(57)【要約】【課題】触媒活性前の排気性能を向上させる。【解決手段】本発明は、排気通路３に排気浄化触媒３２を備えた多気筒エンジンの排気浄化装置であって、各気筒１１の排気ポート１４を互いに連通する連通路１７と、連通路１７の下流の排気ポート１４にそれぞれ設けられ、排気を連通路１７に導入するのか、排気通路３に排出するのか、を切り替える流路切替弁１８と、排気浄化触媒３２の活性状態を検出する温度センサ３４と、を備え、排気浄化触媒３２が活性していないと判定したときに、流路切替弁１８を閉じて排気を連通路１７に導入するとともに、排気弁閉時期を排気上死点後まで遅角して、吸気行程中の気筒の排気弁と、排気行程中の気筒の排気弁と、が開いている気筒間オーバーラップ期間を設定することを特徴とする。【選択図】図５
2010025052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒エンジンの排気浄化装置であって、
各気筒に接続するそれぞれ独立した分岐排気通路と、
前記分岐排気通路に接続し、前記各気筒から排出された排気がまとめられて流れる集合排気通路と、
前記集合排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記分岐排気通路を互いに連通する連通路と、
前記連通路の下流の前記分岐排気通路にそれぞれ設けられ、排気を前記連通路に導入するのか、前記集合排気通路に排出するのか、を切り替える流路切替弁と、
前記排気浄化触媒の活性状態を検出する触媒活性状態検出手段と、
を備え、
前記排気浄化触媒が活性していないと判定したときに、前記流路切替弁を閉じて排気を前記連通路に導入するとともに、排気弁閉時期を排気上死点後まで遅角して、吸気行程中の気筒の排気弁と、排気行程中の気筒の排気弁と、が開いている気筒間オーバーラップ期間を設定する
ことを特徴とする多気筒エンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記分岐排気通路は、
各気筒の排気ポートと、
前記各気筒の排気ポートにそれぞれ独立して接続される排気マニホールドと、
を備え、
前記連通路は、前記各気筒の排気ポートを互いに連通する
ことを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記分岐排気通路は、
各気筒の排気ポートと、
前記各気筒の排気ポートにそれぞれ独立して接続される排気マニホールドと、
を備え、
前記連通路は、前記排気マニホールドの枝管を互いに連通する
ことを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記連通路は、前記分岐排気通路の流路径よりも細い
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１つに記載の多気筒エンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多気筒エンジンの排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の多気筒エンジンの排気浄化装置として、各気筒の排気通路をそれぞれ連通する連通路を設け、運転状態に応じて連通路へ排気を導入するものがある（例えば、特許文献１参照）。これにより、内部ＥＧＲ量を増加させて排気性能の向上を図っていた。
【特許文献１】特開平１−２０００１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述した従来の多気筒エンジンの排気浄化装置は、触媒の活性状態を考慮していなかったため、冷機始動時などの触媒活性前の排気性能が悪化するという問題点がった。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、触媒活性前の排気性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００６】
本発明は、多気筒エンジン（１）の排気浄化装置であって、各気筒（１１）に接続するそれぞれ独立した分岐排気通路（１４，３１ａ）と、前記分岐排気通路（１４，３１ａ）に接続し、前記各気筒（１１）から排出された排気がまとめられて流れる集合排気通路（３３）と、前記集合排気通路（３１ｂ，３３）に設けられた排気浄化触媒（３２）と、前記分岐排気通路（１４，３１ａ）を互いに連通する連通路（１７）と、前記連通路（１７）の下流の前記分岐排気通路（１４，３１ａ）にそれぞれ設けられ、排気を前記連通路（１７）に導入するのか、前記集合排気通路（３１ｂ，３３）に排出するのか、を切り替える流路切替弁（１８）と、前記排気浄化触媒（３２）の活性状態を検出する触媒活性状態検出手段（３４）と、を備え、前記排気浄化触媒（３２）が活性していないと判定したときに、前記流路切替弁（１８）を閉じて排気を前記連通路（１７）に導入するとともに、排気弁閉時期を排気上死点後まで遅角して、吸気行程中の気筒（１１）の排気弁（１６）と、排気行程中の気筒（１１）の排気弁（１６）と、が開いている気筒間オーバーラップ期間を設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
気筒間オーバーラップ期間によって、連通路を介して、排気行程中の気筒から排出される排気の一部を吸気行程中の他気筒に吸い戻させることができる。その結果、特に高濃度のハイドロカーボンが含まれる排気を吸い戻すことができ、触媒活性前に集合排気通路に排出するハイドロカーボンを大幅に減少させることができる。これにより、触媒活性前の排気性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態によるエンジンの排気浄化装置について説明する。
【００１０】
図１（Ａ）は、本発明の一実施形態によるエンジンの排気浄化装置の概略平面図である。図１（Ｂ）は、本発明の一実施形態によるエンジンの排気浄化装置の概略断面図である。
【００１１】
エンジン１は、直列４気筒エンジンであり、直列に配置された４つの気筒１１を備える。以下では、特に区別する必要があるときには、図中上側の気筒１１から順に第１気筒１１ａ、第２気筒１１ｂ、第３気筒１１ｃ、第４気筒１１ｄという。本実施形態では、点火順序を第１気筒１１ａ、第３気筒１１ｃ、第４気筒１１ｄ、第２気筒１１ｂの順に設定している。
【００１２】
各気筒１１には、シリンダヘッド１２に形成された吸気ポート１３を介して、筒内に空気を供給する吸気通路２が接続されると共に、シリンダヘッド１２に形成された排気ポート１４を介して、筒内で発生した燃焼ガス等の排気を排出する排気通路３が接続される。
【００１３】
シリンダヘッド１２は、上記した吸排気ポート１３，１４の他に、吸気弁１５と、排気弁１６と、連通路１７と、排気流路切替弁１８と、バイパス路１９と、を備える。
【００１４】
吸気弁１５は、各気筒１１に２つずつ設けられ、吸気ポート１３と気筒内に形成される燃焼室２０とを開閉する。
【００１５】
排気弁１６は、各気筒１１に２つずつ設けられ、排気ポート１４と気筒内に形成される燃焼室２０とを開閉する。排気弁１６の作動角は、例えば特開２００７−２３９４９６号公報などに記載の可変動弁機構（図示せず）によって連続的に変化させることができる。
【００１６】
連通路１７は、排気ポート１４の上方に形成され、各気筒１１に対応する排気ポート同士を連通する。連通路１７は、排気ポート１４に対して十分細くし、燃焼室２０に可能な限り近づけることが望ましい。
【００１７】
排気流路切替弁１８は、連通路１７よりも下流の各排気ポート内に設けられる。各排気流路切替弁１８は、排気ポート１４の下方に設けられた弁駆動軸２１を回転させることによって同時に開閉される。排気流路切替弁１８を閉じることによって、排気を連通路１７に導入することができる。
【００１８】
バイパス路１９は、連通路１７と、排気流路切替弁１８よりも下流の排気ポート１４と、を接続する。バイパス路１９は、排気流路切替弁１８が閉じているときに、排気を連通路１７から排気流路切替弁１８の下流の排気ポート１４へとバイパスさせる。なお、本実施形態では、バイパス路１９が、第３気筒１１ｃに対応する排気ポート１４のみと接続しているが、これに限られるものではない。例えば、バイパス路１９を複数設けても良いし、第３気筒１１ｃ以外に対応する排気ポート１４に設けても良い。
【００１９】
排気通路３には、上流から順に、排気マニホールド３１と、排気浄化触媒３２と、が設けられる。
【００２０】
排気マニホールド３１は、各気筒１１ａ〜１１ｄの排気ポート１４にそれぞれ独立して接続される枝管３１ａと、枝管を流れる排気をまとめる主管３１ｂと、を備える。
【００２１】
排気浄化触媒３２は、排気マニホールド３１と接続される排気管３３に設けられ、排気中のハイドロカーボン（ＨＣ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）などの有害物質を取り除く。排気浄化触媒３２には、触媒温度センサ３４が設けられ、触媒温度センサ３４によって排気浄化触媒３２が活性しているか否かを判定できる。
【００２２】
ここで、排気浄化触媒３２に所望の排気浄化性能を発揮させるためには、触媒を一定温度まで昇温して、触媒を活性させる必要がある。そのため、冷機始動時などの触媒活性前に排気通路３へ排気を排出すると、排気浄化触媒３２でハイドロカーボン等の有害物質を十分に除去できない。したがって、排気性能を向上させるために、冷機始動時などの触媒活性前に排気通路３へ排出するハイドロカーボン等の量を低減したいという要求がある。
【００２３】
図２は、各気筒１１から排出される排気中のハイドロカーボンの濃度特性を示した図である。
【００２４】
図２に示すように、各気筒１１から排出される排気中のハイドロカーボンの濃度は、排気行程の初期に１回目のピーク（以下「１次ピーク」という）を迎え、排気行程の末期に２回目のピーク（以下「２次ピーク」という）を迎える。
【００２５】
１次ピークは、排気弁１６の近傍に存在していた未燃ハイドロカーボンが排気弁１６の開弁の瞬間に排気ポート１４へ流出することで発生する。
【００２６】
２次ピークは、ピストン冠面やシリンダの壁面に付着していた燃料がピストンの上昇によって押し出されることで発生する。
【００２７】
このように、各気筒１１から排出される排気中のハイドロカーボンの濃度には、１次ピークと２次ピークとがある。したがって、排気性能を向上させるには、１次ピーク時に多量に発生するハイドロカーボンを吸気側に戻し、再度燃焼室で燃焼させることが有効である。これにより、冷機始動時などの触媒活性前に排気通路３に排出するハイドロカーボンの量を低減することができるためである。
【００２８】
そこで、本実施形態では、冷機始動時などの触媒活性前には、排気流路切替弁１８を閉じると共に、排気弁作動角を拡大してバルブオーバーラップ期間を設定する。これにより、排気行程中の気筒１１から排出された排気を、連通路１７を介して吸気行程中の気筒１１へと吸い戻させることができる。
【００２９】
以下、図３〜図５を参照して、この点について詳細に説明する。
【００３０】
図３は、排気流路切替弁１８を閉じているときの排気の流れを示した図である。図４は、排気流路切替弁１８を開いているときの排気の流れを示した図である。なお、図３及び図４では、発明の理解を容易にするため、排気系の関連部品のみを図示した。
【００３１】
図３に示すように、冷機始動時などの触媒活性前には、排気流路切替弁１８を閉じて、排気行程中の気筒（第３気筒１１ｃ）から排出された排気を、吸気行程中の気筒（第１気筒１１ａ）へと吸い戻させる。
【００３２】
図４に示すように、触媒活性後は、排気流路切替弁１８を開いて、排気行程中の気筒１１から排出された排気を、排気通路３へと排出する。
【００３３】
図５は、本実施形態によるエンジンの排気浄化装置の効果について説明する図である。
【００３４】
図５に示すように、触媒活性前は、排気弁１６の作動角を拡大して排気弁閉時期（ＥＶＣ）を、上死点（ＴＤＣ）後まで遅角させる。
【００３５】
これにより、吸気弁１５と排気弁１６とが開かれている期間（以下「自気筒オーバーラップ期間」という）が生じる。さらに、吸気行程中の気筒（第１気筒１１ａ）の排気弁１６と、排気行程中の気筒（第３気筒１１ｃ）の排気弁１６と、が開かれている期間（以下「気筒間オーバーラップ期間」という）が生じる。
【００３６】
その結果、自気筒オーバーラップ期間によって、２次ピークの排気の一部を自気筒（第１気筒１１ａ）に吸い戻すことができる。また、気筒間オーバーラップ期間によって、連通路１７を介して、排気行程中の気筒（第３気筒１１ｃ）から排出される１次ピークの排気の一部を吸気行程中の他気筒（第１気筒１１ａ）に吸い戻させることができる。
【００３７】
触媒活性後は、排気弁１６の作動角を縮小して、排気弁閉時期を上死点近傍まで進角させる。
【００３８】
以上説明した本実施形態よれば、排気ポート１４を連通する連通路１７と、連通路１７よりも下流の排気ポート１４内を開閉する排気流路切替弁１８と、をシリンダヘッド１２に設けた。そして、冷機始動時などの触媒活性前には、排気流路切替弁１８を閉じると共に、排気弁１６閉時期を上死点後まで遅角させた。
【００３９】
これにより、自気筒オーバーラップ期間によって、２次ピークの排気の一部を自気筒１１に吸い戻すことができる。また、気筒間オーバーラップ期間によって、連通路１７を介して、排気行程中の気筒１１から排出される１次ピークの排気の一部を吸気行程中の他気筒１１に吸い戻させることができる。
【００４０】
その結果、特に高濃度のハイドロカーボンが含まれる１次ピーク及び２次ピークの排気を吸い戻すことができ、触媒活性前に排気通路３に排出するハイドロカーボンを大幅に減少させることができる。
【００４１】
また、高温の排気を燃焼室２０に戻すので、冷機時において、筒内温度を上昇させることができる。そのため、燃料気化を促進でき、未燃ハイドロカーボンの排出量を抑制することができる。
【００４２】
さらに、連通路１７を排気ポート１４に対して細くし、連通路１７の容積を小さくしたので、吸気行程中の他気筒１１に吸い戻すことのできる排気行程中の気筒１１から排出される１次ピークの排気の量を多くすることができる。
【００４３】
なお、以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることは明白である。
【００４４】
例えば、図６に示すように、排気流路切替弁１８を排気ポート１４の片側にのみ設けても良い。また図７に示すように、連通路１７を排気通路３の上方に設け、排気流路切替弁１８を排気通路内に設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態によるエンジンの排気浄化装置の概略図である。
【図２】各気筒から排出される排気中のハイドロカーボンの濃度特性を示した図である。
【図３】排気流路切替弁を閉じているときの排気の流れを示した図である。
【図４】排気流路切替弁を開いているときの排気の流れを示した図である。
【図５】本実施形態によるエンジンの排気浄化装置の効果について説明する図である。
【図６】本発明の一実施形態によるエンジンの排気浄化装置の概略図である。
【図７】本発明の一実施形態によるエンジンの排気浄化装置の概略図である。
【符号の説明】
【００４６】
１    エンジン（多気筒エンジン）
１１    気筒
１４    排気ポート（分岐排気通路）
１７    連通路
１８    排気流路切替弁（流路切替弁）
３１    排気マニホールド（分岐排気通路）
３２    排気浄化触媒
３３    排気管（集合排気通路）
３４    温度センサ（触媒活性状態検出手段）
【図１】
2010025052.tif 000003
【図２】
2010025052.tif 000004
【図３】
2010025052.tif 000005
【図４】
2010025052.tif 000006
【図５】
2010025052.tif 000007
【図６】
2010025052.tif 000008
【図７】
2010025052.tif 000009