(57)【要約】  【課題】  排気中の未燃ガスの酸化（燃焼）反応を効果的に誘導することができる内燃機関の排気浄化装置を提供する。  【解決手段】    内燃機関の排気浄化装置は、排気の浄化を行う触媒コンバータ１５と、触媒コンバータ１５よりも排気上流側で排気に点火する排気再燃焼用点火プラグ２５（排気燃焼促進手段）と、を有し、排気再燃焼用点火プラグ２５は、排気弁２４の近傍に位置している。これによって、排気弁２４直後の高温・高濃度のＨＣ（ハイドロカーボン）、ＣＯ等の未燃ガスを含む排気を火花点火することにより、排気中の未燃ガスの酸化（燃焼）反応を効果的に誘導することができる。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気の浄化を行う触媒と、触媒よりも排気上流側で排気の燃焼を促進する排気燃焼促進手段と、を有する内燃機関の排気浄化装置において、
排気燃焼促進手段は、排気弁の近傍に位置していることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関は多気筒であり、複数の気筒から排出された排気は、シリンダヘッド内に形成された排気合流部で合流してから触媒で浄化されるものであって、排気燃焼促進手段は、排気合流部に配設されている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】
排気燃焼促進手段は、排気の主流が流れる位置に配設されている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】
排気燃焼促進手段よりも排気上流側で、排気に対して二次空気が導入されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
排気燃焼促進手段により、排気弁の開弁直後に排気の燃焼を促進させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
排気燃焼促進手段により、排気弁の閉弁直前に排気の燃焼を促進させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
排気燃焼促進手段は、排気再燃焼用点火プラグであり、排気上流側を指向するよう配設されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
排気燃焼促進手段は、排気再燃焼用グロープラグであり、排気上流側を指向するよう配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気系において、触媒の温度が低温時に、触媒の上流側で排気通路内の未燃ガスを燃焼させ、未燃ガスの燃焼により排気温度を上昇させ、この触媒を早期に活性化させる技術が従来から知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、排気管に取り付けられた触媒の前位置にて高圧放電を行い、未燃ガスを燃焼させる技術が開示されている。
【特許文献１】特開平５−９８９５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のように、触媒の直前で高圧放電を行い未燃ガスに点火する場合、未燃ガスの酸化（燃焼）が十分に行われず、触媒前の未燃ガスの酸化及び触媒前の排気ガスの昇温が不十分となって、触媒が早期に活性化されない虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明は、排気の浄化を行う触媒と、触媒よりも排気上流側で排気に点火する排気燃焼促進手段と、を有する内燃機関の排気浄化装置において、排気燃焼促進手段は、排気弁の近傍に位置していることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、排気弁直後の高温・高濃度のＨＣ（ハイドロカーボン）、ＣＯ等の未燃ガスを含む排気を火花点火することにより、排気中の未燃ガスの酸化（燃焼）反応を効果的に誘導することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００８】
図１は、第１実施形態における排気浄化装置のシステム構成図であり、エンジン１内の燃焼室２には、エアクリーナ３、吸気ダクト４、後述するＥＣＵ１２によって弁開度が制御されるスロットルバルブ５、吸気コレクタ、吸気マニホールド７、エンジン１のシリンダヘッド８に形成された吸入ポート９、を介して空気が供給されている。吸入ポート９は、エンジン１の各気筒毎に対応するよう気筒数に応じて形成されている。
【０００９】
吸入ポート９に接続された吸気マニホールド７には燃料噴射弁１０が設けられており、燃料噴射弁１０から噴射される燃料によって混合気が形成されている。混合気は、燃焼室２で点火プラグ１１による火花点火によって着火燃焼する。燃料噴射弁１０及び点火プラグ１１は、エンジンコントロールユニット１２（以下、ＥＣＵと記す）によって制御されている。
【００１０】
一方、エンジン１の燃焼室２から排出される排気ガスは、シリンダヘッド８に形成された排気ポート１３、排気マニホールド１４、触媒コンバータ１５、排気ダクト１６、マフラ１７を介して大気に放出されている。排気ポート１３は、エンジン１の各気筒毎に対応するようシリンダヘッド８に、気筒数に応じて形成されている。
【００１１】
触媒コンバータ１５は、例えば三元触媒等から構成されるものであって、その排気上流側には、触媒コンバータ１５に流入する排気の酸素濃度を検知する酸素センサ１８が設けられている。酸素センサ１８で検知された酸素濃度は、ＥＣＵ１２に入力されている。
【００１２】
尚、図１おける１９はシリンダブロック、２０はオイルパン、２１はロッカカバー、２２はピストン、２３は吸気弁、２４は排気弁である。
【００１３】
そして、触媒コンバータ１５よりも排気上流側には、排気中の未燃ガスの燃焼を火花点火によって促進させる排気燃焼促進手段としての排気再燃焼用点火プラグ２５が配設されている。この排気再燃焼用点火プラグ２５は、排気弁２４近傍に位置し、かつ排気上流側を指向するようシリンダヘッド８に取り付けられている。
【００１４】
ここで、排気弁２４が開いている期間中における排気中のＨＣ濃度（ＨＣ量）は、図２に示すように、排気弁２４の開時期直後と排気弁２４の閉時期直前にそれぞれ極大値（ファーストピーク及びセカンドピーク）をとることが知られている。そこで、この第１実施形態においては、排気中のＨＣ（ハイドロカーボン）濃度が極大値となるファーストピークのタイミング、すなわち排気弁２４の開時期直後に排気再燃焼用点火プラグ２５により排気を火花点火して再燃焼させるよう、ＥＣＵ１２により排気再燃焼用点火プラグ２５の点火時期が制御されている。
【００１５】
また、この第１実施形態においては、図１、図３、図４に示すように、排気再燃焼用点火プラグ２５が排気ポート１３内の下部（図３おける下方側）に設けられ、排気ポート１３内の下方側で排気を点火するよう構成されている。これは、この第１実施形態における排気の主流が排気ポート１３の排気流れ方向に垂直な断面において下方側を流れているためである。尚、図４は、図３の矢視Ａ方向から見た排気ポート１３を模式的に示した説明図である。
【００１６】
このような第１実施形態の排気浄化装置においては、排気弁２４直後の高温・高濃度のＨＣ（ハイドロカーボン）、ＣＯ等の未燃ガスを含む排気に対して排気再燃焼用点火プラグ２５で火花点火することにより、排気中の未燃ガスの酸化（燃焼）反応を効果的に誘導、促進することができる。特に、冷機始動時には、燃料の始動増量により排気中のＨＣ量が増大するが、排気再燃焼により、排気が触媒コンバータ１５に到達するまでに排気中のＨＣ量を相対的に低減させる。すなわち、排気の最も上流と言える排気弁２４の近傍に排気燃焼促進手段を設けることで、最も高温の排気を確実に着火し、かつ触媒コンバータ１５に到達するまでに出来る限り燃焼させることにより、触媒コンバータ１５に流入するＨＣ量を大幅に低減させることができ、触媒コンバータ１５が活性前で排気浄化力が小さい状態であっても排気性能が悪化することを防止することができる。また、排気再燃焼により排気温度が上昇するため、燃焼室２内の混合気に対して冷機状態での大幅な点火時期遅角を行う必要が無くなり、運転性を悪化させることなく触媒コンバータ１５の早期活性化を行うことができ、大気に放出されるＨＣ、ＣＯの更なる低減を可能にすることができる。
【００１７】
そして、排気再燃焼用点火プラグ２５が排気ポート１３内の排気弁２４近傍に配置されているので、冷機時においては排気系を効率良く暖機することが可能となる。
【００１８】
また、排気中のＨＣ濃度が極大値となるファーストピークのタイミングで排気再燃焼用点火プラグ２５により排気を再燃焼させているので、一層効果的に、排気中のＨＣを低減することができる。
【００１９】
また、排気再燃焼用点火プラグ２５が、排気流れ方向に垂直な断面において、排気の主流が流れる位置で排気に点火しているので、排気を効率良く再燃焼させることができる。
【００２０】
以下、本発明の他の実施形態について順次説明するが、上述した第１実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
図５は、本発明の第２実施形態における排気浄化装置を示している。この第２実施形態は、排気ポート内における排気の主流が排気ポート１３の排気流れ方向に垂直な断面において上方側を流れる場合の実施形態であり、上述した第１実施形態と略同一構成となっているが、排気再燃焼用点火プラグ２５は、第１実施形態と異なり、排気ポート１３の上部に設けられている。尚、排気再燃焼用点火プラグ２５は、上述した第１実施形態と同様に、排気上流側を指向している。
【００２２】
このような第２実施形態においても、上述した第１実施形態の同様の作用効果を得ることができる。
【００２３】
図６は、本発明の第３実施形態における排気浄化装置を示している。この第３実施形態は、排気ポート１３内を流れる排気が排気ポート１３の断面において全体に略一様に流れる場合の実施形態であり、上述した第１実施形態と略同一構成となっているが、排気再燃焼用点火プラグ２５は、排気孔中央の軸線Ｌ上に設けられている。尚、排気再燃焼用点火プラグ２５は、上述した第１実施形態と同様に、排気上流側を指向している。
【００２４】
このような第３実施形態においても、上述した第１実施形態の同様の作用効果を得ることができる。
【００２５】
図７は、本発明の第４実施形態における排気浄化装置を示している。この第４実施形態は、上述した第１実施形態と基本的には同一構成となっているが、シリンダヘッド８内に形成された排気ポート１３は、各気筒に対応するブランチ部３１と、各ブランチ部３１が合流する排気合流部３２と、を有するよう形成され、かつシリンダヘッド８に開口する排気合流部３２の排気下流側端部に、触媒コンバータ１５が接続されている。つまり、各気筒から排出された排気は、シリンダヘッド８内に形成された排気合流部３２で合流した後シリンダヘッド８から流出し、排気下流側に接続された触媒コンバータ１５に流入し、触媒コンバータ１５で浄化される構成となっている。そして、排気合流部３２に一つの排気再燃焼用点火プラグ３３が配設され、排気合流部３２にて排気を点火する構成となっている。尚、図７中には図示されていないが、触媒コンバータ１５の排気上流側には、第１実施形態と同様に酸素センサが配設されている。また、排気再燃焼用点火プラグ３３は、上述した第１実施形態と同様に、排気上流側を指向している。
【００２６】
このような第４実施形態においては、上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができると共に、内燃機関の気筒数に関わらず、一つの排気再燃焼用点火プラグ３３で、全気筒からの排気を点火することができるいう利点がある。
【００２７】
図８は、本発明の第５実施形態における排気浄化装置を示している。この第５実施形態は、上述した第１実施形態と基本的には同一構成となっているが、排気再燃焼用点火プラグ２５による排気点火位置よりも上流側に、二次空気が導入された構成となっている。
【００２８】
詳述すると、ＥＣＵ１２によって制御された二次空気供給ポンプ４１によって、エアフローメータ３の上流側から吸気系の空気の一部が、排気再燃焼用点火プラグ２５よりも排気上流側に配置された二次空気ノズル４２から二次空気として排気に導入されている。尚、排気再燃焼用点火プラグ２５は、上述した第１実施形態と同様に、排気上流側を指向している。
【００２９】
このような第５実施形態においては、上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができると共に、二次空気を排気に導入することで、排気の酸化反応を一層効果的に誘導することができる。
【００３０】
尚、上述した第１〜第５実施形態においては、排気燃焼促進手段として排気再燃焼用の点火プラグを用いているが、排気燃焼促進手段としてグロープラグを用いることも可能である。排気燃焼促進手段としてグロープラグを用いた場合には、排気がグロープラグによって加熱され自然発火する。グロープラグを用いる場合には、エンジン運転中は、グロープラグにより排気は常に加熱されることになる。排気燃焼促進手段としてグロープラグを用いる場合にも、グロープラグは、上述した第１実施形態と同様に排気上流側を指向するよう配設される。
【００３１】
また、上述した第１〜第５実施形態においては、排気再燃焼用点火プラグが排気弁の開時期直後に排気を点火させているが、図９に示すように、セカンドピークのタイミング、すなわち排気弁２４の閉弁直前に排気再燃焼用点火プラグで排気を点火させるようにしても、一層効果的に排気中のＨＣを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態における排気浄化装置のシステム構成図。
【図２】排気弁が開いている期間中における排気中のＨＣ濃度の変化を示す説明図。
【図３】本発明の第１実施形態における要部拡大図。
【図４】図３の矢視Ａ方向から見た排気ポートを模式的に示す説明図。
【図５】本発明の第２実施形態における要部拡大図。
【図６】本発明の第３実施形態における要部拡大図。
【図７】本発明の第４実施形態における要部拡大図。
【図８】本発明の第５実施形態におけるシステム構成図。
【図９】排気弁が開いている期間中における排気中のＨＣ濃度の変化を示す説明図。
【符号の説明】
【００３３】
８…シリンダヘッド
１３…排気ポート
１５…触媒コンバータ
２４…排気弁
２５…排気再燃焼用点火プラグ（排気燃焼促進手段）
３３…排気再燃焼用点火プラグ（排気燃焼促進手段）
【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】
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