JP4369306B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、主として自動二輪車に搭載された内燃機関の始動直後から低速回転時において、排気通路内に配置された排気浄化用の触媒コンバータを早期に活性化できる内燃機関の排気浄化装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, and mainly an internal combustion engine that can activate an exhaust gas purification catalytic converter disposed in an exhaust passage at an early stage, immediately after starting an internal combustion engine mounted on a motorcycle. The present invention relates to an exhaust emission control device for an engine.
従来、例えば自動二輪車に搭載されるガソリンエンジンのような内燃機関の排気浄化装置は、排気通路中に排気浄化用の触媒コンバータが取り付けられている。ところが、この触媒コンバータは、構造上、一般にエンジン本体の排気出口より離れた位置に取り付けられているため、触媒活性化(活性温度約300℃)に到達するまで時間がかかる。そこで、例えば4気筒エンジンにおいて、エンジンのシリンダヘッドに形成された複数の排気ポートに接続された4本の排気管の後端部に排気制御弁を設け、この排気制御弁の切り換えにより、低速回転時に、排気ガスを1本の集合通路を経て一つの触媒コンバータに接触させることにより排気ガスの浄化効率が高められるようにした排気浄化装置がある(例えば特許文献1参照)。
ところが、前記排気浄化装置の場合、4本の排気管の下流側端部に排気制御弁が設けられているので、一方の排気管内を流れる排気ガスが他方の排気管内の排気ガスに合流されるまでに排気管内の排気ガスの温度低下を来たし、エンジンの低速回転時、排気制御弁を切り換えても触媒コンバータ前の熱容量はあまり変わらず、触媒コンバータの早期活性化の効果は低いものである。 However, in the case of the exhaust purification device, since the exhaust control valve is provided at the downstream end of the four exhaust pipes, the exhaust gas flowing in one exhaust pipe is merged with the exhaust gas in the other exhaust pipe. As a result, the temperature of the exhaust gas in the exhaust pipe has dropped, and even when the exhaust control valve is switched during low-speed rotation of the engine, the heat capacity before the catalytic converter does not change much, and the effect of early activation of the catalytic converter is low.
そこで、本発明は、エンジンの始動直後から低速回転時における排気浄化用の触媒コンバータの早期活性化を図ることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an internal combustion engine exhaust gas purification apparatus capable of early activation of an exhaust gas purification catalytic converter immediately after engine startup and during low-speed rotation.
上記目的を達成するため、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、多気筒内燃機関の各気筒の排気ポートに排気管が接続され、排気管に排気浄化用の触媒コンバータが設けられ、隣接する一対の排気管が前記触媒コンバータよりも上流側で連通路により連通され、前記一対の排気管の一方に、内燃機関の低速回転時に閉じて前記一方の排気管内の排気ガスを、前記連通路を通って他方の排気管に導く排気制御弁が設けられている。 In order to achieve the above object, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention has an exhaust pipe connected to an exhaust port of each cylinder of a multi-cylinder internal combustion engine, and an exhaust pipe is provided with a catalytic converter for exhaust gas purification. A pair of exhaust pipes communicated by a communication path upstream of the catalytic converter, and the exhaust gas in the one exhaust pipe is closed to one of the pair of exhaust pipes when the internal combustion engine is rotated at a low speed. There is provided an exhaust control valve that leads to the other exhaust pipe.
この構成によれば、エンジンの低速回転時(例えば、暖機運転時)、一方の排気管内の排気ガスを、連通路を介して他方の排気管内に導き、その下流側で排気ガスが一つの排気管内を集中的に流れるようにしたので、排気管での放熱が少なくなる結果、排気ガスは、温度低下が抑制され、高温を保ったままの状態で触媒コンバータに接触する。これにより、触媒コンバータの早期活性化を図ることができる。また、連通路により隣接する一対の排気管を連通させるという既存の構造に、排気制御弁を付加するという簡単な構造であるため、製造コストも安価となる。 According to this configuration, when the engine is rotating at a low speed (for example, during warm-up operation), the exhaust gas in one exhaust pipe is guided into the other exhaust pipe via the communication path, and one exhaust gas is located downstream of the exhaust pipe. Since the exhaust pipe is made to flow intensively, heat dissipation in the exhaust pipe is reduced, and as a result, the exhaust gas is brought into contact with the catalytic converter while maintaining a high temperature. Thereby, early activation of the catalytic converter can be achieved. In addition, since the exhaust control valve is added to the existing structure in which a pair of adjacent exhaust pipes communicate with each other through the communication path, the manufacturing cost is also low.
本発明の好ましい実施形態では、前記内燃機関は4気筒であり、両外側の排気管に前記排気制御弁が設けられている。この構成によれば、内側の排気管に排気制御弁を設ける場合と比較して、排気制御弁を駆動するワイヤもしくはケーブルのような駆動力伝達部材の取り回しが容易になり、駆動力伝達部材が排気管に接触するのを極力防止することができる。 In a preferred embodiment of the present invention, the internal combustion engine is a four-cylinder engine, and the exhaust control valve is provided in the exhaust pipes on both outer sides. According to this configuration, as compared with the case where the exhaust control valve is provided in the inner exhaust pipe, the driving force transmission member such as a wire or a cable for driving the exhaust control valve can be easily handled. Contact with the exhaust pipe can be prevented as much as possible.
本発明の好ましい実施形態では、前記内燃機関は自動二輪車に搭載されるものであり、前記排気ポートは内燃機関における自動二輪車の前方を向く前面に配置され、前記排気管に設けられた排気制御弁が内燃機関の前方に配置されている。この構成によれば、排気制御弁が内燃機関の前方、つまり、排気管における比較的上流側に位置するので、排気ガスの温度低下が抑制されて、高温を保った状態で連通路を通って一方の排気管に導かれるから、触媒コンバータの早期活性効果を一層大きくすることができる。 In a preferred embodiment of the present invention, the internal combustion engine is mounted on a motorcycle, and the exhaust port is disposed on a front surface of the internal combustion engine facing the front of the motorcycle, and is provided in the exhaust pipe. Is arranged in front of the internal combustion engine. According to this configuration, since the exhaust control valve is located in front of the internal combustion engine, that is, relatively upstream in the exhaust pipe, the temperature reduction of the exhaust gas is suppressed and the high temperature is maintained through the communication passage. Since it is led to one exhaust pipe, the early activation effect of the catalytic converter can be further increased.
本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、簡単な構造で、エンジンの低速回転時に排気ガスを、高温を保った状態で触媒コンバータに接触させることができる。これにより、前記触媒コンバータの早期活性化を図ることができ、排気ガスが効果的に浄化される。 According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, the exhaust gas can be brought into contact with the catalytic converter while maintaining a high temperature when the engine is rotated at a low speed with a simple structure. Thereby, early activation of the catalytic converter can be achieved, and the exhaust gas is effectively purified.
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を備えた自動二輪車を示す側面図である。同図に示す自動二輪車は、車体フレームFRの前半部を構成するメインフレーム1の前端に、ヘッドパイプ11、アッパーブラケット12およびロワーブラケット13を介してフロントフォーク2が支持され、このフロントフォーク2の下端に前輪3が支持され、その上部がフェンダ4で覆われている。アッパーブラケット12にはハンドル5が取り付けられている。メインフレーム1の後端下部には、スイングアームブラケット6が形成され、このスイングアームブラケット6に、左右一対のスイングアーム7の前端がピボット軸8を介して上下揺動自在に支持されている。このスイングアーム7の後端には後輪9が支持されている。前記メインフレーム1の後部に連結されたシートレール10が車体フレームFRの後半部を構成している。メインフレーム1の中央下部には往復動型内燃機関である4サイクルエンジンEが支持され、このエンジンEの前方にラジエータ31が配置されている。また、前記エンジンEのシリンダヘッド32に形成された4つの排気ポート33のそれぞれに排気管14A、14B,14C,14D(図2)が接続されている。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view showing a motorcycle equipped with an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention. In the motorcycle shown in the figure, a
シートレール10にはライダー用シート18と同乗者用シート19が支持されている。前記メインフレーム1の上部、つまり、車体上部で、前記ハンドル5とライダー用シート18との間には、燃料タンク20が取り付けられている。また、車体前部に、前記ハンドル5の前方から車体前部の側方にかけての部分を覆う樹脂製のカウリング21が装着されており、このカウリング21の後方部分はエンジンEの側部と下部とを覆っている。
A rider's
エンジンEの4本の排気管14A〜Dは、エンジンEの下方に当たる位置で1本に集合されている。すなわち、平面図である図2に示すように、前部側の第1集合管15Aで隣接する2本ずつが各1本、合計2本に集合され、2本の第1集合管15Aが後部側の第2集合管15Bで1本に集合されている。各第1集合管15A,15Aのそれぞれに排気浄化用の一つの触媒コンバータ22が内蔵されており、対応する各一対の各排気管14A/B,14C/Dからの排気ガスを共通の触媒コンバータ22により浄化する。前記第2集合管15Bの後端にジョイントパイプ16が接続され、さらに、この排気管16の後端に、図1に示すサイレンサ17が接続されている。
The four exhaust pipes 14 </ b> A to 14 </ b> D of the engine E are gathered into one at a position where it hits the lower side of the engine E. That is, as shown in FIG. 2 which is a plan view, two adjacent ones in the
前記排気浄化用の触媒コンバータ22としては、例えば、ハニカム式またはパンチングプレート式のものが用いられる。ハニカム式は、モノリス担体と呼ばれるハニカム形状のセラミックスまたは金属からなる円筒形の触媒担体にアルミナをコーティングし、その上に酸化反応の触媒として白金、パラジウムなどが、還元反応の触媒としてロジウムなどが、それぞれコーティングされたものである。パンチングプレート式は、多数の小孔を開けたパンチングプレートからなる円筒状の触媒担体の内、外周面に、白金およびロジウムなどの触媒を担持させたものである。
As the exhaust purification
図3は、図2の要部である排気管14A〜Dを前方から見た拡大正面図である。同図に示すように、排気ポート33に接続された4本の排気管14〜Dのうち、隣接する各一対の排気管14A(外側)/14B(内側)および14C(内側)/14D(外側)同士は、中途に設けた連通路23により連通され、外側(一方)の排気管14A,Dに、エンジンEの低速回転時に閉じて前記外側の排気管14A,D内の排気ガスを、前記連通路23を通って内側(他方)の排気管14B,Cに導く排気制御弁24が設けられている。連通路23は、外側の排気管14A,Dにおける通路長さ、つまり、排気ポート33から第1集合管15Aまでの長さのほぼ1/2の位置で上下に延びる部分に設けられ、排気制御弁24は外側の排気管14A,Dにおける連通路23の下流側寄りに設けられている。図1のメインフレーム1に排気制御弁24を開閉駆動するアクチュエータ35が支持され、ライダー用シート18の下方に、アクチュエータ35の制御を含めた電気系統制御用の電子制御ユニット36が配置されている。
FIG. 3 is an enlarged front view of the exhaust pipes 14 </ b> A to 14 </ b> D, which are main parts of FIG. 2, as viewed from the front. As shown in the figure, among the four exhaust pipes 14 to D connected to the
前記排気制御弁24はバタフライ弁であり、図4に外側の排気管14Aを代表として示すように、排気管14A内に位置して軸心C1 回りに回動する弁体24aを有し、前記排気管14Aの前部から弁体24aの弁軸24bの一端部が突出し、この弁軸24bの一端部にプーリ25が固定されている。このプーリ25とアクチュエータ35との間は、駆動力伝達部材の一例であるワイヤ(もしくはケーブル)26で連結されており、回転センサ37からのエンジン回転数を示す信号を入力とする電子制御ユニット36からの制御信号を受けて前記アクチュエータ35が駆動され、ワイヤ26を介して弁体24aを軸心C1回りに回動させて、排気制御弁24を開閉するようになっている。すなわち、排気制御弁24を回動させて、排気ガスを排気管14Aへ流したり、連通管23へ流したりするように制御している。図4の場合、排気制御弁24は開かれた状態Aを示しており、弁体24aは排気管14Aの管軸方向に平行に位置している。一方、排気制御弁24が閉じられた状態Bでは、弁体24aは排気管14Aの管軸方向に直交した姿勢となる。この閉弁状態で弁体24aは、連通路23の排気管14Aへの連通孔23aよりも、排気管14Aの下流側に位置している。
The
前記排気制御弁24の切り換えにより、図3に示す外側の排気管14A,Dを閉じて排気制御弁24の上流部と内側の排気管14B,Cとを連通路23で連通させ、一方の排気管14A,D内を流れる排気ガスG2を他方の排気管14B,C内を流れる排気ガスG1の流れに合流させることができる。前記外側の排気管14A,Dを開放すると、排気ガスG1,G2は、それぞれ排気管14B,C、排気管14A,D内を全長にわたって流れる。なお、前記弁体24aとしてロータリーバルブを用いてもよい。
By switching the
上記構成において、例えばエンジンスタート直後の暖機運転時のように、エンジン回転数が一定値以下で排ガス流量が少ない低速回転の場合、図4の回転センサ37からの信号を受けた電子制御ユニット36からの制御信号によりアクチュエータ35が作動し、排気制御弁24が閉じられる。これにより、図3の排気ポート33から排気され、外側の排気管14A,D内を流れる排気ガスG2は、一点鎖線で示すように、排気制御弁24,24の手前の連通孔23a,23aから連通路23,23に入り込み、この連通路23,23を経て内側の排気管14B,C内に流れ込み、排気管14B,C内を流れる排気ガスG1,G1と合流し、図2の第1集合管15A,15A内の触媒コンバータ22,22に導かれる。このように、排気ガスG2,G2が連通路23,23を介して排気ガスG1,G1に合流されることで、排気ガスG2,G2は、連通路23,23よりも下流側の排気管14A,Dを通ることによる放熱がなくなる結果、温度低下が抑制され、高温状態を保ったまま触媒コンバータ22に導入されるので、触媒コンバータ22,22は早期に活性温度に到達し、触媒の早期活性化が図れる。
In the above configuration, in the case of low speed rotation where the engine speed is not more than a certain value and the exhaust gas flow rate is small, such as during warm-up operation immediately after the engine is started, the
他方、エンジン回転数が前記一定値よりも高い高速回転の場合には、図3の排気制御弁24,24を開くように制御される結果、排気ポート33,33から排気され、外側の排気管14A,D内を流れる排気ガスG2,G2は、そのまま、図2に示す触媒コンバータ22,22に導入される。内側の排気管14B,C内を流れる排気ガスG1,G1は、低速回転時と同様、そのまま排気管14B,C内を流れて触媒コンバータ22,22に導入される。この高速回転時には、排気ガスG1,G2の量が多いから、排気管14A〜Dからの放熱による温度低下の影響が少ない。この状態で触媒コンバータ22,22により、排気ガスG1、G2の浄化が効果的に行える。なお、連通路23,23は、排気脈動を効果的に利用して出力性能を向上させる。
On the other hand, when the engine speed is higher than the predetermined value, the
また、前記排気制御弁24は、図1に示すように、エンジンEの前方(つまり、排気管14A,Dの上流寄り側)に位置するようにしたので、排気ガスG2が排気管14A,D内で温度低下するのが極力抑制され、高温を保った状態で、図2の連通路23,23を通って一方の排気管14A,Dから他方の排気管14B,Cに導かれるので、触媒コンバータ22,22の早期活性効果が一層大きくなる。
Further, as shown in FIG. 1, the
さらに、排気制御弁24は、両外側の排気管14A,Dに設けられているので、排気制御弁24を駆動するワイヤ26の取り回しが容易になり、ワイヤ26が排気管14A〜Dに接触するのを極力防止することができるとともに、排気制御弁24の保守点検も容易に行える。
Furthermore, since the
また、前記実施形態から明らかなように、隣接する一対の排気管14A/Bまたは14C/Dを連通する既存の連通路23に排気制御弁24を並設するという簡単な構造で排気浄化装置が得られるので、製造コストも低くなる。
Further, as is clear from the above-described embodiment, the exhaust emission control device has a simple structure in which the
なお、前記実施形態では、4気筒エンジンについての適用例を示したが、2気筒エンジンの場合にも同様に適用できる。さらに、前記実施形態では、各一対の排気管14A/B,14C/Dの下流に共通の触媒コンバータ22,22を設けたが、集合管15A,15A内で各排気管14A〜Dのそれぞれに個別に接続された一対の触媒コンバータを設けてもよい。
In the above-described embodiment, the application example for the four-cylinder engine is shown, but the present invention can be similarly applied to the case of the two-cylinder engine. Further, in the embodiment, the common
14A〜D 排気管
22 触媒コンバータ
23 連通路
24 排気制御弁
33 排気ポート
E エンジン(内燃機関)
14A to
Claims (3)
排気管に排気浄化用の触媒コンバータが設けられ、
隣接する一対の排気管が前記触媒コンバータよりも上流側で連通路により連通され、
前記一対の排気管の一方に、内燃機関の低速回転時に閉じて前記一方の排気管内の排気ガスを、前記連通路を通って他方の排気管に導く排気制御弁が設けられている内燃機関の排気浄化装置。 An exhaust pipe is connected to the exhaust port of each cylinder of the multi-cylinder internal combustion engine,
A catalytic converter for exhaust purification is provided in the exhaust pipe,
A pair of adjacent exhaust pipes are communicated by a communication path on the upstream side of the catalytic converter,
One of the pair of exhaust pipes is provided with an exhaust control valve that is closed during low-speed rotation of the internal combustion engine and guides exhaust gas in the one exhaust pipe to the other exhaust pipe through the communication path. Exhaust purification device.
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