(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設置される排気浄化用の触媒コンバータと、
触媒コンバータを迂回して排気を導くバイパス通路と、
運転条件に応じて触媒コンバータまたはバイパス通路への排気の導入を制限する排気通路切替手段と、
排気通路切替手段より下流側で触媒コンバータより上流側の排気通路と吸気通路を結ぶ第一ＥＧＲ通路と、
排気通路切替手段より下流側のバイパス通路と吸気通路を結ぶ第二ＥＧＲ通路と、
排気通路切替手段から洩れた排気を吸気通路に再循環させるように第一ＥＧＲ通路と第二ＥＧＲ通路を選択的に開通させるＥＧＲ通路切替手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲ通路切替手段として、
第一ＥＧＲ通路と第二ＥＧＲ通路を選択的に開通させるＥＧＲ通路切替バルブと、
触媒コンバータへの排気の導入が制限される運転時に第一ＥＧＲ通路を開通させるようにＥＧＲ通路切替バルブを作動させる制御手段と、
バイパス通路への排気の導入が制限される運転時に第二ＥＧＲ通路を開通させるようにＥＧＲ通路切替バルブを作動させる制御手段と、
を備えた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。
【請求項３】
前記排気通路切替手段から洩れた排気を第一ＥＧＲ通路または第二ＥＧＲ通路に導くガイドリブを備えた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。
【請求項４】
排気通路の第一ＥＧＲ通路または第二ＥＧＲ通路が接続する部位より下流側の流路面積を小さくする絞りを備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用内燃機関等にあっては、排気を清浄化するため、空燃比を理論空燃比となるようにフィードバック制御するとともに、排気通路にＨＣ，ＣＯの酸化と、ＮＯｘの還元を同時に行う三元触媒を設置したシステムが、広く実用化されている。
【０００３】
触媒低温時の活性化を早めるために、触媒コンバータを機関のエキゾーストマニホールドの直下に設置するものがある。
【０００４】
エキゾーストマニホールドの直下に設置された上流触媒コンバータの耐熱性を確保するため、排気が高温となる運転時に上流触媒コンバータへの排気の導入を制限する排気切替バルブを備えるものがある（特開昭５７−２１０１１６号公報、参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、排気切替バルブが上流触媒コンバータを閉じた状態でも、排気切替バルブのまわりに空いた隙間から洩れる排気が上流触媒コンバータへと導かれるため、触媒の劣化を早めるという問題点が考えられる。
【０００６】
また、排気切替バルブが上流触媒コンバータを迂回するパイパス通路を閉じた状態でも、排気切替バルブのまわりに空いた隙間から洩れる排気が上流触媒コンバータを迂回して浄化されないまま排出されるため、排気エミッションの悪化を招くという問題点が考えられる。
【０００７】
本発明は排気切替バルブから洩れる排気に起因する上記の不具合を解消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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、
排気通路に設置される排気浄化用の触媒コンバータと、
触媒コンバータを迂回して排気を導くバイパス通路と、
運転条件に応じて触媒コンバータまたはバイパス通路への排気の導入を制限する排気通路切替手段と、
排気通路切替手段より下流側で触媒コンバータより上流側の排気通路と吸気通路を結ぶ第一ＥＧＲ通路と、
排気通路切替手段より下流側のバイパス通路と吸気通路を結ぶ第二ＥＧＲ通路と、
排気通路切替手段から洩れた排気を吸気通路に再循環させるように第一ＥＧＲ通路と第二ＥＧＲ通路を選択的に開通させるＥＧＲ通路切替手段と、
を備える。
【０００９】
請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の発明において、
前記ＥＧＲ通路切替手段として、
第一ＥＧＲ通路と第二ＥＧＲ通路を選択的に開通させるＥＧＲ通路切替バルブと、
触媒コンバータへの排気の導入が制限される運転時に第一ＥＧＲ通路を開通させるようにＥＧＲ通路切替バルブを作動させる制御手段と、
バイパス通路への排気の導入が制限される運転時に第二ＥＧＲ通路を開通させるようにＥＧＲ通路切替バルブを作動させる制御手段と、
を備える。
【００１０】
請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１または２に記載の発明において、
前記排気通路切替手段から洩れた排気を第一ＥＧＲ通路または第二ＥＧＲ通路に導くガイドリブを備える。
【００１１】
請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１から３のいずれか一つに記載の発明において、
排気通路の第一ＥＧＲ通路または第二ＥＧＲ通路が接続する部位より下流側の流路面積を小さくする絞りを備える。
【００１２】
【作用】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、バイパス通路が閉塞された運転状態で、排気通路切替手段から洩れた排気は、第二ＥＧＲ通路を通って吸気通路に再循環することにより、洩れ排気が浄化されないまま外部へと排出されることを抑制し、排気エミッションの悪化を防止できる。
【００１３】
触媒コンバータの流路が閉塞された運転状態で、排気通路切替手段から洩れた排気は、第一ＥＧＲ通路を通って吸気通路に再循環することにより、高温の洩れ排気が触媒コンバータに導かれて、触媒コンバータの劣化が進むことを抑えられる。
【００１４】
請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、バイパス通路が閉塞された運転状態で、ＥＧＲ通路切替バルブを介して第二ＥＧＲ通路が開通する。これにより、排気通路切替手段から洩れた排気は、第二ＥＧＲ通路を通って吸気通路に再循環し、洩れ排気が浄化されないまま外部へと排出されることを抑制し、排気エミッションの悪化を防止できる。
【００１５】
触媒コンバータの流路が閉塞された運転状態で、ＥＧＲ通路切替バルブを介して第一ＥＧＲ通路が開通する。これにより、排気通路切替手段から洩れた排気は、第一ＥＧＲ通路を通って吸気通路に再循環することにより、高温の洩れ排気が触媒コンバータに導かれて、触媒コンバータの劣化が進むことを抑えられる。
【００１６】
請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、排気通路切替手段から洩れた排気は、ガイドリブに案内されて第一ＥＧＲ通路または第二ＥＧＲ通路へと導かれ、吸気通路に再循環することが促される。
【００１７】
請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、排気通路切替手段から洩れた排気の流れは、絞りを介して抵抗が付与されることにより、第一ＥＧＲ通路または第二ＥＧＲ通路へと導かれ、吸気通路に再循環することが促される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１に示すように、エンジン１の排気通路９には上流触媒コンバータ２と下流触媒コンバータ３が直列に設置され、排気中のＨＣ，ＣＯの酸化と、ＮＯｘの還元が同時に行われる。
【００２０】
エンジン１の吸気通路８には図示しない燃料噴射弁が取付けられ、コントロールユニット５からの信号に応じて燃料が噴射される。
【００２１】
コントロールユニット５は、図示しないが、エンジン吸入空気量Ｑ、回転数Ｎ等の検出信号を入力し、空燃比を理論空燃比に近づける基本燃料噴射量Ｔｐ（＝Ｋ×Ｑ／Ｎ；Ｋは定数）が算出されるととともに、Ｏ２センサの検出信号を入力し、所定のストイキ域で燃料噴射量が目標値を中心とした狭い範囲に収まるように最終的な燃料噴射量Ｔｉを次式で算出して空燃比をフィードバック制御する。
【００２２】
Ｔｉ＝Ｔｐ×α×ＣＯＥＦ＋Ｔｓ  …（１）
ただし、αは空燃比フィードバック補正係数、ＣＯＥＦはエンジン冷却水温等をパラメータとした各種補正係数の和、Ｔｓは無効噴射パルス幅である。
【００２３】
上流触媒コンバータ２はエンジン１にできるだけ近づけて配置され、触媒低温時の活性化を早めるようになっている。
【００２４】
排気通路９にはエンジン１からの排気を上流触媒コンバータ２を迂回させて下流触媒コンバータ３へと導くバイパス通路１０が配設される。
【００２５】
運転条件に応じて上流触媒コンバータ２またはバイパス通路１０への排気の導入を制限する排気通路切替手段として、排気通路９にはバイパス通路１０と上流触媒コンバータ２を選択的に開通させる排気切替バルブ４が介装される。
【００２６】
コントロールユニット５は、排気温度が低い運転時に排気切替バルブ４を介してバイパス通路１０を閉じて排気を上流触媒コンバータ２に導き、上流触媒コンバータ２を介して排気を浄化するとともに、下流触媒コンバータ３の活性化を早めるようになっている。
【００２７】
ところで、排気切替バルブ４が上流触媒コンバータ２を迂回するパイパス通路１０を閉じた運転状態でも、排気切替バルブ４のまわりに空いた隙間等から洩れる排気がバイパス通路１０へと導かれる。このバイパス通路１０を流れる洩れ排気が活性化していない下流触媒コンバータ３を通って外部へと排出されると、排気エミッションの悪化を招く。
【００２８】
また、排気切替バルブ４がバイパス通路１０を開き、上流触媒コンバータ２を閉じた運転状態でも、排気切替バルブ４のまわりに空いた隙間等から洩れる排気が上流触媒コンバータ２へと導かれる。この上流触媒コンバータ２に向けて流れる高温の洩れ排気が上流触媒コンバータ２に導かれると、上流触媒コンバータ２の劣化を早める。
【００２９】
これに対処して本発明は、排気切替バルブ４より下流側で触媒コンバータ２より上流側の排気通路９と吸気通路８を結ぶ第一ＥＧＲ通路１１と、バイパス通路１０と吸気通路８を結ぶ第二ＥＧＲ通路１２がそれぞれ配設され、第一ＥＧＲ通路１１と第二ＥＧＲ通路１２を選択的に開通させて排気切替バルブ４から洩れた排気を吸気通路８に再循環させるＥＧＲ通路切替手段が設けられる。
【００３０】
ＥＧＲ通路切替手段として、第一ＥＧＲ通路１１と第二ＥＧＲ通路１２の分岐部にはＥＧＲ通路切替バルブ７が介装される。ＥＧＲ通路切替バルブ７は、第一ＥＧＲ通路１１を開通させるとともに第二ＥＧＲ通路１２を閉塞するポジションと、第一ＥＧＲ通路１１を閉塞するとともに第二ＥＧＲ通路１２を開通させるポジションを有する。
【００３１】
コントロールユニット５は、排気切替バルブ４を介して排気の導入が制限される通路からＥＧＲガスを取り込むようにＥＧＲ通路切替バルブ７のポジションを切替える。すなわち、排気切替バルブ４を介して上流触媒コンバータ２への排気の導入が制限される運転時に第一ＥＧＲ通路１１を開通させる一方、排気切替バルブ４を介してバイパス通路１０への排気の導入が制限される運転時に第二ＥＧＲ通路１２を開通させるようにする。
【００３２】
ＥＧＲ通路切替バルブ７と吸気通路８を結ぶ第一ＥＧＲ通路１１と第二ＥＧＲ通路１２の合流部にはＥＧＲ弁６が介装される。コントロールユニット５はエンジン１の運転条件に応じてＥＧＲ弁６の開度を制御し、排気通路９から吸気通路８に再循環するＥＧＲガス量が調節される。これにより、吸気通路８に不活性のＥＧＲガスを再循環させてＮＯｘの発生を抑制する。
【００３３】
図２は排気切替バルブ４、ＥＧＲ通路切替バルブ７、ＥＧＲ弁６の作動をそれぞれ制御するルーチンを示す。
【００３４】
これについて説明すると、まず、ステップ１で排気温度Ｔｍｐを図３に示すマップに基づきエンジン回転数Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐに応じて算出する。排気温度Ｔｍｐは基本燃料噴射量Ｔｐが増大するほど、エンジン回転数Ｎが高くなるほど、大きな値が設定されている。
【００３５】
続いてステップ２で排気温度Ｔｍｐが上流触媒コンバータ２の劣化を早める所定値ＴＲ（例えば７００°Ｃ）以下かどうかを判定する。
【００３６】
排気温度Ｔｍｐが所定値ＴＲ以下と判定された場合、ステップ３に進んで排気切替バルブ４を開いて排気を上流触媒コンバータ２に導く。このとき、バイパス通路１０は排気切替バルブ４により閉塞されている。
【００３７】
このようにして、下流触媒コンバータ３が充分に活性していない排気低温時に上流触媒コンバータ２と下流触媒コンバータ３の両方で排気を浄化し、排気エミッションの悪化を抑える
続いて、ステップ４でＥＧＲ通路切替バルブ７を第二ＥＧＲ通路１２が開通し、第一ＥＧＲ通路１１が閉塞するポジションに切換える。
【００３８】
このようにして、バイパス通路１０を流れる洩れ排気は、第二ＥＧＲ通路１２を通って吸気通路８に再循環することにより、洩れ排気が活性化していない下流触媒コンバータ３を通って浄化されないまま外部へと排出されることを抑制し、排気エミッションの悪化を防止できる。
【００３９】
ステップ５でＥＧＲ弁６の駆動量Ｅｓを図４に示すマップに基づきエンジン回転数Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐに応じて算出し、ＥＧＲ弁６を駆動する。
【００４０】
排気温度Ｔｍｐが所定値ＴＲより高いと判定された場合、ステップ６に進んで排気切替バルブ４が触媒通路２０を閉じて、排気をバイパス通路１０を介して上流触媒コンバータ２を迂回させて下流触媒コンバータ３へと導く。
【００４１】
このようにして、下流触媒コンバータ３が充分に活性した排気高温時は下流触媒コンバータ３のみで排気を浄化し、上流触媒コンバータ２の劣化を抑えるようになっている。
【００４２】
続いて、ステップ７でＥＧＲ通路切替バルブ７を第一ＥＧＲ通路１１が開通し、第二ＥＧＲ通路１２を閉塞するポジションに切換える。
【００４３】
このようにして、上流触媒コンバータ２に向けて流れる洩れ排気は、第一ＥＧＲ通路１１を通って吸気通路８に再循環することにより、高温の洩れ排気が上流触媒コンバータ２に導かれて、上流触媒コンバータ２の劣化が進むことを抑えられる。
【００４４】
続いて、ステップ８でＥＧＲ弁６の駆動量Ｅｓを図５に示すマップに基づきエンジン回転数Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐに応じて算出し、ＥＧＲ弁６を駆動する。
【００４５】
次に、図６に示す他の実施形態について説明する。図１等との対応部分には同一符号を付す。
【００４６】
筒状をした排気通路９は、隔壁２１を介してバイパス通路１０と上流触媒コンバータ２が介装される触媒通路２０に仕切られる。バイパス通路１０と触媒通路２０は半楕円形断面をしている。
【００４７】
図８にも示すように、排気切替バルブ４の弁体２５は半楕円形に形成され、回転軸２２を介して図示しないアクチュエータにより回動する。回転軸２２は隔壁２１の上流端に沿って設けられる。
【００４８】
排気切替バルブ４は、図示したポジションにおいて触媒通路２０を開通させるとともにバイパス通路１０を閉塞し、このポジションから図７に矢印で示すように１８０°回動することにより、触媒通路２０を閉塞するとともにバイパス通路１０を開通させるポジションに切換えられる。
【００４９】
排気切替バルブ４がバイパス通路１０を閉塞するポジションにあっても、排気切替バルブ４の弁体２５のまわりには隙間１９が空いている。
【００５０】
バイパス通路１０には第二ＥＧＲ通路１２の入口より上流側にガイドリブ２３が設けられる。ガイドリブ２３は第二ＥＧＲ通路１２の入口に向けて傾斜して取付けられる。
【００５１】
排気切替バルブ４の隙間１９から洩れる排気は、図６に矢印で示すように、ガイドリブ２３に案内されて第二ＥＧＲ通路１２へと導かれ、第二ＥＧＲ通路１２を通って吸気通路８に再循環することが促される。
【００５２】
また、バイパス通路１０には第二ＥＧＲ通路１２の入口より下流側に流路面積を小さくする絞り２４が設けられる。
【００５３】
バイパス通路１０を流れる洩れ排気の流れは、絞り２４を介して抵抗が付与されることにより、排気通路９の下流側に流れることが抑えられ、第二ＥＧＲ通路１２を通って吸気通路８に再循環することが促される。
【００５４】
このようにして、ガイドリブ２３および絞り２４を介して第二ＥＧＲ通路１２を通って吸気通路８に再循環することが促されることにより、洩れ排気が活性化していない下流触媒コンバータ３を通って浄化されないまま外部へと排出されることを抑制し、排気エミッションの悪化を防止できる。
【００５５】
次に、図９に示す他の実施形態について説明する。図１等との対応部分には同一符号を付す。
【００５６】
排気通路９は、バイパス通路１０と上流触媒コンバータ２が介装される触媒通路２０がそれぞれ筒状に画成される。バイパス通路１０と触媒通路２０は略円形断面をしている。
【００５７】
図９にも示すように、排気切替バルブ４は、触媒通路２０を開閉する弁体２６と、バイパス通路１０を開閉する弁体２７を有し、各弁体２６と２７が共通の回転軸２８を介して回動可能に設けられる。各弁体２６と２７は回転軸２８を介して図示しないアクチュエータにより回動する。
【００５８】
円盤状をした各弁体２６と２７は互いに９０°の位相差をもって回転軸２８に固着される。これにより、排気切替バルブ４は、弁体２６が触媒通路２０を閉塞するときにバイパス通路１０を開き、弁体２６が触媒通路２０を開くときにバイパス通路１０を閉塞する。
【００５９】
排気切替バルブ４は、図示したポジションにおいて触媒通路２０を開通させるとともにバイパス通路１０を閉塞し、このポジションから図１０に矢印で示すように９０°回動することにより、触媒通路２０を閉塞するとともにバイパス通路１０を開通させるポジションに切換えられる。
【００６０】
排気切替バルブ４がバイパス通路１０を閉塞するポジションにあっても、排気切替バルブ４の弁体２７のまわりには隙間２９が空いている。
【００６１】
バイパス通路１０には第二ＥＧＲ通路１２の入口より上流側にガイドリブ３３が設けられる。ガイドリブ３３は第二ＥＧＲ通路１２の入口に向けて傾斜して取付けられる。
【００６２】
排気切替バルブ４の隙間１９から洩れる排気は、図９に矢印で示すように、ガイドリブ３３に案内されて第二ＥＧＲ通路１２へと導かれ、第二ＥＧＲ通路１２を通って吸気通路８に再循環することが促される。
【００６３】
また、バイパス通路１０には第二ＥＧＲ通路１２の入口より下流側に流路を絞る絞り３４が設けられる。
【００６４】
バイパス通路１０を流れる洩れ排気の流れは、絞り３４を介して抵抗が付与されることにより、排気通路９の下流側に流れることが抑えられ、第二ＥＧＲ通路１２を通って吸気通路８に再循環することが促される。
【００６５】
このようにして、ガイドリブ３３および絞り３４を介して第二ＥＧＲ通路１２を通って吸気通路８に再循環することが促されることにより、洩れ排気が活性化していない下流触媒コンバータ３を通って浄化されないまま外部へと排出されることを抑制し、排気エミッションの悪化を防止できる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、第一ＥＧＲ通路と第二ＥＧＲ通路を選択的に開通させて排気通路切替手段から洩れた排気を吸気通路に再循環させることにより、洩れ排気が浄化されないまま外部へと排出されることを抑制して、排気エミッションの悪化を防止でき、高温の洩れ排気が触媒コンバータに導かれて、触媒コンバータの劣化が進むことを抑えられる。
【００６７】
請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置は、第一ＥＧＲ通路と第二ＥＧＲ通路をＥＧＲ通路切替バルブを介して選択的に開通させて排気通路切替手段から洩れた排気を吸気通路に再循環させることにより、洩れ排気が浄化されないまま外部へと排出されることを抑制して、排気エミッションの悪化を抑えられ、高温の洩れ排気が触媒コンバータに導かれて、触媒コンバータの劣化が進むことを抑えられる。
【００６８】
請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路切替手段から洩れた排気がガイドリブに案内されて第一ＥＧＲ通路または第二ＥＧＲ通路へと導かれ、吸気通路に再循環することが促され、触媒コンバータの劣化が進行することを抑え、排気エミッションの悪化を抑えられる。
【００６９】
請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路切替手段から洩れた排気の流れが絞りを介して抵抗が付与されることにより、第一ＥＧＲ通路または第二ＥＧＲ通路へと導かれ、吸気通路に再循環することが促され、触媒コンバータの劣化が進行することを抑え、排気エミッションの悪化を抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すシステム図。
【図２】同じく各バルブを作動させる制御内容を示すフローチャート。
【図３】同じく運転条件に基づいて排気温度Ｔｍｐを設定したマップ。
【図４】同じくＥＧＲ弁の作動量を設定したマップ。
【図５】同じくＥＧＲ弁の作動量を設定したマップ。
【図６】他の実施の形態を示す吸気系の斜視図。
【図７】同じく排気切替バルブの斜視図。
【図８】同じく排気切替バルブの閉塞する平面図。
【図９】さらに他の実施の形態を示す吸気系の斜視図。
【図１０】同じく排気切替バルブの斜視図。
【図１１】同じく排気切替バルブの閉塞する平面図。
【符号の説明】
１  エンジン
２  上流触媒コンバータ
３  下流触媒コンバータ
４  排気切替バルブ
５  コントロールユニット
６  ＥＧＲ弁
７  ＥＧＲ通路切替バルブ
８  吸気通路
９  排気通路
１０  バイパス通路
１１  第一ＥＧＲ通路
１２  第二ＥＧＲ通路
２３  ガイドリブ
２４  絞り
３３  ガイドリブ
３４  絞り
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003550824.tif 000010
【図１０】
0003550824.tif 000011
【図１１】
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