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JP2010031648A - Internal combustion engine - Google Patents

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JP2010031648A
JP2010031648A JP2008191449A JP2008191449A JP2010031648A JP 2010031648 A JP2010031648 A JP 2010031648A JP 2008191449 A JP2008191449 A JP 2008191449A JP 2008191449 A JP2008191449 A JP 2008191449A JP 2010031648 A JP2010031648 A JP 2010031648A
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JP
Japan
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exhaust
resonator
internal combustion
engine
combustion engine
Prior art date
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Pending
Application number
JP2008191449A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kotaro Suzuki
宏太朗 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine capable of enhancing the warm-up performance of a catalytic device in a constitution having a resonator. <P>SOLUTION: The internal combustion engine 1 includes a catalytic device 42 arranged on an exhaust passage 41 of an engine 2 to purify exhaust, and a resonator 5 opening to the exhaust passage 41, wherein the resonator 5 is provided with an opening/closing valve 52 for adjusting an opening area of an opening to the exhaust passage 41. The opening/closing control of the opening/closing valve 52 is executed on the basis of the warm-up state of the catalytic device 42. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、内燃機関に関し、さらに詳しくは、レゾネータを有する構成において触媒装置の暖機性を向上できる内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly to an internal combustion engine that can improve the warm-up performance of a catalyst device in a configuration having a resonator.

近年の内燃機関は、エンジンの排気通路上に配置されて排気を浄化する触媒装置を備えている。このような内燃機関では、排気の浄化性能を高めるために、触媒装置の暖機性を向上すべき課題がある。また、近年の内燃機関は、レゾネータを備えている。レゾネータは、ヘルムホルツの共鳴原理を利用して特定周波数の音を低減させる消音器である。かかるレゾネータを有する従来の内燃機関として、特許文献1に記載される技術が知られている。   Recent internal combustion engines include a catalyst device that is disposed on the exhaust passage of the engine and purifies the exhaust gas. In such an internal combustion engine, there is a problem that the warm-up property of the catalyst device should be improved in order to improve the exhaust purification performance. Further, recent internal combustion engines are provided with a resonator. A resonator is a silencer that reduces the sound of a specific frequency by utilizing Helmholtz's resonance principle. As a conventional internal combustion engine having such a resonator, a technique described in Patent Document 1 is known.

実開平7−10409号公報Japanese Utility Model Publication No. 7-10409

この発明は、レゾネータを有する構成において触媒装置の暖機性を向上できる内燃機関を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an internal combustion engine that can improve the warm-up performance of a catalyst device in a configuration having a resonator.

上記目的を達成するため、この発明にかかる内燃機関は、エンジンの排気通路上に配置されて排気を浄化する触媒装置と、前記排気通路に開口するレゾネータとを備える内燃機関であって、前記レゾネータが前記排気通路への開口部の開口面積を調整する開閉バルブを有し、且つ、前記触媒装置の暖機状態に基づいて前記開閉バルブの開閉制御が行われることを特徴とする。   In order to achieve the above object, an internal combustion engine according to the present invention is an internal combustion engine including a catalyst device that is disposed on an exhaust passage of an engine and purifies exhaust gas, and a resonator that opens to the exhaust passage. Has an opening / closing valve that adjusts the opening area of the opening to the exhaust passage, and the opening / closing control of the opening / closing valve is performed based on the warm-up state of the catalyst device.

この内燃機関では、レゾネータの開閉バルブの開閉動作により、排気通路における排気脈動の圧力が変化する。また、触媒装置の暖機は、排気脈動による排気の撹拌作用によって影響を受ける。したがって、触媒装置の暖機状態に応じてレゾネータの開閉バルブを開閉制御することにより、触媒装置の暖機性を向上させ得る利点がある。   In this internal combustion engine, the pressure of the exhaust pulsation in the exhaust passage changes due to the opening / closing operation of the open / close valve of the resonator. Further, the warm-up of the catalyst device is affected by the stirring action of the exhaust due to the exhaust pulsation. Therefore, there is an advantage that the warm-up property of the catalyst device can be improved by controlling the opening / closing valve of the resonator according to the warm-up state of the catalyst device.

また、この発明にかかる内燃機関は、前記触媒装置の暖機が完了していないときに、前記開閉バルブが開弁する。   In the internal combustion engine according to the present invention, when the catalyst device has not been warmed up, the on-off valve opens.

この内燃機関では、レゾネータにより排気脈動の振幅が減少して、脈動による排気の撹拌作用が抑制される。すると、排気から排気マニホールドへの熱伝達が抑制されて排気の熱損失が減少するので、触媒装置の暖機が促進される利点がある。   In this internal combustion engine, the amplitude of the exhaust pulsation is reduced by the resonator, and the exhaust agitation action due to the pulsation is suppressed. Then, heat transfer from the exhaust to the exhaust manifold is suppressed, and heat loss of the exhaust is reduced, so that there is an advantage that warming up of the catalyst device is promoted.

また、この発明にかかる内燃機関は、エンジンの運転領域が排気脈動によるエンジントルクの減少が発生し得る領域にあるときに、前記開閉バルブが開弁する。   In the internal combustion engine according to the present invention, the open / close valve is opened when the operating range of the engine is in a range where a decrease in engine torque due to exhaust pulsation can occur.

この内燃機関では、レゾネータの開閉バルブが開弁すると、排気通路内の圧力波がレゾネータに入り込むことにより、排気脈動の影響が緩和される。これにより、エンジントルクの減少が抑制されて、エンジンの全開高性能が向上する利点がある。   In this internal combustion engine, when the open / close valve of the resonator is opened, the pressure wave in the exhaust passage enters the resonator, thereby reducing the influence of exhaust pulsation. Thereby, a reduction in engine torque is suppressed, and there is an advantage that the fully open high performance of the engine is improved.

また、この発明にかかる内燃機関は、エンジンの定常運転時にて、前記開閉バルブが開弁する。   In the internal combustion engine according to the present invention, the on-off valve is opened during steady operation of the engine.

この内燃機関では、レゾネータの開閉バルブが開弁すると、排気通路内の圧力波がレゾネータに入り込むことにより、排気脈動による排気の撹拌作用が緩和される。すると、触媒と排気との反応が抑制されて、触媒の床温の上昇が抑制される。これにより、触媒の劣化が抑制されて、触媒の寿命が維持される利点がある。   In this internal combustion engine, when the open / close valve of the resonator is opened, the pressure wave in the exhaust passage enters the resonator, so that the agitation action of exhaust due to exhaust pulsation is alleviated. Then, the reaction between the catalyst and the exhaust is suppressed, and the increase in the catalyst bed temperature is suppressed. Thereby, there exists an advantage by which deterioration of a catalyst is suppressed and the lifetime of a catalyst is maintained.

また、この発明にかかる内燃機関は、排気の一部を吸気ポートに供給してエンジンに再循環させる排気再循環装置を有するときに、排気再循環時にて前記開閉バルブが開弁する。   In addition, when the internal combustion engine according to the present invention has an exhaust gas recirculation device that supplies a part of the exhaust gas to the intake port and recirculates the exhaust gas to the engine, the open / close valve is opened during exhaust gas recirculation.

この内燃機関では、レゾネータの開閉バルブが開弁すると、排気通路内の圧力波がレゾネータに入り込むことにより、排気脈動の振幅が緩和される。すると、排気通路内の排気流れが安定化して、再循環ガス量が均一化される。これにより、排気再循環装置が適正に機能して、燃費が向上する利点がある。   In this internal combustion engine, when the open / close valve of the resonator is opened, the pressure wave in the exhaust passage enters the resonator, thereby reducing the amplitude of the exhaust pulsation. Then, the exhaust flow in the exhaust passage is stabilized, and the amount of recirculated gas is made uniform. Thereby, there exists an advantage which an exhaust gas recirculation apparatus functions correctly and a fuel consumption improves.

この発明にかかる内燃機関では、レゾネータの開閉バルブの開閉動作により、排気通路における排気脈動の圧力が変化する。また、触媒装置の暖機は、排気脈動による排気の撹拌作用によって影響を受ける。したがって、触媒装置の暖機状態に応じてレゾネータの開閉バルブを開閉制御することにより、触媒装置の暖機性を向上させ得る利点がある。   In the internal combustion engine according to the present invention, the pressure of the exhaust pulsation in the exhaust passage changes due to the opening / closing operation of the open / close valve of the resonator. Further, the warm-up of the catalyst device is affected by the stirring action of the exhaust due to the exhaust pulsation. Therefore, there is an advantage that the warm-up property of the catalyst device can be improved by controlling the opening / closing valve of the resonator according to the warm-up state of the catalyst device.

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施例に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. Further, the constituent elements of this embodiment include those that can be replaced while maintaining the identity of the invention and that are obvious for replacement. In addition, a plurality of modifications described in this embodiment can be arbitrarily combined within a range obvious to those skilled in the art.

図1は、この発明の実施例にかかる内燃機関を示す構成図である。図2および図3は、図1に記載した内燃機関のレゾネータを示す配置構成図(図2)および拡大断面図(図3)である。図4〜図6は、図1に記載した内燃機関の作用を示すフローチャート(図4)ならびに説明図(図5および図6)である。図7および図8は、図1に記載した内燃機関の変形例を示すフローチャートである。   FIG. 1 is a block diagram showing an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2 and 3 are an arrangement configuration diagram (FIG. 2) and an enlarged sectional view (FIG. 3) showing the resonator of the internal combustion engine shown in FIG. 4 to 6 are a flowchart (FIG. 4) and an explanatory diagram (FIGS. 5 and 6) showing the operation of the internal combustion engine shown in FIG. 1. 7 and 8 are flowcharts showing a modification of the internal combustion engine shown in FIG.

[内燃機関]
内燃機関1は、エンジン2と、吸気系統3と、排気系統4と、レゾネータ5と、制御系統6とを有し、車両に搭載されて動力を発生する(図1参照)。
[Internal combustion engine]
The internal combustion engine 1 includes an engine 2, an intake system 3, an exhaust system 4, a resonator 5, and a control system 6, and is mounted on a vehicle to generate power (see FIG. 1).

エンジン2は、ピストン(図示省略)と、ピストンを収容するシリンダボア21と、ピストンに連結されるクランクシャフトと、シリンダボア21(燃焼室)に接続される吸気ポート22および排気ポート23と、外気に燃料を添加する燃料供給装置24と、点火プラグ(図示省略)とを有する。このエンジン2では、導入された外気に燃料が添加されて、混合気が形成される。そして、この混合気が吸気ポート22からシリンダボア21内に吸入されて圧縮される。次に、この混合気が点火プラグにより点火されてシリンダボア21内で燃焼し、その燃焼エネルギーによりピストンが駆動されてシリンダボア21内を往復運動する。すると、このピストンの往復運動がクランクシャフトの回転運動に変換されて動力が発生する。また、シリンダボア21内の燃焼ガスが排気ポート23を介してシリンダボア21の外部に排出される。   The engine 2 includes a piston (not shown), a cylinder bore 21 that accommodates the piston, a crankshaft coupled to the piston, an intake port 22 and an exhaust port 23 connected to the cylinder bore 21 (combustion chamber), and fuel to the outside air. And a spark plug (not shown). In the engine 2, fuel is added to the introduced outside air to form an air-fuel mixture. The air-fuel mixture is sucked into the cylinder bore 21 from the intake port 22 and compressed. Next, the air-fuel mixture is ignited by the spark plug and burned in the cylinder bore 21, and the piston is driven by the combustion energy to reciprocate in the cylinder bore 21. Then, the reciprocating motion of the piston is converted into the rotational motion of the crankshaft to generate power. Further, the combustion gas in the cylinder bore 21 is discharged to the outside of the cylinder bore 21 through the exhaust port 23.

吸気系統3は、吸気通路31と、エアフィルタ32と、スロットルバルブ33と、サージタンク34とを有する。吸気通路31は、吸気をエンジン2に導入するための通路である。エアフィルタ32は、吸気通路31の入口部に配置されて吸入空気中のゴミや塵などを除去する。スロットルバルブ33は、吸気通路31の流路断面積を調整する流量調整弁である。サージタンク34は、吸入空気を一時的に溜めて吸気脈動を抑制するタンクである。この吸気系統3では、エアフィルタ32を通過した吸気がスロットルバルブ33およびサージタンク34を通過し、エンジン2の吸気ポート22に供給される。   The intake system 3 includes an intake passage 31, an air filter 32, a throttle valve 33, and a surge tank 34. The intake passage 31 is a passage for introducing intake air into the engine 2. The air filter 32 is disposed at the inlet of the intake passage 31 and removes dust, dust and the like in the intake air. The throttle valve 33 is a flow rate adjusting valve that adjusts the cross-sectional area of the intake passage 31. The surge tank 34 is a tank that temporarily stores intake air and suppresses intake pulsation. In the intake system 3, the intake air that has passed through the air filter 32 passes through the throttle valve 33 and the surge tank 34 and is supplied to the intake port 22 of the engine 2.

排気系統4は、排気通路(排気管)41と、この排気通路41上に配置される触媒装置42とを有する。排気通路41は、エンジン2からの排気を外部に排出するための通路であり、排気マニホールドを介してエンジンの排気ポート23に接続される。触媒装置42は、排気中の有害ガス(CO、CH、NOx)を無害なガス(CO、HO、N)に浄化するための触媒(例えば、三元触媒)を有する。この排気系統4では、エンジン2からの排気が排気通路41に流入し、触媒装置42にて浄化されて外部に排出される。 The exhaust system 4 includes an exhaust passage (exhaust pipe) 41 and a catalyst device 42 disposed on the exhaust passage 41. The exhaust passage 41 is a passage for discharging the exhaust from the engine 2 to the outside, and is connected to the engine exhaust port 23 via an exhaust manifold. The catalyst device 42 has a catalyst (for example, a three-way catalyst) for purifying harmful gases (CO, CH, NOx) in the exhaust gas into harmless gases (CO 2 , H 2 O, N 2 ). In the exhaust system 4, exhaust from the engine 2 flows into the exhaust passage 41, is purified by the catalyst device 42, and is discharged outside.

レゾネータ5は、ヘルムホルツの共鳴原理を利用して特定周波数の音を低減させる消音器であり、排気通路41上に配置される(図1〜図3参照)。このレゾネータ5は、レゾネータ本体51と、開閉バルブ52とを有する。レゾネータ本体51は、筒状あるいは容器状の中空部材から成り、所定の消音周波数を有するレゾネータ室を構成する。また、レゾネータ本体51は、排気通路41に開口する。例えば、この実施例では、レゾネータ本体51が排気マニホールドの下流側かつ触媒装置42の上流側にて排気通路41に開口している(図2参照)。開閉バルブ52は、レゾネータ本体51の開口部に配置される。この開閉バルブ52の開閉制御により、排気通路41に対するレゾネータ本体51の開口面積が調整される。なお、この実施例では、開閉バルブ52としてバタフライ弁が採用されている。このレゾネータ5では、開閉バルブ52が開弁すると、レゾネータ本体51と排気通路41とが連通して排気の圧力波がレゾネータ本体51に入り込む。これにより、排気の圧力波が緩和されて排気騒音が低減される。   The resonator 5 is a silencer that reduces the sound of a specific frequency using the Helmholtz resonance principle, and is disposed on the exhaust passage 41 (see FIGS. 1 to 3). The resonator 5 includes a resonator body 51 and an opening / closing valve 52. The resonator body 51 is formed of a cylindrical or container-like hollow member, and constitutes a resonator chamber having a predetermined silencing frequency. The resonator main body 51 opens into the exhaust passage 41. For example, in this embodiment, the resonator body 51 opens into the exhaust passage 41 on the downstream side of the exhaust manifold and the upstream side of the catalyst device 42 (see FIG. 2). The opening / closing valve 52 is disposed in the opening of the resonator body 51. By opening / closing control of the opening / closing valve 52, the opening area of the resonator body 51 with respect to the exhaust passage 41 is adjusted. In this embodiment, a butterfly valve is employed as the open / close valve 52. In the resonator 5, when the open / close valve 52 is opened, the resonator main body 51 and the exhaust passage 41 communicate with each other, and an exhaust pressure wave enters the resonator main body 51. Thereby, the pressure wave of exhaust gas is relieved and exhaust noise is reduced.

制御系統6は、ECU(Electronic Control Unit)61と、各種センサとを有する。各種センサは、例えば、空燃比センサあるいは酸素濃度センサ(Oセンサ)などのガスセンサ62、エンジン回転数を検出する回転数センサおよびエンジントルクを検出するトルクセンサ(図示省略)、アクセル開度センサおよび車速センサ、などにより構成される。この制御系統6では、ECU51が各種センサの計測結果に基づいてレゾネータ5の開閉バルブ52を制御する。 The control system 6 includes an ECU (Electronic Control Unit) 61 and various sensors. The various sensors include, for example, a gas sensor 62 such as an air-fuel ratio sensor or an oxygen concentration sensor (O 2 sensor), a rotational speed sensor that detects engine rotational speed, a torque sensor (not shown) that detects engine torque, an accelerator opening sensor, It consists of a vehicle speed sensor. In this control system 6, the ECU 51 controls the open / close valve 52 of the resonator 5 based on the measurement results of various sensors.

[レゾネータの開閉バルブの制御]
この内燃機関1では、暖機運転時にて、触媒装置42の暖機状態に基づいて開閉バルブ52の開閉制御が行われる(図4参照)。具体的には、まず、イグニッション・スタート後に、触媒装置42の暖機が完了しているか否かの判定が行われる(ST11)。この判定ステップST11は、ガスセンサ62の出力値に基づいてECU61により行われる。そして、触媒装置42の暖機が完了していると判定されなかった場合(否定判定の場合)には、レゾネータ5の開閉バルブ52が開弁する(ST12)。すると、排気通路41内の圧力波がレゾネータ5に入り込むことにより、排気通路41における排気脈動の振幅が減少する。すると、脈動による排気の撹拌作用が減少するので、排気から排気マニホールドへの熱伝達が抑制される。これにより、排気の熱損失が減少して、触媒装置42の暖機が促進される(レゾネータ5による触媒装置42の暖機促進作用)。
[Control of the open / close valve of the resonator]
In the internal combustion engine 1, during the warm-up operation, the open / close valve 52 is controlled based on the warm-up state of the catalyst device 42 (see FIG. 4). Specifically, first, after the ignition start, it is determined whether or not the catalyst device 42 has been warmed up (ST11). This determination step ST11 is performed by the ECU 61 based on the output value of the gas sensor 62. If it is not determined that the catalyst device 42 has been warmed up (in the case of negative determination), the open / close valve 52 of the resonator 5 is opened (ST12). Then, the pressure wave in the exhaust passage 41 enters the resonator 5, so that the amplitude of exhaust pulsation in the exhaust passage 41 decreases. Then, since the stirring action of exhaust due to pulsation is reduced, heat transfer from the exhaust to the exhaust manifold is suppressed. Thereby, the heat loss of the exhaust gas is reduced, and the warming-up of the catalytic device 42 is promoted (the warming-up promoting action of the catalytic device 42 by the resonator 5).

ところで、エンジンのクランク角[deg]と排気脈動の圧力[kPa]とは、例えば、図5に示す関係を有する。同図に示すように、排気脈動の圧力の極大値がエンジンの排気行程と吸気行程とのラップ時に現れると、排気脈動の影響によりエンジンの全開性能(エンジントルク)が低下する(図5の破線参照)。一方、排気脈動の圧力分布は、レゾネータ5の開閉バルブ52の開閉制御により変化させ得る。したがって、レゾネータ5の開閉バルブ52を開閉制御して排気脈動の圧力分布を調整することにより、排気脈動の圧力の極大値を排気行程と吸気行程とのラップ時から外れた位置に移動させ得る(図5の実線参照)。これにより、エンジンの全開性能を向上させ得る。   By the way, the crank angle [deg] of the engine and the pressure [kPa] of the exhaust pulsation have a relationship shown in FIG. 5, for example. As shown in FIG. 5, when the maximum value of the exhaust pulsation pressure appears at the time of lap between the exhaust stroke and the intake stroke of the engine, the full opening performance (engine torque) of the engine decreases due to the influence of the exhaust pulsation (broken line in FIG. 5). reference). On the other hand, the pressure distribution of the exhaust pulsation can be changed by opening / closing control of the opening / closing valve 52 of the resonator 5. Therefore, by adjusting the opening / closing valve 52 of the resonator 5 to adjust the pressure distribution of the exhaust pulsation, the maximum value of the exhaust pulsation pressure can be moved to a position deviated from the lap time of the exhaust stroke and the intake stroke ( (See the solid line in FIG. 5). Thereby, the fully open performance of the engine can be improved.

また、暖機完了後の定常運転時には、所定の運転領域にて、排気脈動によるエンジントルクの減少が発生し得る(図6参照)。例えば、図6に示す例において、レゾネータ5の開閉バルブ52が常時閉弁しているとき(非作動時)には、所定の運転領域X1、X2にて排気脈動に起因するエンジントルクの減少が発生している(図6の破線参照)。一方、レゾネータ5の開閉バルブ52が開弁しているとき(作動時)は、排気通路41内の圧力波がレゾネータ5に入り込むことにより、排気通路41における排気脈動の振幅が減少する。すると、排気脈動の影響が緩和されてエンジントルクの減少が抑制される。したがって、レゾネータ5の開閉バルブ52を開閉制御して排気脈動を調整することにより、エンジンの全開性能が向上する(図6の実線参照)。なお、排気脈動によるエンジントルクの減少が発生し得る領域X1、X2は、例えば、所定の適合試験により取得されたエンジン回転数とエンジントルクとの関係に基づいて規定され得る。   Further, at the time of steady operation after completion of warm-up, engine torque may decrease due to exhaust pulsation in a predetermined operation region (see FIG. 6). For example, in the example shown in FIG. 6, when the open / close valve 52 of the resonator 5 is normally closed (non-operating), the engine torque decreases due to exhaust pulsation in the predetermined operation regions X1 and X2. It has occurred (see broken line in FIG. 6). On the other hand, when the open / close valve 52 of the resonator 5 is open (during operation), the pressure wave in the exhaust passage 41 enters the resonator 5, thereby reducing the amplitude of exhaust pulsation in the exhaust passage 41. Then, the influence of exhaust pulsation is mitigated, and the decrease in engine torque is suppressed. Therefore, the full opening performance of the engine is improved by controlling the opening / closing valve 52 of the resonator 5 to adjust the exhaust pulsation (see the solid line in FIG. 6). It should be noted that the regions X1 and X2 in which the engine torque can be reduced due to exhaust pulsation can be defined based on, for example, the relationship between the engine speed and the engine torque acquired by a predetermined conformance test.

上記の観点から、判定ステップST11にて触媒装置42の暖機が完了していると判定された場合には、エンジンの運転領域が排気脈動によるエンジントルクの減少が発生し得る領域X1、X2にあるか否かが判定される(ST13)。すなわち、暖機完了後におけるエンジンの運転領域が、排気脈動の調整を必要とする領域にあるか否かが判定される。そして、判定ステップST13にて、エンジンの運転領域が領域X1、X2にあると判定された場合には、レゾネータ5の開閉バルブ52が開閉制御されて開弁する(ST14)。これにより、排気脈動の影響が緩和されてエンジントルクの減少が抑制される。一方、判定ステップST13にて、エンジンの運転領域が領域X1、X2にあると判定されなかった場合(否定判定の場合)には、レゾネータ5の開閉バルブ52が閉弁する(ST15)。   From the above viewpoint, when it is determined in the determination step ST11 that the warm-up of the catalyst device 42 has been completed, the engine operating region is changed to the regions X1 and X2 in which a decrease in engine torque due to exhaust pulsation can occur. It is determined whether or not there is (ST13). That is, it is determined whether or not the engine operating range after completion of warm-up is in a range that requires adjustment of exhaust pulsation. If it is determined in the determination step ST13 that the engine operating region is in the regions X1 and X2, the open / close valve 52 of the resonator 5 is controlled to open and close (ST14). As a result, the influence of exhaust pulsation is mitigated, and a decrease in engine torque is suppressed. On the other hand, when it is not determined in the determination step ST13 that the engine operating region is in the regions X1 and X2 (in the case of negative determination), the open / close valve 52 of the resonator 5 is closed (ST15).

[効果]
以上説明したように、この内燃機関1では、レゾネータ5が排気通路への開口部の開口面積を調整する開閉バルブ52を有し、触媒装置42の暖機状態に基づいて開閉バルブ52の開閉制御が行われる(図1〜図4参照)。かかる構成では、レゾネータ5の開閉バルブ52の開閉動作により、排気通路における排気脈動の圧力が変化する。また、触媒装置42の暖機は、排気脈動による排気の撹拌作用によって影響を受ける。したがって、触媒装置42の暖機状態に応じてレゾネータ5の開閉バルブ52を開閉制御することにより、触媒装置42の暖機性を向上させ得る利点がある。
[effect]
As described above, in the internal combustion engine 1, the resonator 5 has the opening / closing valve 52 that adjusts the opening area of the opening to the exhaust passage, and the opening / closing control of the opening / closing valve 52 based on the warm-up state of the catalyst device 42. Is performed (see FIGS. 1 to 4). In such a configuration, the pressure of the exhaust pulsation in the exhaust passage changes due to the opening / closing operation of the opening / closing valve 52 of the resonator 5. Further, the warm-up of the catalyst device 42 is affected by the exhaust stirring action caused by the exhaust pulsation. Therefore, there is an advantage that the warm-up property of the catalyst device 42 can be improved by controlling the opening / closing valve 52 of the resonator 5 according to the warm-up state of the catalyst device 42.

例えば、この実施例では、触媒装置42の暖機が完了していないときに、レゾネータ5の開閉バルブ52が開弁する(ST11、ST12)(図4参照)。かかる構成では、レゾネータ5により排気脈動の振幅が減少して、脈動による排気の撹拌作用が抑制される。すると、排気から排気マニホールドへの熱伝達が抑制されて排気の熱損失が減少するので、触媒装置42の暖機が促進される利点がある。   For example, in this embodiment, when the warm-up of the catalyst device 42 is not completed, the open / close valve 52 of the resonator 5 is opened (ST11, ST12) (see FIG. 4). In such a configuration, the amplitude of the exhaust pulsation is reduced by the resonator 5, and the exhaust agitation action due to the pulsation is suppressed. Then, the heat transfer from the exhaust to the exhaust manifold is suppressed, and the heat loss of the exhaust is reduced, so that there is an advantage that warming up of the catalyst device 42 is promoted.

なお、この実施例では、レゾネータ本体51の開口面積が排気通路41の流路断面積よりも極めて小さく設定されている(図2および図3参照)。このため、開閉バルブ52の開弁時にて、主として排気の圧力波のみがレゾネータ本体51内に入るため、排気自体の流入量は少ない。したがって、触媒装置42の暖機において、レゾネータ5の設置による悪影響は少ないと考えられる。   In this embodiment, the opening area of the resonator body 51 is set to be extremely smaller than the flow path cross-sectional area of the exhaust passage 41 (see FIGS. 2 and 3). For this reason, when the on-off valve 52 is opened, only the pressure wave of the exhaust enters the resonator main body 51, so that the inflow amount of the exhaust itself is small. Therefore, it is considered that there is little adverse effect due to the installation of the resonator 5 when the catalyst device 42 is warmed up.

また、この内燃機関1では、エンジン2の運転領域が排気脈動によるエンジントルクの減少が発生し得る領域X1、X2にあるときに、レゾネータ5の開閉バルブ52が開弁する(ST13およびST14)(図4および図6参照)。かかる構成では、レゾネータ5の開閉バルブ52が開弁すると、排気通路41内の圧力波がレゾネータ5に入り込むことにより、排気脈動の影響が緩和される。これにより、エンジントルクの減少が抑制されて、エンジンの全開高性能が向上する利点がある。   Further, in the internal combustion engine 1, when the operating region of the engine 2 is in the regions X1 and X2 where the engine torque can be reduced due to exhaust pulsation, the open / close valve 52 of the resonator 5 is opened (ST13 and ST14) ( (See FIG. 4 and FIG. 6). In such a configuration, when the opening / closing valve 52 of the resonator 5 is opened, the pressure wave in the exhaust passage 41 enters the resonator 5, thereby reducing the influence of exhaust pulsation. Thereby, a reduction in engine torque is suppressed, and there is an advantage that the fully open high performance of the engine is improved.

[変形例]
一般に、触媒装置の暖機が完了して定常運転になり、排気マニホールドの温度が排気温度に対して平衡状態まで上昇すると、排気マニホールドの熱容量ならびに排気マニホールドと外気との熱伝達率が一定となる。すると、排気脈動の有無にかかわらず、排気から排気マニホールドへの移動熱量がほぼ一定となる。しかしながら、排気脈動があると排気が撹拌されて、触媒装置42の触媒に触れる排気が増加する。すると、触媒と排気との反応が促進されて触媒の床温が上昇し、触媒への熱負荷が増加して触媒の寿命が短くなるという問題がある。
[Modification]
In general, when the catalyst device is warmed up and is in steady operation, and the exhaust manifold temperature rises to an equilibrium state with respect to the exhaust temperature, the heat capacity of the exhaust manifold and the heat transfer rate between the exhaust manifold and outside air become constant. . Then, regardless of the presence or absence of exhaust pulsation, the amount of heat transferred from the exhaust to the exhaust manifold becomes substantially constant. However, if there is an exhaust pulsation, the exhaust is agitated and the exhaust coming into contact with the catalyst of the catalyst device 42 increases. Then, there is a problem that the reaction between the catalyst and the exhaust is promoted, the catalyst bed temperature is increased, the heat load on the catalyst is increased, and the life of the catalyst is shortened.

そこで、この内燃機関1では、エンジン2の定常運転時にて、レゾネータ5の開閉バルブ52が開弁することが好ましい(図7参照)。かかる構成では、レゾネータ5の開閉バルブ52が開弁すると、排気通路41内の圧力波がレゾネータ5に入り込むことにより、排気脈動による排気の撹拌作用が緩和される。すると、触媒と排気との反応が抑制されて、触媒の床温の上昇が抑制される。これにより、触媒の劣化が抑制されて、触媒の寿命が維持される利点がある。   Therefore, in the internal combustion engine 1, it is preferable that the opening / closing valve 52 of the resonator 5 is opened during the steady operation of the engine 2 (see FIG. 7). In such a configuration, when the open / close valve 52 of the resonator 5 is opened, the pressure wave in the exhaust passage 41 enters the resonator 5, thereby reducing the exhaust stirring action due to the exhaust pulsation. Then, the reaction between the catalyst and the exhaust is suppressed, and the increase in the catalyst bed temperature is suppressed. Thereby, there exists an advantage by which deterioration of a catalyst is suppressed and the lifetime of a catalyst is maintained.

例えば、この実施例の変形例では、まず、イグニッション・スタート後に、エンジン2が定常運転状態にあるか否かが判定される(ST21)(図7参照)。この判定ステップST21では、例えば、アクセル開度(アクセル開度センサの出力値)および車速(車速センサの出力値)が所定の範囲内にあるときに、エンジン2が定常運転状態にあると判定される。そして、エンジン2が定常運転状態にあると判定された場合には、レゾネータ5の開閉バルブ52が開弁する(ST22)。これにより、排気脈動による排気の撹拌作用が緩和されて、触媒の劣化が抑制される。なお、エンジン2が定常運転状態にあると判定されなかった場合には、レゾネータ5の開閉バルブ52が現在の開閉状態のまま維持される。   For example, in the modification of this embodiment, first, after the ignition start, it is determined whether or not the engine 2 is in a steady operation state (ST21) (see FIG. 7). In this determination step ST21, for example, when the accelerator opening (output value of the accelerator opening sensor) and the vehicle speed (output value of the vehicle speed sensor) are within a predetermined range, it is determined that the engine 2 is in a steady operation state. The When it is determined that the engine 2 is in a steady operation state, the open / close valve 52 of the resonator 5 is opened (ST22). Thereby, the stirring action of the exhaust due to the exhaust pulsation is mitigated, and the deterioration of the catalyst is suppressed. When it is not determined that the engine 2 is in the steady operation state, the open / close valve 52 of the resonator 5 is maintained in the current open / close state.

[排気再循環装置]
また、この内燃機関1は、例えば、排気再循環装置7を有するディーゼルエンジンに適用されることが好ましい(図1参照)。排気再循環装置7は、再循環ガス管71と、酸化触媒72と、冷却装置73と、EGR(Exhaust Gas Recirculation)バルブ74とを有する。再循環ガス管71は、エンジン2の排気ポート23と吸気ポート22とを連通するEGR通路を構成する。酸化触媒72は、再循環ガス管71上であって冷却装置73よりも排気ポート23側(再循環ガスの流れ方向上流側)に配置され、再循環ガスに含まれる可溶性有機物質(SOF)等を酸化して浄化する。冷却装置73は、再循環ガス管71上に配置されて、排気ポート23から再循環ガス管71に流入する再循環ガスを冷却する。EGRバルブ74は、吸気ポート22への再循環ガスの供給量を調整するバルブである。この排気再循環装置7では、排気の一部(再循環ガス)を排気ポート23から取り出して浄化および冷却し、この排気を吸気ポート22に供給してエンジン2に再循環させる。これにより、NOx排出量が抑制される。
[Exhaust gas recirculation system]
The internal combustion engine 1 is preferably applied to, for example, a diesel engine having an exhaust gas recirculation device 7 (see FIG. 1). The exhaust gas recirculation device 7 includes a recirculation gas pipe 71, an oxidation catalyst 72, a cooling device 73, and an EGR (Exhaust Gas Recirculation) valve 74. The recirculation gas pipe 71 constitutes an EGR passage that communicates the exhaust port 23 and the intake port 22 of the engine 2. The oxidation catalyst 72 is disposed on the recirculation gas pipe 71 and on the exhaust port 23 side (upstream in the flow direction of the recirculation gas) from the cooling device 73, and soluble organic substances (SOF) contained in the recirculation gas, etc. Oxidize and purify. The cooling device 73 is disposed on the recirculation gas pipe 71 and cools the recirculation gas flowing into the recirculation gas pipe 71 from the exhaust port 23. The EGR valve 74 is a valve that adjusts the supply amount of the recirculation gas to the intake port 22. In this exhaust gas recirculation device 7, a part of the exhaust gas (recirculation gas) is taken out from the exhaust port 23 to be purified and cooled, and this exhaust gas is supplied to the intake port 22 and recirculated to the engine 2. Thereby, NOx emission amount is suppressed.

一般に、排気再循環装置では、排気脈動が再循環ガス量のバラつきを大きくする原因の一つとなっている。   In general, in an exhaust gas recirculation device, exhaust pulsation is one of the causes of a large variation in the amount of recirculated gas.

そこで、この内燃機関1では、排気再循環時にて開閉バルブ52が開弁することが好ましい(図1および図8参照)。かかる構成では、レゾネータ5の開閉バルブ52が開弁すると、排気通路41内の圧力波がレゾネータ5に入り込むことにより、排気脈動の振幅が緩和される。すると、排気通路41内の排気流れが安定化して、再循環ガス量が均一化される。これにより、排気再循環装置7が適正に機能して、燃費が向上する利点がある。   Therefore, in the internal combustion engine 1, it is preferable that the on-off valve 52 is opened during exhaust gas recirculation (see FIGS. 1 and 8). In such a configuration, when the opening / closing valve 52 of the resonator 5 is opened, the pressure wave in the exhaust passage 41 enters the resonator 5, thereby reducing the amplitude of the exhaust pulsation. Then, the exhaust flow in the exhaust passage 41 is stabilized, and the amount of recirculated gas is made uniform. Thereby, there exists an advantage which the exhaust gas recirculation apparatus 7 functions appropriately, and a fuel consumption improves.

例えば、この実施例では、まず、イグニッション・スタート後に、エンジン2の運転領域が排気再循環が行われる領域にあるか否かが判定される(ST31)(図7参照)。この判定ステップST21では、例えば、排気再循環が行われる領域が所定の適性試験により規定されており、この領域にエンジンの運転領域があるときに、エンジン2の運転領域が排気再循環が行われる領域にあると判定される。そして、エンジン2の運転領域が排気再循環が行われる領域にあると判定された場合には、レゾネータ5の開閉バルブ52が開弁する(ST32)。これにより、排気脈動の振幅が緩和されて、再循環ガス量が均一化される。   For example, in this embodiment, after the ignition is started, it is determined whether or not the operating region of the engine 2 is in a region where exhaust gas recirculation is performed (ST31) (see FIG. 7). In this determination step ST21, for example, a region in which exhaust gas recirculation is performed is defined by a predetermined aptitude test. When there is an engine operating region in this region, the exhaust gas recirculation is performed in the operating region of the engine 2. It is determined that it is in the area. When it is determined that the operation region of the engine 2 is in a region where exhaust gas recirculation is performed, the open / close valve 52 of the resonator 5 is opened (ST32). Thereby, the amplitude of the exhaust pulsation is relaxed and the amount of recirculated gas is made uniform.

以上のように、この発明にかかる内燃機関は、レゾネータを有する構成において触媒装置の暖機性を向上できる点で有用である。   As described above, the internal combustion engine according to the present invention is useful in that the warm-up property of the catalyst device can be improved in the configuration having the resonator.

この発明の実施例にかかる内燃機関を示す構成図である。1 is a configuration diagram illustrating an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 図1に記載した内燃機関のレゾネータを示す配置構成図である。FIG. 2 is an arrangement configuration diagram showing a resonator of the internal combustion engine shown in FIG. 1. 図1に記載した内燃機関のレゾネータを示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the resonator of the internal combustion engine described in FIG. 図1に記載した内燃機関の作用を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the effect | action of the internal combustion engine described in FIG. 図1に記載した内燃機関の作用を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the effect | action of the internal combustion engine described in FIG. 図1に記載した内燃機関の作用を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the effect | action of the internal combustion engine described in FIG. 図1に記載した内燃機関の変形例を示すフローチャートである。7 is a flowchart showing a modification of the internal combustion engine shown in FIG. 1. 図1に記載した内燃機関の変形例を示すフローチャートである。7 is a flowchart showing a modification of the internal combustion engine shown in FIG. 1.

符号の説明Explanation of symbols

1 内燃機関
2 エンジン
21 シリンダボア
22 吸気ポート
23 排気ポート
24 燃料供給装置
3 吸気系統
31 吸気通路
32 エアフィルタ
33 スロットルバルブ
34 サージタンク
4 排気系統
41 排気通路
42 触媒装置
5 レゾネータ
51 レゾネータ本体
52 開閉バルブ
6 制御系統
61 ECU
62 ガスセンサ
7 排気再循環装置
71 再循環ガス管
72 酸化触媒
73 冷却装置
74 バルブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 2 Engine 21 Cylinder bore 22 Intake port 23 Exhaust port 24 Fuel supply device 3 Intake system 31 Intake passage 32 Air filter 33 Throttle valve 34 Surge tank 4 Exhaust system 41 Exhaust passage 42 Catalytic device 5 Resonator 51 Resonator body 52 Opening / closing valve 6 Control system 61 ECU
62 Gas sensor 7 Exhaust gas recirculation device 71 Recirculation gas pipe 72 Oxidation catalyst 73 Cooling device 74 Valve

Claims (5)

エンジンの排気通路上に配置されて排気を浄化する触媒装置と、前記排気通路に開口するレゾネータとを備える内燃機関であって、
前記レゾネータが前記排気通路への開口部の開口面積を調整する開閉バルブを有し、且つ、前記触媒装置の暖機状態に基づいて前記開閉バルブの開閉制御が行われることを特徴とする内燃機関。
An internal combustion engine comprising a catalyst device that is disposed on an exhaust passage of an engine and purifies exhaust gas, and a resonator that opens to the exhaust passage,
The internal combustion engine, wherein the resonator has an opening / closing valve that adjusts an opening area of the opening to the exhaust passage, and the opening / closing control of the opening / closing valve is performed based on a warm-up state of the catalyst device. .
前記触媒装置の暖機が完了していないときに、前記開閉バルブが開弁する請求項1に記載の内燃機関。   The internal combustion engine according to claim 1, wherein the on-off valve opens when the warming-up of the catalyst device is not completed. エンジンの運転領域が排気脈動によるエンジントルクの減少が発生し得る領域にあるときに、前記開閉バルブが開弁する請求項1または2に記載の内燃機関。   The internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the on-off valve opens when an engine operating region is in a region where a decrease in engine torque due to exhaust pulsation can occur. エンジンの定常運転時にて、前記開閉バルブが開弁する請求項1〜3のいずれか一つに記載の内燃機関。   The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the open / close valve opens during steady operation of the engine. 排気の一部を吸気ポートに供給してエンジンに再循環させる排気再循環装置を有するときに、排気再循環時にて前記開閉バルブが開弁する請求項1〜4のいずれか一つに記載の内燃機関。   5. The open / close valve according to claim 1, wherein when the exhaust gas recirculation device is provided to supply a part of the exhaust gas to the intake port and recirculate to the engine, the open / close valve opens during exhaust gas recirculation. Internal combustion engine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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