JP4396408B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

特許文献１には、シリンダライナの上部内周面とピストンの上部外周面との間に形成された部分を隙間Ａとし、燃焼室の上部内周に沿い、シリンダヘッド、シリンダガスケット、ピストン、吸気弁及び排気弁に囲まれた部分を隙間Ｂとした際に、燃焼室内のこれら隙間Ａ及び隙間Ｂに臨む面に、触媒をコーティングすることによって未燃ガスの浄化効率を向上させる技術が開示されている。
特開平５−８６８６３号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された技術においては、触媒がコーティングされる面が燃焼室内に位置しているため、触媒が高温高圧化に晒されることになり、触媒の耐久性が悪く、時間が経過するにつれて、隙間Ａ及び隙間Ｂに臨む面にコーティングされた触媒による未燃ガスの浄化効率が著しく低下してしまい、所期の目的を果たさなくなる虞がある。

そこで、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気ポート内にあって排気に対して晒される排気弁のバルブステムの外周面に、排気浄化用の触媒が塗布されており、排気ポート内に排気浄化用の２次空気を供給するための２次空気供給分岐通路が前記触媒を指向するよう設けられ、前記触媒に到達するよう２次空気が供給されることを特徴としている。

本発明によれば、触媒の作用により排気（ＨＣ、ＣＯ）を積極的に燃焼させることができ、特に低温始動時における排気温度の上昇を促進することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態における排気浄化装置の概略構成を模式的に示した説明図である。

車両用内燃機関のシリンダヘッド１には、各気筒毎に対応する複数の排気ポート２が形成されている。排気ポート２は、排気上流側となる一端側が排気弁３を介して燃焼室（図示せず）に連通している。排気ポート２の排気下流側となる他端側は、排気マニホールドの分岐管４と連通しており、分岐管４の下流側には排気浄化用の触媒コンバータ（図示せず）が配設されている。

そして、排気弁３のバルブステム５の外周面には、白金等の貴金属類を含んでなり、未燃ＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）に対して浄化作用を有する触媒６が塗布されている。詳述すれば、バルブステム５の排気ポート２内に位置して排気に対して晒される部分（図１に示すバルブステム５の網掛け部分）、すなわちバルブステム５の排気接触部となる部分の外表面に触媒６が塗布されている。

尚、この第１実施形態におけるバルブステム５の排気接触部は、排気弁３開閉動作に伴い排気ポート２内からシリンダヘッド１内に引き込まれる部分を含んではいない。つまり、バルブステム５の排気ポート２内に位置して排気に対して晒される部分の全てに触媒６を塗布する必要は必ずしもない。

また、排気ポート２内には、バルブステム５に塗布された触媒６による排気浄化作用を促進する上で最適な方向を指向するように、２次空気が供給されている。詳述すると、２次空気は、触媒６が塗布された排気弁３のバルブステム５を指向するように、２次空気供給通路７から供給されている。より具体的には、２次空気は、一端が２次空気供給通路７に接続され、他端が排気ポート２の内壁面８に開口する２次空気供給分岐通路９を介して排気ポート２内に導入されており、２次空気の噴射方向となる２次空気供給分岐通路９の長手方向に沿った軸心Ｐは、バルブステム５を指向し、かつバルブステム５の中心線Ｑと交差するように設定されている。

図２は、上述した第１実施形態におけるＨＣ浄化率（特性線Ａ）と、上述した第１実施形態の構成において排気弁３のバルブステム５に触媒６が塗布されていない場合（比較例）のＨＣ浄化率（特性線Ｂ）と、を示したものである。ここで、ＨＣ浄化率は、ＨＣ浄化率＝｛（エンジン排出ＨＣ−２次空気供給後ＨＣ）／エンジン排出ＨＣ｝と定義されるものである。

上述した第１実施形態のように、排気ポート２内にあって排気に対して晒される部分に触媒６が塗布されていると、触媒６の作用により排気（ＨＣ、ＣＯ）の酸化活性温度を低下させることができる。すなわち、排気が比較的低温であっても触媒６の作用により酸化反応が開始され周囲の温度が上昇することになり、この温度上昇と触媒６からの反応伝播とがあいまって、排気ポート２内で燃焼室から排出されたＨＣやＣＯの温度が上昇することになる。そのため、燃焼室から排出されたＨＣやＣＯの温度が低い場合であっても、排気ポート２内でＨＣやＣＯの酸化が促進され、結果、高いＨＣ浄化率を得ることができ、排気性能を向上させることができる。

そして、排気ポート２内には、外気あるいは吸入空気の一部を電動ポンプ等の圧送手段により供給される排気浄化用の２次空気が、触媒６が塗布されたバルブステム５を指向するよう導入されているので、ＨＣやＣＯを一層積極的に燃焼させることができ、特に低温始動時における排気温度の上昇を促進することができる。

以下、本発明の他の実施形態について説明するが、上述した第１実施形態と同一となる構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明を省略するものとする。

図３は、本発明の第２実施形態を示している。この第２実施形態は、上述した第１実施形態と略同一構成となっているが、この第２実施形態においては、触媒６がバルブステム５に塗布されているのではなく、排気ポート２の内壁面８に塗布されている。つまり、この第２実施形態においては、排気ポート２の内壁面８が排気接触部に相当している。尚、この第２実施形態においては、排気ポート２の全長及び排気ポート２の内壁面８の全周に亙って触媒６が塗布されている。

また、この第２実施形態における２次空気は、上述した第１実施形態と同様に、排気弁３のバルブステム５を指向し、バルブステム５の中心線Ｑと交差するものであるが、２次空気の噴射方向（２次空気供給分岐通路９の軸心Ｐ）は、触媒６による排気浄化効率が高まるように、最適化された方向に設定されるため、第１実施形態における２次空気の噴射方向と必ずしも一致するものではない。これは、この第２実施形態において触媒６が塗布された部位と、第１実施形態において触媒６が塗布された部位とが異なるからである。

このような第２実施形態においても、上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

図４は、本発明の第３実施形態を示している。この第３実施形態は、上述した第１実施形において、排気ポート２の内壁面８にも触媒６を塗布したものであり、換言すれば上述した第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせたものである。つまり、この第３実施形態においては、バルブステム５の排気ポート２内に位置して排気に対して晒される部分（図４に示すバルブステム５の網掛け部分）と、排気ポート２の内壁面８と、が排気接触部に相当している。

尚、この第３実施形態における２次空気は、上述した第１実施形態及び第２実施形態と同様に、排気弁３のバルブステム５を指向し、バルブステム５の中心線Ｑと交差するものであるが、２次空気の噴射方向（２次空気供給分岐通路９の軸心Ｐ）は、排気ポート２の内壁面８に塗布された触媒６とバルブステム５に塗布された触媒６との双方による全体的な排気浄化効率が高まるよう最適化された方向に設定されるため、第１実施形態及び第２実施形態における２次空気の噴射方向と必ずしも一致するものではない。

このような第３実施形態においても、上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

図５は、本発明の第４実施形態を示している。この第４実施形態は、上述した第２実施形において２次空気供給通路７及び２次空気供給分岐通路９を具備しないものであり、２次空気が排気ポート２内に供給されないものである。

この第４実施形態は、いわゆる直接噴射式エンジンに対して適用することが特に有効である。すなわち、直接噴射式エンジンの場合、点火プラグ近傍にのみ濃い混合気を形成されるため、燃焼室内の周縁部分の余剰空気を２次空気として活用できるためである。詳述すれば、燃焼に寄与しなかった余剰空気は、排気行程時に主として排気ポート２の内壁面８に沿って流れやすい傾向があるため、排気ポート２の内壁面８に触媒６を塗布しておくことで、燃焼に寄与しなかった余剰空気を用いて触媒６でのＨＣやＣＯの酸化を促進させているのである。

このような第４実施形態においても、上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、図示はしないが、上述した第１実施形態あるいは第３実施形態において、２次空気供給通路７及び２次空気供給分岐通路９を具備しないように構成することも可能である。

そして、上述した各実施形態においては、触媒６が塗布される部分、すなわち排気接触部に放熱効果のある放熱塗料を合わせて塗布するようにしてもよい。放熱塗料を排気接触部に塗布した場合には、高温に晒される触媒の劣化を効果的に防止することが可能となる。

尚、放熱塗料を排気接触部に塗布する場合には、排気接触部にまず放熱塗料を塗布しその上から触媒６を塗布しもてもよいし、放熱塗料と触媒６とを混ぜ合わせた上で排気接触部に塗布するようにしてもよい。

上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。

（１） 内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気ポート内にあって排気に対して晒された排気接触部に、排気浄化用の触媒が塗布されている。これによって、触媒の作用により排気（ＨＣ、ＣＯ）の酸化活性温度を低下させることができ、排気性能の向上を図ることができる。

（２） 上記（１）に記載内燃機関の排気浄化装置は、より具体的に、排気接触部として、排気弁のバルブステムの外周面に排気浄化用の触媒が塗布されている。

（３） 上記（１）または（２）に記載の内燃機関の排気浄化装置は、より具体的には、排気接触部として、排気ポートの内壁面に排気浄化用の触媒が塗布されている。

（４） 上記（１）〜（３）のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、排気弁のバルブステムを指向するように、排気ポート内に排気浄化用の２次空気が供給されている。これによって、排気を一層積極的に酸化させることができ、特に低温始動時における排気温度の上昇を促進することができる。

（５） 上記（１）〜（３）のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、排気弁のバルブステムの外周面に塗布された触媒を指向するように、排気ポート内に排気浄化用の２次空気が供給されている。これによって、排気を一層積極的に酸化させることができ、特に低温始動時における排気温度の上昇を促進することができる。

（６） 上記（１）〜（５）のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、排気接触部には、放熱効果のある放熱塗料が塗布されている。これによって、排気接触部に塗布された触媒の劣化を効果的に防止することができる。

本発明に係る第１実施形態の排気浄化装置の概略構成を模式的に示した説明図。 第１実施形態におけるＨＣ浄化率と、第１実施形態の構成においてバルブステムに触媒が塗布されていない比較例におけるＨＣ浄化率と、を示した説明図。 本発明に係る第２実施形態の排気浄化装置の概略構成を模式的に示した説明図。 本発明に係る第３実施形態の排気浄化装置の概略構成を模式的に示した説明図。 本発明に係る第４実施形態の排気浄化装置の概略構成を模式的に示した説明図。

符号の説明

２…排気ポート
３…排気弁
５…バルブステム
６…触媒

Claims (3)

1. 内燃機関の排気ポート内にあって排気に対して晒される排気弁のバルブステムの外周面に、排気浄化用の触媒が塗布されており、排気ポート内に排気浄化用の２次空気を供給するための２次空気供給分岐通路が前記触媒を指向するよう設けられ、前記触媒に到達するよう２次空気が供給されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 排気ポートの内壁面に排気浄化用の触媒が塗布されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記触媒が塗布される部分には、放熱効果のある放熱塗料が塗布されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
   

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