JP6176274B2 - エンジンの排気装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの排気装置、詳しくは、排気ガス浄化触媒を排気通路に備えるエンジンの排気装置に関する。

従来、ガソリンエンジンの分野において、ＳＩ（Ｓｐａｒｋ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ：火花点火）燃焼は、点火プラグの火花点火によって混合気を強制的に燃焼させる燃焼方式であり、ＨＣＣＩ（Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ−Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ：予混合圧縮着火）燃焼は、ピストンの圧縮によりつくり出される高温かつ高圧の環境下で混合気を自着火により燃焼させる燃焼方式である。ＨＣＣＩ燃焼は同時多発的に起こるため、火炎伝播により徐々に燃焼が拡がるＳＩ燃焼に比べて燃焼期間が短く、熱効率が高い。

ＨＣＣＩ燃焼はリーン燃焼が可能である。燃費改善等のためにＨＣＣＩ燃焼等のリーン燃焼を採用すると、リーン化に伴い発生熱エネルギの希釈が進み、特に低回転かつ軽負荷域において、排ガス温度がエンジン出口（排気マニホールド入口）で所定温度以下まで低下し、排気通路に備えられる排気ガス浄化触媒が十分に活性化されず、触媒の浄化性能が確保されないという問題がある。

特許文献１は、触媒温度が低いとき、燃焼式バーナに空気と燃料とを供給してバーナの燃焼熱により触媒を活性化し、触媒が活性化したとき、燃料のみを触媒に供給して触媒燃焼により触媒の活性化を維持することを開示する。

特開２００５−２６４８３３号公報（特に［００１５］、［００２６］、［００２７］）

特許文献１のように燃焼式バーナや触媒に直接燃料を供給して燃焼させると燃費の悪化が懸念される。

本発明は、燃費の悪化を抑制しつつ、排気通路に備えられる排気ガス浄化触媒を活性化できるエンジンの排気装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、排気ガスを浄化する排気ガス浄化触媒を排気通路に備えるエンジンの排気装置であって、上記排気ガス浄化触媒よりも下流側の排気通路と上流側の排気通路とを連通する連通路と、上記連通路を介して上記下流側排気通路内の排気ガスの一部を上記上流側排気通路に還流させる還流手段とを備え、上記還流手段は、動圧排気を利用するエゼクタ効果で負圧を発生させる負圧発生装置を含み、上記負圧発生装置は、エンジン本体の各々排気ポートに接続される複数の独立排気通路の下流端部が一つに束ねられて接続された集合管を含み、上記連通路は、上記集合管を介して上記上流側排気通路に連通していることを特徴とする。

本明細書で「下流」や「上流」というときはそこを流れるガスの流れに関していう。

本発明によれば、たとえＨＣＣＩ燃焼等のリーン燃焼により排ガス温度が低下しても、触媒を通過した際の未燃分の酸化反応すなわち燃焼により高温化した触媒下流の排気ガスを利用して触媒上流の排ガス温度を高めることができるので、余分に燃料を直接用いることなく触媒を活性化でき、触媒の浄化性能を確保できる。
また、負圧発生装置が推進源となり、動圧排気の利用により、余分に燃料を直接用いることなく上記連通路を介しての排気還流機能を得ることができる。

本発明においては、上記排気ガス浄化触媒の温度を検出する温度検出手段と、上記温度検出手段で検出される温度が所定の低温閾値温度以下のときに上記連通路を介しての上記還流を上記還流手段に実行させる実行手段とをさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、特に触媒温度が低いときに、触媒を活性化でき、触媒の浄化性能を確保できる。

本発明においては、上記実行手段は、低回転かつ軽負荷域で上記還流を実行させることが好ましい。

この構成によれば、特に排ガス温度ひいては触媒温度が低くなりがちな低回転かつ軽負荷域において、触媒を活性化でき、触媒の浄化性能を確保できる。

本発明においては、上記下流側排気通路と上流側排気通路とを連通し、冷却手段が設けられる冷却用連通路をさらに備え、上記還流手段は、上記冷却用連通路を介しての上記還流も実行可能であることが好ましい。

この構成によれば、冷却用連通路を通過した低温の排気ガスを利用して触媒上流の排ガス温度を低めることができるので、触媒温度が許容温度を超えること（すなわち触媒の熱劣化）が未然に防止され、触媒の信頼性を確保できる。

本発明においては、上記排気ガス浄化触媒の温度を検出する温度検出手段と、上記温度検出手段で検出される温度が所定の高温閾値温度以上のときに上記冷却用連通路を介しての上記還流を上記還流手段に実行させる冷却実行手段とをさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、特に触媒温度が高いときに、触媒温度が許容温度を超えることが未然に防止され、触媒の信頼性を確保できる。

本発明においては、上記冷却実行手段は、高回転かつ高負荷域で上記還流を実行させることが好ましい。

この構成によれば、特に排ガス温度ひいては触媒温度が高くなりがちな高回転かつ高負荷域において、触媒温度が許容温度を超えることが未然に防止され、触媒の信頼性を確保できる。

本発明においては、上記冷却用連通路上の所定の分岐点から分岐し、上記下流側排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路をさらに備え、上記冷却手段は、上記分岐点よりも上記下流側排気通路側に設けられ、ＥＧＲクーラを兼ねるものであることが好ましい。

この構成によれば、冷却手段とＥＧＲクーラとの兼用により、部品点数の増加を抑制できる。

本発明によれば、余分に燃料を直接用いないことにより燃費の悪化を抑制しつつ、排気通路に備えられる排気ガス浄化触媒を活性化できるエンジンの排気装置が提供される。

本発明の第１実施形態に係るエンジンの全体構成図（平面図）である。 上記エンジンの排気装置の構成図（右側面図）である。 上記エンジンの各気筒のオーバーラップ期間の説明図である。 第１実施形態の作用の説明図である。 本発明の第２実施形態に係るエンジンの全体構成図（平面図）である。 第２実施形態の作用の説明図である。 本発明の第３実施形態に係るエンジンの全体構成図（平面図）である。 第３実施形態の作用の説明図である。 本発明の第４実施形態に係るエンジンの全体構成図（平面図）である。

以下、図面に基き本発明の実施形態を説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るエンジンの全体構成図（平面図）、図２は、上記エンジンの排気装置の構成図（右側面図）である。図１の上方及び図２の右方が車両前方である。

この第１実施形態は、例えば排ガス温度が低くなりがちな低回転かつ軽負荷域において、エンジンの排気系に備えられる排気ガス浄化触媒を通過して通過前よりも温度が上昇した排気ガスの一部を再度排気ガス浄化触媒の上流に還流させることにより、排気ガス浄化触媒の早期活性化を促進することを特徴とし、請求項１に記載の発明の実施形態である。

本実施形態において、エンジンは、車両前部のエンジンルーム内に搭載され、シリンダヘッド９及び不図示のシリンダブロックを含むエンジン本体１と、エンジン制御用のＥＣＵ２と、エンジン本体１に接続される４つの独立吸気通路３等を含む吸気系と、エンジン本体１に接続される排気マニホールド５と、排気マニホールド５に接続される排気ガス浄化触媒６とを有する。ＥＣＵ２は、周知の通り、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むマイクロプロセッサからなり、本発明の「実行手段」及び「冷却実行手段」に相当する。

エンジンは直列４気筒４サイクルのガソリンエンジンであって、ＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼とが切り替え可能に構成される。エンジン本体１の内部に４つの気筒１２ａ〜１２ｄが直列に並んだ状態で形成され（図３及び図４参照）、具体的に、図１の右から順に、第１気筒１２ａ、第２気筒１２ｂ、第３気筒１２ｃ、及び第４気筒１２ｄが形成される。シリンダヘッド９に不図示のピストンで画成される燃焼室を臨む点火プラグ１５が配設され、第１〜第４気筒１２ａ〜１２ｄ内（燃焼室）に燃料を高圧で直接噴射する不図示の燃料噴射弁が配設される。図３に示すように、第１気筒１２ａ→第３気筒１２ｃ→第４気筒１２ｄ→第２気筒１２ｂの順に、吸気→圧縮→膨張→排気の各行程が１８０°ＣＡ（クランク角）ずつずれたタイミングで行われる。

各気筒１２ａ〜１２ｄに吸気ポート１７及び排気ポート１８が２つずつ接続される。吸気ポート１７は各気筒１２ａ〜１２ｄに吸気を導入するためのもの、排気ポート１８は各気筒１２ａ〜１２ｄから排気を導出するためのものである。吸気ポート１７に吸気弁１９が設けられ、吸気弁１９の開閉により吸気ポート１７と気筒１２ａ〜１２ｄとが連通又は遮断する。排気ポート１８に排気弁２０が設けられ、排気弁２０の開閉により排気ポート１８と気筒１２ａ〜１２ｄとが連通又は遮断する。

吸気弁１９を駆動する吸気弁駆動機構３０、及び排気弁２０を駆動する排気弁駆動機構４０が設けられる。吸気弁駆動機構３０は吸気弁１９に連結された吸気カムシャフト３１と吸気ＶＶＴ３２とを有し、排気弁駆動機構４０は排気弁２０に連結された排気カムシャフト４１と排気ＶＶＴ４２とを有する。吸気カムシャフト３１及び排気カムシャフト４１は周知のチェーンとスプロケット等の動力伝達機構を介して不図示のクランクシャフトに連結され、クランクシャフトの回転に同期して吸気弁１９及び排気弁２０を開閉駆動する。

吸気ＶＶＴ３２及び排気ＶＶＴ４２は吸気弁１９及び排気弁２０のバルブタイミングを変更する。例えば、吸気ＶＶＴ３２は、吸気カムシャフト３１と同軸に配置されてクランクシャフトで駆動される従動軸を有し、この従動軸と吸気カムシャフト３１との位相差を変更することにより、クランクシャフトと吸気カムシャフト３１との位相差を変更して、吸気弁１９のバルブタイミングを変更する。排気ＶＶＴ４２もこれに準じて同様である。

吸気ＶＶＴ３２及び排気ＶＶＴ４２の具体的構成としては、例えば、上記従動軸と吸気カムシャフト３１又は排気カムシャフト４１との間に周方向に並ぶ複数の液室を有し、これらの液室間に圧力差を設けることにより上記位相差を変更する液圧式機構や、上記従動軸と吸気カムシャフト３１又は排気カムシャフト４１との間に電磁石を配設し、この電磁石に電力を付与することにより上記位相差を変更する電磁式機構等が挙げられる。

吸気ＶＶＴ３２及び排気ＶＶＴ４２は、ＥＣＵ２で設定される吸気弁１９及び排気弁２０の目標バルブタイミングが実現するように上記位相差を変更する。吸気ＶＶＴ３２及び排気ＶＶＴ４２は、吸気弁１９及び排気弁２０の開弁期間（開弁開始の時期から閉弁終了の時期までの期間）やリフト量を一定に保ったまま、吸気弁１９及び排気弁２０の開弁時期（開弁開始の時期）や閉弁時期（閉弁終了の時期）を変更する。

具体的に、ＥＣＵ２は、例えば低〜中回転域で、図３に示すように、各気筒１２ａ〜１２ｄの排気弁２０の開弁期間と吸気弁１９の開弁期間とが吸気上死点（ＴＤＣ）を挟んでオーバーラップし、かつ、排気順序が連続する気筒間において、一方の気筒（先行する気筒）のオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に、他方の気筒（後続の気筒）の排気弁２０が開弁を開始するように、吸気ＶＶＴ３２及び排気ＶＶＴ４２を制御する。

より詳しくは、第１気筒１２ａのオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に第３気筒１２ｃの排気弁２０が開弁を開始し、第３気筒１２ｃのオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に第４気筒１２ｄの排気弁２０が開弁を開始し、第４気筒１２ｄのオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に第２気筒１２ｂの排気弁２０が開弁を開始し、第２気筒１２ｂのオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に第１気筒１２ａの排気弁２０が開弁を開始する。

吸気ポート１７に独立吸気通路３が接続され、独立吸気通路３の上流端部にサージタンク３ａが接続され、サージタンク３ａに下流側共通吸気通路３ｂ及び上流側共通吸気通路３ｄを介してエアクリーナ３ｅが接続される。共通吸気通路３ｂ，３ｄ間にスロットル弁を収容するスロットルボディ３ｃが配設され、エアクリーナ３ｅに空気の取り入れ口であるエアホース３ｆが接続される。

排気系の排気マニホールド５は、４つの独立排気通路５２を含む。各独立排気通路５２の上流端部は、各気筒１２ａ〜１２ｄの排気ポート１８に接続される。具体的に、第１〜第４気筒１２ａ〜１２ｄの排気ポート１８に第１〜第４独立排気通路５２ａ〜５２ｄが接続される（図４参照）。

第１独立排気通路５２ａ及び第４独立排気通路５２ｄはそれぞれ第１気筒１２ａ及び第４気筒１２ｄの排気ポート１８から湾曲して車両後方かつ下方に延びる。第２独立排気通路５２ｂ及び第３独立排気通路５２ｃはそれぞれ第２気筒１２ｂ及び第３気筒１２ｃの排気ポート１８から傾斜して車両後方かつ下方に延びる。これら４つの独立排気通路５２ａ〜５２ｄの下流端部はエンジン本体１の後方でエンジン本体１の気筒列方向の中央部分に対応する位置で１つに集合して束ねられ、負圧発生装置である集合管５０に接続される。

集合管５０は、上流側から順に、導入部５６と、テーパ部５７と、ストレート部５８とを排気ガスの流れ方向において相互に同軸に備える。導入部５６は、第１〜第４独立排気通路５２ａ〜５２ｄの下流端部が接続される比較的長さが短い円環状の部分である。テーパ部５７は、導入部５６の径よりも下流側ほど縮径する漏斗状の部分である。ストレート部５８は、テーパ部５７の下流端の径を維持してさらに下流側に延びる円筒状の部分である。

導入部５６に接続される第１〜第４独立排気通路５２ａ〜５２ｄの下流端部は、下流側ほど縮径する（流路面積が小さくなる）先細り形状である。そのため、独立排気通路５２ａ〜５２ｄを上流側（エンジン本体１側）から流れてきた排気ガスは、独立排気通路５２ａ〜５２ｄの下流端から集合管５０内に高速で噴出する（ジェット噴流）。この排気ガスのジェット噴流により集合管５０内に負圧が発生し、この負圧によりジェット噴流を噴出した独立排気通路５２以外の他の独立排気通路５２及び排気ポート１８内の残留ガスが下流側（集合管５０側）に吸い出される（エゼクタ効果）。以上のことから、集合管５０は、動圧排気を利用するエゼクタ効果で負圧を発生させる負圧発生装置であり、本発明の「還流手段」の構成要素である。

エゼクタ効果は、テーパ部５７及びストレート部５８により補強される。すなわち、テーパ部５７は下流側ほど縮径する（流路面積が小さくなる）漏斗状であり、ストレート部５８はテーパ部５７の下流端の径を維持して下流側に延びるため、独立排気通路５２ａ〜５２ｄの下流端から集合管５０内に噴出した排気ガスのジェット噴流は、高い流速を維持したままテーパ部５７及びストレート部５８を下流側に流れ、そのため、集合管５０内の広い範囲で負圧が発生し維持されるからである。

上述したように、例えば低〜中回転域では、先行する気筒のオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中に後続の気筒の排気弁２０が開弁を開始する（つまり集合管５０内に負圧が発生する）ので、オーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ／Ｌ中の気筒に対しては、エゼクタ効果（負圧）が排気ポート１８だけでなく吸気ポート１７にまで及び、その結果、気筒内の掃気が促進されて、充填効率（ηｃ）が向上する。

排気ガス浄化触媒６は、エンジン本体１から排出される排気ガスを浄化するためのものであり、例えばパラジウムやロジウム等の触媒成分を担持する触媒本体６４と、この触媒本体６４を拡径部分に収容するケーシング６２とを備える。触媒本体６４は、例えば、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）を同時に酸化又は還元して除去する三元触媒機能を具備する。

集合管５０のストレート部５８とケーシング６２の上流端部との間に上流側共通排気通路６１が介設され、ケーシング６２の下流端部に下流側共通排気通路６３の上流端部が接続される。集合管５０の導入部（本発明の「上流側の排気通路」に相当する）５６と下流側共通排気通路（本発明の「下流側の排気通路」に相当する）６３とを連通する連通路７１が設けられ、この連通路７１上に開閉弁７２が配設される。開閉弁７２は、本発明の「還流手段」の構成要素である。この第１実施形態では、還流手段は、負圧発生装置である集合管５０と、開閉弁７２とを含む。集合管５０は、排気還流の推進源であり、開閉弁７２は、排気還流の経路切替弁である。

ケーシング６２の上流端部に排気ガス浄化触媒６の温度を検出する触媒温度センサ（本発明の「温度検出手段」に相当する）８１が設けられる。ＥＣＵ２は、触媒温度センサ８１の検出信号を入力し、開閉弁７２に制御信号を出力する。例えば、ＥＣＵ２は、触媒温度センサ８１で検出される温度が所定の低温閾値温度以下のときに、開閉弁７２に開信号を出力する。上記低温閾値温度としては、例えば触媒６の活性化温度に関連する温度等が用いられる。開閉弁７２が開くと、下流側共通排気通路６３内の排気ガスの一部が連通路７１を介して集合管５０の導入部５６に還流される。その理由は、負圧発生装置である集合管５０内には動圧排気を利用するエゼクタ効果で負圧が発生しているからである。

エンジンは、大別して、低〜中回転かつ軽〜中負荷域でＨＣＣＩ燃焼が実行され、それ以外の高回転域及び／又は高負荷域でＳＩ燃焼が実行される。各気筒１２ａ〜１２ｄの幾何学的圧縮比（ピストンが下死点にあるときの燃焼室の容積とピストンが上死点にあるときの燃焼室の容積との比）は、ガソリンエンジンとしては高めの１５以上２０以下に設定される。これは、混合気を自着火により燃焼させるＨＣＣＩ燃焼を実現するためにはピストンの圧縮により燃焼室を大幅に高温かつ高圧化する必要があるからである。

ＨＣＣＩ燃焼時、混合気は理論空燃比よりもリーンに設定され、ＳＩ燃焼時、混合気はＨＣＣＩ燃焼時よりもリッチに設定される。ＨＣＣＩ燃焼時のリーン燃焼により、排気ガス浄化触媒６よりも上流側の排ガス温度が低下しても、排気ガス浄化触媒６を通過した際の未燃分の酸化反応すなわち燃焼により、排気ガス浄化触媒６よりも下流側の排ガス温度が上昇する。

ＨＣＣＩ燃焼が実行される低〜中回転かつ軽〜中負荷域のうち、燃焼室が比較的低温かつ低圧になりがちな低回転域及び／又は軽負荷域では、混合気の着火性及びＨＣＣＩ燃焼の安定性を高めるために、相対的に温度の高いホットＥＧＲガス（ＥＧＲクーラで冷却されないＥＧＲガス）が各気筒１２ａ〜１２ｄに導入される。一方、燃焼室が比較的高温かつ高圧になりがちな中回転かつ中負荷域では、過早着火等の異常燃焼を抑制するために、相対的に温度の低いクールドＥＧＲガス（ＥＧＲクーラで冷却されたＥＧＲガス）が各気筒１２ａ〜１２ｄに導入される。

ＨＣＣＩ燃焼が実行される低〜中回転かつ軽〜中負荷域のうち、ホットＥＧＲガスが各気筒１２ａ〜１２ｄに導入される低回転域及び／又は軽負荷域では、吸気行程のいずれかの時期に燃料噴射弁から気筒１２ａ〜１２ｄ内（燃焼室）に燃料が噴射される。これにより、均質な混合気が形成され、この均質混合気が圧縮上死点付近で自着火する。一方、クールドＥＧＲガスが各気筒１２ａ〜１２ｄに導入される中回転かつ中負荷域では、圧縮行程後期から膨張行程初期の間のいずれかの時期に燃料噴射弁から気筒１２ａ〜１２ｄ内に燃料が噴射される（リタード噴射）。これにより、過早着火等の異常燃焼が抑制され、ＨＣＣＩ燃焼の安定化が図られる。

ＥＣＵ２は、特に排ガス温度ひいては触媒６の温度が低くなりがちな低回転かつ軽負荷域で開閉弁７２に開信号を出力する。

以上のように、この第１実施形態では、排気ガスを浄化する排気ガス浄化触媒６を排気通路に備えるエンジンにおいて、上記排気ガス浄化触媒６よりも下流側の下流側共通排気通路６３と上流側の集合管５０の導入部５６とを連通する連通路７１と、上記連通路７１を介して上記下流側共通排気通路６３内の排気ガスの一部を上記導入部５６に還流させる還流手段とを備える（図４参照）。

この構成によれば、開閉弁７２が開くことにより、たとえＨＣＣＩ燃焼時のリーン燃焼により排ガス温度が低下しても、触媒６を通過した際の未燃分の酸化反応すなわち燃焼により高温化した触媒６下流の排気ガスを利用して触媒６上流の排ガス温度を高めることができるので、余分に燃料を直接用いることなく触媒６を活性化でき、触媒６の浄化性能を確保できる。

本実施形態では、上記排気ガス浄化触媒６の温度を検出する触媒温度センサ８１と、上記触媒温度センサ８１で検出される温度が所定の低温閾値温度以下のときに開閉弁７２に開信号を出力する（言い換えると、上記連通路７１を介しての排気ガスの還流を上記還流手段に実行させる）ＥＣＵ（実行手段）２とを備える。

この構成によれば、特に触媒６の温度が低いときに、触媒６を活性化でき、触媒６の浄化性能を確保できる。

本実施形態では、上記ＥＣＵ２は、低回転かつ軽負荷域で開閉弁７２に開信号を出力する（言い換えると、上記連通路７１を介しての排気ガスの還流を上記還流手段に実行させる）。

この構成によれば、特に排ガス温度ひいては触媒６の温度が低くなりがちな低回転かつ軽負荷域において、触媒６を活性化でき、触媒６の浄化性能を確保できる。

本実施形態では、上記還流手段は、動圧排気を利用するエゼクタ効果で負圧を発生させる負圧発生装置（集合管５０）を含む。

この構成によれば、集合管５０が推進源となり、動圧排気の利用により、余分に燃料を直接用いることなく上記連通路７１を介しての排気還流機能を得ることができる。

＜第２実施形態＞
次に、図５及び図６を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。第１実施形態と同じ又は類似の構成要素には同じ符号を用い、第１実施形態と重複する部分は説明を省略し、第２実施形態の特徴部分のみ説明を加える。

この第２実施形態は、上記第１実施形態の構成を利用して、例えば排ガス温度が高くなりがちな高回転かつ高負荷域において、エンジンの排気系に備えられる排気ガス浄化触媒を通過した排気ガスの一部をクーラで冷却したのち排気ガス浄化触媒の上流に還流させることにより、排気ガス浄化触媒の許容温度超え（熱劣化）を未然に防止することを特徴とし、請求項４に記載の発明の実施形態である。

図５及び図６から明らかなように、この第２実施形態では、第１実施形態と比較して、冷却用連通路７３、クーラ（本発明の「冷却手段」に相当する）７４、冷却用開閉弁７５、ホットＥＧＲ通路（ホットＥＧＲガスの吸気系への還流のための通路）９１、及びホットＥＧＲバルブ（ホットＥＧＲガスの吸気系への還流量を調整するためのバルブ）９５が追加される。冷却用開閉弁７５は、本発明の「還流手段」の構成要素である。この第２実施形態では、還流手段は、負圧発生装置である集合管５０と、開閉弁７２と、冷却用開閉弁７５とを含む。集合管５０は、排気還流の推進源であり、開閉弁７２及び冷却用開閉弁７５は、排気還流の経路切替弁である。

冷却用連通路７３は、連通路７１と並列に配置され、下流側共通排気通路６３と集合管５０の導入部５６とを連通する。クーラ７４は、冷却用連通路７３上に配設され、冷却用開閉弁７５は、クーラ７４よりも下流側共通排気通路６３側の位置で、冷却用連通路７３上に配設される。ホットＥＧＲ通路９１は、冷却用開閉弁７５よりも下流側共通排気通路６３側の位置（ホットＥＧＲ分岐点Ｐ１）で、冷却用連通路７３から分岐し、下流側共通排気通路６３と吸気系の下流側共通吸気通路３ｂ（本発明の「吸気通路」に相当する）とを連通する。ホットＥＧＲバルブ９５は、ホットＥＧＲ通路９１上に配設される。還流手段は、上記連通路７１を介しての排気ガスの還流に加え、上記冷却用連通路７３を介しての排気ガスの還流も実行可能である。ＥＣＵ２は、触媒温度センサ８１の検出信号を入力し、開閉弁７２、冷却用開閉弁７５、及びホットＥＧＲバルブ９５に制御信号を出力する。

この構成によれば、開閉弁７２が閉じ、冷却用開閉弁７５が開き、ホットＥＧＲバルブ９５が閉じることにより、冷却用連通路７３を通過してクーラ７４で冷却された低温の排気ガスを利用して触媒６上流の排ガス温度を低めることができるので、触媒６の温度が許容温度を超えること（すなわち触媒６の熱劣化）が未然に防止され、触媒６の信頼性を確保できる。

本実施形態では、上記ＥＣＵ（冷却実行手段）２は、上記触媒温度センサ８１で検出される温度が所定の高温閾値温度以上のときに冷却用開閉弁７５に開信号を出力する（言い換えると、上記冷却用連通路７３を介しての排気ガスの還流を上記還流手段に実行させる）。上記高温閾値温度としては、例えば触媒６の許容温度（より詳しくは高温側の許容温度）に関連する温度等が用いられる。

この構成によれば、特に触媒６の温度が高いときに、触媒６の温度が許容温度を超えることが未然に防止され、触媒６の信頼性を確保できる。

本実施形態では、上記ＥＣＵ２は、高回転かつ高負荷域で冷却用開閉弁７５に開信号を出力する（言い換えると、上記冷却用連通路７３を介しての排気ガスの還流を上記還流手段に実行させる）。

この構成によれば、特に排ガス温度ひいては触媒６の温度が高くなりがちな高回転かつ高負荷域において、触媒６の温度が許容温度を超えることが未然に防止され、触媒６の信頼性を確保できる。

本実施形態では、上記還流手段は、動圧排気を利用するエゼクタ効果で負圧を発生させる負圧発生装置（集合管５０）を含む。

この構成によれば、集合管５０が推進源となり、動圧排気の利用により、余分に燃料を直接用いることなく上記冷却用連通路７３を介しての排気還流機能を得ることができる。

本実施形態では、上記冷却用連通路７３上の所定の分岐点（クーラ７４及び冷却用開閉弁７５よりも下流側共通排気通路６３側の位置に設けられたホットＥＧＲ分岐点）Ｐ１から分岐し、上記下流側共通排気通路６３と吸気系の下流側共通吸気通路３ｂとを連通するホットＥＧＲ通路９１を備える。

この構成によれば、開閉弁７２が閉じ、冷却用開閉弁７５が閉じ、ホットＥＧＲバルブ９５が開くことにより、ＨＣＣＩ燃焼が実行される低〜中回転かつ軽〜中負荷域のうち、燃焼室が比較的低温かつ低圧になりがちな低回転域及び／又は軽負荷域で、ホットＥＧＲガスを各気筒１２ａ〜１２ｄに導入することができる。

＜第３実施形態＞
次に、図７及び図８を参照して、本発明の第３実施形態を説明する。第２実施形態と同じ又は類似の構成要素には同じ符号を用い、第２実施形態と重複する部分は説明を省略し、第３実施形態の特徴部分のみ説明を加える。

この第３実施形態は、上記第２実施形態の構成を利用して、冷却した排気ガスの一部を排気ガス浄化触媒の上流に還流させるときの冷却用のクーラと、クールドＥＧＲガスを各気筒１２ａ〜１２ｄに導入するときのＥＧＲガス冷却用のＥＧＲクーラとを兼用することにより、部品点数の増加を抑制することを特徴とし、請求項７に記載の発明の実施形態である。

図７及び図８から明らかなように、この第３実施形態では、第２実施形態と比較して、クーラ７４に代えてＥＧＲクーラ７６、ホットＥＧＲ通路９１に代えてクールドＥＧＲ通路（クールドＥＧＲガスの吸気系への還流のための通路、本発明の「ＥＧＲ通路」に相当する）９２、ホットＥＧＲバルブ９５に代えてクールドＥＧＲバルブ（クールドＥＧＲガスの吸気系への還流量を調整するためのバルブ）９６、及びホットＥＧＲ分岐点Ｐ１に代えてクールドＥＧＲ分岐点（本発明の「分岐点」に相当する）Ｐ２が設けられる。

冷却用連通路７３上に、集合管５０の導入部５６側から順に、冷却用開閉弁７５と、クールドＥＧＲ分岐点Ｐ２と、ＥＧＲクーラ７６とが備えられる。ＥＣＵ２は、触媒温度センサ８１の検出信号を入力し、開閉弁７２、冷却用開閉弁７５、及びクールドＥＧＲバルブ９６に制御信号を出力する。

本実施形態では、上記冷却用連通路７３上の所定の分岐点（冷却用開閉弁７５よりも下流側共通排気通路６３側の位置であるがＥＧＲクーラ７６よりも導入部５６側の位置に設けられたクールドＥＧＲ分岐点）Ｐ２から分岐し、上記下流側共通排気通路６３と吸気系の下流側共通吸気通路３ｂとを連通するクールドＥＧＲ通路９２を備える。上記ＥＧＲクーラ７６は、上記クールドＥＧＲ分岐点Ｐ２よりも上記下流側共通排気通路６３側に設けられ、第２実施形態のクーラ７４を兼ねるものである。

この構成によれば、開閉弁７２が閉じ、冷却用開閉弁７５が閉じ、クールドＥＧＲバルブ９６が開くことにより、ＨＣＣＩ燃焼が実行される低〜中回転かつ軽〜中負荷域のうち、燃焼室が比較的高温かつ高圧になりがちな中回転かつ中負荷域で、ＥＧＲクーラ７６で冷却されたクールドＥＧＲガスを各気筒１２ａ〜１２ｄに導入することができる。その際、第２実施形態のクーラ７４とＥＧＲクーラ７６との兼用により、部品点数の増加を抑制できる。すなわち、開閉弁７２が閉じ、冷却用開閉弁７５が開き、クールドＥＧＲバルブ９６が閉じることにより、冷却用連通路７３を通過してＥＧＲクーラ７６で冷却された低温の排気ガスを利用して触媒６上流の排ガス温度を低めることができる。

＜第４実施形態＞
次に、図９を参照して、本発明の第４実施形態を説明する。第１実施形態と同じ又は類似の構成要素には同じ符号を用い、第１実施形態と重複する部分は説明を省略し、第４実施形態の特徴部分のみ説明を加える。

この第４実施形態は、還流手段の構成要素として、負圧発生装置である集合管に代えて電動ポンプを用いることを特徴とし、請求項９に記載の発明の実施形態である。

図９から明らかなように、この第４実施形態では、第１実施形態と比較して、集合管５０に代えて単純集合管１５０が設けられる。第１〜第４独立排気通路１５２ａ〜１５２ｄの下流端部は、下流側ほど縮径する先細り形状でなく、また１つに集合して束ねられることなく順に集合されて単純集合管１５０に至る。連通路７１は、単純集合管１５０と下流側共通排気通路６３とを連通する。電動ポンプ１５１は、開閉弁７２よりも単純集合管１５０側の位置で、連通路７１上に配設される。ＥＣＵ２は、触媒温度センサ８１の検出信号を入力し、開閉弁７２、及び電動ポンプ１５１に制御信号を出力する。この第４実施形態では、還流手段は、電動ポンプ１５１と、開閉弁７２とを含む。電動ポンプ１５１は、排気還流の推進源であり、開閉弁７２は、排気還流の経路切替弁である。

この構成によれば、開閉弁７２が開き、かつ電動ポンプ１５１が駆動することにより、たとえＨＣＣＩ燃焼時のリーン燃焼により排ガス温度が低下しても、触媒６を通過した際の未燃分の酸化反応すなわち燃焼により高温化した触媒６下流の排気ガスを利用して触媒６上流の排ガス温度を高めることができるので、余分に燃料を直接用いることなく触媒６を活性化でき、触媒６の浄化性能を確保できる。

その上で、この構成によれば、上記還流手段は、電動ポンプ１５１を含むので、電動ポンプ１５１が推進源となり、電動ポンプ１５１の付加により、余分に燃料を直接用いることなく上記連通路７１を介しての排気還流機能を得ることができる。

もちろん、図５の第２実施形態や図７の第３実施形態において、還流手段の構成要素として、負圧発生装置である集合管５０に代えて電動ポンプ１５１を用いてもよい。その場合、還流手段は、排気還流の推進源である電動ポンプ１５１と、排気還流の経路切替弁である開閉弁７２及び冷却用開閉弁７５とを含む。そのため、電動ポンプ１５１が推進源となり、電動ポンプ１５１の付加により、余分に燃料を直接用いることなく上記冷却用連通路７３を介しての排気還流機能を得ることができる。

１ エンジン本体
２ ＥＣＵ（実行手段、冷却実行手段）
３ｂ 下流側共通吸気通路（吸気通路）
６ 排気ガス浄化触媒
１２ａ〜１２ｄ 第１気筒〜第４気筒
５０ 集合管（還流手段、負圧発生装置）
５２ａ〜５２ｄ 第１独立排気通路〜第４独立排気通路
５６ 導入部（上流側の排気通路）
６１ 上流側共通排気通路
６３ 下流側共通排気通路（下流側の排気通路）
７１ 連通路
７２ 開閉弁（還流手段）
７３ 冷却用連通路
７４ クーラ（冷却手段）
７５ 冷却用開閉弁（還流手段）
７６ ＥＧＲクーラ（冷却手段）
８１ 触媒温度センサ（温度検出手段）
９２ クールドＥＧＲ通路（ＥＧＲ通路）
９６ クールドＥＧＲバルブ
１５１ 電動ポンプ（還流手段）
Ｐ２ クールドＥＧＲ分岐点（分岐点）

Claims (7)

1. 排気ガスを浄化する排気ガス浄化触媒を排気通路に備えるエンジンの排気装置であって、
   上記排気ガス浄化触媒よりも下流側の排気通路と上流側の排気通路とを連通する連通路と、
   上記連通路を介して上記下流側排気通路内の排気ガスの一部を上記上流側排気通路に還流させる還流手段とを備え、
   上記還流手段は、動圧排気を利用するエゼクタ効果で負圧を発生させる負圧発生装置を含み、
   上記負圧発生装置は、エンジン本体の各々排気ポートに接続される複数の独立排気通路の下流端部が一つに束ねられて接続された集合管を含み、
   上記連通路は、上記集合管を介して上記上流側排気通路に連通していることを特徴とするエンジンの排気装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの排気装置において、
   上記排気ガス浄化触媒の温度を検出する温度検出手段と、
   上記温度検出手段で検出される温度が所定の低温閾値温度以下のときに上記連通路を介しての上記還流を上記還流手段に実行させる実行手段とをさらに備えることを特徴とするエンジンの排気装置。
3. 請求項２に記載のエンジンの排気装置において、
   上記実行手段は、低回転かつ軽負荷域で上記還流を実行させることを特徴とするエンジンの排気装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のエンジンの排気装置において、
   上記下流側排気通路と上流側排気通路とを連通し、冷却手段が設けられる冷却用連通路をさらに備え、
   上記還流手段は、上記冷却用連通路を介しての上記還流も実行可能であることを特徴とするエンジンの排気装置。
5. 請求項４に記載のエンジンの排気装置において、
   上記排気ガス浄化触媒の温度を検出する温度検出手段と、
   上記温度検出手段で検出される温度が所定の高温閾値温度以上のときに上記冷却用連通路を介しての上記還流を上記還流手段に実行させる冷却実行手段とをさらに備えることを特徴とするエンジンの排気装置。
6. 請求項５に記載のエンジンの排気装置において、
   上記冷却実行手段は、高回転かつ高負荷域で上記還流を実行させることを特徴とするエンジンの排気装置。
7. 請求項４から６のいずれか１項に記載のエンジンの排気装置において、
   上記冷却用連通路上の所定の分岐点から分岐し、上記下流側排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路をさらに備え、
   上記冷却手段は、上記分岐点よりも上記下流側排気通路側に設けられ、ＥＧＲクーラを兼ねるものであることを特徴とするエンジンの排気装置。

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