JPS6318765Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、内燃機関からの排気ガス中における
NO_X，CO及びHCの三元有害成分を浄化する三
元触媒式の浄化装置に関するものである。[Detailed explanation of the invention] This invention aims to reduce the
This relates to a three-way catalytic purification device that purifies the three-way harmful components of NO _x , CO and HC.

近時内燃機関における排気ガスの浄化には、
NO_X，CO及びHCの三元有害成分に対して同時
に作用する三元触媒が使用されている。この場合
三元触媒は、これより上流側の空燃比を理論空燃
比に近い値にしたとき、三元有害成分を高い浄化
率の下で浄化できる特性を有するから、その排気
系に排気センサーを設け、該排気センサーに応じ
て気化器の空燃比を調節することにより、排気セ
ンサー箇所の空燃比が略理論空燃比になるように
フイードバツク制御することが行なわれる。しか
し、この空燃比のフイードバツク制御を、機関の
全運転域にわたつて行なうことは、スロツトル弁
を閉じたアイドル運転域においてはフイードバツ
ク系の時間遅れが大きくなり燃焼が不安定になる
ことに基因して、排気センサー箇所の空燃比が大
きく変動し、これに応じて制御される気化器の空
燃比も更に大きく変動するから、アイドリング運
転時におけるフイードバツク制御が著しく不安定
になると共に、機関のアイドリング運転も著しく
不調になるのであつた。 In order to purify exhaust gas from modern internal combustion engines,
Three-way catalysts are used that act simultaneously on the three harmful components NO _x , CO and HC. In this case, the three-way catalyst has the property of being able to purify three-way harmful components at a high purification rate when the air-fuel ratio on the upstream side is brought to a value close to the stoichiometric air-fuel ratio, so an exhaust sensor is installed in the exhaust system. By adjusting the air-fuel ratio of the carburetor according to the exhaust sensor, feedback control is performed so that the air-fuel ratio at the exhaust sensor location becomes approximately the stoichiometric air-fuel ratio. However, performing this feedback control of the air-fuel ratio over the entire operating range of the engine is due to the fact that in the idling operating range when the throttle valve is closed, the time delay in the feedback system becomes large and combustion becomes unstable. As a result, the air-fuel ratio at the exhaust sensor location fluctuates greatly, and the air-fuel ratio in the carburetor, which is controlled accordingly, fluctuates even more, which makes feedback control extremely unstable during idling, and also causes problems when the engine is idling. I also became extremely unwell.

本考案は、この種の空燃比のフイードバツク制
御に際して、機関のアイドリング等のスロツトル
弁を閉じた状態では、排気センサーに関連する空
燃比制御アクチエータから気化器におけるエアブ
リードへの空気の供給をカツトすることにより、
吸気混合気の空燃比をリツチにしてアイドリング
運転を安定にする一方、排気系には、前記空燃比
制御アクチエータを利用して２次空気を供給する
ことにより、簡単な構成で三元触媒箇所における
空燃比を略理論空燃比にして三元触媒での三元有
害成分の高浄化を達成できるようにしたものであ
る。 In this type of air-fuel ratio feedback control, the present invention cuts the supply of air from the air-fuel ratio control actuator associated with the exhaust sensor to the air bleed in the carburetor when the throttle valve is closed, such as when the engine is idling. By this,
By enriching the air-fuel ratio of the intake air-fuel mixture to stabilize idling operation, and supplying secondary air to the exhaust system using the air-fuel ratio control actuator, the air-fuel ratio at the three-way catalyst location can be improved with a simple configuration. The air-fuel ratio is set to approximately the stoichiometric air-fuel ratio to achieve high purification of three-way harmful components using a three-way catalyst.

以下実施例について説明すると、図において１
は内燃機関を示し、該機関１の吸気ポート２には
吸気マニホールド４を介してエアクリーナ５付き
気化器６が、排気ポート３には排気マニホールド
７を介してモノリス式三元触媒８を内蔵して成る
排気浄化装置９が各々接続されている。 To explain the example below, in the figure 1
indicates an internal combustion engine, in which a carburetor 6 with an air cleaner 5 is connected to the intake port 2 of the engine 1 via an intake manifold 4, and a monolithic three-way catalyst 8 is built into the exhaust port 3 via an exhaust manifold 7. Exhaust gas purification devices 9 consisting of the following are connected to each other.

前記気化器６は、メインノズル１０へのメイン
燃料通路１１と、アイドルポート１２及びスロー
ポート１３へのスロー燃料通路１４とに各々エア
ブリードポート１５，１６を備え、且つ気化器６
におけるスロツトル弁１７には、当該スロツトル
弁１７を全閉（アイドル開度）にしたときONに
なるスロツトルスイツチ１８を設ける。 The carburetor 6 includes air bleed ports 15 and 16 in a main fuel passage 11 to a main nozzle 10 and a slow fuel passage 14 to an idle port 12 and a slow port 13, respectively.
The throttle valve 17 is provided with a throttle switch 18 that is turned on when the throttle valve 17 is fully closed (idle opening).

１９は空燃比制御用のアクチエータを示し、該
アクチエータ１９における可動体２０には、弁室
２１内に開口する２つのポート２２，２３を開閉
するための２つの針弁２４，２５を備え、この第
１及び第２の針弁２４，２５は、そのストローク
に対する両ポート２２，２３の開度が第２図に実
線Ａで示すように直線比例的になるように形状が
設定され、弁室２１を空気導入通路２６を介して
前記エアクリーナ５のクリーンサイド等の大気連
通箇所に、第１ポート２２を電磁弁２８付き通路
２７を介して前記メイン燃料通路１１のエアブリ
ードポート１５に、そして、第２ポート２３を電
磁弁３０付き通路２９を介して前記スロー燃料通
路１４のエアブリードポート１６に各々接続す
る。なお、エアブリードポート１５に対する電磁
弁は省略することもできる。更にこのアクチエー
タ９には２次空気制御弁３１を設ける。この２次
空気制御弁３１は弁室２１に開口する第３のポー
ト３２と、可動体２０に取付く第３針弁３３とか
らなり、この第３針弁３３は、前記第１及び第２
針弁２４，２５と共に動き、そのストロークに対
する第３ポートの開度が第２図に点線Ｂで示すよ
うに、最大ストロークに近づくまでは触媒の機能
を損わない程度に徐々に流量を増大させるか、又
は点線Ｃで示すように流量零に保ち、これから急
激に増大するように形状が設定されており、第３
ポート３２を逆止弁３４付き２次空気供給通路３
５を介して前記排気マニホールド７に接続する。 Reference numeral 19 indicates an actuator for air-fuel ratio control, and a movable body 20 in the actuator 19 is provided with two needle valves 24 and 25 for opening and closing two ports 22 and 23 that open into the valve chamber 21. The shapes of the first and second needle valves 24 and 25 are set so that the opening degrees of both ports 22 and 23 with respect to their strokes are linearly proportional as shown by solid line A in FIG. is connected to an atmosphere communication point such as the clean side of the air cleaner 5 through an air introduction passage 26, the first port 22 is connected to the air bleed port 15 of the main fuel passage 11 through a passage 27 with a solenoid valve 28, and The two ports 23 are each connected to the air bleed port 16 of the slow fuel passage 14 via a passage 29 with a solenoid valve 30. Note that the solenoid valve for the air bleed port 15 may be omitted. Furthermore, this actuator 9 is provided with a secondary air control valve 31. This secondary air control valve 31 consists of a third port 32 that opens into the valve chamber 21 and a third needle valve 33 that is attached to the movable body 20.
It moves together with the needle valves 24 and 25, and the flow rate is gradually increased to the extent that the function of the catalyst is not impaired until the opening of the third port relative to the stroke approaches the maximum stroke, as shown by dotted line B in Figure 2. Or, as shown by dotted line C, the shape is set so that the flow rate is kept at zero and then increases rapidly, and the third
Connect port 32 to secondary air supply passage 3 with check valve 34
5 to the exhaust manifold 7.

３６は排気ガス中のO₂，CO，CO₂，HC又は
NO_X濃度を検出する排気センサーで、該排気セ
ンサー３６は、前記排気マニホールド７において
２次空気供給通路３５の接続部より上流側（機関
側）とか、或いは排気マニホールド７における各
気筒の排気管のうち、２次空気供給通路３５を接
続した排気管以外の排気管等のように、排気系へ
の２次空気の供給によつて機関からの排気ガス中
のO₂等の濃度が変化しない箇所に取付ける。 36 is O ₂ , CO, CO ₂ , HC or
The exhaust sensor 36 is an exhaust sensor that detects NO _X concentration, and the exhaust sensor 36 is located on the upstream side (engine side) of the connection part of the secondary air supply passage 35 in the exhaust manifold 7, or on the exhaust pipe of each cylinder in the exhaust manifold 7. Among these, locations where the concentration of O ₂ etc. in the exhaust gas from the engine does not change due to supply of secondary air to the exhaust system, such as exhaust pipes other than the exhaust pipe connected to the secondary air supply passage 35. Attach to.

３７は前記排気センサー３６及びスロツトルス
イツチ１８からの信号を入力する制御回路で、該
制御回路３７はスロツトルスイツチ１８のON、
つまりスロツトル弁１７が閉じたとき、前記２つ
の電磁弁２８，３０を閉じる一方、制御回路３７
は排気センサー３６の出力と制御目標値とを比較
して、これに応じて前記アクチエータ１９を作動
するもので、例えば、排気センサー３６がO₂濃
度を検出するものである場合において、これによ
つて検出したO₂濃度が理論空燃比のときのO₂濃
度を越えているとき、空燃比は理論空燃比よりリ
ーンであるから、アクチエータ１９における第１
及び第２ポート２２，２３を閉じ、また、検出し
たO₂濃度が理論空燃比のときのO₂濃度に達して
いないとき、空燃比は理論空燃比よりリツチであ
るから、アクチエータ１９における第１及び第２
ポート２２，２３を開くようにして、排気センサ
ー箇所の空燃比を略理論空燃比にフイードバツク
制御するようになつている。更に制御回路３７
は、機関１の冷却水通路３８、潤滑油通路又はシ
リンダブロツク等に設けた温度センサー３９から
の信号を入力とし、機関の温度がある温度（例え
ば冷却水温で約50℃）以下のとき、前記両電磁弁
２８，３０を閉じるように作動する。 A control circuit 37 inputs signals from the exhaust sensor 36 and the throttle switch 18, and the control circuit 37 controls whether the throttle switch 18 is turned on or off.
That is, when the throttle valve 17 closes, the two electromagnetic valves 28 and 30 are closed, and the control circuit 37
compares the output of the exhaust sensor 36 with a control target value and operates the actuator 19 accordingly. For example, when the exhaust sensor 36 detects O ₂ concentration, this When the detected O ₂ concentration exceeds the O ₂ concentration at the stoichiometric air-fuel ratio, the air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
and the second ports 22 and 23 are closed, and when the detected O ₂ concentration has not reached the O ₂ concentration at the stoichiometric air-fuel ratio, the air-fuel ratio is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, so the first and second
By opening the ports 22 and 23, the air-fuel ratio at the exhaust sensor location is feedback-controlled to approximately the stoichiometric air-fuel ratio. Furthermore, the control circuit 37
inputs a signal from a temperature sensor 39 provided in the cooling water passage 38, lubricating oil passage, cylinder block, etc. of the engine 1, and when the engine temperature is below a certain temperature (for example, approximately 50°C in terms of cooling water temperature), the above-mentioned It operates to close both electromagnetic valves 28 and 30.

この構成において、機関がある温度以上に暖つ
た状態で、スロツトル弁１７を閉じたアイドリン
グ運転時には、スロツトルスイツチ１８からの信
号に基づき制御回路３７を介して両電磁弁２８，
３８が閉じ、両エアブリードポート１５，１６へ
の空気の供給がカツトされるので、機関への吸気
混合気の空燃比はリツチになつてアイドリング運
転の安定化が図られる。この吸気混合気のリツチ
化にて排気ガス中のO₂等の濃度が可成り低くな
るから、制御回路３７は排気センサー３６の出力
に応じてアクチエータ１９に対して各ポート２
２，２３，３２を開く旨の信号を出し、これによ
り２次空気制御弁３１における針弁３３がそのポ
ート３２を全開するから、２次空気供給通路３５
中の逆止弁３４が排気マニホールド７内の排気脈
動に応じて開閉することにより、排気マニホール
ド７内には２次空気が導入され、排気系における
空燃比が前記エアブリードのカツトによつてリツ
チになつた分が補正されるから、アイドリング運
転時の排気ガス中におけるCO，HC及びNO_Xは、
三元触媒８の作用にて高い浄化率の下で浄化され
るのであり、この場合、排気センサー３６は、前
記のように２次空気の供給によつて影響を受けな
い部位に設けられていることにより、２次空気制
御弁３１は排気センサー３６に関連するアクチエ
ータ１７にて開いた状態が保たれ、２次空気の供
給が安定して行なわれるから、三元有害成分の浄
化作用も安定するのである。 In this configuration, during idling operation with the throttle valve 17 closed when the engine is warmed above a certain temperature, both the solenoid valves 28,
38 is closed, and the supply of air to both air bleed ports 15 and 16 is cut off, so that the air-fuel ratio of the intake air mixture to the engine becomes rich, thereby stabilizing idling operation. Since the concentration of O ₂ and the like in the exhaust gas becomes considerably low due to this enrichment of the intake air mixture, the control circuit 37 controls the actuator 19 to each port 2 in accordance with the output of the exhaust sensor 36.
2, 23, and 32, thereby causing the needle valve 33 in the secondary air control valve 31 to fully open its port 32, thereby opening the secondary air supply passage 35.
By opening and closing the check valve 34 in the exhaust manifold 7 according to the exhaust pulsation in the exhaust manifold 7, secondary air is introduced into the exhaust manifold 7, and the air-fuel ratio in the exhaust system is enriched by the air bleed cut. CO, HC, and _NOx in exhaust gas during idling are
The exhaust gas is purified at a high purification rate by the action of the three-way catalyst 8, and in this case, the exhaust sensor 36 is installed at a location that is not affected by the supply of secondary air, as described above. As a result, the secondary air control valve 31 is kept open by the actuator 17 associated with the exhaust sensor 36, and the secondary air is stably supplied, so that the purification effect of the ternary harmful components is also stabilized. It is.

そして、スロツトル弁１７を開くと、スロツト
ルスイツチ１８のOFFにより両電磁弁２８，３
０が開いて、両エアブリードポート１５，１６に
空燃比制御用の空気が供給され得るようになるの
で、排気系の空燃比の排気センサー３６の支配下
におかれて、略理論空燃比になるようにフイード
バツク制御されるから、排気ガス中の三元有害成
分は三元触媒８で高い浄化率の下で浄化されるこ
とになり、このフイードバツク制御中においてア
クチエータ１９の第１及び第２針弁２４，２５は
全開にならず、従つて第２図の点線Ｂ又はＣの開
度特性を有する２次空気制御弁３１も全開になら
ず、排気系への２次空気の供給は少ないか殆んど
ないから、２次空気による三元触媒箇所の空燃比
の変動がないのである。 Then, when the throttle valve 17 is opened, both the solenoid valves 28 and 3 are turned OFF by the throttle switch 18.
0 is opened and air for air-fuel ratio control can be supplied to both air bleed ports 15 and 16, so that the air-fuel ratio is controlled by the exhaust sensor 36 of the exhaust system and the air-fuel ratio is approximately at the stoichiometric air-fuel ratio. Since the feedback control is performed so that the three-way harmful components in the exhaust gas are purified at a high purification rate by the three-way catalyst 8, the first and second needles of the actuator 19 are The valves 24 and 25 are not fully open, and therefore the secondary air control valve 31, which has the opening characteristic shown by dotted line B or C in FIG. There is almost no change in the air-fuel ratio at the three-way catalyst due to secondary air.

なお、機関のコールド始動時等のように機関の
温度が低い状態では、燃焼性が悪くて運転が不安
定になるが、機関の温度が低い状態では温度セン
サー３９によつて両電磁弁２８，３０が閉じるこ
とにより、排気センサー３６の出力に拘らず両エ
アブリードポート１５，１６への空気の供給がカ
ツトされるので、吸気混合気の空燃比がリツチに
なつて燃焼の安定化が図れる一方、排気センサー
３６の低濃度検出に応じてアクチエータ１９によ
り２次空気制御弁３１が開いて、排気系に２次空
気が供給されるから、三元触媒による浄化が達成
できる。 Note that when the engine temperature is low, such as when the engine is cold started, combustibility is poor and operation becomes unstable. However, when the engine temperature is low, the temperature sensor 39 detects the By closing 30, the supply of air to both air bleed ports 15 and 16 is cut off regardless of the output of the exhaust sensor 36, so that the air-fuel ratio of the intake air-fuel mixture becomes rich and combustion is stabilized. In response to the detection of a low concentration by the exhaust sensor 36, the actuator 19 opens the secondary air control valve 31 and supplies secondary air to the exhaust system, so that purification by the three-way catalyst can be achieved.

以上の通り本考案は、空燃比のフイードバツク
制御に際して、気化器のスロツトル弁を閉じた時
には、気化器における空燃比制御用のエアブリー
ド通路への空気の供給をカツトして、吸気混合気
をリツチ空燃比にする一方、排気系には、排気セ
ンサーに応じて前記空燃比制御用エアブリード通
路を開閉する空燃比制御用アクチエータを利用し
て２次空気の供給を行なうものであるから、アイ
ドリング運転の安定化と、三元有害成分の高浄化
とが同時に達成である。なお、スロツトル弁を閉
じたときは、混合気のリツチ化によりNO_Xは減
少するため、機関によつては三元触媒を酸化触媒
として作用させれば十分な場合があり、この時は
理論空燃比に正確に制御する必要はなくリーン側
でも良い。 As described above, when the throttle valve of the carburetor is closed during feedback control of the air-fuel ratio, the present invention cuts off the supply of air to the air bleed passage for controlling the air-fuel ratio in the carburetor, thereby enriching the intake air-fuel mixture. While adjusting the air-fuel ratio, secondary air is supplied to the exhaust system using an air-fuel ratio control actuator that opens and closes the air-fuel ratio control air bleed passage according to the exhaust sensor. It is possible to simultaneously achieve the stabilization of water and high purification of ternary harmful components. Note that when the throttle valve is closed, the _NO There is no need to accurately control the fuel ratio; it may be on the lean side.

しかも、本考案は、前記の２次空気の供給を行
なう２次空気制御弁を、排気センサーの出力に応
答して作動する空燃比制御用アクチエータによつ
て開閉制御するもので、従来のように２次空気供
給通路中の２次空気制御弁を、吸気負圧等の信号
によるそれ専用の作動手段にて開閉するものと比
較すると、従来のものは、排気センサーと空燃比
制御用アクチエータとの間の制御回路に、アイド
リング時において空燃比制御用アクチエータによ
つてエアブリードを閉じるようにする回路を付加
すると共に、２次空気制御弁にその作動手段を設
けなければならず、制御回路及び２次空気制御弁
が複雑で且つ大型になるが、本考案の場合は、２
次空気制御弁が空燃比制御用アクチエータによつ
て同時に開閉作動されるので、エアブリード通路
中にスロツトル弁が閉のとき閉じる弁を設けただ
けで良く、排気センサーと空燃比制御用アクチエ
ータとの間の制御回路が簡単になると共に、２次
空気制御弁にこれ専用の作動手段を必要としない
ので、その構造が簡単で且つ小型化できる効果を
有する。 Moreover, in the present invention, the opening and closing of the secondary air control valve that supplies the secondary air is controlled by an air-fuel ratio control actuator that operates in response to the output of the exhaust sensor. Compared to a system in which the secondary air control valve in the secondary air supply passage is opened and closed by a dedicated actuation means based on a signal such as an intake negative pressure, the conventional system uses an exhaust sensor and an air-fuel ratio control actuator to open and close the secondary air control valve. A circuit for closing the air bleed by an air-fuel ratio control actuator during idling must be added to the control circuit between the two, and an actuation means must be provided for the secondary air control valve. The next air control valve is complicated and large, but in the case of this invention, 2
Since the next air control valve is opened and closed simultaneously by the air-fuel ratio control actuator, it is only necessary to provide a valve in the air bleed passage that closes when the throttle valve is closed, and the exhaust sensor and air-fuel ratio control actuator are The control circuit between the two is simplified, and the secondary air control valve does not require its own actuating means, which has the effect of simplifying its structure and reducing its size.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本考案の実施例を示す図、第２図は弁
のストロークと開度との関係を示す図である。 １……内燃機関、４……吸気マニホールド、６
……気化器、７……排気マニホールド、９……排
気浄化装置、８……三元触媒、１５，１６……エ
アブリードポート、２７，２９……エアブリード
通路、１９……アクチエータ、３６……排気セン
サー、１８……スロツトル スイツチ、３７……
制御回路、２８，３０……電磁弁、３５……２次
空気供給通路、３１……２次空気制御弁。 FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the stroke and opening degree of a valve. 1...Internal combustion engine, 4...Intake manifold, 6
... Carburetor, 7 ... Exhaust manifold, 9 ... Exhaust purification device, 8 ... Three-way catalyst, 15, 16 ... Air bleed port, 27, 29 ... Air bleed passage, 19 ... Actuator, 36 ... ...Exhaust sensor, 18...Throttle switch, 37...
Control circuit, 28, 30... Solenoid valve, 35... Secondary air supply passage, 31... Secondary air control valve.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 排気系に三元触媒式の排気浄化装置を備えた内
燃機関において、その排気系に設けた排気センサ
ーの出力に応じて、気化器の燃料通路に対するエ
アブリード通路を開閉するようにした空燃比制御
用アクチエータに、該アクチエータがエアブリー
ド通路を開いたとき開くようにした２次空気制御
弁を設け、該２次空気制御弁を排気系への２次空
気供給通路中に介挿する一方、前記エアブリード
通路に、気化器のスロツトル弁を閉じたとき閉じ
るようにした弁を設けて成る内燃機関における排
気ガス浄化装置。 In an internal combustion engine equipped with a three-way catalytic exhaust purification device in the exhaust system, air-fuel ratio control that opens and closes the air bleed passage to the fuel passage of the carburetor according to the output of an exhaust sensor installed in the exhaust system. A secondary air control valve that opens when the actuator opens the air bleed passage is provided in the actuator for the exhaust system, and the secondary air control valve is inserted into the secondary air supply passage to the exhaust system. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine, comprising a valve in an air bleed passage that closes when a throttle valve of a carburetor is closed.