(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管から触媒装置の下流で分岐され、切り換えバルブを介して開閉されると共に、分岐位置の下流で再び排気管に接続されるバイパス排気通路と、前記バイパス排気通路に収容されて排気ガス中の未燃成分を吸着する吸着手段と、前記吸着手段に吸着された未燃成分を含む排気ガスを前記触媒装置の上流に還流させる還流通路を備えてなる内燃機関の排気浄化装置において、前記還流通路を金属材から製作すると共に、前記排気管に熱的に接触させるように配置し、さらに前記還流通路の重力軸方向において下部位置で前記バイパス排気通路に接続したことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記還流通路の内表面に撥水撥油被膜が形成されることを特徴とする請求項１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関では排気系に触媒を設けて排気ガス中のＨＣ，ＮＯｘ，ＣＯ成分を除去して浄化を図っているが、機関の冷間始動時など触媒が活性化していないとき、未燃成分、特に未燃ＨＣ成分がそのまま機関外に放出される。
【０００３】
そこで、特開平１０−１５３１１２号公報などにおいて、内燃機関の排気管を触媒の下流において分岐させると共に、切り換えバルブを介して開閉されるバイパス排気通路を設けてゼオライト系吸着材などの吸着手段を収容し、触媒が活性化されていないとき、バイパス排気通路を開放させて機関始動時の排気ガスを導入して未燃成分を吸着させ、触媒が活性した後に吸着させた未燃成分を脱離させて触媒の上流の吸気系に還流通路（ＥＧＲ通路）を介して還流させ、再燃焼させて触媒で浄化しつつ機関外に放出する排気浄化装置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種の排気浄化装置にあっては、バイパス通路から吸気系に還流通路を配管する場合、配管距離が比較的長くなることから、還流ガスが外気温の影響によって凝縮・液化し、凝縮水が貯留して配管あるいは切り換えバルブなどを腐食させたり、あるいは氷結して配管を閉塞するなどの不都合が生じる場合があった。
【０００５】
従って、この発明は上記した従来技術の不都合を解消することにあり、バイパス排気通路内の吸着手段で吸着された排気ガス中の未燃成分を含む排気ガスを触媒装置の上流に還流させる還流通路を備えてなる内燃機関の排気浄化装置において、前記還流通路において還流ガスの凝縮・液化による腐食あるいは閉塞などの不都合が生じるのを効果的に防止するようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、この発明は請求項１項において、内燃機関の排気管から触媒装置の下流で分岐され、切り換えバルブを介して開閉されると共に、分岐位置の下流で再び排気管に接続されるバイパス排気通路と、前記バイパス排気通路に収容されて排気ガス中の未燃成分を吸着する吸着手段と、前記吸着手段に吸着された未燃成分を含む排気ガスを前記触媒装置の上流に還流させる還流通路を備えてなる内燃機関の排気浄化装置において、前記還流通路を金属材から製作すると共に、前記排気管に熱的に接触させるように配置し、さらに前記還流通路の重力軸方向において下部位置で前記バイパス排気通路に接続した如く構成した。
【０００７】
還流通路を金属材から製作すると共に、排気管に熱的に接触させるように配置したので、排気管を流れる排気ガスの熱を伝えられて比較的高温に保持される結果、還流ガスが凝縮・液化するのを効果的に防止することができ、それによって腐食あるいは閉塞などの不都合が生じるのを効果的に防止することができる。
【０００８】
より具体的には、内燃機関の排気管から触媒装置の下流で分岐され、切り換えバルブを介して開閉されると共に、分岐位置の下流で再び排気管に接続されるバイパス排気通路と、前記バイパス排気通路に収容されて排気ガス中の未燃成分を吸着する吸着手段と、前記吸着手段に吸着された未燃成分を含む排気ガスを前記触媒装置の上流に還流させる還流通路を備えてなる内燃機関の排気浄化装置において、前記還流通路を金属材から製作すると共に、前記排気管に熱的に接触させつつ、重力方向において一旦上昇して下降する部位が存在しないように配置した如く構成した。
【０００９】
請求項２項にあっては、前記還流通路の内表面に撥水撥油被膜が形成される如く構成した。
【００１０】
還流通路の内表面に撥水撥油被膜が形成される如く構成したので、たとえ還流ガスが凝縮・液化しても、水滴化して流出させることができ、よって腐食あるいは閉塞などの不都合が生じるのを効果的に防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
図１は、この発明の一つの実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置を全体的に示す側面図である。図１で矢印Ａは重力軸を示す。
【００１３】
図において、符号１０はＯＨＣ直列４気筒の内燃機関（以下「エンジン」という。１気筒のみ図示）を示す。吸気管（吸気路）１２から吸引された空気は、スロットルバルブ１４でその流量を調節されつつ、吸気マニホルド１６を経て、２個の吸気バルブ１８（１個のみ図示）を介して各気筒に送られる。
【００１４】
各気筒の前記した吸気バルブ１８の付近にはインジェクタ（燃料噴射弁）２０が設けられ、燃料を噴射する。噴射されて吸気と一体になった混合気は吸入行程にある気筒の燃焼室２４に吸入され、圧縮行程で圧縮された後に点火プラグ２６を介して着火されて燃焼し、ピストン２８を図において下方に駆動する。
【００１５】
燃焼後の排気ガスは２個の排気バルブ（１個のみ図示）３０および排気マニホルド３２を介して排気管（排気路）３８に排出され、図示しない車輛の床下に設けられた、第１の触媒床（三元触媒）４０および第２の触媒床（三元触媒）４２からなる触媒装置４４を通過させられ、さらに下流のマフラおよびテールパイプ（共に図示せず）を含む後端部４６を経て大気中に放出される。
【００１６】
エンジン１０は、いわゆる可変バルブタイミング機構４８を備える。ただし、可変バルブタイミング機構４８は例えば、特開平２−２７５０４３号公報に記載されているため、その詳細な説明は省略する。
【００１７】
排気管３８は触媒装置４４の配置位置の下流で分岐させられる。よって生じた分岐管５２は、排気管３８を囲むようにその周りに気密に取り付けられた円筒ケース５４に接続される。
【００１８】
これによって、排気ガス通路として、排気管３８の内部を通るメイン排気通路３８ａ(図１で図示省略）と、分岐管５２と円筒ケース５４の内部空間を通るバイパス排気通路５６が形成される。燃焼室２４から排出された排気ガスは、そのいずれかの排気通路を通って流れる。
【００１９】
排気管３８の分岐点には、切り換えバルブ６０が設けられる。図２はその切り換えバルブ６０を含む、円筒ケース５４の拡大説明断面図である。
【００２０】
図２に良く示す如く、切り換えバルブ６０は、メイン排気通路３８ａを規定する排気管円形内壁面より大径の平面円形なバルブディスク６０ａと、それに断面逆Ｃ字状のアームを介して固定された、バイパス排気通路５６の一部を規定する分岐管５２の円形内壁面より大径の平面円形なバルブディスク６０ｂとを備える。バルブディスク６０ｂは図示の如くステムを介してシャフト６０ｃに固定される。
【００２１】
シャフト６０ｃは、バルブ作動機構（図示せず）に接続され、バルブ作動機構は、前記スロットルバルブ１４の下流位置に負圧導入路（図示せず）を介して接続される。負圧導入路には電磁ソレノイドバルブ（ＴＲＰＶ。図示せず）が設けられ、ＴＲＰＶはオン（励磁）されると、負圧導入路を開放して負圧を導入する。
【００２２】
ＴＲＰＶがオンされて負圧が導入されると、バルブディスク６０ａが図２に示す位置から回転させられてメイン排気通路３８ａを閉鎖すると共に、ＴＲＰＶがオフされて負圧導入路が大気に開放されると、バルブディスク６０ｂがリターンスプリング（図示せず）の作用によって図２に示す位置に回転させられてバイパス排気通路５６を閉鎖する。
【００２３】
円筒ケース５４内のバイパス排気通路５６には金属製の担体（ハニカム体）に担持されてなるＨＣ吸着材（ＨＣ吸着触媒）６４が配置される。即ち、円筒ケース５４は排気管３８を囲んで断面円形状に構成されると共に、その中に同様に断面円形状のＨＣ吸着材６４が、ステンレス製の外筒６４ａに外周を被覆されて収容される。
【００２４】
このように、円筒ケース５４は、その内部に収容されるＨＣ吸着材６４が排気管３８を囲むように排気管３８に熱的に接触させつつ取り付けられ、ＨＣ吸着材６４の昇温を効果的に促進して未燃成分を早期に脱離させ、速やかに吸気系に還流できるように構成される。
【００２５】
ＨＣ吸着材としては、本出願人が先に特開平８−７１４２７号公報で提案した結晶性アルミノケイ酸塩、詳しくはＺＳＭ−５ゼオライトと触媒素子との混合物よりなり、実公平７−３３８７５号公報で提案されるような薄肉金属板材を渦巻状に巻回積層してなる金属製ハニカムコア体（担体）に担持されたものを使用する。
【００２６】
この結晶性アルミノケイ酸塩は耐熱温度が９００℃ないし１０００℃で、活性炭などに比して優れた高温耐久性を発揮する。このＨＣ吸着材は、排気系温度で１００℃未満の低温時に未燃ＨＣ成分を吸着し、１００℃から２５０℃で吸着した未燃ＨＣ成分を脱離する。尚、ＨＣ成分の吸着あるいは脱離温度はそれぞれ、ＨＣ成分の種によって異なる。
【００２７】
排気管３８には円筒ケース５４の下流（後部端４６に近い側）において孔６６が９０度間隔で４個穿設され、メイン排気通路３８ａとバイパス排気通路５６は、孔６６を介して連通される。換言すれば、バイパス排気通路５６は、前記したように触媒装置４４が配置された位置の下流で分岐されると共に、分岐位置の下流のこの位置でメイン排気通路３８ａに連通されて合流する。
【００２８】
円筒ケース５４の内壁面とＨＣ吸着材６４の間には、その一端（上流端。分岐管５２に近い側）がシール材６８によって閉塞されると共に、その他端（下流端。後端部４６に近い側）を排気管３８に連通させて排気ガスの一部を導入可能とした空間によって前記した断熱層７０が形成される。
【００２９】
円筒ケース５４は車体下部において外部に露出される結果、車両が走行するときに走行風を受けてＨＣ吸着材６４が冷却されると共に、外気温が低下すると、その影響を受けてＨＣ吸着材６４が冷却されるが、このように断熱層７０を形成してそこに高温の排気ガスを導入させることでＨＣ吸着材６４を断熱あるいは保温することができる。
【００３０】
尚、シール材６８としては、例えば、アルミナあるいはシリカの繊維とバーミキュライトなどをバインダで固めた、耐熱性、シール性および断熱性に優れたものを使用する。
【００３１】
図１の説明に戻ると、円筒ケース５４には上流側（分岐管５２に近い側）においてＥＧＲ管（排気還流通路あるいは還流通路）７２が配置され、バイパス排気通路５６と吸気管１２の前記スロットルバルブ１４の下流位置の間を接続する。ＥＧＲ管７２の適宜位置には電磁ソレノイドバルブからなるＥＧＲ制御バルブ（図示せず）が介挿される。ＥＧＲ制御バルブはオン（励磁）されると、ＥＧＲ管７２を閉鎖する。
【００３２】
この実施の形態で特徴的なことは主としてＥＧＲ管７２の構成にあるので、以下、その点に焦点をおいて説明する。
【００３３】
ＥＧＲ管７２は吸気管１２に取り付けられてほぼ垂直に下方に延び、次いでほぼ直角に折曲されて排気管３８に沿って、即ち、排気管３８に熱的に接触しつつ車両後方に延びる。ＥＧＲ管７２はエンジン１０の気筒側面から突出するサポート７６でエンジン１０に支持されると共に、排気管３８にステー７８によって固定される。
【００３４】
ステー７８は側面視Ｌ字状片２個をボルト・ナット８０で組み合わせてなり、取外し自在に構成される。ステー７８および前記したサポート７６も伝熱性の高い金属材、例えばステンレス材から製作される。また、ＥＧＲ管７２の途中にはコルゲート状部７２ａが形成され、排気管３８が排気熱で膨張・収縮するのに応じてＥＧＲ管７２を伸縮させる。
【００３５】
ＥＧＲ管７２はステー７８で排気管３８に固定された位置付近から触媒装置４４の側面を単調に下降して円筒ケース５４に至り、その下部（重力軸方向において）位置で取り付けられる。
【００３６】
即ち、図２に示す如く、分岐路５２には触媒装置側においてフランジ部５２ａが形成され、ＥＧＲ管７２はフランジ部５２ａに穿設された孔５２ｂを通って円筒ケース５４を貫通し、その内部に開口する。
【００３７】
符号８２は、ＥＧＲ管７２をフランジ部５２ａに固定するナットを示す。図示は省略するが、ＥＧＲ管７２は吸気管１２に接続する他端においても同様にナットを介して接続される。このように、ＥＧＲ管７２は、ナット８２など（およびステー７８のボルト・ナット８０）を介してエンジン１０と円筒ケース５４に着脱自在に取り付けられる。
【００３８】
ＥＧＲ管７２は金属材、例えばステンレスからなり、その内表面７２ｂ（図２に示す）にはフルオロアルキルシランなどが塗布されて撥水撥油被膜が形成される。より詳しくは、ＥＧＲ管７２の内表面７２ｂには、一般式、Ｒｆ−Ｒ1 −Ｓｉ（ＮＨ）3/2 で表される有機珪素化合物よりなる撥水撥油被膜が形成される。上記で、Ｒｆは炭素数１から１０のパーフルオロアルキル基であり、Ｒ1 は炭素数２から１０の２価の炭化水素基である。
【００３９】
尚、この被膜あるいは被膜形成手法などは、本出願人が別途提案した特願平１０−１４８６０８号に記載されているので、詳細な説明は省略する。
【００４０】
尚、フランジ部５２ａはその上部において触媒装置４４に連結される。即ち、触媒装置４４を収容する排気管部分の両端にはフランジ部４４ａ，４４ｂが形成される。
【００４１】
より詳しくは、上流側のフランジ部４４ａは、ボルト・ナット（図示せず）を介して上流側の排気管３８に固定されると共に、下流側のフランジ部４４ｂは、同様にボルト・ナット（図示せず）を介して分岐路５２のフランジ部５２ａに固定される。このように、触媒装置４４も、排気管３８に着脱自在に取り付けられる。
【００４２】
この実施の形態においては上記の如く、ＥＧＲ管７２は排気管３８に熱的に接触するように配置されるので、排気管３８を流れる排気ガスの熱を伝えられて比較的高温に保持される結果、ＥＧＲ管７２内の未燃成分を含む還流ガスが凝縮・液化するのを効果的に防止することができる。
【００４３】
さらに、ＥＧＲ管７２は吸気管１２に取り付けられてほぼ垂直に下方に延び、次いでほぼ直角に折曲されて排気管３８に沿って延びた後、単調に下降して円筒ケース５４に至り、その下部位置で取り付けられるように構成した、換言すれば、ＥＧＲ管７２はエンジン１０と円筒ケース５４の間にあっては一旦上昇して下降するような窪みが存在しないように構成したので、ＥＧＲ管７２内の未燃成分を含む還流ガスがたとえ凝縮・液化しても、ＥＧＲ管７２内には貯留する部位がないことから、凝縮水を円筒ケース５４に確実に戻すことができる。
【００４４】
従って、凝縮水が生じても、貯留してＥＧＲ管７２あるいは切り換えバルブ６０などの部材を腐食させたり、ＥＧＲ管７２を閉塞したりすることがない。
【００４５】
さらに、ＥＧＲ管７２の内表面７２ｂには撥水撥油被膜が形成されるように構成したので、凝縮水が生じても、水滴化して流出させることができ、よってＥＧＲ管７２の内部で貯留することがない。
【００４６】
さらに、ＥＧＲ管７２は円筒ケース５４の下部位置に取り付けられるように構成したので、レイアウトとしてコンパクトである。また、ＥＧＲ管７２は排気管３８から取外し自在に構成したので、交換が容易となる。これは、触媒装置４４も同様である。
【００４７】
図３はこの発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置を示す、図１と同様な、その側面図である。
【００４８】
第１の実施の形態と相違する点を中心に説明すると、第２の実施の形態においては、ＥＧＲ管７２は吸気管１２に取り付けられてほぼ垂直に下方に延び、次いでほぼ直角に折曲されて排気管３８に沿って（排気管３８に熱的に接触しつつ）車両後方に延び、触媒装置４４の上方を通過した後、ほぼ直角にクランク状に折曲されて円筒ケース５４に至るようにした。
【００４９】
即ち、第２の実施の形態においては、ＥＧＲ管７２は、単調に下降する部位がなく、平坦部位および垂直部位から構成するようにした。尚、残余の構成は第１の実施の形態と異ならない。
【００５０】
第２の実施の形態においても、ＥＧＲ管７２は排気管３８に熱的に接触するように配置されると共に、ＥＧＲ管７２はエンジン１０と円筒ケース５４の間において一旦上昇して下降するような窪みが存在しないように構成したので、ＥＧＲ管７２内の未燃成分を含む還流ガスが凝縮・液化するのを効果的に防止することができると共に、たとえ凝縮・液化しても、ＥＧＲ管７２内には貯留する部位がないことから、凝縮水を円筒ケース５４に確実に戻すことができる。
【００５１】
従って、凝縮水が生じても、貯留してＥＧＲ管７２あるいは切り換えバルブ６０などの部材を腐食させたり、ＥＧＲ管７２を閉塞したりすることがない。
【００５２】
上記の如く、第１および第２の実施の形態にあっては、内燃機関（エンジン１０）の排気管３８から触媒装置４４の下流で分岐され、切り換えバルブ６０を介して開閉されると共に、分岐位置の下流で再び排気管３８に接続されるバイパス排気通路５６と、前記バイパス排気通路に収容されて排気ガス中の未燃成分を吸着する吸着手段（ＨＣ吸気材６４）と、前記吸着手段に吸着された未燃成分を含む排気ガスを前記触媒装置の上流に還流させる還流通路（ＥＧＲ管７２）を備えてなる内燃機関の排気浄化装置において、前記還流通路（ＥＧＲ管７２）を金属材から製作すると共に、前記排気管３８に熱的に接触させるように配置し、さらに前記還流通路（ＥＧＲ管７２）の重力軸方向において下部位置で前記バイパス排気通路５６に接続した如く構成した。
【００５３】
ＥＧＲ管７２を金属材から製作すると共に、排気管３８に熱的に接触させるように配置したので、排気管３８を流れる排気ガスの熱を伝えられて比較的高温に保持される結果、還流ガスが凝縮・液化するのを効果的に防止することができ、それによって腐食あるいは閉塞などの不都合が生じるのを効果的に防止することができる。
【００５４】
より具体的には、内燃機関（エンジン１０）の排気管３８から触媒装置４４の下流で分岐され、切り換えバルブ６０を介して開閉されると共に、分岐位置の下流で再び排気管３８に接続されるバイパス排気通路５６と、前記バイパス排気通路に収容されて排気ガス中の未燃成分を吸着する吸着手段（ＨＣ吸気材６４）と、前記吸着手段に吸着された未燃成分を含む排気ガスを前記触媒装置の上流に還流させる還流通路（ＥＧＲ管７２）を備えてなる内燃機関の排気浄化装置において、前記還流通路（ＥＧＲ管７２）を金属材から製作すると共に、前記排気管３８に熱的に接触させつつ、重力方向において一旦上昇して下降する部位が存在しないように配置した如く構成した。
【００５５】
また、前記還流通路（ＥＧＲ管７２）の内表面７２ｂに撥水撥油被膜が形成される如く構成した。
【００５６】
ＥＧＲ管７２の内表面７２ｂに撥水撥油被膜が形成される如く構成したので、たとえ還流ガスが凝縮・液化しても、水滴化して流出させることができ、よって腐食あるいは閉塞などの不都合が生じるのを効果的に防止することができる。
【００５７】
尚、上記において、ＥＧＲ管７２を金属材から製作するように構成したが、全てを金属材から製作せず、フランジ部５２ａに接合する部分などは非金属材、例えばゴム材などから製作しても良い。
【００５８】
また、ＥＧＲ管７２を構成する金属材の例としてステンレスを挙げたが、それに限定されるものではない。伝熱性および耐蝕性が高い素材であれば、どのようなものでも良い。
【００５９】
また、バイパス排気通路の構成として切り換えバルブ６０およびＥＧＲ管７２を上流側（分岐管５２に近い側）に設ける例を示したが、それに限られるものではなく、特開平１０−１５９５４４号公報に記載されるような切り換えバルブおよびＥＧＲ管を下流側（後端部４６に近い側）に設ける例にも妥当する。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１項にあっては、還流通路を金属材から製作すると共に、排気管に熱的に接触させるように配置し、さらに還流通路の重力軸方向において下部位置でバイパス排気通路に接続したので、排気管を流れる排気ガスの熱を伝えられて比較的高温に保持される結果、還流ガスが凝縮・液化するのを効果的に防止することができ、それによって腐食あるいは閉塞などの不都合が生じるのを効果的に防止することができる。
【００６１】
請求項２項にあっては、還流通路の内表面に撥水撥油被膜が形成される如く構成したので、たとえ還流ガスが凝縮・液化しても、水滴化して流出させることができ、よって腐食あるいは閉塞などの不都合が生じるのを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一つの実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置を全体的に示す側面図である。
【図２】図１装置の切り換えバルブおよび円筒ケースの部分説明断面図である。
【図３】この発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置を全体的に示す、図１と同様な、その側面図である。
【符号の説明】
１０    内燃機関（エンジン）
１２    吸気管
３８    排気管
３８ａ  メイン排気通路
４４    触媒装置
５４    円筒ケース
５６    バイパス排気通路
６０    切り換えバルブ
６４    ＨＣ吸着材（吸着手段）
６６    孔
６８    シール材
７０    断熱層
７２    ＥＧＲ管（排気還流通路あるいは還流通路）
７２ｂ  ＥＧＲ管（排気還流通路あるいは還流通路）内表面
７６    サポート
７８    ステー
【図１】
0004434401.tif 000002
【図２】
0004434401.tif 000003
【図３】
0004434401.tif 000004