(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前段の第１触媒コンバータと後段の第２触媒コンバータとをエンジンの排気ガスが通過する通路に直列配置してなる主排気ガス通路と、
圧縮機と高耐圧の第３触媒コンバータと開閉制御弁とを直列配置してなり且つ前記第１触媒コンバータの後方と前記第２触媒コンバータの前方との間に接続される副排気ガス通路と、
少なくとも前記第１触媒コンバータの活性状態に応じて前記圧縮機と前記開閉制御弁との作動を制御する制御装置とを有することを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気ガス浄化装置に関し、特にエンジンの出力特性に影響を及ぼさずに始動直後の排気ガス浄化効率を高めることができるように改良されたエンジンの排気ガス浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷機時は排気ガスの温度が低く触媒コンバータの活性が低いため、高い排気ガス浄化効率を得ることができない。排気ガスの浄化効率を高めるには、触媒コンバータの温度を高める必要がある。触媒コンバータを積極的に昇温させる技術として、主排気ガス通路の触媒コンバータの出口側に切換制御弁を設けて副排気ガス通路を分岐させ、副排気ガス通路に圧縮機およびボンベを設け、冷機時は排気ガスを圧縮機で圧縮してボンベに一旦蓄え、圧縮時に昇温した排気ガスを主排気ガス通路に還流させることにより、主排気ガス通路の触媒コンバータを早期に昇温させるようにしたものが、特開平７−１１９４４９号公報に提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記公報に記載の先行技術によると、排気ガスが常時通過する主排気ガス通路に切換制御弁が設けられているため、主排気ガス通路の流路抵抗が増大しがちとなるうえ、暖機時には切換制御弁が高温の排気ガスに常時曝されるため、その耐久性が問題となり得る。また、圧縮されて昇圧した排気ガスが還流するので、主排気ガス通路の耐圧性を高めねばならない。これらは、エンジン性能の低下要因および製造コストの増大要因となるので好ましいことではない。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものでありその主な目的は、エンジン性能の低下を招かずに済み、しかも比較的容易に実用化することのできるエンジンの排気ガス浄化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】
このような目的を果たすために、本発明においては、主排気ガス通路（６）に従来通りの触媒コンバータを２つ直列に配置し、前段の第１触媒コンバータ（４）の出口に設けた副排気ガス通路（７）への導出口に圧縮機（１０）を接続し、圧縮機の吐出口に第３触媒コンバータである耐圧触媒コンバータ（１１）を接続し、耐圧触媒コンバータの出口と主排気ガス通路の後段の第２触媒コンバータ（５）の入口とを開閉制御弁（１２）を介して接続する構成とすると共に、少なくとも第１触媒コンバータに設けた温度センサ（１６）の出力に基づいて圧縮機と開閉制御弁とを電子制御ユニット（１５）で制御するものとした。
【０００６】
これによると、例えばクランク軸で駆動される圧縮機で圧縮することによって昇温した排気ガスを副排気ガス通路の耐圧触媒コンバータで浄化し、かつ主排気ガス通路の第２触媒コンバータへ送り出すことにより、第２触媒コンバータの早期活性化を企図し得る。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【０００８】
図１は、本発明に基づき構成されたエンジンの排気ガス浄化装置の概要を示している。エンジン１の燃焼室２から排出された燃焼ガスは、排気マニホルド３を通り、暖機時は、直列配置された第１触媒コンバータ４及び第２触媒コンバータ５からなる主排気ガス通路６に流入し、ここで浄化された上で図示されていない消音器を経て大気中に放出される。
【０００９】
他方、主排気ガス通路６の前段に設けられた第１触媒コンバータ４の出口と、主排気ガス通路６の後段に設けられた第２触媒コンバータ５の入口との間には、副排気ガス通路７が接続されている。この副排気ガス通路７には、クラッチ機構８およびベルト／プーリなどの適宜な動力伝達機構を介してエンジン１のクランク軸９に連結された圧縮機１０が設けられており、第１触媒コンバータ４から流出した排気ガスを、所定の条件下で圧縮するようになっている。ここで圧縮された排気ガスは、圧縮機１０の吐出口に接続された耐圧触媒コンバータ１１に流入する。耐圧触媒コンバータ１１の出口には、開閉制御弁１２が設けられており、耐圧触媒コンバータ１１に設けられた圧力センサ１３及び温度センサ１４の出力がある所定値に達するまではこの開閉制御弁１２を閉じておくことにより、圧縮された排気ガスが耐圧触媒コンバータ１１に蓄えられるようになっている。
【００１０】
これらのセンサ１３・１４の出力が所定値を超えたことが検知されると、電子制御ユニット１５の指令によって開閉制御弁１２が開かれ、十分に昇温し且つ耐圧触媒コンバータ１１で浄化された排気ガスが、第２触媒コンバータ５へと導かれ、大気中に放出される。この耐圧触媒コンバータ１１を経て昇温された排気ガスにより、第２触媒コンバータ５は短時間で活性化温度（触媒を構成する貴金属の種類により差があるが、例えば摂氏２５０〜４００度程度）に達する。
【００１１】
暖機して主排気ガス通路６の第１・第２触媒コンバータ４・５が活性化したことが第１触媒コンバータ４に設けられた温度センサ１６の出力などから判断されたならば、クラッチ機構８を切断することでクランク軸９から圧縮機１０への動力伝達を断つことにより、副排気ガス通路７への排気ガスの流入が断たれる。
【００１２】
なお、圧縮機１０への駆動力は、ベルト／プーリ機構やギア機構などを用いてクランク軸９から伝達するものに限らず、専用の電動モータで与えるものであっても良い。
【００１３】
次に圧縮機１０に与える駆動力の断続を行うクラッチ機構８の作動に関わる制御フローについて図２を参照して説明する。
【００１４】
先ず、エンジン１が始動しているか否かを判断し（ステップ１）、始動していない時は始動後安定タイマ（１〜２秒程度）をセットする（ステップ２）。また既にエンジン１が始動した状態にあるとステップ１で判定された時は、始動直後はエンジンの回転が安定していないので、始動後安定タイマの残り時間を計時する（ステップ３）。ここで始動後安定タイマがタイムアップしていないと判定された時は、圧縮機作動カウンタ（ＴＤＣカウンタ）をセットする（ステップ４）。
【００１５】
ステップ３で始動後安定タイマがタイムアップと判定された時は、圧縮機作動カウンタを計数する（ステップ５）。ここで圧縮機作動カウンタの計数が終了と判定された時は、クラッチ機構８を切断して圧縮機１０の作動を停止させる（ステップ６）。また、ここでカウント継続中と判定された時は、第１触媒コンバータ４の温度を温度センサ１６で検出し（ステップ７）、これをある規定値と比較する（ステップ８）。その結果、第１触媒コンバータ４の温度が規定値（摂氏４００〜５００度程度）以上と判定された時は、ステップ６へ進み、クラッチ機構８を切断して圧縮機１０の作動を停止させる。
【００１６】
ステップ８で第１触媒コンバータ４の温度が規定値（摂氏３００度程度）以下と判定された時は、エンジン回転速度および吸気負圧などからエンジンの負荷状態を検出し（ステップ９）、これをある規定値と比較する（ステップ１０）。その結果、現在のエンジン負荷が規定値以上と判定された時は、ステップ６へ進んでクラッチ機構８を切断して圧縮機１０の作動を停止させ、また規定値以下と判定された時は、ステップ１１へと進む。
【００１７】
ステップ１１では、開閉制御弁１２の開度を検出し、現状の開閉制御弁１２の開度指令値が規定値以上か否かを判断する（ステップ１２）。その結果、規定値以下と判定された時は、クラッチ機構８を接続して圧縮機１０を作動させ（ステップ１３）、規定値以上と判定された時は、耐圧触媒コンバータ１１に設けられた圧力センサ１３及び温度センサ１４の出力を検出する（ステップ１４）。そしてこれらの値をある規定値と比較し（ステップ１５）、規定値以上と判定された時は、ステップ６へ進んでクラッチ機構８を切断して圧縮機１０の作動を停止させ、規定値以下と判定された時は、ステップ１３へ進んでクラッチ機構８を接続して圧縮機１０を作動させる。
【００１８】
なお、これらの圧力および温度の規定値は、耐圧触媒コンバータ１１の耐圧性能（３〜４ｋＰａ）並びに劣化促進温度（摂氏７００〜９００度）に応じて適宜に設定される。
【００１９】
次に開閉制御弁１２の制御フローについて図３を参照して説明する。
【００２０】
先ずクラッチ機構８の作動状態を判断し（ステップ２１）、これが不作動状態にあると判定された時は開閉制御弁１２の開度を最低限度値に設定する（ステップ２２）。またクラッチ機構８が作動状態にあると判定された時は、耐圧触媒コンバータ１１の圧力が低圧側の規定値（１．５ｋＰａ程度）以下であるか否かを判断する（ステップ２３）。ここで低圧規定値以下と判定された時は、前回の開度指令値からある所定値を減算した値を求め（ステップ２４）、この値を最低限度値と比較する（ステップ２５）。その結果、この値が最低限度値以下の時は、ステップ２２へ進んで開閉制御弁１２の開度を最低限度値に設定し、最低限度値に達していない時は、そのままの値で開閉制御弁１２の開度を設定する。
【００２１】
ステップ２３での判定が低圧規定値以上の時は、ステップ２６へ進み、高圧側の規定値（図２のステップ１５での規定値：３．５ｋＰａ程度）以上か否かを判断する。ここで高圧規定値以上と判定された時は、前回の開度指令値にある所定値を加算した値を求める（ステップ２７）。この値を最大限度値と比較し（ステップ２８）、その結果、この値が最大限度値以上と判定された時は、開閉制御弁１２の開度を最大値に設定し（ステップ２９）、最大限度値に達していない時は、そのままの値で開閉制御弁１２の開度を設定する。
【００２２】
ステップ２６での検出圧力が高圧規定値以下と判定された時は、耐圧触媒コンバータ１１の温度が低温側の規定値（摂氏４００度程度）以下であるか否かの判断を行う（ステップ３０）。この値が低温規定値以下と判定された時は、ステップ２４へ進み、低温規定値以上と判定された時は、ステップ３１へと進み、耐圧触媒コンバータ１１の温度が高温側の規定値（図２のステップ８での規定値：摂氏８００度程度）以上か否かを判断する。そしてこの結果、高温規定値以上と判定された時は、ステップ２７へ進み、高温規定値以下と判定された時は、開閉制御弁１２の開度指令値は前回値を維持させる。つまり耐圧触媒コンバータ１１の圧力並びに温度が共にある特定の幅に入っているならば、開閉制御弁１２の開度指令値は前回値を維持することになる。
【００２３】
このようにして、触媒コンバータが活性化していないために排気ガスの浄化が不十分となりがちな始動直後、つまり冷機時は、主排気ガス通路６に設けられた触媒コンバータが十分に活性化するまでの間、第１触媒コンバータ４と第２触媒コンバータ５との間に接続された副排気ガス通路７へバイパスさせた排気ガスを、圧縮することによって昇温させるものとしている。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、主排気ガス通路の前段に設けられた第１触媒コンバータを通過した排気ガスを、副排気ガス通路に設けた圧縮機で圧縮した上で耐圧触媒コンバータに押し込み、圧縮による排気ガス自体の昇温作用を利用して耐圧触媒コンバータで十分な浄化作用を受け、これを主排気ガス通路の後段に設けられた第２触媒コンバータへ送り込むことにより、主排気ガス通路の第２触媒コンバータを短時間で活性化させることができる。従って、本発明により、装置全体の過度な複雑化を招かずに冷機時の排気ガスの浄化効率を高める上に多大な効果を奏することができ、しかも開閉制御弁は、冷機時にのみ排気ガスが流通するものなので、耐久性の問題などを生ぜずに済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエンジンの排気ガス浄化装置の概略構成図
【図２】圧縮機に対する動力の断続を行うクラッチ機構の作動に関わる制御フロー図
【図３】開閉制御弁の開度に関わる制御フロー図
【符号の説明】
１  エンジン
４  第１コンバータ
５  第２コンバータ
６  主排気ガス通路
７  副排気ガス通路
８  クラッチ機構
１０  圧縮機
１１  耐圧触媒コンバータ
１３  圧力センサ
１４  温度センサ
１５  電子制御ユニット
１６  温度センサ
【図１】
0004372958.tif 000002
【図２】
0004372958.tif 000003
【図３】
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