JPS6145055B2

JPS6145055B2 -

Info

Publication number: JPS6145055B2
Application number: JP53065417A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Sugiura
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1978-05-31
Filing date: 1978-05-31
Publication date: 1986-10-06
Also published as: JPS54156907A

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、すなわち一酸化炭素（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関するものである。

【従来の技術】

従来、排気ガス中のCO、HCを浄化する方法と
して排気系にリアクタを設けたものが知られてい
る。一般にリアクタ方式は、触媒コンバータ方式
に比べて、有害成分を充分反応させるには排気ガ
ス温度を相当高温に維持してリアクタへ送り込ま
なければならない。そのために、排気管やリアク
タを断熱構造にすることは勿論のこと、排気弁か
ら排出される排気ガスそのものの温度をできるだ
け高くする必要があり、この手段として吸入混合
気を濃厚にしたり、点火時期を遅らせたりしてい
る（特開昭50−58434号公報参照）。特に機関がア
イドリングや低負荷の場合は燃焼温度も低く、排
出ガス量も少ないのでリアフタで反応を持続する
だけの熱慣性がなくなる関係から、例えばアイド
リングの気化器セツトを相当濃厚にして反応を持
続させておくのが通例であり、このようにして低
負荷でも反応を持続させるようにしないと、中負
荷、高負荷へ移行するときの反応が悪くなりエミ
ツシヨンを悪化させることになる。

【発明が解決しようとする問題点】

そのため従来のリアクタ方式では、アイドリン
グ時におけるCO排出濃度が高く、７〜８％程度
になることもあり、燃料の無駄な浪費が多いから
燃料消費が増大し不経済である。更には濃厚セツ
トのため、万一、一部気筒でも燃焼が不調になつ
たり失火（不燃焼）をおこすと、未燃成分が排出
ガス濃度を更に高めてリアクタ内で過激な反応を
おこすことになり、大規模な過熱構造を施した
り、警報装置を設けたりしなければならないか
ら、コスト高になることを免れなかつた。また点
火時期を遅らせることも、燃料消費の増大や出力
の低下につながるなどの欠点もある。このように
従来のリアクタ方式では排気浄化に重点をおくあ
まり、経済性や機関出力の面ではある程度犠性に
なつていたといつても過言ではない。

【発明の目的】

本発明は、上述の事情に鑑み、従来のリアクタ
方式の欠点を改良することによつて排気有害成分
を充分に低減し、かつ燃料消費ならびに出力低下
が少なく、しかも安全性の高い内燃機関の排気ガ
ス浄化装置を提供しようとするものである。なお、排気ガス浄化装置に関しては、EGRお
よび空燃比を機関温度に応じて制御するものが、
特開昭49−100418号公報にみられる。

【実施例】

以下、図面を参照して本発明を具体的に説明す
る。図において１はエンジン本体で、排気弁２以降
の排気ポート３には排気ポートライナ４などによ
る断熱手段が施されている。また、それに続く排
気管５，５も断熱構造で構成され、その下流側に
同じく断熱構造を施した反応室６が設けられてお
り、反応室６はマフラを介して大気側へと連通さ
れている。上記排気ポート３あるいは排気管５に
は２次空気導入装置７が設けられる。これは排気
ポート３、排気管５内の圧力変動でエアフイルタ
１０、逆止弁９、空気導入管８を経て２次空気を
導入し、排気ポート３、排気弁５内で排気ガスと
混合することによつて再燃焼させ、更に反応室６
で有害成分を分解するための反応に供する。また１１は気化器、１２はその吸入通路１４の
上流側に連設されるエアクリーナ、１３は吸入通
路１４内に図示しないアクセルペダルに連動する
ように設けられたスロツトル弁、１５はフロート
室、１６はメインジエツト、１７は燃料通路で、
該通路１７から分岐してスロー系１８が、スロー
エアブリード１８′を伴つて構成され、メイン通
路は燃料通路１７から、図示しないメインエアブ
リレードを伴つてベンチユリ１９部に連通されて
いる。また気化器１１には、混合気濃度を制御す
るための補助燃料供給装置２０が設けられる。こ
の装置２０は、ピストン２１がピストン室２２の
圧力状態によつて、負圧が所定以上になつたとき
には上方へ引かれることで、バルブ２３が上方へ
移動して通路１７を閉じることにより補助燃料の
供給を停止し、負圧が所定以下になつたときは下
方へ移動してバルブ２３を開くことにより補助燃
料を燃料通路１７へ追加供給するようになつてい
る。このピストン室２２は、通路２４、電磁開閉弁
２５、通路２６を経てスロツト弁１３のアイドリ
ング開度位置の上流（大気側）で、所定開度以上
ではその下流側に位置する負圧口２７に連通され
ている。なお電磁開閉弁２５は、エンジン負荷、
エンジン温度および車速（またはエンジン回転
数）によつて切換え作動し、温度が所定値以下、
または車速が所定値以上のときに通路２４と２６
が連通して、スロツトル弁１３が開くと負圧をピ
ストン室２２に供給してピストン２１を引上げて
バルブ２３を閉じる。但しこの状態のときスロツ
ト弁１３の開度が所定値以下のときは、ピストン
室２２はスロツト弁１３の上流の負圧口２７から
大気圧がかかりバルブ２３が開くが、メイン系は
作動しないので補助燃料は供給されない。そして
温度が所定値以上でかつ車速が所定値以下のとき
には、通路２４と２６とを遮断すると共に通路２
６を、オリフイス２８を設けた通路２９を介して
大気口３０に連通して、ピストン室２２を大気圧
にし、ピストン２１の下降でバルブ２３が開かれ
るようになつている。つぎに点火時期制御装置の構成について説明す
ると、３１はデイストリビユータで、真空進角装
置３２を有し、これは進角側作動負圧室３３と遅
角側作動負圧室３４によつて構成される。上記進角側作動負圧室３３は、負圧遅角弁３５
を介して通路３６により前記通路２４に連通さ
れ、また電磁開閉弁２５を介して通路２６にも連
通されている。一方、遅角側作動負圧室３４は、
通路３７によつて通路２９に連通され、また電磁
開閉弁２５を介して通路２６も連通されている。そして温度が所定値以下、または高速が所定値
以上のとき電磁開閉弁２５に通電して通路３６を
通路２６に連通し、スロツトル弁１３の所定開度
以上でその開度に応じた負圧が進角側作動負圧室
３３に供給されると同時に通路３７が通路２９に
連通し、大気圧が遅角側作動負圧室３４に供給さ
れる。これによつて点火時期は運転状態に応じた
適正な進角作用が行なわれる。また温度が所定値以上で、かつ車速が所定値以
下のときには電磁開閉弁２５が非通電となり、通
路３６は通路２４にのみ連通してピストン室２２
から自然リークして通路３７は通路２９と連通状
態を維持するが通路２６にも連通する。これによ
つてスロツトル弁１３の開度に応じて負圧がオリ
フイス２８によつてモジユレートされ、遅角側作
動負圧室３４に供給されて適度な遅角作用が行な
われる。このように点火時期制御は、１つの負圧口２７
によつて電磁開閉弁２５を介して進角、遅角作用
を行なうようにしている点に特徴を有している。
なお負圧遅延弁３５は、遅角状態から進角状態に
移行するときの緩衝作用のために設けられたもの
である。つぎにEGR装置の構成について説明すると、
排気ポート３または排気管５から排気ガスの一部
を管４１、EGRバルブ４２を介して管４３から
吸入系（吸入管９０等）に還流するようにしてい
る。このEGRバルブ４２は、バルブ作動負圧室
４４が通路４５によつてスロツトル弁１３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４６に連通されている。また通
路４５は、通路４７によつて電磁開閉弁４８を介
して通路４９によつて通路２９のオリフス２８の
左側に連通されている。このように構成すること
によつて、エンジン負荷（スロツトル開度）に応
じて、アイドリングと全開を除いてはEGR作用
を行なうのであるが、温度が所定値以下、または
車速が所定値以上のときには、電磁開閉弁４８の
通電により負圧口４６の負圧はオリフイス２８を
介して通路２９から大気口３０へリークして、モ
ジユレートされた負圧となつてEGRバルブ４２
のバルブ作動負圧室４４に供給されるので、
EGRバルブ４２の開きは制限され、還流排気ガ
ス量も運転状態に応じて少量となる。また、温度が所定値以上で、かつ車速が所定値
以下のときには、電磁開閉弁４８が非通電とな
り、通路４７は電磁開閉弁４８で遮断されるの
で、スロツトル弁１３の開度に応じた負圧がその
ままEGRバルブ４２のバルブ作動負圧室４４に
供給され、バルブは大きく開き還流排気ガス量も
大量となる。以上の補助燃料供給装置、点火時期制御装置、
EGR装置の作動制御を行なう電磁開閉弁２５と
４８は、エンジン冷却水温度を感知して開閉する
水温スイツチ５０および車速スイツチ５１によつ
て切換動作が行なわれる。すなわち、水温が所定値以下のときは水温スイ
ツチ５０が開いており、リレーコイル５２は非通
電で、リレースイツチ５３が閉じているので電源
５４から電磁開閉弁２５および４８を介して電気
回路が閉じて通電する。また、車速が所定値以上
の場合は、車速スイツチ５１が閉じるので水温に
かかわりなく電磁開閉弁２５および４８は通電す
るよう構成される。なお水温スイツチ５０は、他
の部分のエンジンに依存する温度を感知するスイ
ツチにしてもよい。以上述べた構成以外に、特定の運転状態におい
て作動する補助装置として、吸気温度自動制御装
置６０、アイドルコンペンセータ７０およびアル
チアフタバーン装置８０を設けることもできる。
吸気温度自動制御装置６０は、吸気温度を温度セ
ンサ部６１で感知して、所定温度以下のとき、吸
入管９０の負圧をバキユームモータ６２に供給し
空気制御弁６３を開き、排気管５周囲の暖気をエ
アストーブ６４から暖気吸入口６５を経て吸入す
る装置で、空気制御弁６３の開度によつて吸気温
度を略一定にして排気有害成分の浄化機能を維持
させる。アイドルコンペンセータ７０は、気化器１１の
スロー１８に連通して補助エアブリード７１を設
け、これをエアクリーナ１２に設けた空気口７２
と連通させる空気口７２部に、高温時に開くバイ
メタル弁７３を設けて構成し、高温時に補助空気
をスロー系１８に供給することにより過濃になる
のを防止し、アイドル回転の安定化、有害成分排
出を防止するものである。さらにアンチアフタバーン装置８０は、吸入管
９０の負圧が所定値より大きくなると所定時間大
気を吸入管１４〜９０に供給する装置であり、急
激速時などに排気有害成分が悪化するのを防止す
る。以上の構成によつて、 (1) エンジン水温が所定値以下のときは、水温ス
イツチ５０が開いておりリレースイツチ５３が
閉じているので、電磁開閉弁２５，４８は共に
通電される。これにより通路２６は、通路２
４，３６と連通すると共に通路２９とは遮断さ
れると同時に、通路２９と３７が連通してい
る。よつて、アイドリング時は、通路２６に負圧
は発生しないので、点火時期は進角側、遅角側
の両作動負圧室３３，３４が共に同一圧力なの
で、アイドリングに適したMBTに近い点火時
期セツトで運転されている。また、補助燃料供給装置２０のピストン室２
２も大気圧になつているが、メイン系が非作動
のため補助燃料は供給されないので、予めセツ
トした理論空燃比より希薄な混合気で運転され
る。このときは通路４５にも負圧は発生しないの
で、EGRも作動せず、運転性や暖機特性を損
うことがない。なお冬期や寒冷地においてチヨ
ークを操作して起動し暖機する場合、チヨーク
弁に連動してスロツトル弁１３も少し開くの
で、通路２６には吸入負圧が発生し、点火時期
が更に進角側で作動するので起動性がより良く
なる。つぎに水温が所定値以下の状態で走行する場
合は、点火時期は進角側で作動するので、暖機
未完でも運転性は損われず、補助燃料も追加さ
れないので過濃化も防げる。更にスロツトル開
度に応じて通路４５にも負圧が発生してEGR
バルブ４２のバルブ作動負圧室４４に供給され
るが、通路４７から電磁開閉弁４８を介して通
路４９、オリフイス２８、通路２９、大気口３
０と、大気ヘリークするので、EGRバルブ４
２の作動は制御されて還流排気ガス量は少量で
あり、運転性悪化は、前記点火時期の進角作用
との相互作用によつて防がれ、希薄化、点火進
角、少量EGRによつて、CO、HC、NOxの排
出が低減される。この状態（電磁開閉弁２５，４８が連通して
いる状態）は、第２図のＡゾーンである。 (2) エンジン水温が所定値以上、車速が所定値以
下のときは、水温スイツチ５０が閉じリレース
イツチ５３を開くので、電磁開閉弁２５，４８
は共に非通電状態となる。これにより通路２６
は、オリフイス２８を介して通路２９、大気口
３０に連通すると共に通路３７にも連通する同
時に、通路２４および３６とは遮断される。よつて、アイドリング時は、通路２６に負圧
は発生しないので、点火時期は進角側、遅角側
の両作動負圧室３３，３４が共に同一なので、
アイドリングに適しMBTに近い点火時期セツ
トで運転されている。また、補助燃料供給装置２０のピストン室２
２も大気圧になつているが、メイン系が非作動
のため補助燃料は供給されないので、予めセツ
トした理論空燃比より希薄な混合気で運転され
る。このときは通路４５にも負圧は発生せず
EGRバルブ４２は作動しない。このようにし
て通常温度でのアイドリング運転は、従来の排
気ガス対策、特にリアクタ方式のもののように
過濃ではなく、かつての排気対策が施されてい
なかつた従前のエンジンのように、希薄で、し
かも点火時期も同様MBT付近まで進角して運
転されるので、COも少なく燃費も良好であ
る。しかも排気系は、ポートライナ４、保温排
気管５で構成されているのでガスの保温がよ
く、排気脈動で逆止弁９から大気を導入して適
度に反応しながら反応室６へ流入して行くので
ガス温度も維持されて、反応室６での燃慣性が
維持でき、走行へ移行するときの反応も直ちに
行なわれるようになる。つぎに、所定車速以下での走行においては、
スロツトル弁１３の開きに応じて通路２６，４
５に負圧が発生する。通路２６の負圧は、電磁
開閉弁２５から通路３７を経てデイストリビユ
ータ３１の遅角側作動負圧室３４へ供給される
が、オリフイス２８を介して大気口３７へも連
通するので制御された負圧となり、適度な遅角
作用が行なわれる。このとき通路３６は、電磁開閉弁２５によつ
て通路２６との連通を断たれ、通路２４からピ
ストン室２２にリークするので、進角側作動負
圧室３３には負圧は作用しない。したがつて補
助燃料供給装置２０のピストン室２２も大気圧
となり、メイン系の燃料に補助燃料がバルブ２
３から追加され、理論空燃比付近の濃度の混合
気となり、エンジンへ供給される。また、通路
４５の負圧は、電磁開閉弁４８が通路４７を閉
塞しているので、そのままEGRバルブ４２の
バルブ作動負圧室４４に供給され。バルブ開度
が大きく還流排気ガス量が多くなる。このような状態（電磁開閉弁２５，４８が非
通電の状態）は、第２図のＢゾーンであり、暖
機完了で、しかも所定車速以下の最も多く車が
使われる運転状態において、負荷に応じた適度
な点火時期によつて燃焼温度を抑え燃焼時間を
長くして排出ガス温度を高めにし、燃料をやや
濃いめにして排気系で２次空気と共に反応させ
つつ、更に反応室６内で充分有害成分、特に
CO、HC、を処理できるようになる。また、
EGRを負荷に応じて多めに行なうことにより
燃焼温度を抑制してNOxの発生を抑えている
ので、排出されるガス中のNOxを低減するこ
とができる。

【発明の効果】

以上述べたように、本発明によれば、排気系を
保温構造の通路と反応室で構成し、アイドリング
時には、理論空燃比より稀薄な混合気で、点火時
期も進角側へセツトすることでCO濃度を低減
し、しかもアイドル回転も充分下げることができ
るから、これらが相俟つて無駄な燃料浪費が少な
くなり燃費を大幅に向上することができる。更に
排気ガスを保温して反応室の温度を高温に維持
し、走行に移行してガス量が増加しても直ちに反
応が行なわれるようにしたので、所定のエミツシ
ヨン効果を維持しつつ燃費の節減をはかることが
できる。また万一、特定気筒が失火しても排気系
が過熱する程、過濃にならないようにしたから、
遮熱構造や警報など特別な配慮は不要となり安価
で簡単な構造にできる。更に、前述の補助装置を
追加すれば、寒暖、加減速、低高速などあらゆる
運転状態で排気有害成分を抑制することができ、
実用性高い排気ガス浄化装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による内燃機関の排気ガス浄化
装置の一実施例を示す構成図、第２図はエンジン
温度、車速と運転状態との関係を示す図である。１……エンジン本体、２……排気弁、３……排
気ポート、４……ポートライナ、５……排気管、
６……反応室、７……２次空気導入装置、８……
空気導入路、９……逆止弁、１０……エアフイル
タ、１１……気化器、１２……エアクリーナ、１
３……スロツトル弁、１４……吸入通路、１５…
…フロート室、１６……メインジエツト、１７…
…燃料通路、１８……スロー系、１９……ベンチ
ユリ、２０……補助燃料供給装置、２１……ピス
トン、２２……ピストン室、２３……バルブ、２
４，２６，２９……通路、２５……電磁開閉弁、
２７……負圧口、２８……オリフイス、３０……
大気口、３１……デイストリビユータ、３２……
真空進角装置、３３……進角側作動負圧室、３４
……遅角側作動負圧室、３５……負圧遅延弁、３
６，３７……通路、４１，４３……管、４２……
EGRバルブ、４４……バルブ作動負圧室、４
５，４７，４９……通路、４６……負圧口、４９
……電磁開閉弁、５０……水温スイツチ、５１…
…車速スイツチ、５２……リレーコイル、５３…
…リレースイツチ、５４……電源。

Claims

【特許請求の範囲】１内燃機関の排気ガス中の有害成分を低減させ
る手段として、Ａアイドリング時および所定負荷以下の低負荷
時には理論空燃比より希薄な混合気を生成し、
所定エンジン温度、所定負荷以上では燃料を増
量して理論空燃比付近の混合気を生成するよう
にした燃料供給系と、Ｂ排気弁以降の排気通路の所定区間を保温構造
とし、その区間の所定位置に保管構造の反応室
を設けた排気系と、Ｃ排気系の脈動を利用して大気を排気系に導入
する２次空気供給装置と、Ｄ排気ガスの一部を排気系より取出して吸入系
に還流させる排気還流装置と、Ｅアイドリング時に最適点火時期付近にセツト
され、スロツトル弁がアイドル開度ではその直
上流で、所定開度以上に開くとその下流に位置
する混合気通路からの圧力によつて点火時期を
進角側、遅角側に制御する点火時期調整装置、とを備え、主としてアイドリング時は最適点火時
期に近い点火時期セツトで、かつ理論空燃比より
希薄な混合気により一酸化炭素の発生を抑制し、
燃焼過程では点火時期調整と排気還流とで窒素酸
化物の発生を抑制しつつ排出ガス温度を高め、か
つ排気系への２次空気導入により排気系において
一酸化炭素、炭化水素の酸化処理をはかるように
したことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装
置。２燃料供給系は、エンジン温度が所定値以下の
ときは吸入管負圧を作用させて補助燃料の追加を
停止し、エンジン温度が所定値以上のときは所定
車速以下では吸入管負圧の作用を停止して補助燃
料を追加、所定車速以上では吸入管負圧に応じて
補助燃料を停止あるいは追加するようにした特許
請求の範囲第１項記載の内燃機関の排気ガス浄化
装置。３点火時期制御装置は、デイストリビユータに
進角側作動負圧室と遅角側作動負圧室をもつ圧力
応動装置を備え、それぞれの室へ１つの信号負圧
通路から開閉弁を介して連通し、該開閉弁によ
り、エンジン温度が所定値以下のときは進角側作
動負圧室に負圧を供給して進角させ、エンジン温
度が所定値以上のときは所定車速以下では遅角側
作動負圧室に制御負圧を供給して遅角作用をさ
せ、所定車速以上では進角側作動負圧室に負圧を
供給して進角させるようにした特許請求の範囲第
１項記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。