(57)【要約】      （修正有）【課題】主排気管と主触媒とが直接連通していない際に、未浄化の排気ガスが主触媒に流入することを抑制することで、エミッションの低下を抑制する内燃機関の排気浄化装置を提供すること。【解決手段】主触媒の上流側に配置されるバイパス装置２を有する内燃機関の排気浄化装置１であって、バイパス装置２は、排気ガスが流入する主排気管４と、主排気管４とハウジング３との間に配置される前段補助触媒５と、前段補助触媒５から流出した排気ガスが流入する排気ガス流入管７と、排気ガス流入管７とハウジング３との間に配置される後段補助触媒６と、主排気管４内の未浄化の排気ガスの流れを切り替えるバルブ８とを備え、バルブ８により主排気管４の端部４ａを閉塞している際に、主排気管４と排気ガス流入管７とにより構成される排気ガス流入室９内の圧力は、主排気管４内の圧力によりも低く、且つ後段補助触媒６の下流側のハウジング内の圧力よりも高くする。【選択図】図１−１
2005201098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系統の途中に配置される主触媒の上流側に配置されるバイパス装置を有する内燃機関の排気浄化装置であって、
前記バイパス装置は、
前記内燃機関の排気系統の当該バイパス装置の上流側の排気ガスが流入する主排気管と、
前記主排気管とハウジングとの間に配置される前段補助触媒と、
前記前段補助触媒の下流側の前記主排気管と前記ハウジングとの間に配置され、且つ前記前段補助触媒から流出した排気ガスが流入する排気ガス流入管と、
前記排気ガス流入管と前記ハウジングとの間に配置される後段補助触媒と、
前記主排気管内の排気ガスを、当該主排気管の端部を閉塞することで当該主排気管内から前記前段補助触媒および前記後段補助触媒を介して前記主触媒に流入させ、前記主排気管の端部を閉塞しないことで当該主排気管から直接当該主触媒に流入させるバルブと、
を備え、前記バルブにより前記主排気管の端部を閉塞している際に、少なくとも前記主排気管と排気ガス流入管とにより構成される排気ガス流入室内の圧力は、前記主排気管内の圧力によりも低く、且つ前記後段補助触媒の下流側の前記ハウジング内の圧力よりも高くなることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記排気ガス流入室は、前記排気ガス流入管と前記バルブとにより構成される絞り部をさらに備え、
前記バルブにより前記主排気管の端部が閉塞している際に、前記排気ガス流入室内の排気ガスは、前記絞り部を介して前記後段補助触媒の下流側の前記ハウジング内に流出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記排気ガス流入室は、前記主排気管と排気ガス流入管との間に配置された流入室触媒をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記主排気管は、当該主排気管と前記前段補助触媒との間に、当該前段補助触媒と前記後段補助触媒との間の排気ガスを貯留するように、一方の端部が当該主排気管と連結する支持管をさらに備え、
前記前段補助触媒は、前記支持管と前記ハウジングとの間に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の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、内燃機関の排気浄化装置に関し、さらに詳しくは、主触媒の浄化能力が低い時には、バイパス装置の補助触媒により内燃機関から排出される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】
乗用車、トラックなどの車両に搭載されるガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどの内燃機関の排気ガスには、各種の有害物質が含まれている。この有害物質は、主に一酸化炭素（ＣＯ）、未燃炭化水素（ＨＣ）、窒化酸化物（ＮＯx）などである。これらの有害物質を大気に放出することは、人体や自然環境を汚染することとなるため、有害物質を大気に放出できる量は一定量の規制されている。一般に、内燃機関の排気ガスに含まれる有害物質は、内燃機関の排気系統、すなわちエキゾーストマニホールドの直下や、エキゾーストマニホールドと消音装置（マフラー）とを連結するエキゾーストパイプの途中などに装着された排気浄化装置によって大気に放出される量が低減される。
【０００３】
従来の内燃機関の排気浄化装置は、例えば特許文献１に示すように、ハウジング内の上流側に吸着触媒、下流側に浄化触媒を配置したものがある。この従来の内燃機関の排気浄化装置は、排気ガスの温度が低温時には、一旦排気ガスを吸着触媒に流入させ、つまり排気ガスを吸着触媒にバイパスさせ、浄化触媒に導入する。このとき、排気ガス中の有害物質は、この吸着触媒に一旦吸着される。そして、排気ガスの温度が高温時、つまり浄化触媒の浄化能力が高くなる温度時には、排気ガスを直接浄化触媒に流入させる。ここで、吸着触媒に吸着された有害物質は、高温時において離脱するがこの吸着触媒に流入する排気ガスとともに、浄化触媒に流入し、この浄化触媒により浄化される。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−７３７４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に示すような従来の内燃機関の排気浄化装置では、下記のような問題がある。図６−１は、従来の内燃機関の排気浄化装置のバイパス装置の構成例を示す図である。図６−２は、図６−１のＡ部分拡大図である。従来の内燃機関の排気浄化装置１００は、図示しない主触媒とバイパス装置１１０とにより構成されている。バイパス装置１１０は、図示しない主触媒の上流側に配置されており、内燃機関の燃焼室から排気される排気ガスが矢印Ｂに示すように流入する。このバイパス装置１１０は、円筒状のハウジング１１１と、このハウジング１１１内に配置される円筒状の主排気管１１２と、この主排気管１１２とハウジング１１１との間に挿入されるリング状の補助触媒１１３と、主配管１１２の端部１１２ａの閉塞を制御するバルブ１１４とにより構成されている。
【０００６】
このバイパス装置１１０に流入した排気ガスは、バイパス装置のバルブ１１４が主排気管１１２の端部１１２ａを閉塞している場合は、矢印Ｃに示すように、主排気管１１２内から連通口１１２ｂを介して、ハウジング１１１の補助触媒１１３より上流側の空間部１１１ａに流入する。この空間部１１１ａに流入した排気ガスは、補助触媒１１３に流入し、排気ガス中の有害物質が補助触媒１１３により浄化、あるいは補助触媒１１３に吸着される。補助触媒１１３で有害物質を浄化あるいは吸着された排気ガスは、矢印Ｄに示すように、ハウジング１１１の補助触媒１１３より下流側の空間部１１１ｂに流出する。そして、空間部１１１ｂに流出した排気ガスは、このバイパス装置１１０の下流側に配置された図示しない主触媒に流入する。一方、バルブ１１４が開いている場合は、主排気管１１２からハウジング１１１の補助触媒１１３より下流側の空間部１１１ｂに直接流入する。そして、空間部１１１ｂに流入した排気ガスは、主触媒に導入される。
【０００７】
ここで、バルブ１１４により主排気管１１２の端部１１２ａが閉塞している場合においては、主排気管１１２内の端部１１２ａ近傍の圧力Ｐ１は、補助触媒１１３より下流側のハウジング１１１内、つまり空間部１１１ｂの圧力Ｐ２と比較して高くなる。つまり、主排気管１１２の端部１１２ａと空間部１１１ｂとの間に大きな圧力差が生じこととなる。この圧力差により、図６−２に示すように、主排気管１１２内の未浄化の排気ガスが、矢印Ｅに示すように、主排気管１１２の端部１１２ａを閉塞した状態のバルブ１１４と主排気管１１２の端部１１２ａとの間を介して、空間部１１１ｂに漏れるという問題がある。
【０００８】
通常、バルブ１１４により主排気管１１２の端部１１２ａを閉塞している場合は、図示しない主触媒の浄化能力が低い、つまり、排気ガスの温度が低温時であり、主触媒の温度が高温でない場合である。従って、上述のように、未浄化の排気ガスが主触媒に流入しても、この主触媒は浄化することができずに、未浄化の排気ガスがそのまま大気に排気され、エミッションが低下するという虞があった。
【０００９】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、主排気管と主触媒とが直接連通していない際に、未浄化の排気ガスが主触媒に流入することを抑制することで、エミッションの低下を抑制する内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とするものである。
【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、この発明では、内燃機関の排気系統の途中に配置される主触媒の上流側に配置されるバイパス装置を有する内燃機関の排気浄化装置であって、バイパス装置は、内燃機関の排気系統の当該バイパス装置の上流側の排気ガスが流入する主排気管と、主排気管とハウジングとの間に配置される前段補助触媒と、前段補助触媒の下流側の主排気管とハウジングとの間に配置され、且つ前段補助触媒から流出した排気ガスが流入する排気ガス流入管と、排気ガス流入管と前記ハウジングとの間に配置される後段補助触媒と、主排気管内の排気ガスを、主排気管の端部を閉塞することで主排気管内から前段補助触媒および後段補助触媒を介して主触媒に流入させ、主排気管の端部を閉塞しないことで主排気管から直接当該主触媒に流入させるバルブとを備え、バルブにより主排気管の端部を閉塞している際に、少なくとも主排気管と排気ガス流入管とにより構成される排気ガス流入室内の圧力は、主排気管内の圧力によりも低く、且つ後段補助触媒の下流側のハウジング内の圧力よりも高くなることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、バルブにより主排気管の端部を閉塞している際に、つまり主排気管と主触媒が直接連通していない際に、主排気管と後段補助触媒の下流側のハウジングとの間に、排気ガス流入管が介在することとなる。この排気ガス流入管と主排気管とにより構成される排気ガス流入室には、前段補助触媒と後段補助触媒との間の排気ガスが流入する。この排気ガス流入室の圧力は、前段補助触媒と後段補助触媒との間のハウジング内の圧力と略同一の圧力となる。すなわち、排気ガス流入室の圧力は、後段補助触媒により圧力が低下した後段補助触媒の下流側のハウジング内の圧力よりも高くなる。従って、この排気ガス流入室の圧力は、後段補助触媒の下流側のハウジング内の圧力よりも、主排気管内の圧力に近づき、主排気管内の圧力と排気ガス流入室内の圧力差は、この主排気管内の圧力と後段触媒の下流側のハウジング内の圧力との圧力差よりも小さくなる。これにより、排気ガス流入室が構成されていない場合と比較して、主排気管の端部とバルブとの間から未浄化の排気ガスが漏れることを抑制することができ、未浄化の排気ガスが主排気管から後段補助触媒の下流側のハウジング内に流出することを抑制することができる。
【００１２】
また、排気ガス流入室には、前段補助触媒により浄化され、温度が主排気管内の排気ガスの温度よりも低い排気ガスが流入する。つまり、この排気ガス流入室内の排気ガスにより、主排気管と後段補助触媒との間に断熱層が形成される。従って、バルブにより主排気管の端部を閉塞していない際に、つまり主排気管と主触媒が直接連通している際に、主排気管内を通過する排気ガスの熱は、この主排気管に伝達し、排気ガス流入室内の排気ガスに伝達する。すなわち、主排気管に伝達した主排気管内を通過する排気ガスの熱が、直接後段補助触媒に伝達されることはない。これにより、後段補助触媒の径方向における温度勾配を小さくすることができ、温度勾配による後段補助触媒の破損および劣化を抑制することができる。
【００１３】
また、この発明では、上記内燃機関の排気浄化装置において、排気ガス流入室は、排気ガス流入管とバルブとにより構成される絞り部をさらに備え、バルブにより主排気管の端部が閉塞している際に、排気ガス流入室内の排気ガスは、絞り部を介して後段補助触媒の下流側のハウジング内に流出することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、排気ガス流入室内の絞り部近傍、つまり主排気管の端部を閉塞するバルブ近傍の圧力は、この排気ガス流入室内の絞り部近傍に発生するよどみ点圧力により、後段補助触媒の上流側のハウジング内の圧力よりも高い圧力となる。すなわち、排気ガス流入室内の圧力は、後段補助触媒により圧力が低下した後段補助触媒の下流側のハウジング内の圧力よりも、主排気管内の圧力に近づくこととなる。従って、主排気管内の圧力と排気ガス流入室内の圧力差は、この主排気管内の圧力と後段触媒の下流側のハウジング内の圧力との圧力差よりもさらに小さくなる。これにより、排気ガス流入室が構成されていない場合と比較して、主排気管の端部とバルブとの間から未浄化の排気ガスが漏れることをさらに抑制することができる。
【００１５】
また、この発明では、上記内燃機関の排気浄化装置において、排気ガス流入室は、主排気管と排気ガス流入管との間に配置された流入室触媒をさらに備えることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前段補助触媒で浄化された排気ガスのうち、排気ガス流入室の絞り部を介して後段補助触媒の下流側のハウジング内に流出する排気ガスを流入室触媒によりさらに浄化する。従って、排気ガス流入室から、後段補助触媒により浄化されずにこの後段補助触媒の下流側のハウジング内に流出する排気ガス中の有害物質を浄化することができる。これにより、前段補助触媒により浄化しても、まだ有害物質が含まれている排気ガスが排気ガス流入室から後段補助触媒の下流側のハウジング内に流出することをさらに抑制することができる。
【００１７】
また、この発明では、上記内燃機関の排気浄化装置において、主排気管は、主排気管と前段補助触媒との間に、前段補助触媒と後段補助触媒との間の排気ガスを貯留するように、一方の端部が主排気管と連結する支持管をさらに備え、前段補助触媒は、支持管とハウジングとの間に配置されることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、主排気管と支持管と間には、前段補助触媒により浄化され、温度が主排気管内の排気ガスよりも低い排気ガスが流入する。つまり、この主排気管と支持管との間の排気ガスにより、主排気管と前段補助触媒との間に断熱層が形成される。従って、バルブにより主排気管の端部を閉塞していない際に、つまり主排気管と主触媒が直接連通している際に、主排気管内を通過する排気ガスの熱は、この主排気管に伝達し、主排気管と支持管との間の排気ガスに伝達する。すなわち、主排気管に伝達した主排気管内を通過する排気ガスの熱が、直接前段補助触媒に伝達されることはない。これにより、前段補助触媒の径方向における温度勾配を小さくすることができ、温度勾配による前段補助触媒の破損および劣化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、主排気管と主触媒とが直接連通していない際に、未浄化の排気ガスが主触媒に流入することを抑制することで、エミッションの低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。ここで、以下に説明する排気浄化装置は、乗用車、トラックなどの車両に搭載されるガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどの内燃機関の排気ガスに含まれる有害物質を浄化する装置である。
【実施例１】
【００２１】
図１−１は、実施例１にかかる内燃機関の排気浄化装置の構成例を示す図である。図１−２は、図１−１のＩ−Ｉ断面図である。図１−３は、図１−１のII−II断面図である。図１−４は、図１−１のＦ部分拡大図である。図２は、実施例１にかかる内燃機関の排気浄化装置の動作説明図である。この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置１は、バイパス装置２と、このバイパス装置２の下流側に配置される図示しない主触媒とにより構成されている。具体的には、図示しない主触媒は、内燃機関の排気系統の途中に配置され、この主触媒の上流側にバイパス装置２が配置されている。内燃機関の燃焼室から排気される未浄化の排気ガスは、まずバイパス装置２に流入し、次に主触媒に流入する。主触媒から流出した浄化された排気ガスは、図示しない消音装置を介して大気に排気される。なお、主触媒は、排気ガス中の有害物質を酸化作用により低減させる浄化触媒であり、使用温度が高いほど未浄化の排気ガスに対する浄化能力が高くなる触媒である。
【００２２】
バイパス装置２は、図１−１に示すように、ハウジング３と、主排気管４と、前段補助触媒５と、後段補助触媒６と、排気ガス流入管７と、バルブ８とにより構成されている。ハウジング３は、円筒形状であり、その内部に、主排気管４、前段補助触媒５、後段補助触媒６、排気ガス流入管７、バルブ８が収納されている。また、ハウジング３には、このハウジング３内の前段補助触媒５の上流側、つまりハウジング３と主排気管４と前段補助触媒５とにより上流空間部３ａが形成されている。また、ハウジング３には、このハウジング３内の前段補助触媒５と後段補助触媒６との間、つまりハウジング３と主排気管４と前段補助触媒５と後段補助触媒６とにより中間空間部３ｂが形成されている。さらに、ハウジング３には、このハウジング３内の後段補助触媒の下流側に下流側空間部３ｃが形成されている。
【００２３】
主排気管４は、円筒形状であり、ハウジング３の内部に挿入され固定されている。この主排気管４の一方の端部４ａ（主触媒側の端部）は、後述するバルブ８と接触することにより、バルブ８により閉塞される。また、この主排気管４の上流側、つまり未浄化の排気ガスが矢印Ｂに示すように主排気管に流入する側に、上流側空間部３ａに連通する連通口４ｂが複数形成されている。つまり、主排気管４の端部４ａがバルブ８により閉塞している場合は、主排気管４に流入した未浄化の排気ガスは、連通口４ｂを介して上流側空間部３ａに流入する。一方、主排気管４の端部４ａがバルブ８により閉塞してない場合は、主排気管４に流入した未浄化の排気ガスは、この主排気管４の端部４ａから下流側空間部３ｃに流入し、ハウジング３と連通する図示しない主触媒に流入する。
【００２４】
前段補助触媒５は、図１−２に示すように、排気ガス中の有害物質を浄化する例えば三元触媒などの浄化触媒であり、リング状で主排気管４とハウジング３との間に配置されている。なお、この前段補助触媒５は、例えば主排気管４とハウジング３との間に圧入することで固定されている。
【００２５】
後段補助触媒６は、図１−３に示すように、排気ガス中の有害物質を浄化する例えば三元触媒などの浄化触媒であり、リング状でハウジング３と後述する排気ガス流入管７との間に配置されている。なお、この前段補助触媒５は、例えばハウジング３と排気ガス流入管７との間に圧入することで固定されている。
【００２６】
排気ガス流入管７は、円筒形状であり、主排気管４の外周に後述する排気ガス流入室９を形成するように、一定の間隔を維持した状態で、ハウジング３あるいは主排気管４に固定されている。少なくともこの排気ガス流入管７と主排気管４とにより、排気ガス流入室９が形成される。この排気ガス流入室９の前段補助触媒５側の端部は、中間空間部３ｂに連通し、この排気ガス流入室９には、前段補助触媒５によりある程度浄化された排気ガスが流入する。一方、排気ガス流入室９のバルブ８側の端部には、図１−４に示すように、排気ガス流入管７とバルブ８とにより、絞り部９ａが形成されている。この絞り部９ａは、主排気管４の端部４ａが後述するバルブ８により閉塞される際に、バルブ８の主排気管４側の表面８ａが排気ガス流入管７のバルブ８側の端部７ａに接触しないことにより形成される。
【００２７】
バルブ８は、サーボモータ、油圧などの図示しない駆動手段により、図１−１に示すように、矢印Ｇ方向に揺動可能である。この図示しない駆動手段は、図示しないバルブ制御装置あるいはこのバルブ制御装置を有するＥＣＵ（Engine Control Unit）に接続されており、内燃機関の運転状態に基づいて、出力される駆動信号により、バルブ８を矢印Ｇ方向のいずれか一方に揺動させる。つまり、バルブ８は、内燃機関の運転状態に基づいて、主排気管４の端部４ａを閉塞する場合と閉塞しない場合とを切り替えることができる。
【００２８】
次に、実施例１にかかる内燃機関の排気浄化装置１の動作について説明する。まず、バルブ８が主排気管４の端部４ａを閉塞する場合について説明する。ここで、内燃機関の始動時において、前回の内燃機関の運転から時間が経過している場合や外気温度が低い状態である場合では、図示しない主触媒の使用温度が最初は低い状態となる。主触媒の使用温度が低いと、上述のように、この主触媒の排気ガス中の有害物質に対する浄化能力は低くなる。この主触媒は、浄化能力が低い状態で未浄化の排気ガスが流入しても、この未浄化の排気ガスを低い浄化能力の状態で浄化しなければならず、未浄化の排気ガス中の有害物質を十分に浄化することができない。従って、主触媒の使用温度が低い状態では、図示しないバルブ制御装置あるいはこのバルブ制御装置を有するＥＣＵから図示しない駆動手段に駆動信号を出力し、バルブ８を揺動させ、このバルブ８により主排気管４の端部４ａを閉塞する。バルブ８により主排気管４の端部４ａが閉塞されると、主排気管４と図示しない主触媒は、直接連通しない。
【００２９】
なお、主触媒の使用温度を検出する方法としては、バイパス装置２と主触媒との間に、温度検出手段を設け、この温度検出手段が主触媒に流入する排気ガス温度を検出し、この排気ガス温度から主触媒の使用温度を検出しても良い。また、外気温度検出手段を設け、この外気温度検出手段により、内燃機関の始動時の外気温度を検出し、この外気温度から主触媒の使用温度を検出しても良い。さらに、内燃機関が停止した時からの経過時間をカウントする手段を設け、前回の内燃機関の運転からの経過時間から内燃機関の始動時における主触媒の使用温度を検出しても良い。
【００３０】
図１−１の矢印Ｂに示すように、バイパス装置２の主排気管４に流入した内燃機関の燃料室から排気された未浄化の排気ガスは、この主排気管４の端部４ａがバルブ８により閉塞されているため、矢印Ｃに示すように、連通孔４ｂを介してハウジング３内の前段補助触媒５の上流側、つまり上流側空間部３ａに流入する。この上流側空間部３ａに流入した未浄化の排気ガスは、さらに前段補助触媒５に流入する、前段補助触媒５は、この流入した未浄化の排気ガス中の有害物質をある程度浄化する。このある程度浄化された排気ガスは、矢印Ｄに示すように、ハウジング３内の前段補助触媒５と後段補助触媒６との間、つまり中間空間部３ｂに流出する。この中間空間部３ｂに流出したある程度浄化された排気ガスは、大部分が後段補助触媒６に流入し、一部が排気ガス流入室９に流入する。
【００３１】
中間空間部３ｂから後段補助触媒６に流入したある程度浄化された排気ガスは、この後段補助触媒６によりさらに浄化される。このさらに浄化された排気ガスは、矢印Ｈに示すように、ハウジング３内の後段補助触媒６の下流側、つまり下流側空間部３ｃに流出する。一方、中間空間部３ｂから排気ガス流入室９に流入したある程度浄化された排気ガスは、排気ガス流入室９の端部に、排気ガス流入管７とバルブ８とにより形成された絞り部９ａから、矢印Ｉに示すように、ハウジング３内の後段補助触媒６の下流側、つまり下流側空間部３ｃに流出する。このとき、排気ガス流入室９の絞り部９ａ近傍、つまり排気ガス流入室９の主排気管４の端部４ａを閉塞するバルブ８の近傍には、よどみ点圧力が発生する。
【００３２】
ここで、同図に示すように、主排気管４内の圧力を圧力Ｐ１とすると、上流側空間部３ａ内の圧力も同じ圧力Ｐ１となる。また、ハウジング３内の前段補助触媒５と後段補助触媒６との間である中間空間部３ｂの圧力は、前段補助触媒５による圧力損失により、圧力Ｐ１よりも低い圧力Ｐ４となる。また、上述のように、発生したよどみ点圧力により、排気ガス流入室９の絞り部９ａ近傍の圧力は、中間空間部３ｂの圧力Ｐ４よりも高い圧力Ｐ３となる。さらに、ハウジング３内の後段補助触媒６の下流側、つまり下流側空間部３ｃ内の圧力は、上述のようにある程度浄化された排気ガスの大部分は、この後段補助触媒６に流入するため、後段補助触媒６による圧力損失により、中間空間部３ｂの圧力Ｐ４よりも低い圧力Ｐ２となる。つまり、主排気管４内の圧力Ｐ１、中間空間部３ｂ内の圧力Ｐ４、排気ガス流入室９の絞り部９ａ近傍の圧力Ｐ３、下流側空間部３ｃ内の圧力Ｐ２は、Ｐ１＞Ｐ３＞Ｐ４＞Ｐ２の関係となる。
【００３３】
従って、主排気管４内の圧力Ｐ１と排気ガス流入室９の絞り部９ａ近傍の圧力Ｐ３との圧力差は、この主排気管４内の圧力Ｐ１とハウジング３内の後段補助触媒６の下流側である下流側空間部３ｃ内の圧力Ｐ２との圧力差よりも小さくなる。これにより、排気ガス流入室９が構成されないバイパス装置２と比較して、主排気管４の端部４ａとバルブ８との間から未浄化の排気ガスが漏れることを抑制することができ、この未浄化の排気ガスがハウジング３内の後段補助触媒６の下流側である下流側空間部３ｃに流出することを抑制できる。
【００３４】
後段補助触媒６から下流側空間部３ｃに流出したさらに浄化された排気ガスおよび排気ガス流入室９の絞り部９ａから下流側空間部３ｃに流出したある程度浄化された排気ガスは、互いに混合されながら、バイパス装置２の下流側に配置された主触媒に流入し、低い浄化能力に基づいてこの主触媒によりさらに浄化され、この主触媒から流出し、図示しない消音装置を介して大気に放出される。上述のように、この未浄化の排気ガスがハウジング３内の後段補助触媒６の下流側である下流側空間部３ｃに流出することを抑制できるので、主排気管４と主触媒とが直接連通していない際に、未浄化の排気ガスが主触媒に流入することを抑制でき、これによりエミッションの低下を抑制することができる。
【００３５】
次に、バルブ８が主排気管４の端部４ａを閉塞しない場合について説明する。ここで、上述のように、主触媒は、使用温度が高いほど未浄化の排気ガスに対する浄化能力が高くなるため、使用温度が高ければ主排気管４に流入した未浄化の排気ガスを直接主触媒に導入しても、この主触媒の十分な浄化能力により浄化することができる。従って、主触媒の使用温度が高い状態では、図示しないバルブ制御装置あるいはこのバルブ制御装置を有するＥＣＵから図示しない駆動手段に駆動信号を出力し、バルブ８を揺動させ、このバルブ８により主排気管４の端部４ａを閉塞しないようにする。バルブ８により主排気管４の端部４ａが閉塞されないと、主排気管４と図示しない主触媒は、直接連通する。なお、主触媒の使用温度を検出する方法は、上述のように、排気ガス温度、内燃機関の始動時の外気温度、前回の内燃機関の運転からの経過時間を検出し、内燃機関の始動時における主触媒の使用温度を検出しても良い。
【００３６】
図２の矢印Ｂに示すように、バイパス装置２の主排気管４に流入した内燃機関の燃料室から排気された未浄化の排気ガスは、この主排気管４の端部４ａがバルブ８により閉塞していないため、矢印Ｊに示すように、主排気管４の端部４ａから直接ハウジング３内の後段補助触媒６の下流側、つまり下流側空間部３ｃに流出する。主排気管４の端部４ａから下流側空間部３ｃに流出した未浄化の排気ガスは、バイパス装置２の下流側に配置された主触媒に流入する。このとき、主触媒は、上述の主排気管４の端部４ａをバルブ８により閉塞した際に流入する排気ガス（後段補助触媒６から下流側空間部３ｃに流出したさらに浄化された排気ガスおよび排気ガス流入室９の絞り部９ａから下流側空間部３ｃに流出したある程度浄化された排気ガス）の熱により使用温度が上昇しており、浄化能力の高い状態となっている。従って、主触媒に流入した未浄化の排気ガスは、この主触媒の高い浄化能力に基づいて浄化され、浄化された排気ガスとしてこの主触媒から流出する。そして、浄化された排気ガスは、図示しない消音装置を介して大気に放出される。上述のように、主触媒が内燃機関の燃焼室から排気される未浄化の排気ガスを十分浄化できる使用温度に達した際に、主排気管４の端部４ａのバルブ８による閉塞を停止、つまり主排気管４の端部４ａをバルブ８により閉塞せずに、主排気管４と主触媒とを直接連通させる。これにより、エミッションの低下を抑制することができる。
【００３７】
ここで、内燃機関の燃焼室から排気される未浄化の排気ガスの温度は高温であり、この高温で未浄化の排気ガスが主排気管４に流入する。このとき、主排気管４の温度は、高温の未浄化の排気ガスが有する熱により、高温、例えば、７５０℃〜９００℃程度となる。一方、バイパス装置２の外部は、通常大気で覆われている。従って、バイパス装置２の内部の温度が、主排気管４に流入する高温の未浄化の排気ガスの熱により上昇しても、大気と接触する部分、つまりハウジング３の温度が低くなり、例えば４００℃〜５００℃程度となる。図６−１に示す従来の内燃機関の排気浄化装置１００では、主排気管１１２とハウジング１１１との間に排気ガス流入管７は介在しておらず、補助触媒１１３をこの主排気管１１２とハウジング１１１との間に圧入し、固定していた。従って、補助触媒１１３の内側である主排気管１１２側と、その外側であるハウジング１１１側との温度差が大きく、補助触媒１１３内部で大きな温度勾配が発生していた。
【００３８】
しかしながら、この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置１のバイパス装置２では、主排気管４とハウジング３との間に介在する排気ガス流入管７とこの主排気管４との間に排気ガス流入室９が形成されている。そして、この排気ガス流入室９には、前段補助触媒６によりある程度浄化され、温度が主排気管内の排気ガスの温度よりも低い排気ガスが流入する。つまり、この排気ガス流入室９内のある程度浄化された排気ガスにより、主排気管４と後段補助触媒６との間に断熱層が形成される。従って、バルブ８により主排気管４の端部４ａを閉塞していない際に、つまり主排気管４と主触媒が直接連通している際に、主排気管４内を通過する未浄化の排気ガスの熱は、この主排気管４に伝達し、排気ガス流入室９内のある程度浄化された排気ガスに伝達するが、主排気管４に伝達した主排気管４内を通過する未浄化の排気ガスの熱が、直接後段補助触媒６に伝達されることはない。つまり、後段補助触媒６の径方向における温度勾配を小さくすることができる。温度勾配を小さくすることにより、後段補助触媒６が長期間高温状態を維持することを抑制でき、この後段補助触媒６の劣化を抑制することができる。また、温度勾配を小さくすることにより、後段補助触媒６において高温部分と低温部分との温度差が小さくなり、温度差によるこの後段補助触媒６の破損を抑制することができる。
【００３９】
なお、排気ガス流入室９の絞り部９ａの形状は、図１−４に示すものに限られない。図３−１は、絞り部の他の形状を示す図である。例えば、排気ガス流入室９の絞り部９ａを、同図に示すように、主排気管４の端部４ａがバルブ８により閉塞される際に、バルブ８の端部８ｂが排気ガス流入管７の主排気管４側の表面７ｂに接触させないことで形成しても良い。また、排気ガス流入室９に絞り部９ａを形成しなくても良い。図３−２は、絞り部９ａを形成しない場合の排気ガス流入室９の形状を示す図である。例えば、同図に示すように、主排気管４の端部４ａがバルブ８により閉塞される際に、排気ガス流入管７の端部７ａとバルブ８の表面８ａとを接触させ、排気ガス流入室９のバルブ８側を閉塞する。この場合、排気ガス流入室９内のバルブ８近傍の圧力は、ハウジング３内の前段補助触媒５と後段補助触媒６との間である中間空間部３ｂの圧力Ｐ４と略同一の圧力Ｐ３´となる。
【００４０】
つまり、主排気管４内の圧力Ｐ１、中間空間部３ｂ内の圧力Ｐ４、排気ガス流入室９のバルブ８近傍の圧力Ｐ３´、下流側空間部３ｃ内の圧力Ｐ２は、Ｐ１＞Ｐ４≒Ｐ３´＞Ｐ２の関係となる。従って、主排気管４内の圧力Ｐ１と排気ガス流入室９のバルブ８近傍の圧力Ｐ３´との圧力差は、この主排気管４内の圧力Ｐ１とハウジング３内の後段補助触媒６の下流側である下流側空間部３ｃ内の圧力Ｐ２との圧力差よりも小さくなる。これにより、排気ガス流入室９が構成されないバイパス装置２と比較して、主排気管４の端部４ａとバルブ８との間から未浄化の排気ガスが漏れることを抑制することができ、この未浄化の排気ガスがハウジング３内の後段補助触媒６の下流側である流側空間部３ｃに流出することを抑制できる。
【実施例２】
【００４１】
図４は、実施例２にかかる内燃機関の排気浄化装置の構成例を示す図である。同図に示す実施例２にかかる内燃機関の排気浄化装置１が、図１−１に示す実施例１にかかる内燃機関の排気浄化装置１と異なる点は、排気ガス流入室９に流入室触媒１０を設けた点である。なお、実施例２にかかる内燃機関の排気浄化装置１の基本的構成は、実施例１にかかる内燃機関の排気浄化装置１と略同様であるのでその説明は省略する。
【００４２】
流入室触媒１０は、同図に示すように、排気ガス中の有害物質を浄化あるいは吸着する例えば三元触媒あるいはＨＣ吸着触媒などの浄化触媒あるいは吸着触媒であり、リング状で主排気管４と排気ガス流入管７との間に配置されている。なお、この流入室触媒１０は、例えば主排気管４と排気ガス流入管７との間に圧入することで固定されている。
【００４３】
次に、実施例２にかかる内燃機関の排気浄化装置１の動作について説明する。なお、主排気管４の端部４ａをバルブにより閉塞しない際の動作は、実施例１にかかる内燃機関の排気浄化装置１と、同様であるのでその説明は省略する。また、主排気管４の端部４ａをバルブにより閉塞した際の動作は、実施例１にかかる内燃機関の排気浄化装置１と、略同様であるのでその説明は簡略する。
【００４４】
バルブ８が主排気管４の端部４ａを閉塞する場合は、同図の矢印Ｂに示すように、バイパス装置２の主排気管４に流入した未浄化の排気ガスは、矢印Ｃに示すように、連通孔４ｂを介してハウジング３内の上流側空間部３ａに流入する。この上流側空間部３ａに流入した未浄化の排気ガスは、さらに前段補助触媒５に流入し、ある程度浄化される。このある程度浄化された排気ガスは、矢印Ｄに示すように、中間空間部３ｂに流出し、大部分が後段補助触媒６に流入し、一部が排気ガス流入室９に流入する。
【００４５】
中間空間部３ｂから後段補助触媒６に流入したある程度浄化された排気ガスは、この後段補助触媒６によりさらに浄化され、矢印Ｈに示すように、下流側空間部３ｃに流出する。一方、中間空間部３ｂから排気ガス流入室９に流入したある程度浄化された排気ガスは、上記流入室触媒１０によりさらに浄化、あるいはこのある程度浄化された排気ガス中に含まれる有害物質であるＨＣが吸着される。この流入室触媒１０によりさらに浄化、あるいは有害物質が除去された排気ガスは、絞り部９ａから矢印Ｉに示すように、下流側空間部３ｃに流出する。ここで、流入室触媒１０より下流側の排気ガス流入室９の絞り部９ａ近傍の圧力は、この流入室触媒１０による圧力損失により、上記実施例１にかかる内燃機関の排気浄化装置１の排気ガス流入室９の絞り部９ａ中間空間部３ｂ内の圧力Ｐ４このとき、排気ガス流入室９の絞り部９ａ近傍の圧力Ｐ３よりも低くなる。しかし、下流側空間部３ｃ内の圧力Ｐ２と比較しても、十分高い圧力であるので、主排気管４の端部４ａとバルブ８との間から未浄化の排気ガスが漏れることを抑制することができ、この未浄化の排気ガスがハウジング３内の後段補助触媒６の下流側である流側空間部３ｃに流出することを抑制できる。
【００４６】
後段補助触媒６から下流側空間部３ｃに流出したさらに浄化された排気ガスおよび排気ガス流入室９の絞り部９ａから下流側空間部３ｃに流出したさらに浄化あるいは有害物質が除去された排気ガスは、バイパス装置２の下流側に配置された主触媒に流入し、低い浄化能力に基づいてこの主触媒によりさらに浄化され、この主触媒から流出し、図示しない消音装置を介して大気に放出される。ここで、上記実施例１にかかる内燃機関の排気浄化装置１では、前段補助触媒６によりある程度浄化された排気ガスが排気ガス流入室９の絞り部９ａから下流側空間部３ｃに流出する。一方、この実施例２にかかる内燃機関の排気浄化装置１では、前段補助触媒６のみならず流入室触媒１０によりさらに浄化あるいは有害物質が除去された排気ガスが排気ガス流入室９の絞り部９ａから下流側空間部３ｃに流出する。従って、排気ガス流入室９から後段補助触媒６により浄化されずに、この後段補助触媒６の下流側のハウジング３内である下流側空間部３ｃに流出する排気ガス中の有害物質を浄化することができる。これにより、前段補助触媒５により浄化しても、まだ有害物質が含まれている排気ガスが排気ガス流入室９から後段補助触媒６の下流側のハウジング３内に流出することをさらに抑制することができる。
【００４７】
なお、流入室触媒１１が吸着触媒の場合は、この流入室触媒１１に吸着された有害物質であるＨＣは、流入室触媒１１の使用温度が高くなることで離脱し、排気ガス流入室９に流入する前段補助触媒５によりある程度浄化された排気ガスとともに排気ガス流入室９の絞り部９ｂから下流側空間部３ｃに流出する。この流入室触媒１１の使用温度が高くなる状態とは、内燃機関の燃焼室から排気される排気ガスの温度が高温の場合であるため、主触媒の使用温度も高い状態となっている。つまり、流入室触媒１１から有害物質であるＨＣが離脱するときには、主触媒の浄化能力が高い状態である。従って、下流側空間部３ｃに流入室触媒１１に吸着されていた有害物質であるＨＣがある程度浄化された排気ガスとともに流入しても、主触媒により十分浄化されるためエミッションが低下することはない。
【実施例３】
【００４８】
図５は、実施例３にかかる内燃機関の排気浄化装置の構成例を示す図である。同図に示す実施例３にかかる内燃機関の排気浄化装置１が、図１−１に示す実施例１にかかる内燃機関の排気浄化装置１と異なる点は、バイパス装置２の主排気管４と前段補助触媒５との間に支持管１１を配置した点である。なお、実施例３にかかる内燃機関の排気浄化装置１の基本的構成は、実施例１にかかる内燃機関の排気浄化装置１と略同様であるのでその説明は省略する。
【００４９】
支持管１１は、同図に示すように、円筒状であり主排気管４と前段補助触媒５との間に配置されている。この支持管１１の一方の端部（中間空間部３ｂ側）は、ハウジング３内の前段補助触媒５と後段補助触媒６との間である中間空間部３ｂ内のある程度浄化された排気ガスが流入するように開放されている。また、この支持管１１の他方の端部（上流側空間部３ａ側）は、この支持管１１と主排気管４との間に流入したある程度浄化された排気ガスを支持管１１と主排気管４との間に貯留するために、主排気管４に連結されることで閉塞されている。ここで、前段補助触媒５は、ハウジング３と支持管１１との間に配置されている。なお、この支持管１１は、例えばハウジング３と支持管１１との間に圧入することで固定されている。
【００５０】
次に、実施例３にかかる内燃機関の排気浄化装置１の動作について説明する。なお、主排気管４の端部４ａをバルブにより閉塞する際の動作は、実施例１にかかる内燃機関の排気浄化装置１と、同様であるのでその説明は省略する。また、主排気管４の端部４ａをバルブにより閉塞しない際の動作は、実施例１にかかる内燃機関の排気浄化装置１と、略同様であるのでその説明は簡略する。
【００５１】
バルブ８が主排気管４の端部４ａを閉塞しない場合は、同図の矢印Ｂに示すように、バイパス装置２の主排気管４に流入した未浄化の排気ガスは、主排気管４の端部４ａから直接下流側空間部３ｃに流出する。主排気管４の端部４ａから下流側空間部３ｃに流出した未浄化の排気ガスは、バイパス装置２の下流側に配置された主触媒に流入する。このとき、主触媒は、上述の主排気管４の端部４ａをバルブ８により閉塞した際に流入する排気ガスの熱により使用温度が上昇しており、浄化能力の高い状態となっている。従って、主触媒に流入した未浄化の排気ガスは、この主触媒の高い浄化能力に基づいて浄化され、浄化された排気ガスとしてこの主触媒から流出し、図示しない消音装置を介して大気に放出される。
【００５２】
ここで、主排気管４と前段補助触媒５との間に介在する支持管１１とこの主排気管４との間に空間部１２が形成されている。そして、この空間部１２には、前段補助触媒６により浄化され、温度が主排気管内の排気ガスの温度よりも低くある程度浄化された排気ガスが流入し、主排気管４と後段補助触媒６との間に断熱層が形成される。従って、バルブ８により主排気管４の端部４ａを閉塞していない際に、つまり主排気管４と主触媒が直接連通している際に、主排気管４内を通過する未浄化の排気ガスの熱は、この主排気管４に伝達し、空間部１２内のある程度浄化された排気ガスに伝達するが、主排気管４に伝達した主排気管４内を通過する未浄化の排気ガスの熱が、直接前段補助触媒５に伝達されることはない。つまり、前段補助触媒５の径方向における温度勾配を小さくすることができる。これにより、前段補助触媒５の劣化を抑制することができ、前段補助触媒５において高温部分と低温部分との温度差が小さくなり、温度差によるこの前段補助触媒５の破損を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、主触媒の浄化能力が低い時には、バイパス装置の補助触媒により内燃機関から排出される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有用であり、特に、主排気管と主触媒とが直接連通していない際に、未浄化の排気ガスが主触媒に流入することを抑制することで、エミッションの低下を抑制するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１−１】実施例１にかかる内燃機関の排気浄化装置の構成例を示す図である。
【図１−２】図１−１のＩ−Ｉ断面図である。
【図１−３】図１−１のII−II断面図である。
【図１−４】図１−１のＦ部分拡大図である。
【図２】実施例１にかかる内燃機関の排気浄化装置の動作説明図である。
【図３−１】絞り部の他の形状を示す図である。
【図３−２】絞り部を形成しない場合の排気ガス流入室の形状を示す図である。
【図４】実施例２にかかる内燃機関の排気浄化装置の構成例を示す図である。
【図５】実施例３にかかる内燃機関の排気浄化装置の構成例を示す図である。
【図６−１】従来の内燃機関の排気浄化装置のバイパス装置の構成例を示す図である。
【図６−２】図６−１のＡ部分拡大図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  排気浄化装置
２  バイパス装置
３  ハウジング
３ａ  上流側空間部
３ｂ  中間空間部
３ｃ  下流側空間部
４  主排気管
４ａ  端部
４ｂ  連通口
５  前段補助触媒
６  後段補助触媒
７  排気ガス流入管
８  バルブ
９  排気ガス流入室
９ａ  絞り部
１０  流入室触媒
１１  支持管
１２  空間部
１００  排気浄化装置
１１０  バイパス装置
１１１  ハウジング
１１２  主排気管
１１３  補助触媒
１１４  バルブ
【図１−１】
2005201098.tif 000003
【図１−２】
2005201098.tif 000004
【図１−３】
2005201098.tif 000005
【図１−４】
2005201098.tif 000006
【図２】
2005201098.tif 000007
【図３−１】
2005201098.tif 000008
【図３−２】
2005201098.tif 000009
【図４】
2005201098.tif 000010
【図５】
2005201098.tif 000011
【図６−１】
2005201098.tif 000012
【図６−２】
2005201098.tif 000013