(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダヘッドに設けられた排気ポートから触媒式排気浄化ユニットへと流れる排気流量に対応して排気浄化能力の制御を可能とする触媒式排気浄化ユニットの活性化方法であって、
排気ポートにゲート弁を取り付け、
このゲート弁を開閉することにより活性化装置の中心に配置した小径パイプだけを排気が通過する小流量流れと排気ポート内のほぼ全体を排気が通過する中・大流量流れとに切り換え可能とし、
前記ゲート弁の下流側に連結パイプ部を接続し、
前記連結パイプ部の下流側でかつ触媒式排気浄化ユニットの上流側に隣接して流量コンバータを配置し、
前記流量コンバータに取り付けたアクチュエータを動作させることにより中央の空間を中サイズと大サイズに変換しこれに対応して排気が通過する中流量流れと大流量流れとに切り換え可能とし、
前記小径パイプの中だけを排気が通過して触媒式排気浄化ユニットの中心付近だけを排気が流れる小排気モードと、
前記流量コンバータによる中流量流れにより触媒式排気浄化ユニットの中央付近を排気が流れる中排気モードと、
前記流量コンバータによる大流量流れにより触媒式排気浄化ユニットのほぼ全体を排気が流れる大排気モードとの３つのモードに切り換え可能としたことを特徴とする触媒式排気浄化ユニットの活性化方法。
【請求項２】
内燃機関のシリンダヘッドに設けられた排気ポートと触媒式排気浄化ユニットとの間に取り付けて排気流量に対応した排気浄化能力の制御を可能とする触媒式排気浄化ユニット活性化装置であって、
排気ポートに取り付けられるゲート弁と、
前記ゲート弁の下流側に接続される連結パイプ部と、
前記連結パイプ部の下流側に接続されかつ触媒式排気浄化ユニットの上流側に隣接して配置される流量コンバータとを備え、
前記ゲート弁はその開閉によって活性化装置の中心に配置された小径パイプだけを排気が通過する小流量流れと排気ポート内のほぼ全体を排気が通過する中・大流量流れとに切り換え可能であり、
前記流量コンバータはアクチュエータの動作によって中央の空間が中サイズと大サイズに変換されこれに対応して排気が通過する中流量流れと大流量流れとに切り換え可能になっており、
前記小径パイプの中だけを排気が通過して触媒式排気浄化ユニットの中心付近だけを排気が流れる小排気モードと、
前記流量コンバータによる中流量流れにより触媒式排気浄化ユニットの中央付近を排気が流れる中排気モードと、
前記流量コンバータによる大流量流れにより触媒式排気浄化ユニットのほぼ全体を排気が流れる大排気モードとの３つのモードに切り換え可能であることを特徴とする触媒式排気浄化ユニット活性化装置。
【請求項３】
内燃機関の複数の排気ポートからの流れが合流して前記流量コンバータに導入されるようになっている請求項２記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガソリンエンジンやジーゼルエンジン用の三元触媒や連続再生式トラップなどの触媒式排気浄化ユニット（触媒コンバータ）やＤＰＦ（ヂーゼルパーティキュレートフィルタ）などを使用した排気ガス浄化システムに関し、特にそれらの触媒式排気浄化ユニットを活性化する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気ガス通路内に排気浄化触媒を配置した排気ガス浄化システムは周知であるが、その能力を高めるために各種の改良が提案されている。特開２０００−２３０４１８号公報「内燃機関の触媒昇温装置」では、排気浄化触媒を昇温させることにより効率を高めるにあたり、各種の物理量がその限界値を超えないように制御することを特徴としている。
特開２０００−２３０４１９号公報「内燃機関の排気浄化装置」では、ＮＯX触媒の上流にＳＯX 吸収剤を備えた排気浄化装置において、ＳＯX 吸収剤の再生処理を劣化の状態に応じて実行することを特徴としている。
【０００３】
従来の自動車に取り付けられた触媒式排気浄化ユニット（触媒コンバータ）は、内燃機関の排気ポートから触媒コンバータに至るまでの実際の距離が長いので、排気流量が少ない時、排気温度が低下して触媒コンバータの機能が低下するという問題点があった。
また、排気ポートから触媒コンバータまでの排気管径が大排気流量時に合わせて大径になっているので、小・中排気流量時には排気温度が低下して触媒コンバータの機能が低下するという問題点があった。
また、排気ポートから触媒コンバータまでの排気管径が一定になっているので、高負荷・大排気流量時に排気ガスが高温度のまま触媒コンバータに流入し触媒機能が劣化するという問題点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の目的は、排気流量が少ない時に排気温度が低下して触媒コンバータの機能が低下するのを防止する方法と装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、排気流量が大きい時に排気温度が高いままで触媒コンバータに流入して触媒コンバータの機能が低下するのを防止する方法と装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明はその第１の態様として、内燃機関のシリンダヘッドに設けられた排気ポートから触媒式排気浄化ユニットへと流れる排気流量に対応して排気浄化能力の制御を可能とする触媒式排気浄化ユニットの活性化方法を提供する。
この方法は、排気ポートにゲート弁を取り付け、このゲート弁を開閉することにより活性化装置の中心に配置した小径パイプだけを排気が通過する小流量流れと排気ポート内のほぼ全体を排気が通過する中・大流量流れとに切り換え可能とし、前記ゲート弁の下流側に連結パイプ部を接続し、前記連結パイプ部の下流側でかつ触媒式排気浄化ユニットの上流側に隣接して流量コンバータを配置し、前記流量コンバータに取り付けたアクチュエータを動作させることにより中央の空間を中サイズと大サイズに変換しこれに対応して排気が通過する中流量流れと大流量流れとに切り換え可能とする。
これにより、前記小径パイプの中だけを排気が通過して触媒式排気浄化ユニットの中心付近だけを排気が流れる小排気モードと、前記流量コンバータによる中流量流れにより触媒式排気浄化ユニットの中央付近を排気が流れる中排気モードと、前記流量コンバータによる大流量流れにより触媒式排気浄化ユニットのほぼ全体を排気が流れる大排気モードとの３つのモードに切り換え可能となり、これによって触媒式排気浄化ユニットを活性化する。
【０００６】
【作用】
かかる構成に基づき、本発明による活性化方法によれば、
（１）シリンダヘッドの排気ポートにゲート弁が設けられ、ゲート弁の開閉により小排気流量時と中・大排気流量時で排気通路を分けることができるので、流量に対応した制御が可能となる。
（２）ゲート弁の下流側に連結パイプ部が接続されその中心付近に小径パイプが配置されているので、排気が小径パイプだけを通過する小排気モードでは排気ガスは流路面積が縮小されることにより断熱圧縮されて昇温しかつアウターパイプの流路に保温されて温度を低下させることなく触媒コンバータに流入させることができる。また触媒コンバータの一部分だけで反応させるため活性温度に上昇させるべきマスも小さくて早くかつ高温に昇温して触媒機能を十分に発揮させることができる。
【０００７】
（３）排気が流量コンバータの中サイズに沿って流れる中排気モードでは、排気が触媒式浄化ユニットのほぼ中央付近で触媒コンバータに流入することになり、触媒機能を十分に発揮させることができる。
（４）排気が流量コンバータの大サイズに沿って流れる大排気モードでは、排気が触媒式浄化ユニットのほぼ全体で触媒コンバータに流入することになり、このとき排気ガスは流量コンバータ内で断熱膨張して温度が低下してから触媒コンバータに流入することになるので、触媒機能を十分に発揮させることができると共に、異常昇温を防止できるので触媒コンバータの寿命を確保できる、などの利点が得られる。
【０００８】
本発明は、その第２の態様として、内燃機関のシリンダヘッドに設けられた排気ポートと触媒式排気浄化ユニットとの間に取り付けて排気流量に対応した排気浄化能力の制御を可能とする触媒式排気浄化ユニット活性化装置を提供する。
この装置は、排気ポートに取り付けられるゲート弁と、前記ゲート弁の下流側に接続される連結パイプ部と、前記連結パイプ部の下流側に接続されかつ触媒式排気浄化ユニットの上流側に隣接して配置される流量コンバータとを備え、前記ゲート弁はその開閉によって活性化装置の中心に配置された小径パイプだけを排気が通過する小流量流れと排気ポート内のほぼ全体を排気が通過する中・大流量流れとに切り換え可能であり、前記流量コンバータはアクチュエータの動作によって中央の空間が中サイズと大サイズに変換されこれに対応して排気が通過する中流量流れと大流量流れとに切り換え可能になっている。
これにより、前記小径パイプの中だけを排気が通過して触媒式排気浄化ユニットの中心付近だけを排気が流れる小排気モードと、前記流量コンバータによる中流量流れにより触媒式排気浄化ユニットの中央付近を排気が流れる中排気モードと、前記流量コンバータによる大流量流れにより触媒式排気浄化ユニットのほぼ全体を排気が流れる大排気モードとの３つのモードに切り換え可能となり、触媒式排気浄化ユニットを活性化することができる。
【０００９】
この活性化装置を用いれば、上述した利点が得られることになる。
内燃機関が複数の排気ポートを有するタイプでは、複数の排気ポートからの流れが合流して前記流量コンバータに導入されるようにすることにより、さらに的確な制御を行うことができる。
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面の実施例を参照した以下の記載により明らかとなろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１乃至図５は本発明の第１の態様による活性化装置１０を表しており、この装置は、内燃機関のシリンダヘッド８０に設けられた排気ポート８１と触媒式排気浄化ユニット９０との間に取り付けて排気流量に対応した排気浄化能力の制御を可能とする触媒式排気浄化ユニット活性化装置１０である。活性化装置１０は、排気ポート８１に取り付けられるゲート弁１１と、ゲート弁１１の下流側に接続される連結パイプ部１２と、連結パイプ部１２の下流側に接続されかつ触媒式排気浄化ユニット９０の上流側に隣接して配置される流量コンバータ１３とを備えている。ゲート弁１１の中央には小流量に対応した小孔１１ａが設けられている。
【００１１】
図１〜５の態様では、流量コンバータ１３は触媒式排気浄化ユニット９０と共にハウジング１４内に収納され、さらにこのハウジング１４の下流側には排気マフラー側への接続部１５が連結されている。
連結パイプ部１２は、図２に断面で示すように、中央にゲート弁１１の小孔１１ａとほぼ同一内径の小径パイプ１７が位置し、その周囲に中径パイプ１８が同心に配置されている。
ゲート弁１１はエアシリンダ２０によって伸縮し、その開閉によって活性化装置１０の中心に長手方向に配置された小径パイプ１７だけを排気が通過する小流量流れの小排気モード（図１）と、中径パイプ１８を通過することにより排気ポート８１内のほぼ全体を排気が通過する中・大流量流れの中・大排気モード（図４・図５）とに切り換え可能になっている。
かくして、ゲート弁の開閉により小排気流量時と中・大排気流量時で排気通路を分けることができるので、流量に対応した制御が可能となる。
【００１２】
流量コンバータ１３は、図３Ａに示すように１２０°の角度で配置された３つのエアシリンダ２１，２２，２３から成るアクチュエータの伸縮動作によって、各シリンダの先端に取り付けられた分割壁２４，２５，２６が分離・合体するようになっており、３つの分割壁が分離した図３Ａの状態では分割壁が包囲する中央の空間が大サイズ３０ａになっており、３つの分割壁が合体した図３Ｂの状態では分割壁が包囲する中央の空間が中サイズ３０ｂになるように作られている。
すなわち、流量コンバータ１３は、中央の空間が中サイズと大サイズに変換されこれに対応して排気が通過する中流量流れの中排気モード（図４）と大流量流れの大排気モード（図５）とに切り換え可能になっている。
なお、図１のエアシリンダ２１，２２は、作図技法に基づき、図３Ａの断面Ｂ−Ｂに沿って描かれていることを理解されたい。
【００１３】
かくして、この活性化装置１０では、ゲート弁１１の作動とアクチュエータ２１，２２，２３の作動とによって、小径パイプ１７の中だけを排気が通過して触媒式排気浄化ユニット９０の中心付近だけを排気が流れる小流量モードと、触媒式排気浄化ユニット９０の中央付近を排気が流れる中流量モードと、触媒式排気浄化ユニット９０のほぼ全体を排気が流れる大流量モードとの３つのモードに切り換え可能になっている。
【００１４】
図１に示した小排気モードでは排気ガスは流路面積が縮小されることにより断熱圧縮されて昇温しかつアウターパイプの流路に保温されて温度を低下させることなく触媒コンバータに流入させることができる。また触媒コンバータの一部分だけで反応させるため活性温度に上昇させるべきマスも小さくて早くかつ高温に昇温して触媒機能を十分に発揮させることができる。
【００１５】
図４はエアシリンダ２０が収縮してゲート弁１１が上方に退避し、排気ポート８１内のほぼ全体を排気が通過する中流量流れの中排気モードを表している。流量コンバータ１３の内部では分割壁２４，２５，２６が図３Ｂに示すように合体しているため、連結パイプ部１２を通過して流れてきた排気は概ねそのままの外径で排気浄化ユニット９０内へと通過し、触媒式排気浄化ユニット９０の中央付近を排気が流れる中排気モードとなる。
図４に示した中排気モードでは、排気が触媒式浄化ユニットのほぼ中央付近で触媒コンバータに流入することになり、触媒機能を十分に発揮させることができる。
【００１６】
図５はエアシリンダ２０が収縮してゲート弁１１が上方に退避し、排気ポート８１内のほぼ全体を排気が通過しかつ流量コンバータ内で拡大されて大流量流れとなる大排気モードを表している。流量コンバータ１３の内部では分割壁２４，２５，２６が図３Ａに示すように分離しているため、連結パイプ部１２を通過して流れてきた排気は流量コンバータ１３内部で一気に拡大されて排気浄化ユニット９０内へと通過し、触媒式排気浄化ユニット９０のほぼ全体を排気が流れる大排気モードとなる。
図５に示した大排気モードでは、排気が触媒式浄化ユニットのほぼ全体で触媒コンバータに流入することになり、このとき排気ガスは流量コンバータ内で断熱膨張して温度が低下してから触媒コンバータに流入することになるので、触媒機能を十分に発揮させることができると共に、異常昇温を防止できるので触媒コンバータの寿命を確保できることになる。
【００１７】
図６は本発明の他の実施態様による活性化装置６０を表しており、内燃機関のシリンダヘッド４０に設けられた複数の排気ポート４１ａ，４１ｂからの流れが合流して流量コンバータ６３に導入されるようになっている。図６において、排気ポート４１ａ，４１ｂにゲート弁５１ａ，５１ｂが配置され、小径パイプ５７ａ，５７ｂが連結パイプ部５２の中径パイプ６８の内部を通過した後に合体して小径パイプ６７として流量コンバータ６３の中心に導入されている。流量コンバータ６３は図１〜図５の実施態様で説明したのと同様にしてアクチュエータが作動することにより内部の空間を中サイズと大サイズに変換する。かくして、触媒浄化ユニット９０に流入する排気は、上述した小排気モード・中排気モード・大排気モードの３つに切り換えることができる。
【００１８】
本発明において、ゲート弁を用いて開閉面積を切り換える際には、図１〜５に示したようなＯＮ−ＯＦＦタイプだけでなく、面積の異なる複数の孔や中間位置を用いて面積を変化させるような周知の手法を用いることもできる。流量コンバータを作動させるアクチュエータは図１〜５に示したような直線式のシリンダだけでなく、円弧状に開閉する回動式のリンク機構や電気モータを用いることもできる。さらに、アクチュエータの数や配置は最も有利なように選択することができる。それら周知の技法による置換は、すべて本発明の範囲内における修正に過ぎないことを理解されたい。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳細に説明した如く、本発明によれば、排気流量が少ない時に排気温度が低下して触媒コンバータの機能が低下するのを防止することができ、さらに排気流量が大きい時に排気温度が高いままで触媒コンバータに流入して触媒コンバータの機能が低下するのを防止することもでき、その技術的効果には極めて顕著なものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による活性化装置の小排気モードを表す縦断面図である。
【図２】図１の線Ａ−Ａから見た断面図である。
【図３】流量コンバータの分割壁を分離・合体させる状態の縦断面図である。
【図４】本発明による活性化装置の中排気モードを表す縦断面図である。
【図５】本発明による活性化装置の大排気モードを表す縦断面図である。
【図６】本発明による活性化装置の他の実施態様を表す縦断面図である。
【符号の説明】
１０，６０  活性化装置
１１，５１ａ，５１ｂ  ゲート弁
１２，５２  連結パイプ部
１３，６３  流量コンバータ
１４  ハウジング
１７，６７  小径パイプ
１８，６８  中径パイプ
２０，２１，２２，２３  エアシリンダ
３０ａ  大サイズ
３０ｂ  中サイズ
４０，８０  シリンダヘッド
４１ａ，４１ｂ，８１  排気ポート
【図１】
0004574901.tif 000002
【図２】
0004574901.tif 000003
【図３】
0004574901.tif 000004
【図４】
0004574901.tif 000005
【図５】
0004574901.tif 000006
【図６】
0004574901.tif 000007