JPS597724A - 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ＨＣ、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００６程度
の狭い巾である。通常、とのように８０パ一セント以上
の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け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置では、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度検出器
を用いた排気ガス浄化装置では高価な酸素＃吹成出品お
よび空燃比制御のだ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、５ＡＥｐａｐｅｒ　Ａ７６０２
０１号哉いは特公昭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（７たのである。即
ち、空燃比が理論空燃比に対し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
してＣＯ，ＨＣ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ン側とリッチ側に交互に
変動させると基準空燃ル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シＮＯｘの還元作用およびＣ
ｏ、Ｊ（Ｃ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ＩＨｚで
基準空燃比に対して±１．０だけ変動させた場合の基準
空燃比Ａ／ＦのウィンドウＷＯ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ＷＯが広くなることがわかる
。

このことは、空燃比を一定周期で変動させれば基準空黙
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
率が得られるととを意味し、２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協和
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ｂる。

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リーン側に交互に変動
できなくなるのでウィンドウの巾は狭くなる。従ってウ
ィンドウの巾を広くするには最適な空燃比の変動周期と
変動中が存在するととがわかる。

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
、（動用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Ｉ〜
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ｆ４ることか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ｉケｔ〃
−は畠価である）ζめに機関の製造コストが＋Ｖｔ＋　
＜　’ｊｃってし捷う。従って機関の製造コストを低く
抑えるプこ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、−リ型気化器で（・；：
Ｉ：　、、４よ準空燃比の４こ槽中が広く、チた従来の
可変べ／チ・ＩＪ−１４１Ｊ気化器ではｈｌｌ速時に、
或いは慢関幌度（・（′よっでＪｌ（１い空燃〔しがｋ
Ｓきく変動゛するのでこれらの固定ベンチ上り型気化器
、或いにＬ国定ベンチ−・、す型気化器を用いても島い
φ化効率を・得るの（（，１ｉｌ；ｌ　％ｉｌｌイ゛あ
イ）１、 ・ト発明に１酸七譲ｊ租１（支）出品を用いと、）こと
ノγぐ、１曲）・ｈ（１）１．Ｉ−（いシを止器を用い
−仁亮い琲女（〕〕Ｊ−々浄ｆｌ−効を確保することの
できる排気ガス浄化装置を提供することにある。

ヅ下　添附図面を参照して本発明の詳細な説明する。

４ｒｌ；　２図ケ今照すると、１は吸気マニホルド、２
は吸何４マニホルド１上に暇付けられた可変ベンチ、　
ＩＪ型気化器、３は排気マニホルド、４は触媒コンバー
タを夫々７社し２、触媒コンバータ４の内部には三元モ
ノリス触媒５が配背１れる。可変ベンチーリ型気化器２
は気化器ハウジング６と、ハウジング６内を垂直方向に
〈・）ξひる吸気通路７と、吸気通路７内を横方向に移
動するザクシヮンピストン８と、サクシボンピストン８
の先端ｔｈｊ　ｋ乙取ｆ＝ｆ　ｉけらｔ］′＃ニードル
９と、サクシ５ンピストン８の／４−１シフ１．ｉ而に
対向１．て吸気通路７（７）内壁面トに固定−ｙ　ｔｌ
だスベーザ１０．ｌｌ：、ザタシ７Ｉンピストン８下流
の吸気通路７内に設ｋ）らｔ′シ？で４代１′１ツ［・
）↓ブ（＝２と、）ｏ　　１−室１２と？ｅ　＊　Ｉｒ
ｌ　ｔ−５”７タ’Ｊ　ｑ　ン）：’　２　）　、／　
８内・ノ【、′）＾１而とスベーザ＋　ｎ　１ｔｌｉ　
（〆こ（Ｃ１−’−７千−・り部１５７′１０影成され
るｌ）　Ａゴヒ詣　・′・・ジンイ’ｌ　／、　ｒ、（
：は中空円１’、Ａｌ状のケーシング１４が固定され、
このケーシング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が取付け
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によって閉鎖される。一方、サクションピ
ストン８には案内ロッド１９が固定され、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。

とのようにサクションピストン８は軸受１７を介してり
゛−シング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。

ケーシング１４の内部はサクションピストン８によって
負圧室２０と大気圧室２１とに分割され、負圧室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は
ザクジョンピストン８に形成これたザクジョン孔２６を
介してベンチ−り部１５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Ｂ上流の吸気通路７内に連結される。

一方、フを止器ハウジング６内にはニードル９が侵入可
１■なようにニードル９の軸線方向に延びる燃料通路２
５例形成され、この燃料通路２５内には計量ジェット２
６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バイブ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１はこの燃料バイ
ブ２７を介シて燃料通路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
空円油状のノズル２８が固定される。このノズル２８は
スペーサ１０の内壁面さらベンチュリ部１３内に突出し
、しかもノズル２８の先端部の上半分は下半分から更に
サクションピストン８に向けて突出している。ニードル
９はノズル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ｉ…隙により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帯２９が形成
され、この隆起壁２９とサクシロンピストン８の先端部
間において施業制御が行なわれる。機関運転が開始され
ると空気は吸気通路７内を下方に向けて流れる。このと
き空気流はサクシロンピストン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、
この負圧がサクシ璽ン孔２３を介して負圧室２０内に導
びかれる。サクシロンピストン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−り部１３内の負
圧がほぼ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の十流側
に位置するサクシ田ンピストン先端面部分はその全体が
ニードル９の取付端面３０から２−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１＃シており、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。史に、ニードル９よりも上流側
に位置するサクシロ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、従ってこのサクシ目ンピス］・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部３２
ａ。

３２ｂを有する。

第Ｓ図かられかるように吸入空気量が少ないときには隆
起壁２９．傾斜壁部分５２ａ、３２ｂ。

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
てサクシ理ンピストン８のリフト量が吸入空気制御絞り
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１け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。釘に、ザクジョンピストン
８は軸受１７によって支持寧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、斯くしてサクションピ
ストン８に［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便気量が急激に変化する場合であ
ってもサクシロンピストン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には
吸入空気が吸気通路７の中央部を流通せしめられ、その
結果ノズル２８から供給された燃料は吸入空気流と共に
即座に機関シリンダ内に供給されるので吸入空気１が少
ないときであってもノズル２８から供給された燃料は即
座に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しても上述したように
ノズル２Ｂから供給される燃料の量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機関
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ｄ吸入空気量が急激に変化しても−１
ぼ一定に維持される。また、ザクジョンピストン８け軸
受１７によって支持されているので機関温度がザクジョ
ンピストン８の移動に影響を与えることがなく、斯くし
てサクションピストン８は機関温度とは無関係に吸入空
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ーリ型気化器２を用いると
、機関温度および機関運転状懐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をほぼ一定値、例え
ばほぼ叩論空燃比に維持することができる。

第２図を参照すると、計上°ジェット２６の周囲には環
状空気室３３が形成され、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１ジェット２６の内周
壁面上に形成される。環状空気室３３は一方では第１エ
アブリード：＠ｙｉｌ、ｓ５を介して隆起壁２９上流の
吸気通路７内に連結され、他方では第２エアブリード通
路３６を介して電磁弁５０に連結される。第１エアブリ
ード通路３５内ＶＣｆｄ第１エアブリードジェット３７
が挿入され、第２エアブリード通路５６内には第２エア
ブリードジエツト３８が挿入される。また、ｖ：１工ア
ブリード通路３５と町２エアブリード通路３６に共通な
エアブリード通路部分からは補助エアブリード通路３９
が分岐され、この補助エアブリード通路３９岐計量ジエ
ツト２６下流の燃料通路２５内に開口する。

電磁弁５０はエアフィルタ５１を介して大気に連通ずる
弁室５２と、弁室５２内に開口しかつ第２エアブリード
通路３６に連結された弁ポート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。ンレノイド駆動回路６
０ｉ：第５図（ａ）に示すようなＩＨｚから２Ｈ２（７
）周波数の矩形パルスを発生するパルス発生器６１と、
オアゲート６２と、オアゲート６２の出力端子に接続さ
れた電力増巾器６３からなり、電力増巾器６３の出力端
子はソレノイド５６に接続される。一方、スロットル弁
１１にはスロットル弁１１の開閉動作に応動するスロッ
トルスイッチ６４が接読され、このスロットルスイッチ
６４はスロットル弁１１がアイドリンク開度のときにオ
ンとなる。このスロットルスイッチ６４の出力端子はオ
アゲート６２の一方の入力端子に接続され、オアゲート
６２の他方の入力端子はパルス発生器６１に接続される
。スロットルスイッチ６４がオンでないとき、即ちスロ
ットル弁１１が開弁しているときには通常弁体５４が弁
ボート５３を閉鎖し、てお如、パルス発生器６１がパル
スを発生するとソレノイド５６が付勢されて弁体５４が
弁ポート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ポート５３を開口すること
になる。弁体５４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および弁ボート５５を介して
第２エアブリード通路５６内に供給されるためにエアブ
リード孔５５および補助エアブリード通路３９から燃料
通路２５内に供給さｔする空気量が増大し、その結果ノ
ズル２８から供給される燃料が減少１〜て機関シリンダ
内に供給される混合気は薄くなる。第１エアブリードジ
エツト３７および第２エアブリードジエツト３８の寸法
はｄ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に供給される混き気の空燃
比Ａ／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±１．０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ＩＨｚから２
Ｈｚの周波数でもってほぼ理論空燃比に対して±α２か
ら±１．０の範囲で変動せしめられ、しかもとの空燃比
の平均値は第１鋤図のウィンドウＷＯ内に維持されるの
で三元モノリス触媒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。

一方、スロットルスイッチ６４がオンのとき、即ち機関
アイドリンク運転時にはパルス発生器６１の出力信号に
無関係にソレノイド５６が付勢され、斯くしてこのとき
稀薄混訃気が機関シリンダ内に供給され続ける。このよ
うにアイドリンク運転時には空燃比を変−１さげるのを
停止させることにより機関アイドリンク回転が脈動する
のを阻止し、それによって安定したアイドリンク運転を
確保するようにしている。また、未燃ＨＣ、ＣＯの発生
しやすい機関アイドリンク運転時に稀薄混合気を機関シ
リンダ内に供給することによって未燃ＨＣ，ＣＯの発生
を抑制することができる。

このように本発明によれば高価な酸素濃度検出器および
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。更に、エアブリード通路に′−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、
機関アイドリンク運転時には空燃比を変動させるのを停
止させることにより安定したアイドリンク運転を確保す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は排気ガス浄化効率を示す線図、第２図は機関吸
排気系の側面断面図、第５図は第２図の矢印１１１に沿
ってみた平面図、第４図はサクションピストンの側面断
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・旧・・サクシ目ンピス
トン、９・・・・・・ニードル、　　２５・・・・・・
燃料通路、２８・・・・・・ノズル、　　３５．３６・
・・・・・エアブリード通路、　　５０・・・・・・′
１ｄ磁弁、　　６４・・・・・・スロットルスイッチ。 特許出願人 トヨタ自動車株式会社 特許出願代理人 弁理士　青　木　　　朗 弁理士西舘和之 弁理士　中　山　恭　介 弁理士　山　口　昭　之

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関吸気通路に気化器を増付けると共に機関排気通路に
   三元触媒コンバータを取付け、該気化器の燃料通路にエ
   アブリード通路を連結し２て該エアブリード通路から燃
   料通路内に空気を供給するようにした内燃機関において
   、上記エアブリード通路内に該エアブリード通路をほぼ
   ＩＨｚから２ｆ（ｚの一定周波数で開閉する電磁弁を配
   置し、該エアブリード通路を開閉した際に空燃比が平均
   値に対してほぼ±０．２から±１．０の間で周期的に変
   動するようにエアブリード通路の流れ抵抗を定めると共
   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、更に機関アイドリンク運転を検出するア
   イドリンク検出器を設けて機関アイドリンク運転時に上
   記電磁弁を開弁保持するようにした内燃機関の排気ガス
   浄化装置。