JPS58210311A - 排気ガス浄化装置 - 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】 本発明は、内燃機関から排出される排気ガス浄化装置に
関するものである。

内燃機関から排出される排気ガス中に含まれる望累戚化
物（ＮＯｘ）、−酸化炭素（ＣＯ）および戻化水累、（
ＨＣ）を同時に浄化処理するだめの触媒として三成分同
時処理触媒（以下、３ウエイ触媒という。）があるが、
この３ウエイ触媒は排気ガス中にＮＯＸやＯ３の酸化性
成分が多いとき、いわゆるリーンのときにはＮＯＸを還
元処理する能力か著しく低下する反面、ＣＯやｌ（Ｃの
還元性成分が多いとき、いわゆるリッチのときにはＣＯ
−？ＨＣを酸化処理する能力が著しく低下する。このよ
うなことから、上記触媒による排気ガスの浄化率を高め
るためには、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ　）を１４．７
にコントロールすることが最も望ましく、少なくとも１
４．７±０．６の適正範囲内に抑えることが要求されて
いる。この条件を満足させるべく前記空燃・比をコント
ロールするため、排気系統に排気ガス中の酸素濃度を検
出する酸素センサを取−υ付け、酸素センサが検出した
出力信号によって、吸気系に噴射される燃料噴射量をフ
ィードバック制御することにより前記空燃比をコントロ
ールしている。

しかしながら、機関始動時のように１峻累センサ素子温
匪が一定温度以下のときには酸素センサによる酸素温度
の正確な検出ができなくなるため、前述のフィードバッ
ク制御が困難となる。その結果、排気の空壁燃比は機関
が要求する吸気空燃比によって決定され、実際には潤滑
油の粘性や燃料油の粒子の大きさなどが影響して排気の
空燃比はリッチなって前記適正範囲を下回ることとなる
。これがために、触媒コンバータにおいて要求される酸
素！（空気量）が不足してＣＯやＨＣを酸化処理する能
力が低下し、とりわけ長時間使用時には要求酸素量が一
層増加することから、ＣＯ＋ＨＣを酸化処理する能力が
更に低下し、３ウエイ触媒によるＣＯやＨＣの浄化性能
が著しく損われるという問題があ゛　　つた。

また、３ウエイ触媒は、これが十分に活性化するにはあ
る程度高温になることが必要であシ、前述のフィードバ
ック制御を行なうには該３ウエイ触媒がｂ１定温度以上
になっていることが前提となる。しかしながら、３ウエ
イ触媒は酸素センサに対して熱容ｌがはるかに大きいの
で、排気ガス温度の上昇に応じて速かに温度上昇せず、
したがって、酸素センサが十分に昇温してもこれに追従
して前記触媒が昇温していない状態が存在し、良好な排
気ガス浄化処理を行なう上で大きな問題となっていた。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもの
であって、冷間始動時のように酸素センサ素子温度が一
定温度以下であっても十分な触媒反応を可能とし、もっ
てｃｏやＨＣの排気ガスの浄化性能の向上を図る・よ、
うＫした排気ガス浄化装置を提供することを目的として
いる。

このため本発明は、エキゾーストマニホールドに連なる
二次空気供給路にサクションパルプと電磁パルプを接続
し、３ウエイ触媒の温度を検出する温度センサを設け、
酸素センサによシ排気ガス温度を併せて検出するように
し、酸素センサの検出温度に応じた出力と温度センサか
らの出力とが入力されて、電磁パルプを開閉制御する制
御装置を設けたことを特徴とする。

以下に、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図ないし第４図において、１はエアクリーナ、２は
エアクリーナ１から吸気される空気をコントロールする
エアコントロールパルプで、このエアコントロールパル
プ２の圧力室２＆は、インテークマニホールド３のスロ
ットルバ々プ４上流側近傍の吸気負圧取出し口５に連通
され、エアコントロールパルプ２の圧力室２ｂは、イン
テークマニホールド３のスロットルバルブ４−！・“　
　下流側の吸気負圧取出し口６に連通している。

エアコントロールパルプ２は吸気負圧取出し口６に生ず
る吸気負圧が吸気負圧取出し口５に生ずる吸気負圧よシ
予め設定した一定差圧以上になるとき閉、そうでないと
き開となるように設定されている。

エアコントロールパルプ２とエキゾーストマニホールド
７とは二次空気供給路８を介して接続連通され、二次空
気供給路８の途中には、サクションパルプ９及び該サク
ションパルプ９の上流側において％磁バルブ１０が接続
されている。サクションパルプ９は機関のオーバーラツ
プ時、エキゾーストマニホールド７側に生ずる負圧の大
きさに見合った空気量をエキゾーストマニホールド９側
に吸気させる。また、電磁パルプ１０は、後述の酸素セ
ンサ１１及び触媒温度センサ１３の両出力に応じて、前
記二次空気供給路８を開閉するものである。

エキゾーストマニホールド７にはその合流部分において
排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１１が取シ
付けられ、酸素センサ１１よシ下流側には、３ウエイ触
媒を充挿した触媒コンバータ１２が設けられており、こ
の触媒コンバータ１２の出力側にはこの温度を検出する
触媒温度センサ１３が取シ付けられている。上記憶セン
サ１１，１３が検出した２つの出力信号は前記電磁バル
ブ１０に送られ、電磁バルブ１０はこの２つの出力信号
を介して作動される。

上記２つの出力信号社直接に電磁バルブ１０に送られて
該電磁バルブｌＯを作動させるものではなく、ここでは
第４図に示すように、一度、マイクロコンピュータから
なる制御装置Ａに入力され、ここで演算処理された信号
が電磁パルプ１０に開閉信号として出力されるようにな
っている。すなわち、酸素センサ１１が検出した出力信
号は互いに並列な２つの比較器１５．１６を経て記憶処
理装置１４に入力される一方、触媒温度センサ１３の出
力信号は比較器１７を経て記憶処理装置１４に入力され
るようになっている。

つまシ、酸素センサ１１は、従来同様に酸素濃度に応じ
て起電力を発生させるものであるが、本実施例ではこの
他に排気ガス温度の高低を検出する温度センサとしても
機能するようになつ。

ている。このため、酸素センサ１１には定電流が流され
ており、その温度変化に伴う内部インピーダンスの変化
によシ、該温度変化に伴った起電力の変化を生じさせる
ようになっている。

この温度変化（内部インピーダンスの変化）に伴う起電
力の変イレは、第５図に示すように、例えは、その出入
電圧が第５図に示す比較電圧Ｖ。

よシ大、すなわち、排気ガス温度が低いときに杜比較器
１６に優先して比較器１５より記憶処理装置１４に＠ｎ
傷号「１」が入力されるとともに比較器１６の駆動を停
止させ、逆に比較電圧■、よシ小であるときには、比較
器１５よシ記憶処理装置１ｔ１４に論理信号「０」が入
力されるとともに比較器１６を駆動させて比較器１５の
駆動を停止させるように設定されている。第５図中のｖ
オは比較器１６の比較電圧を示すが、［８センサ１１か
らの前記出力は、比較器１５を介して電磁バルブ１０開
閉用の信号として記・憶処Ｕ装置１４で処理されるもの
であり、また比較器１６を介して従来からの燃料供給系
へのフィードバック制御用の信号として記憶処理装置１
４で処理されるものである。

他方、触媒温度センサ１３の出力信号は触媒コンバータ
１２の温度が予め設定した切換温度（ここでは、３００
℃とした。）以下の低温のとき記憶処理装置１４に論理
信号「１」を入力し、そうでない３００℃を上回る＾温
のとき論理信号「０」を入力するように設定されている
。そして、前記両センサ１１，１３からの出力が論理信
号ｒｌＪ、ｒｌＪとして記憶処理装置１４に入力される
と、つまシ排気ガス温度が低く触媒コンバータ１２が３
００℃以下の低温になると、電磁パルプ１０に通電して
これを開弁さぜるようになっている。逆に、両センサ１
１，１３からの出力が論理信号ｒＯＪ、ｒＯＪとして記
憶処理装置１４に入力されると、ｉｍｉパルプ１０を開
弁するようになっている。

次に、上記構成の作用について説明する。

■先ず、機関が十分に冷えている冷間時にこれを始動さ
せると、排気ガス温度が低くて酸素センサ１１の出力（
起電力）は比較電圧呈以上を検知する一方、触媒コンバ
ータ１２も冷えたままなので触媒温度センサ１３も３０
０’Ｃ以下であることを検知する。したかっ−ｃ１酸素
センサ１１からの出力は、比較器１５を経て論理信号「
１」として記憶処理鋏ｔ１４に入力され、また触媒温度
センサ１３からの出力は、比較器１７を経てｈ理信号「
１」として記憶処理装置１４に入力される゛。この結果
、電磁バルブ１゜は開となシ、排気系統に二次空気が導
入され（第１図参照）、排気の空燃比はリッチからリー
ンにシフトされることとなる。

排気の空燃比がリーンすなわち空気過剰率λが大にシフ
トすると、第６図に示すように、低温時におりる触媒コ
ンバータ１２の浄化性能が著しく改善されることとなる
。第７図は、本発明装置を装着する前と装着した後とで
排気ガス（還元性成分）の象化率を測定した実験結果を
示すグラフ図である。この実験結果からも明らかなよう
に、図中Ａで示される本発明装置を装着する前に較べて
、図中Ｂで示される本発鴫装置を装着した後のほうが排
気カスの浄化率が著しく改善されている。勿論、このと
きは、比較器１６の駆動が停止されているので、酸素セ
ンサ１１による燃料供給系へのフィードバック制御は行
なわれない。

■次に、機関始動後、所定時間を経過すると、排気ガス
温度が高くなシ、この排気ガス温度に応答して比較的速
やかに酸素センサ１１の温度も上昇して、これからの出
力は論理信号「０」として記憶処理装置１４に入力され
る。一方、触媒コンバータ１２は、酸素センサ１１に比
して熱容量がはるかに大きいのでゆるやかに温度上昇し
、このため酸素センサ１１からの出力が論理信号「０」
として記憶処理装置１４に入力されても、触媒１渡セン
−サ１３からの出力は論理信号「１」としてなおも記憶
処理装置１４に入力され続ける。したがって、電磁パル
プ１０はなおも開状態を維持し二次空気が供給され続け
ることとなる。この状態Ｌ１いわけ触媒コンバータ１０
が活性化する前の過渡域というべきものであって、この
過渡域においては排気ガス中の酸素量を多くすることに
より、活性化していない触媒コンバータ１２によるＣＯ
や）ＩＣの還元性取分を浄化（酸化）する上で好ましい
ものとなる。

また、この状態では、比較器１６の駆動が開始され、酸
素センサ１１による燃料供給系へのフィードバック制御
が開始される。この場合、排気ガス温度が第・５図にお
けるＡ点とＢ点との間にあるときは、Ｖ累センサ１１か
らの出力は酸素濃度に基つくものよりは、排気ガス温度
の影舎を大きく受けてこの温度に基づいて比較電圧■、
よりも大きい起電力を発生して、空燃比がリッチである
ことを検出して燃料供給系がリーン化を進めるような制
御を行なってしまうが、このときは前述のように、触媒
コンバータ１２が禾だ十分な温度になっていないので、
リーン化がより進んでも前記■で述べた理由により例等
問題を生じない。

■機関の暖機高負荷運転が続くと、やがて触媒コンバー
タ１２の温度が３００℃以上に上昇し、これによシ触媒
温度センサ１３からの出力は、論理信号ｒｌＪとして記
憶処理装置１４に入力される。これにより、電磁パルプ
１０は閉とされ、二次空気供給が停止される（第２図参
照）。一方、このとき排気ガス温度は十分に高いので、
酸素センサ１１は第５図中Ｂ点での温度よりも島温とな
って、通常のフィードバック制御用として利用される。

すなわち、比較器１６の比較電圧Ｖ、を基準電圧として
、酸素濃度に応じた起電力と比較電圧Ｖ、の差が出力信
号となって記憶処理装置１４に入力され、この入力に応
じて燃料供給系へのフィードバラ・り制御が行なわれる
のである。

■この後、機関をアイドリング状態にする等、排気ガス
温度の低い運転状態に移行すると、酸素センサ１１から
の出力は論理ａｔ号「１」として記憶処理装置１４に入
力されるが、触媒コンバータ１２は速やかに温度下降し
ないので、触媒温度センサ１３からの出力はなおも論理
信号「０」として記憶処理装置１４へ入力される。

したがって、電磁バルブ１０は閉とされて二次空気供給
は停止された１１である。勿論、比較器１６の駆動が停
止されるので、フィードバック制御も行なわれないこと
となる。このときは、触媒コンバータ１２が十分に活性
化している温度に保たれているので、二次空気供給が行
なわれなくても、ＣＯやＨｅの還元性成分が十分に浄化
される。

■さらに、アイドリンク運転が続いて触媒コンバータ１
２が３００℃以下になると、触媒温度センサ１３からの
出力は論理信号「１」として記憶処理装置１４に入力さ
れる結果、電磁パルプ１０が開とされ二次空気供給が行
なわれることとなる。このときのＣＯやＨＣの浄化は、
前述した■の冷間始動時の場合と同様に良好に行な゛わ
れる。

■減速時においては、両負圧取出し口５と６との差圧が
大きくなる結果、エアコントロールパルプ２が閉となシ
、二次空気供給は前記■〜■の状態とは無関係にこれに
優先して停止される。このときは、通常、燃料供給系か
らの燃料供給がカットされるので、排気ガス浄化上例等
の問題もない。。

以上実施例でＬ１温度センサ１３が触媒コンバータ１２
の出口温度を検出するようにしたが、入口温度や前記両
出入口の中間部の温度を検出するようにしてもよい。

上述したように、本発明によれに、エキゾーストマニホ
ールドに連なる二次空気供給−にサクションパルプと電
磁パルプとを接続し、該電磁パルプは、排気ガス温度を
検出する酸素センサの出力と３ウエイ触媒の温度を検出
する温度センサの出力とを制御装置に入力せしめて開閉
制御させたので、機関効率を伺等低下させることなく、
排気の空燃比のコントロールを、常時、安定的に維持し
、３ウエイ触媒によるＣＯやＨｅの酸化処理性能が向上
し、もって排気ガスの浄化率を大幅に高めることができ
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示すもので、
第１図は排気ガス温度が低温のときのシステム図、第２
図は排隼ガス温度が高温のときのシステム図、第３図は
排気ガス温度が低温、かつ減速状態のときのシステム図
、第４図は本発明に係る制御システムの狭部で示す制御
ブロック図、 第５図は酸素センサの出力電圧と該センサの素子温度と
の関係を示す特性図、第６図は触媒コンバータの浄化率
と排気ガス温度との関係を示す特性図、第７図は本発明
装置を装着する前と装着後の排気ガスの浄化率を示すグ
ラフ図でフある。 ７・・・・・・・・・　エキゾーストマニホールド８・
・・・・・・・・二次空気供給路 ９・・・・・・・・・サクションパルプ１０・・・・・
・電磁パルプ １１・・・・・・は素センサ １．２・・・・・・触媒コンバータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　排気系統に酸素センサ及びこの下流側におい
   て３ウエイ触媒を配設してなる内燃機関の排気浄化装置
   において、 エキゾーストマニホールドに連なる二次空気供給路にサ
   クションパルプと電磁バルブとを接続し、 前記３ウエイ触媒の温度を検出する温度センサを設け、 前記酸素センサによシ、排気ガス温度を併せて検出する
   ようにし、 前記酸素センサの検出温度に応じた出力と前記温度セン
   サからの出力とが入力されて、前記電磁バルブを開閉制
   御する制御装置を設けた、 ことを特徴とする排気ガス浄化装置。