(57)【要約】【課題】  廉価で未燃ＨＣの低減と早期の触媒暖機を行なうことのできる内燃機関の触媒暖機促進装置を提供する。【解決手段】  排気通路に配設された触媒を備える内燃機関において、一端がピストン１４の下死点近傍位置で燃焼室２２に開口する空気導入通路３２と、排気弁３０の開閉タイミングに合わせて空気導入通路３２を開閉する開閉弁手段３４と、空気導入通路３２に配設され、燃焼室２２内の負圧に応答して、空気導入通路３２を開く一方向弁のリード弁４２とが設けられている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に配設された触媒を備える内燃機関において、
一端がピストンの下死点近傍位置で燃焼室に開口する空気導入通路と、
排気弁の開閉タイミングに合わせて前記空気導入通路を開閉する開閉弁手段と、
前記空気導入通路に配設され、前記燃焼室内の負圧に応答して、前記空気導入通路を開く一方向弁と、
が設けられていることを特徴とする内燃機関の触媒暖機促進装置。
【請求項２】
前記開閉弁手段は、排気弁の動弁機構により機械的に駆動され、前記一方向弁がリード弁であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒暖機促進装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気系に排気浄化用の触媒を備える内燃機関の触媒暖機促進装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関においては、排気系に排気浄化用の触媒を備えている場合、機関の冷間時における始動後は、触媒の暖機が完了しておらずその処理能力が十分でないことが知られている。すなわち、触媒の暖機が完了していない場合には、機関の冷間時に発生し易い未燃ＨＣが処理されずにそのまま排出され、エミッションを悪化させるおそれがあるのである。このようなエミッションの悪化を軽減するためには、触媒の暖機を早期に行なうことはもちろん、機関そのものにおいての未燃ＨＣの発生を低減させることが要求されている。
【０００３】
ところで、このような排気系に触媒を備えた内燃機関において、かかる触媒の活性化前における排気ガス中の未燃ＨＣの除去を図るために、例えば、特許文献１に記載の技術が提案されている。このものは、内燃機関の燃焼室に対向配置されると共に上記燃焼室内のピストンが下死点に位置する際に上記ピストンのトップランドの周面に開口を対向させるエア吹き出し口と、上記エア吹き出し口に空気導入路を介して加圧空気を供給する加圧空気供給手段と、上記加圧空気供給手段を駆動制御する制御手段とを有し、上記制御手段は上記内燃機関の排気路の触媒の活性化情報が入力するまでの間、上記加圧空気供給手段を駆動するようにしている。
【０００４】
また、特許文献２には、下死点付近のシリンダに第２の吸気ポートを設定し、吸気行程時に該第２の吸気ポートを開口することにより、シリンダ上部に混合気層、下部に空気層を層状に形成され成層燃焼を行なわせることを図った技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】実開平５−５８８１８号公報
【特許文献２】特開平７−２７９６７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、例えば、機関の冷間時における始動後のファストアイドル時には、膨張行程から排気行程に移行する際の、排気弁が開いているときにピストンが下死点を通ると、空気量が少ないために筒内が負圧になることがある。このように筒内が負圧になると、排気弁の開成に伴い燃焼室から一旦排出された排気ガスがかかる負圧の影響で燃焼室に引き戻され、排気弁やその周りの排気通路に対して高温の排気ガスが接触する機会が増加する。その結果として、排気ガスが有する熱エネルギーが排気弁やその周りの排気通路への伝熱により消費され、排気ガス温度が低下することから、触媒の早期暖機が阻害されるという問題があった。
【０００７】
しかしながら、かかる特許文献１に記載の技術は、触媒の未活性時に、加圧空気供給手段としての高圧ポンプを用いて加圧空気を供給し、空気導入路を介してエア吹き出し口から燃焼室に吹き出させるようにしており、排気ガスの引き戻しによる温度低下をもたらすことはないが、高価な高圧ポンプ等を必要とすることからコストが上昇せざるを得ないものであった。
【０００８】
また、特許文献２は、シリンダ上部に混合気層、下部に空気層を層状に形成し、成層燃焼を行なわせることを図った技術を開示するのみで、触媒の早期暖機に関する技術ではない。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みなされたもので、その目的は、廉価で未燃ＨＣの低減と早期の触媒暖機を行なうことのできる内燃機関の触媒暖機促進装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する本発明の一形態に係る内燃機関の触媒暖機促進装置は、排気通路に配設された触媒を備える内燃機関において、一端がピストンの下死点近傍位置で燃焼室に開口する空気導入通路と、排気弁の開閉タイミングに合わせて前記空気導入通路を開閉する開閉弁手段と、前記空気導入通路に配設され、前記燃焼室内の負圧に応答して、前記空気導入通路を開く一方向弁と、が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記開閉弁手段は、排気弁の動弁機構により機械的に駆動され、前記一方向弁がリード弁であってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一形態に係る内燃機関の触媒暖機促進装置によれば、膨張行程の終期に排気弁が開くと、この排気弁の開タイミングに合わせて、空気導入通路を開閉する開閉弁手段により、空気導入通路が開かれる。そして、膨張行程から排気行程に移行する際に、ピストンが下死点を通り燃焼室内が負圧になると、空気導入通路に配設され、燃焼室内の負圧に応答して空気導入通路を開く一方向弁が作動し、ピストンの下死点近傍位置における燃焼室内に空気が導入される。従って、この燃焼室すなわち筒内の負圧が解消されるように一方向弁が開いて筒内の下側に空気が導入されることにより、高温の排気ガスは開成された排気弁周りを通過した後は引き戻されることなく、触媒に到達するので、排気ガスが有する熱エネルギーが排気弁やその周りの排気通路への伝熱により消費されるのが低減され、触媒の暖機が促進される。
【００１３】
さらに、燃焼室内に新気が導入されるので、未燃成分の燃焼によるＨＣの低減と触媒暖機のための排気ガス温度上昇効果が得られると共に、内部ＥＧＲ量が減少され、燃焼改善作用をも奏することができる。
【００１４】
また、前記開閉弁手段が、排気弁の動弁機構により機械的に駆動され、前記一方向弁がリード弁である形態によれば、触媒暖機促進装置を廉価に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。まず、図１及び図２を参照するに、１０は機関本体であり、吸気マニホールド１を介して吸気管２に接続されると共に、排気マニホールド３を介して排気管４に接続されている。吸気管２には、アクセルペダルの踏み込み量とは独立して不図示のモータ等により駆動され、後述する電子制御ユニット（ＥＣＵ）により開度を制御可能ないわゆる電制スロットル弁５が配設されている。また。排気通路を形成する排気管４には排気浄化用の触媒、例えば三元触媒６が配設されている。
【００１６】
機関本体１０はシリンダブロック１２と、このシリンダブロック１２内で往復動するピストン１４と、シリンダブロック１２上に取付けられたシリンダヘッド１６とを具備する。また、シリンダヘッド１６には点火プラグ１８が設けられている。機関本体１０内にはシリンダブロック１２、ピストン１４、シリンダヘッド１６によって画成される複数（本実施の形態では４つ）の燃焼室２２が形成されている。
【００１７】
各燃焼室２２はシリンダヘッド１６内に形成された吸気ポート２４および排気ポート２６に通じている。燃焼室２２と吸気ポート２４との間には吸気弁２８が配置され、吸気弁２８は燃焼室２２と吸気ポート２４との問の流路を開閉している。一方、燃焼室２２と排気ポート２６との間には排気弁３０が配置され、排気弁３０は燃焼室２２と排気ポート２６との間の流路を開閉している。また、吸気ポート２４には、燃料を供給するための燃料噴射弁３２が設けられている。吸気弁２８は不図示の吸気カムによってリフトされ、排気弁３０は排気カム３５によってリフト部材３６を介してリフトされる。
【００１８】
シリンダブロック１２には一端がピストン１４の下死点近傍位置（図２にピストン１４が破線で示されている近傍位置）で燃焼室２２に開口する空気導入通路３２が形成されている。そして、空気導入通路３２の途中には、排気弁３０の開閉タイミングに合わせて空気導入通路３２を開閉する開閉弁３４が配設されている。本実施の形態では、図２に示すように、一端がリフト部材３６に回動可能に連結され、他端が連接棒３８の一端に同じく回動可能に連結されて支点４１回りに揺動可能な梃子棒４０および他端が開閉弁３４に回動可能に連結された上記連接棒３８により開閉弁手段が構成されている。なお、この開閉弁手段は、例えば電磁アクチュエータ等により構成され、開閉弁３４を開閉するようにしてもよい。また、上記空気導入通路３２には、燃焼室２２すなわち筒内の負圧に応答して、空気導入通路３２を開く一方向弁としてのリード弁４２が配置されている。
【００１９】
電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）５０は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、入力ポート、出カポートを相互に双方向性バスで接続した公知の構成のマイクロコンピュータから構成される。ＥＣＵ５０にはエアフローメータ５２の他、アクセルペダルの踏込み量に比例した出力電圧を発生する不図示のアクセル開度センサやスロットル開度センサ５４およびクランクシャフトが所定角度回転する毎に出カパルスを発生するクランク角センサ５６、さらには燃焼ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ５８等の各種センサが接続されている。
また、燃料噴射弁３２、点火プラグ１８および電制スロットル弁５等もＥＣＵ５０に接続され、その作動が制御される。本実施の形態において、スロットル弁５の開度はアクセル踏込み量とは無関係に変更することができ、スロットル弁開度を調整することで吸気圧が制御される。ＥＣＵ５０のＲＯＭ３２には、上述のアクセル開度センサおよびクランク角センサ５６により得られる機関負荷および機関回転数に基づき、運転状態に対応させて設定されている燃料噴射量の値および機関冷却水温に基づく補正値等が予めマップ化されて記憶されている。なお、ＥＣＵ５０は、前述のように、開閉弁手段が例えば電磁アクチュエータ等により構成されている実施形態の場合には、排気弁３０の開閉タイミングに合わせて該電磁アクチュエータを作動させ、開閉弁３４を開閉することになる。
【００２０】
ここで、開閉弁手段が排気弁３０の動弁機構により機械的に駆動される実施形態の作用について図２を参照して説明する。排気弁３０が排気カム３５によってリフト部材３６を介して開弁すなわちリフトされると、梃子棒４０が支点４１を中心に回動し連接棒３８が引き上げられ、開閉弁３４が開かれる。この排気弁３０の開弁開始は、通常、ピストン１４が下降する膨張行程の終期において下死点より所定角度前に設定されており、この状態からピストン１４がさらに下降して下死点を通り、ピストン１４が上昇する排気行程に移ることになる。この排気弁３０が開いているときの膨張行程から排気行程に移る際、ピストン１４が下死点を通るときに燃焼室２２内が負圧になると、この負圧によりリード弁４２が開かれ、開閉弁３４が開かれている空気導入通路３２を通して空気が燃焼室２２内に導入される（図２に矢印Ａで示す）。
【００２１】
かくて、この燃焼室２２内の負圧が解消されるように一方向弁としてのリード弁４２が開いて燃焼室２２内の下側に空気が導入されることにより、高温の排気ガスは開成された排気弁３０周りを通過した後は引き戻されることなく、触媒６に到達する。従って、排気ガスが有する熱エネルギーが排気弁３０やその周りの排気ポート２６ないしは排気管４への伝熱により消費されるのが低減され、触媒６の早期暖機が促進される。
【００２２】
ここで、本実施の形態とピストン１４の下死点近傍位置で空気の導入のない従来例との作用効果の違いを図３および図４に示す。図３（Ａ）は排気弁３０が開いてから閉じるまでの排気弁３０周りを通過する排気ガスの流速の変化、図３（Ｂ）は同じく排気弁３０が開いてから閉じるまでの排気弁３０周りを排気ガスが流れる距離を示すタイムチャートであり、図４は触媒６における触媒床の温度上昇の様子を示すタイムチャートである。なお、図３および図４において、実線は上述の従来のもの、破線は本実施の形態によるものを示している。より詳細に説明すると、図３（Ａ）および（Ｂ）において、時刻ｔ０は排気弁３０の開成開始時点、ｔ２はピストン１４の下死点位置時点およびｔ５は排気弁３０の開成終了すなわち閉じ時点を示している。図３（Ａ）から理解できるように、従来例で生じていた時刻ｔ２からｔ４における排気ガスの逆流がなくなる結果、図３（Ｂ）に示されるように、排気ガスが流れる距離が短縮される。かくて、図４に示されるように、触媒６の暖機が促進されるのである。
【００２３】
また、本実施の形態によれば、さらに、燃焼室２２内に新気が導入されるので、未燃成分の燃焼によるＨＣの低減と触媒暖機のための排気温度上昇効果が得られると共に、内部ＥＧＲ量が減少され、燃焼改善作用をも奏することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る内燃機関の触媒暖機促進装置の概略を示す平面図である。
【図２】本発明に係る内燃機関の触媒暖機促進装置の概略構成を示す側断面模式図である。
【図３】本発明の実施形態と従来例との作用効果の違いを説明するためのタイムチャートであり、（Ａ）は排気弁が開いてから閉じるまでの排気弁周りを通過する排気ガスの流速の変化、（Ｂ）は同じく排気弁が開いてから閉じるまでの排気弁周りを排気ガスが流れる距離を示す。
【図４】触媒における触媒床の温度上昇の様子を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００２５】
１４    ピストン
２２    燃焼室
３０    排気弁
３２    空気導入通路
３４    開閉弁
３５    排気カム
３６    リフト部材
４２    リード弁（一方向弁）
【図１】
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【図２】
2006274867.tif 000004
【図３】
2006274867.tif 000005
【図４】
2006274867.tif 000006