JPS624532B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関からの排気ガス中における
NOx、CO及びHCの三つの有害成分を同時に浄化
する三元触媒式の浄化装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近時内燃機関における排気ガスの浄化には、
NOx、CO及びHCの三つの有害成分に対して作用
する三元触媒が使用されている。しかし、この三
元触媒の各成分に対する浄化特性は、第１図に示
すようにNOxについては曲線Ａ、COについては
曲線Ｂ，HCについては曲線Ｃのようになり、空
燃比を理論空燃比の近傍にしたとき、三つの有害
成分を高い浄化率の下で同時に浄化できる。

一方、機関のアイドリング及び低負荷運転域で
はNOxは少ない反面、CO及びHC等の可燃性有害
成分が多くなり、機関の高負荷運転域では、混合
気の燃焼が促進されるから、CO及びHC等の可燃
性有害成分は少なくなる反面、NOxの発生が増
大する関係にある。

そこで排気系に三元触媒式のコンバータを備え
た内燃機関においては、従来は、内燃機関の吸気
混合気の空燃比を、理論空燃比に常に制御するよ
うにしているが、機関の吸気混合気の空燃比を常
に理論空燃比になるように制御した場合、機関の
アイドリング又は低負荷域において空燃比がリー
ンになり、燃焼が悪化することにより、機関の回
転が不安定になるばかりか、CO及びHC等の可燃
性有害成分がより多くなることになる。

これに対して先行技術としての特開昭51−
66934号公報は、排気系に三元触媒式のコンバー
タを備え、且つ、機関への吸気混合気の空燃比を
理論空燃比に制御するようにした内燃機関におい
て、機関への空燃比を、機関におけるアイドリン
グ又は低負荷運転に際しては前記理論空燃比より
もリツチにすることにより、この運転域での燃焼
の安定化を図る一方、機関のアイドリング又は低
負荷運転に際して排気系に２次空気を供給するこ
とにより、排気系の空燃比がリツチになることを
防止し、以て前記三元触媒式のコンバータによる
排気浄化率を高い値に保持することを提案してい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところがこの先行技術のものは、排気系に対す
る２次空気供給通路の途中に、吸気系におけるス
ロツトル弁より常に下流側における吸気負圧で作
動する圧力作動式の制御弁を設け、該制御弁をス
ロツトル弁が全閉又は全閉に近い状態のときで、
且つ、低速のときにおいて開くように構成したも
ので、スロツトル弁を略全開した高速の状態から
急閉しての減速、つまり高速域からの減速時に
は、排気ガス中における未燃焼成分が多くなるに
も拘わらず、低速にならない限り２次空気の供給
が行なわれないことになる。換言すると、高速域
からの減速時には２次空気の供給はカツトされた
状態になるから、前記減速時において排気系内に
おいてアフターバーンが発生し、排気系に設けら
れる三元触媒の劣化を早めることになる不具合が
あつた。

本願における第１の発明は、この不具合つまり
減速時においてアフターバーンが発生するのを防
止することを目的とするものであり、また、第２
の発明は、前記第１の発明の目的に加えて排気ガ
スの高浄化が機関の暖機中においても確保できる
ようにすることを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち、第１の発明は、排気系に三元触媒を
内蔵したコンバータを設ける一方、機関への吸気
混合気の空燃比を、機関のアイドリング及び低負
荷運転域では理論空燃比よりリツチ側に、それ以
外の運転域では略理論空燃比に各々設定し、前記
排気系には、前記コンバータより上流側に２次空
気供給通路を接続し、該２次空気供給通路中に２
次空気の供給量を制御するための圧力作動式制御
弁装置を設けて成る内燃機関において、前記圧力
作動式制御弁装置における圧力室を、吸気系にお
ける気化器においてそのスロツトル弁が全閉又は
全閉に近い開度のときスロツトル弁より下流側に
なりスロツトル弁が前記以上の開度になるとスロ
ツトル弁より上流側となる位置に設けたポート
に、当該ポートの負圧が真空側に大きくなると前
記制御弁装置が通路面積を増大し前記ポートの負
圧が大気圧に近付くと通路面積を縮小する如く作
動するように負圧伝達通路を介して接続した構成
にしたものである。

また、第２の発明は、排気系に三元触媒を内蔵
したコンバータを設ける一方、機関への吸気混合
気の空燃比を、機関のアイドリング及び低負荷運
転域では理論空燃比よりリツチ側に、それ以外の
運転域では略理論空燃比に各々設定し、前記排気
系には、前記コンバータより上流側に２次空気供
給通路を接続し、該２次空気供給通路中に２次空
気の供給量を制御するための圧力作動式制御弁装
置を設けて成る内燃機関において、前記圧力作動
式制御弁装置における圧力室を、吸気系における
気化器においてそのスロツトル弁が全閉又は全閉
に近い開度のときスロツトル弁より下流側になり
スロツトル弁が前記以上の開度になるとスロツト
ル弁より上流側となる位置に設けたポートに、当
該ポートの負圧が真空側に大きくなると前記制御
弁装置が通路面積を増大し前記ポートの負圧が大
気圧に近付くと通路面積を縮小する如く作動する
ように負圧伝達通路を介して接続し、該負圧伝達
通路には、機関の温度が低いときのみ当該負圧伝
達通路をスロツトル弁より常に下流側に位置する
ポートに連通するように切換えるようにした温度
切換弁を設けた構成にしたものである。

〔作用〕

第１の発明は前記のように構成したことによ
り、アイドリング乃至低負荷域では、機関への吸
気混合気の空燃比が理論空燃比より若干リツチ側
になつていて燃焼が安定化すると共にNOxの発
生が低減するが、吸気系の空燃比がリツチ側であ
ることにより排気系の空燃比もリツチになる。し
かし、この運転域では気化器に設けたポート箇所
の負圧は真空側に大きく、この高い負圧によつて
制御弁装置が開くから、排気系には適宜量の２次
空気が供給され、これによつて排気系におけるリ
ツチ側の空燃比が若干リーン側の空燃比に希釈さ
れ、三元触媒による浄化を高い浄化率に維持でき
る。また、部分負荷運転域においては、機関への
吸気系の空燃比は略理論空燃比になる一方、気化
器に設けたポート箇所の負圧が大気圧に近付くよ
うに小さくなり、制御弁装置が閉じることによ
り、排気系への２次空気の供給がカツト又は低減
するから、排気系における空燃比は略理論空燃比
に保持され、この部分負荷運転域においても三元
触媒による浄化が高浄化率に維持でき、そして、
減速時には、前記気化器のポート箇所における負
圧が真空側に大きくなることにより、制御弁装置
が開き、排気系には適宜量の２次空気が供給され
て、排気ガスの温度が下がることになるから、減
速時において排気ガス中の未燃焼成分が多くなる
ことによるアフターバーンの発生を防止できる一
方、減速時における排気系への２次空気の供給に
より未燃焼成分を高い浄化率のもとで浄化でき
る。

また、第２の発明によると、前記機関の暖機中
においては前記制御弁装置を、気化器より下流側
における大きい負圧によつて開いた状態に維持で
きて、２次空気を常時供給できるので、暖機に際
して気化器におけるチヨーク弁を閉操作すること
によつて、空燃比がリツチになることを防止でき
て、三元触媒による浄化を機関の暖機中において
も高い浄化率に維持できる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面（第２図）について
説明すると、図において１は機関、２は該機関１
の吸気用エアクリーナ３及びスロツトル弁７付き
気化器４を備えた吸気マニホールド、５は機関の
排気系である排気ポート（図示せず）に排気通路
６を介して接続した三元触媒式コンバータを各々
示し、前記気化器４は、そのスロツトル弁７が全
閉又は全開に近い開度のアイドリング乃至低負荷
運転域では空燃比が理論空燃比より若干リツチ
（例えば13.4〜14.0）に、そして、スロツトル弁
７の開度が前記よりも大きい部分負荷乃至高負荷
運転域では略理論空燃比（例えば14.3〜14.8）に
なるように設定されている。

前記排気通路６に接続した２次空気供給通路８
の途中には、２次空気供給装置の一つの手段であ
るエアサクシヨン用逆止弁９を設け、該逆止弁９
の上流側の２次空気供給通路８′を消音装置を含
む２次空気供給用エアクリーナ１０又は前記機関
の吸気用エアクリーナ３に接続し、該供給通路
８′には圧力変化によつて開閉作動して排気径へ
の２次空気の供給量を制御するようにしたダイヤ
フラム等圧力作動式の制御装置１１を設ける。

この制御弁装置１１の弁室１２内には、弁座１
３に設けたポート１４を開閉する弁体１５を挿入
し、該弁体１５をステム１６を介してダイヤフラ
ム１７に連結すると共に、前記ダイヤフラム１７
にて区成された圧力室１８内のばね１９にて弁座
１３に押圧付勢する一方、前記気化器４には、ス
ロツトル弁７が全閉（アイドル開度）又は全閉に
近い開度のときスロツトル弁７より下流側にな
り、スロツトル弁７がこれ以上開けばスロツトル
弁７より上流側となる位置にポート２０を設け、
該ポート２０と前記制御弁装置１１のダイヤフラ
ム室１８とを負圧伝達通路２１を介して接続する
ことにより、前記ポート２０の負圧が真空側に大
きくなると制御弁装置１１における弁体１５がば
ね１９に抗して弁座１３のポート１４を開き、ポ
ート２０の負圧が大気圧に近付くと弁体がばね１
９にて弁座１３のポート１４を閉じるように構成
する。

なお、前記制御弁装置１１の弁座１３には、ポ
ート１４とは別の小径の連通孔２２を備え、弁体
１５にてポート１４を全閉した状態においても、
排気通路６には該連通孔２２にて小量に規制され
た２次空気が供給されるようになつており、この
場合、連通孔２２は弁体１５に設けても良く、ま
た、弁体１５にてポート１４を全閉したときにお
いて２次空気の供給を完全にカツトするときに
は、前記連通孔２２を廃止すれば良い。

この構成において、スロツトル弁７が全閉又は
全閉に近いアイドリング乃至低負荷域では、機関
への吸気混合気の空燃比は、理論空燃比より若干
リツチ側になつており、燃焼が安定化すると共に
NOxの発生が低減する。しかし、吸気系の空燃
比がリツチ側であることにより排気系の空燃比も
リツチになるが、この運転域では気化器４に設け
たポート２０はスロツトル弁７より下流側に位置
しており当該ポート２０箇所の負圧は真空側に大
きく、この高い負圧が負圧伝達通路２１を介して
制御弁装置１１の圧力室１８に作用して、その弁
体１５がばね１９に抗して弁座１３におけるポー
ト１４を開くから、排気系には適宜量の２次空気
が供給され、これによつて排気系におけるリツチ
側の空燃比が若干リーン側の空燃比に希釈され、
排気ガス中におけるCO及びHC等の可燃性有害成
分が、三元触媒の作用による酸化反応によつて高
い浄化率の下で浄化されるのである。

そして、スロツトル弁７を前記開度より大きく
開いた状態での運転域においては、機関への吸気
系の空燃比は略理論空燃比になる一方、気化器４
に設けたポート２０はスロツトル弁７より上流側
になり、当該ポート２０箇所の負圧が大気圧に近
付くように小さくなり、制御弁装置１１の弁体１
５がばね１９によつて押されて弁座１３における
ポート１４を閉じることにより、排気系への２次
空気の供給がカツト又は低減するから、排気系に
おける空燃比は略理論空燃比に保持され、この運
転域において発生の多いNOxが、三元触媒の作
用によつて高浄化率の下で浄化されるのである。

また、気化器４におけるスロツトル弁７をその
開度が大きい高速の状態から全閉又は全閉に近い
ところまで急閉しての減速、つまり高速域からの
減速時には、前記気化器４のポート２０は、スロ
ツトル弁７より下流側に位置して、当該ポート２
０における負圧が真空側に大きくなることによ
り、制御弁装置１１における弁体１５がばね１９
に抗して開き、排気系には適宜量の２次空気が供
給されて、排気ガスの温度が下がることになるか
ら、減速時において排気ガス中の未燃焼成分が多
くなることによるアフターバーンの発生を防止で
きる一方、減速時における排気系への２次空気の
供給により未燃焼成分をコンバータ５にて高い浄
化率のもとで浄化することができるのである。

一方、機関のコールド始動時、つまり機関を冷
めた状態から始動するときには、気化器４におけ
るチヨーク弁（図示せず）によつて吸入空気量を
絞り操作するもので、このチヨーク弁の絞り操作
によつて、吸気混合気の空燃比はいずれの運転域
においても理論空燃比よりリツチ側になり、従つ
て排気系の空燃比もリツチになるから、三元触媒
における三成分の浄化率が低下することになる。

この問題に対して本発明者は、機関がチヨーク
弁を使用しなければならない状態のように十分に
暖まつていない場合には、排気系への２次空気の
制御弁装置を常時開に作動させることを提案する
ものである。

第３図はこの場合、つまり第２の発明の実施例
を示し、この図において符号２３は、機関の冷却
水温又は潤滑油温等の機関の温度に関連する温度
切換弁で、該温度切換弁２３は、機関が所定の温
度まで暖まるまでは負圧伝達通路２１を、気化器
４におけるスロツトル弁７より常に下流側に位置
する吸気マニホールド２に設けたポート２４に通
路２５を介して連通しているが、機関が暖まれば
負圧伝達通路２１と吸気マニホールド２との連通
を断ち、負圧伝達通路２１を、前記気化器４にお
けるポート２０に連通するようにしたものであ
る。

この構成において、機関が暖まるまでは制御弁
装置１１の圧力室１８に吸気マニホールド２にお
ける吸気負圧が常時作用して、その弁体１５が開
き、排気系への２次空気の供給が行われるから、
これによりチヨーク弁操作によつてリツチになつ
ている排気系の空燃比が略理論空燃比に調整さ
れ、機関の暖機運転中に発生した有害成分が高い
浄化率の下で浄化されることになる。

機関が暖まれば、制御弁装置１１の圧力室１８
と気化器４におけるポート２０とが連通して、前
記の制御が行われるのである。

なお、排気系に対する２次空気の供給は、実施
例のように逆止弁によつて排気系にサクシヨンさ
せるものに代えて、エアポンプによつて排気系に
供給するものでも良いことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上の通り本願における第１発明によると、機
関におけるアイドリング又は低負荷域における運
転を安定化できる上に、三元触媒における浄化率
を、機関のアイドリング乃至高負荷にわたる全般
において高い値に維持できるものでありながら、
機関の減速時におけるアフターバーンの発生を２
次空気の供給によつて防止できるから、アフター
バーンによる前記三元触媒の劣化を確実に回避で
きるのであり、しかも、２次空気の供給量を制御
するための制御弁装置を、前記先行技術のように
スロツトル弁の開度及び速度に関連させる必要が
ないので、構造が著しく簡単になる効果を有す
る。

また、本願の第２発明によると、前記第１発明
の効果に加えて、機関の暖機運転中においても三
つの有害成分を、高い浄化率の下で浄化すること
ができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は三元触媒による各成分の浄化率を示す
図、第２図は本発明の第１実施例の図、第３図は
本発明の第２実施例の図である。 １……機関、２……吸気マニホールド、４……
気化器、７……スロツトル弁、６……排気通路、
５……三元触媒式コンバータ、８……２次空気供
給通路、１１……圧力作動式制御弁装置、１８…
…圧力室、２０……ポート、２１……負圧伝達通
路、２３……温度切換弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 排気系に三元触媒を内蔵したコンバータを設
   ける一方、機関への吸気混合気の空燃比を機関の
   アイドリング及び低負荷運転域では理論空燃比よ
   りリツチ側に、それ以外の運転域では略理論空燃
   比に各々設定し、前記排気系には、前記コンバー
   タより上流側に２次空気供給通路を接続し、該２
   次空気供給通路中に２次空気の供給量を制御する
   ための圧力作動式制御弁装置を設けて成る内燃機
   関において、前記圧力作動式制御弁装置における
   圧力室を、吸気系における気化器においてそのス
   ロツトル弁が全閉又は全閉に近い開度のときスロ
   ツトル弁より下流側になりスロツトル弁が前記以
   上の開度になるとスロツトル弁より上流側となる
   位置に設けたポートに、当該ポートの負圧が真空
   側に大きくなると前記制御弁装置が通路面積を増
   大し前記ポートの負圧が大気圧に近付くと通路面
   積を縮小する如く作動するように負圧伝達通路を
   介して接続したことを特徴とする内燃機関におけ
   る排気ガス浄化装置。 ２ 排気系に三元触媒を内蔵したコンバータを設
   ける一方、機関への吸気混合気の空燃比を、機関
   のアイドリング及び低負荷運転域では理論空燃比
   よりリツチ側に、それ以外の運転域では略理論空
   燃比に各々設定し、前記排気系には、前記コンバ
   ータより上流側に２次空気供給通路を接続し、該
   ２次空気供給通路中に２次空気の供給量を制御す
   るための圧力作動式制御弁装置を設けて成る内燃
   機関において、前記圧力作動式制御弁装置におけ
   る圧力室を、吸気系における気化器においてその
   スロツトル弁が全閉又は全閉に近い開度のときス
   ロツトル弁より下流側になりスロツトル弁が前記
   以上の開度になるとスロツトル弁より上流側とな
   る位置に設けたポートに、当該ポートの負圧が真
   空側に大きくなると前記制御弁装置が通路面積を
   増大し前記ポートの負圧が大気圧に近付くと通路
   面積を縮小する如く作動するように負圧伝達通路
   を介して接続し、該負圧伝達通路には、機関の温
   度が低いときのみ当該負圧伝達通路をスロツトル
   弁より常に下流側に位置するポートに連通するよ
   うに切換えるようにした温度切換弁を設けたこと
   を特徴とする内燃機関における排気ガス浄化装
   置。