JPS6145042B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関の排気ガス中に含まれる有
害成分の一酸化炭素（CO）、炭化水素（HC）お
よび窒素酸化物（NOx）を総合的に低減させる
排気ガス浄化装置に係り、特に燃料供給系で混合
気の空燃比制御を行い、排気系に２次空気を導入
すると共に、更に三元触媒コンバータを設けたも
のに関する。

〔従来の技術〕

ところで、この種の排気ガス浄化装置の先行技
術例としては、特開昭49−124421号公報に記載さ
れているものがあるが、これによれば、排気系
に、負圧による２次空気導入装置を設けると共
に、第１触媒コンバータ、第２触媒コンバータお
よび排気系の、これら触媒コンバータの中間位置
に２次空気を導入するエアポンプを設け、排気系
に、アイドリングおよび低負荷、低回転時には２
次空気を多量に導入して第１触媒コンバータを酸
化雰囲気として排気ガス中のCO、HCを低減し、
高回転時には２次空気を当量以下導入して第１触
媒コンバータを還元雰囲気として排気ガス中の
NOxを低減し、全負荷運転時には第１触媒コン
バータを還元雰囲気にすると共に、第２触媒コン
バータをエアポンプよりの２次空気導入により酸
化雰囲気にして、排気ガス中のNOx、CO、HCを
同時に低減するようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上記先行技術例によれば、高価な触
媒コンバータを２個備えているうえ、２次空気を
排気系に導入するためのエアポンプを要するため
経済的でなく、また混合気は、燃料供給系で空燃
比が特に調整されていないこと、アイドリング時
には燃焼温度も低いこともあつてCO、HCの発生
が多く、従つて充分に浄化されない恐れがあり、
また減速時には、混合気が濃くなつてCO、HCの
発生が多くなるうえ、２次空気も多量に導入され
ることから、触媒コンバータでこれらの酸化が過
度に行われてこれらコンバータが過熱され、その
浄化機能、耐久性が低下するなどの問題がある。

本発明は、これらの問題を解消した内燃機関の
排気ガス浄化装置を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記の問題点を解決するため次のよ
うな構成を有するものである。すなわち内燃機関
の燃料供給系に補助燃料供給装置を設け、排気系
に２次空気導入装置と単一の三元触媒コンバータ
とを設けたものにおいて、上記補助燃料供給装置
は、所定負荷以上の時の吸入管負圧で開くバルブ
を介して燃料通路を上記燃料供給系に連通して形
成し、上記２次空気導入装置は、排気ポートへ通
ずる外気導入経路に、弁体内部を単一の弁座で仕
切つて形成する２個の弁室と、これら弁室にそれ
ぞれ設けられ共通の弁軸に取付けられる弁体と、
これら弁体を作動し、負荷通路を介して吸気系
の、スロツトル弁がアイドル開度位置ではその下
流側で所定開度以上ではその上流側になる位置に
連通し、しかも、アイドリング時にのみ上記弁体
が開いて２次空気を導入するようにした圧力応動
装置とより成る制御弁を設けて形成し、かつ上記
燃料供給系を、混合気がアイドリング時には理論
空燃比よりやや希薄になると共に所定負荷以上で
は、上記補助燃料供給装置よりの補助燃料の燃料
供給系への供給によりほぼ理論空燃比になるよう
にして、上記三元触媒コンバータを、アイドリン
グ時には酸化雰囲気にし、所定負荷以上では酸
化、還元雰囲気になるようにしたものである。

〔作用〕

本発明は、上記のような手段を有しているか
ら、アイドリング時には、補助燃料供給装置より
補助燃料が供給されずに混合気が理論空燃比より
やや希薄になつており、また２次空気導入装置の
制御弁が開いて２次空気が排気系に導入されるの
で、三元触媒コンバータは酸化雰囲気になつて、
排気ガス中のCO、HCはその発生量が少ないこと
もあつて充分に酸化処理され、所定負荷以上時で
は、上記制御弁が閉じて２次空気の導入が停止さ
れる一方、バルブが開いて補助燃料供給装置より
補助燃料が燃料供給系に供給されて混合気がほぼ
理論空燃比になるので、三元触媒コンバータは、
酸化、還元雰囲気になつて排気ガス中のCO、
HC、NOxが同時に効率よく低減され、また減速
時では、２次空気導入装置の制御弁が閉じて２次
空気が排気系に導入されないから、混合気が濃く
なつてCO、HCが多量に発生しても三元触媒コン
バータでのこれらの酸化処理が制限され、従つ
て、該コンバータが過熱されてその浄化機能、耐
久性が低下するようなことがなく、また上記した
各排気ガスの浄化作用が、単一の三元触媒コンバ
ータで、しかも、エアポンプを使用することなく
行うことができるので、先行技術例に比べきわめ
て経済的である。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例を具体
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。

この装置５は、排気ポート２への２次空気通路
６に制御弁７が設けられるもので、この制御弁７
は、弁本体９が単一の弁座１０で２個の弁室１
１，１２に仕切られ、これらの弁室１１，１２の
側にそれぞれ弁体１３，１４が開閉すべく設けら
れ、この弁体１３，１４が共に共通の弁軸１５に
取付けられている。弁室１１は大気に逆止弁、エ
アクリーナを経て、弁室１２は通路６にそれぞれ
連通され、作動側においてはダイヤフラム１６と
リターン用スプリング１７を有する負圧室１８が
形成されており、そのダイヤフラム１６に弁軸１
５が固定され、負圧室１８は、負圧通路１９を介
して吸気系の気化器２０の、スロツトル弁２１が
アイドル開度位置ではその下流側であり、所定開
度以上ではその上流側になる位置に連通してい
る。

これにより所定負荷以上あるいは加速時では、
負圧通路１９が大気側になり、また高開度では、
吸気系の負圧が小さいので制御弁７において負圧
室１８のダイヤフラム１６がスプリング１７の力
で下方に撓んで弁軸１５が下降し、弁体１４が弁
座１０に接して閉じる。これに対して減速時は、
吸気系の負圧が逆に著しく大きくなつてアイドリ
ング時より大きくダイヤフラム１６が上方に撓む
ことにより、弁軸１５が上方へ移動し他の弁体１
３が弁体１０に接して閉じ、これらのいずれの場
合にも２次空気は導入されなくなる。しかるにア
イドリング時には、吸気系の負圧が上述の場合の
中間になつてスプリング１７の力とバランスし、
これにより弁軸１５が中央に位置して弁体１３，
１４はいずれも弁座１０から離れて開き、両弁室
１１，１２が連通した状態になる。そこでこの場
合にのみ、２次空気が両弁室１１，１２、２次空
気通路６を介して排気ポート２に供給されるよう
になる。

また気化器２０には、補助燃料供給装置２２が
設けられており、この装置２２は、第２図に詳記
されるようにピストン室２３の負圧が所定以上に
なるとピストン２４が上方へ引かれることでバル
ブ２５が上方へ移動し、これにより燃料通路２６
が閉じて補助燃料の供給を停止する。これに対し
て負圧が所定以下になると、ピストン２４の下降
によりバルブ２５も下方へ移動して通路２６を開
き、こうして補助燃料を追加供給するようになつ
ている。

このような補助燃料供給装置２２のピストン室
２３は、通路２７、電磁開閉弁２８、通路２９を
経てエンジン本体１の吸気管３０に連通されてい
る。電磁開閉弁２８は、コイル３１の一方がバツ
テリー３２に接続され、その他方が通路２９に設
けられたブーストスイツチ３３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３３がオンすると、電磁開閉弁２
８が通電してその大きい負圧を通路２９、電磁開
閉弁２８、通路２７を介して上記ピストン室２３
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３３がオフするため、電磁開閉弁２
８が切換わり大気圧が通路２７を介してピストン
室２３に供給されることで、補助燃料が供給され
る。

通路２９の負圧は、そこから分岐した通路３４
により更にデイストリビユータ３５の真空進角装
置３６における進角側作動負圧室３７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３８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３９、２つの
EGRバルブ４０，４１、通路４２を経て吸気管
３０に還流するように設けられている。上記一方
のEGRバルブ４０は、作動負圧室４３が通路４
４により気化器２０のスロツトル弁２１のアイド
リング位置の直上流で所定開度以上では下流に位
置する負圧口４５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４５からEGRバルブ４０の作動負圧室４３
に負圧が作用してEGR作用される。また他方の
EGRバルブ４１の作動負圧室４６は、通路４
７、電磁開閉弁４８、通路４９を経て気化器２０
の上記負圧口４５の上流側の負圧口５０に連通し
ている。電磁開閉弁４８は、コイル５１の一方が
バツテリー３２に接続され、その他方が温度およ
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４７を経て作動負圧室４
６に供給するようになり、これによりEGRバル
ブ４１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４８が非通電となつて通路４７と４９を連
通するようになり、これにより負圧口５０の負圧
が作動負圧室４６に供給されて、このEGRバル
ブ４１によつてもEGR作用される。

本発明は上述のように構成されているから、ア
イドリング時には、補助燃料供給装置２２のピス
トン室２３の負圧が高開度時に比べて大きくなつ
て補助燃料は供給されない。このとき気化器２０
のアイドリング燃料供給系により混合気が理論空
燃比よりやや希薄側、例えば空燃比が16〜17位に
設定されている。またこのようなアイドリング時
には、２次空気導入装置５の制御弁７が開いて排
気系に２次空気が導入されるため、三元触媒コン
バータ４は酸化雰囲気になり、排気ガス中に混合
気が理論空燃比の場合より多少減少して含まれて
いる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、気化器２０の負圧口４５，５０が共にスロツ
トル弁２１の上流側になつて、大気圧がEGRバ
ルブ４０，４１の作動負圧室４３，４６に供給さ
れる。そのためEGR作用が全く行われなくな
り、これらの作用で燃焼、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では、負圧通路１９が大気
圧になるので２次空気導入装置５の制御弁７が閉
じて２次空気の導入に停止され、かつこのときブ
ーストスイツチ３３に応動した電磁開閉弁２８に
より補助燃料供給装置２２のピストン室２３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２０で生成される混合気はほぼ理論空燃比に
され、三元触媒コンバータ４は酸化、還元の両作
用を効率良く行う雰囲気になる。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
同時に処理され低減される。

またこのとき、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４８により
EGRバルブ４１が閉じ、他のEGRバルブ４０の
みにより少量EGRが行われて、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４８によりEGRバ
ルブ４１の作動負圧室４６にも気化器２０の負圧
口５０から負圧が供給されてEGRバルブ４０と
共に多量のEGR作用を行うようになり、こうし
てNOxの排出低減が促進される。

更に減速時には、２次空気導入装置５の制御弁
７が上記同様に閉じて、２次空気は導入されなく
なる。そのため混合気が濃くなつて、CO、HCが
多量に発生しても三元触媒コンバータ４での酸化
処理が制限され、異常過熱も防止される。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によると、アイドリン
グ時には、混合気が、先行技術例と異り理論空燃
比よりやや希薄に設定されて、CO、HCの発生量
が少なくなるので、これらは、２次空気が導入さ
れて酸化雰囲気になる三元触媒コンバータ４によ
り充分浄化される。所定負荷以上では、混合気が
ほぼ理論空燃比にされるので三元触媒コンバータ
４は酸化、還元の両作用を効率よく行う雰囲気に
なつて、発生量の多いNOxとCO、HCが共に低減
される。更に減速時には、先行技術例と異り上記
所定負荷以上の場合と同様に２次空気の導入が停
止されるので、混合気が濃くなつてCO、HCが多
量に発生してもこれらの三元触媒コンバータ４で
の過度の酸化が行われないためその過熱が防止さ
れ、従つて、先行技術例におけるように浄化装置
の機能、耐久性が低下するようなことがない。そ
のうえ排気ガス中のCO、HCおよびNOxが、単一
の三元触媒コンバータにより上記したように酸化
雰囲気または酸化、還元雰囲気になつて低減され
るので、２個の高価な触媒コンバータおよびエア
ポンプを使用している先行技術例に比べて経済的
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による排気ガス浄化装置の一実
施例を示す構成図、第２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、７……制御弁、２０……気化
器、２１……スロツトル弁、２２……補助燃料供
給装置、２８……電磁開閉弁、３０……吸気管、
３３……ブーストスイツチ、３５……デイストリ
ビユータ、３６……真空進角装置、３７……進角
側作動負圧室、３８……EGR装置、４８……電
磁開閉弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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２次空気導入装置と単一の三元触
   媒コンバータとを設けたものにおいて、 上記補助燃料供給装置は、所定負荷以上の時の
   吸入管負圧で開くバルブを介して燃料通路を上記
   燃料供給系に連通して形成し、 上記２次空気導入装置は、排気ポートへ通ずる
   外気導入経路に、弁体内部を単一の弁座で仕切つ
   て形成する２個の弁室と、これら弁室にそれぞれ
   設けられ共通の弁軸に取付けられる弁体と、これ
   ら弁体を作動し、負圧通路を介して吸気系の、ス
   ロツトル弁がアイドル開度位置ではその下流側で
   所定開度以上ではその上流側になる位置に連通
   し、しかも、アイドリング時にのみ上記弁体が開
   いて２次空気を導入するようにした圧力応動装置
   とより成る制御弁を設けて形成し、 かつ上記燃料供給系を、混合気がアイドリング
   時には理論空燃比よりやや希薄になると共に所定
   負荷以上では、上記補助燃料供給装置よりの補助
   燃料の燃料供給系への供給によりほぼ理論空燃比
   になるようにして、 上記三元触媒コンバータを、アイドリング時に
   は酸化雰囲気にし、所定負荷以上では酸化、還元
   雰囲気になるようにしたことを特徴とする内燃機
   関の排気ガス浄化装置。