(57)【要約】【課題】排気ガス温度が触媒の活性上限温度を超えた場合においても、触媒温度を活性温度域に効果的に維持させる。【解決手段】エンジン１０の排気管１２に設けられて排気ガスを浄化する触媒１８を含む後処理装置１６と、作動流体が封入された円筒管２１の一端側に受熱部２３、他端側に放熱部２４が設けられ、受熱部２３が排気管１２内の後処理装置１６よりも上流側に配置される共に、放熱部２４が排気管１２の外側に配置されたヒートパイプ２０とを備え、受熱部２３を加熱する排気ガスの温度が触媒活性上限温度まで上昇すると、作動流体が受熱部２３から放熱部２４に移動して外気と熱交換されることで、触媒１８に流れ込む排気ガスを冷却する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気管に設けられて排気ガスを浄化する触媒を含む後処理装置と、
作動流体が封入された円筒管の一端側に受熱部、他端側に放熱部が設けられ、前記受熱部が前記排気管内の前記後処理装置よりも上流側に配置される共に、前記放熱部が前記排気管の外側に配置されたヒートパイプと、を備え、
前記受熱部を加熱する排気ガスの温度が前記触媒の活性上限温度まで上昇すると、前記作動流体が前記受熱部から前記放熱部に移動して外気と熱交換されることで、前記触媒に流れ込む排気ガスを冷却する
ことを特徴とする触媒温度制御装置。
【請求項２】
前記円筒管の内圧を前記受熱部の温度が前記活性上限温度まで上昇すると前記作動流体を気化させる内圧値に設定した
請求項１に記載の触媒温度制御装置。
【請求項３】
前記円筒管内の前記受熱部と前記放熱部との間に設けられて当該円筒管内の流路を遮閉又は開放可能な閉塞体をさらに備え、
前記受熱部を加熱する排気ガスの温度が前記活性上限温度まで上昇すると、前記閉塞体が前記流路を遮閉から開放に切り替えることで、前記作動流体の前記受熱部から前記放熱部への移動を開始させる
請求項１に記載の触媒温度制御装置。
【請求項４】
前記閉塞体が、伸縮自在な弾性部材で形成されると共に、圧力媒体として粘性液体が供給されると膨張して前記流路を遮閉する
請求項３に記載の触媒温度制御装置。
【請求項５】
前記受熱部又は前記放熱部の少なくとも一方の外周にフィンが設けられた
請求項１から４の何れか一項に記載の触媒温度制御装置。
【請求項６】
前記受熱部を加熱する排気ガスの温度が前記活性上限温度まで上昇すると、前記放熱部に冷却風を送風する冷却ファンをさらに備える
請求項１から５の何れか一項に記載の触媒温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒温度制御装置に関し、特に、高排気温時に触媒温度を活性温度域に維持させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、排気ガス中に含まれる窒素化合物（以下、ＮＯｘ）を還元浄化する触媒として、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）や、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＬＮＴ触媒）等が知られている。
【０００３】
これらのＮＯｘ触媒に良好な浄化性能を発揮させるには、触媒温度を触媒活性温度域（例えば、約２００〜約６００℃の範囲）に維持することが好ましい。このため、例えば、冷間始動時等の低排気温時に、吸入空気量を減少させたり、排気バルブの開弁時期を進角させたり、或は、ポスト噴射による酸化触媒の酸化反応熱を利用して排気温度を上昇させることで、触媒温度を早期に活性温度まで上昇させる所謂昇温制御が種々提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１５２８４１号公報
【特許文献２】特開２００１−２６３０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したように、冷間始動時等の低排気温時は昇温制御を実施することで触媒の早期活性化を図ることが可能である。しかしながら、高負荷運転時やフィルタ強制再生時等、高温排気ガスによってＮＯｘ触媒が活性上限温度よりも高く昇温された場合には、触媒温度を活性温度域まで低下させる有効な手段がなく、触媒の浄化性能を低下させてしまう課題がある。
【０００６】
開示の技術は、排気ガス温度が触媒の活性上限温度を超えた場合においても、触媒温度を活性温度域に効果的に維持させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
開示の技術は、エンジンの排気管に設けられて排気ガスを浄化する触媒を含む後処理装置と、作動流体が封入された円筒管の一端側に受熱部、他端側に放熱部が設けられ、前記受熱部が前記排気管内の前記後処理装置よりも上流側に配置される共に、前記放熱部が前記排気管の外側に配置されたヒートパイプと、を備え、前記受熱部を加熱する排気ガスの温度が前記触媒の活性上限温度まで上昇すると、前記作動流体が前記受熱部から前記放熱部に移動して外気と熱交換されることで、前記触媒に流れ込む排気ガスを冷却することを特徴とする。
【０００８】
前記円筒管の内圧を前記受熱部の温度が前記活性上限温度まで上昇すると前記作動流体を気化させる内圧値に設定してもよい。
【０００９】
前記円筒管内の前記受熱部と前記放熱部との間に設けられて当該円筒管内の流路を遮閉又は開放可能な閉塞体をさらに備え、前記受熱部を加熱する排気ガスの温度が前記活性上限温度まで上昇すると、前記閉塞体が前記流路を遮閉から開放に切り替えることで、前記作動流体の前記受熱部から前記放熱部への移動を開始させるものでもよい。
【００１０】
前記閉塞体が、伸縮自在な弾性部材で形成されると共に、圧力媒体として粘性液体が供給されると膨張して前記流路を遮閉するものでもよい。
【００１１】
前記受熱部又は前記放熱部の少なくとも一方の外周にフィンが設けられてもよい。
【００１２】
前記受熱部を加熱する排気ガスの温度が前記活性上限温度まで上昇すると、前記放熱部に冷却風を送風する冷却ファンをさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
開示の技術によれば、排気ガス温度が触媒の活性上限温度を超えた場合においても、触媒温度を活性温度域に効果的に維持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一実施形態に係る触媒温度制御装置が適用されたエンジンの吸排気系を示す模式的な全体構成図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係るヒートパイプを示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係るヒートパイプにおいて、閉塞体が円筒管内の流路を遮閉した状態を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係るヒートパイプにおいて、閉塞体が円筒管内の流路を開放した状態を示す模式的な断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るヒートパイプを示す模式的な断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係るヒートパイプを示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面に基づいて、本発明の各実施形態に係る触媒温度制御装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１６】
［第一実施形態］
図１は、第一実施形態に係る触媒温度制御装置が適用されたエンジンの吸排気系を示す模式的な全体構成図である。エンジン１０の吸気マニホールド１０Ａには吸気管１１が接続され、排気マニホールド１０Ｂには排気管１２が接続されている。
【００１７】
吸気管１１には、吸気上流側から順に、エアーフィルタ１３、過給機のコンプレッサ１４Ａ、インタークーラ１５等が設けられている。排気管１２には、排気上流側から順に、過給機のタービン１４Ｂ、ヒートパイプ２０、排気後処理装置１６等が設けられている。排気後処理装置１６のケース１７内には、排気ガス中に含まれるＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ触媒１８が収容されている。
【００１８】
次に、図２に基づいて、本実施形態に係るヒートパイプ２０の詳細について説明する。ヒートパイプ２０は、水等の作動流体が封入された円筒管２１と、円筒管２１の内壁に内張りされたウィック２２と、円筒管２１の一端側に設けられると共に排気管１２内に挿入されて排気ガスにより加熱される受熱部２３と、円筒管２１の他端側に設けられると共に排気管１２の外側に配置されて作動流体を外気と熱交換させる放熱部２４と、受熱部２３の外周に設けられて受熱面積を拡張させる複数の受熱用フィン２５と、放熱部２４の外周に設けられて放熱面積を拡張させる複数の放熱用フィン２６とを備えている。
【００１９】
円筒管２１は、略Ｌ字状に屈曲して形成されており、受熱部２３の管軸方向が排気ガスの流れ方向と略平行になり、且つ、受熱部２３の先端側が排気後処理装置１６の直上流側（触媒入口）に隣接して配置されるように、排気管１２に固定されている。
【００２０】
本実施形態において、円筒管２１の内圧は、受熱部２３の温度がＮＯｘ触媒１８の活性上限温度（例えば、約６００℃）まで上昇すると円筒管２１内の作動流体を気化（蒸発）させる内圧値で設定されている。すなわち、高温排気ガスによって受熱部２３が触媒活性上限温度まで昇温されると、作動流体が気化して放熱部２４に移動し、外気との熱交換により冷却されることで、排気熱の外気への放出が促進されるようになっている。このように、受熱部２３が触媒活性上限温度よりも高く昇温させる高排気温時は、ヒートパイプ２０の熱伝達によって排気ガスの冷却を促進させることで、ヒートパイプ２０よりも下流側の排気ガス温度（触媒入口温度）が触媒活性上限温度よりも低く抑えられるようになる。
【００２１】
以上詳述したように、本実施形態の触媒温度制御装置では、高温排気ガスによって加熱される受熱部２３の温度が触媒活性上限温度まで上昇すると、円筒管２１内の作動流体が気化して放熱部２４に移動し、排気熱を外気に放出させることで、高温排気ガスの冷却が促進されるように構成されている。すなわち、ＮＯｘ触媒１８が触媒活性上限温度よりも昇温されるような高排気温状態になると、ヒートパイプ２０の熱伝達によって高温排気ガスの冷却が促進されることで、触媒入口温度は活性上限温度よりも低く抑えられるようになる。これにより、高排気温時においても触媒温度を活性温度域に効果的に維持することが可能となり、浄化性能の低下による排気エミッションの悪化を防止することができる。
【００２２】
［第二実施形態］
次に、図３，４に基づいて、第二実施形態に係る触媒温度制御装置のヒートパイプの詳細を説明する。
【００２３】
第二実施形態のヒートパイプ２０は、円筒管２１内の受熱部２３と放熱部２４との間に設けられた閉塞体２７と、閉塞体２７にグリースやオイル等の水よりも蒸気圧が低い（沸点が低い）粘性液体を圧力媒体として供給又は排出させる圧力媒体給排機構３０とをさらに備えて構成されている。
【００２４】
閉塞体２７は、伸縮性及び耐熱性を有するゴム等の弾性材料で形成されており、圧力媒体給排機構３０から圧力媒体が供給されると、径方向に膨張して円筒管２１の内壁に密接される。このように、閉塞体２７が円筒管２１の内壁に密接すると、円筒管２１内の流路は遮閉され、受熱部２３から放熱部２４への蒸気の流れが遮断されるようになっている。一方、閉塞体２７から圧力媒体が排出されると、閉塞体２７は図４の状態に縮小し、円筒管２１内の流路が開放されるようになっている。
【００２５】
圧力媒体給排機構３０は、グリースやオイル等の粘性液体を貯留する貯留部３１と、ＤＣモータ等の電動モータ３２によって正転駆動又は逆転駆動する電動ポンプ３３と、電動ポンプ３３の駆動を制御するコントロールユニット３４と、電動ポンプ３３と貯留部３１とを連通させる第１給排管３５と、円筒管２１を貫通して電動ポンプ３３と閉塞体２７とを連通させる第２給排管３６と、ヒートパイプ２０よりも上流側の排気ガス温度を検出する温度センサ３７とを備えて構成されている。第２給排管３６は、円筒管２１内の真空度が低下しないように、円筒管２１に溶接等で固着されている。
【００２６】
電動ポンプ３３は、円筒管２１内の蒸気（作動流体）の移動を遮断する場合に正転駆動される。より詳しくは、電動ポンプ３３が正転駆動すると、貯留部３１内の圧力媒体は第１給排管３５から第２給排管３６を介して閉塞体２７に供給され、閉塞体２７によって円筒管２１内の流路が遮閉されることで、受熱部２３から放熱部２４への蒸気（作動流体）の流れは遮断される。
【００２７】
一方、電動ポンプ３３は、円筒管２１内の蒸気（作動流体）の移動を許容する場合に逆転駆動される。電動ポンプ３３が逆転駆動すると、閉塞体２７内の圧力媒体は第２給排管３６から第１給排管３５を介して貯留部３１に排出され、閉塞体２７が縮小することで、円筒管２１内の流路が開放されるようになっている。
【００２８】
本実施形態において、電動ポンプ３３は、温度センサ３７で検出される排気ガス温度がＮＯｘ触媒１８の活性上限温度未満の場合に正転駆動され、温度センサ３７で検出される排気ガス温度が活性上限温度以上になると逆転駆動される。すなわち、受熱部２３を加熱する排気ガスの温度が活性上限温度以上になると、電動ポンプ３３の逆転駆動によって閉塞体２７内から圧力媒体が排出され、閉塞体２７が縮小して円筒管２１内の流路を開放することで、ヒートパイプ２０の熱伝達による高温排気ガスの冷却が開始されるようになっている。
【００２９】
以上詳述したように、第二実施形態の触媒温度制御装置によれば、受熱部２３を加熱する排気ガスの温度が活性上限温度以上に上昇すると、閉塞体２７を縮小させて円筒管２１内の作動流体の移動を開始させ、ヒートパイプ２０による高温排気ガスの冷却を促進させることで、第一実施形態と同様に触媒入口温度が活性上限温度よりも低く抑えられるようになる。これにより、高排気温時においても触媒温度を活性温度域に効果的に維持することが可能となり、浄化性能の低下による排気エミッションの悪化を防止することができる。
【００３０】
なお、本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００３１】
例えば、図５に示すように、空冷ファン２８を円筒管２１の放熱部２４に隣接して設け、温度センサ３７で検出される排気ガス温度がＮＯｘ触媒１８の活性上限温度以上になると空冷ファン２８を駆動させるように構成してもよい。このように、空冷ファン２８で放熱部２４を強制的に冷却することで、ヒートパイプ２０による高温排気ガスの冷却が効果的に促進されるようになり、触媒温度を活性温度域に確実に維持することができる。
【００３２】
また、円筒管２１は略Ｌ字状に屈曲されたものに限定されず、図６に示すように、直線状のものを用いてもよい。この場合は、放熱部２４を受熱部２３よりも上方に配置し、放熱部２４で液化された作動流体を重力によって受熱部２３に再循環させるように構成すれば、ウィック２２は省略してもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１０  エンジン
１２  排気管
１６  排気後処理装置
１８  ＮＯｘ触媒
２０  ヒートパイプ
２１  円筒管
２２  ウィック
２３  受熱部
２４  放熱部
２５  受熱用フィン
２６  放熱用フィン
【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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