(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、触媒の劣化を抑制して排気浄化性能の向上を図る。【解決手段】エンジン１０の排気管３６に、排気ガス中に含まれる酸素やリンなどを吸着処理する第１触媒装置３７と排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどを浄化処理する第２触媒装置３８を装着し、第１触媒装置３７に第１通路５３とその外側の第２通路５４を形成し、第２通路５４にセリアが担持された触媒部５５を設け、第１、第２通路５３，５４に第１、第２開閉弁５６，５７を設け、少なくともエンジン１０の暖機時には、第１開閉弁５６により第１通路５３を開放し、第２開閉弁５７により第２通路５４を閉止することで、排気ガスを第１通路５３を通して第２触媒装置３８に到達させる。【選択図】        図１
2006322439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス通路に設けられて排気ガス中の酸素成分を吸蔵可能な酸素吸蔵機能を有する第１排気浄化触媒と、前記排気ガス通路に前記第１排気浄化触媒の下流側に設けられて排気ガス中の有害物質を浄化する第２排気浄化触媒とを具え、前記第１排気浄化触媒は、酸素吸蔵機能を有しない第１通路と、酸素吸蔵機能を有する第２通路とを有し、少なくとも内燃機関の暖機時に排気ガスを前記第１通路に導く通路切換手段が設けられたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記通路切換手段として、前記第１通路を開閉する第１開閉弁と、前記第２通路を開閉する第２開閉弁を設け、前記内燃機関の暖機時には、前記第１開閉弁により前記第１通路を開放する一方、前記第２開閉弁により前記第２通路を閉止することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記通路切換手段として、前記第１通路を開閉する第１開閉弁を設け、前記内燃機関の暖機時には、前記第１開閉弁により前記第１通路を開放することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記通路切換手段は、内燃機関の排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であるときに排気ガスを前記第２通路に導くことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であるときに前記通路切換手段により排気ガスを前記第２通路に導いた後、所定期間排気ガスをリッチ雰囲気としてから排気ガスを前記第１通路に導くことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第１排気浄化触媒は、前記第２通路の中央部を貫通して前記第１通路が設けられたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられて排気ガス中の有害物質を浄化する内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の排気通路には、排気ガス中の有害物質を浄化処理する排気浄化装置として三元触媒が設けられている。この三元触媒は、排気ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害物質を浄化処理するものであり、特に、空燃比が理論空燃比（ストイキ）近傍にあるときに、排気ガス中の有害物質を効率良く浄化処理することができる。
【０００３】
そして、この三元触媒としては、アルミナをベースとし、白金、パラジウム、ロジウムを加えた貴金属が担持されており、ロジウムは窒素酸化物の還元能力が高く、白金とパラジウムは炭化水素と一酸化炭素の酸化能力が高い。ガソリンを燃料とする内燃機関では、排気ガス組成にて、炭化水素と一酸化炭素と窒素酸化物とのバランスが良好であるため、炭化水素と一酸化炭素の酸化反応と窒素酸化物の還元反応を同時に行わせることができる。
【０００４】
なお、空燃比がリーン雰囲気とストイキまたはリッチ雰囲気とが交互に繰り返される燃焼条件で燃焼される内燃機関の排気ガスを浄化する触媒として、下記特許文献１に記載されたものがある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３３７７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上述した三元触媒にあっては、長期の使用によりリーン雰囲気、高温化、リン被毒などにより触媒が劣化し、排気浄化性能が低下してしまうという問題がある。即ち、車両の高速走行時にドライバがアクセルペダルを戻して内燃機関の負荷が低減すると、フューエルカットにより燃料噴射が一時的に停止し、排気ガスがリーン雰囲気となる。また、電子制御ユニットは、空燃比がストイキとなるように燃料噴射量を制御しているが、何らかの原因によりこの空燃比制御にずれが生じると、排気ガスがリーン雰囲気となる。このように排気ガスがリーン雰囲気となると、三元触媒にて、排気ガス中の酸素により、担持された貴金属の粒成長を招くことで劣化してしまう。
【０００７】
また、内燃機関の高負荷運転が継続されると、排気ガスが高温となり、この高温となった排気ガスにより、担持された貴金属の粒成長を招くことで劣化してしまう。そのため、三元触媒を排気通路の下流側に配設して内燃機関から遠ざけることで高温化を抑制することが考えられるが、三元触媒を排気通路の下流側に配設すると、内燃機関の暖機時に三元触媒の活性化が遅れ、浄化性能が低下してしまう。更に、潤滑オイルにはリンが含有されており、このリンが燃料と共に燃焼することで排気ガス中にこのリンが混入し、リンを含有した排気ガスを三元触媒で処理すると、リンが触媒表面を覆ってしまい、浄化性能が低下してしまう。
【０００８】
なお、上述した特許文献１に記載された排気ガス浄化触媒にあっては、排気通路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に、酸素吸蔵機能をもつセリアとアルミナを分散した複合酸化物を含む胆体に白金を担持した触媒を配設したものであるが、セリアを有する触媒には、常時、排気ガスが流入するため、例えば、内燃機関の暖機時には、上流側の触媒が排気ガスの流動抵抗となって下流側の触媒を早期に暖機することができず、触媒の活性化が遅れて浄化性能が低下してしまう。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、触媒の劣化を抑制して排気浄化性能の向上を図った内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、排気ガス通路に設けられて排気ガス中の酸素成分を吸蔵可能な酸素吸蔵機能を有する第１排気浄化触媒と、前記排気ガス通路に前記第１排気浄化触媒の下流側に設けられて排気ガス中の有害物質を浄化する第２排気浄化触媒とを具え、前記第１排気浄化触媒は、酸素吸蔵機能を有しない第１通路と、酸素吸蔵機能を有する第２通路とを有し、少なくとも内燃機関の暖機時に排気ガスを前記第１通路に導く通路切換手段が設けられたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の内燃機関の排気浄化装置では、前記通路切換手段として、前記第１通路を開閉する第１開閉弁と、前記第２通路を開閉する第２開閉弁を設け、前記内燃機関の暖機時には、前記第１開閉弁により前記第１通路を開放する一方、前記第２開閉弁により前記第２通路を閉止することを特徴としている。
【００１２】
本発明の内燃機関の排気浄化装置では、前記通路切換手段として、前記第１通路を開閉する第１開閉弁を設け、前記内燃機関の暖機時には、前記第１開閉弁により前記第１通路を開放することを特徴としている。
【００１３】
本発明の内燃機関の排気浄化装置では、前記通路切換手段は、内燃機関の排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であるときに排気ガスを前記第２通路に導くことを特徴としている。
【００１４】
本発明の内燃機関の排気浄化装置では、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であるときに前記通路切換手段により排気ガスを前記第２通路に導いた後、所定期間排気ガスをリッチ雰囲気としてから排気ガスを前記第１通路に導くことを特徴としている。
【００１５】
本発明の内燃機関の排気浄化装置では、前記第１排気浄化触媒は、前記第２通路の中央部を貫通して前記第１通路が設けられたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気ガス中の酸素成分を吸蔵可能な酸素吸蔵機能を有する第１排気浄化触媒と、第１排気浄化触媒の下流側に設けられて排気ガス中の有害物質を浄化する第２排気浄化触媒とを設け、第１排気浄化触媒に、酸素吸蔵機能を有しない第１通路と、酸素吸蔵機能を有する第２通路とを設け、少なくとも内燃機関の暖機時に排気ガスを第１通路に導く通路切換手段を設けたので、内燃機関の暖機時には、排気ガスが酸素吸蔵機能を有しない第１通路を通って第２排気浄化触媒に到達することとなり、第１排気浄化触媒が排気ガスの流動抵抗とならずにスムースに第２排気浄化触媒に流れ込むため、排気ガスによりこの第２排気浄化触媒を適正に加熱して早期に活性化を図ることができる一方、内燃機関の暖機後には、排気ガスが酸素吸蔵機能を有する第２通路を通って第２排気浄化触媒に到達することとなり、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であっても、第２通路にて排気ガス中の酸素が吸蔵されてから第２排気浄化触媒に流れ込むため、排気ガスによる第２排気浄化触媒の劣化を抑制することができ、その結果、排気浄化性能を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。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。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の排気浄化装置を表す概略構成図、図２は、実施例１の内燃機関の排気浄化装置における第１触媒装置の一部切欠斜視図、図３は、実施例１の内燃機関の排気浄化装置における第１触媒装置の断面図、図４は、実施例１の内燃機関の排気浄化装置における排気浄化制御を表すフローチャートである。
【００１９】
実施例１の内燃機関の排気浄化装置において、図１に示すように、この内燃機関としてのエンジン１０は筒内噴射式の多気筒型であって、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部にクランクケース１５が締結され、このクランクケース１５内にクランクシャフト１６が回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１７を介してこのクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。
【００２０】
燃焼室１８は、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とピストン１４により構成されており、この燃焼室１８は、上部（シリンダヘッド１２の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室１８の上部、つまり、シリンダヘッド１２の下面に吸気ポート１９及び排気ポート２０が対向して形成されており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気弁２１及び排気弁２２の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁２１及び排気弁２２は、シリンダヘッド１２に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１９及び排気ポート２０を閉止する方向に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転自在に支持されており、吸気カム２５及び排気カム２６が図示しないローラロッカアームを介して吸気弁２１及び排気弁２２の上端部に接触している。
【００２１】
従って、エンジン１０に同期して吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転すると、吸気カム２５及び排気カム２６がローラロッカアームを作動させ、吸気弁２１及び排気弁２２が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。
【００２２】
吸気ポート１９には、インテークマニホールド２７を介してサージタンク２８が連結され、このサージタンク２８に吸気管２９が連結されており、この吸気管２９の空気取入口にはエアクリーナ３０が取付けられている。そして、このエアクリーナ３０の下流側にスロットル弁３１を有する電子スロットル装置３２が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８に直接燃料を噴射するインジェクタ３３が装着されており、このインジェクタ３３は、吸気ポート１９側に位置して上下方向に所定角度傾斜している。更に、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ３４が装着されている。
【００２３】
一方、排気ポート２０には、エギゾーストマニホールド３５を介して排気管３６が連結されており、この排気管３６には、排気ガス中に含まれる酸素やリンなどの有害物質を吸着処理する第１触媒装置（第１排気浄化触媒）３７と排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する第２触媒装置（第２排気浄化触媒）３８が装着されている。
【００２４】
第１触媒装置３７は、排気ガス中の酸素成分を吸蔵可能な酸素吸蔵機能を有するものである。即ち、この第１触媒装置３７において、図２及び図３に詳細に示すように、円筒形状をなす大径のハウジング５１内の中央部に円筒形状をなす小径の配管５２が配設されることで、配管５２内に第１通路５３が形成されると共に、ハウジング５１と配管５２との間に第２通路５４が形成される。そして、この第２通路５４にハニカム形状をなす触媒部５５が形成され、この触媒部５５に酸素吸蔵機能を有するセリアが担持されている。従って、第１触媒装置３７内に、酸素吸蔵機能を有しない第１通路５３と、酸素吸蔵機能を有する第２通路５４が形成される。
【００２５】
第１通路５３の下流側には、配管５２の後端部に位置してこの第１通路５３を開閉するバタフライ式の第１開閉弁５６が設けられる一方、第２通路５４の下流側には、ハウジング５１及び配管５２の後端部に位置してこの第２通路５４を開閉するリング形状をなし、スプリング５８により付勢支持された第２開閉弁５７が設けられている。従って、第１開閉弁５６により第１通路５３を開放する一方、第２開閉弁５７により第２通路５４を閉止することで、排気ガスを第１通路５３に導入することができ、第１開閉弁５６により第１通路５３を閉止する一方、第２開閉弁５７により第２通路５４を開放することで、排気ガスを第２通路５４に導入することができる。この場合、第１開閉弁５６及び第２開閉弁５７により通路切換手段が構成される。
【００２６】
一方、第２触媒装置３８は、排気ガス中の有害物質を浄化処理するものであり、具体的には、排気ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害物質を浄化処理する三元触媒であって、特に、空燃比が理論空燃比（ストイキ）近傍にあるときに、排気ガス中の有害物質を効率良く浄化処理することができる。なお、この三元触媒としては、アルミナをベースとし、白金、パラジウム、ロジウムを加えた貴金属が担持されており、炭化水素と一酸化炭素の酸化反応と、窒素酸化物の還元反応を同時に行わせることができる。
【００２７】
ところで、図１に示すように、車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０が搭載されており、このＥＣＵ４０は、エンジン運転状態に基づいてインジェクタ３３や点火プラグ３４などを制御可能となっている。即ち、吸気管２９の上流側にはエアフローセンサ４１及び吸気温センサ４２が装着されており、計測した吸入空気量、吸気温度をＥＣＵ４０に出力している。また、電子スロットル装置３２にはスロットルポジションセンサ４３が装着されており、現在のスロットル開度をＥＣＵ４０に出力している。更に、クランク角センサ４４は、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ４０に出力し、このＥＣＵ４０は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気の各行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。また、シリンダブロック１１にはエンジン冷却水温を検出する水温センサ４５が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ４０に出力している。また、排気管３６における第２触媒装置３８の上流側には、排気ガスの酸素濃度を検出するＯ2センサ４６が設けられており、現在の排気ガスの酸素濃度をＥＣＵ４０に出力している。従って、ＥＣＵ４０は、検出した吸入空気量、吸気温度、スロットル開度(または、図示しないアクセルポジションセンサが検出したアクセル開度)、エンジン回転数、エンジン冷却水温、排気ガス中の酸素濃度などのエンジン運転状態に基づいて、燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。
【００２８】
また、ＥＣＵ４０は、エンジン運転状態に基づいて上述した第１開閉弁５６及び第２開閉弁５７を制御可能となっている。即ち、ＥＣＵ４０には、水温センサ４５が検出したエンジン冷却水温が入力されており、このＥＣＵ４０はエンジン冷却水温に基づいてエンジン１０が始動暖機状態にあるかどうか、つまり、ファーストアイドル状態にあるかどうかを判定する。そして、エンジン１０がファーストアイドル状態にあるときには、第１開閉弁５６により第１通路５３を開放し、第２開閉弁５７により第２通路５４を閉止することで、排気ガスを第１通路５３に導入し、ファーストアイドル状態以外のときには、第１開閉弁５６により第１通路５３を閉止し、第２開閉弁５７により第２通路５４を開放することで、排気ガスを第２通路５４の触媒部５５に導入するようにしている。
【００２９】
ここで、上述した実施例１の内燃機関の排気浄化装置による排気浄化制御について、図４のフローチャートに基づいて詳細に説明する。
【００３０】
エンジン１０の排気浄化制御において、図４に示すように、ステップＳ１１にて、ＥＣＵ４０は、水温センサ４５が検出したエンジン冷却水温を読込み、ステップＳ１２では、ＥＣＵ４０が読み込んだエンジン冷却水温に基づいてエンジン１０がファーストアイドル状態にあるかどうかを判定する。ここで、エンジン１０がファーストアイドル状態であると判定されたら、ステップＳ１３にて、第１開閉弁５６により第１通路５３を開放し、第２開閉弁５７により第２通路５４を閉止することで、排気ガスを第１通路５３に導入する。
【００３１】
従って、エンジン１０が暖機状態にあるとき、燃焼室１８から排出された排気ガスは、排気管３６を通して第１触媒装置３７に到達し、ここで、酸素吸蔵機能を有しない第１通路５３を通ってから第２触媒装置３８に到達することとなり、第１触媒装置３７（第２通路５４の触媒部５５）が排気ガスの流動抵抗とならず、また、排気ガスの熱が放出されることもなく、この排気ガスが大きな温度低下もなくスムースに第２触媒装置３８に流れ込む。そのため、高温の排気ガスによりこの第２触媒装置３８を適正に加熱して早期に活性化することができる。
【００３２】
一方、エンジン１０が始動してから所定時間が経過して暖機が完了すると、ステップＳ１２で、ＥＣＵ４０は、エンジン１０がファーストアイドル状態でないと判定する。すると、ステップＳ１４にて、第１開閉弁５６により第１通路５３を閉止し、第２開閉弁５７により第２通路５４を開放することで、排気ガスを第２通路５４の触媒部５５に導入する。
【００３３】
従って、エンジン１０の暖機後には、燃焼室１８から排出された排気ガスは、排気管３６を通して第１触媒装置３７に到達し、ここで、酸素吸蔵機能を有する第２通路５４を通ってから第２触媒装置３８に到達することとなり、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気になっても、第１触媒装置３７における第２通路５４の触媒部５５で排気ガス中の酸素が吸蔵されてから第２触媒装置３８に流れ込む。そのため、排気ガスの空燃比がストイキ近傍となり、この排気ガスによる第２触媒装置３８の劣化を抑制することができる。
【００３４】
また、排気ガスが第１触媒装置３７における外周側の第２通路５４を通ってから第２触媒装置３８に到達するため、高温の排気ガスの熱が第１触媒装置３７のハウジング５１を通して外部に放出されることとなり、この排気ガスによる第２触媒装置３８の熱劣化を抑制することができる。更に、排気ガスが第１触媒装置３７における第２通路５４の触媒部５５を通ってから第２触媒装置３８に到達するため、燃料にリンを含む潤滑オイルが混入して燃焼しても、排気ガス中に含有するリンが触媒部５５で吸着されることとなり、この排気ガスによる第２触媒装置３８のリン被毒を抑制することができる。
【００３５】
このように実施例１の内燃機関の排気浄化装置にあっては、エンジン１０の排気管３６に、排気ガス中に含まれる酸素やリンなどを吸着処理する第１触媒装置３７と排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどを浄化処理する第２触媒装置３８を装着し、第１触媒装置３７に第１通路５３を形成すると共にその外側に第２通路５４を形成し、第２通路５４にセリアが担持された触媒部５５を設け、第１、第２通路５３，５４に第１、第２開閉弁５６，５７を設け、少なくともエンジン１０の暖機時には、第１開閉弁５６により第１通路５３を開放する一方、第２開閉弁５７により第２通路５４を閉止することで、排気ガスを第１通路５３を通して第２触媒装置３８に到達するようにしている。
【００３６】
従って、エンジン１０が暖機時に、燃焼室１８から排出された排気ガスは、第１触媒装置３７における酸素吸蔵機能を有しない第１通路５３を通ってから第２触媒装置３８に到達することとなり、第２通路５４の触媒部５５が排気ガスの流動抵抗や温度低下要因とならず、この排気ガスが大きな温度低下もなくスムースに第２触媒装置３８に流れ込むため、高温の排気ガスによりこの第２触媒装置３８を適正に加熱して早期に活性化することができる。
【００３７】
一方、エンジン１０の暖機後に、燃焼室１８から排出された排気ガスは、第１触媒装置３７における酸素吸蔵機能を有する第２通路５４を通ってから第２触媒装置３８に到達することとなり、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気になっても、第１触媒装置３７における第２通路５４の触媒部５５で排気ガス中の酸素が吸蔵されてから第２触媒装置３８に流れ込むため、排気ガスの空燃比がストイキ近傍となり、この排気ガスによる第２触媒装置３８の劣化を抑制することができる。
【００３８】
また、エンジン１０の暖機後は、排気ガスが第１触媒装置３７における外周側の第２通路５４を通るため、排気ガスの熱がハウジング５１を通して外部に放出されることとなり、高温の排気ガスによる第２触媒装置３８の熱劣化を抑制することができる。更に、排気ガスが第１触媒装置３７における第２通路５４の触媒部５５を通るため、排気ガス中に含有するリンが触媒部５５で吸着されることとなり、この排気ガスによる第２触媒装置３８のリン被毒を抑制することができる。
【実施例２】
【００３９】
図５は、本発明の実施例２に係る内燃機関の排気浄化装置における第１触媒装置の断面図、図６は、実施例２の内燃機関の排気浄化装置における排気浄化制御を表すフローチャートである。なお、実施例２の内燃機関の排気浄化装置が適用された内燃機関は、実施例１で説明したものとほぼ同様であるため、図１を用いて説明すると共に、実施例１で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４０】
実施例２の内燃機関の排気浄化装置において、図１及び図５に示すように、排気管３６には、排気ガス中に含まれる酸素やリンなどの有害物質を吸着処理する第１触媒装置（第１排気浄化触媒）６１（図５参照）と排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する第２触媒装置３８が装着されている。
【００４１】
第１触媒装置６１において、図５に詳細に示すように、ハウジング５１内の中央部に配管５２が配設されることで、配管５２内に第１通路５３が形成されると共に、ハウジング５１と配管５２との間に第２通路５４が形成される。そして、この第２通路５４にハニカム形状をなす触媒部５５が形成され、この触媒部５５に酸素吸蔵機能を有するセリアが担持されている。また、第１通路５３の下流側には、この第１通路５３を開閉する第１開閉弁５６が設けられている。従って、第１開閉弁５６により第１通路５３を開放することで、排気ガスを第１通路５３に導入することができ、第１開閉弁５６により第１通路５３を閉止することで、排気ガスを第２通路５４に導入することができる。この場合、第１開閉弁５６により通路切換手段が構成される。
【００４２】
また、図１及び図５に示すように、ＥＣＵ４０は、エンジン１０がファーストアイドル状態にあるときには、第１開閉弁５６により第１通路５３を開放することで、排気ガスを第１通路５３に導入し、ファーストアイドル状態以外のときには、第１開閉弁５６により第１通路５３を閉止することで、排気ガスを第２通路５４の触媒部５５に導入するようにしている。
【００４３】
ここで、上述した実施例２の内燃機関の排気浄化装置による排気浄化制御について、図６のフローチャートに基づいて詳細に説明する。
【００４４】
エンジン１０の排気浄化制御において、図６に示すように、ステップＳ２１にて、ＥＣＵ４０は、水温センサ４５が検出したエンジン冷却水温を読込み、ステップＳ２２では、このエンジン冷却水温に基づいてエンジン１０がファーストアイドル状態（エンジン暖機状態）にあるかどうかを判定する。ここで、エンジン１０がファーストアイドル状態であると判定されたら、ステップＳ２３にて、第１開閉弁５６により第１通路５３を開放することで、排気ガスを第１通路５３に導入する。従って、エンジン１０が暖機状態にあるとき、排気ガスは、第１触媒装置３７における酸素吸蔵機能を有しない第１通路５３を通ってから第２触媒装置３８に到達することとなり、第２通路５４の触媒部５５が排気ガスの流動抵抗とならず、また、排気ガスの熱が放出されることもなく、この排気ガスが大きな温度低下もなくスムースに第２触媒装置３８に流れ込む。そのため、高温の排気ガスによりこの第２触媒装置３８を適正に加熱して早期に活性化することができる。
【００４５】
一方、エンジン１０が始動してから所定時間が経過して暖機が完了すると、ステップＳ２２で、ＥＣＵ４０は、エンジン１０がファーストアイドル状態でないと判定する。すると、ステップＳ２４にて、第１開閉弁５６により第１通路５３を閉止することで、排気ガスを第２通路５４の触媒部５５に導入する。従って、エンジン１０の暖機後には、排気ガスは、第１触媒装置３７における酸素吸蔵機能を有する第２通路５４を通ってから第２触媒装置３８に到達することとなり、第２通路５４の触媒部５５で排気ガス中の酸素が吸蔵されてから第２触媒装置３８に流れ込む。そのため、排気ガスの空燃比がストイキ近傍となり、この排気ガスによる第２触媒装置３８の劣化を抑制することができる。
【００４６】
また、このとき、高温の排気ガスの熱が第１触媒装置３７のハウジング５１を通して外部に放出されるため、高温の排気ガスによる第２触媒装置３８の熱劣化を抑制することができる。更に、排気ガス中に含有するリンが触媒部５５で吸着されるため、この排気ガスによる第２触媒装置３８のリン被毒を抑制することができる。
【００４７】
なお、エンジン１０がファーストアイドル状態で、第１開閉弁５６により第１通路５３を開放したとき、第２通路５４が開放されているものの、この第２通路５４にはハニカム形状をなす触媒部５５があり、何もなく空洞な第１通路５３に比べて流路抵抗が大きいため、排気ガスは第２通路５４にはほとんど流れずに第１通路５３に流れる。
【００４８】
このように実施例２の内燃機関の排気浄化装置にあっては、エンジン１０の排気管３６に、排気ガス中に含まれる酸素やリンなどを吸着処理する第１触媒装置３７と排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどを浄化処理する第２触媒装置３８を装着し、第１触媒装置３７に第１通路５３を形成すると共にその外側に第２通路５４を形成し、第２通路５４にセリアが担持された触媒部５５を設け、第１通路５３に第１開閉弁５６を設け、少なくともエンジン１０の暖機時には、第１開閉弁５６により第１通路５３を開放することで、排気ガスを第１通路５３を通して第２触媒装置３８に到達するようにしている。
【００４９】
従って、エンジン１０が暖機時に、排気ガスは第１触媒装置３７の第１通路５３を通ってから第２触媒装置３８に到達するため、高温の排気ガスがスムースに第２触媒装置３８に流れ込み、第２触媒装置３８を適正に加熱して早期に活性化することができる。一方、エンジン１０の暖機後に、排気ガスは第１触媒装置３７第２通路５４を通ってから第２触媒装置３８に到達するため、リーン雰囲気の排気ガスは触媒部５５で含有する酸素が吸蔵され、この排気ガスによる第２触媒装置３８の劣化を抑制することができる。
【００５０】
また、実施例２の内燃機関の排気浄化装置にあっては、第１触媒装置３７にて、第１通路５３と触媒部５５を有する第２通路５４を形成し、第１通路５３のみに第１開閉弁５６を設け、少なくともエンジン１０の暖機時に、この第１開閉弁５６により第１通路５３を開放して排気ガスを第１通路５３に通すようにしている。従って、簡単な構成でエンジン１０の運転状態に応じて第１触媒装置３７における排気ガスの通路を切換えることができ、装置の簡素化を図ることができる。
【実施例３】
【００５１】
図７は、本発明の実施例３に係る内燃機関の排気浄化装置における排気浄化制御を表すフローチャートである。なお、実施例３の内燃機関の排気浄化装置は、実施例１で説明したものとほぼ同様であるため、図１乃至図３を用いて説明すると共に、実施例１で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５２】
実施例３の内燃機関の排気浄化装置において、図１乃至図３に示すように、排気管３６には、排気ガス中に含まれる酸素やリンなどの有害物質を吸着処理する第１触媒装置３７と排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する第２触媒装置３８が装着されている。そして、第１触媒装置３７は、第１通路５３の外側に第２通路５４が形成され、この第２通路５４にハニカム形状をなす触媒部５５が形成され、この触媒部５５に酸素吸蔵機能を有するセリアが担持されている。また、第１通路５３の下流側には、この第１通路５３を開閉する第１開閉弁５６が設けられる一方、第２通路５４の下流側には、この第２通路５４を開閉する第２開閉弁５７が設けられている。
【００５３】
そして、本実施例にて、ＥＣＵ４０は、排気ガスがリーン空燃比、または、所定温度以上の高温状態にあるときに、第１開閉弁５６により第１通路５３を閉止する一方、第２開閉弁５７により第２通路５４を開放することで、排気ガスを第２通路５４の触媒部５５に導入し、排気ガス中の酸素を吸蔵してから第２触媒装置３８に流れ込むようにしている。また、排気ガスがリーン空燃比、または、高温化して第２通路５４の触媒部５５により排気ガス中の酸素の吸蔵処理を行った後は、触媒部５５を還元処理するようにしている。この場合、車両の高速走行時にドライバがアクセルペダルを戻してエンジン負荷が低減すると、ＥＣＵ４０は、フューエルカットにより燃料噴射を一時的に停止するため、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気となる。また、エンジン１０の高負荷状態が継続すると、排気ガスの温度が異常に上昇して高温状態となる。この排気ガスの高温状態とは、排気ガスの温度が高すぎて第２触媒装置３８を劣化させてしまうような温度領域である。
【００５４】
ここで、上述した実施例３の内燃機関の排気浄化装置による排気浄化制御について、図７のフローチャートに基づいて詳細に説明する。
【００５５】
エンジン１０の排気浄化制御において、図７に示すように、ステップＳ３１にて、ＥＣＵ４０は、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であるか、または、所定温度以上の高温状態にあるかどうかを判定する。この場合、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であるかの判定は、Ｏ2センサが検出した排気ガス中の酸素濃度に基づいて判定する。また、排気ガスの温度は、エンジン１０の燃焼状態（吸入空気量、燃料噴射量、エンジン負荷など）に基づいて推定したり、排気管に温度センサを装着して検出することで、排気ガスの高温化を判定すればよい。
【００５６】
このステップＳ３１にて、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であったり、または、高温状態にあると判定されたら、ステップＳ３２にて、第１開閉弁５６により第１通路５３を閉止し、第２開閉弁５７により第２通路５４を開放することで、排気ガスを第２通路５４の触媒部５５に導入する。従って、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気のとき、排気ガスは、第１触媒装置３７における酸素吸蔵機能を有する第２通路５４を通ってから第２触媒装置３８に到達することとなり、第２通路５４の触媒部５５で排気ガス中の酸素が吸蔵されてから第２触媒装置３８に流れ込む。そのため、排気ガスの空燃比がストイキ近傍となり、この排気ガスによる第２触媒装置３８の劣化を抑制することができる。また、排気ガスが高温状態のとき、排気ガスは、第１触媒装置３７の外側に位置する第２通路５４を通ってから第２触媒装置３８に到達することとなり、第２通路５４で排気ガスの熱が外部に放出されてから第２触媒装置３８に流れ込む。そのため、排気ガスの温度が低下し、高温の排気ガスによる第２触媒装置３８の熱劣化を抑制することができる。
【００５７】
一方、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気でなく、高温状態でもないと判定されたら、ステップＳ３３にて、前回、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であったり高温状態であったりして第２通路５４の触媒部５５で排気ガス中の酸素吸蔵処理を実施したかどうかを判定する。ここで、前回、排気ガス中の酸素吸蔵処理を実施したと判定されたら、ステップＳ３５に移行する。また、前回、排気ガス中の酸素吸蔵処理を実施していないと判定されたら、ステップＳ３４にて、第２通路５４の触媒部５５の還元処理を終了したかどうかを判定し、触媒部５５の還元処理が終了していないと判定されたら、ステップＳ３５に移行する。そして、ステップＳ３５では、所定時間エンジン１０をリッチ運転することで、リッチ雰囲気の排気ガスを第２通路５４の触媒部５５に流し、第２通路５４の触媒部５５（セリア）の還元処理を実行する。ステップＳ３６では、触媒部５５の還元処理時間が所定時間となったらステップＳ３２に移行する。
【００５８】
その後、ステップＳ３１で、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気でも高温状態でもないと判定され、ステップＳ３３で、前回、排気ガス中の酸素吸蔵処理を実施していないと判定され、ステップＳ３４で、触媒部５５の還元処理が終了したと判定されたら、ステップＳ３７にて、第１開閉弁５６により第１通路５３を開放し、第２開閉弁５７により第２通路５４を閉止することで、排気ガスを第１通路５３に導入する。従って、排気ガスは、第１触媒装置３７における酸素吸蔵機能を有しない第１通路５３を通ってから第２触媒装置３８に到達することとなり、第２通路５４の触媒部５５が排気ガスの流動抵抗とならず、排気ガス中の酸素が吸蔵されることもなく、また、排気ガスの熱が放出されることもなく、適正な状態の排気ガスがスムースに第２触媒装置３８に流れ込む。そのため、この第２触媒装置３８にて効率良く排気ガスの浄化処理を行うことができる。
【００５９】
このように実施例３の内燃機関の排気浄化装置にあっては、エンジン１０の排気管３６に第１触媒装置３７と第２触媒装置３８を装着し、第１触媒装置３７に第１通路５３を形成すると共にその外側に第２通路５４を形成し、第２通路５４にセリアが担持された触媒部５５を設け、第１、第２通路５３，５４に第１、第２開閉弁５６，５７を設け、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であったり、または、排気ガスが高温状態であるときに、第１開閉弁５６により第１通路５３を閉止し、第２開閉弁５７により第２通路５４を開放することで、排気ガスを第２通路５４を通して第２触媒装置３８に到達するようにしている。
【００６０】
従って、エンジン１０から排出される排気ガスの空燃比がリーン雰囲気のとき、この排気ガスは、第１触媒装置３７における第２通路５４の触媒部５５を通ってから第２触媒装置３８に到達することとなり、この触媒部５５で排気ガス中の酸素が吸蔵されて空燃比がストイキ近傍になってから第２触媒装置３８に流れ込むため、空燃比がリーン雰囲気の排気ガスによる第２触媒装置３８の劣化を抑制することができる。
【００６１】
また、エンジン１０から排出される排気ガスが高温状態のとき、この排気ガスは、第１触媒装置３７の外側に位置する第２通路５４を通ってから第２触媒装置３８に到達することとなり、第２通路５４で排気ガスの熱が外部に放出されて温度が低下してから第２触媒装置３８に流れ込むため、高温の排気ガスによる第２触媒装置３８の熱劣化を抑制することができる。
【００６２】
なお、上述した各実施例では、第１触媒装置３７にて、中央部に位置する第１通路５３の外側に第２通路５４を形成し、この第２通路５４にセリアが担持された触媒部５５を設けたが、この構成に限定されるものではなく、第１通路と第２通路を左右または上下に並設してもよい。また、第１、第２通路５３，５４に第１、第２開閉弁５６，５７を設けたが、各開閉弁５６，５７の構成は各実施例に限定されるものではなく、どのような開閉弁であってもよい。
【００６３】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を筒内噴射式の多気筒エンジンに適用して説明したが、この形式のエンジンに限らず、ポート噴射式のエンジンに適用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上のように、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、触媒の劣化を抑制して排気浄化性能を向上するものであり、いずれの種類の内燃機関に用いても好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関の排気浄化装置を表す概略構成図である。
【図２】実施例１の内燃機関の排気浄化装置における第１触媒装置の一部切欠斜視図である。
【図３】実施例１の内燃機関の排気浄化装置における第１触媒装置の断面図である。
【図４】実施例１の内燃機関の排気浄化装置における排気浄化制御を表すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例２に係る内燃機関の排気浄化装置における第１触媒装置の断面図である。
【図６】実施例２の内燃機関の排気浄化装置における排気浄化制御を表すフローチャートである。
【図７】本発明の実施例３に係る内燃機関の排気浄化装置における排気浄化制御を表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１０  エンジン
１８  燃焼室
１９  吸気ポート
２０  排気ポート
２１  吸気弁
２２  排気弁
３３  インジェクタ
３４  点火プラグ
３６  排気管（排気通路）
３７，６１  第１触媒装置（第１排気浄化触媒）
３８  第２触媒装置（第２排気浄化触媒）
４０  電子制御ユニット、ＥＣＵ
５１  ハウジング
５２  配管
５３  第１通路
５４  第２通路
５５  触媒部
５６  第１開閉弁（通路切換手段）
５７  第２開閉弁（通路切換手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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