JPH0586848A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は内燃機関の排気浄化装置に関し、Ｖ
型エンジン等の２つの気筒グループ毎に独立した排気系
を有する内燃機関のそれぞれの排気系に効率的に二次空
気を供給するための手段を提供することを目的とする。 【構成】 吸気管３から空気取入管２１を介して二次空
気を取入れ、エアポンプ９でＶ型エンジン１の両バンク
の排気マニホルド４ａ，４ｂに二次空気を供給する。各
バンクに二次空気を供給する分岐管２３ａ，２３ｂには
制御弁１０ａ，１０ｂが設けられ、交互に所定間隔で開
閉することにより、両方のバンクに交互に二次空気を供
給する。これにより、各バンクでの排気二次空燃比リー
ン側とリッチ側とに周期的に変動するため二次空気供給
量は低減されるが触媒５ａ，５ｂの酸素貯蔵効果により
触媒雰囲気は理論空燃比近傍に保存される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気浄化装置
に関し、詳細にはＶ型エンジンのように、２つの気筒グ
ループ毎に設けられた排気系のそれぞれに二次空気を供
給する手段を備えた排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気通路に三元触媒等を用い
た触媒コンバータを設け、排気中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯ_X
等の有害成分を浄化するようにした排気浄化装置が一般
に用いられている。公知のように触媒におけるＨＣ，Ｃ
Ｏ成分の酸化反応は空燃比がリッチ（燃料過剰）になる
と急速に低下する。一方、内燃機関冷間運転時等では機
関性能を安定させる目的で燃料増量が行われ、空燃比が
リッチになる。このため触媒でのＨＣ，ＣＯ成分の排出
量の増大防止と、ＨＣ，ＣＯの酸化反応促進により触媒
温度上昇の促進のため上流側の排気通路に二次空気を導
入して排気空燃比をリーン側に移行させる対策がとられ
ている。

【０００３】Ｖ型エンジン等のように２つの気筒グルー
プにそれぞれ独立した排気系を有する内燃機関のそれぞ
れの排気系に二次空気を供給するようにした排気浄化装
置の例としては、例えば実開昭６１−１１３９１３号公
報に記載されたものがある。同公報の装置は水平対向型
エンジンの左右のバンクの排気マニホルドにそれぞれエ
アサクションバルブを設け、このエアサクションバルブ
を介してそれぞれの排気マニホルドとエンジン吸気系と
を二次空気供給管で接続している。エンジン冷間時等で
二次空気供給が必要な場合には両方のエアサクションバ
ルブを開放し、両バンクの排気マニホルドに同時に二次
空気供給が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記実開昭６
１−１１３９１３号公報の装置では二次空気を両方のバ
ンクに同時に供給し、両方のバンクの排気を常にリーン
（空気過剰）になるように保持しているため、二次空気
供給管に大量の空気を流す必要がある。このため吸気系
からの二次空気取入れ用の接続口や接続配管を大径化す
る必要があり、接続口の設置位置確保が困難であり、更
に配管や関連部品の大型化によりエンジンへの搭載性が
悪化する問題が生じていた。また、両方のバンクの排気
を常にリーン側に保持しているため、ＨＣ，ＣＯ成分の
浄化は充分に行われるものの、逆にＮＯ_X 成分の浄化能
力が低下する問題があった。更に、エンジン始動時で触
媒温度が低く、触媒での酸化反応が充分に行われないよ
うな場合には、大量の二次空気導入により触媒が冷却さ
れてしまい触媒の活性温度到達（触媒暖機）が遅れる問
題が生じていた。

【０００５】本発明は上記課題に鑑み、Ｖ型エンジン等
の相互に独立した２つの排気系に二次空気を供給する際
に、吸気系への二次空気供給管接続口や配管、部品等を
小型簡略化して搭載性を向上すると共に、二次空気供給
に伴うＮＯ_X浄化能力の低減や触媒暖機の遅れを防止す
ることができる排気浄化装置を提供することを目的とし
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明によれば、複数
気筒を２つのグループに分割し、それぞれの気筒グルー
プ毎に排気系を設けた内燃機関のそれぞれの排気系に２
次空気を供給する排気浄化装置において、前記内燃機関
の吸気系から二次空気を取入れる空気取入れ管と、該取
入れ管から分岐して前記各気筒グループ排気系のそれぞ
れに二次空気を供給する二次空気供給管と、前記二次空
気供給管分岐部、若しくは分岐部下流側の各二次空気供
給管上に配置した制御弁とを備え、前記各気筒グループ
排気系に交互に所定間隔で二次空気を供給するように前
記制御弁を動作させることを特徴とする内燃機関の排気
浄化装置が提供される。

【０００７】

【作用】吸気系から取入れた二次空気は、両方のバンク
の排気マニホルドに二次空気供給管と制御弁とを介して
供給される。前記制御弁は両方のバンクに交互に二次空
気を供給するように作動するため、各バンクの排気系内
では二次空気が供給されている間は空燃比がリーンにな
り、二次空気が供給されていない間はリッチになる。

【０００８】このように排気空燃比を所定間隔でリッチ
側とリーン側とに変動させることにより触媒の酸素貯蔵
効果が発揮され、触媒は常に理論空燃比近傍で作動する
ことになりＨＣ，ＣＯ，ＮＯ_X の３成分共に良好な浄化
が行われる。また、排気空燃比をリッチ側とリーン側と
に周期的に変動させることにより、従来のように常時リ
ーン側に保持する場合と比較して二次空気量を半分程度
まで低減することが可能となり、接続口や配管部品の小
型化、簡略化、触媒暖機の促進を図ることができる。

【０００９】

【実施例】図１に本発明の排気浄化装置の実施例構成を
示す。図１において、１はエンジンを示し、本実施例で
はＶ型気筒配置を有するＶ型エンジンが使用されてい
る。３はエンジン１の左右両バンクの気筒に吸気を供給
する吸気管、２は吸気管３の入口に設けられたエアクリ
ーナ、３ａはスロットル弁である。

【００１０】エンジン１の左右両バンクの気筒は相互に
独立した排気マニホルド４ａ，４ｂを介して排気管７
ａ，７ｂに接続されている。また、排気管７ａ，７ｂに
はそれぞれ三元触媒を用いた触媒コンバータ５ａ，５ｂ
が配置され、排気中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯ_X 成分の浄化を
行っている。排気管７ａ，７ｂの触媒コンバータ５ａ，
５ｂの上流側には二次空気供口８ａ，８ｂが設けられて
おり、二分岐管２３ａ，２３ｂを介して、触媒上流側に
二次空気が供給される。

【００１１】本実施例では二次空気供給用に電動エアポ
ンプ９が設けられており、吸気管３のエアクリーナ２下
流側から空気取入管２１を通して空気を吸入し、二次空
気供給管２２に空気を送出している。また二次空気供給
管２２は分岐管２３ａ，２３ｂにより各排気管７ａ，７
ｂの二次空気供給口８ａ，８ｂに接続されている。分岐
管２３ａ，２３ｂには排気の分岐管内への逆流を防止す
る逆止弁１２ａ，１２ｂと共に、各二次空気供給口８
ａ，８ｂへの二次空気供給を制御する制御弁１０ａ，１
０ｂが設けられている。制御弁１０ａ，１０ｂは電磁弁
であり、制御装置１１の出力に応じて開閉し分岐管２３
ａ，２３ｂ内の二次空気の流れを制御する。

【００１２】後述のように、本実施例では制御装置１１
は制御弁１０ａ，１０ｂを所定間隔で交互に開閉し、二
次空気供給口８ａ，８ｂに交互に二次空気を供給してい
る。従って分岐管２３ａ，２３ｂに二つの制御弁１０
ａ，１０ｂを設ける代わりに、二次空気供給管２２から
の分岐管２３ａ，２３ｂの分岐部に電磁三方弁を１つ設
け、分岐管２３ａ，２３ｂを交互に二次空気供給管２２
に連通させるように上記電磁三方弁を切換制御しても良
い。

【００１３】また、図に２５で示したのはエンジンの燃
料噴射制御や点火時期制御等の基本制御を行う公知のデ
ィジタルコンピュータから成る電子制御装置（ＥＣＵ）
である。ＥＣＵ２５は上記の他エンジン冷却水温度等を
基に２次空気供給要否を判定しエアポンプ９や制御装置
１１の作動を制御している。本実施例では二次空気供給
はエンジン冷却水温度が所定値（例えば４０℃〜６０℃
程度）以下であり、エンジン暖機が完了していない場合
に行われる。エンジン暖機完了後は、ＥＣＵ２５は排気
マニホルド４ａ，４ｂに設けた排気Ｏ₂ センサ６ａ，６
ｂの出力を基に排気が理論空燃比になるように燃料噴射
量をフィードバック制御するため、二次空気供給は必要
とされない。エンジン冷間時はエンジンの運転状態を安
定させるため、フィードバック制御を行わず燃料噴射量
を増量しているため排気空燃比がリッチ側に移行してお
り、ＨＣ，ＣＯ成分の浄化のため二次空気供給が必要と
なる。前述のように従来は触媒コンバータ入口での排気
空燃比（以下「二次空燃比」という）が理論空燃比より
常時リーン側に保持されるように二次空気供給が行われ
ていた。従って、両方のバンクの排気系とも連続的に二
次空気供給を行うため多量の二次空気が必要とされ装置
の搭載性の悪化やＮＯ_X 浄化能力の低下、暖機時間の増
大を生じていた。

【００１４】本発明では、制御装置１１は制御弁１０
ａ，１０ｂを交互に開閉して触媒の酸素貯蔵効果を利用
することにより二次空気量を低減して上記問題を解決し
ている。触媒には希土類酸化物や遷移金属の酸化物等の
酸素貯蔵成分が添加されている。この酸素貯蔵成分は、
リーン空燃比条件下では排気中の酸素を吸収し、リッチ
空燃比条件下ではリーン条件下で吸収した酸素を放出
し、排気空燃比の変動を緩和して触媒近傍での排気空燃
比を理論空燃比に近づける作用を行う。従って二次空気
の供給を周期的に断続して排気二次空燃比をリッチ側と
リーン側とに変動させることにより触媒を常に理論空燃
比近傍の雰囲気に保つことができる。しかし、触媒の酸
素貯蔵能力には限度があるため上記酸素貯蔵効果を有効
に利用するためには二次空燃比の変動周期を適切に設定
する必要がある。変動周期が長すぎて触媒が酸素貯蔵能
力の最大限まで酸素を吸収した後も空燃比がリーン側に
変動していると、もはや排気中の酸素は触媒に貯蔵され
ずに排気管から無駄に排出されることになるからであ
る。

【００１５】実験の結果、上記空燃比の変動周期を０．
５〜２Hz程度に設定すると酸素貯蔵効果を最も有効に利
用できることが判明している。従って本実施例では制御
装置１１は制御弁１０ａ，１０ｂを０．５〜２Hzの範囲
の周期で交互に開閉させ、両バンクの排気二次空燃比を
リッチ側とリーン側とに上記の周期で変動させている。

【００１６】図２は従来のように連続的に二次空気を供
給した場合と本実施例のように周期的に二次空気を供給
した場合について触媒入口での排気空燃比と触媒出口で
の排気空燃比の変化を示した図である。図２（ａ）は触
媒入口での排気空燃比を示し、点線は連続的に二次空気
を供給して常に排気空燃比をリーン側に保持した場合を
示し、実線は一定周期で断続的に二次空気を供給した場
合を示す。断続的に二次空気を供給した場合は二次空気
のＯＮ／ＯＦＦに応じて空燃比はリーン側とリッチ側と
に変動している。

【００１７】図２（ｂ）は触媒出口での排気空燃比を示
す。連続的に二次空気を供給した場合（点線）は、触媒
の酸素貯蔵能力は飽和状態のままに保持されるため触媒
での酸素の吸収、放出は行われず触媒出口の空燃比は触
媒入口（図１点線）と同じ変化をする。一方、断続的に
二次空気を供給した場合（実線）は、触媒入口側での空
燃比変動に応じて酸素の吸収、放出が繰り返されるた
め、入口側での空燃比変動は平均化され触媒出口での空
燃比は咯理論空燃比近傍になる。

【００１８】図２からわかるように従来のように連続的
に二次空気を供給して空燃比をリーンに保持した場合は
理論空燃比との差（図２（ｂ），Ａ）に相当する量の空
気はＨＣ，ＣＯ成分の酸化反応には寄与せず単に触媒を
通過して排出されるに過ぎないことがわかる。このため
二次空気量が不必要に増大するのみならずリーン雰囲気
化で触媒のＮＯ_X の浄化能力が低下する問題が生じる。
一方、断続的に二次空気を供給した場合には触媒入口側
で空燃比がリーンになったときに吸収された酸素がリッ
チ空燃比時に放出されるため二次空気中の酸素が有効に
酸化反応に寄与し、連続的に二次空気を供給した場合の
約半分の空気量でＨＣ，ＣＯ成分の良好な浄化を行うこ
とができる。しかも触媒は常時理論空燃比近傍に保持さ
れているためＮＯ_X の浄化能力低下が生じない。

【００１９】次に図３に二次空気供給制御動作のフロー
チャートを示す。本ルーチンはＥＣＵ２５により一定時
間毎に実行される。図においてルーチンがスタートする
とステップ１１０ではエンジン冷却水温が所定値Ｔ（例
えばＴ＝６０℃）以上か否かが判定され、水温が所定値
以下である場合はステップ１２０で冷間時燃料増量が行
われているか否かが判定される。ステップ１１０で冷却
水温が所定値以上である場合、また水温が所定値以下で
あってもステップ１２０で燃料の増量が行われていない
場合には空燃比のフィードバック制御が行われており排
気は理論空燃比に維持されているため二次空気の供給は
行わず制御装置１１の作動停止（ステップ１５０）と電
動エアポンプ９の停止（ステップ１６０）を行いルーチ
ンを終了する。一方ステップ１２０で燃料増量が行われ
ていた場合には、ステップ１３０で制御弁１０ａ，１０
ｂの制御装置１１を作動させ、次いでステップ１４０で
電動エアポンプ９を作動させる。これにより制御装置１
１は制御弁１０ａ，１０ｂを所定の周期（０．５〜２H
z）で交互に開閉し、両バンクの二次空気供給口８ａ，
８ｂにそれぞれ断続的に二次空気を供給する。

【００２０】なお、本実施例ではエアポンプの吐出流量
は必要二次空気量の最大値を供給できるだけの流量に設
定して特に吐出流量制御は行っていないが、例えばエン
ジンの吸入空気量と燃料噴射量とから排気空燃比を算出
し、電動エアポンプ９の回転数を変えて二次空燃比が適
当な変動幅になるように運転条件に応じて二次空気量を
制御するようにすることも可能である。

【００２１】なお、上記実施例はエアポンプを用いて二
次空気を供給する場合についてのみ説明したが、本発明
は従来のエアサクションバルブを用いて二次空気導入を
行う場合にも同様に適用可能である。

【００２２】

【発明の効果】本発明の排気浄化装置はＶ型エンジン等
の両バンクの排気系に交互に二次空気を供給するように
構成したことにより全体としての二次空気供給量を低減
して配管部品の小型化簡易化を図ることができ、装置の
搭載性が向上する利点を有する。更に本発明によれば触
媒の酸素貯蔵効果を有効に利用できるためＨＣ，ＣＯ，
ＮＯ_X ３成分の浄化能力を高く維持すると共に過剰な二
次空気供給による触媒暖機時間の増大を防止することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例構成を示す略示図である。

【図２】触媒入口側と出口側の排気空燃比変化を説明す
る図である。

【図３】二次空気供給制御動作を示すフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１…Ｖ型エンジン ４ａ，４ｂ…排気マニホルド ５ａ，５ｂ…触媒コンバータ ８ａ，８ｂ…二次空気供給口 ９…エアポンプ １０ａ，１０ｂ…制御弁 １１…制御弁制御装置 ２１…空気取入管 ２２…二次空気供給管 ２３ａ，２３ｂ…分岐管 ２５…電子制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数気筒を２つのグループに分割し、そ
   れぞれの気筒グループ毎に排気系を設けた内燃機関のそ
   れぞれの排気系に２次空気を供給する排気浄化装置にお
   いて、前記内燃機関の吸気系から二次空気を取入れる空
   気取入れ管と、該取入れ管から分岐して前記各気筒グル
   ープ排気系のそれぞれに二次空気を供給する二次空気供
   給管と、前記二次空気供給管分岐部、若しくは分岐部下
   流側の各二次空気供給管上に配置した制御弁とを備え、
   前記各気筒グループ排気系に交互に所定間隔で二次空気
   を供給するように前記制御弁を動作させることを特徴と
   する内燃機関の排気浄化装置。