JP2002332902A

JP2002332902A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2002332902A
Application number: JP2001140021A
Authority: JP
Inventors: Yasuki Tamura; 保樹田村
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2001-05-10
Filing date: 2001-05-10
Publication date: 2002-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の始動時において燃費の悪化を防止
しながらコストの増大なく安定して確実にＨＣ、ＣＯ等
の有害物質を低減可能な内燃機関の排気浄化装置を提供
する。【解決手段】内燃機関の冷態始動時には、反応物供給
手段(S14)により排気弁部近傍に未燃物及び空気を供給
するとともに、弁部開口面積変更手段により排気弁部の
有効開口面積を小さくするようにした(S16)。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に係り、詳しくは、内燃機関の冷態始動時におい
てＨＣ、ＣＯ等の有害物質の排出量を低減する技術に関
する。

【０００２】

【関連する背景技術】排気中の有害物質（ＨＣ、ＣＯ、
Ｈ₂等の未燃物の他、スモーク、ＮＯx等を含む）を低減
させることを目的とした技術として、触媒上での反応を
利用した排気浄化技術が知られている。その一つとし
て、リッチ空燃比燃焼を行うとともに排気ポートの排気
弁部近傍に２次エアを供給して触媒の早期昇温を行い、
ＨＣ、ＣＯ等の有害物質を低減させる２次エア技術があ
る。

【０００３】さらに、主噴射（リーン空燃比設定）とは
別に副噴射を行い、主噴射で残存した酸素と副噴射によ
る未燃燃料を排気系（燃焼室（排気弁部を含む）からエ
キゾーストマニホールドを含む）内で反応させることに
より触媒の早期昇温を行い、ＨＣ、ＣＯ等の有害物質を
低減させる２段燃焼技術が知られている。しかしなが
ら、当該排気浄化技術では、触媒が昇温し活性化される
までの間にＨＣ等の未燃物が大気放出されるという問題
があり、このように触媒活性化までに放出される有害物
質量は、コールドモードでの全放出量の９割にも達する
場合もあり重要な問題となっている。

【０００４】一方、例えば特開平３−１１７６１１号、
特開平４−１８３９２１号公報に開示されるように、排
気圧を上昇させることにより冷態時の触媒を早期活性化
させる技術が開発されている。そして、特開２００１−
２７１４５号公報には、内燃機関の始動時に、排気圧を
上昇させる技術と当該燃料の副噴射とを組み合わせ、排
気系内での反応を促進して排ガスの浄化能力を増強し、
ＨＣ、ＣＯ等の浄化効率の向上及び触媒の早期活性化を
図る技術が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、出願人の考
察によれば、２次エア技術や２段燃焼技術では、排気圧
を上昇させた場合、次の二つの段階を経て排気系内での
反応が促進されるものと考えられる。先ず、第１段階で
は、排気中の未燃物と酸素とが排気弁部を通過する際の
断熱圧縮によって圧縮着火し反応が起こると考えられ
る。この際、特に排気弁の開き始めには、排気弁部の開
口面積が小さいために断熱圧縮の度合いが大きく、強い
反応が起こるものと考えられる。

【０００６】そして、第２段階では、排気圧の上昇によ
り流速が低下し滞留時間が延びることと相まって、上記
第１段階で圧縮着火した排ガスが火種となり、その後排
気弁部から排気ポート側に流出する排ガスがこの火種に
よって排気弁部近傍において連鎖反応するものと考えら
れる。つまり、２次エア技術や２段燃焼技術において
は、反応を支配する要因は排気圧というよりも排気弁部
近傍における排気流速、即ち排ガスの滞留時間であると
考えられる。

【０００７】このことから、排気圧を上昇させる排気絞
り弁を例えば排気ポートに設け、特にピストンの上昇速
度が速く排気弁部における排気流速が速い期間について
排気圧が上昇し排気流流速が低下するようにし、排気ポ
ート内における排ガスの滞留時間を長くすることによ
り、反応は十分に促進されるものと考えられる。従っ
て、上記公報に開示の装置では、内燃機関の始動時には
常時排気圧を上昇させるようにしているために排気損失
が大きいという欠点があるが、特に排気流速の速い期間
について排気圧が上昇し排気流流速が低下するようにす
ることにより、このような排気損失の低減が図られ、ひ
いては燃費の悪化が改善されることとなる。

【０００８】ところが、内燃機関の冷態始動時には、通
常排気ポート壁面の温度は低いことから、排気ポート内
の排ガスの滞留時間を長くしても、上記連鎖反応が起こ
り難く、反応が不安定となり十分に促進されないという
問題がある。また、排気ポートに排気絞り弁を設ける
と、排気絞り弁は高温環境下に置かれることになり、当
該排気絞り弁に十分な耐熱性や耐腐食性を要求するとコ
ストが増大するという問題もある。

【０００９】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、その目的とするところは、内燃機関
の始動時において燃費の悪化を防止しながらコストの増
大なく安定して確実にＨＣ、ＣＯ等の有害物質を低減可
能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１の発明では、燃焼室と排気ポートの連
通と遮断とを行う排気弁の排気弁部近傍に未燃物及び空
気を供給する反応物供給手段と、前記排気弁部の有効開
口面積を変更する弁部開口面積変更手段とを備え、前記
反応物供給手段により排気弁部近傍に未燃物及び空気を
供給するとともに、前記弁部開口面積変更手段により前
記排気弁部の有効開口面積を小さくすることを特徴とし
ている。

【００１１】従って、内燃機関の冷態始動時において、
弁部開口面積変更手段によって排気弁部の有効開口面積
が小さくされることにより、特にピストンの上昇速度が
速く排気弁部近傍における排気流速が速い期間において
燃焼室内及び排気弁部近傍の排気流動が十分に抑制され
て排ガスの滞留時間が長くなり、排気ポート壁面の温度
が低い場合であっても、反応物供給手段（２次エア技術
や２段燃焼技術）により供給された未燃物及び酸素が燃
焼室内や排気弁部近傍において安定して良好に連鎖反応
し、十分に反応の促進が図られる。

【００１２】これにより、排気管に別途排気絞り弁を設
けて排気通路を常時大きく絞る場合のように排気損失を
増大させて燃費を悪化させることもなく、内燃機関の始
動時において安定して確実にＨＣ、ＣＯ等の有害物質が
低減される。また、請求項２の発明では、前記弁部開口
面積変更手段は、前記排気弁のリフト量を減少させるこ
とにより前記排気弁部の有効開口面積を小さくすること
を特徴としている。

【００１３】従って、既存のカム切換装置等により排気
弁のリフト量を減少させることにより、もともと十分な
耐熱性と耐腐食性を有する排気弁を利用して、コストを
増大させることなく容易に排気弁部の有効開口面積を小
さくすることが可能とされる。また、請求項３の発明で
は、複数の排気弁を有し、前記弁部開口面積変更手段
は、前記複数の排気弁のうちの少なくとも１つを閉弁状
態に保持することにより前記排気弁部の有効開口面積を
小さくすることを特徴としている。

【００１４】従って、排気弁を複数備えた内燃機関で
は、これら複数の排気弁のうちの少なくとも１つを閉弁
状態に保持し、開弁する排気弁を制限することにより、
容易に排気弁部全体の有効開口面積を小さくすることが
可能とされる。また、請求項４の発明では、請求項３の
発明において、前記弁部開口面積変更手段は、前記複数
の排気弁のうち前記排気弁部の有効開口面積が最も大き
な排気弁を優先して閉弁状態に保持することを特徴とし
ている。

【００１５】従って、複数の排気弁のうちの少なくとも
１つを閉弁状態に保持して排気弁部全体の有効開口面積
を小さくする場合において、当該有効開口面積を極力小
さくすることが可能とされる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。図１を参照すると、本発明に係
る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されてお
り、以下、当該排気浄化装置の構成を説明する。同図に
示すように、内燃機関であるエンジン本体（以下、単に
エンジンという）１としては、例えば、燃料噴射モード
を切換えることで吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴
射）とともに圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射）を
実施可能な筒内噴射型火花点火式ガソリンエンジンが採
用される。この筒内噴射型のエンジン１は、容易にして
理論空燃比（ストイキ）での運転やリッチ空燃比での運
転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比での運転
（リーン空燃比運転）が実現可能である。なお、このよ
うな筒内噴射型のエンジン１は既に公知のものである。

【００１７】同図に示すように、エンジン１のシリンダ
ヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４とともに電磁式
の燃料噴射弁６が取り付けられており、これにより、燃
料を燃焼室５内に直接噴射可能である。点火プラグ４に
は高電圧を出力する点火コイル８が接続されている。ま
た、燃料噴射弁６には、燃料パイプ７を介して燃料タン
クを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されてい
る。より詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプ
と高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃
料タンク内の燃料を燃料噴射弁６に対し低燃圧或いは高
燃圧で供給し、該燃料を燃料噴射弁６から燃焼室５内に
向けて所望の燃圧で噴射可能である。

【００１８】シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立
方向に吸気ポート９が形成されており、各吸気ポート９
の燃焼室５側には、エンジン回転に応じて回転するカム
シャフト１２のカム１２ａに倣って開閉作動し、各吸気
ポート９と燃焼室５との連通と遮断とを行う吸気弁１１
がそれぞれ設けられている。そして、各吸気ポート９に
は吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されてお
り、吸気マニホールド１０には吸入空気量を調節する電
磁式のスロットル弁１７が設けられている。

【００１９】また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に
略水平方向に排気ポート１３が形成されており、各排気
ポート１３の燃焼室５側には、エンジン回転に応じて回
転するカムシャフト１６のカム１６ａに倣って開閉作動
し、各排気ポート１３と燃焼室５との連通と遮断とを行
う排気弁１５がそれぞれ設けられている。さらに、当該
エンジン１では、同図に示すように、各気筒毎にカムシ
ャフト１６のカム１６ａ（実線で示す）と並んでカム１
６ｂ（破線で示す）が設けられており、これらカム１６
ａとカム１６ｂとはカム切換装置４０により選択的に切
換可能に構成されている。なお、当該カム切換機構とし
ては公知のものが使用され、ここではその詳細な説明を
省略するが、本発明に係るカム切換機構では、カム１６
ｂの形状が通常使用するカム１６ａよりも排気弁１５の
リフト量が小さくなるように設定されており、カム切換
装置４０によりカム１６ｂが選択されることにより、カ
ム１６ａが選択された場合に比べて排気弁１５のリフト
量が小さく、即ち排気弁部の有効開口面積が小さくなる
ように構成されている。

【００２０】そして、各排気ポート１３には排気マニホ
ールド１４の一端がそれぞれ接続されている。排気マニ
ホールド１４としては、ここでは、デュアル型エキゾー
ストマニホールドシステムが採用される。その他、排気
マニホールド１４は、シングル型エキゾーストマニホー
ルドシステムであっても、またクラムシェル型エキゾー
ストマニホールドシステムであってもよい。

【００２１】また、各排気ポート１３には空気通路１９
を介して２次エアポンプ１８が接続されており、当該２
次エアポンプ１８が作動することで各排気ポート１３の
排気弁１５近傍に２次エアを供給可能である。また、同
図に示すように、排気マニホールド１４の他端には排気
管（排気通路）２０が接続されている。

【００２２】そして、排気管２０には、排気浄化触媒装
置として三元触媒３０が介装されている。この三元触媒
３０は、担体に活性貴金属として銅（Ｃｕ），コバルト
（Ｃｏ），銀（Ａｇ），白金（Ｐｔ），ロジウム（Ｒ
ｈ），パラジウム（Ｐｄ）のいずれかを有している。ま
た、排気管２０には、排気圧を検出するＯ₂センサ２２
が配設されている。

【００２３】ＥＣＵ６０は、入出力装置、記憶装置（Ｒ
ＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（Ｃ
ＰＵ）、タイマカウンタ等を備えており、当該ＥＣＵ６
０により、エンジン１を含めた排気浄化装置の総合的な
制御が行われる。ＥＣＵ６０の入力側には、上述したＯ
₂センサ２２やクランク角信号を検出するクランク角セ
ンサ６２等の各種センサ類の他、エンジン１の始動操作
を行うイグニションキーシリンダ６４が接続されてお
り、センサ類からの検出情報が入力されるとともに、イ
グニションキーシリンダ６４から始動操作信号が入力さ
れる。

【００２４】一方、ＥＣＵ６０の出力側には、上述の燃
料噴射弁６、点火コイル８、スロットル弁１７、２次エ
アポンプ１８、カム切換装置４０等の各種出力デバイス
が接続されており、これら各種出力デバイスには各種セ
ンサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量、
燃料噴射時期、点火時期等がそれぞれ出力され、これに
より、燃料噴射弁６から適正量の燃料が適正なタイミン
グで噴射され、点火プラグ４により適正なタイミングで
火花点火が実施される。また、イグニションキーシリン
ダ６４からの始動操作信号に基づいて、２次エアポンプ
１８やカム切換装置４０が作動される。

【００２５】また、当該、排気浄化装置では、燃料噴射
弁６は、主燃焼用の主噴射の後、膨張行程後期以降に燃
料を副噴射、即ち燃料を追加供給して２段燃焼を行うこ
とが可能に構成されている。この２段燃焼では、主噴射
は圧縮行程で行われ、主燃焼の空燃比は酸素の多いリー
ン空燃比に設定される。以下、このように構成された本
発明に係る排気浄化装置の作用について説明する。

【００２６】上述したように、２段燃焼を行ったり、或
いは主燃焼の空燃比をリッチ空燃比として２次エアの供
給を行ったりすると、排気系内での未燃物と残留酸素或
いは２次エア中の酸素との反応が促進されて良好に排気
浄化が行われるとともに、排気温度が上昇して三元触媒
３０の早期活性化が図られる。そして、これら２段燃焼
や２次エアの供給と併せ、特にピストンの上昇速度が速
く排気弁部における排気流速が速い期間について排気弁
部近傍における排気流速を抑制し、排ガスの滞留時間を
長くすることにより、未燃物と酸素との反応を連鎖的に
十分に促進でき、安定して確実にＨＣ、ＣＯ等の有害物
質を低減可能である。

【００２７】しかしながら、上述したように、エンジン
１の冷態始動時においては、排気ポート１３壁面の温度
は低いことから、排気ポート１３内の排ガスの滞留時間
を長くしても、未燃物と酸素との連鎖反応は起こり難
く、反応は不安定である。そこで、本発明では、ＨＣ、
ＣＯ等の有害物質の排出され易いエンジン１の冷態始動
時において、２段燃焼や２次エアの供給を行うととも
に、排気弁１５の排気弁部における有効開口面積を小さ
くするようにして排気弁部近傍における排気流速を減速
させ、排ガスの滞留時間を長くするようにしている。

【００２８】先ず、第１実施例について説明する。図２
を参照すると、本発明に係る排気弁有効開口面積変更制
御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以
下同図に沿って説明する。イグニションキーシリンダ６
４が操作され、エンジン１が始動されたら、先ずステッ
プＳ１０において、排気弁１５の暖機が完了したか否か
を判別する。即ち、排気弁１５が冷えていると上記同様
の理由により未燃物と酸素との連鎖反応が起こり難く反
応が不安定となるため、ここでは、先ず未燃物と酸素と
の連鎖反応が起こり得る程度にまで排気弁１５が暖まっ
た状態にあるか否かを判別する。

【００２９】この場合、実際には排気弁１５の温度を検
出することは困難であるため、クランク角センサ６２か
らの情報に基づき、排気弁１５が十分に暖まったとみな
せる所定回転速度（例えば、１０００rpm）までエンジ
ン回転速度Ｎeが上昇したか否かを判別する。或いは、
エンジン１の始動後、排気弁１５が十分に暖まったとみ
なせる所定期間が経過したか否かを判別する。

【００３０】なお、排気弁近傍での反応が十分促進され
る程度に排気弁１５の温度が確保されていることが明ら
かであれば、ステップＳ１０を省略してもよい。ステッ
プＳ１０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で排気弁１５の暖機
が完了したと判定された場合には、次にステップＳ１２
に進む。ステップＳ１２では、三元触媒３０の活性化が
完了した状態であるか否かを判別する。ここでは、エン
ジン１の始動後、三元触媒３０が十分に暖まったとみな
せる所定期間（例えば、２０秒）が経過したか否かを判
別する。なお、三元触媒３０に温度センサを設け、触媒
温度が所定温度（例えば、３００℃）を越えたか否かを
直接判定するようにしてもよい。

【００３１】ステップＳ１２の判別結果が偽（Ｎｏ）、
即ち三元触媒３０が未だ活性化した状態にないと判定さ
れた場合には、排気昇温が必要な状況と判断でき、ステ
ップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、主燃焼の空燃
比をリーン空燃比（例えば、値２３）として圧縮行程噴
射（圧縮リーン噴射）を行うとともに膨張行程後期以降
に副噴射を行い、２段燃焼を行う（反応物供給手段）。
これにより、燃焼室５内において排気中に未燃物と残留
酸素とを併存させることができることになる。

【００３２】或いは、主燃焼の空燃比をリッチ空燃比
（例えば、値１２）として吸気行程噴射（吸気リッチ噴
射）を行うとともに２次エアポンプ１８を作動させて２
次エアの供給を行う（反応物供給手段）。これにより、
排気弁部近傍において排気中に未燃物と酸素とを併存さ
せることができることになる。そして、ステップＳ１６
において、排気弁部の有効開口面積を減少させる。具体
的には、カム切換装置４０によってカム１６ａからカム
１６ｂへの切り換えを行い、排気弁１５のリフト量が全
体として小さくなるようにする（弁部開口面積変更手
段）。

【００３３】このようにすると、図３にクランク角と排
気弁リフト量との関係（ａ）及びクランク角と排気弁部
近傍を通過する排気流速との関係（ｂ）が表されてお
り、同図中破線がカム１６ａの場合を実線がカム１６ｂ
の場合をそれぞれ示しているが、リフト量が大きくな
り、ピストンの上昇速度が速くなる期間の排気流速が大
幅に減速されることになり、全体として排気流速を低く
抑えることが可能となる。

【００３４】そして、このように排気弁部近傍を通過す
る排気流速を低く抑えることができることになると、上
述した反応の第１段階において、排ガスが排気弁部を通
過する際の断熱圧縮の度合いを大きくして圧縮着火性を
向上させることができることになるとともに、第２段階
において、燃焼室５内或いは排気弁部近傍の排ガスの滞
留時間を長くして上記圧縮着火した排ガスを火種に排気
弁部近傍で未燃物と酸素とを良好に連鎖反応させること
ができることとなる。

【００３５】つまり、エンジン１の冷態始動時におい
て、排気弁部の有効開口面積を減少させることにより、
排気ポート１３の壁面の温度が未だ低い場合であって
も、排気ポート１３入口の排気弁部近傍において未燃物
と酸素との連鎖反応を生起させ、排気系内での反応を良
好に促進できることになり、排気管２０に別途排気絞り
弁を設けて排気通路を常時大きく絞り続ける場合のよう
に排気損失を増大させて燃費を悪化させることもなく、
安定して確実にＨＣ、ＣＯ等の有害物質を低減すること
ができ、排気温度の上昇により三元触媒３０を早期に活
性化させることが可能となる。

【００３６】また、例えば排気ポート１３に排気絞り弁
を設けて排気弁部近傍の排気流速を低減させようとした
場合には、当該排気絞り弁に十分な耐熱性や耐腐食性が
要求されるが、このようにもともと十分な耐熱性と耐腐
食性を有する排気弁を利用することにより、コストの増
大なくＨＣ、ＣＯ等の有害物質を低減することができ
る。

【００３７】一方、ステップＳ１０の判別結果が偽（Ｎ
ｏ）或いはステップＳ１２の判別結果が真（Ｙｅｓ）と
なり三元触媒３０の活性化が完了したと判定された場合
には、ステップＳ１８に進み、２段燃焼や２次エアの供
給を中止して通常の燃焼制御を行う。そして、ステップ
Ｓ２０において、カム切換装置４０によってカム１６ａ
を選択し、排気弁１５のリフト量を通常の状態に戻して
排気弁部の有効開口面積を通常の状態とする。

【００３８】なお、このように２段燃焼や２次エアの供
給を中止して通常の燃焼制御を行うとともに排気弁１５
のリフト量を通常の状態に戻す場合、これらの切換操作
は、加速時のようにエンジン１の出力変化の絶対値、或
いは要求出力値がある所定値以上のときに実施するのが
よい。これにより、切換時に発生するトルクショックの
低減を図ることができる。

【００３９】次に、第２実施例について説明する。当該
第２実施例では、１つの気筒に複数の排気弁１５を備え
たエンジン１において、複数の排気弁１５のうちの少な
くとも１つの排気弁１５の作動を停止させることにより
排気弁部の有効開口面積を減少させるようにする。即
ち、当該第２実施例では、上記カム切換装置４０を排気
弁停止装置として機能させ、上記図２中のステップＳ１
６において、排気弁部の有効開口面積を減少させるべ
く、複数の排気弁１５のうちの少なくとも１つの排気弁
１５の作動を停止させる（弁部開口面積変更手段）。具
体的には、例えば各気筒毎に排気弁１５を２弁有するエ
ンジン１では一方の排気弁１５の作動を停止し、例えば
各気筒毎に排気弁１５を３弁有するエンジン１では一つ
または二つの排気弁１５の作動を停止する。

【００４０】このようにすれば、上記第１実施例におい
て排気弁１５のリフト量を小さくした場合と同様に、燃
焼室５内の排気流動を抑制する効果が得られ、上記同様
に、全体として排気流速を低く抑えることが可能とな
り、排気弁部近傍において未燃物と酸素を良好に連鎖反
応させることができることとなる。これにより、排気ポ
ート１３の壁面の温度が未だ低い場合であっても、排気
弁１５の作動を停止させない排気ポート１３入口の排気
弁部近傍において未燃物と酸素との連鎖反応を生起さ
せ、排気系内での反応を良好に促進できることになり、
排気管２０に別途排気絞り弁を設けて排気通路を常時大
きく絞り続ける場合のように排気損失を増大させて燃費
を悪化させることもなく、またコストの増大もなく、安
定して確実にＨＣ、ＣＯ等の有害物質を低減することが
でき、排気温度の上昇により三元触媒３０を早期に活性
化させることができる。

【００４１】なお、複数の排気弁１５の有効開口面積の
大きさがそれぞれ異なる場合には、複数の排気弁１５の
うち最も有効開口面積の大きな排気弁１５から優先して
作動停止させるようにするのがよい。このようにすれ
ば、排気弁部の有効開口面積を極力小さくすることがで
き、燃焼室５内において排気流動を十分に抑制すること
ができ、排気弁部における圧縮着火性をより一層向上さ
せるとともに排気弁部近傍において未燃物と酸素をより
一層良好に連鎖反応させることができる。

【００４２】以上で説明を終えるが、本発明は上記実施
形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態で
は、エンジン１として筒内噴射型ガソリンエンジンを用
いるようにしたが、エンジンはディーゼルエンジンであ
ってもよく、２次エアの供給を行う場合には、吸気管噴
射型ガソリンエンジンであってもよい。また、上記実施
形態では、触媒として三元触媒３０を用いたが、触媒は
リーンＮＯx触媒、ＨＣ吸着触媒等いかなるものでもよ
く、ＭＣＣ、ＦＣＣ、ＵＣＣのいずれであってもよい。

【００４３】また、上記実施形態では、２次エアポンプ
１８によって２次エアを供給するようにしたが、２以上
に分けられた排気系の少なくとも一方に排気流動制御装
置を設けて各排気系内に圧力差を生じさせ、さらに排気
圧の高い排気系内の酸素量を所定値以上とし、かかる高
排気圧且つ高酸素量の排気系から低排気圧の排気系に排
ガスを流すことで２次エアを供給するようにしてもよ
い。この場合、例えば、２以上の排気系をつなぐ通路の
断面積を変更することにより、或いは、高排気圧側排気
系内の酸素量を変更することにより２次エア量を調節可
能である。

【００４４】また、上記実施形態では、排気弁１５とし
てカムシャフト１６のカム１６ａ、１６ｂに倣い開閉作
動する機械式の排気弁を使用したが、排気弁１５は電磁
式の排気弁であってもよく、付加電圧或いは電流を変え
ることで排気弁のリフト量を調節し、或いは排気弁の作
動を停止するようにしてもよい。さらに、当該電磁式の
排気弁の場合、排気弁のリフト量を付加電圧或いは電流
に応じて自在に変更できることから、エンジン１の運転
状態等に応じた最適なリフト量を予めマップ化してお
き、当該マップ値に基づいてリフト量を変更するように
してもよい。また、リフト量をステップ的に変更しても
よいし、連続的に変更するようにしてもよい。

【００４５】また、本技術は、排気絞りによる排気圧上
昇技術と併用することを妨げるものではなく、別途排気
圧上昇手段を設けるようにしてもよい。また、上記実施
形態では、エンジン１の冷態始動時を例に説明したが、
本発明は冷態始動時における触媒コンバータの早期活性
以外に、触媒コンバータのサルファ被毒（所謂、Ｓ被
毒）再生時における触媒昇温にも適用可能である。

【００４６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の請
求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の
冷態始動時において、弁部開口面積変更手段により排気
弁部の有効開口面積を小さくすることにより、特にピス
トンの上昇速度が速く排気弁部近傍における排気流速が
速い期間において燃焼室内及び排気弁部近傍の排気流動
を十分に抑制して排ガスの滞留時間を長くでき、排気ポ
ート壁面の温度が低い場合であっても、反応物供給手段
（２次エア技術や２段燃焼技術）により供給された未燃
物及び酸素を燃焼室内や排気弁部近傍において安定して
良好に連鎖反応させ、反応の促進を図ることができる。
これにより、排気管に別途排気絞り弁を設けて排気通路
を常時大きく絞る場合のように排気損失を増大させて燃
費を悪化させることもなく、内燃機関の始動時において
安定して確実にＨＣ、ＣＯ等の有害物質を低減すること
ができる。

【００４７】また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置
によれば、既存のカム切換装置等により排気弁のリフト
量を減少させることにより、もともと十分な耐熱性と耐
腐食性を有する排気弁を利用して、コストを増大させる
ことなく、容易に排気弁部の有効開口面積を小さくする
ことができる。また、請求項３の内燃機関の排気浄化装
置によれば、排気弁を複数備えた内燃機関において、こ
れら複数の排気弁のうちの少なくとも１つを閉弁状態に
保持し、開弁する排気弁を制限することにより、容易に
排気弁部全体の有効開口面積を小さくすることができ
る。

【００４８】また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置
によれば、複数の排気弁のうちの少なくとも１つを閉弁
状態に保持して排気弁部全体の有効開口面積を小さくす
る場合において、複数の排気弁のうち排気弁部の有効開
口面積の最も大きな排気弁を優先して閉弁状態に保持す
ることにより、有効開口面積を極力小さくすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構
成図である。

【図２】排気弁有効開口面積変更制御の制御ルーチンを
示すフローチャートである。

【図３】クランク角と排気弁リフト量との関係（ａ）及
びクランク角と排気弁部を通過する排気流速との関係
（ｂ）を示す図である。

【符号の説明】１エンジン本体５燃焼室６燃料噴射弁１４排気マニホールド１５排気弁１６カムシャフト１６ａカム１６ｂカム１８２次エアポンプ２０排気管３０三元触媒４０カム切換装置６０ＥＣＵ（電子コントロールユニット）６２クランク角センサ６４イグニションキーシリンダ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０１Ｎ 3/22 ３２１Ｆ０１Ｎ 3/22 ３２１ＢＦ０２Ｄ 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｚ 41/06 ３０５ 41/06 ３０５Ｆターム(参考） 3G018 AB02 AB08 CA01 CA11 EA00 EA02 EA17 EA18 EA21 EA35 FA03 FA06 FA11 FA16 GA07 GA09 GA11 GA18 3G084 AA00 AA01 AA04 BA00 BA05 BA12 BA13 BA24 BA25 CA01 CA02 DA02 DA09 DA10 FA00 FA20 FA27 FA29 FA33 FA36 3G091 AA12 AA13 AA17 AA18 AA23 AA24 AB03 AB05 AB10 BA00 BA02 BA03 BA14 BA15 BA19 CA18 CA22 CB02 CB07 DA01 DA02 EA01 EA18 EA34 FA01 FA04 FB02 FB11 FB12 FC07 GB01W GB06W GB07W HA36 HA38 HB02 HB07 3G092 AA01 AA02 AA05 AA06 AA09 AA16 BA04 BA06 BB13 CB02 DA02 DA03 DA11 DA14 DC15 DC16 DE01S DE03S DG01 DG07 EA01 EA02 EA05 EA06 EA07 EA17 EA21 EA22 EC09 FA15 FA18 FA31 GA01 GA02 HA06X HD02X HD02Z HD05Z HD10X HF19Z 3G301 HA01 HA02 HA15 HA16 HA18 JA02 JA21 JA24 JA25 JA26 KA01 KA05 LA01 LB01 LB04 LB11 LB13 MA01 MA11 MA23 NC02 ND04 NE01 NE06 PD02Z PD12A PD12Z PD16A PE01Z PE08Z PF16Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室と排気ポートの連通と遮断とを行
う排気弁の排気弁部近傍に未燃物及び空気を供給する反
応物供給手段と、前記排気弁部の有効開口面積を変更する弁部開口面積変
更手段とを備え、前記反応物供給手段により排気弁部近傍に未燃物及び空
気を供給するとともに、前記弁部開口面積変更手段によ
り前記排気弁部の有効開口面積を小さくすることを特徴
とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】前記弁部開口面積変更手段は、前記排気
弁のリフト量を減少させることにより前記排気弁部の有
効開口面積を小さくすることを特徴とする、請求項１記
載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】複数の排気弁を有し、前記弁部開口面積
変更手段は、前記複数の排気弁のうちの少なくとも１つ
を閉弁状態に保持することにより前記排気弁部の有効開
口面積を小さくすることを特徴とする、請求項１記載の
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】前記弁部開口面積変更手段は、前記複数
の排気弁のうち前記排気弁部の有効開口面積が最も大き
な排気弁を優先して閉弁状態に保持することを特徴とす
る、請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。