JPH04284118A - 内燃機関の排気装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、排気通路に排気を浄
化する触媒が設けられた内燃機関の排気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気通路に設けられる排気浄
化用の触媒は、この触媒内での化学反応を促進させるた
めに、触媒が活性化する高温に維持する必要があり、こ
のため従来では触媒上流の排気通路に新たな空気、いわ
ゆる二次空気を供給して排気の燃焼を促進させて触媒入
口温度を高めているものがある（特開昭６０−８８８１
３、特開昭６１−２４７８４２号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
二次空気を供給するものにおいて、例えば排気通路への
二次空気の供給位置が、シリンダヘッドに接続される燃
焼室に近い排気マニホールドである場合には、暖機が進
み排気温度が上昇すると炭化水素（ＨＣ）は低減するも
のの窒素酸化物（ＮＯｘ）が増大することとなり、また
排気マニホールドの下流側に接続されるフロントチュー
ブである場合は、この位置は燃焼室から比較的遠いため
機関の冷間時に触媒入口温度が低下するのに加えて二次
空気導入により排気温度はさらに低下し、触媒機能の低
下を来たしてＨＣが増大することとなる。

【０００４】そこでこの発明は、二次空気導入による触
媒の排気浄化作用を高めることを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
にこの発明は、排気通路の途中に排気を浄化する相互に
直列に設けられた２つの触媒と、この２つ触媒のうち上
流側触媒の上流側排気通路に連通して二次空気が供給さ
れる上流空気通路及び、上流側触媒と下流側触媒との間
の排気通路に連通して二次空気が供給される下流空気通
路と、排気通路途中に設けられた排気温度検出手段と、
前記上流空気通路及び下流空気通路による排気通路への
二次空気の供給を制御する二次空気制御手段と、前記温
度検出手段の出力信号を受け排気温度が所定値以下のと
き前記上流空気通路からのみ二次空気を供給させる一方
、所定値を超えるとき前記下流空気通路からのみ二次空
気を供給させるよう前記二次空気制御手段を制御する制
御手段とを有する構成としてある。

【０００６】

【作用】排気温度検出手段により検出された排気温度が
、所定値以下のときには、上流空気通路からのみ二次空
気が供給されるよう二次空気制御手段が動作し、これに
より機関始動直後などの低温時には上流側触媒の活性化
が促進するとともに下流側触媒の入口排気温度も上昇し
、触媒の転化効率が向上する。また、前記排気温度が所
定値を超えるときは下流空気通路からのみ二次空気が供
給されるよう二次空気制御手段が動作し、これにより活
性化された上流側触媒でＮＯｘが増大することなく未燃
ＨＣが減少する。

【０００７】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。

【０００８】図１は、この発明の第１実施例に係わる内
燃機関の排気装置を示す概略的な全体構成図である。四
気筒内燃機関を構成するシリンダブロック，シリンダヘ
ッドなどからなる機関本体１には、四つの気筒２に対し
それぞれ気筒当たり２個の吸気弁３と２個の排気弁５と
を備えている。排気弁５が設けられるシリンダヘッドに
形成された四つの排気ポート７には、四つの排気分岐管
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄを備えた排気マニホールド９が
接続されている。排気マニホールド９の下流側の排気管
１１には、機関本体１から排出される排気中の有害物質
を除去する排気浄化用触媒１３，１５が相互に直列に設
けられている。

【０００９】前記排気マニホールド９の各排気分岐管９
ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの機関本体１の近傍には、二次空
気の導入通路となる上流空気通路１７が連通接続され、
前記触媒１３と触媒１５との間の排気管１１には、二次
空気の導入通路となる下流空気通路１９が連通接続され
ている。これら各空気通路１７及び１９は、二次空気制
御手段としての二次空気導入装置２１にそれぞれ接続さ
れている。二次空気導入装置２１には、この内燃機関の
吸気系に一端が接続されて二次空気が導入される二次空
気導入通路２３の他端が接続されている。二次空気導入
装置２１は例えば電磁弁からなる三方弁で構成され、マ
イクロコンピュータなどから構成されるコントロールユ
ニット２５の指令信号により、二次空気導入通路２３を
上流空気通路１７にのみ連通させる状態と、下流空気通
路１９にのみ連通させる状態と、いずれの空気通路にも
連通させず二次空気を遮断する状態とに切り換え制御す
る。

【００１０】前記触媒１３と触媒１５との間の排気管１
１における触媒１３近傍には、排気温度検出手段として
の温度センサ２７が設けられ、この温度センサ２７は前
記コントロールユニット２５に検出温度信号を出力する
。コントロールユニット２５には、このほか機関回転数
信号Ｎ，機関本体１への吸入空気量信号Ａ，冷却水温度
信号Ｗなどが入力される。

【００１１】コントロールユニット２５は、温度センサ
２７の検出する排気温度が、機関冷間時の始動直後など
比較的低温状態の所定値Ｔ１以下のとき、二次空気導入
通路２３を上流空気通路１７に連通するよう二次空気導
入装置２１に指令信号を出力し、また暖機が進み上記検
出温度が所定値Ｔ１を超え、かつＴ２（＝Ｔ１＋α）を
下回るときには、二次空気導入通路２３を下流空気通路
１９に連通するよう二次空気導入装置２１に指令信号を
出力する。検出温度がＴ２以上のときには、二次空気導
入通路２３をいずれの空気通路１７，１９にも連通させ
ず二次空気供給を停止する。前記所定値Ｔ１は、図２に
示すように、機関回転数Ｎが高く吸入空気量Ａが多いほ
ど高めに設定する（Ｔ１ａ＜Ｔ１ｂ＜Ｔ１ｃ）。これは
、このような運転条件では、もともと排気温度が高めで
あるので、これに応じて所定値Ｔ１を高めに設定する必
要があるからである。

【００１２】このように構成された内燃機関の排気装置
において、本内燃機関が作動し機関本体１から排出され
る排気が排気マニホールド９を流れ、２つの触媒１３，
１５を経て大気中に放出される。上記した排気が排気系
を通過する際、上流側の触媒１３の下流側に設けられた
温度センサ２７の検出する排気温度が、機関冷間時の始
動直後など比較的低温状態の所定値Ｔ１以下のとき、コ
ントロールユニット２５は、二次空気導入通路２３を上
流空気通路１７に連通するよう二次空気導入装置２１に
指令信号を出力する。これにより、二次空気は触媒１３
の上流側にのみ供給される。機関冷間時の始動直後にあ
っては、下流側の触媒１５に比べて入口排気温度が高い
上流側の触媒１３の上流側にのみ二次空気を供給するこ
とで、触媒１３の活性化が促進される。触媒１３が活性
化されることで、下流側の触媒１５の入口排気温度も上
昇し、触媒１５の転化効率が向上する。

【００１３】一方、暖機が進み上記検出温度が所定値Ｔ
１を超え、かつＴ２（＝Ｔ１＋α）を下回るときには、
二次空気導入通路２３を下流空気通路１９に連通するよ
う二次空気導入装置２１に指令信号を出力する。暖機終
了間際では、触媒１３の下流側における排気温度も上昇
するため、下流側の触媒１５の上流側にのみ二次空気を
供給することで、活性化された触媒１３でＮＯｘを増大
させることなく、触媒１５にて未燃ＨＣを減少させるこ
とができる。上記検出温度がＴ２以上となった場合には
、いずれの空気通路１７，１９にも連通させず二次空気
供給を停止する。

【００１４】また、上流側の触媒１３の上流側に供給す
る二次空気量を多くし、下流側の触媒１５の上流側に供
給する二次空気量を少なくすることで、触媒１３では触
媒温度が上昇してより活性化され、触媒１５では少量の
二次空気供給により排気温度低下及びＮＯｘ増大をより
確実に防止することができる。

【００１５】図３は、上記所定値Ｔ１を境にした排気温
度に関連するＮＯｘ及びＨＣの排出量の変化を示したも
のである。ここで、曲線ａは二次空気を上下両空気通路
１７，１９いずれからも供給しない場合、曲線ｂは上流
空気通路１７からのみ供給する場合、曲線ｃは下流空気
通路１９からのみ供給する場合、曲線ｄは上下両空気通
路１７，１９いずれからも供給する場合である。これに
よれば、所定値Ｔ１以下では、曲線ｂで示す触媒１３の
上流側にのみ二次空気を供給する場合がＮＯｘ排出量及
びＨＣ排出量共に少なく、また、所定値Ｔ１を超えた場
合にはＮＯｘ排出量及びＨＣ排出量の双方を考慮すると
、曲線ｃで示す触媒１５の上流にのみ二次空気を供給す
る場合が最も効率がよいことがわかる。なお、図３にお
ける排気温度が所定値Ｔ１より低い領域において、曲線
ａと曲線ｃとは便宜上多少ずれて記載してあるが、実際
にはＮＯｘ排出量は双方同じであって両曲線は互いに重
なり合うものである。

【００１６】図４はこの発明の第２実施例に係わる内燃
機関の排気装置を示す概略的な全体構成図である。この
実施例は、排気マニホールド２９を各気筒２についてそ
れぞれ独立して二つ設けられた吸気ポート３１，３３に
、相互に独立した排気分岐管３５，３７をそれぞれ接続
した四気筒内燃機関にこの発明を適用している。そして
、一方の排気分岐管３５を上流側の触媒１３の上流側に
接続し、他方の排気分岐管３７を下流側の触媒１５の上
流側に接続してある。二次空気を供給する上流空気通路
１７は一方の排気分岐管３５に連通接続され、他方の排
気分岐管３７にはこの分岐管３７を開閉可能な制御弁３
９が設けられている。各制御弁３９は回転可能な連結軸
４１により相互に接続され、連結軸４１に接続されたア
クチュエータ４３により同時に開閉作動する。アクチュ
エータ４３はコントロールユニット２５の指令信号によ
り、上流空気通路１７からのみ二次空気を供給するとき
制御弁３９を閉じ、それ以外のときは開くよう作動する
。その他の構成は前記第１図に示した第１実施例と同様
であり、同一の構成要素には同一符号を付してある。

【００１７】このような構成とすることで、機関本体１
から排出される排気は、二つの排気分岐管３５，３７に
それぞれ流出し、一方の排気分岐管３５を流れる排気は
上流側の触媒１３に流れ込み、他方の排気分岐管３７を
流れる排気は下流側の触媒１５に流れ込む。そして、こ
の第２実施例では、温度センサ２７の検出した排気温度
が所定値Ｔ１以下のとき、前記第１実施例と同様に触媒
１３の上流側にのみ二次空気を供給するが、この際にコ
ントロールユニット２５は制御弁３９を閉じるようアク
チュエータ４３に指令信号を出力する。制御弁３９を閉
じることで、機関本体１から排出される排気が、触媒１
３の上流側に連通し二次空気が供給される排気分岐管３
５にのみ通ることになり、両排気分岐管３５，３７双方
を排気が通る場合に比べて排気の放熱面積を約３０％低
減でき、機関冷間時での上流側の触媒１３の活性化を促
進させることができる。また、温度センサ２７の検出し
た排気温度が所定値Ｔ１を超え、かつＴ２（＝Ｔ１＋α
）を下回るときには、制御弁３９を開き、触媒１５の上
流側にのみ二次空気を供給することで、前記第１実施例
と同様な効果が得られる。上記検出温度がＴ２以上とな
った場合には、二次空気導入通路２３をいずれの空気通
路１７，１９にも連通させず二次空気供給を停止する。

【００１８】図５はこの発明の第３実施例に係わる内燃
機関の排気装置を示す概略的な全体構成図である。この
実施例は、上記図４に示した第２実施例の構成に、下流
側の触媒１５の下流側の排気管１１に、第２の温度セン
サ４５を設けている。この温度センサ４５により検出さ
れる排気温度信号も、コントロールユニット２５に入力
され、コントロールユニット２５は、温度センサ２７の
検出する排気温度が、前記所定値Ｔ１以下のとき、二次
空気導入通路２３を上流空気通路１７に連通するよう二
次空気導入装置２１に指令信号を出力し、また温度セン
サ２７の検出する排気温度が所定値Ｔ１を超え、かつ温
度センサ４５の検出する排気温度が所定値Ｔ１より高い
温度の他の所定値Ｔ３以下のときには、二次空気導入通
路２３を下流空気通路１９に連通するよう二次空気導入
装置２１に指令信号を出力する。

【００１９】図６は上記第３実施例におけるコントロー
ルユニット２５の制御動作を示すフローチャートである
。これによれば、まず温度センサ２７の検出温度ｔ１が
前記所定値Ｔ１以下かどうかが判断される（ステップ１
０１）。ここでｔ１≦Ｔ１の場合は、制御弁３９を閉じ
（ステップ１０３）、空気導入通路２３を上流空気通路
１７に連通させて上流側の触媒１３に二次空気を供給す
る（ステップ１０５）。ｔ１＞Ｔ１の場合は、制御弁３
９を開き（ステップ１０７）、次のステップ１０９で第
２の温度センサ４５の検出温度ｔ２が前記所定値Ｔ３以
下かどうかが判断される。ここで、ｔ２≦Ｔ３の場合は
、空気導入通路２３を下流空気通路１９に連通させて下
流側の触媒１５に二次空気を供給する（ステップ１１１
）。ｔ２＞Ｔ３の場合は、空気導入通路２３を上流側及
び下流側の各空気通路１７及び１９のいずれにも連通さ
せず、二次空気供給を停止する（ステップ１１３）。

【００２０】このように、下流側の触媒１５の下流にも
温度センサ４５を設け、各触媒１３，１５にそれぞれ対
応した二つの温度センサ２７，４５の検出信号に基づき
二次空気導入を制御することで、触媒の転化効率を前記
各実施例に比べより一層向上させることができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明してきたようにこの発明によれ
ば、排気温度が所定値以下のときには、上流側触媒の上
流側に二次空気を供給する一方、排気温度が所定値を超
えるときには、下流側触媒の上流側に二次空気を供給す
るよう構成したので、機関始動直後などの低温時には上
流側触媒の活性化を促進できるとともに下流側触媒の入
口排気温度も上昇して触媒の転化効率を向上させること
ができ、また高温時には活性化された上流側触媒でＮＯ
ｘが増大することなく未燃ＨＣを減少させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す内燃機関の排気装
置の概略的な全体構成図である。

【図２】機関回転数と機関への吸入空気量とによる所定
値Ｔ１の違いを示す説明図である。

【図３】排気温度とＮＯｘ及びＨＣ排出量との相関図で
ある。

【図４】この発明の第２実施例を示す内燃機関の排気装
置の概略的な全体構成図である。

【図５】この発明の第３実施例を示す内燃機関の排気装
置の概略的な全体構成図である。

【図６】第３実施例における制御動作を示すフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１１　　排気管（排気通路） １３　　上流側触媒 １５　　下流側触媒 １７　　上流空気通路 １９　　下流空気通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　排気通路の途中に排気を浄化する相互
   に直列に設けられた２つの触媒と、この２つ触媒のうち
   上流側触媒の上流側排気通路に連通して二次空気が供給
   される上流空気通路及び、上流側触媒と下流側触媒との
   間の排気通路に連通して二次空気が供給される下流空気
   通路と、排気通路途中に設けられた排気温度検出手段と
   、前記上流空気通路及び下流空気通路による排気通路へ
   の二次空気の供給を制御する二次空気制御手段と、前記
   温度検出手段の出力信号を受け排気温度が所定値以下の
   とき前記上流空気通路からのみ二次空気を供給させる一
   方、所定値を超えるとき前記下流空気通路からのみ二次
   空気を供給させるよう前記二次空気制御手段を制御する
   制御手段とを有することを特徴とする内燃機関の排気装
   置。