JPS62178740A

JPS62178740A - 多気筒エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JPS62178740A
Application number: JP2018086A
Authority: JP
Inventors: Yujiro Akiyama; 秋山　友二郎; Makoto Suzuki; 誠鈴木; Takatoshi Masui; 孝年増井; Yukihiro Sonoda; 幸弘園田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-02-03
Filing date: 1986-02-03
Publication date: 1987-08-05

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、内燃ａｒＪ１の排気系に設けられ、排気ガス
中のＨＣ、ＣｏおよびＮＯｘを同時に浄化する排気浄化
装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、エンジンの排気ガス中のＨＣ、ＣｏおよびＮＯｘ
の三成分を同時に浄化するために三元触媒を用いた排気
浄化システムが知られている。しかし、第５図に示すよ
うに、これら三成分を同時に浄化できる空燃比の幅が狭
いため、電子制御式燃料噴射装置を有するエンジンの排
気浄化システムにおいては、空燃比制御に用いられる０
２センサの劣化等により空燃比がリッチあるいはリーン
側に偏れると、三元触媒が充分に作用しなくなり、ＮＯ
ｘあるいはＨＣの放出量が増加してしまうという問題が
ある。

この問題を解決するため、従来、三元触媒の他に酸化触
媒を設けたスィーパシステムが提案されている。すなわ
ちこのスィーパシステムは、排気ガスが導かれる容器の
上流部分に三元触媒、下流部分に酸化触媒をそれぞれ有
し、三元触媒によりＮＯＸを浄化し、酸化触媒によりＩ
ＣおよびＣＯを浄化するものであり、酸化触媒を働かせ
るためにこの酸化触媒に２次空気が供給されるようにな
っている。ところがこのように２次空気を導入するため
に特別にポンプ等を設けると、エンジンの構造が複雑と
なり、エンジンの車両搭載上において好ましくない。そ
こで本出願人は、既に実願昭５９−１０３７２３号にお
いて、低負荷運転時に１つの気筒を休止させ、これをエ
アポンプとして利用する構成を提案した。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、このように１つの気筒をエアポンプとして利用
する上記提案装置は、その気筒の休止と復帰の切換えの
ために弁装置が必要であり、この弁装置の可ｖＪ部の耐
久性が問題となる。

本発明はこの問題を解決するとともに、暖機運転時およ
び暖機後において良好な排気浄化を行なうことができる
排気浄化装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る排気浄化装置は、第１図の発明の構成図に
示すように、少なくとも２個の気筒から成る第１の気筒
群Ａと、第２の気筒Ｂとを有する多気筒エンジンに通用
され、これらの気筒の排気通路に設けられた三元触媒４
３と、この排気通路内であって該三元触媒４３の下流側
に設けられた酸化触媒４４と、エンジンが暖機されたか
否か判断する手段Ｃと、上記各気筒の燃料供給機構りを
駆動して燃料供給量を制御する手段Ｅとを備え、上記第
１の気筒群Ａの排気ガスは上記三元触媒４３に流入した
後上記酸化触媒４４に導かれ、上記第２の気筒Ｂの排気
ガスは上記酸化触媒４４に直接流入し、上記燃料供給量
制御手段Ｅは、エンジンの暖機時、上記第１の気筒群Ａ
の少なくとも１個の気筒の燃料供給を遮断するとともに
他の気筒の空燃比を若干リッチにし、エンジンの暖機後
、上記第１の気筒群Ａの空燃比をほぼ理論空燃比とする
とともに上記第２の気筒Ｂの空燃比をリーン状態にする
ことを特徴としている。

〔実施例〕

以下図示実施例により本発明を説明する。

第２．３図は本発明の一実施例を通用したエンジンを示
す。第２図は暖機運転時、第３図は暖機後の低負荷運転
時を示す。エンジン本体ｌＯには＃１　、＃２　、＃３
　、＃４気筒１１　、１２　、１３　、１４が設けられ
、これらのうち＃ｌ、＃２．＃３気筒１１゜１２　、１
３はエキゾーストマニホールド２５が接続される第１の
気筒群であり、＃４気筒はエキゾーストマニホールド２
５とは独立したエキゾーストバイブ３６が接続される第
２の気筒である。

＃１．＃２．６３気筒１１　、１２　、１３に連結され
るインテークマニホールド１５の各枝管には、各気筒に
対応させて燃料噴射弁２１　、２２　、２３　、２４が
設けられる。これらの各枝管と各気筒を連通させる吸気
ボー）３１，３２，３３．３４のうち、第１の気筒１１
゜１２．１３に連通ずる吸気ボー１−３１　、３２　、
３３はストレート形状を有し、第２の気筒１４に連通ず
る吸気ボート３４は、吸気スワールを生成すべくヘリカ
ルボート等のスワールボートである。インテークマニホ
ールド１５の基部に連結された吸気管１６には、スロッ
トル弁１７が設けられ、このスロットル弁１７の上流側
にはエアフローメータ１８が配設され、最も上流側には
エアクリーナ１９が設けられる。しかしてエアクリーナ
１９を経てエアフローメータ１８により計量され吸気管
１６内に導かれる空気は、スロットル弁Ｉ７により調節
された後、インテークマニホールド１５において各枝管
に分配され、吸気ボート３１　、３２　、３３　、３４
を通って各気筒１１　、１２　、１３　、１４に供給さ
れる。

第１の気筒１１　、１２　、１３の排気ポートにはエキ
ゾーストマニホールド２５が接続され、このエキゾース
トマニホールド２５の基部には０２センサ２６が設けら
れる。この基部に連結されたフロントエキヅーストパイ
プ２７の下流側開口は触媒装置４０の入口部４１が接続
され、触媒装置４０の出口部４２はマフラー２８を有す
るリアエキゾーストパイプ２９の上流側開口に接続され
る。触媒装置４０は三元触媒４３と酸化触媒４４を有し
、三元触媒４３は入口部４１の近傍に配設され、酸化触
媒４４は出口部４２の近傍に配設される。しかしてこれ
ら触媒４３　、４４の間には空間部４５が形成される。

一方、第２の気筒１４の排気ポート３５にはエキゾース
トパイプ３６が接続され、このエキゾーストパイプ３６
の下流側開口は触媒装置４０の空間部４５に臨む。

したがって、第１の気筒１１　、１２　、１３からの排
気ガスは三元触媒４３を通過した後酸化触媒４４を通っ
てリアエキゾーストパイプ２９へ排出される。

一方第２の気筒１４からの排気ガスは空間部４５ヘスＪ
入され、酸化触媒４４を通ってリアエキゾーストパイプ
２９へ排出される。

燃料噴射弁２１　、２２　、２３　、２４から噴射され
る燃料の量は、エンジン負荷（＝吸入空気量／エンジン
回転数）、冷却水温、および排気ガス中の酸素濃度によ
り決定される。このため、マイクロコンピュータを備え
た電子制御部（ＩＥｃＩＩ）５０には、エアフローメー
タ１８から吸入空気量を示す信号、回転数検出器５１か
らエンジン回転数を示す信号、エンジン本体ｌＯに取付
けられた温度検出器５２から冷却水温を示す信号、また
０□センサ２６から排気ガス中の酸素濃度を示す信号を
それぞれ入力される。ＥＣＵ　５０は、第４図のフロー
チャートに従ったプログラムにより各気筒１１　、１２
　、１３　、１４に対する燃料噴射量を設定する。

第４図に示す制御ルーチンは、例えば２００ｍ５ｅｃ毎
に割込み処理される。この制御ルーチンにおいて、ステ
ップ１０１では吸入空気量、エンジン回転数、および冷
却水温を読み、ステップ１０２では冷却水温が例えばｌ
Ｏ“Ｃより低いか否かを判別することによりエンジン温
度が極低温か否かを判断する。エンジン温度が極低温の
場合、ステップ１０２へ移り、全気筒１１　、１２　、
１３　、１４の空燃比をリッチ状態（空燃比＝８〜１２
）にすべく、各燃料噴射弁２１　、２２　、２３　、２
４を制御する。しかして極低温におけるエンジン始動後
、エンジンは安定した良好゛な運転性が確保される。

ステップ１０２において冷却水温が１０℃より高く、極
低温ではないと判断した時、ステップ１０４へ移り、冷
却水温が例えば４０℃より高いか否かを判別することに
より、エンジンの暖機が終了したか否かを判断する。暖
機がまた終了していない場合、ステップ１０５へ移り、
エンジンが高負荷運転されているか否か判断する。エン
ジン負荷は、吸入空気量／エンジン回転数で表わされ、
高負荷運転されていない場合、ステップ１０６．１０７
を実行する。すなわち、＃３気筒１３の燃料供給を遮断
するとともに、＃ｌ、＃２．＃４気筒１１　、１２　、
１４の空燃比をややリッチ状態（空燃比＝１３〜１４）
にする。しかして＃１　、＃２．６４気筒１１　、１２
　、１４の燃焼は安定する。

この場合、＃３気筒１３の排気（空気）は第２図に示す
ように＃１．＃２気筒１１　、１２の排気とともにエキ
ゾーストマニホールド２５およびエキゾーストパイプ２
７を介して触媒装置４０の三元触媒４３に導かれる。図
中、黒い矢印Ｐはリッチ状態の排気、破線の矢印Ｑは空
気、白い矢印Ｒはリーン状態の排気をそれぞれ示す。し
かして、＃ｌ。

＃２気筒１１　、１２がリッチ状態で運転されるために
その排気ガス中にＨＣおよびＣＯが多く含まれるが、こ
の排気ガスは＃３気筒１３の排気（空気）によって薄め
られ、これにより三元触媒４３へはリーン状態の排気ガ
スが導かれる。すなわち三元触媒４３は酸化触媒として
作用し、ＨＣおよびＣＯを効率よく浄化する。一方、＃
４気筒１４もリッチ状態で運転されるためにその排気ガ
ス中にＨＣおよびＣＯが多く含まれるが、この排気ガス
は三元触媒４３を通った＃１．＃２，６３気筒１１゜１
２．１３の排気ガスにより薄められてリーン状態となり
、酸化触媒４４により浄化されＨＣおよびＣＯを除去さ
れる。

ステップ１０４において暖機が終了していると判断した
場合、ステップ１０８へ移り、エンジンが低負荷運転さ
れているか否かを判断する。低負荷運転の場合、ステッ
プ１０９．１１０を実行する。すなわち、＃１　、＃２
　、＃３気筒１１　、１２　、１３の空燃比がほぼ理論
空燃比（ややリッチ状態であり、空燃比＝　１４．５）
になるようフィードバンク請訓する。このフィードバッ
ク制御は従来公知のように、０２センサ２６の検出信号
の値が所定値になるように燃料噴射量を制御するもので
ある。一方、＃４気筒工４については空燃比を超リーン
状態（空燃比−２０）にする。

したがって、＃１　、＃２　、＃３気筒１１　、１２　
、１３からの排気ガスは、第３図に示すようにエキゾー
ストマニホールド２５に放出され、フロントエキゾース
トパイプ２７を介して触媒装置４０の入口部４１に導入
される。図中、ハツチングを施した矢印Ｓはほぼ理論空
燃比（ややリッチ状態）の排気を示す。しかして＃１．
＃２，１３気筒の排気ガスは、ややリッチ状態にあり、
まず、三元触媒４３を通過することによってＮＯｘを浄
化される。

この排気ガスが三元触媒４３を通過する時、排気ガス中
のＨＣおよびＣＯは充分には浄化されない。

しかし、この排気ガスは空間部４５において第１の気筒
１４からの排気ガスにより希釈され、リーン状態となっ
て酸化触媒４４に導かれるので、この排気ガス中のＨＣ
およびＣＯはこの酸化触媒４４によって充分浄化される
。

一方、＃４気筒１４は超リーン状態で稼動するが、この
時、＃４気筒１４の燃焼室に導かれる吸気が吸気ボート
３４によってスワール流を生成しているので、燃焼室内
の混合気の成層化が行なわれ、燃料噴射弁２４による燃
料噴射の時期がこの気筒１４の吸気行程になるよう設定
されていることと相俟って、安定した燃焼が行なわれる
。この＃４気筒１４からの排気ガスは、エキゾーストパ
イプ３６を介して触媒装置４０の空間部へ導かれ、酸化
触媒４４によってＨＣおよびＣＯを浄化されてリアエキ
ゾーストパイプ２９へ排出される。

なお、＃４気筒Ｉ４からの排気ガス中のＮＯｘは、空燃
比が超リーンであるために少量しかなく、触媒により浄
化されなくても問題はない。

ステップ１０８においてエンジンが低負荷運転されてい
ないと判断した時、あるいはステップ１０５においてエ
ンジンが高負荷運転されていると判断した時、ステップ
１１１を実行する。すなわち、エンジンが所定値以上の
負荷で運転される時、全気筒１１　、１２　、１３　、
１４について燃料供給を行なうようになり、かつ、燃料
が増量される。したがって全気筒がリッチ状態（空燃比
＝１２〜１３）で稼動するようになり、充分な出力が得
られる。

以上のように本実施例によれば、極低温時、エンジンは
安定して稼動し、また暖機時、排気ガス中のＨＣおよび
ＣＯを効果的に除去される。暖機後の低負荷運転時にお
いては、＃４気筒１４がリーン状態で稼動するので、一
部の気筒を休止させる構成と異なり、各気筒間における
トルク差が少なく、エンジン振動が低減されて騒音が減
少する。

このように＃４気筒１４が低負荷運転時にも稼動するの
で、この＃４気筒１４は冷却されることがなく、通常の
運転状態に復帰する時ショックが少なく運転性が安定す
る。そして、酸化触媒が休止気筒からの二次空気により
冷却されることがないので、この触媒の浄化反応の低下
が防止される。

また、この低負荷運転時、＃１　、＃２　、＃３気筒１
１　、１２　、１３から発生するＮＯｘは三元触媒４３
により浄化され、＃ｌ、＃２．＃３．＃４気筒ＩＩ。

１２　、１３　、１４から発生するＨＣおよびＣＯは酸
化触媒４４により浄化され、したがって排気ガスの浄化
は効果的に行なわれる。一方、負荷がある程度大きくな
ると、全気筒について燃料が増量され、充分な出力が得
られる。

さらに、本実施例はポンプ等の特別な二次空気供給装置
を設けるものではないので、安価であり、また従来のよ
うに弁装置等の可動部を有しないので耐久性の点におい
ても優れている。

なお、第２の気筒群の気筒数は３に限られるものではな
く、同様に第２の気筒を複数設けてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、一部の気筒を休止させて
ポンプとして用いるために弁装置を設ける必要がなく、
また、暖機時および暖機後において排気ガスを効果的に
浄化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図は本発明の一実施例を適用したエンジンにおける
暖機運転状態の断面図、第３図は第２図のエンジンにおける暖機後の低負荷運転
状態の断面図、第４図は制御ルーチンのフローチャート、第５図は空燃
比に対するＮＯｘ、ＨＣ，およびＣＯの各浄化率を示す
グラフである。１１　、１２　、１３・・・第１の気筒群、１４・・・
第２の気筒、２１　、２２　、２３　、２４・・・燃料噴射弁（燃料
供給機構）、４３・・・三元触媒、４４・・・酸化触媒。第１図 ′＄２図第３図第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

１、少なくとも２個の気筒から成る第１の気筒群と、第
２の気筒とを有する多気筒エンジンであって、これらの
気筒の排気通路に設けられた三元触媒と、この排気通路
内であって該三元触媒の下流側に設けられた酸化触媒と
、エンジンが暖機されたか否か判断する手段と、上記各
気筒の燃料供給機構を駆動して燃料供給量を制御する手
段とを備え、上記第１の気筒群の排気ガスは上記三元触
媒に流入した後上記酸化触媒に導かれ、上記第２の気筒
の排気ガスは上記酸化触媒に直接流入し、上記燃料供給
量制御手段は、エンジンの暖機時、上記第１の気筒群の
少なくとも１個の気筒の燃料供給を遮断するとともに他
の気筒の空燃比を若干リッチ状態にし、エンジンの暖機
後、上記第１の気筒群の空燃比をほぼ理論空燃比とする
とともに上記第２の気筒の空燃比をリーン状態にするこ
とを特徴とする多気筒エンジンの排気浄化装置。