JPS5928014A - 内燃機関の排気ガス浄化装置 - 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】 本発明は内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。

排気ガス中の有害三成分）（Ｃ、ＣｏおよびＮＯｘを同
時に低減することのできる触媒として、三元触媒が知ら
れている。この三元触媒の浄化効率Ｒは第１（ａ）図に
示されるように空燃比Ａ／Ｆがほぼ理論空燃比であると
きに最も高くなり、例えば８０パ一セント以上の浄化効
率Ｒを得ることのできる空燃比領域は空燃比が０．０６
程度の狭い巾である。通常、このように８０パ一セント
以上ノ浄化効率を得ることのできる空燃比領域をウィン
ドウＷと称する。従って、三元触媒を用いて排気ガス中
の有害三成分を同時に低減するためには空燃比をこの狭
いウィンドウＷ内に常時に維持しなければならない。こ
のために従来の排気ガス浄化装質では、空燃比が理論空
燃比よりも大きいか小さいかを判別可能な酸素濃度検出
器を機関排気通路に取付け、この酸素濃度検出器の出力
信号に基いて空燃比がウィンドウＷ内の空燃比となるよ
うに制御している。しかしながらこのような酸素濃ｔＷ
検出器を用いた排気ガス浄化装置では高価な酸素濃度検
出器および空燃比制御のための高価な電子制御ユニット
を必要とするために排気ガス浄化装置の製造コストが高
騰するという問題がある。

ところが最近になって、Ｓ　Ａ　Ｂ　ｐａｐｅｒ　Ｎ［
１７６０２０１号、或いは特公昭５６−４７４１号公報
に記載されているように三元触媒の機能が次第に解明さ
れ、三元触媒が酸素保持機能を有することが判明したの
である。即ち、空燃比が理論空燃比に対（−てリーン側
にあるときには三元触媒がＮＯｘから酸素を奪い取って
ＮＯｘを還元させると共にこの奪い取った酸素を保持し
、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側になると保持した
酸素を放出（−てＣ０１ＨＣの酸化を行なうのである。

従って空燃比を成る基準空燃比に対してリーフ側とリッ
チ側に交互に変動させると基準空燃比が理論空燃比から
ずれたとしても上述の酸素保持機能によりＮＯｘの還元
作用およびＣＯ＠ＨＣの酸化作用が促進されて高い浄化
効率を得ることができる。第１図（ｂ）は空燃比を周波
数Ｉ　Ｈｚで基準空燃比に対して±１．０だけ変動させ
次場合の基準全燃比Ａ／、のウィンドウＷ０を示してい
る。第１　（ａ）図および第１（ｂ）図がら空燃比を一
定周波数で変動させた場合にはウィンドウＷ０が広くな
ることがわかる。このことは、９燃比を一定周期で変動
嘔せれば基準空燃比が理論空燃比から多少ずれていたと
しても高い浄化効率が得られることを意味している。一
方、空燃比の変動周波数を短かくすると、即ち空燃比の
変動周期を長くすると三元触媒の酸素保持能力が飽和す
るために酸素保持機能に基づく酸化還元能力が低下し、
三元触媒の浄化効率が低下する。第１（Ｃ）図はこのこ
とを明瞭に示している１、第１（ｃ）図において縦軸Ｒ
は浄化効率を示し、横軸Ｆは空燃比の変動周波数を示す
。また、空燃比の変動中を小さくすると空燃比をリッチ
側とり−ｙ側に交互に変動できなくなるのでウィンドウ
の巾は狭くなる。従ってウィンドウの中を広くするには
最適々空燃比の変動周期と変動中が存在することがわか
る。

上述のように基準空燃比に対する空燃比の変動中および
変動周波数を適切に選定すればウィンドウが広くなり、
従って基準空燃比が理論空燃比に対して多少変動しても
高い浄化効率を得ることができる。このことは、基準空
燃比の変動中の狭い燃料供給系を用いれば酸素濃度検出
器の出力信号によるフィードバック制御を用いなくても
高い浄化効率を得ることができることを意味している。

熱論、燃料供給系として燃料噴射弁を用いれば基準空燃
比の変動中を狭くすることができるが燃料噴射装置は高
価であるために機関の製造コストが、高くなってしまう
。従って機関の１１造コストを低く抑えるためには気化
器を用いることが必要となる。しかしながら従来の固定
ベンチュリ型気化器でけ基準空燃比の変動中が広く、ま
た従来の可変ベンチュリ型気化器では加速時に、或いは
機関温度によって基準空燃比が大きく変動するのでこれ
らの固定ベンチュリ型気化器、或いはり変ベンチ）り型
気化器を用いても高い神化効率を得るのは困難である。

本発明はｒｉ！素濃度検出器を用いることなく、価格の
低い気化器を用いて高い排気ガス浄化効率を確保するこ
とのできる排気ガス浄化装置を提供することにある。

以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第２図を参照すると、１に吸気マニ７トルド、２は吸気
マニホルド１上に取付けられた可変ぺｙチュリ型気化器
、３を丁排気マニホルド、４は触媒コンバータを夫々示
し、触媒コンノく−２４の内ｉＫは三元モノリス触媒５
が配國される。可変ペンチエリ型気化器２に気化器ノ・
ウジング６と、ノ・ウジフグ６内を画直方向１／ＩＩｍ
延びる吸気通路７と、吸夕（通路７内を横方向に移動す
るサクシコンピストン８と、サクションピストン８の先
端面にＪ４にイζｔ＆ｊらレタ＝−）”ル９と、サクシ
コンピストン３の先端面に対向して吸気通路７の内壁面
上に固定されたスペーサ１０と、サクションピストン８
下流の吸気通路７内に設けられ１ヒスロツトル弁１１と
、フロート室１２とを具備し、サクションピストン８の
先端面とスペーサ１０間にはベンチェ１ノ部１３が形成
される。気化器ノーウジング６Ｖこは中空円筒状のケー
シング１４が固定され、こｅ）ケーシング１４にはケー
シング１４の内部でケーシング１４の軸線方向に延びる
案内スリーブ１５が取付ｉｔられる。案内スリーブ１５
内には多数のボール１６を備えた軸受１７が挿入され、
また案内スリーブ１５の外端部は盲蓋１８に二って閉鎖
される。一方、サクションピストン８には案内ロッド１
９が固定はれ、この案内ロッド１９は軸受１７内に案内
ロッド１９の軸線方向に移動可能に挿入される、このよ
うにサクションピストン８は軸受１７を介してゲージン
グ１４により支持されるのでサクションピストン８はそ
の軸線方向に滑らかに移動することができる。ゲージン
グ１４の内部はサクションピストン８によって負圧室２
０と大気圧室２１とに分割され、負王室２０内にはサク
ションピストン８を常時ベンチュリ部１３に向けて押圧
する゛圧縮ばね２２が挿入される。負圧室２０＃：ｔサ
クションピストン８に形成されたサクション孔２３を介
してベンチュリ部１３に連結され、大気圧室２１は気化
器ハウジング６に形成された空気孔２４を介してサクシ
ョンピストン８上流の吸気通路７内に連結される。

一方、気化器ハウジング６内にはニードル９が侵入可能
々ようにニードル９の軸線方向に延びる燃料通路２５が
形成され、この燃料通路２５内には計量ジェット２６が
設けられる。計量ジェット２６上流の燃料通路２５は下
方に延びる燃料パイプ２７を介してフロート室１２に連
結され、フロート室１２内の燃料はこの燃料バイブ２７
を介して燃料通路２５内に送り込まれる。更に、スペー
サ１０には燃料通路２５と共軸的に配置された中空円筒
状のノズル２８が固だされる。このノズル２Ｂはスペー
サ１０の内壁面からベンチエリ部１３内に突出し、しか
もノズル２８の先端部の下半分は下半分から更にサクシ
ョンピストン８１Ｃ向けて突出している。ニードル９に
ノズル２８および計量ジェット２６内を貫通して延び、
燃料はニードル９と計量ジェット２６間に形成される環
状間隙によジ計量された後にノズル２８から吸気通路７
内に供給される。

第２図に示されるようにスペーサ１０の上端部には吸気
通路７内に向けて水平方向に突出する隆起壁２９が形成
され、この隆起壁２９とサクションピストン８の先端部
間において流量制御が行なわれる。機関運転が開始され
ると空気は吸気連絡７内を下方に向けて流れる。このと
き空気流はサクションピストン８と隆起壁２９間におい
て絞られるためにベンチュリ部１３には負圧が発生し、
この負圧がサクション孔２３を介して負圧室２０内に導
びかれる。サクションピストン８は負圧室２０と大気圧
室２１との圧力差が圧縮ばね２２のばね力により定まる
ほぼ一定圧となるように、即ちベンチュリ部１３内の負
圧がはは一定となるように移動する。

第３図および第４図を参照すると、ニードル９の上流側
に位置するサクションピストン先端面部分はその全体が
ニードル９の取；寸端面３０からニードル９の先端部に
向けて隆起しており、このサクションピストン先端面部
分上には吸気通路７の軸線方向に延びる凹溝３１が形成
される。この凹溝３１の上流側端部３１ａはＵ字形断面
形状をなすと共にニードル取付端面３０よりもニードル
９の先端部に近い側に位置しており、残りの凹溝部分３
１ｂは上流側端部３１ａからニードル取付端面３０まで
ほぼまっすぐに延びる。更に、ニードル９よすも上流側
に位置するサクションピストン先端面部分の断面形状は
凹溝３１からベンチュリ部１３に向けて拡開するＶ字形
をなしており、従ってこのサクシ１ンピストン先端面部
分は凹溝３１に向けて傾斜する一対の傾斜壁面５３２ａ
。

３２ｂを有する。

第３図かられかるように吸入空気量が少々いときには隆
起壁２９、傾斜壁部分３２　ａ　＋　３２　ｂ　１およ
び凹溝上流側端部３１ａによってほぼ二等辺三角形状の
吸入空気制御絞り部Ｋが形成される。

このように吸入空気制御絞り部Ｋを形成することによっ
てサクションピストン８のリフト量が吸入空気制御絞９
部にの開口面積に比例するようになり、従ってサクショ
ンピストン８のリフト量ハ吸入空気量の増大に応じて滑
らかに増大するようになる。更に、サクションピストン
８は軸受１７によって支持されているので吸入空気量の
変化に対して応答性よく移動し、斯くしてサクシ璽ンピ
スト／８は吸入空気量が増大したときに吸入空気量の増
大に応答性よくかつ滑らかに移動する。その結果、加速
運転時のように吸入空気量が急激に変化する場合であっ
てもサクシ望ンピストン８のリフトが吸入空気量の増大
に比例して増大するためにノズル２８から供給される燃
料の量は吸入空気量に常時比例することになる。更に、
第３図かられかるように吸入空気量が少ないときＫは吸
入空気が吸気φ路７の中央部を流通ぜしめられ；その結
果ノズル２８から供給さｈた燃料に吸入空気流と共に即
座に機関シリンダ内に供給されるので吸入空気量が少な
いときであってもノズル２８から供給された燃＊４は即
座ＶＣ機関シリンダ内に供給される。従って、加速運転
時のように吸入空気量が急激に増大レー（も上述（１，
たよりにノズル２８から供給される燃料の址が吸入空気
量に比例し、しかもノズル２８から供給された燃料が即
座にａ関シリンダ内に供給されるので機関シリンダ内に
供給される混合気の空燃比は吸入空気量が急激に変化し
てもほぼ一定に維持される。また、サクシ日ンピストン
８に軸受１７によって支持されているので機関温度がサ
クションピストン８の移動に影響を与えることがな（’
、断＜Ｉ−でサクションピストン８は機偕温度とに無関
係に吸入空気量の変化に応答性よく移動することができ
る。斯くして、第２図に示す可変ベンチュリ型気化器２
を用いると、機関温度および機関運転状態にかかわらず
に機関シリンダ内に供給さり、る混合気の空燃比をｔｌ
ぼ一定値、例えばほぼ理論空燃比に維持することができ
る。

第２図を参照すると、計量ジェット２６の周囲にけ環状
空気室３３が形１ｉｔ（され、この環状空気室３３に通
ずる複数個のエアブリード孔３４が計量ジェット些６の
内周壁面上に形成される。環状空気室３３はエアブリー
ド通路３５を介して隆起壁２９上流の吸気通路７内に連
結され、このエアブリード通路３５内にはエアブリード
孔エ・ノド３６が挿入される。エアブリード通路３５か
らは補助エアブリード通路３７が分岐され、この補助エ
アブリード通路３７σ計量ジエツト２６下流の燃料通路
２５内に開口する。機関の運転が開始されると空気がこ
れらエアブリード孔３４および補助エアブリード通路３
７から燃料通路２５内に供給される。

第２図に示されるようにスロットル弁１１の上／ｆｆ１
ｆアってノズル２８の下流近傍のスペーサ１０上には空
気供給ポート４０が形成され、この空気供給ポート４０
は気化器ノーウジング６および吸気マニホルド１の壁面
内を貫通する空気供給通路４１を介して電磁弁５０に連
結される。電磁弁５０はエアフィルタ５１を介して大気
に連辿する弁室５２と、弁室５２内に開口しかつ空気供
給通路４１に連結された弁ボート５３と、弁ボート５３
の開閉制御をする弁体５４と、弁体５４に連結された可
動プランジャ５５と、可動プランジャ５５を吸引するた
めのソレノイド５６とを具備し、ソレノイド５６はソレ
ノイド駆動回路６０に接続される。ソレノイド駆動回路
６０は第５図（ａ）に示すようなＩ　Ｈｙ、から２　Ｈ
ｚの周波数の矩形ノくルスを発生するパルス発生器６１
と、パルス発生器６１の出力端子に接続された電力増巾
器６２からなり、電力増巾器６２の出力端子はソレノイ
ド５６に接続される。弁体５４σ通常弁ボート５３ｆｔ
閉鎖しており、パルス発生器６１がパルスを発生すると
ソレノイド５６が付勢これて弁体５４が弁ボート５３を
開口する。従って、弁体５４はＩＨｚから２Ｈｚの周波
数でもって弁ボート５３を開口することになる。弁体５
４が弁ボート５３を開口すると空気がエアフィルタ５１
、弁室５２、弁ボート５３および空気供給通路４１を介
して空気供給ポート４０から吸気通路７内に供給される
ので機関シリンダ内に供給される混合気は薄くなる。一
方、弁体５２が弁ボート５３を閉鎖すると空気供給ポー
ト４０からの空気の供給が停止されるので機関シリンダ
内に供給される混合気は濃くなる。このようにして機関
シリンダ内には稀薄混合気と濃混合気が交互に供給され
る。弁ボート５３および空気供給ポート４０の寸法およ
び気化器２は電磁弁５０の弁体５４が弁ボート５３の開
閉を繰返し行なったときに機関シリンダ内に供給される
混合気の空燃比ｐ、／Ｆの平均値が第５（ｂ）図に示さ
れるようにほぼ理論空燃比となり、空燃比の変動中が理
論空燃比に対してほぼ±０．２から±１８０となるよう
に定められる。従って機関温度および機関運転状態にか
かわらずに機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比
はＩ　Ｈｚから２　Ｈｚの周波数でもってＩ猛ぼ理論空
燃比に対して±０，２から±１．０の範囲で変動せしめ
られ、しかもこの空燃比の平均値は第１（ｂ）図のウィ
ンドウＷ。内に維持されるのでＥ元モノリス触媒５の酸
素保持機能を利用して高い浄化効率を得ることができる
。

また、第２図に示すようなダウ／ドラフト型の可変ベン
チュリ型気化器２ではノズル２８から流出した燃料の一
部がスペーサ１００表面上を流れて下降し、次いで吸気
通路７の内壁面上を流れて吸気マニホルド１内に流入す
る。ところが本発明では空気供給ボート４０から空気が
間欠的に噴出するのでこの噴出空気によってスペーサ１
０上を流れる燃料が吹き飛ばされ、斯くして液体燃料の
気化を促進することができる。

このように本発明によれば高価な酸素＃度検出器および
高価な空燃比制御用の電子制御ユニットを用いることな
く、価格の低い気化器を用いて排気ガスを良好に浄化で
きるので排気ガス浄化装置の製造コストを大巾に低減す
ることができる。史に、空気供給通路シで電磁弁を設け
るだけなので構造は極めて簡単であり、従って排気ガス
浄化装置の信頼性を向上することができる。また、ノズ
ルの下流近傍に空気供給ボートを設けることによっ゛て
液状燃料の気化を促進することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図に排気ガス浄化効率を示す線図、第２図に機関吸
排気系の側面断面図、第３図に第２図の矢印■に沿って
みた平面図、第４図はサクシ：１ノビストンの側面断面
図、第５図は空燃比の変動を示す線図である。 ２・・・気化器、８・・・サクションピストン、９・・
・ニードル、２５・・・燃料通路、２８・・・ノズル、
４０・・・９気供給ボート、５０・・・電磁弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関吸気通路に可変ぺ／チュリ型気化器を取付けると共
   に機関排気通路に三元触媒コンノく一夕を器吸気通路内
   壁面上に空気供給ボートを形成し、該空気供給ホートラ
   はぼＩ　Ｈｚから２　Ｈｚの一定周彼敬で開閉する電磁
   弁を介して大気に連結Ｅ７、該電磁弁が開閉した際［空
   燃比が平均値に対してほぼ±０．２から±１．０の間で
   周期的に変動するように・電磁弁の開口面８ｔを定め、
   更に上記空燃比の平均値がほぼ理論空燃比となるように
   気化器を設定した内燃機関の排気ガス浄化装置。