JP3648809B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気浄化装置の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
自動車用エンジン等にあっては、排気を清浄化するため、空燃比を理論空燃比となるようにフィードバック制御するとともに、排気通路にHC,COの酸化と、NOxの還元を同時に行う三元触媒を設置したシステムが、広く実用化されている。
【0003】
この種の排気浄化装置として、例えば特開平5−321644号に開示されたものは、排気通路に直列に設置される排気浄化用の上流触媒コンバータおよび下流触媒コンバータを備えている。
【0004】
触媒低温時の活性化を早めるために、上流触媒コンバータを機関のエキゾーストマニホールドの直下に設置される。
【0005】
エキゾーストマニホールドの直下に設置された触媒コンバータの耐熱性を確保するため、排気が高温となる運転時に触媒コンバータへの排気の導入を制限する排気切換バルブを備えている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、下流触媒コンバータは車両の床下に配置されているが、排気ガス温度がかなりの高温となる高負荷時に、バイパス通路を通って下流触媒コンバータに導かれる過程で排気ガスの外気への放熱が十分に行われないと、下流触媒コンバータが過熱され、触媒の劣化を早める可能性がある。
【0007】
また、触媒コンバータの上流側にターボチャージャが備えられる場合、冷機時等に熱容量の大きいターボチャージャによって触媒コンバータに導かれる排気ガス温度の上昇が遅れ、冷機時のエミッション悪化を招く可能性があった。
【0008】
本発明は上記の問題点を解消し、エンジンの排気浄化装置において、触媒コンバータの耐熱性を確保しつつ浄化性能を高めることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載のエンジンの排気浄化装置は、排気通路に直列に設置される排気浄化用の上流触媒コンバータおよび下流触媒コンバータと、上流触媒コンバータを収装する上流触媒コンバータケーシングと、上流触媒コンバータを迂回して下流触媒コンバータに排気ガスを導くバイパス通路と、運転条件に応じて上流触媒コンバータとバイパス通路を選択的に開通させる切換え弁手段と、バイパス通路を流れる排気ガスからエンジンルームに導かれる冷却空気への放熱を促す放熱手段とを備え、放熱手段として上流触媒コンバータケーシングの冷却空気が当たる部位にバイパス通路を冷却空気に対向する偏平な断面形に画成する放熱壁を形成する。
【0010】
請求項2に記載のエンジンの排気浄化装置は、請求項1に記載の発明において、 前記バイパス通路の途中に排気ガスの圧力エネルギによって吸気を過給するターボチャージャを介装する。
【0012】
請求項に記載のエンジンの排気浄化装置は、請求項1または2に記載の発明において、エンジン本体を車両のエンジンルームに縦置きに搭載し、前記放熱壁をエンジンルームの前方かつ下方に向けて傾斜するように配置する。
【0013】
【作用】
請求項1に記載のエンジンの排気浄化装置において、冷機時または低負荷時のように排気ガス温度が比較的低い運転時に、上流触媒コンバータを開通させ、バイパス通路を閉塞することにより、排気ガスはエンジンに近い上流触媒コンバータを通って有効に浄化されるとともに、エンジンから遠い下流触媒コンバータの活性化を早められる。
【0014】
暖機後、また冷機時でも所定の高負荷時のように排気ガス温度が比較的高い運転時に、上流触媒コンバータを閉塞し、バイパス通路を開通させることにより、排気ガスはバイパス通路から下流触媒コンバータを通って浄化される。高温の排気ガスがバイパス通路を通って上流触媒コンバータを迂回することにより、上流触媒コンバータの耐熱性が確保される。
【0015】
放熱手段は、バイパス通路を流れる排気ガスからエンジンルームに導かれる冷却空気への放熱を促すことにより、下流触媒コンバータが過熱されることを防止し、触媒の劣化を抑制することができる。
上流触媒コンバータケーシングの冷却空気が当たる部位にバイパス通路を冷却空気に対向する偏平な断面形に画成する放熱壁を形成することにより、冷却空気が当たる放熱壁の面積を大きく確保し、バイパス通路を流れる排気ガスから冷却空気への放熱性を高められる。
【0016】
請求項2に記載のエンジンの排気浄化装置において、冷機時または低負荷時のように排気ガス温度が比較的低い運転時に、上流触媒コンバータを開通させ、バイパス通路を閉塞することにより、排気ガスはターボチャージャを迂回してエンジンに近い上流触媒コンバータを通って有効に浄化されるとともに、エンジンから遠い下流触媒コンバータの活性化を早められる。
【0017】
暖機後、また冷機時でも所定の高負荷時のように排気ガス温度が比較的高い運転時に、上流触媒コンバータを閉塞し、バイパス通路を開通させることにより、排気ガスはターボチャージャを駆動した後、下流触媒コンバータを通って浄化される。高温の排気ガスがバイパス通路を通って上流触媒コンバータを迂回することにより、上流触媒コンバータの耐熱性が確保される。
【0018】
バイパス通路を流れる高温の排気ガスは放熱手段を介してエンジンルームに導かれる冷却空気への放熱が促されるとともに、ターボチャージャを介しても放熱が促されるため、それぞれの相乗効果により下流触媒コンバータを過熱することが有効に防止される。
【0020】
請求項に記載のエンジンの排気浄化装置において、放熱壁はエンジンルームの前方かつ下方に向けて傾斜することにより、エンジンルームの下部で車両の前方から後方へと流れる冷却空気への放熱が促され、下流触媒コンバータを過熱することが防止される。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【0022】
図2に示すように、エンジンの排気通路1には排気浄化用の上流触媒コンバータ2と下流触媒コンバータ3が直列に設置され、排気中のHC,COの酸化と、NOxの還元が同時に行われる。
【0023】
図1に示すように、エンジンのシリンダヘッド5にはエキゾーストマニホールド10が接続され、各気筒から排出される排気ガスが集められる。
【0024】
エキゾーストマニホールド10の出口には、切換え弁チャンバ6を介して上流触媒通路5とバイパス通路4が互いに並列に配設される。上流触媒通路5に上流触媒コンバータ2が設置され、バイパス通路4は排気ガスを上流触媒コンバータ2を迂回して下流触媒コンバータ3へと導く。
【0025】
上流触媒通路5は、切換え弁チャンバ6と排気管22および上流触媒コンバータケーシング23によって画成される。上流触媒コンバータ2はエンジンの各気筒から排出される排気を集めるエキゾーストマニホールド10にできるだけ近づけて配置され、触媒低温時の活性化を早めるようになっている。
【0026】
バイパス通路4の途中にはターボチャジャ7が介装される。バイパス通路4は、切換え弁チャンバ6と排気管24とターボチャジャ7のターボハウジング25と排気管26および上流触媒コンバータケーシング23によって画成される。
【0027】
切換え弁チャンバ6には、上流触媒通路5への排気の導入を制限する触媒バルブ11と、バイパス通路4への排気の導入を制限するバイパスバルブ12とが介装される。円盤状をした触媒バルブ11とバイパスバルブ12は共通のバルブシャフトに連結され、バルブシャフトの回転位置を90°変えることにより上流触媒通路5とバイパス通路4を選択的に開通させるようになっている。
【0028】
触媒バルブ11とバイパスバルブ12を回転可能に支持する共通のバルブシャフトは、ダイヤフラム式アクチュエータないしは電磁アクチュエータによって回転駆動される。
【0029】
このアクチュエータを駆動するコントロールユニットは、吸気量Qとエンジン回転数Nおよび冷却水温度TwあるいはO2センサ8,9等の検出信号を入力して、触媒バルブ11、バイパスバルブ12の開閉作動を制御する。
【0030】
2センサ8,9の出力が立ち上がらないかあるいはエンジンの冷却水温度Twが所定値以下の冷機時であり、かつ所定の低負荷時に、図2に示すように、触媒バルブ11が上流触媒通路5を開通させ、バイパスバルブ12がバイパス通路4を閉塞するポジションに切換えられる。
【0031】
これによって、冷機時でありかつ所定の低負荷時に、エンジンから排出される比較的低温の排気ガスは、図2に矢印で示すようにエキゾーストマニホールド10によって集められた後、上流触媒コンバータ2を通り、エンジンに近い上流触媒コンバータ2を介して有効に浄化されるとともに、エンジンから遠い下流触媒コンバータ3の活性化を早めるようになっている。
【0032】
エンジンの冷却水温度Twが所定値以下の暖機後であるか、また冷機時でも所定の高負荷時に、図3に示すように、触媒バルブ11が上流触媒通路5を閉塞し、バイパスバルブ12がバイパス通路4を開通させるポジションに切換えられる。
【0033】
これによって、エンジンから排出される比較的高温の排気ガスは、図3に矢印で示すように、エキゾーストマニホールド10によって集められた後、バイパス通路4を通って上流触媒コンバータ2を迂回し、下流触媒コンバータ3を通って浄化される。高温の排気ガスがバイパス通路4を通って上流触媒コンバータ2を迂回することにより、上流触媒コンバータ2の耐熱性が確保される。
【0034】
このとき、排気ガスはバイパス通路4を介してターボハウジング25を通り、排気ガスの圧力エネルギによりコンプレッサを駆動し、吸気の過給が行われる。
【0035】
図1において、31は車両のダッシュパネルであり、ダッシュパネル31はエンジンルーム30とその背後に位置する車室を仕切る。このエンジンルーム30にエンジンはそのクランクシャフトが車両の前後方向に延びる縦置きに搭載される。
【0036】
エキゾーストマニホールド10は車両後方から見てシリンダヘッド5の左の側壁部に接続される。上流触媒コンバータケーシング23はエキゾーストマニホールド10の下方かつ後方に配置される。上流触媒コンバータケーシング23の出口に接続する排気管29を介して下流触媒コンバータ3へと導かれる。
【0037】
ところで、下流触媒コンバータ3は車両の床下に配置されているが、排気ガス温度がかなりの高温となる高負荷時に、バイパス通路4を通って下流触媒コンバータ3に導かれる過程で排気ガスの外気への放熱が十分に行われないと、下流触媒コンバータ3が過熱され、触媒の劣化を早める可能性がある。ターボチャージャ7を有するエンジンにあってこの傾向は顕著である。
【0038】
これに対処して本発明は、上流触媒コンバータケーシング23をエンジンルーム30に導かれる冷却空気が集まるダッシュパネル31の下方に配置し、冷却空気への放熱を促す放熱壁28を形成する。
【0039】
エンジンルーム30には、車両の走行時にエンジンルームに流入する走行風や、エンジンの前部に設けられる冷却ファンを介してエンジンルームに取り込まれる送風からなる冷却空気が車両の前方から後方に流れ、ダッシュパネル31によってその下方に集められるようになっている。
【0040】
上流触媒コンバータケーシング23はダッシュパネル31と略平行となるように傾斜して配置される。
【0041】
図4に示すように、上流触媒コンバータケーシング23は、上流触媒コンバータ2の触媒担体が収装される筒部32を有し、筒部32の外側にバイパス通路4を画成する放熱壁28が一体形成される。
【0042】
放熱壁28は車両の前方かつ下方に向いて傾斜する正面壁部33と、正面壁部33に直交する左右の側壁部34とから構成される。バイパス通路4は正面壁部33と左右の側壁部34および筒部32の間に冷却空気に対向する偏平な断面形に画成される。
【0043】
偏平な断面形をしたバイパス通路4は、冷却空気の流れに対向することにより、冷却空気が当たる放熱壁28の面積を大きく確保し、バイパス通路4を流れる排気ガスから冷却空気への放熱性を高められる。
【0044】
また、上流触媒コンバータケーシング23に偏平な断面形をしたバイパス通路4を画成することにより、上流触媒コンバータ23の配置自由度が増し、限られたエンジンルーム30のスペースにおいてその取付け位置が制約されることを抑えられる。
【0045】
放熱壁28の正面壁部33はエンジンルームの前方かつ下方に向けて傾斜することにより、図中白抜き矢印で示すようにエンジンルーム30の下部で車両の前方から後方へと流れる冷却空気への放熱が促され、下流触媒コンバータ3を過熱することが防止される。
【0046】
しかも、高負荷時にエキゾーストマニホールド10から導かれる高温の排気ガスは、ターボハウジング25を通過することによっても放熱が促されるため、上記放熱壁28を介して冷却空気への放熱が促されることとの相乗効果により、下流触媒コンバータ3を過熱することが有効に防止される。
【0047】
上流触媒コンバータケーシング23の冷却空気が当たる側にバイパス通路4が設けられることにより、バイパス通路4は上流触媒コンバータ2から冷却空気への放熱が抑えられ、冷機時における上流触媒コンバータ2の活性化を早められる。
【0048】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1に記載のエンジンの排気浄化装置は、冷機時または低負荷時のように排気ガス温度が比較的低い運転時に、バイパス通路を閉塞することにより、排気ガスはエンジンに近い上流触媒コンバータを通って有効に浄化されるとともに、エンジンから遠い下流触媒コンバータの活性化を早められ、エミッションを改善することができる。暖機後、また冷機時でも所定の高負荷時のように排気ガス温度が比較的高い運転時に、高温の排気ガスがバイパス通路を通って上流触媒コンバータを迂回し、放熱手段を介してバイパス通路を流れる排気ガスからエンジンルームに導かれる冷却空気への放熱を促すことにより、下流触媒コンバータが過熱されることを防止し、触媒の劣化を抑制することができる。
また、上流触媒コンバータケーシングの冷却空気が当たる部位にバイパス通路を冷却空気に対向する偏平な断面形に画成する放熱壁を形成することにより、冷却空気が当たる放熱壁の面積を大きく確保し、バイパス通路を流れる排気ガスから冷却空気への放熱性を高められる。
【0049】
請求項2に記載のエンジンの排気浄化装置は、バイパス通路の途中に排気ガスの圧力エネルギによって吸気を過給するターボチャージャを介装することにより、排気ガス温度が比較的低い運転時に、排気ガスはターボチャージャを迂回してエンジンに近い上流触媒コンバータを通って有効に浄化されるとともに、エンジンから遠い下流触媒コンバータの活性化を早められる。排気ガス温度が比較的高い運転時に、バイパス通路を流れる高温の排気ガスは放熱手段を介してエンジンルームに導かれる冷却空気への放熱が促されるとともに、ターボチャージャを介しても放熱が促されるため、それぞれの相乗効果により下流触媒コンバータを過熱することが有効に防止される。
【0051】
請求項に記載のエンジンの排気浄化装置は、放熱壁はエンジンルームの前方かつ下方に向けて傾斜することにより、エンジンルームの下部で車両の前方から後方へと流れる冷却空気への放熱が促され、下流触媒コンバータを過熱することが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す排気系の側面図。
【図2】同じく排気系の構成図。
【図3】同じく排気系の構成図。
【図4】同じく図1のA−A線に沿う断面図。
【符号の説明】
1 排気通路
2 上流触媒コンバータ
3 下流触媒コンバータ
4 バイパス通路
5 触媒通路
6 切換え弁チャンバ
7 ターボチャージャ
10 エキゾーストマニホールド
11 触媒バルブ
12 バイパスバルブ
23 上流触媒コンバータケーシング
28 放熱壁
33 正面壁部

Claims (3)

  1. 排気通路に直列に設置される排気浄化用の上流触媒コンバータおよび下流触媒コンバータと、
    上流触媒コンバータを収装する上流触媒コンバータケーシングと、
    上流触媒コンバータを迂回して下流触媒コンバータに排気ガスを導くバイパス通路と、
    運転条件に応じて上流触媒コンバータとバイパス通路を選択的に開通させる切換え弁手段と、
    バイパス通路を流れる排気ガスからエンジンルームに導かれる冷却空気への放熱を促す放熱手段と、
    を備え、
    前記放熱手段として上流触媒コンバータケーシングの冷却空気が当たる部位にバイパス通路を冷却空気に対向する偏平な断面形に画成する放熱壁を形成したことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  2. 前記バイパス通路の途中に排気ガスの圧力エネルギによって吸気を過給するターボチャージャを介装したことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの排気浄化装置。
  3. エンジン本体を車両のエンジンルームに縦置きに搭載し、
    前記放熱壁をエンジンルームの前方かつ下方に向けて傾斜するように配置したことを特徴とする請求項1または2に記載のエンジンの排気浄化装置。
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