(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気管の入口と三元触媒が内蔵されたマフラの上流側の排気管との間に、吸気管内の絞り弁下流側の負圧に応じて開閉される制御弁と前記排気管側へ向かう空気の流れを可能とした逆止弁とを備えた２次空気通路を設けてなる汎用エンジンの排気ガス浄化装置において、
設定空燃比が、エンジンの高負荷域ではリッチ側となるようにセットされた気化器と、該気化器の下流側におけるエンジンの低、中負荷域の吸気負圧によって自動的に閉じられ、高負荷域の吸気負圧のときにはばね力によって自動的に開くように設定された上記制御弁と、前記高負荷域に、エンジンの燃焼に要する空気量の１０％程度の２次空気量が排気脈動により、導入される排気慣性を生じるような長さに設定された前記マフラ後流側のテールパイプとを備え、エンジン高負荷域における排気ガスの空燃比を、前記三元触媒が活性化せしめられる空燃比としたことを特徴とする汎用エンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２】
吸気管の入口と三元触媒が内蔵されたマフラの上流側の排気管との間に、吸気管内の絞り弁下流側の負圧に応じて開閉される制御弁と前記排気管側へ向かう空気の流れを可能とした逆止弁とを備えた２次空気通路を設けてなる汎用エンジンの排気ガス浄化装置において、
設定空燃比が、エンジンの無負荷から低負荷域においては１３〜１３．５、中負荷域は１４〜１４．５、高負荷域は１３〜１３．５にセットされた気化器と、該気化器の下流側におけるエンジンの低、中負荷域の吸気負圧によって自動的に閉じられ、高負荷域の吸気負圧のときにはばね力によって自動的に開くように設定された上記制御弁と、前記高負荷域に、エンジンの燃焼に要する空気量の１０％程度の２次空気量が排気脈動により、導入される排気慣性を生じるような長さに設定された前記マフラ後流側のテールパイプとを備え、エンジン高負荷域における排気ガスの空燃比を、前記三元触媒が活性化せしめられる空燃比としたことを特徴とする汎用エンジンの排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は三元触媒を用いたエンジンの排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、マフラ内に三元触媒を収納し、吸気管から吸気の負圧及び排気の脈動を利用して、２次空気を三元触媒の上流側に送って、三元触媒の浄化作用を活性化するように構成されたエンジンが広く用いられている。
【０００３】
かかるエンジンにおける排気脈動利用の２次空気供給装置は、上流端を大気に、下流端をエンジンの排気系の三元触媒の上流側に開口した２次空気通路に、排気脈動によって開閉する逆止弁を介設すると共に、前記２次空気通路に、エンジンの吸気通路の気化器絞り弁下流の吸気負圧に応じて、２次空気通路を開閉する制御弁を設け、上記吸気負圧が高いときに、２次空気通路を開くことにより、吸気負圧つまりエンジンの負荷状態に応じて２次空気供給量を制御している。
【０００４】
然るに、上記エンジンに供給される混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）の要求特性は、図５において、一点鎖線で示すように、低負荷域ではエンジンの燃焼安定性の点から空燃比をリッチ側に、また、中負荷域では、燃費経済性の点からリーン側に、また、高負荷域では、出力性能と冷却性の点からリッチ側になるように設定されている。
【０００５】
一般に、従来の２次空気供給制御装置は、１組の制御弁を備え、エンジンの負荷状態に応じて２次空気供給量を１次的にあるいはＯＮ−ＯＦＦ的に変化させるだけの機構であり、上記のごとくエンジンの空燃比特性全般に対応できるような２次空気量の供給は困難であった。
かかる問題点に対応するため、２次空気通路を並列に２個設け、それぞれの通路に作動特性の異なる制御弁を設けて、上記のごとき要求を満足するようにしたものも提案されているが、このような装置にあっては構造が複雑となり、コスト高になるという問題点がある。
【０００６】
かかる問題点を解消できるエンジンの２次空気供給装置を備えた排気ガス浄化装置として特開昭５５−１４６２２２号、特開昭５９−５２２号、特開平４−３３０３２０号等にて提供された技術がある。
【０００７】
特開昭５５−１４６２２２号の技術は、排気通路とエアクリーナとを接続する２次空気通路に逆止弁を設けて、排気の脈動によって２次空気を排気通路に導くようにしたものにおいて、逆止弁を押圧する押圧子を吸気負圧に応動して作動させ、アフターバーンの起こり易い減速初期に、高い吸気圧によって前記逆止弁を強制的に閉弁せしめて、２次空気を遮断するように構成されている。
【０００８】
特開昭５９−５２２号の技術は、排気通路の三元触媒上流に接続される２次空気通路に制御弁を設けるとともに、
制御弁の作動ストロークがほぼ中間位置にあるとき通路面積を小さくする絞り部を、前記制御弁体及び２次空気通路の内壁の少なくとも一方に設けた、２次空気供給装置である。
そして、この装置においては、吸気負圧が高い制御弁の開弁時においてエンジンの低負荷域では制御弁の開口面積を大に、中負荷域では上記絞り部により開口面積を小に、高負荷域では開口面積を大にし、さらに高負荷になり吸気負圧がほぼ大気圧となると２次空気通路を閉じるように構成されている。
【０００９】
特開平４−３３０３２０号の技術は、三元触媒上流の排気通路に開口する２次空気通路に制御弁を設けるとともに、排気通路に酸素センサ及び排気温度センサを設け、該センサの検出値により、吸気通路の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側にあり、排気温度が所定温度以下の場合に２次空気通路の２次空気流量を調整して三元触媒よりも上流側の排気通路の空燃比が理論空燃比によるように制御するものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
汎用小型エンジンにおいては、エンジンそのものが構造、簡単かつ廉価であるため、三元触媒を用いた排気ガス浄化装置は、極力簡単かつ低コストのシステムで以って、エンジンの全運転域のおいて効率的に排気ガス浄化作用をなすことが要求される。
【００１１】
然るに、特開昭５５−１４６２２２号のものは、吸気負圧により、２次空気を遮断する手段のみで、エンジンの空燃比と排気ガス浄化装置の作動とを関連づけた手段は備えてなく、エンジンの全ての運転域において効果的な排気ガス浄化作用は得られない。
【００１２】
また、特開昭５９−５２２号のものは、高負荷になり、吸気負圧がほぼ大気圧になると、制御弁が２次空気通路を閉じてしまうため、高負荷運転時における三元触媒の排気ガス浄化機能が損われ、エンジンの全ての運転域において効率的な排気ガス浄化機能は得られない。
【００１３】
さらに、特開平４−３３０３２０号のものは、自動車用排気浄化装置であるため、酸素濃度センサや、排気温度センサの設置等、構造が複雑かつ高コストで有り、前記のような機能が要求される汎用小型エンジンには適用困難である。
【００１４】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、三元触媒による排気浄化装置を備えたエンジンにおいて、エンジンの全運転域において、効率的に、排気浄化作用がなされ、かつ汎用小型エンジンに適用可能な簡単な構造で低コストの排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、
吸気管の入口と三元触媒が内蔵されたマフラの上流側の排気管との間に、吸気管内の絞り弁下流側の負圧に応じて開閉される制御弁と前記排気管側へ向かう空気の流れを可能とした逆止弁とを備えた２次空気通路を設けてなる汎用エンジンの排気ガス浄化装置において、設定空燃比が、エンジンの高負荷域ではリッチ側となるようにセットされた気化器と、該気化器の下流側におけるエンジンの低、中負荷域の吸気負圧によって自動的に閉じられ、高負荷域の吸気負圧のときにはばね力によって自動的に開くように設定された上記制御弁と、前記高負荷域に、燃焼を要する空気量の１０％程度の２次空気量が排気脈動により、導入される排気慣性を生じるような長さに設定された前記マフラ後流側のテールパイプとを備え、エンジン高負荷域における排気ガスの空燃比を、前記三元触媒が活性化せしめられる空燃比としたことを特徴とする汎用エンジンの排気ガス浄化装置を提案する。
【００１６】
そして好ましくは、前記排気ガス浄化装置において、
気化器の設定空燃比を、エンジンの無負荷から低負荷域においては１３〜１３．５、中負荷域は１４〜１４．５、高負荷域は１３〜１３．５にセットする。
【００１７】
かかる発明によれば、エンジンの高負荷域では気化器の空燃比が１３〜１３．５とリッチにセットされているので、エンジンの所要の高出力が得られる。
一方、この高負荷域においては制御弁が開とされるとともに、テールパイプの長さを前記のように設定しているので、マフラの出口部に排気脈動による負圧を発生せしめるような排気慣性を生じ、これによって前記制御弁から２次空気通路を経て、燃焼に要する空気量の１０％程度の２次空気が排気管の三元触媒上流側に導入され、マフラ出口では三元触媒が効率良く反応する１４．５前後の空燃比が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。
但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１９】
図１は本発明の実施形態に係る汎用小型ガソリンエンジンの排気ガス浄化装置の構成図、図２〜図４は作用あるいは性能説明用線図を夫々示す。
図１において、１はエンジン、２はエアクリーナ、３は絞り弁を備えた気化器、４は該気化器３下流の吸気管、５はエンジンの燃焼室、６は排気管、７はマフラ、８は該マフラ７内に収納された公知の三元触媒、９は該マフラ７の出口に連設されたテールパイプ、２１は吸気弁、２２は排気弁である。
【００２０】
１１は前記エアクリーナ２の空気出口に開口される２次空気導入管、１７は該２次空気導入管１１の下流端に後述する制御弁１２を介して、接続される２次空気管、１７は上流端が該２次空気管１５に後述する逆止弁１６を介して、接続され、下流端が前記排気管６の三元触媒８の上流側部位に開口する２次空気管である。
【００２１】
前記気化器３の空燃比（Ａ／Ｆ）は負荷（スロットル開度）別に、次のようになるようにセットしている。
【００２２】
負荷／空燃比（Ａ／Ｆ）：（無負荷→１３〜１３．５），（２５％→１３〜１３．５），（５０％→１４〜１４．５），（７５％→１４〜１４．５），（１００％［全負荷］→１３〜１３．５）
上記設定状態を図２のＺ実線にて示す。
【００２３】
１２は制御弁であり、下部のダイヤフラム室１２ａが連通管１４を介して気化器３下流の吸気管４と連通されるとともに、圧縮ばね１３によってエンジンの吸気負圧が一定以下のときは開となり、吸気負圧が一定以上になると前記圧縮ばね１３を押し縮めて閉となるように構成されている。
【００２４】
即ち、前記制御弁１２は、エンジン停止時は開とするとともに、前記一定の負圧、つまり開閉の規定負圧を２００ｍｍＡｑ付近に設定し、図２、図３にａにて示す全負荷域の近傍の高負荷運転のみにて開とし、他の運転域には閉状態（低負荷〜中負荷域）になるように構成する。
【００２５】
１６は前記２次空気管１７に設けられた逆止弁である。該逆止弁１６はリードバルブ構造として折り、前記制御弁１２側から２次空気管１７を経て、排気管６に向かう空気の流れに対して開、逆方向の流れに対して閉となるように構成されている。
【００２６】
９は前記マフラ７の後流側に設けられたテールパイプである。該テールパイプ９は、前記制御弁１２が開いている高負荷運転域（図２、図３のａ領域）にマフラ７の出口部に排気脈動により図４のＶ部にて示されるような負圧を発生せしめ、
エンジンの燃焼に要する空気量の１０％程度の２次空気量が排気管６を経て、三元触媒８側へと導入されるような、排気慣性が生じるように、その突出長さＬが設定されている。
【００２７】
かかる構成による排気ガス浄化装置を備えた汎用エンジンの運転時において、エンジンの低負荷域（２５％負荷程度）では、空燃比（Ａ／Ｆ）が１３〜１３．５とリッチになっているので、エンジンの加速性、低速安定性が確保される。
また、中負荷域（５０％負荷程度）では、空燃比（Ａ／Ｆ）が１４〜１４．５とリーンな状態で運転され、低い燃料消費率での運転がなされる。さらに、全負荷（１００負荷）近傍の高負荷域では空燃比（Ａ／Ｆ）がリッチな状態で運転され、所要の高出力が得られる。
【００２８】
然して、前記制御弁１２は、低負荷域から中負荷域にかけての吸気負圧が、前記規定負圧（２００ｍｍＡｑ程度）よりも大きい運転域では、ダイヤフラム室１２ａ内の負圧が圧縮ばね１３の弾力に打ち勝つことにより閉塞され、三元触媒８に２次空気は供給されず、該三元触媒８は、排気管６を通った排気ガスによって充分に、排気ガスの浄化作用をなす。
【００２９】
エンジンの高負荷運転域、つまり図２に示すように気化器３の空燃比Ａ／Ｆが１３〜１３．５のリッチ状態にセットされているの運転域では、吸気負圧が小さく、大気圧に近くなるので、圧縮ばね１３の弾力により制御弁１２が開く。ここで、テールパイプ９の長さＬが前記のように設定されているので、マフラ７の出口部に排気動脈による負圧（図４のＶ部）を発生せしめるような排気慣性を生じる。これによって、前記２次空気系１１、１５、１７から燃焼に要する空気量の１０％程度の２次空気量が排気管６に導入されて、排気ガス温度を上昇せしめ、三元触媒８を活性化する。
【００３０】
かかる高負荷域における２次空気の導入により、図２の破線で示されるように、マフラ７の出口では、１４．５程度の空燃比が得られ、三元触媒８が活性化される。
【００３１】
これにより、エンジンの高負荷域において、気化器の空燃比をリッチにして高出力を確保しつつ、前記テールパイプ９の設置による排気脈動によって２次空気を排気系に導入して、三元触媒の作動を活性化し、高い排気ガス浄化性能を得ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上記載したごとく、本発明によれば、気化器の空燃比の設定とテールパイプの長さと制御弁の開閉タイミングとを適切に組み合わせるという、極めて簡単な構造、手法でかつ低コストの装置で以って、高負荷域のおけるエンジンの出力を高く保持しつつ、三元触媒を活性化せしめ、全ての運転域において排気ガスの浄化効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る汎用小型ガソリンエンジンの排気ガス浄化装置の構成図。
【図２】上記実施形態における空燃比〜負荷線図である。
【図３】本発明が適用される汎用エンジンにおける２次空気量〜負荷線図である。
【図４】本発明が適用される汎用エンジンにおける排気管内圧力線図である。
【図５】汎用エンジンにおける空燃比〜吸気負圧線図である。
【符号の説明】
１          エンジン
３          気化器
４          吸気管
６          排気管
７          マフラ
８          三元触媒
９          テールパイプ
１１        ２次空気導入管
１２        制御弁
１４        連通管
１５、１７  ２次空気管
【図１】
0003712484.tif 000002
【図２】
0003712484.tif 000003
【図３】
0003712484.tif 000004
【図４】
0003712484.tif 000005
【図５】
0003712484.tif 000006