(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、この排気通路の流路面積を調整して排気ガスの圧力を所定圧力に制御する排気圧力制御弁であって、
主圧力調整用の弁としてスライド弁を排気ガス流動方向と略直交する方向にスライド可能に設け、このスライド弁の開スライド方向の後部に圧力微調整用の複数の空隙を形成し、スライド弁を開スライド方向にスライドさせたとき、排気通路に対しスライド弁全体が開き始める前にスライド弁のスライド量に応じて前記複数の空隙が排気通路に順次露出して空隙の総露出面積が漸増するように構成すると共に前記順次露出する空隙を前記開スライド方向の後部になるほどその面積が大きくなるように構成することにより、スライド弁全体が開き始める前の領域ではスライド量に対する流路面積の増減量をスライド量が小さいほど抑制するように構成したことを特徴とする排気圧力制御弁。
【請求項２】
請求項１に記載の排気圧力制御弁において、
圧力微調整用の複数の空隙は、前記開スライド方向の後部になるほど順次露出する穴の数が増加する複数の穴であることを特徴とする排気圧力制御弁。
【請求項３】
請求項１に記載の排気圧力制御弁において、
圧力微調整用の複数の空隙は、前記開スライド方向の後部になるほど穴の径が順次増加する複数の穴であることを特徴とする排気圧力制御弁。
【請求項４】
請求項１に記載の排気圧力制御弁において、
圧力微調整用の複数の空隙は、前記開スライド方向の後部になるほど開閉スライド方向と直交する方向の幅が順次広がっている複数のスリットであることを特徴とする排気圧力制御弁。
【請求項５】
請求項１に記載の排気圧力制御弁において、
圧力微調整用の複数の空隙は、前記開スライド方向の後部になるほど開閉スライド方向の幅が順次広がっている複数のスリットであることを特徴とする排気圧力制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排気圧力制御弁に関し、エンジン始動時に排気ガス圧力を高くして触媒の早期活性化を図る場合などに適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気ガス中に含まれる有害物質（ＨＣ、ＣＯ、Ｈ2 等の未燃物の他、スモーク、ＮＯｘ等を含む）を低減することを目的とした技術として、触媒上での反応を利用した排気浄化技術が知られている。しかしながら、この排気浄化技術では、エンジン始動後に排気温度が上昇して触媒温度が上昇することにより触媒が活性化するまでの間、触媒が十分に機能せずにＨＣ等の未燃物が大気放出されてしまうという問題がある。
【０００３】
このため、エンジン始動時に触媒を早期に活性化する技術が、特開平３−１１７６１１号公報、特開平４−１８３９２１号公報などにおいて開示されている。かかる技術の概要を図７に基づいて説明すると、同図に示すようにエンジン１に接続された排気管２には、触媒３が設けられている。そして、この排気管２には、触媒３の下流側に排気圧力制御弁（バタフライ弁）４も設けられている。この場合、エンジン始動時に排気圧力制御弁４を閉じると、即ち、排気管２の流路面積を小さくして流動抵抗を大きくすると、排気ガス流量が低減し、排気圧力制御弁４の上流側では排気ガスの圧力が上昇する。その結果、排気ガスが断熱圧縮により温度上昇して触媒３の温度も上昇し、また、触媒３における排気ガスの滞留時間が長くなることなどから、触媒３の早期活性化を図ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の排気圧力制御弁４では小開弁面積での面積変化が大きいため、弁開度を小さくして排気ガス圧力を高圧力に調整する場合、精度のよい排気ガス圧力制御を行うことができない。
【０００５】
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、排気ガス圧力の微調整を容易に行うことができて精度のよい排気ガス圧力制御が可能であり、且つ、構成が簡易で安価な排気圧力制御弁を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１発明の排気圧力制御弁は、内燃機関の排気通路に設けられ、この排気通路の流路面積を調整して排気ガスの圧力を所定圧力に制御する排気圧力制御弁であって、主圧力調整用の弁としてスライド弁を排気ガス流動方向と略直交する方向にスライド可能に設け、このスライド弁の開スライド方向の後部に圧力微調整用の複数の空隙を形成し、スライド弁を開スライド方向にスライドさせたとき、排気通路に対しスライド弁全体が開き始める前にスライド弁のスライド量に応じて前記複数の空隙が排気通路に順次露出して空隙の総露出面積が漸増するように構成すると共に前記順次露出する空隙を前記開スライド方向の後部になるほどその面積が大きくなるように構成することにより、スライド弁全体が開き始める前の領域ではスライド量に対する流路面積の増減量をスライド量が小さいほど抑制するように構成したことを特徴とする。
【０００７】
また、第２発明の排気圧力制御弁は、第１発明の排気圧力制御弁において、圧力微調整用の複数の空隙は、前記開スライド方向の後部になるほど順次露出する穴の数が増加する複数の穴であることを特徴とする。
【０００８】
また、第３発明の排気圧力制御弁は、第１発明の排気圧力制御弁において、圧力微調整用の複数の空隙は、前記開スライド方向の後部になるほど穴の径が順次増加する複数の穴であることを特徴とする。
【０００９】
また、第４発明の排気圧力制御弁は、第１発明の排気圧力制御弁において、圧力微調整用の複数の空隙は、前記開スライド方向の後部になるほど開閉スライド方向と直交する方向の幅が順次広がっている複数のスリットであることを特徴とする。
また、第５発明の排気圧力制御弁は、第１発明の排気圧力制御弁において、圧力微調整用の複数の空隙は、前記開スライド方向の後部になるほど開閉スライド方向の幅が順次広がっている複数のスリットであることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の実施の形態に係る排気圧力制御弁を排気系に備えたエンジンの概略構成図、図２は前記排気圧力制御弁の構成を示す側面図、図３は前記排気圧力制御弁の構成及び参考例を示す正面図、図４は参考例の排気圧力制御弁の構成を示す正面図、図５は前記排気圧力制御弁の他の構成及び参考例を示す正面図である。また、図６は前記排気圧力制御弁の特性を示すグラフである。
【００１２】
図１に示すように、内燃機関であるエンジン本体（以下、単にエンジンという）１１としては、例えば燃料噴射モードを切り換えることで吸気工程での燃料噴射（吸気工程噴射）と圧縮工程での燃料噴射（圧縮工程噴射）とを実施可能な筒内噴射型の火花点火式ガソリンエンジンが採用される。この筒内噴射型のエンジン１１は、容易に理論空燃比（ストイキ）での運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が可能である。
【００１３】
エンジン１１のシリンダヘッド１２には各気筒毎に点火プラグ１４とともに電磁式の燃料噴射弁１３が取り付けられ、この燃料噴射弁１３によって燃料を燃焼室内に直接噴射可能となっている。また、燃料噴射弁１３は膨張工程又は排気工程において排気系に燃料を追加供給する追加燃料供給手段としても機能する。点火プラグ１４には高電圧を出力する点火コイル１５が接続されている。燃料噴射弁１３には燃料パイプ１６を介して図示しない燃料供給装置から燃料が供給される。
【００１４】
シリンダヘッド１２には各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成され、この吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１７の一端がそれぞれ接続されている。吸気マニホールド１７には吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１８が設けられている。また、シリンダヘッド１２には各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成され、各排気ポートに連通するようにして排気マニホールド１９の一端がそれぞれ接続されている。なお、筒内噴射型のエンジン１１は既に公知のものであるため、その構成の詳細については説明を省略する。
【００１５】
排気マニホールド１９の他端には排気管２０が接続されている。そして、排気管２０には排気ガス中の有害物質（ＨＣ、ＣＯ、Ｈ2 等の未燃物の他、スモーク、ＮＯｘ等を含む）を低減することを目的として三元触媒２１が設けられ、この三元触媒２１の下流側にはエンジン始動時の三元触媒２１の早期活性化などを目的として排気圧力制御弁２２が設けられている。三元触媒２１は、担体に活性貴金属として銅、コバルト、銀、白金、ロジウム、パラジウムなどを有している。なお、触媒２１としては三元触媒の他、リーンＮＯｘ触媒やＨＣ吸蔵触媒などを用いることもできる。排気圧力制御弁２２では、詳細は後述するが、排気管２０の流路面積（流動抵抗）を調整して排気ガス流量を調整することにより、排気ガスの圧力を調整する。
【００１６】
排気ガス圧力は触媒２１の上流側に設けた排気圧センサ２３によって計測され、この計測信号が電子制御ユニット（ＥＣＵ）２４に入力される。ＥＣＵ２４では、入出力装置、記憶装置、ＣＰＵ、タイマカウンタ等を備えており、排気圧センサ２３から入力した排気ガス圧力の計測信号などに基づいて排気圧力制御弁２２の開閉制御を行う（詳細後述）。また、ＥＣＵ２４では、図示しない各種センサ類の計測信号などに基づいて燃料噴射弁１３、点火コイル１５、スロットル弁１８などの動作を制御することにより、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期などの制御も行う。
【００１７】
特に、ＥＣＵ２４では、排気ガス中の有害物質の低減が要求されたとき、二段燃焼を行うために膨張行程又は排気行程において燃料噴射弁１３から高温雰囲気の燃焼室に燃料を追加供給する。その結果、この追加供給された燃料が排気系の余剰酸素と反応して排気ガスが昇温され、これによって排気ガス中の未燃物（未燃ＨＣ等）も反応する。そして、このときに排気圧力制御弁２２によって排気ガス圧力を上昇させれば、追加燃料や未燃物と余剰酸素との反応が促進されて排気ガス中の有害物質の低減効果が増強され、また、このときの反応による排気ガスの昇温により触媒２１も昇温して触媒２１が活性化するため、更に有害物質の低減効果が増強される。また、排気ガス圧力が上昇すると、断熱圧縮により排気ガス温度が上昇して触媒２１の温度も上昇し、触媒２１における排気ガスの滞留時間も長くなることなどから、更に触媒２１の活性化を促進して有害物質の低減効果を増強することができる。
【００１８】
そこで、この有害物質低減効果の増強を確実にするため、即ち、排気圧力制御弁２２により排気ガスの圧力（流量）を微調整して排気ガスを所定の高圧力に精度よく制御することができるようにするため、本実施の形態の排気圧力制御弁２２は図２〜図５に示すような構成となっている。
【００１９】
即ち、図２〜図５に示すように排気圧力制御弁２２は、主圧力調整用の弁としてスライド弁３１を、排気ガス流動方向（図２の矢印Ｃ方向）と直交する方向（図２の矢印Ａ，Ｂ方向）にスライド可能に設け、このスライド弁３１の開スライド方向の後部（図３，図４及び図５に示す一点鎖線（仮想線）よりも下側の部分）３２に圧力微調整用の空隙３３を形成している。そして、スライド弁３１を開スライド方向にスライドさせたとき、排気管２０の排気通路２０ａに対しスライド弁３１全体が開き始める前にスライド弁３１のスライド量（変位量）に応じて空隙３３が排気通路２０ａに順次露出して空隙３３の露出面積が漸増するように構成することにより、スライド弁３１全体が開き始める前の領域ではスライド量に対する排気通路２０ａの流路面積の増減量を抑制するように構成している。
【００２０】
詳述すると、図２に示すように排気管２０の上部には案内孔４１が形成され、排気管２０の下部には案内溝（凹部）４２が形成されている。スライド弁４１は長方形の板状であり、案内孔４１から排気管２０内に挿入し、図２（ａ）に示すようにスライド弁３１を全閉にしたときには後部３２全体（図３，図４及び図５の一点鎖線の位置まで）が案内溝４２内に収容されて、後部３２に形成した圧力微調整用の空隙３３が排気通路２０ａに露出しないようになっている。スライド弁３１には図示しないアクチュエータ（モータなど）が接続されており、このアクチュエータによってスライド弁３１を、矢印Ａ，Ｂのように排気ガス流動方向と直交する方向にスライドする。矢印Ａは開スライド方向、矢印Ｂは閉スライド方向である。
【００２１】
図２（ｂ）にはスライド弁３１を、後部３２の長さ分だけ開スライド方向にスライドさせたときの状態を示している。このときは、排気通路２０ａに対してスライド３１全体はまだ開いておらず、後部３２に形成した圧力微調整用の空隙３３が全て排気通路２ａに露出している。この後、更にスライド弁３１を開スライド方向にスライドさせると、スライド弁３１全体が開き始める。
【００２２】
空隙３３の構成について詳述すると、図３ではスライド弁後部３２に圧力微調整用の空隙３３として、複数の円形の穴が形成されている。図３（ａ）に示すＡ１タイプの排気圧力制御弁２２では、スライド弁後部３２の開スライド方向（矢印Ａ方向）の先端側から後端側に向かって各列の穴３３の数が順次増加している。図３（ｂ）に示すＡ２タイプの排気圧力制御弁２２では、スライド弁後部３２の前記先端側から前記後端側に向かって、一列（複数列でもよい）に穴３３を配列し、且つ、穴３３の径が順次大きくなっている。図３（ｃ）に参考例として示すＡ３タイプの排気圧力制御弁２２では、スライド弁後部３２の前記先端側から前記後端側に向かって、同径の穴３３を一列（複数列でもよい）に配列している。
【００２３】
図４に参考例として示すＢタイプの排気圧力制御弁２２では、スライド弁後部３２に圧力微調整用の空隙３３として、切り欠きが形成されている。この切り欠き３３は、スライド弁後部３２の前記先端側から前記後端側に向かって、開閉スライド方向と直交する方向の幅が広がった三角形状となっている。
【００２４】
図５ではスライド弁後部３２に圧力微調整用の空隙３３として、複数のスリットが形成されている。図５（ａ）に示すＣ１タイプの排気圧力制御弁２２では、スライド弁後部３２の前記先端側から前記後端側に向かって、スリット３３の開閉スライド方向と直交する方向の幅が順次広がっている。図５（ｂ）に示すＣ２タイプの排気圧力制御弁２２では、スライド弁後部３２の前記先端側から前記後端側に向かって、開閉スライド方向の幅が順次広がっている。図５（ｃ）に参考例として示すＣ３タイプの排気圧力制御弁２２では、スライド弁後部３２の前記先端側から前記後端側に向かって、同形のスリット３３が配列されている。
【００２５】
従って、このスライド弁３１を図２（ａ）に示す全閉状態から開スライド方向にスライドさせると、まず、スライド弁３１全体が開き始める前にスライド弁３１のスライド量に応じて、圧力微調整用の空隙３３が、後部３２の前記先端側から順に排気通路２０ａに露出し、空隙３３の露出面積が漸増する。このため、スライド弁３１全体が開き始める前の領域では、スライド弁３１全体が開く場合に比べ、スライド弁３１のスライド量に対する排気通路２０ａの流路面積の増減量が抑制される。即ち、スライド量に対する流路面積の増減量が小さい。
【００２６】
図２（ｂ）に示す状態では全ての空隙３３が排気通路２０ａに露出し、この状態から更にスライド弁３１を開スライド方向にスライドさせると、スライド弁３１全体が開き始めるが、このスライド弁３１全体が開き始めた後の領域では、スライド弁３１全体が開き始める前の領域に比べて、スライド弁３１のスライド量に対する排気通路２０ａの流路面積の増加量が大きくなる。
【００２７】
即ち、排気圧力制御弁２２は図６に示すような特性となる。図６ではスライド弁３１のスライド量（流路面積が０の位置をスライド量の０とする）を横軸にとり、排気通路２０ａの流路面積を縦軸にとっている。スライド弁３１に空隙３３を設けない場合には図６中に点線で示すようにスライド量と流路面積の関係が直線状となるのに対し、スライド弁３１に空隙３３を設けた場合には図６中に一点鎖線及び二点鎖線で示すようにスライド量と流路面積の関係が下に凸の曲線状となる。従って、後者の場合にはスライド量の小さい領域（スライド弁全体はまだ開いておらず空隙だけが排気通路に露出する領域）では、スライド量に対する流路面積の増減量が小さいため、流路面積を微調整して排気ガス圧力を微調整することができる。特に、Ａ１，Ａ２，Ｂ，Ｃ１及びＣ２タイプの排気圧力制御弁２２では、Ａ３及びＣ３タイプの排気圧力制御弁２２よりも、スライド量の小さい領域でのスライド量に対する流路面積の増減量が更に小さいため、よりきめの細かい排気ガス圧力の制御が可能となる。
【００２８】
本排気圧力制御弁２２はエンジンの冷態始動後の所定期間排気ガス圧力を所定の高圧力に制御するために使用されるが、このときの圧力制御の具体例を示すと、次のとおりである。
【００２９】
即ち、エンジン始動後、排気ガス中の有害物質の低減効果を増強するため、排気圧センサ２２で計測される排気ガス圧力が目標制御圧力（例えば７００ｍｍＨｇ）以下の時（低圧力時）、まず、スライド弁２１を閉スライド方向にスライドさせて全閉にする。これにより、排気圧力制御弁２２（スライド弁３１）の上流側の排気ガス圧力が上昇する。その後、スライド弁３１を開スライド方向にスライドさせて後部３２の空隙３３を排気通路２０ａに露出させることにより、排気ガス圧力が上昇しすぎるのを抑え、且つ、開スライド方向又は閉スライド方向にスライド弁３１をスライドさせて排気通路２０ａに露出する空隙３３の面積を調整、即ち、流路面積を微調整することにより、排気ガス圧力を目標制御圧力となるように制御する。この有害物質低減効果増強制御が終了したら、スライド弁３１を排気通路２０ａから引き抜く。
【００３０】
なお、このように排気圧センサ２２の計測信号をフィードバックして排気ガス圧力制御をする場合に限らず、所定のスライド量となるようにスライド弁３１を閉スライド方向にスライドさせてもよい。例えば、排気圧センサは用いず、吸入空気量や燃料投入量などから予測される排気ガスの発生量などに基づいてスライド弁３１のスライド量を設定してもよい。また、スライド弁は本実施の形態のように上下方向にスライドするものに限定されず、左右方向、斜め方向等、スライドするものであれば、どのようなスライド弁でもよい。
【００３１】
以上のように、本実施の形態の排気圧力制御弁２２によれば、主圧力調整用のスライド弁３１に圧力微調整用の空隙３３を設けたことにより、この空隙３３の形状や配列を適宜設定するだけで任意にスライド弁３１のスライド量と排気通路２０ａの流路面積との関係を設定することができる。特に、スライド量の小さい領域においてスライド量に対する流路面積の増減量を小さく設定することができるため、容易に排気ガス圧力の微調整を行って、排気ガス圧力を精度よく目標制御圧力（高圧力）に制御することができる。
【００３２】
このため、エンジン始動時の触媒２１の早期活性化や未燃燃料（未燃ＨＣ）と余剰空気の反応を促進して、有害物質低減性能を最大限に引き出すことができる。しかも、排気圧力制御弁２２はスライド弁３１に空隙３３を設けた簡易な構成であるため、コスト的にも有利である。また、主圧力調整用の弁としてスライド弁３１を用いており、このスライド弁３１は排気通路２０ａから引き抜くことができるため、例えばバタフライ弁のように全開時にも排気通路内に残存して流動抵抗となることもない。
【００３３】
なお、本発明の排気圧力制御弁は、上記のように触媒の早期活性化を図る場合や二段燃焼の効果を促進する場合に限らず、排気系に燃料或いは空気を供給して排気ガス中の有害物質を低減する装置やＥＧＲ装置の性能を増強する場合など、排気ガスの圧力を制御をすることが有効な場合に広く適用することができ、また、ガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジンなどにも適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上、発明の実施の形態とともに具体的に説明したように、第１乃至第５発明の排気圧力制御弁によれば、主圧力調整用の弁としてスライド弁を排気ガス流動方向と略直交する方向にスライド可能に設け、このスライド弁の開スライド方向の後部に圧力微調整用の複数の空隙（穴、スリット等）を形成し、スライド弁を開スライド方向にスライドさせたとき、排気通路に対しスライド弁全体が開き始める前にスライド弁のスライド量に応じて前記複数の空隙が排気通路に順次露出して空隙の総露出面積が漸増するように構成すると共に前記順次露出する空隙を前記開スライド方向の後部になるほどその面積が大きくなるように構成することにより、スライド弁全体が開き始める前の領域ではスライド量に対する流路面積の増減量をスライド量が小さいほど抑制するように構成したことにより、特に、スライド量の小さい領域においてスライド量に対する流路面積の増減量を小さく設定することができるため、容易に排気ガス圧力の微調整を行って、排気ガス圧力を精度よく目標制御圧力（高圧力）に制御することができる。
【００３５】
このため、例えばエンジン始動時の触媒の早期活性化や未燃燃料（未燃ＨＣ）と余剰空気の反応を促進して、有害物質低減性能を最大限に引き出すことができる。しかも、排気圧力制御弁はスライド弁に空隙を設けた簡易な構成であるため、コスト的にも有利である。また、主圧力調整用の弁としてスライド弁を用いており、このスライド弁は排気通路から引き抜くことができるため、例えばバタフライ弁のように全開時にも排気通路内に残存して流動抵抗となることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係る排気圧力制御弁を排気系に備えたエンジンの概略構成図である。
【図２】  前記排気圧力制御弁の構成を示す側面図である。
【図３】  前記排気圧力制御弁の構成及び参考例を示す正面図である。
【図４】  参考例の排気圧力制御弁の構成を示す正面図である。
【図５】  前記排気圧力制御弁の他の構成及び参考例を示す正面図である。
【図６】  前記排気圧力制御弁の特性を示すグラフである。
【図７】  従来の排気圧力制御弁の説明図である。
【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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