(57)【要約】【課題】触媒の暖機を促進できる内燃機関を提供すること。【解決手段】この内燃機関は、エンジンの排気通路４１上に配置されると共に、排気通路４１を流れる排気を浄化する触媒装置４２を有する。この内燃機関において、触媒装置４２は、排気を浄化するための触媒４２１と、排気通路４１上かつ触媒４２１の下流側に配置されると共に排気の熱エネルギーを輻射エネルギーに変換して触媒４２１に放射する放射部４２６とを有する。そして、冷間運転時などには、放射部４２６からの輻射エネルギーにより触媒４２１が効率的に加温されて、触媒装置４２の暖機が行われる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路上に配置されると共に前記排気通路を流れる排気を浄化する触媒装置を有する内燃機関であって、
前記触媒装置は、排気を浄化するための触媒と、前記排気通路上かつ前記触媒の下流側に配置されると共に排気の熱エネルギーを輻射エネルギーに変換して前記触媒に放射する放射部とを有することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記触媒装置が排気通路となる第一通路および第二通路を有すると共に前記放射部が前記第一通路に配置され、前記触媒の暖機時には、少なくとも前記第一通路が開放され、且つ、前記触媒の暖機完了後には、前記第一通路が閉止されると共に前記第二通路が開放される請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記放射部が放射率０．８以上の物質から成る請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記放射部が排気を通過させ得る多孔性固体から成る請求項１〜３のいずれか一つに記載の内燃機関。
【請求項５】
前記放射部が前記第一通路上に配置される複数のフィンを有する請求項１〜４のいずれか一つに記載の内燃機関。
【請求項６】
前記放射部が前記第一通路の流路を絞る絞り部を有する請求項１〜５のいずれか一つに記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関に関し、さらに詳しくは、触媒の暖機を促進できる内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の内燃機関では、車両の排気規制などに鑑みて、排気中の有毒ガスを浄化するための触媒装置が設けられている。かかる触媒装置では、エンジン始動時などの冷間運転時にて、触媒の温度を所定の活性温度まで上昇させるための暖機が必要となる。
【０００３】
かかる課題に関する従来の内燃機関には、特許文献１に記載される技術が知られている。従来の内燃機関（ハイブリット車における蓄熱式触媒装置）は、内燃機関と補助動力源とを選択的に運転させて車両を駆動するハイブリット機構と、前記内燃機関の排気通路に設けられ、前記排気通路を流れる排気を浄化する排気浄化触媒と、前記内燃機関が運転状態にあるときは前記内燃機関で発生する熱を蓄熱し、前記内燃機関の運転停止後は蓄熱された熱を利用して前記排気浄化触媒の温度低下を抑制する蓄熱手段と、を備えることを特徴とする。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−８２１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は、触媒の暖機を促進できる内燃機関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】
【０００６】
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ると共に前記排気通路を流れる排気を浄化する触媒装置を有する内燃機関であって、前記触媒装置は、排気を浄化するための触媒と、前記排気通路上かつ前記触媒の下流側に配置されると共に排気の熱エネルギーを輻射エネルギーに変換して前記触媒に放射する放射部とを有することを特徴とする。
【０００７】
この内燃機関では、触媒装置が排気の熱エネルギーを輻射エネルギーに変換して触媒に放射する放射部を有するので、放射部からの輻射エネルギーにより触媒が効率的に加温される。これにより、例えば、エンジン始動時などの冷間運転時にて、触媒装置の暖機が促進される利点がある。
【０００８】
また、この発明にかかる内燃機関は、前記触媒装置が排気通路となる第一通路および第二通路を有すると共に前記放射部が前記第一通路に配置され、前記触媒の暖機時には、少なくとも前記第一通路が開放され、且つ、前記触媒の暖機完了後には、前記第一通路が閉止されると共に前記第二通路が開放される。
【０００９】
この内燃機関では、触媒の暖機時には、少なくとも第一通路が開放されて排気が第一通路を通過する。これにより、放射部が排気により加温されて輻射エネルギーが増加し、この輻射エネルギーによって触媒の暖機が促進される。一方、触媒の暖機完了後には、第一通路が閉止されると共に第二通路が開放されて、排気が第二通路を通過する。したがって、第一通路側にある放射部が加温されないため、放射部の輻射エネルギーが増加せず、触媒が加温されない。これにより、触媒４２１の過熱が防止される利点がある。
【００１０】
また、この発明にかかる内燃機関は、前記放射部が放射率０．８以上の物質から成る。
【００１１】
この内燃機関では、排気による輻射エネルギーが効率的に得られるので、触媒の暖機が効果的に促進される利点がある。
【００１２】
また、この発明にかかる内燃機関は、前記放射部が排気を通過させ得る多孔性固体から成る。
【００１３】
この内燃機関では、放射部の排気抵抗の増加が抑制され、且つ、排気との接触に必要な表面積が十分に確保される。これにより、排気による輻射エネルギーが効率的に得られるので、触媒の暖機が効果的に促進される利点がある。
【００１４】
また、この発明にかかる内燃機関は、前記放射部が前記第一通路上に配置される複数のフィンを有する。
【００１５】
この内燃機関では、放射部の設置状態にて、排気が放射部のフィンに当たって熱交換しつつ放射部を通過する。これにより、放射部が排気により効率的に加温されて輻射エネルギーが増加するので、触媒の暖機が効果的に促進される利点がある。
【００１６】
また、この発明にかかる内燃機関は、前記放射部が前記第一通路の流路を絞る絞り部を有する。
【００１７】
この内燃機関では、排気が絞り部に効率的に当たるので、排気と放射部との熱交換が促進される。これにより、排気による輻射エネルギーが効率的に得られるので、触媒の暖機が効果的に促進される利点がある。
【発明の効果】
【００１８】
この発明にかかる内燃機関では、触媒装置が排気の熱エネルギーを輻射エネルギーに変換して触媒に放射する放射部を有するので、放射部からの輻射エネルギーにより触媒が効率的に加温される。これにより、例えば、エンジン始動時などの冷間運転時にて、触媒装置の暖機が促進される利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的同一のものが含まれる。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。
【実施例】
【００２０】
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〜図４は、図１に記載した内燃機関の触媒装置を示す説明図である。図５〜図１０は、図２に記載した触媒装置の具体例を示す説明図である。
【００２１】
［内燃機関］
この内燃機関１は、エンジン２と吸気系統３と排気系統４とを有する（図１参照）。エンジン２は、ピストン２１と、ピストン２１を収容するシリンダ２２と、ピストン２１に連結されるクランクシャフト２３と、シリンダ２２に接続される吸気ポート２４および排気ポート２５と、燃料噴射用のインジェクタ２６と、点火プラグ２７とを有する。このエンジン２では、空気が吸気ポート２４からシリンダ２２内に吸入されて圧縮され、また、インジェクタ２６からシリンダ２２内に燃料が噴射されて混合気が形成される。そして、この混合気が点火プラグ２７により点火されてシリンダ２２（燃焼室）内で燃焼し、その燃焼エネルギーによりピストン２１が駆動されてシリンダ２２内を往復運動する。すると、このピストン２１の往復運動がクランクシャフト２３の回転運動に変換されて動力が発生する。また、シリンダ２２内の燃焼ガスが排気ポート２５を介してシリンダ２２の外部に排出される。
【００２２】
吸気系統３は、吸気通路（吸気管）３１と、この吸気通路３１上に配置されるエアフィルタ３２、スロットルバルブ３３およびサージタンク３４とを有する。吸気通路３１は、吸気マニホールドを介してエンジン２の吸気ポート２４に接続される。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フィルタである。スロットルバルブ３３は、吸気通路３１にて空気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。
【００２３】
排気系統４は、排気通路（排気管）４１と、この排気通路４１に配置される触媒装置４２とを有する。排気通路４１は、排気マニホールドを介してエンジン２の排気ポート２５に接続される。触媒装置４２は、排気通路４１を流れる排気を浄化する機能を有する。
【００２４】
［触媒装置］
また、この実施例では、触媒装置４２が触媒４２１と暖機補助部４２２とを有する（図２参照）。触媒４２１は、排気中の有害ガス（ＣＯ、ＣＨ、ＮＯｘ）を無害なガス（ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、Ｎ2）に浄化するために設けられる。かかる触媒４２１には、例えば、三元触媒（セラミックス担体の表面にアルミナがコーティングされ、このアルミナの表面に白金−ロジウム系の貴金属触媒物質が担持されて成る触媒）が採用される。エンジン始動時などの冷間運転時には、この触媒４２１の温度を所定の活性温度まで上昇させるための暖機が必要となる。
【００２５】
暖機補助部４２２は、触媒４２１を暖機する機能を有し、排気通路４１上であって触媒４２１の下流側に設けられる。この暖機補助部４２２は、第一通路４２３と、第二通路４２４と、切替バルブ４２５と、放射部４２６とを有する。第一通路４２３および第二通路４２４は、触媒４２１の下流側の配管が分岐されて成り、触媒４２１を通過した排気の通路となる。また、第一通路４２３および第二通路４２４は、その下流側にて合流して後方のマフラー（図示省略）に接続される。切替バルブ４２５は、第一通路４２３および第二通路４２４の分岐点に設けられて、第一通路４２３および第二通路４２４の開閉を切り換える。この切替バルブ４２５は、例えば、車両のＥＣＵ（Electronic Control Unit）により開閉制御される。放射部４２６は、第一通路４２３上に設けられ、排気の熱エネルギーを輻射エネルギーに変換して触媒４２１に放射する機能を有する。この放射部４２６は、所定値以上の放射率（輻射率）を有する物質により構成される。放射部４２６の具体的構成については後述する。なお、この実施例では、第二通路４２４上に何も設置されていない。
【００２６】
この触媒装置４２では、まず、触媒４２１の暖機が必要な場合には、切替バルブ４２５が駆動されて第一通路４２３が開放され、第二通路４２４が閉止される（図２参照）。すると、触媒４２１を通過した排気が第一通路４２３に流入して放射部４２６に当たる。すると、この排気の熱が放射部４２６に吸収されて放射部４２６が加温され、放射部４２６の温度Ｔが上昇して放射部４２６の輻射エネルギーが増加する（図４参照）。そして、この輻射エネルギーにより触媒４２１が加温されて触媒４２１の暖機が促進される。なお、図４では、放射部４２６の輻射エネルギーによる触媒４２１の温度上昇がΔＴとして示されている。また、第一通路４２３を通過した排気は、後方のマフラーに流れる。
【００２７】
次に、触媒４２１の暖機が完了すると、切替バルブ４２５が駆動されて第一通路４２３が閉止され、第二通路４２４が開放される（図３参照）。この状態では、排気が第一通路４２３に流入せず、第二通路４２４のみを通過して後方のマフラーに流れる。このため、放射部４２６が排気により加温されないので、放射部４２６の温度が上昇しない（図４参照）。したがって、放射部４２６からの輻射エネルギーが増加しないので、触媒４２１の過熱が防止される。なお、触媒４２１の暖機が完了したか否かの判断は、例えば、車両のラジエターに設置された水温計の計測値などを用いて行われる。
【００２８】
［効果］
以上説明したように、この内燃機関１では、触媒装置４２が排気の熱エネルギーを輻射エネルギーに変換して触媒４２１に放射する放射部４２６を有するので、放射部４２６からの輻射エネルギーにより触媒４２１が効率的に加温される。これにより、例えば、エンジン始動時などの冷間運転時にて、触媒装置４２の暖機が促進される利点がある。
【００２９】
また、この内燃機関１では、触媒４２１の暖機時には、（少なくとも）第一通路４２３が開放されて排気が第一通路４２３を通過する。これにより、放射部４２６が排気により加温されて輻射エネルギーが増加し、この輻射エネルギーによって触媒４２１の暖機が促進される。一方、触媒４２１の暖機完了後には、第一通路４２３が閉止されると共に第二通路４２４が開放されて、排気が第二通路４２４を通過する。したがって、第一通路４２３側にある放射部４２６が加温されないため、放射部４２６の輻射エネルギーが増加せず、触媒４２１が加温されない。これにより、触媒４２１の過熱が防止される利点がある。
【００３０】
［放射部の具体例］
なお、この内燃機関１では、触媒装置４２の放射部４２６として、所定の放射率（輻射率）よりも高い放射率を有する物質が採用されることが好ましい（図５参照）。これにより、排気による輻射エネルギーが効率的に得られるので、触媒４２１の暖機が効果的に促進される利点がある。
【００３１】
例えば、放射部４２６は、放射率０．８以上の物質から成ることが好ましく、放射率０．９以上の物質から成ることがより好ましい。かかる物質としては、例えば、アスファルト、コンクリート、セメント、粘土、石膏、陶器、磁器、アスベスト、グラファイト、黒色塗料などがある。なお、物質の放射率は、放射部４２６の表面形状（凹凸）や排気ガスの温度により相異する。したがって、放射部４２６を構成する物質は、触媒装置４２の仕様等に応じて適宜選択されることが好ましい。
【００３２】
また、放射部４２６は、排気を通過させ得る多孔性固体から成ることが好ましい。例えば、放射部４２６が排気の流れ方向に貫通する複数の孔を有する（図６参照）。かかる構成では、放射部４２６の排気抵抗の増加が抑制され、且つ、排気との接触に必要な表面積が十分に確保される。これにより、排気による輻射エネルギーが効率的に得られるので、触媒４２１の暖機が効果的に促進される利点がある。
【００３３】
また、放射部４２６がフィン形状を有しても良い。例えば、放射部４２６が、排気の通路（第一通路４２３）となる筒状のケーシング４２６１と、このケーシング４２６１の内周に配置された複数のフィン（板状フィンあいはピンフィン）とを有する（図７および図８参照）。かかる構成では、放射部４２６の設置状態にて、排気が放射部４２６のフィン４２６２に当たって熱交換しつつ放射部４２６を通過する。これにより、放射部４２６が排気により効率的に加温されて輻射エネルギーが増加するので、触媒４２１の暖機が効果的に促進される利点がある。
【００３４】
また、放射部４２６が第一通路４２３の流路を絞る絞り部を有しても良い。例えば、放射部４２６が、排気の通路（第一通路４２３）となる筒状のケーシング４２６１と、このケーシング４２６１の内径を排気の流れ方向に絞る絞り部４２６４を有する（図９および図１０参照）。かかる構成では、排気が絞り部４２６４に効率的に当たるので、排気と放射部４２６との熱交換が促進される。これにより、排気による輻射エネルギーが効率的に得られるので、触媒４２１の暖機が効果的に促進される利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように、本発明にかかる内燃機関は、触媒の暖機を促進できる点で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】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】図１に記載した内燃機関の触媒装置を示す説明図である。
【図３】図１に記載した内燃機関の触媒装置を示す説明図である。
【図４】図１に記載した内燃機関の触媒装置を示す説明図である。
【図５】図２に記載した触媒装置の具体例を示す説明図である。
【図６】図２に記載した触媒装置の具体例を示す説明図である。
【図７】図２に記載した触媒装置の具体例を示す説明図である。
【図８】図２に記載した触媒装置の具体例を示す説明図である。
【図９】図２に記載した触媒装置の具体例を示す説明図である。
【図１０】図２に記載した触媒装置の具体例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    内燃機関
２    エンジン
３    吸気系統
４    排気系統
２１  ピストン
２２  シリンダ
２３  クランクシャフト
２４  吸気ポート
２５  排気ポート
２６  インジェクタ
２７  点火プラグ
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
４１  排気通路
４２  触媒装置
４２１      触媒
４２２      暖機補助部
４２３      第一通路
４２４      第二通路
４２５      切替バルブ
４２６      放射部
４２６１    ケーシング
４２６２    フィン
４２６４    絞り部
【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】
2008121437.tif 000008
【図７】
2008121437.tif 000009
【図８】
2008121437.tif 000010
【図９】
2008121437.tif 000011
【図１０】
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