(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【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３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３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】
Ｏ2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３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
【図１】
0003648809.tif 000002
【図２】
0003648809.tif 000003
【図３】
0003648809.tif 000004
【図４】
0003648809.tif 000005