(57)【要約】【課題】後燃えの促進と、排気効率の向上を両立する。【解決手段】各気筒の排気ポートに接続される排気ブランチ部２１〜２４と、ブランチ部２１〜２４からの排気を拡張室１４で合流させて一つの排気通路へと導く排気集合部と、拡張室１４内において、少なくとも排気順序が隣り合う気筒間のブランチからの排気を独立して流すか、または互いに集合させるかの流路切り換えが可能な切換弁３ａと、機関冷間時にはブランチからの排気を拡張室１４に集合させ、通常運転時には排気を独立して流すように前記切換弁３ａを切換作動させる制御手段９と、を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒の排気ポートに接続される排気ブランチ部と、
前記ブランチ部からの排気を拡張室で合流させて一つの排気通路へと導く排気集合部と、
前記拡張室内において、少なくとも排気順序が隣り合う気筒間のブランチからの排気を独立して流すか、または互いに集合させるかの流路切り換えが可能な切換弁と、
機関冷間時には前記ブランチからの排気を拡張室に集合させ、通常運転時には排気を独立して流すように前記切換弁を切換作動させる制御手段と、を備える内燃機関の排気マニホールド。
【請求項２】
前記拡張室は、前記集合部の容積を拡大し、前記ブランチ部の開口部が並列に開口する請求項１に記載の内燃機関の排気マニホールド。
【請求項３】
上記内燃機関は直列４気筒エンジンであって、
前記切換弁は、
前記拡張室の出口付近の流路断面を３分割する２つのベーンと、
前記ベーンによって分割された流路断面のうち、それぞれ両端の流路断面を開閉する一対の開閉弁であって、
前記制御手段によって、
機関冷間時には前記両端の流路断面を塞ぎ、
通常運転時には前記拡張室の両端のブランチ開口部から前記両端の流路断面までをそれぞれ独立した排気流路として形成する請求項２に記載の内燃機関の排気マニホールド。
【請求項４】
前記切換弁は、前記ベーンの一方の端部近傍が前記拡張室出口付近に設けられ、冷間運転時には他方の端部が拡張室の側壁に接した状態となり、通常運転時には他方の端部がそれぞれ両端のブランチ開口部とその隣のブランチ開口部との間の拡張室壁面に接した状態となる請求項３に記載の内燃機関の排気マニホールド。
【請求項５】
前記ベーンは、前記両端の流路断面を塞いだ状態で、所定の曲率をもって排気流れの下流側に凸な形状である請求項４に記載の内燃機関の排気マニホールド。
【請求項６】
それぞれ上流側の端部近傍を回転軸とする一対の板状部材で構成され、
前記回転軸は前記中央の２つのブランチ開口部の間に設置され、
冷間運転時には前記２つのブランチ開口部から流入した排気の流れに、それぞれ外側のブランチ開口部方向の成分を与えるように前記一対の板状部材が所定の角度をなし、
通常運転時には前記一対の板状部材がなす角度がゼロとなり、ともに前記拡張室の出口方向に向く排気流れ方向制御手段を備える請求項１〜５のいずれか一つに記載の内燃機関の排気マニホールド。
【請求項７】
冷間始動時であるか否かの判断は、冷却水温に基づいて行う請求項１〜６のいずれか一つに記載の内燃機関の排気マニホールド。
【請求項８】
前記排気流路切換手段は、冷間始動時であっても、機関負荷が所定値以上の場合には前記通常運転時と同様の排気流路とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の内燃機関の排気マニホールド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される内燃機関において、冷間始動時に排出ガス浄化用の触媒を掃気に活性温度まで暖機するために、点火時期を遅角して排出ガスの温度を上昇させる制御が一般的に行われている。
【０００３】
特許文献１には、上記の冷間始動時に排出ガス温度を上昇させる制御により筒内圧力が上昇して排気音が大きくなることを防止するために、排気マニホールドに拡張室と拡張室を開閉するバルブを設け、冷間始動時には前記バルブを開いて排気マニホールドの合流部の流路容積を増大させることによって、排気マニホールドの合流部の圧力を低下させる方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００２−３０３１６４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
低温始動時には、シリンダ壁面が低温であるので、シリンダ内で混合気が燃焼し始めても、シリンダ壁面付近では冷却されて消炎し、未燃のガスが残留しやすい。この残留ガスの一部は、排気行程中に高温の既燃ガスと拡散混合することによって燃焼する、いわゆる後燃えによって既燃ガスとなりえる。しかし、後燃えするためには、前述した高温の既燃ガスとの拡散混合が十分に行われなければならない。
【０００５】
しかしながら、特許文献１では冷間始動時に流路容積を増大させているので、排気マニホールド内の圧力を低下させることによる排気音の抑制は可能であるが、排気ガスが排気浄化用触媒までスムーズに流れる構造なので、未燃ガスは既燃ガスと十分に拡散混合する前に排気浄化用触媒に達してしまうことになり、排気浄化用触媒が活性温度に達するまではＨＣの排出量が多くなってしまう。
【０００６】
そこで、本発明では、冷間始動時に後燃えを促進し、ＨＣの排出量を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の内燃機関の排気マニホールドは、各気筒の排気ポートに接続される排気ブランチ部と、前記ブランチ部からの排気を拡張室で合流させて一つの排気通路へと導く排気集合部と、前記拡張室内において、少なくとも排気順序が隣り合う気筒間のブランチからの排気を独立して流すか、または互いに集合させるかの流路切り換えが可能な切換弁と、機関冷間時には前記ブランチからの排気を拡張室に集合させ、通常運転時には排気を独立して流すように前記切換弁を切換作動させる制御手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、冷間運転時には、両端のブランチ開口部を流れる排気とその内側のブランチ開口部から拡張室内に流入した排気とが拡張室に流入した直後に合流するので排気干渉が生じ、さらに拡張室を設けて流路容積を拡張しているので、未燃混合気と既燃混合気とを十分に混合し、未燃混合気が燃焼するいわゆる後燃えを促進することが可能であり、また、通常運転時には両端のブランチ開口部からの排気と内側のブランチ開口部からの排気は拡張室出口付近まで独立した排気流路を流れるよう排気流路を形成するので、排気干渉を防止して排気効率を高めることが可能である。
【０００９】
したがって、冷間運転時の後燃えの促進と、通常運転時の排気効率の向上とを両立することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図1は本実施形態のシステムの構成を表す図である。１０はエンジン、１は吸気通路１１内を流れる吸気をエンジン１０の各気筒に分配する吸気マニホールド、４は吸気量を調節するスロットル弁、６はスロットル弁４の開度を検出するスロットルセンサ、２はエンジン１０の各気筒の排気を合流させて下流の排気通路へと流す排気マニホールド、５は排気マニホールド２に接続されるマニホールド触媒、８は触媒５の温度を検出する温度センサ、１３はエンジン冷却水温を検出する冷却水温センサである。
【００１２】
温度センサ８、スロットルセンサ６、冷却水温センサ１３の検出値はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）９に入力される。ＥＣＵ９には、上記の他にもエンジン回転数やアクセル開度等が入力され、これらに基づいてエンジン１０の燃料噴射量や点火時期の制御や、後述するアクチュエータ７の制御を行う。
【００１３】
排気マニホールド２は、各気筒の排気ポートに接続されるブランチ２１〜２４の分岐部から下流側排気通路への出口までが拡張室１４となっており、拡張室１４の内部にはアクチュエータ７により作動し、排気マニホールド２内部の流路を変更する切換え弁３が設けられる。
【００１４】
ここで、図２、図３、図４を参照して切換え弁３について説明する。
【００１５】
図２は冷間運転時の切換え弁３の状態を表し、図３は主切換え弁３ａの断面形状を表し、図４は暖機終了後の通常運転時の切換え弁３の状態を表している。なお、図２に示す冷間運転時の切換え弁３の状態を開、図４に示す通常運転時の切換え弁３の状態を閉とする。
【００１６】
切換え弁３は、エンジン１０の２番気筒に連通するブランチ２２と３番気筒に連通するブランチ２３との分岐点付近に設けられる一対の小切換え弁３ｂと、拡張室１４の下流側に設けられた一対の主切換え弁３ａとで構成される。
【００１７】
主切換え弁３ａは、断面形状が図３に示すように、排気流れの下流側に凸な円弧状であり、拡張室１４の出口１２付近を軸として、アクチュエータ７により運転状態に応じて開閉される。断面形状が円弧状であることによって、切換え弁３が開いた状態では主切換え弁３ａの上流側の容積は、断面形状が直線状である場合に比べて大きくなる。なお、主切換え弁３ａの回転軸は出口１２との間に所定の間隔をもって設けられる。所定の間隔とは、切換え弁３が閉じた状態で、１番気筒および４番気筒からの排気が出口１２に流れる際に抵抗とならず、かつ２番気筒と３番気筒からの排気が出口１２に流れる際に抵抗とならない程度ない程度であればよい。
【００１８】
一方、小切換え弁３ｂは主切換え弁３ａに比べて短く、ほぼ直線状であり、ブランチ２２とブランチ２３との分岐点付近を軸としてアクチュエータ７により運転状態に応じて開閉される。
【００１９】
切換え弁３が開の状態では、小切換え弁３ｂの下流側端部は、一方が２番気筒側に、他方が３番気筒側に傾き、主切換え弁３ａは、一方が排気マニホールド２の１番気筒側の側壁に上流側端部が接し、他方が４番気筒側の側壁に上流側端部が接する状態となる。
【００２０】
このとき排気は、１番気筒からの排気に、小切換え弁３ｂによってブランチ２１方向に向けられた２番気筒からの排気が合流し、同様に４番気筒からの排気に３番気筒からの排気が合流して、さらにこれら二つの排気が合流して流れが一つになる。したがって、連続して排気が行われる１番気筒と２番気筒、４番気筒と３番気筒の排気が合流することになり排気干渉が生じ、拡張室１４で排気の混合が促進される。
【００２１】
切換え弁３が閉の状態では、２つの小切換え弁３ｂは重なって下流方向を向き、主切換え弁３ａは、一方がブランチ２１とブランチ２２との分岐点の壁面に上流側端部が接し、他方がブランチ２３とブランチ２４との分岐点の壁面に上流側端部が接する。
【００２２】
このとき排気は、２番気筒からの排気と３番気筒からの排気とが小切換え弁３ｂの下流端通過後に合流し、また、主切換え弁３ａの軸付近でブランチ２１からの排気とブランチ２４からの排気とが合流する。
【００２３】
つまり、拡張室１４が切換え弁３により分割されてブランチ２１〜２４の延長部分を構成するようになり、排気行程が連続しない１番気筒と４番気筒、２番気筒と３番気筒の排気が合流し、この２つの排気流れがさらに合流する、いわゆる４−２−１集合型の排気マニホールドと同様の構造になったものとみなすことができ、排気干渉を防止して、排気効率を高めることができる。
【００２４】
次に、切換え弁３の開閉制御について図５のフローチャートを参照して説明する。
【００２５】
ＥＣＵ９は、エンジン回転数やアクセル開度等から運転状態を検知し、これに応じて切換え弁３の開閉制御を実行する。以下、図５のステップにしたがって説明する。
【００２６】
ステップＳ１で水温センサ１３およびスロットルセンサ６の検出値を読込む。
【００２７】
ステップＳ２で前記水温に基づいて、現在冷間運転であるか否かの判定を行う。冷間運転の場合はステップＳ３へ、冷間運転でない場合にはステップＳ５に進む。
【００２８】
ステップＳ３では前記スロットルセンサ６により検出したスロットル開度に基づいて、現在低負荷運転であるか否かの判定を行う。低負荷運転の場合はステップＳ４に進み、低負荷運転でない場合にはステップＳ５に進む。
【００２９】
ステップＳ４では切換え弁３を開にし、ステップＳ５では切換え弁３を閉にする。
【００３０】
上記のように、冷間運転中であって、かつ低負荷運転時、つまり冷間始動後のアイドル運転時のような状況では切換え弁３は開とする。これは、いわゆる後燃えを促進して、排気成分の悪化を防止するためである。
【００３１】
後燃えとは、排気中に含まれる未燃混合気が高温の既燃ガスと混合することによって燃焼することであり、これにより未燃混合気がそのまま排出されることを防止できる。
【００３２】
冷間運転中はシリンダ壁が低温であるため、爆発行程において火炎がシリンダ壁近くで冷却されて消失し、未燃混合気が残留しやすいので、後燃えを促進する必要がある。
【００３３】
そこで、冷間運転中は切換え弁３を開いて、１番気筒と２番気筒、および３番気筒と４番気筒で排気干渉が生じ、かつ、各気筒からの排気が合流する部分の容積が大きくなるように拡張室１４内の流路を形成することにより、拡張室１４で未燃混合気と既燃ガスとが混合する時間を確保し、後燃えを促進する。
【００３４】
通常運転時や、冷間運転中であっても高負荷での運転時には、切換え弁３は閉とすることによって、２番気筒と３番気筒、１番気筒と４番気筒の排気を合流させ、排気干渉を防止して出力を向上させる。
【００３５】
これは、通常運転時であればシリンダ壁の温度も上昇しており、シリンダ壁近くで火炎が消失する可能性が低いので出力要求を優先することができ、また冷間運転中であっても高負荷である場合には運転者の出力要求を優先するためである。
【００３６】
以上により本実施形態では、排気マニホールド２の各ブランチ２１〜２４の開口部から出口までに拡張室１４を設け、拡張室１４内に各気筒からの排気の流れを切換える切換え弁３を設け、冷間運転時には１番気筒と２番気筒、４番気筒と３番気筒の排気を合流させて排気干渉を起こし、通常運転時には１番気筒と４番気筒、２番気筒と３番気筒の排気を合流させて排気干渉を防止するよう切換え弁３を制御するので、冷間運転時には拡張室１４内で排気を十分に混合して後燃えを促進することができ、通常運転時には排気干渉を防止して排気効率を向上することができる。
【００３７】
冷間運転時であってもエンジンの負荷が大きい場合には、切換え弁３を閉じて通常運転時と同様に排気効率を高めるので、運転者の出力要求に応じることができる。
【００３８】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、内燃機関の排気装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施形態のシステムの構成を表す図である。
【図２】切換え弁が開いた状態を表す図である。
【図３】主切換え弁の形状を表す図である。
【図４】切換え弁が閉じた状態を表す図である。
【図５】切換え弁の開閉制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
１    吸気マニホールド
２    排気マニホールド
３    切換え弁
３ａ  主切換え弁
３ｂ  小切換え弁
４    スロットル弁
５    触媒
６    スロットルセンサ
７    アクチュエータ
８    温度センサ
９    エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
１０  エンジン
１１  吸気通路
１３  水温センサ
１４  拡張室
２１〜２４  ブランチ
【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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