JP2005016444A - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒の暖機性の確保と同触媒の温度の過上昇の抑制との好適な両立を図ることのできる内燃機関の排気装置を提供する。
【解決手段】マフラ１０には、同マフラ１０に排気ガスを排出する排気管３と直結し、且つＮＯｘ吸蔵還元触媒６へと直接的に第１の管１１と、同第１の管１１の上流部で同第１の管１１に対して分岐するようにして設けられた第２の管１２とを備えている。そして、第１の管１１及び第２の管１２の分岐点には、第１の管１１及び第２の管１２のそれぞれへと流入する排気ガスの流路面積の比を調整するバルブ１４が備えられている。このバルブ１４は、電子制御装置により、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６の暖機が所望される所定の条件下にあるか否かに応じて、それぞれ図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示す態様にて制御される。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃費の向上等を目的として、成層燃焼等、その空燃比を理論空燃比よりも大幅にリーン側に設定するリーン燃焼が行われる内燃機関が実用されてきている。こうしたリーン燃焼時には、炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）といった燃料未燃成分は減少するものの、多量の窒素酸化物（ＮＯｘ）が排気に含まれるようになる。このため、リーン燃焼が行われる内燃機関の排気装置は、通常、特にＮＯｘをその浄化対象とするＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えて構成されている（特許文献１）。
【０００３】
こうしたＮＯｘ吸蔵還元触媒では、リーン燃焼時に排気中に含まれるＮＯｘを触媒本体に吸蔵する一方、ストイキ燃焼時やリッチ燃焼時に排気に含まれるＨＣやＣＯといった燃料未燃成分を還元剤としてＮＯｘを還元浄化するようにしている。従って、上述したようなリーン燃焼が継続して行われるような場合であっても、その時に排出されるＮＯｘを外部に排出することなくこれを処理することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３３６４１７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒は所定の温度領域において触媒として適切に機能するものであって、例えばＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度が同温度領域よりも低いとその触媒としての機能が低下する。
【０００６】
ここで、内燃機関の排気系の上流側にＮＯｘ吸蔵還元触媒を設けると、内燃機関から排出される排気ガスによってＮＯｘ吸蔵還元触媒を好適に暖機することができるため、始動時等、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度が上記所定の温度領域よりも低い場合に同温度領域へと速やかに暖機することができる。しかし、この場合、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度は、上記所定の温度領域を越える温度へと上昇しやすくなる。このため、例えば高速道路を一定速度で走行しているときなどには、要求される燃料量の観点からは上記リーン燃焼を行うことができるにもかかわらず、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度が上記所定の温度領域を越えてしまうためにリーン燃焼を行うことができない。
【０００７】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、触媒の暖機性の確保と同触媒の温度の過上昇の抑制との好適な両立を図ることのできる内燃機関の排気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】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１記載の発明は、内燃機関のマフラ内に、前記内燃機関の排気ガスを前記マフラ内の拡張室に開放することなく該排気ガスを浄化する触媒に直接的に導入する第１の通路及び、前記排気ガスを一旦前記拡張室に導入した後前記触媒に導く第２の通路を備えるとともに、前記内燃機関の運転状態に応じて前記第１の通路及び前記第２の通路に流入する排気ガスの流量比を変更する可変機構を備えることを要旨とする。
【０００９】
上記構成では、第１の通路を介して導入される排気ガスは、マフラの拡張室に開放されることなく直接触媒に導入されるために、温度の低下が抑制されている。また、第２の通路を介して導入される排気ガスは、一旦マフラの拡張室に開放されるため、第１の通路を介して導入される排気ガスと比較して冷却されたものとなる。
【００１０】
ここで、上記構成では、可変機構により、触媒の暖機が所望されるときほど第１の通路を介して触媒に導入される排気ガスの流量を多くすることで、触媒の暖機を促進することが可能となる。また、触媒の温度の過上昇の抑制が所望されるときには、第２の通路を介して導入される排気ガスによって触媒の温度の過上昇を抑制することができる。したがって、上記構成によれば、触媒の暖機性の確保と同触媒の温度の過上昇の抑制との好適な両立を図ることができるようになる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第２の通路は、前記マフラに流入する前記排気ガスを前記第１の通路に対して分岐させて前記拡張室へと開放する通路と、前記拡張室を流通した前記排気ガスを前記第１の通路に合流させる通路とを有して構成されることを要旨とする。
【００１２】
上記構成では、第２の通路を、拡張室を流通した排気ガスを第１の通路に合流させる通路とすることで、触媒へと排気ガスを排出する部分を第１の通路と第２の通路とで各別とする場合と比較してスペースの低減や部品点数の低減を図ることができるようになる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記可変機構は、前記マフラに流入する前記排気ガスが前記第１の通路及び前記第２の通路へと流通する流路面積の比を調整する動弁機構として構成されることを要旨とする。
【００１４】
上記構成によれば、可変機構を適切に構成することができるようになる。
請求項４記載の発明は、前記動弁機構は、当該機関の負荷及び回転速度及び前記排気のガス温度の少なくとも１つに基づいて可変制御されるものであることを要旨とする。
【００１５】
当該機関の負荷や回転速度は、排気ガス温度や排気ガス流量と相関がある。そして、排気ガスの温度や排気ガスの流量は、触媒の温度と相関がある。
この点、上記構成では、触媒の温度を適切に制御することができるようになる。
【００１６】
なお、上記請求項３又は４記載の内燃機関の排気装置は、前記第２の通路は、前記第１の通路を構成する第１の管に対して分岐されるようにして設けられて前記拡張室に前記排気ガスを開放する第２の管を備えて構成されてなるようにしてもよい。
【００１７】
そして、この際、上記動弁機構を、マフラに流入する排気ガスが第２の管へと流入する流路面積を一定としつつも、マフラに流入する排気ガスが第１の管へと流入する流路面積を可変とする構成とすることもできる。
【００１８】
これにより、マフラに流入する排気ガスが第１の管へと流入する流路面積が大きいときには、排気ガスが第２の管へと流入する経路は閉鎖されていないにもかかわらず、同第２の管には排気ガスがほとんど流れない。このため、例えば第２の管を、暖機時において特に消音が所望される所定の周波数帯域の消音を行う共鳴パイプとして設計することもできる。これにより、暖機時において第２の管を共鳴パイプとして利用することで暖機時において特に消音が所望される所定の周波数帯域の消音を好適に行うこともできる。
【００１９】
請求項５記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記可変機構は、前記マフラに流入する前記排気ガスが前記第１の通路及び前記第２の通路へ分岐して流入する際の抵抗を、前記第１の通路よりも前記第２の通路の方が大きくなるようにした通路構造を有することを要旨とする。
【００２０】
上記構成では、マフラに流入する前記排気ガスが第１の通路へ流入する際の抵抗よりも第２の通路へ流入する際の抵抗の方が大きいため、マフラへ流入する排気ガスの流量が少ないと、排気ガスは第２の通路よりも第１の通路を介して触媒へと導入される傾向を有するものとなる。そして、同排気ガスの流量が多くなると、第１の通路を介して触媒へ導入される排気ガスの流量の比率は低下する。このため、上記構成によれば、触媒の暖機性の確保と同触媒の温度の過上昇の抑制との好適な両立を図ることができるようになる。
【００２１】
なお、この請求項５記載の発明における通路構造は、下記のａ又はｂの構造としてもよい。
ａ．請求項６記載の発明によるように、前記第２の通路に絞りの設けられた構造。
ｂ．請求項７記載の発明によるように、前記第２の通路を構成する第２の管が前記第１の通路を構成する第１の管から分岐されて前記排気ガスを前記拡張室に開放するものであるとともに、前記第２の管が前記第１の管よりもその軸方向を大きく変位させるようにした構造。
【００２２】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明において、前記マフラの表面には、その表面積を拡大する表面積拡大手段が備えられてなることを要旨とする。
【００２３】
上記構成では、マフラ表面に表面積拡大手段が備えられるために、拡張室を流通する排気ガスをいっそう好適に冷却することできるようになる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる内燃機関の排気装置の筒内噴射式ガソリンエンジンの排気装置に適用した第１の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
図１に、本実施形態にかかる排気装置の車両における配置態様を示す。
同図１に示すように、車両の前方に搭載された筒内噴射式ガソリンエンジンとしての内燃機関１には、排気管３を介してマフラ１０、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の収納される触媒装置５、後部マフラ７等が接続されている。ここでは、内燃機関１から排出される排気ガスをマフラ１０へと案内する排気管３が一旦内燃機関１に対して車両の前方に引き回される（前方排気構造）ことなく直接車両の後方に引き回される後方排気構造が取られている。また、触媒装置５は、車両のフロントシートの前方又は直下に配置されている。
【００２６】
図２に、上記排気装置のうち内燃機関１の近傍の部分の構成を示す。同図２において、電子制御装置９は、内燃機関１の運転状態に基づき同内燃機関１を制御する。すなわち、運転者によって要求されるトルクに基づいて内燃機関１を均質燃焼及び成層燃焼のいずれかに切り替える制御を行う。また、電子制御装置９では、マフラ１０内の排気ガスの流通態様を制御することで温度の調整された排気ガスを上記触媒装置５内のＮＯｘ吸蔵還元触媒６に排出する機能を有する。そして、これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６の温度を、内燃機関１において成層燃焼を行う際に適切な浄化能力を確保することのできる温度領域に調整するようにしている。
【００２７】
すなわち、本実施形態にかかるマフラ１０は、消音機能を有するのみならず、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６の温度調整機能をも有するものとなっている。以下これについて、詳細に説明する。
【００２８】
図３（ａ）に、上記マフラ１０の構成について示す。
同図３（ａ）に示されるように、マフラ１０には、同マフラ１０に排気ガスを排出する排気管３と直結し、且つＮＯｘ吸蔵還元触媒６へと直接的に第１の管１１と、同第１の管１１の上流部で同第１の管１１に対して分岐するようにして設けられた第２の管１２とを備えている。
【００２９】
ここで、第１の管１１は、その軸が直線上に延びる構造を有して排気管３及びＮＯｘ吸蔵還元触媒６間を接続している。また、第１の管１１には、その下流にマフラ１０内の拡張室１３を流通する排気ガスが流入する流入孔１１ｈが設けられている。これに対し、第２の管１２は、その一端が第１の管１１の下流において同第１の管１１の開口された側面と接続されるとともに、他端が上記拡張室１３に開放される構成となっている。
【００３０】
そして、上記第１の管１１及び第２の管１２の分岐点には、第１の管１１及び第２の管１２のそれぞれへと流入する排気ガスの流路面積の比を調整するバルブ１４が備えられている。詳しくは、このバルブ１４は、第１の管１１へと流入する排気ガスの流路面積が大きいほど第２の管１２へと流入する排気ガスの流路面積が小さくなるように、上記流路面積の比を調整するバルブである。このバルブ１４は、上記電子制御装置９により内燃機関１の運転状態に応じて制御されるものである。
【００３１】
すなわち、上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒６の暖機が所望される所定の運転状態にあるときには、図３（ｂ）に示すように、排気管３からマフラ１０へと流入する排気ガスが第２の管１２へ流入する流路面積を「０」とし、同排気ガスが全て第１の管１１に流入するようにバルブ１４を制御する。これにより、上記内燃機関１から排出された排気ガスは、拡張室１３によって冷却されることなくその温度を好適に維持したままＮＯｘ吸蔵還元触媒６に排出されることとなる。
【００３２】
一方、上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒６の温度の過上昇の抑制が所望される運転状態にあるときには、図３（ｃ）に示すように、排気管３からマフラ１０へと流入する排気ガスが第１の管１１へ流入する流路面積を「０」とし、同排気ガスが全て第２の管１２に流入するようにバルブ１４を制御する。ここで、マフラ１０は、排気管３と比較して軸方向の単位長さ当たりの表面積が大きいために、マフラ１０内の拡張室１３は冷却効果を有するものとなっている。これにより、上記内燃機関１から排出された排気ガスは、拡張室１３を流通することで冷却された後に、流入孔１１ｈを介してＮＯｘ吸蔵還元触媒６に排出されることとなる。
【００３３】
具体的には、本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６の暖機が所望される所定の運転状態を、内燃機関１の回転速度や負荷、排気ガス温度等に基づいて把握するようにしている。すなわち、例えば高負荷高回転時には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６の暖機が所望される所定の運転状態にないとして、換言すれば、温度の過上昇の抑制が所望される運転状態にあるとして、図３（ｂ）に示した態様にバルブ１４を制御する。
【００３４】
このように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６の暖機が所望される所定の運転状態にあるか否かに応じてバルブ１４を図３（ｂ）又は図３（ｃ）に示す態様に切り替え制御することで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６の暖機性の確保と温度の過上昇の抑制との好適な両立を図ることができるようになる。
【００３５】
すなわち、本実施形態では、先の図１に示したようにＮＯｘ吸蔵還元触媒６を極力内燃機関１に近接させて配置させている。しかも、本実施形態にかかる排気装置では、図１に示したように後方排気構造を採用したために、前方排気構造を採用する場合と比較して内燃機関１から排出されてからＮＯｘ吸蔵還元触媒６へと流入するまでの排気ガスの経路が短くなる。これにより、図３に示す第１の管１１を介して触媒に導入される排気ガスは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６に対する十分な暖機能力を有するものとなる。
【００３６】
そして、暖機の所望される所定の運転状態以外にあっては、図３（ｃ）に示すような制御によってＮＯｘ吸蔵還元触媒６の温度の過上昇を抑制することができる。
【００３７】
以上説明した本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）内燃機関１の運転状態が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６の暖機の所望される所定の運転状態にあるか否かに応じて図３（ｂ）又は図３（ｃ）に示す態様にて排気ガスの流通態様を切り替えることで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６の暖機性の確保と温度の過上昇の抑制との好適な両立を図ることができるようになる。
【００３８】
（２）ＮＯｘ吸蔵還元触媒６へ流入する排気ガスの温度を調整する手段をマフラ１０を用いて構成したために、マフラ１０内において消音とＮＯｘ吸蔵還元触媒６の温度調整とを併せ行うことができ、これらを行う部材を各別に設ける場合と比較して部品点数やスペースの低減を図ることができる。
【００３９】
（３）内燃機関１の排気装置として、後方排気構造を採用することで、内燃機関１とＮＯｘ吸蔵還元触媒６との距離を極力近接させることができ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６の暖機を一層好適に行うことができる。
【００４０】
（第２の実施形態）
以下、本発明にかかる内燃機関の排気装置を筒内噴射式ガソリンエンジンの排気装置に適用した第２の実施形態について、上記第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００４１】
図４は、本実施形態にかかるマフラ２０を示す。
同図４に示すように、本実施形態にかかるマフラ２０内は、排気ガスを流通させる拡張室２３と、排気ガスを流通させず所定の周波数帯域に共鳴することで同周波数帯域の音波の消音の機能を有する共鳴室２５とを備えている。
【００４２】
そして、共鳴室２５内には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６が備えられている。すなわち、本実施形態においてはＮＯｘ吸蔵還元触媒６をマフラ２０内に備えることでＮＯｘ吸蔵還元触媒６を収納する触媒装置５とマフラとを各別に構成する場合と比較して部品点数やスペースの低減を図ることができる。また、特にＮＯｘ吸蔵還元触媒６をマフラ２０内の共鳴室２５に備えることで、拡張室２３に配置する場合と比較して、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６の温度変化を抑制することができる。
【００４３】
一方、上記拡張室２３には、マフラ２０に排気ガスを排出する排気管３と直結し、且つＮＯｘ吸蔵還元触媒６へと直接的に第１の管２１と、同第１の管２１の上流部で同第１の管２１に対して分岐するようにして設けられた第２の管２２とを備えている。
【００４４】
ここで、第１の管２１には、その下流に拡張室２３を流通する排気ガスが流入する流入孔２１ｈが設けられている。これに対し、第２の管２２は、その一端が第１の管２１の下流において同第１の管２１の開口された側面と接続されるとともに、他端が上記拡張室２３に開放される構成となっている。
【００４５】
そして、本実施形態においても、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６の暖機が所望される所定の条件下にあるか否かに応じて、バルブ２４を制御する。これにより、同条件下にあるときには排気ガスが第１の管２１を介して直接的にＮＯｘ吸蔵還元触媒６に導入され、それ以外のときには第２の管２２を介して一端拡張室２３を流通した後、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６に導入されるようになる。
【００４６】
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（３）の効果に加えて更に以下の効果が得られるようになる。
（４）ＮＯｘ吸蔵還元触媒６をマフラ２０内に備えることでＮＯｘ吸蔵還元触媒６を収納する触媒装置５とマフラとを各別に構成する場合と比較して部品点数やスペースの低減を図ることができる。
【００４７】
（５）ＮＯｘ吸蔵還元触媒６をマフラ２０内の共鳴室２５に備えることで、拡張室２３に配置する場合と比較して、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６の温度変化を抑制することができる。
【００４８】
（第３の実施形態）
以下、本発明にかかる内燃機関の排気装置を筒内噴射式ガソリンエンジンの排気装置に適用した第３の実施形態について、上記第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００４９】
図５は、本実施形態にかかるマフラ３０を示す。
同図５（ａ）に示すように、本実施形態においても、マフラ３０の拡張室３３にＮＯｘ吸蔵還元触媒６が備えられることで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６を収納する触媒装置５とマフラとを各別に構成する場合と比較して部品点数やスペースの低減を図っている。
【００５０】
また、本実施形態においても、マフラ３０には、先の第１の実施形態の第１の管１１及び第２の管１２に対応する第１の管３１及び第２の管３２が備えられている。すなわち、第２の管３２が、第１の管３１から分岐されて排気ガスを拡張室３３に開放するとともに、第１の管３１よりもその軸方向を大きく変位させる構造となっている。このため、第１の管３１及び第２の管３２の通路構造は、排気管３からマフラ３０に排出される排気ガスが第１の管３１及び第２の管３２へ分岐して流入する際の抵抗が、第１の管３１よりも第２の管３２の方が大きくなるようにした構造となる。
【００５１】
そして、本実施形態においては、第１の管３１及び第２の管３２のそれぞれへと流入する排気ガスの流路面積の比を調整するバルブ３４は、上記バルブ１４とは異なっている。すなわち、バルブ３４は、排気管３から第２の管３２へと流入する流路面積を一定としつつも、同排気管３から第１の管３１へと流入する流路面積を可変とするものである。
【００５２】
詳しくは、図５（ｂ）に示す変位位置において第１の管３１の一部を構成する。そして、このバルブ３４は、図５（ｂ）に示す変位位置において第１の管３１の流路面積を最大し、図５（ｃ）に示す変位位置において第１の管３１の流路面積を最小（「０」）とする。そして、このバルブ３４は、排気管３から第１の管３１へと流入する排気ガスの流路面積を最大とする図５（ｂ）に示す変位位置から、同流路面積を「０」とする図５（ｃ）に示す変位位置まで変化する。
【００５３】
ここで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６の暖機が所望される所定の条件においては、バルブ３４は、図５（ｂ）に示す変位位置に制御される。これにより、排気管３から排出される排気ガスは、第１の管３１を介してＮＯｘ吸蔵還元触媒６に直接的に導入されるようになる。そして、この際、第２の管３２には排気ガスはほとんど流入せず音波の通路となっている。これは、第１の管３１及び第２の管３２の通路構造が、上述したように、排気管３からマフラ３０に排出される排気ガスが第１の管３１及び第２の管３２へ分岐して流入する際の抵抗が、第１の管３１よりも第２の管３２の方が大きくなるようにした構造であるためである。
【００５４】
このため、拡張室３３にも排気ガスはほとんど流通せず同拡張室３３は共鳴室として機能することとなる。なお、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６の暖機が所望される所定の条件は、通常、排気ガス流量が少ないときに成立するものであり、このときには低周波数帯域の消音が望まれることから、第２の管３２は低周波数帯域と共鳴する共鳴構造とするように設定がなされている。
【００５５】
一方、上記所定の条件の成立時以外には、バルブ３４は、図５（ｃ）に示す変位位置に制御される。これにより、排気管３から排出される排気ガスは、第２の管３２を介して拡張室３３に開放されることとなる。そして、同拡張室３３に開放された排気ガスは、（ア）上記バルブ３４の変位によって開口された第１の管３１の開口部３１ｏを介して第１の管３１に流入するとともに、（イ）第１の管３１の上流側に設けられた流入孔３１ｈを介して第１の管３１に流入する。
【００５６】
そして、この際、排気ガスの流通経路としての（ア）の経路と（イ）の経路とで所定の周波数帯域の音波を干渉させるように、バルブ３４による開口部３１ｏ及び流入孔３１ｈを設定する。これにより、所定の周波数帯域の音波の消音を図ることができる。更に、この図５（ｃ）に示す変位位置においては、排気ガスが拡張室３３内を流通するために、この拡張室３３によって全周波数帯域の消音を図ることもできる。すなわち、この図５（ｃ）に示す変位位置においては、拡張室３３による全周波数帯域の消音に加えて特に消音を所望する周波数帯域については、上記干渉構造を利用して消音を確実に行うことができる構成となっている。
【００５７】
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（３）の効果、及び先の第２の実施形態の上記（４）の効果に加えて更に以下の効果が得られるようになる。
【００５８】
（６）暖機が所望される所定の運転条件下において、第２の管３２を低周波の共鳴管とすることで、低周波数帯域の消音を好適に行うことができる。
（７）暖機が所望される所定の条件以外の条件下において、拡張室３３による全周波数帯域の消音に加えて、干渉構造による所定の周波数帯域の消音を行うことができるようになる。
【００５９】
（第４の実施形態）
以下、本発明にかかる内燃機関の排気装置を筒内噴射式ガソリンエンジンの排気装置に適用した第４の実施形態について、上記第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００６０】
図６は、本実施形態にかかるマフラ４０を示す。
同図６（ａ）に示すように、本実施形態においても、マフラ４０の拡張室４３にＮＯｘ吸蔵還元触媒６が備えられることで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６を収納する触媒装置５とマフラとを各別に構成する場合と比較して部品点数やスペースの低減を図っている。
【００６１】
また、本実施形態においても、マフラ４０には、先の第１の実施形態の第１の管１１及び第２の管１２に対応する第１の管４１及び第２の管４２が備えられている。すなわち、第２の管４２が、第１の管４１から分岐されて排気ガスを拡張室４３に開放するとともに、第１の管４１よりもその軸方向を大きく変位させる構造となっている。このため、第１の管４１及び第２の管４２の通路構造は、排気管３からマフラ４０に排出される排気ガスが第１の管４１及び第２の管４２へ分岐して流入する際の抵抗が、第１の管４１よりも第２の管４２の方が大きくなるようにした構造となる。
【００６２】
ただし、本実施形態においては、第１の管４１及び第２の管４２のそれぞれへと流入する排気ガスの流路面積の比を調整するバルブ４４ａ、４４ｂは、上記バルブ１４とは異なっている。すなわち、バルブ４４ａ、４４ｂは、排気管３から第２の管４２へと流入する流路面積を一定としつつも、同排気管３から第１の管４１へと流入する流路面積を可変とするものである。
【００６３】
詳しくは、バルブ４４ａ、４４ｂは、図６（ｂ）に示す変位位置において第１の管４１の一部を構成し、この変位位置において第１の管４１の流路面積を最大とする。また、図６（ｃ）に示す変位位置において、バルブ４４ｂは、排気管３から排出される排気ガスが第２の管４２以外へと流出する経路の流路面積を「０」とし、また、バルブ４４ａは、第１の管４１のうち該バルブ４４ａの設けられている側の端部を閉鎖する。
【００６４】
ここで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６の暖機が所望される所定の条件においては、バルブ４４ａ、４４ｂは、図６（ｂ）に示す変位位置に制御される。これにより、排気管３から排出される排気ガスは、第１の管４１を介してＮＯｘ吸蔵還元触媒６に直接的に導入されるようになる。そして、この際、第２の管４２には排気ガスはほとんど流入せず音波の通路となっている。これは、第１の管４１及び第２の管４２の通路構造が、上述したように、排気管３からマフラ４０に排出される排気ガスが第１の管４１及び第２の管４２へ分岐して流入する際の抵抗が、第１の管４１よりも第２の管４２の方が大きくなるようにした構造であるためである。
【００６５】
このため、拡張室４３にも排気ガスはほとんど流通せず同拡張室４３は共鳴室として機能することとなる。なお、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６の暖機が所望される所定の条件は、通常、排気ガス流量が少ないときに成立するものであり、このときには低周波数帯域の消音が望まれることから、第２の管４２は低周波数帯域と共鳴する共鳴構造とするように設定がなされている。ちなみに、本実施形態では、同第２の管４２を低周波数帯域の共鳴間とすべく、第２の管４２の軸を反転させる形状を有してその軸長を所望の値に設定している。
【００６６】
一方、上記所定の条件の成立時以外には、バルブ４４ａ、４４ｂは、図６（ｃ）に示す変位位置に制御される。これにより、排気管３から排出される排気ガスは、第２の管４２を介して拡張室４３に開放されることとなる。そして、同拡張室４３に開放された排気ガスは、第１の管４１の上流側に設けられた流入孔４１ｈを介して第１の管４１に流入する。
【００６７】
これにより、排気ガスが拡張室４３内を流通するために、この拡張室４３によって全周波数帯域の消音を図ることができる。更に、この際、片側が閉鎖された第１の管４１を所定の周波数帯域の音波の消音を図るブランチ管として機能させる。すなわち、このブランチ管によって、マフラ４０の下流側に接続された後部排気管３ｂ内において生じる気柱共鳴の抑制を図る。これは、後部排気管３ｂについて、そのマフラ４０との接続部から同後部排気管３ｂが他の部材と接続されるなどしてその流路面積が拡大するまでの間の距離Ｌの半分の長さに、上記ブランチ管の長さを設定することで実現することができる。
【００６８】
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（３）の効果、及び先の第２の実施形態の上記（４）の効果、先の第３の実施形態の上記（６）の効果に加えて更に以下の効果が得られるようになる。
【００６９】
（８）暖機が所望される所定の条件以外の条件下において、拡張室４３による全周波数帯域の消音に加えて、ブランチ管（図６（ｃ）の第１の管４１）による後部排気管３ｂの気柱共鳴の抑制を図ることができるようになる。
【００７０】
（第５の実施形態）
以下、本発明にかかる内燃機関の排気装置を筒内噴射式ガソリンエンジンの排気装置に適用した第５の実施形態について、上記第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００７１】
図７は、本実施形態にかかるマフラ５０を示す。
同図７に示されるように、マフラ５０には、上記第１の実施形態における上記第１の管１１及び第２の管１２とそれぞれ同一の構造を有する第１の管５１及び第２の管５２を備えている。
【００７２】
ただし、本実施形態では、第１の管５１及び第２の管５２のそれぞれへと流入する排気ガスの流路面積の比を調整するバルブを備えていない。しかし、第２の管５２が、第１の管５１から分岐されて排気ガスを拡張室５３に開放するとともに、第１の管５１よりもその軸方向を大きく変位させる構造となっている。
【００７３】
このため、第１の管５１及び第２の管５２の通路構造は、排気管３からマフラ５０に排出される排気ガスが第１の管５１及び第２の管５２へ分岐して流入する際の抵抗が、第１の管５１よりも第２の管５２の方が大きくなるようにした構造となる。したがって、排気管３からマフラ５０へ流入する排気ガスの流量が少ないと、排気ガスは第２の管５２よりも第１の管５１を介してＮＯｘ吸蔵還元触媒６へと導入される傾向を有する。そして、同排気ガスの流量が多くなると、第２の管５２を介してＮＯｘ吸蔵還元触媒６へと導入される排気ガスに対する第１の管５１を介してＮＯｘ吸蔵還元触媒６へ導入される排気ガスの流量の比率は低下する。
【００７４】
ここで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の暖機が所望されるときとは、通常、内燃機関１の始動時等、排気管３からマフラ５０に排出される排気ガスの流量が少ないときであることが多い。したがって、同排気ガスの流量の増大と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の暖機が所望される度合いとを対応付けることができる。このため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６の暖機性の確保と同触媒の温度の過上昇の抑制との好適な両立を図ることができるようになる。
【００７５】
更に、上記構成によれば、排気ガスの流量が所定量以下であるときには、第２の管５２に排気ガスがほとんど流れないため、先の第３及び第４の実施形態と同様、第２の管を共鳴パイプとして機能させることもできる。
【００７６】
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（３）の効果、及び先の第３の実施形態の上記（６）の効果に加えて更に以下の効果が得られるようになる。
【００７７】
（９）第１の管５１及び第２の管５２の通路構造を、排気管３からマフラ５０に排出される排気ガスが第１の管５１及び第２の管５２へ分岐して流入する際の抵抗が、第１の管５１よりも第２の管５２の方が大きくなるようにした構造とした。これにより、バルブを設けることなく通路構造自体によって、排気管３からマフラ５０に排出される排気ガスの流量に応じて、第１の管５１及び第２の管５２への排気ガスの流量比を調整することができるようになる。
【００７８】
（第６の実施形態）
以下、本発明にかかる内燃機関の排気装置を筒内噴射式ガソリンエンジンの排気装置に適用した第６の実施形態について、上記第５の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００７９】
図８は、本実施形態にかかるマフラ６０を示す。
同図８に示されるように、マフラ６０には、上記第５の実施形態における上記第１の管５１及び第２の管５２に対応する第１の管６１及び第２の管６２を備えている。
【００８０】
しかし、これら第１の管６１及び第２の管６２は、排気管３に対してその軸方向の変位態様が対称的な構造となっている。ただし、第２の管６２については、その上流側に絞り６２ｎが設けられている。このため、第１の管６１及び第２の管６２の通路構造は、排気管３からマフラ６０に排出される排気ガスが第１の管６１及び第２の管６２へ分岐して流入する際の抵抗が、第１の管６１よりも第２の管６２の方が大きくなるようにした構造となる。したがって、これら第１の管６１及び第２の管６２についても、上記第１の管５１及び第２の管５２とそれぞれ同様の機能を持たせることができる。
【００８１】
以上説明した本実施形態においても、上記第５の実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施形態は以下のように変更して実施してもよい。
【００８２】
・上記第１の実施形態では、第１の管１１及び第２の管１２の通路構造は、先の図３に例示したものに限らず、例えば先の図４に例示したものでもよい。ただし、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６の暖機が所望される所定の条件下においては、それ以外の条件下と比較してマフラ１０に排出される排気ガスの流量が少ない傾向にある。したがって、暖機を所望する所定の条件下において、マフラに流入する排気ガスが第１の通路及び第２の通路へ分岐して流入する際の抵抗を第１の通路よりも第２の通路の方が大きくなるようにした通路構造とすることが望ましい。
【００８３】
・上記第１の実施形態において、マフラ内にＮＯｘ吸蔵還元触媒６を配置するようにしてもよい。この際、マフラを拡張室と共鳴室とに分割すると共に、共鳴室にＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置するようにすることが望ましい。
【００８４】
・上記第２の実施形態において、第１の管２１及び第２の管２２の通路構造は、先の図４に例示したものに限らず、例えば先の図３に例示したものでもよい。特に、暖機を所望する所定の条件下において、マフラに流入する排気ガスが第１の通路及び第２の通路へ分岐して流入する際の抵抗を第１の通路よりも第２の通路の方が大きくなるようにした通路構造とすることが望ましい。
【００８５】
・上記第２の実施形態において、マフラ２０内でのＮＯｘ吸蔵還元触媒６の配置態様は、先の図４に例示したものに限らない。例えば、マフラ２０に共鳴室２５を設けない構成であっても、マフラ２０内にＮＯｘ吸蔵還元触媒６を配置することで、先の第１の実施形態の上記（１）〜（３）の効果や、先の第２の実施形態の上記（４）の効果を得ることはできる。
【００８６】
・上記第３の実施形態や上記第４の実施形態において、マフラ３０内に常時排気ガスの流入しない共鳴室を形成し、同共鳴室にＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置するようにしてもよい。
【００８７】
・上記第３の実施形態や上記第４の実施形態における機能を有するバルブとしては、先の図５や図６に示したものに限らない。例えば上記第３の実施形態において、上記バルブを第１の管３１のうち、第１の管３１及び第２の管の分岐点以外の部分に設けるようにしても、上記第３の実施形態におけるバルブと同様の機能を実現することはできる。
【００８８】
・上記第３の実施形態や上記第４の実施形態において、第１の管及び第２の管の通路構造は、先の図５や図６に例示したものに限らず、例えば先の図８に例示したものでもよい。特に、ここでは、暖機を所望する所定の条件下において、第５の実施形態や第６の実施形態で例示したように、マフラに流入する排気ガスが第１の通路及び第２の通路へ分岐して流入する際の抵抗を第１の通路よりも第２の通路の方が大きくなるようにした通路構造とする。
【００８９】
・上記第５の実施形態や第６の実施形態において、マフラを拡張室と共鳴室とに分割すると共に、共鳴室にＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置するようにしてもよい。
・マフラに流入する排気ガスが第１の通路及び第２の通路へ分岐して流入する際の抵抗を第１の通路よりも第２の通路の方が大きくなるようにした通路構造としては、上記第５の実施形態や第６の実施形態（図７及び図８）において例示したものに限らない。
【００９０】
・上記第１〜第６の実施形態及びそれらの変形例では、拡張室を流通した排気ガスを第１の管に合流させる手段を、第１の管の下流側に流入孔を設けることで実現したがこれに限らず、例えばバルブを設けてもよい。図９に、先の第３の実施形態の変形例として、流入孔３１ｈの代わりに、第１の管３１の下流にバルブ３５を設けた例を示す。ちなみに、こうしたバルブは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒６の暖機が所望される所定の条件下において閉じられるようにする。これにより、暖機が所望される所定の条件下においては、排気ガスが拡張室に流通することをいっそう好適に抑制することができ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の暖機をより好適に促進することができる。
【００９１】
・上記第１〜第６の実施形態及びそれらの変形例において、マフラによる排気ガスの冷却効果を高めるために、その表面積を拡大する表面積拡大手段を備えるようにしてもよい。図１０に、表面積拡大手段の一例を示す。ここでは、マフラ７０の表面に波状の起伏部７１ｗが形成されることで、マフラ７０の表面積の拡大を図っている。
【００９２】
・排気ガスをマフラ内の拡張室に開放することなく該排気ガスを浄化する触媒に直接的に導入する第１の通路及び、排気ガスを一旦拡張室に導入した後触媒に導く第２の通路としては、上記第１〜第６の実施形態及びそれらの変形例において例示したものに限らない。例えば、第２の通路は、第１の通路と合流することなく触媒に排気ガスを排出する構造としてもよい。
【００９３】
・マフラに流入する排気ガスの第１の通路及び第２の通路へと流通する流路面積の比を調整する動弁機構としては、上記第１〜４の実施形態やそれらの変形例に例示したものに限らない。
【００９４】
・また、動弁機構の制御態様としては、触媒の暖機を所望する所定の条件下にあるか否かに応じた２値的な制御に限らず、触媒の暖機が所望される度合いが大きいほど、第２の通路を流通する排気ガスに対する第１の通路を流通する排気ガスの流量比を大きくするものであればよい。これは、例えば動弁機構を当該機関の負荷及び回転速度及び排気ガスの温度の少なくとも１つに応じて制御することで実現することができる。
【００９５】
・内燃機関の運転状態に応じて第１の通路及び第２の通路に流入する排気ガスの流量比を変更する可変機構の構成及び配置態様については、上記第１〜第６の実施形態及びそれらの変形例において例示したものに限らない。例えば上記第１〜第６の実施形態等において、第１の管及び第２の管の分岐点をマフラの外部に設ける構成とするとともに、該分岐点に可変機構を設けるようにしてもよい。
【００９６】
・その他、内燃機関やマフラ等の配置態様や、内燃機関とマフラとの間の排気構造としては、先の図１等に例示したものに限らない。例えば上記排気構造としては、前方排気構造や、縦置きの内燃機関やＶ型の内燃機関に特有の排気構造でもよい。また、内燃機関としては、筒内噴射式ガソリンエンジンに限らない。更に、後部マフラについては必ずしも設けなくてもよい。加えて、第１の通路及び第２の通路から排気ガスが排出される触媒としては、ＮＯｘ吸蔵還元触媒にも限らない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる内燃機関の排気装置を筒内噴射式ガソリンエンジンの排気装置に適用した第１の実施形態を車両へ搭載した態様を示す斜視図。
【図２】同実施形態の排気装置の構成を示すブロック図。
【図３】同実施形態のうちマフラ及び触媒を拡大して示した断面図。
【図４】第２の実施形態のうちマフラを拡大して示した断面図。
【図５】第３の実施形態のうちマフラを拡大して示した断面図。
【図６】第４の実施形態のうちマフラを拡大して示した断面図。
【図７】第５の実施形態のうちマフラ及び触媒を拡大して示した断面図。
【図８】第６の実施形態のうちマフラ及び触媒を拡大して示した断面図。
【図９】第３の実施形態の変形例を示す断面図。
【図１０】上記各実施形態の変形例の側面図。
【符号の説明】
１…内燃機関、３…排気管、３ｂ…後方排気管、５…触媒装置、６…ＮＯｘ吸蔵還元触媒、７…後部マフラ、９…電子制御装置、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０…マフラ、１１、２１、３１、４１、５１、６１…第１の管、１１ｈ、２１ｈ、３１ｈ、４１ｈ…流入孔、１２、２２、３２、４２、５２、６２…第２の管、１３、２３、３３、４３、５３…拡張室、１４、２４、３４、３５、４４ａ、４４ｂ…バルブ。

Claims (8)

1. 内燃機関のマフラ内に、前記内燃機関の排気ガスを前記マフラ内の拡張室に開放することなく該排気ガスを浄化する触媒に直接的に導入する第１の通路及び、前記排気ガスを一旦前記拡張室に導入した後前記触媒に導く第２の通路を備えるとともに、
   前記内燃機関の運転状態に応じて前記第１の通路及び前記第２の通路に流入する排気ガスの流量比を変更する可変機構を備える
   内燃機関の排気装置。
2. 前記第２の通路は、前記マフラに流入する前記排気ガスを前記第１の通路に対して分岐させて前記拡張室へと開放する通路と、前記拡張室を流通した前記排気ガスを前記第１の通路に合流させる通路とを有して構成される
   請求項１記載の内燃機関の排気装置。
3. 前記可変機構は、前記マフラに流入する前記排気ガスが前記第１の通路及び前記第２の通路へと流通する流路面積の比を調整する動弁機構として構成される
   請求項１又は２記載の内燃機関の排気装置。
4. 前記動弁機構は、当該機関の負荷及び回転速度及び前記排気ガスの温度の少なくとも１つに基づいて可変制御されるものである
   請求項３記載の内燃機関の排気装置。
5. 前記可変機構は、前記マフラに流入する前記排気ガスが前記第１の通路及び前記第２の通路へ分岐して流入する際の抵抗を、前記第１の通路よりも前記第２の通路の方が大きくなるようにした通路構造を有する
   請求項１又は２記載の内燃機関の排気装置。
6. 前記通路構造は、前記第２の通路に絞りの設けられた構造である
   請求項５記載の内燃機関の排気装置。
7. 前記通路構造は、前記第２の通路を構成する第２の管が前記第１の通路を構成する第１の管から分岐されて前記排気ガスを前記拡張室に開放するものであるとともに、前記第２の管が前記第１の管よりもその軸方向を大きく変位させるようにした構造である
   請求項５記載の内燃機関の排気装置。
8. 前記マフラの表面には、その表面積を拡大する表面積拡大手段が備えられてなる
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気装置。

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