JP2007032484A - 排気装置及び内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関から放出される排ガス中の水分を低減して浄化触媒へ導くとともに、大気中へ放出される浄化前の排ガスを抑制すること。
【解決手段】この排気装置２０は、貯水槽２２と、排水手段２３とを備える。貯水槽２２は、浄化触媒１１の入口１１ｉ側に設けられる触媒入口側排気管１０から、内燃機関が排出する排ガスＥｘに含まれる水分を導いて貯留する。排水手段２３は、フロート２６と、これに取り付けられる開閉弁２５とで構成される。フロート２６は、貯水槽２２の内部の水位が上昇すると貯水槽２２内を上昇するので、これに取り付けられる開閉弁２５は、貯水槽底部２２Ｂに設けられる水分放出口２２ｏを開いて、貯水槽２２内の水分を、浄化触媒の出口１１ｏの下流へ放出する。
【選択図】 図２−１

Description

本発明は、熱機関から排出される排ガスに含まれる水分を低減して浄化触媒へ導くことに関し、さらに詳しくは、前記排ガスに含まれる水分を低減するにあたって、浄化触媒をバイパスして大気中へ放出される排ガス量を低減できる排気装置及び内燃機関に関する。

内燃機関等の熱機関は、燃料を燃焼させた後に排ガスが発生する。排ガス中には未燃分やＣＯ等が含まれるため、排ガスは浄化触媒によって浄化されてから大気中へ放出される。排ガス中に含まれる水分により、浄化触媒の浄化特性が低下する。このため、浄化触媒へ流入する排ガス中の水分を低減させることが好ましい。特許文献１には、重力や排気管内の圧力を利用して排気管内の水分を容器内に貯留し、この貯留した水分を、浄化触媒を介さずに排気管の下流へ導く構造が開示されている。

特開２００１−３２９８３３号公報

しかし、特許文献１に開示されている構造では、容器内に貯留された水分が少ないときには、浄化触媒へ導かれる前の排ガスが、排ガス中の水分を貯留する容器内を通って大気中へ放出されるおそれがある。また、容器内に過剰の水分が貯留された場合、これが排気管内へ逆流して、浄化触媒へ流入するおそれもある。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、排ガス中の水分を低減して浄化触媒へ導くとともに、大気中へ放出される浄化前の排ガスを抑制すること、排ガスから除去した水分の浄化触媒への流入を抑制することのうち、少なくとも一つを達成できる排気装置及び内燃機関を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る排気装置は、熱機関と、前記熱機関から排出される排ガスを浄化する浄化触媒とを接続する第１の排気通路から、前記排ガスに含まれる水分を導いて貯留する貯水手段と、前記貯水手段の内部の水位に応じて、前記貯水手段に溜められた水分を、前記貯水手段に設けられる水分放出口から前記浄化触媒の出口側に設けられる第２の排気通路に放出する排水手段と、を含むことを特徴とする。

この排気装置は、熱機関と浄化触媒との間から、熱機関が排出する排ガスに含まれる水分を導いて貯留する貯水手段と、この貯水手段に設けられ、かつ、貯水手段内の水位に応じて、貯水手段に貯留された水分を浄化触媒の下流に放出する排水手段とを備える。これによって、排ガス中の水分を低減して浄化触媒へ導くとともに、大気中へ放出される浄化前の排ガスを抑制できる。また、排ガスから除去した水分の浄化触媒への流入を抑制できる。

次の本発明に係る排気装置は、前記排気装置において、前記排水手段は、前記貯水手段に溜められた水分によって浮上する浮き子と、前記浮き子に取り付けられるとともに、前記水分放出口を開閉する開閉弁と、を含んで構成されることを特徴とする。

次の本発明に係る排気装置は、前記排気装置において、前記水分放出口と、前記第２の排気通路とは、前記貯水手段に溜められた水分を前記浄化触媒の下流に放出する水分放出通路で接続され、かつ、前記第２の排気通路の内部であって、前記水分放出通路の出口が前記第２の排気通路に開口する部分には、絞り部が設けられることを特徴とする。

次の本発明に係る排気装置は、前記排気装置において、前記第１の排気通路には、前記排ガス中の水分を捕捉する水分捕捉手段が設けられることを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記熱機関は内燃機関であり、前記排気装置を排気通路に備えることを特徴とする。

本発明によれば、排ガス中の水分を低減して浄化触媒へ導くとともに、大気中へ放出される浄化前の排ガスを抑制すること、排ガスから除去した水分の浄化触媒への流入を抑制することのうち、少なくとも一つを達成できるという効果を奏する。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態に開示する構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。なお、本発明は、燃料を燃焼させて動力を得る熱機関であれば、内燃機関、外燃機関を問わず適用できる。特に、本発明は、乗用車やバス、あるいはトラック等の車両に搭載される内燃機関に対して好ましく適用できる。

（実施形態１）
この実施形態１に係る排気装置は、熱機関と浄化触媒との間から、熱機関が排出する排ガスに含まれる水分を導いて貯留する貯水手段と、この貯水手段に設けられ、かつ、貯水手段内の水位に応じて、貯水手段に貯留された水分を浄化触媒の下流に放出する排水手段とを備える点に特徴がある。次に、この実施形態１に係る排気装置が熱機関に取り付けられた状態の説明図を用いて、この実施形態１に係る排気装置について説明する。

図１は、実施形態１に係る排気装置及びこれを備える内燃機関を示す説明図である。なお、説明の便宜上、図１に示す内燃機関１は、単一の気筒を取り出して説明するが、内燃機関１の気筒数及び気筒配置は限定されるものではない。この実施形態１に係る排気装置２０は、熱機関の一例である内燃機関１の排気系に取り付けられる。この内燃機関１は、火花点火式のレシプロ式内燃機関であり、炭化水素系の燃料（ガソリン）が供給される。

内燃機関１は、吸気通路を構成するインテークマニホールド４ｉにポート噴射弁３を備える。なお、内燃機関１は、気筒１ｓの燃焼室１ｂ内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、これによって燃焼室１ｂ内へ燃焼用混合気を形成する、いわゆる直噴の内燃機関であってもよい。

ポート噴射弁３は、インテークマニホールド４ｉ内の空気Ａに燃料Ｆを噴射して、燃焼用混合気を形成する。ポート噴射弁３からは、内燃機関１の負荷ＫＬや機関回転数ＮＥに応じた時期及び必要な量の燃料Ｆが噴射される。内燃機関１の運転を制御する機関ＥＣＵ５０（Electronic Control Unit）は、内燃機関１に取り付けられるクランク角センサ４１、アクセル開度センサ４２、エアフローセンサ４３、水温センサ４４その他の各種センサ類からの出力を取得して、内燃機関１の運転を制御する。

吸気口６ｉから燃焼室１ｂ内に導入される燃焼用混合気は、シリンダヘッド２に備えられる点火プラグ７によって点火されて燃焼する。燃焼用混合気の燃焼圧力は、内燃機関１の気筒１ｓ内に配置されているピストン５に伝えられ、ピストン５を往復運動させる。ピストン５の往復運動はコネテクティングロッド９を介してクランク軸８に伝えられ、ここで回転運動に変換されて、内燃機関１の出力として取り出される。

燃焼後の混合気は排ガスＥｘとなり、排気通路を構成するエキゾーストマニホールド４ｅから排出される。エキゾーストマニホールド４ｅから排出された排ガスＥｘは、排気通路を構成する触媒入口側排気管１０を通って浄化触媒１１へ流入して、浄化される。ここで、浄化触媒１１には、例えば三元触媒や、ＮＯｘ吸蔵還元触媒等が用いられる。

内燃機関１から排出される排ガスＥｘ中には、燃料Ｆの燃焼によって生じた水分が存在する。この水分は、排ガスＥｘとともに浄化触媒１１へ導入されると、浄化触媒１１で気化する等吸熱反応をする。これによって、前記水分が浄化触媒１１から熱を奪うことにより、内燃機関１の暖機時、あるいは軽負荷運転時における浄化触媒１１の温度上昇を妨げたり、浄化触媒１１の温度維持を妨げたりする。その結果、浄化触媒１１の活性温度を確保する上で障害となる。この障害を低減するため、この実施形態１に係る内燃機関１は、排気装置２０により排ガスＥｘ中の水分を可能な限り除去して、浄化触媒１１の下流側に設けられる触媒出口側排気管１２へ放出する。次に、この実施形態１に係る排気装置２０について説明する。なお、次の説明では、適宜図１を参照されたい。

図２−１は、この実施形態１に係る排気装置の構成例を示す概念図である。図２−２は、この実施形態１に係る排気装置が備える排水手段を示す説明図である。図２−３は、図２−２のＸ−Ｘ矢視図である。この実施形態１に係る排気装置２０は、貯水手段である貯水槽２２と、排水手段２３とを含んで構成される。貯水槽２２は、水分導入通路２１によって第１の排気通路である触媒入口側排気管１０と接続される。また、貯水槽２２は、触媒入口側排気管１０の、重力の作用方向（図２−１、図２−２中の矢印Ｇ方向）側に設けられる。

このような構成により、内燃機関１の排気口６ｅと浄化触媒１１の入口（以下触媒入口）１１ｉとの間から、排気通路であるエキゾーストマニホールド４ｅや触媒入口側排気管１０内で凝縮した排ガスＥｘに含まれる水分が、重力の作用により水分導入通路２１を通って貯水槽２２へ流れ込む。そして、貯水槽２２内へ一時的に溜められる。このように、この排気装置２０は、排ガスＥｘに含まれる水分を、内燃機関１の排気口６ｅと触媒入口１１ｉとの間、すなわち触媒入口１１ｉよりも上流側から除去する。

ここで、貯水槽２２は、内外の表面積が可能な限り大きくなるように構成される。これにより、貯水槽２２内において、排ガスＥｘ中に含まれる水蒸気を外気により冷却して貯水槽２２内に凝縮させることができる。その結果、より効率的に排ガスＥｘ中の水分を除去できる。図３−１〜図３−３は、この実施形態１に係る排気装置が備える貯水槽の他の例を示す説明図である。例えば、図３−１に示す貯水槽２２ａ及び水分導入通路２１ａのように、外側に伝熱フィン２２ａｆ、２１ａｆを設けて大気への放熱を促進することにより、より効率的に排ガスＥｘ中に含まれる水蒸気を冷却して、貯水槽２２ａ内で凝縮させることができる。

また、図３−２に示す貯水槽２２ｂ及び水分導入通路２１ｂのように、外側にウォータージャケット２２ｂｗ、２１ｂｗを設けて、排ガスＥｘ中に含まれる水蒸気を冷却してもよい。これにより、さらに効率的に排ガスＥｘ中に含まれる水蒸気を貯水槽２２ｂ内で凝縮させることができる。また、図３−３に示す貯水槽２２ｃのように、流体通路２２ｃｃｐの間に冷却フィン２２ｃｃｆを設けた冷却器２２ｃｃを備え、冷却器２２ｃｃにより触媒入口側排気管１０から導入される排ガスＥｘを冷却してから、貯水槽２２ｃに導入してもよい。このようにすれば、効率的に排ガスＥｘ中に含まれる水蒸気を冷却器２２ｃｃで凝集させてから、貯水槽２２ｃ内へ溜めることができる。

排ガスＥｘに含まれる水分は、貯水槽２２の底部（以下貯水槽底部）２２Ｂ、すなわち、貯水槽２２の重力の作用方向側に集まり、貯水槽底部２２Ｂに設けられる水分放出口２２ｏから放出される。また、この実施形態１に係る排気装置２０は、貯水槽底部２２Ｂに排水手段２３が設けられている。そして、この排水手段２３によって前記水分放出口２２ｏの開閉を制御することにより、貯水槽底部２２Ｂに集められた水分を、貯水槽２２内の水位に応じて浄化触媒１１の出口（以下浄化触媒出口）１１ｏ側に設けられる第２の排気通路である触媒出口側排気管１２へ放出する。次に、排水手段２３の構成を説明する。

この実施形態１に係る排気装置２０が備える排水手段２３は、貯水槽底部２２Ｂに設けられる水分放出口２２ｏを開閉する開閉弁２５と、開閉弁２５に取り付けられる浮き子（以下フロート）２６とで構成される。なお、フロート２６は、開閉弁２５の重力の作用方向側とは反対側に取り付けられる。このように、水分放出口２２ｏ及び排水手段２３を貯水槽底部２２Ｂに設けることにより、貯水槽２２内の水分を効率的に排出することができる。

排水手段２３は、これを構成する開閉弁２５がフロート２６とともに重力の作用方向と平行に動作して、水分放出口２２ｏを開閉する。排水手段２３は、貯水槽２２に設けられる排水手段ガイド部２７によって支持される。そして、排水手段２３が動作するときには、その動きが排水手段ガイド部２７によってガイドされる（図２−１、図２−２）。

貯水槽２２内に排ガスＥｘ中の水分が溜まると、貯水槽２２内の水位が増加（上昇）する。これによって、排水手段２３を構成するフロート２６が、その浮力によって重力の作用方向とは反対側に動く。すなわち、フロート２６は上昇する。開閉弁２５は、フロート２６に取り付けられているため、フロート２６とともに動いて、貯水槽底部２２Ｂに設けられる水分放出口２２ｏを開く。その結果、貯水槽２２内に溜められた水分は、水分放出口２２ｏから水分放出通路２４へ放出される。

このように、浮力を利用して排水手段２３を構成すれば、内燃機関１の運転条件によらず、貯水槽２２内の水位が予め定めた所定の値を超えれば、ただちに貯水槽２２内の水分を放出できる。これによって、貯水槽２２内に過剰な水分が溜められるおそれを極めて低減できるので、触媒入口側排気管１０や浄化触媒１１へ水分が逆流するおそれは極めて低減される。

また、貯水槽２２内の水分が少なく、フロート２６が発生する浮力が小さい場合、開閉弁２５は閉じられるので、貯水槽２２及び水分放出口２２ｏを通って浄化触媒１１の下流へ流れる排ガスＥｘを確実に低減（ほとんど０に近い程度まで低減）できる。このように、フロート２６を用いれば、確実に排ガスＥｘを遮断して、貯水槽２２に溜められた水分を排出することができるとともに、簡易かつ安価に排水手段２３を構成できる。また、フロート２６を用いれば、電気的な接触部分はないので、信頼性も高い。

図２−１に示すように、水分放出通路２４は、触媒出口側排気管１２に接続されており、水分放出通路２４の出口（以下水分放出通路出口）２４ｏが、触媒出口側排気管１２内に開口している。また、触媒出口側排気管１２は、浄化触媒１１の出口（以下触媒出口）１１ｏに接続されている。この実施形態においては、第２の排気通路である触媒出口側排気管１２の内部であって、水分放出通路出口２４ｏが開口する部分は、図２−１に示すように絞り部１３が設けられている。

これによって、浄化触媒１１で浄化された排ガスＥｘが絞り部１３を流れる際には、絞り部１３がベンチュリーとして機能するため、水分放出通路２４内に水分が存在する場合には、その水分は、水分放出通路出口２４ｏから触媒出口側排気管１２内へ吸い出される。これによって、排気装置２０が備える排水手段２３が、貯水槽底部２２Ｂに設けられる水分放出口２２ｏを開くと、貯水槽２２内の水分は、水分放出通路２４を通って触媒出口側排気管１２内へ放出される。このように、触媒出口側排気管１２内の水分放出通路出口２４ｏが開口する部分に絞り部１３を設けることにより、貯水槽２２及び水分放出通路２４内の水分を、効率的に触媒出口側排気管１２内へ放出させることができる。このため、絞り部１３を設けることが好ましい。

上記構成の排気装置２０によって、内燃機関１の排ガスＥｘ中に含まれる水分は、排気装置２０の貯水槽２２内に一時的に溜められた後、浄化触媒１１をバイパスして触媒出口１１ｏ側に設けられる触媒出口側排気管１２内へ放出される。すなわち、前記水分は、浄化触媒１１の下流側へ放出される。その結果、浄化触媒１１へ流入する水分を低減できるので、内燃機関１の暖機時においては浄化触媒１１の昇温を促進でき、内燃機関１の軽負荷運転時においては、浄化触媒１１の温度低下を抑制できる。

貯水槽２２内に溜まっている水分が水分放出口２２ｏから放出されると、貯水槽２２内の水位が減少（下降）する。すると、フロート２６は、開閉弁２５とともに重力の作用方向へ動く。これによって、開閉弁２５は貯水槽底部２２Ｂに設けられる水分放出口２２ｏを閉じるので、貯水槽２２から水分放出通路２４への流れは、水分放出口２２ｏで遮断される。

このように、この実施形態１に係る排気装置２０は、貯水槽２２内の水位が所定値よりも低くなると水分放出口２２ｏが閉じられて、浄化触媒１１をバイパスして流れようとする排ガスＥｘを抑制する。これによって、内燃機関１から排出される排ガスＥｘが、貯水槽２２の水分放出口２２ｏから浄化触媒１１の下流に流れて大気中へ放出されることは、ほとんど発生しない。その結果、浄化触媒１１で浄化されずに大気中へ放出される排ガスＥｘは極めて低減されるので、エミッションの悪化を抑制できる。

ここで、排水手段２３を構成するフロート２６が配置される部分の床面積Ａ（図２−３のハッチングで示す領域）は、フロート２６が排水手段ガイド部２７内を滑らかに移動できる範囲で、できるだけ小さく設定すると、開閉弁２５の動作の応答性が向上する。すなわち、同じ体積の水分が貯水槽２２内に溜まった場合には、前記床面積Ａを小さくすると、前記床面積を大きくした場合よりも早くフロート２６が上昇するので、それだけ早く開閉弁２５が開くことになる。

このように、前記床面積Ａをできるだけ小さく設定すれば、貯水槽２２内に水分が溜まったときには、速やかにこれを排出できる。その結果、貯水槽２２へ過剰の水分が溜められることを抑制できるので、貯水槽２２から触媒入口側排気管１０への水分の逆流を抑制できる。また、貯水槽２２内の水分を速やかに排出することにより、貯水槽２２内に溜まる水分の増加による貯水槽２２内の表面積減少が抑制されるので、貯水槽２２内に流入する水蒸気の冷却能低下を抑制して、効率よく水蒸気を凝集させることができる。

（第１変形例）
この変形例に係る排気装置は、上記実施形態に係る排気装置と同様の構成であるが、内燃機関が排出する排ガス中に含まれる水分を捕捉する水分捕捉手段を排気通路に設ける点が異なる。他の構成は、上記実施形態と同様である。図４−１〜図４−４は、この実施形態１の第１変形例に係る排気装置の構成例を示す概念図である。なお、図４−２は、図４−１のＹ−Ｙ矢視図である。図５−１、図５−２は、この実施形態１の第１変形例に係る排気装置が備える水分捕捉手段の動作を示す説明図である。

この排気装置２０ａは、第１の排気通路である触媒入口側排気管１０内であって、水分導入通路２１の入口（以下水分導入通路入口）２１ｉが開口する部分に、水分捕捉手段２８を備える。水分捕捉手段２８は、触媒入口側排気管１０内に設ければよいが、上述するように、水分導入通路入口２１ｉが開口する部分に設ければ、捕捉した水分を効率よく貯水槽２２へ溜めることができる。

図４−２に示すように、水分捕捉手段２８は、複数の線材２８ｓを交差させて構成した平面状かつ網状の構造体である。水分捕捉手段２８は、高温の排ガスＥｘが流れる触媒入口側排気管１０内に設けられるため、水分捕捉手段２８を構成する線材は、例えば、Ｎｉ基合金やステンレスのような耐熱性の高い金属が用いられる。

水分捕捉手段２８は、複数の線材２８ｓで構成される網の目２８ｎを排ガスＥｘが通過するときに、排ガスＥｘ中に含まれる水分を捕捉する。このとき、排ガス中に水蒸気として含まれる水分は、線材２８ｓ上で凝集が促進されるので、排ガスＥｘ中に含まれる水分を効率よく捕捉できる。水分捕捉手段２８で捕捉された排ガスＥｘ中の水分は、重力の作用により水分導入通路２１を通って貯水槽２２へ溜められる。ここで、複数の網の目２８ｎで構成される平面を、水分捕捉面２８ｐという（図４−２参照）。

図４−２に示すように、水分捕捉手段２８は、支持軸２９によって、触媒入口側排気管１０内に回転可能（矢印Ｓ方向）に支持される。これによって、水分捕捉手段２８は支持軸２９を中心として回転するので（図４−２、図４−３の矢印Ｓ方向）、水分捕捉手段２８の水分捕捉面２８ｐと、触媒入口側排気管１０の管軸Ｚとのなす角度θ（図４−３）を変更することができる。

例えば、内燃機関１の暖機運転時のように、排ガスＥｘ中に含まれる水分を捕捉する必要があるときには、前記角度θを直角に近い大きさに設定して（図５−１参照）、効率よく排ガスＥｘ中に含まれる水分を捕捉する。そして、内燃機関１の暖機が終了した後は、水分捕捉手段２８の水分捕捉面２８ｐを触媒入口側排気管１０の管軸Ｚとほぼ平行に設定して（図５−２参照）、触媒入口側排気管１０内の抵抗を低減させる。

この変形例においては、内燃機関１の暖機が完了したか否かに応じて、水分捕捉手段２８の水分捕捉面２８ｐと、触媒入口側排気管１０の管軸Ｚとのなす角度θを変更する。このため、例えば、支持軸２９をアクチュエータに接続し、内燃機関１の冷却水温度に基づいて水分捕捉手段２８を回転させることによって、前記角度θを変更する。このようにすれば、精度よく水分捕捉手段２８の動作を制御できる。

また、図４−４に示すように、第１金属４０ａと、これよりも熱膨張係数の小さい第２金属４０ｂとを貼り合わせて構成されるバイメタル４０を支持軸２９に取り付け、排ガスＥｘの温度に応じてバイメタル４０を変形させることにより水分捕捉手段２８を回転させてもよい。また、バイメタル４０の代わりに形状記憶合金を用いて、排ガスＥｘの温度に応じて水分捕捉手段２８を回転させてもよい。このように、バイメタル４０等を用いれば、水分捕捉手段２８の動作制御の精度はやや低くなるが、簡単な構造で水分捕捉手段２８の動作を制御できる。

（第２変形例）
この変形例に係る排気装置は、上記実施形態に係る排気装置と同様の構成であるが、貯水槽内に溜められる水分の水位に基づいて発生する力が、貯水槽の水分放出口を閉じるために開閉弁に付勢される付勢力を上回ったときに、開閉弁が開くように構成される排水手段を備える点が異なる。他の構成は、上記実施形態に係る排気装置と同様である。

図６は、この実施形態１の第２変形例に係る排気装置の構成例を示す概念図である。図７−１は、この実施形態１の第２変形例に係る排気装置が備える排水手段の動作を示す説明図である。図７−２は、この実施形態１の第２変形例に係る排気装置が備える排水手段の減衰手段の一例を示す説明図である。

この排気装置２０ｂが備える排水手段２３ｂは、貯水槽２２に設けられる水分放出口２２ｏを開閉する開閉弁３０と、貯水槽２２内に溜められる水分の水位に基づいて発生する力（水位力）Ｐｗに対抗する力（対抗力）Ｐｒを開閉弁３０に付勢する弾性体（この例ではばね）３１とを備える。また、この排水手段２３ｂは、弾性体３１が発生する対抗力Ｐｒの方向と平行に減衰力を発生する減衰手段３２を備える。なお、この変形例に係る排気装置２０ｂは、重力の作用方向（図６中の矢印Ｇ方向）に対して直交する方向に開閉弁３０が動作するが、重力の作用方向と平行に開閉弁３０を動作するようにしてもよい。

開閉弁３０は、貯水槽２２の外部から水分放出口２２ｏを閉じるように配置されており、貯水槽２２内に溜められる水分の水位に基づいて発生する水位力Ｐｗによって開く。上述したように、開閉弁３０には、貯水槽２２内に溜められる水分の水位に基づいて発生する力に対抗する対抗力Ｐｒが付勢されている。貯水槽２２内に溜められる水分の水位が予め定めた値を上回って、前記Ｐｗが対抗力Ｐｒを上回ると、開閉弁３０が開いて水分放出口２２ｏから貯水槽２２内の水分を放出する。貯水槽２２内に溜められる水分の水位が予め定めた値を下回って、前記Ｐｗが対抗力Ｐｒを下回ると、開閉弁３０が閉じる。これによって、貯水槽２２内を通って水分放出口２２ｏから流出する排ガスＥｘは極めて低減される。

貯水槽２２内に溜められる水分の水位に基づいて発生する水位力ＰｗがＰ１のときに、開閉弁３０が開くとする（図７−１）。減衰手段３２を設けない場合、前記ＰｗがＰ１を超えると開閉弁３０が開くが、前記ＰｗがＰ１を下回ると開閉弁３０は速やかに閉じる。この場合、前記ＰｗがＰ１の近傍に到達したときに開閉弁３０の開閉が繰り返されることになり、振動や騒音を引き起こすおそれがある。

この変形例に係る排水手段２３ｂは、図６に示すように、減衰手段３２を備える。図７−２に示すように、減衰手段３２は、流体（例えば油）が充填されたシリンダ３３内をピストン３４が往復運動する際に、ピストン３４に設けられたオリフィス３５を前記流体が通過することにより減衰力を発生させる。また、この減衰手段３２は、ピストン３４にオリフィス３５と、開閉弁３０が開く方向（図７−２の矢印Ｖｏ方向）にピストン３４が動くときに開弁する逆止弁３６とを備える。これによって、減衰手段３２は、開閉弁３０が開く方向に動くときにはほとんど減衰力を発生しないが、開閉弁３０が閉じる方向に動くときには減衰力Ｐｄを発生する。

いま、弾性体３１の対抗力ＰｒをＰ１に設定する。すると、図７−１に示すように、前記ＰｗがＰ１を超えると開閉弁３０が開く。そして、前記ＰｗがＰ１を下回った場合には、弾性体３１が発生する対抗力Ｐｒによって開閉弁３０が閉じようとする。しかし、開閉弁３０が閉じる方向に動くと、減衰手段３２が減衰力Ｐｄを発生する。この減衰力Ｐｄによって、開閉弁３０の閉じようとする動きが抑制されるので、前記ＰｗがＰ１を下回っても、開閉弁３０がただちに閉じることはない。

これによって、前記ＰｗがＰ１を超えたときに開閉弁３０が開き、前記ＰｗがＰ１よりも小さいＰ２に近傍に到達したときに、開閉弁３０が閉じる。その結果、Ｐ１近傍で開閉弁３０の開閉が繰り返されることによる振動や騒音を低減できる。なお、開閉弁３０が閉じるタイミングを決定する閉弁力Ｐ２は、貯水槽２２の水分放出口２２ｏを通り、浄化触媒１１をバイパスして大気中へ放出される排ガスＥｘの量を最小限に、好ましくは０にするように設定される。そして、設定した閉弁力Ｐ２に基づいて、減衰手段３２が発生する減衰力Ｐｄを決定する。

以上、この実施形態１及びその変形例では、熱機関である内燃機関と浄化触媒との間から、内燃機関が排出する排ガスに含まれる水分を導いて貯留する貯水手段と、この貯水手段に設けられ、かつ、貯水手段内の水位に応じて、貯水手段に貯留された水分を浄化触媒の下流に放出する排水手段とを備える。これによって、排ガス中の水分を低減して浄化触媒へ導くとともに、大気中へ放出される浄化前の排ガスを抑制できる。また、排ガスから除去した水分の浄化触媒への流入を抑制できる。そして、確実に排ガスを遮断して、貯水手段から水分を排出することができる。

（実施形態２）
実施形態２に係る排気装置は、水位検出手段によって検出した貯水槽の水位に基づいて、排水手段を動作させる点に特徴がある。他の構成は実施形態１に係る排気装置と同様である。

図８は、この実施形態２に係る排気装置の構成例を示す概念図である。この排気装置２０ｃは、貯水槽２２内に溜められる水分の水位を検出する水位検出手段として、水位検出センサ４５を備える。水位検出センサ４５は、水分放出位置検出センサ４５ａと、水分放出停止位置検出センサ４５ｂとで構成される。水位検出センサ４５は、例えば、光学センサや電気の導通により水位を検出するものを使用することができる。

貯水槽底部２２Ｂに設けられる水分放出口２２ｏと水分放出通路２４との間には、開閉弁３８が設けられる。開閉弁３８は、例えば電磁式の開閉弁を用いることができる。開閉弁３８は、排水制御装置３７によって制御される。排水制御装置３７は、水位検出センサ４５から取得した情報に基づき、開閉弁３８を開閉する。この実施形態２においては、水位検出手段である水位検出センサ４５と、開閉弁３８と、排水制御装置３７とで排水手段が構成される。なお、この実施形態２において、排水制御装置３７は機関ＥＣＵ５０内に組み込まれているが、排水制御装置３７を機関ＥＣＵ５０とは別個に用意してもよい。

貯水槽２２内に溜められた水分の水位が水分放出位置検出センサ４５ａの位置に到達したら、排水制御装置３７は、開閉弁３８を開く。これによって、貯水槽２２内の水分は、水分放出口２２ｏを通って水分放出通路２４へ放出される。その結果、浄化触媒１１へ流入する水分を低減できるので、内燃機関１の暖機時においては浄化触媒１１の昇温を促進でき、内燃機関１の軽負荷運転時においては、浄化触媒１１の温度低下を抑制できる。

貯水槽２２内に溜められた水分の水位が水分放出停止位置検出センサ４５ｂの位置に到達したら、排水制御装置３７は、開閉弁３８を閉じる。この実施形態１に係る排気装置２０ｃでは、貯水槽２２内に水分が溜められて、水分放出口２２ｏを完全に塞いだ状態で開閉弁３８を閉じる。これによって、浄化触媒１１をバイパスして浄化触媒１１の下流に流れる排ガスＥｘは、ほぼ完全になくなる。その結果、浄化触媒１１で浄化されずに大気中へ放出される排ガスＥｘをほぼ完全になくすことができるので、エミッションの悪化を抑制できる。

以上、この実施形態２では、貯水手段内の水位を水位検出手段により検出し、この出力に基づいて、貯水手段に溜められた水分を浄化触媒の下流に放出する。これによって、排ガス中の水分を低減して浄化触媒へ導くとともに、大気中へ放出される浄化前の排ガスをより確実に抑制できる。また、排ガスから除去した水分が浄化触媒へ流入することも、より確実に抑制できる。このように、この実施形態では、水分放出口の開閉制御（すなわち、貯水手段に溜められた水分の放出、及び放出停止）の精度を向上させることができるとともに、細かい制御も可能となる。

以上のように、本発明に係る排気装置及び内燃機関は、熱機関である内燃機関が排出する排ガス中に含まれる水分を低減することに有用であり、特に、浄化触媒をバイパスして放出される排ガスを抑制することに適している。

実施形態１に係る排気装置及びこれを備える内燃機関を示す説明図である。 この実施形態１に係る排気装置の構成例を示す概念図である。 この実施形態１に係る排気装置が備える排水手段を示す説明図である。 図２−２のＸ−Ｘ矢視図である。 この実施形態１に係る排気装置が備える貯水槽の他の例を示す説明図である。 この実施形態１に係る排気装置が備える貯水槽の他の例を示す説明図である。 この実施形態１に係る排気装置が備える貯水槽の他の例を示す説明図である。 この実施形態１の第１変形例に係る排気装置の構成例を示す概念図である。 この実施形態１の第１変形例に係る排気装置の構成例を示す概念図である。 この実施形態１の第１変形例に係る排気装置の構成例を示す概念図である。 この実施形態１の第１変形例に係る排気装置の構成例を示す概念図である。 この実施形態１の第１変形例に係る排気装置が備える水分捕捉手段の動作を示す説明図である。 この実施形態１の第１変形例に係る排気装置が備える水分捕捉手段の動作を示す説明図である。 この実施形態１の第２変形例に係る排気装置の構成例を示す概念図である。 この実施形態１の第２変形例に係る排気装置が備える排水手段の動作を示す説明図である。 この実施形態１の第２変形例に係る排気装置が備える排水手段の減衰手段の一例を示す説明図である。 この実施形態２に係る排気装置の構成例を示す概念図である。

符号の説明

１ 内燃機関
４ｅ エキゾーストマニホールド
６ｅ 排気口
１０ 触媒入口側排気管
１１ 浄化触媒
１１ｉ 触媒入口
１１ｏ 触媒出口
１２ 触媒出口側排気管
１３ 絞り部
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 排気装置
２１、２１ａ、２１ｂ 水分導入通路
２１ｉ 水分導入通路入口
２２ｏ 水分放出口
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 貯水槽
２２Ｂ 貯水槽底部
２３、２３ｂ 排水手段
２４ 水分放出通路
２４ｏ 水分放出通路出口
２５ 開閉弁
２６ フロート
３０ 開閉弁
３１ 弾性体
３２ 減衰手段
３７ 排水制御装置
３８ 開閉弁
４５ 水位検出センサ
５０ 機関ＥＣＵ

Claims (5)

1. 熱機関と、前記熱機関から排出される排ガスを浄化する浄化触媒とを接続する第１の排気通路から、前記排ガスに含まれる水分を導いて貯留する貯水手段と、
   前記貯水手段の内部の水位に応じて、前記貯水手段に溜められた水分を、前記貯水手段に設けられる水分放出口から前記浄化触媒の出口側に設けられる第２の排気通路に放出する排水手段と、
   を含むことを特徴とする排気装置。
2. 前記排水手段は、
   前記貯水手段に溜められた水分によって浮上する浮き子と、
   前記浮き子に取り付けられるとともに、前記水分放出口を開閉する開閉弁と、
   を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の排気装置。
3. 前記水分放出口と、前記第２の排気通路とは、前記貯水手段に溜められた水分を前記浄化触媒の下流に放出する水分放出通路で接続され、
   かつ、前記第２の排気通路の内部であって、前記水分放出通路の出口が前記第２の排気通路に開口する部分には、絞り部が設けられることを特徴とする請求項２に記載の排気装置。
4. 前記第１の排気通路には、前記排ガス中の水分を捕捉する水分捕捉手段が設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気装置。
5. 前記熱機関は内燃機関であり、請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気装置を排気通路に備えることを特徴とする内燃機関。

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