JPS5843563B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関の有害排出ガスを低減するための排
気浄化装置に関するものである。

排気ガス中の有害成分である一酸化炭素（以下ＣＯとい
う）および炭化水素（以下ＨＣという）を浄化する手段
の１つとして、従来、排気系にリアクタを設け、排気ガ
スを高温状態でリアクタ内に導入し、ミキシングにより
連続的に酸化反応を起させて浄化する方式が知られてい
る。

このリアクタ方式は、エンジンから排出される排気ガス
を高温状態でリアクタ内に導入するために、そのリアク
タを排気ボートに直結して設ける関係から、排気ガス流
の慣性効果が失われて出力低下をもたらすという欠点が
あり、また排気脈動が減衰されるため、排気ガス中に２
次空気を供給する必要のある場合、排気脈動効果を利用
して２次空気の自然導入が行えないから、エアポンプな
どの特別な補助装置が必要となる不都合もあり、これは
、コスト高、取付スペースの問題、出力損失などの欠点
をともなう。

このような欠点に鑑み、リアクタのような後処理装置や
エアポンプなどの補助装置を設けないで排気ガスの浄化
が行えるように、排気弁以後の排気通路の所定区間を保
温構造にし、排気ガスをその保温構造の排気通路内で所
定温度状態に保持することにより、排気通路の中で連続
的に排気ガスの自己反応を起させてＣＯ，ＨＣを浄化す
るようにした方式が提唱された。

（以下この方式を排気管浄化方式という）。

この排気管浄化方式では、排気通路にリアクタのような
拡張部がなく、したがって排気慣性効果を充分に利用で
きるから出力の低下が避けられ、また、排気脈動を利用
して２次空気の自然導入がはかれるので、エアポンプな
どの補助装置も不要にできる大きな利点がある。

しかしその反面、排気通路の中ではガスのミキシングが
ないので、その排気通路内で排気ガスの自己反応を充分
に行わせるためには、排気ガス温度を、リアクタ方式に
おいて反応が起きる最低のリアクタ入口温度（トリガ一
温度という）より高い自己反応温度以上に保持する必要
があり、この必要から本方式を採用するエンジンでは、
エンジン排気口から出る時の排気ガス温度を通常エンジ
ンより高く約１０００℃前後に確保しなければならず、
そのため、点火時期を最大出力点火時期よりかなり遅く
（たとえばクランク角で１０〜２０度程度）していた。

ところで、点火時期を遅らせると、燃料消費量が多くな
り、出力も低下するという不都合が生じる。

そこで、本発明の目的は、これらの事情に基いて、上記
排気管浄化方式の長所である排気ガス流の充分な慣性効
果を維持しつつ、その欠点、すなわち点火時期を遅らせ
て排気ガス温度を高めるという不都合を解消し、はぼ最
大出力点火時期における排気ガス温度でもガス中のＣＯ
、ＨＣの排出量を目的とする規制値まで低減することが
できうるように改良して、燃費の向上をはかり、出力を
最大限に出すことができうる排気浄化装置を提供しよう
とするものである。

この目的のため、本発明の排気浄化装置は、少なくとも
２個のシリンダを有する内燃機関において、その排気弁
以後に、位相の異なるシリンダからの排気ガス流を各別
に通す２本の排気通路を設け、上記２本の排気通路は、
断熱構造を有すると共に、排気ガス流を排出の順序で通
すような拡張部のない形状で、かつ十分に排気慣性を発
生させ得る長さを有しており、これら２本の排気通路の
下流に、保温構造を有する１個の拡張部を備えて上記２
本の排気通路の各下流を拡張部内に挿入、開口させてあ
り、該拡張部は、機関運転条件により排気通路内を通る
排気ガスの温度変動を拡張部内で平滑化し得るに十分な
熱容量を有し、かつ拡張部に入る排気ガス温度を拡張部
のトリガ一温度以上に設定すると共に、前記排気通路に
逆止弁を介して２次空気導入通路を連通してなることを
特徴とするものである。

以下、図面を参照して本発明の実施例を具体的に説明す
る。

まず、第１図において、１はエンジンを示し、２はシリ
ンダで、その排気ポート３には排気管４が接続されてい
る。

上記排気ポート３および排気管４はそれぞれ断熱材５で
被覆されていて、その保温作用により排気ガス温度の低
下を防いでいる。

また、排気ポート３および排気管４からなる排気通路ａ
、ｂは、排気ガス流を排出の順序で通すような形状で、
排気慣性を発生できる充分な長さＬを有している。

そのような長さＬを有する排気通路ａ、ｂの下流に位置
して、外周を断熱材７で被覆した保温構造の拡張部６が
設けられており、排気通路ａ、ｂの各先端はこの拡張部
６内に挿入されている。

そしてこの実施例では、拡張部６内に挿入された排気通
路ａｙｂの先端には集合部８が設けられ、この集合部８
には排気通路ａｙｂの通路方向に対して角度θの傾きを
もってガス放出口８ａが開口されていて、２個の排気通
路ａ、ｂ内を流れる排気ガスが集合部８で集合され、こ
こでミキシングを起しつつガス放出口８ａより拡張部６
内の反応室９に放出されるようになっている。

なお反応室９は、消温室１０，１１．１２を経由してテ
ールパイプ１３に通じ、このテールパイプ１３を介して
拡張部６内の排気ガスが外部に導入されるようにしてい
る。

上記拡張部６は、第１図の実施例の場合、消音機能をも
たせるように内部に複数の室を区画しているが、この拡
張部６の構造は、とくに第１図示のものに限定されるも
のではない。

例えば第２図に示す実施例のように、拡張部６′の内部
は単純な１個の反応室１４とし、この反応室１４内に排
気通路ａ、ｂの先端を一側より挿入し、これと平行して
反対側よりマフラー１５に通ずる排気管１６を拡張部６
′内に挿入した構造にしてもよく、要するに拡張部は、
その内部に適当容積の反応室を有し、排気通路ａ、ｂを
通って導入される排気ガスを所定時間、所定温度状態で
滞留できる保温構造のものであればよい。

また、排気通路ａ、ｂを経て拡張部６へもたらされる排
気ガスの温度は、次の拡張部６内に排気ガスが入ったと
き、ミキシングによって酸化反応を起すに足る温度（ト
リガ一温度）以上に維持されている。

このトリガ一温度Ｔｒを、空燃比と拡張部の容積Ｖｔｒ
との関係で実験により求めた結果が第３図に示されてい
る。

この図では、拡張部の容積をエンジン行程容積の１倍お
よび４倍にした時の２つのトリガ一温度曲線が示されて
おり、高温側が１倍、低温側が４倍で、拡張部６に入る
時の排気ガス温度は、ここに示される空燃比ならびにエ
ンジン行程容積に対する拡張部容積の比の割合に対応す
るトリガ一温度以上に維持される。

なお、第１図において符号１７は、一端を排気ポート３
に連通させた２次空気導入通路で、この導入通路１７の
他端は、チェックバルブ１８を介してエアフィルタ１９
に連通されている。

２０は同じく一端を排気ポート３に連通させた排気還流
通路で、この通路２０の先端は、排気還流バルブ２１を
介して気化器２２の吸入管２３に連通されており、上記
バルブ２１は気化器２２の吸入管に開口された負圧通路
からの負圧作用で開放されるようになっている。

このような構成では、エンジン１より排出される排気ガ
スは、排出の順序に従って排気通路ａ。

ｂ内を通り、その通路ａ、ｂ内を通過した後、拡張部６
内に流入される。

このとき拡張部６内に入るガスの温度は、前記したよう
にトリガ一温度以上に維持されているから、拡張部６内
に流入されると、排気ガスはその拡張部６内に滞留され
ているガスと混合拡散されてシミキング効果により酸化
反応が急激に行われる。

そして拡張部６内に滞留されている間、排気ガスは順に
後続の導入ガスとの混合拡散作用を受けて酸化反応が持
続され、これによりガス中の未燃焼吠分は酸化、燃焼し
てＣＯ，ＨＣは目的とする排出量（例えば５０年規制値
）まで低減される。

この場合、排気口以後の排気通路ａ、ｂは、排気慣性効
果が得られる長さＬを有しているので、エンジンより排
出される排気ガス流は、充分な慣性効果が維持され、し
たがって出力低下が避けられる。

また、排気ガス中に２次空気を供給する場合、排気脈動
効果を利用して必要量の２次空気を自然吸入するもので
ある。

また、本発明では、上記のような長さＬを有する排気通
路ａ、ｂの下流に、保温構造の拡張部６を設け、この拡
張部６内において排気ガスが混合拡散してミキシング効
果を生じるようにしであるので、ＣＯおよびＨＣを目的
値まで浄化するためにに要求される拡張部入口のガス温
度は、トリガ一温度でよく、しかしてトリガ一温度は前
記した排気管浄化方式の自己反応温度に比して低いガス
温度であるから、排気浄化のために行なっていた点火時
期を大巾に遅らせる必要がなくなる。

そして、本発明では、排気弁以後の排気系を２本の排気
通路とし、これら２本の排気通路の各下流を、１個の拡
張部内に挿入、開口させて、位相の異なるシリンダから
の排気ガス流を各別に、所定の排気タイミングをもって
交互に１個の拡張部内に導入するようにしたので、拡張
部内における排気ガスのミキシング効果が高く、その熱
慣性により、拡張部に導かれる排気ガス温度が比較的低
くても、酸化反応が十分に行われる。

そして本実施例では、排気通路ａ、ｂの下流に設けた拡
張部６内は、充分な熱容量をもち熱慣性が大きいので、
例えば１０モードのごとく排気ガス温度が大巾に変動す
る場合、排気通路のガス温度が、本来なら拡張部へ入っ
た際に反応を起さないトリガ一温度以下であっても、そ
のガスが拡張部内に入るとそこで熱を受は温度が上昇し
て反応が起り、また、トリガ一温度よりかなり高い温度
で入ったガスは、反応を起すと同時に拡張部が熱を与え
、拡張部内のガス温度は平滑される。

上記の作用により実施例では、排気通路内の最低ガス温
度ではなく平均ガス温度をトリガ一温度に保持すること
により、このモード中酸化反応は連続して行われ、ＣＯ
およびＨＣを充分に所定値まで浄化することができる。

これらの点について、その実験データを第４図ないし第
７図に示す。

第４図および第５図は排気□通路ａ、ｂの下流に拡張部
６を設けない場合、第６図および第７図は拡張部６を設
けた本発明装置の実験データである。

そして、このデータは空燃比１７に設定したエンジンの
場合と、空燃比を１３．５に設定したエンジンの場合の
、走行速度４０に運転中の各排気ガス温度の変動を表わ
したもので、いずれの場合も自動車排気ガス「５０年規
制」におけるＣＯおよびＨＣの排出規制値を満足できる
装置を使用して行なったデータである。

これらのデータにおいて、第４図と第６図、第５図と第
７図を対比してみれば分るとおり、拡張部を設けた本発
明装置のものは、拡張部を設けないものに比して、全運
転時においてエンジン出口部の排気ガス温度を下げるこ
とができる（図中Ｄ１−Ｄ２参照）。

このように本発明のものでは、ＣＯおよびＨＣを浄化す
るための排気ガス温度を下げることができるから、これ
まで排気浄化のために行っていた点火時期を大巾に遅ら
せる必要がなく、はぼ最大出力点火時期でよいから燃焼
がよくなり、燃料消費の向上をはかることができるとと
もに、出力を充分に出すことができる。

この燃料消費の点について、拡張部のないものと、拡張
部を設けた本発明のものとの比較データを第８図ないし
第１０図に示す。

これらのデータから明らかなように、拡張部を設けた本
発明のものは、燃費が大巾に向上されていることが明白
である。

かくて本発明によれば、とくに、充分に排気慣性が発生
できる長さの排気通路を、該排気通路内に排出された排
気ガス流の慣性効果を維持した状態で拡張部に連通させ
たことにより、エンジンの出力を最大限に出すことがで
き、かつＣＯ，ＨＣの浄化を良好にでき、燃料消費も向
上させることのできる排気浄化装置を提供することがで
きるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による排気浄化装置の一実施例を示す説
明図、第２図は他の実施例の説明図、第３図ないし第７
図は１０モード運転中および走行速度４０に運転中にお
ける拡張部を有しないものと、拡張部を有する本発明の
ものとの、排気ガス温度変化を比較した実験データ、第
８図ないし第１０図は同じく拡張部を有しないものと、
拡張部を有する本発明のものとの燃料消費率を比較した
データである。 １・・・・・・エンジン、２・・・・・・シリンダ、３
−・・・・・排気ポート、４・・・・・・排気管、５・
・・・・・断熱材、６，６′・・・・・・拡張部、７・
・・・・・断熱材、８・・・・・・集合部、９・・・・
・・反応室、１０，１１，１２・・・・・・消音室、１
３・・・・・・テールパイプ、１４・・・・・・反応室
、１５・・・・・・マフラ、１６・・・・・・排気管、
ａ、ｂ・・・・・・排気通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも２個のシリンダを有する内燃機関におい
   て、その排気弁以後に、位相の異なるシリンダからの排
   気ガス流を各別に通す２本の排気通路を設け、上記２本
   の排気通路は、断熱構造を有すると共に、排気ガス流を
   排出の順序で通すような拡張部のない形状で、かつ十分
   に排気慣性を発生させ得る長さを有しており、これら２
   本の排気通路の下流に、保温構造を有する１個の拡張部
   を備えて上記２本の排気通路の各下流を拡張部内に挿入
   、開口させてあり、該拡張部は、機関運転条件により排
   気通路内を通る排気ガスの温度変動を拡張部内で平滑化
   し得るに十分な熱容量を有し、かつ拡張部に入る排気ガ
   ス温度を拡張部のトリガ一温度以上に設定すると共に、
   前記排気通路に逆止弁を介して２次空気導入通路を連通
   してなる内燃機関の排気浄化装置。