(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、前記機関と前記排気浄化触媒とを接続し機関の排気を前記排気浄化触媒に供給する通常排気通路と、前記通常排気通路に入口と出口が接続されたループ状の冷却排気通路と、機関運転中、予め定めた触媒低温状態では前記通常排気通路内の排気を直接前記排気浄化触媒に流入させ、予め定めた触媒高温状態では前記通常排気通路内の排気を前記入口から一旦前記冷却排気通路に導き、前記冷却排気通路を流れて温度が低下した排気を前記出口から前記通常排気通路に流入させて排気浄化触媒に供給する切換手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、機関運転中前記冷却排気通路を加熱し、冷却排気通路の壁面温度を排気中の水分の凝縮が生じる温度以上に維持する加熱手段を備え、前記加熱手段は、内部に常時排気が流れる排気通路壁面に前記冷却排気通路の壁面を接触させることにより形成されたことを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、前記機関と前記排気浄化触媒とを接続し機関の排気を前記排気浄化触媒に供給する通常排気通路と、前記通常排気通路に入口と出口が接続されたループ状の冷却排気通路と、機関運転中、予め定めた触媒低温状態では前記通常排気通路内の排気を直接前記排気浄化触媒に流入させ、予め定めた触媒高温状態では前記通常排気通路内の排気を前記入口から一旦前記冷却排気通路に導き、前記冷却排気通路を流れて温度が低下した排気を前記出口から前記通常排気通路に流入させて排気浄化触媒に供給する切換手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記冷却排気通路中に、冷却排気通路壁面で凝縮した排気中の水分が集合する低位置の滞留部を形成するとともに、該滞留部に滞留した水分を排出する排水通路を設け、前記排水通路は、前記滞留部と、前記排気浄化触媒を通過した後の排気が流れる下流側排気通路とを接続する、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、前記機関と前記排気浄化触媒とを接続し機関の排気を前記排気浄化触媒に供給する通常排気通路と、前記通常排気通路に入口と出口が接続されたループ状の冷却排気通路と、機関運転中、予め定めた触媒低温状態では前記通常排気通路内の排気を直接前記排気浄化触媒に流入させ、予め定めた触媒高温状態では前記通常排気通路内の排気を前記入口から一旦前記冷却排気通路に導き、前記冷却排気通路を流れて温度が低下した排気を前記出口から前記通常排気通路に流入させて排気浄化触媒に供給する切換手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記冷却排気通路の入口は、冷却排気通路中の最も低位置に配置されていることを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記排気浄化触媒は、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯXを吸着、吸収またはその両方にて選択的に保持し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比となったときに、吸蔵したＮＯXを排気中の還元成分を用いて還元浄化するＮＯX吸蔵触媒である、請求項１から請求項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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、詳細には機関排気系に配置した排気浄化触媒により排気中の有害物を浄化する排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気通路に排気浄化触媒を配置し、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯXなどの有害物質を浄化する排気浄化装置が知られている。一般に、排気浄化触媒は触媒の種類に応じた固有の作動温度があり、触媒温度がこの作動温度より低いと排気浄化性能を発揮できなくなる問題がある。また、例えばリーン空燃比の排気中のＮＯXを吸蔵し、排気空燃比が低下したときに吸蔵したＮＯXを還元するＮＯX吸蔵触媒などでは、触媒温度がある上限温度より高くなると吸蔵されたＮＯXが還元されずに放出されるようになり、浄化効率が大幅に低下する。また、三元触媒などにおいても、触媒温度が高くなると触媒が劣化してしまい触媒性能が低下する問題がある。
【０００３】
このため、排気を効率的に浄化し、触媒の劣化を防止するためには機関の運転中触媒温度を一定の範囲に維持することが必要となる。
ところが、触媒温度は機関の排気温度に大きな影響を受け、排気温度に応じて変化する。このため、機関冷間始動時などで機関排気温度が比較的低い状態では触媒温度が低下して作動温度以下になったり、逆に機関高負荷運転時等の排気温度が高い状態では触媒温度が過度に上昇して触媒性能の低下や触媒の劣化を生じる場合がある。
【０００４】
この問題を解決するために、例えば特開平１０−２７４０３５公報では、内燃機関と排気浄化触媒とを短い経路を有する排気管で接続するとともに、この短い経路を有する排気管に入口と出口とを接続した長い排気管を設けた排気浄化装置を提案している。同公報の装置は、機関排気を短い経路を有する排気管を通じて排気浄化触媒に直接供給するか、あるいは機関排気を短い排気管から一旦長い排気管中を流した後に排気浄化触媒に供給するか、を切換えることにより、機関運転中の排気浄化触媒温度を制御するようにしたものである。
【０００５】
長い経路を有する排気管では、短い経路を有する排気管より排気管の壁面総面積が大きくなるため、短い経路を有する排気管より排気から管壁を通じて外部に放熱される熱量が大きくなる。このため、触媒に到達する排気の温度は長い経路を通過して供給された場合のほうが短い通路から直接供給された場合より低くなる。
【０００６】
上記特開平１０−２７４０３５公報の装置では、排気浄化触媒の温度が予め選択した最高温度より高い場合には、長い経路を有する排気管を経由して触媒に排気を供給し、排気浄化触媒の温度が予め定めた最低温度より低い場合には短い経路を有する排気管から直接触媒に排気を供給するようにしている。
【０００７】
これにより、触媒温度が高い場合には長い経路を有する排気管を通過して温度が低下した排気が触媒に供給され、触媒の過熱が防止されるとともに、触媒温度が低い場合には、短い経路を有する排気管から温度低下の少ない排気が直接触媒に供給され、触媒温度の低下が防止される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特開平１０−２７４０３５号公報の装置では実際には機関の運転中大部分の時間は短い経路を有する排気管が使用され、長い経路の排気管が使用されるのは機関の高負荷運転時等の比較的限られた時間となることが判明している。このため、長い経路を有する排気管は比較的長時間排気が流通しない状態に維持される場合がある。
【０００９】
排気が流通しない状態では、排気管壁面の温度は放熱により低下するが、壁面温度が露点以下になると内部に滞留した排気中の水分が液滴の形で壁面に凝縮するようになる。壁面に凝縮した水分は徐々に壁面を伝って排気管中の低い部分（低位部）に集り、滞留するようになる。
【００１０】
すなわち、上記公報の装置では長時間長い経路を有する排気管が使用されない場合には、排気管中に凝縮水が生成し、液体の形で低位部に滞留するようになる。この凝縮水はある程度の量になると車両の走行による加速度や振動などにより、あるいは長い経路の排気管に排気が流通されたような場合などに、短い経路の排気管に流入し、液体のまま触媒に到達する場合がある。
【００１１】
機関運転中は触媒は高温になっており、特に長い経路の排気管に排気が導入される場合には触媒が通常より高温になっている場合が多い。この状態で凝縮水が液体のまま触媒に到達すると、触媒は局部的に急冷され触媒担体に大きな熱応力が発生し、触媒担体や触媒そのものの劣化や極端な場合には担体の破損などが生じる場合がある。
【００１２】
また、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯXを吸着、吸収またはその両方にて選択的に保持し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比となったときに、吸蔵したＮＯXを排気中の還元成分を用いて還元浄化するＮＯX吸蔵触媒等では、カリウムを含有している場合には、液状の水との接触によりカリウムが水中に溶出してしまい、触媒としての機能が低下する場合があることが知られている。
すなわち、上記特開平１０−２７４０３５号公報の装置では長い経路を有する排気通路に発生する凝縮水のために触媒の劣化や機能低下の問題が生じるのである。
【００１３】
本発明は上記問題に鑑み、排気通路を切換えて使用することにより触媒の温度を制御する形式の排気浄化装置において、使用していない排気管に生じた凝縮水により触媒の劣化や機能低下が生じることを防止可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、前記機関と前記排気浄化触媒とを接続し機関の排気を前記排気浄化触媒に供給する通常排気通路と、前記通常排気通路に入口と出口が接続されたループ状の冷却排気通路と、機関運転中、予め定めた触媒低温状態では前記通常排気通路内の排気を直接前記排気浄化触媒に流入させ、予め定めた触媒高温状態では前記通常排気通路内の排気を前記入口から一旦前記冷却排気通路に導き、前記冷却排気通路を流れて温度が低下した排気を前記出口から前記通常排気通路に流入させて排気浄化触媒に供給する切換手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、機関運転中前記冷却排気通路を加熱し、冷却排気通路の壁面温度を排気中の水分の凝縮が生じる温度以上に維持する加熱手段を備え、前記加熱手段は、内部に常時排気が流れる排気通路壁面に前記冷却排気通路の壁面を接触させることにより形成されたことを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１５】
すなわち、請求項１の発明では冷却排気通路の壁面温度を排気中の水分の凝縮が生じる温度（露点温度）以上に維持する加熱手段が備えられている。冷却排気通路は排気温度が高くなる高負荷運転時等、排気の温度を低下させる必要がある場合以外には使用されないため、長時間排気が流通しない場合がある。
しかし、本発明では加熱手段が設けられており、冷却排気通路の壁面温度は露点以上に維持されるため、排気が流通しない場合でも冷却排気通路壁面に排気中の水分の凝縮が生じない。このため、凝縮水と触媒との接触による問題が生じることが防止される。
【００１７】
また、請求項１の発明では冷却排気通路壁面を常時排気が流れる排気通路の壁面に接触させることにより冷却排気通路の壁面を加熱する。これにより、機関運転中、簡易かつ確実に冷却排気通路壁面の温度を露点以上に維持することが可能となる。なお、常時排気通路が流れる排気通路としては、例えば通常排気通路（触媒上流側の排気通路）や触媒を通過した後の排気が流れる下流側排気通路が使用される。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、前記機関と前記排気浄化触媒とを接続し機関の排気を前記排気浄化触媒に供給する通常排気通路と、前記通常排気通路に入口と出口が接続されたループ状の冷却排気通路と、機関運転中、予め定めた触媒低温状態では前記通常排気通路内の排気を直接前記排気浄化触媒に流入させ、予め定めた触媒高温状態では前記通常排気通路内の排気を前記入口から一旦前記冷却排気通路に導き、前記冷却排気通路を流れて温度が低下した排気を前記出口から前記通常排気通路に流入させて排気浄化触媒に供給する切換手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記冷却排気通路中に、冷却排気通路壁面で凝縮した排気中の水分が集合する低位置の滞留部を形成するとともに、該滞留部に滞留した水分を排出する排水通路を設け、前記排水通路は、前記滞留部と、前記排気浄化触媒を通過した後の排気が流れる下流側排気通路とを接続する、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１９】
すなわち、請求項２の発明では、冷却排気通路壁面に凝縮した水分は、冷却排気通路の低位置に設けられた滞留部に重力により集合し、そこに滞留する。また、滞留部には排水通路が設けられており、滞留部にたまった凝縮水は排水通路から外部に排出される。なお、排出通路には排気ガスの大気への放出を防止するために、必要に応じて開閉弁を設けることも可能である。
【００２１】
また、請求項２の発明では、排水通路は触媒の下流側排気通路に接続されているため、凝縮水は触媒下流側の排気通路に排出され、凝縮水が触媒と接触することが確実に防止される。なお、この場合も通常排気通路から冷却排気通路の排水通路を通って下流側排気通路に排気が直接流れることを防止するために、排水通路に排水時のみ開弁する開閉弁を設けるようにすることも可能である。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、前記機関と前記排気浄化触媒とを接続し機関の排気を前記排気浄化触媒に供給する通常排気通路と、前記通常排気通路に入口と出口が接続されたループ状の冷却排気通路と、機関運転中、予め定めた触媒低温状態では前記通常排気通路内の排気を直接前記排気浄化触媒に流入させ、予め定めた触媒高温状態では前記通常排気通路内の排気を前記入口から一旦前記冷却排気通路に導き、前記冷却排気通路を流れて温度が低下した排気を前記出口から前記通常排気通路に流入させて排気浄化触媒に供給する切換手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記冷却排気通路の入口は、冷却排気通路中の最も低位置に配置されていることを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２３】
すなわち、請求項３の発明では冷却排気通路の各部分のうち、通常排気通路に接続された入口部分が最も低い位置に配置されている。通常排気通路には常時排気が流通しているため、冷却排気通路の入口部分近傍の壁面は冷却排気通路非使用時においても比較的高温になる。
【００２４】
本発明では、冷却排気通路に排気が流通しない時に生じた凝縮水は少量ずつ壁面を伝って最も低位置にある入口部分に到達する。このため、入口部分には大量の凝縮水が同時に到達することがないため、到達した凝縮水は比較的高温の入口部分近傍の壁面で再度蒸発し、水蒸気となって排気と共に触媒を通過して流れ、凝縮水が直接触媒と接触することが防止される。
【００２５】
請求項４に記載の発明によれば、前記排気浄化触媒は、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯXを吸着、吸収またはその両方にて選択的に保持し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比となったときに、吸蔵したＮＯXを排気中の還元成分を用いて還元浄化するＮＯX吸蔵触媒である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２６】
すなわち、請求項４の発明では排気浄化用触媒としてＮＯX吸蔵触媒を使用する場合に、請求項１から請求項３の構成が採用される。ＮＯX吸蔵触媒はカリウム成分を含有するものがあり、凝縮水が直接触媒に接触すると水への溶出により触媒からカリウム成分が失われ機能が低下する問題がある。しかし、本発明では凝縮水と排気浄化触媒との接触が防止されるため、ＮＯX吸蔵触媒を使用する排気浄化装置においては熱応力による触媒の劣化のみならず、カリウムの溶出によるＮＯX吸蔵触媒の機能低下を防止することが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明を自動車用内燃機関に適用した実施形態の概略構成を模式的に示す図である。
図１において、１は内燃機関本体、３は機関１の排気が流れる排気管、３ａは排気管３を機関１の各気筒の排気ポートに接続する排気マニホルドをそれぞれ示している。排気管３の比較的機関１に近い部分には、排気空燃比が理論空燃比近傍にあるときに排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯXの三成分を同時に浄化可能な三元触媒からなるスタートキャタリスト（ＳＣ）５が配置されている。ＳＣ５は、比較的小容量の触媒とされ、機関冷間始動時等に短時間で活性化温度まで昇温し排気浄化を開始するようにされている。
【００２８】
本実施形態では、ＳＣ５下流の排気管には、ＮＯX吸蔵触媒７が配置されている。ＮＯX吸蔵触媒７は、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯXを吸着、吸収またはその両方にて選択的に保持（吸蔵）し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比となったときに、吸蔵したＮＯXを排気中の還元成分を用いて還元浄化するものである。なお、本実施形態では機関排気系にＮＯX吸蔵触媒を設けた場合を例にとって説明しているが、本発明はＮＯX吸蔵触媒以外の触媒、例えば三元触媒、酸化触媒、還元触媒等にも同様に適用可能である。
【００２９】
図１において９ａはＮＯX吸蔵触媒７の上流側（入口）排気管、１１はＮＯX吸蔵触媒７を通過した排気が流れる下流側（出口）排気管である。
また、図１に９ｂで示すのは、排気の温度を低下させる冷却排気通路として機能するループ排気管である。排気管９ｂは、両端（入口と出口）が排気管３のＮＯX吸蔵触媒７入口部分９ａに接続されたループ状の構成とされている。
【００３０】
排気管９ａへのループ排気管９ｂの接続部９には切換弁９ｃが設けられている。切換弁９ｃは、排気をループ排気管９ｂを経由してＮＯX吸蔵触媒７に流入させる冷却位置と、直接入口配管９ａを通ってＮＯX吸蔵触媒７に流入する通常位置との２つの位置に切換可能とされ、ＮＯX吸蔵触媒７の温度調整に用いられる。
【００３１】
図２（Ａ）、（Ｂ）は、切換弁９ｃを用いたＮＯX吸蔵触媒７の温度制御の原理を説明する図である。図２において図１と同じ参照符号は同様の要素を示している。
図２（Ａ）は触媒７の温度が比較的低い場合を示している。この場合には切換弁９ｃは図２（Ａ）に示すように排気管３内の排気流に平行な位置に保持される。これにより、機関１からＳＣ５を通過した排気は、排気管３から直接入口排気管９ａを経てＮＯX吸蔵触媒７に流入するようになり、ループ排気管９ｂを経由することなくＮＯX吸蔵触媒７に供給される。従って、切換弁９ｃが図２（Ａ）の位置（通常位置）にある場合には、排気管壁面を通じた外部への排気の熱放散は比較的少ない。従って、この位置では排気は壁面を通じた熱放散のために温度が低下することなく比較的高い温度でＮＯX吸蔵触媒７に流入する。
【００３２】
一方、図２（Ｂ）は触媒７の温度が比較的高い場合を示している。この場合には、切換弁９ｃは図２（Ｂ）に示す冷却位置に切換えられる。図２（Ｂ）に示すように、この位置では、ループ排気管９ｂの一方の開放端Ａ（入口）は切換弁９ｃにより上流側の排気管３に連通し、もう一方の開放端Ｂ（出口）はＮＯX吸蔵触媒７入口排気管９ａに連通する。このため、切換弁９ｃが図２（Ｂ）の冷却位置にある場合には、排気管３を通って流れてきた排気は、切換弁９ｃによりループ排気管９ｂの入口Ａからループ排気管９ｂ内に流入し、排気管９ｂを通って流れた後、ループ排気管９ｂの出口Ｂから入口排気管９ａを通ってＮＯX吸蔵触媒７に流入する。
【００３３】
従って、排気切換弁９ｃが図２（Ｂ）の位置（冷却位置）にある場合には、排気はループ排気管９ｂ内を流れる間に壁面からの放熱により温度が低下し、比較的低温の排気としてＮＯX吸蔵触媒７に流入する。
【００３４】
前述したように、ＮＯX吸蔵触媒７は温度が作動温度より低い場合にはＮＯXを浄化することはできず、また温度が高すぎる場合には吸蔵したＮＯXが還元されないまま放出されるようになる。すなわち、ＮＯX吸蔵触媒７の排気浄化性能は触媒温度がある温度領域より高くても低くても低下する。このため、機関運転中には、ＮＯX吸蔵触媒７の温度を良好な排気浄化性能が得られる領域（作動温度領域）に調整する必要がある。
【００３５】
本実施形態では、機関運転時に触媒７温度に応じて適宜な方法を用いて切換弁９ｃを通常位置（図２（Ａ））と冷却位置（図２（Ｂ））との間で切換えることによりＮＯX吸蔵触媒７の温度が作動温度領域内になるように調節することが可能となっている。
【００３６】
ところが、図１、図２のようにループ排気管９ｂへの排気の流れを切換えることにより触媒７の温度を調節する場合、ループ排気管９ｂ内に排気中の水が凝縮する問題がある。
図１、図２のように切換弁９ｃを用いて触媒７の温度を調節する場合には切換弁９ｃの位置にかかわらず排気管３と触媒入口の排気管９ａには常時排気が流れるため、排気管３と入口排気管９ａでは機関運転中に排気管壁面の温度は比較的高温に維持され、壁面温度が排気中の水分の露点温度以下になることはない。
【００３７】
ところが、冷却用のループ排気管９ｂには触媒温度が高温になった場合以外は排気が流通しないため、放熱により排気管壁面温度は低下する。このため、長時間ループ排気管９ｂに排気が流れない状態が生じるとループ排気管９ｂの温度は外気温度近くまで低下し、排気管９ｂ内に滞留した排気中の水分の露点温度以下になる場合が生じる。
【００３８】
ループ排気管９ｂの壁面温度が露点以下に低下すると、壁面には排気中の水分が凝縮し液滴が生じる。また、ループ排気管９ｂの壁面温度低下が長時間続くと液滴はループ排気管９ｂの低位置部分に集り、比較的多量の凝縮水が低位置部分に滞留するようになる。
【００３９】
この滞留凝縮水は、車両走行時の振動や加速度などにより、あるいは機関運転中にループ排気管９ｂに排気が切換えられた場合には排気に押されて、ループ排気管９ｂの入口Ａまたは出口Ｂから入口排気管９ａに流入する場合がある。
【００４０】
入口排気管９ａに凝縮水が侵入した場合、凝縮水の量が少量であれば高温の入口排気管９ａ壁面との接触や排気との接触により凝縮水は瞬時に蒸発するため問題は生じない。しかし、流入した凝縮水の量が比較的多量である場合は、凝縮水が蒸発せずに液体のまま触媒７に到達する場合が生じる。
【００４１】
機関運転中、触媒７は高温になっているため、この状態で液体のままの水が触媒７に到達すると、触媒は局所的に急冷されることになり、触媒担体には急激に大きな熱応力が発生する。このため、凝縮水が機関運転中に触媒に到達すると、極端な場合には大きな熱応力の発生（サーマルショック）により触媒担体の破損が生じる場合がある。また、破損が生じない場合も、凝縮水が繰返し触媒に到達するような場合には、サーマルショックによる触媒担体や触媒そのものの劣化を生じる場合がある。
【００４２】
更に、本実施形態のように排気浄化用触媒としてＮＯX吸蔵触媒７を使用している場合には上記に加えて別の問題が生じる。
ＮＯX吸蔵触媒７は、触媒成分としてカリウム（Ｋ）を含むものが使用される場合がある。ところが、高温状態でＮＯX吸蔵触媒と液体としての水が接触すると、ＮＯX吸蔵触媒から水中にカリウムが溶出することが知られている。このため、ループ排気管９ｂ内で発生した凝縮水が機関運転中にＮＯX吸蔵触媒７に到達すると、ＮＯX吸蔵触媒７からは溶出によりカリウム成分が失われてしまい、ＮＯX吸蔵触媒７の触媒としての能力が低下する問題が生じるのである。
【００４３】
以下に説明する各実施形態では、ループ排気管９ｂに発生した凝縮水が液状のままＮＯX吸蔵触媒７に到達するのを防止することにより、熱応力による触媒担体や触媒の劣化、カリウムの溶出によるＮＯX吸蔵触媒７の能力低下などの問題が生じることを防止している。
【００４４】
以下、本発明の実施形態について説明する。以下に参照する図面において、図１、及び図２（Ａ）、（Ｂ）と同一の参照符号は同様な要素を示している。
【００４５】
（１）第１の実施形態
図３（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態を示し、図３（Ａ）は図２（Ａ）、（Ｂ）と同様な平面図、図３（Ｂ）は側面図である。
【００４６】
本実施形態では、ループ排気管９ｂと触媒７を通過した排気が流れる下流側排気管１１とが交差する部分Ｃでは、下流側排気管１１壁面とループ排気管９ｂ壁面とが溶接により接合された接合部１３が設けられている。機関運転中下流側排気管１１には常に排気が流通しているため、排気管１１壁面の温度は高くなっている。このため、ループ排気管９ｂ壁面には接合部１３を介して排気管１１の熱が伝わりループ排気管９ｂ壁面温度も上昇する。これにより、切換弁９Ｃが通常位置にありループ排気管９ｂに排気が流通していないときにもループ排気管９ｂ壁面温度は、露点以上に維持されループ排気管９ｂ壁面での水分の凝縮が生じない。すなわち、接合部１３はループ排気管９ｂの壁面温度を水分の凝縮が生じない温度に維持する加熱手段として機能する。
【００４７】
ループ排気管９ｂは上流側排気管３とその入口部Ａと出口部Ｂとで接続されている。この接続部Ａ、Ｂからもループ排気管９ｂに熱が伝わるため接続部Ａ、Ｂ近傍ではループ排気管９ｂの壁面温度もある程度高くなっている。しかし、ループ排気管９ｂの壁面温度は接続部Ａ、Ｂから離れるにつれて放熱により低下するため、接続部Ａ、Ｂから最も遠い前述の交差部Ｃ付近では壁面温度が最も低くなる。本実施形態では、接続部１３を接続部Ａ、Ｂからもっと遠い部分Ｃに設けることにより、常にループ排気管９ｂ壁面温度を露点温度以上に維持することが可能となっている。
【００４８】
なお、図３（Ａ）、（Ｂ）の実施形態ではループ排気管９ｂ壁面を下流側排気管１１壁面に溶接により接合し、壁面相互間の伝熱によりループ排気管壁面を加熱しているが、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、壁面相互の伝熱に代えて下流側排気管１１内を流れる排気により直接ループ排気管９ｂ壁面を加熱するようにしても良い。
【００４９】
すなわち、図４（Ａ）、（Ｂ）の実施形態では下流側排気管１１では、交差部Ｃ部分に大径部１１ａが形成されており、ループ排気管９ｂは交差部Ｃでこの大径部１１ａを貫通して延設されている。これにより、交差部Ｃではループ排気管９ｂ外壁に下流側排気管１１内を流れる排気が直接接触するため、ループ排気管９ｂが排気により直接加熱されるようになり、機関運転中ループ排気管９ｂ壁面温度は常に内部に滞留する排気の露点温度以上に維持される。
【００５０】
（２）第２の実施形態
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
前述の第１の実施形態では、ループ排気管９ｂ壁面を加熱して露点以上の温度に維持することにより排気管壁面に水分が凝縮することを防止しているのに対して、本実施形態ではループ排気管９ｂ壁面には水分の凝縮が生じるものの、凝縮により生じた水分が触媒７に流入することなく外部に排出されるようにした点が相違している。
【００５１】
図５（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態の構成を説明する図３（Ａ）、（Ｂ）と同様な図である。
前述の図３（Ａ）、（Ｂ）の実施形態ではループ排気管９ｂは触媒７に沿って略水平に配置されていたのに対して、本実施形態では図５（Ｂ）に示すようにループ排気管９ｂが水平面に対して傾斜して配置されている点が相違している。
【００５２】
本実施形態では、ループ排気管９ｂは、その入口部Ａ、出口部Ｂに対して交差部Ｃが低位置になるように傾斜配置されており、交差部Ｃはループ排気管９ｂ中最も低い位置になるようにされている。
本実施形態では、切換弁９ｃが通常位置にありループ排気管９ｂ中に排気が流通しない状態ではループ排気管９ｂの壁面温度は放熱により低下し、内壁に排気中の水分が凝縮する場合が生じる。
この場合、凝縮した水分は重力に沿ってループ排気管９ｂの内壁を伝って流れループ排気管９ｂの最も低位置に位置する交差部Ｃに集合するようになる。
すなわち、ループ排気管９ｂの交差部Ｃは凝縮水が集合、滞留する滞留部となる。
【００５３】
本実施形態では、ループ排気管９ｂの交差部Ｃの底面の最も低い部分は小径の排水管１５により、触媒７下流側排気管１１に接続されている。
このため、滞留部（交差部Ｃ）に滞留した凝縮水は機関運転中ループ排気管９ｂ内の排気圧力（すなわち、触媒７上流側の排気管３内排気圧力）と重力とにより触媒下流側排気管１１に排出されるようになる。これにより、ループ排気管９ｂ内に滞留した凝縮水は配水管１５により確実に触媒７下流側の排気管１１から外部に排出され、入口部Ａや出口部Ｂから排気管３に流入することがないため、凝縮水が触媒７に到達することが防止される。
【００５４】
なお、本実施形態では交差部Ｃに凝縮水が滞留していない場合には、上流側発３からループ排気管９ｂ、配水管１５を通って排気が触媒７をバイパスして下流側排気管１１に流れる可能性があるが、配水管１５の径は小径であるため触媒７をバイパスして流れる排気の量は極めて少量になり、実際上問題となることはない。
また、必要に応じて排水管１５を閉塞する開閉弁などを設け、凝縮水の排水が終った後配水管を１５を閉塞するようにすれば、排気が触媒７をバイパスして流れることを完全に防止することができる。
【００５５】
（３）第３の実施形態
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
本実施形態においても、上述の第２の実施形態と同様にループ排気管９ｂ内に凝縮水は生成されるものの、ループ排気管９ｂ内の水が液体のまま触媒に到達することが防止される。
【００５６】
図６（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第３の実施形態の構成を示す、図５（Ａ）、（Ｂ）と同様な図である。
図６（Ｂ）に示すように、本実施形態においてもループ排気管９ｂは上述の第２の実施形態と同様水平面に対して傾斜して配置されている。しかし、本実施形態ではループ排気管９ｂの傾斜は、図５（Ｂ）とは反対に入口部分Ａ（と出口部分Ｂ）とがループ排気管９ｂ中で最も低い場所に位置するように配置されている。本実施形態では、ループ排気管９ｂ中に排気が流通していないときに排気管壁面に凝縮した水滴は、壁面を伝って排気管９ｂの入口部分Ａ及び出口部分Ｂに向けて流れる。しかし、入口部分Ａ及び出口部分Ｂは常時排気が流通している排気管３に接続されているため、排気が流通していない状態でもループ排気管９ｂの入口部分Ａと出口部分Ｂの近傍は比較的高温になっている。
【００５７】
このため、壁面を伝って入口Ａまたは出口Ｂ近傍の部分に到達した水滴はこの部分で蒸発して水蒸気になる。すなわち、本実施形態ではループ排気管９ｂ壁面には水分は凝縮するものの、この水分は入口または出口近傍で蒸発するため、液体のまま排気管３に流入することはなく、本実施形態においても凝縮水が液体のまま触媒に到達することが防止される。
【００５８】
なお、本実施形態ではループ排気管９ｂで生成した凝縮水は、再度蒸発して水蒸気となって排気と共に触媒７を通過することになるが、水蒸気との接触によっては触媒の局部的冷却による熱応力の増大や、カリウムの溶出などの問題は生じない。
【００５９】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、排気通路を切換えて触媒に排気を供給することにより触媒温度を調整する場合において、使用していない側の排気通路に凝縮した水が液体のまま触媒に到達することがないため、熱応力による触媒の劣化や損傷、あるいはＮＯX吸蔵触媒のカリウム溶出による機能低下などが確実に防止されるという共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を自動車用機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】ループ排気管と切換弁とによる触媒の温度調整を説明する図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の構成を示す図である。
【図４】図３の実施形態の変形例の構成を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の構成を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…内燃機関本体
３…上流側排気管
７…ＮＯX吸蔵触媒
９ａ…触媒入口排気管
９ｂ…ループ排気管
９ｃ…排気切換弁
１１…下流側排気管
Ａ…ループ排気管入口部
Ｂ…ループ排気管出口部
Ｃ…ループ排気管交差部
【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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