JP2003120283A

JP2003120283A - 排気圧力制御弁

Info

Publication number: JP2003120283A
Application number: JP2001320162A
Authority: JP
Inventors: Kojiro Okada; 公二郎岡田; Yasuki Tamura; 保樹田村; Kazuo Koga; 一雄古賀; Naohito Yamada; 尚人山田; Tomohiro Oohashi; 朋宏大橋
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2003-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】排気ガス圧力の微調整を容易に行うことがで
きて精度のよい排気ガス圧力制御が可能であり、且つ、
構成が簡易で安価な排気圧力制御弁を提供する。【解決手段】排気圧力制御弁２２は、主圧力調整用の
弁としてのバタフライ弁３１に、このバタフライ弁３１
が閉じて上流側の排気ガス圧力が所定の開弁圧力以上に
なったときに当該排気ガス圧力によって開く圧力微調整
用の副弁としてリード弁３２ａ，３２ｂを取り付けた構
成とする。また、リード弁は、開弁圧力が異なるものを
複数組み合わせてもよい。また、主圧力調整用の弁とし
てフラッパ弁を用いてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は排気圧力制御弁に関
し、エンジン始動時に排気ガス圧力を高くして触媒の早
期活性化を図る場合などに適用して有用なものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの排気ガス中に含まれる有害物
質（ＨＣ、ＣＯ、Ｈ₂等の未燃物の他、スモーク、ＮＯ
ｘ等を含む）を低減す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。しかしながら、この排気浄化技術では、エンジン始
動後排気温度が上昇して触媒温度が上昇することにより
触媒が活性化するまでの間、触媒が十分に機能せずにＨ
Ｃ等の未燃物が大気放出されてしまうという問題があ
る。

【０００３】このため、エンジン始動時に触媒を早期に
活性化する技術が、特開平３−１１７６１１号公報、特
開平４−１８３９２１号公報などにおいて開示されてい
る。かかる技術の概要を図７に基づいて説明すると、同
図に示すようにエンジン１に接続された排気管２には、
触媒３が設けられている。そして、この排気管２には、
触媒３の下流側に排気圧力制御弁（バタフライ弁）４も
設けられている。この場合、エンジン始動時に排気圧力
制御弁４を閉じると、即ち、排気管２の流路面積を小さ
くして流動抵抗を大きくすると、排気ガス流量が低減
し、排気圧力制御弁４の上流側では排気ガスの圧力が上
昇する。その結果、排気ガスが断熱圧縮により温度上昇
して触媒３の温度も上昇し、また、触媒３における排気
ガスの滞留時間が長くなることなどから、触媒３の早期
活性化を図ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
排気圧力制御弁４では小開弁面積での面積変化が大きい
ため、弁開度を小さくして排気ガス圧力を高圧力に調整
する場合、精度のよい排気ガス圧力制御を行うことがで
きない。

【０００５】従って、本発明は上記従来技術の問題点に
鑑み、排気ガス圧力の微調整を容易に行うことができて
精度のよい排気ガス圧力制御が可能であり、且つ、構成
が簡易で安価な排気圧力制御弁を提供することを課題と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第１
発明の排気圧力制御弁は、内燃機関の排気通路に設けら
れ、この排気通路の流路面積を調整して排気ガスの圧力
を所定圧力に調整する排気圧力制御弁であって、主圧力
調整用の弁に、この主圧力調整用の弁が閉じて上流側の
排気ガス圧力が所定の開弁圧力以上になったときに当該
排気ガス圧力によって開く圧力微調整用の副弁を取り付
けたことを特徴とする。

【０００７】また、第２発明の排気圧力制御弁は、第１
発明の排気圧力制御弁において、圧力微調整用の副弁
は、開弁圧力が異なるものを複数組み合わせたことを特
徴とする。

【０００８】また、第３発明の排気圧力制御弁は、第１
又は第２発明の排気圧力制御弁において、圧力微調整用
の副弁は、リード弁であることを特徴とする。

【０００９】また、第４発明の排気圧力制御弁は、第
１，第２又は第３発明の排気圧力制御弁において、主圧
力調整用の弁は、バタフライ弁であることを特徴とす
る。

【００１０】また、第５発明の排気圧力制御弁は、第
１，第２又は第３発明の排気圧力制御弁において、主圧
力調整用の弁は、フラッパ弁であることを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。

【００１２】図１は本発明の実施の形態に係る排気圧力
制御弁を排気系に備えたエンジンの概略構成図である。
図２（ａ）及び図２（ｂ）は前記排気圧力制御弁の構成
を示す側面図及び正面図、図２（ｃ）及び図２（ｄ）は
前記排気圧力制御弁に備えたリード弁の拡大図である。
図３及び図４は前記排気圧力制御弁の作用効果を示す説
明図である。また、図５は前記排気圧力制御弁の他の構
成を示す正面図、図６（ａ）及び図６（ｂ）は前記排気
圧力制御弁の他の構成を示す側面図及び正面図である。

【００１３】図１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）１１としては、例
えば燃料噴射モードを切り換えることで吸気行程での燃
料噴射（吸気行程噴射）と圧縮行程での燃料噴射（圧縮
行程噴射）とを実施可能な筒内噴射型の火花点火式ガソ
リンエンジンが採用される。この筒内噴射型のエンジン
１１は、容易に理論空燃比（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）が可能である。

【００１４】エンジン１１のシリンダヘッド１２には各
気筒毎に点火プラグ１４とともに電磁式の燃料噴射弁１
３が取り付けられ、この燃料噴射弁１３によって燃料を
燃焼室内に直接噴射可能となっている。また、燃料噴射
弁１３は膨張行程又は排気行程において排気系に燃料を
追加供給する追加燃料供給手段としても機能する。点火
プラグ１４には高電圧を出力する点火コイル１５が接続
されている。燃料噴射弁１３には燃料パイプ１６を介し
て図示しない燃料供給装置から燃料が供給される。

【００１５】シリンダヘッド１２には各気筒毎に略直立
方向に吸気ポートが形成され、この吸気ポートと連通す
るようにして吸気マニホールド１７の一端がそれぞれ接
続されている。吸気マニホールド１７には吸入空気量を
調節する電磁式のスロットル弁１８が設けられている。
また、シリンダヘッド１２には各気筒毎に略水平方向に
排気ポートが形成され、各排気ポートに連通するように
して排気マニホールド１９の一端がそれぞれ接続されて
いる。なお、筒内噴射型のエンジン１１は既に公知のも
のであるため、その構成の詳細については説明を省略す
る。

【００１６】排気マニホールド１９の他端には排気管
（排気通路）２０が接続されている。そして、排気管２
０には排気ガス中の有害物質（ＨＣ、ＣＯ、Ｈ₂等の未
燃物の他、スモーク、ＮＯｘ等を含む）を低減すること
を目的として三元触媒２１が設けられ、この三元触媒２
１の下流側にエンジン始動時の三元触媒２１の早期活性
化などを目的として排気圧力制御弁２２が設けられてい
る。三元触媒２１は、担体に活性貴金属として銅、コバ
ルト、銀、白金、ロジウム、パラジウムなどを有してい
る。なお、触媒２１としては三元触媒の他、リーンＮＯ
ｘ触媒やＨＣ吸蔵触媒などを用いることもできる。排気
圧力制御弁２２では、詳細は後述するが、排気管２０の
流路面積（流動抵抗）を調整して排気ガス流量を調整す
ることにより、排気ガスの圧力を調整する。

【００１７】排気ガス圧力は触媒２１の上流側に設けた
排気圧センサ２３によって計測され、この計測信号が電
子制御ユニット（ＥＣＵ）２４に入力される。ＥＣＵ２
４では、入出力装置、記憶装置、ＣＰＵ、タイマカウン
タ等を備えており、排気圧センサ２３から入力した排気
ガス圧力の計測信号などに基づいて排気圧力制御弁２２
の開閉制御を行う。また、ＥＣＵ２４では、図示しない
各種センサ類の計測信号などに基づいて燃料噴射弁１
３、点火コイル１５、スロットル弁１８などの動作を制
御することにより、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時
期などの制御も行う。

【００１８】特に、ＥＣＵ２４では、排気ガス中の有害
物質の低減が要求されたとき、二段燃焼を行うために膨
張行程又は排気行程において燃料噴射弁１３から高温雰
囲気の燃焼室に燃料を追加供給する。その結果、この追
加供給された燃料が排気系の余剰酸素と反応して排気ガ
スが昇温され、これによって排気ガス中の未燃物（未燃
ＨＣ等）も反応する。そして、このときに排気圧力制御
弁２２によって排気ガス圧力を上昇させれば、追加燃料
や未燃物と余剰酸素との反応が促進されて排気ガス中の
有害物質の低減効果が増強され、また、このときの反応
による排気ガスの昇温により触媒２１も昇温して触媒２
１が活性化するため、更に有害物質の低減効果が増強さ
れる。また、排気ガス圧力が上昇すると、断熱圧縮によ
り排気ガス温度が上昇して触媒２１の温度も上昇し、触
媒２１における排気ガスの滞留時間も長くなることなど
から、更に触媒２１の活性化を促進して有害物質の低減
効果を増強することができる。

【００１９】そこで、この有害物質低減効果の増強を確
実にするため、即ち、排気圧力制御弁２２により排気ガ
スの圧力（流量）を微調整して排気ガスを所定の高圧力
に精度よく制御することができるようにするため、本実
施の形態の排気圧力制御弁２２は図２に示す構成となっ
ている。即ち、図２に示すように排気圧力制御弁２２は
主圧力調整用の弁としてバタフライ弁３１を用い、この
バタフライ弁３１に、バタフライ弁３１が閉じて上流側
の排気ガス圧力が所定の開弁圧力以上になったときに当
該排気ガス圧力によって開く圧力微調整用の副弁として
リード弁３２ａ，３２ｂを取り付けた構成となってい
る。バタフライ弁３１は排気管２０内に設けられ、ＥＣ
Ｕ２４の指令によって作動する図示しないアクチュエー
タ（モータなど）によって矢印Ａのように回動軸３３回
りに回動することにより、排気管２０を開閉することが
できるようになっている。図２（ａ）にはバタフライ弁
３１を全閉にしたときの状態を示している。

【００２０】そして、図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示す
ようにリード弁３２ａ，３２ｂは所定のバネ力を有する
金属の薄い板状のものであって、一端部３２ａ−１，３
２ｂ−１がバタフライ弁３１に固定され、その他の部分
が図中に一点鎖線と実線とで開閉状態を示すように開閉
自在となっている。リード弁３２ａ，３２ｂのバネ力
（開弁圧力）は、板厚や材質等を選定することにより、
排気圧力制御弁２２（リード弁３２ａ，３２ｂ）の上流
側の排気ガス圧力が目標制御圧力（例えば７００ｍｍＨ
ｇ）以上となったとき矢印Ｂのように当該排気ガス圧力
によって開くように調節されている。つまり、リード弁
３２ａ，３２ｂはリリーフ弁として機能する。

【００２１】排気圧力制御弁２２はエンジンの冷態始動
後の所定期間排気ガス圧力を所定の高圧力に制御するた
めに使用される。図３に基づいて排気圧力制御弁２２の
動作を説明すると、まず、エンジン始動時後、排気ガス
中の有害物質の低減効果を増強するため、排気ガス圧力
が目標制御圧力の７００ｍｍＨｇ以下の時（低圧力
時）、図３（ａ）に示すようにバタフライ弁３１を閉じ
る。このとき排気ガス圧力が７００ｍｍＨｇ以下であれ
ば、リード弁３２ａ，３２ｂも閉じた状態となる。そし
て、その後に上流側の排気ガス圧力が上昇して目標制御
圧力の７００ｍｍＨｇ以上になった時（高圧力時）、当
該排気ガス圧力によって、図３（ｂ）に示すようにリー
ド弁３２ａ，３２ｂが自然に開く。リード弁３２ａ，３
２ｂが開いたことにより排気ガス圧力が低下し７００ｍ
ｍＨｇ以下となると、再びリード弁３２ａ，３２ｂが閉
じる。かくして、上流側の排気ガス圧力が目標制御圧力
の７００ｍｍＨｇの近傍に微調整される。この有害物質
低減効果増強制御の終了時には、図３（ｃ）に示すよう
にバタフライ弁３１を開く。

【００２２】このように本実施の形態の排気圧力制御弁
２２によれば、排気ガス圧力の微調整を容易に行うこと
できるようになり、排気ガス圧力を高圧力に精度よく制
御することができるため、エンジン始動時の触媒２１の
早期活性化や未燃燃料（未燃ＨＣ）と余剰空気の反応を
促進して、有害物質低減性能を最大限に引き出すことが
できる。しかも、排気圧力制御弁２２はバタフライ弁３
１にリード弁３２ａ，３２ｂを取り付けた簡易な構成で
あるため、コスト的にも有利である。

【００２３】また、上記ではリード弁３２ａ，３２ｂの
バネ力を同じにして両者の開弁圧力が同じになるように
しているが、リード弁３２ａ，３２ｂの板厚や材質等を
変えることにより、両者のバネ力が異なるように調節し
て両者の開弁圧力が異なるようにしてもよい。即ち、リ
ード弁３２ｂは排気ガス圧力が目標制御圧力の下限値
（例えば７００ｍｍＨｇ）以上となったときに開き、リ
ード弁３２ａは排気ガス圧力が目標制御圧力の上限値
（例えば８００ｍｍＨｇ）以上となったときに開くよう
にする。

【００２４】この場合、有害物質の低減効果を増強する
ため、排気ガス圧力が目標制御圧力の７００ｍｍＨｇ以
下の時、図４（ａ）に示すようにバタフライ弁３１を閉
じ、このとき排気ガス圧力が７００ｍｍＨｇ以下であれ
ば、リード弁３２ａ，３２ｂも閉じた状態となる。そし
て、その後に上流側の排気ガス圧力が上昇して目標制御
圧力の下限値である７００ｍｍＨｇ以上になった時、当
該排気ガス圧力によって、図４（ｂ）に示すように低開
弁圧力のリード弁３２ｂが開く。ここで排気ガス圧力の
上昇は緩和されるが、更に排気ガス圧力が上昇して目標
制御圧力の上限値である８００ｍｍＨｇ以上になった時
には、当該排気ガス圧力によって、図４（ｃ）に示すよ
うに高開弁圧力のリード弁３２ａも開く。逆に、各リー
ド弁が開いたことにより排気ガス圧力が低下し、８００
ｍｍＨｇ以下となるとリード弁３２ａは閉じ、７００ｍ
ｍＨｇ以下となるとリード弁３２ｂも閉じる。かくし
て、上流側の排気ガス圧力を目標制御圧力の上下限値内
に確実に維持することができ、より正確に排気ガス圧力
を微調整することができる。この有害物質低減効果増強
制御の終了時には、図４（ｄ）に示すようにバタフライ
弁３１を開く。

【００２５】また、図５に示す排気圧力制御弁２２で
は、開弁圧力が異なる４つのリード弁３２ａ，３２ｂ，
３２ｂ，３２ｄをバタフライ弁３１に取り付けている。
この場合、リード弁３２ａ〜３２ｄの開弁圧力の大小関
係は、例えばリード弁３２ａ＜リード弁３２ｂ＜リード
弁３２ｃ＜リード弁３２ｄとなるように設定する。この
ように開弁圧力が異なる２つ以上（図示例では４つ）の
リード弁３２ａ〜３２ｂを設けることによって、上記の
場合よりも更にきめ細かい排気ガス圧力の微調整を行う
ことができる。

【００２６】また、図５に示す排気圧力制御弁２２で
は、主圧力調整用の弁としてフラッパ弁４１を用い、こ
のフラッパ弁４１に、フラッパ弁４１が閉じて上流側の
排気ガス圧力が所定の開弁圧力以上になったときに当該
排気ガス圧力によって開く圧力微調整用の副弁として４
つのリード弁３１ａ〜３１ｂを取り付けた構成となって
いる。フラッパ弁４１は排気管２０内に設けられ、ＥＣ
Ｕ２４の指令によって作動する図示しないアクチュエー
タによって矢印Ｃのように回動軸４２回りに回動するこ
とにより、排気管２０を開閉することができるようにな
っている。図６（ａ）にはフラッパ弁４１を全閉にした
ときの状態を示している。なお、リード弁３２ａ〜３２
ｄについては上記のリード弁と同様であるため、ここで
の説明は省略する。

【００２７】このフラッパ弁４１を用いた排気圧力制御
弁２２においても、バタフライ弁３１を用いた上記（図
２，図５）の排気圧力制御弁２２と同様の作用効果を得
ることができる。

【００２８】なお、圧力微調整用の副弁としては、バタ
フライ弁やフラッパ弁への取り付けが容易なことなどか
ら、リード弁が望ましいが、必ずしもこれに限定するも
のではなく、排気ガス圧力が所定の開弁圧力以上となっ
たときに当該排気ガス圧力によって開く弁であればよ
い。また、主圧力調整用の弁としても、バタフライ弁や
フラッパ弁以外の弁でもよい。

【００２９】また、本発明の排気圧力制御弁は、上記の
ように触媒の早期活性化を図る場合や二段燃焼の効果を
促進する場合に限らず、排気系に燃料或いは空気を供給
して排気ガス中の有害物質を低減する装置やＥＧＲ装置
の性能を増強する場合など、排気ガスの圧力を制御をす
ることが有効な場合に広く適用することができ、また、
ガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジンなどに
も適用することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上、発明の実施の形態とともに具体的
に説明したように、第１発明乃至第５発明の排気圧力制
御弁によれば、主圧力調整用の弁（バタフライ弁、フラ
ッパ弁等）に、この主圧力調整用の弁が閉じて上流側の
排気ガス圧力が所定の開弁圧力以上になったときに当該
排気ガス圧力によって開く圧力微調整用の副弁（リード
弁等）を取り付けたことにより、排気ガス圧力の微調整
を容易に行うことできるようになり、排気ガス圧力を高
圧力に精度よく制御することができる。このため、例え
ばエンジン始動時の触媒の早期活性化や未燃燃料（未燃
ＨＣ）と余剰空気の反応を促進して、有害物質低減性能
を最大限に引き出すことなどが可能となる。しかも、排
気圧力制御弁は簡易な構成であるため、コスト的にも有
利である。

【００３１】また、第２発明の排気圧力制御弁によれ
ば、圧力微調整用の副弁は開弁圧力が異なるものを複数
組み合わせたことにより、より正確できめ細かい排気ガ
ス圧力の微調整を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る排気圧力制御弁を排
気系に備えたエンジンの概略構成図である。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は前記排気圧力制御弁の構成
を示す側面図及び正面図、（ｃ）及び（ｄ）は前記排気
圧力制御弁に備えたリード弁の拡大図である。

【図３】前記排気圧力制御弁の作用効果を示す説明図で
ある。

【図４】前記排気圧力制御弁の作用効果を示す説明図で
ある。

【図５】前記排気圧力制御弁の他の構成を示す正面図で
ある。

【図６】（ａ）及び（ｂ）は前記排気圧力制御弁の他の
構成を示す側面図及び正面図である。

【図７】従来の排気圧力制御弁の説明図である。

【符号の説明】

１１筒内噴射型のエンジン１２シリンダヘッド１３燃料噴射弁１４点火プラグ１５点火コイル１６燃料パイプ１７吸気マニホールド１８スロットル弁１９排気マニホールド２０排気管２１触媒２２排気圧力制御弁２３排気圧センサ２４ＥＣＵ３１バタフライ弁３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄリード弁３２ａ−１，３２ｂ−１リード弁の一端部３３回動軸４１フラッパ弁４２回動軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古賀一雄東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者山田尚人東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者大橋朋宏東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内Ｆターム(参考） 3G004 AA01 BA00 BA06 DA24 EA01 EA02 EA05 3G065 AA04 AA09 AA10 CA12 DA05 DA06 DA07 EA01 EA02 FA06 FA07 FA12 GA06 HA09 KA02 3G091 AA17 AA24 AB03 BA00 BA02 BA03 BA15 CA27 CB01 EA32 FA01 FA02 FB02 FB10 FB11 FB12 FC07 HA03 HA36 HA46 HB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に設けられ、この排
気通路の流路面積を調整して排気ガスの圧力を所定圧力
に調整する排気圧力制御弁であって、主圧力調整用の弁に、この主圧力調整用の弁が閉じて上
流側の排気ガス圧力が所定の開弁圧力以上になったとき
に当該排気ガス圧力によって開く圧力微調整用の副弁を
取り付けたことを特徴とする排気圧力制御弁。
【請求項２】請求項１に記載の排気圧力制御弁におい
て、圧力微調整用の弁は、開弁圧力が異なるものを複数組み
合わせたことを特徴とする排気圧力制御弁。
【請求項３】請求項１又は２に記載の排気圧力制御弁
において、圧力微調整用の副弁は、リード弁であることを特徴とす
る排気圧力制御弁。
【請求項４】請求項１，２又は３に記載の排気圧力制
御弁において、主圧力調整用の副弁は、バタフライ弁であることを特徴
とする排気圧力制御弁。
【請求項５】請求項１，２又は３に記載の排気圧力制
御弁において、主圧力調整用の弁は、フラッパ弁であることを特徴とす
る排気圧力制御弁。