(57)【要約】【課題】排出ガスの浄化性能を向上させる。【解決手段】触媒コンバータ２４を用いてエンジン１１の排出ガスを浄化する排出ガス浄化装置１０であって、エンジン１１と触媒コンバータ２４とを接続する排気管２３に設けられ、触媒コンバータ２４に排出ガスを案内するとともに変形自在となる螺旋管３５と、エンジン１１の負荷に基づいて、螺旋管３５を変形させて流路抵抗を変化させるアクチュエータ３９と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒コンバータを用いてエンジンの排出ガスを浄化する排出ガス浄化装置であって、
前記エンジンと前記触媒コンバータとを接続する排気管に設けられ、前記触媒コンバータに排出ガスを案内するとともに変形自在となる変形管部と、
前記エンジンの負荷に基づいて、前記変形管部を変形させて流路抵抗を変化させるアクチュエータと、
を有する、排出ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１記載の排出ガス浄化装置において、
前記アクチュエータは、前記エンジンの負荷が小さいときには前記変形管部の流路抵抗を小さくする一方、前記エンジンの負荷が大きいときには前記変形管部の流路抵抗を大きくする、排出ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の排出ガス浄化装置において、
前記アクチュエータは、前記変形管部を曲げることで流路抵抗を大きくする、排出ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の排出ガス浄化装置において、
前記アクチュエータは、前記変形管部を縮めることで流路抵抗を大きくする、排出ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒コンバータを用いてエンジンの排出ガスを浄化する排出ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排出ガス中に含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物等の有害成分を浄化するため、エンジンの排気系には三元触媒や酸化触媒等の触媒コンバータが設けられている。触媒コンバータにおける排出ガスの浄化性能、つまり触媒コンバータにおける有害成分の転化効率は、触媒層と有害成分との接触効率によって左右されることになる。そこで、排気管に対して排出ガスを整流する整流部を設けることにより、触媒層と有害成分との接触効率を高めるようにした排気構造が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２６３００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、触媒層と有害成分との接触効率は、排出ガスの空間速度の影響を受けることになる。すなわち、空間速度が大きく触媒コンバータから排出ガスが素早く抜ける場合には、触媒層と有害成分との接触効率が低下することから、排出ガスの浄化性能を向上させることが困難となる。このように、排出ガスの空間速度が上昇する場合であっても、排出ガスの浄化性能を向上させることが望まれている。
【０００５】
本発明の目的は、排出ガスの浄化性能を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の排出ガス浄化装置は、触媒コンバータを用いてエンジンの排出ガスを浄化する排出ガス浄化装置であって、前記エンジンと前記触媒コンバータとを接続する排気管に設けられ、前記触媒コンバータに排出ガスを案内するとともに変形自在となる変形管部と、前記エンジンの負荷に基づいて、前記変形管部を変形させて流路抵抗を変化させるアクチュエータと、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、エンジンの負荷に基づいて変形管部の流路抵抗を変化させるようにしたので、排出ガスの浄化性能を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態である排出ガス浄化装置を示す概略図である。
【図２】螺旋管の一部を示す断面図である。
【図３】アクチュエータによる螺旋管の制御状態を示す説明図である。
【図４】アクチュエータによる螺旋管の制御状態を示す説明図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）はスロットル開度と引込みストロークとの関係を例示する線図である。
【図６】本発明の他の実施の形態である排出ガス浄化装置を示す概略図である。
【図７】蛇腹管の一部を示す断面図である。
【図８】アクチュエータによる蛇腹管の制御状態を示す説明図である。
【図９】アクチュエータによる蛇腹管の制御状態を示す説明図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）はスロットル開度と押出しストロークとの関係を例示する線図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である排出ガス浄化装置１０を示す概略図である。図１に示すように、エンジン１１は、クランク軸１２を収容するクランクケース１３と、ピストン１４を収容するシリンダ１５とを有している。シリンダ１５にはシリンダヘッド１６が組み付けられており、シリンダヘッド１６には吸気ポート１７および排気ポート１８が形成されている。また、シリンダヘッド１６の吸気ポート１７には吸気系１９を構成する吸気管２０が接続されており、吸気管２０には吸入空気量を調整するスロットルバルブ２１が設けられている。さらに、エンジン１１の排気ポート１８には排気系２２を構成する排気管２３が接続されており、排気管２３には排出ガスを浄化する触媒コンバータ２４が接続されている。
【００１０】
触媒コンバータ２４は、触媒容器３０とこれに収容される担体３１とを備えている。図１の拡大部分に示すように、担体３１は金属やセラミックス等からなる担体基材３２を備えており、担体基材３２の表面には白金やパラジウム等の触媒成分を含む触媒層３３が設けられている。排出ガスが触媒コンバータ２４を通過する際には、排出ガスが触媒層３３に接触することで触媒反応が起こり、窒素酸化物等の有害成分が無害成分に転換されることになる。すなわち、触媒コンバータ２４内の触媒層３３に対して排出ガスを効率良く接触させることにより、排出ガスの浄化性能を高めることが可能となっている。なお、触媒コンバータ２４を通過した排出ガスは、図示しない排気管およびマフラーを通過して外部に排出される。
【００１１】
エンジン１１と触媒コンバータ２４とを接続する排気管２３は、エンジン１１に固定される固定管３４と、変形自在となる変形管部としての螺旋管３５とによって構成されている。螺旋管３５の一端側は固定管３４によって拘束されており、螺旋管３５の他端側は触媒コンバータ２４によって拘束されている。図２は螺旋管３５の一部を示す断面図である。図２に示すように、螺旋管３５は、螺旋状に巻かれた帯状の金属板３６を、一枚あるいは複数枚組み合わせることで構成されている。それぞれの金属板３６は、幅方向の両端に折り返し部３７を備えている。この折り返し部３７を互いに係合させて複数の金属板３６を連結することにより、パイプ状の螺旋管３５を構成することが可能となる。図２に示すように、金属板３６の連結箇所には隙間が設けられることから、連結される金属板３６を相対的に動かすことができ、螺旋管３５を自在に曲げることが可能となる。また、図１に示すように、螺旋管３５には把持部材３８が取り付けられており、この把持部材３８にはアクチュエータ３９が連結されている。アクチュエータ３９は、伸縮自在となるロッド部材４０と、これを駆動する図示しない電動駆動部とを備えている。アクチュエータ３９は、ロッド部材４０を伸ばす第１状態とロッド部材４０を縮める第２状態とに制御される。なお、図１には第１状態に制御されたアクチュエータ３９が示されている。
【００１２】
排出ガス浄化装置１０には、アクチュエータ３９を制御するための制御ユニット４１が設けられている。制御ユニット４１は、各種センサからの検出信号に基づいてアクチュエータ３９を制御する。制御ユニット４１に接続されるセンサとしては、スロットルバルブ２１の開度（以下、スロットル開度という）を検出するスロットル開度センサ４２、アクセルペダル４３の操作量（以下、アクセル開度という）を検出するアクセル開度センサ４４、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ４５、吸入空気量を検出するエアフローメータ４６、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ４７等がある。なお、制御ユニット４１は、制御信号を演算するＣＰＵ、制御プログラムやマップデータ等を格納するＲＯＭ、一時的にデータを格納するＲＡＭ等によって構成される。
【００１３】
続いて、アクチュエータ３９による螺旋管３５の変形制御について説明する。図３および図４はアクチュエータ３９による螺旋管３５の制御状態を示す説明図である。図３および図４には矢印を用いて排出ガスの流れが示されている。
【００１４】
図３に示すように、アクチュエータ３９を第１状態に制御した場合には、ロッド部材４０が伸びることから、螺旋管３５はほぼ真っ直ぐに保持された状態となる。このように、螺旋管３５を真っ直ぐに伸ばすことにより、螺旋管３５の流路抵抗を小さくすることができ、触媒コンバータ２４に向けて排出ガスを滑らかに案内することが可能となる。一方、図４に示すように、アクチュエータ３９を第２状態に制御した場合には、ロッド部材４０が引き込まれることから、両端が拘束される螺旋管３５はアクチュエータ３９側に湾曲した状態となる。このように、螺旋管３５を湾曲させることにより、螺旋管３５の流路抵抗を大きくすることができ、触媒コンバータ２４に向かう排出ガスの流れを乱すことが可能となる。すなわち、アクチュエータ３９によって螺旋管３５を曲げることにより、螺旋管３５内で乱流を増加させることが可能となっている。なお、図４に示すように、アクチュエータ３９を第１状態から第２状態に切り換える際に、アクチュエータ３９が引き込むロッド部材４０のストローク（以下、引込みストロークという）はＳ１となっている。
【００１５】
ここで、図５（ａ）および（ｂ）はスロットル開度と引込みストロークとの関係を例示する線図である。図５（ａ）に示すように、スロットル開度が所定の基準値Ｔ１以下となる場合には、ロッド部材４０の引込みストロークは「０」に設定されている。すなわち、スロットル開度が基準値Ｔ１以下となる場合には、アクチュエータ３９は第１状態に制御されて螺旋管３５は伸ばされた状態となる。このように、スロットル開度が小さくなって排出ガスの空間速度が低下する場合、つまりエンジン１１の負荷が小さくなって排出ガスの空間速度が低下する場合には、排出ガスが触媒コンバータ２４に長く留まることから、触媒コンバータ２４による排出ガスの浄化性能が確保された状態となる。このため、アクチュエータ３９は、螺旋管３５を直線状に伸ばしてスムーズに排出ガスを案内している。なお、排出ガスの空間速度とは、単位時間当たりの排出ガス流量を触媒容器３０内の担体体積で除算した値、つまり触媒コンバータ２４の担体３１を排出ガスが通過する際の速度である。
【００１６】
続いて、図５（ａ）に示すように、スロットル開度が基準値Ｔ１を上回る場合には、ロッド部材４０の引込みストロークは「Ｓ１」に設定されている。すなわち、スロットル開度が基準値Ｔ１を上回る場合には、アクチュエータ３９は第２状態に制御されて螺旋管３５は曲げられた状態となる。このように、スロットル開度が大きくなって排出ガスの空間速度が上昇する場合、つまりエンジン１１の負荷が大きくなって排出ガスの空間速度が上昇する場合には、排出ガスが触媒コンバータ２４を素早く通過することから、触媒コンバータ２４による排出ガスの浄化性能を確保し難い状態となる。このため、図４に示すように、アクチュエータ３９は、螺旋管３５を曲げて流路抵抗を大きくすることにより、触媒コンバータ２４に案内される排出ガスの流れを乱している。このように、螺旋管３５内で乱流を増加させることにより、触媒コンバータ２４に導入される排出ガスの進行方向を、様々な向きに変化させることが可能となる。これにより、排出ガスの空間速度が上昇する場合においても、触媒コンバータ２４内の触媒層３３に排出ガスを効率良く接触させることができ、排出ガスの浄化性能を向上させることが可能となる。
【００１７】
前述の説明では、アクチュエータ３９を第１状態から第２状態に切り換えているが、これに限られることはなく、アクチュエータ３９を第１状態から第２状態に多段階に分けて制御しても良く、アクチュエータ３９を第１状態から第２状態に連続的に制御しても良い。すなわち、図５（ｂ）に示すように、スロットル開度の増加に合わせてロッド部材４０の引込みストロークを徐々に増加させても良い。これにより、排気ガスの空間速度に合わせて、より適切に螺旋管３５における乱流の発生具合を制御することが可能となる。
【００１８】
続いて、本発明の他の実施の形態である排出ガス浄化装置５０について説明する。図６は本発明の他の実施の形態である排出ガス浄化装置５０を示す概略図である。なお、図６において、図１に示す部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。図６に示すように、エンジン１１と触媒コンバータ２４とを接続する排気管５１は、エンジン１１に固定される固定管５２と、変形自在となる変形管部としての蛇腹管５３とによって構成されている。図７は蛇腹管５３の一部を示す断面図である。図７に示すように、蛇腹管５３は、小径スプリング５４と、小径スプリング５４よりも巻径寸法の大きな大径スプリング５５とを備えている。小径スプリング５４と大径スプリング５５との間には、耐熱性を有するガラス繊維やアルミナ繊維を用いて複数層の筒状に形成された布材５６が挟み込まれている。このように、蛇腹管５３は弾性を有するスプリング５４，５５と柔軟性を有する布材５６とによって構成されることから、蛇腹管５３をその中心軸方向に伸縮させることが可能となっている。
【００１９】
また、図６に示すように、固定管５２と蛇腹管５３との間には、スライド機構６０が設けられている。スライド機構６０は、固定管５２に固定される大径パイプ６１と、蛇腹管５３に固定される小径パイプ６２とを備えている。小径パイプ６２の一端部は、大径パイプ６１に対して摺動自在に挿入されている。また、大径パイプ６１には、小径パイプ６２を径方向に拘束するガイド部材６３が設けられている。さらに、大径パイプ６１と小径パイプ６２とは、アクチュエータ６４を介して連結されている。アクチュエータ６４は、伸縮自在となるロッド部材６５と、これを駆動する図示しない電動駆動部とを備えている。アクチュエータ６４は、ロッド部材６５を縮める第１状態とロッド部材６５を伸ばす第２状態とに制御される。なお、図６には第１状態に制御されたアクチュエータ６４が示されている。
【００２０】
続いて、アクチュエータ６４による蛇腹管５３の変形制御について説明する。図８および図９はアクチュエータ６４による蛇腹管５３の制御状態を示す説明図である。図８および図９には矢印を用いて排出ガスの流れが示されている。また、図８および図９において、図３に示す部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２１】
図８に示すように、アクチュエータ６４を第１状態に制御した場合には、ロッド部材６５によって小径パイプ６２が大径パイプ６１に引き込まれることから、蛇腹管５３は軸方向に伸ばされた状態となる。このように、蛇腹管５３を伸ばして内壁面の凹凸を小さくすることにより、蛇腹管５３の流路抵抗を小さくすることができ、触媒コンバータ２４に向けて排出ガスを滑らかに案内することが可能となる。一方、図９に示すように、アクチュエータ６４を第２状態に制御した場合には、ロッド部材６５によって小径パイプ６２が大径パイプ６１から押し出されることから、触媒コンバータ２４によって一端が拘束される蛇腹管５３は軸方向に縮められた状態となる。このように、蛇腹管５３を縮めて内壁面の凹凸を大きくすることにより、蛇腹管５３の流路抵抗を大きくすることができ、触媒コンバータ２４に向かう排出ガスの流れを乱すことが可能となる。すなわち、アクチュエータ６４によって蛇腹管５３を縮めることにより、蛇腹管５３内で乱流を増加させることが可能となっている。なお、図９に示すように、アクチュエータ６４を第１状態から第２状態に切り換える際に、アクチュエータ６４から押し出されるロッド部材６５のストローク（以下、押出しストロークという）はＳ２となっている。
【００２２】
ここで、図１０（ａ）および（ｂ）はスロットル開度と押出しストロークとの関係を例示する線図である。図１０（ａ）に示すように、スロットル開度が所定の基準値Ｔ１以下となる場合には、ロッド部材６５の押出しストロークは「０」に設定されている。すなわち、スロットル開度が基準値Ｔ１以下となる場合には、アクチュエータ６４は第１状態に制御されて蛇腹管５３は伸ばされた状態となる。このように、スロットル開度が小さくなって排出ガスの空間速度が低下する場合、つまりエンジン１１の負荷が小さくなって排出ガスの空間速度が低下する場合には、排出ガスが触媒コンバータ２４に長く留まることから、触媒コンバータ２４による排出ガスの浄化性能が確保された状態となる。このため、アクチュエータ６４は、蛇腹管５３を直線状に伸ばしてスムーズに排出ガスを案内している。
【００２３】
続いて、図１０（ａ）に示すように、スロットル開度が基準値Ｔ１を上回る場合には、ロッド部材６５の押出しストロークは「Ｓ２」に設定されている。すなわち、スロットル開度が基準値Ｔ１を上回る場合には、アクチュエータ６４は第２状態に制御されて蛇腹管５３は縮められた状態となる。このように、スロットル開度が大きくなって排出ガスの空間速度が上昇する場合、つまりエンジン１１の負荷が大きくなって排出ガスの空間速度が上昇する場合には、排出ガスが触媒コンバータ２４を素早く通過することから、触媒コンバータ２４による排出ガスの浄化性能を確保し難い状態となる。このため、図９に示すように、アクチュエータ６４は、蛇腹管５３を縮めることで流路抵抗を大きくし、触媒コンバータ２４に案内される排出ガスの流れを乱している。このように、蛇腹管５３内で乱流を増加させることにより、触媒コンバータ２４に導入される排出ガスの進行方向を、様々な向きに変化させることが可能となる。これにより、排出ガスの空間速度が上昇する場合においても、触媒コンバータ２４内の触媒層３３に排出ガスを効率良く接触させることができ、排出ガスの浄化性能を向上させることが可能となる。
【００２４】
前述の説明では、アクチュエータ６４を第１状態から第２状態に切り換えているが、これに限られることはなく、アクチュエータ６４を第１状態から第２状態に多段階に分けて制御しても良く、アクチュエータ６４を第１状態から第２状態に連続的に制御しても良い。すなわち、図１０（ｂ）に示すように、スロットル開度の増加に合わせてロッド部材６５の押出しストロークを徐々に増加させても良い。これにより、排気ガスの空間速度に合わせて、より適切に蛇腹管５３における乱流の発生具合を制御することが可能となる。
【００２５】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。前述の説明では、スロットル開度に基づいてアクチュエータ３９，６４を制御しているが、これに限られることはなく、アクセル開度、吸気管圧力、吸入空気量、エンジン回転数等に基づいて、アクチュエータ３９，６４を制御しても良い。すなわち、排出ガスの空間速度に連動するエンジン１１の負荷を推定することが可能な値であれば、如何なる値を用いてアクチュエータ３９，６４を制御しても良い。
【００２６】
変形管部として、図２に示す構造の螺旋管３５や、図７に示す構造の蛇腹管５３を例示しているが、これらの構造の変形管部に限られることはない。例えば、金属パイプの内側から圧力を掛けることにより、金属パイプに対して蛇腹状に山を成型加工した成型ベローズ管（蛇腹管）であっても良い。また、積層された金属ワッシャの内縁と外縁とを交互に溶接加工した溶接ベローズ管（蛇腹管）であっても良い。なお、変形管部として蛇腹管を用いた場合には、蛇腹管を曲げて流路抵抗を大きくしても良く、蛇腹管を軸方向に縮めて流路抵抗を大きくしても良い。
【００２７】
アクチュエータ３９，６４として、電動モータ等の電動駆動部を備えた電動アクチュエータを挙げているが、これに限られることはなく、空気圧や油圧によって作動するアクチュエータを採用しても良い。また、アクチュエータ３９，６４として、ロッド部材４０，６５を伸縮させる形式のアクチュエータを挙げているが、これに限られることはなく、ロータリアクチュエータ等の他の形式のアクチュエータを採用しても良い。図示する場合には、エンジン１１の排気系２２に１つの触媒コンバータ２４が設けられているが、これに限られることはなく、エンジン１１の排気系２２に２つ以上の触媒コンバータが設けられていても良い。なお、エンジン１１としては、ガソリンエンジンであっても良く、ディーゼルエンジン等であっても良い。
【符号の説明】
【００２８】
１０    排出ガス浄化装置
１１    エンジン
２３    排気管
２４    触媒コンバータ
３５    螺旋管（変形管部）
３９    アクチュエータ
５０    排出ガス浄化装置
５１    排気管
５３    蛇腹管（変形管部）
６４    アクチュエータ
【図１】
2015034523.tif 000003
【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】
2015034523.tif 000009
【図８】
2015034523.tif 000010
【図９】
2015034523.tif 000011
【図１０】
2015034523.tif 000012