JPH09177545A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンからの排気ガス成分のうち有害とさ
れる成分を触媒を用いた酸化反応や還元反応にて低減す
ることで排気ガスを浄化させるエンジンの排気浄化装置
において、コスト低減と車載レイアウト容易性と触媒劣
化低減とを併せて図ること。 【解決手段】 排気通路１，２の途中にのみ１個だけ設
けられた触媒コンバータ３と、排気温度が高くない通常
時には、触媒コンバータ３が設けられた排気通路１，２
のみを上流の排気通路１から下流の排気通路２に向かっ
て排気ガスが流れるストレート経路を形成し、高排気温
時には、第１バイパス通路４を経過して触媒３ａの後面
側へ流入し、触媒３ａを経過した後、触媒３ａの前面側
から第２バイパス通路５を経過してマフラ側排気通路２
に排気ガスが流れるＳ字経路を形成するように、第１，
第２，第３，第４制御バルブ６，７，８，９を開閉制御
するコントロールユニット１０とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンからの排
気ガス成分のうち有害とされる成分を触媒を用いた酸化
反応や還元反応にて低減することで排気ガスを浄化させ
るエンジンの排気浄化装置の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンの排気浄化装置として
は、例えば、特開平７−８３０３５号公報や特開平７−
８３０３６号公報に記載のものが知られている。

【０００３】前者の公報には、副触媒コンバータの活性
状態に応じて、昇温促進制御（二次空気量と点火時期補
正）を行なうことにより、主触媒コンバータを速やかに
活性化させる技術が示されている。

【０００４】後者の公報には、副触媒コンバータが内燃
機関からの伝導熱によって熱劣化するのを冷却用空気を
バイパス通路内に供給することにより防止し、触媒寿命
等を向上させる技術が示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のエンジンの排気浄化装置にあっては、いずれも２個
以上の触媒コンバータを用いる装置であるため、装置コ
ストが高コストとなると共に、設置スペースが大きくな
り車載レイアウト的に不利であるという問題がある。

【０００６】また、特開平７−８３０３５号公報では、
昇温促進制御により主触媒コンバータの温度を上昇させ
るものであるため、短期間で触媒が熱劣化し、触媒の交
換が必要になる。

【０００７】さらに、特開平７−８３０３６号公報で
は、熱劣化の防止により副触媒コンバータの触媒寿命を
長くすることができるが、冷却用空気をバイパス通路内
に供給して副触媒コンバータを冷却することにより熱劣
化を防止しているため、空気供給機構を設けなければな
らず、装置コスト的にも車載レイアウト的にも不利とな
る。

【０００８】本発明が解決しようとする課題を下記に列
挙する。

【０００９】課題１は、エンジンからの排気ガス成分の
うち有害とされる成分を触媒を用いた酸化反応や還元反
応にて低減することで排気ガスを浄化させるエンジンの
排気浄化装置において、コスト低減と車載レイアウト容
易性と触媒劣化低減とを併せて図ることにある。

【００１０】課題２は、触媒溶損等の異常時における排
気機能を確保しながら、課題１を達成することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

（解決手段１）上記課題１の解決手段１（請求項１）
は、エンジンからの排気ガス成分のうち有害とされる成
分を触媒を用いた酸化反応や還元反応にて低減すること
で排気ガスを浄化させるエンジンの排気浄化装置におい
て、前記排気通路の途中にのみ１個だけ設けられた触媒
コンバータと、前記触媒コンバータの上流の排気通路に
設定されるエンジン側の第１位置及びコンバータ側の第
２位置と、前記触媒コンバータの下流の排気通路に設定
されるコンバータ側の第３位置及びマフラ側の第４位置
と、前記触媒コンバータを迂回して第１位置と第３位置
とを連通する第１バイパス通路と、前記触媒コンバータ
を迂回して第２位置と第４位置とを連通する第２バイパ
ス通路と、前記第１位置と第２位置との間の排気通路に
設けられる第１制御バルブと、前記第１位置から分岐す
る第１バイパス通路に設けられる第２制御バルブと、前
記第２位置から分岐する第２バイパス通路に設けられる
第３制御バルブと、前記第３位置と第４位置との間の排
気通路に設けられる第４制御バルブと、排気温度が高く
ない通常時には第１，第４制御バルブを開き第２，第３
制御バルブを閉じ、高排気温時には第１，第４制御バル
ブを閉じ第２，第３制御バルブを開くバルブ制御手段
と、を備えていることを特徴とする。

【００１２】作用を説明する。

【００１３】排気温度が高くない通常時には、バルブ制
御手段において、第１，第４制御バルブを開き、第２，
第３制御バルブを閉じるバルブ制御が行なわれる。

【００１４】したがって、閉じられている第２，第３制
御バルブにより第１バイパス通路と第２バイパス通路へ
の排気ガスの流れは阻止され、開いている第１，第４制
御バルブにより排気ガスは排気通路を上流側から下流側
へとストレートに流れ、触媒コンバータ内の触媒に対し
前面から後面へと排気ガスが通過し、触媒を用いた酸化
反応や還元反応にて排気ガス成分のうちＣＯ，ＨＣ，Ｎ
Ｏ_X 等の有害とされる成分が低減される。

【００１５】高排気温時には、バルブ制御手段におい
て、第１，第４制御バルブを閉じ、第２，第３制御バル
ブを開くバルブ制御が行なわれる。

【００１６】したがって、閉じられている第１制御バル
ブと開いている第２制御バルブによりエンジンから排気
通路を経過した排気ガスは、まず、第１位置から第１バ
イパス通路に流入し、閉じられている第４制御バルブに
より第１バイパス通路を経過した排気ガスは、第３位置
から触媒コンバータ内の触媒に対し後面から前面へと通
過し、さらに、閉じられている第１制御バルブと開いて
いる第３制御バルブにより触媒コンバータを出た排気ガ
スは第２位置から第２バイパス通路を経過し、次いで、
第４位置から排気通路へと流れる。

【００１７】このように、第１バイパス通路を経過する
ことで排気ガスの温度が低下し、さらに、触媒コンバー
タ内の触媒に対し後面から前面へと通過することで触媒
の前面温度を高めることなく、排気ガス成分のうち有害
とされる成分が触媒を用いた化学反応にて低減される。

【００１８】すなわち、通常時における触媒による浄化
作用は触媒の前面から始まることで触媒内部の温度分布
をみると前面が高く後面が低い温度となっている。一
方、触媒の劣化は温度による影響が大であることで、高
排気温時には特に触媒前面の温度をより高くしないこと
が有効となる。これに対し、高排気温時には排気ガスを
触媒の後面から前面へと通過させることにより触媒内部
の温度分布の均一化が達成され、触媒劣化を促進するよ
うな高温度状態となるのが避けられる。

【００１９】（解決手段２）上記課題２の解決手段２
（請求項２）は、請求項１記載のエンジンの排気浄化装
置において、前記バルブ制御手段を、排気温度が高くな
い通常時には第１，第４制御バルブを開き第２，第３制
御バルブを閉じ、高排気温時には第１，第４制御バルブ
を閉じ第２，第３制御バルブを開き、触媒溶損等の異常
時には第１，第３制御バルブを閉じ第２，第４制御バル
ブを開く手段としたことを特徴とする。

【００２０】作用を説明すると、通常時及び高排気温時
には解決手段１と同様の作用を示すが、加えて、触媒溶
損等の異常時には、バルブ制御手段において、第１，第
３制御バルブを閉じ、第２，第４制御バルブを開くバル
ブ制御が行なわれる。

【００２１】したがって、閉じられている第１制御バル
ブと開いている第２制御バルブによりエンジンから排気
通路を経過した排気ガスは、まず、第１位置から第１バ
イパス通路に流入し、閉じられている第３制御バルブと
開いている第４制御バルブにより第１バイパス通路を経
過した排気ガスはそのまま第３位置及び第４位置を経過
して排気通路へと流れる。

【００２２】このように、異常時には、触媒コンバータ
を迂回する排気ガスの流れにより、例えば、排気ガスが
スムーズに流れない触媒溶損時においても、排気ガスを
速やかに外部へ排出する排気機能が確保される。

【００２３】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）実施の形態１は、解決手段１及び解決
手段２に対応するエンジンの排気浄化装置である。

【００２４】まず、構成を説明する。

【００２５】図１は本発明の実施の形態１のエンジンの
排気浄化装置を示す全体システム図である。

【００２６】図１において、１はエンジン側排気通路、
２はマフラ側排気通路、３は触媒コンバータ、４は第１
バイパス通路、５は第２バイパス通路、６は第１制御バ
ルブ、７は第２制御バルブ、８は第３制御バルブ、９は
第４制御バルブ、１０はコントロールユニット（バルブ
制御手段に相当）である。

【００２７】前記触媒コンバータ３は、エンジン側排気
通路１とマフラ側排気通路２の間、つまり排気通路の途
中にのみ１個だけ設けられている。この触媒コンバータ
３の内部には、図外のエンジンからの排気ガス成分のう
ち有害とされるＣＯ，ＨＣ，ＮＯ_X 等の成分を酸化反応
や還元反応にて低減する触媒３ａ（セラミックやメタル
等によるモノリス触媒）が内蔵されている。

【００２８】前記第１バイパス通路４及び第２バイパス
通路５は、触媒コンバータ３の上流のエンジン側排気通
路１にエンジン側の第１位置Ａとコンバータ側の第２位
置Ｂとを設定し、触媒コンバータ３の下流のマフラ側排
気通路２にコンバータ側の第３位置Ｃとマフラ側の第４
位置Ｄとを設定した場合、第１バイパス通路４は、触媒
コンバータ３を迂回して第１位置Ａと第３位置Ｃとを連
通する通路であり、第２バイパス通路５は、触媒コンバ
ータ３を迂回して第２位置Ｂと第４位置Ｄとを連通する
通路である。尚、第１バイパス通路４の途中には軸方向
の伸縮変位を吸収するフレキシブルチューブ４ａが介装
されている。

【００２９】前記第１制御バルブ６は、第１位置Ａと第
２位置Ｂとの間のエンジン側排気通路１に設けられてい
る。

【００３０】前記第２制御バルブ７は、第１位置Ａから
分岐する第１バイパス通路４の入口側に設けられてい
る。

【００３１】前記第３制御バルブ８は、第２位置Ｂから
分岐する第２バイパス通路５の入口側に設けられてい
る。

【００３２】前記第４制御バルブ９は、第３位置Ｃと第
４位置Ｄとの間のマフラ側排気通路２に設けられてい
る。

【００３３】前記コントロールユニット１０は、排気温
センサ１１と背圧センサ１２と触媒温度センサ１３から
のセンサ信号を入力し、これらの入力情報に基づいて排
気系状態を判断し、判断結果に基づいて第１バルブアク
チュエータ１４と第２バルブアクチュエータ１５と第３
バルブアクチュエータ１６と第４バルブアクチュエータ
１７とにそれぞれバルブ駆動指令を出力するバルブ制御
手段である。

【００３４】前記排気温センサ１１と背圧センサ１２と
は、エンジン側排気通路１に設けられ、前記触媒温度セ
ンサ１３は、触媒コンバータ３の触媒３ａの後面から少
し離れた位置に設けられる。

【００３５】次に、作用を説明する。

【００３６】［バルブ開閉制御］図２はコントロールユ
ニット１０で行なわれるバルブ開閉制御作動の流れを示
すフローチャートで、以下、各ステップについて説明す
る。

【００３７】ステップ２０では、排気温センサ１１から
の排気温Ｔ1 と背圧センサ１２からの触媒入口背圧Ｐと
触媒温度センサ１３からの触媒温度Ｔ2 が読み込まれ
る。

【００３８】ステップ２１では、触媒入口背圧Ｐが触媒
異常判断しきい値として設定された設定背圧Ｐ0 以上か
どうか、または、触媒温度Ｔ2 が触媒異常判断しきい値
として設定された設定温度Ｔ20以上かどうかが判断され
る。

【００３９】ステップ２２では、排気温Ｔ1 が触媒劣化
を促進するかどうかの判断しきい値として設定された設
定温度Ｔ10以上かどうかが判断される。

【００４０】ステップ２３では、ステップ２２でＮＯと
判断された時、つまり、排気温度が高くない通常時に
は、第１，第４制御バルブ６，９を開き、第２，第３制
御バルブ７，８を閉じる指令が出力される。

【００４１】ステップ２４では、ステップ２２でＹＥＳ
と判断された時、つまり、高排気温時には、第１，第４
制御バルブ６，９を閉じ、第２，第３制御バルブ７，８
を開く指令が出力される。

【００４２】ステップ２５では、ステップ２１でＹＥＳ
と判断された時、つまり、触媒溶損等の異常時には、第
１，第３制御バルブ６，８を閉じ、第２，第４制御バル
ブ７，９を開く指令が出力される。

【００４３】［通常時］排気温度が高くない通常時に
は、図２のフローチャートにおいて、ステップ２０→ス
テップ２１→ステップ２２→ステップ２３へと進む流れ
となり、ステップ２３での指令により、第１，第４制御
バルブ６，９を開き、第２，第３制御バルブ７，８を閉
じるバルブ制御が行なわれる。

【００４４】したがって、図３に示すように、閉じられ
ている第２，第３制御バルブ７，８により第１バイパス
通路４と第２バイパス通路５への排気ガスの流れは阻止
され、開いている第１，第４制御バルブ６，９により排
気ガスはエンジン側排気通路１から触媒コンバータ３を
介してマフラ側排気通路２へとストレートに流れる。よ
って、触媒コンバータ３内の触媒３ａに対し前面から後
面へと排気ガスが通過し、触媒３ａを用いた酸化反応や
還元反応にて排気ガス成分のうちＣＯ，ＨＣ，ＮＯ_X 等
の有害とされる成分が低減される。

【００４５】［高排気温時］高排気温時には、図２のフ
ローチャートにおいて、ステップ２０→ステップ２１→
ステップ２２→ステップ２４へと進む流れとなり、ステ
ップ２４での指令により、第１，第４制御バルブ６，９
を閉じ、第２，第３制御バルブ７，８を開くバルブ制御
が行なわれる。

【００４６】したがって、図４に示すように、閉じられ
ている第１制御バルブ６と開いている第２制御バルブ７
によりエンジンからンジン側排気通路１を経過した排気
ガスは、まず、第１位置Ａから第１バイパス通路４に流
入し、閉じられている第４制御バルブ９により第１バイ
パス通路４を経過した排気ガスは、第３位置Ｃから触媒
コンバータ３内の触媒３ａに対し後面から前面へと通過
し、さらに、閉じられている第１制御バルブ６と開いて
いる第３制御バルブ８により触媒コンバータ３を出た排
気ガスは第２位置Ｂから第２バイパス通路５を経過し、
次いで、第４位置Ｄからマフラ側排気通路２へと流れ
る。

【００４７】このように、第１バイパス通路４を経過す
ることで排気ガスの温度が低下し、さらに、排気ガスの
Ｓ字経路により触媒コンバータ３内の触媒３ａに対し後
面から前面へと通過することで触媒３ａの前面温度を高
めることなく、排気ガス成分のうち有害とされる成分が
触媒を用いた化学反応にて低減される。

【００４８】すなわち、図３に示す通常時における触媒
３ａによる浄化作用は触媒３ａの前面から始まることで
触媒内部の温度分布をみる前面が高く後面が低い温度と
なっている。一方、触媒３ａの劣化は温度による影響が
大であることで、高排気温時には特に触媒前面の温度を
より高くしないことが有効となる。

【００４９】これに対し、高排気温時には、上記のよう
に、排気ガスを触媒３ａの後面から前面へと通過させる
というように、通常時とは逆の排気ガス流れを作り出す
ことにより、触媒３ａの後面側の温度が高くなり、通常
状態から高排気温状態に移行する高負荷走行時等におい
て、触媒内部の温度分布の均一化が達成され、触媒３ａ
が触媒劣化を促進するような高温度状態となるのが避け
られる。

【００５０】［異常時］触媒溶損等による異常時には、
図２のフローチャートにおいて、ステップ２０→ステッ
プ２１→ステップ２５へと進む流れとなり、ステップ２
５での指令により、第１，第３制御バルブ６，８を閉
じ、第２，第４制御バルブ７，９を開くバルブ制御が行
なわれる。

【００５１】したがって、図５に示すように、閉じられ
ている第１制御バルブ６と開いている第２制御バルブ７
によりエンジンからエンジン側排気通路１を経過した排
気ガスは、まず、第１位置Ａから第１バイパス通路４に
流入し、閉じられている第３制御バルブ８と開いている
第４制御バルブ９により第１バイパス通路４を経過した
排気ガスは、そのまま第３位置Ｃ及び第４位置Ｄを経過
してマフラ側排気通路２へと流れる。

【００５２】このように、異常時には、触媒コンバータ
３を迂回する排気ガスの流れにより、例えば、排気ガス
がスムーズに流れない触媒溶損時においても、排気ガス
を速やかに外部へ排出する排気機能が確保される。

【００５３】次に、効果を説明する。

【００５４】（１）排気通路１，２の途中にのみ１個だ
け設けられた触媒コンバータ３と、排気温度が高くない
通常時には、触媒コンバータ３が設けられた排気通路
１，２のみを上流の排気通路１から下流の排気通路２に
向かって排気ガスが流れるストレート経路を形成し、高
排気温時には、第１バイパス通路４を経過して触媒３ａ
の後面側へ流入し、触媒３ａを経過した後、触媒３ａの
前面側から第２バイパス通路５を経過してマフラ側排気
通路２に排気ガスが流れるＳ字経路を形成するように、
第１，第２，第３，第４制御バルブ６，７，８，９を開
閉制御するコントロールユニット１０を備えたため、コ
スト低減と車載レイアウト容易性と触媒劣化低減とを併
せて図ることができる。

【００５５】すなわち、触媒コンバータ３を１個だけと
したため、従来装置のように２個以上の触媒コンバータ
を設ける場合に比べ、コスト低減が図れるし、また、装
置スペースが小さくなることで車載レイアウトが容易と
なる。

【００５６】加えて、触媒劣化低減を触媒３ａに対する
排気ガスの流れの方向を変更することで達成しているた
め、従来装置のような空気供給機構を要さない。

【００５７】（２）異常時には、エンジン側排気通路１
→第１バイパス通路４→マフラ側排気通路２へと排気ガ
スが流れる触媒バイパス経路を形成するように、第１，
第２，第３，第４制御バルブ６，７，８，９を開閉制御
するコントロールユニット１０としたため、触媒溶損等
の異常時における排気機能を確保することができる。

【００５８】（その他の実施の形態）実施の形態１で
は、通常時と高排気温時との判断を触媒コンバータ３の
上流位置に設けた第１排気温センサ１２からの第１排気
温Ｔ1 を監視することにより行なう例を示したが、エン
ジン回転数やエンジントルク等を検出し、例えば、高エ
ンジン回転数域や高エンジントルク域を高排気温時と判
断して制御するようにしても良い。

【００５９】実施の形態１では、通常時か高排気温時か
の判断温度しきい値が１つ設定される例を示したが、通
常時から高排気温時へと移行する時の判断温度しきい値
と高排気温時から通常時へと移行する時の判断温度しき
い値との２つの異なるしきい値を設定しても良く、この
場合には、排気温度が高排気温判断温度しきい値の付近
で変動を繰り返すような場合の制御ハンチングを防止す
ることができる。

【００６０】実施の形態１では、異常時を背圧や触媒温
度の監視により主に触媒溶損等による異常を検出する例
を示したが、エンジンコントロールユニット等で検出さ
れるエンジン異常を含むようにしても良い。

【００６１】

【発明の効果】請求項１記載の発明にあっては、エンジ
ンからの排気ガス成分のうち有害とされる成分を触媒を
用いた酸化反応や還元反応にて低減することで排気ガス
を浄化させるエンジンの排気浄化装置において、排気通
路の途中にのみ１個だけ設けられた触媒コンバータと、
排気温度が高くない通常時には、触媒コンバータが設け
られた排気通路のみを上流から下流に排気ガスが流れる
ストレート経路を形成し、高排気温時には、第１バイパ
ス通路を経過して触媒の後面側へ流入し、触媒を経過し
た後、触媒の前面側から第２バイパス通路を経過して排
気通路の下流に排気ガスが流れるＳ字経路を形成するよ
うに、第１，第２，第３，第４制御バルブを開閉制御す
るバルブ制御手段とを備えた構成としたため、コスト低
減と車載レイアウト容易性と触媒劣化低減とを併せて図
ることができるという効果が得られる。

【００６２】請求項２記載の発明にあっては、請求項１
記載のエンジンの排気浄化装置において、バルブ制御手
段を、排気温度が高くない通常時には第１，第４制御バ
ルブを開き第２，第３制御バルブを閉じ、高排気温時に
は第１，第４制御バルブを閉じ第２，第３制御バルブを
開き、触媒溶損等の異常時には第１，第３制御バルブを
閉じ第２，第４制御バルブを開く手段としたため、触媒
溶損等の異常時における排気機能を確保しながら、上記
効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１のエンジンの排気浄化装
置を示す全体システム図である。

【図２】エンジンの排気浄化装置のコントロールユニッ
トで行なわれるバルブ開閉制御作動の流れを示すフロー
チャートである。

【図３】通常時における排気ガスの流れを示す作用説明
図である。

【図４】高排気温時における排気ガスの流れを示す作用
説明図である。

【図５】異常時における排気ガスの流れを示す作用説明
図である。

【符号の説明】 １ エンジン側排気通路 ２ マフラ側排気通路 ３ 触媒コンバータ ４ 第１バイパス通路 ５ 第２バイパス通路 ６ 第１制御バルブ ７ 第２制御バルブ ８ 第３制御バルブ ９ 第４制御バルブ １０ コントロールユニット（バルブ制御手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンからの排気ガス成分のうち有害
   とされる成分を触媒を用いた酸化反応や還元反応にて低
   減することで排気ガスを浄化させるエンジンの排気浄化
   装置において、 前記排気通路の途中にのみ１個だけ設けられた触媒コン
   バータと、 前記触媒コンバータの上流の排気通路に設定されるエン
   ジン側の第１位置及びコンバータ側の第２位置と、 前記触媒コンバータの下流の排気通路に設定されるコン
   バータ側の第３位置及びマフラ側の第４位置と、 前記触媒コンバータを迂回して第１位置と第３位置とを
   連通する第１バイパス通路と、 前記触媒コンバータを迂回して第２位置と第４位置とを
   連通する第２バイパス通路と、 前記第１位置と第２位置との間の排気通路に設けられる
   第１制御バルブと、 前記第１位置から分岐する第１バイパス通路に設けられ
   る第２制御バルブと、 前記第２位置から分岐する第２バイパス通路に設けられ
   る第３制御バルブと、 前記第３位置と第４位置との間の排気通路に設けられる
   第４制御バルブと、 排気温度が高くない通常時には第１，第４制御バルブを
   開き第２，第３制御バルブを閉じ、高排気温時には第
   １，第４制御バルブを閉じ第２，第３制御バルブを開く
   バルブ制御手段と、 を備えていることを特徴とするエンジンの排気浄化装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のエンジンの排気浄化装置
   において、 前記バルブ制御手段を、排気温度が高くない通常時には
   第１，第４制御バルブを開き第２，第３制御バルブを閉
   じ、高排気温時には第１，第４制御バルブを閉じ第２，
   第３制御バルブを開き、触媒溶損等の異常時には第１，
   第３制御バルブを閉じ第２，第４制御バルブを開く手段
   としたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。