JPH0913958A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排気通路用バルブ２４周囲の間隙を通してバ
イパス触媒コンバータ６を経ずに外部に流出してしまう
排気によるエミッション悪化を防止する。 【構成】 排気マニホルド２の出口にバルブハウジング
２０を介して触媒コンバータハウジング２１が取り付け
られる。これらの内部は、バイパス通路と排気通路とに
区画されており、一方にバイパス触媒コンバータ６が収
容される。バルブハウジング２０内には、互いに連動す
るバタフライバルブからなる排気通路用バルブ２４と触
媒コンバータ用バルブ２５とが配置されている。各気筒
の排気が主に触媒コンバータ用バルブ２５へ向かうよう
に、ブランチ部通路の合流部中心Ｍが触媒コンバータ用
バルブ２５寄りに片寄った配置となっており、排気通路
用バルブ２４周囲からの漏洩は少ない。＃４気筒の排気
は、排気通路用バルブ２４へ向かうので、＃４気筒の空
燃比を、他の気筒よりもリーンに補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、主触媒コンバータの
上流側にバイパス触媒コンバータを有し、流路の切換に
よって該バイパス触媒コンバータへ排気を通流させるよ
うにした内燃機関の排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気浄化を行う触媒コンバー
タを、排気系の比較的下流側に配置した場合には、機関
の始動後、触媒コンバータの温度が所定の活性化温度に
上昇するまでに時間が掛かり、その間、排気浄化が十分
になされない。逆に、触媒コンバータを排気系の上流側
に配置した場合には、速やかに活性化する反面、機関の
暖機完了後、過度に温度上昇しやすく、触媒の劣化が問
題となる。

【０００３】そこで、従来から、特開昭５４−７９３１
９号公報等に見られるように、排気マニホルドから主触
媒コンバータに至る排気通路と並列にバイパス通路を設
けるとともに、このバイパス通路に、比較的小型のバイ
パス触媒コンバータを介装し、かつバイパス通路の上流
部つまり排気通路からの分岐部に、流路切換バルブを配
設した構成の排気浄化装置が知られている。このもので
は、流路切換バルブにより、暖機完了前の低温時にのみ
バイパス触媒コンバータへ排気を案内し、かつ暖機完了
後は、バイパス触媒コンバータへは排気を通流させない
ようにすることができる。なお、流路切換を確実に行う
ためには、上記流路切換バルブとして、バイパス通路を
開閉するバイパス通路用のバルブと、主触媒コンバータ
へ向かう排気通路を開閉する排気通路用のバルブとが必
要である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような形式の排
気浄化装置を自動車用内燃機関等に実際に適用しようと
すると、上記流路切換バルブは、例えばバタフライバル
ブ等が用いられることになるが、排気マニホルドの出口
近傍で流路の切換を行う関係から、弁体の焼き付きを防
止するために、必ず弁体周囲と通路内壁面との間に僅か
な間隙を与える必要がある。つまり、実際には、バイパ
ス通路用バルブを開くとともに排気通路用バルブを閉じ
て流路をバイパス通路側へ切り換えた状態においても、
主触媒コンバータへ向かう排気通路を完全には閉塞でき
ない。そのため、排気マニホルドを介して流路切換バル
ブへ流入した排気の流れが、バイパス通路側ではなく、
主触媒コンバータへ至る排気通路側へ強く流れると、弁
体周囲の間隙を通して漏れた排気が、バイパス触媒コン
バータを経由せずに未活性の主触媒コンバータを通して
外部へ流出してしまうという不具合がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る内
燃機関の排気浄化装置は、複数気筒の排気ポートにそれ
ぞれブランチ部が接続された排気マニホルドの集合部出
口に、一対の通路部が並列に開口形成されたバルブハウ
ジングを接続し、一方の通路部の下流にバイパス触媒コ
ンバータを配置するとともに、他方の通路部の下流側
を、上記バイパス触媒コンバータ出口側と合流させ、か
つ上記バルブハウジングに、各通路部を一方が開くと他
方が閉じる関係で開閉するように、同一の駆動軸に取り
付けられた一対のバタフライバルブからなる触媒コンバ
ータ用バルブおよび排気通路用バルブを設け、さらに、
各ブランチ部からバルブハウジング内へ流入する排気
が、上記触媒コンバータ用バルブ側へ多く向かうよう
に、各ブランチ部内の通路の合流部の中心を、上記触媒
コンバータ用通路部寄りに片寄らせたことを特徴として
いる。

【０００６】また請求項２の発明に係る排気浄化装置
は、複数気筒の排気ポートにそれぞれブランチ部が接続
された排気マニホルドの集合部出口に、一対の通路部が
並列に開口形成されたバルブハウジングを接続し、一方
の通路部の下流にバイパス触媒コンバータを配置すると
ともに、他方の通路部の下流側を、上記バイパス触媒コ
ンバータ出口側と合流させ、かつ上記バルブハウジング
に、各通路部を一方が開くと他方が閉じる関係で開閉す
るように、同一の駆動軸に取り付けられた一対のバタフ
ライバルブからなる触媒コンバータ用バルブおよび排気
通路用バルブを設け、さらに、一部の気筒のブランチ部
を出た排気が主に上記排気通路用バルブ側へ向かうとと
もに、他の気筒のブランチ部を出た排気が主に上記触媒
コンバータ用バルブ側へ向かうように構成し、かつ上記
排気通路用バルブ側へ排気が向かう気筒の空燃比を他の
気筒に対しリーンに補正する空燃比補正手段を設けたこ
とを特徴としている。

【０００７】さらに、請求項３の発明に係る排気浄化装
置は、複数気筒の排気ポートにそれぞれブランチ部が接
続された排気マニホルドの集合部出口に、一対の通路部
が並列に開口形成されたバルブハウジングを接続し、一
方の通路部の下流にバイパス触媒コンバータを配置する
とともに、他方の通路部の下流側を、上記バイパス触媒
コンバータ出口側と合流させ、かつ上記バルブハウジン
グに、各通路部を一方が開くと他方が閉じる関係で開閉
するように、同一の駆動軸に取り付けられた一対のバタ
フライバルブからなる触媒コンバータ用バルブおよび排
気通路用バルブを設け、さらに、各ブランチ部からバル
ブハウジング内へ流入する排気が、上記触媒コンバータ
用バルブ側へ多く向かうように、各ブランチ部内の通路
の合流部の中心を、上記触媒コンバータ用通路部寄りに
片寄らせるとともに、上記排気通路用バルブ側へ排気が
向かう気筒の空燃比を他の気筒に対しリーンに補正する
空燃比補正手段を設けたことを特徴としている。

【０００８】また請求項４の発明では、上記バルブハウ
ジングに、カップ状をなす触媒コンバータハウジングが
取り付けられており、このハウジング内が、上記バイパ
ス触媒コンバータを収容する部分と排気通路とに区画さ
れているとともに、ハウジング出口部で互いに合流して
いる。

【０００９】

【作用】請求項１の発明では、排気マニホルドの各ブラ
ンチ部からバルブハウジング内へ流入する排気の大部分
が、触媒コンバータ用通路部へ向かい、排気通路用バル
ブを有する他方の通路部へ向かう排気の流れは少ない。
そのため、排気通路用バルブが閉じているときに、その
周囲から漏れて外部へ流出する排気が減少する。

【００１０】また、請求項２の発明では、一部の気筒の
ブランチ部を出た排気が排気通路用バルブへ向かうの
で、その排気の一部がバイパス触媒コンバータを経ずに
外部へ流出するが、このように排気が排気通路用バルブ
へ向かう気筒の空燃比が、他の気筒に比べてリーンに設
定されているため、ＨＣの濃度が低く、機関全体でのエ
ミッション悪化が抑制される。

【００１１】さらに、請求項３の発明では、排気通路用
バルブへ向かう排気の割合が少なくなると同時に、該バ
ルブへ排気が向かう気筒の空燃比がリーンであるため、
ＨＣ排出がさらに抑制される。

【００１２】また請求項４では、カップ状をなす触媒コ
ンバータハウジングの内部に、バイパス触媒コンバータ
と排気通路とが並列に構成される。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。

【００１４】図５は、排気浄化装置全体の構成を概略的
に示す説明図であって、例えば直列４気筒内燃機関１の
排気マニホルド２に、排気通路３が接続されているとと
もに、この排気通路３の途中に、主触媒コンバータ４が
介装されている。そして、この主触媒コンバータ４の上
流側に、排気通路３と並列にバイパス通路５が設けられ
ており、このバイパス通路５にバイパス触媒コンバータ
６が介装されている。上記バイパス通路５と排気通路３
との分岐部には、いずれか一方を選択的に開路させる流
路切換バルブ７が設けられている。この流路切換バルブ
７は、後述するように、互いに連動する触媒コンバータ
用バルブと排気通路用バルブとから構成されている。

【００１５】図１は、上記バイパス触媒コンバータ６付
近の具体的な構成を示している。内燃機関１は、シリン
ダブロック１１、シリンダヘッド１２およびオイルパン
１３を有し、そのシリンダヘッド１２側面に、排気マニ
ホルド２が取り付けられている。この排気マニホルド２
は、各気筒の排気ポートに接続される４本のブランチ部
１４〜１７を有するとともに、これらが互いに集合し、
かつ単一の出口フランジ部１８を有している。

【００１６】上記出口フランジ部１８には、両端にフラ
ンジ部２０ａ，２０ｂを備えたスペーサ状のバルブハウ
ジング２０が取り付けられており、かつこのバルブハウ
ジング２０に、カップ状をなす触媒コンバータハウジン
グ２１が取り付けられている。

【００１７】上記バルブハウジング２０は、図２，図３
にも示すように、短い円筒を２連に連続したような外形
状をなし、かつ一対の円形通路部２２，２３が並列に開
口形成されている。一方の第１通路部２２は、上述した
排気通路３の一部となり、かつ他方の第２通路部２３
は、上述したバイパス通路５の一部となる。そして、各
通路部２２，２３内に、上述した流路切換バルブ７を構
成する排気通路用バルブ２４および触媒コンバータ用バ
ルブ２５がそれぞれ介装されている。これらは、いずれ
も円形の弁体を有するバタフライバルブからなり、かつ
同一の駆動軸２６に取り付けられている。また、各バル
ブ２４，２５の弁体は、互いに略９０゜異なっており、
一方が開くと他方が閉じる関係となっている。上記駆動
軸２６は、適宜なアクチュエータ２７を介して、コント
ロールユニットからの制御信号に応じて回動される。ま
た、各バルブ２４，２５の弁体周囲と通路部２２，２３
内周面との間には、焼き付きを防止するために、僅かな
間隙が設定されている。

【００１８】上記触媒コンバータハウジング２１は、偏
平な筒状をなし、かつ下端部つまり出口側部分が略円錐
形に狭まっている。そして、入口側のフランジ部２１ａ
が、上記バルブハウジング２０のフランジ部２０ｂに接
合されているとともに、出口側のフランジ部２１ｂに、
上述した排気通路３に相当する図示せぬ排気管が接続さ
れるようになっている。このコンバータハウジング２１
の内部は、その長手方向に沿った隔壁２８によって、左
右一対の通路状の部分に区画されており、それぞれがバ
ルブハウジング２０の各通路部２２，２３に接続されて
いる。第２通路部２３に対応するその一方の部分には、
モノリス担体もしくはペレット状担体を用いたバイパス
触媒コンバータ６が収容されている。また、他方の部分
は、上述した排気通路３の一部である排気通路３ａを構
成している。上記隔壁２８は、触媒コンバータハウジン
グ２１の円錐形部分には延びておらず、従って、上記排
気通路３ａは、バイパス触媒コンバータ６の出口側に合
流している。

【００１９】ここで、上記バルブハウジング２０および
触媒コンバータハウジング２１は、図１に示すように、
左右の通路部２２，２３等が内燃機関１の長手方向（気
筒列方向）に並ぶような姿勢でもって排気マニホルド２
に取り付けられている。そして、排気マニホルド２の４
本のブランチ部１４〜１７内通路が実質的に合流してい
る合流部の通路断面の中心Ｍに対し、上記バルブハウジ
ング２０が前方に片寄った形で取り付けられている。つ
まり、上記の合流部中心Ｍが、バイパス触媒コンバータ
６上流の第２通路部２３寄りに片寄った配置となってい
る。なお、上記排気マニホルド２は、各気筒の排気の干
渉を抑制するために、＃１気筒のブランチ部１４と＃３
気筒のブランチ部１６とが上流側で合流し、これにさら
に＃２気筒のブランチ部１５と＃４気筒のブランチ部１
７とが合流している。

【００２０】上記実施例の構成においては、図５に示し
たような排気浄化装置の主要部をなすバイパス通路５や
バイパス触媒コンバータ６ならびに流路切換バルブ７
を、非常に小型に構成することができ、車両への搭載の
上で有利となる。しかも、バイパス触媒コンバータ６を
排気系の上流側つまり排気マニホルド２出口近傍に配置
することが可能となる。また、図４に各気筒の排気の流
れを示すように、排気の大部分はバイパス触媒コンバー
タ６上流の触媒コンバータ用バルブ２５へ向かうように
なる。詳しくは、＃１気筒、＃２気筒および＃３気筒の
排気ガスは、殆どが触媒コンバータ用バルブ２５へ向か
い、＃４気筒の排気ガスの一部のみが排気通路用バルブ
２４へ向かう。従って、排気通路用バルブ２４が閉じて
いる内燃機関１の暖機運転中に、弁体周囲の間隙から漏
れて外部へ排出されてしまう排気ガス量を非常に少なく
することができる。これにより、暖機運転中の排気エミ
ッションの悪化を抑制できる。

【００２１】次に、上記のように触媒コンバータ用バル
ブ２５へ排気ガスが向かう＃４気筒の空燃比をリーン化
するようにした実施例を説明する。図６は、図示せぬコ
ントロールユニットで実行される空燃比の補正制御の流
れを示すフローチャートである。このフローチャート
は、図示せぬクランク角センサの各気筒毎のリファレン
ス信号によってスタートする。ステップ１では、機関の
運転条件として、機関回転速度Ｎ、吸入空気量Ｑ（また
はスロットル開度）、およびこれらに基づいて演算され
た基本燃料噴射量Ｔｐや種々の増量補正後の噴射量Ｔｉ
等を読み込む。次に、ステップ２で、流路切換バルブ７
つまり排気通路用バルブ２４と触媒コンバータ用バルブ
２５との切換状態を判別する。これは、コントロールユ
ニット自体の指令信号に基づいて判別してもよく、ある
いは切換状態検出用のセンサを設けてもよい。そして、
バイパス触媒コンバータ６側へ流路が切り換わっている
場合には、ステップ３へ進み、機関の負荷（基本燃料噴
射量Ｔｐ）および回転速度Ｎに基づいて、例えば所定の
データマップから気筒リーン化係数Ｋｃｌを求める。

【００２２】ステップ４では、気筒判別を行い、＃４気
筒であるか否かを判別する。＃４気筒である場合には、
ステップ５へ進み、予め運転条件に応じて算出された燃
料噴射量Ｔｉに、上記の気筒リーン化係数Ｋｃｌを乗じ
て、補正後の噴射量Ｔｉを求め、ステップ６で、＃４気
筒において噴射を行う。上記気筒リーン化係数Ｋｃｌ
は、１より小さな例えば０．９等の値となる。

【００２３】また＃４気筒以外の気筒である場合には、
ステップ７へ進み、上記気筒リーン化係数Ｋｃｌに対応
した気筒リッチ化係数Ｋｃｒを求める。これは、例え
ば、Ｋｃｒ＝（１−Ｋｃｌ）／３＋１として算出され
る。そして、ステップ８で、予め運転条件に応じて算出
された燃料噴射量Ｔｉに、上記の気筒リッチ化係数Ｋｃ
ｒを乗じて、補正後の噴射量Ｔｉを求め、ステップ９
で、＃１〜第３気筒において噴射を行う。

【００２４】このように、＃４気筒の空燃比をリーン化
することにより、該＃４気筒の排気が排気通路用バルブ
２４周囲の間隙を通して漏洩したとしても、機関全体の
ＨＣに及ぼす影響が小さくなり、機関全体のＨＣを低レ
ベルに維持できる。また、上記実施例では、他の気筒に
気筒リッチ化係数Ｋｃｒを乗じることにより、４気筒の
平均的な空燃比は、所期の空燃比、例えば理論空燃比に
保たれる。

【００２５】次に、図７は、触媒コンバータハウジング
２１におけるバイパス触媒コンバータ６の位置を、前後
逆にした実施例を示している。すなわち、バイパス触媒
コンバータ６が＃１気筒寄りに位置している。そして、
この実施例においては、排気マニホルド２の４本のブラ
ンチ部１４〜１７内通路が実質的に合流している合流部
の通路断面の中心Ｍに対し、上記バルブハウジング２０
が後方に片寄った形で取り付けられている。つまり、上
記の合流部中心Ｍが、バイパス触媒コンバータ６上流の
第２通路部２３寄りに片寄った配置となっている。

【００２６】この実施例においては、同図に矢印で示す
ように各気筒の排気が流れることになり、前述した実施
例と同様に、触媒コンバータ用バルブ２５側へ向かう排
気の割合を多く確保することができる。但し、ブランチ
部１４〜１７の形状の関係から、この実施例では、＃１
気筒および＃２気筒の排気の一部が排気通路用バルブ２
４へ向かうことになるので、空燃比をリーン化補正する
場合には、＃１，＃２気筒の双方をリーン化する必要が
ある。

【００２７】図８は、この場合の空燃比補正の制御の流
れを示すフローチャートである。これは、基本的には前
述した図６の処理と同様であるので、詳細な説明は省略
する。この例では、リーン化する気筒とリッチ化する気
筒とが同数であるので、ステップ７に示すように、気筒
リッチ化係数Ｋｃｒは、Ｋｃｒ＝（１−Ｋｃｌ）＋１と
なる。

【００２８】なお、図６，図８の例では、空燃比の気筒
別の補正を、ステップ２のように流路切換状態に基づい
て実行しているが、主触媒コンバータ４の活性化状態を
温度条件により判別し、これに基づいて行うようにして
もよい。

【００２９】また上記各実施例では、バルブハウジング
２０と触媒コンバータハウジング２１とが別部材として
構成されているが、触媒コンバータハウジング２１の一
部としてバルブハウジング２０を構成することもでき
る。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
の請求項１に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、バ
イパス触媒コンバータを排気マニホルドの出口近傍に配
置することが可能になり、始動直後の活性化を早められ
るとともに、排気通路用バルブが排気通路を閉じている
状態において、該バルブ周囲の間隙を通して漏洩する排
気量を少なくすることができる。従って、暖機運転中の
排気エミッションの悪化を抑制できる。

【００３１】また請求項２の構成によれば、排気が排気
通路用バルブへ向かう気筒の空燃比をリーン化すること
により、排気通路用バルブが排気通路を閉じている状態
において、該バルブ周囲の間隙を通して排気が漏洩した
としても、機関全体のＨＣへ及ぼす悪影響を軽減でき、
従って、同様に暖機運転中の排気エミッションの悪化を
抑制できる。

【００３２】また請求項３の構成によれば、漏洩量の減
少と空燃比のリーン化との双方の作用により、暖機運転
中の排気エミッションの悪化が一層少なくなる。

【００３３】また請求項４の構成によれば、バイパス通
路やバイパス触媒コンバータならびに流路切換バルブを
非常に小型に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す内燃機関の側面図。

【図２】バルブハウジングの断面図。

【図３】バルブハウジングの平面図。

【図４】各気筒の排気の流れを示す説明図。

【図５】排気浄化装置全体の構成を概略的に示す説明
図。

【図６】気筒別の空燃比補正を行う制御の例を示すフロ
ーチャート。

【図７】この発明の他の実施例を示す内燃機関の側面
図。

【図８】図７の実施例に対応する空燃比補正の例を示す
フローチャート。

【符号の説明】

２…排気マニホルド ６…バイパス触媒コンバータ ２０…バルブハウジング ２１…触媒コンバータハウジング ２２，２３…通路部 ２４…排気通路用バルブ ２５…触媒コンバータ用バルブ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数気筒の排気ポートにそれぞれブラン
   チ部が接続された排気マニホルドの集合部出口に、一対
   の通路部が並列に開口形成されたバルブハウジングを接
   続し、 一方の通路部の下流にバイパス触媒コンバータを配置す
   るとともに、他方の通路部の下流側を、上記バイパス触
   媒コンバータ出口側と合流させ、 かつ上記バルブハウジングに、各通路部を一方が開くと
   他方が閉じる関係で開閉するように、同一の駆動軸に取
   り付けられた一対のバタフライバルブからなる触媒コン
   バータ用バルブおよび排気通路用バルブを設け、 さらに、各ブランチ部からバルブハウジング内へ流入す
   る排気が、上記触媒コンバータ用バルブ側へ多く向かう
   ように、各ブランチ部内の通路の合流部の中心を、上記
   触媒コンバータ用通路部寄りに片寄らせたことを特徴と
   する内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 複数気筒の排気ポートにそれぞれブラン
   チ部が接続された排気マニホルドの集合部出口に、一対
   の通路部が並列に開口形成されたバルブハウジングを接
   続し、 一方の通路部の下流にバイパス触媒コンバータを配置す
   るとともに、他方の通路部の下流側を、上記バイパス触
   媒コンバータ出口側と合流させ、 かつ上記バルブハウジングに、各通路部を一方が開くと
   他方が閉じる関係で開閉するように、同一の駆動軸に取
   り付けられた一対のバタフライバルブからなる触媒コン
   バータ用バルブおよび排気通路用バルブを設け、 さらに、一部の気筒のブランチ部を出た排気が主に上記
   排気通路用バルブ側へ向かうとともに、他の気筒のブラ
   ンチ部を出た排気が主に上記触媒コンバータ用バルブ側
   へ向かうように構成し、 かつ上記排気通路用バルブ側へ排気が向かう気筒の空燃
   比を他の気筒に対しリーンに補正する空燃比補正手段を
   設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 【請求項３】 複数気筒の排気ポートにそれぞれブラン
   チ部が接続された排気マニホルドの集合部出口に、一対
   の通路部が並列に開口形成されたバルブハウジングを接
   続し、 一方の通路部の下流にバイパス触媒コンバータを配置す
   るとともに、他方の通路部の下流側を、上記バイパス触
   媒コンバータ出口側と合流させ、 かつ上記バルブハウジングに、各通路部を一方が開くと
   他方が閉じる関係で開閉するように、同一の駆動軸に取
   り付けられた一対のバタフライバルブからなる触媒コン
   バータ用バルブおよび排気通路用バルブを設け、 さらに、各ブランチ部からバルブハウジング内へ流入す
   る排気が、上記触媒コンバータ用バルブ側へ多く向かう
   ように、各ブランチ部内の通路の合流部の中心を、上記
   触媒コンバータ用通路部寄りに片寄らせるとともに、 上記排気通路用バルブ側へ排気が向かう気筒の空燃比を
   他の気筒に対しリーンに補正する空燃比補正手段を設け
   たことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
4. 【請求項４】 上記バルブハウジングに、カップ状をな
   す触媒コンバータハウジングが取り付けられており、こ
   のハウジング内が、上記バイパス触媒コンバータを収容
   する部分と排気通路とに区画されているとともに、ハウ
   ジング出口部で互いに合流し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。