JP2002322909A

JP2002322909A - エンジンの排気処理方法およびその装置

Info

Publication number: JP2002322909A
Application number: JP2001129833A
Authority: JP
Inventors: Koichi Hatamura; 耕一畑村
Original assignee: Hatamura Koichi
Current assignee: Hatamura Koichi
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2001-04-26
Publication date: 2002-11-08
Anticipated expiration: 2021-04-26
Also published as: JP3923276B2

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジンの始動直後や、アイドリング時、渋滞
時等のエンジンの低負荷時に於ても、触媒を活性化させ
るとともに、エンジンの全負荷時に於ても主排気通路の
流動抵抗を増大させることがない。【解決手段】エンジン５の低負荷時に於ける小排気流量
時には、エンジン５の排気ポート２と主触媒３との間の
主排気通路８に両端部を接続して設けた、小排気通路１
６に排気流を流通する。この小排気通路１６に接続して
設けた補助触媒１７と排気流とを接触して排気流の処理
を行う。また、エンジン５の高負荷時に於ける排気流量
の増大時には、排気流の全量を主排気通路８に流通させ
ることにより主触媒３と接触させて排気流の処理を行う

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガソリンエンジン、デ
ィーゼルエンジン等の触媒を用いるエンジンの排気浄化
方法およびその装置に係り、特にエンジンの始動直後、
停車中のアイドリング時、渋滞時の低速走行時等の、エ
ンジンの低負荷時に於ても排気の浄化を確実に行う事が
できるようにするものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用エンジンの排気系統に
は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン共に、排気
ガスを処理するための触媒が備えられている。この触媒
は高温時に活性化され浄化能力を備えるものであるた
め、エンジンの始動直後、停車中のアイドリング時、渋
滞時の低速走行時等の、エンジンの低負荷時に於てはエ
ンジン排気量が少なく、触媒と接触するまでの排気管内
で冷却され、触媒を高温化することが出来ない。このよ
うに、エンジンの低負荷時には、触媒が低温のまま活性
化されることがないため、触媒による処理が行われない
まま排気ガスが外部に排出されるものとなっている。そ
のため、エンジンの始動直後、停車中のアイドリング
時、渋滞時の低速走行時等の、エンジンの低負荷時に於
ける排気の環境へ与える悪影響が極めて深刻なものとな
っている。

【０００３】まず、ガソリンエンジンでは、従来の高比
出力エンジンの場合、長い２系統の排気管を備え、管内
にて発生する気柱振動を利用して負圧を発生させること
によって体積効率を高め高比出力としている。一方、こ
の長い排気管内を流れる排気は外気によって冷却され、
特に上述したエンジンの始動直後、停車中のアイドリン
グ時、渋滞時の低速走行時等の、エンジンの低負荷時に
は外気によって冷却され、低速で流れる小流量の排気は
冷却される。触媒は高温時に活性化され浄化能力を備え
るものであるから、上述の如くエンジンの低負荷時には
触媒を活性化させることができない。

【０００４】また、ディーゼルエンジンでは燃焼改善に
よる排気浄化には限界があり、２００５年以降の排気規
制値に合格するには、ガソリンエンジン同様に触媒によ
って排気浄化をせざるを得ないのが現状である。また、
２００５年以降の車輌用ディーゼルエンジンは、出力増
加ばかりではなく、排気浄化の面からも排気系に触媒を
採用する場合に於て、ターボチャージャーにより過給す
ることが要求されている。

【０００５】ターボチャージャーは、エンジン低負荷時
の性能が劣化するので、それを償なう目的でエンジンの
排気弁開弁時に発生するブローダウン、即ち正の圧力波
によってターボチャージャーのタービンを駆動する動圧
過給方法を採用するのが一般的である。そのために排気
系統は、ガソリンエンジン同様に２系統に分割され、互
いに他のシリンダーから圧力波によって排気干渉がない
ようにしている。また、ブローダウンエネルギーが消滅
しないように、通常ターボチャージャーはエンジンの直
近に附設され、ターボチャージャーの後流に触媒が設置
されている。しかし、ターボチャージャーの熱容量は大
きいばかりか冷却面積も大きく、排気がターボチャージ
ャーによって冷却され、エンジンの低負荷時に於ては触
媒が活性化されず、触媒が機能しないのが現状である。

【０００６】特に、ディーゼルエンジンに於いては排気
ガス中に混在する粒状物質の環境に与える影響が深刻な
ものとなり、環境基準を満たさないディーゼルエンジン
車は２００５年より走行が禁止されるものとなる。この
ようなディーゼルエンジンの粒状物質を除去する濾過機
構と触媒を備えた、連続再生式パティキュレート・トラ
ップが知られている。この連続再生式パティキュレート
・トラップは、濾過機構で粒状物質を濾過し、この濾過
した粒状物質を排気ガスで燃焼して除去することを繰り
返す方式となっている。

【０００７】即ち、この連続再生式パティキュレート・
トラップは、粒状物質を２６０℃乃至４５０℃に於て酸
化させてパティキュレートを燃焼させ、ＣＯ２として排
出し、ＮＯｘは更にＤｅＮＯｘ触媒によりＮ２とＯ２と
に解離して処理するものである。上記の連続再生式パテ
ィキュレート・トラップを採用するにあたって、先ず問
題になるのは、連続再生式パティキュレート・トラップ
入口の排気温度が２６０℃に達して、パティキュレート
を燃焼させないと、濾過機構のフィルター内にはパティ
キュレートが蓄積される。そのため、エンジンの始動直
後、停車中のアイドリング時、渋滞時の低速走行時等
の、エンジンの低負荷時に於ては濾過したパティキュレ
ートを、低温となった排気ガスでは燃焼除去することが
出来ず、フイルターに目詰まりを生じる。その結果、排
気の流れの抵抗を増大させ、背圧を高め、最終的にはエ
ンジンの運転は不能となるばかりでなく装置を破損する
原因となる。特に、日本の交通事情では、渋滞によるエ
ンジンの低負荷時が多いため、目詰まりによる装置の破
損を生じる可能性が極めて高いものである。

【０００８】従来、触媒を用いて排気公害物質除去する
に際して、触媒をエンジンから離れた位置に設置するこ
とは、ブローダウンエネルギーを利用することが可能と
なり、エンジンから高比出力を発生させることが可能で
ある利点を有している。しかしながら、前述の如く、エ
ンジンの始動直後、停車中のアイドリング時、渋滞時の
低速走行時等のエンジンの低負荷時に於ては、エンジン
から触媒までの長い排気管内に於て排気は冷却され、触
媒を活性化することができず、排気公害物質を外部にそ
のまま排出することになっていた。

【０００９】この事態を防止するため、触媒をエンジン
に接近して設置することが考慮される。この、触媒をエ
ンジンに接近して設置する発明としては、ガソリンエン
ジン用のものとして、特開２０００−２３０４１９号公
報記載の発明、特開２０００−２３０４１８号公報記載
の発明等が知られている。この従来発明は、触媒をエン
ジンに接近して設置するものではあるが、排気系の配管
の中に、エンジンの高負荷時の大排気量に対応しうる容
量の触媒を、主触媒とは別個に挿入配置したものであ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ブロー
ダウンエネルギーを利用する排気系は配管が長くなるば
かりか圧力波の干渉を避ける目的でエンジンのシリンダ
ー群を通常は２つに分割する。そして、それぞれに長い
排気管を必要としている。高温化し活性を高めるために
触媒をエンジンに接近して設置することは、ブローダウ
ンエネルギーを利用してエンジンの体積効率を高めるこ
とが不可能になり比出力を低下させるものとなる。ま
た、エンジンに接近して排気管中に触媒を設置すること
は、エンジンの高出力時の大排気量を流通する場合、大
きな流動抵抗を生じ、エンジンの比出力を低下させるも
のとなる。

【００１１】また、エンジンの全出力時に対応しうる従
来公知の大型の触媒を、エンジンに接近して設置して
も、従来公知の触媒の熱容量は大きく、この触媒はエン
ジンの始動直後に短時間に高温化して活性化することは
できない。この触媒が高温化し活性化されるまでの間
に、公害物質を外部に排出し続ける結果となる。

【００１２】また、ターボチャージャー過給エンジンの
場合は、触媒をエンジンに接近して設置しても、ターボ
チャージャーの熱容量は大きく、また表面積も大きく、
ターボチャージャーによって排気は冷却されるものとな
る。エンジンの排気ポートとターボチャージャー間に触
媒を設置することは、エンジンからターボチャージャー
へのブローダウンエネルギーを消滅させ、結果としてタ
ーボラグを増大させるものとなる。このようなターボチ
ャージャー過給エンジンは車輌用としての価値を失うも
のである。

【００１３】本発明は上述の如き課題を解決しようとす
るものであって、従来の触媒による排気公害物質除去が
不充分な現状に鑑みてなされたものである。その目的
は、触媒を設置したことによりエンジンの比出力を低下
させることがない。また、熱容量の小さな補助触媒をエ
ンジンに接近して設置することにより長い配管の冷却に
よる排気温度低下を防止する。そして同時に補助触媒の
温度上昇時間を短縮し、エンジンの始動直後や、アイド
リング時、渋滞時等のエンジンの低負荷時に於ても、補
助触媒を活性化させるとともに、全負荷時に於ても有効
に排気公害物質を除去することができる処理方法を提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の如き課
題を解決するため、有害物質を処理する排気処理用の主
触媒を備えたエンジンに於いて、エンジンの低負荷時に
於ける小排気流量時には、エンジンの排気ポートと主触
媒との間の主排気通路に両端部を接続して設けた、小排
気通路に排気流を流通し、この小排気通路に接続して設
けた補助触媒と排気流とを接触して排気流の処理を行う
と共に、エンジンの高負荷時に於ける排気流量の増大時
には、切換弁を介して排気流の全量を主排気通路に流通
させることにより主触媒と接触させて排気流の処理を行
うことを特徴とするものである。

【００１５】また、上記方法の発明を具体化する発明
は、有害物質を処理する排気処理用の主触媒を備えたエ
ンジンに於いて、エンジンの排気ポートと主触媒との間
の主排気通路に両端部を接続して設けた小排気通路と、
エンジンの低負荷時に於ける小排気流量時には小排気通
路側に排気流を流通させると共にエンジンの高負荷時に
於ける排気流量の増大時には、主触媒に接続した主排気
通路に排気流の全量を流通させる切換弁とから成るもの
である。

【００１６】また、切換弁による小排気通路の開弁と閉
弁とは、アクセルペダルの非作動時及びアクセルペダル
の踏み込み時に連動して作動するアクチュエーターによ
り行うものであっても良い。

【００１７】また、補助触媒の排気ポート側には、補助
触媒を加熱するためのヒーターを配置したものであって
も良い。

【００１８】また、切換弁による小排気通路の開弁と閉
弁とは、切換弁とエンジンの排気ポートとの間隔に温度
センサーを設置し、この温度センサーの感知信号に従っ
て作動するアクチュエーターによって行うものであって
も良い。

【００１９】また、切換弁は、エンジンの排気ポートに
接続する導入口を設けたケーシング内に、導入口と接続
しエンジンの排気ポートからの排気流を流通させる本体
通路を設けた切換部材を、ケーシングの内周に近接して
回動可能に配置すると共に、この切換部材を回動し切換
部材の外周壁によってエンジンの排気ポートに接続する
導入口と本体通路との接続を遮断したときに、切換部材
の外周壁とケーシング間に一対の流通路を互いに連通す
ることなく形成し、この流通路の一方を、導入口から小
排気通路の排気導入側の一端と連通すると共に、流通路
の他方を、小排気通路の補助触媒による処理後の排気を
排出する排出口と主触媒側の主排気通路に接続したもの
であっても良い。

【００２０】また、切換弁は、エンジンの排気ポートに
接続する排気マニホールド内の主排気通路に、バタフラ
イ弁の支持軸を回動自在に支持し、バタフライ弁で主排
気通路を閉鎖した時に、バタフライ弁の排気ポート側を
小排気通路の排気導入側に接続して、小排気通路の補助
触媒に接続すると共に排気の下流側を小排気通路の補助
触媒による処理後の排気を排出する排出口と主触媒側の
主排気通路に接続したものであっても良い。

【００２１】また、エンジンはターボチャージャー付き
であって、切換弁が排気ポートとターボチャージャーと
の間に配置したものであっても良い。

【００２２】また、切換弁の本体通路は、複数設け排気
干渉を防止したものであっても良い。

【００２３】また、エンジンは、ガソリンエンジンであ
っても良い。

【００２４】また、エンジンは、ディーゼルエンジンで
あっても良い。

【００２５】また、補助触媒は、触媒と共に排気中に含
まれる粒状物質の濾過機構を備えた連続再生式パティキ
ュレート・トラップであっても良い。

【００２６】

【作用】本発明は、上述の如く構成したものであるか
ら、有害物質を処理する排気処理用の主触媒を備えたエ
ンジンに於いて、エンジンの高出力、高負荷時には排気
ガスはエンジンの排気ポートから排気マニホールド、排
気管の主排気通路を介して主触媒に接触し有害物質の処
理を行う。この、エンジンの高出力、高負荷時には排気
ガスは高温となり大量に排出されるから、排気マニホー
ルド、排気管等に於いて外気温により冷却が行われて
も、主触媒を活性化するために必要な高温を充分に維持
することが可能となる。そのため、活性化した主触媒に
接触する排気ガスは必要な浄化処理を充分行うことが可
能となる。また、大量の排気ガスが流動する排気管の主
排気通路の内部には、前記従来例の如く、触媒を配置す
るものではないから、大量の排気ガスが排気管内で特別
の流動抵抗を生じることは無く、エンジン本来の出力を
得ることが可能となる。

【００２７】そして、エンジンの始動直後、停車中のア
イドリング時、渋滞時の低速走行時等のエンジンの低負
荷時に於ける小排気流量時には、エンジンの排気ポート
と主触媒との間の主排気通路に、両端部を接続して設け
た小排気通路に排気流を流通する。この小排気通路に
は、主触媒に比較し小型の、熱容量の小さい補助触媒を
配置している。この補助触媒は上述の如きエンジンの低
負荷時に於ける小排気流量の排気ガスを処理し得るもの
であれば良いから、エンジンの高出力、高負荷時に於い
て、排気ガスの全量を処理する主触媒の１０分の１程度
の容量の補助触媒を用いることが出来る。

【００２８】これは、エンジンの始動直後、停車中のア
イドリング時、渋滞時の低速走行時等のエンジンの低負
荷時に於ける小排気流量が、エンジンの高出力、高負荷
時に於ける排気ガス流量に比較し２０分の１から１０分
の１程度あるから、補助触媒の容量も主触媒の１０分の
１程度で充分な小流量排気ガスの処理が可能となる。そ
して、この小流量排気ガスは、エンジンの排気ポートと
主触媒との間の主排気通路に、両端部を接続して設けた
小排気通路に流入するものであるから、主触媒よりもエ
ンジンに近い位置で、冷却される前の高温の排気流を導
入することが可能となる。この小排気通路はエンジンに
出来るだけ近い位置が、高温の排気ガスを導入できるた
め好ましいもので、エンジンの排気ポートに接続するの
が最も好ましいが、設計上の制約もあるため可能な限り
エンジンに近い位置に設置する。このように小容量の補
助触媒に、エンジンの低負荷時に於ける小排気流量を接
触させるものであるから、補助触媒は小排気流量との接
触後、短時間で温度が上昇し活性化し、補助触媒による
良好な排気ガスの処理を可能とする。

【００２９】そして、エンジンが高出力、高負荷とな
り、排気流量が増大した時には、これを適宜のセンサー
で感知し、排気流の全量を主排気通路に流通させて主触
媒と接触させて排気流の処理を行うものである。この主
触媒と増大した排気流とは補助触媒とは接触することな
く主触媒とのみ接触するものである。

【００３０】そして、上記方法の発明を具体化するに
は、有害物質を処理する排気処理用の主触媒を備えたエ
ンジンに於いて、エンジンの排気ポートと主触媒との間
の主排気通路に、両端部を接続して小排気通路を形成す
る。この小排気通路は主排気通路とは両端部を接続して
いるが別個に形成している。そして、この小排気通路ま
たは主排気通路に切換弁を設け、エンジンの低負荷時に
於ける小排気流量時には小排気通路側に排気流を流通さ
せるように切換弁を切り替え、また、エンジンが高出
力、高負荷時の排気流量の増大時には、小排気通路への
排気流の流通を停止し、主触媒に接続した主排気通路に
排気流の全量を流通させるように切換弁を切り替えるも
のである。

【００３１】また、切換弁による小排気通路の開弁と閉
弁とは、アクセルペダルの非作動時及びアクセルペダル
の踏み込み時に連動して作動するアクチュエーターによ
り行うものであっても良い。

【００３２】また、補助触媒の排気ポート側には、補助
触媒を加熱するためのヒーターを配置したものであって
も良い。このヒーターは必ずしも必要なものではない
が、外気温が低いとき、また補助触媒の更に迅速な活性
化を目的とする場合に有効なものである。

【００３３】また、切換弁による小排気通路の開弁と閉
弁とは、アクセルペダルの非作動時及びアクセルペダル
の踏み込み時に連動して作動するアクチュエーターによ
り行う事を基本とするが、切換弁とエンジンの排気ポー
トとの間隔に温度センサーを設置し、この温度センサー
の感知信号に従ってアクチュエーターを作動させるもの
であっても良い。この場合は、アクセルペダルの踏み込
み量が相当量行われていても、エンジンの作動直後で排
気温度が低い場合には、温度センサーの感知信号に従っ
てアクチュエーターを作動し、小排気通路の開弁側に切
換弁を作動させ、主排気通路を閉鎖して、補助触媒で排
気流を処理することができる。また、アクセルペダルの
踏み込み量が少なくても、排気流の温度が高い場合は、
温度センサーの感知信号に従ってアクチュエーターを作
動し、主排気通路の開弁側に切換弁を作動させ、小排気
通路を閉鎖し、主触媒で排気流を処理することができ
る。

【００３４】また、上記の切換弁は、エンジンの排気ポ
ートに接続する導入口を設けたケーシング内に、導入口
と接続しエンジンの排気ポートからの排気流を流通させ
る本体通路を設けた切換部材を、ケーシングの内周に近
接して回動可能に配置する。そして、この切換部材を回
動し切換部材の外周壁によってエンジンの排気ポートに
接続する導入口と本体通路との接続を遮断したときに、
切換部材の外周壁とケーシング間に一対の流通路を互い
に連通することなく形成し、この流通路の一方を、導入
口から小排気通路の排気導入側の一端と連通すると共
に、流通路の他方を、小排気通路の補助触媒による処理
後の排気を排出する排出口と主触媒側の主排気通路に接
続するものである。上記の切換弁は、排気の脈動、即ち
ブローダウンエネルギーを利用する排気系を持つエンジ
ンに於いて特に有効なものでものである。

【００３５】また、排気の脈動、即ちブローダウンエネ
ルギーを利用する排気系を持たないエンジンに於いて
は、特に上記の切換弁を用いる必要はなく、簡便なバタ
フライ弁を用いることも可能である。このバタフライ弁
から成る切換弁は、エンジンの排気ポートに接続する排
気マニホールド内の主排気通路に、バタフライ弁の支持
軸を回動自在に支持し、バタフライ弁で主排気通路を閉
鎖した時に、バタフライ弁の排気ポート側を小排気通路
の排気導入側に接続して、小排気通路の補助触媒に接続
すると共に排気の下流側を小排気通路の補助触媒による
処理後の排気を排出する排出口と主触媒側の主排気通路
に接続するものである。

【００３６】また、エンジンはターボチャージャー付き
であって、切換弁が排気ポートとターボチャージャーと
の間に配置したものであっても良いし、切換弁の本体通
路は、複数設け排気干渉を防止したものであっても良
い。

【００３７】また、エンジンは、ガソリンエンジンであ
っても良いし、ディーゼルエンジンであっても良い。ま
た、補助触媒は、触媒と共に排気中に含まれる粒状物質
の濾過機構を備えた連続再生式パティキュレート・トラ
ップであっても良いものである。

【００３８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に於て説明す
れば、(１)は排気マニホールドで、図２に示す如く、排
気吸入側をエンジン(５)の排気ポート(２)に接続してい
る。そして、この排気ポート(２)の出口と主触媒(３)と
の間に切換弁(４)を接続している。この切換弁(４)は、
エンジン(５)の排気ポート(２)に連通する導入口(６)を
図４、図５に示す如く、ケーシング(１０)に形成してい
る。

【００３９】そして、このケーシング(１０)内には回動
軸(１１)を介して一定の角度範囲で進退回動可能なロー
タリーバルブから成る切換部材(１２)を配置している。
この切換部材(１２)は、エンジン(５)の排気ポート(２)
からの排気流を、導入口(６)を介して導入するための、
本体通路(７)を平行に２個貫通形成している。

【００４０】また、前記の排気マニホールド(１)は、エ
ンジンの排気ポート(２)に接続し、４気筒エンジンであ
れば４本の排気管(１３)を形成し、６気筒エンジンであ
れば６本の排気管(１３)を接続形成している。そして、
排気時に於ける排気干渉を防止するためそれぞれの排気
マニホールド(１)を２つに分けて２本の主排気通路(８)
を有する排気管(１３)に接続している。そして、この主
排気通路(８)の排気進行方向に主触媒(３)を配置してい
る。この２本の排気管(１３)に接続可能となるよう、本
体通路(７)をロータリーバルブで構成する切換部材(１
２)に、平行に２個貫通形成するものである。

【００４１】そして、この本体通路(７)は、図４に示す
如く、エンジン(５)の排気ポート(２)と主触媒(３)を直
接接続し、排気の全量を主触媒(３)に導く場合には、ケ
ーシング(１０)の導入口(６)と排気管(１３)の主排気通
路(８)を直結し、エンジン(５)の排気ポート(２)から排
出される排気流を、排気マニホールド(１)を介して主触
媒(３)に直接導くものである。この、排気の全量を主触
媒(３)に導く場合は、エンジン(５)が高負荷時で排気温
度が高温の場合である。

【００４２】また、この切換部材(１２)を回動軸(１１)
に従って回動し、図５に示す如く、切換部材(１２)によ
って主排気通路(８)を停止する状態とした時に、切換部
材(１２)の外周壁(１４)とケーシング(１０)との間に一
対の流通路(１５)を互いに連通する事なく形成する。こ
の流通路(１５)は、切換部材(１２)が導入口(６)と主触
媒(３)との連通を遮断した状態に於て、流通路(１５)の
一方を、導入口(６)に接続する小排気通路(１６)の排気
導入側の一端と連通するとともに、流通路(１５)の他方
を小排気通路(１６)の補助触媒(１７)による処理後の排
気を排出する排出口(１８)と主触媒(３)側の主排気通路
(８)に接続している。

【００４３】上述の如く構成したものに於て、エンジン
排気流の浄化を行うには、エンジンの排気系に使用する
ロータリーバルブで形成した切換弁(４)を、エンジン
(５)の小負荷時に於ては、図５に示す如く、小排気通路
(１６)に排気が流通するように切換を行う。この切換部
材(１２)の小排気通路(１６)へのエンジン排気の導入
は、アクセルペダルの踏み込み量をセンサー等により感
知し、これをコンピュータに於て処理する事により行
う。そして、アクセルペダルの踏み込みが無かったり、
踏み込み量が少なく、エンジン(５)の低負荷時の排気処
理に於ては、小排気通路(１６)にエンジン(５)の排気ポ
ート(２)からの排気の全てを導入する。

【００４４】そして、小排気通路(１６)に導入された少
量の排気は、補助触媒(１７)と接し、排気を処理され排
出口(１８)を介して主排気通路(８)の下流側に導出され
る。エンジン(５)の排気ポート(２)から小排気通路(１
６)への小排気量の導入は、小排気通路(１６)に於て絞
った状態で行われるとともに、このエンジン(５)の低負
荷時の排気量に合わせた熱容量の補助触媒(１７)を選択
する事ができる。そのため、エンジン(５)の低負荷時に
於ける小排気流量によっても、補助触媒(１７)は熱容量
を小さく形成する事により、充分な高温活性化が得られ
るものとなり、小排気量に対する充分な処理作用を営む
事が可能となる。

【００４５】また、アクセルペダルの踏み込み量が増大
し、エンジン(５)が高負荷時となった場合には、排気ポ
ート(２)からの排気流量が増大するため、補助触媒(１
７)の容量が不足となり、補助触媒(１７)によってエン
ジン(５)の高出力時の排気ガス浄化を行う事が困難とな
る。この状態に於ては、図４に示す如く、切換部材(１
２)をアクセルペダルの踏み込み量、または排気流の温
度に対応して、小排気通路(１６)への流通を遮断し、主
排気通路(８)へのみ大排気流量を流通させる。この高温
化された大排気流量は主触媒(３)と接触し、従来公知の
方法によってエンジン排気の浄化を行う事が可能とな
る。

【００４６】また、補助触媒(１７)は切換部材(１２)の
作動によって、エンジン(５)からの排気を小排気通路
(１６)に流通しないよう遮断するから、補助触媒(１７)
の機能は停止されるものとなる。また、切換部材(１２)
は、その両端に回動自在に支持した回動軸(１１)によっ
て回転自在にケーシング(１０)に支持されているから、
この切換部材(１２)をアクセルペダルの作動に伴うコン
ピュータ制御により、本体通路(７)と主排気通路(８)を
作動させれば良いものである。そして、切換部材(１２)
には２つの本体通路(７)を形成しているが、エンジン
(５)の排気系がブローダウンエネルギーを利用しない構
成であるならば、１つだけとする事は可能である。ま
た、本実施例に於てはロータリーバルブで形成した切換
部材(１２)に本体通路(７)を２個設ける事により排気の
ブローダウンエネルギーを有効に利用するものとしてい
る。

【００４７】また、上記と異なる実施例に於て、図９に
示す如くタービンロータリー(２１)を有するターボチャ
ジャー(２２)をエンジン(５)に装着する場合は、エンジ
ン(５)のシリンダー(図示せず)から排出される圧力波を
持つ排気は、エンジン(５)が高負荷時である場合は、切
換部材(１２)が図６に示す如く、２つに分割された本体
通路(７)によって、それぞれの圧力波が干渉される事が
なく、タービンロータリー(２１)のそれぞれの排気口に
導入され、排気エネルギーを有効に利用してタービンロ
ータリー(２１)を駆動する事ができる。そして、タービ
ンロータリー(２１)から排出された多量の高温排気は、
主排気通路(８)内に於て冷却されるが、主触媒(３)を活
性化させるに充分な温度を保ちつつ、主触媒(３)に流入
し、排気は処理され排気管(１３)から大気へ放出される
ものとなる。

【００４８】一方、エンジン(５)の低負荷時に於ける排
気温度が低い場合は、切換部材(１２)は図５に示す如
く、本体通路(７)を閉鎖し、小排気通路(１６)にのみ排
気流を流入させる。その為、前述の如く排気流は熱容量
の小さな補助触媒(１７)に流入し、この補助触媒(１７)
を短時間で高温活性化し、処理された排気は排出口(１
８)から主排気通路(８)を経て下流の排気系に流入す
る。

【００４９】また、前記実施例では、ガソリンエンジン
等に於て、高比出力対策として長い排気系による慣性過
給と、それによって発生する負の圧力波を利用して排気
行程の終了時点にシリンダー内に排気を導入し、シリン
ダー内に残留する高温の燃焼ガスを排気系に吸引して体
積効率を高める、従来例の排気処理に好適な方法を説明
した。しかし、排気系による慣性過給と、それによって
発生する負の圧力波を利用しない排気系のエンジン(５)
では、切換弁(４)の切換部材(１２)にロータリーバルブ
を用いずにバタフライ弁(２３)を使用することが可能で
ある。

【００５０】上記方式の切換弁(４)は、図１１に示す如
く、エンジン(５)の排気ポート(２)に接続する排気マニ
ホールド(１)内の主排気通路(８)に、バタフライ弁(２
３)の支持軸(２４)を回動自在に支持する。そして、バ
タフライ弁(２３)で主排気通路(８)を閉鎖した時に、バ
タフライ弁(２３)の排気ポート(２)側を小排気通路(１
６)の排気導入側に接続して、小排気通路(１６)の補助
触媒(１７)に接続する。また、バタフライ弁(２３)で主
排気通路(８)を閉鎖した時に、バタフライ弁(２３)の排
気の下流側を、小排気通路(１６)の補助触媒(１７)によ
る処理後の排気を排出する排出口(１８)と主触媒(３)側
の主排気通路(８)に接続している。

【００５１】また、補助触媒(１７)はディーゼルエンジ
ンに使用する場合は、連続再生式パティキュレート・ト
ラップ(２５)を用いるものであって、この連続再生式パ
ティキュレート・トラップ(２５)は、ガソリンエンジン
に於いては不要である。この連続再生式パティキュレー
ト・トラップ(２５)は、図１０に示す如く、エンジン
(５)の排気ポート(２)と主触媒(３)との間隔の排気管
(１３)に配置するが、連続再生式パティキュレート・ト
ラップ(２５)と主触媒(３)との間には、ターボチャージ
ャー(２２)を配置している。

【００５２】そして、連続再生式パティキュレート・ト
ラップ(２５)は、バタフライ弁(２３)で主排気通路(８)
を閉鎖した時に、図１１に示す如く、バタフライ弁(２
３)の排気ポート(２)側に小排気通路(１６)の導入口
(６)を接続し、この排気の導入口(６)に連続して補助触
媒(１７)を配置する。この補助触媒(１７)の排気導入側
には、補助触媒(１７)を加熱するヒーター(２６)を配置
している。このヒーター(２６)は必須のものではない
が、補助触媒(１７)の更に迅速な加熱と活性化を目的と
する場合に有効なものである。補助触媒(１７)はエンジ
ン(５)の低負荷時の、少量排気でも高温化し活性化でき
る小型のものを用いるものであるから、ヒーター(２６)
のカロリーも低いもので充分である。

【００５３】そして、補助触媒(１７)を通過した排気
は、フイルター(２７)で粒状の煤塵を濾過された後、補
助触媒(１７)の外周とケーシング(１０)の内面との間に
形成した、小排気通路(１６)に流入する。次に、この小
排気通路(１６)の排出口(１８)を介して主触媒(３)側の
主排気通路(８)に排出される。また、フイルター(２７)
で濾過された粒状の煤塵は、フイルター(２７)に付着
後、直ちに高温の排気により燃焼除去され炭酸ガスとし
て排出される。この煤塵の燃焼除去も、小排気通路(１
６)に備えた熱容量の小さな、小型の連続再生式パティ
キュレート・トラップ(２５)を用いるものであるから、
エンジンの始動直後や、アイドリング時、渋滞時等のエ
ンジンの低負荷時の少量排気でも、粒状煤塵のフイルタ
ー(２７)による除去と、フイルター(２７)への付着直後
の燃焼除去とを可能とする。その為、連続再生式パティ
キュレート・トラップ(２５)の目詰まりや、この目詰ま
りした粉塵を急激に過剰燃焼させることを原因する故障
を生じることがないものである。

【００５４】また、上記の構成から成る連続再生式パテ
ィキュレート・トラップ(２５)に、上記の実施例では切
換弁(４)としてバタフライ弁(２３)を用いているが、前
記実施例の図４、図５、図６、図７に示す如く、ロータ
リーバルブから成る切換弁(４)を用いることも勿論可能
である。

【発明の効果】本発明は上述の如く、エンジンの主排気
通路に触媒を挿入配置するものではないから、エンジン
の比出力を低下させることがない。また、熱容量の小さ
な補助触媒を小排気通路を介してエンジンに接近して設
置することにより、長い配管の冷却による排気温度低下
を防止し、補助触媒の迅速な活性化を可能とする。そし
て同時に補助触媒の温度上昇時間を短縮し、エンジンの
始動直後や、アイドリング時、渋滞時等のエンジンの低
負荷時に於ても、補助触媒を活性化させるとともに、全
負荷時に於ても主排気通路の流動抵抗を増大させること
なく有効に排気公害物質を除去することができるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】排気管への設置例を示す斜視図。

【図２】排気管への設置例を示す平面図。

【図３】エンジンの排気ポートに小排気通路を接続した
状態の平面図。

【図４】切換弁の切換部材が排気ポートと主触媒を連通
している状態の断面図。

【図５】切換弁の切換部材が排気ポートと補助触媒を連
通している状態の断面図。

【図６】図４のＡ−Ａ線の断面図。

【図７】図５のＢ−Ｂ線断面図。

【図８】排気管への設置例を示す正面図。

【図９】ターボチャージャーを備えた排気管への設置例
を示す正面図。

【図１０】補助触媒として連続再生式パティキュレート
・トラップを用いた実施例の平面図。

【図１１】連続再生式パティキュレート・トラップ部分
の詳細断面図。

【符号の説明】

１排気マニホールド２排気ポート３主触媒４切換弁５エンジン６導入口７本体通路８主排気通路１０ケーシング１２切換部材１４外周壁１５流通路１６小排気通路１７補助触媒１８排出口２２ターボチャージャー２３バタフライ弁２４支持軸２５連続再生式パティキュレート・トラップ２６ヒーター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０１Ｎ 3/02 ３４１Ｆ０１Ｎ 3/02 ３４１Ａ３４１Ｆ 3/24 3/24 ＥＮＴＦ０２Ｄ 9/04 Ｆ０２Ｄ 9/04 Ｅ // Ｆ１６Ｋ 11/076 Ｆ１６Ｋ 11/076 ＺＦターム(参考） 3G065 AA01 AA03 AA04 AA09 CA12 EA08 EA09 GA08 GA46 HA05 3G090 AA01 DB02 DB03 DB06 DB07 EA02 3G091 AA10 AA17 AA18 AB01 AB13 BA03 BA04 CA03 CA12 CA13 CA27 EA07 EA17 FA13 FA14 FB03 HA08 HA15 HB06 3H067 AA05 AA12 CC60 DD02 DD12 DD35 EC07 FF11 GG02 GG21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有害物質を処理する排気処理用の主触媒
を備えたエンジンに於いて、エンジンの低負荷時に於け
る小排気流量時には、エンジンの排気ポートと主触媒と
の間の主排気通路に両端部を接続して設けた、小排気通
路に排気流を流通し、この小排気通路に接続して設けた
補助触媒と排気流とを接触して排気流の処理を行うと共
に、エンジンの高負荷時に於ける排気流量の増大時に
は、排気流の全量を切換弁を介して主排気通路に流通さ
せることにより主触媒と接触させて排気流の処理を行う
ことを特徴とするエンジンの排気処理方法。
【請求項２】有害物質を処理する排気処理用の主触媒
を備えたエンジンに於いて、エンジンの排気ポートと主
触媒との間の主排気通路に両端部を接続して設けた小排
気通路と、エンジンの低負荷時に於ける小排気流量時に
は小排気通路側に排気流を流通させると共にエンジンの
高負荷時に於ける排気流量の増大時には、主触媒に接続
した主排気通路に排気流の全量を流通させる切換弁とか
ら成ることを特徴とするエンジンの排気処理装置。
【請求項３】切換弁による小排気通路の開弁と閉弁と
は、アクセルペダルの非作動時及びアクセルペダルの踏
み込み時に連動して作動するアクチュエーターにより切
換弁を作動して行うことを特徴とする請求項１のエンジ
ンの排気処理方法。
【請求項４】切換弁による小排気通路の開弁と閉弁と
は、アクセルペダルの非作動時及びアクセルペダルの踏
み込み時に連動して作動するアクチュエーターにより行
うことを特徴とする請求項２のエンジンの排気処理装
置。
【請求項５】補助触媒の排気ポート側には、補助触媒
を加熱するためのヒーターを配置したことを特徴とする
請求項１または３のエンジンの排気処理方法。
【請求項６】補助触媒の排気ポート側には、補助触媒
を加熱するためのヒーターを配置したことを特徴とする
請求項２または４のエンジンの排気処理装置。
【請求項７】切換弁による小排気通路の開弁と閉弁と
は、切換弁とエンジンの排気ポートとの間隔に温度セン
サーを設置し、この温度センサーの感知信号に従って作
動するアクチュエーターによって行うことを特徴とする
請求項１のエンジンの排気処理方法。
【請求項８】切換弁よる小排気通路の開弁と閉弁と
は、切換弁とエンジンの排気ポートとの間隔に温度セン
サーを設置し、この温度センサーの感知信号に従って作
動するアクチュエーターによって行うことを特徴とする
請求項２のエンジンの排気処理装置。
【請求項９】切換弁は、エンジンの排気ポートに接続
する導入口を設けたケーシング内に、導入口と接続しエ
ンジンの排気ポートからの排気流を流通させる本体通路
を設けた切換部材を、ケーシングの内周に近接して回動
可能に配置すると共に、この切換部材を回動し切換部材
の外周壁によってエンジンの排気ポートに接続する導入
口と本体通路との接続を遮断したときに、切換部材の外
周壁とケーシング間に一対の流通路を互いに連通するこ
となく形成し、この流通路の一方を、導入口から小排気
通路の排気導入側の一端と連通すると共に、流通路の他
方を、小排気通路の補助触媒による処理後の排気を排出
する排出口と主触媒側の主排気通路に接続したことを特
徴とする請求項１、３または７のエンジンの排気処理方
法。
【請求項１０】切換弁は、エンジンの排気ポートに接
続する導入口を設けたケーシング内に、導入口と接続し
エンジンの排気ポートからの排気流を流通させる本体通
路を設けた切換部材を、ケーシングの内周に近接して回
動可能に配置すると共に、この切換部材を回動し切換部
材の外周壁によってエンジンの排気ポートに接続する導
入口と本体通路との接続を遮断したときに、切換部材の
外周壁とケーシング間に一対の流通路を互いに連通する
ことなく形成し、この流通路の一方を、導入口から小排
気通路の排気導入側の一端と連通すると共に、流通路の
他方を、小排気通路の補助触媒による処理後の排気を排
出する排出口と主触媒側の主排気通路に接続したことを
特徴とする請求項２、４または８のエンジンの排気処理
装置。
【請求項１１】切換弁は、エンジンの排気ポートに接
続する排気マニホールド内の主排気通路に、バタフライ
弁の支持軸を回動自在に支持し、バタフライ弁で主排気
通路を閉鎖した時に、バタフライ弁の排気ポート側を小
排気通路の排気導入側に接続して、小排気通路の補助触
媒に接続すると共に排気の下流側を小排気通路の補助触
媒による処理後の排気を排出する排出口と主触媒側の主
排気通路に接続したことを特徴とする請求項１、３また
は７のエンジンの排気処理方法。
【請求項１２】切換弁は、エンジンの排気ポートに接
続する排気マニホールド内の主排気通路に、バタフライ
弁の支持軸を回動自在に支持し、バタフライ弁で主排気
通路を閉鎖した時に、バタフライ弁の排気ポート側を小
排気通路の排気導入側に接続して、小排気通路の補助触
媒に接続すると共に排気の下流側を小排気通路の補助触
媒による処理後の排気を排出する排出口と主触媒側の主
排気通路に接続したことを特徴とする請求項２、４また
は８のエンジンの排気処理装置。
【請求項１３】エンジンはターボチャージャー付きで
あって、切換弁をエンジンの排気ポートとターボチャー
ジャーとの間に配置したものであることを特徴とする請
求項１、３、５、７、９または１１のエンジンの排気処
理方法。
【請求項１４】エンジンはターボチャージャー付きで
あって、切換弁をエンジンの排気ポートとターボチャー
ジャーとの間に配置したものであることを特徴とする請
求項２、４、６、８、１０または１２のエンジンの排気
処理装置。
【請求項１５】切換弁の本体通路は、複数設け排気干
渉を防止したものであることを特徴とする請求項１、３
または１３のエンジンの排気処理方法。
【請求項１６】切換弁の本体通路は、複数設け排気干
渉を防止したものであることを特徴とする請求項２、４
または１４のエンジンの排気処理装置。
【請求項１７】エンジンは、ガソリンエンジンで有る
ことを特徴とする請求項１、３、５、７、９、１１、１
３または１５のエンジンの排気処理方法。
【請求項１８】エンジンは、ガソリンエンジンで有る
ことを特徴とする請求項２、４、６、８、１０、１２、
１４または１６のエンジンの排気処理装置。
【請求項１９】エンジンは、ディーゼルエンジンで有
ることを特徴とする請求項１、３、５、７、９、１１、
１３または１５のエンジンの排気処理方法。
【請求項２０】エンジンは、ディーゼルエンジンで有
ることを特徴とする請求項２、４、６、８、１０、１
２、１４または１６のエンジンの排気処理装置。
【請求項２１】補助触媒は、触媒と共に排気中に含ま
れる粒状物質の濾過機構を備えた連続再生式パティキュ
レート・トラップであることを特徴とする請求項１、
３、５、７、９、１１、１３、１５または１９のエンジ
ンの排気処理方法。
【請求項２２】補助触媒は、触媒と共に排気中に含ま
れる粒状物質の濾過機構を備えた、連続再生式パティキ
ュレート・トラップであることを特徴とする請求項２、
４、６、８、１０、１２、１４、１６または２０のエン
ジンの排気処理装置。