(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関の冷間始動直後の時期における有害物質の排出量の増大を抑止する。【解決手段】排気通路４における触媒４１の上流側及び吸気通路におけるスロットルバルブ３２の下流側に接続する接続路５と、接続路上に設けられ、吸気通路３におけるスロットルバルブの下流に発生する吸気負圧を利用して容積を拡大させながら排気通路を流れる排気ガスを吸引して貯留する貯留タンク６とを具備する内燃機関を構成した。その上で、内燃機関の冷間始動直後、触媒が未だ活性化していない時期に生成される排気ガスの少なくとも一部を貯留タンクに貯留し、未活性の触媒に流入する排気ガス即ち有害物質の量を削減する。貯留タンクに貯留した排気ガスは、触媒が十分に昇温して活性化した後に貯留タンクから排気通路４へと放出し、触媒によって処理させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路における触媒の上流側及び吸気通路におけるスロットルバルブの下流側に接続する接続路と、
前記接続路上に設けられ、吸気通路におけるスロットルバルブの下流に発生する吸気負圧を利用して容積を拡大させながら排気通路を流れる排気ガスを吸引して貯留する貯留タンクと
を具備する内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の冷間始動時には、内燃機関の各部や排気ガス浄化用の三元触媒の温度が低下した状態にある。内燃機関の各部が冷えていると、フリクションロスが大きくなり、燃費性能に不利な影響をもたらす。また、触媒が冷えていると、排気ガス中に含まれる有害成分ＨＣ、ＣＯ及びＮＯxの酸化／還元能率が落ちる。そこで、内燃機関の始動直後からしばらくの間は、燃料噴射量を増量補正したり、アイドル回転数を上昇させたり、点火タイミングを遅角補正したりして、内燃機関の各部及び触媒の温度上昇を促す暖機を行うことが通例となっている（例えば、下記特許文献を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８３６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の通り、冷間始動直後の時期は触媒の温度が低く、触媒が活性化されていない。このため、有害物質の排出量が一時的に増大する可能性がある。
【０００５】
特に、有害物質のうちのＨＣの排出増が問題となる。冷間始動直後の時期には、暖機のために燃料噴射量を増量することから、ガスの空燃比がリッチ化する。つまり、ＮＯxの還元反応は寧ろ起こしやすい雰囲気となる。また、ＣＯについては、触媒による浄化能に元々余裕があり、これの排出増もあまり懸念する必要がない。
【０００６】
本発明は、内燃機関の冷間始動直後の時期における有害物質の排出量の増大を抑止することを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、排気通路における触媒の上流側及び吸気通路におけるスロットルバルブの下流側に接続する接続路と、前記接続路上に設けられ、吸気通路におけるスロットルバルブの下流に発生する吸気負圧を利用して容積を拡大させながら排気通路を流れる排気ガスを吸引して貯留する貯留タンクとを具備する内燃機関を構成した。
【０００８】
このものによれば、内燃機関の冷間始動直後、触媒が未だ活性化していない時期に生成される排気ガスの少なくとも一部を貯留タンクに貯留し、未活性の触媒に流入する排気ガス即ち有害物質の量を削減することができる。貯留タンクに貯留した排気ガスは、触媒が十分に昇温して活性化した後に貯留タンクから排気通路へと放出し、触媒によって処理させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、内燃機関の冷間始動直後の時期における有害物質の排出量の増大を抑止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関の構成を示す図。
【図２】本発明の一変形例の内燃機関の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態の内燃機関は、火花点火式の４ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。
【００１２】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１３】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１４】
さらに、本実施形態では、排気通路４における触媒４１の上流側の所定箇所と、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側の所定箇所（特に、サージタンク３３）とに接続する接続路５を敷設している。そして、当該接続路５上に、排気通路４を流通する排気ガスの一部を蓄えるための貯留タンク６を配設する。
【００１５】
貯留タンク６は、一端側が排気通路４に連通し、他端側が吸気通路３に連通する本体６１と、本体６１の内部空間を一端側（排気通路４側）の室６１１と他端側（吸気通路３側）の室６１２とに区画する隔壁（ダイヤフラム）６２と、隔壁６２を本体６１の一端側に向けて弾性付勢する弾性付勢部材６３とを要素とする。弾性付勢部材６３は、例えば、本体６１内の他端側の室６１２に配置され、隔壁６２を一端側に向かって押圧する圧縮コイルスプリングである。
【００１６】
また、接続路５上における、貯留タンク６と吸気通路３との間の部位に、当該接続路５を開閉する制御バルブ５１を配置している。
【００１７】
内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００１８】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、ブレーキペダルが踏まれているか否かまたはブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキスイッチまたは踏量信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号ｈ等が入力される。
【００１９】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、制御バルブ５１に対して開閉制御信号ｎ等を出力する。
【００２０】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング等といった運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。
【００２１】
また、ＥＣＵ０は、内燃機関の始動（冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの復帰であることもある）時において、電動機（スタータモータまたはモータジェネレータ。図示せず）に制御信号ｏを入力し、電動機によりクランクシャフトを回転させるクランキングを行う。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、エンジン回転数即ちクランクシャフトの回転速度が内燃機関の温度等に応じて定まる判定値を超えたときに（完爆したものと見なして）終了する。
【００２２】
しかして、本実施形態では、内燃機関の温度が所定値以下と低く、触媒４１も活性化していないと考えられる冷間始動直後の時期において、気筒１で生成され排気通路４を流れる排気ガスの少なくとも一部を貯留タンク６に貯留するものとしている。
【００２３】
ＥＣＵ０は、冷間始動直後の時期、スロットルバルブ３２の開度が０または０に近い閾値以下であるときに制御バルブ５１を開弁し、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流に発生する吸気負圧を貯留タンク６の他端側の室６１２に供給する。さすれば、その吸気負圧により、隔壁６２が弾性付勢部材６３の発揮する弾性付勢力に抗して本体６１内で他端側に向かって変位する。結果、排気通路４に連通する貯留タンク６の一端側の室６１１の容積が拡大し、排気通路４から排気ガスをその室６１１内に吸引することとなる。
【００２４】
隔壁６２が十分に変位し、貯留タンク６の一端側の室６１１に大いに排気ガスが吸引されたならば、制御バルブ５１を閉弁する。これにより、貯留タンク６の一端側の室６１１に吸引された排気ガスが、排気通路４側に戻ることなく当該室６１１内に留められる状態となる。
【００２５】
貯留タンク６に貯留した排気ガスは、触媒４１が昇温して活性化（通常、内燃機関の始動から９０秒程度で触媒４１が活性化する）した後に、排気通路４に戻す。そのために、ＥＣＵ０は、触媒４１の活性化後、スロットルバルブ３２の開度が所定以上に拡大したタイミングに合わせて、閉じていた制御バルブ５１を開弁する。このとき、スロットルバルブ３２の下流で発生する吸気負圧は小さくなることから、弾性付勢部材６３の発揮する弾性付勢力によって、隔壁６２が本体６１内で一端側に向かって変位する。結果、貯留タンク６の一端側の室６１１の容積が縮小し、その室６１１内に貯留していた排気ガスが排気通路４に向けて押し出される。
【００２６】
貯留タンク６に貯留した排気ガスは、複数回の機会に分けて、少量づつ排気通路４に戻すことが好ましい。このガスは空燃比リッチの傾向を有するガスであり、これが一挙に触媒４１に流入すると、触媒４１内で吸蔵していた酸素量が欠乏し、ＨＣ及びＣＯの酸化反応の妨げとなるかもしれないからである。
【００２７】
本実施形態では、排気通路４における触媒４１の上流側及び吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側に接続する接続路５と、前記接続路５上に設けられ、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流に発生する吸気負圧を利用して容積を拡大させながら排気通路４を流れる排気ガスを吸引して貯留する貯留タンク６とを具備する内燃機関を構成した。
【００２８】
本実施形態によれば、内燃機関の冷間始動直後、触媒４１が未だ活性化していない時期に生成される排気ガスの少なくとも一部を貯留タンク６に貯留することで、未活性の触媒４１に流入する排気ガス即ち有害物質の量を削減することができる。従って、内燃機関の冷間始動直後における有害物質の排出量の増大を抑止できる。貯留タンク６に貯留した排気ガスは、触媒４１が十分に昇温して活性化した後に排気通路４に放出して、触媒４１により処理させる。
【００２９】
また、特に、内燃機関の冷間始動直後の時期には、短期間にＨＣの生成量が増大しその後ピークアウトするという性質がある。このときのＨＣを多量に含んだ排気ガスを抽出し、貯留タンク６に蓄えるようにすることで、冷間始動直後のＨＣの排出量の増大を効果的に阻止することが可能となる。冷間始動直後に発生する多量のＨＣを浄化する目的で、触媒４１に過剰な量の貴金属を担持させておく必要から解放されることから、触媒４１に使用する貴金属の量を低減することができ、コストの低減に資する。
【００３０】
貯留タンク６に貯留された排気ガスは、貯留タンク６において放熱し、その温度が低下する。この排気ガスを、内燃機関の高負荷ないし全負荷運転時に排気通路４に放出することで、触媒４１に流入する高温の排気ガスを冷まし、触媒４１の過剰な昇温による溶損を防止することもできる。これにより、触媒４１の溶損を避ける目的での燃料噴射量の増量（燃料の気化熱を利用した排気ガスの温度降下）を実行する回数を減らせることから、燃料消費量の削減にも奏効する。
【００３１】
貯留タンク６への排気ガスの吸引貯留、及び貯留タンク６からの排気ガスの放出を、一個の制御バルブ５の操作を通じて遂行できるため、排気ガスの吸引及び放出のタイミングの制御が容易である。
【００３２】
制御バルブ５１を開弁して貯留タンク６から排気ガスを放出する際、排気ガスを貯留していた室６１１の容積は弾性付勢部材６３の発揮する弾性付勢力のみに依存して変化するので、排気脈動を拡大させることがなく、ＮＶ（Ｎｏｉｓｅ  ａｎｄ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）性能に悪影響を及ぼさない。
【００３３】
本実施形態の接続路５及び貯留タンク６の構造は簡便であり、制御バルブ５１も一個だけでよく、低コストで作製することができる。
【００３４】
本実施形態の接続路５及び貯留タンク６の構造を利用して、高回転域においてある気筒１の排気ポートから排出される排気の流れと他の気筒１の排気ポートから排出される排気の流れとが干渉し合う排気干渉を軽減することも考えられる。
【００３５】
インジェクタ１１からの燃料噴射を一時停止する燃料カット制御中には、燃料成分を含まない新気が気筒１及び排気通路４を経由して触媒４１に流れ込む。すると、触媒４１に多量の酸素が吸蔵された状態となり、燃料噴射の再開後のＮＯxの浄化能が低下するおそれがある。本実施形態の貯留タンク６は、燃料カット中に排気通路４を流れる余分な新気（酸素）を吸引し貯留する用途に充てることもできる。
【００３６】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、外部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２が付帯した内燃機関においては、図２に示すように、ＥＧＲ通路２１に接続路５の一端を接続し、ＥＧＲ通路２１を利用して排気通路４における触媒４１の上流側と貯留タンク６の一端側の室６１１とを連通せしめるとともに、ＥＧＲ通路２を介して排気通路４から貯留タンク６の室６１１に排気ガスを吸引して貯留する態様をとることができる。
【００３７】
ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側の所定箇所（特に、排気マニホルド４２）と、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側の所定箇所（特に、サージタンク３３）とを接続するＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲバルブ２３は、ＥＣＵ０から開度操作信号ｌの入力を受けてその開度を変化させる。
【００３８】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関に適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
３…吸気通路
３２…スロットルバルブ
４…排気通路
４１…触媒
５…接続路
６…貯留タンク
【図１】
2015121190.tif 000003
【図２】
2015121190.tif 000004