JPS6120275Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、内燃機関の排気ガス中に含まれてい
る有害成分の一酸化炭素（CO）、炭化水素
（HC）、及び窒素酸化物（NOx）を総合的に低減
させる排気ガス浄化装置に係り、特に排気系に三
元触媒コンバータを有して混合気の空燃比制御を
行うものに関する。

内燃機関のアイドリング時には燃焼温度が低く
てNOxの発生が少いので、この場合には主とし
てCO，HCを低減させれば良い。そこで従来、か
かるアイドリング時には、燃料供給系で生成され
る混合気を大幅に希薄化してCO，HCの発生量を
未然に少なくしたものがあるが、このようにする
と、アイドリング時の調整幅が狭くなつてアイド
リング運転を安定化することが難しいと共に、燃
焼やエミツシヨンの安定化も計り得ない等の欠点
がある。

本考案はこのような事情に鑑み、アイドリング
時の混合気を理論空燃比よりもやや希薄側にして
上述の不安定性を解消すると共に、このアイドリ
ング時及び所定負荷以上での排気ガス浄化を、三
元触媒コンバータ等で的確に行い得るように改良
した内燃機関の排気ガス浄化装置を提供するもの
である。

この目的を達成するため本考案では、内燃機関
の燃料供給系に補助燃料供給装置を設け、排気系
に所定容量の排気の脈動減衰部を備えた２次空気
導入装置と三元触媒コンバータとを設け、アイド
リング時に混合気を理論空燃比よりやや希薄側に
すると共に排気系に２次空気を前記脈動減衰部に
あまり影響されることなく導入して三元触媒コン
バータでCO，HCの酸化処理による低減を行い、
所定負荷以上では脈動減衰部により２次空気の導
入を自動的に制限して、三元触媒コンバータを還
元雰囲気にすると共に、補助燃料を供給して混合
気をほぼ理論空燃比にし、三元触媒コンバータで
CO，HC，NOxを同時に低減し得るようにしたこ
とを特徴とする。

なお、本考案の構成中、個々の構成要素である
補助燃料供給装置，脈動減衰部および２次空気導
入装置についてはそれぞれ特開昭49−100418号，
実開昭52−60513号，特開昭53−14222号の公報に
関連する先行技術がみられるが、本考案は排気脈
動を利用する２次空気導入装置を備える点で構成
を異にし、しかも、上記各構成要素の有機的結合
によりアイドリング時には三元触媒コンバータを
酸化処理可能な状態にすると共に、所定負圧以上
では２次空気の導入を自動的に制限し、かつ補助
燃料を供給することで三元触媒コンバータを還元
雰囲気にするように構成した点に特徴を有する。

なお、排気ガス中の有害成分とくに未燃成分を
除去する先行技術例として実開昭51−16122号公
報に記載されているものがあるが、これによれ
ば、燃料供給系に補助燃料供給装置を、排気系に
２次空気導入装置を備えた内燃機関において、補
助燃料を付加する高速，高負荷時に排気供給通路
の逆止弁の作動が排気ガス圧力の脈動に追従でき
ないこと、排気圧が上昇することなどによる２次
空気供給量の低減化に関連させて、補助燃料供給
装置の作動始点を実負荷側に移動させるか、また
は付加燃料の量を減ずる手段を設けて高速，高負
荷時の混合気の過濃化率をそれほど多くしないこ
とにより、排気中に含まれる未燃成分の増加を抑
制している。

以下、図面を参照して本考案の一実施例を具体
的に説明する。

第１図において符号１はエンジン本体であり、
このエンジン本体１の排気ポート２に連設する排
気管３に三元触媒コンバータ４が設けられ、三元
触媒コンバータ４の手前の例えば排気ポート２に
２次空気導入装置５が設けられている。この２次
空気導入装置５は、２次空気通路６が逆止弁７を
介してエアフイルタ８に連通され、２次空気通路
６の途中に所定容量の脈動減衰用タンク９が設け
られるもので、アイドリング時のように排気脈動
の周期が長い場合は、タンクの影響が少なく、そ
の圧力変動が逆止弁７に作用してエアフイルタ８
から排気ポート２に２次空気を導入し、加速時の
ように排気脈動の周期が短くなると、その脈動を
タンク９で減衰して逆止弁７の作用を緩慢にし自
動的に２次空気導入量を制限するようになつてい
る。

なお２次空気通路６の途中にタンク９を設ける
と、どの運転領域においても脈動減衰効果がある
が、タンク９の容量を適当に選定すれば、アイド
リング時では脈動が残り、その脈動で２次空気が
アイドリング運転に適した量だけ導入される。し
かしそれ以外の負荷運転では、漸次脈動減衰効果
が大きくなつて２次空気が導入されなくなる。

ところでこのような２次空気導入装置５は、全
気筒に設けなくともよく、１気筒のみでも目的を
充分達成することができる。即ち後述するように
本考案ではアイドリング時の混合気を、理論空燃
比よりは希薄であるが、やや濃目になるようにし
ているので、この濃目の分を酸化処理するに足る
空気量を補足すれば良いから絶対量は少なくてよ
い。またタンク９の容量は大きい程、脈動減衰効
果が大きく、例えば２次空気通路６が10mmの径で
300mm位の長さの場合におけるタンク容積と２次
空気の流量の関係は第２図のようになつた。この
線図において、Ａはアイドリング時、Ｂは０〜20
Km／ｈの加速時、Ｃは０〜40Km／ｈの加速時、Ｄ
は20Km／ｈの定速走行時、Ｅは40Km／ｈの定速走
行時であり、アイドリング時の２次空気流量はほ
とんど変化しないのに、それ以外ではタンク容積
の増大に応じて２次空気流量が大きく変化してい
ることがわかる。したがつてタンク９の容量の選
定にあたつてはアイドリング時に２次空気が所定
流量導入され、定速走行時はそれよりも少なく、
さらに加速時はそれ以上に少ない２次空気流量と
なる容積、例えば第２図のＸの容積より大きい容
積の部分を選定すればよい。

また符号１０は気化器であり、ここにスロツト
ル弁１１、補助燃料供給装置１２等が設けられて
いる。この装置１２は第３図に詳記されるよう
に、ピストン室１３の負圧が所定以上になるとピ
ストン１４が上方へ引かれることで、バルブ１５
が上方へ移動して燃料通路１６を閉じることによ
り補助燃料の供給を停止し、負圧が所定以下にな
つたときは、ピストン１４が下降しバルブ１５が
下方へ移動して通路１６を開くことにより補助燃
料を追加供給するようになつている。

この補助燃料供給装置１２のピストン室１３
は、通路１７，電磁開閉弁１８，通路１９を経て
エンジン本体１の吸気管２０に連通されている。
電磁開閉弁１８はコイル２１の一方がバツテリー
２２に接続され、その他方が通路１９に設けられ
たブーストスイツチ２３に接続されており、アイ
ドリング時に吸入負圧が大きくなつてブーストス
イツチ２３をオンすると、電磁開閉弁１８が通電
してその大きい負圧を通路１９，電磁開閉弁１
８，通路１７を介して上記ピストン室１３に供給
することにより、補助燃料の供給を停止し所定負
荷以上では吸入負圧の低下によりブーストスイツ
チ２３がオフするため、電磁開閉弁１８が切換わ
り大気圧が通路１７を介してピストン室１３に供
給されることで補助燃料が供給される。

通路１９の負圧はそこから分岐した通路２４に
より更にデイストリビユータ２５の真空進角装置
２６における進角側作動負圧室２７の側に供給さ
れ、これにより点火時期が運転状態に応じて自動
的に進角制御される。

更にEGR装置２８が排気系の例えば排気ポー
ト２から排気ガスの一部を通路２９，２つの
EGRバルブ３０，３１，通路３２を経て吸気管
２０に還流するように設けられている。上記一方
のEGRバルブ３０は、作動負圧室３３が通路３
４により気化器１０のスロツトル弁１１のアイド
リング位置の真上流で所定開度以上では下流に位
置する負圧口３５に連通しており、これによりア
イドリングと全開を除く運転状態において常に負
圧口３５からEGRバルブ３０の作動負圧室３３
に負圧が作用してEGR作用される。また他方の
EGRバルブ３１の作動負圧室３６は、通路３
７，電磁開閉弁３８，通路３９を経て気化器１０
の上記負圧口３５の上流側の負圧口４０に連通し
ている。電磁開閉弁３８はコイル４１の一方がバ
ツテリー２２に持続され、その他方が温度及び車
速のスイツチ側に接続されており、エンジンの水
温が所定値以下または車速が所定値以上のときは
通電して大気を通路３７を経て作動負圧室３６に
供給するようになりこれによりEGRバルブ３１
は閉じてEGR作用しなくなる。一方、水温が所
定値以上で車速が所定値以下では、電磁開閉弁３
８が非通電となつて通路３７と３９を連通するよ
うになり、これにより負圧口４０の負圧が作動負
圧室３６に供給されてこのEGRバルブ３１によ
つてもEGR作用される。

かくして本考案は上述のように構成されている
ので、アイドリング時、補助燃料供給装置１２の
ピストン室１３には大きい吸入負圧が供給される
ため補助燃料は供給されないが、このとき気化器
１０のアイドリング燃料供給系により混合気が理
論空燃比より希薄側、例えば空燃比が16〜17位に
設定される。一方かかるアイドリング時には、排
気脈動による圧力変動で第２図Ａ曲線のようにタ
ンク９の存在に関係なく、排気系に２次空気が適
当な量だけ導入されて排気ガスと共に三元触媒コ
ンバータ４に供給されるため、コンバータ４は酸
化雰囲気になり、排気ガス中に比較的多く含まれ
るCO，HCが充分酸化処理されて低減される。更
に点火時期が進角側で作動して起動性が良化さ
れ、且つ気化器１０の負圧口３５，４０が共にス
ロツトル弁１１の上流側になつて大気圧がEGR
バルブ３０，３１の作動負圧室３３，３６に供給
されることにより、EGR作用が全く行われない
ので、これらの相互作用で燃焼・エミツシヨンと
共に運転性が非常に安定した良いものになる。

次いで所定負荷以上の加速時では、２次空気導
入通路に設けたタンク９で、排気脈動が減衰され
ることにより、自動的に２次空気の導入が著しく
制限されるか、または停止されるため、三元触媒
コンバータ４は酸化還元両作用を効率よく行なう
雰囲気になる。また、このときブーストスイツチ
２３に応動した電磁開閉弁１８により補助燃料供
給装置１２のピストン室１３には大気圧が供給さ
れて補助燃料を供給するので、気化器１０で生成
される混合気はほぼ理論空燃比にされ、こうして
三元触媒コンバータ４で排気ガス中のCO，HC，
NOxが同時に処理して低減される。

更にこのとき水温が所定値以下または車速が所
定値以上の場合には、電磁開閉弁３８により
EGRバルブ３１が閉じて一方のEGRバルブ３０
により少量EGRが行われ、運転性を損うことな
くNOxの排出が低減される。しかるに水温が所
定値以上で車速が所定値以下の通常の運転状態に
ある場合は電磁開閉弁３８によりEGRバルブ３
１の作動負圧室３６にも気化器１０の負圧口４０
から負圧が供給されてEGRバルブ３０と共に多
量のEGR作用を行うようになり、このためNOx
の排出低減が促進される。

以上述べたように本考案によると、アイドリン
グ時に混合気が理論空燃比よりやや希薄側で安定
運転できる程度の濃さにされるので、アイドル調
整が容易になると共に経時変化に対する弾力性を
有し、アイドリング運転やエミツシヨンの安定化
が計られ、経済性（燃費）が確保される。また、
このように混合気が濃目に設定されても、この場
合の排気ガス浄化が２次空気を導入した三元触媒
コンバータ４で充分に行われ、所定負荷以上では
２次空気の導入がほとんどなくなると共に補助燃
料が供給されるので、三元触媒コンバータ４は酸
化還元両作用を効率よく行なう雰囲気に保たれて
発生量の多いNOxが充分に処理されるとともに
CO，HCの低減も行なわれるようになる。

なお、脈動減衰用タンク９は２次空気通路６と
別個に構成しても良いが、その２次空気通路６自
体の形状を段付きに形成して一体的に構成するこ
とも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による内燃機関の排気ガス浄化
装置の一実施例を示す構成図、第２図は脈動減衰
用タンクのタンク容積と２次空気流量の関係を示
す線図、第３図は第１図のＡ部を拡大して示す断
面図である。 １……エンジン本体、２……排気ポート、３…
…排気管、４……三元触媒コンバータ、５……２
次空気導入装置、６……２次空気通路、７……逆
止弁、８……エアフイルタ、９……脈動減衰用タ
ンク、１０……気化器、１１……スロツトル弁、
１２……補助燃料供給装置、１３……ピストン
室、１４……ピストン、１５……バルブ、１６…
…燃料通路、１７，１９……通路、１８……電磁
開閉弁、２０……吸気管、２１……コイル、２２
……バツテリー、２３……ブーストスイツチ、２
４……通路、２５……デイストリビユータ、２６
……真空進角装置、２７……進角側作動負圧室、
２８……EGR装置、２９，３２，３４，３７，
３９……通路、３０，３１……EGRバルブ、３
３，３６……作動負圧室、３５，４０……負圧
口、３８……電磁開閉弁、４１……コイル。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 内燃機関の燃料供給系に補助燃料供給装置を設
   け、排気系に所定容量の排気の脈動減衰部を備え
   た２次空気導入装置と三元触媒コンバータとを設
   け、アイドリング時には、前記燃料供給系で混合
   気を理論空燃比よりやや希薄にすると共に前記排
   気系に２次空気を前記脈動減衰部によりあまり影
   響されることなく導入して、前記三元触媒コンバ
   ータを特に酸化処理可能な状態にし、所定負荷以
   上では、前記脈動減衰部により排気脈動を減衰し
   て２次空気の導入を積極的に制限すると共に前記
   燃料供給系に補助燃料を供給して混合気をほぼ理
   論空燃比に補正して、前記三元触媒コンバータを
   還元雰囲気にするように構成したことを特徴とす
   る内燃機関の排気ガス浄化装置。