JPH07166849A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】内燃機関の排気浄化装置の信頼性を向上する。 【構成】各気筒の第１の排気弁18を排気温度の比較的低
い運転条件では作動させて第１の排気ポート16に介装し
た副触媒コンバータ24に排気を流して排気浄化性能を高
め、排気温度が比較的高い運転条件では第１の排気弁18
の作動を停止して副触媒コンバータ24への排気の流通を
遮断し、副触媒コンバータ24を熱害から回避する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気浄化装
置に関し、特に、排気系の上流側に副触媒コンバータを
設けて冷間時の排気浄化性能を向上させる技術の改善を
図ったものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動車用内燃機関の排気浄化装置
としては、例えば図11に示すようなものがある。即ち、
内燃機関１の排気マニホールド２から主触媒コンバータ
５に至る排気通路３とは別に、排気マニホールド２から
主触媒コンバータ５の上流に至るバイパス通路４を設
け、このバイパス通路４に副触媒コンバータ６を設けて
いる。また、排気をバイパス通路４に導くため、排気通
路３とバイパス通路４との上流部分岐点には切換バルブ
７が設けられ、冷間時には機関の排気を燃焼室に近い冷
却の少ない高温状態でバイパス通路４側の副触媒コンバ
ータ６に流し、触媒暖機を促進させて浄化を高めるよう
にし、冷間時以外ではバイパス通路４側への排気の流れ
を止め、副触媒コンバータ６に対して熱害を防止し、劣
化を少なくするものである (特開昭54−79319 号公報,
実開平３−83315 号公報等参照) 。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の排気浄化装置にあっては、排気マニホールド
の直下に排気通路とバイパス通路とを切り換える切換バ
ルブを有する構造となっていたため、切換バルブが高温
に曝されつつ開閉され、その結果、熱変形等によりバル
ブがスティックしたり、シール性が悪化したりする。

【０００４】本発明はこのような従来装置の問題点に鑑
みなされたもので、気筒毎に複数の排気弁と複数の排気
ポートとを有する機関の排気系の構造を利用し、排気弁
に前記切換バルブの機能を持たせることにより上記問題
点を解決した内燃機関の排気浄化装置を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため本発明に係る内
燃機関の排気浄化装置は、図１に示すように、気筒毎に
複数の排気弁と複数の排気ポートとを備えた内燃機関に
おいて、気筒毎の１つの排気ポート又はこれらの排気ポ
ートの下流側を他の排気ポートをバイパスして合流させ
た排気通路に副触媒コンバータを設ける一方、全ての排
気が合流する下流側の排気通路に主触媒コンバータを設
け、かつ、少なくとも前記副触媒コンバータを設けた排
気ポート又は排気通路を開閉する排気弁の作動を停止さ
せる弁作動停止機構と、機関運転状態を検出する運転状
態検出手段と、該運転状態検出手段によって検出された
所定の運転状態で前記弁作動停止機構を駆動して前記排
気弁の作動を停止させる弁作動停止制御手段と、を設け
て構成したことを特徴とする。

【０００６】

【作用】運転状態検出手段によって、排気温度の低い条
件などでは、弁作動停止制御手段が、副触媒コンバータ
に連なる排気ポート若しくは排気通路を開閉する排気弁
を作動させて副触媒コンバータに排気を流通させること
により、排気浄化性能を高める一方、排気温度が高い条
件などでは、弁作動停止制御手段が前記排気弁の作動を
停止させて副触媒コンバータへの排気の流通を遮断し、
排気による熱害から回避する。

【０００７】かかる副触媒コンバータへの排気流通の切
換を排気弁で行うようにしたため、スティックの発生や
シール性の低下を回避でき、信頼性に優れ、切換バルブ
を特別に設けることもないのでレイアウト，コスト面で
も有利である。

【０００８】

【実施例】以下に本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。 一実施例の全体構成を示す図２と横断面を示す図３とに
おいて、内燃機関11のシリンダヘッド12，シリンダブロ
ック13及びピストン14によって燃焼室15が形成され、該
燃焼室15には互いに独立した第１の排気ポート16と第２
の排気ポート17とが連通して形成され、夫々第１の排気
弁18と第２の排気弁19とで開閉される。また、第１の吸
気ポート20，第２の吸気ポート21が燃焼室15に連通して
形成され、夫々第１の吸気弁22，第２の吸気弁23によっ
て開閉される。

【０００９】前記第１の排気ポート16には副触媒コンバ
ータ24が設けられ、燃焼室15からの排気が排出されるよ
うになっている。また、前記第１の排気弁18の作動を機
関運転条件に応じて停止させる弁作動停止機構を含んだ
排気弁駆動装置25が設けられ、カム軸26に設けられたカ
ム27によりロッカ軸を中心に揺動され、それによって第
１の排気弁18，第２の排気弁19を開閉させる。かかる排
気弁駆動装置としては、例えば特開昭56−56940 号公報
に開示された構成を採用することができる。

【００１０】更に、前記排気弁駆動装置25の弁作動停止
機構をコントロールユニット28からの制御信号により油
圧の供給によって制御する作動装置29が設けられる。前
記コントロールユニット28には、シリンダブロック13に
設けた水温センサ30により検出された冷却水温度の信
号、回転速度センサ31によって検出された機関回転速度
の信号、スロットルセンサ32によって検出されたスロッ
トル弁開度の信号などが入力され、コントロールユニッ
ト28は、これら検出信号に基づいて検出された所定の運
転条件で第１の排気弁18の開閉作動を停止させる制御信
号を出力する。

【００１１】また、シリンダヘッド12には前記第１の吸
気ポート20，第２の吸気ポート21に連通して吸気マニホ
ールド33が接続され、第１の排気ポート16，第２の排気
ポート17に連通して排気マニホールド34が接続されてい
る。該排気マニホールド34の下流側には主触媒コンバー
タ35が接続されている。図４は、前記副触媒コンバータ
24の取り付け構造の詳細を示したもので、副触媒コンバ
ータ16は、排気マニホールド34側から挿入される。その
ため、位置決め用緩衝剤36が副触媒コンバータ24の前後
に配設されている。この緩衝剤36は例えばステンレスの
メッシュが考えられる。挿入に当たっては、第１の排気
ポート16と副触媒コンバータ24の寸法精度管理が必要と
なるが、図５に示したように燃焼室15に向かって第１の
排気ポート及び副触媒コンバータ24’をテーパ状に形成
することにより、寸法精度を緩くすることができ、副触
媒コンバータ24’の挿入が容易になる。

【００１２】副触媒コンバータ24，24’は、一般的なメ
タル系触媒の他、セラミック系の触媒でも可能である
が、セラミック系触媒の場合は硬度が大きいため排気ポ
ート外周と触媒外周との間に緩衝マットの装着が必要と
なる。次に、本実施例装置の作動を図６に示したフロー
チャートに従って説明する。尚、本装置では第２の排気
弁19は常時作動状態にあり、第１の排気弁18のみの作動
が制御される。

【００１３】まず、ステップ (図ではＳと記す。以下同
様) １では、機関の負荷状況を知るため、機関回転速度
Ｎとスロットル弁開度 (又は吸入空気流量Ｑ) とによっ
て決まる基本燃料噴射量に対応して燃料噴射弁 (図示せ
ず) へ通電される噴射パルスの基本パルス巾Ｔ_P を読み
込み、次いでステップ２では、現在の機関回転速度Ｎを
読み込む。

【００１４】そして、ステップ３では、前記基本パルス
巾Ｔ_P と機関回転速度Ｎから図７に示す領域Ａ，領域Ｂ
のいずれに属するかを判別する。ここで、前記領域Ａは
いわゆるパーシャル領域、領域Ｂは高負荷・高回転速度
領域に分けられている。これは、高温となるシリンダヘ
ッド12に形成された第１の排気ポート16内に装着された
副触媒コンバータ24の熱害を考慮したもので、領域Ａで
の排気温度は領域Ｂに比較して低く、副触媒コンバータ
24の活用が可能な領域である。

【００１５】したがって前記ステップ３で、領域Ａに属
すると判別されたときは、ステップ４へ進み、第１の排
気弁18を作動させて副触媒コンバータ24に排気を流通さ
せて排気浄化を促進する。特に、冷間時に排気系の下流
側に設けられる主触媒コンバータ５は排気が流通する前
に冷却量が大きいため温度が下がって暖機されるのが遅
れるのに対し、上流側に位置する副触媒コンバータ24は
燃焼室に近い高温の排気が流通するため温度上昇が早
く、速やかに活性化されるので排気浄化改善効果が大き
い。また、主触媒コンバータ35も暖機されて活性化され
た後は、主・副の触媒コンバータによって排気浄化性能
は一層向上する。

【００１６】一方、ステップ３で領域Ｂに属すると判別
されたときは、ステップ５へ進み、第１の排気弁18の作
動を停止させる。排気温度が高いため、排気の副触媒コ
ンバータ24への流通を停止して、副触媒コンバータ24を
熱害から回避するためである。下流側の主触媒コンバー
タ５には、高温状態から適度に冷却された排気が流通す
るので熱害を受けることなく、低温時より浄化性能も高
められる。

【００１７】そして、かかる副触媒コンバータ24への排
気の流通・遮断を第１排気弁18の作動・作動停止によっ
て行う構成であるため、従来の切換バルブを用いる場合
のようなスティックの発生やシール性の低下を招くこと
がなく、信頼性に優れると共にレイアウトやコスト面で
も有利である。次に、第２の実施例について説明する。
この実施例では、特に大幅な排気浄化性能向上を狙って
おり、気筒毎の２つの排気弁に対して作動停止制御を行
うものである。したがって、ハードウエアの基本的な構
成は前記第１の実施例の図２に示した構成と同様であ
り、同一の構成要素には同一符号を付して説明するが、
排気弁駆動装置25は、第１の排気弁18に加え第２の排気
弁19にも作動を停止するための弁作動停止機構を有して
構成されている。

【００１８】該第２の実施例の作動を図８に示したフロ
ーチャートに従って説明する。ステップ11〜ステップ13
については、図６のステップ１〜ステップ３と同様に基
本パルス巾Ｔ_P と機関回転速度Ｎとを読み込んで領域
Ａ，領域Ｂの判別が行われる。ステップ13で領域Ａと判
別されると、ステップ14で第１の排気弁18は作動させる
が、ステップ15で第２の排気弁19の作動は停止する。

【００１９】これにより、排気は第１の排気弁18から第
１の排気ポート16のみに流出し、第２の排気ポート17に
は流出しないため、全量が副触媒コンバータ24を通過す
ることとなるため、一部の排気のみを流通させる第１の
実施例に比較して排気浄化性能が更に高められる。ステ
ップ13で領域Ｂと判別されると、ステップ17で第２の排
気弁19を作動させ、ステップ18で第１の排気弁18の作動
を停止させる。これは、第１の実施例と同様で、副触媒
コンバータ24を排気の熱害から回避する。

【００２０】ところで、領域Ｂは高負荷・高回転速度領
域であり、高出力を要求されるが、第２の排気ポート17
のみしか開通しない。そこで、図９に示すように第２の
排気弁19の傘径及び第２の排気ポート17の開口面積を、
第１の排気弁18の傘径及び第１の排気ポート16の開口面
積より大きくし、あるいは、第２の排気弁19を開閉させ
るカムの形状も高負荷・高回転速度対応として作動角を
拡大したり、リフト量を大きくするなどして出力向上を
図ることが有効である (第１の実施例及び後述する第３
の実施例についても同様) 。

【００２１】次に第３の実施例について説明する。この
実施例では、特に冷間時の排気浄化性能を高めるよう
に、気筒毎の２つの排気弁に対して作動停止を制御す
る。したがって、ハードウエアの構成は、前記第２の実
施例と同一でよく、排気駆動装置25は、第１の排気弁1
8，第２の排気弁19を夫々作動停止可能な弁作動停止機
構を有している。

【００２２】該第３の実施例の作動を図10に示したフロ
ーチャートに従って説明する。ステップ21で基本パルス
巾Ｔ_P を読み込んだ後、ステップ22では該基本パルス巾
Ｔ_P を基準値Ｔ_PLと比較して大小を判別する。ここで、
該基準値Ｔ_PLは、前記領域Ａと領域Ｂとの負荷 (基本パ
ルス巾Ｔ_P ) の境界値Ｔ_PHよりは小さな低負荷値に設定
されており、例えばパルス巾で1.5ms 程度とする。

【００２３】そして、Ｔ_P ＜Ｔ_PLの場合には低負荷時と
判断し、ステップ23で機関の冷却水温度ＥＴ_W を読み込
み、ステップ24で該冷却水温度ＥＴ_W を基準水温ＥＴ
(例えば60°Ｃ) と比較して大小を判別する。ステップ2
4でＥＴ_W ≦ＥＴと判定されたときは、冷間時と判断
し、ステップ25で第１の排気弁18を作動させ、ステップ
26で第２の排気弁19の作動を停止させる。

【００２４】また、ステップ22でＴ_P ≧Ｔ_PLと判別され
たときは中・高負荷時と判断し、又、ステップ24でＥＴ
_W ＞ＥＴ判別されたときは暖機完了と判断して夫々ステ
ップ27へ進み、機関回転速度Ｎを読み込んだ後、ステッ
プ28で該機関回転速度Ｎと前記基本パルス巾Ｔ_P とに基
づいて前記各実施例と同様領域Ａ, 領域Ｂの判別を行
う。 そして、領域Ａと判別された場合はステップ29,
ステップ30で第１の排気弁18, 第２の排気弁19を共に作
動させ、領域Ｂと判別された場合はステップ31,ステッ
プ32で第２の排気弁19を作動させて第１の排気弁18の作
動を停止させる。

【００２５】以上の結果を纏めると、表１に示すように
なる。ここで、Ｎ₀ は図８の領域Ａと領域Ｂとの機関回
転速度Ｎの境界値である。

【００２６】

【表１】

【００２７】つまり、低負荷でかつ冷間時には、第１の
排気ポート16のみを開通させて副触媒コンバータ24に排
気の全量を流して排気浄化性能を可及的に高めるように
し、それ以外の時は、負荷と機関回転速度とに応じて定
まる出力が比較的低く、排気温度も比較的低い運転条件
では、第１の排気ポート16_, 第２の排気ポート17共に開
通させて排気の一部を副触媒コンバータ24に流すことに
より、排気浄化性能を高めつつ、排気抵抗を小さくして
燃費の向上も図り、出力がある程度以上高くなり排気温
度も高くなる運転条件では、第２の排気ポート17のみを
開通させて出力の確保と副触媒コンバータ24の熱害回避
とを図ったものであり、運転条件に対応した極めの細か
い制御を行える。

【００２８】尚、以上示した実施例では、副触媒コンバ
ータを気筒毎の一方の排気ポートに設ける構成とした
が、これら気筒毎の一方の排気ポートの下流側同士を他
方の排気ポートをバイパスして合流させ、その合流した
排気通路に１つの副触媒コンバータを備えるような構成
であってもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、排気温度が低い冷間時などは副触媒コンバータに排
気を流通して排気浄化性能を可及的に高め、排気温度が
高い条件では副触媒コンバータへの排気の流通を遮断し
て副触媒コンバータを排気の熱害から回避することがで
きる一方、かかる排気の流通の切換を気筒毎に複数の排
気弁と複数の排気ポートを備えた排気系の排気弁の作動
・作動停止の切換によって行うようにしたため、スティ
ックの発生やシール性の低下を招くことなく、信頼性に
優れると共に、レイアウト_, コスト面でも有利である。

【００３０】また、副触媒コンバータに連ならない排気
ポートを開閉する排気弁の作動についても作動停止制御
を行う構成を併用することなどにより、より、積極的に
排気浄化性能を高めたり、運転条件に対応した極め細か
な制御を行ったりすることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。

【図２】本発明の第１の実施例の構成を示す一部縦断面
図。

【図３】同上実施例の構成を示す一部横断面図。

【図４】同上実施例の副触媒コンバータの取り付け構造
の一例を示す断面図。

【図５】同じく副触媒コンバータの取り付け構造の異な
る例を示す断面図。

【図６】同上実施例装置の作動ルーチンを示すフローチ
ャート。

【図７】同上実施例で使用される運転領域の判別マッ
プ。

【図８】本発明の第２の実施例装置の作動ルーチンを示
すフローチャート。

【図９】各実施例の２つの排気弁の大きさを示す断面
図。

【図10】本発明の第３の実施例装置の作動ルーチンを示
すフローチャート。

【図11】従来例の構成を示す図。

【符号の説明】

11 内燃機関 16 第１の排気ポート 17 第２の排気ポート 18 第１の排気弁 19 第２の排気弁 24 副触媒コンバータ 25 排気弁駆動装置 28 コントロールユニット 29 作動装置 30 水温センサ 31 回転速度センサ 32 スロットルセンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】気筒毎に複数の排気弁と複数の排気ポート
   とを備えた内燃機関において、気筒毎の１つの排気ポー
   ト又はこれらの排気ポートの下流側を他の排気ポートを
   バイパスして合流させた排気通路に副触媒コンバータを
   設ける一方、全ての排気が合流する下流側の排気通路に
   主触媒コンバータを設け、かつ、少なくとも前記副触媒
   コンバータを設けた排気ポート又は排気通路を開閉する
   排気弁の作動を停止させる弁作動停止機構と、機関運転
   状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手
   段によって検出された所定の運転状態で前記弁作動停止
   機構を駆動して前記排気弁の作動を停止させる弁作動停
   止制御手段と、を設けて構成したことを特徴とする内燃
   機関の排気浄化装置。