JPS5836174B2 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は排気ガス浄化装置に関するものである。

一般に、排気系に触媒コンバータを備え、該触媒コンバ
ータにより排気ガス中の有害成分を低減する排気ガス浄
化装置においては、上記触媒コンバータによる排気ガス
浄化効率を向上する為６こ、燃焼室に供給される混合気
の空燃比を略理論空燃比付近６こ設定し、維持すること
が好ましい。

例えば三元触媒コンバータによりＮＯＸ，ＨＣ ，ＣＯ
等有害成分を同時に還元又は酸化反応せしめる時には、
混合気の空燃比を略理論空燃比±０．１程度に維持し、
還元触媒コンバータ６こよりＮＯｘを還元反応せしめる
時（こは、理論空燃比よりやや小さいいわゆる濃混合気
とすることが好ましい。

従来、上記混合気の空燃比を略理論空燃比又はその近傍
に設定し維持する混合気供給装置として、吸入空気量に
対し該設定空燃比に応じた燃料を、電子制御回路６こよ
り制御して吸気通路σこ噴射する電子制御燃料噴射装置
が提案され、採用されているが、極めて高価で、整備が
困難である等の不具合を有していた。

本発明は上記に鑑みて提案されたもので、エンジン本体
ｌこ設けられた燃焼室、同燃焼室６こ主吸気弁を介して
吸気を供給する主吸気通路、目主吸気通路に設けられ吸
気流量を制御する絞り弁、上記燃焼室に空気、混合気等
の気体を噴射する噴射孔、ｎ噴射孔に連通ずるととも６
こ上記主吸気通路とは別個６こ設けられた副吸気通路、
世副吸気通路に設けられた制御弁、上記燃焼室から排出
される排気ガスを排出する排気系、一排気系６こ配設さ
れた触媒コンバーク、上記排気系の触媒コンバータ上流
位置に設けられた酸素センサ、及ひ目酸素センサの検出
信号に応じて上記副吸気通路の制御弁を制御する制御手
段を備え、上記酸素センサの検出信号に応じて燃焼室に
供給される混合気の空燃比を制御するようｌこ構成した
ことを特徴とする排気ガス浄化装置を主要旨とするもの
である。

坦下木発明の第１実施例を第１図〜第４図に従って説明
する。

２はエンジン全体を示し、気化器４により形成された混
合気を吸気マニホルド６を介してエンジン本体８の燃焼
室１０６こ供給する吸気系１２と、上記燃焼室１０から
排出される排気ガスを大気に放出する排気系１４とを有
している，上記気化器４は１次混合気通路１６と２次混
合気通路１８とを有し、吸気マニホルド内通路２０及び
エンジン本体８の吸気ポート２２に連通して主吸気通路
２４を形戒する。

上記両混合気通路１６及ひ１８には、それぞれインナベ
ンチュリ２６，２８、アウタベンチュｌＪ３０，３２，
及び絞り弁３４．３６が設けられ、上記インナベンチュ
リ２６２８に配設されたメインノズル３８．４０かラ供
給される燃料と、上記混合気通路１６及び１８を通過す
る空気と６こより混合気が形成され、エンジン本体８の
吸気ポートから燃焼室１０６こ供給される。

４２は上記主吸気通路２４とは別個６こ形成された副吸
気通路で、上流端４４は上記アウタベンチュＩＪ ３
０ ， ３ ２の上流側Ｇこ開口し、下流端４６は吸気
マニホルド６ｃこ一体６こ形成されたマニホルド副通路
４８、エンジン本体８のシリンダヘッド５０６こ形成さ
れたシリンダヘッド副通路５２゜を介し、燃焼室８に面
して配設された噴射孔５４に連通し、下記絞り弁３４．
３６σこ制限されることなく上記燃焼室８内の吸気負圧
に吸引されて噴射される。

上記噴射孔５４は噴射筒５６が上記シリンダヘッド５０
に圧入されて形成され、吸気ポート２２の図示しない吸
気弁を開閉するロツカアーム５８と一体に形成された副
ロツカアーム６０により開閉される副吸気弁６２と、同
副吸気弁６２が摺動自在６こ嵌装されたスリーブ６４と
の間隙６６が、上記スリーブ６４とシリンダヘッド５０
との間隙６８と連通しさらＧこ上記ヘッド副通路５２に
連通している。

上記噴射孔５４はシリンダヘッド５０Ｇこ設けられた点
火プラグ７０の、燃焼室１０内６こ篩した火花間隙７２
６こ略指向して形成される。

上記排気系１４は、上記シリンダヘッド５０６こ固着さ
れた排気マニホルド７４、Ｆｌ排気マニホルド７４の下
流Ｇこ配設された還元触媒コンバータ７６及び酸化触媒
コンバータ７８、上記還元触媒コンバータ１６の上流位
置に設けられた酸素センサ８０、上記両触媒コンバータ
７６．７８の間に設けられた２次空気供給千段８２を備
えている。

上記酸素センサ８０は、第４図に示す如く、排気ガス中
に酸素成分が多い時すなわち燃焼室１０６こ供給される
混合気の空燃比が大きい希望混合気である時には、低い
起電力を発し、排気ガス中に酸素成分が少ない時すなわ
ち混合気が濃混合気である時には高い起電力を発し、理
論空燃比Ｉこおいて上記起電力の特性が急激に変化する
特性を有している。

８４は上記副吸気通路４２に設けられた制御弁で、上記
酸素センサ８０、及び吸気マニホルド６の冷却水通路８
５に設けられた温度検出器８６の信号ｌこより作動する
もので、上記制御弁８４はスプリング８８により上記副
吸気通路４２を開く方向ζこ付勢されており、ソレノイ
ド９０を有している。

９２は上記ソレノイド９０のコントローラで、上記ソレ
ノイド９０および電源９４と接続され、上記酸素センサ
８０、及ひ温度検出器８６の信号（こより、冷態始動時
等のＮＯｘが少な＜ＨＣ，ＣＯ等の戒分が多い時には上
記ソレノイド９０には常時通電が停止され、上記制御弁
８４はスプリング８８の付勢力により副吸気通路４２を
開く。

温態運転時には酸素センサ８０の信号によりソレノイド
９０Ｃこ通電され、又はされず、同ソレノイド９０によ
り制御弁８４は制御される。

ここで、上記気化器４の空燃比は例えば１３〜１４程度
の、理論空燃比より小さい値に設定し、上記コントロー
ラ９２は酸素センサ８０が、燃焼室１０Ｉこ供給される
混合気の空燃比が大きい時に発生する低起電力信号によ
ってのみその後所定時間上記ソレノイド９０へ通電する
ように形成される。

この為、温態運転時には、混合気の空燃比が大きい時６
このみ上記ソレノイド９０への通電し、混合気の空燃比
が小さい時６こは上記ソレノイド９０へは通電されない
ので、上記燃焼室１０に供給される混合気の平均的な空
燃比は、理論空燃比よりやや小さい、濃混合気の状態と
なる。

上記構成６こより、冷態始動時およびその後の冷態運転
時等、燃焼室内での燃焼が不安定となり易く、ＮＯｘの
発生しＣこくい時には、上記吸気マニホルド６の冷却水
通路８５内に設けられた温度検出器８６の信号６こより
、上記コントローラ９２を介して副吸気通路４２の制御
弁８４を開放するので、燃焼室１０内の吸気行程におけ
る負圧によって副吸気通路４２等を介し噴射孔５４から
空気が噴射される。

このため該空気の強力な噴射Ｑこより該燃焼室１０内の
混合気を希釈し、点火プラグの火花間隙７２近辺を掃気
して着火を容易にし、燃焼室１０内の混合気に渦流又は
乱流を与え安定した急速な燃焼を行なわしめるとともに
、排気系１４においては、該希釈された混合気は、排気
ガス中に酸素戒分を多量に含有しているので上記還元触
媒コンバータ７６をも酸化雰囲気に変換して酸化反応を
行なわしめ、酸化触媒コンバータ７８とともに排気ガス
中の未燃焼威分を有効に低減せしめる。

この時６こは、酸化触媒コンバータ７８上流の２次空気
供給千段８２からは２次空気の供給を停止せしめること
が好ましい。

暖機運転後、又は温態始動時等には、上記温度検出器８
６の信号及び酸素センサ８０の信号により、混合気の空
燃比が犬となり希薄混合気となった時には該酸素センサ
８０は低起電力を発し、該信号に基き、上記コントロー
ラ９２は所定時間上記ソレノイド９０へ通電して副吸気
通路４２に設けられた制御弁８４を閉じ、混合気を濃化
せしめ、上記所定時間経過後、通電を停止し制御弁８４
を開放する。

従って、該運転時６こおいては、燃焼室１０へ供給され
る混合気の平均的空燃比は理論空燃比よりやや小さい濃
混合気の状態となり、還元触媒コンバータγ６０こおけ
るＮＯｘの浄化率を向上せしめ、酸化触媒コンバータ７
８においては２次空気供給千段８２により供給される２
次空気６こより酸化反応が促進されて未燃焼成分の浄化
率を向上せしめる。

従って、本実施例によれば、燃焼室１０内に主吸気通路
２４を介して混合気を供給するととも（こ、上記主吸気
通路２４とは別個に設けられた副吸気通路４２を介し噴
射孔５４から空気を噴射せしめるよう（こ形成し、且つ
排気系１４６こ設けられた酸素センサ８０の信号に応じ
て上記副吸気通路４２に設けられた制御弁８４を開閉制
御するように構或したので、安価で構造が簡単な排気ガ
ス浄化装置を提供することができる。

又、本実施例６こよれば所定の運転範囲、すなわち暖機
運転後、又は温態始動時等、排気ガス中６こＮＯｘの多
い運転範囲において燃焼室１０に供給される混合気の空
燃比を理論空燃比よりやや小さい濃混合気とし、排気系
１４ｌこおける還元触媒コンバータ７６でのＮＯｘの浄
化率を向上せしめる作用効果を奏する。

さら６こ、副吸気通路４２ｌこ設けられた制御弁８４は
、排気系１４に設けられた酸素センサ８０の検出信号に
より、混合気が希薄である時のみ、上記副吸気通路４２
を閉じることによって混合気を濃混合気とするようＧこ
作動されるものであるから、安価で、且つ、理論空燃比
近傍の検出のみ可能である酸素センサを用いて理論空燃
比より小さい値に混合気を設定できる等の作用効果を奏
する。

又、％６こ運転が不安定となり易い冷間始動時等におい
て、副吸気通路４２を介して燃焼室１０内に空気を噴射
し、運転を安定ならしめるととも６こ燃焼を改善し、燃
費を向上せしめる等の作用効果を奏する。

上記実施例においては、排気系１４６こ設けられた還元
触媒コンバータ７６におけるＮＯｘの浄化率を向上する
為にコントローラ９２６こより、混合気の空燃比を理論
空燃比より小さくなるようＩこ制御せしめたが、第５図
に示す本発明の変形例の如く、排気系１４に三元触媒コ
ンバータ９６を設けた場合６こは、上記コントローラ９
２を酸素センサ８０の、理論空燃比より小さい時に発す
る高起電力信号と、理論空燃比より大きい時６こ発する
低起電力信号との両者に応じ、常に理論空燃比近傍に混
合気を設定する如く副吸気通路に設けられた制御弁を開
閉制御するよう６こしても良く、この場合には、混合気
を理論空燃比近傍に設定することによって、三元触媒コ
ンバータ９６の、ＮＯｘ ，ＨＣ及びＣＯに対する浄化
効率を向上せしめる作用効果を奏する。

上記実施例においては、副吸気通路に設けられた制御弁
を開閉制御することにより、噴射孔を介して燃焼室に供
給される空気量を制御して混合気の空燃比を変化制御せ
しめたが、以下第６図に基いて、噴射孔を介して供給さ
れる空気量を変化することなく混合気の空燃比を変化制
御せしめる本発明の第２実施例を説明する。

本実施例においては、上記第１実施例とエンジン本体８
及び排気系１４は全く同一であるので特に詳細な説明は
省略する。

吸気系１２を構成する気化器１００は、混合気通路１０
２を有し吸気マニホルド１０４内の通路１０６を介して
エンジン本体８の燃焼室に連通して主吸気通路１０γを
形成する。

上記混合気通路１０２にはインナベンチュリ１０８、ア
ウタベンチュリ１１０、及び絞り弁１１２が設けられ、
上記インナベンチュリ１０８に配設されたメインノズル
１１４から供給される燃料と、上記混合気通路１０２を
通過する空気とにより混合気が形成され、エンジン本体
８の燃焼室に供給される。

１１６は上記主吸気通路１０７とは別個に形成された副
吸気通路で、上流側は２又に分離して第１通路１１８は
アウタベンチュリ１１０の上方で例えばエアクリーナ１
２０の空気清浄側に連通し、第２通路１２２はアウタベ
ンチュリ１１０と絞り弁１１２との間に開口し、下流側
は吸気マニホルド１０４に形成されたマニホルド副通路
１２２を介して燃焼室の噴射孔に連通している。

上記第１通路１１８には、第１制御弁１２４が設けられ
スプリング１２６Ｇこより常閉方向に付勢されていると
ともに第１ソレノイド１２８６こより開閉制御され、上
記第２通路１２２Ｉこは第２制御弁１３０が設けられス
プリング１３２により常閉方向に付勢されているととも
に第２ソレノイド１３４により開閉制御される。

１３６はコントローラで、排気系１４６こ設けられた酸
素センサ１３８の検出信号により上記第１、第２ソレノ
イド１２８及び１３４６こ適宜電流を供給して第１、第
２制御弁１２４及び１３０を開閉制御するものである。

ここで、上記第１通路１１８から燃焼室内６こ空気が噴
射供給される場合６こは、主吸気通路１０７を介して燃
焼室内に供給される空気及び燃料が減少することと、上
記噴射空気６こより混合気が希釈されること（こより混
合気の空燃比は増大する。

又、上記第２通路１２２から燃焼室内に空気が噴射供給
される場合６こは、該噴射空気は、主吸気通路１０７の
インナベンチュリ１０８を通過する空気である為に一イ
ンナベンチュリ１０８のメインノズル１１４から噴出し
た燃料を含み、該メインノズル１１４から噴出する燃料
は上記第１通路１１８から空気が供給される場合より多
くなる。

従って燃焼室内に供給される混合気は、第１通路１１８
のみ番こより噴射空気を供給した場合σこは空燃比が犬
で希薄混合気となり、第２通路１２２のみにより噴射空
気を供給した場合には空燃比が小で濃混合気となる。

上記コントローラ１３６は、上記第１制御弁１２４と第
２制御弁１３０の開度が略逆比例するようにそれぞれ第
１、第２両ソレノイド１２８，１３４に供給する電流を
制御するもので、燃焼室に供給さえている混合気の空燃
比が犬である時すなわち酸素センサ１３８の信号が低起
電力を発している時６こは上記第１制御弁１２４を閉じ
る方向に制御し、且つ第２制御弁１３０を開く方向に制
御し、副吸気通路１１６を介して燃焼室６こ噴射供給さ
れる空気量を実質的に変化することなく混合気を濃化し
て理論空燃比になるように制御する。

又、燃焼室（こ供給されている混合気の空燃比が小であ
る時すなわち酸素センサ１３８の信号が大起電力を発し
ている時には、上記と逆６こ第１制御１２４を開く方向
６こ制御し且つ第２制御弁１３０を閉じる方向６こ制御
して混合気を希釈して理論空燃比になるように制御する
。

１４０は電源である。上記構或により、副吸気通路１１
６の上流側の第１通路１１８０こ設けられた第１制御弁
１２４と、第２通路１２２に設けられた第２制御弁１３
０とを介して、エンジン本体８の燃焼室内に噴射供給さ
れる空気または混合気により、点火プラグの火花間隙近
辺を掃気して着火を容易にし、燃焼室内の混合気に渦流
又は乱流を与え安定した急速な燃焼を行なわしめる。

又、上記酸素センサ１３８の信号により制御されるコン
トローラ１３６の作動により、上記噴射空気又は混合気
の流量を変えることなく副吸気通路１１６を介して燃焼
室内に噴射供給される空気又は混合気の空燃比を変化せ
しめることによって燃焼室内の混合気の空燃比を理論空
燃比近傍に設定する。

従って、本実施例によれば特（こ低中負荷運転時等の絞
り弁１１２開度が小さい時に、上記副吸気通路１１６を
介して燃焼室内に噴射供給される空気又は混合気により
、燃焼を安定ならしめるととも６こ、該噴射空気又は混
合気の空燃比を、第１通路１１８の第１制御弁１２４と
第２通路１２２の第２制御弁１３０の開度を制御するこ
と６こより変化せしめるので、極めて簡単な構造で容易
且つ確実６こ、燃焼室内の混合気の空燃比を所定の運転
範囲で理論空燃比近傍に制御せしめる等の作用効果を奏
する。

上記実施例においては、第２通路１２２に第２制御弁１
３０を設けて制御したが、該第２通路１２２は常時副吸
気通路１１６と連通ずるようにし、第１通路１１８の第
１制御弁１２４のみにより空燃比を制御するようＣこし
ても本実施例と一様の作用効果を奏する。

又、上記各実施例Ｃこおける制御弁は、ＯＮＯＦＦ式の
もの、可変絞り式のもの、又は、多段階ＯＮ−ＯＦＦ式
のもの等種々適用し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す概略説明図、第２図
は第１図の部分断面説明図、第３図は副吸気通路の制御
手段を示す概略説明図、第４図は酸素センサの信号特性
図、第５図は本発明の変形例を示す部分説明図、第６図
は本発明の第２実施例を示す概略説明図である。 ４：気化器、８：エンジン本体、１０：燃焼室、１２：
吸気系、１４：排気系、２４：主吸気通路、２６．２８
：インナベンチュリ、３０，３２：アウタベンチュリ、
３４，３６：絞り弁、４２：副吸気通路、５４：噴射孔
、７０：点火プラグ、７２：火花間隙、７６：還元触媒
コンバータ、７８：酸化触媒コンバータ、８０：酸素セ
ンサ、８４：制御弁、９０：ソレノイド、９２：コイ，
．トローラ、１００：気化器、１０７：主吸気通路、１
０８：インナベンチュリ、１１０：アウタベンチュリ、
１１６：副吸気通路、１１８：第１通路、１２２：第２
通路、１２４：第１制御弁、１３０：第２制御弁、１３
６：コントローラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エンジン本体に設けられた燃焼室、同燃焼室に主吸
   気弁を介して吸気を供給する主吸気通路、同主吸気通路
   に設けられ吸気流量を制御する絞り弁、上記燃焼室に空
   気、混合気等の気体を噴射する噴射孔、目噴射孔に連通
   ずるとともに上記主吸気通路とは別個６こ設けられた副
   吸気通路、団副吸気通路Ｃこ設けられた制御弁、上記燃
   焼室から排出される排気ガスを放出する排気系、目排気
   系に配設された触媒コンバータ、上記排気系の触媒コン
   バータ上流位置に設けられた酸素センサ、及び目酸素セ
   ンサの検出信号に応じて上記副吸気通路の制御弁を制御
   する制御手段を備え、酸素センサの検出信号に応じて燃
   焼室に供給される混合気の空燃比を制御するように構成
   したことを特徴とする排気ガス浄化装置。 ２ エンジン本体Ｃこ設けられた燃焼室、ｎ燃焼室Ｃこ
   主吸気弁を介して吸気を供給する主吸気通路、目主吸気
   通路に設けられ吸気流量を制御する絞り弁、上記燃焼室
   に空気、混合気等の気体を噴射する噴射孔、目噴射孔に
   連通ずるとともに上記主吸気通路とは別個に設けられた
   副吸気通路、目副吸気通路に設けられた制御弁、上記燃
   焼室から排出される排気ガスを放出する排気系、目排気
   系に排気ガス流れ方向に順次配設された還元触媒コンバ
   ータ及び酸化触媒コンバータ、上記排気系の還元触媒コ
   ンバータ上流位置に設けられた酸素センサ、及び一酸素
   センサの検出信号に応じて上記副吸気通路の制御弁を制
   御する制御手段を備え、上記酸素センサの検出信号に応
   じて燃焼室６こ供給される混合気の空燃比を理論空燃比
   より小さい値に制御するように構成したことを特徴とす
   る排気ガス浄化装置。 ３−エンジン本体（こ設けられた燃焼室、一燃焼室に主
   吸気弁を介して吸気を供給する主吸気通路、目主吸気通
   路に設けられ吸気流量を制御する絞り弁、上記燃焼室に
   空気、混合気等の気体を噴射する噴射孔、同噴射孔に連
   通ずるとへ，もに上記主吸気通路とは別個に設けられた
   副吸・気通路、一副吸気通路に設けられた制御弁、上記
   燃焼室から排出される排気ガスを放出する排気系、ｎ排
   気系６こ配設された三元触媒コンバータ、上記排気系の
   三元触媒コンバータ上流位置に設けられた酸素センサ、
   及び目酸素センサの検出信号６こ応じて上記副吸気通路
   の制御弁を制御する制御手段を備え、上記酸素センサの
   検出信号に応じて燃焼室６こ供給される混合気の空燃比
   を理論空燃比近傍６こ制御するように構威したことを特
   徴とする排気ガス浄化装置。