(57)【要約】【課題】排気ガス浄化装置において、排気通路、触媒個数、触媒種類を最適化し、排気ガスの浄化率を向上させることにある。【解決手段】排気マニホルド（２）下流に設けた第１分岐通路（４）内には排気ガスの流れを第１排気浄化触媒（７）と第２排気浄化触媒（８）とのいずれかに切り替える第１排気ガス通路切替手段（９）を設け、第１排気浄化触媒（７）下流に設けた第２分岐通路（１０）内には排気ガスの流れを第２排気浄化触媒（８）上流とマフラ（１３）とのいずれかに切り替える第２排気ガス通路切替手段（１４）を設け、第２排気浄化触媒（８）下流に設けた第３分岐通路（１５）内には排気ガスの流れを第１排気浄化触媒（６）上流とマフラ（１３）とのいずれかに切り替える第３排気ガス通路切替手段（１８）を設けている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出された排気ガスを排気マニホルド下流で浄化する第１排気浄化触媒と第２排気浄化触媒とを備えた排気ガス浄化装置において、前記排気マニホルド下流に排気ガス流路が２方向に分岐する第１分岐通路を設け、この第１分岐通路内には排気ガスの流れを前記第１排気浄化触媒と前記第２排気浄化触媒とのいずれかに切り替える第１排気ガス通路切替手段を設け、前記第１排気浄化触媒下流に排気ガス流路が２方向に分岐する第２分岐通路を設け、この第２分岐通路内には排気ガスの流れを前記第２排気浄化触媒上流とマフラとのいずれかに切り替える第２排気ガス通路切替手段を設け、前記第２排気浄化触媒下流に排気ガス流路が２方向に分岐する第３分岐通路を設け、この第３分岐通路内には排気ガスの流れを前記第１排気浄化触媒上流と前記マフラとのいずれかに切り替える第３排気ガス通路切替手段を設け、前記第１排気ガス通路切替手段と前記第２排気ガス通路切替手段と前記第３排気ガス通路切替手段とを制御する制御手段を設けたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記第１排気浄化触媒は三元触媒であり、かつ、前記第２排気浄化触媒はＨＣトラップ触媒であることを特徴とする請求項ｌに記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第１排気浄化触媒の温度が所定の温度未満、かつ、前記第２排気浄化触媒の温度が所定の温度未満であるときは、前記第１排気浄化触媒から前記第２排気浄化触媒の順に排気ガスが流れるように前記第１排気ガス通路切替手段と前記第２排気ガス通路切替手段と前記第３排気ガス通路切替手段とを制御することを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記第１排気浄化触媒の温度が所定の温度以上、かつ、前記第２排気浄化触媒の温度が所定の温度以下であるときには、前記第２排気浄化触媒から前記第１排気浄化触媒の順に排気ガスが流れるように前記第１排気ガス通路切替手段と前記第２排気ガス通路切替手段と前記第３排気ガス通路切替手段とを制御することを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記第２排気浄化触媒の温度が所定の温度を超えるときには、前記第１排気浄化触媒のみに排気ガスが流れるように前記第１排気ガス通路切替手段と前記第２排気ガス通路切替手段と前記第３排気ガス通路切替手段とを制御することを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気ガス浄化装置に係り、特に内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載した内燃機関には、排気ガスの有害成分を浄化するための排気浄化触媒を備えた排気ガス浄化装置が設けられている。
このような排気ガス浄化装置において、ガソリンを燃料とする内燃機関から排出される有害な排気ガスは、三元触媒により除去されるが、冷機始動時には、三元触媒が活性しないため、排気ガスを浄化されないまま大気へ放出されてしまう。特に、内燃機関の始動時には、燃料を多めに噴射する傾向があるため、炭化水素（ＨＣ）が多く発生し、その炭化水素（ＨＣ）の放出抑制が重要な要素となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４００３５０号公報
【０００４】
特許文献１に係る内燃機関の排気浄化装置は、第１排気浄化触媒と第２排気浄化触媒とを備え、第１排気浄化触媒上流で排気通路に合流するバイパス通路を設け、このバイパス通路に流れる排気量を制御する経路切替手段を設け、排気ガス中の未燃ガス成分の酸化反応を効果的に誘導させるものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関の始動直後の炭化水素（ＨＣ）を一時的に吸着し、そして、触媒が活性後に吸着した炭化水素（ＨＣ）を反応させる炭化水素吸着触媒としてのＨＣトラップ触媒を備えた排気ガス浄化装置においては、ＨＣトラップ触媒が高温になるにつれて、炭化水素（ＨＣ）の吸着能力が低下し、触媒が完全に活性する前に、炭化水素（ＨＣ）の大部分が脱離してしまうために、その性能を十分に発揮できないという不都合があった。
また、ＨＣトラップ触媒には吸着剤としてゼオライトを主に使用しているが、このゼオライトは、熱に弱く、高温の排気ガスに長時間晒されることにより、炭化水素（ＨＣ）の吸着能力が著しく低下するという不都合があった。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、排気通路、触媒個数、触媒種類を最適化し、排気ガスの浄化率を向上させる排気ガス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】
【０００７】
この発明は、内燃機関から排出された排気ガスを排気マニホルド下流で浄化する第１排気浄化触媒と第２排気浄化触媒とを備えた排気ガス浄化装置において、前記排気マニホルド下流に排気ガス流路が２方向に分岐する第１分岐通路を設け、この第１分岐通路内には排気ガスの流れを前記第１排気浄化触媒と前記第２排気浄化触媒とのいずれかに切り替える第１排気ガス通路切替手段を設け、前記第１排気浄化触媒下流に排気ガス流路が２方向に分岐する第２分岐通路を設け、この第２分岐通路内には排気ガスの流れを前記第２排気浄化触媒上流とマフラとのいずれかに切り替える第２排気ガス通路切替手段を設け、前記第２排気浄化触媒下流に排気ガス流路が２方向に分岐する第３分岐通路を設け、この第３分岐通路内には排気ガスの流れを前記第１排気浄化触媒上流と前記マフラとのいずれかに切り替える第３排気ガス通路切替手段を設け、前記第１排気ガス通路切替手段と前記第２排気ガス通路切替手段と前記第３排気ガス通路切替手段とを制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の排気ガス浄化装置は、排気ガスの浄化率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は排気ガス浄化装置のシステム構成図である。（実施例）
【図２】図２は排気ガスを第１排気浄化触媒（三元触媒）から第２排気浄化触媒（ＨＣトラップ触媒）へ流す場合（構成Ａ）のシステム構成図である。（実施例）
【図３】図３は排気ガスを第２排気浄化触媒（ＨＣトラップ触媒）から第１排気浄化触媒（三元触媒）へ流す場合（構成Ｂ）のシステム構成図である。（実施例）
【図４】図４は排気ガスを第１排気浄化触媒（三元触媒）のみに流す場合（構成Ｃ）のシステム構成図である。（実施例）
【図５】図５は各構成のマップを示す図である。（実施例）
【図６】図６は排気通路切替え温度を示す図である。（実施例）
【図７】図７は排気ガス浄化制御のフローチャートである。（実施例）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明は、排気ガスの浄化率を向上させる目的を、排気通路、触媒個数、触媒種類を最適化し、内燃機関の冷機始動後の触媒状態に合わせて排気ガスの流れを制御して実現するものである。
【実施例】
【００１１】
図１〜図７は、この発明の実施例を示すものである。
図１において、１は車両に搭載される内燃機関、２はこの内燃機関１の排気口側に付設された排気マニホルドである。
内燃機関１には、排気系で、排気ガス浄化装置３が設けられる。
この排気ガス浄化装置３において、排気マニホルド２の下流には、第１分岐通路４が設けられる。この第１分岐通路４は、排気ガス流路を２方向に分岐するものであって、第１排気通路５と第２排気通路６とに接続する。第１排気通路５は、第１排気浄化触媒７の上流に接続する。第２排気通路６は、第２排気浄化触媒８の上流に接続する。
第１分岐通路４内には、排気マニホルド２からの排気ガスの流れを第１排気浄化触媒７と第２排気浄化触媒８とのいずれかに切り替える第１排気ガス通路切替手段９が設けられる。
第１排気浄化触媒７の下流には、第２分岐通路１０が設けられる。この第２分岐通路１０は、排気ガス流路を２方向に分岐するものであって、第３排気通路１１と第４排気通路１２とに接続する。第３排気通路１１は、第２排気浄化触媒８の上流に接続する。第４排気通路１２は、マフラ１３に接続する。このマフラ１３は、排気ガスを消音して大気に放出する。
第２分岐通路１０内には、排気ガスの流れを第２排気浄化触媒８の上流とマフラ１３とのいずれかに切り替える第２排気ガス通路切替手段１４が設けられる。
第２排気浄化触媒８の下流には、第３分岐通路１５が設けられる。この第３分岐通路１５は、排気ガス流路を２方向に分岐するものであって、第５排気通路１６と第６排気通路１７とに接続する。第５排気通路１６は、第１排気浄化触媒７の上流に接続する。第６排気通路１７は、第４排気通路１２に合流した後にマフラ１３に接続する。
第３分岐通路１５内には、排気ガスの流れを第１排気浄化触媒７の上流とマフラ１３とのいずれかに切り替える第３排気ガス通路切替手段１８が設けられる。
【００１２】
第１排気ガス通路切替手段９と第２排気ガス通路切替手段１４と第３排気ガス通路切替手段１８とは、制御手段１９に連絡する。また、この制御手段１９には、内燃機関１の冷却水通路の冷却水の温度を検出してその値を出力する機関温度センサ２０と、第１排気浄化触媒７の温度（Ｃ）を検出してその値を出力する第１排気浄化触媒温度センサ２１と、第２排気浄化触媒８の温度（Ｔ）を検出してその値を出力する第２排気浄化触媒温度センサ２２とが連絡している。
制御手段１９は、機関温度センサ２０と第１排気浄化触媒温度センサ２１と第２排気浄化触媒温度センサ２２とからの各温度データを入力し、その時の運転状態に合った排気通路構成を決定し、その適正な排気通路構成となるように、第１排気ガス通路切替手段９と第２排気ガス通路切替手段１４と第３排気ガス通路切替手段１８とを切り替え制御する。
このように、複数の排気通路及び複数の切替手段を設ける構成とすることにより、排気マニホルド２からの排気ガスの流動を第１排気浄化触媒７から第２排気浄化触媒８へ、又は、第２排気浄化触媒８から第１排気浄化触媒７へ、又は、第１排気浄化触媒７のみ、又は、第２排気浄化触媒８のみ、と切り替えることができ、内燃機関１の運転状態に適した排気ガスの流れの経路を選択し、最適な排気ガス浄化ができる。
【００１３】
第１排気浄化触媒７は、三元触媒であり、排気ガス中の有害成分を酸化・還元作用により浄化する。この第１排気浄化触媒７は、一酸化炭素（ＣＯ）を酸化反応により二酸化炭素（ＣＯ２  ）とし、炭化水素（ＨＣ）を酸化反応により水（Ｈ２  Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ２  ）とに分離し、窒素酸化物（ＮＯＸ  ）を還元反応により窒素（Ｎ２  ）とし、所定の温度（例えば２５０℃）以下では未活性で浄化率が悪いが、所定の温度（例えば５００℃）以上では浄化率が高くなる性質を有している。
第２排気浄化触媒８は、ＨＣトラップ触媒であり、炭化水素（ＨＣ）を吸着する特性を有する。この第２排気浄化触媒８は、該第２排気浄化触媒８の温度（Ｔ）がある温度域までは炭化水素（ＨＣ）を吸着反応をし、それ以上の温度域（例えば、離脱開始温度が１５０℃）では吸着していた炭化水素（ＨＣ）を離脱反応する。なお、この第２排気浄化触媒８では、ＨＣ吸着材（ゼオライト）が高温で劣化しやすいので、高温（例えば３００℃以上）から保護する必要がある。
これにより、三元触媒からなる第１排気浄化触媒７とＨＣトラップ触媒からなる第２排気浄化触媒８との両方の特性を活かし、排気ガスの浄化率を向上できる。
【００１４】
制御手段１９は、図５、図６に示すように、第１排気浄化触媒７の温度（Ｃ）が所定の温度（Ｃ１：触媒活性判定温度、例えば３５０℃）未満、かつ、第２排気浄化触媒８の温度（Ｔ）が所定の温度（Ｔ１：触媒保護判定温度、例えば３００℃）未満であるときは、図２に示すように、第１排気浄化触媒７から第２排気浄化触媒８の順に排気ガスが流れるように、第１排気ガス通路切替手段９と第２排気ガス通路切替手段１４と第３排気ガス通路切替手段１８とを制御する。このような排気通路構成は、内燃機関１の始動直後の状態であって、ここでは、「構成Ａ」と称する。
この「構成Ａ」において、図２に示すように、第１排気通踏切替手段９は、排気マニホルド２と第１排気通路５とを連通させる。第２排気通踏切替手段１４は、第１排気浄化触媒７と第３排気通路１１とを連通させる。第３排気通踏切替手段１８は、第２排気浄化触媒８と第６排気通路１７とを連通させる。よって、この「構成Ａ」においては、第１排気浄化触媒７から第２排気浄化触媒８へと連通する。
そして、この「構成Ａ」では、第１排気浄化触媒７が低温減で未活性のときに、第１排気浄化触媒７から第２排気浄化触媒８への順となり、これにより、上流の第１排気浄化触媒７に高温の排気ガスが当たり、第１排気浄化触媒７が早期に活性化できる。また、第１排気浄化触媒７が未活性の間は炭化水素（ＨＣ）を浄化できないため、下流の第２排気浄化触媒８で炭化水素（ＨＣ）を吸着できる。更に、下流の第２排気浄化触媒８の温度上昇が抑えられ、炭化水素（ＨＣ）の吸着効率を高めることができる。また、下流の第２排気浄化触媒８の温度上昇が抑えられ、この第２排気浄化触媒８の劣化を抑制できる。
【００１５】
また、制御手段１９は、図５、図６に示すように、第１排気浄化触媒７の温度（Ｃ）が所定の温度（Ｃ１）以上、かつ、第２排気浄化触媒８の温度（Ｔ）が所定の温度（Ｔ１）以下であるときには、図３に示すように、第２排気浄化触媒８から第１排気浄化触媒７の順に排気ガスが流れるように、第１排気ガス通路切替手段９と第２排気ガス通路切替手段１４と第３排気ガス通路切替手段１８とを制御する。このような排気通路構成は、第１排気浄化触媒７の活性後の状態であって、ここでは、「構成Ｂ」と称する。
この「構成Ｂ」においては、図３に示すように、第１排気通踏切替手段９は、排気マニホルド２と第２排気通路６とを連通させる。第２排気通踏切替手段１４は、第１排気浄化触媒７と第４排気通路１２とを連通させる。第３排気通踏切替手段１８は、第２排気浄化触媒８と第５排気通路１６とを連通させる。よって、この「構成Ｂ」では、第２排気浄化触媒８から第１排気浄化触媒７へ連通する。
そして、この「構成Ｂ」では、第１排気浄化触媒７の活性後、かつ第２排気浄化触媒８が劣化しない温度域ならば、第２排気浄化触媒８から第１排気浄化触媒７への順とする。そして、上流の第２排気浄化触媒８に高温の排気ガスが当たり、この第２排気浄化触媒８に吸着された炭化水素（ＨＣ）の脱離を促進し、この脱離した炭化水素（ＨＣ）が、既に活性化している下流の第１排気浄化触媒７で浄化される。
【００１６】
更に、制御手段１９は、図５、図６に示すように、第２排気浄化触媒８の温度（Ｔ）が所定の温度（Ｔ１）を超えるときには、図４に示すように、第１排気浄化触媒７のみに排気ガスが流れるように、第１排気ガス通路切替手段９と第２排気ガス通路切替手段１４と第３排気ガス通路切替手段１８とを制御する。このような排気通路構成は、第２排気浄化触媒８の温度（Ｔ）が十分に上昇した状態であって、ここでは、「構成Ｃ」と称する。
この「構成Ｃ」においては、図４に示すように、第１排気通踏切替手段９は、排気マニホルド２と第１排気通路５とを連通させる。第２排気通踏切替手段１４は、第１排気浄化触媒７と第４排気通路１２とを連通させる。第３排気通踏切替手段１８は、第４排気通路１２から第２排気浄化触媒９への排気ガスの逆流を防止するために、第２排気浄化触媒８と第６排気通路１７とを遮断させる。よって、この「構成Ｃ」では、排気ガスの流れが第１排気浄化触媒８のみとなる。
そして、この「構成Ｃ」では、第１排気浄化触媒７が高温域ならば、炭化水素（ＨＣ）を第１排気浄化触媒７で浄化可能なため、第２排気浄化触媒８の必要が無いため、排気ガスが流れる通路を第１排気浄化触媒７のみとする。よって、第２排気浄化触媒８を高温から保護し、第２排気浄化触媒８の劣化を抑制し、さらに、排気ガスが流れる通路の通路抵抗を低減できる。
【００１７】
次に、この実施例に係る排気ガス浄化制御について、図７のフローチャートに基づいて説明する。
図７に示すように、制御手段１９のプログラムがスタートすると（ステップＡ０１）、先ず、温度データとして、第１排気浄化触媒７の温度（Ｃ）と第２排気浄化触媒８の温度（Ｔ）とを読み込む（ステップＡ０２）。
そして、第２排気浄化触媒８の温度（Ｔ）を触媒保護判定温度（Ｔ１）と比較し、第２排気浄化触媒８の保護の要否を判断する（ステップＡ０３）。
このステップＡ０３において、Ｔ＞Ｔ１が成立し、第２排気浄化触媒８の保護が要すると判断し、ＹＥＳの場合には、図４の「構成Ｃ」で示すように、第１排気浄化触媒７のみに排気ガスが流れるように、第１排気ガス通路切替手段９と第２排気ガス通路切替手段１４と第３排気ガス通路切替手段１８とを制御する（ステップＡ０４）。
前記ステップＡ０３において、Ｔ＞Ｔ１が不成立で、ＮＯの場合には、第１排気浄化触媒７の温度（Ｃ）と触媒活性判定温度（Ｃ１）を比較し、第１排気浄化触媒７の活性、非活性を判断する（ステップＡ０５）。
このステップＡ０５において、Ｃ＞Ｃ１が成立し、第１排気浄化触媒７の活性と判断し、ＹＥＳの場合には、上記の「構成Ｃ」が一定時間継続したか否かを判断する（ステップＡ０６）。
このステップＡ０６で、上記の「構成Ｃ」が一定時間継続し、ＹＥＳの場合には、前記ステップＡ０４に移行し、制御上、「構成Ｃ」と図３の「構成Ｂ」とを交互に繰り返すこと（ハンチング現象）を防止し、「構成Ｃ」に維持している。
例として挙げれば、一定の負荷での内燃機関１の運転中に、「構成Ｃ」が成立すると、第２排気浄化触媒８へ排気ガスが流れないため、第２排気浄化触媒８の温度（Ｔ）が低下する。そして、前記ステップＡ０３において、Ｔ＞Ｔ１が不成立で、前記ステップＡ０５において一定の負荷で内燃機関１の運転中のため、第１排気浄化触媒７の温度（Ｃ）が高温を維持しているので、Ｃ＞Ｃ１が成立し、図３の「構成Ｂ」となる。さらに、排気ガスが第２排気浄化触媒８へ流れ、再度、第２排気浄化触媒８の温度（Ｔ）が上昇すると、前記ステップＡ０３において、Ｔ＞Ｔ１が成立し、「構成Ｃ」が成立する。このため、前記ステップＡ０５を有さしめ、「構成Ｃ」と「構成Ｂ」とのハンチングの発生を防止している。
一方、前記ステップＡ０６で、「構成Ｃ」が一定時間継続せず、ＮＯの場合には、「構成Ｃ」とのハンチングが無いと判断し、「構成Ｂ」が成立する（ステップＡ０７）。
また、前記ステップＡ０５において、Ｃ＞Ｃ１が不成立で、ＮＯの場合には、第１排気浄化触媒７の活性と判断し、図２の「構成Ａ」とする（ステップＡ０８）。
前記ステップＡ０４の処理後、前記ステップＡ０７の処理後、又は、前記ステップＡ０８の処理後は、プログラムをリターンさせて（ステップＡ０９）、この制御を繰り返す。
【００１８】
なお、この発明は、特性の異なる二種類の触媒をレイアウトする上で有用であって、例えば、ディーゼル機関や、リーンバーンガソリン機関等で、窒素酸化物（ＮＯＸ  ）の低減が難しい車両に搭載された内燃機関において、ＮＯＸ  吸蔵還元触媒を、ＨＣトラップ触媒（第２排気浄化触媒）に置き換え、排気ガスの流れを適切に切り替えることで、ＮＯＸ  浄化性能の向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
この発明に係る排気ガス浄化装置を、各種機関に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００２０】
１  内燃機関
２  排気マニホルド
３  排気ガス浄化装置
４  第１分岐通路
５  第１排気通路
６  第２排気通路
７  第１排気浄化触媒（三元触媒）
８  第２排気浄化触媒（ＨＣトラップ触媒）
９  第１排気ガス通路切替手段
１０  第２分岐通路
１１  第３排気通路
１２  第４排気通路
１３  マフラ
１４  第２排気ガス通路切替手段
１５  第３分岐通路
１６  第５排気通路
１７  第６排気通路
１８  第３排気ガス通路切替手段
１９  制御手段
２０  機関温度センサ
２１  第１排気浄化触媒温度センサ
２２  第２排気浄化触媒温度センサ
【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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【図７】
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