JPS5993951A - 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Ｎ０ｘｆ。

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ル乍がほぼ理論空燃比であると
きに最も高くなシ、例えば８０パ一セント以上の浄化効
率Ｒｉ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を燃比が
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濃度検出器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だめに排気
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
。

トコ口が最近になって、ＳＡＥ　ｐａｐｅｒ　Ａ７６０
２０１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してリーン側にあるとき
には三元触媒がＮＯｘから酸素を尊い取ってＮ０ｘｆ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
理論空燃比よシもリッチ側になると保持した酸素を放出
してｃｏ　、　Ｈｅ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ｐＮＯｘ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だけ変動させた場
合の基準空燃比ヤ乍のウィンドウＷ。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Ｗ。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ｄ
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低くすると、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。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、空燃比の変動巾を小さくすると空燃比に’）ッチ
側とり一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巾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巾および
変動周波数を適切に選定すればウィンドウが広くなシ、
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
燃比の変動巾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１う。

従って機関の製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
チュリ型気化器では基準空燃比の変動巾が広く、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−り型気化器、或いは可変ベンチュリ型気化
器を用いても高い浄化効率を得るのは困難である。

本発明は酸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全確保することの
できる排気ガス浄化装置を提供することにある。

以下、添附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は吸気マニホルド、２は吸気マ
ニホルド１上に取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示
し、触媒コンバータ４の内部には三元モノリス触媒５が
配置される。可変ベンチ、　ＩＪ型気化器２は気化器ハ
ウジング６と、ハウジング６内を垂直方向に延びる吸気
通路７と、吸気通路７内を横方向に移動するサクション
ピストン８と、サクションピストン８の先端面に取付け
られたニードル９と、サクションピストン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１
０と、サクションピストン８下流の吸気通路７内に設け
られたスロットル弁１１と、フ０−）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
ベンチュリ部１３が形成される。気化器ハウジング６に
は中空円筒状のケーシング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１
７が挿入され、また案内スリーブ１５の外端部は盲蓋１
８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。

このようにサクションピストン８は軸受１７を介してケ
ーシング１４によシ支持されるのでサクシ目ンピストン
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の内部はサクシ目ンピストン８によって負
王室２０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
て押圧する圧縮はね２２が挿入される。負圧室２０はサ
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−・ウジジグ６内にはニードル９が侵入可
能なようにニードル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パイｆ２
７’ｃ介して燃料通路２５内に送シ込まれる。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が固定される。このノズル２８はス
ペーｆＩＯの内壁面からベンチュリ部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
環状間隙によシ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を介して負王室２０内に導
ひかれる。サクションピストン８は負圧室２０と大気圧
Ｍ２１との圧力差が圧縮はね２２のばね力によシ定まる
ほぼ一定圧となるように、即ちベンチュリ部１３内の負
圧がほぼ一定となるよ）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の取付端面３０からニードル９の先端部に向
けて隆起しておシ、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３ｏよシもニードル９
の先端部に近い側に位置しておシ、残シの凹溝部分３１
ｂは上流側端部３１ａからニードル取付端面３０までほ
ぼ１−）すぐに延びる。更に、ニードル９よシも上流側
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、ておシ、従ってこのサクションピストン先端面
部分は凹溝３１に向けて傾斜する一対の傾斜壁面部３２
　ａ　、　３２ｂを有する。

第３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３２ａ　、３２ｂ。

および凹溝上流側端部３１ａによってほぼ二等辺三角形
状の吸入空気制御数シ部Ｋが形成される。

このように吸入空気制御数シ部Ｋ（（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数
シ部にの開口面積に比例するように々夛、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０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、斯くしてサクション
ピストン８は吸入空気量が増大したときにル入空気量の
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
ってもサクションピストン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量が少
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ＩＪ　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２８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。壕だ、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
リンダ内に供給される混合気の空燃比をほぼ一定値、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が計量ジェット２６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
３４およびエアブリードジェット３５を介して隆起壁２
９上流の吸気通路７内に連結され、このエアブリード通
路３４内にはりニアソレノイド弁４０によって開口面積
が制御される弁ポート３６が形成される。

リニアソレノイド弁４０は弁ポート３６の開口面積を制
御する弁体４１と、弁体４１に連結された可動プランジ
ャ４２と、可動プランジャ４２を吸引するためのソレノ
イド４３とを具備し、ソレノイド４３はソレノイド駆動
回路５０に接続される。このリニアソレノイド弁４０で
はソレノイド４３を流れる電流に比例した距離だけ可動
プランジャ４２が移動し、ソレノイド４３を流れる電流
が増大するにつれて弁体４１が右方に移動する。

従って、弁ポート３６の開口面積はソレノイド４３を流
れる電流に比例して変化することになる。ソレノイド駆
動回路５０は第５図（ａ）に示すようなＩＨｚから２Ｈ
２の周波数の鋸波状電圧を発生する鋸歯発生器５１と、
鋸波発生器５１の出力端子に接続された第１のアナログ
スイッチ５２と、第１アナログスイツチ５２の出力端子
に接続された電圧電流変換器５３と、定電圧源５４と、
定電圧源５４の出力端子に接続された第２のアナログス
イッチ５５を具備する。第２アナログスイツチ５５の出
力端子は電圧電流変換器５３の入力端子に接続され、電
圧電流変換器５３の出力端子はソレノイド４３に接続さ
れる。定電圧源５４は電源５４ａに接続された固定抵抗
５４ｂと、固定抵抗５４ｂに接触しつつ摺動可能なスラ
イダ５４ｃとによシ構成され、スライダ５４ｃにはスラ
イダ５４ｃの位置によって定まる一定電圧が表われる。

一方、機関の温度或いは気化器ハウジング６の温度に応
動する感温スイッチ５６が機関本体１或いは気化器ハウ
ジング６に取付けられる。この感温スイッチ５６は機関
温度、或いは気化器ハウジング６の温度が予め定められ
た温度よりも高くなるとオンになる。第２図に示される
ように第１アナログスイツチ５２はインバータ５７を介
して感温スイッチ５６の出力電圧により制御され、第２
アナログスイツチ５２は感温スイッチ５６の出力電圧に
よシ直接制御される。従って感温スイッチ５６がオフの
ときには第１アナログスイツチ５２が導通状態になると
共に第２アナログスイッチ５５が非導通状態になるため
に鋸波発生器５１の出力電圧が電圧電流変換器５３に印
加され、感温スイッチ５６がオンのときには第１アナロ
グスイツチ５２が非導通状態になると共に第２アナログ
スイツチ５５が導通状態になるために定電圧源５４の出
力電圧が電圧電流変換器５３に印加される。

機関温度、或いは気化器−・ウノング６の温度が比較的
低い通常運転時には上述したように感温スイッチ５６が
オフとなっており、このとき鋸歯発生器５１の出力電圧
か電圧電流変換器５３に印加される。前述したように弁
ボート３６の開口面積はソレノイド４３を流れる電流に
比例して変化し、従ってこのときソレノイド４３には第
５（ａ）図に示すような電流が供給されるので弁ポート
３６の開口面積は鋸歯状に変化することがわかる。この
ように弁ポート３６の開口面積が鋸歯状に変化するとエ
アブリード孔３３から燃料通路２５内に供給される窒気
量も鋸歯状に変化するので機関シリンダ内に供給される
混合気の空燃比Ａ／乍は第５（ｂ）図に示されるように
波状に滑らかに変化することになる。エアブリードジェ
ット３５および弁ポート３６の寸法はりニアソレノイド
弁４０の弁体４１が弁ボート３６の流れ面積を繰返し増
大減少したときに機関シリンダ内に供給される混合気の
空燃比の平均値が第５（ｂ）図に示されるようにほぼ理
論空燃比となシ、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Ｉ　Ｈ２から２
Ｈｚの周波数でもってほ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。更に、第５（ｂ）図
に示されるように空燃比が滑らかに変動するので燃焼状
態が急敢に変化することがなく、斯くして機関の運転状
態にかかわらずに常時安定した燃焼を確保することがで
きる。

一方、第２図に示す気化器２は通常の気化器と同様にフ
ロート室１２の上部空間と吸気通路７とを連通するイン
ナベント（図示せず）を具えておシ、第２図に示す気化
器２ではこのインナベントが隆起壁２９上流の吸気通路
７内に開口する。ところがこのようなインナベントを具
えているーと気化器２の温度が上昇したときにフロート
室１２内に発生した燃料蒸気がインナベントを介して吸
気通路７内に送シ込まれ、その結果機関シリンダ内に供
給される混合気が過濃になるという問題を生ずる。そこ
で本発明では気化器２の温度が高くなったときにはりニ
アソレノイド弁４ｏの弁体４１の開口面積を増大してエ
アブＩＪ　−１−”量を増大せしめ、それによって機関
シリンダ内に供給される混合気が過濃になるの全阻止す
るようにしている。

即ち、機関温度或いは気化器ハウジング６の温度が予め
定められた温度以上になると感温スイッチ５６がオンと
なるために定電圧源５４の出力電圧が電圧電流変換器６
３に印加され、それによりてリニアソレノイド弁４０の
弁体４１は一定開度に保持される。このときの弁体４１
の開度は定電圧源５４のスライダ５４ｅの位置によって
任意に設定することができるがこの開度は少くとも半開
以上であって、全開にすることもできる。このように多
量の燃料蒸気がフロート室１２から吸気通路７内に送シ
込まれるときにはりニアソレノイド弁４０の弁体４１が
半開以上、或いは全開に保持されるためにノズル２８か
ら供給される燃料の量は減少し、斯くして機関シリンダ
内に供給される混合気が過濃になるのを阻止することが
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全良好に浄化で
きるので排気ガス浄化装置の製造コスト全大巾に低減す
ることができる。更に、エアブリード通路に電磁弁を設
けるだけなので構造は極めて簡単であム従って排気ガス
浄化装置の信頼性を向上することができる。また、機関
シリンダ内に供給される混合気の空燃比が滑らかに変動
せしめられるので安定した燃焼全確保することができる
。また、気化器の温度が上昇したときにはエアブリード
量が増量されるのでノズルから供給される燃料の量は減
少せしめられ、斯くしてフロート室内に発生した燃料蒸
気が気化器吸気通路内に送シ込１れても機関シリンダ内
に供給される混合気が過濃になるのを阻止することがで
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３図は第２図の矢印１■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・・・サクションピストン、９・・
・ニードル、２５・・・燃料通路、２８・・・ノズル、
３４・・・エアプリーＰ通路、４０・・・リニアソレノ
イＦ弁、５６・・感温スイッチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関吸気通路に気化器を取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Ｉ
   Ｈｚから２Ｈｚ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
   ると共に該空燃比の平均値がほぼ理論空燃比となるよう
   にエアブリード通路の流路面積を定め、更に機関温度セ
   ンサを上記電磁弁に接続して機関温度が予め定められた
   温度以上になったときに該電磁弁を予め定められた一定
   側度に開弁保持するようにした内燃機関の排気ガス浄化
   装置。