JPS5934455A - 内燃機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents

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】 本発明は内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。

排気ガス中の有害三成分ＨＣ、ＣｏおよびＮＯｘを同時
に低減することのできる触媒として、三元触媒が知られ
ている。この三元触媒の浄化効率Ｒは第１（ａ）図に示
されるように空燃比ルクがほぼ理論空燃比であるときに
最も高くなり、例えば８０／ｅ−セント以上の浄化効率
Ｒを得ることのできる空燃比領域は空燃比が０゜０６程
度の狭い巾である。通常、このように８０パ一セント以
上の浄化効率を得ることのできる空燃比領域をウィンド
ウＷと称する。従って、三元触媒を用いて排気ガス中の
有害三成分を同時に低減するためには空燃比をこの狭い
ウィンドウＷ内に常時に維持しなければならない。この
ために従来の排気ガス浄化装置では、空燃比が理論空燃
比よりも大きいか小さいかを判別可能な酸素濃度検出器
を機関排気通路に取付け、この酸素濃度検出器の出力信
号に基いて空燃比がウィンドウＷ内の空燃比となるよう
に制御している。しかしながらこのような酸素濃度検出
器を用いた排気ガス浄化装置では高価な酸素濃度検出器
および空燃比制御のための高価な電子制御ユニットを必
要とするために排気ガス浄化装置の製造コストが高騰す
るという問題がある。

ところが最近になって、ＳＡＥ　ｐａｐｅｒ　Ｎｏ。

７６０２０１号、或いは特公昭５６−４７４１号公報に
記載されているように三元触媒の機能が次第に解明され
、三元触媒が酸素保持機能を有することが判明したので
ある。即ち、空燃比が理論空燃比に対してリーン側にあ
るときには三元触媒がＮＯｘから酸素を奪−取ってＮＯ
ｘを還元きせると共にこの奪い取った酸素を保持し、空
燃比が理論空燃比よりもリッチ側になると保持した酸素
を放出してＣＯ，ＨＣの酸化を行なうのである。従って
空燃比を成る基準空燃比に対してリーン側とリッチ側に
交互に変動させると基準空燃比が理論空燃比からずれた
としても上述の酸素保持機能によりＮＯｘの還元作用お
よびＣｏ　、ＨＣの酸化作用が促進されて高い浄化効率
を得ることができる。第１図（ｂ）は空燃比を周波数Ｉ
　Ｉ（ｚで基準空燃比に対して±１．０だけ変動させた
場合の基準空燃比Ａ／ＦのウィンドウＷＯを示している
。第１（ａ）図および第１（ｂ）図がら空燃比を一定周
波数で変動きせた場合にはウィンドウＷｏが広くなるこ
とがわかる。このことは、空燃比を一定周期で変動させ
れば基準空燃比が理論空燃比から多少ずれたとしても高
い浄化効率が得られることを意味している。一方、空燃
比の変動周波数を低くすると、即ち空燃比の変動周期を
長くすると三元触媒の酸素保持能力が飽和するために酸
素保持機能に基づく酸化還元能力が低下し、三元触媒の
浄化効率が低下する。第１（ｃ）図はこのことを明瞭に
示している。第４（Ｃ）図において縦軸Ｒは浄化効率を
示し、横軸Ｆは空燃比の変動周波数を示す。また、空燃
比の変動中を小きくすると空燃比をリッチ側とり−ン側
に交互に変動できなくなるのでウィンドウの巾は狭くな
る。従ってウィンドウの巾を広くするには最適な空燃比
の変動周期と変動１〕が存在することがわかる。

上述のように基準空燃比に対する空燃比の変動中および
変動周波数を適切に選定すればウィンドウが広くなり、
従って基準空燃比が理論空燃比に対して多少変動しても
高い浄化効率を得ることができる。このことは、基準空
燃比の変動中の狭い燃料供給系を用いれば酸素濃度検出
器の出力信号によるフィードバック制御を用いなくても
高い浄化効率を得ることができることを意味している。

熱論、燃料供給系として燃料噴射弁を用いれば基準空燃
比の変動中を狭くすることができるが燃料噴射装置は高
価であるために機関の製造コストが高くなってしまう。

従って機関の製造コストを低く抑えるためには気化器を
用いることが必要となる。しかしながら従来の固定ベン
チュリ型気化器、では基準空燃比の変動中が広く、また
従来の可変ベンチュリ型気化器では加速時に、或いは機
関温度によって基準空燃比が大きく変動するのでこれら
の固定ベンチーリ型気化器、或いは可変ベンチュリ型気
化器を用いても高い浄化効率を得るのは困難である。

本発明は酸素濃度検出器を用いることなく、価格の低い
気化器を用いて高い排気ガス浄化効率を確保することの
できる排気ガス浄化装置を提供するととくある。

以下、添附図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第２図を参照すると、１は吸気マニホルド、２は吸気マ
ニホルド１上に取付けられた可変ベンチュリ型気化器、
３は排気マニホルド、４は触媒コンバータを夫々示し、
触媒コンバータ４の内部には三元モノリス触媒５が配置
される。可変ベンチｚ’）型気化器２は気化器ハウジン
グ６と、ハウジング６内を垂直方向に延びる吸気通路７
と、吸気通路７内を横方向に移動するサクションピスト
ン８と、サクシ、ンピストン８の先端面に取付けられた
ニードル９と、サクションピストン３の先端面に対向し
て吸気通路７の内壁面上に固定されたスペーサ１０と、
サクションピストン８下流の吸気通路７内に設けられた
スロットル弁１１と、７１：ｌ−ｈ室１２とを具備し、
サクションピストン８の先端面とスペーサ１０間にはベ
ンチュリ部１３が形成される。気化器ハウジング６には
中空円筒状のケーシング１４が固定され、このケーシン
グ１４にはケーシング１４の内部でケーシング１４の軸
線方向に延びる案内スリーブ１５が取付けられる。案内
スリーブ１５内には多数のゾール１６を備えた軸受１７
が挿入され、また案内スリーブ１５の外端部は盲蓋１８
によって閉鎖される。一方、サクションピストン８には
案内ロッド１９が固定され、この案内ロッド１９は軸受
１７内に案内ロッド１９の軸線方向に移動可能に挿入さ
れる。

このようにサクションピストン８は軸受１７を介してケ
ーシング１４により支持されるのでザクジョンピストン
８はその軸線方向に滑らかに移動することができる。ケ
ーシング１４の内部はサクションピストン８によって負
王室２０と大気圧室２１とに分割され、負圧室２０内に
はサクションピストン８を常時ベンチュリ部１３に向け
て抑圧する圧縮ばね２２が挿入される。負王室２ｏはサ
クションピストン８に形成されたサクション孔２３を介
してベンチ−り部１３に連結され、大気圧室２１は気化
器ハウジング６に形成された空気孔２４を介してサクシ
ョンピストン８上流ノ吸気通路７内に連結される。

一方、気化器ハウジング６内にはニードル９が侵入可能
なようにニードル９の軸線方向に延びる燃料通路２５が
形成され、この燃料通路２５内には計ｆ＃ジェット２６
が設けられる。計量ジェット２６上流の燃料通路２５は
下方に延びる燃料・ｆイｆ２７を介してフロート室１２
に連結され、フロート室１２内の燃料はこの燃料パイプ
２７を介して燃料通路２５内に送シ込まれる。更Ｋ、ス
”Ｊ　−サ１０には燃料通路２５と共軸的に配置された
中空円筒状のノズル２８が固定される。このノズル２８
はスペーサ１０の内壁面からペンチーリ部１３内に突出
し、しかもノズル２８の先端部の上半分は下半分から更
にサクションピストン８に向けて突出している。ニード
ル９はノズル２８および計量ジェット２６内を貫通して
延び、燃料はニードル９と計量ジェット２６間に形成さ
れる環状間隙により計量された後にノズル２８から吸気
通路７内に供給される。

第２図に示されるようにスペーサ１０の上端部には吸気
通路７内に向けて水平方向に突出する隆起壁２９が形成
され、この隆起壁２９とサクションピストン８の先端部
間において流量制御が行なわれる。機関運転が開始され
ると空気は吸気通路７内を下方に向けて流れる。このと
き空気流はサクションピストン８と隆起壁２９間におい
て絞られるためにベンチュリ部１３には負圧が発生し、
この負圧がサクシ、ン孔２３を介して負圧室２０内に導
びかれる。サクションピストン８は負圧室２０と大気圧
室２工との圧力差が圧縮げね２２のばね力により定まる
ほぼ一定圧となるように、即ちベンチュリ部１３内の負
圧がほぼ一定となるように移動する。

第３図および第４図を参照すると、ニードル９の上流側
に位置するサクションピストン先端面部分はその全体が
ニードル９の取付端面３０からニードル９の先端部に向
けて隆起しておシ、このサクションピストン先端面部分
上には吸気通路７の軸線方向に延びる凹溝３１が形成さ
れる。この凹溝３１の上流側端部３１ａはＵ字形断面形
状を々すと共にニードル取付端面３０よりもニードル９
の先端部に近い側に位置しており、残りの凹溝部分３１
ｂは上流側端部３１ａからニードル取付端面３０までほ
ぼまっすぐに延びる。更に、ニードル９よりも上流側に
位置するザクジョンピストン先端面部分の断面形状は凹
溝３１からベンチュリ部１３に向けて拡開するＶ字形を
なしており、従ってこのサクションピストン先端面部分
は凹溝３１に向けて傾斜する一対の傾斜壁面部３２ａ。

３２ｂを有する。

第３図かられかるように吸入空気量が少ないときには隆
起壁２９、傾斜壁部分３２ａ、３２ｂ。

および凹溝上流側端部３１ａによってほぼ二等辺三角形
状の吸入空気制御絞り部Ｋが形成される。

このように吸入空気制御絞シ部Ｋを形成することによっ
てザクジョンピストン８のリフ）ｆｔが吸入空気制御絞
り部にの開口面積に比例するようになり、従ってサクシ
ョンピストン８のリフ）　ＩＮは吸入空気量の増大に応
じて滑らかに増大するようになる。更に、ザクジョンピ
ストン８は軸受１７によって支持されているので吸入空
気量の変化に対して応答性よく移動し、斯くしてザクジ
ョンピストン８は吸入空気量が増大したときに吸入空気
量の増大に応答性よくかつ滑らかに移動する。その結果
、加速運転時のように吸入空気量が急激に変化する場合
であってもサクションピストン８のリフトが吸入空気量
の増大に比例して増大するためにノズル２８から供給さ
れる燃料の量は吸入空気量に常時比例することになる。

更に、第３図かられかるように吸入空気量が少ないとき
には吸入空気が吸気通路７の中央部を流通せしめられ、
その結果ノズル２８から供給された燃料は吸入空気流と
共に即座に機関シリンダ内に供給されるので吸入空気１
が少ないときであってもノズル２８から供給された燃料
は即座に機関シリンダ内に供給される。従って、加速運
転時のように吸入空気量が急激に増大しても上述したよ
うにノズル２８から供給される燃料の量が吸入空気量に
比例し、しかもノズル２８から供給された燃料が即座に
機関シリンダ内に供給されるので機関シリンダ内に供給
される混合気の空燃比は吸入空気量が急激に変化しても
ほぼ一定に維持される。また、サクションピストン８は
軸受１７によって支持されているので機関温度がサクシ
ョンピストン８の移動に影響を与えることがなく、斯く
してサクションピストン８け機関温度とは無関係に吸入
空気量の変化に応答性よく移動することができる。斯く
して、請２図に示す可変ベンチュリ型気化器２を用いる
と、機関温度および機関運転状態Ｋかかわらずに機関シ
リンダ内に供給される混合気の空燃比をほぼ一定値、例
えばほぼ理論空燃化に維持することができる。

第２図を参照すると、計量ジェ、ｌ−２６の周囲には環
状空気室３３が形成され、この環状空気室３３に通ずる
複数個のエアブリード孔３４が計量ジェット２６の内周
壁面上に形成される。環状空気室３３はエアブリード通
路３５およびエアブリードジエツト３６を介して隆起壁
２９上流の吸気通路７内に連結され、このエアブリード
通路３５内にはりニアソレノイド弁４０によって開口面
積が制御される弁ポート３７が形成される。

リニアソレノイド弁４０は弁ポート３７の開口面積を制
御する弁体４１と、弁体４１に連結された可動プランジ
ャ４２と、可動プランジャ４２を吸引するためのソレノ
イド４３とを具備し、ソレノイド４３はソレノイド駆動
回路５０に接続される。このリニアソレノイド弁４０で
はソレノイド４３を流れる電流に比例した距離だけ可動
プランジャ４２が移動し、ソレノイド４３を流れる電流
が増大するにつれて弁体４１が右方に移動する。

従って、弁ポート３７の開口面積はソレノイド４３を流
れる電流に比例して変化することになる。

ソレノイド駆動回路５０は第６図（ａ）に示すような例
えば５Ｈｚから１０Ｈｚの周波数の鋸歯状電圧を発生す
る第１の鋸歯発生器５１と、第５図（ａ）に示すような
ＩＨｚから２Ｈｚの周波数の鋸歯状電圧を発生する第２
の鋸歯発生器５２と、第１鋸歯発生器５１の出力端子に
接続された第１のアナログスイッチ５３と、第２の鋸歯
発生器５２の出力端子に接続された第２のアナログスイ
ッチ５４と、第１アナログスイツチ５３と第２アナログ
スイツチ５４の出力端子に接続された電圧電流変換器５
５とを具備し、この電流電圧変換器５５の出力端子はソ
レノイド４３に連結される。更にソレノイド駆動回路５
０はアンドダート５６とインバータ５７とを具備し、第
１アナログスイツチ５３はアンドダート５６の出力電圧
によって直接制御され、第２アナログスイツチ５４はイ
ンバータ５７を介してアンドゲート５６の出力電圧によ
多制御される。アンドｒ−ト５６の一方の入力端子はス
ロットル弁１１の開閉動作に応動するアイドルスイ。

チ５８に接続され、アンドゲート５６の他方の入力端子
は機関回転数に応動する回転数スイッチ５９に接続され
る。アイドルスイッチ５８はスロットル弁１１がアイド
リング位置にあるときにオンとなり、回転数スイッチ５
９は機関回転数が例えば２０００　ｒ、ｐ、ｍよりも高
いときにオンとなる。

従ってスロットル弁１１がアイドリング位置にあり、か
つ機関回転数が２００　Ｏｒ、ｐ、ｍよりも高いとき、
即ち減速運転時にはアンドゲート５６の出力電圧が高レ
ベルとなる。アンドゲート５６の出力電圧が高レベルに
なると第１アナログスイツチ５３が導通状態となり、第
２アナログスイツチ５４が非導通状態となるので第６図
（ａ）に示すような周波数の亮い鋸歯状電圧が電圧電流
変換器５５に印加される。一方、スロットル弁１１がア
イドリング位置にないか、又は機関回転数が２００Ｏｒ
、ｐ、ｍよりも低いとき、即ち減速運転時でないときに
はアンドゲート５６の出力電圧が低レベルとなるために
第１アナログスイツチ５３が非導通状態となり、第２ア
ナログスイツチ５４が導通状態となる。従って、このと
き第５図（、）に示すようなＩＨｚから２Ｈｚの周波数
の鋸歯状電圧が電圧電流変換器５５に印加される。

減速運転時でないときには上述したように１　Ｈｚから
２Ｈｚの周波数の鋸歯状電圧が電圧変流変換器５５に印
加され、次いで電圧電流変換器５５において対応する電
流に変換されてソレノイド４３に供給される。前述した
ように弁ボート３７の開口面積はソレノイド４３を流れ
る′電流に比例して変化し、ソレノイド４３には第５（
ａ）図に示すような電流が供給されるので弁ポート３７
の開口面積は鋸歯状に変化することがわかる。このよう
に弁ポート３７の開口面積が鋸歯状に変化するとエアブ
リード孔３４から燃料通路２５内に供給される空気量も
鋸歯状に変化するので機関シリンダ内に供給される混合
気の空燃比Ａ／Ｆは第５（ｂ）図に示されるように波状
に滑らかに変化することになる。エアブリードジェット
３６および弁？−ト３７の寸法はりニアソレノイド弁４
０の弁体４１が弁ポート３７の流れ面積を繰返し増大減
少したときに機関シリンダ内に供給される混合気の空燃
比の平均値が第５（ｂ）図に示されるようにほぼ理論空
燃比となり、空燃比の変動中が理論空燃比に対してほぼ
±０．２から±１．０となるように定められる。従って
機関温度および機関運転状態にかかわらずに機関シリン
ダ内に供給される混合気の空燃比はＩ　Ｈｚから２Ｈｚ
の周波数でもってほぼ理論空燃比に対して±０．２から
±１．０の範囲で変動せしめられ、しかもとの空燃比の
平均値は第１（ｂ）図のウィンドウＷｏ内に維持される
ので三元モノリス触媒５の酸素保持機能を利用して高い
浄化効率を得ることができる。更に、第５（ｂ）図に示
されるように空燃比が滑らかに変動するので燃焼状態が
急激に変化することがなく、斯くして機関の運転状態に
かかわらずに常時安定した燃焼を確保することができる
。

一方、減速運転時には第６図（１）に示すよう々周波数
の高い鋸歯状電圧が電圧電流変換器５５に印加され、斯
くしてこのとき第６図（ｂ）に示すように空燃比Ａ／Ｆ
は短かい周期で変動することになる。

このように空燃比の変動周期が短かくなると空燃比の変
動に伴なって燃焼変動が生じても出力トルクの変動が小
さくなり、斯くして円滑な減速運転を確保することがで
きる。

このように本発明によれば高価な酸素濃度検出器および
高価な空燃比制御用の電子制御ユニットを用いることな
く、価格の低い気化器を用いて排気ガスを良好に浄化で
きるので排気ガス浄化装置の製造コス）ｋ大巾に低減す
ることができる。更に、エアブリード通路に電磁弁を設
けるだけなので構造は極めて簡単であり、従って排気ガ
ス浄化装置の信頼性を向上することができる。また、減
速運転時のトルク変動を抑制することができるので滑ら
かな減速運転を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は排気ガス浄化効率を示す線図、第２図は機関吸
排気系の側面断面図、第３図は第２図の矢印■に沿って
みた平面図、箱４図はサクションピストンの側面断面図
、第５図は空燃比の変動を示す線図、第６図は空燃比の
変動を示す線図である。 ２・・・気化器、８・・・サクションピストン、９・・
・ニードル、２５・・・燃料通路、２８・・・ノズル、
３５・・・エアブリード通路、４０・・・リニアソレノ
イド弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関吸気通路に気化器を取付けると共に機関排気通路に
   三元触媒コンバータを取付け、該気化器の燃料通路にエ
   アブリード通路を連結して該エアブリード通路から燃料
   通路内に空気を供給するようにした内燃機関において、
   はぼＩＨｚ〜２Ｈｚの第１の一定周波数の駆動信号およ
   び該第１の一定周波数よりも周波数の高い第２の周波数
   の駆動信号を発生可能な駆動信号発生回路を具備し、上
   記エアブリード通路内に上記駆動信号に応動してエアブ
   リード通路を上記一定周波数で開閉する電磁弁を配置し
   、該エアブリード通路を開閉した際に空燃比が平均値に
   対してほぼ±０．２から±１．０の間で周期的に変動す
   ると共に該空燃比の平均値がほぼ理論空燃比となるよう
   に上記エアブリード通路の流路面積を定め、更に機関減
   速運転を検出可能々減速運転検出器を上記駆動信号発生
   回路に接続して減速運転時には上記第２の一定周波数の
   駆動信号を発生させると共に減速運転時でないときには
   上記第１の一定周波数の駆動信号を発生せしめるように
   した内燃機関の排気ガス浄化装置。