(57)【要約】【課題】排気の低温時でも、高温時でも触媒の活性状態を維持できる排気浄化装置を得る。【解決手段】排気流路４から第１流路管２２を分岐すると共に、第２流路管２４を排気流路４に合流させる。内筒容器１０内に触媒担体１１を収納すると共に、内筒容器１０を外筒容器６内に収納して両容器６，１０の間に接続流路８を形成する。内筒容器１０と第１流路管２２とを連通すると共に、接続流路８と第２流路管２４とを連通する。更に、上流側の排気管４ａからの排気を第１流路管２２に導き、第２流路管２４からの排気を下流側の排気管４ｂに導く保温位置と、上流側の排気管４ａからの排気を第２流路管２４に導き、第１流路管２２からの排気を下流側の排気管４ｂに導く冷却位置とを備えた切換弁２６を設ける。排気流路４の排気温度を検出する排気温度センサ３０を設け、排気温度が高いときには、切換弁２６を冷却位置に切り換える制御回路３２を設けた。【選択図】  図１
2005106004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気流路に配置した触媒担体に担持した触媒により排気を浄化する排気浄化装置において、
前記排気流路から第１流路を分岐すると共に、第２流路を前記排気流路に合流させ、
内筒容器内に前記触媒担体を収納すると共に、前記内筒容器を外筒容器内に収納して前記両容器の間に接続流路を形成し、
また、前記内筒容器と前記第１流路とを接続して前記第１流路を前記触媒担体を介して前記接続流路に連通すると共に、前記接続流路と前記第２流路とを連通し、
更に、上流側の前記排気流路からの排気を前記第１流路に導き、前記第２流路からの排気を下流側の前記排気流路に導く保温位置と、上流側の前記排気流路からの排気を前記第２流路に導き、前記第１流路からの排気を下流側の前記排気流路に導く冷却位置とを備えた切換弁を設け、
かつ、排気流路の排気温度を検出する排気温度センサを設けると共に、該排気温度センサにより検出される排気温度が高いときには、前記切換弁を制御して、前記冷却位置に切り換える制御回路を設けたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記排気流路から分岐した前記第１流路の分岐箇所で前記第２流路を前記排気流路に合流させて十字流路を形成すると共に、前記合流箇所に前記切換弁を配置したことを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記触媒担体は、薄壁により多数の通路を区画形成したモノリス状担体で、排気流入側の通路の下流側端を閉塞すると共に、該流路と隣接する排気流出通路の上流側端を閉塞したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記内燃機関はガソリン機関で、前記触媒は三元触媒であることを特徴とする請求項１ないし請求項３記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記内燃機関はディーゼル機関で、前記触媒担体には前記触媒と活性酸素放出剤とが担持されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の内燃機関の排気を触媒により浄化する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、排気浄化装置は、エミッション低減の観点から始動時には触媒を早く暖めて活性化温度にする。低速低負荷走行時には触媒温度が低下しないように温度を制御する必要がある。そのため、特許文献１にある排気浄化装置では、外管内に内管を挿入して、外管と内管との間に通路を形成すると共に、内管内に触媒を担持した担体を配置し、前記通路に排気を通すことによって、触媒の保温性を向上させたものが提案されている。
【特許文献１】特開平６−１０１４６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
こうした従来のものでは、触媒をまわりから暖めて、保温効果を高めることができる。しかし、触媒が活性化する状態は、所定の温度範囲（例えば６００〜７００℃）であり、保温効果を高めることにより、始動時、低速、低負荷時には触媒温度が低下しないようにできるが、高速、高負荷時には排気の温度上昇により、触媒温度が上昇して、触媒の劣化を招く場合があるという問題があった。
【０００４】
本発明の課題は、排気の低温時でも、高温時でも触媒の活性状態を維持できる排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
内燃機関の排気流路に配置した触媒担体に担持した触媒により排気を浄化する排気浄化装置において、
前記排気流路から第１流路を分岐すると共に、第２流路を前記排気流路に合流させ、
内筒容器内に前記触媒担体を収納すると共に、前記内筒容器を外筒容器内に収納して前記両容器の間に接続流路を形成し、
また、前記内筒容器と前記第１流路とを接続して前記第１流路を前記触媒担体を介して前記接続流路に連通すると共に、前記接続流路と前記第２流路とを連通し、
更に、上流側の前記排気流路からの排気を前記第１流路に導き、前記第２流路からの排気を下流側の前記排気流路に導く保温位置と、上流側の前記排気流路からの排気を前記第２流路に導き、前記第１流路からの排気を下流側の前記排気流路に導く冷却位置とを備えた切換弁を設け、
かつ、排気流路の排気温度を検出する排気温度センサを設けると共に、該排気温度センサにより検出される排気温度が高いときには、前記切換弁を制御して、前記冷却位置に切り換える制御回路を設けたことを特徴とする排気浄化装置がそれである。
【０００６】
また、前記排気流路から分岐した前記第１流路の分岐箇所で前記第２流路を前記排気流路に合流させて十字流路を形成すると共に、前記合流箇所に前記切換弁を配置した構成としてもよい。あるいは、前記触媒担体は、薄壁により多数の通路を区画形成したモノリス状担体で、排気流入側の通路の下流側端を閉塞すると共に、該流路と隣接する排気流出通路の上流側端を閉塞した構成してもよい。前記内燃機関はガソリン機関で、前記触媒は三元触媒であってもよい。また、前記内燃機関はディーゼル機関で、前記触媒担体には前記触媒と活性酸素放出剤とが担持されていてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の排気浄化装置は、排気温度が低いときに排気を第１流路から触媒担体に導いて、触媒を早く暖め、あるいは、温度低下を防止し、排気温度が高いときには排気を接続流路から触媒担体に導いて、排気の温度を低下させて触媒の温度上昇を防止するので、排気の低温時でも、高温時でも触媒の活性状態を維持できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、１は排気浄化装置で、排気浄化装置１は、内燃機関２の排気流路４に配置されている。排気浄化装置１は、円筒の両端が閉塞された外筒容器６と、外筒容器６内に収納された内筒容器１０とを備えている。内筒容器１０も円筒の両端が閉塞された形状を有しており、内筒容器１０の外周全域にわたって外筒容器６の内周との間に隙間が空けられて接続流路８が形成されている。内筒容器１０内には、１組の触媒担体１１が絶縁スペーサ１５等を介して挿入されている。
【０００９】
触媒担体１１は、図４に示すように、本実施形態では、多孔質セラミックブロックからなるハニカム状に形成されたモノリス状担体である。触媒担体１１には、長手方向に沿って多数の通路１２が形成されている。各通路１２は、図５に示すように、第１開口１１ａ又は第２開口１１ｂの一方が栓１３で閉塞され、他方が開放されている。
【００１０】
具体的には、第１開口１１ａが開放されている通路１２ａと、第２開口１１ｂが開放されている通路１２ｂとが隣合うように配置されている。また、各通路１２ａ，１２ｂを仕切る仕切り壁１２ｃには、触媒が担持されている。内燃機関２がガソリン機関の場合には、触媒として三元触媒が、内燃機関２がディーゼル機関の場合には、貴金属触媒と活性酸素放出剤とが担持されている。
【００１１】
この１組の触媒担体１１は、第１開口１１ａ，１１ａ同士を対向させると共に、両触媒担体１１の間に空間１４ができるように内筒容器１０内に収納されている。両触媒担体１１の第２開口１１ｂは内筒容器１０の端壁に面し、端壁には複数の貫通孔１６が形成されて、内筒容器１０内と接続流路８とが連通されている。
【００１２】
一方、内燃機関２に接続された上流側の排気管４ａが接続管２０に接続されると共に、上流側の排気管４ａと同軸上に配置された下流側の排気管４ｂも、接続管２０に接続されている。接続管２０には、第１流路管２２と第２流路管２４とが接続されており、接続管２０は十字状に形成されている。これにより、排気管４ａ，４ｂ、第１流路管２２、第２流路管２４が十字流路を形成するように接続されている。この接続管２０には、切換弁２６が組み込まれている。
【００１３】
切換弁２６は、上流側の排気管４ａを第１流路管２２に連通すると共に、第２流路管２４を下流側の排気管４ｂに連通する保温位置と、上流側の排気管４ａを第２流路管２４に連通すると共に、第１流路管２２を下流側の排気管４ｂに連通する冷却位置とを備えている。
【００１４】
第１流路管２２は、外筒容器６を貫通して内筒容器１０に接続されて、両触媒担体１１の第１開口１１ａの間の空間１４に連通されている。第２流路管２４は外筒容器６に接続されて、第２流路管２４は内筒容器１０と外筒容器６との間の接続流路８に連通されている。切換弁２６を保温位置に切り換えると（図３の実線の位置）、上流側の排気管４ａと第１流路管２２とが連通され、排気は両触媒担体１１の第１開口１１ａの間の空間１４に流入する。そして、触媒担体１１の第１開口１１ａ側から触媒担体１１へ流入する。
【００１５】
触媒担体１１を通過する際、排気はまず触媒担体１１のうち第１開口１１ａ側の開口が開放されている通路１２ａから流入し、その通路１２ａから仕切り壁１２ｃを通過して隣の通路１２ｂ（つまり第２開口１１ｂが開放されている通路）へ流入し、その通路１２ｂの第２開口１１ｂから貫通孔１６を通り、接続流路８へ流出する。仕切り壁１２ｃを通過する際にこの仕切り壁１２ｃに担持された触媒により排気が浄化され、浄化された排気は、接続流路８から第２流路管２４を通り、更に、第２流路管２４から下流側の排気管４ｂを介して外部へと放出される。尚、本実施形態では、触媒担体１１はモノリス状担体であり、一方の通路１２ａから流入して、隣の通路１２ｂから流出するので、流路抵抗が大きく、排気が触媒担体１１を通過する際に消音効果が得られる。
【００１６】
切換弁２６を冷却位置に切り換えると（図３の二点鎖線の位置）、上流側の排気管４ａは第２流路管２４に連通され、第１流路管２２は下流側の排気管４ｂに連通される。上流側の排気管４ａから流入した排気は、第２流路管２４を通り、接続流路８に流入する。そして、貫通孔１６を通り、触媒担体１１の第２開口１１ｂから触媒担体１１内を通過し、第１開口１１ａから空間１４に流入する。第１開口１１ａから流出した排気は、第１流路管２２を通り、下流側の排気管４ｂから外部に排出される。この場合にも、仕切り壁１２ｃを通過する際に、この仕切り壁１２ｃに担持された触媒により排気が浄化される。
【００１７】
一方、上流側の排気管４ａには、排気の温度を検出する排気温度センサ３０が取り付けられており、排気温度センサ３０により検出される排気温度信号が制御回路３２に入力されるように接続されている。制御回路３２は、この排気温度信号に基づいて、切換弁２４に切換信号を出力するように接続されている。
【００１８】
次に、この制御回路３２において行われる切換制御処理について、図６のフローチャートと共に説明する。
まず、内燃機関２が運転されて、排気流路４を介して排気が排出されると、上流側の排気管４ａに配置された排気温度センサ３０が排気温度を検出する（ステップ１００）。この排気温度センサ３０により検出される排気温度Ｔを読み込み、次に、この排気温度Ｔが所定温度Ｔｃ以上か否かを判断する（ステップ１１０）。所定温度Ｔｃは、本実施形態では、７００℃に設定されており、高負荷時等の排気温度が高い状態を示す。
【００１９】
通常、触媒が活性化する温度範囲は、６００℃〜７００℃であり、それ以上の温度でも、また、それ以下の温度でも、触媒が十分に活性化せず、排気の浄化が十分に行われない。排気温度Ｔが７００℃以上である所定温度Ｔｃ以上であるときには、触媒がこの適正な温度範囲以上になるのを防止するために、切換弁２６を冷却位置に切り換える（ステップ１２０）。切換弁２６を冷却位置に切り換えると、上流側の排気管４ａから流入した排気は、第２流路管２４を通り、接続流路８に流入する。そして、貫通孔１６を通り、触媒担体１１内を通過し、空間１４から流出した排気は、第１流路管２２を通り、下流側の排気管４ｂから外部に排出される。
【００２０】
この接続流路８を通過する間に、排気は、外筒容器６を介して外気との間で熱交換を行い、排気が冷却される。排気が冷却されてから、内筒容器１０内の触媒担体１１内を通過するので、排気が高温であっても、触媒の温度上昇が抑制されて、触媒の活性を維持できる。外筒容器６はその内周全域にわたって接続流路８が形成されているので、外気との接触面積が大きく、排気は十分に冷却される。
【００２１】
一方、排気温度Ｔが所定温度Ｔｃ未満であるときには（ステップ１１０）、切換弁２６を保温位置に切り換える（ステップ１３０）。切換弁２６を保温位置に切り換えると、上流側の排気管４ａと第１流路管２２とが連通され、排気は空間１４から両触媒担体１１を通って、貫通孔１６を介して接続流路８へ流出する。接続流路８から第２流路管２４を通り、下流側の排気管４ｂを介して外部へと放出される。
【００２２】
排気は、触媒担体１１を通ってから接続流路８に流入するので、触媒担体１１に流入する前に冷却されることはなく、排気温度が維持される。従って、触媒担体１１を通ってから接続流路８に流入するので、始動時には触媒を早く暖め、排気温度が低温であるときには、排気の温度低下が抑制されて、触媒の温度低下を抑制して、触媒の活性を維持する。
【００２３】
以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態としての排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】図１のＡＡ断面図である。
【図３】図２のＢＢ断面図である。
【図４】本実施形態の触媒担体の正面図である。
【図５】本実施形態の触媒担体の部分拡大断面図である。
【図６】本実施形態の制御回路において行われる切換制御処理の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２５】
１…排気浄化装置      ２…内燃機関
４…排気流路          ４ａ，４ｂ…排気管
６…外筒容器          ８…接続流路
１０…内筒容器        １１…触媒担体
１２…通路            ２２…第１流路管
２４…第２流路管      ２６…切換弁
３０…排気温度センサ  ３２…制御回路
【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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