JP2006291784A

JP2006291784A - Exhaust device for internal combustion engine

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Publication number: JP2006291784A
Application number: JP2005111478A
Authority: JP
Inventors: Senki Ri; 先基李; Takao Inoue; 尊雄井上; Masayoshi Nishizawa; 公良西沢
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2005-04-08
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2025-04-08
Also published as: JP4609166B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make all exhaust gas pass through a bypass catalytic converter 18 by increasing sealing performance when a flow passage change over valve 4 closes a main flow passage. <P>SOLUTION: A bypass flow passage including an upstream side bypass passage 11, a middle bypass passage 14 and a downstream side bypass passage 16 is provided in parallel with a main flow passage including an upstream main passage 2, a middle main passage 3, and a downstream side main passage 7. A main catalytic converter is put in a downstream side of the main flow passage and a bypass catalytic converter 18 is put in a middle of the bypass flow passage. A flow passage change over valve 4 blocking the main flow passage is put between the upstream side main passage 2 and the middle main passage 3, and a valve element is seated on a seating part directing from the upstream side toward the downstream side. Since flow resistance in the bypass flow passage side is large, large up and down pressure difference acts on the valve element 52 to provide sure sealing performance. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、触媒コンバータで排気浄化を行う内燃機関の排気装置に関し、特に、冷間始動直後に、排気系の比較的上流に触媒コンバータを備えたバイパス流路側に、流路切換弁により排気を案内するようにした形式の排気装置の改良に関する。 The present invention relates to an exhaust system for an internal combustion engine that performs exhaust purification with a catalytic converter, and in particular, immediately after a cold start, exhaust is exhausted by a flow path switching valve to a bypass flow path side provided with a catalytic converter relatively upstream of the exhaust system. The present invention relates to an improvement of an exhaust device of a type guided.

従来から知られているように、車両の床下などの排気系の比較的下流側にメイン触媒コンバータを配置した構成では、内燃機関の冷間始動後、触媒コンバータの温度が上昇して活性化するまでの間、十分な排気浄化作用を期待することができない。また一方、触媒コンバータを排気系の上流側つまり内燃機関側に近付けるほど、触媒の熱劣化による耐久性低下が問題となる。 As conventionally known, in a configuration in which the main catalytic converter is disposed relatively downstream of the exhaust system such as under the floor of a vehicle, the temperature of the catalytic converter rises and is activated after a cold start of the internal combustion engine. In the meantime, a sufficient exhaust purification action cannot be expected. On the other hand, the closer the catalytic converter is to the upstream side of the exhaust system, that is, the internal combustion engine side, the lower the durability due to thermal degradation of the catalyst.

そのため、特許文献１に開示されているように、メイン触媒コンバータを備えたメイン流路の上流側部分と並列にバイパス流路を設けるとともに、このバイパス流路に、別のバイパス触媒コンバータを介装し、両者を切り換える切換弁によって、冷間始動直後は、バイパス流路側に排気を案内するようにした排気装置が、従来から提案されている。この構成では、バイパス触媒コンバータは排気系の中でメイン触媒コンバータよりも相対的に上流側に位置しており、相対的に早期に活性化するので、より早い段階から排気浄化を開始することができる。
特開平５−３２１６４４号公報 Therefore, as disclosed in Patent Document 1, a bypass flow path is provided in parallel with the upstream portion of the main flow path including the main catalytic converter, and another bypass catalytic converter is interposed in the bypass flow path. However, an exhaust device has been conventionally proposed in which exhaust gas is guided to the bypass flow path side immediately after cold start by a switching valve for switching between the two. In this configuration, the bypass catalytic converter is positioned relatively upstream of the main catalytic converter in the exhaust system and is activated relatively early, so that exhaust purification can be started from an earlier stage. it can.
JP-A-5-321644

上記従来の排気装置においては、切換弁は、２本に分岐する通路の入口部分で排気をいずれかの通路へ案内する構成となっており、バイパス触媒コンバータ側へ排気を案内すべき冷間始動直後に、メイン流路側を必ずしも完全に閉塞することができない。従って、排気の一部がメイン流路側へ流れ、それだけバイパス触媒コンバータの昇温が遅くなるという問題がある。特に、排気脈動が切換弁に作用するために、切換弁が微視的に開閉し、シール性が低くなることがある。 In the above-described conventional exhaust system, the switching valve is configured to guide the exhaust to one of the passages at the entrance of the passage that branches into two, and cold start that should guide the exhaust to the bypass catalytic converter side Immediately after that, the main flow path side cannot be completely closed. Therefore, there is a problem that a part of the exhaust gas flows to the main flow path side and the temperature rise of the bypass catalytic converter is delayed accordingly. In particular, since the exhaust pulsation acts on the switching valve, the switching valve may be microscopically opened and closed, resulting in poor sealing performance.

この発明に係る内燃機関の排気装置は、１気筒もしくは複数気筒に接続された排気通路が、第１通路と第２通路とに分岐し、第２通路側に触媒コンバータが介装されるとともに、第１通路側に、該第１通路を閉塞する流路切換弁が設けられており、上記第１，第２通路は、上記第２通路の通気抵抗が上記第１通路の通気抵抗よりも大きくなるように構成され、上記流路切換弁は、閉状態のときに上下圧力差を閉方向に受けるように、弁体が弁開口部に対し第１通路の上流側から下流側へ向かって着座することを特徴としている。なお、一般に、上記触媒コンバータは排気系上流側の触媒コンバータとして比較的小型のものが用いられ、第１通路の下流側に、より大型の第２の触媒コンバータが配置される。 In the exhaust system for an internal combustion engine according to the present invention, an exhaust passage connected to one cylinder or a plurality of cylinders branches into a first passage and a second passage, and a catalytic converter is interposed on the second passage side, A flow path switching valve that closes the first passage is provided on the first passage side, and the first and second passages have a larger ventilation resistance than the first passage. The flow path switching valve is seated from the upstream side of the first passage to the downstream side with respect to the valve opening so as to receive a vertical pressure difference in the closing direction when the flow path switching valve is closed. It is characterized by doing. Generally, the catalytic converter is a relatively small catalytic converter upstream of the exhaust system, and a larger second catalytic converter is disposed downstream of the first passage.

望ましくは、閉状態のときに排気通路内の排気脈動によって弁体が押し開かれることがないだけの上下圧力差が生じるように、第２通路の通気抵抗が設定されている。 Desirably, the ventilation resistance of the second passage is set so that a vertical pressure difference that does not cause the valve body to be pushed open by the exhaust pulsation in the exhaust passage is generated in the closed state.

第２通路の通気抵抗を大きくするのは、例えば、触媒コンバータの圧力損失を積極的に大きくすること、あるいは、第２通路の通路断面積を十分に小さくすることによって、実現できる。 Increasing the ventilation resistance of the second passage can be realized by, for example, positively increasing the pressure loss of the catalytic converter or sufficiently reducing the passage cross-sectional area of the second passage.

このように、第２通路の通気抵抗を積極的に大きくすることで、冷間始動直後などに流路切換弁が閉じた状態では、該流路切換弁の上下に大きな圧力差が発生し、この圧力差によって、弁体が閉方向に押し付けられ、確実にシールされる。従って、排気の全量が第２通路の触媒コンバータを通り、早期に昇温する。 In this way, by actively increasing the ventilation resistance of the second passage, in a state where the flow path switching valve is closed immediately after a cold start or the like, a large pressure difference is generated above and below the flow path switching valve, Due to this pressure difference, the valve body is pressed in the closing direction and reliably sealed. Accordingly, the entire amount of exhaust gas passes through the catalytic converter in the second passage and is heated up early.

本発明の具体的な一つの態様では、弁開口部を囲む着座部が、第１通路となる管の全周に亘って構成され、揺動可能なアームに支持された弁体が上記着座部に着座するようになっている。これにより第１通路側の通路断面積は弁開口部においても大きく得られ、通気抵抗の増加を回避できる。 In one specific aspect of the present invention, the seat portion surrounding the valve opening is configured over the entire circumference of the pipe serving as the first passage, and the valve body supported by the swingable arm is the seat portion. To sit on. As a result, the passage cross-sectional area on the first passage side can be increased even at the valve opening, and an increase in ventilation resistance can be avoided.

上記着座部の着座面を、弁体外周縁が接するテーパ面としてもよく、この場合、弁体全周に亘って線シールが確実に得られる。 The seating surface of the seating portion may be a tapered surface with which the outer periphery of the valve body is in contact, and in this case, a line seal can be reliably obtained over the entire periphery of the valve body.

また上記弁体外周縁を、着座面に対応したテーパ形状としてもよい。このようにテーパ形状とすることで、弁体が開位置にあるときに、該弁体に沿った排気の流れが円滑となる。 Moreover, it is good also considering the said valve body outer periphery as a taper shape corresponding to a seating surface. By adopting such a tapered shape, when the valve body is in the open position, the flow of exhaust gas along the valve body becomes smooth.

本発明の一つの態様では、多気筒内燃機関において気筒毎に独立した排気通路が第１通路と第２通路とに分岐しており、流路切換弁は、各気筒の第１通路をそれぞれ独立して閉塞する。 In one aspect of the present invention, in a multi-cylinder internal combustion engine, an exhaust passage independent for each cylinder is branched into a first passage and a second passage, and the flow path switching valve independently connects the first passage of each cylinder. Then block.

例えば、複数の第１通路が下流側で互いに合流しており、この合流点に流路切換弁が配置されているとともに、この合流点より下流側に、第２の触媒コンバータが配設されている。 For example, a plurality of first passages merge with each other on the downstream side, and a flow path switching valve is disposed at the junction, and a second catalytic converter is disposed downstream from the junction. Yes.

このように、各気筒の第１通路を流路切換弁が個々に閉塞することにより、順次排気行程が到来する各気筒の間で排気が回り込む現象が回避され、この排気の回り込みによる放熱が抑制される。従って、第２通路の触媒コンバータがより早期に昇温する。 As described above, the flow path switching valve individually closes the first passage of each cylinder, thereby avoiding the phenomenon that the exhaust gas circulates between the cylinders that sequentially reach the exhaust stroke, and the heat dissipation due to the wraparound of the exhaust gas is suppressed. Is done. Accordingly, the temperature of the catalytic converter in the second passage is raised earlier.

この場合、上記流路切換弁は、共通な回転軸に支持された複数の弁体を備え、各弁体がそれぞれ第１通路を閉塞するように構成することができる。 In this case, the flow path switching valve includes a plurality of valve bodies supported by a common rotating shaft, and each valve body can be configured to close the first passage.

また、各気筒毎に設けられた複数の第２通路を下流側で互いに合流させ、この合流点より下流側に、上記触媒コンバータを配置することもできる。 Further, the plurality of second passages provided for each cylinder may be joined together on the downstream side, and the catalytic converter may be arranged on the downstream side from this joining point.

また本発明の一つの態様では、第１通路と第２通路とが下流側において合流しており、この合流点と上流側の分岐点との間に、上記流路切換弁および上記触媒コンバータが位置している。このような構成では、第１通路の下流側の圧力と第２通路の下流側の圧力とが等しくなり、弁体をシールする上下圧力差がより確実に得られる。 Further, in one aspect of the present invention, the first passage and the second passage are merged on the downstream side, and the flow path switching valve and the catalytic converter are located between the merge point and the upstream branch point. positioned. In such a configuration, the pressure on the downstream side of the first passage is equal to the pressure on the downstream side of the second passage, and the difference in the vertical pressure for sealing the valve body can be obtained more reliably.

次に、本発明の第２の発明は、多気筒内燃機関を前提としたものであって、
各気筒にそれぞれ接続された気筒毎の上流側メイン通路と、
この複数の上流側メイン通路が１本の流路に合流してなる下流側メイン通路と、
この下流側メイン通路の途中に介装されたメイン触媒コンバータと、
上記上流側メイン通路の上流側部分からそれぞれ分岐するとともに該上流側メイン通路よりも通路断面積の小さな気筒毎の上流側バイパス通路と、
この複数の上流側バイパス通路が１本の流路に合流してなり、かつ下流端が上記下流側メイン通路に上記メイン触媒コンバータ上流側の位置において接続した下流側バイパス通路と、
この下流側バイパス通路の途中に介装されたバイパス触媒コンバータと、
各気筒から排出された排気が上記上流側バイパス通路へ流れるように、一対の上流側メイン通路と下流側メイン通路との合流部においてメイン流路の開閉を行う流路切換弁と、
を備え、
上記流路切換弁は、閉状態のときに上下圧力差を閉方向に受けるように、弁体が弁開口部に対しメイン流路の上流側から下流側へ向かって着座することを特徴としている。 Next, the second invention of the present invention is based on a multi-cylinder internal combustion engine,
An upstream main passage for each cylinder connected to each cylinder;
A plurality of upstream main passages joined together into one flow passage;
A main catalytic converter interposed in the middle of the downstream main passage;
An upstream bypass passage for each cylinder branching from the upstream portion of the upstream main passage and having a smaller sectional area than the upstream main passage;
A plurality of upstream bypass passages merged into one flow path, and a downstream end of which a downstream end is connected to the downstream main passage at a position upstream of the main catalytic converter;
A bypass catalytic converter interposed in the middle of the downstream bypass passage;
A flow path switching valve that opens and closes the main flow path at the junction between the pair of upstream main passages and the downstream main passage so that the exhaust discharged from each cylinder flows to the upstream bypass passage;
With
The flow path switching valve is characterized in that the valve body is seated from the upstream side of the main flow path to the downstream side with respect to the valve opening so as to receive a vertical pressure difference in the closing direction when in the closed state. .

すなわち、バイパス流路となる上流側バイパス通路は上流側メイン通路よりも通路断面積が小さく、かつ下流側バイパス通路にバイパス触媒コンバータが介装されているので、その通気抵抗は、メイン流路側よりも大きい。従って、流路切換弁が閉じた状態では、該流路切換弁の上下に上下圧力差が生じ、これにより、弁体が確実にシールされる。 That is, the upstream bypass passage serving as the bypass flow passage has a smaller passage cross-sectional area than the upstream main passage, and the bypass catalytic converter is interposed in the downstream bypass passage, so that the ventilation resistance is smaller than that of the main flow passage side. Is also big. Therefore, in a state where the flow path switching valve is closed, a vertical pressure difference is generated above and below the flow path switching valve, whereby the valve body is reliably sealed.

この発明によれば、冷間始動直後などに流路切換弁を閉じたときに、上下圧力差によって弁体が確実に第１通路ないしはメイン流路を閉塞し、排気の全量が排気系上流側の触媒コンバータ（バイパス触媒コンバータ）へ導入される。従って、触媒コンバータが早期に昇温し、冷間始動後、早期に排気浄化作用を得ることができる。 According to the present invention, when the flow path switching valve is closed immediately after a cold start or the like, the valve body surely closes the first passage or the main flow path due to the pressure difference between the upper and lower sides, and the total amount of exhaust is upstream of the exhaust system. To the catalytic converter (bypass catalytic converter). Accordingly, the temperature of the catalytic converter can be raised quickly, and the exhaust gas purification action can be obtained early after the cold start.

以下、この発明を直列４気筒内燃機関の排気装置として適用した一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied as an exhaust device of an in-line four-cylinder internal combustion engine will be described in detail based on the drawings.

図１はこの排気装置の配管レイアウトを模式的に示した説明図であり、始めに、この図１に基づいて、排気装置全体の構成を説明する。 FIG. 1 is an explanatory view schematically showing the piping layout of the exhaust device. First, the configuration of the entire exhaust device will be described with reference to FIG.

直列に配置された♯１気筒〜♯４気筒からなる各気筒１には、気筒毎に上流側メイン通路２が接続されている。４つの気筒の中で、排気行程が連続しない♯１気筒の上流側メイン通路２と♯４気筒の上流側メイン通路２とが１本の中間メイン通路３として合流しており、同様に排気行程が連続しない♯２気筒の上流側メイン通路２と♯３気筒の上流側メイン通路２とが１本の中間メイン通路３として合流している。ここで、各２本の上流側メイン通路２が合流する合流部には、それぞれ流路切換弁４が設けられている。この切換弁４は、冷間時に閉じられるものであって、閉時には、上流側メイン通路２と中間メイン通路３との間の上下の連通を遮断するとともに、２本の上流側メイン通路２の間を非連通状態とする構成となっている。特に、後述するように、この流路切換弁４は、その一対の弁体が弁開口部周縁の着座部に上流側から着座し、従って、排気流による上下圧力差を閉方向に受けるようになっている。なお、一対の流路切換弁４は、１つのバルブユニット５として構成されている。バルブユニット５の下流に位置する２本の中間メイン通路３は、合流点６において互いに合流し、１本の下流側メイン通路７となる。この下流側メイン通路７の途中には、第２の触媒コンバータとなるメイン触媒コンバータ８が介装されている。このメイン触媒コンバータ８における触媒としては、三元触媒とＨＣトラップ触媒とを含んでいる。なお、このメイン触媒コンバータ８は、車両の床下に配置される容量の大きなものである。以上の上流側メイン通路２と中間メイン通路３と下流側メイン通路７とメイン触媒コンバータ８とによって、通常の運転時に排気が通流するメイン流路が構成される。このメイン流路は、直列４気筒内燃機関において周知の「４−２−１」の形で集合する配管レイアウトとなっており、従って、排気動的効果を利用した充填効率向上が実現される。 An upstream main passage 2 is connected to each cylinder 1 including # 1 cylinder to # 4 cylinder arranged in series. Among the four cylinders, the upstream main passage 2 of the # 1 cylinder and the upstream main passage 2 of the # 4 cylinder where the exhaust stroke does not continue merge as one intermediate main passage 3, and the exhaust stroke is similarly performed. The upstream main passage 2 of the # 2 cylinder and the upstream main passage 2 of the # 3 cylinder are joined together as one intermediate main passage 3. Here, the flow path switching valve 4 is provided in the junction where the two upstream main passages 2 join each other. The switching valve 4 is closed when it is cold. When the switching valve 4 is closed, the upper and lower communication between the upstream main passage 2 and the intermediate main passage 3 is blocked and the two upstream main passages 2 are connected. It is the structure which makes a communication state non-communication between. In particular, as will be described later, the flow path switching valve 4 is configured such that the pair of valve bodies are seated from the upstream side on the seating portion at the periphery of the valve opening, and therefore the vertical pressure difference due to the exhaust flow is received in the closing direction. It has become. The pair of flow path switching valves 4 are configured as one valve unit 5. The two intermediate main passages 3 positioned downstream of the valve unit 5 merge with each other at a junction 6 to form one downstream main passage 7. A main catalytic converter 8 serving as a second catalytic converter is interposed in the middle of the downstream main passage 7. The catalyst in the main catalytic converter 8 includes a three-way catalyst and an HC trap catalyst. The main catalytic converter 8 has a large capacity arranged under the floor of the vehicle. The upstream main passage 2, the intermediate main passage 3, the downstream main passage 7, and the main catalytic converter 8 constitute a main passage through which exhaust flows during normal operation. This main flow path has a piping layout that gathers in a well-known “4-2-1” form in an in-line four-cylinder internal combustion engine, and therefore, an improvement in charging efficiency utilizing the exhaust dynamic effect is realized.

一方、バイパス流路として、上流側メイン通路２の各々から、上流側バイパス通路１１が分岐している。この上流側バイパス通路１１は、上流側メイン通路２よりも通路断面積が十分に小さなものであって、その上流端となる分岐点１２は、上流側メイン通路２のできるだけ上流側の位置に設定されている。そして、互いに隣接した位置にある♯１気筒の上流側バイパス通路１１と♯２気筒の上流側バイパス通路１１とが合流点１３において１本の中間バイパス通路１４として互いに合流しており、同様に互いに隣接した位置にある♯３気筒の上流側バイパス通路１１と♯４気筒の上流側バイパス通路１１とが合流点１３において１本の中間バイパス通路１４として互いに合流している。なお、各通路を模式的に示した図１では、各上流側バイパス通路１１が比較的長く描かれているが、実際には、可能な限り短くなっている。換言すれば、最短距離でもって中間バイパス通路１４として合流している。２本の中間バイパス通路１４は、合流点１５において１本の下流側バイパス通路１６として互いに合流している。この下流側バイパス通路１６の下流端は、下流側メイン通路７のメイン触媒コンバータ８より上流側の合流点１７において、下流側メイン通路７に合流している。そして、上記下流側バイパス通路１６の途中には、三元触媒を用いたバイパス触媒コンバータ１８が介装されている。このバイパス触媒コンバータ１８は、バイパス流路の中で、可能な限り上流側に配置されている。つまり、中間バイパス通路１４もできるだけ短くなっている。 On the other hand, an upstream bypass passage 11 is branched from each of the upstream main passages 2 as bypass passages. The upstream bypass passage 11 has a sufficiently smaller passage cross-sectional area than the upstream main passage 2, and the branch point 12 serving as the upstream end of the upstream bypass passage 11 is set at a position as upstream as possible in the upstream main passage 2. Has been. The upstream bypass passage 11 of the # 1 cylinder and the upstream bypass passage 11 of the # 2 cylinder, which are adjacent to each other, are joined together as a single intermediate bypass passage 14 at the joining point 13. The upstream bypass passage 11 of the # 3 cylinder and the upstream bypass passage 11 of the # 4 cylinder, which are adjacent to each other, merge together as one intermediate bypass passage 14 at the junction 13. In FIG. 1 schematically showing each passage, each upstream bypass passage 11 is drawn relatively long, but in practice it is as short as possible. In other words, it merges as the intermediate bypass passage 14 with the shortest distance. The two intermediate bypass passages 14 join each other as one downstream bypass passage 16 at the junction 15. The downstream end of the downstream bypass passage 16 joins the downstream main passage 7 at a junction 17 upstream of the main catalytic converter 8 in the downstream main passage 7. In the middle of the downstream bypass passage 16, a bypass catalytic converter 18 using a three-way catalyst is interposed. The bypass catalytic converter 18 is disposed as upstream as possible in the bypass flow path. That is, the intermediate bypass passage 14 is as short as possible.

なお、上記実施例では、バイパス流路全体の通路長（各気筒のバイパス通路の総和）を短くして、配管自体の熱容量ならびに外気に対する放熱面積を小さくするために、４本の上流側バイパス通路１１を長く引き回さずに上流側で２本の中間バイパス通路１４にまとめているが、このような構成は任意であり、例えば、バイパス触媒コンバータ１８が気筒列の一方に偏って位置する場合などには、他方の端部気筒から直線状に延ばした上流側バイパス通路に残りの気筒の上流側バイパス通路を略直角に接続することにより、全体の通路長を短くすることができる。 In the above embodiment, four upstream bypass passages are used in order to shorten the passage length of the entire bypass passage (the sum of the bypass passages of each cylinder) and reduce the heat capacity of the pipe itself and the heat radiation area for the outside air. 11 are combined into two intermediate bypass passages 14 on the upstream side without being routed for a long time, but such a configuration is arbitrary, for example, when the bypass catalytic converter 18 is biased to one side of the cylinder row For example, the entire passage length can be shortened by connecting the upstream bypass passages of the remaining cylinders at substantially right angles to the upstream bypass passage extending linearly from the other end cylinder.

上記バイパス触媒コンバータ１８は、その内部に、前後に分割された２つのモノリス触媒担体つまり第１触媒１８ａと第２触媒１８ｂとを備えている。そして、これらの第１触媒１８ａと第２触媒１８ｂとの間の間隙１９に、排気還流通路２０の一端が接続されている。この排気還流通路２０の他端は、図示せぬ排気還流制御弁を介して機関吸気系へと延びている。つまり、上記間隙１９が、還流排気の取り出し口となっている。上記バイパス触媒コンバータ１８は、メイン触媒コンバータ８に比べて容量が小さな小型のものであり、望ましくは、低温活性に優れた触媒が用いられる。特に、本発明では、通気抵抗がある程度大きくなるように、比較的圧力損失が大きな触媒担体が選択されている。 The bypass catalytic converter 18 includes two monolith catalyst carriers, that is, a first catalyst 18a and a second catalyst 18b, which are divided in the front and rear directions. One end of the exhaust gas recirculation passage 20 is connected to the gap 19 between the first catalyst 18a and the second catalyst 18b. The other end of the exhaust gas recirculation passage 20 extends to the engine intake system via an exhaust gas recirculation control valve (not shown). That is, the gap 19 serves as a recirculation exhaust outlet. The bypass catalytic converter 18 has a small capacity as compared with the main catalytic converter 8, and a catalyst excellent in low temperature activity is desirably used. In particular, in the present invention, a catalyst carrier having a relatively large pressure loss is selected so that the ventilation resistance is increased to some extent.

なお、図１において、上流の分岐点１２と下流の合流点１７との間のメイン流路が請求項の「第１通路」に相当し、バイパス流路が「第２通路」に相当する。第２通路となるバイパス流路は第１通路となるメイン流路に比べて通路断面積が小さく、かつバイパス触媒コンバータ１８が介在することから、第１通路となるメイン流路に比べて通気抵抗が大きい。 In FIG. 1, the main flow path between the upstream branch point 12 and the downstream junction 17 corresponds to the “first passage” in the claims, and the bypass flow path corresponds to the “second passage”. The bypass passage serving as the second passage has a smaller passage cross-sectional area than the main passage serving as the first passage, and the bypass catalytic converter 18 is interposed therebetween, so that the ventilation resistance as compared with the main passage serving as the first passage. Is big.

上記のように構成された排気装置においては、冷間始動後の機関温度ないしは排気温度が低い段階では、適宜なアクチュエータを介して流路切換弁４が閉じられ、メイン流路が遮断される。そのため、各気筒１から吐出された排気は、その全量が、分岐点１２から上流側バイパス通路１１および中間バイパス通路１４を通してバイパス触媒コンバータ１８へと流れる。バイパス触媒コンバータ１８は、排気系の上流側つまり気筒１に近い位置にあり、かつ小型のものであるので、速やかに活性化し、早期に排気浄化が開始される。また、このとき、流路切換弁４が閉じることで、各気筒１の上流側メイン通路２が互いに非連通状態となる。そのため、ある気筒から吐出された排気が他の気筒の上流側メイン通路２へと回り込む現象が防止され、この回り込みに伴う排気温度の低下が確実に回避される。 In the exhaust system configured as described above, at the stage where the engine temperature or the exhaust temperature after the cold start is low, the flow path switching valve 4 is closed via an appropriate actuator, and the main flow path is shut off. Therefore, the entire amount of exhaust discharged from each cylinder 1 flows from the branch point 12 to the bypass catalytic converter 18 through the upstream bypass passage 11 and the intermediate bypass passage 14. Since the bypass catalytic converter 18 is located upstream of the exhaust system, that is, close to the cylinder 1 and is small in size, the bypass catalytic converter 18 is activated quickly and exhaust purification is started at an early stage. At this time, the flow path switching valve 4 is closed, so that the upstream main passages 2 of the cylinders 1 are not in communication with each other. Therefore, a phenomenon in which the exhaust discharged from one cylinder flows into the upstream main passage 2 of the other cylinder is prevented, and a decrease in the exhaust temperature due to this wraparound is reliably avoided.

一方、機関の暖機が進行して、機関温度ないしは排気温度が十分に高くなったら、流路切換弁４が開放される。これにより、各気筒１から吐出された排気は、主に、上流側メイン通路２から中間メイン通路３および下流側メイン通路７を通り、メイン触媒コンバータ８を通過する。このときバイパス流路側は特に遮断されていないが、バイパス流路側の方がメイン流路側よりも通路断面積が小さく、かつバイパス触媒コンバータ１８が介在しているので、両者の通気抵抗の差により、排気流の大部分はメイン流路側を通り、バイパス流路側には殆ど流れない。従って、バイパス触媒コンバータ１８の熱劣化は十分に抑制される。またバイパス流路側が完全に遮断されないことから、排気流量が大となる高速高負荷時には、排気流の一部がバイパス流路側を流れることで、背圧による充填効率低下を回避することができる。 On the other hand, when the engine warm-up proceeds and the engine temperature or the exhaust temperature becomes sufficiently high, the flow path switching valve 4 is opened. As a result, the exhaust discharged from each cylinder 1 mainly passes from the upstream main passage 2 through the intermediate main passage 3 and the downstream main passage 7 and through the main catalytic converter 8. At this time, the bypass flow path side is not particularly blocked, but the bypass flow path side has a smaller passage cross-sectional area than the main flow path side, and the bypass catalytic converter 18 is interposed. Most of the exhaust flow passes through the main flow path side and hardly flows into the bypass flow path side. Therefore, the thermal deterioration of the bypass catalytic converter 18 is sufficiently suppressed. In addition, since the bypass flow path side is not completely cut off, a part of the exhaust flow flows through the bypass flow path side at a high speed and high load where the exhaust flow rate becomes large, so that a reduction in charging efficiency due to back pressure can be avoided.

またメイン流路側は、前述したように、排気干渉回避を考慮した「４−２−１」の配管レイアウトとなっているので、排気動的効果による充填効率向上効果を得ることができる。ここで、バイパス流路側は、排気干渉回避を特に考慮しない形で連通・集合しているが、上流側バイパス通路１１の通路断面積を十分に小さなものとすることで、各気筒の連通による排気干渉を、実質的に無視し得るレベルにまで低減することが可能である。 Further, as described above, since the main flow path side has a “4-2-1” piping layout in consideration of avoiding exhaust interference, it is possible to obtain an effect of improving the filling efficiency by the exhaust dynamic effect. Here, the bypass channel side communicates and aggregates in a manner that does not particularly consider exhaust interference avoidance, but by making the cross-sectional area of the upstream bypass passage 11 sufficiently small, exhaust by communication of each cylinder is achieved. Interference can be reduced to a level that is substantially negligible.

図２は、上記の排気装置をより具体的な形態として示したものであり、シリンダブロック３２とシリンダヘッド３３とを有する内燃機関３１が、車両のエンジンルーム内に所謂横置形式に搭載されており、そのシリンダヘッド３３の車両後方となる側面に、上流側メイン通路２を主に構成する排気マニホルド３４が取り付けられている。この排気マニホルド３４の出口部には、一対の流路切換弁４を備えたバルブユニット５が取り付けられ、その下流に、下流側メイン通路７となるフロントチューブ３５が接続されている。このフロントチューブ３５の上流側の一部は、内部で２つの通路に区画されており、つまり上記の中間メイン通路３を構成している。メイン触媒コンバータ８は、上記フロントチューブ３５の途中に設けられている。 FIG. 2 shows the exhaust device described above as a more specific form. An internal combustion engine 31 having a cylinder block 32 and a cylinder head 33 is mounted in a so-called horizontal arrangement in an engine room of a vehicle. An exhaust manifold 34 that mainly constitutes the upstream main passage 2 is attached to a side surface of the cylinder head 33 that is the rear of the vehicle. A valve unit 5 having a pair of flow path switching valves 4 is attached to an outlet portion of the exhaust manifold 34, and a front tube 35 serving as a downstream main passage 7 is connected downstream thereof. A part of the upstream side of the front tube 35 is internally partitioned into two passages, that is, the intermediate main passage 3 described above. The main catalytic converter 8 is provided in the middle of the front tube 35.

バイパス流路となるバイパス触媒コンバータ１８等は、シリンダヘッド３３から車両後方へ延びるメイン流路の下側の空間に配置されている。バイパス触媒コンバータ１８は、エンジンルーム内に位置し、かつ車両走行方向に対し、フロントチューブ３５よりも前方側となるので、走行中は走行風によって効果的に冷却され、該バイパス触媒コンバータ１８の過昇温が防止される。 The bypass catalytic converter 18 and the like serving as a bypass flow path are disposed in a space below the main flow path extending from the cylinder head 33 toward the rear of the vehicle. Since the bypass catalytic converter 18 is located in the engine room and in front of the front tube 35 with respect to the vehicle traveling direction, the bypass catalytic converter 18 is effectively cooled by the traveling wind during traveling, and the bypass catalytic converter 18 Temperature rise is prevented.

次に、本発明の要部である流路切換弁４の構成を図３および図４を用いて説明する。図３は、バルブユニット５全体の構成を示し、図４は、その一つの流路切換弁４の断面形状を示しているが、図示するように、各気筒毎に弁開口部５１を有し、これを円盤状の弁体５２が上流側から開閉している。すなわち、各気筒の上流側メイン通路２の端部において、該上流側メイン通路２を構成する管の全周に亘って着座部５４が円環状に形成されており、その内周が弁開口部５１となっている。上記着座部５４の着座面５４ａは、弁体５２の外周縁が接するテーパ面をなしている。上記弁体５２は、回転軸５３とともに揺動するアーム５５の先端に取り付けられており、その外周縁は、上記着座面５４ａに対応したテーパ形状をなしている。なお、図４に示すように、上流側メイン通路２の側壁に、開位置にあるときの弁体５２を収容するための凹部５６が形成されている。 Next, the structure of the flow path switching valve 4, which is the main part of the present invention, will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows the overall configuration of the valve unit 5, and FIG. 4 shows the cross-sectional shape of one flow path switching valve 4. As shown in the figure, each cylinder has a valve opening 51. The disc-shaped valve body 52 is opened and closed from the upstream side. That is, at the end of the upstream main passage 2 of each cylinder, a seating portion 54 is formed in an annular shape over the entire circumference of the pipe constituting the upstream main passage 2, and the inner periphery thereof is the valve opening. 51. The seating surface 54 a of the seating portion 54 forms a tapered surface with which the outer peripheral edge of the valve body 52 is in contact. The valve body 52 is attached to the tip of an arm 55 that swings together with the rotary shaft 53, and the outer peripheral edge thereof has a tapered shape corresponding to the seating surface 54a. In addition, as shown in FIG. 4, the recessed part 56 for accommodating the valve body 52 when it exists in an open position is formed in the side wall of the upstream main channel | path 2. As shown in FIG.

回転軸５３は、図３に示すように、２つの気筒に共通なものであり、１つの回転軸５３に２つの弁体５２が取り付けられている。従って、バルブユニット５全体としては、２本の回転軸５３を備えている。この２本の回転軸５３は、適宜なリンク機構等の図示しない連動機構を介して互いに連動しており、図示せぬ１つのアクチュエータでもって同時に対称的に開閉動作する。つまり、４つの弁体５２が一斉に開閉する。 As shown in FIG. 3, the rotating shaft 53 is common to two cylinders, and two valve bodies 52 are attached to one rotating shaft 53. Therefore, the entire valve unit 5 includes two rotating shafts 53. The two rotating shafts 53 are interlocked with each other via an interlocking mechanism (not shown) such as an appropriate link mechanism, and are simultaneously opened and closed symmetrically by a single actuator (not shown). That is, the four valve bodies 52 open and close all at once.

ここで、上記の弁体５２は、メイン流路を閉塞する際に、テーパ状の着座面５４ａに対し、上流側から下流側へ向かって着座する。このように弁体５２がメイン流路を閉塞すると、排気流によって弁体５２の上下に圧力差が生じ、この上下圧力差によって弁体５２は着座面５４ａにさらに押し付けられる。つまり、図５に示す説明図のように、バイパス流路側は通路断面積が小さく、かつバイパス触媒コンバータ１８の圧力損失が加わるので、バイパス流路の通気抵抗は比較的大きなものとなり、この結果、弁体５２下流側の圧力Ｐ２に比べて上流側の圧力Ｐ１が大きく上昇し、弁体５２が閉方向に付勢されて着座面５４ａに圧接する。従って、テーパ面同士が密接することと相俟って、良好なシール性が得られる。また各気筒の排気脈動が上流側から弁体５２に作用しても、該弁体５２が開くことがない。特に、バイパス触媒コンバータ１８によって下流側の圧力Ｐ２の脈動の振幅は弱まり、しかも、脈動の位相が異なる２つの気筒の弁体５２が共通の回転軸５３に連結されているので、上記の上下圧力差によって、脈動による開閉が確実に阻止される。 Here, when the main flow path is closed, the valve body 52 is seated from the upstream side to the downstream side with respect to the tapered seating surface 54a. When the valve body 52 closes the main flow path in this way, a pressure difference is generated above and below the valve body 52 due to the exhaust flow, and the valve body 52 is further pressed against the seating surface 54a by this vertical pressure difference. That is, as shown in the explanatory diagram of FIG. 5, the bypass channel side has a small passage cross-sectional area and the pressure loss of the bypass catalytic converter 18 is added, so that the ventilation resistance of the bypass channel becomes relatively large. The pressure P1 on the upstream side greatly increases compared to the pressure P2 on the downstream side of the valve body 52, and the valve body 52 is urged in the closing direction to press against the seating surface 54a. Therefore, combined with the close contact between the tapered surfaces, a good sealing property can be obtained. Even if the exhaust pulsation of each cylinder acts on the valve body 52 from the upstream side, the valve body 52 does not open. In particular, the bypass catalytic converter 18 reduces the amplitude of the pulsation of the downstream pressure P2, and the valve bodies 52 of two cylinders having different pulsation phases are connected to the common rotating shaft 53. The difference reliably prevents opening and closing due to pulsation.

そのため、冷間始動直後などに流路切換弁４が閉じているときに、メイン流路側での漏洩が防止され、排気の全量がバイパス流路側へ確実に案内される。これにより、バイパス触媒コンバータ１８の早期昇温がより確実となる。 Therefore, when the flow path switching valve 4 is closed immediately after a cold start or the like, leakage on the main flow path side is prevented, and the entire amount of exhaust gas is reliably guided to the bypass flow path side. Thereby, the early temperature rise of the bypass catalytic converter 18 becomes more reliable.

次に、図６は、流路切換弁４の異なる実施例を示しており、この実施例では、前述した実施例と同じく着座面５４ａがテーパ面をなしているものの、弁体５２の外周縁はテーパ状ではなく、円筒面からなる周面に沿って略直角なエッジを有している。従って、このエッジがテーパ状の着座面５４ａに線接触することになり、全周に亘って、安定したシール性が得られる。 Next, FIG. 6 shows a different embodiment of the flow path switching valve 4. In this embodiment, the seating surface 54a is tapered as in the above-described embodiment, but the outer peripheral edge of the valve body 52 is shown in FIG. Is not tapered, but has a substantially right-angled edge along a circumferential surface formed of a cylindrical surface. Therefore, this edge comes into line contact with the tapered seating surface 54a, and a stable sealing property can be obtained over the entire circumference.

また図７に示す実施例は、通路内周面に円環状の着座部５４を突出させて形成したものであって、その一方の端面となる着座面５４ａに、円盤状の弁体５２が着座する。 The embodiment shown in FIG. 7 is formed by projecting an annular seating portion 54 on the inner peripheral surface of the passage, and a disc-shaped valve body 52 is seated on a seating surface 54a which is one end surface thereof. To do.

以上、この発明を直列４気筒内燃機関に適用した一実施例を説明したが、この発明は、直列４気筒以外の直列多気筒内燃機関あるいはＶ型多気筒内燃機関等の種々の形式の内燃機関の排気装置として適用することが可能である。 Although one embodiment in which the present invention is applied to an in-line four-cylinder internal combustion engine has been described above, the present invention relates to various types of internal-combustion engines such as an in-line multi-cylinder internal combustion engine other than the in-line four-cylinder engine or a V-type multi-cylinder internal combustion engine. It can be applied as an exhaust device.

この発明に係る排気装置の一実施例を示す構成説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Structure explanatory drawing which shows one Example of the exhaust apparatus which concerns on this invention. より具体的に示した排気装置の側面図。The side view of the exhaust apparatus shown more concretely. バルブユニット全体の構成を示す平面図。The top view which shows the structure of the whole valve unit. 一つの気筒の流路切換弁を示す断面図。Sectional drawing which shows the flow-path switching valve of one cylinder. 弁体に加わる上下圧力差の説明図。Explanatory drawing of the up-and-down pressure difference added to a valve body. 流路切換弁の異なる実施例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the Example from which a flow-path switching valve differs. 流路切換弁のさらに異なる実施例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the further another Example of a flow-path switching valve.

符号の説明Explanation of symbols

２…上流側メイン通路
３…中間メイン通路
４…流路切換弁
７…下流側メイン通路
８…メイン触媒コンバータ
１１…上流側バイパス通路
１４…中間バイパス通路
１６…下流側バイパス通路
１８…バイパス触媒コンバータ
５２…弁体
５４…着座部 2 ... Upstream side main passage 3 ... Intermediate main passage 4 ... Flow path switching valve 7 ... Downstream side main passage 8 ... Main catalytic converter 11 ... Upstream side bypass passage 14 ... Intermediate bypass passage 16 ... Downstream side bypass passage 18 ... Bypass catalytic converter
52 ... Valve body 54 ... Seating part

Claims

１気筒もしくは複数気筒に接続された排気通路が、第１通路と第２通路とに分岐し、第２通路側に触媒コンバータが介装されるとともに、第１通路側に、該第１通路を閉塞する流路切換弁が設けられており、
上記第１，第２通路は、上記第２通路の通気抵抗が上記第１通路の通気抵抗よりも大きくなるように構成され、
上記流路切換弁は、閉状態のときに上下圧力差を閉方向に受けるように、弁体が弁開口部に対し第１通路の上流側から下流側へ向かって着座することを特徴とする内燃機関の排気装置。 An exhaust passage connected to one cylinder or a plurality of cylinders is branched into a first passage and a second passage, a catalytic converter is interposed on the second passage side, and the first passage is provided on the first passage side. A flow path switching valve that closes is provided,
The first and second passages are configured such that the ventilation resistance of the second passage is greater than the ventilation resistance of the first passage,
The flow path switching valve is characterized in that the valve body is seated from the upstream side to the downstream side of the first passage with respect to the valve opening so as to receive a vertical pressure difference in the closing direction in the closed state. An exhaust system for an internal combustion engine.

上記触媒コンバータによって第２通路側の通気抵抗が大きく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気装置。 2. An exhaust system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein a ventilation resistance on the second passage side is set to be large by the catalytic converter.

第２通路側の通路断面積を小さくすることで第２通路側の通気抵抗が大きく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気装置。 2. An exhaust system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the ventilation resistance on the second passage side is set to be large by reducing the passage sectional area on the second passage side.

第２通路側の通路断面積を小さくするとともに触媒コンバータの圧力損失を大きくすることで第２通路側の通気抵抗が大きく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気装置。 2. The exhaust of the internal combustion engine according to claim 1, wherein the ventilation resistance on the second passage side is set to be large by reducing the passage cross-sectional area on the second passage side and increasing the pressure loss of the catalytic converter. apparatus.

閉状態のときに排気通路内の排気脈動によって弁体が押し開かれることがないだけの上下圧力差が生じるように、第２通路の通気抵抗が設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の排気装置。 2. The ventilation resistance of the second passage is set so that a vertical pressure difference that does not cause the valve element to be pushed open by exhaust pulsation in the exhaust passage is generated in the closed state. The exhaust apparatus for an internal combustion engine according to any one of?

弁開口部を囲む着座部が、第１通路となる管の全周に亘って構成され、揺動可能なアームに支持された弁体が上記着座部に着座することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の排気装置。 2. A seat part surrounding the valve opening part is formed over the entire circumference of a pipe serving as a first passage, and a valve body supported by a swingable arm is seated on the seat part. The exhaust device for an internal combustion engine according to any one of?

上記着座部の着座面を、弁体外周縁が接するテーパ面としたことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気装置。 The exhaust system for an internal combustion engine according to claim 6, wherein the seating surface of the seating portion is a tapered surface with which the outer peripheral edge of the valve body is in contact.

上記弁体外周縁を、着座面に対応したテーパ形状としたことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気装置。 The exhaust device for an internal combustion engine according to claim 7, wherein the outer peripheral edge of the valve body has a tapered shape corresponding to the seating surface.

多気筒内燃機関において気筒毎に独立した排気通路が第１通路と第２通路とに分岐しており、流路切換弁は、各気筒の第１通路をそれぞれ独立して閉塞することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関の排気装置。 In a multi-cylinder internal combustion engine, an exhaust passage independent for each cylinder is branched into a first passage and a second passage, and the flow path switching valve closes the first passage of each cylinder independently. An exhaust device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 8.

複数の第１通路が下流側で互いに合流しており、この合流点に流路切換弁が配置されているとともに、この合流点より下流側に、第２の触媒コンバータが配設されていることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の排気装置。 The plurality of first passages merge with each other on the downstream side, and the flow path switching valve is disposed at the junction, and the second catalytic converter is disposed downstream from the junction. An exhaust system for an internal combustion engine according to claim 9.

上記流路切換弁は、共通な回転軸に支持された複数の弁体を備え、各弁体がそれぞれ第１通路を閉塞することを特徴とする請求項９または１０に記載の内燃機関の排気装置。 The exhaust of the internal combustion engine according to claim 9 or 10, wherein the flow path switching valve includes a plurality of valve bodies supported by a common rotating shaft, and each valve body closes the first passage. apparatus.

複数の第２通路が下流側で互いに合流し、この合流点より下流側に、上記触媒コンバータが位置していることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の内燃機関の排気装置。 The exhaust system for an internal combustion engine according to any one of claims 9 to 11, wherein the plurality of second passages merge with each other on the downstream side, and the catalytic converter is located on the downstream side of the junction. .

第１通路と第２通路とが下流側において合流しており、この合流点と上流側の分岐点との間に、上記流路切換弁および上記触媒コンバータが位置していることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の内燃機関の排気装置。 The first passage and the second passage are merged on the downstream side, and the flow path switching valve and the catalytic converter are located between the junction and the upstream branch point. An exhaust system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 12.

各気筒にそれぞれ接続された気筒毎の上流側メイン通路と、
この複数の上流側メイン通路が１本の流路に合流してなる下流側メイン通路と、
この下流側メイン通路の途中に介装されたメイン触媒コンバータと、
上記上流側メイン通路の上流側部分からそれぞれ分岐するとともに該上流側メイン通路よりも通路断面積の小さな気筒毎の上流側バイパス通路と、
この複数の上流側バイパス通路が１本の流路に合流してなり、かつ下流端が上記下流側メイン通路に上記メイン触媒コンバータ上流側の位置において接続した下流側バイパス通路と、
この下流側バイパス通路の途中に介装されたバイパス触媒コンバータと、
各気筒から排出された排気が上記上流側バイパス通路へ流れるように、一対の上流側メイン通路と下流側メイン通路との合流部においてメイン流路の開閉を行う流路切換弁と、
を備え、
上記流路切換弁は、閉状態のときに上下圧力差を閉方向に受けるように、弁体が弁開口部に対しメイン流路の上流側から下流側へ向かって着座することを特徴とする内燃機関の排気装置。 An upstream main passage for each cylinder connected to each cylinder;
A plurality of upstream main passages joined together into one flow passage;
A main catalytic converter interposed in the middle of the downstream main passage;
An upstream bypass passage for each cylinder branching from the upstream portion of the upstream main passage and having a smaller sectional area than the upstream main passage;
A plurality of upstream bypass passages merged into one flow path, and a downstream end of which a downstream end is connected to the downstream main passage at a position upstream of the main catalytic converter;
A bypass catalytic converter interposed in the middle of the downstream bypass passage;
A flow path switching valve that opens and closes the main flow path at the junction between the pair of upstream main passages and the downstream main passage so that the exhaust discharged from each cylinder flows to the upstream bypass passage;
With
The flow path switching valve is characterized in that the valve element is seated from the upstream side of the main flow path to the downstream side with respect to the valve opening so as to receive a vertical pressure difference in the closing direction when in the closed state. An exhaust system for an internal combustion engine.