JP2003201838A

JP2003201838A - 排圧上昇装置

Info

Publication number: JP2003201838A
Application number: JP2002017552A
Authority: JP
Inventors: Yasuki Tamura; 保樹田村
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2003-07-18
Anticipated expiration: 2022-01-25
Also published as: JP3748063B2

Abstract

(57)【要約】【課題】排ガス温度が低い条件でも確実に排圧を上昇
させることができる排圧上昇装置を提供する。【解決手段】排圧上昇装置４０は、排気管２０の通路
断面積を減少させるバタフライ弁４２と、このバタフラ
イ弁４２と排気管２０との隙間を流れる排ガスの温度を
上昇させる電気ヒータ４４とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気通
路内の排圧を上昇させることができる排圧上昇装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】この種の排圧上昇装置は、例えば内燃機
関の排気管中に設けられた絞り弁を備えており、この絞
り弁により排気管の通路断面積を減少させることで、そ
の上流側の排圧を上昇させることができる。このような
排圧上昇は、燃焼室から排気管に至る排気系内にて排ガ
ス中に含まれる未燃物と酸素との反応を促進し、有害物
質の排出量を低減するのに寄与する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した排圧上昇によ
り一定の効果を得るためには、所定圧力以上に排圧を上
昇させる必要があり、そのためには通路断面積を極小ま
で減少させる必要がある。これは、排ガスが圧縮性流体
であり、僅かな通路断面積の拡大に対して排圧の低下が
著しいという事情があるからである。

【０００４】しかしながら、絞り弁等の機械要素だけで
排気管の通路断面積を極小まで減少させることは難し
い。例えば、絞り弁を排気管の内壁に密着させる構造を
採用した場合、絞り弁の周囲に異物の噛み込みを招きや
すくなるし、また、絞り弁の熱膨張によって弁体そのも
のが排気管に噛み込まれ、弁体が排気管の内壁に固着し
てしまうおそれがある。このため、機械的な構造だけで
通路断面積を減少させるには一定の限界があり、より高
度な排圧上昇効果の達成がきわめて困難となっている。

【０００５】そこで本発明は、機械的構造の限界範囲内
であっても確実に排圧を上昇させることができる排圧上
昇装置の提供を課題としたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の排圧上昇装置
（請求項１）は、排ガスの流動特性に着目して上記の課
題を解決している。具体的には、排圧上昇装置は排気通
路の通路断面積を変更させる通路断面積変更手段と、こ
の通路断面積変更手段により通路断面積が変更された断
面領域を通過する排ガスの温度を上昇させる昇温手段と
を備える。

【０００７】すなわち排ガスのような圧縮性流体は、通
路断面積を減少させた状態で、その断面領域を通過する
当該排ガスの温度を上昇させれば、絞り効果の関係によ
り排圧を上昇させることができる。また、排ガスが排圧
上昇装置を通過する際に通路断面積の変更により圧縮さ
れて熱伝達率が増大するため、昇温手段による効率的な
排ガス昇温が可能となる。

【０００８】上述した昇温手段は、排ガスを加熱する電
熱源を含む態様が好ましい（請求項２）。この場合、昇
温手段はジュール熱により排ガスを加熱する。より実用
的には、排圧上昇装置（請求項３）は排ガス温度の測定
値または推測値を検出し、その検出結果に基づいて排ガ
ス温度を所定温度以下に調整する態様が好ましい。この
場合、排ガス温度が過度に上昇されることはない。

【０００９】また排圧上昇を行うに際して、排ガス流量
と温度との関係が明らかであれば、排ガス流量に基づい
て排ガス温度の上昇量を決定することができる。このた
め、排圧上昇装置（請求項４）は排気通路を流れる排ガ
ス流量の測定値または推測値を検出し、その検出結果に
基づいて排ガスの温度上昇量を調整するための構成を有
している。この場合、排ガス流量に応じて必要な排ガス
温度の条件が設定されるため、確実に所望の排圧上昇を
実現することができる。

【００１０】更に、排圧上昇に際して目標となる排気圧
が明らかであれば、その目標排圧のレベルに応じて排ガ
ス温度の上昇量を決定することができる。このため、排
圧上昇装置（請求項５）は排気通路内における排気圧の
目標値を設定し、この目標値に応じて排ガスの温度上昇
量を調整するための構成を有している。この場合、目標
とする圧力まで確実に排圧を上昇させることができる。

【００１１】また上述した昇温手段は、排気通路に配設
された加熱部材と、この加熱部材を覆う断熱部材とを含
むことができる（請求項６）。上述の好ましい態様で
は、加熱部材は排気通路の外周に配設することもできる
し、あるいは排気通路内に配設することもできる。いず
れの場合にあっても、加熱部材から発せられる熱が排ガ
ス温度の上昇に活用されるとともに、排気通路の周囲へ
の熱の移動が断熱部材により遮られ、排圧上昇装置にお
ける機械要素の熱破壊が防止される。また断熱部材は、
加熱部材を排気通路に取り付けるための取付部材として
も機能することができるため、高い温度領域での加熱温
度にも耐えうる構造となる。

【００１２】なお本発明において、より実用的な排圧上
昇装置（請求項７）は排気通路に設けられて排ガスを浄
化する触媒装置を更に備えており、通路断面積変更手段
および昇温手段は触媒装置よりも上流位置に配置されて
いる。上述の排圧上昇装置によれば、排圧上昇装置を排
ガスが通過する際に通路断面積の変更により圧縮されて
熱伝達率が増大するため、昇温手段による効率的な排ガ
ス昇温が可能となる。また触媒装置の上流位置で排ガス
が昇温されるため、触媒の早期昇温による活性化が図ら
れる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の排圧上昇装置が
適用された内燃機関の全体構成を概略的に示している。
本実施形態に係る内燃機関（以下、単に「エンジン」と
称する。）１には、例えば筒内噴射型火花点火式のガソ
リンエンジンが採用されているが、本発明の適用は当該
形式のエンジンのみに限定されるものではない。

【００１４】このエンジン１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
射モード）とともに圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴
射モード）を実施可能である。これによりエンジン１
は、吸気行程噴射モードでは理論空燃比（ストイキオ）
での運転やリッチ空燃比での運転が可能であり、圧縮行
程噴射モードではリーン空燃比および超リーン空燃比で
の運転（リーン空燃比運転）が可能である。

【００１５】エンジン１のシリンダヘッド２には、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、この燃料噴射弁６を通じて燃焼室内に
燃料を直接噴射可能である。これにより、燃料噴射弁６
は主燃焼用の主噴射手段として機能するとともに排気系
に燃料を追加供給する副噴射手段としても機能する。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（図示されていな
い）が接続されている。より詳しくは、燃料供給装置は
低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとを備えており、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
圧あるいは高燃圧で供給し、その燃料を燃料噴射弁６か
ら燃焼室内に向けて所望の燃圧で噴射することができ
る。

【００１６】シリンダヘッド２には、気筒毎に略直立方
向に延びる吸気ポートが形成されており、これら吸気ポ
ートに吸気マニホールド１０の一端が接続されている。
なお、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１４が設けられており、その上流
側にはエアフローセンサ１５が設けられている。また、
シリンダヘッド２には、気筒毎に略水平方向に延びる排
気ポートが形成されており、これら排気ポートに排気マ
ニホールド１２の一端が接続されている。排気マニホー
ルド１２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１２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。

【００１７】また、各排気ポートには空気通路１７を介
して２次エアポンプ１６が接続されており、この２次エ
アポンプ１６が作動することで各排気ポートに２次エア
を供給可能である。なお、エンジン１のその他の構成は
既に公知であるため、その詳細については説明を省略す
る。

【００１８】排気マニホールド１２の他端には排気管２
０が接続されており、この排気管２０には例えば三元型
の触媒（触媒装置）３０が介装されている。この触媒３
０は担体に触媒層を担持させたものであり、触媒層には
活性貴金属として銅（Ｃｕ），コバルト（Ｃｏ），銀
（Ａｇ），白金（Ｐｔ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウ
ム（Ｐｄ）のいずれかを含むものとなっている。また排
気管２０には、触媒３０の入口手前に空燃比センサ３２
が取り付けられている。なお、触媒３０は三元型に限ら
れず、ＮＯｘ吸蔵型のものを使用してもよい。

【００１９】触媒３０の下流に排圧上昇装置４０が設け
られており、以下、本実施形態の排圧上昇装置４０につ
いて説明する。図２は排圧上昇装置４０の構成を概略的
に示している。排圧上昇装置４０は排気管２０内に設け
られたバタフライ弁４２を備えており、このバタフライ
弁４２は排気管２０内にて回動自在となっている。排気
管２０の外周には電気ヒータ４４が取り付けられてお
り、この電気ヒータ４４はバタフライ弁４２の設置部位
を取り囲むようにして配設されている。

【００２０】バタフライ弁４２の開閉作動は、図１に示
されるアクチュエータ４５（図２では省略）により行う
ことができる。アクチュエータ４５はバタフライ弁４２
の回動軸に接続されており、その駆動トルクによりバタ
フライ弁４２を所望の開度に開閉作動させることができ
る。また、排気管２０にはバタフライ弁４２を迂回する
ようにしてリリーフ通路２２が設けられており、このリ
リーフ通路２２内にリリーフ弁４６が設けられている。
このリリーフ弁４６は常閉弁であり、その弁体４８がス
プリング５０によって付勢され、リリーフ通路２２の内
周面に設けられた被弁体２４と当接することでリリーフ
通路２２への排ガスの流れ込みを閉塞している。

【００２１】ここで、エンジン１の運転は電子制御ユニ
ット（以下、「ＥＣＵ」と略称する。）６０を用いて電
子制御されており、上述した各種の電子機器類はＥＣＵ
６０に接続されている。具体的には、上述した燃料噴射
弁６や点火コイル８、スロットル弁１４、アクチュエー
タ４５等の各種出力デバイスは、ＥＣＵ６０の出力側に
接続されている。また、ＥＣＵ６０の入力側にはエアフ
ローセンサ１５や空燃比センサ３２等の各種センサ類が
接続されており、これらセンサ類からＥＣＵ６０に検出
情報が入力されるものとなっている。

【００２２】また、触媒３０の入口近傍には温度センサ
６２が配設されており、更に触媒３０の下流側で、バタ
フライ弁４２の上流側近傍に温度センサ６４が配設され
ている。これら温度センサ６２，６４もまた、それぞれ
ＥＣＵ６０の入力側に接続されている。ＥＣＵ６０は、
入出力装置や記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡ
Ｍ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を備えており、ＥＣ
Ｕ６０はエンジン１を含めて排圧上昇装置４０の作動を
制御することができる。また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いて演算された燃料噴
射量、燃料噴射時期、点火時期、回転トルク等の各種情
報がそれぞれ出力される。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。またアクチュエータ４５に所望の回転トルクが与え
られてバタフライ弁４２が開閉される。

【００２３】本実施形態の排圧上昇装置４０は、ＥＣＵ
６０によるエンジン１の運転制御に関連して作動させる
ことができる。例えば、エンジン１の冷態始動時等にお
いては、触媒３０の昇温によりその排ガス浄化機能を早
期に活性化させるため、エンジン１の運転に関して排気
昇温制御が実施される。このとき、ＥＣＵ６０は燃料噴
射弁６による主噴射とは別に副噴射を行う２段燃焼制御
を行ったり、２次エアポンプ１６から排気系内に２次エ
アを供給したり、あるいは点火時期リタードを実施して
排気系内で未燃物と酸素とを反応させ、排ガス温度の早
期上昇を図る。

【００２４】これら排気昇温制御と合わせて、ＥＣＵ６
０はアクチュエータ４５を駆動してバタフライ弁４２を
閉作動させ、排気管２０の通路断面積を減少させる。こ
れにより、バタフライ弁４２より上流側の排気系内にて
排気圧が上昇し、排気昇温制御の実施に伴う排気系内で
の未燃物の酸化が一層促進されるという効果が得られ
る。更にＥＣＵ６０は、排圧の上昇による未燃物の酸化
の促進効果をより高めるため、以下の手順に沿って電気
ヒータ４４の作動を制御する。

【００２５】図３は、排圧上昇装置４０の作動制御ルー
チンを示している。ＥＣＵ６０は本制御ルーチンを実行
すると、先ず排圧上昇制御が実施中であるかを判断する
（ステップＳ１）。上述のように排気昇温制御の実施に
合わせてバタフライ弁４２を閉作動させている場合、Ｅ
ＣＵ６０は排圧上昇制御を実施中（Ｙｅｓ）であると判
断する。

【００２６】次にＥＣＵ６０は、排ガス温度Ｔｅが所定
温度Ｔ₁より低いか否かを判断する（ステップＳ２）。
この判断は、例えば上述した温度センサ６２あるいは温
度センサ６４からのセンサ信号に基づいて行うことがで
きる。この判断を行うための所定温度Ｔ₁は、例えば排
圧上昇に必要な温度条件（例えば２００℃程度）に設定
することができる。

【００２７】排ガス温度Ｔｅが所定温度Ｔ₁より低い
（Ｙｅｓ）場合、更にＥＣＵ６０はバタフライ弁４２と
排気管２０との隙間近傍の温度Ｔｂが所定温度Ｔ₂より
低いか否かを判断する（ステップＳ３）。この判断は、
触媒３０下流の温度センサ６４からのセンサ信号あるい
は排圧上昇装置温度を検出するセンサ（図示していな
い）からのセンサ信号に基づいて行うことができ、この
場合の所定温度Ｔ₂は、例えばバタフライ弁４２および
排気管２０の耐熱性を考慮した温度（例えば５００℃程
度）に設定されている。

【００２８】更に排ガス温度Ｔｂが所定温度Ｔ₂より低
い（Ｙｅｓ）場合、ＥＣＵ６０は電気ヒータ４４への給
電を実施する（ステップＳ４）。図２に示されるよう
に、電気ヒータ４４は電源６６に接続されており、ＥＣ
Ｕ６０はこの電源６６から電気ヒータ４４への給電を制
御することができる。このとき、ＥＣＵ６０は所定のマ
ップに基づいて電気ヒータ４４に通電するべき電流値を
設定することができ、以下、その設定手法について例を
挙げて説明する。

【００２９】図４および図５は、ステップＳ４の処理に
おいて電流値を設定するための制御マップの例を示して
いる。先ず、図４のマップは排ガス流量に基づいて電流
値を設定するものであり、そのマップ特性は、排ガス流
量が少なくなるほど電流値を高く設定するものとなって
いる。一方、図５のマップは排圧上昇制御における目標
排圧に基づいて電流値を設定するものであり、こちらの
マップ特性は、目標排圧が高くなるほど電流値を高く設
定するものである。またいずれのマップも、排ガス流量
や目標排圧の上下限領域にそれぞれ不感特性を有してお
り、排ガス流量または目標排圧が上下限値に近づくと、
これらの変化が電流値の設定に大きく影響しないものと
なっている。

【００３０】ステップＳ４の実行に伴う電流値の設定に
おいては、いずれのマップを用いるかは適宜選択可能で
ある。例えば、図４または図５のマップのいずれか一方
を選択して使用してもよいし、あるいは両方のマップを
使用してもよい。いずれの場合も、電流値を高く設定す
るほど電気ヒータ４４の発熱量は多くなり、その分、排
ガス温度の上昇量が増加する。

【００３１】図６および図７は、排圧上昇制御における
排圧と排ガス温度や排ガス流量との関係を示している。
このうち図６は、排気通路断面積を一定としたとき、排
圧条件別（５００×１．３３〜９００×１．３３ｈＰ
ａ）に得られた排ガス流量と温度との関係を示してい
る。また図７は、排気通路断面積を一定として、流量条
件別（Ｑ１＞Ｑ２）に得られた排ガス温度と排圧との関
係を示している。いずれの場合にあっても、流量および
温度はバタフライ弁４２と排気管２０との隙間を通過す
る排ガスについての値である。

【００３２】ステップＳ４の実行に伴い電気ヒータ４４
に給電されると、そのジュール熱は排気管２０を伝導し
てその内側の排ガスを加熱し、バタフライ弁４２と排気
管２０との隙間、つまり、バタフライ弁４２により通路
断面積を変更された排気管２０の断面領域を通過する排
ガスの温度を上昇させる。このような排ガス温度の上昇
は、バタフライ弁４２と排気管２０との隙間を流れる排
ガスの流動特性を変化させ、より大きな排圧上昇効果を
達成することができる。

【００３３】具体的には、図６に示される排ガス流量−
温度線図から明らかなように、排ガス温度が高ければ、
より少ない流量で同じ排圧上昇効果が得られる。また図
７に示される排ガス温度−排圧線図からも明らかなよう
に、同じ排ガス流量（Ｑ１，Ｑ２）であっても、排ガス
温度が高いときほど排圧上昇効果が高くなる。図４およ
び図５のマップ特性は、上述した排圧上昇制御における
排ガス流量と温度との関係や排ガス温度と排圧との関係
に裏付けされている。すなわち図４のマップでは、排ガ
ス流量が多い場合は電気ヒータ４４による加熱量、つま
り、排ガス温度の上昇量を少なくしても充分な排圧上昇
効果を得ることができるので、そのときの排ガス流量に
応じてマップから電流値を設定し、早期に排圧上昇効果
を得ることができる。

【００３４】また排圧上昇制御において目標排圧を設定
すると、その目標排圧を実現するために必要な温度条件
は排ガス流量との関係から明らかとなる。したがって、
設定した目標排圧に応じて電気ヒータ４４による加熱
量、つまり、排ガス温度の上昇量を決定することができ
る。そこで図５のマップでは、目標排圧が高い場合は排
ガス温度の上昇量をより多くし、排ガスを高温にして早
期に目標排圧の実現を図ることができる。

【００３５】上述のように、ＥＣＵ６０は図４，５のマ
ップを用いることで排ガス流量または目標排圧の少なく
とも１つの関数として電流値を制御することができる。
ただし、冷態始動時のように条件が一定している場合
は、排ガス流量や目標排圧の値を固定値としてもよい。
なお、排ガス流量の値はエアフローセンサ１５からのセ
ンサ信号（吸入空気量）や燃料噴射弁６からの噴射量、
エンジン１の回転速度、負荷（アクセル開度）等の情報
に基づいて、演算により推測値を検出することができ
る。また排気管２０内に排ガス流量センサを設け、その
センサ信号から直接排ガス流量の測定値を検出すること
もできる（流量検出手段）。この場合、ＥＣＵ６０は検
出した測定値または推測値に基づいてマップから電流値
を設定し、電気ヒータ４４による排ガス温度の上昇量を
調整することができる（第１の昇温調整手段）。

【００３６】また、ＥＣＵ６０はエンジン１の温度（冷
却水温等）や触媒３０の温度に応じて適宜、目標排圧を
設定することができる。この場合、ＥＣＵ６０は設定し
た目標排圧に基づいてマップから電流値を設定し、電気
ヒータ４４による排ガス温度の上昇量を調整することが
できる（第２の昇温調整手段）。なお、例えばエンジン
１や触媒３０の温度が完全冷態時よりも高い場合、比較
的早期に触媒３０の活性化が可能であるため目標排圧は
低く設定される。

【００３７】いずれの制御態様にあっても、電気ヒータ
４４によるバタフライ弁４２上流側近傍の排ガス温度の
上昇により、通常よりも高い排圧上昇効果が達成され
る。このため、排気昇温制御による未燃物の酸化が一層
促進され、きわめて早期に触媒３０の活性化が実現され
る。本発明の発明者が実際に観測を行った結果、電気ヒ
ータ４４により通常冷態時の排ガス温度Ｔ₀を所定温度
Ｔｓ（１００℃程度）まで上昇させると、排ガス流量Ｑ
１，Ｑ２の条件下でそれぞれ一定の排圧上昇ΔＰ１，Δ
Ｐ２（それぞれ１００×１．３３ｈＰａ程度）が得られ
ることが確認されている（図７参照）。

【００３８】ＥＣＵ６０はステップＳ４を実行した後
も、所定のインターバルで制御ルーチンをリターンし、
ステップＳ２およびステップＳ３の判定を継続する。例
えば冷態始動後に排ガス温度Ｔｅが充分に上昇し、所定
温度Ｔ₁以上となると（ステップＳ２＝Ｎｏ）、ＥＣＵ
６０は電気ヒータ４４への給電を停止する（ステップＳ
５）。

【００３９】あるいは、バタフライ弁４２と排気管２０
との隙間を通過する排ガス温度Ｔｂが所定温度Ｔ₂以上
となると（ステップＳ３＝Ｎｏ）、ＥＣＵ６０は電気ヒ
ータ４４への給電を停止する（同ステップＳ５）。この
とき、排ガス温度Ｔｂの値は温度センサ６４からの情報
と電気ヒータ４４の発熱量とから推定値を検出してもよ
いし、温度センサ６４の配置をバタフライ弁４２に近接
させ、そのセンサ信号から直接測定値を検出してもよい
（温度検出手段）。いずれの場合にあっても、ステップ
Ｓ３の判断を行って電気ヒータ４４への給電を制御する
ことにより、排ガス温度Ｔｂは所定温度Ｔ₂以下に調整
されることとなる（温度調整手段）。

【００４０】なお、ＥＣＵ６０において排気昇温制御の
終了とともに排圧上昇制御を終了すると（ステップＳ１
＝Ｎｏ）、同様にＥＣＵ６０は電気ヒータ４４への給電
を停止する（ステップＳ５）。なお、図３の制御ルーチ
ンは好ましい一例として挙げたものであり、各ステップ
における具体的な処理は適宜変更可能である。例えば、
ステップＳ１の処理において、排圧上昇制御を開始する
前の所定時間（例えば１０秒）から判定を成立（Ｙｅ
ｓ）とするものでもよい。また、本発明が車載用の場
合、キースイッチがＯＮ操作された後、所定時間（例え
ば０秒）経過あるいはエンジン回転が所定回転速度に到
達後からステップＳ１の判定を成立（Ｙｅｓ）とした
り、あるいは、排気昇温制御が開始されて所定時間（例
えば０秒）経過後から、ステップＳ１の判定を成立（Ｙ
ｅｓ）としたりすることもできる。なお、これらの場合
も所定時間の設定は任意に変更可能である。これによ
り、通路断面積の変更直後から排圧を応答良く上昇させ
ることができる。

【００４１】また、ステップＳ２の判断では所定温度Ｔ
₁の設定を適宜変更することができる。この場合、排ガ
ス流量に応じて所定温度Ｔ₁を変更することが好まし
い。更に、ステップＳ３の判断において所定温度Ｔ₂は
一定でなく、本発明の実施形態に応じて適宜、排圧上昇
装置４０の近傍の耐熱温度以下に設定すればよい。その
他、ステップＳ４の処理において電気ヒータ４４に給電
するべき電流値は、ＥＣＵ６０の制御系に目標排圧やヒ
ータ温度をフィードバックして制御するようにしてもよ
い。

【００４２】図８から図１０は、上述した第１実施形態
とは別の第２，第３実施形態に係る排圧上昇装置４０を
示している。先ず図８に示されるように、第２実施形態
ではリリーフ通路２２の外周に電気ヒータ６８を追加す
ることができる。この場合、電気ヒータ６８はリリーフ
弁４６の弁体４８の周囲を取り囲むようにして配設さ
れ、リリーフ弁４６により通路断面積が減少されたリリ
ーフ通路２２の断面領域を通過する排ガスの温度を上昇
させる。

【００４３】次に図９に示されるように、第３実施形態
の排圧上昇装置４０はリリーフ通路２２を設けない構成
をとることができる。この場合、上述した電気ヒータ４
４の他にバタフライ弁４２の上流側近傍に熱線７０が配
設されていてもよい。熱線７０は、例えば図１０に示さ
れるように排気管２０内にネット状に張り巡らされてお
り、そのジュール熱により通過する排ガスの温度を上昇
させることができる。なお第３実施形態は更に、電気ヒ
ータ４４を用いることなく熱線７０だけを用いるもので
あってもよい。

【００４４】次に図１１から図１３は、第４実施形態に
係る排圧上昇装置４０の例をそれぞれ示している。これ
ら第４実施形態では、加熱部材としての各電気ヒータの
周囲が断熱部材としてのセラミックにより覆われてい
る。先ず図１１の例では、排気管２０の外周に設けられ
た電気ヒータ４４の周囲を覆うようにしてセラミック７
２が配設されている。セラミック７２は電気ヒータ４４
からの熱がリリーフ通路２２やリリーフ弁４６等の他の
機械要素に伝達されるのを防止し、これらの熱破壊を有
効に防止することができる。またセラミック７２は、電
気ヒータ４４を排気管２０に取り付けるための取付部材
としても機能している。

【００４５】また図１２の例では、図１１と同様のセラ
ミック７２に加えて、リリーフ通路２２の外周に配設さ
れた電気ヒータ６８の周囲にもセラミック７４が配設さ
れている。この場合、セラミック７４は電気ヒータ６８
からの熱伝達によるリリーフ弁４６等の熱破壊を有効に
防止する。同様にセラミック７４は、電気ヒータ６８を
リリーフ通路２２に取り付けるための取付部材としても
機能する。

【００４６】更に図１３の例では、上述した第３実施形
態の排圧上昇装置４０にセラミック７６を適用すること
ができる。この場合、上述した電気ヒータ４４および熱
線７０の周囲を一体的に覆うようにしてセラミック７６
が配設されている。この場合、セラミック７６は電気ヒ
ータ４４および熱線７０からの熱伝達による排圧上昇装
置４０の機械要素の熱破壊を有効に防止する。なお、セ
ラミック７６は電気ヒータ４４および熱線７０のそれぞ
れについて分割して配設されていてもよい。また、電気
ヒータ４４または熱線７０のいずれか一方の周囲だけに
セラミック７６が配設されていてもよい。

【００４７】上述した第４実施形態によれば、セラミッ
ク７２，７４を電気ヒータ４４，６８の取付部材として
それぞれ利用することができるので、各電気ヒータ４
４，６８による加熱温度をセラミック７２，７４の耐熱
温度（例えば１０００℃以上）まで上昇させることがで
き、排ガスの昇温効果をより大きく確保することができ
る。

【００４８】この点、取付部材を例えばＦＣＤ（球状黒
鉛鋳鉄）材料等とした場合、電気ヒータ４４，６８の通
電時に取付部材の温度は概ね加熱温度にまで上昇するた
め、ＦＣＤ材料の耐熱温度（例えば６５０℃程度）の範
囲内でしか電気ヒータ４４，６８の加熱温度を上昇させ
ることができず、排ガスの昇温効果が制限されることに
なる。

【００４９】これに対し、セラミック７２，７４を電気
ヒータ４４，６８の取付部材としてそれぞれ利用すれ
ば、高い温度領域で電気ヒータ４４，６８の加熱温度を
設定することができるので、要求どおりに排ガス温度を
上昇させて所望の排圧上昇効果を得ることが可能とな
る。またセラミックが絶縁素材であるため、第４実施形
態では各電気ヒータ４４，６８，７０の電気系統からの
漏電を防止することができる点でより好ましい実施形態
となる。

【００５０】次に図１４は、第５実施形態の排圧上昇装
置４０を示しており、この場合、排圧上昇装置４０が触
媒３０の上流位置に設けられている。なお第５実施形態
では排圧上昇装置４０の配置だけが異なり、その他の構
成は図１の例と同様である。第５実施形態の排圧上昇装
置４０によれば、排圧上昇装置４０を通過する際に排ガ
スが圧縮されて熱伝達率が増大するため、より効率的に
電気ヒータからの熱を排ガスに供給することができ、よ
り少ない電力消費量で充分な昇温効果が得られる。ま
た、触媒３０の上流位置で排ガスを昇温させるため、触
媒３０の冷態時にあっても早期に触媒３０を昇温させて
活性化を図ることができ、触媒３０の排ガス浄化性能を
向上することができる。

【００５１】上述した各実施形態では電気ヒータ４４，
６８がバタフライ弁４２や弁体４８の周囲の一部分だけ
に取り付けられているが、これらは排圧上昇装置４０の
全体に亘って配設されていてもよいし、更に上流側の排
気管２０に配設されていてもよい。また、電気ヒータ４
４，６８は排気管２０等の外周でなく、その内壁面に配
設されていてもよい。

【００５２】その他、排気管２０の通路断面積変更手段
としては、各実施形態のバタフライ弁４２やリリーフ弁
４６だけでなく、その他の形状のものを有するものであ
ってもよい。また、実施例ではヒータ電流を変更するよ
うにしたが、その他もしくは加えてヒータ電圧、ヒータ
通電時間あるいは停電時間のうちの１つ以上を変更する
ようにしても良い。ヒータ通電時間あるいは停電時間
は、例えばデューティ比を変更することで対応しても良
い。この場合、電流あるいは電圧変更手段を要しないの
でコスト的に有利となる。また排気管２０中、通路断面
積変更手段により通路断面積が変更される領域が凝縮水
に起因して腐食されるような場合には、今回例示した断
面積変更時以外に、凝縮水が発生する条件でもヒータに
通電するようにしても良い。この場合、例えば排ガス温
度あるいは当該通路壁温が１００℃以下となるか、もし
くはそうなると予測される条件においてヒータに通電す
るようにすればよい。

【００５３】

【発明の効果】本発明の排圧上昇装置（請求項１）は、
排ガスが低温状態であっても確実に排圧上昇効果を得る
ことができる。このため、排気昇温技術との併用により
その効果を大幅に高めることができる。特に排ガス温度
の上昇を電熱源により行うものであれば（請求項２）、
簡易な構造で、実用性の高い排圧上昇装置が得られる。

【００５４】また、排圧上昇装置（請求項３）は排ガス
温度の上昇を所定温度以下に調整していることから過熱
損傷のおそれがなく、高い信頼性を維持することができ
る。更に、排ガス流量や目標排圧に応じて排ガス温度の
上昇量を調整するため（請求項４，５）、各種条件の違
いに応じて適切な排圧上昇効果を発揮することができ
る。

【００５５】また、加熱部材が断熱部材により覆われる
構造であれば（請求項６）、より高い温度領域で排ガス
を昇温させることができ、所望の排圧上昇効果を好適に
実現することができる。更に触媒の上流位置で排ガス温
度を上昇させることにより（請求項７）、効率的な排ガ
スの昇温および触媒の早期活性化が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排圧上昇装置が適用されたエンジンの
構成を概略的に示した図である。

【図２】第１実施形態の排圧上昇装置を概略的に示した
図である。

【図３】排圧上昇制御における制御ルーチンの一例であ
る。

【図４】排ガス流量から電流値を設定するためのマップ
である。

【図５】目標排圧から電流値を設定するためのマップで
ある。

【図６】排ガスの流量と温度との関係を表す図である。

【図７】排ガスの温度と排圧との関係を表す図である。

【図８】第２実施形態の排圧上昇装置を概略的に示した
図である。

【図９】第３実施形態の排圧上昇装置を概略的に示した
図である。

【図１０】図９中、Ｘ−Ｘ線に沿う断面図である。

【図１１】第４実施形態の排圧上昇装置の例を概略的に
示した図である。

【図１２】図１１と異なる第４実施形態の排圧上昇装置
の例を概略的に示した図である。

【図１３】図１１および図１２と異なる第４実施形態の
排圧上昇装置の例を概略的に示した図である。

【図１４】第５実施形態の排圧上昇装置を適用したエン
ジンの概略図である。

【符号の説明】

１５エアフローセンサ（流量検出手段）２０排気管（排気通路）３０触媒４２バタフライ弁（通路断面積変更手段）４４電気ヒータ（昇温手段，電熱源）６０ＥＣＵ７２セラミック（断熱部材）

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｆ０２Ｄ 9/04 Ｆ０２Ｄ 9/04 ＥＦターム(参考） 3G004 BA06 DA21 DA24 EA01 EA05 FA04 3G065 AA04 AA09 AA10 CA12 DA04 EA01 EA02 EA07 FA02 GA00 GA05 GA08 GA10 GA46 HA06 JA04 JA09 JA11 KA02 3G091 AA02 AA12 AA17 AA18 AA24 AA28 AB03 AB06 BA03 BA04 BA14 BA15 BA19 CA05 CA22 CB02 CB03 CB05 CB07 CB08 DA01 DA02 DB10 EA05 EA17 EA34 FA02 FA04 FA12 FA13 FA19 FB02 FB10 FB11 FB12 FC07 GA06 GB01W GB01Y GB05W GB06W GB07W HA36 HA37 HA42 HB07

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、その通
路断面積を変更させる通路断面積変更手段と、前記排気通路内にて、前記通路断面積変更手段により通
路断面積が変更された断面領域を通過する排ガスの温度
を上昇させる昇温手段とを具備したことを特徴とする排
圧上昇装置。
【請求項２】前記昇温手段は、前記断面領域を通過す
る排ガスを加熱する電熱源を含むことを特徴とする請求
項１に記載の排圧上昇装置。
【請求項３】前記昇温手段により上昇される排ガス温
度の測定値および推測値の少なくとも一方を検出する温
度検出手段と、前記温度検出手段による検出結果に基づいて前記昇温手
段により上昇される排ガスの温度を所定温度以下に調整
する温度調整手段とを更に具備したことを特徴とする請
求項１または２に記載の排圧上昇装置。
【請求項４】前記排気通路を流れる排ガス流量の測定
値および推測値の少なくとも一方を検出可能な流量検出
手段と、前記流量検出手段による検出結果に基づいて、前記昇温
手段による排ガスの温度上昇量を調整する第１の昇温調
整手段とを更に具備したことを特徴とする請求項１から
３のいずれかに記載の排圧上昇装置。
【請求項５】前記排気通路内における排気圧の目標値
を設定し、この目標値に応じて前記昇温手段による排ガ
スの温度上昇量を調整する第２の昇温調整手段を更に備
えたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載
の排圧上昇装置。
【請求項６】前記昇温手段は、前記排気通路に配設さ
れた加熱部材と、この加熱部材を覆う断熱部材とを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の排圧上昇装置。
【請求項７】前記排気通路に設けられて排ガスを浄化
する触媒装置を更に備え、前記通路断面積変更手段および前記昇温手段は、前記触
媒装置よりも上流位置に配置されていることを特徴とす
る請求項１から６のいずれかに記載の排圧上昇装置。