JPH01273820A - エンジンの排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、エンジンの排気装置に関し、より詳しくは、
排気ガス中の炭化水素（ＨＣ’）の含有量を低減させる
多気筒エンジンの排気ガス浄化装置に関するものである
。

〈従来の技術〉 ４サイクルエンジンにおいては、一般に、爆発行程終期
において、排気弁がピストンの下死点（ＢＤＣ）の直前
に開弁されるため、気筒内の排気ガスが気筒内の高い圧
力によって排気マニホールド内に噴出する所謂ブローダ
ウン（排気吹出し）現象が発生する。このブローダウン
現象に伴い、排気ガスに含まれた多量の未燃焼の炭化水
素（ＨＣ）が排気マニホールド内に排出されることが知
られている。

また、排気行程終期におけるピストンの上死点（ＴＤＣ
）付近において、気筒内壁面に付着した未燃焼の燃料や
、気筒内壁付近及びピストンヘッド面付近に滞留した燃
料の未燃焼成分を多量に含む所謂消炎層が、ピストンの
上昇に伴って上方に押し上げられて、排気ポートを通じ
て排気マニホールド内に押し出される。このため、排気
行程終期においても、未燃焼の炭化水素を多量に含む排
気ガスが各気筒から排気マニホールド内に排出される傾
向があることが知られている。

このような傾向は特にエンジンの低回転低負荷時および
冷間時に顕著であるが、かかる未燃焼の炭化水素を多量
に含む排気ガスがエンジンの排気系から大気に放出され
ることは、環境保護又は大気汚染防止の見地から好まし
くない。また、排気ガス中の炭化水素の含有量が基準値
を越えると環境保全上問題になる。

上記ブローダウンによって排出される排気ガスの炭化水
素含有量を低減させることを目的として、第１及び第２
の排気ポートを備えた多気筒エンジンにおいて、排気期
間が重なり合う気筒同士の各々の第２の排気ポートを連
通路によって相互に連結し、ブローダウン現象によって
気筒から噴出した排気ガスを上記連通路によって他の気
筒に導き、該気筒内で再燃焼（酸化燃焼）させるように
構成した排気ガス浄化装置が提案されている。

かかる排気ガス浄化装置においては、ブローダウン現象
に伴い噴出した排気ガスが他の排気行程にある気筒の燃
焼室に導かれ、該燃焼室内に残留している排気ガスと激
しく衝突して混合され、これによって未燃焼炭化水素と
酸素との酸化燃焼が促進される。従って、ブローダウン
による未燃焼炭化水素の排出を抑制する点において効果
的である。また、この排気ガス浄化装置を別の観点から
観ると、上記排気行程にある気筒内でピストンの上昇に
伴って押し上げられる排気ガスも又、他の気筒のブロー
ダウンによって流入する排気ガスと混合して再燃焼し、
これによって排気ガス中の炭化水素を減少させる効果を
も有していることがわかる。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、該排気ガス浄化装置では、上記ブローダ
ウン現象が終了した後の排気行程（以下、排気行程終期
と称する）で各気筒から排出される未燃焼の炭化水素を
効果的に減少させることができない。即ち、上記排気ガ
ス浄化装置では依然として、ブローダウン現象が終了し
た後に、更にピストンの上昇に伴って押し上げられる未
燃焼の燃料及び消炎層を含む排気ガス、即ち排気行程終
期の比較的多量に未燃焼炭化水素を含む排気ガスは、既
にブローダウン現象による気筒内での再燃焼が終了して
いるために、そのまま排気マニホールドに排出され、更
に大気に放出されるという問題がある。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、各気筒の排気行程終期に、ピ
ストンの上昇に伴って押し上げられる気筒内壁面に付着
した未燃焼の燃焼や、未燃焼の炭化水素を多量に含有す
る所謂消炎層を含む排気ガスを連通路に導いて、該連通
路内で再燃焼させ、これによって、排気行程終期に排出
される排気ガスの炭化水素含有量を効果的に低減させる
ことのできる多気筒エンジンの排気ガス浄化装置を提供
することにある。

〈問題点を解決するための手段〉 上述した問題点を解決するために本発明は、少なくとも
第１および第２の排気ポートを備えた多気筒エンジンに
おいて、排気ポートの開期間が重なり合う気筒同士のそ
れぞれの第２の排気ポートを連通路によって相互に連通
し、該連通路には排気管を接続するとともに、第１の排
気ポートの閉弁タイミングを第２の排気ポートの閉弁タ
イミングよりも早めることを特徴とする多気筒エンジン
の排気ガス浄化装置を提供する。

く作　用〉 上述の如く構成した多気筒エンジンの排気ガス浄化装置
では、ピストンの上死点付近において、排気マニホール
ドに直接連通する第１の排気ポートが、連通路に連通ず
る第２の排気ポートよりも先に閉弁され、従ってピスト
ンによって押し上げられた未燃焼の炭化水素を多量に含
む排気ガスは主に第２の排気ポートから連通路に排出さ
れ、該連通路内に流入する。このようにして連通路に流
入した排気ガスは該連通路内に高温状態で滞留し、これ
によって排気ガス中の炭化水素の酸化が促進され、排気
ガスが再燃焼する。連通路内の排気ガスは更に、排気行
程にある他の気筒に流入し、或いは他の気筒に発生した
ブローダウンによって排気行程にある他の気筒に圧送さ
れ、それらの気筒の排気行程によって排気マニホールド
に排出される。かくして、排気行程終期の未燃焼炭化水
素を多量に含む排気ガスは、再燃焼した後に排気マニホ
ールドに排出されるため、排気ガス中の未燃焼炭化水素
量の含有量を減少させることが可能となる。

〈実施例〉 以下に本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る多気筒エンジンの排気装置１の概
略構成を示す概略平面図であり、第２図は各気筒におけ
る諸行程の相互関係及び各気筒内の圧力の概略を示す線
図である。

第１図に示すように、エンジン２は直列４気筒であり、
また該エンジン２は各気筒３．４．５．６が第２図に示
すように、吸気、圧縮、爆発及び排気の各行程を繰り返
す４サイクルガソリンエンジンである。このエンジン２
の第１気筒〜第４気筒３．４．５．６の各々には２つの
排気ポート７．９が設けられ、所謂デュアルバルブ方式
とされており、排気ポート７．９には夫々排気弁７ａ１
９ａが設けられている。また、各気筒３．４．５．６の
第１の排気ポート７には排気マニホールド８の上流端が
それぞれ接続されて、各気筒３．４．５．６の第２の排
気ポート９には連通管１１によって相互に連通されてい
る分岐管１０が夫々接続されている。この連通管１１に
は更に、排気管１２が接続され、排気管１２の下流端は
上記排気マニホールド８に対して、該排気マニホールド
の合流部８ａよりやや下流側の部分１２ａで接続されて
いる。

上記排気管１２の途中には排気ガスの導出を抑制する開
閉弁１５が配設されており、開閉弁１５を開閉すること
により、連通路１１と排気マニホールド８との間の連通
状態が制御される。

エンジンが第１図において、開閉弁１５は閉弁されてお
り、従って連通路１１は排気マニホールド８との連通を
遮断されている。又排気ガス中の酸素濃度を検出するこ
とにより、空燃比のフィードバック補正信号を出力する
０２センサ２０は、合流部８ａと接続部分１２ａとの間
で排気マニホールド８に配設されている。

ところで、一般的なエンジンの各気筒におけるクランク
角と排気行程で排出される炭化水素量との関係は、第４
図に示す如きものである。図示の如く、一般に炭化水素
は、排気弁開弁直後のブローダウン現象によって下死点
（ＢＤＣ）に達する直前に多量に排出され、又気筒内壁
面に付着した未燃焼の燃料や、気筒内壁付近及びピスト
ントップランド部に滞留したいわゆる消炎層がピストン
の上昇によって押し上げられることにより、上死点（Ｔ
ＤＣ）付近において多量に排出される傾向がある。

本排気装置は、各気筒の排気行程において、ピストンの
上昇につれて、かかる下死点の直前及び上死点付近で排
出される多量の炭化水素を連通路１１に導くことによっ
て再燃焼させようとするものであり、このために本エン
ジン１においては、各気筒３．４．５．６の排気ポート
７．９に設けられた排気弁７ａ、９ａの開閉タイミング
が以下のように設定されている。

第３図は本排気ガス浄化装置における各気筒の排気弁リ
フト量をクランク角との関係で示す概略線図であり、図
示の如く、排気弁開弁タイミングにおいては、排気弁９
ａが排気弁７ａが早く開くように設定され、また排気弁
閉弁タイミングにおいては、排気弁７ａが、排気弁９ａ
よりも早く閉じるように設定される。排気弁７ａは、好
ましくはピストンの上死点よりも前に閉じるように設定
されるのが良い。かかるバルブタイミングのずれは、例
えばカム形状によるバルブ揚程特性の設定によりなされ
る。

上記の如く構成された排気装置の作動を、各気筒の各サ
イクルに照らして以下に詳細に説明する。

第３図に示すように、各気筒の点火は第１気筒３、第３
気筒５、第４気筒６、第２気筒４の順序で繰り返し行な
われる。

例えば、第１図に示す如く制御弁１５が閉弁されている
状態において、第１気筒の爆発行程後半にブローダウン
が生じると、該気筒の排気弁７ａより先に排気弁９ａが
開弁するため、ブローダウン開始直後の未燃焼炭化水素
を多量に含む排気ガスは主に排気ポート９から連通路１
１に排出される。連通路１１内に流入した排気ガスはブ
ローダウンによる圧力によって、該連通路１１内を、第
１気筒３の爆発行程終期のブローダウン発生時には排気
行程にある第２気筒４に向かって、高温状態で再燃焼し
ながら移動し、第２気筒４の燃焼室内に流入する。第２
気筒４の燃焼室内に流入した排気ガスは、該燃焼室内に
残留している排気ガスと激しく衝突して強力に混合され
る。その結果、第２気筒４内に流入した第１気筒３から
の排気ガス中の未燃焼炭化水素成分の酸化燃焼が促進さ
れるとともに、第２気筒４内で、ピストンの上昇によっ
て押し上げられた未燃焼の燃料や、消炎層も又、酸化燃
焼し、かくして、炭化水素含有量の少ない排気ガスが第
２気筒４の排気ポート７から排気マニホールドに排出さ
れる。

かかるブローダウン現象が終了してブローダウンによる
第１気筒３の排気ガスの流入圧力がなくなる第２気筒４
の排気行程終期では、第２気筒４は、排気ポート７の排
気弁７ａが先に閉じするため、ピストンによって更に押
し上げられる未燃焼の燃料や、消炎層が、主に排気ガス
９ａから連通路１１に排出される。連通路１１内に流入
した排気ガスは高温状態で該連通路１１内に滞留し、こ
れによって炭化水素の酸化が促進されて再燃焼し、該排
気ガスの未燃焼炭化水素の含有量が低減される。再燃焼
した排気ガスは主に、第１気筒３に続いて点火する第３
気筒５のブローダウンによって第３気筒５の排気ポート
９から噴出する排気ガスに押され、該排気ポートとと共
に第１気筒３の燃焼室内に圧送され、第１気筒３の排気
ポート７を介して排気マニホールド８に排出される。

以上のように、爆発行程終期のブローダウン現象に伴う
排気ガスは主に、先に開弁する排気ポート９から連通路
１１内に噴出して連通路１１内で再燃焼しながらブロー
ダウンによる圧力によって排気行程にある他の気筒に流
入し該気筒内で再燃焼した後に排出される。また、上記
他の気筒内でピストンの上昇に伴って押し上げられる未
燃焼の燃料や、消炎層は、ブローダウンよって流入した
排気ガスと混合して再燃焼する。

このブローダウンによる流入圧力がなくなると、上記他
の気筒では、排気ポート７が先に閉弁するため、ピスト
ンの上昇に伴って更に押し上げられる未燃焼の燃焼や、
消炎層は排気ポート９から連通路１１に排出される。連
通路ｌｌ内に排出された排気ガスは、連通路１１内に高
温状態で滞留することによって再燃焼する。再燃焼した
排気ガスは又、’ａｍする他の気筒のブローダウン等に
よって、更に別の気筒に流入して該気筒から排出される
。本排気装置のかかる作動は、順次、各気筒間で繰り返
し行われ、かくして排気ガスの未燃焼の炭化水素含有量
が低減されることになる。

以上の説明は、連通路１１と排気マニホールド８との間
の連通を制御する開閉弁１５が閉じていることを前提と
しており、開閉弁１５が開いた場合には、連通路１１内
に流入した排気ガスは他の気筒に流入することなく、ま
た連通路１１内で滞留することなく、従って再燃焼せず
に排気管１２から排気マニホールド８に排出される。

開閉弁１５は、原則としてエンジンが低回転低負荷運転
状態にある場合には開き、また高回転高負荷運転状態に
ある場合には閉じるようになっている。これは主に、エ
ンジンが高回転高負荷運転状態にあるときは、排気ガス
中の炭化水素含有量がもともと少量であり、開閉弁１５
を閉じて再燃焼させることよる効果よりも、開閉弁１５
が閉じることによるエンジンの背圧上昇によってエンジ
ン出力が低下するのを回避する点を重視したためである
。

以下に、本排気装置に用いられている開閉弁１５の開閉
制御について説明する。開閉弁１５は制御手段１６によ
って開閉制御されるようになっている。第５図に吸気圧
力（ブースト圧）とエンジン回転数との関係によって開
閉弁１５を制御するためのマ・ノブを示し、第６図に開
閉弁１５の制？７１１に関するフローチャートを示す。

吸気圧力及びエンジン回転数が共に小さく、エンジンが
低回転低負荷状態にあるとき、即ち第５図に示す運転領
域Ｃにおいては、開閉弁１５は閉じられる。これに対し
て、エンジン回転数及び吸気圧力が高く、エンジンが高
負荷高回転状態にあるとき、即ち、第５図に示す運転領
域Ａにおいては、エンジンから排出される未燃焼の炭化
水素がもともと少量であり、或いはエンジンの背圧上昇
によるエンジン出力の低下を防止するため、開閉弁１５
は原則として開放され、排気ポート９からの排気ガスを
連通路１１及び排気管１２を介して排気マニホールド８
に排出するようにしている。

また、エンジンが所定の回転数以下で運転し、即ち第５
図に示す領域Ｂにあるときにも又、内部ＥＧＲの増加に
よって燃焼性が不安定化しエンジンの運転に問題が生じ
る可能性があるため、開閉弁１５は開らかれる。更に、
主に新気がエンジンに導入し、排出される減速時又は燃
料カット時には、再燃焼を促進するために高温状態に保
持されるべき連通路が該新気の通過によって冷却される
のを防止するために、エンジンが高負荷高回転の運転領
域へにあっても、開閉弁１５を閉じるようにしている。

第６図に示すように、具体的な開閉弁１５の制御におい
ては、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵ、図
示せず）が、まず、エンジン回転数ｒｐｍ、吸気圧力、
アクセル踏込量の変化率α及びアイドル信号を読み込み
（Ｓｌ）、上記マツプに基づいて、エンジン回転数ｒｐ
ｍ及び吸気圧力からエンジンの運転状態が高負荷高回転
状態、即ち開閉弁１５の開領域Ａにあるか否かを（Ｓ２
）。エンジンの運転状態が開領域Ａにない場合には、更
にエンジン回転数ｒｐｍが所定の設定値ａより小さいか
否か、即ち上記マツプにおける領域Ｂにあるか否かを判
定しくＳ３）、回転数ｒｐｍが所定値ａより大きい場合
には開閉弁１５を閉じさせるための信号を出力し、開閉
弁１５を閉じさせる（Ｓ４）。

これに対して、回転数ｒｐｍが所定値ａより小さく、エ
ンジンが低回転運転状態にある場合には、開閉弁１５を
開放させるための信号を出力し、開閉弁１５を開放させ
る（Ｓ３、Ｓ７）。

読み込んだエンジン回転数ｒｐｍ及び吸気圧力によって
エンジンの運転状態が開領域Ａにないと判定された場合
（Ｓ２）には、ＥＣＵは、先に読み込んだアクセル踏込
量が、アクセル踏込量の減少を示す負の値に設定された
所定値βより大きいが否かを判定し、アクセル変化率が
該設定値よりも小さく、即ちアクセル踏込量αが減少し
つあり減速状態にあるか、或いはアクセル踏込量αが減
少していなくともスロットルが全閉状態にあり、減速し
ようとしている状態にあるときには（Ｓ５、Ｓ６）、エ
ンジン回転数ｒｐｍと所定４’ｆｊ　ａとを更に比較し
くＳ３）、上記の如く開閉弁の開閉を決定する（Ｓ４）
。

また、減速状態でな（、しかも先に読み込んだアイドル
信号によってスロットルが全閉状態にない場合には、開
閉弁１５の開放信号を出力し、開閉弁１５を開放させ、
エンジンの高出力運転を確保する。

以上の説明は本発明の一実施例に関するものであり、本
発明は、上記特定の実施例に限定されることなく、種々
の変形が可能であることはいうまでもない。

例えば、第７図に示す本発明による別の実施例の如く、
排気マニホールド８を排気マニホールド８ａ、８ｂから
構成されるデュアルマニホールド方式とし、排気マニホ
ールド８ａを排気行程が重ならない第１気筒３及び第４
気筒６とに連結し、排気マニホールド８ｂを同様に排気
行程が重ならない第２気筒４と第３気筒５とに連結して
排気干渉を極力防止するように構成してもよい。また、
この場合、０□センサ２０は排気マニホールド８ａと排
気マニホールド８ｂとの合流部分より下流側に配設され
る。

また上記実施例は直列４気筒エンジンを例にとって説明
したが、本発明はある気筒のブローダウン開始時に他の
いずれかの気筒で排気行程が開始するように構成された
エンジンであれば適用可能であり、８気筒エンジンはも
ちろんのこと６気筒エンシイでも適用可能である。

更に、本発明は、ロータリー・エンジンにも適用可能で
あることはいうまでもない。

〈発明の効果〉 本発明が以上の如く構成されていることにより、各気筒
の排気行程終期にピストンの上昇に伴って押し上げられ
る未燃焼の燃焼や、炭化水素を多量に含む所謂消炎層を
連通路内で再燃焼させ、これによって、排気ガスの炭化
水素含有量を効果的に低減させることのできる多気筒エ
ンジンの排気装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるある実施例にかかる４気筒エン
ジンの排気装置の概略平面図である。 第２図は、第１図のエンジンの各気筒における各行程及
び気筒内圧力の概略を示す線図であり、第３図は該エン
ジンの排気ポートに設けられた排気弁のリフトｆｆｉと
クランク角との関係を示す概略線図である。 第４図は一般的なエンジンの各気筒におけるクランク角
と炭化水素排出量との関係を示す線図である。 第５図は、上記実施例において、開閉弁の制御のために
使用するエンジン回転数と吸気圧力との関係から開閉弁
開閉領域を判定するためのマツプであり、第６図は、該
開閉弁の開閉制御のためのフローチャートである。 第７図は、本発明による別の実施例を示す概略平面図で
ある。 １・・・排気装置 ２・・・エンジン ３．４．５．６・・・気筒 ７・・・第１の排気ポート ７ａ・・・排気弁 ８・・・排気マニホールド ９・・・第２の排気ポート ９ａ・・・排気弁 １１・・・連通管 １２・・・排気管 １５・・・開閉弁 １６・・・制御手段 ２０・・・０□センサ 第１図 第２図 フ一 カクランク角 ９Ｆ気位性 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも第１および第２の排気ポートを備えた多気筒
   エンジンにおいて、排気ポートの開期間が重なり合う気
   筒同士のそれぞれの第２の排気ポートを連通路によって
   相互に連通し、該連通路には排気管を接続するとともに
   、第１排気ポートの閉弁タイミングを第２の排気ポート
   の閉弁タイミングよりも早めることを特徴とする多気筒
   エンジンの排気ガス浄化装置。