JPH0716012Y2

JPH0716012Y2 - 排気浄化装置

Info

Publication number: JPH0716012Y2
Application number: JP1988018105U
Authority: JP
Inventors: 和幸三井所
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1988-02-16
Filing date: 1988-02-16
Publication date: 1995-04-12
Anticipated expiration: 2003-02-16
Also published as: JPH01124025U

Description

【考案の詳細な説明】［考案の目的］（産業上の利用分野）この考案は、排気浄化用触媒を備えた排気浄化装置に関
する。

（従来の技術）エンジンの排気中に含まれる有害成分を低減させるもの
として、CO及びHCの酸化とNOxの還元とを同時に行う三
元触媒がある。これは通常エンジンに供給される混合気
の空燃比を理論空燃比を中心とした極狭い範囲に制御す
ることで、排気中の有害な三成分であるCO,HC,NOxの清
浄化を図っている（触媒を使用した排気浄化装置として
は実開昭56-169413号公報がある）。

（考案が解決しようとする課題）しかしながら、吸入空気量が変化する過渡的な運転条件
においては、空燃比を理論空燃比を中心とした極狭い範
囲に収める技術は、吸入空気量の検知能力や、燃料の壁
流化による供給遅れ等の問題から、現状では必ずしも充
分ではなく、したがって従来では、空燃比が大きく変動
するような場合には、三元触媒が有効に作用せず、排気
浄化作用が充分に発揮されていないという課題がある。

そこでこの考案は、吸入空気量が変化し、空燃比が大き
く変動する過渡的な運転条件であっも、三元触媒を有効
に作用させ触媒の排気浄化を効果的に行うようにした排
気浄化装置の提供を目的とする。

［考案の構成］（課題を解決するための手段）前述した課題を解決するためにこの考案は、エンジンの
排気通路に設けた排気浄化用触媒と、この排気浄化用触
媒の上流側の排気通路途中に設けられ排気通路を迂回す
るバイパス通路と、このバイパス通路へ流れる排気の流
量を制御する制御弁と、空燃比の変動を検出する空燃比
変動検出手段と、この空燃比変動検出手段が、前記排気
浄化用触媒が有効に作用する範囲内に収まらないような
変動を検出したとき、排気の一部を前記バイパス通路に
流すよう前記制御弁を制御する制御手段とを有する構成
とした。

（作用）このような構成によれば、検出される空燃比の変動が大
きく、排気浄化用触媒が有効に作用する範囲内に収まら
ないような場合には、制御弁を制御することで排気の一
部をバイパス通路に流す。バイパス通路を流れた排気は
再び排気通路に合流することで、空燃比の変動が平準化
される。

（実施例）以下、図面に基づきこの考案の実施例を説明する。

第１図はこの考案の一実施例の排気浄化装置の全体構成
図で、エンジン本体１に装着される排気マニホールド３
にはフロントチューブ５が接続され、フロントチューブ
５とセンタチューブ７との間に排気浄化用触媒としての
三元触媒９が介装され、センタチューブ７とリヤチュー
ブ11との間にはマフラ13が介装されている。三元触媒９
の上流側の排気通路であるフロントチューブ５の上流側
端部近傍には排気温度を検出する排温センサ17が設けら
れ、排温センサ17の出力信号はマイクロコンピュータ等
からなるコントロールユニット19に入力され、コントロ
ールユニット19はエンジン本体１に対し空燃比A/Fが理
論空燃比となるよう空燃比制御を行う。

フロントチューブ５の途中には膨大部25が形成され、膨
大部25には両端が互いに略対向する位置に開口する環状
のバイパス通路27が連通している。バイパス通路27は触
媒性能に影響を及ぼす空燃比の変動を抑えるためのもの
で、途中にサージタンク29を設けて空燃比の変動を減衰
させている。

前記膨大部25内には、排気流通方向を制御する制御弁31
が回動可能に設けられている。制御弁31は、排気流と平
行となって排気の略全量をフロントチューブ５のみに流
通させる第２図（ａ）の状態（状態Ｉ）と、第２図
（ａ）の状態から時計方向に若干回動して排気をフロン
トチューブ５とバイパス通路27との双方に流通させる第
２図（ｂ）の状態（状態II）と、第２図（ｂ）の状態か
ら更に時計方向に回動して排気をバイパス通路27のみに
流通させる第２図（ｃ）の状態（状態III）とにそれぞ
れ変化する。

このように変化する制御弁31は、リンク33を介して負圧
アクチュエータ35により回動制御され、負圧アクチュエ
ータ35は、コントロールユニット19から信号入力を受け
る電磁弁37の作動によって負圧源39からの負圧導入の制
御がなされる。負圧源39はエンジンの吸入負圧を利用し
て一定の負圧を維持している。

コントロールユニット19には、前述した排温センサ17の
他に、エンジン及びエンジンルーム過熱検出手段41と、
空燃比変動検出手段43の出力信号が入力される。エンジ
ン及びエンジンルーム過熱検出手段41は、エンジンルー
ム内の温度検出や、エンジンルーム内の過熱の影響を受
けやすいエンジンレーム内諸部品の温度検出を行う。一
方、空燃比は変動（ここでは、三元触媒９が有効に作用
する範囲内に収まらないような変動）検出手段43は、空
燃比の変動レベルを検出してコントロールユニット19に
信号出力するが、これに代えて空燃比の変動と強い相関
関係にあるパラメータを検出する手段、例えば空燃比変
動検出手段43の出力の微分値を所定値と比較判断する手
段の出力信号をコントロールユニット19に入力してもよ
い。また、空燃比変動検出手段43は、直接空燃比の変動
を検出するものに限らず、空燃比が変動する運転状態を
検出するものでもよい。例えば、スロットル開度センサ
や吸入負圧センサ、あるいは吸入空気量センサなどの出
力信号の微分値を基にして、空燃比の変動を検出するよ
うにしてもよい。

第３図は排気流れの制御パターン例を示すもので、これ
を基に作用を説明する。まず、排温センサ17によって検
出された排気温度が三元触媒９の触媒反応まで至らない
低温領域（450℃未満）でエンジン及びエンジンルーム
過熱検出手段41の検出温度が適温の場合、空燃比が安
定，変動に拘らず、触媒温度を上昇させることが優先さ
れるので、制御弁31は第２図（ａ）の状態Ｉとして排気
をバイパスさせず、フロントチューブ５を直通させて排
気の放熱を抑制する。また、この低温では、第４図に示
すように空燃比の変動があった方が触媒の転化率が良い
ので、変動のある場合にはこの変動がそのまま三元触媒
９に影響を及ぼすので都合がよい。

排気温度が450℃以上、500℃未満となって三元触媒９の
触媒反応適正領域に達した場合、空燃比が安定のときは
制御弁31は第２図（ａ）の状態Ｉのまま排気を直通させ
る。一方、空燃比が、三元触媒９が有効に作用する範囲
内に収まらないように変動しているときは、制御弁31を
第２図（ｂ）の状態IIとして排気をフロントチューブ５
とバイパス通路27とに分流させる。このときの制御弁31
上流のフロントチューブ５内のＡ点での空燃比の変動波
形を第５図（ａ）に示す。これに対しバイパス通路27の
下流側端部のＢ点では、排気が迂回しているので、Ａ点
よりも時間ｔの遅れをもち、且つサージタンク29を通っ
ているので減衰し、第５図（ｂ）のような波形となる。
そして、フロントチューブ５を通る排気とこれより遅れ
をもったバイパス通路27を通る排気との合流したＣ点で
は、両者が相互に干渉し合って空燃比の変動が抑制され
第５図（ｃ）のような平準化された波形となる。これに
より、三元触媒９の転化率が大きく向上する。

排気温度が更に高まり、触媒によっては熱劣化の影響が
出る高温（例えば800℃以上）に至らなくても、例えば5
00℃を越えるようなある程度高温になると、第６図のよ
うに触媒転化率が低下するものがある（この図において
はNOの転化率低下が特徴的）。このため、触媒にとって
は可能な限り反応適温領域に排気温度を近づけ低下させ
る必要がある。したがって、空燃比が安定しているとき
は排気温度を低下させるために、制御弁31を第２図
（ｃ）の状態IIIとして排気の全量をバイパス通路27に
迂回させて排気の放熱を行う。一方、このとき空燃比が
変動している場合には、制御弁９を第２図（ｂ）の状態
IIとして排気をフロントチューブ５とバイパス通路27と
の双方に分流させ、空燃比の安定化と排気冷却とを合せ
て行う。

排気温度の上昇に伴って、エンジン及びエンジンルーム
過熱検出手段41の検出温度が高くなり、エンジン本体１
や他のエンジンルーム内諸部品に熱害を及ぼすようにな
った場合には、空燃比の安定，変動に拘らず制御弁31を
第２図（ａ）の状態Ｉとして排気をバイパスさせず、排
気のエンジンルーム内への放熱を抑えてエンジン本体１
やエンジンルーム内諸部品の熱害を防止する。

第７図は、車両排気試験の代表的な条件において、フロ
ントチューブ５とバイパス通路27とに分流した排気同志
が合流するまでの所要時間τ（バイパス排気の直通排気
に対する遅れ）と、排気流量ｑとの関係を示したもので
ある。これによると、所要時間τは排気流量が多い過渡
運転域程短くなっている。第８図は、この過渡運転域の
10モード試験中での０→40km/hまでの加速時における前
述した排気通路中のＡ〜Ｃ点の空燃比変動波形を示して
いる。これによれば、排気流量は加速初期から後期にな
るにつれて多くなるので、Ａ点に対するＢ点の加速初期
の遅れτ₁,同中期の遅れτ₂,同後期の遅れτ_３の関係は
τ_１＞τ_２＞τ_３となっている。すなわち、加速初期程
遅れが大きくなっている。また、この図からＢ点の空燃
比の変動ΔA/FbがＡ点の空燃比の変動ΔA/Faより小さ
く、更にＣ点の空燃比の変動ΔA/FcはΔA/Fbより小さく
なっていることがわかる。

なお、上記試験においては、サージタンク29を含むバイ
パス通路27全体の容積は5lで、直通排気量とバイパス排
気量との比は1:1である。

［考案の効果］以上説明してきたようにこの考案によれば、排気浄化用
触媒上流側の排気通路途中に、この通路を迂回するバイ
パス通路を設け、空燃比の変動が、排気浄化用触媒が有
効に作用する範囲内に収まらないような場合に、制御弁
を開閉動作させることによって排気の一部を分流後迂回
させ、再び合流させるようにしたので、合流点において
直通排気と直通排気に時間的に遅れをもったバイパス排
気とが相互に干渉し合い、この結果空燃比の変動による
影響を抑制することができ、触媒の排気浄化作用を大き
く向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第８図はこの考案の一実施例に係わり、第１
図は排気浄化装置の全体構成図、第２図（ａ）乃至第２
図（ｃ）は制御弁の回動位置を示す説明図、第３図は制
御弁の制御例を示す説明図、第４図は触媒入口温度と吸
入空気量とに対する触媒転化率特性図、第５図（ａ）乃
至（ｃ）は排気通路中の各点における空燃比の変動波形
図、第６図は触媒入口温度と触媒転化率との相関図、第
７図は車両排気試験における排気流量とバイパス排気の
遅れとの関係を示す説明図、第８図は車両加速時の空燃
比変動波形図である。１……エンジン本体、５……フロントチューブ（排気通
路）９……三元触媒（排気浄化用触媒）、19……コントロー
ルユニット（制御手段） 27……バイパス通路、31……制御弁 43……空燃比変動検出手段

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】エンジンの排気通路に設けた排気浄化用触
媒と、この排気浄化用触媒の上流側の排気通路途中に設
けられ排気通路を迂回するバイパス通路と、このバイパ
ス通路へ流れる排気の流量を制御する制御弁と、空燃比
の変動を検出する空燃比変動検出手段と、この空燃比変
動検出手段が、前記排気浄化用触媒が有効に作用する範
囲内に収まらないような変動を検出したとき、排気の一
部を前記バイパス通路に流すよう前記制御弁を制御する
制御手段とを有することを特徴とする排気浄化装置。