JPS5831459B2 - ２つのシリンダ列と排気ガス処理装置を持つ混合気圧縮内燃機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、それぞれ少なくとも１つの動作シリンダから
なる２つの別々なシリンダ列と、両シリンダ列に対して
共通でこれらシリンダ列の動作シリンダに吸込み通路系
を介して接続されしかも制御可能な燃料供給部を持つ単
一の混合気生成装置と、内燃機関の排気ガス導管系に設
けられて機関の排気ガスを再燃焼する少なくとも１つの
排気ガス触媒と、各シリンダ列用のそれぞれ別の排気ガ
ス集合導管系とを備え、この排気ガス集合導管系が、そ
れぞれのシリンダ列の動作シリンダの排気ガスを、この
排気ガスが対応する触媒へ流入する前に、一様な流路断
面で集める、混合気圧縮往復ピストン内燃機関に関する
。

内燃機関では、排気ガス触媒の最適な作動のため、およ
び排気ガス中のすべての有害成分のできるだけ完全な燃
焼のために、空気−燃料比を化学量論的値の範囲で±１
ないし２％の公差限界内に保つことが必要である。

これは、公知の混合気生成装置だけの調節では達せられ
ない。

これに対し排気ガス導管に設けられる酸素検知器により
、排気ガスの酸素濃度を測定し、この測定信号で空気−
燃料比を制御することは公知である。

この場合燃料供給部にこの信号を作用させ（ＭＴＺ１９
７３年７ページ、あるいは５ＡＥ７３０５６６参照）、
排気ガス中の検出された不足酸素量に応じて機関側で付
加的空気を加えること（ドイツ連邦共和国特許出願公開
第２４１１８７４号明細書）も公知である。

２つのシリンダ列に対して単一の混合気生成装置を持つ
最初にあげた種類の２列機関では、このように空気−燃
料混合気の一定制御は、次の理由から使用できない。

すなわち中央で形成された混合気は、吸込み通路系内で
は、両シリンダ列へ正しい混合比で分布されず、少なく
とも要求される精度範囲内では分布されない。

しかし単一の混合気生成に応じて機関から遠い所へ排気
ガス触媒を設けると、単列機関から知られていることを
適当に転用する場合、個々のシリンダ列から出る排気ガ
ス集合導管の合流する個所の後に酸素検知器が必要にな
る。

しかしこの場合排気ガスは測定の目的に対して冷たすぎ
、またむだ時間が太きすぎる。

すなわち排気ガスの酸素濃度は、排気ガスがまだ５００
℃以上の熱さである機関近傍でしか測定できない。

なぜならば、酸素検知器は、この温度以上ではじめて確
実に動作するからである。

公知の提案（ドイツ連邦共和国特許出願公開第２２５５
８７４号明細書）は、中央の混合気生成装置から機関の
２つのシリンダ列への精確に均一な供給に関するもので
ある。

そして両シリンダ列の排気ガス集合導管の機関に近い熱
い個所において、酸素濃度が酸素検知器で検出される。

中央の混合気生成装置は、薄く、すなわち化学量論的値
よりわずか以下に設定され、それぞれのシリンダ列に属
する吸込み通路系の部分には、混合気の両部分流の各々
を空気−燃料比の精確に化学量論的な値へ別々に濃厚化
する噴射弁がそれぞれ設けられている。

この装置は機能的には満足すべきものであるが、非常に
費用がかかる。

なぜならば、完全な混合気生成装置のほかに、さらに２
つの噴射装置が必要になるからである。

本発明の課題は、公知の構成形式に比較して、２つのシ
リンダ列の均一な正しい混合比の燃料を供給する際の費
用を低減することにある。

最初にあげた種類の機関から出発して、本発明によれば
、この課題は次のようにすることによって解決される。

すなわち、一方あるいは両方の排気ガス触媒が選択触媒
として構成され、各シリンダ列の排気ガス集合導管系の
一様な流路断面の部分に、空気−燃料比の値に関係する
大きさの電気信号を発生する酸素検知器が設けられ、一
方の酸素検知器が混合気生成装置の燃料供給部と少なく
とも間接的に作用的に結合して、一方のシリンダ列へ供
給される空気−燃料混合気が、できるだけ精確な化学量
論的組成であるようにされ、他方の酸素検知器が、混合
気生成装置の後で吸込み通路系の適当な部分へ開口して
付加的空気を供給するバイパス導管に設けられている可
変弁と少なくとも間接的に作用的に結合しており、その
際他方の酸素検知器に属するシリンダ列へ供給される空
気−燃料混合気も同様にできるだけ精確な化学量論的組
成であるように、この他方の酸素検知器と可変弁とが作
用的に結合している。

最近選択触媒という名称で、化学量論的空気−燃料比を
精確に維持しながら、三種類の排気ガス成分全部、すな
わち炭化水素、−酸化炭素および窒素酸化物を大幅に酸
化または還元する触媒が市販されている。

米国では、この種の触媒は、三元触媒という名称で知ら
れている。

本発明は、いわばわざわいを転じて福となしたものであ
り、吸込み通路系の不均一な混合気分布という欠点を本
発明の目的に有利に利用するものである。

この不正確な混合気分布のため、いずれか一方のシリン
ダ列が他方のシリンダ列より薄い混合気を供給される。

さて本装置は、薄い方の空気−燃料比の値が化学量論的
値に一致し、他方の側が最初濃すぎる混合気をとるよう
に、運転される。

この混合気は、付力日的空気の意識的な供給によって、
同様に化学量論的混合比となるように薄くされる。

本発明により、いずれにしても必要となる制御可能な混
合気生成装置および２つの酸素検知器のほかに、制御可
能な弁とバイパス導管しか必要とならない。

酸素検知器は、白金で被覆された二酸化ジルコニウム電
極として構成するのがよい。

この種の酸素検知器の特性曲線は、化学量論的酸素濃度
の範囲で非常に急峻な経過をとるので、酸素濃晩がわず
か変化しても、電気信号は非常に強く変化する。

この種の酸素検知器を使用すると、±１ないし２％とい
う化学量論的空気−燃料比の必要な精度をよく維持する
ことができる。

すべての作動状態において、どのシリンダ列が吸込み通
路系により濃い混合気を供給され、どのシリンダ列が薄
い混合気を供給されるのかを、継続的に検出しなくても
よいようにするため、吸込み通路系が非対称に形成され
て、一方のシリンダが、機関のすべての作動状態におい
て、他方のシリンダ列より濃い空気−燃料混合気をとる
と、好都合である。

両シリンダ列への意識的に不同な混合気分布は、一方の
シリンダ列の吸込み弁の制御時間を他方のシリンダ列に
対して異なるように構成することによっても、行なうこ
とができる。

そして燃料供給部に影響を及ぼす酸素検知器が、薄い空
気−燃料混合気を供給されるシリンダ列の排気ガス集合
導管系に設けられ、付加的空気供給部に影響を及ぼす酸
素検知器が、濃い空気−燃料混合気を供給されるシリン
ダ列の排気ガス集合導管系に設けられ、バイパス導管が
、吸込み通路系の濃い空気−燃料混合気を供給される部
分に開口しているようにすることができる。

図示された内燃機関は２つの別々なシリンダ列１と２を
持ち、これらシリンダ列の往復ピストンを備えた動作シ
リンダ３は、吸込み通路系４を介して単一の混合気生成
装置５から空気−燃料混合気を供給される。

第１図にはっきり示すように、吸込通路系４は非対称に
形成されている。

この非対称性は、シリンダ列１の動作シリンダをシリン
ダ列２の動作シリンダに対してずれているという理由だ
けで生ずる。

はとんど避けられない非対称性は、本発明の目的に対し
ては意識的に利用されている。

すなわちこの非対称性のため、空気−燃料混合気は正確
な混合比で両シリンダ列へ分布されず、一方のシリンダ
列の動作シリンダは共に平均して他方のシリンダ列より
若干濃い混合気をとることになる。

吸込み管の非対称性は、両シリンダ列この不同な混合気
供給が機関のすべての作動状態において維持され、反転
することがなく、換言すれば、混合気の薄いシリンダ列
は常に同じである。

このような構成は当業者にとって特別な示唆なしに可能
である。

なぜならば、シリンダのずれによって生ずる吸込み管の
非対称性だけで所望の方向に効果を生ずるからである。

当業者は、方のシリンダ列を優先させるために、さらに
わずか非対称性を生じさえすればよい。

混合気生成装置５には、ガソリンタンク６からポンプ７
により燃料を供給される制御可能な燃料計量弁８が設け
られ、電気信号により、それに応じた大きさのガソリン
量を通す。

両シリンダ列によって生ずる排気ガスは、排気ガス導管
系を経て外部へ導かれる。

排気ガス導管系はシリンダ列ごとにそれぞれ別々の排気
ガス集合導管９および１０を含み、これらの集合導管は
、シリンダ列の排気ガスを、機関の近くにある一様な流
路断面を持つ部分９ａおよび１０ａへ集める。

この部分９ａおよび１０ａでは、排気ガスはまだ非常に
熱いので、ここにそれぞれ酸素検知器１１または１２を
設けることができる。

酸素検知器は、約４００ないし５００℃以上の温度を必
要とする。

集合個所９ａまたは１０ａには、シリンダ列のシリンダ
からの排気ガスの混合したものが時間的に平均して存在
する。

１つのシリンダ列に属する吸込通路系４の半分における
空気−燃料混合気のおこり得る不正混合は、そのシリン
ダ列の個々の動作シリンダに関して、少なくとも時間的
平均において、一様な流路断面９ａまたは１０ａにこれ
ら動作シリンダの排気ガスを集めることによって、補償
される。

酸素製置を補償するため一方のシリンダ列の個々の動作
シリンダから出る排気ガスを混合するのに、排気ガスの
単なる案内のため必要であるよりも大きい容積が排気ガ
ス集合導管に考慮されている。

本発明にとっては、各動作シリンダの極めて精確な化学
量論的供給があまり重要なのではなくて、さらに説明す
る排気ガス触媒へ導かれる混合排気ガスがそのまだ酸化
または還元可能な成分に関して非常に精確な化学量論的
組成であることが特に重要である。

しかしこの条件は、触媒が多数ある場合、各触媒に対し
て個々に維持すべきものである。

酸素検知器は、両側を網状に白金で覆われた一酸化ジル
コニウム層として形成され、その一方の側は排気ガスに
、その他方の側は外気に筒している。

両方の白金覆いは、外部へ導かれる導線接続部を備えて
いる。

これらの酸素検知器は、排気ガス中の酸素製置または酸
素分圧に応じて、導線接続部に異なる電位を発生し、こ
の電位は酸素の化学量論的濃度の範囲では非常に強く変
化し、それ以外の範囲では非常にわずかしか変化しない
。

このような検知器の構成と応用はよく知られており、最
初にあげた刊行物にも記載されている。

２列内燃機関の図示された実施例では、シリンダ列ごと
に、排気ガスを通す排気ガス触媒１３または１４が機関
の近くに設けられている。

触媒は、流れの方向において付属する酸素検知器の後に
取付けられているので、それぞれの排気ガスは処理され
ない状態で酸素検知器に沿って流れ、処理されない状態
の酸素濃母が測定される。

触媒は埋込み触媒であり、選拓触媒として構成されてい
る。

この触媒は、３つの有害成分すべてを無害な成分に変換
する。

処理された排気ガスの組成は、機関の入口側における混
合気の空気−燃料比に大きく関係する。

３種類すべての有害物質の無害成分へのほぼ完全な変換
は、空気と燃料の化学量論的組成を非常に精確に維持す
る場合にのみ行なわれる。

排気ガス触媒を通った後、処理されて浄化された排気ガ
スは、別々の導管１５および１６を経て、共通な排気管
１７へ達し、そこから図示してない消音器を経て外部へ
出る。

混合気生成装置５には、電気的に制御可能な弁１８を備
えた性力目的空気用バイパス導管１９が設けられている
。

バイパス１９は混合気生成装置５迂回して、絞り弁２０
およびガソリン供給ノズル２１の前で空気濾過器２２の
後にある個所を吸込み通路系４の個所２３と接続する。

バイパス導管１９の吸込み通路系への開口個所２３は、
本発明により吸込み通路系の（シリンダ列１の所にある
）反対側半分４′より常に若干濃い混合気をとる（シリ
ンダ列２の所にある）半分４′上に、非対称に位置して
いる。

しかし吸込み通路系４の一方の半分ｌ内において、開口
個所２３は、装置５によって生ずる混合気の両半分に対
して共通な供給個所２４へできるだけ近づけられている
ので、付カロ的空気はシリンダ列２のすべてのシリンダ
へ達することができる。

共通な混合気生成装置５から両シリンダ列１および２へ
均一な供給を行なうために、吸込み通路系４の一方の半
分４′を介して若干薄い空気−燃料混合気を供給される
シリンダ列１（薄い方のシリンダ列）の酸素検知器１１
は、電子制御装置２５を介して、混合気生成装置５の燃
料計量弁８と間接的に接続されている。

同様に濃い方のシリンダ列２の酸素検知器１２も、電子
制御装置２６を介して、制御可能な付加的空気弁１８と
間接的に接続されている。

燃料計量弁８の制御装置２５は、薄い方の酸素検知器１
１の出力信号の高さに応じて逆向きに燃料供給を変化す
るように構成されているので、空気がわずか過剰である
（出力電気信号が小さい）場合若干多い燃料が供給され
、空気が不足の場合少ない燃料が供給されるようにして
いる。

その結果薄いシリンダ列１が常に精確な化学量論的組成
の空気−燃料混合気を供給され、それにより薄い方のシ
リンダ列１の触媒１３が最適に動作することができる。

付カロ的空気弁１８用の制御装置２６は、濃い方のシリ
ンダ列２の酸素検知器１２の出力信号の大きさに応じて
同じ向きに付カロ的空気を生ずるように構成されている
ので、わずか空気が不足粍（大きい出力電気信号）と、
付加的空気弁１８が開かれ、不足でないと弁が閉じられ
る。

その結果吸込み通路系の一方の半分４“を通って完全に
は精確でない混合比ですなわち化学量論的に生成された
混合気より若干濃くして濃い方のシリンダ列２へ導かれ
る混合気は、打力目的空気の混入により化学量論的混合
気組成となるように薄くされるので、不同な混合気分布
にもかかからず、シリンダ列２も常に精確な化学量論的
組成の混合気を供給され、付属する排気ガス触媒も同様
に最適に動作することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は中央に混合気生成装置を持つ２列内燃機関の平
面図、第２図は第１図の機関の正面図である。 １．２・・・・・・シリンダ列、３・・・・・・動作シ
リンダ、４・・・・・・吸込み通路系、５・・・・・・
混合気生成装置、８・・・・・・燃料計量弁、９，１０
・・・・・・排気ガス導管、９ａ１０ａ・・・・・・一
様断面部分、１１．１２・・・・・・酸素検知器、１３
，１４・・・・・・選拓触媒、１８・・・・・・付加的
空気弁、１９・・・・・・バイパス導管、２５ 、２６
・・・・・・制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ それぞれ少なくとも１つの動作シリンダからなる２
   つの別々なシリンダ列と、両シリンダ列に対して共通で
   これらシリンダ列の動作シリンダに吸込み通路系を介し
   て接続されしかも制御可能な燃料供給部を持つ単一の混
   合気生成装置と、内燃機関の排気ガス導管系に設けられ
   て機関の排気ガスを再燃焼する少なくとも１つの排気ガ
   ス触媒と、各シリンダ列用のそれぞれ別の排気ガス集合
   導管系とを備え、この排気ガス集合導管系が、それぞれ
   のシリンダ列の動作シリンダの排気ガスを、この排気ガ
   スが対応する触媒へ流入する前に、一様な流路断面で集
   める内燃機関において、一方あるいは両方の排気ガス触
   媒（１３および１４）が選拓触媒として構成され、各シ
   リンダ列（１あるいは２）の排気ガス集合導管系（９あ
   るいは１０）の一様な流路断面（９ａあるいは１０ａ）
   の部分に、空気−燃料比の値に関係する大きさの電気信
   号を発生する酸素検知器（１１あるいは１２）が設けら
   れ、一方の酸素検知器１１が混合気生成装置５の燃料供
   給部８と少なくとも間接的２５に作用的に結合して、一
   方のシリンダ列１へ供給すれる空気−燃料混合気が、で
   きるだけ精確な化学量論的組成であるようにされ、他方
   の酸素検知器１２が、混合気生成装置５の後で吸込み通
   路系４の適当な部分４“へ開口して付加的空気を供給す
   るバイパス導管１９に設けられている可変弁１８と少な
   くとも間接的２６に作用的に結合しており、その際他方
   の酸素検知器１２に属するシリンダ列２へ供給される空
   気−燃料混合気も同様にできるだけ精確な化学量論的組
   成であるように、この他方の酸素検知器１２と可変弁１
   ８とが作用的に結合していることを特徴とする、混合気
   圧縮ピストン内燃機関。 ２ 酸素検知器（１１および１２）が白金で被覆された
   二酸化ジルコニウム電極として構成されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の機関。 ３ 吸込通路系４が非対称に形成されて、一方のシリン
   ダ列２が、機関のすべての作動状態において、他方のシ
   リンダ列１より濃い空気−燃料混合気をとり、燃料供給
   部８に影響を及ぼす酸素検知機１１が、薄い空気−燃料
   混合気を供給されるシリンダ列１の排気ガス集合導管系
   ９に設けられ、付加的空気供給部１８に影響を及ぼす酸
   素検知器１２が、濃い空気−燃料混合気を供給されるシ
   リンダ列２の排気ガス集合導管系１０に設けられ、バイ
   パス導管１９が、吸込通路系４の濃い空気燃料混合気を
   供給される部分４“に開口２３していることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載の機関。