JP2013189938A - Exhaust system for engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はエンジンの排気装置、特にエンジンから出た排気の熱を回収するためのエンジンの排気装置に関する。 The present invention relates to an engine exhaust device, and more particularly to an engine exhaust device for recovering heat of exhaust emitted from the engine.
エンジンの排気通路の内部を第１通路と、排気と媒体との間で熱交換を行わせる第２通路とに分岐し、２つの通路の合流部に弁部材を設けるものがある（特許文献１参照）。このものでは、エンジンの高回転時に弁部材を閉じることで、第２通路を流れる排気の流量を減少させ、これによって媒体が過熱されることを抑制している。 An engine exhaust passage is branched into a first passage and a second passage that exchanges heat between the exhaust and the medium, and a valve member is provided at a junction of the two passages (Patent Document 1). reference). In this case, by closing the valve member at the time of high engine rotation, the flow rate of the exhaust gas flowing through the second passage is reduced, thereby suppressing the medium from being overheated.
しかしながら、上記特許文献１の技術においては、排気と冷却水との間の熱交換を良好に促進し、或いは、効果的に抑制することについては、改善の余地があった。
However, in the technique of the above-mentioned
そこで本発明は、排気と冷却水との間の熱交換を良好に促進し、或いは、効果的に抑制することができるエンジンの排気装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an engine exhaust device that can favorably promote or effectively suppress heat exchange between exhaust gas and cooling water.
本発明のエンジンの排気装置は、エンジンからの排気を流す排気主流路と、排気主流路を流れる排気を浄化する触媒と、触媒の上下流の排気主流路に接続し、触媒をバイパスするバイパス通路と、を備えている。本発明の排気装置は、さらに排気主流路の一部をなす第１部位は、バイパス通路の一部をなす第３部位を間に挟んで、エンジンの冷却水が流れる冷却水通路の一部をなす第２部位と隣接しており、第３部位を流れる排気の流量を調整可能な流量調整手段を備えている。 An exhaust system for an engine according to the present invention includes an exhaust main flow path through which exhaust from the engine flows, a catalyst for purifying exhaust flowing through the exhaust main flow path, and a bypass path that connects to the exhaust main flow path upstream and downstream of the catalyst and bypasses the catalyst And. In the exhaust system according to the present invention, the first portion forming a part of the exhaust main flow path is formed by interposing a third portion forming a part of the bypass passage, and a part of the cooling water passage through which engine cooling water flows. A flow rate adjusting means is provided that is adjacent to the second portion and that can adjust the flow rate of the exhaust gas flowing through the third portion.
本発明によれば、触媒を活性させるときは、流量調整手段によって第３部位を流れる排気の量を低下させ、多くの排気を触媒に流して触媒活性を促進することができる。エンジンを暖機するときは、流量調整手段によって第３部位を流れる排気の量を増加させ、このとき、触媒が排気の通過抵抗となって多くの排気がバイパス通路に流れ込み、第３部位の排気と冷却水との熱交換が促進されて、暖められた冷却水によりエンジンの暖機を促進することができる。特に、第３部位は、排気主流路の一部をなす第１部位とエンジンの冷却水が流れる冷却水通路の一部をなす第２部位とに挟まれるように構成されているから、第２部位は第３部位を挟んで第１部位と隣接することになっていて、第３部位を排気が流れるとき、第３部位の排気の熱が第２部位の冷却水に伝わるだけでなく、第３部位の排気が対流を生じることによって第１部位の排気から第２部位の冷却水への熱伝達が促進され、第１部位の排気と第３部位の排気の双方から第２部位の冷却水へ熱伝達が行なわれる。しかも、第３部位は触媒をバイパスするバイパス通路の一部をなすので、触媒が通過抵抗になってバイパス通路を流れる排気の量が多くなり、第３部位の排気の対流が促進されることによって熱交換がさらに促進される。一方、第３部位を流れる排気の量を低下させると、第３部位の排気の熱が冷却水に伝わらなくなるだけでなく、第３部位の排気の対流が無くなって、第１部位の排気から第２部位の冷却水への熱伝達も抑制され、第１部位の排気と第３部位の排気の双方からの第２部位の冷却水への熱伝達が抑制される。このようにして、排気と冷却水との間の熱交換を良好に促進し、或いは、効果的に抑制することができる。 According to the present invention, when the catalyst is activated, the amount of exhaust gas flowing through the third portion can be reduced by the flow rate adjusting means, and the catalyst activity can be promoted by flowing a large amount of exhaust gas through the catalyst. When the engine is warmed up, the amount of exhaust gas flowing through the third part is increased by the flow rate adjusting means, and at this time, the catalyst becomes exhaust passage resistance and a lot of exhaust gas flows into the bypass passage, so that the exhaust gas in the third part is exhausted. Heat exchange between the engine and the cooling water is promoted, and warming up of the engine can be promoted by the heated cooling water. In particular, the third part is configured to be sandwiched between a first part that forms part of the exhaust main flow path and a second part that forms part of the cooling water passage through which engine cooling water flows. The part is adjacent to the first part across the third part. When the exhaust flows through the third part, not only the heat of the exhaust from the third part is transmitted to the cooling water of the second part, but also the second part. By causing convection in the exhaust at the three parts, heat transfer from the exhaust at the first part to the cooling water at the second part is promoted, and the cooling water at the second part from both the exhaust at the first part and the exhaust at the third part. Heat transfer takes place. In addition, since the third part forms a part of the bypass passage that bypasses the catalyst, the amount of exhaust flowing through the bypass passage increases due to the passage resistance of the catalyst, and the convection of the exhaust in the third part is promoted. Heat exchange is further promoted. On the other hand, if the amount of exhaust flowing through the third part is reduced, not only the heat of the exhaust at the third part will not be transferred to the cooling water, but also the convection of the exhaust at the third part will be lost, and the exhaust from the first part will be reduced. Heat transfer to the cooling water in the two parts is also suppressed, and heat transfer from both the first part exhaust and the third part exhaust to the second part cooling water is suppressed. In this way, heat exchange between the exhaust gas and the cooling water can be favorably promoted or effectively suppressed.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
（第１実施形態）
図１は本発明の排気通路１の概略構成図である。なお、排気マニフォルド部材２、熱交換器１０、触媒装置５について内部の構造を明確にするため断面を示している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an
図１に示したように、排気通路１は、排気マニフォルド部材２、排気マニフォルド部材２に接続される三元触媒等の触媒が収納されている触媒装置５、この触媒装置５に接続される排気管８から主に構成されている。
As shown in FIG. 1, the
排気マニフォルド部材２は、軽量化のためアルミニウム材料で一体に形成されている。排気マニフォルド部材２には平行な２つの平面２ａ、２ｂを有し、排気マニフォルド部材２の内部に３つの分岐部２ｃと集合部２ｄが形成され、３つの各分岐部２ｃは一方の平面２ａ（図１で上方の平面）に開口している。一方の平面２ａは、この平面２ａに開口している各分岐部２ｃの開口端が図示しないシリンダヘッドの排気ポートと一致するようにしてシリンダヘッドに取り付けられる。３つの分岐部２ｃから分かるようにエンジンは３気筒直列エンジンである。一方、集合部２ｄは他方の平面２ｂ（図１で下方の平面）に開口する。この開口端２ｅが排気マニフォルド２からの排気の出口となる。
The
排気マニフォルド部材２の内部には排気マニフォルド部材２を１００℃程度まで冷却するためのウォータジャケット２ｇが設けられている。このウォータジャケット２ｇには、ラジエータ（図示しない）で冷却された冷却水が導かれ、エンジンの高負荷時などに排気マニフォルド部材２が高温になりすぎないように冷却される。
Inside the
このように構成される排気マニフォルド部材２では、エンジンの排気ポートから出た排気が排気マニフォルド部材２の各分岐部２ｃに流入し、集合部２ｄで合流したあと、集合部２ｄの開口端２ｅから下流へと流出する。
In the
集合部２ｄの開口端２ｅから流出する排気を内部に流入させるため、排気マニフォルド部材２の他方の平面２ｂ（図１で下方の平面）に本実施形態の熱交換器１０を接続する。すなわち、排気マニフォルド部材２と触媒装置５との間に本実施形態の熱交換器１０を介装する。
The
熱交換器１０は、集合部２ｄの開口端２ｅから出てくる排気を流入させると共に排気の流れを案内する直管状のパイプ部材１１（第１部位）、冷却水通路の一部をなし、第１部位の周囲をとり囲むようにウォータジャケット２２を有する円筒状部材２１（第２部位）から構成されている。
The
パイプ部材１１の内周１２は集合部２ｄの開口端２ｅと一致させている。パイプ部材１１は集合部２ｄから出てくる排気と直接に接触する。この排気は６００℃といった高温となるので、パイプ部材１１の材料としては耐熱性を有する鉄系材料を用いる。パイプ部材１１の材料は耐熱性を有するセラミック材料であってもかまわない。
The
パイプ部材１１には一端（図１で上端）にフランジ部１３を有する。フランジ部１３の外径は円筒状部材２１の内径より大きくなるようにしている。フランジ部１３は排気マニフォルドの他方の平面２ｂに開口する開口端２ｅ（排気の出口）の外周に当接させる。また、パイプ部材１１を円筒状部材２１の一端２３（図１で上端）から挿入したとき、パイプ部材１１の外周１４と円筒状部材２１の内周との間に円筒状の排気分流路７２が生じるように円筒状部材２１の内周に径方向外側に向かってへこむ窪み部２４を設けている。集合部２ｄの開口端２ｅから出てくる排気の主な流路を「排気主流路」３としたとき、排気分流路７２は、排気主流路３から分岐するものである。
The pipe member 11 has a
熱交換器１０を排気マニフォルド部材２の他方の平面２ｂに取り付けるため、円筒状部材２１の一端２３にフランジ部２６を設け、このフランジ部２６にボルト孔２７を開けている。
In order to attach the
上記パイプ部材１１のフランジ部１３を、排気マニフォルド２の他方の平面２ｂに開口する開口端２ｅ（排気の出口）の外周に当接するのであるが、排気の熱を受けるとフランジ部１３が径方向の外側に向けて膨張する。ここで、アルミニウム材料で形成されている円筒状部材２１と、鉄系材料で形成されているパイプ部材１１とでは熱膨張率が相違し、パイプ部材１１のほうが円筒状部材２１より大きく膨張する。この両者の熱膨張率の差を考慮することなく、ボルト２８をボルト孔２７に挿通して円筒状部材２１を排気マニフォルド部材２の他方の平面２ｂに直接固定したのでは、ボルト２８に対して剪断力が加わることになる場合がある。すなわち、フランジ部１３の外周と円筒状部材２１とを当接させた状態で円筒状部材を排気マニフォルド部材２に固定したときには熱膨張したフランジ部１３が円筒状部材２１に径方向外側への力を及ぼす。この力で円筒状部材２１が径方向に変形するとすれば、ボルト２８に剪断力が加わってしまう。そこで、円筒状部材２１の一端２３にパイプ部材１１のフランジ部１３が嵌り込むリング状の凹部３１を設け、この凹部３１の外周３１ａとフランジ部１３の外周１３ａとの間に、リング状の隙間３２を設けておく。
The
そして、排気マニフォルド部材２の他方の平面２ｂと円筒状部材２１の一端２３との間にガスケット３３を挟み、ボルト２８をボルト孔２７に挿通して円筒状部材２１（つまり熱交換器１０）を排気マニフォルド部材２の他方の平面２ｂに取り付ける。言い換えると、排気マニフォルド２の他方の平面２ｂに開口する排気の出口（２ｅ）の外周にフランジ部１３をフランジ部１３の径方向に変形可能に当接させた状態で、円筒状部材２１を排気マニフォルド２にボルト２８で取り付けるのである。このようにすれば、排気の熱を受けるパイプ部材１１のフランジ部１３がその径方向外側に向けて膨張したとしても、膨張したフランジ部１３はリング状の隙間３２に嵌り込むだけである。円筒状部材２１に設けてある凹部３１の外周３１ａにまで、膨張したフランジ部１３の外周１３ａが到達することはないのであり、これよってボルト２８に剪断力が加わることを回避できる。
The
触媒装置５を本実施形態の熱交換機１０に取り付けるため、円筒状部材２１の他端４１（図１で下端）及び触媒装置５の上流側端（図１で上端）にフランジ部４２、６１を設け、これらのフランジ部４２、６１にボルト孔４３、６２を開けている。このボルト孔４３、６２及びナット４５にボルト４４を挿通して締め付けることにより触媒装置５を熱交換器１０に取り付けることができる。
In order to attach the
上記のパイプ部材１１の他端１５（図１で下端）は対向する円筒状部材２１の内周と当接させないようにしている。つまり、円筒状部材２１によってパイプ部材１１の他端１５が支持されることがないようにしている。これは、次の理由による。すなわち、パイプ部材１１の一端であるフランジ部１３だけでなく、パイプ部材１１の他端１５をも円筒状部材２１に取り付けたときには、パイプ部材１１と円筒状部材２１との間の熱膨張率の差による熱応力が取り付け部に生じてしまう。そこで、パイプ部材１１の他端１５は円筒状部材２１に支持されることがないようにすることで、パイプ部材１１と円筒状部材２１との間の熱膨張率の差による熱応力が取り付け部に生じることがないようにしたものである。この結果、パイプ部材１１の他端１５と対向する円筒状部材２１との間にはリング状の隙間７１が生じている。
The other end 15 (the lower end in FIG. 1) of the pipe member 11 is not brought into contact with the inner circumference of the opposing
パイプ部材１１のうちフランジ部１３を形成した一端から排気を導入するので、排気はパイプ部材１１の内部（排気主流路３）を図１で上方から下方へと流れる（矢印参照）。排気主流路３を流れる排気の一部は、パイプ部材１１の他端１５と、パイプ部材１１に対向する円筒状部材２１との間のリング状隙間７１より、パイプ部材１１の外周１４と円筒状部材２１の内周（窪み部２４）との間に形成されて、バイパス通路７０の一部をなす第３部位としての円筒状の排気分流路７２（気体通路）へと分流して流れ込む。この排気分流路７２を流れる排気がパイプ部材１１の内部を流れる排気とは逆向きとなる。
Since exhaust is introduced from one end of the pipe member 11 where the
排気分流路７２を逆向きに流れる排気を後述する触媒７の下流へと導くため、窪み部２４から円筒状部材２１の円筒状外周７３へと径方向に貫通する第１貫通孔７４を円筒状部材２１の内部に設けている。すなわち、第１貫通孔７４の一端７４ａは窪み部２４に、他端７４ｂは円筒状部材２１の円筒状外周７３に開口している。
In order to guide the exhaust gas flowing in the reverse direction through the exhaust
円筒状部材２１のフランジ部４２及び触媒装置５のフランジ部６１には、これらフランジ部４２、６１を貫通する第２貫通孔７５を、上記第１貫通孔７４の他端７４ｂに近接して設けている。第２貫通孔７５の一端（図１で上端）にはステンレス製やＳＵＳ製の第１パイプ７６の一端を当接させ第２貫通孔７５の一端と第１パイプ７６の一端とが連通するようにする。第１パイプ７６の一端はボルト７７によってフランジ部４２に取り付ける。一方、第１パイプ７６の他端は第１貫通孔７４の他端７４ｂに当接させ第１パイプ７６の他端と第１貫通孔７４の他端７４ｂとが連通するようにする。第１パイプ７６の他端はボルト７８によって円筒状部材２１に取り付ける。
The
同様にして、第２貫通孔７５の他端（図１で下端）にステンレス製やＳＵＳ製の第２パイプ７９の一端（図１で上端）を当接させ第２貫通孔７５の他端と第２パイプ７９の一端とが連通するようにする。第２パイプ７９の一端は溶接によってフランジ部６１に取り付ける。一方、第２パイプ７９の他端（図１で下端）は触媒装置ケース６の下流側部分６ｃに設けた孔６ｄに当接させ第２パイプ７９の他端と下流側部分６ｃの内部とが孔６ｄを介して連通するようにする。第２パイプ７９の他端は溶接によって下流側部分６ｃに取り付ける。
Similarly, one end (upper end in FIG. 1) of the
触媒装置５は、白金等の触媒が担持されている円筒状のハニカム担体７（このハニカム担体を「触媒」という。）及びこれを被覆するケース６から構成される。ケース６の中央部分６ａが触媒７を被覆し、上流側部分６ｂ及び下流側部分６ｃは円錐状に形成され、その内部は空間になっている。
The
上記のリング状隙間７１、排気分流路７２、第１貫通孔７４、第１パイプ７６、第２貫通孔７５及び第２のパイプ７９は、バイパス通路７０を構成するものである。このバイパス通路７０によって、触媒７上流の排気主流路３を流れる排気の一部が、触媒７をバイパスして流れ、触媒７の下流の排気主流路３に合流する。
The ring-shaped
このバイパス通路７０の途中に第１バルブ８１を取り付ける。本実施形態では、後述するようにこの第１バルブ８１をバイパス通路７０を流れる排気（気体）の流量を調整可能な流量調整手段として用いる。
A
円筒状部材２１の内部には、パイプ部材１１の外周１４を取り囲むようにして円筒状のウォータジャケット２２（冷却水通路）が形成されている。このウォータジャケット２２には下方より上方に向けて、つまりパイプ部材１１の内部を流れる排気の流れと逆向きに冷却水を流すようにしている。
A cylindrical water jacket 22 (cooling water passage) is formed inside the
エンジンの冷間始動時に、流量調整手段としての第１バルブ８１を全開状態とし、触媒７上流の排気主流路３を流れる排気の一部を排気分流路７２に導いて流すことで、ウォータジャケット２２の冷却水と、排気分流路７２の排気との間で熱交換が行われる。つまり、排気の熱をウォータジャケット２２の冷却水に回収することができ、冷却水の温度が上昇する。この温度上昇した冷却水をエンジンに導くことでエンジンの暖機を促進することができる。
At the time of cold start of the engine, the
その一方で、排気の熱量が最大となるエンジンの高負荷時や高回転速度時（以下、これら２つの運転時をまとめて「高出力時」と称する。）には、ウォータジャケット２２の冷却水が沸騰気化することが考えられる。エンジンは液冷によって効率よく冷却するようにしているので、冷却水が沸騰気化したのでは、エンジンを効率よく冷却できなくなる。従って、エンジンの高出力時にはウォータジャケット２２の冷却水が回収する排気の熱量をエンジンの低中負荷時や低中回転速度時より低減する必要がある。
On the other hand, at the time of high engine load or high rotation speed at which the heat quantity of exhaust gas is maximum (hereinafter, these two operation times are collectively referred to as “high output”), the cooling water for the
ここで、ウォータジャケット２２の冷却水が回収する排気の熱量を低減するには、上記第１バルブ８１を全閉状態とし、排気分流路７２を排気が流れないようにすればよい。排気分流路７２を排気が流れなければ、パイプ部材１１の内部（排気主流路３）を流れる排気は隙間７１より排気分流路７２に入ることができずそのまま下流へと流れる。排気分流路７２では排気（気体）が滞留した状態となり、この状態では排気分流路７２が断熱層として働く。この断熱層はパイプ部材１１とウォータジャケット２２との間に形成されるので、パイプ部材１１の内部の排気からウォータジャケット２２内の冷却水への熱の伝導が抑制される。
Here, in order to reduce the heat quantity of the exhaust gas recovered by the cooling water of the
さらに詳述すると、排気分流路７２を排気が流れている状態ではウォータジャケット２２の冷却水と、パイプ部材１１内部の排気との間で強制対流による熱伝導が行われる。一方、排気分流路７２を排気が流れていない状態ではウォータジャケット２２の冷却水と、パイプ部材１１内部の排気との間で自然対流による熱伝導が行われる。これら強制対流による熱伝導と自然対流による熱伝導とを比較したとき、自然対流による熱伝導のほうが強制対流による熱伝導よりも熱を伝えにくく、冷却水が排気から受け取る熱量が減少する。つまり、第１バルブ８１を全閉状態とし、排気分流路７２を排気が流れないようにすれば、排気分流路７２が断熱層として働くこととなるのである。
More specifically, heat conduction by forced convection is performed between the cooling water of the
このようにウォータジャケット２２の冷却水が回収する排気の熱量をエンジンの運転条件に応じて制御するため、本実施形態では、第１バルブ８１を用いている。第１バルブ８１の開閉は、エンジンコントローラ８５によって行わせる。すなわち、エンジンの負荷と回転速度をパラメータとするエンジンの運転域を、例えばエンジンの高負荷域及び高回転速度域と、それ以外（エンジンの低中負荷域及び低中回転速度域）との２つに分割したマップをエンジンコントローラ８５に持たせておく。そして、エンジンコントローラ８５において、エンジンの負荷と回転速度を検出するセンサ８６、８７からの信号に基づいてエンジンの運転条件が、エンジンの高負荷域や高回転速度域にあるか否かを判定させる。エンジンの運転条件がエンジンの低中負荷域や低中回転速度域にあるときにはエンジンの高出力時にないと判断し第１バルブ８１に指令して全開状態とする。一方、エンジンの運転条件がエンジンの高負荷域や高回転速度域にあるときにはエンジンの高出力時にあると判断し第１バルブ８１に指令して全閉状態とする。
Thus, in order to control the calorie | heat amount of the exhaust_gas | exhaustion which the cooling water of the
この場合、第１バルブ８１を排気によって高温となる部位、つまりパイプ部材１１、円筒状部材２１、排気分流路７２に近接して設ける必要はない。第１バルブ８１はバイパス通路７０のうちの任意の位置に設けることができる。排気によって高温となる部位（パイプ部材１１、円筒状部材２１、排気分流路７２）から離して第１バルブ８１を設けるのであれば、第１バルブ８１に耐熱性が要求されることもないので、コストアップとなることもない。
In this case, it is not necessary to provide the
このように、本実施形態の熱交換器は、本体部分である熱交換器１０と第１バルブ８１とから構成され、熱交換器１０を構成するパイプ部材１１、円筒状部材２１及び排気分流路７２の全体はコンパクトにまとまっている。このため、パイプ部材１１、円筒状部材２１及び排気分流路７２の全体が長くなることがない。これによって、本体部分である熱交換器１０をエンジンルームに搭載する際にレイアウトが困難になることを避けることができる。
As described above, the heat exchanger according to the present embodiment includes the
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。 Here, the effect of this embodiment is demonstrated.
本実施形態では、エンジンからの排気を流す排気主流路３と、この排気主流路３を流れる排気を浄化する触媒７と、エンジンからの排気を導入するパイプ部材１１（第１部位）と、このパイプ部材１１の外周にあって冷却水を流すウォータジャケット２２（冷却水通路）を有する円筒状部材２１（第２部位）と、この円筒状部材２１とパイプ部材１１との間にあって排気（気体）を流す排気分流路７２（気体通路）と、排気分流路７２を流れる排気が触媒７の下流の排気主流路３に合流するバイパス通路７０と、このバイパス通路７０を開閉する第１バルブ８１（バイパス通路を流れる気体の流量を調整可能な流量調整手段）とを備えている。本実施形態によれば、第１バルブ８１（流量調整手段）がエンジンからの排気を導入するパイプ部材１１の近くになく、パイプ部材１１、円筒状部材２１及び排気分流路７２の全体が長くなることがないので、熱交換器１０をエンジンルームに搭載する際にレイアウトが困難になることを避けることができる。
In the present embodiment, an exhaust
本実施形態によれば、気体通路はパイプ部材１１（第１部位）に導入された排気から分流した排気を流す排気分流路７２であるので、外部から新たに気体を導入することが不要となり、簡素な構成で排気分流路７２を流れる排気の熱をウォータジャケット２２の冷却水に回収することができる。
According to the present embodiment, the gas passage is the
本実施形態によれば、ウォータジャケット２２（冷却水通路）を触媒装置５の上流側に設けるので、触媒７上流の排気主流路３を流れる排気の熱がウォータジャケット２２の冷却水に回収される分だけ第１バルブ８１（流量調整手段）に入る排気の温度が低減することから、第１バルブ８１に要求される耐熱性が厳しいものとならず、その分第１バルブ８１を簡素に構成することができる。
According to the present embodiment, since the water jacket 22 (cooling water passage) is provided on the upstream side of the
（第２実施形態）
図２は第２実施形態の排気通路１の概略構成図で、第１実施形態の図１と置き換わるものである。図１と同一部分には同一番号を付している。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the
近年、排気マニフォルド一体型のシリンダヘッドが出現している。この排気マニフォルド一体型のシリンダヘッドを有するエンジンでは、触媒の活性化を早めるため触媒装置５を排気マニフォルドに直接取り付けることを要求している。つまり、当該エンジンでは排気マニフォルドと触媒装置５の間に他の部品を挿入することはできない。
In recent years, an exhaust manifold integrated cylinder head has appeared. The engine having the cylinder head integrated with the exhaust manifold requires that the
そこで第２実施形態は、図２に示したように触媒装置５と排気管８の間に熱交換器１０を取り付ける。これによって、排気マニフォルド一体型のシリンダヘッドを有するエンジンに対しても本発明を適用できることとなる。熱交換器１０をさらに排気管８の下流側に設けてもかまわない。
Therefore, in the second embodiment, a
第２実施形態では、窪み部２４から円筒状部材２１の一端２３（図１で上端）へと貫通する第１貫通孔８２を円筒状部材２１の内部に設ける。さらに、この第１貫通孔８２の延長上にあって触媒装置５のもう一つのフランジ部６５及びガスケット３３を貫通する第２貫通孔８３を設ける。ステンレス製やＳＵＳ製の第３パイプ８４の一端（図１で上端）を触媒装置ケース６の上流側部分６ｂに設けた孔６ｅに当接させ第３パイプ８４の一端と上流側部分６ｂの内部とが孔６ｅを介して連通するようにする。第３パイプ８４の一端は溶接によって上流側部分６ｂに取り付ける。一方、第３パイプ８４の他端（図１で下端）は、第２貫通孔８３の一端（図１で上端）に当接させ第３パイプ８４の他端と貫通孔８３の一端とが連通するようにする。第３パイプ８４の他端は溶接によってフランジ部６５に取り付ける。
In the second embodiment, a first through
第２実施形態では、第３パイプ８４、第１、第２の貫通孔８２、８３、排気分流路７２及びリング状隙間７１がバイパス通路７０を構成する。このバイパス通路７０によって、触媒７上流の排気主流路３を流れる排気の一部が、触媒７をバイパスして流れ、触媒７の下流の排気主流路３に合流する。
In the second embodiment, the
このバイパス通路７０の途中に第１バルブ８１を取り付ける。第２実施形態でも、この第１バルブ８１をバイパス通路７０を流れる排気（気体）の流量を調整可能な流量調整手段として用いる。
A
エンジンの冷間始動時に、流量調整手段としての第１バルブ８１を全開状態とし、触媒７上流の排気主流路３を流れる排気の一部を排気分流路７２に導いて流す。これによって、ウォータジャケット２２の冷却水と、排気分流路７２の排気との間で熱交換が行われる。つまり、排気の熱をウォータジャケット２２の冷却水に回収することができ、冷却水の温度が上昇する。この温度上昇した冷却水をエンジンに導くことでエンジンの暖機を促進することができる。
At the time of cold start of the engine, the
一方、エンジンの高出力時には第１バルブ８１を全閉状態として触媒７上流の排気主流路３を流れる排気が排気分流路７２を流れないようする。排気分流路７２を排気が流れなければ排気分流路７２が断熱層として働くこととなり、ウォータジャケット２２の冷却水が沸騰することを抑制することができる。
On the other hand, when the engine output is high, the
第２実施形態によれば、エンジンからの排気を流す排気主流路３と、この排気主流路３を流れる排気を浄化する触媒７と、この触媒７を流れた後の排気を導入するパイプ部材１１（第１部位）と、このパイプ部材１１の外周にあって冷却水を流す冷却水通路２２を有する円筒状部材２１（第２部位）と、この円筒状部材２１とパイプ部材１１との間にあって排気（気体）を流す排気分流路７２（気体通路）と、触媒装置５の上流の排気主流路３から分岐して排気分流路７２に合流するバイパス通路７０と、このバイパス通路７０を開閉する第１バルブ８１（このバイパス通路を流れる気体の流量を調整可能な流量調整手段）とを備えるので、排気マニフォルド一体型のシリンダヘッドを有するエンジンなど、触媒７の上流が複雑な構造をしている場合であっても、第１バルブ８１がエンジンからの排気を導入するパイプ部材１１の近くになく、パイプ部材１１、円筒状部材２１及び排気分流路７２の全体が長くなることがないことから、熱交換器１０をエンジンルームに搭載する際にレイアウトが困難になることを避けることができる。
According to the second embodiment, the exhaust
第２実施形態によれば、気体通路はパイプ部材１１（第１部位）の下流側と連通する排気分流路７２であるので、外部から新たに気体を導入することが不要となり、簡素な構成で排気分流路７２を流れる排気の熱をウォータジャケット２２の冷却水に回収することができる。
According to the second embodiment, the gas passage is the
図３、図４は第１、第２の実施形態の排気通路１を簡単なモデル図で表現したものである。図３、図４に示したように、第１、第２の実施形態では、排気主流路３に触媒７を設けると共に、触媒７上流の排気主流路３から触媒７をバイパスして触媒７の下流の排気主流路３に合流するバイパス通路７０を設けている。ここでは、触媒７は流れの抵抗となるオリフィスとして表している。その際、ウォータジャケット２２と排気主流路３の間にバイパス通路７０（の一部を構成する排気分流路７２）が介在することとなる。以下の実施形態では、図３、図４に示したと同様の簡単なモデル図で説明する。
3 and 4 represent the
（第３実施形態）
図５は第３実施形態の排気通路１の簡単なモデル図、図６は第３実施形態の第２〜第４の各フェーズにおいて排気がどのように流れるかを示すモデル図である。なお、図５には第１フェーズにおいて排気がどのように流れるかを示している。第１実施形態の図３と同一部分には同一番号を付している。また、図７はエンジンの冷間始動からの制御方法を示すモデル図、図８はエンジンの冷間始動からの制御方法をまとめた表図である。図７において横軸は冷間始動タイミングからの経過時間である。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a simple model diagram of the
第３実施形態では、図３に示した第１実施形態の排気通路１を前提として、さらにバイパス通路７０から分岐する通路９１（排気還流通路）をエンジンの吸気通路、例えば吸気コレクタ９２に合流させる。ここで、バイパス通路７０の排気主流路３からの分岐点をＡ、バイパス通路７０の排気主流路３への合流点をＢ、分岐通路９１のバイパス通路７０からの分岐点をＣ、分岐通路９１の吸気コレクタ９２への合流点をＤとする。このとき、バイパス通路７０は、Ａ点からＣ点までのバイパス通路（この通路を、以下「上流側バイパス通路」という。）７０ａと、Ｃ点からＢ点までのバイパス通路（この通路を、以下「下流側バイパス通路」という。）７０ｂとからなっている。第３実施形態では、上流側、下流側の各バイパス通路７０ａ、７０ｂ及び分岐通路９１によって、排気分流路７２（気体通路）を流れる排気（気体）が触媒７下流の排気主流路３及び吸気コレクタ９２（吸気通路）に合流する二叉路通路１０１が構成されている。
In the third embodiment, on the premise of the
二叉路通路１０１を流れる排気の流量を制御するため、図５に示したように、第１バルブ１０２を上流側バイパス通路７０ａに、第２バルブ１０３を分岐通路９１に取り付ける。２つのバルブ１０２、１０３は、二叉路通路１０１を流れる排気（気体）の流量を調整可能な流量調整手段として用いる。各バルブ１０２、１０３は、開（全開状態）と閉（全閉状態）の２位置を採る単純なバルブである。尚、一部の実施形態で、２つのバルブ１０２、１０３は、単純な開閉弁として説明されているが、通過する排気流量を可変調節することができる流量制御弁を採用することができるのは当然である。この場合、第２バルブ１０３は、排気還流通路９１に設けられ、還流排気の量を直接的に制御可能な還流流量調整手段をなす。バイパス通路７０から分岐してエンジンの吸気通路９２に合流する排気還流通路９１と、排気還流通路９１を流れる排気の流量を調整可能な還流流量調整手段１０３と、を備えると、排気還流通路をバイパス通路から分岐することによって、排気還流が行なわれるときは、排気主流路の上流側からだけでなく下流側からも排気が取り込まれる。還流される排気の温度は所望の温度になっていることが望ましく、流量調整手段（第３部位の流量調整）と還流流量調整手段（排気還流通路の流量調整）とによって、排気還流通路の還流排気の流量と、第３部位を通過する排気と第３部位を通過しない排気との割合を調節することにより、所望の温度で所望の流量の還流排気をエンジンの吸気通路に導入することができる。冷却水等との熱交換で還流排気を冷却する公知の技術（所謂クールドＥＧＲ）において、冷却水流量の調節で還流排気温度を制御する場合、冷却水流量の変化に対する還流排気温度の変化は応答性が鈍いが、本発明によれば第３部位を通過する排気と第３部位を通過しない排気との割合を調節するので高い応答性が得られる。
In order to control the flow rate of the exhaust gas flowing through the two-
まず、エンジンの冷間始動時には触媒７を活性化させるともに、エンジンの暖機を完了させる必要がある。エンジンの暖機完了は触媒７の活性化のタイミングの後に訪れる。一方、エンジンの運転条件がＥＧＲ領域になるとＥＧＲを行う。エンジンの負荷と回転速度をパラメータとするマップ上に所定の領域としてＥＧＲ領域を定めている。エンジンの負荷と回転速度から定まる運転条件がＥＧＲ領域に属していればＥＧＲを行い、エンジンの負荷と回転速度から定まる運転条件がＥＧＲ領域に属していないときにはＥＧＲを行わない。
First, at the time of cold start of the engine, it is necessary to activate the
このため、エンジンコントローラ８５が実行する制御フェーズは図７、図８に示したように４つに分かれる。エンジンコントローラ８５では、図７、図８に示した制御フェーズに従って２つの各バルブ１０２、１０３を開閉する。
For this reason, the control phase executed by the
エンジンの冷間始動時からの第１フェーズは、触媒７をまず活性化するフェーズである。冷間始動時には２つのバルブ１０２、１０３をともに全閉状態に保持し、排気の全てを排気主流路３に流し、触媒７の活性化を図る（図５参照）。やがて図７においてｔ１のタイミングで触媒７が活性化したとき、第１フェーズが終了し第２フェーズに移る。
The first phase from the cold start of the engine is a phase in which the
第２から第４までのフェーズは触媒活性化後のフェーズで、基本的には排気の熱を冷却水に回収するフェーズとなる。ここで実行すべきことは、まず第１にエンジンの暖機を促進することである。このため、第２フェーズでは、第２バルブ１０３は全閉状態とし、第１バルブ１０２を全開状態とする。これによって、触媒７上流の排気主流路３を流れる排気の一部をバイパス通路７０ａ、７０ｂに流し、排気の熱をウォータジャケット２２の冷却水に回収し、エンジンの暖機を促進する（図６（Ａ）参照）。すなわち、第２フェーズは、排気の熱をウォータジャケット２２内の冷却水回収するものの、ＥＧＲはまだ開始しないフェーズとなる。やがて図７においてｔ２のタイミングで冷却水温がＥＧＲ開始水温に到達したとき、第２フェーズが終了する。
The second to fourth phases are phases after the activation of the catalyst, and are basically phases in which the heat of the exhaust is recovered in the cooling water. The first thing to do here is to promote engine warm-up. Therefore, in the second phase, the
ここで、「ＥＧＲ開始水温」は次のようにして定まっている。すなわち、ＥＧＲ領域における低負荷側でＥＧＲを実行する目的は、吸入空気よりも高温のＥＧＲガスを燃焼室に導入することで、燃焼温度の低下を抑制して燃焼を安定させることにある。始動後まもないタイミングで低温のＥＧＲガスを燃焼室に導入したのでは、却って燃焼を不安定にしてしまうのである。ということは、ＥＧＲガス温度がある程度高くなるのを待つ必要があるということである。言い換えると、燃焼温度の低下を抑制し得るＥＧＲガス温度範囲のうちの最低温度が定まる。ＥＧＲガス温度がこの最低温度にまで到達すれば、ＥＧＲを行うことができることとなる。ＥＧＲガス温度と冷却水温とは密接に関連するので、上記ＥＧＲガス温度の最低温度に対応して、燃焼温度の低下を抑制し得る冷却水温の最低温度が定まる。冷却水温がこの最低温度未満であれば、ＥＧＲガスを導入しても燃焼温度の低下を抑制し得ず、冷却水温がこの最低温度以上となればＥＧＲガスの導入によって燃焼温度の低下を抑制することができる。従って、冷却水温がこの最低温度になったときにＥＧＲを開始できることとなる。この最低温度が「ＥＧＲ開始水温」である。「ＥＧＲ開始水温」は適合により設定することになるが、一般的にはエンジンが暖機を完了するときの冷却水温より低い温度である。 Here, the “EGR start water temperature” is determined as follows. That is, the purpose of executing EGR on the low load side in the EGR region is to introduce an EGR gas having a temperature higher than that of the intake air into the combustion chamber, thereby suppressing combustion temperature reduction and stabilizing combustion. If low-temperature EGR gas is introduced into the combustion chamber at a short time after start-up, the combustion becomes unstable instead. This means that it is necessary to wait for the EGR gas temperature to rise to some extent. In other words, the lowest temperature in the EGR gas temperature range that can suppress the decrease in the combustion temperature is determined. If the EGR gas temperature reaches this minimum temperature, EGR can be performed. Since the EGR gas temperature and the cooling water temperature are closely related, the minimum cooling water temperature that can suppress the decrease in the combustion temperature is determined corresponding to the minimum temperature of the EGR gas temperature. If the cooling water temperature is less than this minimum temperature, the reduction in the combustion temperature cannot be suppressed even if EGR gas is introduced, and if the cooling water temperature exceeds the minimum temperature, the reduction in the combustion temperature is suppressed by the introduction of EGR gas. be able to. Therefore, EGR can be started when the cooling water temperature reaches this minimum temperature. This minimum temperature is the “EGR start water temperature”. The “EGR start water temperature” is set by conformity, but is generally a temperature lower than the cooling water temperature when the engine completes warming up.
ここでは、ＥＧＲを行うか否かの判定を冷却水温に依存させているが、これはエンジンには必ずといってよいほど水温センサを備えており、この水温センサにより実際の冷却水温を容易に知り得るためである。このため、分岐通路９１にＥＧＲガスの温度を検出する温度センサを設け、この温度センサからの信号に基づいてＥＧＲを行うか否かの判定を行わせてもかまわない。
Here, the determination of whether or not to perform EGR is made dependent on the cooling water temperature. However, the engine is equipped with a water temperature sensor, which makes it easy to determine the actual cooling water temperature. To get to know. For this reason, a temperature sensor that detects the temperature of the EGR gas may be provided in the
第３フェーズは、ＥＧＲ領域における低負荷側でＥＧＲを実行するフェーズである。第３フェーズでは、第１バルブ１０２は全閉状態とし、第２バルブ１０２を全開状態とする。これによって、触媒７上流の排気主流路３を流れる排気の一部（つまりＥＧＲガス）を下流側バイパス通路７０ｂから分岐通路９１へと流し、吸気コレクタ９２に導入する（図６（Ｂ）参照）。ＥＧＲ領域における低負荷側では燃やす燃料が少ないために燃焼温度が低下しがちな傾向にあるが、吸入空気よりも高温のＥＧＲガスを燃焼室に導入することで、燃焼温度の低下を抑制して燃焼を安定させることができる。
The third phase is a phase in which EGR is executed on the low load side in the EGR region. In the third phase, the
第４フェーズは、ＥＧＲ領域における高負荷側で排気の熱をウォータジャケット２２内の冷却水に回収しつつ、ＥＧＲを実行するフェーズである。第４フェーズでは、２つのバルブ１０２、１０３をともに全開状態とする。これによって、触媒７上流の排気主流路３を流れる排気の一部（ＥＧＲガス）を上流側バイパス通路７０ａから分岐通路９１へと流し排気の熱をウォータジャケット２２の冷却水に回収してエンジンの暖機を促進する（図６（Ｃ）参照）。
The fourth phase is a phase in which EGR is performed while collecting the heat of the exhaust gas in the cooling water in the
また、触媒７上流の排気主流路３を流れる排気の一部（ＥＧＲガス）を吸気コレクタ９２に導入する（図６（Ｃ）参照）。かつ触媒７下流の排気主流路３を流れる排気の一部（ＥＧＲガス）を下流側バイパス通路７０ｂから分岐通路９１へと流し吸気コクレタ９２に導入する（図６（Ｃ）参照）。ＥＧＲ領域における高負荷側では燃やす燃料が多いために燃焼温度が上昇してノックが生じがちの傾向にあるが、不活性ガスであるＥＧＲガスを導入することで、燃焼温度の上昇を抑えることが可能となり、ノックを抑制することができる。
Further, a part of the exhaust gas (EGR gas) flowing through the exhaust
なお、図８の最下欄には高外気温時（外気温が相対的に高い場合）または高出力時（エンジンの出力が相対的に高くなった場合）を記載している。すなわち、高外気温時または高出力時には、第１、第２のバルブ５、７を全閉状態としてバイパス通路７０に排気が流れないようにし、排気の熱をウォータジャケット２２の冷却水に回収させないようにする。これは、高外気温時または高出力時にはエンジンの冷却水が沸騰することが考えられるためである。
The bottom column of FIG. 8 describes the time of high outside air temperature (when the outside air temperature is relatively high) or the time of high output (when the engine output is relatively high). That is, at the time of high outside air temperature or high output, the first and
第３実施形態によれば、エンジンからの排気を流す排気主流路３と、この排気主流路３を流れる排気を浄化する触媒７と、エンジンからの排気を導入するパイプ部材１１（第１部位）と、このパイプ部材１１の外周にあって冷却水を流す冷却水通路２２を有する円筒状部材２１（第２部位）と、この円筒状部材２１とパイプ部材１１との間にあって排気（気体）を流す排気分流路７２（気体通路）と、排気分流路７２を流れる排気（気体）が触媒７の下流の排気主流路３及び吸気コレクタ９２（吸気通路）に合流する二叉路通路１０１と、この二叉路通路１０１を流れる気体の流量を調整可能な流量調整手段（１０２、１０３）とを備えるので、流量調整手段（１０２、１０３）がエンジンからの排気を導入するパイプ部材１１の近くになく、パイプ部材１１、円筒状部材２１及び排気分流路７２の全体が長くなることがないことから、熱交換器１０をエンジンルームに搭載する際にレイアウトが困難になることを避けることができるとともに、ＥＧＲを行わせることができる。
According to the third embodiment, the exhaust
第３実施形態によれば、気体通路はパイプ部材１１（第１部位）に導入された排気から分流した排気を流す排気分流路７２であるので、外部から新たに気体を導入することが不要となり、簡素な構成で排気分流路７２を流れる排気の熱をウォータジャケット２２の冷却水に回収することができる。
According to the third embodiment, since the gas passage is the exhaust
第３実施形態によれば、二叉路通路１０１を、排気分流路７２を流れる排気が触媒７の下流の排気主流路３に合流するバイパス通路７０と、このバイパス通路７０から分岐して吸気コレクタ９２（吸気通路）に合流する分岐通路９１とで構成し、流量調整手段を、バイパス通路７０に設けた第１バルブ１０２と、分岐通路９１に設けた第２バルブ１０３とで構成する場合に、エンジンの冷却水温がＥＧＲ開始水温に到達する前には第１バルブ１０２を全開状態とする（開く）とともに第２バルブ１０３を全閉状態とし（閉じ）、エンジンの冷却水温がＥＧＲ開始水温に到達した後には第２バルブ１０３を全開状態とする（開く）。冷却水温がＥＧＲ開始水温に到達する前にはバイパス通路７０に排気を流すとともにＥＧＲガスを吸気コレクタ９２に導入しないことで、排気の熱をウォータジャケット２２（冷却水通路）の冷却水に回収することができ、かつＥＧＲを行わないことで、ＥＧＲ開始水温以下の低水温時にＥＧＲガスを導入することによる燃焼の不安定を防止できるのである。一方、冷却水温がＥＧＲ開始水温に到達した後には分岐通路９１に排気を流すことで、ＥＧＲを行わせ、これによって燃焼温度の低下を抑制して燃焼を安定させることができる。
According to the third embodiment, the two-
第３実施形態によれば、高出力時（エンジンの出力が相対的に高くなった場合）または高外気温時（外気温が相対的に高い場合）に、２つのバルブ１０２、１０３を全閉状態とするので、熱交換を抑制することができる。
According to the third embodiment, the two
（第４実施形態）
図９は第４実施形態の排気通路１の簡単なモデル図、図１０は第４実施形態の第２〜第４の各フェーズにおいて排気がどのように流れるかを示すモデル図である。なお、図９には第１フェーズにおいて排気がどのように流れるかを示している。また、図１１は第４実施形態のタイミングチャート、図１２は第４実施形態のエンジンの冷間始動からの制御方法をまとめた表図である。第３実施形態の図５〜図８と同一部分には同一番号を付している。
(Fourth embodiment)
FIG. 9 is a simple model diagram of the
第４実施形態では、第３実施形態と第１バルブ１０２の取り付け位置が相違する。すなわち、第４実施形態では、二叉路通路１０１を流れる排気の流量を制御するため、図９に示したように、第１バルブ１０２を下流側バイパス通路７０ｂに、第２バルブ１０３を分岐通路９１に取り付ける。２つのバルブ１０２、１０３は、二叉路通路１０１を流れる排気（気体）の流量を調整可能な流量調整手段として用いる。ここでも各バルブ１０２、１０３は、開（全開状態）と閉（全閉状態）の２位置を採る単純なバルブである。
In the fourth embodiment, the mounting position of the
エンジンコントローラ８５が実行する制御フェーズは図１１、図１２に示したように４つに分かれる。エンジンコントローラ８５では、図１１、図１２に示した制御フェーズに従って２つの各バルブ１０２、１０３を開閉する。
The control phase executed by the
各フェーズの内容は第３実施形態と同様である。エンジンの冷間始動時からの第１フェーズでは２つのバルブ１０２、１０３をともに全閉状態に保持し、排気の全てを排気主流路３に流し、触媒７の活性化を図る（図９参照）。やがて図１１においてｔ１のタイミングで触媒７が活性化したとき、第１フェーズが終了し第２フェーズに移る。
The contents of each phase are the same as in the third embodiment. In the first phase from the cold start of the engine, the two
第２フェーズでは、第２バルブ１０３は全閉状態とし、第１バルブ１０２を全開状態とする。これによって、触媒７上流の排気主流路３を流れる排気の一部をバイパス通路７０ａ、７０ｂに流し、排気の熱をウォータジャケット２２の冷却水に回収し、エンジンの暖機を促進する（図１０（Ａ）参照）。第２フェーズは、排気の熱をウォータジャケット２２内の冷却水回収するものの、ＥＧＲはまだ開始しないフェーズとなる。やがて図１１においてｔ２のタイミングで冷却水温がＥＧＲ開始水温に到達したとき、第２フェーズが終了する。
In the second phase, the
第３フェーズでは、第１バルブ１０２は全閉状態とし、第２バルブ１０２を全開状態とする。これによって、触媒７上流の排気主流路３を流れる排気の一部（ＥＧＲガス）を上流側バイパス通路７０ａから分岐通路９１へと流し、吸気コレクタ９２に導入する（図１０（Ｂ）参照）。ＥＧＲ領域における低負荷側では燃やす燃料が少ないために燃焼温度が低下しがちな傾向にあるが、吸入空気よりも高温のＥＧＲガスを燃焼室に導入することで、燃焼温度の低下を抑制して燃焼を安定させることができる。
In the third phase, the
第３フェーズの内容は第３実施形態と少しだけ相違している。すなわち、第３実施形態では、第３フェーズで第１バルブ１０２を全閉状態としたとき、触媒７上流の排気主流路を流れる排気の一部が上流側バイパス通路７０ａに流れず（図６（Ｂ）参照）、排気の熱をウォータジャケット２２の冷却水に回収できない。これに対して、第４実施形態では、第３フェーズにおいても触媒７上流の排気主流路を流れる排気の一部が上流側バイパス通路７０ａに流れるので（図１０（Ｂ）参照）、排気の熱をウォータジャケット２２の冷却水に回収できる。
The contents of the third phase are slightly different from the third embodiment. That is, in the third embodiment, when the
第４フェーズでは、２つのバルブ１０２、１０３をともに全開状態とする。これによって、触媒７上流の排気主流路を流れる排気の一部（ＥＧＲガス）を上流側バイパス通路７０ａから分岐通路９１へと流し排気の熱をウォータジャケット２２の冷却水に回収してエンジンの暖機を促進する（図１０（Ｃ）参照）。
In the fourth phase, the two
また、触媒７上流の排気主流路３を流れる排気の一部（ＥＧＲガス）を吸気コレクタ９２に導入する（図６（Ｃ）参照）。かつ、触媒７下流の排気主流路３を流れる排気の一部（ＥＧＲガス）を下流側バイパス通路７０ｂから分岐通路９１へと流し吸気コクレタ９２に導入する（図６（Ｃ）参照）。ＥＧＲ領域における高負荷側では燃やす燃料が多いために燃焼温度が上昇してノックが生じがちの傾向にあるが、不活性ガスであるＥＧＲガスを導入することで、燃焼温度の上昇を抑えることが可能となり、ノックを抑制することができる。
Further, a part of the exhaust gas (EGR gas) flowing through the exhaust
第４実施形態によれば、エンジンからの排気を流す排気主流路３と、この排気主流路３を流れる排気を浄化する触媒７と、エンジンからの排気を導入するパイプ部材１１（第１部位）と、このパイプ部材１１の外周にあって冷却水を流す冷却水通路２２を有する円筒状部材２１（第２部位）と、この円筒状部材２１とパイプ部材１１との間にあって排気（気体）を流す排気分流路７２（気体通路）と、排気分流路７２を流れる排気（気体）が触媒７の下流の排気主流路３及び吸気コレクタ９２（吸気通路）に合流する二叉路通路１０１と、この二叉路通路１０１を流れる気体の流量を調整可能な流量調整手段（１０２、１０３）とを備えるので、流量調整手段（１０２、１０３）がエンジンからの排気を導入するパイプ部材１１の近くになく、パイプ部材１１、円筒状部材２１及び排気分流路７２の全体が長くなることがないことから、熱交換器１０をエンジンルームに搭載する際にレイアウトが困難になることを避けることができるとともに、ＥＧＲを行わせることができる。
According to the fourth embodiment, the exhaust
第４実施形態によれば、気体通路はパイプ部材１１（第１部位）に導入された排気から分流した排気を流す排気分流路７２であるので、外部から新たに気体を導入することが不要となり、簡素な構成で排気分流路７２を流れる排気の熱をウォータジャケット２２の冷却水に回収することができる。
According to the fourth embodiment, the gas passage is the exhaust
第４実施形態によれば、二叉路通路１０１を、排気分流路７２を流れる排気が触媒７の下流の排気主流路３に合流するバイパス通路７０と、このバイパス通路７０から分岐して吸気コレクタ９２（吸気通路）に合流する分岐通路９１とで構成し、流量調整手段を、バイパス通路７０に設けた第１バルブ１０２と、分岐通路９１に設けた第２バルブ１０３とで構成する場合に、エンジンの冷却水温がＥＧＲ開始水温に到達する前には第１バルブ１０２を全開状態とする（開く）とともに第２バルブ１０３を全閉状態とし（閉じ）、エンジンの冷却水温がＥＧＲ開始水温に到達した後には第２バルブ１０３を全開状態とする（開く）。冷却水温がＥＧＲ開始水温に到達する前にはバイパス通路７０に排気を流すとともにＥＧＲガスを吸気コレクタ９２に導入しないことで、排気の熱をウォータジャケット２２（冷却水通路）の冷却水に回収することができかつＥＧＲを行わないことで、ＥＧＲ開始水温以下の低水温時にＥＧＲガスを導入することによる燃焼の不安定を防止できるのである。一方、冷却水温がＥＧＲ開始水温に到達した後には分岐通路９１に排気を流すことで、ＥＧＲを行わせ、これによって燃焼温度の低下を抑制して燃焼を安定させることができる。
According to the fourth embodiment, the two-
第４実施形態によれば、高出力時（エンジンの出力が相対的に高くなった場合）または高外気温時（外気温が相対的に高い場合）に、２つのバルブ１０２、１０３を全閉状態とするので、熱交換を抑制することができる。
According to the fourth embodiment, the two
このように、第４実施形態によれば、第３実施形態と同様の作用効果を奏する。 Thus, according to 4th Embodiment, there exists an effect similar to 3rd Embodiment.
（第５実施形態）
図１３は第５実施形態の排気通路１の簡単なモデル図、図１４は第５実施形態の第３、第４の各フェーズにおいて排気がどのように流れるかを示すモデル図である。なお、図１３には第１フェーズにおいて排気がどのように流れるかを示している。また、図１５は第５実施形態のタイミングチャート、図１６は第５実施形態のエンジンの冷間始動からの制御方法をまとめた表図である。第３実施形態の図５〜図８と同一部分には同一番号を付している。
(Fifth embodiment)
FIG. 13 is a simple model diagram of the
第５実施形態では、第３実施形態と第２バルブ１０４の取り付け位置が相違する。すなわち、第５実施形態では、二叉路通路１０１を流れる排気の流量を制御するため、図１３に示したように、第１バルブ１０２を上流側バイパス通路７０ａに、第２バルブ１０４を下流側バイパス通路７０ｂに取り付ける。２つのバルブ１０２、１０３は、二叉路通路１０１を流れる排気（気体）の流量を調整可能な流量調整手段として用いる。ここでも２つの各バルブ１０２、１０４は、開（全開状態）と閉（全閉状態）の２位置を採る単純なバルブである。
In the fifth embodiment, the mounting position of the
エンジンコントローラ８５が実行する制御フェーズは図１５、図１６に示したように３つに分かれる。エンジンコントローラ８５では、図１５、図１６に示した制御フェーズに従って２つの各バルブ１０２、１０４を開閉する。
The control phase executed by the
第５実施形態では、第３、第４実施形態にある第２フェーズを実現できないものの、その代わりに第３フェーズを２つの態様で実現することができる。ここで、第３フェーズの２つの態様を態様１、態様２で区別すると、態様１の場合には図１５上段に示したように、第３フェーズで第１バルブ１０２を全開状態とし、第２バルブ１０４を全閉状態とすることとなる。このとき、触媒７上流の排気主流路３を流れる排気の一部が上流側バイパス通路７０ａ、分岐通路９１を流れて吸気コレクタ９２に合流する（図１４（Ａ）参照）。一方、態様２の場合には図１５下段に示したように、第３フェーズで第１バルブ１０２を全閉状態とし第２バルブ１０４を全開状態とすることとなる。このとき、触媒７下流の排気主流路３を流れる排気の一部が下流側バイパス通路７０ｂ、分岐通路９１を流れて吸気コレクタ９２に合流する（図１４（Ｂ）参照）。このように、態様１、態様２のいずれにおいても、ＥＧＲ領域での低負荷側で実行する第３フェーズを実現できる。
In the fifth embodiment, the second phase in the third and fourth embodiments cannot be realized, but the third phase can be realized in two modes instead. Here, when the two aspects of the third phase are distinguished by the
また、いずれの態様においても図１５上段、下段に示したように、２つのバルブ１０２、１０４を全開状態とすることで、ＥＧＲ領域での高負荷側で実行する第４フェーズを実現できる（図１４（Ｃ）参照）。
Further, in any aspect, as shown in the upper and lower stages of FIG. 15, the fourth phase executed on the high load side in the EGR region can be realized by fully opening the two
第５実施形態によれば、第１、第３、第４の各フェーズで第３、第４の実施形態の作用効果と同様の作用効果を奏する。 According to 5th Embodiment, there exists an effect similar to the effect of 3rd, 4th embodiment in each 1st, 3rd, 4th phase.
（第６実施形態）
図１７は第６実施形態の排気通路１の簡単なモデル図、図１８は第６実施形態の第２〜第４の各フェーズにおいて排気がどのように流れるかを示すモデル図である。なお、図１７には第１フェーズにおいて排気がどのように流れるかを示している。また、図１９は第６実施形態のタイミングチャート、図２０は第６実施形態のエンジンの冷間始動からの制御方法をまとめた表図である。第３実施形態の図５〜図８と同一部分には同一番号を付している。
(Sixth embodiment)
FIG. 17 is a simple model diagram of the
第６実施形態は、第３実施形態の排気通路１を前提として、さらに図１７に示したようにＢ点より下流の排気主流路３に第２の触媒装置９を設けているものである。第２の触媒装置９の構成は第３実施形態の触媒装置５と同様である。すなわち、図１７の下方に示したように、白金等の触媒が担持されている円筒状のハニカム担体１１１（このハニカム担体を「触媒」という。）及びこれを被覆するケース１０から構成される。ケース１０の中央部分１０ａが触媒１１１を被覆し、上流側部分１０ｂ及び下流側部分１０ｃは円錐状に形成され、その内部は空間になっている。図１７の簡単なモデル図では触媒１１１も流れの抵抗となるオリフィスとして表している。この場合、一方の触媒７は排気マニフォルドに近接して、他方の触媒１１１は車両の床下に設けられるので、第６実施形態においては一方の触媒７を「マニ触媒」、他方の触媒１１１を「床下触媒」ということとする。なお、図１８では床下触媒１１１は省略して示していない。
In the sixth embodiment, on the premise of the
エンジンコントローラ８５が実行する制御フェーズは図１９、図２０に示したように５つに分かれている。エンジンコントローラ８５では、図１９、図２０に示した制御フェーズに従って２つの各バルブ１０２、１０３を開閉する。
The control phase executed by the
まず、エンジンの冷間始動時には２つの触媒７、１１１を活性化させるとともに、エンジンの暖機を完了させる必要がある。２つの触媒７、１１１はエンジンの排気ポートからの距離が異なるので、活性化のタイミングが異なり、床下触媒１１１のほうが活性化のタイミングが遅れる。また、エンジンの暖機完了のタイミングは２つの触媒７、１１１の活性化のタイミングの後に訪れる。一方、エンジンの運転条件がＥＧＲ領域になるとＥＧＲを行う。このため、制御フェーズは第１フェーズが第１フェーズ前半と第１フェーズ後半とに分かれるため、第３実施形態よりも一つ多くなり合計で５つに分かれることとなる。
First, at the time of cold start of the engine, it is necessary to activate the two
エンジンの冷間始動時からの第１フェーズ前半は、マニ触媒７をまず活性化するフェーズである。冷間始動時には２つのバルブ１０２、１０３をともに全閉状態に保持し、排気の全てを排気主流路３に流し、マニ触媒７の活性化を図る（図１７参照）。やがて図１９においてｔ２１のタイミングでマニ触媒７が活性化したとき、第１フェーズ前半が終了し第１フェーズ後半に移る。
The first half of the first phase from the cold start of the engine is a phase in which the
第１フェーズ後半は、床下触媒１１１が活性化するまでの間、既に活性化したマニ触媒７により排気を浄化するフェーズである。第２フェーズにおいても２つのバルブ１０２、１０３をともに全閉状態に保持し、排気の全てを排気主流路３に流す（図１７参照）。やがて図１９においてｔ１のタイミングで床下触媒１１１が活性化したとき、第１フェーズ後半が終了する。
The second half of the first phase is a phase in which exhaust is purified by the already activated
第２から第４までのフェーズは触媒活性化後のフェーズで、基本的には排気の熱を冷却水に回収するフェーズとなる。これらフェーズ２〜４の内容は第３実施形態のフェーズ２〜４の内容と同様である。すなわち、ここで実行すべきことは、まず第１にエンジンの暖機を促進することである。このため、第２フェーズでは、第２バルブ１０３は全閉状態とし、第１バルブ１０２を全開状態とする。これによって、マニ触媒７上流の排気主流路３を流れる排気の一部をバイパス通路７０ａ、７０ｂに流し、排気の熱をウォータジャケット２２の冷却水に回収し、エンジンの暖機を促進する（図１８（Ａ）参照）。第２フェーズは、排気の熱をウォータジャケット２２内の冷却水回収するものの、まだＥＧＲは実行しないフェーズとなる。やがて図１９においてｔ２のタイミングで冷却水温がＥＧＲ開始水温に到達したとき、第２フェーズが終了する。
The second to fourth phases are phases after the activation of the catalyst, and are basically phases in which the heat of the exhaust is recovered in the cooling water. The contents of these
第３フェーズは、ＥＧＲ領域における低負荷側でＥＧＲを実行するフェーズである。第３フェーズでは、第１バルブ１０２は全閉状態とし、第２バルブ１０２を全開状態とする。これによって、マニ触媒５下流の排気主流路３を流れる排気の一部（ＥＧＲガス）を下流側バイパス通路７０ｂから分岐通路９１へと流し、吸気コレクタ９２に導入する（図１８（Ｂ）参照）。ＥＧＲ領域における低負荷側では燃やす燃料が少ないために燃焼温度が低下しがちの傾向にあるが、吸入空気よりも高温のＥＧＲガスを燃焼室に導入することで、燃焼温度の低下を抑制して燃焼を安定させることができる。
The third phase is a phase in which EGR is executed on the low load side in the EGR region. In the third phase, the
第４フェーズは、ＥＧＲ領域における高負荷側で排気の熱をウォータジャケット２２内の冷却水に回収しつつ、ＥＧＲを実行するフェーズである。第４フェーズでは、２つのバルブ１０２、１０３をともに全開状態とする。これによって、マニ触媒５上流の排気主流路を流れる排気の一部を上流側バイパス通路７０ａから分岐通路９１へと流し排気の熱をウォータジャケット２２の冷却水に回収してエンジンの暖機を促進する（図１８（Ｃ）参照）。
The fourth phase is a phase in which EGR is performed while collecting the heat of the exhaust gas in the cooling water in the
また、マニ触媒７上流の排気主流路３を流れる排気の一部（ＥＧＲガス）を吸気コレクタ９２に導入する（図１８（Ｃ）参照）。かつ、マニ触媒７下流の排気主流路３を流れる排気の一部（ＥＧＲガス）を下流側バイパス通路７０ｂから分岐通路９１へと流し吸気コクレタ９２に導入する（図１８（Ｃ）参照）。ＥＧＲ領域における高負荷側では、燃やす燃料が多いために燃焼温度が上昇してノックが生じがちの傾向にあるが、不活性ガスであるＥＧＲガスを導入することで、燃焼温度の上昇を抑えることが可能となり、ノックを抑制することができる。
Further, a part of the exhaust gas (EGR gas) flowing through the exhaust
なお、図２０の最下欄に示したように、高外気温時または高出力時には、第１、第２のバルブ５、７を全閉状態として、バイパス通路７０に排気が流れないようにし、排気の熱をウォータジャケット２２の冷却水に回収させないようにする。これは、高外気温時または高出力時にはエンジンの冷却水が沸騰することが考えられるためである。
As shown in the bottom column of FIG. 20, at the time of high outside air temperature or high output, the first and
第６実施形態によれば、、二叉路通路１０１の排気主流路３への合流部（Ｂ点）の下流に床下触媒１１１（第２の触媒）を備えている場合であっても、第３実施形態の作用効果と同様の作用効果を奏する。
According to the sixth embodiment, even if the underfloor catalyst 111 (second catalyst) is provided downstream of the junction (point B) of the two-
さらに、第６実施形態によれば、二叉路通路１０１の排気主流路３への合流部（Ｂ点）の下流に床下触媒１１１（第２の触媒）を備え、エンジンの冷間始動時には、２つのバルブ１０２、１０３を全閉状態とし、床下触媒１１１が活性化を完了した後に第１バルブ１０２を開くので（図２０の第１フェーズ後半、第２フェーズ参照）、エンジンの冷間始動直後の良好な排気性能を確保することができる。
Furthermore, according to the sixth embodiment, the underfloor catalyst 111 (second catalyst) is provided downstream of the junction (point B) of the two-
（第７実施形態）
図２１は第７実施形態の排気通路１の簡単なモデル図である。第３実施形態の図５と同一部分には同一番号を付している。
(Seventh embodiment)
FIG. 21 is a simple model diagram of the
上記第３〜第５の実施形態の各バルブ１０２、１０３、１０４は、開（全開状態）と閉（全閉状態）の２位置を採る単純なバルブであった。一方、第７実施形態は、開口面積（あるいは開度）を連続的に（あるいは段階的に）調整し得るバルブを第１バルブ１０２’として用いるものである。すなわち、第７実施形態では、上流側バイパス通路７０ａに開口面積（あるいは開度）を連続的に（あるいは段階的に）調整し得る第１バルブ１０２’を設けるとともに、上流側バイパス通路７０ａの通路径を下流側バイパス通路７０ｂの通路径より大きくする。そして、エンジンコントローラ８５からの指令により、ＥＧＲ領域においてエンジンの負荷が増大するに従って第１バルブ１０２’の開口面積を小さくする。
Each of the
エンジンコントローラ８５からの指令により、例えばＥＧＲ領域での低負荷側において第１バルブ１０２’の開口面積をＥＧＲ領域での高負荷側より相対的に大きくしたとき、図２２の上段に示したように二叉路通路１０１を排気が流れる。すなわち、触媒７上流側の排気が相対的に多く上流側バイパス通路７０ａを流れ、触媒７下流側の排気が相対的に少なく下流側バイパス通路７０ｂを流れてＣ点で合流する。合流した排気は、分岐通路９１を流れた後に吸気コレクタ９２に導入される。
For example, when the opening area of the
一方、エンジンコントローラ８５からの指令により、ＥＧＲ領域での高負荷側において第１バルブ１０２’の開口面積をＥＧＲ領域での低負荷側より相対的に小さくしたとき、図２２下段に示したように二叉路通路１０１を排気が流れる。すなわち、触媒７下流側の排気が相対的に多く下流側バイパス通路７０ｂを流れ、触媒７上流側の排気が相対的に少なく上流側バイパス通路７０ａを流れてＣ点で合流する。合流した排気は、分岐通路９１を流れた後に吸気コレクタ９２に導入される。
On the other hand, when the opening area of the first valve 102 'is relatively smaller on the high load side in the EGR region than on the low load side in the EGR region, as shown in the lower part of FIG. Exhaust gas flows through the two-
このように、ＥＧＲ領域での低負荷側において触媒７上流側の排気を相対的に多く（あるいは主に）、ＥＧＲ領域での高負荷側になると触媒７下流側の排気を相対的に多く（あるいは主に）吸気コレクタ９２に導くようにしたのは次の理由による。ＥＧＲ領域の低負荷側では不安定な燃焼状態を改善するため比較的高温のＥＧＲガスを吸気コレクタ９２（吸気通路）に導入して燃料温度を高め燃焼を安定させるすることが要求される。これに対して、ＥＧＲ領域の高負荷側ではノック対策のため不活性ガスであるＥＧＲガスを吸気コレクタ９２に導入して燃焼温度が高くなり過ぎないようにしノックの発生を防止することが要求される。一方、ＥＧＲ領域において低負荷側から高負荷側へと移行する加速時を考えると、触媒７前後で排気の温度が大きく相違することとなる事態が生じる。すなわち、過渡的に高負荷側に移行したときには、触媒７の上流で応答良く排気温度が高くなっても、触媒７の昇温に排気の熱が奪われるため、触媒７下流の排気の温度は、直ぐには上昇せず遅れて上昇する。つまり、触媒７の昇温遅れがある期間において触媒７の上流で相対的に高温側の排気となり、触媒７の下流で相対的に低温側の排気が得られる。従って、ＥＧＲ領域において過渡的に高負荷側に移行する加速時に触媒７下流の相対的に低温側の排気を吸気コレクタ９２に相対的に多く導入してやれば加速直後のノックを抑制することが可能となる。
In this way, the exhaust on the upstream side of the
そこで、ＥＧＲ領域での低負荷側においては低負荷状態での燃焼を安定させるため、触媒７上流側の排気（相対的に高温側の排気）をＥＧＲガスとして相対的に多く吸気コレクタ９２に導入するのである。一方、ＥＧＲ領域での高負荷側においては燃焼温度が上昇するのを抑えてノックの発生を抑制するため、触媒７下流側の排気（相対的に低温側の排気）をＥＧＲガスとして相対的に多く吸気コレクタ９２に導入する。
Therefore, in order to stabilize combustion in the low load state on the low load side in the EGR region, a relatively large amount of exhaust on the upstream side of the catalyst 7 (relatively high temperature side exhaust) is introduced into the
第７実施形態では、上流側バイパス通路７０ａに第１バルブ１０２’を設けるとともに、上流側バイパス通路７０ａの通路径を下流流側バイパス通路７０ｂの通路径より大きくする場合で説明したが、これに限られない。図２３に他の態様として示したように上流側バイパス通路７０ａに第１バルブ１０２’を設けるとともに、上流側バイパス通路７０ａの通路径と下流流側バイパス通路７０ｂの通路径を同じにしている場合でもかまわない。
In the seventh embodiment, the
図２４は第７実施形態に対する参考例の排気通路１の簡単なモデル図である。参考例は、バイパス通路７０の通路径が第７実施形態と異なり、下流側バイパス通路７０ｂの通路径を上流側バイパス通路７０ａの通路径より大きくするものである。ただし、開口面積を連続的に調整し得るバルブを第１バルブ１０２’として用い、ＥＧＲ領域においてエンジンの負荷が増大するに従って第１バルブ１０２’の開口面積を小さくする点で第７実施形態と同じである。
FIG. 24 is a simple model diagram of the
参考例では、上流側バイパス通路７０ａの通路径が相対的に小さいので、第１バルブ１０２’の開口面積を変化させても、上流側バイパス通路７０ａを流れる排気の流量をあまり変化させることができない。これに対して第７実施形態では、上流側バイパス通路７０ａを流れる排気の流量の調整幅が参考例より大きくなる。上流側バイパス通路７０ａを流れる流量の調整幅が大きくなることは、ＥＧＲ領域におけるＥＧＲガス流量をきめ細かく変化させ得ることを意味する。第７実施形態のほうが参考例よりＥＧＲ領域におけるＥＧＲガス流量をきめ細かく制御できるのである。
In the reference example, since the passage diameter of the
第７実施形態によれば、ＥＧＲ領域でエンジンの負荷が増大するに従って第１バルブ１０２’の開口面積を小さくするので、ＥＧＲ領域の低負荷側で触媒７上流の高温側の排気が触媒７下流の低温側の排気よりも多く吸気コレクタ９２に導入され、ＥＧＲ領域の高負荷側で触媒７上流の高温側の排気が触媒７下流の低温側の排気よりも多く吸気コレクタ９２に導入されることから、ＥＧＲ領域の低負荷側での不安定な燃焼状態を改善しつつ、ＥＧＲ領域での加速直後のノックの発生を抑制することができる。
According to the seventh embodiment, the opening area of the
第７実施形態によれば、上流側バイパス通路７０ａ（分岐通路の分岐点より上流側のバイパス通路）の通路径を、下流側バイパス通路７０ｂ（分岐通路の分岐点より下流側のバイパス通路）の通路径より大きくするので、第１バルブ１０２’を上流側バイパス通路７０ａに設けるとともに、上流側バイパス通路７０ａの通路径を下流側バイパス通路７０ｂの通路径より小さくしている参考例の場合より、ＥＧＲ領域におけるＥＧＲガス流量をきめ細かく制御できる。
According to the seventh embodiment, the passage diameter of the
（第８実施形態）
図２５は第８実施形態の排気通路１の簡単なモデル図である。第３実施形態の図５と同一部分には同一番号を付している。
(Eighth embodiment)
FIG. 25 is a simple model diagram of the
第８実施形態は、下流側バイパス通路７０ｂに開口面積（あるいは開度）を連続的に（あるいは段階的に）調整し得る第１バルブ１０２’を設けるとともに、下流側バイパス通路７０ｂの通路径を上流側バイパス通路７０ａの通路径より大きくするものである。そして、エンジンコントローラ８５からの指令により、ＥＧＲ領域においてエンジンの負荷が増大するに従って第１バルブ１０２’の開口面積を大きくする。
In the eighth embodiment, the
エンジンコントローラ８５からの指令により、例えばＥＧＲ領域での低負荷側において第１バルブ１０２’の開口面積をＥＧＲ領域での高負荷側より相対的に小さくしたとき、図２６の上段に示したように二叉路通路１０１を排気が流れる。すなわち、触媒７上流側の排気が相対的に多く上流側バイパス通路７０ａを流れ、触媒７下流側の排気が相対的に少なく下流側バイパス通路７０ｂを流れてＣ点で合流する。合流した排気は、分岐通路９１を流れた後に吸気コレクタ９２に導入される。
For example, when the opening area of the
一方、エンジンコントローラ８５からの指令により、ＥＧＲ領域での高負荷側において第１バルブ１０２’の開口面積をＥＧＲ領域での低負荷側より相対的に大きくしたとき、図２６下段に示したように二叉路通路１０１を排気が流れる。すなわち、触媒７下流側の排気が相対的に多く下流側バイパス通路７０ｂを流れ、触媒７上流側の排気が相対的に少なく上流側バイパス通路７０ａを流れてＣ点で合流する。合流した排気は、分岐通路９１を流れた後に吸気コレクタ９２に導入される。
On the other hand, when the opening area of the first valve 102 'is relatively larger on the high load side in the EGR region than on the low load side in the EGR region, as shown in the lower part of FIG. Exhaust gas flows through the two-
このように、ＥＧＲ領域での低負荷側において触媒７上流側の排気を相対的に多く（あるいは主に）、ＥＧＲ領域での高負荷側になると触媒７下流側の排気を相対的に多く（あるいは主に）吸気コレクタ９２に導くようにしたのは、第７実施形態と同じ理由による。
In this way, the exhaust on the upstream side of the
第８実施形態では、下流側バイパス通路７０ｂに第１バルブ１０２’を設けるとともに、下流側バイパス通路７０ｂの通路径を上流側バイパス通路７０ａの通路径より大きくする場合で説明したが、これに限られない。図２７に他の態様として示したように下流側バイパス通路７０ｂに第１バルブ１０２’を設けるとともに、上流側バイパス通路７０ａの通路径と下流流側バイパス通路７０ｂの通路径を同じにしている場合でもかまわない。
In the eighth embodiment, the
第８実施形態によれば、二叉路通路１０１を、排気分流路７２を流れる排気が触媒７の下流の排気主流路３に合流するバイパス通路７０と、このバイパス通路７０から分岐して吸気コレクタ９２（吸気通路）に合流する分岐通路９１とで構成し、流量調整手段を、下流側バイパス通路７０ｂ（分岐通路の分岐点より下流側のバイパス通路）に設けた第１バルブ１０２’と、分岐通路９１に設けた第２バルブ１０３とで構成する場合に、ＥＧＲ領域でエンジンの負荷が増大するに従って第１バルブ１０２’の開口面積を大きくするので、ＥＧＲ領域の低負荷側で触媒７上流の高温側の排気が触媒７下流の低温側の排気よりも多く吸気コレクタ９２に導入され、ＥＧＲ領域の高負荷側で触媒７上流の高温側の排気が触媒７下流の低温側の排気よりも多く吸気コレクタ９２に導入されることから、ＥＧＲ領域の低負荷側での不安定な燃焼状態を改善しつつ、ＥＧＲ領域での加速直後のノックの発生を抑制することができる。
According to the eighth embodiment, the two-
（第９実施形態）
図２８は第９実施形態の排気通路１の簡単なモデル図である。ここでは、経時劣化などにより２つのバルブ１０２、１０３が全閉状態を保つことができず、各バルブ１０２、１０３に漏れが生じている場合に、図２８上段に示した第３実施形態と、図２８下段に示した第４実施形態のどちらが好ましいかを検討する。
(Ninth embodiment)
FIG. 28 is a simple model diagram of the
ここで、二叉路通路１０１の圧力分布を考えると、ほぼ３つの圧力となるので、その３つの圧力を高圧、中圧、低圧として区別する。漏れは、バルブ１０２、１０３前後の圧力差により生じる。図２８下段に示した第４実施形態では、バルブ１０２を漏れた排気が下流側バイパス通路７０ｂから排気主流路３へと流れることになり、好ましくない。これは、エンジンの冷間始動時に下流側バイパス通路７０ｂから排気主流路３へと流れる排気は触媒７によって浄化されないためである。
Here, considering the pressure distribution in the two-
一方、図２８上段に示した第３実施形態では、２つのバルブ１０２、１０３を漏れた排気は吸気コレクタ９２へと導かれるので、浄化されない排気がエンジンの外部に漏れることはない。よって、第１バルブ１０２を設ける位置は、下流側バイパス通路７０ｂよりは上流側バイパス通路７０ａに設けることが好ましいことがわかる。
On the other hand, in the third embodiment shown in the upper part of FIG. 28, the exhaust gas that has leaked through the two
第９実施形態によれば、二叉路通路１０１を、排気分流路７２を流れる排気が触媒７の下流の排気主流路３に合流するバイパス通路７０と、このバイパス通路７０から分岐して吸気コレクタ９２（吸気通路）に合流する分岐通路９１とで構成し、流量調整手段を、上流側バイパス通路７０ａ（分岐通路の分岐点より上流側のバイパス通路）に設けた第１バルブ１０２と、分岐通路９１に設けた第２バルブ１０３とで構成するので、第１、第２のバルブ１０２、１０３が全閉状態を保つことができず漏れが生じた場合でも、その漏れた排気を吸気コレクタ９２（吸気通路）に導入することが可能であり、始動時のエミッションを低減できる。
According to the ninth embodiment, the two-
以上の各実施形態によって得られる効果を纏めると以下の通りとなる。 The effects obtained by each of the above embodiments are summarized as follows.
エンジンからの排気を流す排気主流路（３）と、排気主流路（３）を流れる排気を浄化する触媒（７）と、触媒（７）の上下流の排気主流路（３）に接続し、触媒（７）をバイパスするバイパス通路（７０）と、を備えたエンジンの排気装置において、排気主流路（３）の一部をなす第１部位（１１）は、バイパス通路（７０）の一部をなす第３部位（７２）を間に挟んで、エンジンの冷却水が流れる冷却水通路（２１）の一部をなす第２部位（２２）と隣接しており、第３部位（７２）を流れる排気の流量を調整可能な流量調整手段（８１）を備えているので、触媒を活性させるときは、流量調整手段によって第３部位を流れる排気の量を低下させ、多くの排気を触媒に流して触媒活性を促進することができる。エンジンを暖機するときは、流量調整手段によって第３部位を流れる排気の量を増加させ、このとき、触媒が排気の通過抵抗となって多くの排気がバイパス通路に流れ込み、第３部位の排気と冷却水との熱交換が促進されて、暖められた冷却水によりエンジンの暖機を促進することができる。特に、第３部位は、排気主流路の一部をなす第１部位とエンジンの冷却水が流れる冷却水通路の一部をなす第２部位とに挟まれるように構成されているから、第２部位は第３部位を挟んで第１部位と隣接することになっていて、第３部位を排気が流れるとき、第３部位の排気の熱が第２部位の冷却水に伝わるだけでなく、第３部位の排気が対流を生じることによって第１部位の排気から第２部位の冷却水への熱伝達が促進され、第１部位の排気と第３部位の排気の双方から第２部位の冷却水へ熱伝達が行なわれる。しかも、第３部位は触媒をバイパスするバイパス通路の一部をなすので、触媒が通過抵抗になってバイパス通路を流れる排気の量が多くなり、第３部位の排気の対流が促進されることによって熱交換がさらに促進される。一方、第３部位を流れる排気の量を低下させると、第３部位の排気の熱が冷却水に伝わらなくなるだけでなく、第３部位の排気の対流が無くなって、第１部位の排気から第２部位の冷却水への熱伝達も抑制され、第１部位の排気と第３部位の排気の双方からの第２部位の冷却水への熱伝達が抑制される。このようにして、排気と冷却水との間の熱交換を良好に促進し、或いは、効果的に抑制することができる。 An exhaust main flow path (3) for flowing exhaust from the engine, a catalyst (7) for purifying exhaust flowing through the exhaust main flow path (3), and an exhaust main flow path (3) upstream and downstream of the catalyst (7), In the exhaust system for an engine provided with a bypass passage (70) for bypassing the catalyst (7), the first portion (11) forming a part of the exhaust main passage (3) is a part of the bypass passage (70). Is adjacent to the second part (22) forming part of the cooling water passage (21) through which the engine coolant flows, and the third part (72) is Since the flow rate adjusting means (81) capable of adjusting the flow rate of the flowing exhaust gas is provided, when activating the catalyst, the flow rate adjusting means reduces the amount of exhaust gas flowing through the third portion and allows a large amount of exhaust gas to flow through the catalyst. Thus, the catalytic activity can be promoted. When the engine is warmed up, the amount of exhaust gas flowing through the third part is increased by the flow rate adjusting means, and at this time, the catalyst becomes exhaust passage resistance and a lot of exhaust gas flows into the bypass passage, so that the exhaust gas in the third part is exhausted. Heat exchange between the engine and the cooling water is promoted, and warming up of the engine can be promoted by the heated cooling water. In particular, the third part is configured to be sandwiched between a first part that forms part of the exhaust main flow path and a second part that forms part of the cooling water passage through which engine cooling water flows. The part is adjacent to the first part across the third part. When the exhaust flows through the third part, not only the heat of the exhaust from the third part is transmitted to the cooling water of the second part, but also the second part. By causing convection in the exhaust at the three parts, heat transfer from the exhaust at the first part to the cooling water at the second part is promoted, and the cooling water at the second part from both the exhaust at the first part and the exhaust at the third part. Heat transfer takes place. In addition, since the third part forms a part of the bypass passage that bypasses the catalyst, the amount of exhaust flowing through the bypass passage increases due to the passage resistance of the catalyst, and the convection of the exhaust in the third part is promoted. Heat exchange is further promoted. On the other hand, if the amount of exhaust flowing through the third part is reduced, not only the heat of the exhaust at the third part will not be transferred to the cooling water, but also the convection of the exhaust at the third part will be lost, and the exhaust from the first part will be reduced. Heat transfer to the cooling water in the two parts is also suppressed, and heat transfer from both the first part exhaust and the third part exhaust to the second part cooling water is suppressed. In this way, heat exchange between the exhaust gas and the cooling water can be favorably promoted or effectively suppressed.
第１部位を触媒の上流側に設け、流量調整手段（８１）は、第３部位（７２）の下流に設けられたバルブ（８１）であるので、排気が高温になる条件では、触媒の上流において排気を冷却水と熱交換させることによって排気の温度を低下させ、触媒が高温の排気に晒されて劣化するのを抑制することができる。バルブにはその上流において冷却水通路と熱交換した排気が通過するので、バルブが高温の排気に晒されることがなくなり、バルブの耐久信頼性を改善することができる。冷機時の触媒活性を考えると、触媒は排気主流路のできるだけ上流側に設けたいところ、バルブは第３部位の下流側にあるので、第３部位はバルブの配置に配慮することなく上流寄りとすることができ、従って隣接する第１部位も排気主流路において上流寄りとなるので、第１部位を排気主流路に設け、かつ、バイパス通路にバルブを設ける場合でも、触媒を上流寄りに設けることができ、触媒の活性を促進することができる。バイパス通路は、触媒の下流側で排気主流路に合流するため、触媒を迂回する部分には長さの余裕があり、ここに例えば触媒に隣接させてバルブを設けることができるので、排気装置をスペース効率良く構成して省スペース化を図ることができる。 Since the first part is provided on the upstream side of the catalyst and the flow rate adjusting means (81) is a valve (81) provided on the downstream side of the third part (72), the upstream side of the catalyst is used under the condition that the exhaust gas is at a high temperature. In this case, the temperature of the exhaust gas is lowered by exchanging heat between the exhaust gas and the cooling water, and the catalyst can be prevented from being deteriorated by being exposed to the high temperature exhaust gas. Since the exhaust gas that has exchanged heat with the cooling water passage passes upstream of the valve, the valve is not exposed to high-temperature exhaust gas, and the durability of the valve can be improved. Considering the catalytic activity during cold operation, the catalyst should be provided as upstream as possible in the exhaust main flow path, but the valve is located downstream of the third part, so that the third part is located upstream without considering the valve arrangement. Therefore, since the adjacent first part is also upstream in the exhaust main flow path, even when the first part is provided in the exhaust main flow path and the valve is provided in the bypass passage, the catalyst is provided upstream. And the activity of the catalyst can be promoted. Since the bypass passage merges with the exhaust main flow path on the downstream side of the catalyst, there is a margin of length in the portion that bypasses the catalyst, and for example, a valve can be provided adjacent to the catalyst. Space efficient configuration can be achieved to save space.
第１部位（１１）を触媒（７）の下流側に設け、流量調整手段（８１）は、第３部位（７２）の上流に設けられたバルブ（８１）であるので、冷機時の触媒活性を考えると、触媒は排気主流路のできるだけ上流側に設けたいところ、触媒を第１部位の上流側に設けることで、冷機時の触媒の活性を促進することができる。バイパス通路は、触媒の上流側で排気主流路に合流するため、第３部位の上流側にあたる触媒を迂回する部分には長さの余裕があり、バルブは第３部位の上流側に設けることにしたから、例えば触媒に隣接させてバルブを設けることができるので、排気装置をスペース効率良く構成して省スペース化を図ることができる。 Since the first part (11) is provided on the downstream side of the catalyst (7) and the flow rate adjusting means (81) is a valve (81) provided on the upstream side of the third part (72), the catalytic activity during cold operation is reduced. Therefore, the catalyst is desired to be provided on the upstream side of the exhaust main flow path as much as possible. By providing the catalyst on the upstream side of the first portion, the activity of the catalyst during cold operation can be promoted. Since the bypass passage merges with the exhaust main flow path on the upstream side of the catalyst, there is a sufficient length in the portion that bypasses the catalyst on the upstream side of the third part, and the valve is provided on the upstream side of the third part. Therefore, for example, since the valve can be provided adjacent to the catalyst, the exhaust device can be configured with high space efficiency and space saving can be achieved.
バイパス通路（７０）から分岐してエンジンの吸気通路（９２）に合流する排気還流通路（９１）と、排気還流通路（９１）を流れる排気の流量を調整可能な還流流量調整手段（１０３）と、を備えるので、排気還流通路をバイパス通路から分岐することによって、排気還流が行なわれるときは、排気主流路の上流側からだけでなく下流側からも排気が取り込まれる。還流される排気の温度は所望の温度になっていることが望ましく、流量調整手段（第３部位の流量調整）と還流流量調整手段（排気還流通路の流量調整）とによって、排気還流通路の還流排気の流量と、第３部位を通過する排気と第３部位を通過しない排気との割合を調節することにより、所望の温度で所望の流量の還流排気をエンジンの吸気通路に導入することができる。冷却水等との熱交換で還流排気を冷却する公知の技術（所謂クールドＥＧＲ）において、冷却水流量の調節で還流排気温度を制御する場合、冷却水流量の変化に対する還流排気温度の変化は応答性が鈍いが、本発明によれば第３部位を通過する排気と第３部位を通過しない排気との割合を調節するので高い応答性が得られる。 An exhaust recirculation passage (91) branched from the bypass passage (70) and joined to the intake passage (92) of the engine, and a recirculation flow rate adjusting means (103) capable of adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust recirculation passage (91). Therefore, when the exhaust gas recirculation is performed by branching the exhaust gas recirculation passage from the bypass passage, the exhaust gas is taken not only from the upstream side but also from the downstream side of the exhaust main flow path. The temperature of the exhaust gas to be recirculated is desirably a desired temperature, and the recirculation of the exhaust gas recirculation passage is performed by the flow rate adjusting means (flow rate adjustment of the third part) and the recirculation flow rate adjusting means (flow rate adjustment of the exhaust gas recirculation passage). By adjusting the flow rate of the exhaust gas and the ratio of the exhaust gas that passes through the third part and the exhaust gas that does not pass through the third part, the recirculated exhaust gas having a desired flow rate can be introduced into the intake passage of the engine at a desired temperature. . In a known technique (so-called cooled EGR) for cooling the reflux exhaust by heat exchange with cooling water or the like, when the reflux exhaust temperature is controlled by adjusting the coolant flow rate, the change in the reflux exhaust temperature is a response to the change in the coolant flow rate. However, according to the present invention, since the ratio of the exhaust gas that passes through the third part and the exhaust gas that does not pass through the third part is adjusted, high responsiveness can be obtained.
バイパス通路（７０）のうち、触媒（７）の上流側からバイパス通路（７０）と排気還流通路(９１)の分岐点に至る部分を上流側バイパス通路（７０ａ）とし、触媒（７）の下流側からバイパス通路（７０）と排気還流通路（９１）の分岐点に至る部分を下流側バイパス通路（７０ｂ）としたときに、第３部位（７２）を流れる排気流量を調整する流量調整手段と、排気還流通路を流れる排気流量を調整する還流流量調整手段とが、排気還流通路（９１）、上流側バイパス通路（７０ａ）、下流側バイパス通路（７０ｂ）のうち、いずれか２つの通路に設けられた２つのバルブ（１０２、１０３）によって構成されているので、排気と冷却水の熱交換を遮断するべく第３部位を流れる排気の遮断を可能としつつ、還流排気の流量の調整と温度の調整が２つの調整弁で簡便に実現できる。調整弁は、排気主流路から分岐した排気還流通路、上流側バイパス通路、下流側バイパス通路のいずれかに設けられていて、排気主流路上のように常に排気に晒されることがないのでバルブの耐久信頼性が向上し、複雑な３方弁も不要で安価なバルブを採用することができる。 Of the bypass passage (70), a portion from the upstream side of the catalyst (7) to the branch point of the bypass passage (70) and the exhaust gas recirculation passage (91) is defined as an upstream bypass passage (70a), which is downstream of the catalyst (7). A flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of exhaust gas flowing through the third portion (72) when a portion from the side to the branch point of the bypass passage (70) and the exhaust gas recirculation passage (91) is a downstream bypass passage (70b); And a recirculation flow rate adjusting means for adjusting a flow rate of exhaust gas flowing through the exhaust recirculation passage is provided in any two of the exhaust recirculation passage (91), the upstream bypass passage (70a), and the downstream bypass passage (70b). Since the two valves (102, 103) are configured, it is possible to shut off the exhaust flowing through the third portion so as to shut off the heat exchange between the exhaust and the cooling water, while adjusting the flow rate of the reflux exhaust and the temperature. Adjustment can be easily realized by two regulating valves. The adjustment valve is provided in any of the exhaust gas recirculation passage, the upstream bypass passage, and the downstream bypass passage that branches off from the exhaust main flow path. Reliability is improved, and a complicated three-way valve is not required and an inexpensive valve can be employed.
２つのバルブ（１０２、１０３）のうち、１つのバルブ（１０３）は排気還流通路（９１）に設けられているので、第３部位を流れる排気の遮断が可能なだけでなく、排気還流しないときは第３部位の流量調整が可能である。 Of the two valves (102, 103), one valve (103) is provided in the exhaust gas recirculation passage (91), so that not only can the exhaust flowing through the third part be blocked, but also when the exhaust gas does not recirculate. The flow rate of the third part can be adjusted.
２つのバルブ（１０２、１０３）のうち残りの１つのバルブ（１０２）は、上流側バイパス通路（７０ａ）、下流側バイパス通路（７０ｂ）のうち、第３部位（７２）を備える側の通路に設けられているので、第３部位を流れる排気の遮断が可能なだけでなく、排気還流をするときもしないときも第３部位の流量調整ができる。 The remaining one valve (102) of the two valves (102, 103) is a passage on the side including the third portion (72) of the upstream bypass passage (70a) and the downstream bypass passage (70b). Since it is provided, not only can the exhaust flowing through the third part be shut off, but also the flow rate of the third part can be adjusted when the exhaust gas is recirculated.
上流側バイパス通路（７０ａ）、下流側バイパス通路（７０ｂ）のうち、２つのバルブ（１０２、１０３）のうち残りの１つのバルブ（１０２）が設けられた側の通路の排気通過抵抗は、他方の通路の排気通過抵抗よりも小さいので、第３部位を通過して還流される排気の温度のダイナミックレンジを大きくして、排気還流制御の制御性を向上させることができる。 Of the upstream bypass passage (70a) and the downstream bypass passage (70b), the exhaust passage resistance of the passage on the side where the remaining one valve (102) of the two valves (102, 103) is provided is the other. Therefore, the controllability of the exhaust gas recirculation control can be improved by increasing the dynamic range of the temperature of the exhaust gas recirculated through the third portion.
１ 排気通路
２ 排気マニフォルド
３ 排気主流路
５ 触媒装置
７ 触媒（マニ触媒）
９ 第２の触媒装置
１０ 熱交換器
１１ パイプ部材（第１部位）
２１ 円筒状部材（第２部位）
２２ ウォータジャケット（冷却水通路）
７０ バイパス通路
７２ 排気分流路（気体通路、第３部位）
７６ 第１パイプ
７９ 第２パイプ
８１ 第１バルブ（流量調整手段）
８４ 第３パイプ
８５ エンジンコントローラ
９１ 分岐通路
９２ 吸気コレクタ（吸気通路）
１０１ 二叉路通路
１０２ 第１バルブ（流量調整手段）
１０２’ 第１バルブ（流量調整手段）
１０３ 第２バルブ（流量調整手段）
１０４ 第２バルブ（流量調整手段）
１１１ 床下触媒（第２の触媒）
DESCRIPTION OF
9
21 Cylindrical member (second part)
22 Water jacket (cooling water passage)
70
76
84
101 Two-
102 'first valve (flow rate adjusting means)
103 Second valve (flow rate adjusting means)
104 Second valve (flow rate adjusting means)
111 Underfloor catalyst (second catalyst)
Claims (11)
前記排気主流路を流れる排気を浄化する触媒と、
前記触媒の上下流の排気主流路に接続し、前記触媒をバイパスするバイパス通路と、を備えたエンジンの排気装置において、
前記排気主流路の一部をなす第１部位は、前記バイパス通路の一部をなす第３部位を間に挟んで、エンジンの冷却水が流れる冷却水通路の一部をなす第２部位と隣接しており、
前記第３部位を流れる排気の流量を調整可能な流量調整手段を備えることを特徴とするエンジンの排気装置。 An exhaust main flow path for flowing exhaust from the engine;
A catalyst for purifying exhaust flowing in the exhaust main flow path;
An exhaust system for an engine comprising: a bypass passage connected to an exhaust main flow path upstream and downstream of the catalyst; and bypassing the catalyst;
The first part forming part of the exhaust main flow path is adjacent to the second part forming part of the cooling water passage through which engine cooling water flows, with the third part forming part of the bypass passage interposed therebetween. And
An engine exhaust system comprising flow rate adjusting means capable of adjusting a flow rate of exhaust gas flowing through the third portion.
前記流量調整手段は、前記第３部位の下流に設けられたバルブであることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気装置。 Providing the first portion upstream of the catalyst;
2. The engine exhaust system according to claim 1, wherein the flow rate adjusting unit is a valve provided downstream of the third portion.
前記流量調整手段は、前記第３部位の上流に設けられたバルブであることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気装置。 Providing the first portion downstream of the catalyst;
The engine exhaust device according to claim 1, wherein the flow rate adjusting means is a valve provided upstream of the third portion.
前記排気還流通路を流れる排気の流量を調整可能な還流流量調整手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気装置。 An exhaust gas recirculation passage branched from the bypass passage and joining the intake passage of the engine;
The exhaust system for an engine according to claim 1, further comprising a recirculation flow rate adjusting means capable of adjusting a flow rate of exhaust gas flowing through the exhaust recirculation passage.
エンジンの冷間始動時には、前記バイパス通路を全閉状態とし、前記第２の触媒が活性化を完了した後に前記バイパス通路の排気通流を行なうことを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載のエンジンの排気装置。 A second catalyst is provided in the exhaust main flow path downstream of the joining portion of the bypass passage to the exhaust main flow path;
10. The engine according to claim 1, wherein when the engine is cold started, the bypass passage is fully closed, and exhaust gas flow through the bypass passage is performed after activation of the second catalyst is completed. The engine exhaust apparatus according to one.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015165129A (en) * | 2014-02-05 | 2015-09-17 | 株式会社三五 | Exhaust heat recovery device |
| KR20170035445A (en) * | 2015-09-23 | 2017-03-31 | 현대자동차주식회사 | System for controlling exhaust heat recovery and egr |
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| KR101724909B1 (en) * | 2015-09-23 | 2017-04-07 | 현대자동차주식회사 | System for controlling exhaust heat recovery and egr |
| US9816424B2 (en) | 2015-09-23 | 2017-11-14 | Hyundai Motor Company | System for controlling exhaust heat recovery and exhaust gas recirculation system |
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