JP2010521618A - 内燃機関用の排気システム - Google Patents

Abstract

本発明は、排出ガスを内燃機関から排気処理装置（５）に導く第１の排気管路（４）と、前記排気処理装置（５）を迂回するバイパスラインを形成する第２の排気管路（６，７）とを有している自動車両の内燃機関（１）用の排気システムに関する。前記内燃機関の希薄燃焼運転時にも排出ガスの十分な処理が保証される排気システムを提供するために、前記バイパスライン（６，７）の内部に少なくとも一つの第１の弁（８）と第２の弁（９）が前後に並べて配置されることが提案される。前記第１の弁（８）と前記第２の弁（９）との間には、前記第１の弁（８）と前記第２の弁（９）との間の圧力を低下させるための吸出し管路（１０）が備えられる。本発明においては前記第２の弁（９）の上流側の圧力および前記第２の弁（９）の下流側の圧力ないしは自動車両の雰囲気圧力（１１）が決定され、排出ガスが前記第２の弁（９）を通り外に向かって自動車両の周囲に流れ出ることが防止されるように、前記吸出し管路（１０）に負圧が加えられる。

Description

本発明は、請求項１の上位概念（所謂おいて部分、プリアンブル部分）に係る、内燃機関用の排気システムに関する。

ガソリンエンジンの希薄燃焼運転時には、公知である三元触媒の効果が不十分なものとなる。

本発明の課題は、内燃機関の希薄燃焼運転時にも排出ガスの十分な処理が保証される排気システムを提供することにある。

この課題は、請求項１の各特徴を備えた排気システムにより解決される。本発明の有利な構成形態は、従属請求項の対象となっている。

排出ガスを内燃機関から排気処理装置に導く第１の排気管路と、排気処理装置を迂回するバイパスラインを形成する第２の排気管路とを有している自動車両（広義の自動車、モータビークル）の排気システムを前提技術とし、本発明においては次の展開構成例が提案される。バイパスラインには、少なくとも一つの第１の弁と第２の弁が前後に並べて配置される。第１の弁と第２の弁との間には、第１の弁と第２の弁との間の圧力を低下させるための吸出し管路が備えられる。第２の弁の上流側の圧力および第２の弁の下流側の圧力または自動車両の雰囲気圧力を決定し、第２の弁を通り外部に向かって自動車両の周囲にガスが流れ出るのが防止されるように、吸出し管路に負圧が加えられる。

それにより、十分に処理された排出ガスだけが自動車両から放出されることを保証している。これは特に、二つの弁を前後に並べて配置すること、およびこれらの弁の間に、第２の弁の直前に位置する排出ガスの吸出し部を備えることにより、達成される。

本発明の構成形態の一例においては、第２の弁の上流側の圧力と第２の弁の下流側の圧力ないしは雰囲気圧力との間の差圧が増大すると、吸出し管路の負圧が増大されるようになっている。高温ガス流に晒される弁ないしは排気フラップについては、長時間の利用後にも常に十分におよび／または同程度に閉弁されることを、いつも保証できるとは限らない。本発明においては、負圧ないしは吸出し管路により吸出される分量を適合化することにより、この否定的な周辺条件に、もっとも効果的に対処している。

本発明の実施形態の一例においては、第２の弁の上流側の圧力と第２の弁の下流側の圧力ないしは雰囲気圧力との間の差圧が増大すると、少なくとも第２の弁の閉弁力が増大されるようになっている。この対策を補足措置または代替措置として講じることによっても、排出ガスが十分に処理されずに放出されることを防止することができる。

本発明の別の構成例においては、第２の弁の上流側の圧力と第２の弁の下流側の圧力ないしは雰囲気圧力との間の差圧が前もって定められたある一つの差圧を下回ると、エラーメッセージが発生されて、診断目的のために記憶されるようになっている。この故障は、早急に修理を実施させるためにも、光または音により運転者に知らされるようになっている。それに加えてサービスショップもまた、記憶されているエラーメッセージから、たとえば車両の定期点検の際の故障診断の枠内で、問題の故障がまだ取り除かれておらず、故障メモリへの当該する書き込みがまだ消去されていない限り、故障が存在する旨、指摘を受けることになる。

本発明のさらに別の実施形態においては、第２の弁の上流側の圧力と第２の弁の下流側の圧力ないしは雰囲気圧力との間の差圧が増大すると、第１の弁が開弁位置に向かって作動され、それに伴い吸出し管路を通るガス流が増大されて、好ましくはこの差圧も同時に低減されるか、または実質的に定常に保持されるようになっている。これは、代替措置または補足措置として、十分に処理された排出ガスだけが放出されることを保証できるようにする、もう一つの対策である。

本発明のさらにもう一つの実施形態においては、第１の弁および第２の弁が、排気処理装置を迂回する際には実質的に並行方式で作動されるようになっている。それにより、これらの弁ないしはカットオフフラップの可能な限り気密な閉弁状態をもたらすために必要な機械的なコストまたはその他のコストを、たとえば両方の弁を同時に作動させるために両者を接続しているリンク機構を用いることによって、低減することができる。

本発明の別の構成例においては、吸出し管路が内燃機関に接続されており、内燃機関の入口により、または内燃機関により作動される負圧ポンプにより、吸出し管路の内部に負圧が発生されるようになっている。それにより、本発明において必要とされる二つの弁の間の負圧を、僅かなコストでもたらすことができるようにしている。

本発明の好ましい実施形態の一例においては、排気処理装置を窒素酸化物触媒コンバータとすることが企図されている。この触媒により、通常の三元触媒による排気処理が不十分となるガソリンエンジンの希薄燃焼運転時に、排出ガスの十分な排気処理を行うことが可能となる。

本発明のさらにもう一つの好ましい実施形態においては、内燃機関が希薄燃焼モードで運転されるときには、第１の弁および第２の弁が閉弁されるようになっており、それにより排出ガスは実質的に排気処理装置を通り外部に向かって導かれて、排出ガスのごく一部だけが吸出し管路を通り内燃機関に還流されるようにしている。

本発明のさらに別の構成例においては、内燃機関が希薄燃焼モード以外で運転されるときには、第１の弁および第２の弁が開弁され、かつ排気処理装置の上流側に備えられる第３の弁が閉弁されるようになっている。このときには排出ガスがバイパスラインを通り外部に向かって導かれることになる。排気処理装置の下流側には、排気処理装置の出口から排気処理装置の内部に排出ガスが侵入して害をもたらすことを回避するために、さらにもう一つの弁が備えられることが好ましい。

本発明の別の実施形態においては、吸出し管路に第４の弁が備えられ、吸出し管路の内部の負圧がこの第４の弁の位置を介して設定されるようになっている。
以下では図面に基づき本発明の実施例を詳しく説明する。

本発明にしたがったガソリンエンジンの排気システムの図である。

図１に図式的に示されている排気システムは、ガソリンエンジン１において動作されるものである。この排気システムは、三元触媒２、弁３、第１排気管路の第１部分４、排気処理装置５、第１排気管路の第２部分１３、弁１２、第２排気管路の第１部分６、カットオフ装置１４、第２排気管路の第２部分７、吸出し管路１０、および弁１５を有している。排出ガスは弁１２を通り車両（図示せず）から放出されるが、その際には、気圧の高さを計測する圧力センサ１７を通過するようになっている。カットオフ装置１４は、前後に並べて配置される二つの弁８および９を有している。カットオフ装置１４のこれらの弁８および９の間には、吸出し管路１０のほか、第１の圧力センサ１６が備えられている。この実施例においては、排気処理装置５が窒素酸化物触媒コンバータとなっている。

ガソリンエンジン１の希薄燃焼運転の間、すなわちエンジン負荷が小さいときには、弁３が開いており、ガソリンエンジン１から出る排出ガスが排気処理装置５に供給されるようになっている。排気処理装置５から出る排出ガスは、弁１２が開いているために、車両から放出される。

第２排気管路の第１部分６、カットオフ装置１４、および第２排気管路の第２部分７により構成される排気処理装置５用のバイパスは、閉じられている、すなわち弁８および９は両方とも閉弁位置にある。これらの弁の間の空間に、ともすれば閉弁状態が不十分である弁８を通り入り込んでしまう排出ガスは、吸出し管路１０および開いている弁１５を通りガソリンエンジンにより吸い出されて、エンジン１の燃焼行程に再度供給されるようになっている。

圧力センサ１６および１７を用いて、カットオン装置１４の内部空間、すなわち弁９の上流側と、車外の支配的な気圧との間の差圧が決定される。両方の圧力センサ１６および１７には、車載電子制御システム（図示せず）、特に相応の制御装置が接続されており、これが差圧を決定する。圧力センサ１６のところの圧力が、前もって定められた圧力差を越えて気圧に近接すると、電子制御システムにより、エンジン１により吸い出されるガス量が増大して、差圧が再び前もって定められた圧力差に調整されるように、弁１５の動作制御が行われるようになっている。この差圧ないしはカットオフ装置１４の内部の負圧により、排出ガスが弁９を通過して車外に放出されることが防止されるようにしている。これは、弁９が１００パーセント閉じていない場合についても言える。圧力差が所定の閾値を下回る場合、すなわち、もはや負圧が存在しないために排出ガスが弁９を通過する怖れがある場合は、電子制御システムによりこれが検出されて、運転者に対してエラーメッセージが発生されるが、このエラーメッセージは、後の診断目的のために、カットオフ装置１４の交換の必要性を指摘するために記憶されるようになっている。

エンジン１の通常運転の間、特にエンジン負荷が通常の負荷から一段と高い負荷にあるときには、排出ガスは三元触媒２により十二分に濾過されるようになっている。
特にエンジン１の全負荷運転時に、窒素酸化物触媒コンバータ５の内部に入り込む非常に高温の排出ガスにより窒素酸化物触媒コンバータ５が損傷するのを防止するために、弁３および１２は、エンジンが希薄燃焼モード以外にあるときには閉弁されるようになっている。弁８および９は全開されて、排出ガスは窒素酸化物触媒コンバータ５を迂回してこのバイパスだけを通り車外に導かれるようになっている。それにより、窒素酸化物触媒コンバータ５の内部に排出ガスが入り込めないようにしている。

１ ガソリンエンジン
２ 三元触媒
３ 弁
４ 第１排気管路の第１部分
５ 排気処理装置
６ 第２排気管路の第１部分
７ 第２排気管路の第２部分
８ 弁
９ 弁
１０ 吸出し管路
１１ 雰囲気圧力
１２ 弁
１３ 第１排気管路の第２部分
１４ カットオフ装置
１５ 弁
１６ 第１圧力センサ
１７ 第２圧力センサ

Claims (11)

1. 自動車両の内燃機関（１）用の排気システムであって、排出ガスを前記内燃機関から排気処理装置（５）に導く第１の排気管路（４）と、前記排気処理装置（５）を迂回するバイパスラインを形成する第２の排気管路（６，７）とを有する排気システムにおいて、
   ‐前記バイパスライン（６，７）の内部に少なくとも一つの第１の弁（８）と第２の弁（９）が前後に並べて配置されていること、
   ‐前記第１の弁（８）と前記第２の弁（９）との間に、前記第１の弁（８）と前記第２の弁（９）との間の圧力を低下させるための吸出し管路（１０）が備えられること、および、
   ‐前記第２の弁（９）の上流側の圧力と、前記第２の弁（９）の下流側の圧力若しくは自動車両の雰囲気圧力（１１）とを決定して、排出ガスが前記第２の弁（９）を通り外部に向かって自動車両の周囲に流れ出ることが防止されるように、前記吸出し管路（１０）に負圧が加えられること
   を特徴とする、排気システム。
2. 前記第２の弁（９）の上流側の圧力と前記第２の弁（９）の下流側の圧力ないしは前記雰囲気圧力との間の差圧が増大すると、前記吸出し管路（１０）内の負圧が強まることを特徴とする、請求項１に記載の排気システム。
3. 前記第２の弁の上流側の圧力と前記第２の弁の下流側の圧力ないしは前記雰囲気圧力との間の差圧が増大すると、少なくとも前記第２の弁（９）の閉弁力が強まることを特徴とする、請求項１または２に記載の排気システム。
4. 前記第２の弁の上流側の圧力と前記第２の弁の下流側の圧力ないしは前記雰囲気圧力との間の差圧が前もって定められたある一つの差圧を下回ると、エラーメッセージが発生して、診断目的のために記憶されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気システム。
5. 前記第２の弁（９）の上流側の圧力と前記第２の弁（９）の下流側の圧力ないしは前記雰囲気圧力との間の差圧が増大すると、前記第１の弁（８）が開弁位置に向かって作動され、それに伴い前記吸出し管路（１０）を通るガス流が増し、好ましくは前記差圧も低減されるか、または実質的に定常に保持されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気システム。
6. 前記第１の弁（８）および前記第２の弁（９）が、前記排気処理装置（５）を迂回する際に実質的に並行方式で作動されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気システム。
7. 前記吸出し管路（１０）が前記内燃機関（１）に接続されており、前記内燃機関の入口により、または前記内燃機関によって作動される負圧ポンプにより、前記吸出し管路（１０）の内部に負圧が発生されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の排気システム。
8. 前記排気処理装置（５）が窒素酸化物触媒コンバータであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の排気システム。
9. 前記内燃機関が希薄燃焼モードで運転されるときには、前記第１の弁（８）および前記第２の弁（９）が閉弁されることによって、排出ガスが実質的に前記排気処理装置（５）を通り外部に向かって導かれ、排出ガスのごく一部だけが前記吸出し管路（１０）を通り前記内燃機関に還流されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の排気システム。
10. 前記内燃機関が希薄燃焼モード以外で運転されるときには、前記第１の弁（８）および前記第２の弁（９）が開弁され、かつ前記排気処理装置の上流側に備えられた第３の弁（３）が閉弁されることによって、排出ガスが前記バイパスライン（６，７，８，９）を通り外部に向かって導かれることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の排気システム。
11. 前記吸出し管路（１０）の内部に第４の弁（１５）が備えられ、前記吸出し管路の内部の負圧が前記第４の弁の位置を介して設定されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の排気システム。

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