JP2004092604A

JP2004092604A - 内燃機関の排圧制御装置

Info

Publication number: JP2004092604A
Application number: JP2002258144A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Yamaguchi; 山口　康之; Yasuki Tamura; 田村　保樹
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】排圧制御時において、排気絞り弁の箇所で正確な開口面積を実現することにより排気流量を適切に制限し、もって、所望の排圧を確実に達成できる内燃機関の排圧制御装置を提供する。
【解決手段】排気管４の内周壁にパッキン部材２１を接着するとともに、排気絞り弁６の弁体１０にオリフィス２２を貫設し、排気絞り弁６を閉鎖したときに、弁体１０をパッキン部材２１に当接させて弁体１０の周囲と排気管４の内周壁との間隙を閉鎖した上で、弁体１０のオリフィス２２を経て排気流量を制限しながら排ガスを流通させる。
【選択図】　　　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関（以下、エンジンという）の排圧制御装置に係り、詳しくはエンジンの排気通路に設けた排気絞り弁により排圧を上昇させて、排気中の未燃燃料成分と酸素との反応を促進するようにした排圧制御装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
冷態始動時にエンジンから排出されるＴＨＣ（Ｔｏｔａｌ　ＨＣ）は、エンジンの各モード運転により生じるＴＨＣ総排出量に対してかなりの割合を占めており、ＴＨＣ低減のためには冷態始動時の対策が重要であることが知られている。このための対策の一つとして、バタフライ式の排気絞り弁によりエンジンの排圧を制御する排圧制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
当該排圧制御装置は、冷態始動時に排気絞り弁を閉側に駆動して排気流量を制限することで排圧を上昇させており、これにより排気ポートから燃焼室へ排ガスを逆流させて再燃焼させたり、あるいは排気管で排ガス中の未燃燃料成分と酸素（Ｏ_２）との反応を促進したりする現象を生起させて、ＴＨＣ排出量を低減している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２９４１４５号公報（段落番号００２３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
排気絞り弁による排圧制御が不適切になると、上記燃焼室や排気管内での反応が不安定になって良好なＴＨＣ低減作用が得られないことから、適切な排圧制御、ひいては適切な排気流量の制限が不可欠であり、そのためには排気絞り弁の箇所での開口面積を正確に実現する必要がある。
【０００６】
しかしながら、上記した特許文献１に記載の排圧制御装置では、排気絞り弁の周囲と排気管の内周壁との間隙により排気流量を制限していることから、アイドル等の少ない排気流量において所望の排圧を得るために、排気絞り弁を全閉付近の微少開度に保持する必要が生じ、結果として排気絞り弁の加工誤差や支軸のガタ等により開口面積が変動してしまう。よって、譬え排気絞り弁の開度を正確に制御したとしても開口面積の変動により所望の排圧を保てなくなり、良好なＴＨＣ低減作用が得られないという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、排圧制御時において、排気絞り弁の箇所で正確な開口面積を実現することにより排気流量を適切に制限でき、もって、所望の排圧を確実に達成して良好なＴＨＣ低減作用を得ることができる内燃機関の排圧制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、駆動手段により閉側に駆動されて排気通路を閉鎖する排気絞り弁と、排気通路の内壁に設けられ、排気絞り弁の閉鎖時に排気絞り弁の周囲に当接して、排気絞り弁の周囲と排気通路の内壁との間隙を閉鎖するパッキン部材と、排気絞り弁に貫設されて、排気絞り弁の閉鎖時に内燃機関の排ガスを制限しながら流通させて、排気通路内を所定の排圧に保持するオリフィスとを備えたものである。
【０００９】
従って、例えば内燃機関のＴＨＣ排出量が増加する冷態始動時等には、排気絞り弁により排気通路が閉鎖されるとともに、排気絞り弁の周囲と排気通路の内壁との間隙がパッキン部材により閉鎖されて、当該間隙を経た排ガスの流通が遮断される一方、排気絞り弁のオリフィスを経て排気流量を制限された状態で排ガスの流通が行われ、これにより排気絞り弁の上流側の排圧が上昇してＴＨＣ排出量が低減される。
【００１０】
そして、所定の開口面積に成形されたオリフィスは、例えば排気絞り弁を全閉付近に制御して排気流量を制限する特許文献１のように、排気絞り弁の加工誤差や支軸のガタ等の影響を受けることがないため、排気流量が適切に制限されて所望の排圧が確実に達成される。
請求項２の発明は、請求項１において、オリフィスの長手方向の所定位置を最小断面積としたものである。
【００１１】
排気絞り弁のオリフィスには、排ガスとともにカーボン等の異物も流通し、オリフィスの内壁に異物が堆積すると排気流量が過度に制限されるが、オリフィスの長手方向の所定位置を最小断面積としているため、最小断面積の箇所以外に異物が堆積しても排気流量の制限作用には支障をきたさない一方、最小断面積の箇所は領域が狭く、また流速が高いため異物が付着し難い上に、仮に付着しても剥がれ易い。よって、排ガス中の異物に影響されることなく所望の排圧を長い期間に亘って達成可能となる。
【００１２】
好ましくは、オリフィスの上流側を最小断面積とするのがよく、この場合には最小断面積付近の領域が最小限に止められるため、最小断面積の箇所への異物の堆積が一層抑制される。
請求項３の発明は、請求項１において、オリフィスの内壁に、疎水性を有する材料からなるコーティング層を形成したものである。
【００１３】
従って、疎水性を有する材料、例えばフッ素樹脂等からなるコーティング層は、排ガス中のカーボン等の異物が付着し難いため、オリフィスの内壁への異物の堆積が抑制される。よって、排ガス中の異物に影響されることなく所望の排圧を長い期間に亘って達成可能となる。
請求項４の発明は、請求項１において、オリフィスの長手方向の所定位置を最小断面積とするとともに、該オリフィスの内壁の少なくとも最小断面積の箇所に、疎水性を有する材料からなるコーティング層を形成したものである。
【００１４】
排気絞り弁のオリフィスには、排ガスとともにカーボン等の異物も流通し、オリフィスの内壁に異物が堆積すると排気流量が過度に制限されるが、オリフィスの長手方向の所定位置を最小断面積としているため、最小断面積の箇所以外に異物が堆積しても排気流量の制限作用には支障をきたさない一方、最小断面積の箇所は領域が狭く、また流速が高いため異物が付着し難い上に、仮に付着しても剥がれ易い。また、最小断面積の箇所には、例えばフッ素樹脂等の疎水性を有する材料からなるコーティング層が形成されているため、異物の付着が一層抑制される。よって、排ガス中の異物に影響されることなく所望の排圧を長い期間に亘って達成可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下、本発明を具体化したエンジンの排圧制御装置の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態のエンジンは、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射型エンジンとして構成されている。図１は本実施形態のエンジンの排圧制御装置を示す概略構成図であり、図に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には排気マニホールド３を介して排気管４（排気通路）が接続されている。排気管４には上流側より、三元触媒等を内蔵した触媒コンバータ５、バタフライ式の排気絞り弁６、消音器７が設けられ、エンジン１から排出される排ガスは、触媒コンバータ５によりＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の有害成分を浄化された後、排気絞り弁６および消音器７を経て外部に排出される。
【００１６】
図２は排気管４に設けられた排気絞り弁６の詳細を示す部分拡大断面図、図３は同じく排気絞り弁６の詳細を示す図２のＡ−Ａ線断面図、図４は同じく排気絞り弁６の詳細を示す図２のＢ−Ｂ線断面図である。
排気絞り弁６の弁体１０は、断面円形の排気管４内と対応する円盤状をなしており、排気管４内に水平に軸着された支軸１１に固定されている。支軸１１の一端は排気管４内から側方に突出して操作レバー１２が固着され、操作レバー１２にはアクチュエータ１３（駆動手段）のロッド１３ａの先端が連結されている。アクチュエータ１３は排気管４の外側にブラケット１４により固定され、エンジン１の負圧を利用してロッド１３ａを出没させる。なお、エンジン１の負圧は図示しない負圧タンクに確保されて、エンジン停止中もアクチュエータ１３が作動し得るようになっている。
【００１７】
以上の構成により、アクチュエータ１３のロッド１３ａの出没に応じて操作レバー１２を介して排気絞り弁６が支軸１１を中心として回動操作され、図２に実線で示す排気管４を閉鎖する閉鎖位置と２点鎖線で示す排気管４を開放する開放位置との２位置間で切換えられる。
特に図４に示すように、排気管４内の内周壁には全周に亘って帯状に延びるようにパッキン部材２１が接着され、このパッキン部材２１は耐熱ゴム、或いは銅、アルミニウム、耐熱プラスチック、セラミック、カーボン部材、ＦＣＤ、ＳＵＳなどにより断面略四角状に成形されている。パッキン部材２１は排気絞り弁６の支軸１１を境界に上下に２分割されており、排気絞り弁６が閉鎖位置のときの弁体１０に対して、上側のパッキン部材２１は下流側に、下側のパッキン部材２１は上流側に位置している。その結果、開放位置から閉鎖位置に排気絞り弁６が回動すると、弁体１０が上下のパッキン部材２１の側面にそれぞれ当接して、弁体１０の周囲と排気管４の内周壁との間隙を閉鎖して排ガスの流通を遮断する。
【００１８】
図５は排気絞り弁６のオリフィス２２の詳細を示す部分拡大断面図である。この図に示すように、排気絞り弁６の弁体１０には単一の円形状をなすオリフィス２２が貫設され、上記のように排気絞り弁６の閉鎖に伴って排ガスが遮断されたときには、オリフィス２２を経て排気流量を制限された状態で排ガスの流通が行われる。オリフィス２２の内径は、エンジン冷態始動時のアイドル運転での排ガスをオリフィス２２のみに流通させた場合に、排気絞り弁６の上流側が所定の排圧（例えば、ゲージ圧で９３ｋＰａ）まで上昇する寸法に設定され、この条件を満足する所定の公差で機械加工により形成されている。
【００１９】
また、オリフィス２２の位置は、排気絞り弁６が閉鎖位置のときに排気管４内の上側に位置するように設定されている。これは、排ガスに含まれたカーボン等の異物の多くが排気管４内の下側を排ガスとともに移送されることに着目したものであり、異物がオリフィス２２を流通することを極力避けるための対策であるが、オリフィス２２の位置はこれに限定されずに任意に設定できる。
【００２０】
一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子制御ユニット）３１が設置されている。ＥＣＵ３１の入力側には、車両のイグニションスイッチ３２、エンジン１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ３３等の各種センサ類が接続され、出力側には上記排気絞り弁６のアクチュエータ１３、燃料噴射弁３４、点火プラグ３５等の各種デバイス類が接続されている。
【００２１】
ＥＣＵ３１はセンサ類からの情報に基づいてエンジン１の燃料噴射量や点火時期等を設定し、それらの設定値に基づいて燃料噴射弁３４や点火プラグ３５を制御してエンジン１を運転する。また、ＥＣＵ３１はエンジン１の冷態始動時にＴＨＣの排出量を低減すべく排圧制御を実行し、排気絞り弁６を閉鎖位置に切換える。
【００２２】
この排圧制御時において、排ガスはオリフィス２２を経て排気流量を制限された状態で流通し、排気絞り弁６の上流側が所定の排圧まで高められる。この排圧の上昇により、エンジン１の排気ポートで排ガスが逆流して再燃焼する現象、あるいは排気管４での排ガスの滞留時間が延長化されて、排ガス中の未燃燃料成分と酸素（Ｏ_２）との反応が促進される現象等が生起され、ＴＨＣ排出量が低減される。
【００２３】
そして、本実施形態では、パッキン部材２１により排気絞り弁６の弁体１０の周囲と排気管４の内周壁との間隙を閉鎖した上で、弁体１０に設けたオリフィス２２により排気流量を制限している。つまり、オリフィス２２は、排気絞り弁を全閉付近に制御して排気流量を制限する特許文献１における、排気絞り弁の周囲と排気管の内周壁との間隙に相当するが、特許文献１の間隙が排気絞り弁の加工誤差や支軸のガタ等の影響を受けて変動するのに対し、オリフィス２２はそれらの影響を一切受けることなく、機械加工により所定の内径に成形されている。よって、本実施形態の排圧制御装置によれば、正確な開口面積を実現して排気流量を適切に制限でき、もって、所望の排圧を確実に達成して良好なＴＨＣ低減作用を得ることができる。
【００２４】
次に、本発明を別のエンジンの排圧制御装置に具体化した第２〜４実施形態を図面に基づいて順次説明する。これらの実施形態の排圧制御装置は、第１実施形態の排圧制御装置に対して排気絞り弁６のオリフィス２２の断面形状を変更したものであり、図１〜４に基づく全体構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略し、相違点であるオリフィス４１〜４３の断面形状を重点的に説明する。
【００２５】
［第２実施形態］
図６は第２実施形態のオリフィス４１の詳細を示す部分拡大断面図であり、本実施形態のオリフィス４１は、長手方向（図の左右方向）の中程を最小径とした上で、上流側および下流側に向けてそれぞれテーパ状に拡径する断面形状に形成されている。
【００２６】
［第３実施形態］
図７は第３実施形態のオリフィス４２の詳細を示す部分拡大断面図であり、本実施形態のオリフィス４２は、第２実施形態のオリフィス４１と同様に長手方向の中程を最小径とした上で、上流側および下流側に向けてそれぞれ円弧状に拡径する断面形状に形成されている。
【００２７】
［第４実施形態］
図８は第４実施形態のオリフィス４３の詳細を示す部分拡大断面図であり、本実施形態のオリフィス４３は、長手方向の上流側を最小径とした上で、下流側に向けてテーパ状に拡径する断面形状に形成されている。
以上の各実施形態では、排気絞り弁６を閉鎖したときの排気流量の制限がオリフィス４１〜４３の最小径の箇所によって奏されることから、例えば各オリフィス４１〜４３の最小径の箇所は、上記第１実施形態のオリフィス２２と同一径に設定される。なお、オリフィス４１〜４３の形状の相違に起因する管路抵抗の変化を考慮して、第１実施形態のオリフィス２２とは異なる径に設定してもよい。
【００２８】
そして、第１実施形態と同じく各実施形態では、弁体１０に設けたオリフィス４１〜４３により排気流量を制限するため、正確な開口面積を実現して排気流量を適切に制限でき、もって、所望の排圧を確実に達成して良好なＴＨＣ低減作用を得ることができる。
しかも、各実施形態のようにオリフィス４１〜４３の最小径の箇所で排気流量を制限する場合には、排ガス中に含まれた異物の影響を軽減できるという別の効果も得られる。即ち、排ガス中にはカーボン等の異物が含まれているため、排気絞り弁６を閉鎖したときには、排ガスとともに異物もオリフィス４１〜４３内を流通することになり、オリフィス４１〜４３の内周壁に異物が次第に堆積して排気流量を過度に制限し、排圧が所望の値から上昇してしまう。オリフィス４１〜４３の長手方向の一部に最小径を設けた場合には、最小径の箇所以外に異物が堆積しても排気流量の制限作用には支障をきたさない一方、最小径の箇所は領域が狭く、また流速が高いため異物が付着し難い上に、仮に付着しても剥がれ易い。特に、図８のようにオリフィス４３の上流側を最小径とした場合には、図６，７に比較して最小径付近の領域が最小限に止められるため、最小径の箇所への異物の堆積を一層抑制できる。従って、第２〜４実施形態のオリフィス４１〜４３を適用すれば、排ガス中の異物に影響されることなく所望の排圧を長い期間に亘って達成でき、排圧制御装置の信頼性を向上できるという効果も得られる。
【００２９】
［第５実施形態］
次に、本発明を別のエンジンの排圧制御装置に具体化した第５実施形態を説明する。本実施形態の排圧制御装置は、上記第４実施形態のオリフィス４３を変更したものであるため、相違点を重点的に説明する。
図９は第５実施形態のオリフィス４４の詳細を示す部分拡大断面図であり、本実施形態のオリフィス４４は、第４実施形態のオリフィス４３と同一断面形状に形成されるとともに、その最小径付近の領域にフッ素樹脂からなるコーティング層４４ａが形成されている。なお、フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフロオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフロライド（ＰＵＤＦ）等を任意に適用することができる。
【００３０】
周知のようにフッ素樹脂は疎水性に富み（物質・分子・原子団の水分子との親和力が小さい）、排ガス中のカーボン等の異物が付着し難い一方、高温の排ガスに晒されてもその特性を維持可能な十分な耐熱性を有している。よって、このコーティング層４４ａにより、オリフィス４４の最小径付近の領域への異物の堆積を抑制でき、更に高い信頼性を達成することができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、第４実施形態のオリフィス４３と同様のオリフィス４４にコーティング層４４ａを形成したが、代わりに第１〜３実施形態のオリフィス２２，４１，４２にコーティング層を形成してもよい。また、コーティング層を形成する領域は、最小径付近に限ることはなく、オリフィス全体にコーティング層を形成してもよい。
【００３２】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記各実施形態では、筒内噴射型のエンジン１の排圧制御装置に具体化したが、対象となるエンジンの種別はこれに限ることはなく、例えば吸気管噴射型エンジンやディーゼルエンジンに適用してもよい。
また、上記各実施形態では、排気絞り弁６の弁体１０に単一の円形状をなすオリフィス２２，４１〜４４を貫設した。円形状であればドリル等の機械加工により容易に形成でき、単一であればオリフィス２２，４１〜４４の加工工数を減らせるため、最も望ましい実施形態であるが、本発明はこれに限ることはなく、オリフィス２２，４１〜４４の形状を三角や四角としてもよいし、オリフィス２２，４１〜４４の数を複数としてもよい。
【００３３】
さらに，上記各実施形態では、エンジン１の冷態始動時に排気絞り弁６を閉鎖して排圧制御を行ったが、必ずしもこれに限ることはなく、所望の条件において排圧制御が実施される。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明の内燃機関の排圧制御装置によれば、排圧制御時において、排気絞り弁の箇所で正確な開口面積を実現することにより排気流量を適切に制限でき、もって、所望の排圧を確実に達成して良好なＴＨＣ低減作用を得ることができる。
【００３５】
請求項２〜４の発明の内燃機関の排圧制御装置によれば、請求項１に加えて、排ガス中の異物に影響されることなく所望の排圧を長い期間に亘って達成でき、その信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のエンジンの排圧制御装置を示す概略構成図である。
【図２】排気管に設けられた排気絞り弁の詳細を示す部分拡大断面図である。
【図３】同じく排気絞り弁の詳細を示す図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】同じく排気絞り弁の詳細を示す図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】第１実施形態のオリフィスの詳細を示す部分拡大断面図である。
【図６】第２実施形態のオリフィスの詳細を示す部分拡大断面図である。
【図７】第３実施形態のオリフィスの詳細を示す部分拡大断面図である。
【図８】第４実施形態のオリフィスの詳細を示す部分拡大断面図である。
【図９】第５実施形態のオリフィスの詳細を示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１　　　エンジン（内燃機関）
４　　　排気管（排気通路）
６　　　排気絞り弁
１３　　アクチュエータ（駆動手段）
２１　　パッキン部材
２２，４１〜４４　オリフィス
４４ａ　コーティング層

Claims

内燃機関の排気通路に設けられ、駆動手段により閉側に駆動されて上記排気通路を閉鎖する排気絞り弁と、
上記排気通路の内壁に設けられ、上記排気絞り弁の閉鎖時に該排気絞り弁の周囲に当接して、該排気絞り弁の周囲と上記排気通路の内壁との間隙を閉鎖するパッキン部材と、
上記排気絞り弁に貫設されて、該排気絞り弁の閉鎖時に上記内燃機関の排ガスを制限しながら流通させて、上記排気通路内を所定の排圧に保持するオリフィスと
を備えたことを特徴とする内燃機関の排圧制御装置。
上記オリフィスは、長手方向の所定位置を最小断面積としたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排圧制御装置。
上記オリフィスの内壁に、疎水性を有する材料からなるコーティング層を形成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排圧制御装置。
上記オリフィスは、長手方向の所定位置を最小断面積とするとともに、該オリフィスの内壁の少なくとも最小断面積の箇所に、疎水性を有する材料からなるコーティング層を形成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排圧制御装置。