｃ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１
４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３
３によつて吸気通路部分２ｃの圧力が導入される
ことにより、開閉制御される。なお、二次空気制
御弁３１は、内燃機関が排気通路３内でアフター
フアイアを起こしそうな一部運転域のみ閉じるよ
うに制御される。

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、過給機６で過給されかつイン
タークーラー４０で冷却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
（NOx）を処理する傾向にある。

負荷が低い時、即ち、過給制御弁２２が開いて
いて過給がおこなわれていない時或いは過給が抑
制されている時は、二次空気制御弁３１が開いて
いても、インタークーラー４０の下流の吸気圧
（正圧）が低いので、二次空気は供給されない。
しかしながら、排気ガス酸素濃度検出センサ１７
で絶えず理論空燃比に近づくよう制御されている
ので、三元触媒１３により三成分であるHC，
CO，NOxが浄化される。

第２図は過給機６の直後でインタークーラー４
０を通過する前の過給空気を二次空気とした場合
の特性、第３図は本考案のようにインタークーラ
ー４０を通過後の過給空気を二次空気とした場合
の特性（触媒に供給される二次空気の空燃比Ａ／
Ｆの変動）をそれぞれ示している。過給機６の直
後の空気はポンプの脈動の影響を受けており、こ
れを直接触媒１４に供給するとした場合、微小時
間で見ると第２図に示すように触媒への供給空気
量には差が生じ、必然的に二次空気の増加もしく
は浄化率の向上等の対策が必要となつてくる。即
ち、第２図において、破線で示した二次空燃比の
低い、酸素量の少ない領域が排気ガスの浄化率の
悪化する域である。これに対し、本考案のよう
に、インタークーラー４０を通過した後の過給空
気を二次空気として触媒１４に供給すると、イン
タークーラーは本来エンジンの燃焼室へ供給する
吸入空気の体積効率を高めノツキングを防止する
ためのものであるため、第３図に示すように、過
給空気の冷却により空気密度が高く、従つて体積
効率の高い二次空気を触媒１４に供給することが
できる。また、インタークーラケースの容積によ
る緩衝効果により脈動は吸収され、第３図に示す
ような質及び量ともに良好な二次空気を触媒に供
給することができる。

〔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）及びインタークー
ラを備えた内燃機関において、過給機で過給され
かつインタークーラで冷却された空気密度の高い
空気（二次空気）で触媒に供給されるので、体積
効率が高くかつ脈動の少ない質，量ともに良好な
二次空気で排気ガスの浄化処理を行なうことがで
きる。

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
に直列に設けられる別体の触媒との間に接続され
るため、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、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がない。その結果、吸気
の状態が安定し、良好な燃焼状態が得られ、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
図は過給機の直後でインタークーラを通過する前
の過給空気を二次空気とした場合の特性、第３図
はインタークーラを通過後の過給空気を二次空気
とした場合の特性をそれぞれ示す図である。 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）、３０……
二次空気供給通路、３１……二次空気制御弁、３
３……負圧制御弁。４０……インタークーラ。

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設
   けると共に、前記過給機の下流の吸気通路に過
   給空気を冷却するインタークーラーを配置し、
   前記インタークーラー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一部の運転条
   件で閉成する制御弁を設け、前記制御弁が閉成
   している時を除いて、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
   酸化触媒の前部の排気通路へ二次空気を供給す
   るように構成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 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。 ３ 酸化触媒の上流の排気通路に三元触媒を直列
   に設け、二次空気を前記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２項記載の装置。