(57)【要約】【課題】排気浄化触媒へ導く２つの排気通路を備えたエンジンの排気装置において、排気浄化触媒の早期活性化、Ｏ２センサによる排気抵抗低減、及びその検出精度向上を図る。【解決手段】独立排気通路３２ｃには独立排気通路３２ｃ及び集合通路３３に比べて断面積が小さな補助排気通路１１が接続されており、補助排気通路１１の下流側端部は集合通路３３に連結されている。独立排気通路３２ｃと補助排気通路１１との接続部の下流側には切替弁１４が設置されているおり、温度センサ１６の検出信号に基づいて、触媒８が活性状態でない時は、切替弁１４が独立排気通路３２ｃを遮断し、触媒８が活性状態となった時は、切替弁１４が独立排気通路３２ｃを開放する。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの複数の排気ポートに夫々接続される複数の独立排気通路と、これら独立排気通路を集合すると共に下流側に排気浄化触媒を有する排気集合通路と、前記少なくとも１つの独立排気通路の連通と遮断とを切替え可能な通路遮断手段と、この通路遮断手段よりも上流側の独立排気通路又は、前記排気ポートと前記排気浄化触媒より上流側の排気集合通路とを接続する補助排気通路と、この補助排気通路に配置された排気成分検出手段と、前記排気浄化触媒の活性状態を判定する触媒状態判定手段とを有するエンジンの排気装置であって、
前記補助排気通路の断面積は前記排気集合通路の断面積よりも小さく設定され、
前記通路遮断手段は、前記触媒状態判定手段が非活性状態と判定した時は前記独立排気通路を遮断すると共に、活性状態と判定した時は前記独立排気通路を連通させることを特徴とするエンジンの排気装置。
【請求項２】
前記複数の補助排気通路を集合させた補助集合通路の下流端が前記排気集合通路に接続されると共に、前記排気成分検出手段が前記補助集合通路に装着されたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気装置。
【請求項３】
前記エンジンは、内側にトロコイド状の内周面を有し、且つロータを遊星回転可能に収容する２つのロータハウジングと、これらロータハウジングの左右両側面に配設されロータハウジングと協働してトロコイド空間を形成する３つのサイドハウジングとを有する２ロータのロータリピストンエンジンであって、
３つのサイドハウジングに３つの排気ポートが形成されると共に、２つの気筒間の中央の排気ポートは２気筒に共通の集合排気ポートとして形成されると共に、
前記補助排気通路は集合排気ポート、またはこの集合排気ポートに接続する独立排気通路にのみ接続されることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気装置に関し、特に、排気浄化触媒へ導く２つの排気通路を備えたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、排気通路下流に排気浄化触媒を配置する構造がとられており、この排気浄化触媒の活性化促進に関して制御及び構造共に種々の提案がなされている。特許文献１には、メイン触媒を備えたメイン排気通路と、このメイン排気通路をバイパスすると共にバイパス触媒を備えたバイパス排気通路とを設け、冷間始動時、メイン排気通路に配置した流路切替弁を閉じて積極的にバイパス排気通路に排気を導入する構造が提案されている。
【０００３】
特許文献１では、冷間始動時は昇温し易い小型のバイパス触媒により排気浄化を図り、メイン触媒が暖気されて活性化した後はメイン排気通路を積極的に使用することで、冷間時並びに暖気時を通して十分な排気浄化性能を得ることができる。すなわち、メイン触媒の暖気が完了するまでは、冷間時の浄化効率の良いバイパス触媒によって排気浄化を行うようにされている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２９９９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、排気通路にはエンジンの空燃比を検出するＯ２センサが設置されているが、近年、自動車の出力向上の要求に伴って排気通路径が拡大しており、低出力時におけるＯ２センサの検出精度の低下が生じている。その理由は、排気量が少ないにも関わらず通路径が大きいため、Ｏ２センサに接触する排気量が少なく、また、排気が排気通路を通過する際に排気分布にむらが生じることから正確な検出精度を得ることが難しくなっていると考えられる。
一方、高出力時には、排気通路にＯ２センサの検出部が突出しているという配置形態が原因となってＯ２センサが排気抵抗となっている。更に、排気通路径の拡大の観点からは、径拡大に伴う排気熱の大気中への放熱の増加により、特に、排気浄化触媒の早期活性化を図る要求が高い冷間時の暖気遅れが問題となっている。
特許文献１に提案されるように、触媒の暖気状態によって排気浄化触媒を使い分けることが考えられるが、冷間時用触媒と温間時用触媒とを夫々準備する必要がありコスト高を招くことが懸念される。しかも、Ｏ２センサの排気抵抗低減と検出精度向上については、依然として課題が残る。
【０００６】
本発明は、排気浄化触媒へ導く２つの排気通路を備えたエンジンの排気装置において、排気浄化触媒の早期活性化、Ｏ２センサによる排気抵抗低減、及びその検出精度向上を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１のエンジンの排気装置は、エンジンの複数の排気ポートに夫々接続される複数の独立排気通路と、これら独立排気通路を集合すると共に下流側に排気浄化触媒を有する排気集合通路と、少なくとも１つの独立排気通路の連通と遮断とを切替え可能な通路遮断手段と、この通路遮断手段よりも上流側の独立排気通路又は、前記排気ポートと排気浄化触媒より上流側の排気集合通路とを接続する補助排気通路と、この補助排気通路に配置された排気成分検出手段と、排気浄化触媒の活性状態を判定する触媒状態判定手段とを有する装置であって、補助排気通路の断面積は排気集合通路の断面積よりも小さく設定され、通路遮断手段は、触媒状態判定手段が非活性状態と判定した時は独立排気通路を遮断すると共に、活性状態と判定した時は独立排気通路を連通させることを特徴としている。
【０００８】
請求項２のエンジンの排気装置は、請求項１の発明において、複数の補助排気通路を集合させた補助集合通路の下流端が排気集合通路に接続されると共に、排気成分検出手段が補助集合通路に装着されたことを特徴としている。
【０００９】
請求項３のエンジンの制御装置は、請求項１の発明において、前記エンジンは、内側にトロコイド状の内周面を有し、且つロータを遊星回転可能に収容する２つのロータハウジングと、これらロータハウジングの左右両側面に配設されロータハウジングと協働してトロコイド空間を形成する３つのサイドハウジングとを有する２ロータのロータリピストンエンジンであって、３つのサイドハウジングに３つの排気ポートが形成されると共に、２つの気筒間の中央の排気ポートは２気筒に共通の集合排気ポートとして形成されると共に、補助排気通路は集合排気ポート、またはこの集合排気ポートに接続する独立排気通路にのみ接続されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、補助排気通路に配置された排気成分検出手段と、排気浄化触媒の活性状態を判定する触媒状態判定手段とを備え、補助排気通路の断面積は排気集合通路の断面積よりも小さく設定され、通路遮断手段は、触媒状態判定手段が非活性状態と判定した時は独立排気通路を遮断すると共に、活性状態と判定した時は独立排気通路を連通させるため、排気浄化触媒の早期活性化が図れる。つまり、排気浄化触媒が非活性状態では排気を放熱量の少ない、所謂熱容量の小さい補助排気通路を通して排気を触媒に供給することができる。
また、活性状態時に主通路となる排気集合通路ではなく、補助排気通路に排気成分検出手段が設置されているため、高出力が要求される時には排気成分検出手段が排気抵抗にならず高出力が達成できる。しかも、補助排気通路は排気集合通路に比べて通路面積が小さいため、排気成分検出手段に接触する排気量を増加でき、更に、排気分布のむらの発生を防止できることから検出精度の向上が図れる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、複数の補助排気通路を集合させた補助集合通路の下流端が排気集合通路に接続されると共に、排気成分検出手段が補助集合通路に装着されるため、１つの排気成分検出手段で排気成分が検出可能となりコスト削減が図れる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、２ロータのロータリピストンエンジンであって、３つのサイドハウジングに３つの排気ポートが形成されると共に、２つの気筒間の中央の排気ポートは２気筒に共通の集合排気ポートとして形成されると共に、補助排気通路は集合排気ポート、またはこの集合排気ポートに接続する独立排気通路にのみ接続されるため、１つの補助排気通路で２つの排気ポートに対応でき、スペース確保が図れる。また、各ロータの排気成分を１つの排気成分検出手段で検出可能となりコスト削減が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施例１に係る排気系構造を備えたレシプロエンジン１の平面図、図２は後方から見た後方正面図である。
【実施例１】
【００１４】
エンジン１は、車両前部のエンジンルーム内において、吸気ポートが車両一側側方を向き、且つ排気ポート４，４，…が車両他側側方を向くように縦置きに配置された直列４気筒レシプロエンジンである。このエンジン１に燃料燃焼用のエアを供給する吸気系２がエンジン１に対して車両一側側方から接続され、且つエンジン１の排気を大気中に排出する排気系３がエンジン１に対して車両他側側方から接続されている。
【００１５】
排気系３は、エンジン１の各排気ポート４，４，…に夫々接続される独立排気通路５，５，…と、第１気筒と第４気筒の独立排気通路５，５を集合させると共に第２気筒と第３気筒の独立排気通路５，５を集合させた２つの１次集合通路６，６と、この１次集合通路６，６を集合させた２次集合通路７と、２次集合通路７に配置される排気浄化触媒８と、排気の一部を吸気系２に還流させるＥＧＲ管９と、浄化後の排気を車両後方まで導いて大気中に排出する排気管１０とを有する。
【００１６】
独立排気通路５，５，…の夫々には独立排気通路５及び集合通路６，７に比べて断面積が小さく設定される補助排気通路１１，１１，…が接続されており、この４つの補助排気通路１１，１１，…は一箇所で集合して補助集合通路１２を形成し、その下流側端部は集合通路７に連結されている。尚、補助集合通路１２の断面積についても、独立排気通路５及び集合通路６，７に比べて小さくなるよう設定している。この補助排気通路１１，１１，…及び補助集合通路１２は独立排気通路５及び集合通路６，７と同材質の鋼材であり、板厚も略同じとされている。
補助集合通路１２の触媒８近傍部分には排気成分検出手段としてのＯ２センサ１３が、その先端のセンサ部分を通路内部に突出させた状態で配置されている。このＯ２センサ１３は、理論空燃比を含む所定の空燃比範囲において酸素濃度に対しリニアな信号を出力するものであり、インジェクタ（図示略）による燃料噴射量のフィードバック制御のために用いられる。
【００１７】
独立排気通路５，５，…には、この独立排気通路５，５，…と補助排気通路１１，１１，…との接続部位の下流に、後述する切替弁１４が独立排気通路５，５，…に夫々設置されており、独立排気通路５，５，…の連通状態を切替可能となっている。この切替弁１４は通常、独立排気通路５，５，…を連通状態とするノーマルオープンとされており、作動時、吸気負圧を用いた図示しないアクチエータで駆動されることにより独立排気通路５，５，…を遮断するよう構成されている。
【００１８】
触媒８内部には触媒担体１５が収容されており、２次集合通路７と排気管１０とが夫々延長されて触媒８を挟み込む形で連結されている。また、この触媒８には、触媒状態判定手段としての温度センサ１６が触媒８の下流側に装着されている。尚、Ｏ２センサ１３及び温度センサ１６等のセンサの検出信号は図示しないエンジンの制御ユニット（ＥＣＵ）に送られ、各種演算及び制御等が行われる。
【００１９】
図３〜図４ｂに基づき排気の流れについて説明する。
【００２０】
エンジン１の各燃焼室で燃焼した排気は、各排気ポート４，４，…を介して独立排気通路５，５，…に導かれる。一方、温度センサ１６による検出温度によって触媒８の活性状態が判定される。
図４ａに示すように、触媒８が活性状態でない冷間時は、切替弁１４が独立排気通路５，５，…を遮断する。これにより、各排気ポート４，４，…からの排気は全て補助排気通路１１，１１，…に導入され、補助集合通路１２で４気筒分の排気が集合された後、触媒担体１５の直上流の集合通路７に供給される。
この際、補助集合通路１２に設置されたＯ２センサ１３には排気分布が一様で、且つ多量の排気が接触することになるが、始動初期であることから、排気抵抗の面で車両の走行性に影響を与えるものではない。
【００２１】
図４ｂに示すように、触媒８が活性状態となった暖気時は、切替弁１４が独立排気通路５，５，…を開放する。これにより、各排気ポート４，４，…からの大部分の排気は通路断面積の大きな独立排気通路５，５，…を移動することになる。この排気は集合通路６，７を通過して触媒８に供給され、浄化された後、排気管１０から大気中に排出される。
【００２２】
図５のフローチャートに基づき切替弁１４の制御について説明する。尚、Ｓｉ（１，２，…）は各ステップを示し、各処理はＥＣＵ内部で行われている。
【００２３】
Ｓ１で温度センサ１６の検出信号を読み込みＳ２に移行する。Ｓ２で触媒８の温度が所定値以上か判定する。この所定値については、触媒８の種類及び仕向地等の条件によって２００〜２５０℃の範囲内で設定している。
Ｓ２で所定値以上の場合、Ｓ３に移行して切替弁１４をＯＦＦ、所謂独立排気通路５，５，…の連通状態を維持してスタートにリターンする。
Ｓ２で所定値未満の場合、Ｓ４に移行して切替弁１４をＯＮ作動させる。これにより、独立排気通路５，５，…が切替弁１４に遮断され、排気は全て補助排気通路１１，１１，…に導入される。Ｓ４が完了するとスタートにリターンする。本制御は他の制御と並行して所定時間おきに常時演算処理されている。
【実施例２】
【００２４】
図６〜図８に基づき実施例２について説明する。図６は本発明の実施例２に係る排気系構造を備えたロータリピストンエンジン２１の正面図、図７は側面図、図８は排気の流れの説明図である。尚、前述した実施例１と同じ部材は、同一符号を付している。
【００２５】
ロータリピストンエンジン２１は、エンジンルーム内において、吸気ポートと排気ポートとが車両側方を向くように配置されている。このエンジン２１に燃料燃焼用のエアを供給する吸気系２２がエンジン２１に対して車両位置側側方から接続され、且つエンジン２１の排気を大気中に排出する排気系２３がエンジン２１に対して同一側方から接続されている。
【００２６】
エンジン２１は、フロントロータエンジン２４ａとこのフロントロータエンジン２４ａと同一形状のリヤロータエンジン２４ｂが同軸上に連結された２ロータタイプのものである。
夫々のロータエンジン２４ａ，２４ｂは、トロコイド内周面２５ａ，２５ｂを有する繭状のロータハウジング２６ａ，２６ｂと、このロータハウジング２６ａ，２６ｂとサイドハウジング２７ａ，２７ｂ，２７ｃとに囲まれたロータ収容室２８ａ，２８ｂ（トロコイド空間に相当）と、この収容室２８ａ，２８ｂに収容され、外周に３つの作動室を形成するロータ（図示略）とから構成されている。特に、２つの端部側ロータハウジング２６ａ，２６ｂの中央に位置するサイドハウジング２７ｃをインタメディエイトハウジング２７ｃと呼ぶものとする。
【００２７】
インタメディエイトハウジング２７ｃには、両側の２つの収容室２８ａ，２８ｂにおいて夫々吸気行程にある作動室に連通するように吸気ポート（図示略）が形成され、同様に、排気行程にある作動室に連通するように排気ポート２９ａ，２９ｂが形成されると共に、この排気ポート２９ａ，２９ｂを１つの開口とする集合排気ポート３０が形成されている。一方、サイドハウジング２７ａ，２７ｂには、夫々吸気ポート（図示略）と端部側排気ポート３１ａ，３１ｂが形成されている。
【００２８】
エンジン２１の排気系は、排気ポート３１ａ，３１ｂが夫々独立排気通路３２ａ，３２ｂに接続され、集合排気ポート３０が独立排気通路３２ｃに接続されると共に、この独立排気通路３２ａ，３２ｂ，３２ｃが集合通路３３に夫々接続されることで構成されている。
この集合通路３３の下流には触媒８が配置され、触媒８下流には排気管１０が接続されている。
【００２９】
独立排気通路３２ｃには独立排気通路３２ｃ及び集合通路３３に比べて断面積が小さく設定される補助排気通路３４が接続されており、補助排気通路３４の下流側端部は集合通路３３の触媒８近傍に連結されている。補助排気通路１１の触媒８近傍部分には実施例１と同様にＯ２センサ１３が配置されている。
【００３０】
触媒８内部には触媒担体１５ａ，１５ｂが収容されており、触媒担体１５ａ，１５ｂの間には温度センサ１６が装着されている。
独立排気通路３２ｃの補助排気通路１１との接続部下流には切替弁１４が設置されている。切替弁１４の制御に関しては、実施例１と同様に、温度センサ１６の検出信号に基づき触媒８が活性状態でない時は切替弁１４が独立排気通路３２ｃを遮断し、触媒８が活性状態となった時は切替弁１４が独立排気通路３２ｃを連通可能にするようになっている。
【実施例３】
【００３１】
図９ａ、図９ｂに基づき実施例３について説明する。図９ａは触媒が活性化していない冷間時、図９ｂは触媒が活性化している暖気時を示す。尚、前述した実施例１及び実施例２と同じ部材は、同一符号を付している。  
実施例２と異なる箇所は、切替弁１４が設置される部位が独立排気通路３２ｃの１箇所ではなく、独立排気通路３２ａ，３２ｂの２箇所に設置されている点である。
【００３２】
図に示すように、エンジン２１の排気系は、排気ポート３１ａ，３１ｂが夫々独立排気通路３２ａ，３２ｂに接続され、集合排気ポート３０が独立排気通路３２ｃに接続されると共に、この独立排気通路３２ａ，３２ｂ，３２ｃが集合通路３３に夫々接続されるように構成されている。
【００３３】
独立排気通路３２ａ，３２ｂには補助排気通路３５ａ，３５ｂが夫々接続されており、この補助排気通路３５ａ，３５ｂは夫々下流側で補助集合通路３６に連結され、補助集合通路１２の下流端部は触媒８の近傍の集合通路３３に接続されている。また、Ｏ２センサ１３は補助排気通路３５ａ，３５ｂの接続部分よりも下流側の補助集合通路３６に配置されている。尚、切替弁１４の制御に関しては、実施例２と同様に、温度センサ１６の検出信号に基づき触媒８が活性状態でない冷間時は切替弁１４が独立排気通路３２ａ，３２ｂを遮断し、触媒８が活性状態となった時は切替弁１４が独立排気通路３２ａ，３２ｂを連通可能にするようになっている。
【００３４】
次に、前記実施例を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例１においては、４つの独立排気通路夫々に補助排気通路を設けた例について説明したが、少なくとも１つの独立排気通路に補助排気通路を形成するものについても本装置を適用可能であり、また、排気ポートに直接連結することも可能である。
【００３５】
２〕前記実施例１においては、補助排気通路を集合通路と同材質の例について説明したが、少なくとも、排気が通過する際の補助排気通路におけるトータルの放熱量が集合通路のトータルの放熱量より少なければ良く、種々の選択が可能である。
【００３６】
３〕前記実施例１においては、独立排気通路と補助排気通路との接続部位の下流に切替弁を設置した例について説明したが、独立排気通路の遮断、開放が切替可能であれば良く、また、駆動手段もアクチエータでなくモータを使用することも可能である。
【００３７】
４〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例１に係るエンジンの平面図である。
【図２】本発明の実施例１に係るエンジンの後方正面図である。
【図３】実施例１に係る排気の流れを説明する図である。
【図４ａ】図３に係る冷間時の要部拡大図である。
【図４ｂ】図３に係る暖気時の要部拡大図である。
【図５】本発明に係る切替弁制御のフローチャートである。
【図６】本発明の実施例２に係るエンジンの正面図である。
【図７】本発明の実施例２に係るエンジンの側面図である。
【図８】実施例２に係る排気の流れを説明する図である。
【図９ａ】実施例３に係る冷間時の排気の流れを説明する図である。
【図９ｂ】実施例３に係る暖気時の排気の流れを説明する図である。
【符号の説明】
【００３９】
１              レシプロエンジン
４              排気ポート
５              独立排気通路
６              １次集合通路
７              ２次集合通路
８              排気浄化触媒
１１            補助排気通路
１２            補助集合通路
１３            Ｏ２センサ
１４            切替弁
１６            温度センサ
２１            ロータリピストンエンジン
２４ａ          フロントロータエンジン
２４ｂ          リヤロータエンジン
２５ａ，２５ｂ  内周面
２６ａ，２６ｂ  ロータハウジング
２７ａ，２７ｂ  サイドハウジング
２７ｃ          サイドハウジング（インタメディエイトハウジング）
２９ａ，２９ｂ  （中央側）排気ポート
３０            集合排気ポート
３１ａ，３１ｂ  （端部側）排気ポート
３２ａ，３２ｂ  （端部側）独立排気通路
３２ｃ          （中央側）独立排気通路
３３            集合通路          
３４            （実施例２の）補助排気通路
３５ａ，３５ｂ  （実施例３の）補助排気通路
３６            （実施例３の）補助集合通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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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９ａ】
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【図９ｂ】
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