JPH04370312A - 内燃機関の排気装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気装置に
関し、特に、排気ガス中に二次空気を供給する内燃機関
において、特に触媒の熱劣化防止と転化効率の向上とを
両立させると共に二次空気量制御性の向上する技術に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の排気装置における排気
通路構造として、排気通路に排気ガスを浄化する触媒を
設けると共に、この触媒上流側の排気通路に二次空気導
入部を設けるようにしたものが知られている（特開昭６
１−２４７８４２号公報等参照）。

【０００３】即ち、触媒は、触媒内での排気ガスの化学
反応を促進させるために、該触媒が活性化する高温に維
持する必要があり、触媒上流側の排気通路に二次空気を
供給して排気ガスの燃焼を促進せしめ、その燃焼熱によ
り触媒の温度を高温化するようにしている。又、排気通
路に、上流側より順に空燃比検出手段としての酸素セン
サ，三元触媒を配設したものが知られている（特開昭６
２−７５０４３号公報等参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の内燃機関の排気装置にあっては、二次空気を
導入しつつ空燃比の検出を行おうとした場合、次のよう
な問題点を有していた。即ち、前者の装置のように、触
媒上流側の排気通路に二次空気導入部を設けたものでは
、排気通路の触媒と二次空気供給部との間には、後者の
装置の酸素センサを配設できず（空燃比が検出不能とな
るため）、この酸素センサを二次空気供給部よりも上流
側に配設する必要がある。

【０００５】この結果、酸素センサの位置が排気ポート
に近接し、該酸素センサへの熱的影響が問題となり、酸
素センサの劣化を発生する虞がある。逆に、後者の装置
のように、触媒上流側の排気通路に酸素センサを設けた
ものでは、排気通路の酸素センサの上流側には二次空気
供給部を配設できず（空燃比が検出不能となるため）、
この二次空気供給部を酸素センサよりも下流側に配設す
る必要がある。

【０００６】この結果、二次空気導入部が排気ポートか
ら離れた位置となり、二次空気導入部までの通路部長さ
が長く、通路部の放熱面積が広くなるため、機関暖機後
の高負荷領域での、触媒等の熱劣化防止には有利である
が、機関冷間時の低負荷領域では、排気ガス温度の低下
具合が大きく、触媒の入口温度が低温になり、触媒の転
化効率を充分に向上することができず、酸素センサの暖
機性も悪いという問題点もある。

【０００７】そこで、本発明は以上のような従来の問題
点に鑑み、排気通路の構造の改良を図り、排気通路にお
ける空燃比検出手段，二次空気導入部，触媒の配設位置
を考慮することにより、二次空気を導入しつつ空燃比の
検出を可能にすると共に、触媒の熱劣化防止と転化効率
の向上とを両立させること等を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、第１の発明の
内燃機関の排気装置は、各気筒毎に夫々排気弁を備えた
２つの排気ポートを有してなる内燃機関において、各気
筒の排気ポートに夫々連通する複数の枝通路部を、単一
の通路部から２つに分岐した分岐通路部に複数ずつ分け
て集合した排気通路構造を有し、前記一方の分岐通路部
と単一の通路部とに排気浄化用の触媒を介装する一方、
前記他方の分岐通路部と連通する枝通路部若しくは他方
の分岐通路部を通る排気ガス流量を制御する流量制御手
段と、前記触媒を介装した一方の分岐通路部に集合する
枝通路部に二次空気を導入する二次空気導入手段と、前
記他方の分岐通路部に介装される空燃比検出手段と、を
設けた構成とする。

【０００９】第２の発明の内燃機関の排気装置は、各気
筒毎に夫々排気弁を備えた２つの排気ポートを有してな
る内燃機関において、各気筒の排気ポートに夫々連通す
る複数の枝通路部を、単一の通路部から２つに分岐した
分岐通路部に複数ずつ分けて集合した排気通路構造を有
し、排気通路の少なくとも前記単一の通路部に排気浄化
用の触媒を介装する一方、前記各気筒における一方の排
気ポートと連通する枝通路部若しくは分岐通路部を開閉
する開閉手段と、前記触媒の上流側であって前記開閉手
段の開時に排気ガスが流通する枝通路部に二次空気を導
入する二次空気導入手段と、他方の排気ポートに連通す
る分岐通路部に介装される空燃比検出手段と、を設けた
構成とする。

【００１０】

【作用】第１の発明において、例えば機関冷間時の部分
負荷領域では、流量制御手段によって通路を絞り、かつ
二次空気を導入させる。これにより、各気筒から排出さ
れる排気ガスは一方の排気ポートから一方の枝通路部を
通り、触媒を経て分岐通路部に至り、更に、単一の通路
部を通り、触媒を経て排出される。又、排気ガスは他方
の排気ポートから他方の枝通路部に至り、該枝通路部の
流量制御手段によって流量が絞られて分岐通路部に至り
、該分岐通路部における空燃比検出手段を経て、更に、
単一の通路部を通り、触媒を経て排出される。

【００１１】又、機関暖機後の高負荷領域には、流量制
御手段により通路に排気ガスの全流量が流通するように
し、かつ二次空気を導入させる。これにより、各気筒か
ら排出される排気ガスは両方の排気ポートから両方の枝
通路部を通り、一方の枝通路部から触媒を経て分岐通路
部に至り、他方の枝通路部から分岐通路部に至り、更に
、両分岐通路部から単一の通路部に至り、触媒を経て排
出される。

【００１２】以上のように、機関冷間時の部分負荷領域
では、流量制御手段によって一方の枝通路部を通過する
排気ガス流量を絞るようにしているため、気筒毎の排気
ガスの全量が通過する通路部の放熱面積は従来に比較し
て低減される。この結果、排気ガスの放熱量が低減され
、二次空気を導入しても、触媒入口温度は従来よりも高
温に保たれ、触媒の転化効率が大幅に向上する。

【００１３】更に、一方の枝通路部にも少量の排気ガス
が流通して、空燃比検出手段に接触するため、二次空気
を導入しつつ空燃比検出手段による空燃比検出が可能と
なり、検出される空燃比に応じて二次空気導入量の精度
良好なフィードバック制御も可能となる。又、機関暖機
後の高負荷領域には、排気ガスが夫々完全に開放された
両方の枝通路部と、両方の分岐通路部を介して流れるた
め、気筒毎の排気ガスの全量が通過する通路部の放熱面
積は従来に比較して増大される。この結果、排気ガスの
放熱量が増大し、触媒の熱劣化を防止することができる
。

【００１４】この場合にも、当然二次空気を導入しつつ
空燃比検出手段による空燃比検出が可能となり、冷間時
同様に空燃比検出手段によって検出される空燃比に応じ
て二次空気導入量の精度良好なフィードバック制御も可
能となる。第２の発明において、例えば機関冷間時の部
分負荷領域では、開閉手段を閉塞すると共に、二次空気
導入を停止させる。これにより、各気筒から排出される
排気ガスは一方の排気ポートのみから一方の枝通路部を
通り、空燃比検出手段に接触し、触媒を経て分岐通路部
に至り、更に、単一の通路部を通り、触媒を経て排出さ
れる。

【００１５】又、機関冷間時及び暖機後の高負荷領域で
は、開閉手段が開放されると共に、二次空気が導入され
る。これにより、各気筒から排出される排気ガスは両方
の排気ポートから両方の枝通路部を通る。以上のように
、機関冷間時の部分負荷領域では、気筒毎の排気ガスの
全量が通過する通路部の放熱面積は従来に比較して低減
され、又、他方の排気ポートに連通する分岐通路部に空
燃比検出手段を介装しているため、空燃比検出手段の暖
機性が向上される。

【００１６】又、機関冷間時の高負荷領域では、二次空
気を導入しつつ空燃比検出手段による空燃比検出が可能
となり、該空燃比検出手段によって検出される空燃比に
応じて二次空気導入量の精度良好なフィードバック制御
も可能となる。更に、機関暖機後の高負荷領域には、気
筒毎の排気ガスの全量が通過する通路部の放熱面積は従
来に比較して増大される。この結果、排気ガスの放熱量
が増大し、空燃比検出手段及び触媒の熱劣化を防止する
ことができる。

【００１７】この場合にも、当然二次空気を導入しつつ
空燃比検出手段による空燃比検出が可能となり、冷間時
同様に空燃比検出手段によって検出される空燃比に応じ
て二次空気導入量の精度良好なフィードバック制御も可
能となる。

【００１８】

【実施例】以下、添付された図面を参照して本発明を詳
述する。図１は請求項１に対応する実施例を示す。この
図において、内燃機関Ｅの各気筒＃１〜＃４毎に夫々排
気弁を備えた２つの排気ポート１，２が設けられており
、その排気通路構造は次のようである。

【００１９】即ち、前記各気筒＃１〜＃４の排気ポート
１，２には夫々枝通路部３，４が連通接続されている。 各気筒＃１〜＃４において夫々一方の排気ポート１に連
通接続される複数の枝通路部３は夫々合流して単一の分
岐通路部５に接続され、他方の排気ポート２に連通接続
される複数の枝通路部４は夫々合流して単一の分岐通路
部６に接続される。両方の分岐通路部５，６は更に合流
して単一の通路部（以下、フロントチューブ部と言う）
７に接続される。

【００２０】ここで、上述の構造の排気通路のうちフロ
ントチューブ部７と、一方の排気ポート２に連通接続さ
れる複数の枝通路部４相互の合流部とには、夫々排気浄
化用の触媒８，９が介装される。そして、前記各気筒＃
１〜＃４における一方の排気ポート１と連通する枝通路
部３の排気ポート１の直下流には、夫々流量制御手段と
しての絞り弁１０が介装される。これら絞り弁１０は、
弁体１０Ａの外周部に円弧状の切欠部１０ａを設けた構
成であり、開放時には枝通路部３を完全に開通させ、閉
塞時には切欠部１０ａのみを介して少量の排気ガスが流
通するように枝通路部３を絞るものである。かかる絞り
弁１０同士は共通の回転駆動軸１１によって連係され、
該回転駆動軸１１の一端部には、該軸１１を回転駆動す
るアクチュエータ１２が連結される。このアクチュエー
タ１２は、コントロールユニット１３から出力される制
御信号に基づいて駆動され、絞り弁１０を開閉制御する
。

【００２１】この場合、コントロールユニット１３には
、機関温度を代表する機関冷却水温度を検出する水温セ
ンサ１４、吸気通路の吸気負圧センサ１５，機関回転数
センサ１６等の機関運転状態検出手段から出力される検
出信号が入力され、これら水温，吸気負圧，機関回転数
等の機関運転状態に基づいてアクチュエータ１２を制御
する。

【００２２】一方、前記触媒９を介装した一方の分岐通
路部６に集合する枝通路部、即ち、各気筒＃１〜＃４に
おける排気ポート１と連通する枝通路部４に二次空気を
導入する二次空気導入手段が設けられている。この二次
空気導入手段は、例えば、機関Ｅの吸気系に接続した二
次空気導入管１７を一つの枝通路部４に連通させた構成
で、該二次空気導入管１７には二次空気制御弁１８が介
装される。この二次空気制御弁１８を駆動するアクチュ
エータ２１が設けられており、このアクチュエータ２１
は、コントロールユニット１３から出力される制御信号
に基づいて駆動され、二次空気制御弁１８の開度を制御
する。この場合、コントロールユニット１３は、前記水
温，吸気負圧，機関回転数等に基づいてアクチュエータ
２１を制御する。

【００２３】前記分岐通路部５には空燃比検出手段とし
ての酸素センサ１９が介装される。この酸素センサ１９
からは排気ガス中の酸素濃度に対応した信号がコントロ
ールユニット１３に対して出力され、該コントロールユ
ニット１３はこの信号に基づいて機関の空燃比を制御す
るべく燃料供給量制御を実行する。かかる構成において
、例えば機関冷間時の部分負荷領域では、コントロール
ユニット１３から出力される制御信号に基づいて、各ア
クチュエータ１３，２１が制御されて、絞り弁１０が閉
塞されると共に、制御弁１８によって二次空気の導入量
が制御される。これにより、各気筒＃１〜＃４から排出
される排気ガスは一方の排気ポート２から一方の枝通路
部４を通り、触媒９を経て分岐通路部６に至り、更に、
フロントチューブ部７を通り、触媒８を経て排出される
。又、排気ガスは他方の排気ポート１から他方の枝通路
部３に至り、該枝通路部３の絞り弁１０の切欠部１０ａ
によって流量が絞られて分岐通路部５に至り、該分岐通
路部５における酸素センサ１９を経て、更に、フロント
チューブ部７を通り、触媒８を経て排出される。

【００２４】このとき、二次空気導入管１７から一方の
枝通路部４にそのときの機関運転状態に応じて制御され
た二次空気が導入され、二次空気が排気ガス中に供給さ
れる。又、機関暖機後の高負荷領域には、絞り弁１０を
開放する。これにより、各気筒＃１〜＃４から排出され
る排気ガスは両方の排気ポート１，２から両方の枝通路
部３，４を通り、一方の枝通路部４から触媒９を経て分
岐通路部６に至り、他方の枝通路部３から分岐通路部５
に至り、更に、両分岐通路部５，６からフロントチュー
ブ部７に至り、触媒８を経て排出される。そして、二次
空気導入管１７から一方の枝通路部４にそのときの機関
運転状態に応じて制御された二次空気が導入され、二次
空気が排気ガス中に供給される。

【００２５】以上のように、機関冷間時の部分負荷領域
では、絞り弁１０によって一方の枝通路部３を通過する
排気ガス流量を絞るようにしているため、気筒＃１〜＃
４毎の排気ガスの全量が通過する通路部の放熱面積は従
来に比較して約３０％程度低減される。この結果、排気
ガスの放熱量が低減され、二次空気を導入しても、触媒
８，９入口温度は従来よりも高温に保たれ、触媒８，９
の転化効率が大幅に向上する。

【００２６】更に、一方の枝通路部３にも少量の排気ガ
スが流通し、分岐通路部５において、酸素センサ１９に
接触するため、二次空気を導入しつつ酸素センサ１９に
よる空燃比検出が可能となり、酸素センサ１９によって
検出される空燃比に応じて二次空気導入量の精度良好な
フィードバック制御も可能となる。一方、機関暖機後の
高負荷領域には、排気ガスが完全に開放された両方の枝
通路部３，４と、両方の分岐通路部５，６を介して流れ
るため、気筒＃１〜＃４毎の排気ガスの全量が通過する
通路部の放熱面積は従来に比較して約４０％程度増大さ
れる。この結果、排気ガスの放熱量が増大し、触媒８，
９の熱劣化を防止することができる。

【００２７】この場合にも、当然二次空気を導入しつつ
酸素センサ１９による空燃比検出が可能となり、冷間時
同様に酸素センサ１９によって検出される空燃比に応じ
て二次空気導入量の精度良好なフィードバック制御も可
能となる。図２及び図３には請求項１に対応する他の実
施例を示す。図２の実施例は、分岐通路部５に絞り弁１
０を設け、この絞り弁１０の制御によって各気筒＃１〜
＃４における一方の排気ポート１と連通する枝通路部３
から流れてくる排気ガス流量を制御するようにし、分岐
通路部５の絞り弁１０上流側に酸素センサを介装したも
のである。

【００２８】図３の実施例は、図２の実施例と同様の位
置に絞り弁１０を設けると共に、図１及び図２の実施例
で各気筒＃１〜＃４の排気ポート１，２に夫々独立して
連通接続していた枝通路部３，４を排気ポート１，２と
の連通部で一体化して相互に連通させるようにしたもの
である。かかる実施例によると、夫々絞り弁１０を単一
設ければ良いだけであるから、構造的に簡略化でき、コ
スト的に有利である。特に、図３の実施例では、枝通路
部の構成の簡略化を図れる。

【００２９】尚、図１及び図２の実施例にあっては、二
次空気と排気ガスとが混合したガスが酸素センサ１９側
には流れないため、空燃比の検出精度が高い。図４及び
図５には請求項２に対応する実施例を示す。即ち、図４
において、枝通路部３の排気ポート１の直下流には、夫
々開閉手段としての開閉弁２０が介装される。これら開
閉弁２０同士を連係する回転駆動軸１１と、該軸１１を
回転駆動するアクチュエータ１２とが設けられる。この
アクチュエータ１２は、コントロールユニット１３から
出力される制御信号に基づいて駆動され、開閉弁２０を
開閉制御する。

【００３０】一方、前記触媒８の上流側であって前記開
閉弁２０の開時に排気ガスが流通する通路部に、即ち、
各気筒＃１〜＃４における排気ポート１と連通する枝通
路部３に二次空気を導入する二次空気導入手段が設けら
れている。この二次空気導入手段は、二次空気導入管１
７と二次空気制御弁１８とアクチュエータ２１とからな
り、アクチュエータ２１は、コントロールユニット１３
から出力される制御信号に基づいて駆動され、二次空気
制御弁１８の開度を制御する。

【００３１】前記枝通路部４同士の合流部であって、触
媒９の直上流側には酸素センサ１９が介装される。かか
る構成において、例えば機関冷間時の部分負荷領域では
、コントロールユニット１３から出力される制御信号に
基づいて、各アクチュエータ１３，２１が制御されて、
開閉弁２０が閉塞されると共に、制御弁１８によって二
次空気導入管が閉塞される。これにより、各気筒＃１〜
＃４から排出される排気ガスは一方の排気ポート２のみ
から一方の枝通路部４を通り、酸素センサ１９に接触し
、触媒９を経て分岐通路部６に至り、更に、フロントチ
ューブ部７を通り、触媒８を経て排出される。

【００３２】又、機関冷間時及び暖機後の高負荷領域で
は、コントロールユニット１３から出力される制御信号
に基づいて、各アクチュエータ１３，２１が制御されて
、開閉弁２０が開放されると共に、制御弁１８によって
二次空気導入管が開放されかつその導入量が制御される
。これにより、各気筒＃１〜＃４から排出される排気ガ
スは両方の排気ポート２から両方の枝通路部４を通る。 そして、二次空気導入管１７から一方の枝通路部４にそ
のときの機関運転状態に応じて制御された二次空気が導
入され、二次空気が排気ガス中に供給される。

【００３３】以上のように、機関冷間時の部分負荷領域
では、気筒＃１〜＃４毎の排気ガスの全量が通過する通
路部の放熱面積は従来に比較して約３０％程度低減され
、又、枝通路部４の集合部に酸素センサ１９を介装して
いるため、該酸素センサ１９の暖機性が向上される。 又、機関冷間時の高負荷領域では、二次空気を導入しつ
つ酸素センサ１９による空燃比検出が可能となり、酸素
センサ１９によって検出される空燃比に応じて二次空気
導入量の精度良好なフィードバック制御も可能となる。

【００３４】更に、機関暖機後の高負荷領域には、気筒
＃１〜＃４毎の排気ガスの全量が通過する通路部の放熱
面積は従来に比較して約４０％程度増大される。この結
果、排気ガスの放熱量が増大し、酸素センサ１９並びに
触媒８，９の熱劣化を防止することができる。この場合
にも、当然二次空気を導入しつつ酸素センサ１９による
空燃比検出が可能となり、冷間時同様に酸素センサ１９
によって検出される空燃比に応じて二次空気導入量の精
度良好なフィードバック制御も可能となる。

【００３５】図５の実施例は、分岐通路部５に開閉弁２
０を設けると共に、枝通路部３，４を排気ポート１，２
との連通部で一体化して相互に連通させるようにしたも
のである。かかる実施例によると、夫々開閉弁２０を単
一設ければ良いだけであるから、構造的に簡略化でき、
枝通路部の構成の簡略化も図れるためコスト的に有利で
ある。

【００３６】尚、以上のように、特定の実施例を参照し
て本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、当該技術分野における熟練者等により、本発
明に添付された特許請求の範囲から逸脱することなく、
種々の変更及び修正が可能であるとの点に留意すべきで
ある。例えば、本発明の流量制御手段として、上記の実
施例においては絞り弁を適用したが、開閉弁によって開
閉される通路の開閉弁上・下流間を連通するバイパス通
路を設ける構成としても良い。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、各気筒の
排気ポートに夫々連通する複数の枝通路部を、単一の通
路部から２つに分岐した分岐通路部に複数ずつ分けて集
合した排気通路構造にし、排気通路における空燃比検出
手段，二次空気導入部，触媒の配設位置を考慮すること
により、二次空気を導入しつつ空燃比の検出が可能とな
ると共に、触媒の熱劣化防止と転化効率の向上とを両立
させることができ、又、空燃比検出手段の暖機性向上と
熱劣化防止をも図ることができる等の利点を有する有用
性大なるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明に係る内燃機関の排気装置の一実施
例を示す平面断面図

【図２】　　他の実施例の平面断面図

【図３】　　更に他の実施例の平面断面図

【図４】　　
更に他の実施例の平面断面図

【図５】　　更に他の実施
例の平面断面図

【符号の説明】

１　　排気ポート ２　　排気ポート ３　　枝通路部 ４　　枝通路部 ５　　分岐通路部 ６　　分岐通路部 ７　　フロントチューブ部 ８　　触媒 ９　　触媒 １０　　絞り弁 １７　　二次空気導入管 １９　　酸素センサ ２０　　開閉弁 Ｅ　　内燃機関

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各気筒毎に夫々排気弁を備えた２つの排気
   ポートを有してなる内燃機関において、各気筒の排気ポ
   ートに夫々連通する複数の枝通路部を、単一の通路部か
   ら２つに分岐した分岐通路部に複数ずつ分けて集合した
   排気通路構造を有し、前記一方の分岐通路部と単一の通
   路部とに排気浄化用の触媒を介装する一方、前記他方の
   分岐通路部と連通する枝通路部若しくは他方の分岐通路
   部を通る排気ガス流量を制御する流量制御手段と、前記
   触媒を介装した一方の分岐通路部に集合する枝通路部に
   二次空気を導入する二次空気導入手段と、前記他方の分
   岐通路部に介装される空燃比検出手段と、を設けたこと
   を特徴とする内燃機関の排気装置。
2. 【請求項２】各気筒毎に夫々排気弁を備えた２つの排気
   ポートを有してなる内燃機関において、各気筒の排気ポ
   ートに夫々連通する複数の枝通路部を、単一の通路部か
   ら２つに分岐した分岐通路部に複数ずつ分けて集合した
   排気通路構造を有し、排気通路の少なくとも前記単一の
   通路部に排気浄化用の触媒を介装する一方、前記各気筒
   における一方の排気ポートと連通する枝通路部若しくは
   分岐通路部を開閉する開閉手段と、前記触媒の上流側で
   あって前記開閉手段の開時に排気ガスが流通する枝通路
   部に二次空気を導入する二次空気導入手段と、他方の排
   気ポートに連通する分岐通路部に介装される空燃比検出
   手段と、を設けたことを特徴とする内燃機関の排気装置
   。