JP2001059446A - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
Exhaust gas purification device for internal combustion engineInfo
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 機関始動、暖機運転時に大気中に排出される
未燃HCを大巾に低減する。
【解決手段】 排気マニホルド19の枝管19aを連通
管20により互いに連通する。排気管23内に排気制御
弁24を配置する。機関始動および暖機運転時に排気制
御弁24をほぼ全閉せしめ、膨張行程中に副燃料を追加
噴射する。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To significantly reduce unburned HC discharged into the atmosphere during engine start and warm-up operation. SOLUTION: Branch pipes 19a of an exhaust manifold 19 are connected to each other by a communication pipe 20. An exhaust control valve 24 is arranged in the exhaust pipe 23. When the engine is started and the engine is warmed up, the exhaust control valve 24 is almost completely closed, and additional fuel is injected during the expansion stroke.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関する。The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine.
【0002】[0002]
【従来の技術】ディーゼル機関においては機関の低速低
負荷運転時、特に機関の暖機運転時には燃焼室内の温度
が低くなり、その結果多量の未燃HCが発生する。そこ
で機関排気通路内に排気制御弁を配置し、機関低速低負
荷運転時に排気制御弁を閉弁すると共に燃料噴射量を大
巾を増量することにより燃焼室内の温度を高めて噴射燃
料を燃焼室内で完全燃焼させ、それによって未燃HCの
発生量を抑制するようにしたディーゼル機関が公知であ
る(特開昭49−80414号公報参照)。2. Description of the Related Art In a diesel engine, the temperature in a combustion chamber becomes low during low-speed low-load operation of the engine, particularly during warm-up operation of the engine, and as a result, a large amount of unburned HC is generated. Therefore, an exhaust control valve is arranged in the engine exhaust passage, the exhaust control valve is closed during low-speed engine low-load operation, and the fuel injection amount is increased to increase the temperature of the combustion chamber to increase the temperature of the combustion chamber and thereby inject the injected fuel into the combustion chamber. There is known a diesel engine in which combustion is completely performed by the above-described method to thereby suppress the amount of unburned HC generated (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 49-80414).
【0003】また、機関排気通路内に排気浄化用触媒を
配置した場合には触媒温度が十分に高くならないと触媒
による良好な排気浄化作用は行われない。そこで機関の
出力を発生させるための主燃料の噴射に加え副燃料を膨
張行程中に噴射し、副燃料を燃焼させることにより排気
ガス温を上昇させ、それによって触媒の温度を上昇させ
るようにした内燃機関が公知である(特開平8−303
290号公報および特開平10−212995号公報参
照)。In addition, when an exhaust gas purifying catalyst is disposed in an engine exhaust passage, a satisfactory exhaust gas purifying action cannot be performed by the catalyst unless the catalyst temperature becomes sufficiently high. Therefore, in addition to the injection of the main fuel for generating the engine output, the auxiliary fuel is injected during the expansion stroke, and the auxiliary fuel is burned to raise the exhaust gas temperature, thereby raising the temperature of the catalyst. BACKGROUND ART Internal combustion engines are known (Japanese Patent Laid-Open No. 8-303).
290 and JP-A-10-212995).
【0004】また、従来より未燃HCを吸着しうる触媒
が知られている。この触媒は周囲の圧力が高くなればな
るほど未燃HCの吸着量が増大し、周囲の圧力が低くな
ると吸着した未燃HCを放出する性質を有する。そこで
この性質を利用して触媒から放出された未燃HCにより
NOx を還元するために、機関排気通路内にこの触媒を
配置すると共に触媒下流の機関排気通路内に排気制御弁
を配置し、NOx の発生量の少ない機関低速低負荷運転
時には機関出力の発生のための主燃料に加え少量の副燃
料を膨張行程中又は排気行程中に噴射して多量の未燃H
Cを燃焼室から排出させ、更にこのとき機関の出力低下
が許容範囲内に納まるように排気制御弁を比較的に小さ
な開度まで閉弁することにより排気通路内の圧力を高め
て燃焼室から排出される多量の未燃HCを触媒内に吸着
させ、NOx の発生量の多い機関高速又は高負荷運転時
には排気制御弁を全開にして排気通路内の圧力を低下さ
せ、このとき触媒から放出される未燃HCによってNO
x を還元するようにした内燃機関が公知である(特開平
10−238336号公報参照)。[0004] Further, a catalyst capable of adsorbing unburned HC has been conventionally known. This catalyst has a property that the adsorbed amount of unburned HC increases as the surrounding pressure increases, and releases the adsorbed unburned HC as the surrounding pressure decreases. Therefore, in order to reduce NO x by unburned HC released from the catalyst by utilizing this property, this catalyst is arranged in the engine exhaust passage and an exhaust control valve is arranged in the engine exhaust passage downstream of the catalyst, During low-speed engine low-load operation with a small amount of NO x generated, a small amount of auxiliary fuel is injected during the expansion stroke or the exhaust stroke in addition to the main fuel for generating the engine output, thereby generating a large amount of unburned H.
C is discharged from the combustion chamber, and at this time, the pressure in the exhaust passage is increased by closing the exhaust control valve to a relatively small opening so that the engine output falls within an allowable range. a large amount of unburned HC discharged is adsorbed on the catalyst, is in the event a large amount of engine high speed or high load operation of the NO x reducing the pressure in the exhaust passage in the fully opened exhaust valve, released from the catalyst at this time NO by unburned HC
An internal combustion engine configured to reduce x is known (see Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-238336).
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】さて、現在ディーゼル
機関はもとより火花点火式内燃機関においても機関低負
荷運転時、特に機関の暖機運転時に発生する未燃HCの
量をいかにして低減するかが大きな問題となっている。
そこで本発明者はこの問題を解決すべく実験研究を行
い、その結果機関の暖機運転時等において大気中に排出
される未燃HCの量を大巾に低減するためには燃焼室内
における未燃HCの発生量を低減しかつ同時に排気通路
内における未燃HCの低減量を増大しなければならない
ことが判明したのである。Now, how to reduce the amount of unburned HC generated in a low-load engine operation, particularly in a warm-up operation of the engine, not only in a diesel engine but also in a spark ignition type internal combustion engine at present. Is a major problem.
Therefore, the present inventor conducted experimental research to solve this problem. As a result, in order to significantly reduce the amount of unburned HC discharged into the atmosphere during a warm-up operation of the engine or the like, unburned HC in the combustion chamber was required. It has been found that the amount of combustion HC must be reduced and the amount of reduction of unburned HC in the exhaust passage must be increased at the same time.
【0006】具体的に言うと、膨張行程中又は排気行程
中に燃焼室内に副燃料を追加噴射してこの副燃料を燃焼
させ、機関排気ポートの出口から距離を隔てた機関排気
通路内に排気制御弁を設けてこの排気制御弁をほぼ全閉
させると、これら副燃料の燃焼と排気制御弁による排気
絞り作用との相乗効果によって燃焼室内における未燃H
Cの発生量が低減すると共に排気通路内における未燃H
Cの低減量が増大し、斯くして大気中に排出される未燃
HCの量を大巾に低減しうることが判明したのである。More specifically, during the expansion stroke or the exhaust stroke, additional fuel is injected into the combustion chamber to burn the fuel, and the exhaust gas is discharged into the engine exhaust passage at a distance from the outlet of the engine exhaust port. When a control valve is provided and the exhaust control valve is almost fully closed, the unburned H2 in the combustion chamber is generated due to the synergistic effect of combustion of these auxiliary fuels and the exhaust throttle action of the exhaust control valve.
The amount of C generated is reduced and unburned H in the exhaust passage is reduced.
It has been found that the amount of reduction of C is increased, and thus the amount of unburned HC discharged into the atmosphere can be significantly reduced.
【0007】もう少し詳しく言うと、副燃料が噴射され
ると副燃料自身が燃焼せしめられるばかりでなく主燃料
の燃え残りである未燃HCが燃焼室内で燃焼せしめられ
る。従って燃焼室内で発生する未燃HCの量が大巾に低
減するばかりでなく、主燃料の燃え残りである未燃HC
および副燃料が燃焼せしめられるので既燃ガス温がかな
り高温となる。More specifically, when the auxiliary fuel is injected, not only the auxiliary fuel itself is burned, but also unburned HC, which is the unburned main fuel, is burned in the combustion chamber. Therefore, not only is the amount of unburned HC generated in the combustion chamber significantly reduced, but also the unburned HC remaining as unburned main fuel is reduced.
In addition, the burned gas temperature becomes considerably high because the auxiliary fuel is burned.
【0008】一方、排気制御弁がほぼ全閉せしめられる
と機関の排気ポートから排気制御弁に到る排気通路内の
圧力、即ち背圧がかなり高くなる。背圧が高いというこ
とは燃焼室内から排出された排気ガス温がさほど低下し
ないことを意味しており、従って排気ポート内における
排気ガス温はかなり高温となっている。一方、背圧が高
いということは排気ポート内に排出された排気ガスの流
速が遅いことを意味しており、従って排気ガスは高温の
状態で排気制御弁上流の排気通路内に長時間に亘って滞
留することになる。この間に排気ガス中に含まれる未燃
HCが酸化せしめられ、斯くして大気中に排出される未
燃HCの量が大巾に低減されることになる。On the other hand, when the exhaust control valve is almost fully closed, the pressure in the exhaust passage from the exhaust port of the engine to the exhaust control valve, that is, the back pressure, becomes considerably high. The high back pressure means that the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber does not drop so much, and the temperature of the exhaust gas in the exhaust port is considerably high. On the other hand, a high back pressure means that the flow rate of the exhaust gas discharged into the exhaust port is low, and therefore, the exhaust gas is kept at a high temperature in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve for a long time. Will stay. During this time, the unburned HC contained in the exhaust gas is oxidized, and the amount of unburned HC discharged into the atmosphere is greatly reduced.
【0009】この場合、もし副燃料を噴射しなかった場
合には主燃料の燃え残りの未燃HCがそのまま残存する
ために燃焼室内において多量の未燃HCが発生する。ま
た副燃料を噴射しなかった場合には燃焼室内の既燃ガス
温がさほど高くならないためにこのときたとえ排気制御
弁をほぼ全閉させても排気制御弁上流の排気通路内での
未燃HCの十分な酸化作用は期待できない。従ってこの
ときには多量の未燃HCが大気中に排出されることにな
る。In this case, if the auxiliary fuel is not injected, a large amount of unburned HC is generated in the combustion chamber since unburned HC remaining unburned in the main fuel remains as it is. If the auxiliary fuel is not injected, the temperature of the burned gas in the combustion chamber does not increase so much. Therefore, even if the exhaust control valve is almost fully closed at this time, the unburned HC in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve is not used. Cannot be expected to have a sufficient oxidizing effect. Therefore, at this time, a large amount of unburned HC is discharged into the atmosphere.
【0010】一方、排気制御弁による排気絞り作用を行
わない場合でも副燃料を噴射すれば燃焼室内で発生する
未燃HCの発生量は低減し、燃焼室内の既燃ガス温は高
くなる。しかしながら排気制御弁による排気絞り作用を
行わない場合には燃焼室から排気ガスが排出されるや否
や排気ガス圧はただちに低下し、斯くして排気ガス温も
ただちに低下する。従ってこの場合には排気通路内にお
ける未燃HCの酸化作用はほとんど期待できず、斯くし
てこのときにも多量の未燃HCが大気中に排出されるこ
とになる。On the other hand, even when the exhaust control valve does not perform the exhaust throttling function, if the auxiliary fuel is injected, the amount of unburned HC generated in the combustion chamber is reduced, and the temperature of the burned gas in the combustion chamber is increased. However, if the exhaust control valve does not perform the exhaust throttling action, the exhaust gas pressure immediately drops as soon as the exhaust gas is exhausted from the combustion chamber, and thus the exhaust gas temperature immediately drops. Therefore, in this case, almost no oxidizing action of the unburned HC in the exhaust passage can be expected, and thus also at this time, a large amount of unburned HC is discharged into the atmosphere.
【0011】即ち、大気中に排出される未燃HCの量を
大巾に低減するためには副燃料を噴射しかつ同時に排気
制御弁をほぼ全閉にしなければならないことになる。前
述の特開昭49−80414号公報に記載されたディー
ゼル機関では副燃料が噴射されず、主燃料の噴射量が大
巾に増大せしめられるので排気ガス温は上昇するが極め
て多量の未燃HCが燃焼室内で発生する。このように燃
焼室内において極めて多量の未燃HCが発生するとたと
え排気通路内において未燃HCの酸化作用が行われたと
しても一部の未燃HCしか酸化されないので多量の未燃
HCが大気中に排出されることになる。That is, in order to significantly reduce the amount of unburned HC discharged into the atmosphere, it is necessary to inject the auxiliary fuel and at the same time to close the exhaust control valve almost completely. In the diesel engine described in JP-A-49-80414, the auxiliary fuel is not injected, and the injection amount of the main fuel is greatly increased. Are generated in the combustion chamber. When an extremely large amount of unburned HC is generated in the combustion chamber in this way, even if the unburned HC is oxidized in the exhaust passage, only a part of the unburned HC is oxidized, so that a large amount of unburned HC is discharged to the atmosphere. Will be discharged.
【0012】一方、前述の特開平8−303290号公
報又は特開平10−212995号公報に記載された内
燃機関では排気制御弁による排気絞り作用が行われてい
ないので排気通路内における未燃HCの酸化作用はほと
んど期待できない。従ってこの内燃機関においても多量
の未燃HCが大気中に排出されることになる。また前述
の特開平10−238336号公報に記載された内燃機
関では機関の出力低下が許容範囲内に納まるように排気
制御弁が比較的小さな開度まで閉弁せしめられる。しか
しながら機関の出力低下が許容範囲内に納まる程度の排
気制御弁の閉弁量では背圧はそれほど高くなっていな
い。On the other hand, in the internal combustion engine described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-303290 or Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-212995, since the exhaust throttle function is not performed by the exhaust control valve, the unburned HC in the exhaust passage is reduced. Oxidation can hardly be expected. Therefore, even in this internal combustion engine, a large amount of unburned HC is discharged into the atmosphere. Further, in the internal combustion engine described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-238336, the exhaust control valve is closed to a relatively small opening so that the output reduction of the engine falls within an allowable range. However, the back pressure is not so high with the closing amount of the exhaust control valve such that the output of the engine falls within an allowable range.
【0013】また、この内燃機関では触媒に吸着すべき
未燃HCを発生させるために少量の副燃料が膨張行程中
又は排気行程中に噴射される。この場合、副燃料が良好
に燃焼せしめられれば未燃HCが発生しなくなるのでこ
の内燃機関では副燃料が良好に燃焼しないように副燃料
の噴射制御を行っているものと考えられる。従ってこの
内燃機関では少量の副燃料が既燃ガス温の温度上昇には
さほど寄与していないものと考えられる。Further, in this internal combustion engine, a small amount of auxiliary fuel is injected during an expansion stroke or an exhaust stroke in order to generate unburned HC to be adsorbed by a catalyst. In this case, if the auxiliary fuel is satisfactorily burned, unburned HC will not be generated. Therefore, it is considered that the injection control of the auxiliary fuel is performed in this internal combustion engine so that the auxiliary fuel is not satisfactorily burned. Therefore, in this internal combustion engine, it is considered that a small amount of auxiliary fuel does not significantly contribute to the increase in the temperature of the burned gas.
【0014】このようにこの内燃機関では多量の未燃H
Cが燃焼室内において発生せしめられ、しかも背圧はそ
れほど高くならず既燃ガス温もさほど温度上昇しないと
考えられるので排気通路内においても未燃HCはさほど
酸化されないものと考えられる。この内燃機関ではでき
るだけ多量の未燃HCを触媒に吸着させることを目的と
しており、従ってこのように考えるのが理にかなってい
ると言える。Thus, in this internal combustion engine, a large amount of unburned H
Since C is generated in the combustion chamber and the back pressure is not so high and the temperature of the burned gas does not increase so much, it is considered that unburned HC is not oxidized so much in the exhaust passage. The purpose of this internal combustion engine is to adsorb as much unburned HC as possible to the catalyst, and thus it can be said that it is reasonable to think in this way.
【0015】本発明の目的は機関の安定した運転を確保
しつつ大気中に排出される未燃HCの量を大巾に低減す
ることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供すること
にある。An object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine capable of greatly reducing the amount of unburned HC discharged into the atmosphere while ensuring stable operation of the engine.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に1番目の発明では、排気マニホルドの各枝管を夫々対
応する機関排気ポートの出口に接続し、排気マニホルド
の出口に接続された排気通路内に排気制御弁を配置し、
大気中への未燃HCの排出量を低減すべきであると判断
されたときには排気制御弁をほぼ全閉にすると共に、機
関出力を発生するために燃焼室内に噴射された主燃料を
空気過剰のもとで燃焼させることに加え副燃料を副燃料
が燃焼しうる膨張行程中又は排気行程中の予め定められ
た時期に燃焼室内に追加噴射し、機関排気ポート又は排
気マニホルド枝管に機関排気ポートおよび排気マニホル
ド内において発生する排気脈動を低減するための排気脈
動低減手段を設けている。According to a first aspect of the present invention, each branch pipe of an exhaust manifold is connected to an outlet of a corresponding engine exhaust port, and an exhaust pipe connected to an outlet of the exhaust manifold is provided. Place an exhaust control valve in the passage,
When it is determined that the emission of unburned HC into the atmosphere should be reduced, the exhaust control valve is almost fully closed, and the main fuel injected into the combustion chamber to generate engine output is over-aired. The auxiliary fuel is additionally injected into the combustion chamber at a predetermined time during an expansion stroke or an exhaust stroke in which the auxiliary fuel can burn, and the engine exhaust gas is supplied to an engine exhaust port or an exhaust manifold branch pipe. Exhaust pulsation reducing means for reducing exhaust pulsation generated in the port and the exhaust manifold is provided.
【0017】2番目の発明では1番目の発明において、
排気脈動低減手段が排気マニホルドの各枝管内を互いに
連通させる連通管からなる。3番目の発明では2番目の
発明において、各連通管内に排気制御弁がほぼ全閉せし
められたときには開弁し、排気制御弁が全開せしめられ
たときには閉弁する開閉弁が配置されている。In the second invention, in the first invention,
The exhaust pulsation reducing means includes a communication pipe that communicates each branch pipe of the exhaust manifold with each other. According to a third aspect, in the second aspect, an on-off valve which opens when the exhaust control valve is substantially fully closed and closes when the exhaust control valve is fully opened is provided in each communication pipe.
【0018】4番目の発明では1番目の発明において、
排気制御弁がほぼ全閉せしめられたときには同一の機関
運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合の
機関の発生トルクに近づくように同一の機関運転状態の
もとで排気制御弁が全開せしめられた場合に比べて主燃
料の噴射量を増量させるようにしている。5番目の発明
では1番目の発明において、排気マニホルドの各枝管内
に夫々触媒が配置されている。In the fourth invention, in the first invention,
When the exhaust control valve is almost fully closed, the exhaust control valve is operated under the same engine operating condition so as to approach the generated torque of the engine when the exhaust control valve is fully opened under the same engine operating condition. , The main fuel injection amount is increased as compared with the case where the valve is fully opened. In a fifth aspect based on the first aspect, a catalyst is disposed in each branch pipe of the exhaust manifold.
【0019】6番目の発明では1番目の発明において、
排気マニホルドの出口に接続された排気通路内に触媒が
配置されている。In the sixth invention, in the first invention,
A catalyst is located in an exhaust passage connected to the outlet of the exhaust manifold.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】図1および図2は本発明を成層燃
焼式内燃機関に適用した場合を示している。しかしなが
ら本発明は均一リーン空燃比のもとで燃焼が行われる火
花点火式内燃機関、および空気過剰のもとで燃焼が行わ
れるディーゼル機関にも適用することができる。1 and 2 show a case where the present invention is applied to a stratified combustion internal combustion engine. However, the present invention is also applicable to spark-ignition internal combustion engines that burn under a uniform lean air-fuel ratio and diesel engines that burn under excess air.
【0021】図1を参照すると、1は機関本体を示し、
機関本体1は1番気筒#1、2番気筒#2、3番気筒#
3および4番気筒#4からなる4つの気筒を有する。図
2は各気筒#1,#2,#3,#4の側面断面図を示し
ている。図2を参照すると、2はシリンダブロック、3
はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6はシ
リンダヘッド3の内壁面周縁部に配置された燃料噴射
弁、7はシリンダヘッド3の内壁面中央部に配置された
点火栓、8は吸気弁、9は吸気ポート、10は排気弁、
11は排気ポートを夫々示す。Referring to FIG. 1, reference numeral 1 denotes an engine body;
Engine body 1 is # 1 cylinder # 1, # 2 cylinder # 2, # 3 cylinder #
It has four cylinders consisting of the third and fourth cylinders # 4. FIG. 2 is a side sectional view of each of the cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4. Referring to FIG. 2, 2 is a cylinder block, 3
Is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is a fuel injection valve arranged at a peripheral portion of an inner wall surface of the cylinder head 3, 7 is an ignition plug arranged at a central portion of the inner wall surface of the cylinder head 3, and 8 is An intake valve, 9 is an intake port, 10 is an exhaust valve,
Reference numeral 11 denotes an exhaust port.
【0022】図1および図2を参照すると、吸気ポート
9は対応する吸気枝管12を介してサージタンク13に
連結され、サージタンク13は吸気ダクト14およびエ
アフローメータ15を介してエアクリーナ16に連結さ
れる。吸気ダクト14内にはステップモータ17により
駆動されるスロットル弁18が配置される。一方、各気
筒#1,#2,#3,#4の排気ポート11は夫々対応
する排気マニホルド19の枝管19aに連結され、互い
に隣接する各枝管19内の上流端は連通管20により互
いに連通せしめられている。これら連通管20は排気脈
動低減手段を形成している。一方、排気マニホルド19
は排気管21を介して触媒22を収容した触媒コンバー
タ22aに連結され、触媒コンバータ22aには排気管
23が連結される。排気管23内にはアクチュエータ2
5によって制御される排気制御弁24が配置される。Referring to FIGS. 1 and 2, the intake port 9 is connected to a surge tank 13 via a corresponding intake branch pipe 12, and the surge tank 13 is connected to an air cleaner 16 via an intake duct 14 and an air flow meter 15. Is done. A throttle valve 18 driven by a step motor 17 is arranged in the intake duct 14. On the other hand, the exhaust ports 11 of the cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4 are connected to the branch pipes 19a of the corresponding exhaust manifolds 19, respectively. They are in communication with each other. These communication pipes 20 form exhaust pulsation reduction means. On the other hand, the exhaust manifold 19
Is connected via an exhaust pipe 21 to a catalytic converter 22a containing a catalyst 22, and an exhaust pipe 23 is connected to the catalytic converter 22a. The actuator 2 is provided in the exhaust pipe 23.
An exhaust control valve 24 controlled by 5 is arranged.
【0023】図1に示されるように排気マニホルド19
とサージタンク13とは排気ガス再循環(以下EGRと
称す)通路26を介して互いに連結され、EGR通路2
6内には電気制御式EGR制御弁27が配置される。燃
料噴射弁6は共通の燃料リザーバ、いわゆるコモンレー
ル28に連結される。このコモンレール28内へは燃料
タンク29内の燃料が電気制御式の吐出量可変な燃料ポ
ンプ30を介して供給され、コモンレール28内に供給
された燃料が各燃料噴射弁6に供給される。コモンレー
ル28にはコモンレール28内の燃料圧を検出するため
の燃料圧センサ31が取付けられ、燃料圧センサ31の
出力信号に基づいてコモンレール28内の燃料圧が目標
燃料圧となるように燃料ポンプ30の吐出量が制御され
る。As shown in FIG. 1, the exhaust manifold 19
And the surge tank 13 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 26, and the EGR passage 2
An electric control type EGR control valve 27 is arranged in 6. The fuel injectors 6 are connected to a common fuel reservoir, a so-called common rail 28. The fuel in the fuel tank 29 is supplied into the common rail 28 via an electric control type variable discharge fuel pump 30, and the fuel supplied in the common rail 28 is supplied to each fuel injection valve 6. A fuel pressure sensor 31 for detecting the fuel pressure in the common rail 28 is attached to the common rail 28. The fuel pump 30 is controlled so that the fuel pressure in the common rail 28 becomes the target fuel pressure based on the output signal of the fuel pressure sensor 31. Is controlled.
【0024】電子制御ユニット40はデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バス41によって互いに接続さ
れたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ラン
ダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッ
サ)44、入力ポート45および出力ポート46を具備
する。エアフローメータ15は吸入空気量に比例した出
力電圧を発生し、この出力電圧は対応するAD変換器4
7を介して入力ポート45に入力される。機関本体1に
は機関冷却水温を検出するための水温センサ32が取付
けられ、この水温センサ32の出力信号は対応するAD
変換器47を介して入力ポート45に入力される。更に
入力ポート45には燃料圧センサ31の出力信号が対応
するAD変換器47を介して入力される。The electronic control unit 40 is composed of a digital computer, and is connected to a ROM (Read Only Memory) 42, a RAM (Random Access Memory) 43, a CPU (Microprocessor) 44, an input port 45, An output port 46 is provided. The air flow meter 15 generates an output voltage proportional to the amount of intake air.
7 is input to the input port 45. A water temperature sensor 32 for detecting the temperature of the engine cooling water is attached to the engine body 1, and an output signal of the water temperature sensor 32 is output from a corresponding AD.
The data is input to the input port 45 via the converter 47. Further, the output signal of the fuel pressure sensor 31 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47.
【0025】また、排気管21内には排気マニホルド1
9および排気管21内の排気ガスの圧力、即ち背圧を検
出するための出力センサ33が配置され、この圧力セン
サ33の出力信号は対応するAD変換器47を介して入
力ポート45に入力される。触媒コンバータ22aには
触媒22の温度を検出するための温度センサ34が取付
けられ、この温度センサ34の出力信号は対応するAD
変換器47を介して入力ポート45に入力される。The exhaust pipe 21 has an exhaust manifold 1 therein.
9 and an output sensor 33 for detecting the pressure of the exhaust gas in the exhaust pipe 21, that is, the back pressure, and an output signal of the pressure sensor 33 is input to an input port 45 via a corresponding AD converter 47. You. A temperature sensor 34 for detecting the temperature of the catalyst 22 is attached to the catalytic converter 22a, and the output signal of the temperature sensor 34
The data is input to the input port 45 via the converter 47.
【0026】また、アクセルペダル50にはアクセルペ
ダル50の踏込み量Lに比例した出力電圧を発生する負
荷センサ51が接続され、負荷センサ51の出力電圧は
対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力
される。また、入力ポート45にはクランクシャフトが
例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクラン
ク角センサ52が接続される。一方、出力ポート46は
対応する駆動回路48を介して燃料噴射弁6、点火栓
7、スロットル弁制御用ステップモータ17、排気制御
弁制御用アクチュエータ25、EGR制御弁27および
燃料ポンプ30に接続される。A load sensor 51 for generating an output voltage proportional to the amount of depression L of the accelerator pedal 50 is connected to the accelerator pedal 50, and the output voltage of the load sensor 51 is supplied to an input port via a corresponding AD converter 47. 45 is input. The input port 45 is connected to a crank angle sensor 52 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, by 30 °. On the other hand, the output port 46 is connected to the fuel injection valve 6, the ignition plug 7, the step motor 17 for controlling the throttle valve, the actuator 25 for controlling the exhaust control valve, the EGR control valve 27, and the fuel pump 30 via the corresponding drive circuit 48. You.
【0027】図3は燃料噴射量Q1,Q2,Q(=Q1
+Q2 )、噴射開始時期θS1,θS2、噴射完了時期
θE1,θE2および燃焼室5内における平均空燃比A
/Fを示している。なお、図3において横軸Lはアクセ
ルペダル50の踏込み量、即ち要求負荷を示している。
図3からわかるように要求負荷LがL1 よりも低いとき
には圧縮行程末期のθS2からθE2の間において燃料
噴射Q2が行われる。このときには平均空燃比A/Fは
かなりリーンとなっている。要求負荷LがL1 とL2 の
間のときには吸気行程初期のθS1からθE1の間にお
いて第1回目の燃料噴射Q1が行われ、次いで圧縮行程
末期のθS2からθE2の間において第2回目の燃料噴
射Q2が行われる。このときにも空燃比A/Fはリーン
となっている。要求負荷LがL2よりも大きいときには
吸気行程初期のθS1からθE1の間において燃料噴射
Q1が行われる。このときには要求負荷Lが低い領域で
は平均空燃比A/Fがリーンとされており、要求負荷L
が高くなると平均空燃比A/Fが理論空燃比とされ、要
求負荷Lが更に高くなると平均空燃比A/Fがリッチと
される。なお、圧縮行程末期にのみ燃料噴射Q2が行わ
れる運転領域、二回に亘って燃料噴射Q1およびQ2が
行われる運転領域および吸気行程初期にのみ燃料噴射Q
1が行われる運転領域は要求負荷Lのみにより定まるの
ではなく、実際には要求負荷Lおよび機関回転数により
定まる。FIG. 3 shows the fuel injection amounts Q1, Q2, Q (= Q 1).
+ Q 2 ), the injection start timing θS1, θS2, the injection completion timing θE1, θE2, and the average air-fuel ratio A in the combustion chamber 5.
/ F. In FIG. 3, the horizontal axis L indicates the amount of depression of the accelerator pedal 50, that is, the required load.
When 3 required load L as can be seen from is lower than L 1 is the fuel injection Q2 is performed between θE2 from θS2 of the end of the compression stroke. At this time, the average air-fuel ratio A / F is considerably lean. Required load L first fuel injection Q1 is performed between θE1 from the beginning of the intake stroke of θS1 when between L 1 and L 2, then the second fuel in between θS2 of θE2 of the end of the compression stroke Injection Q2 is performed. At this time, the air-fuel ratio A / F is lean. When the required load L is greater than L 2 the fuel injection Q1 is performed between θE1 from the beginning of the intake stroke of the? S1. At this time, in the region where the required load L is low, the average air-fuel ratio A / F is lean, and the required load L
Becomes higher, the average air-fuel ratio A / F becomes the stoichiometric air-fuel ratio, and if the required load L further increases, the average air-fuel ratio A / F becomes rich. The operation region where the fuel injection Q2 is performed only at the end of the compression stroke, the operation region where the fuel injections Q1 and Q2 are performed twice, and the fuel injection Q only at the beginning of the intake stroke.
The operation range in which 1 is performed is not determined only by the required load L, but is actually determined by the required load L and the engine speed.
【0028】図2は要求負荷LがL1 (図3)よりも小
さいとき、即ち圧縮行程末期においてのみ燃料噴射Q2
が行われる場合を示している。図2に示されるようにピ
ストン4の頂面上にはキャビティ4aが形成されてお
り、要求負荷LがL1 よりも低いときには燃料噴射弁6
からキャビティ4aの底壁面に向けて圧縮行程末期に燃
料が噴射される。この燃料はキャビティ4aの周壁面に
より案内されて点火栓7に向かい、それによって点火栓
7の周りに混合気Gが形成される。次いでこの混合気G
は点火栓7により着火せしめられる。FIG. 2 shows that the fuel injection Q2 is performed only when the required load L is smaller than L 1 (FIG. 3), that is, only at the end of the compression stroke.
Is performed. Cavity 4a is to the top surface of the piston 4 as shown in FIG. 2 are formed, required load L fuel injection valve when less than L 1 6
Is injected toward the bottom wall of the cavity 4a at the end of the compression stroke. This fuel is guided by the peripheral wall surface of the cavity 4a toward the spark plug 7, whereby an air-fuel mixture G is formed around the spark plug 7. Then this mixture G
Is ignited by the spark plug 7.
【0029】一方、前述したように要求負荷LがL1 と
L2 との間にあるときには二回に分けて燃料噴射が行わ
れる。この場合、吸気行程初期に行われる第1回目の燃
料噴射Q1によって燃焼室5内に稀薄混合気が形成され
る。次いで圧縮行程末期に行われる第2回目の燃料噴射
Q2によって点火栓7周りに最適な濃度の混合気が形成
される。この混合気が点火栓7により着火せしめられ、
この着火火炎によって稀薄混合気が燃焼せしめられる。On the other hand, the fuel injection is performed in two batches when the required load L as described above is between L 1 and L 2. In this case, a lean mixture is formed in the combustion chamber 5 by the first fuel injection Q1 performed at the beginning of the intake stroke. Next, an air-fuel mixture having an optimum concentration is formed around the ignition plug 7 by the second fuel injection Q2 performed at the end of the compression stroke. This mixture is ignited by the spark plug 7,
This ignition flame causes the lean mixture to burn.
【0030】一方、要求負荷LがL2 よりも大きいとき
には図3に示されるように燃焼室5内にはリーン又は理
論空燃比又はリッチ空燃比の均一混合気が形成され、こ
の均一混合気が点火栓7により着火せしめられる。次に
図4を参照しつつまず初めに本発明による未燃HCの低
減方法について概略的に説明する。なお、図4において
横軸はクランク角を示しており、BTDCおよびATD
Cは夫々上死点前および上死点後を示している。On the other hand, the required load L is homogeneous mixture of lean or stoichiometric or rich air-fuel ratio is formed in the combustion chamber 5 as is shown in Figure 3 when greater than L 2, the homogeneous mixture is It is ignited by the spark plug 7. Next, a method for reducing unburned HC according to the present invention will be schematically described first with reference to FIG. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the crank angle, and BTDC and ATD
C indicates before the top dead center and after the top dead center, respectively.
【0031】図4(A)は本発明による方法によって特
に未燃HCを低減する必要のない場合であって要求負荷
LがL1 よりも小さいときの燃料噴射時期を示してい
る。図4(A)に示されるようにこのときには圧縮行程
末期に主燃料Qmのみが噴射され、このとき排気制御弁
24は全開状態に保持されている。これに対し、本発明
による方法によって未燃HCを低減する必要がある場合
には排気制御弁24がほぼ全閉せしめられ、更に図4
(B)に示されるように機関出力を発生させるための主
燃料Qmの噴射に加え、膨張行程中に、図4(B)に示
される例では圧縮上死点後(ATDC)60°付近にお
いて副燃料Qaが追加噴射される。なおこの場合、主燃
料Qmの燃焼後、副燃料Qaを完全に燃焼せしめるのに
十分な酸素が燃焼室5内に残存するように主燃料Qmは
空気過剰のもとで燃焼せしめられる。また、図4(A)
と図4(B)とは機関負荷と機関回転数が同一であると
きの燃料噴射期間を示しており、従って機関負荷と機関
回転数が同一である場合には図4(B)に示される場合
の主燃料Qmの噴射量の方が図4(A)に示される場合
の主燃料Qmの噴射量に比べて増量せしめられている。[0031] FIG. 4 (A) shows the fuel injection timing when the required load L even if no particular need to reduce the unburned HC by the method according to the present invention is smaller than L 1. As shown in FIG. 4A, at this time, only the main fuel Qm is injected at the end of the compression stroke, and at this time, the exhaust control valve 24 is maintained in a fully open state. On the other hand, when it is necessary to reduce the unburned HC by the method according to the present invention, the exhaust control valve 24 is almost completely closed.
As shown in FIG. 4B, in addition to the injection of the main fuel Qm for generating the engine output, during the expansion stroke, in the example shown in FIG. The auxiliary fuel Qa is additionally injected. In this case, after the main fuel Qm has been burned, the main fuel Qm is burned with excess air so that sufficient oxygen remains in the combustion chamber 5 to completely burn the sub fuel Qa. FIG. 4 (A)
FIG. 4B and FIG. 4B show the fuel injection period when the engine load and the engine speed are the same. Therefore, when the engine load and the engine speed are the same, the fuel injection period is shown in FIG. The injection amount of the main fuel Qm in the case is increased compared to the injection amount of the main fuel Qm in the case shown in FIG.
【0032】図5は機関排気通路の各位置における排気
ガス中の未燃HCの濃度(ppm )の一例を示している。
図5に示す例において黒三角は排気制御弁24を全開に
した状態で図4(A)に示す如く圧縮行程末期において
主燃料Qmを噴射した場合の排気ポート11出口におけ
る排気ガス中の未燃HCの濃度(ppm )を示している。
この場合には排気ポート11出口における排気ガス中の
未燃HCの濃度は6000ppm 以上の極めて高い値とな
る。FIG. 5 shows an example of the concentration (ppm) of unburned HC in the exhaust gas at each position in the engine exhaust passage.
In the example shown in FIG. 5, the black triangle indicates unburned fuel in the exhaust gas at the outlet of the exhaust port 11 when the main fuel Qm is injected at the end of the compression stroke as shown in FIG. 4A with the exhaust control valve 24 fully opened. The HC concentration (ppm) is shown.
In this case, the concentration of unburned HC in the exhaust gas at the outlet of the exhaust port 11 is an extremely high value of 6000 ppm or more.
【0033】一方、図5に示す例において黒丸および実
線は排気制御弁24をほぼ全閉とし、図4(B)に示さ
れるように主燃料Qmおよび副燃料Qaを噴射した場合
の排気ガス中の未燃HCの濃度(ppm )を示している。
この場合には排気ポート11出口における排気ガス中の
未燃HCの濃度は2000ppm 以下となり、排気制御弁
24の付近においては排気ガス中の未燃HCの濃度は1
50ppm 程度まで減少する。従ってこの場合には大気中
に排出される未燃HCの量が大巾に低減せしめられるこ
とがわかる。On the other hand, in the example shown in FIG. 5, a black circle and a solid line indicate that the exhaust control valve 24 is almost fully closed, and the main fuel Qm and the sub fuel Qa are injected as shown in FIG. Indicates the concentration (ppm) of unburned HC.
In this case, the concentration of unburned HC in the exhaust gas at the outlet of the exhaust port 11 becomes 2000 ppm or less, and the concentration of unburned HC in the exhaust gas near the exhaust control valve 24 becomes 1 ppm.
It decreases to about 50 ppm. Therefore, in this case, it can be seen that the amount of unburned HC discharged into the atmosphere is greatly reduced.
【0034】このように排気制御弁24上流の排気通路
内において未燃HCが減少するのは未燃HCの酸化反応
が促進されているからである。しかしながら図5の黒三
角で示されるように排気ポート11出口における未燃H
Cの量が多い場合、即ち燃焼室5内での未燃HCの発生
量が多い場合にはたとえ排気通路内における未燃HCの
酸化反応を促進しても大気中に排出される未燃HCの量
はさほど低減しない。即ち、排気通路内における未燃H
Cの酸化反応を促進することによって大気中に排出され
る未燃HCの量を大巾に低減しうるのは図5の黒丸で示
されるように排気ポート11出口における未燃HCの濃
度が低いとき、即ち燃焼室5内での未燃HCの発生量が
少ないときである。The reason why the unburned HC is reduced in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve 24 is that the oxidation reaction of the unburned HC is promoted. However, as shown by a black triangle in FIG.
When the amount of C is large, that is, when the amount of unburned HC generated in the combustion chamber 5 is large, even if the oxidation reaction of unburned HC in the exhaust passage is promoted, the unburned HC discharged into the atmosphere is increased. Does not decrease much. That is, the unburned H in the exhaust passage
The fact that the amount of unburned HC discharged into the atmosphere can be significantly reduced by promoting the oxidation reaction of C is because the concentration of unburned HC at the outlet of the exhaust port 11 is low as shown by the black circle in FIG. That is, when the amount of unburned HC generated in the combustion chamber 5 is small.
【0035】このように大気中に排出される未燃HCの
量を低減させるためには燃焼室5内での未燃HCの発生
量を低下させかつ排気通路内における未燃HCの酸化反
応を促進させるという二つの要求を同時に満たす必要が
ある。そこでまず初めに2番目の要求、即ち排気通路内
における未燃HCの酸化反応を促進させることから説明
する。As described above, in order to reduce the amount of unburned HC discharged into the atmosphere, the amount of unburned HC generated in the combustion chamber 5 is reduced and the oxidation reaction of unburned HC in the exhaust passage is reduced. It is necessary to fulfill both demands for promotion at the same time. Therefore, the second requirement, that is, the promotion of the oxidation reaction of unburned HC in the exhaust passage will be described first.
【0036】本発明によれば大気中に排出される未燃H
Cの量を低減すべきときには排気制御弁24がほぼ全閉
とされる。このように排気制御弁24がほぼ全閉にされ
ると排気ポート11内、排気マニホルド19内および排
気制御弁24上流の排気管21内の圧力、即ち背圧はか
なり高くなる。背圧が高くなるということは燃焼室5内
から排気ポート11内に排気ガスが排出されたときに排
気ガスの圧力がさほど低下せず、従って燃焼室5から排
出された排気ガス温もさほど低下しないことを意味して
いる。従って排気ポート11内に排出された排気ガス温
はかなり高温に維持されている。一方、背圧が高いとい
うことは排気ガスの密度が高いことを意味しており、排
気ガスの密度が高いということは排気ポート11から排
気制御弁24に至る排気通路内における排気ガスの流速
が遅いことを意味している。従って排気ポート11内に
排出された排気ガスは高温のもとで長時間に亘り排気制
御弁24上流の排気通路内に滞留することになる。According to the present invention, unburned H discharged into the atmosphere
When the amount of C is to be reduced, the exhaust control valve 24 is almost fully closed. When the exhaust control valve 24 is almost fully closed in this way, the pressure in the exhaust port 11, the exhaust manifold 19, and the exhaust pipe 21 upstream of the exhaust control valve 24, that is, the back pressure, becomes considerably high. The increase in the back pressure means that the pressure of the exhaust gas does not decrease so much when the exhaust gas is discharged from the combustion chamber 5 into the exhaust port 11, and therefore the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 also decreases significantly. Means not. Therefore, the temperature of the exhaust gas discharged into the exhaust port 11 is maintained at a considerably high temperature. On the other hand, a high back pressure means that the density of the exhaust gas is high, and a high density of the exhaust gas means that the flow rate of the exhaust gas in the exhaust passage from the exhaust port 11 to the exhaust control valve 24 is high. It means late. Therefore, the exhaust gas discharged into the exhaust port 11 stays in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve 24 for a long time at a high temperature.
【0037】このように排気ガスが高温のもとで長時間
に亘り排気制御弁24上流の排気通路内に滞留せしめら
れるとその間に未燃HCの酸化反応が促進される。この
場合、本発明者による実験によると排気通路内における
未燃HCの酸化反応を促進するためには排気ポート11
出口における排気ガス温をほぼ750℃以上、好ましく
は800℃以上にする必要があることが判明している。As described above, when the exhaust gas is kept in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve 24 for a long time at a high temperature, the oxidation reaction of the unburned HC is accelerated. In this case, according to an experiment by the inventor, in order to promote the oxidation reaction of the unburned HC in the exhaust passage, the exhaust port 11 is required.
It has been found that the exhaust gas temperature at the outlet needs to be approximately 750 ° C. or higher, preferably 800 ° C. or higher.
【0038】また、高温の排気ガスが排気制御弁24上
流の排気通路内に滞留している時間が長くなればなるほ
ど未燃HCの低減量は増大する。この滞留時間は排気制
御弁24の位置が排気ポート11出口から離れれば離れ
るほど長くなり、従って排気制御弁24は排気ポート1
1出口から未燃HCを十分に低減するのに必要な距離を
隔てて配置する必要がある。本発明者による実験による
と未燃HCを十分に低減するためには排気ポート11出
口から排気制御弁24までの距離を1メートル以上とす
ることが好ましいことが判明している。The longer the high-temperature exhaust gas remains in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve 24, the greater the amount of unburned HC reduction. This residence time becomes longer as the position of the exhaust control valve 24 is further away from the outlet of the exhaust port 11, so that the exhaust control valve 24 is
It is necessary to arrange a distance necessary for sufficiently reducing unburned HC from one outlet. According to experiments by the present inventors, it has been found that it is preferable that the distance from the outlet of the exhaust port 11 to the exhaust control valve 24 be 1 meter or more in order to sufficiently reduce unburned HC.
【0039】ところで未燃HCの酸化作用は排気ガス温
が高いほど促進され、従って排気ガスは排気ガス温が高
い領域にできるだけ滞留させておくことが好ましい。そ
のために本発明では排気マニホルド枝管19aを連通管
20により互いに連通せしめるようにしている。即ち、
通常の内燃機関では排気弁10が開弁したときに燃焼室
5内の既燃ガスをできるだけ早く燃焼室5内から排出さ
せるために排気脈動を利用している。即ち、内燃機関で
は排気弁10が開弁すると排気ポート11内に一時的に
大きな正圧が発生し、この正圧は排気マニホルド19の
集合部で反射し、今度は負圧の形で排気ポート11内に
戻ってくる。排気ポート11内が負圧になると燃焼室5
内から既燃ガスが急速に排出される。従って通常の内燃
機関では最適な時期に負圧が排気ポート11内に発生す
るように排気マニホルド枝管19aの寸法が設定されて
いる。この場合、もし図1に示すような連通管20を設
けると排気ポート11内に発生する負圧が弱くなり、即
ち排気脈動が低減し、斯くして燃焼室5内から急速に既
燃ガスを排出しえなくなる。そこで通常内燃機関ではこ
のような連通管20を設けていない。By the way, the oxidizing action of unburned HC is accelerated as the exhaust gas temperature is higher. Therefore, it is preferable that the exhaust gas is kept in a region where the exhaust gas temperature is higher as much as possible. Therefore, in the present invention, the exhaust manifold branch pipes 19a are connected to each other by the communication pipe 20. That is,
In a normal internal combustion engine, when the exhaust valve 10 is opened, exhaust pulsation is used to discharge burned gas in the combustion chamber 5 from the combustion chamber 5 as soon as possible. That is, in the internal combustion engine, when the exhaust valve 10 is opened, a large positive pressure is temporarily generated in the exhaust port 11, and this positive pressure is reflected at the gathering portion of the exhaust manifold 19, and this time, in the form of a negative pressure, Come back inside 11. When the pressure in the exhaust port 11 becomes negative, the combustion chamber 5
Burned gas is rapidly discharged from inside. Therefore, in a normal internal combustion engine, the size of the exhaust manifold branch pipe 19a is set so that a negative pressure is generated in the exhaust port 11 at an optimum time. In this case, if the communication pipe 20 as shown in FIG. 1 is provided, the negative pressure generated in the exhaust port 11 is reduced, that is, the exhaust pulsation is reduced, and thus the burned gas is rapidly discharged from the combustion chamber 5. It cannot be discharged. Therefore, such a communication pipe 20 is not usually provided in an internal combustion engine.
【0040】ところが本発明では未燃HCの酸化反応の
促進を目的としており、従って燃焼室5から排出された
排気ガスは排気ガス温が高い状態に維持されている排気
ポート11内および排気マニホルド19内においてでき
るだけ長い時間滞留することが好ましい。そのために本
発明による実施例では各排気マニホルド19aを連通管
19aにより互いに連通せしめるようにしている。即
ち、各排気マニホルド19aを連通管19aにより互い
に連通すると排気ガスは高温状態で排気ポート11内お
よび排気マニホルド19内を比較的ゆっくりと流れる。
その結果、排気ガスは長い時間に亘って高温状態に維持
され、斯くして未燃HCの酸化反応が促進されることに
なる。However, in the present invention, the purpose of the present invention is to promote the oxidation reaction of unburned HC. Therefore, the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 is kept in the exhaust port 11 and the exhaust manifold 19 where the exhaust gas temperature is kept high. It is preferable to stay for as long a time as possible. For this purpose, in the embodiment according to the present invention, the respective exhaust manifolds 19a are connected to each other by the communication pipe 19a. That is, when the exhaust manifolds 19a communicate with each other through the communication pipes 19a, the exhaust gas flows in the exhaust port 11 and the exhaust manifold 19 relatively slowly at a high temperature.
As a result, the exhaust gas is maintained at a high temperature for a long time, and thus the oxidation reaction of the unburned HC is promoted.
【0041】一方、前述したように排気通路内における
未燃HCの酸化反応を促進するためには排気ポート11
出口における排気ガス温をほぼ750℃以上、好ましく
は800℃以上にする必要がある。また、大気中に排出
される未燃HCの量を低減するためには前述した1番目
の要求を満たさなければならない。即ち燃焼室5内での
未燃HCの発生量を低下させる必要がある。そのために
本発明では機関出力を発生するための主燃料Qmに加
え、主燃料Qmの噴射後に副燃料Qaを追加噴射して副
燃料Qaを燃焼室5内で燃焼せしめるようにしている。On the other hand, as described above, in order to promote the oxidation reaction of unburned HC in the exhaust passage, the exhaust port 11
The exhaust gas temperature at the outlet needs to be approximately 750 ° C. or higher, preferably 800 ° C. or higher. Further, in order to reduce the amount of unburned HC discharged into the atmosphere, the first requirement described above must be satisfied. That is, it is necessary to reduce the amount of unburned HC generated in the combustion chamber 5. Therefore, in the present invention, in addition to the main fuel Qm for generating the engine output, the auxiliary fuel Qa is additionally injected after the injection of the main fuel Qm so that the auxiliary fuel Qa is burned in the combustion chamber 5.
【0042】即ち、副燃料Qaを燃焼室5内で燃焼せし
めると副燃料Qaの燃焼時に主燃料Qmの燃え残りであ
る多量の未燃HCが燃焼せしめられる。また、この副燃
料Qaは高温ガス中に噴射されるので副燃料Qaは良好
に燃焼せしめられ、従って副燃料Qaの燃え残りである
未燃HCはさほど発生しなくなる。斯くして最終的に燃
焼室5内で発生する未燃HCの量はかなり少なくなる。That is, when the auxiliary fuel Qa is burned in the combustion chamber 5, a large amount of unburned HC which is the unburned main fuel Qm is burned when the auxiliary fuel Qa is burned. Further, since the auxiliary fuel Qa is injected into the high-temperature gas, the auxiliary fuel Qa is satisfactorily burned, so that unburned HC, which is the remaining unburned auxiliary fuel Qa, is not generated much. Thus, the amount of unburned HC finally generated in the combustion chamber 5 is considerably reduced.
【0043】また、副燃料Qaを燃焼室5内で燃焼せし
めると主燃料Qm自身および副燃料Qa自身の燃焼によ
る発熱に加え、主燃料Qmの燃え残りである未燃HCの
燃焼熱が追加的に発生するので燃焼室5内の既燃ガス温
はかなり高くなる。このように主燃料Qmに加え副燃料
Qaを追加噴射して副燃料Qaを燃焼させることにより
燃焼室5内で発生する未燃HCの量を低減しかつ排気ポ
ート11出口における排気ガス温を750℃以上、好ま
しくは800℃以上にすることができる。When the auxiliary fuel Qa is burned in the combustion chamber 5, the heat generated by the combustion of the main fuel Qm itself and the auxiliary fuel Qa itself, and the combustion heat of the unburned HC remaining as unburned main fuel Qm are added. Therefore, the temperature of the burned gas in the combustion chamber 5 becomes considerably high. As described above, the auxiliary fuel Qa is additionally injected in addition to the main fuel Qm to burn the auxiliary fuel Qa, thereby reducing the amount of unburned HC generated in the combustion chamber 5 and reducing the exhaust gas temperature at the outlet of the exhaust port 11 to 750. C. or higher, preferably 800 C. or higher.
【0044】このように本発明では副燃料Qaを燃焼室
5内で燃焼せしめる必要があり、そのためには副燃料Q
aの燃焼時に燃焼室5内に十分な酸素が残存しているこ
とが必要であり、しかも噴射された副燃料Qaが燃焼室
5内で良好に燃焼せしめられる時期に副燃料Qaを噴射
する必要がある。そこで本発明では副燃料Qaの燃焼時
に燃焼室5内に十分な酸素が残存しうるように主燃料Q
mは空気過剰のもとで燃焼せしめられる。また、図2に
示される成層燃焼式内燃機関において噴射された副燃料
Qaが燃焼室5において良好に燃焼せしめられる噴射時
期は図4において矢印Zで示される圧縮上死点後(AT
DC)ほぼ50°からほぼ90°の膨張行程であり、従
って図2に示される成層燃焼式内燃機関においては副燃
料Qaは圧縮上死点後(ATDC)ほぼ50°からほぼ
90°の膨張行程において噴射される。なお、圧縮上死
点後(ATDC)ほぼ50°からほぼ90°の膨張行程
において噴射された副燃料Qaは機関の出力の発生には
寄与しない。As described above, in the present invention, it is necessary to burn the auxiliary fuel Qa in the combustion chamber 5, and for this purpose,
It is necessary that sufficient oxygen remains in the combustion chamber 5 at the time of combustion of a, and that the auxiliary fuel Qa must be injected at a time when the injected auxiliary fuel Qa can be satisfactorily burned in the combustion chamber 5. There is. Therefore, in the present invention, the main fuel Q is controlled so that sufficient oxygen can remain in the combustion chamber 5 during combustion of the auxiliary fuel Qa.
m is burned under excess air. Further, the injection timing at which the auxiliary fuel Qa injected in the stratified combustion internal combustion engine shown in FIG. 2 is favorably burned in the combustion chamber 5 is after the compression top dead center (AT
DC) The expansion stroke is approximately 50 ° to approximately 90 °, and therefore, in the stratified combustion internal combustion engine shown in FIG. 2, the auxiliary fuel Qa has an expansion stroke approximately 50 ° to approximately 90 ° after compression top dead center (ATDC). Is injected. The auxiliary fuel Qa injected during the expansion stroke from approximately 50 ° to approximately 90 ° after the compression top dead center (ATDC) does not contribute to the generation of engine output.
【0045】ところで本発明者による実験によると図2
に示される成層燃焼式内燃機関では副燃料Qaが圧縮上
死点後(ATDC)60°付近において噴射されたとき
に大気中に排出される未燃HCの量は最も少なくなる。
従って本発明による実施例では図4(B)に示されるよ
うに副燃料Qaの噴射時期はほぼ圧縮上死点後(ATD
C)60°付近とされる。According to experiments conducted by the present inventors, FIG.
In the stratified combustion internal combustion engine shown in FIG. 1, when the auxiliary fuel Qa is injected at around 60 ° after the compression top dead center (ATDC), the amount of unburned HC discharged into the atmosphere is the smallest.
Therefore, in the embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 4B, the injection timing of the auxiliary fuel Qa is almost after the compression top dead center (ATD
C) It is around 60 °.
【0046】副燃料Qaの最適な噴射時期は機関の型式
によって異なり、例えばディーゼル機関では副燃料Qa
の最適な噴射時期は膨張行程中か又は排気行程中とな
る。従って本発明では副燃料Qaの燃料噴射は膨張行程
中又は排気行程中に行われる。一方、燃焼室5内の既燃
ガス温は主燃料Qmの燃焼熱と副燃料Qaの燃焼熱の双
方の影響を受ける。即ち、燃焼室5内の既燃ガス温は主
燃料Qmの噴射量が増大するほど高くなり、副燃料Qa
の噴射量が増大するほど高くなる。更に、燃焼室5内の
既燃ガス温は背圧の影響を受ける。即ち、背圧が高くな
るほど燃焼室5から既燃ガスが流出しにくくなるために
燃焼室5内に残留する既燃ガス量が多くなり、斯くして
排気制御弁24がほぼ全閉せしめられると燃焼室5内の
既燃ガス温が上昇せしめられる。The optimum injection timing of the auxiliary fuel Qa differs depending on the model of the engine.
Is during the expansion stroke or the exhaust stroke. Therefore, in the present invention, the fuel injection of the auxiliary fuel Qa is performed during the expansion stroke or the exhaust stroke. On the other hand, the temperature of the burned gas in the combustion chamber 5 is affected by both the combustion heat of the main fuel Qm and the combustion heat of the auxiliary fuel Qa. That is, the burned gas temperature in the combustion chamber 5 increases as the injection amount of the main fuel Qm increases, and the sub-fuel Qa
Increases as the injection amount of the fuel increases. Further, the temperature of the burned gas in the combustion chamber 5 is affected by the back pressure. That is, as the back pressure becomes higher, the burned gas is less likely to flow out of the combustion chamber 5, so that the burned gas amount remaining in the combustion chamber 5 increases. Thus, when the exhaust control valve 24 is almost completely closed. The temperature of the burned gas in the combustion chamber 5 is increased.
【0047】ところで排気制御弁24がほぼ閉弁せしめ
られ、それによって背圧が高くなると機関の発生トルク
が最適な要求発生トルクに対して減少する。そこで本発
明による実施例では図4(B)に示されるように排気制
御弁24がほぼ全閉せしめられたときには図4(A)に
示されるように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁
24が全開せしめられた場合の機関の要求発生トルクに
近づくように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁2
4が全開せしめられた場合に比べて主燃料Qmの噴射量
が増量せしめられる。なお、本発明による実施例では排
気制御弁24がほぼ全閉せしめられたときにはそのとき
の機関の発生トルクが同一の機関運転状態のもとで排気
制御弁24が全開せしめられた場合の機関の要求発生ト
ルクに一致するように主燃料Qmが増量される。By the way, the exhaust control valve 24 is almost closed, and when the back pressure increases, the generated torque of the engine decreases from the optimum required generated torque. Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the exhaust control valve 24 is almost completely closed as shown in FIG. 4B, the exhaust control is performed under the same engine operating state as shown in FIG. The exhaust control valve 2 is operated under the same engine operating condition so as to approach the required torque of the engine when the valve 24 is fully opened.
The injection amount of the main fuel Qm is increased as compared with the case where 4 is fully opened. In the embodiment according to the present invention, when the exhaust control valve 24 is almost completely closed, the generated torque of the engine at that time is the same as that of the engine when the exhaust control valve 24 is fully opened under the same engine operating state. The main fuel Qm is increased so as to match the required generated torque.
【0048】図6は要求負荷Lに対して機関の要求発生
トルクを得るのに必要な主燃料Qmの変化を示してい
る。なお、図6において実線は排気制御弁24がほぼ全
閉せしめられた場合を示しており、破線は排気制御弁2
4が全開せしめられた場合を示している。一方、図7は
排気制御弁24をほぼ全閉せしめた場合において排気ポ
ート11出口における排気ガス温をほぼ750℃からほ
ぼ800℃にするのに必要な主燃料Qmと副燃料Qaの
関係を示している。前述したように主燃料Qmを増量し
ても燃焼室5内の既燃ガス温は高くなり、副燃料Qaを
増量しても燃焼室5内の既燃ガス温は高くなる。従って
排気ポート11出口における排気ガス温をほぼ750℃
からほぼ800℃にするのに必要な主燃料Qmと副燃料
Qaとの関係は図7に示されるように主燃料Qmを増大
すれば副燃料Qaは減少し、主燃料Qmを減少すれば副
燃料Qaは増大する関係となる。FIG. 6 shows a change in the main fuel Qm required to obtain the required generated torque of the engine with respect to the required load L. In FIG. 6, the solid line shows the case where the exhaust control valve 24 is almost completely closed, and the broken line shows the exhaust control valve 2.
4 shows a case in which it is fully opened. On the other hand, FIG. 7 shows the relationship between the main fuel Qm and the auxiliary fuel Qa required to bring the exhaust gas temperature at the outlet of the exhaust port 11 from approximately 750 ° C. to approximately 800 ° C. when the exhaust control valve 24 is almost fully closed. ing. As described above, even if the main fuel Qm is increased, the burned gas temperature in the combustion chamber 5 increases, and even if the auxiliary fuel Qa is increased, the burned gas temperature in the combustion chamber 5 increases. Therefore, the temperature of the exhaust gas at the outlet of the exhaust port 11 is almost 750 ° C.
As shown in FIG. 7, the relationship between the main fuel Qm and the auxiliary fuel Qa required to make the temperature approximately 800 ° C. is as follows. As shown in FIG. 7, when the main fuel Qm is increased, the auxiliary fuel Qa is decreased. The fuel Qa has an increasing relationship.
【0049】ただし、主燃料Qmおよび副燃料Qaを同
一量増大した場合には副燃料Qaを増量した場合の方が
主燃料Qmを増量した場合に比べて燃焼室5内の温度上
昇量がはるかに大きくなる。従って燃料消費量の低減と
いう観点からみると副燃料Qaを増大させることによっ
て燃焼室5内の既燃ガス温を上昇させることが好ましい
と言える。However, when the main fuel Qm and the sub fuel Qa are increased by the same amount, the temperature increase in the combustion chamber 5 is much larger when the sub fuel Qa is increased than when the main fuel Qm is increased. Become larger. Therefore, from the viewpoint of reducing the fuel consumption, it can be said that it is preferable to increase the temperature of the burned gas in the combustion chamber 5 by increasing the auxiliary fuel Qa.
【0050】従って本発明による実施例では排気制御弁
24をほぼ全閉せしめたときに機関の発生トルクを要求
発生トルクまで上昇させるのに必要な分だけ主燃料Qm
を増量し、主として副燃料Qaの燃焼熱によって燃焼室
5内の既燃ガス温を上昇させるようにしている。このよ
うに排気制御弁24をほぼ全閉せしめ、排気ポート11
出口における排気ガスをほぼ750℃以上、好ましくは
ほぼ800℃以上とするのに必要な量の副燃料Qaを噴
射すると排気ポート11から排気制御弁24に至る排気
通路内において未燃HCの濃度を大巾に減少することが
できる。このとき排気ポート11から排気制御弁24に
至る排気通路内において図5に示されるように未燃HC
の濃度をほぼ150p.p.m 程度まで低下させるには排気
制御弁24上流の排気通路内の圧力をゲージ圧でもって
ほぼ80KPa 以上にする必要がある。このときの排気制
御弁24による排気通路断面積の閉鎖割合はほぼ95パ
ーセント以上である。従って図1に示される実施例では
大気中への未燃ガスの排出量を大巾に低減すべきときに
は背圧がほぼ80KPa となるように排気制御弁24がほ
ぼ全閉せしめられる。Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the exhaust control valve 24 is almost fully closed, the main fuel Qm is increased by an amount necessary to increase the generated torque of the engine to the required generated torque.
And the temperature of the burned gas in the combustion chamber 5 is increased mainly by the combustion heat of the auxiliary fuel Qa. In this way, the exhaust control valve 24 is almost completely closed, and the exhaust port 11
When the auxiliary fuel Qa is injected in an amount necessary to make the exhaust gas at the outlet approximately 750 ° C. or higher, preferably approximately 800 ° C. or higher, the concentration of unburned HC in the exhaust passage from the exhaust port 11 to the exhaust control valve 24 is reduced. Can be greatly reduced. At this time, in the exhaust passage from the exhaust port 11 to the exhaust control valve 24, as shown in FIG.
In order to reduce the concentration to about 150 p.pm, the pressure in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve 24 must be increased to about 80 KPa or more by a gauge pressure. At this time, the closing ratio of the exhaust passage cross-sectional area by the exhaust control valve 24 is approximately 95% or more. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 1, when the amount of unburned gas discharged into the atmosphere is to be greatly reduced, the exhaust control valve 24 is almost completely closed so that the back pressure becomes approximately 80 KPa.
【0051】内燃機関において多量の未燃HCが発生す
るのは燃焼室5内の温度が低いときである。燃焼室5内
の温度が低いときは機関の始動および暖機運転時であ
り、従って機関の始動および暖機運転時に多量の未燃H
Cが発生することになる。このように燃焼室5内の温度
が低いときにはたとえ排気通路内に酸化機能を有する触
媒22を配置しておいても触媒温度が低く触媒22が活
性化していないのでこのときに発生する多量の未燃HC
を触媒22により酸化させることは困難である。A large amount of unburned HC is generated in the internal combustion engine when the temperature in the combustion chamber 5 is low. When the temperature in the combustion chamber 5 is low, the engine is being started and the engine is warming up.
C will occur. When the temperature in the combustion chamber 5 is low as described above, even if the catalyst 22 having an oxidizing function is arranged in the exhaust passage, the catalyst temperature is low and the catalyst 22 is not activated. Fuel HC
Is difficult to oxidize with the catalyst 22.
【0052】そこで本発明による実施例では機関の始動
および暖機運転時には触媒22が活性化するまで排気制
御弁24をほぼ全閉せしめ、主燃料Qmを増量すると共
に副燃料Qaを追加噴射し、それによって大気中に排出
される未燃HCの量を大巾に低減せしめるようにしてい
る。図8は機関始動および暖機運転時における主燃料Q
mの変化の一例および排気制御弁24の開度を示してい
る。なお、図8において実線Xは排気制御弁24をほぼ
全閉にした場合の最適な主燃料Qmの噴射量を示してお
り、破線Yは排気制御弁24を全開にした場合の最適な
主燃料Qmの噴射量を示している。図8からわかるよう
に機関始動および暖機運転時には排気制御弁24がほぼ
全閉せしめられ、同一の機関運転状態のもとで排気制御
弁24が全開せしめられた場合の最適な主燃料Qmの噴
射量Yよりも主燃料Qmの噴射量Xが増量せしめられ、
更に副燃料Qaが追加噴射される。Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the engine is started and the engine is warmed up, the exhaust control valve 24 is almost completely closed until the catalyst 22 is activated, the main fuel Qm is increased, and the auxiliary fuel Qa is additionally injected. Thereby, the amount of unburned HC discharged into the atmosphere is greatly reduced. FIG. 8 shows the main fuel Q during engine start and warm-up operation.
7 shows an example of the change of m and the opening degree of the exhaust control valve 24. In FIG. 8, a solid line X indicates an optimum injection amount of the main fuel Qm when the exhaust control valve 24 is almost fully closed, and a broken line Y indicates an optimum main fuel Q when the exhaust control valve 24 is fully opened. The injection amount of Qm is shown. As can be seen from FIG. 8, when the engine is started and the engine is warmed up, the exhaust control valve 24 is almost fully closed, and when the exhaust control valve 24 is fully opened under the same engine operating state, the optimum main fuel Qm is determined. The injection amount X of the main fuel Qm is increased more than the injection amount Y,
Further, the auxiliary fuel Qa is additionally injected.
【0053】図9は運転制御ルーチンを示している。図
9を参照するとまず初めにステップ100において触媒
22が活性化したことを示す暖機完了フラグがセットさ
れているか否かが判別される。暖機完了フラグがセット
されていないとき、即ち触媒22が活性化していないと
きにはステップ101に進んで排気制御弁24がほぼ全
閉せしめられる。このとき排気制御弁24の開度は圧力
センサ33の出力信号に基づいて背圧が80KPa となる
ようにフィードバック制御される。次いでステップ10
2では主燃料Qmの噴射量が図8に示されるXとなるよ
うに制御される。次いでステップ103では副燃料Qa
の噴射制御が行われる。次いでステップ104では温度
センサ34の出力信号に基づいて触媒22の温度Tcが
活性化温度To、例えば250℃を越えたか否かが判別
され、Tc>Toとなったときにはステップ105に進
んで暖機完了フラグがセットされる。FIG. 9 shows an operation control routine. Referring to FIG. 9, first, at step 100, it is determined whether or not a warm-up completion flag indicating that the catalyst 22 has been activated is set. When the warm-up completion flag is not set, that is, when the catalyst 22 is not activated, the routine proceeds to step 101, where the exhaust control valve 24 is almost completely closed. At this time, the opening degree of the exhaust control valve 24 is feedback-controlled based on the output signal of the pressure sensor 33 so that the back pressure becomes 80 KPa. Then step 10
At 2, control is performed such that the injection amount of the main fuel Qm becomes X shown in FIG. Next, at step 103, the auxiliary fuel Qa
Is performed. Next, at step 104, it is determined whether or not the temperature Tc of the catalyst 22 has exceeded the activation temperature To, for example, 250 ° C., based on the output signal of the temperature sensor 34. If Tc> To, the routine proceeds to step 105, where the warm-up is performed. The completion flag is set.
【0054】暖機完了フラグがセットされると、即ち触
媒22が活性化するとステップ100からステップ10
6に進んで排気制御弁24が全開せしめられ、次いでス
テップ107に進んで主燃料Qmの噴射制御が行われ
る。このとき副燃料Qaの噴射は行われない。図10に
別の実施例を示す。When the warm-up completion flag is set, that is, when the catalyst 22 is activated, Steps 100 to 10 are executed.
The program proceeds to 6 where the exhaust control valve 24 is fully opened, and then the program proceeds to step 107 where injection control of the main fuel Qm is performed. At this time, the injection of the auxiliary fuel Qa is not performed. FIG. 10 shows another embodiment.
【0055】この実施例では各連通管20内にアクチュ
エータ61によって制御される開閉弁60が配置され
る。この開閉弁60は排気制御弁24がほぼ全閉せしめ
られたときに全開せしめられ、排気制御弁24が全開し
たときに全閉せしめられる。従って排気制御弁24がほ
ぼ全閉せしめられたときには排気脈動が弱められるため
に未燃HCの酸化作用が促進され、排気制御弁24が全
開せしめられたときには排気脈動により燃焼室5内の既
燃ガスが急速に排出される。In this embodiment, an on-off valve 60 controlled by an actuator 61 is arranged in each communication pipe 20. The on-off valve 60 is fully opened when the exhaust control valve 24 is almost fully closed, and is fully closed when the exhaust control valve 24 is fully opened. Therefore, when the exhaust control valve 24 is almost completely closed, the exhaust pulsation is weakened, so that the oxidizing action of the unburned HC is promoted. When the exhaust control valve 24 is fully opened, the burned combustion in the combustion chamber 5 is caused by the exhaust pulsation. Gases are exhausted rapidly.
【0056】次に触媒22の上流に更に別の触媒62を
配置した場合について説明する。即ち、図11に示す例
では各排気マニホルド枝管19a内に夫々触媒62が配
置されている。一方、図12(A)に示す例では点火順
序が1−3−4−2とされており、図12(A)に示さ
れるように点火順序が一つおきの気筒#1,#4の排気
ポート11は共通の第1の排気マニホルド63に連結さ
れ、点火順序が一つおきの残りの気筒#2,#3の排気
ポート11は共通の第2の排気マニホルド64に連結さ
れる。第1の排気マニホルド63の集合部は触媒62を
収容した第1の触媒コンバータ65に連結され、第2の
排気マニホルド64の集合部は触媒62を収容した第2
の触媒コンバータ66に連結される。第1の触媒コンバ
ータ65および第2の触媒コンバータ66は共通の排気
管67を介して排気管21に連結される。Next, a case where another catalyst 62 is arranged upstream of the catalyst 22 will be described. That is, in the example shown in FIG. 11, the catalyst 62 is disposed in each exhaust manifold branch pipe 19a. On the other hand, in the example shown in FIG. 12A, the ignition order is set to 1-3-4-2, and as shown in FIG. 12A, the ignition order of every other cylinder # 1 and # 4 is changed. The exhaust ports 11 are connected to a common first exhaust manifold 63, and the exhaust ports 11 of the remaining cylinders # 2, # 3 in alternate firing order are connected to a common second exhaust manifold 64. The collecting part of the first exhaust manifold 63 is connected to a first catalytic converter 65 containing the catalyst 62, and the collecting part of the second exhaust manifold 64 is connected to the second catalytic converter 65 containing the catalyst 62.
Is connected to the catalytic converter 66. The first catalytic converter 65 and the second catalytic converter 66 are connected to the exhaust pipe 21 via a common exhaust pipe 67.
【0057】図12(B)に示される例では全気筒#
1,#2,#3,#4に対し共通の排気マニホルド19
の出口に触媒62を収容した触媒コンバータ68が連結
され、この触媒コンバータ68は排気管21に連結され
る。これらの例では触媒62として酸化触媒又は三元触
媒が用いられており、触媒22として酸化触媒、三元触
媒又はNOx 吸収剤が用いられている。NOx 吸収剤は
燃焼室5内における平均空燃比がリーンのときにNOx
を吸収し、燃焼室5内における平均空燃比がリッチにな
るとNOx を放出する機能を有する。In the example shown in FIG. 12B, all cylinders #
Exhaust manifold 19 common to 1, # 2, # 3 and # 4
A catalyst converter 68 containing a catalyst 62 is connected to an outlet of the exhaust pipe 21. In these examples, an oxidation catalyst or a three-way catalyst is used as the catalyst 62, and an oxidation catalyst, a three-way catalyst or a NO x absorbent is used as the catalyst 22. The NO x absorbent when the mean air-fuel ratio in the combustion chamber 5 of the lean NO x
And releases NO x when the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 becomes rich.
【0058】このNOx 吸収剤は例えばアルミナを担体
とし、この担体上に例えばカリウムK、ナトリウムN
a、リチウムLi、セシウムCsのようなアルカリ金
属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土
類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から
選ばれた少なくとも一つと、白金Ptのような貴金属と
が担持されている。This NO x absorbent uses, for example, alumina as a carrier and, for example, potassium K, sodium N
a, at least one selected from alkali metals such as lithium Li and cesium Cs, alkaline earths such as barium Ba and calcium Ca, rare earths such as lanthanum La and yttrium Y, and a noble metal such as platinum Pt. It is carried.
【0059】このように触媒22の上流に触媒62を配
置すると、触媒22が活性化するまでの間、即ち排気制
御弁24がほぼ全閉せしめられている間、未燃HCの酸
化反応を触媒62によって更に促進することができ、触
媒22が活性化して排気制御弁24が全開せしめられる
と未燃HCの大部分が触媒62によって酸化されること
なく触媒22に送り込まれ、触媒22における未燃HC
の酸化作用によって触媒22を活性化状態に維持するこ
とができるようになる。次にこのことについて図13か
ら図15を参照しつつ説明する。By arranging the catalyst 62 upstream of the catalyst 22, the oxidation reaction of unburned HC is prevented until the catalyst 22 is activated, that is, while the exhaust control valve 24 is almost fully closed. When the catalyst 22 is activated and the exhaust control valve 24 is fully opened, most of the unburned HC is sent to the catalyst 22 without being oxidized by the catalyst 62, and the unburned HC
The catalyst 22 can be maintained in an activated state by the oxidizing action of. Next, this will be described with reference to FIGS.
【0060】図13は図11および図12(A),
(B)に示される触媒22の触媒反応活性化状態を表し
ている。なお、図13において縦軸Tcは触媒22の温
度を示しており、横軸SVは空間速度(=単位時間当り
の排気ガスの体積流量/触媒の体積)を示している。ま
た、Toは触媒22の活性化温度を示しており、曲線K
は触媒22の触媒反応が活性化する触媒反応活性化限界
を示している。即ち、触媒反応活性化限界Kよりも上方
の領域Iは触媒反応が活性化する触媒反応活性化領域を
示しており、触媒反応活性化限界Kよりも下方の領域II
は触媒反応が行われない触媒反応不活性領域を示してい
る。また、R30,R50,R90は触媒22による排
気ガス中の還元成分の浄化率が夫々30%,50%,9
0%である場合を示している。FIG. 13 shows FIGS. 11 and 12 (A),
3B shows a catalytic reaction activated state of the catalyst 22 shown in FIG. In FIG. 13, the vertical axis Tc indicates the temperature of the catalyst 22, and the horizontal axis SV indicates the space velocity (= volume flow rate of exhaust gas per unit time / volume of catalyst). To indicates the activation temperature of the catalyst 22, and the curve K
Indicates a catalytic reaction activation limit at which the catalytic reaction of the catalyst 22 is activated. That is, a region I above the catalytic reaction activation limit K indicates a catalytic reaction activation region where the catalytic reaction is activated, and a region II below the catalytic reaction activation limit K.
Indicates a catalytic reaction inactive region where no catalytic reaction is performed. Further, R30, R50 and R90 have the purifying rates of the reducing components in the exhaust gas by the catalyst 22 of 30%, 50% and 9%, respectively.
The case where it is 0% is shown.
【0061】空間速度SVが大きくなるということは触
媒22内を流れる排気ガスの流速が速くなることを意味
しており、従って空間速度SVが大きくなるほど触媒2
2に対する排気ガスの接触時間が短かくなる。一方、触
媒22は空間速度SVとは無関係に活性化温度Toに達
すれば活性化する。しかしながら触媒22が活性化温度
Toになっても空間速度SVが大きくなると触媒22に
対する排気ガスの接触時間が短かくなるために触媒反応
は行われなくなる。この場合、触媒22の温度Tcが高
くなれば触媒反応が行われる。従って触媒反応活性化限
界Kは図13に示されるようになる。The increase in the space velocity SV means that the flow rate of the exhaust gas flowing through the catalyst 22 increases, and therefore, the higher the space velocity SV, the more the catalyst 2
2, the contact time of the exhaust gas with the exhaust gas becomes shorter. On the other hand, the catalyst 22 is activated when it reaches the activation temperature To regardless of the space velocity SV. However, even when the catalyst 22 reaches the activation temperature To, if the space velocity SV increases, the contact time of the exhaust gas with the catalyst 22 becomes short, so that the catalytic reaction is not performed. In this case, if the temperature Tc of the catalyst 22 increases, a catalytic reaction is performed. Therefore, the catalytic reaction activation limit K is as shown in FIG.
【0062】一方、触媒22の温度Tcが触媒反応活性
化温度限界Kに対して高くなればなるほど触媒反応は活
発となり、従って触媒22の温度Tcが高くなればなる
ほど排気ガス中の還元成分の浄化率が高くなる。従って
排気ガス中の還元成分の各浄化率R30,R50,R9
0は図13に示されるようになる。ところで図13から
わかるように排気ガス温が低い運転状態においても、即
ち触媒22の温度Tcが低いときであっても触媒22を
触媒反応活性化領域I内に維持しておくためには触媒2
2内を流れる排気ガスの空間速度SVを小さくしなけれ
ばならず、そのためには触媒22を大きくしなければな
らない。ところが触媒22を大きくすると触媒22をエ
ンジンルーム内に配置するのが困難となり、斯くして触
媒22はエンジンから離れた車両本体の床下に配置せざ
るを得なくなる。しかしながら触媒22をエンジンから
離れた位置に配置すると触媒22内を流れる排気ガス温
が低くなり、その結果触媒22を触媒反応活性化領域I
内に維持するのが困難となる。On the other hand, as the temperature Tc of the catalyst 22 becomes higher than the catalytic reaction activation temperature limit K, the catalytic reaction becomes more active. Therefore, as the temperature Tc of the catalyst 22 becomes higher, the purification of reduced components in the exhaust gas becomes more efficient. Rate is higher. Therefore, each purification rate R30, R50, R9 of the reducing component in the exhaust gas
0 is as shown in FIG. By the way, as can be seen from FIG. 13, even when the exhaust gas temperature is low, that is, even when the temperature Tc of the catalyst 22 is low, in order to keep the catalyst 22 in the catalytic reaction activation region I, the catalyst 2
The space velocity SV of the exhaust gas flowing through the inside 2 must be reduced, and for that purpose the catalyst 22 must be increased. However, when the size of the catalyst 22 is increased, it is difficult to dispose the catalyst 22 in the engine room, so that the catalyst 22 has to be disposed under the floor of the vehicle body away from the engine. However, when the catalyst 22 is disposed at a position distant from the engine, the temperature of the exhaust gas flowing through the catalyst 22 decreases, and as a result, the catalyst 22 is moved to the catalytic reaction activation region I.
It is difficult to maintain within.
【0063】この場合、触媒22を触媒反応活性化領域
I内に維持するためには触媒22の温度Tcを上昇させ
る必要があり、そのための最も適切な方法は排気ガス中
の還元成分を触媒22において酸化せしめ、そのとき発
生する酸化反応熱によって触媒22を高温に保持する方
法である。一方、機関始動後暫らくの間は触媒22の温
度Tcはかなり低く、このときには触媒22における排
気ガス中の還元成分の酸化作用は期待できない。そこで
この実施例では図11および図12(A),(B)に示
されるようにエンジンの近くに触媒62を配置し、機関
始動後暫らくの間はこの触媒62において未燃HC,C
Oのような排気ガス中の還元成分を酸化させるようにし
ている。In this case, in order to maintain the catalyst 22 in the catalytic reaction activation region I, it is necessary to raise the temperature Tc of the catalyst 22, and the most appropriate method for this is to reduce the reducing component in the exhaust gas to the catalyst 22. In this method, the catalyst 22 is kept at a high temperature by the oxidation reaction heat generated at that time. On the other hand, for a while after the start of the engine, the temperature Tc of the catalyst 22 is considerably low, and at this time, the oxidizing action of the reducing component in the exhaust gas by the catalyst 22 cannot be expected. Therefore, in this embodiment, the catalyst 62 is disposed near the engine as shown in FIGS. 11 and 12A and 12B, and the unburned HC, C
The reducing components in the exhaust gas such as O are oxidized.
【0064】しかしながら機関の運転中、触媒62にお
いて排気ガス中の還元成分を酸化させ続けると触媒22
内に流入する排気ガス中の還元成分の量が減少し、その
結果触媒22において十分な酸化反応熱が発生しなくな
るために触媒22を触媒反応活性化領域I内に維持して
おくのが困難となる。即ち、触媒22が多量の還元成分
を必要とするときには触媒62における還元成分の酸化
作用を抑制する必要がある。However, during the operation of the engine, if the reducing component in the exhaust gas is continuously oxidized in the catalyst 62, the catalyst 22
It is difficult to maintain the catalyst 22 in the catalytic reaction activation region I because the amount of the reducing component in the exhaust gas flowing into the catalyst decreases, and as a result, sufficient heat of oxidation reaction is not generated in the catalyst 22. Becomes That is, when the catalyst 22 requires a large amount of reducing components, it is necessary to suppress the oxidizing action of the reducing components in the catalyst 62.
【0065】また、前述したように触媒22としてNO
x 吸収剤を用いた場合にはNOx 吸収剤からNOx を放
出すべきときに燃焼室5内における空燃比がリッチとさ
れ、多量の未燃HC,CO、即ち多量の還元成分が燃焼
室5から排出される。この場合、この多量の還元成分が
触媒62によって酸化せしめられるとNOx 吸収剤から
NOx を放出しえなくなる。即ち、この場合にも触媒2
2が多量の還元成分を必要とするときには触媒62にお
ける還元成分の酸化作用を抑制する必要がある。As described above, the catalyst 22 is NO.
When using x absorbent is air-fuel ratio is made rich in the combustion chamber 5 when releasing the NO x from the NO x absorbent, a large amount of unburned HC, CO, i.e. a large amount of reducing components combustion chamber Exhausted from 5 In this case, if the large amount of the reducing component is oxidized by the catalyst 62, the NO x absorbent cannot release NO x . That is, also in this case, the catalyst 2
When 2 requires a large amount of reducing components, it is necessary to suppress the oxidizing action of the reducing components in the catalyst 62.
【0066】そこでこの実施例では、排気ガス中の還元
成分を触媒62で主に酸化させるべきときには触媒62
における排気ガス中の還元成分の酸化割合を増大させ、
排気ガス中の還元成分を触媒22で主に酸化させるべき
ときには触媒62における排気ガス中の還元成分の酸化
割合を減少させるようにしている。即ち、図14におい
て(1)は機関低負荷運転時における排気ポート11出
口付近での排気ガスの流速の変化を示しており、(2)
は機関高負荷運転時における排気ポート11出口付近で
の排気ガスの流速の変化を示している。また、図14に
おいて(3)は機関低負荷運転時における触媒22内で
の排気ガスの流速の変化を示しており、(4)は機関高
負荷運転時における触媒22内での排気ガスの流速の変
化を示している。Therefore, in this embodiment, when the reduction component in the exhaust gas is to be mainly oxidized by the catalyst 62, the catalyst 62
The oxidation rate of the reducing components in the exhaust gas at
When the reduction component in the exhaust gas is to be mainly oxidized by the catalyst 22, the oxidation rate of the reduction component in the exhaust gas in the catalyst 62 is reduced. That is, in FIG. 14, (1) shows a change in the flow velocity of the exhaust gas near the outlet of the exhaust port 11 during the low engine load operation, and (2)
Indicates a change in the flow rate of the exhaust gas near the outlet of the exhaust port 11 during the engine high load operation. In FIG. 14, (3) shows the change in the flow rate of the exhaust gas in the catalyst 22 during the low-load operation of the engine, and (4) shows the flow rate of the exhaust gas in the catalyst 22 during the high-load operation of the engine. Shows the change.
【0067】排気弁10が開弁すると燃焼室5内から排
気ポート11内に排気ガスが一気に噴出し、従って図1
4(1),(2)に示されるように排気ポート11出口
付近における排気ガスの流速は排気弁10が開弁する毎
に一時的に高くなる。この場合、機関負荷が高くなるほ
ど燃焼室5内の既燃ガスの圧力が高くなるので排気ポー
ト11出口付近における排気ガスの流速は図14(2)
に示される高負荷運転時のほうが図14(1)に示され
る低負荷運転時よりもかなり速くなる。一方、排気通路
内を流れる間に排気ガスのピーク値は次第に低くなり、
また各排気ポート11から流出した排気ガスは互いに合
流して触媒22内に流入するので触媒22内における排
気ガスの流速は図14(3),(4)に示されるように
なる。When the exhaust valve 10 is opened, exhaust gas is blown out of the combustion chamber 5 into the exhaust port 11 at a stretch.
4 (1) and (2), the flow rate of the exhaust gas near the outlet of the exhaust port 11 temporarily increases each time the exhaust valve 10 is opened. In this case, as the engine load increases, the pressure of the burned gas in the combustion chamber 5 increases, so that the flow rate of the exhaust gas near the outlet of the exhaust port 11 is as shown in FIG.
14 (1) is much faster than during the low-load operation shown in FIG. On the other hand, the peak value of the exhaust gas gradually decreases while flowing in the exhaust passage,
Further, the exhaust gas flowing out from each exhaust port 11 merges with each other and flows into the catalyst 22, so that the flow velocity of the exhaust gas in the catalyst 22 becomes as shown in FIGS.
【0068】一方、図14(3),(4)においてKは
図13に示される触媒反応活性化限界を示している。排
気ガスの流速がこの触媒反応活性化限界Kよりも高くな
ると図13に示される触媒反応不活性領域IIとなり、従
って触媒22における排気ガス中の還元成分の酸化作用
が中断される。図14(3),(4)では排気ガスの流
速は常に触媒反応活性化限界Kよりも低く、従って常に
排気ガス中の還元成分の酸化作用が行われている。本発
明による実施例では暖機が完了すると通常、触媒反応活
性化限界Kは図14(3),(4)に示されるような位
置となる。On the other hand, in FIGS. 14 (3) and (4), K indicates the catalytic reaction activation limit shown in FIG. When the flow rate of the exhaust gas becomes higher than the catalytic reaction activation limit K, a catalytic reaction inactive region II shown in FIG. 13 is obtained, and therefore, the oxidizing action of the reducing component in the exhaust gas in the catalyst 22 is interrupted. In FIGS. 14 (3) and (4), the flow rate of the exhaust gas is always lower than the catalytic reaction activation limit K, and therefore, the oxidizing action of the reducing component in the exhaust gas is always performed. In the embodiment according to the present invention, when the warm-up is completed, the catalytic reaction activation limit K is usually at the position shown in FIGS. 14 (3) and (4).
【0069】一方、触媒22と寸法および構造が全く同
一の触媒を触媒62として用い、この触媒62を図11
に示す例と同じ様に夫々排気マニホルド19の各枝管1
9a内に配置したとすると、この場合には各触媒62に
対する触媒反応活性化限界Kが図14(1),(2)に
示されるようになる。即ち、この場合には触媒62の方
が触媒22よりもはるかに高温となるので触媒反応活性
化限界Kは図14(3)に示す場合に比べて図14
(1)に示す場合の方が高くなり、図14(4)に示す
場合に比べて図14(2)に示す場合の方が高くなる。On the other hand, a catalyst having exactly the same size and structure as the catalyst 22 was used as the catalyst 62, and this catalyst 62 was used in FIG.
Each branch pipe 1 of the exhaust manifold 19 is similar to the example shown in FIG.
Assuming that the catalysts are arranged within 9a, the catalytic reaction activation limit K for each catalyst 62 is as shown in FIGS. 14 (1) and 14 (2). That is, in this case, since the temperature of the catalyst 62 is much higher than that of the catalyst 22, the catalyst reaction activation limit K is smaller than that in the case shown in FIG.
The case shown in (1) is higher, and the case shown in FIG. 14 (2) is higher than the case shown in FIG. 14 (4).
【0070】本発明による実施例では図11に示される
ように触媒62の体積を触媒22の体積よりもかなり小
さくすることによって図14(1),(2)に示される
ように触媒反応活性化限界KをΔK,ΔK′だけ大巾に
低下させるようにしている。即ち、触媒62の体積を小
さくすると触媒62に対する排気ガスの接触時間が短か
くなる。触媒62に対する排気ガスの接触時間が短かく
なると排気ガスの流速が遅くならなければ触媒62にお
ける触媒反応が行われず、斯くして触媒62の体積を小
さくすると図14(1),(2)に示されるように触媒
反応活性化限界Kが低下することになる。In the embodiment according to the present invention, the volume of the catalyst 62 is made considerably smaller than the volume of the catalyst 22 as shown in FIG. 11 to thereby activate the catalytic reaction as shown in FIGS. The limit K is greatly reduced by ΔK and ΔK ′. That is, when the volume of the catalyst 62 is reduced, the contact time of the exhaust gas with the catalyst 62 is shortened. If the contact time of the exhaust gas with the catalyst 62 becomes short, the catalytic reaction in the catalyst 62 does not take place unless the flow rate of the exhaust gas becomes slow. Thus, when the volume of the catalyst 62 is reduced, the results are shown in FIGS. As shown, the catalytic reaction activation limit K decreases.
【0071】図15(1)および(2)に示す実線は触
媒62の体積を触媒22の体積よりもかなり小さくした
場合の図14(1)および(2)の拡大図を夫々示して
いる。この場合には前述したように触媒反応活性化限界
Kが低下する。また、図15(1)および(2)には排
気ガス中の還元成分の浄化率が50%となるラインも示
されている。The solid lines shown in FIGS. 15A and 15B show enlarged views of FIGS. 14A and 14B when the volume of the catalyst 62 is considerably smaller than the volume of the catalyst 22, respectively. In this case, the catalytic reaction activation limit K decreases as described above. FIGS. 15A and 15B also show lines where the purification rate of the reducing components in the exhaust gas is 50%.
【0072】図15(1),(2)において排気ガスの
流速が触媒反応活性化限界Kを越えたときには排気ガス
中の還元成分の酸化作用は行われず、従ってこのときに
は排気ガス中の還元成分は触媒62を素通りする。一
方、排気ガスの流速が触媒反応活性化限界Kよりも低く
なると排気ガス中の還元成分の酸化作用が行われる。た
だしこの場合、排気ガスの流速が低くなるほど排気ガス
中の還元成分の酸化作用が促進され、従って排気ガスの
流速が低くなるほど排気ガス中の還元成分の浄化率が高
くなる。In FIGS. 15 (1) and (2), when the flow rate of the exhaust gas exceeds the catalytic reaction activation limit K, the oxidizing action of the reducing component in the exhaust gas is not performed. Passes through the catalyst 62. On the other hand, when the flow rate of the exhaust gas is lower than the catalytic reaction activation limit K, the reducing component in the exhaust gas is oxidized. However, in this case, as the flow rate of the exhaust gas decreases, the oxidizing action of the reducing component in the exhaust gas is promoted. Therefore, as the flow rate of the exhaust gas decreases, the purification rate of the reducing component in the exhaust gas increases.
【0073】このように触媒22に比べてかなり体積の
小さな触媒62を図11に示されるように排気マニホル
ド19の各枝管19a内に配置するとかなりの量の排気
ガス中の還元成分が触媒62を素通りし、従ってかなり
の量の排気ガス中の還元成分が触媒22内に送り込まれ
ることになる。なお、図15(1)および(2)を比較
するとわかるように図15(2)に示される機関高負荷
運転時の方が図15(1)に示される機関低負荷運転時
に比べて触媒62を素通りする還元成分の量が増大す
る。When the catalyst 62 having a considerably smaller volume than the catalyst 22 is arranged in each branch pipe 19a of the exhaust manifold 19 as shown in FIG. 11, a considerable amount of the reducing component in the exhaust gas is reduced. Therefore, a considerable amount of the reducing components in the exhaust gas is sent into the catalyst 22. As can be seen by comparing FIGS. 15 (1) and (2), the catalyst 62 during the high-load operation of the engine shown in FIG. 15 (2) is better than that during the low-load operation of the engine shown in FIG. 15 (1). The amount of the reducing component that passes through is increased.
【0074】一方、本発明による実施例では触媒62に
よる排気ガス中の還元成分の浄化率を高くすべきときに
は排気制御弁24がほぼ全閉せしめられ、開閉弁60が
全開せしめられる。具体的に云うと本発明による実施例
ではこのとき排気制御弁24によって排気管23の流路
面積のほぼ95%が閉鎖され、このとき排気マニホルド
19内および排気管21内の圧力、即ち背圧はほぼ80
KPa となる。即ち、このとき背圧は大気圧のほぼ2倍と
なる。On the other hand, in the embodiment according to the present invention, when the purification rate of the reducing components in the exhaust gas by the catalyst 62 is to be increased, the exhaust control valve 24 is almost completely closed and the on-off valve 60 is fully opened. More specifically, in the embodiment according to the present invention, at this time, about 95% of the flow path area of the exhaust pipe 23 is closed by the exhaust control valve 24, and at this time, the pressure in the exhaust manifold 19 and the exhaust pipe 21, ie, the back pressure, Is almost 80
KPa. That is, at this time, the back pressure becomes almost twice the atmospheric pressure.
【0075】このように背圧が大気圧のほぼ2倍になる
と燃焼室5内から排気ポート11内への排気ガスの流出
速度が低下する。また背圧が大気圧のほぼ2倍になると
排気ガスの密度が高くなり、従って排気通路内を流れる
排気ガスの流速も低下する。更にこのとき開閉弁60が
全開しているので排気脈動が弱められ、排気ポート11
および排気マニホルド枝管19a内を流れる排気ガスの
流速が低下せしめられる。従ってこのときには触媒62
を通過する排気ガスの流速は図15(1)において破線
で示されるように常に触媒反応活性化限界Kよりも低く
なる。その結果、このときには排気ガス中の還元成分の
大部分が触媒62において酸化せしめられ、少量の還元
成分が触媒62を通り過ぎて触媒22内に流入する。As described above, when the back pressure becomes almost twice the atmospheric pressure, the outflow speed of the exhaust gas from the combustion chamber 5 to the exhaust port 11 decreases. Further, when the back pressure becomes almost twice the atmospheric pressure, the density of the exhaust gas increases, and accordingly, the flow velocity of the exhaust gas flowing in the exhaust passage also decreases. Further, at this time, since the on-off valve 60 is fully opened, the exhaust pulsation is weakened, and the exhaust port 11
And the flow velocity of the exhaust gas flowing in the exhaust manifold branch pipe 19a is reduced. Therefore, at this time, the catalyst 62
Is always lower than the catalytic reaction activation limit K as shown by the broken line in FIG. As a result, at this time, most of the reducing components in the exhaust gas are oxidized in the catalyst 62, and a small amount of the reducing components flow into the catalyst 22 through the catalyst 62.
【0076】このように排気制御弁24を全開にし、開
閉弁60を全閉にすると図15(1)において実線で示
されるように排気ガスの流速が速くなり、排気ガス中に
含まれるかなりの量の還元成分が触媒62を素通りして
触媒22内に送り込まれ、排気制御弁24をほぼ全閉せ
しめ、開閉弁60を全開せしめると図15(1)におい
て破線で示されるように排気ガス中に含まれる大部分の
還元成分が触媒62において酸化せしめられる。When the exhaust control valve 24 is fully opened and the on-off valve 60 is fully closed in this way, the flow rate of the exhaust gas increases as shown by the solid line in FIG. When the amount of the reducing component passes through the catalyst 62 and is sent into the catalyst 22, the exhaust control valve 24 is almost completely closed, and the on-off valve 60 is fully opened, and as shown by a broken line in FIG. Most of the reducing components contained in the catalyst are oxidized in the catalyst 62.
【0077】ところで機関の運転が開始されてから暫ら
くの期間は通常、低負荷運転が行われ、このとき触媒2
2の温度は低くなっている。従ってこのときには触媒2
2による排気ガス中の還元成分の酸化作用、即ち未燃H
C,COの浄化作用はほとんど期待できない。従って本
発明による実施例では機関の運転が開始されてから触媒
22が活性化するまでの間において低負荷運転が行われ
たときには排気制御弁24がほぼ全閉せしめられ、開閉
弁60が全開せしめられる。このとき触媒62内を流れ
る排気ガスの流速は図15(1)において破線で示され
るように遅くなり、斯くして排気ガス中に含まれるかな
りの量の未燃HC,COが触媒62において浄化せしめ
られる。By the way, during a period of time after the operation of the engine is started, a low load operation is usually performed.
The temperature of 2 is low. Therefore, at this time, catalyst 2
2, the oxidizing action of the reduced components in the exhaust gas, ie, unburned H
Almost no purifying action of C and CO can be expected. Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the low-load operation is performed between the start of the operation of the engine and the activation of the catalyst 22, the exhaust control valve 24 is almost completely closed and the on-off valve 60 is fully opened. Can be At this time, the flow rate of the exhaust gas flowing in the catalyst 62 becomes slow as shown by the broken line in FIG. 15A, and thus a considerable amount of unburned HC and CO contained in the exhaust gas is purified by the catalyst 62. I'm sick
【0078】次いで触媒22が活性化すると排気制御弁
24は全閉せしめられ、開閉弁60は全閉せしめられ
る。このときには図15(1),(2)の実線からわか
るように排気ガス中に含まれるかなりの量の未燃HC,
COが触媒62を素通りして触媒22内に流入する。そ
の結果、触媒22において多量の未燃HC,COが酸化
せしめられるために触媒22内において多量の酸化反応
熱が発生し、斯くして触媒22は触媒反応活性化状態に
保持される。図13において鎖線で囲まれた領域Mは、
本発明による実施例において触媒22が通常とりうる範
囲、即ち触媒22の使用領域を示している。Next, when the catalyst 22 is activated, the exhaust control valve 24 is fully closed, and the on-off valve 60 is fully closed. At this time, as can be seen from the solid lines in FIGS. 15A and 15B, a considerable amount of unburned HC contained in the exhaust gas,
CO flows through the catalyst 62 into the catalyst 22. As a result, a large amount of unburned HC and CO is oxidized in the catalyst 22, so that a large amount of heat of oxidation reaction is generated in the catalyst 22, and the catalyst 22 is maintained in a catalytic reaction activated state. In FIG. 13, a region M surrounded by a chain line is
In the embodiment according to the present invention, the range which the catalyst 22 can normally take, that is, the usage region of the catalyst 22 is shown.
【0079】[0079]
【発明の効果】大気中に排出される未燃HCの量を大巾
に低減することができる。According to the present invention, the amount of unburned HC discharged into the atmosphere can be greatly reduced.
【図1】内燃機関の全体図である。FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
【図2】燃焼室の側面断面図である。FIG. 2 is a side sectional view of a combustion chamber.
【図3】噴射量、噴射時期および空燃比を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing an injection amount, an injection timing, and an air-fuel ratio.
【図4】噴射時期を示す図である。FIG. 4 is a view showing an injection timing.
【図5】未燃HCの濃度を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the concentration of unburned HC.
【図6】主燃料の噴射量を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an injection amount of a main fuel.
【図7】主燃料の噴射量と副燃料の噴射量との関係を示
す図である。FIG. 7 is a diagram showing a relationship between an injection amount of a main fuel and an injection amount of a sub fuel.
【図8】主燃料の噴射量と排気制御弁の開度を示す図で
ある。FIG. 8 is a diagram showing an injection amount of a main fuel and an opening degree of an exhaust control valve.
【図9】運転制御を行うためのフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart for performing operation control.
【図10】内燃機関の別の実施例を示す全体図である。FIG. 10 is an overall view showing another embodiment of the internal combustion engine.
【図11】触媒の配置の一例を示す内燃機関の全体図で
ある。FIG. 11 is an overall view of an internal combustion engine showing an example of an arrangement of a catalyst.
【図12】触媒の配置の他の例を示す内燃機関の全体図
である。FIG. 12 is an overall view of an internal combustion engine showing another example of the arrangement of the catalyst.
【図13】触媒反応活性化領域を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a catalytic reaction activation region.
【図14】排気ガスの流速変化を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a change in the flow velocity of exhaust gas.
【図15】排気ガスの流速変化を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a change in the flow rate of exhaust gas.
19…排気マニホルド 20…連通管 22…触媒 24…排気制御弁 19 ... Exhaust manifold 20 ... Communication pipe 22 ... Catalyst 24 ... Exhaust control valve
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 利岡 俊祐 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 3G091 AA02 AA11 AA12 AA13 AA17 AA18 AA24 AB03 AB05 AB06 AB09 BA15 CA18 CB00 CB02 CB03 DA02 DB10 EA00 EA01 EA02 EA05 EA07 EA16 EA18 EA32 FA04 FB10 FB12 GB02W GB03W GB04W GB05W HA01 HA03 HA08 HA11 HA12 HA18 HB01 HB03 3G301 HA00 HA01 HA02 HA04 HA13 HA16 JA25 JA26 KA01 KA05 LA00 LB04 LB11 MA01 MA11 MA19 MA26 NA08 NB02 NB06 NB11 ND01 NE01 NE13 NE15 PA01Z PA17Z PB08A PB08Z PD00Z PD12Z PD14Z PE01Z PE04Z PE08Z PF03Z ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Shunsuke Toshioka 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation F-term (reference) 3G091 AA02 AA11 AA12 AA13 AA17 AA18 AA24 AB03 AB05 AB06 AB09 BA15 CA18 CB00 CB02 CB03 DA02 DB10 EA00 EA01 EA02 EA05 EA07 EA16 EA18 EA32 FA04 FB10 FB12 GB02W GB03W GB04W GB05W HA01 HA03 HA08 HA11 HA12 HA18 HB01 HB03 3G301 HA00 HA01 HA02 HA04 HA13 HA16 NE25 JA26 KA01 KA05 LA01 MA01 NB05 MA00 NE15 PA01Z PA17Z PB08A PB08Z PD00Z PD12Z PD14Z PE01Z PE04Z PE08Z PF03Z
Claims (6)
機関排気ポートの出口に接続し、排気マニホルドの出口
に接続された排気通路内に排気制御弁を配置し、大気中
への未燃HCの排出量を低減すべきであると判断された
ときには排気制御弁をほぼ全閉にすると共に、機関出力
を発生するために燃焼室内に噴射された主燃料を空気過
剰のもとで燃焼させることに加え副燃料を副燃料が燃焼
しうる膨張行程中又は排気行程中の予め定められた時期
に燃焼室内に追加噴射し、機関排気ポート又は排気マニ
ホルド枝管に機関排気ポートおよび排気マニホルド内に
おいて発生する排気脈動を低減するための排気脈動低減
手段を設けた内燃機関の排気浄化装置。An exhaust manifold is connected to an outlet of a corresponding engine exhaust port, an exhaust control valve is disposed in an exhaust passage connected to an outlet of the exhaust manifold, and unburned HC into the atmosphere is provided. When it is determined that the emission of fuel should be reduced, the exhaust control valve should be almost fully closed and the main fuel injected into the combustion chamber to generate engine output should be burned with excess air. In addition to the above, auxiliary fuel is additionally injected into the combustion chamber at a predetermined time during an expansion stroke or an exhaust stroke in which the auxiliary fuel can combust, and is generated in an engine exhaust port or an exhaust manifold branch pipe in the engine exhaust port and the exhaust manifold. An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine provided with exhaust pulsation reducing means for reducing exhaust pulsation caused by the exhaust pulsation.
の各枝管内を互いに連通させる連通管からなる請求項1
に記載の内燃機関の排気浄化装置。2. The exhaust pulsation reducing means comprises a communication pipe which communicates each branch pipe of the exhaust manifold with each other.
An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1.
められたときには開弁し、排気制御弁が全開せしめられ
たときには閉弁する開閉弁が配置されている請求項2に
記載の内燃機関の排気浄化装置。3. The internal combustion engine according to claim 2, wherein an on-off valve that opens when the exhaust control valve is substantially fully closed and closes when the exhaust control valve is fully opened is disposed in each communication pipe. Engine exhaust purification device.
には同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せし
められた場合の機関の発生トルクに近づくように同一の
機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場
合に比べて主燃料の噴射量を増量させるようにした請求
項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。4. When the exhaust control valve is almost fully closed, the same engine operating state is set so as to approach the generated torque of the engine when the exhaust control valve is fully opened under the same engine operating state. 2. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the main fuel injection amount is increased as compared with the case where the exhaust control valve is fully opened.
配置されている請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装
置。5. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein a catalyst is disposed in each branch pipe of the exhaust manifold.
通路内に触媒が配置されている請求項1に記載の内燃機
関の排気浄化装置。6. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein a catalyst is disposed in an exhaust passage connected to an outlet of the exhaust manifold.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23453999A JP3617382B2 (en) | 1999-08-20 | 1999-08-20 | Exhaust gas purification device for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP23453999A JP3617382B2 (en) | 1999-08-20 | 1999-08-20 | Exhaust gas purification device for internal combustion engine |
Publications (2)
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