JP2010071223A

JP2010071223A - エンジンの排気浄化装置

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Publication number: JP2010071223A
Application number: JP2008240792A
Authority: JP
Inventors: Hideji Iwakuni; 秀治岩国
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2008-09-19
Publication date: 2010-04-02
Anticipated expiration: 2028-09-19
Also published as: JP5239678B2

Abstract

【課題】簡便な手段で、蓄熱材からの熱の放熱と蓄熱材への熱の蓄熱が効率よくでき、排気ガス浄化触媒を効率よく活性化できるエンジンの排気浄化装置を提供する。
【解決手段】エンジン１３から排出される排気ガスの温度が所定値以下の場合に、弁部材２９により流路を調節し排気ガスを第２分岐通路１９に流して蓄熱材２５から放熱させ、この放熱に伴って蓄熱材２５の放熱機能が低下して所定の放熱限界に達したときに、排気ガスを第１分岐通路１７に流すように弁部材２９により流路を切り替え、減圧手段３１により第２分岐通路１９を減圧して蓄熱材２５から水分を除去するように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの排気浄化装置に関するものである。

従来から、エンジンの排気浄化装置に用いられる排気ガス浄化触媒は、エンジン始動時などの排ガスの温度が低い時には触媒金属が活性化していないため、高い浄化率が得難いことが知られている。そこで、触媒よりも上流側に電気ヒータからなる加熱部材を配設し、エンジン始動直後に加熱部材に通電して排気ガスを昇温させることによって触媒の温度を高める技術、加熱部材に触媒材料を直接取り付けて触媒を直接的に加熱する技術などが提案されている。しかし、電気ヒータを用いると、消費される電気エネルギーが大きくなるので、この技術は一般的に広まっていないのが現状である。

上記技術の他、触媒の上流側に蓄熱材が配設された排気浄化装置も知られている。例えば特許文献１には、排気系の通路として、塩化ナトリウムと塩化カルシウムの共晶組成物などからなる潜熱蓄熱材が配設された通路と、この通路を迂回するバイパス通路とを備え、下流側においてこれらの通路が合流し、この合流部よりも下流側に排気ガス浄化触媒が配設された排気ガス浄化装置が開示されている。この装置では、排ガスの温度が低いときには蓄熱材を配設した通路を通じて排気ガスを触媒に流し、高負荷運転時にはバイパス通路を通じて排気ガスを触媒に流している。

また、特許文献２には、アウタシェルに保持される筐体部内に、水分と作用して放熱するＣａＯからなる蓄熱材が配設された触媒暖機装置が開示されている。この装置では、エンジンの始動時に導水分管部から筐体部内に供給される水分と蓄熱材との発熱反応により蓄熱材から熱を放熱してアウタシェル内に配置された触媒を加熱している。一方、エンジン暖機時には、蓄熱材が排気ガスの熱を蓄熱する吸熱反応を行わせ、反応により生じた水分を水分蒸気として筐体部の蒸気排出口部から放出している。
特開昭６０−２１２６０９号公報特開昭５９−２０８１１８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、蓄熱材として潜熱蓄熱材を用いているため、蓄熱材の蓄熱密度が十分に高くなく、触媒を効率よく活性化させることができないという問題がある。

特許文献２に記載の装置では、筐体部内に供給する水分を貯蔵しておくタンクが必要であり、しかも筐体部に水分を供給するためのポンプ、筐体部から水分を排出するためのポンプなども必要になるので、装置の構造が複雑になるという問題がある。

また、近年では、エンジンとモータとをエネルギー源とするハイブリッド車両が環境対策、燃費向上対策などの点で有効であり、その数が次第に増加している。このようなハイブリッド車両においては、モータを駆動させる電気エネルギーを得るためにエンジンが使用されるシリーズ式ハイブリッド、エンジンおよびモータがともに車両の駆動源になるパラレル式ハイブリッドなどがあり、いずれのタイプでもエンジンは駆動と停止を繰り返す。したがって、ハイブリッド車両では、その他の車両と比較して、排気ガスの温度が低く触媒が暖機されていないエンジンの駆動直後の状態が多く発生することになる。

そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡便な手段で、蓄熱材からの放熱と蓄熱材への蓄熱が効率よくでき、排気ガス浄化触媒を効率よく活性化できるエンジンの排気浄化装置を提供することにあり、特に、ハイブリッド車両に適するエンジンの排気浄化装置を提供することにある。

本発明のエンジンの排気浄化装置は、エンジンから排気ガスが排出される上流側排気通路と、前記上流側排気通路から分岐する第１分岐通路および第２分岐通路と、分岐した前記第１分岐通路および前記第２分岐通路が合流する合流部から下流側に延設された下流側排気通路と、前記第２分岐通路に配設され、水分と作用することにより放熱する蓄熱材と、前記下流側排気通路に配設された排気ガス浄化触媒と、前記排気ガスを前記第１分岐通路および前記第２分岐通路のいずれか一方に流すように前記排気ガスの流路を調節する弁部材と、前記第２分岐通路に接続され、前記第２分岐通路を減圧することにより前記蓄熱材から水分を除去する減圧手段と、前記エンジンから排出される前記排気ガスの温度が所定値以下の場合に、前記弁部材により前記流路を調節し前記排気ガスを前記第２分岐通路に流して前記蓄熱材から放熱させ、この放熱に伴って前記蓄熱材の放熱機能が低下して所定の放熱限界に達したときに、前記排気ガスを前記第１分岐通路に流すように前記弁部材により前記流路を切り替え、前記減圧手段により前記第２分岐通路を減圧して前記蓄熱材から水分を除去するように制御する制御手段と、を備えている。

この構成では、水分と作用することにより放熱する蓄熱材、すなわち化学蓄熱材を第２分岐通路に配設することにより、排気ガスに含まれる水分を利用して蓄熱材から熱を放熱させ、この熱により排気ガスを加熱できる。これにより、エンジン始動時などであっても排気ガスの温度を高めて排気ガス浄化触媒の触媒金属を活性化させることができる。しかも、第２分岐通路に接続され、第２分岐通路を減圧することにより蓄熱材から水分を除去する減圧手段と、蓄熱材が所定の放熱限界に達したときに、排気ガスを第１分岐通路に流すように弁部材により流路を切り替え、減圧手段により第２分岐通路を減圧して蓄熱材から水分を除去するように制御する制御手段とを備えているので、排気ガスを加熱しないときには、第２分岐通路を減圧手段により減圧することにより、蓄熱材から水分を除去して蓄熱材に熱を蓄熱できる。これにより、蓄熱材の放熱機能を効率的に回復させて次回の蓄熱材からの放熱に備えることができる。

本発明のエンジンの排気浄化装置は、前記上流側排気通路に配設され、前記エンジンから排出される前記排気ガスの温度を検知する第１温度センサと、前記蓄熱材よりも上流側の前記第２分岐通路に配設された第２温度センサと、前記排気ガス浄化触媒よりも上流側の前記下流側排気通路に配設された第３温度センサと、をさらに備え、前記制御手段は、前記排気ガスを前記第２分岐通路に流した後に前記第３温度センサにより検知される値が最大値を取りその後低下していく過程で、前記第２温度センサにより検知される値が前記第３温度センサにより検知される値以上である場合に前記放熱限界に達したと判断するように制御するのが好ましい。

この構成では、制御手段は、排気ガスを第２分岐通路に流した後に第３温度センサにより検知される値が最大値を取りその後低下していく過程で、第２温度センサにより検知される値が第３温度センサにより検知される値以上である場合に前記放熱限界に達したと判断する。すなわち、蓄熱材が放熱限界に達したか否かは、排気ガスを第２分岐通路に流した後に第３温度センサにより検知される値が最大値を取りその後低下していく過程であり、かつ、第２温度センサにより検知される値が第３温度センサにより検知される値以上であるという２つの条件に基づいて判断する。

第２温度センサは第３温度センサよりも上流側に位置しているので、第２分岐通路に排気ガスを流し始めた初期には、第２温度センサで検知される温度は第３温度センサで検知される温度よりも高い。その後、蓄熱材が発熱を始めるとその熱が排気ガスに伝達されて第３温度センサで検知される温度が第２温度センサで検知される温度よりも高くなる。この状態がしばらく続くと、水分との作用による蓄熱材の発熱がピークに達し、その後は発熱量が次第に低下するようになり、やがて第２温度センサで検知される温度は第３温度センサで検知される温度よりも再び大きくなる。この時点で、蓄熱材が放熱限界に達したと判断する。

上記２つの条件を満たした場合には、蓄熱材の放熱機能が低下して排気ガスの温度を上昇させるだけの十分な熱が蓄熱材から放熱されていないと判断する。これにより、適切な時期に蓄熱材に熱を蓄熱することができる。

前記減圧手段は、前記蓄熱材よりも下流側の前記第２分岐通路から分岐する第３分岐通路と、前記第３分岐通路を開閉する第３分岐通路用弁部材と、前記第３分岐通路に配設された減圧ポンプとを含み、前記制御手段は、前記第３分岐通路用弁部材により前記第３分岐通路を開けた状態で前記減圧ポンプを作動させることにより、前記第２分岐通路を減圧するように制御してもよい。

この構成では、減圧手段が上記した第３分岐通路、第３分岐通路用弁部材および減圧ポンプを含む簡単な構造であるにもかかわらず、制御手段が第３分岐通路用弁部材により第３分岐通路を開けた状態で減圧ポンプを作動させることによって、第２分岐通路を減圧して蓄熱材から水分を効率よく除去することができる。

前記減圧手段は、前記蓄熱材よりも下流側の前記第２分岐通路から分岐し、前記排気ガス浄化触媒よりも下流側の前記下流側排気通路に接続され、内径が前記下流側排気通路の内径よりも小さい第３分岐通路と、前記第３分岐通路を開閉する第３分岐通路用弁部材とを含み、前記制御手段は、前記第３分岐通路用弁部材により前記第３分岐通路を開けることにより、前記第２分岐通路を減圧するように制御してもよい。

この構成では、蓄熱材よりも下流側の第２分岐通路から分岐し、排気ガス浄化触媒よりも下流側の下流側排気通路に接続された第３分岐通路を設け、この第３分岐通路の内径を下流側排気通路の内径よりも小さくすることにより、下流側排気通路内の排気ガスの流れが下流側排気通路に接続された第３分岐通路の接続口周辺の圧力を低下させる。これにより、第３分岐通路およびこれに連通している第２分岐通路が減圧される。したがって、減圧手段が上記した第３分岐通路および第３分岐通路用弁部材を含む簡単な構造であるにもかかわらず、制御手段が第３分岐通路用弁部材により第３分岐通路を開けることによって、第２分岐通路を減圧して蓄熱材から水分を効率よく除去することができる。

前記減圧手段は、前記蓄熱材よりも下流側の前記第２分岐通路から分岐し、前記エンジンの吸気通路に接続され、内径が前記吸気通路の内径よりも小さい第３分岐通路と、前記第３分岐通路を開閉する第３分岐通路用弁部材とを含み、前記制御手段は、前記第３分岐通路用弁部材により前記第３分岐通路を開けることにより、前記第２分岐通路を減圧するように制御してもよい。

この構成では、蓄熱材よりも下流側の第２分岐通路から分岐し、エンジンの吸気通路に接続された第３分岐通路を設け、この第３分岐通路の内径を吸気通路の内径よりも小さくすることにより、上記と同様の原理によって第３分岐通路およびこれに連通する第２分岐通路が減圧される。したがって、減圧手段が上記した第３分岐通路および第３分岐通路用弁部材を含む簡単な構造であるにもかかわらず、制御手段が第３分岐通路用弁部材により第３分岐通路を開けることによって、第２分岐通路を減圧して蓄熱材から水分を効率よく除去することができる。

本発明のエンジンの排気浄化装置は、前記排気ガス浄化触媒の少なくとも一部に接して配設され、水分と作用することにより放熱する触媒用蓄熱材をさらに備え、前記減圧手段は、前記蓄熱材よりも下流側の前記第２分岐通路から分岐する第３分岐通路と、前記第３分岐通路を開閉する第３分岐通路用弁部材と、前記第３分岐通路に配設された減圧ポンプとを含み、前記制御手段は、前記第３分岐通路用弁部材により前記第３分岐通路を開けた状態で前記減圧ポンプを作動させることにより、前記第２分岐通路を減圧して前記蓄熱材から水分を除去し、除去された前記水分の少なくとも一部を前記触媒用蓄熱材に供給するように制御してもよい。

この構成では、減圧手段が上記した第３分岐通路、第３分岐通路用弁部材および減圧ポンプを含む簡単な構造であるにもかかわらず、制御手段が第３分岐通路用弁部材により第３分岐通路を開けた状態で減圧ポンプを作動させることによって、第２分岐通路を減圧して蓄熱材から水分を効率よく除去することができる。しかも、排気ガス浄化触媒の少なくとも一部に接して配設され、水分との作用により放熱する触媒用蓄熱材をさらに備え、制御手段が蓄熱材から除去された前記水分の少なくとも一部を触媒用蓄熱材に供給するように制御することにより、触媒用蓄熱材が放熱し、この熱で排気ガス浄化触媒を加熱することができる。このように第２分岐通路に配設された蓄熱材だけでなく、触媒用蓄熱材でも排気ガス浄化触媒を加熱でき、しかも触媒用蓄熱材を放熱させる水分は蓄熱材から除去された水分であるので、触媒用蓄熱材に水分を供給するためのタンクなどの別部材が不要となり、構造を簡素化できる。また、この構成では、電気ヒータなどのように電気エネルギーを必要とする加熱手段を配設することなく排気ガス浄化触媒を直接加熱することができるので、省エネルギーで、かつ、効率的に排気ガス浄化触媒を昇温させることができる。

なお、この構成において、触媒用蓄熱材が排気ガス浄化触媒の「少なくとも一部に接して」配設されているとは、触媒用蓄熱材が排気ガス浄化触媒の少なくとも一部に熱的に接していることを意味し、触媒用蓄熱材が排気ガス浄化触媒の少なくとも一部に直接接している場合だけでなく、後述するコンバータケースを用いる場合のように、触媒用蓄熱材が管などの別部材を介して排気ガス浄化触媒と間接的に接している場合も含む。

本発明のエンジンの排気浄化装置は、モータ駆動可能なハイブリッド車両に搭載され、前記制御手段は、前記エンジンが駆動中で、かつ、前記エンジンから排出される前記排気ガスの温度が所定値以下の場合に、前記弁部材により前記流路を調節し前記排気ガスを前記第２分岐通路に流し、前記放熱限界に達したときに、前記排気ガスを前記第１分岐通路に流すように前記弁部材により前記流路を切り替え、前記エンジンが停止し前記モータが駆動中で、かつ、前記排気ガス浄化触媒よりも上流側の前記下流側排気通路の温度が所定値以下の場合に、前記第３分岐通路用弁部材により前記第３分岐通路を開けた状態で前記減圧ポンプを作動させることにより、前記第２分岐通路を減圧して前記蓄熱材から前記水分を除去し、除去された前記水分の少なくとも一部を前記触媒用蓄熱材に供給するように制御するのが好ましい。

この構成では、制御手段は、エンジンが駆動中でエンジンから排出される排気ガスの温度が所定値以下の場合に、排気ガスを第２分岐通路に流して蓄熱材により排気ガスを加熱し、前記放熱限界に達したときに、排気ガスを第１分岐通路に切り替える。これらの制御に加え、この構成では、エンジンが停止しモータ駆動中で、かつ、排気ガス浄化触媒よりも上流側の下流側排気通路の温度が所定値以下の場合に、第２分岐通路を減圧して蓄熱材から水分を除去し、除去された水分の少なくとも一部を触媒用蓄熱材に供給するように制御する。エンジンが停止しモータ駆動中には、エンジンから排気ガスが排出されないので排気ガス浄化触媒の温度が低下する。排気ガス浄化触媒よりも上流側の下流側排気通路の温度が所定値以下の場合には、排気ガス浄化触媒の温度も低くなって触媒が十分に活性化していない状態であると判断し、上記のように触媒用蓄熱材に水分を供給して触媒用蓄熱材から放熱させる。これにより、エンジン停止中であっても排気ガス浄化触媒の温度を上昇させておくことができるので、次回のエンジン駆動時の排気ガス温度が低温であっても排気ガス浄化率を高めることができると同時に、第２分岐通路に配設された蓄熱材から水分を除去して蓄熱材に熱を蓄熱することができる。このように本発明の排気浄化装置は、エンジンの駆動と停止が繰り返されるハイブリッド車両に好適である。

本発明のエンジンの排気浄化装置は、前記下流側排気通路に配設され、外管の内部に内管が配置された二重構造を有するコンバータケースをさらに備え、前記排気ガス浄化触媒が前記内管の内部に配設され、前記触媒用蓄熱材が前記外管と前記内管との間に収容されており、前記第３分岐通路が前記外管に接続されていてもよい。

この構成では、上記のような二重構造を有するコンバータケースを備えているので、触媒用蓄熱材によって排気ガス浄化触媒を内管の周囲から効率的に加熱することができる。

以上説明したように、本発明では、排気ガスに含まれる水分を利用して蓄熱材からの放熱により排気ガスを加熱できるとともに、蓄熱材の放熱機能を効率的に回復させて次回の蓄熱材からの放熱に備えることができる。このように本発明によれば、簡便な手段で、蓄熱材からの放熱と蓄熱材への蓄熱が効率よくでき、排気ガス浄化触媒を効率よく活性化できる。

以下、本発明の一実施形態にかかるエンジンの排気浄化装置について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかる排気浄化装置１１を示す構成図である。この排気浄化装置１１は、エンジン１３から排出される有害物質を含む排気ガスを排気ガス浄化触媒２７により浄化するための装置である。

エンジン１３の吸気側には、吸気通路４７および吸気マニホールド４９が配設されており、これらの吸気通路４７および吸気マニホールド４９を通じてエンジン１３内に吸気される。

エンジン１３の排気側には、エンジン１３から排気ガスが排出される上流側排気通路１５と、この上流側排気通路１５から分岐する第１分岐通路１７および第２分岐通路１９と、これらの分岐通路１７，１９が合流する合流部２１から下流側に延設された下流側排気通路２３とが配設されている。

第２分岐通路１９には、水分と作用することにより放熱する蓄熱材２５が配設されている。下流側排気通路２３には、円筒状のコンバータケース２８が配設されている。このコンバータケース２８内には排気ガス浄化触媒２７が収容されている。第２分岐通路１９には、この第２分岐通路１９を減圧する減圧手段３１が配設されている。

上流側排気通路１５から第１分岐通路１７および第２分岐通路１９が分岐する分岐部２０には、排気ガスを第１分岐通路１７および第２分岐通路１９のいずれか一方に流すように排気ガスの流路を調節する弁部材２９が設けられている。第１分岐通路１７および第２分岐通路１９が合流する合流部２１には、弁部材３０が設けられている。

上流側排気通路１５には、第１温度センサＴＳ１が配設されている。この第１温度センサＴＳ１は、エンジン１３から排出される排気ガスの温度を検知できる。蓄熱材２５よりも上流側の第２分岐通路１９には、第２温度センサＴＳ２が配設されている。この第２温度センサＴＳ２は、第２分岐通路１９を流れ、蓄熱材２５と接触する直前の排気ガスの温度を検知できる。排気ガス浄化触媒２７よりも上流側の下流側排気通路２３には、第３温度センサＴＳ３が配設されている。この第３温度センサＴＳ３は、排気ガス浄化触媒２７と接触する直前の排気ガスの温度を検知できる。なお、温度センサＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３は、これらの周辺に排気ガスが流れていないときには、センサ近傍の雰囲気温度を検知できる。

これらの温度センサＴＳ１，ＴＳ２，ＴＳ３により検知される排気ガスの温度に基づいて、減圧手段３１および弁部材２９，３０は、制御ユニット３３により制御される。

減圧手段３１は、蓄熱材２５よりも下流側の第２分岐通路１９から分岐する第３分岐通路４１と、第３分岐通路４１を開閉する第３分岐通路用弁部材４３と、第３分岐通路４１に配設された減圧ポンプ４５とを含んでいる。

第３分岐通路用弁部材４３は、第２分岐通路１９から第３分岐通路４１が分岐する分岐部４２と、減圧ポンプ４５との間に配置されている。したがって、弁部材４３により第３分岐通路４１を開けることによって第２分岐通路１９と第３分岐通路４１が連通する。この連通状態で、かつ、弁部材２９，３０により第２分岐通路１９を閉めて排気ガスを第１分岐通路１７に流すようにした状態で減圧ポンプ４５を作動させることにより、第２分岐通路１９が減圧される。

このように第２分岐通路１９が減圧されると、蓄熱材２５に含まれる水分の一部または全部が蓄熱材２５から除去され、蓄熱材２５よりも下流側の第２分岐通路１９および第３分岐通路４１を通じて排出される。

蓄熱材２５から水分をより効率よく除去するには、蓄熱材２５の温度は高い方が好ましい。例えば、蓄熱材２５からの放熱後は、蓄熱材２５自体の温度が高温になっているので、この高温状態の間に減圧ポンプ４５により第２分岐通路１９を減圧することにより蓄熱材２５から水分を効率よく除去できる。

蓄熱材２５としては、水分と作用することにより放熱し、水分を除去することにより蓄熱される化学蓄熱材が用いられる。具体的には、蓄熱材２５としては、例えば水和物による蓄熱、物理吸着による蓄熱、濃度差による蓄熱、水酸化物による蓄熱などの種々の作用を利用したものが挙げられる。これらの化学蓄熱材は、潜熱蓄熱材と比較して蓄熱密度が高く、長時間の放熱および蓄熱が可能であるため、排気ガスを昇温させる機能に優れている。また、水分の供給量、減圧時間、減圧時の圧力などを制御することにより蓄熱および放熱における熱の利用を制御しやすい。

水和物により蓄熱する蓄熱材としては、例えば硫酸カルシウム二水和物（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）などが挙げられる。物理吸着により蓄熱する蓄熱材としては、例えばゼオライトなどが挙げられる。ゼオライトとしては、例えば、Ａ型ゼオライト、Ｙ型ゼオライトなどが挙げられる。濃度差により蓄熱する蓄熱材としては、臭化リチウム水和物（ＬｉＢｒ・ｎＨ_２Ｏ）などが挙げられる。水酸化物により蓄熱する蓄熱材としては、例えば水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）などが挙げられる。

蓄熱材２５は、第２分岐通路１９を流れる排気ガスと接触するように第２分岐通路１９の途中に配設される。蓄熱材２５の配設手段としては、例えば、蓄熱材２５をハニカム担体に担持してもよく、蓄熱材２５を第２分岐通路１９の内壁面に固着してもよく、蓄熱材２５を第２分岐通路１９の途中に配設された管状の容器などに収容してもよい。

次に、制御ユニット３３による具体的な制御動作について図２に示すフローチャートに沿って説明する。図２に示すように、制御ユニット３３は、ステップ１（図２中に「Ｓ１」と図示。ステップ２以降も同様。）において、エンジン１３から排出される排気ガスの温度、すなわち第１温度センサＴＳ１により検知される値が所定値Ｔ１以下であるか否かを判別する。

ステップ１の判別結果が「ＮＯ」である場合、すなわち第１温度センサＴＳ１により検知される値が所定値Ｔ１を超える場合には、処理を終了する。ステップ１の判別結果が「ＹＥＳ」である場合、すなわち第１温度センサＴＳ１により検知される値が所定値Ｔ１以下である場合には、ステップ２に進む。

ステップ２では、弁部材２９，３０により第２分岐通路１９を開いて排気ガスが第２分岐通路１９に流れるようにする。このとき、第３分岐通路４１は、第３分岐通路弁部材４３により閉じられている。第２分岐通路１９を流れる排気ガスは蓄熱材２５と接触する。排気ガスには水分が含まれているので、この水分が蓄熱材２５に作用して蓄熱材２５が発熱し、その熱が放熱される。この放熱により温度が上昇した排気ガスは、下流側排気通路２３を通じて排気ガス浄化触媒２７に送られて排気ガス浄化触媒２７の温度を上昇させる。

蓄熱材２５は、排気ガスとの接触がさらに進むと、蓄熱材２５の水和、蓄熱材２５への水分の吸着、蓄熱材２５が酸化物から水酸化物となる反応などが進行し、蓄熱材２５の放熱機能が次第に低下する。一方で、エンジン１３が暖機されるに伴って排気ガスの温度は上昇する。その結果、蓄熱材２５の放熱機能が所定の放熱限界に達すると、蓄熱材２５は排気ガスの温度を上昇させるのに必要な熱量を放熱できなくなる。

そこで、蓄熱材２５が放熱限界に達しているか否かを判別する。この判別は、排気ガスを第２分岐通路１９に流した後に第３温度センサＴＳ３により検知される値が最大値を取りその後低下していく過程であること、および第２温度センサＴＳ２により検知される値が第３温度センサＴＳ３により検知される値以上であること、という２つの条件に基づいて行う。

まず、ステップ３において、制御ユニット３３は、第３温度センサＴＳ３で検知される値が最大値を経て低下している過程であるか否かを判別する。

ステップ３の判別結果が「ＮＯ」である場合、すなわち第３温度センサＴＳ３で検知される値がまだ最大値に達していない場合には、第３温度センサＴＳ３で検知される値が最大値を経て低下するまで判別を繰り返す。ステップ３の判別結果が「ＹＥＳ」である場合、すなわち第３温度センサＴＳ３で検知される値が最大値を経て低下している過程である場合には、ステップ４に進む。

ついで、ステップ４において、制御ユニット３３は、第２温度センサＴＳ２により検知される値が第３温度センサＴＳ３により検知される値以上である場合に前記放熱限界に達したと判断する。

ステップ４の判別結果が「ＮＯ」である場合、すなわち第２温度センサＴＳ２により検知される値が第３温度センサＴＳ３により検知される値よりも小さいときには、ＴＳ２の値がＴＳ３の値以上となるまで判別を繰り返す。ステップ４の判別結果が「ＹＥＳ」である場合、すなわち第２温度センサＴＳ２により検知される値が第３温度センサＴＳ３により検知される値以上である場合には、ステップ５に進む。

ステップ５では、弁部材２９，３０により第２分岐通路１９を閉じ、第１分岐通路１７を開いて排気ガスが第１分岐通路１７に流れるように排気ガス流路を切り替え、ステップ６に進む。

ステップ６では、減圧手段３１により第２分岐通路１９を減圧して蓄熱材２５から水分を除去する。具体的には、第３分岐通路用弁部材４３により第３分岐通路４１を開けて第２分岐通路１９と第３分岐通路４１を連通させる。この状態で減圧ポンプ４５を所定時間作動させた後、処理を終了する。これにより、蓄熱材２５から水分の一部または全部が除去されて蓄熱材２５が蓄熱されるので、蓄熱材２５からの次回の放熱に備えることができる。

減圧ポンプ４５の作動を開始する時期は、特に限定されるものではないが、上記したように蓄熱材２５から水分を効率よく除去するという点で、ステップ５において排気ガス流路を第２分岐通路１９から第１分岐通路１７に切り替えた直後であるのが好ましい。減圧ポンプ４５を作動させる前記所定時間は、蓄熱材２５の種類に応じて適宜設定すればよい。

（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態にかかる排気浄化装置５１を示す。なお、ここでは第１の実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

第２の実施形態における減圧手段５３は、蓄熱材２５よりも下流側の第２分岐通路１９から分岐する第３分岐通路５５と、第３分岐通路５５を開閉する第３分岐通路用弁部材５７とを含んでいる。

第２分岐通路１９から分岐した第３分岐通路５５は、排気ガス浄化触媒２７よりも下流側の下流側排気通路２３に接続されている。第３分岐通路５５の内径は下流側排気通路２３の内径よりも小さく設計されている。第３分岐通路用弁部材５７は、第３分岐通路５５における下流側排気通路２３との接続口近傍に配置されている。

次に、制御ユニット３３による具体的な制御動作について図２に示すフローチャートに沿って説明する。図２に示すステップ１〜５までは第１の実施形態と同様である。

ステップ６では、減圧手段５３により第２分岐通路１９を減圧して蓄熱材２５から水分を除去する。具体的には、第３分岐通路用弁部材５７により第３分岐通路５５を所定時間開けて第２分岐通路１９と下流側排気通路２３とを第３分岐通路５５を介して連通させる。このとき、下流側排気通路２３には排気ガスが高速で流れているので、この流れが下流側排気通路２３よりも内径の小さい第３分岐通路５５の接続口近傍の圧力を低下させる。その結果、第３分岐通路５５のガスおよびこれに連通している第２分岐通路１９のガスが下流側排気通路２３側に吸引されるので、第２分岐通路１９および第３分岐通路５５が減圧される。これにより、蓄熱材２５から水分の一部または全部が除去されて蓄熱材２５に蓄熱されるので、蓄熱材２５からの次回の放熱に備えることができる。

第３分岐通路用弁部材５７により第３分岐通路５５を開ける時期は、特に限定されるものではないが、上記したように蓄熱材２５から水分を効率よく除去するという点で、ステップ５において排気ガス流路を第２分岐通路１９から第１分岐通路１７に切り替えた直後であるのが好ましい。第２分岐通路１９と下流側排気通路２３とを第３分岐通路５５を介して連通させる前記所定時間は、蓄熱材２５の種類に応じて適宜設定すればよい。なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが第１の実施形態と同様である。

（第３の実施形態）
図４は本発明の第３の実施形態にかかる排気浄化装置６１を示す。なお、ここでは第１の実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

第３の実施形態における減圧手段６３は、蓄熱材２５よりも下流側の第２分岐通路１９から分岐する第３分岐通路６５と、第３分岐通路６５を開閉する第３分岐通路用弁部材６７とを含んでいる。

第２分岐通路１９から分岐した第３分岐通路６５は、エンジン１３の吸気通路４７に接続されている。第３分岐通路６５の内径は吸気通路４７の内径よりも小さく設計されている。第３分岐通路用弁部材６７は、第３分岐通路６５における第２分岐通路１９との接続口近傍に配置されている。

ステップ６では、減圧手段６３により第２分岐通路１９を減圧して蓄熱材２５から水分を除去する。具体的には、第３分岐通路用弁部材６７により第３分岐通路６５を所定時間開けて第２分岐通路１９と吸気通路４７とを第３分岐通路６５を介して連通させる。このとき、吸気通路４７には吸気が高速で流れているので、この流れが吸気通路４７よりも内径の小さい第３分岐通路６５の接続口近傍の圧力を低下させる。その結果、上記第２の実施形態で説明したのと同様の理由で第２分岐通路１９および第３分岐通路６５が減圧される。これにより、蓄熱材２５から水分の一部または全部が除去されて蓄熱材２５に蓄熱されるので、蓄熱材２５からの次回の放熱に備えることができる。

第３分岐通路用弁部材６７により第３分岐通路６５を開ける時期は、特に限定されるものではないが、上記したように蓄熱材２５から水分を効率よく除去するという点で、ステップ５において排気ガス流路を第２分岐通路１９から第１分岐通路１７に切り替えた直後であるのが好ましい。第２分岐通路１９と吸気通路４７とを第３分岐通路６５を介して連通させる前記所定時間は、蓄熱材２５の種類に応じて適宜設定すればよい。なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが第１の実施形態と同様である。

（第４の実施形態）
図５は本発明の第４の実施形態にかかる排気浄化装置７１を示す。なお、ここでは第１の実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

第４の実施形態にかかる排気浄化装置７１は、図略のモータでの駆動が可能なハイブリッド車両に搭載される。この排気浄化装置７１は、主にエンジンの点火系、燃料系の制御、モータ駆動の制御などを行うエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）９１を有している。

排気浄化装置７１は、下流側排気通路２３に配設され、外管８３の内部に内管８５が配置された二重構造を有するコンバータケース８７を備えている。このコンバータケース８７の内管８５の内部には排気ガス浄化触媒２７が配設されている。コンバータケース８７の外管８３と内管８５との間には、水分との作用により放熱する触媒用蓄熱材７３が収容されている。

第４の実施形態における減圧手段７５は、蓄熱材２５よりも下流側の第２分岐通路１９から分岐する第３分岐通路７７と、第３分岐通路７７を開閉する第３分岐通路用弁部材７９と、第３分岐通路７７に配設された減圧ポンプ８１とを含んでいる。

第２分岐通路１９から分岐した第３分岐通路７７は外管８３に接続されている。第３分岐通路７７は、この接続部分とは異なる位置から外管８３を基点としてさらに延設されている。この延設された第３分岐通路７７には上記減圧ポンプ８１が配設されている。

次に、制御ユニット３３による具体的な制御動作について図６に示すフローチャートに沿って説明する。図６に示すように、制御ユニット３３は、ステップ１１において、エンジンが駆動中であるか否かを判別する。ステップ１１の判別結果が「ＮＯ」である場合には処理を終了する。ステップ１１の判別結果が「ＹＥＳ」であるにはステップ１２に進む。

ステップ１２において、第１温度センサＴＳ１により検知される値が所定値Ｔ１以下であるか否かを判別する。ステップ１２の判別結果が「ＮＯ」である場合には、処理を終了する。ステップ１２の判別結果が「ＹＥＳ」である場合、すなわち第１温度センサＴＳ１により検知される値が所定値Ｔ１以下である場合には、ステップ１３に進む。

ステップ１３では、弁部材２９，３０により第２分岐通路１９を開いて排気ガスが第２分岐通路１９に流れるようにする。このとき、第３分岐通路７７は、第３分岐通路弁部材７９により閉じられている。第２分岐通路１９を流れる排気ガスは蓄熱材２５と接触し、第１の実施形態で説明したように、蓄熱材２５からの放熱により排気ガスの温度が上昇する。その後、放熱機能が所定の放熱限界に達すると、蓄熱材２５は排気ガスの温度を上昇させるのに必要な熱量を放熱できなくなる。

そこで、蓄熱材２５が放熱限界に達しているか否かを判別する。この判別は、第１の実施形態と同様に、２つの条件に基づいて行う。

まず、ステップ１４において、制御ユニット３３は、第３温度センサＴＳ３で検知される値が最大値を経て低下している過程であるか否かを判別する。

ステップ１４の判別結果が「ＮＯ」である場合には、第３温度センサＴＳ３で検知される値が最大値を経て低下するまで判別を繰り返す。ステップ１４の判別結果が「ＹＥＳ」である場合には、ステップ１５に進む。

ついで、ステップ１５において、制御ユニット３３は、第２温度センサＴＳ２により検知される値が第３温度センサＴＳ３により検知される値以上である場合に前記放熱限界に達したと判断する。

ステップ１５の判別結果が「ＮＯ」である場合には、ＴＳ２の値がＴＳ３の値以上となるまで判別を繰り返す。ステップ１５の判別結果が「ＹＥＳ」である場合には、ステップ１６に進む。

ステップ１６では、弁部材２９，３０により第２分岐通路１９を閉じ、第１分岐通路１７を開いて排気ガスが第１分岐通路１７に流れるように排気ガス流路を切り替えてステップ１７に進む。

ステップ１７では、エンジン１３が停止しモータが駆動中であるか否かが判別する。ステップ１７の判別結果が「ＮＯ」である場合、すなわちエンジン１３が駆動中の場合には、エンジン１３が停止しモータ駆動に切り替わるまで判別を繰り返す。ステップ１７の判別結果が「ＹＥＳ」である場合、すなわちエンジン１３が停止しモータが駆動中である場合には、ステップ１８に進む。

ステップ１８では、排気ガス浄化触媒２７の近傍の温度が所定値Ｔ２以下であるか否かが判別される。この判別は、第３温度センサＴＳ３により検知される値に基づいて行う。このステップ１８では、エンジン１３が停止しており、排気ガスが排気ガス浄化触媒２７に供給されていないので、排気ガス浄化触媒２７の温度は次第に低下する。

ステップ１８の判別結果が「ＮＯ」の場合、すなわち第３温度センサＴＳ３により検知される値が所定値Ｔ２を超えている場合には、排気ガス浄化触媒２７の温度は触媒活性が得られる温度であると判断し、第３温度センサＴＳ３により検知される値が所定値Ｔ２以下になるまで判別を繰り返す。

ステップ１８の判別結果が「ＹＥＳ」の場合、すなわち第３温度センサＴＳ３により検知される値が所定値Ｔ２以下の場合には、排気ガス浄化触媒２７の温度が低く、触媒活性が十分に得られないと判断し、ステップ１９に進む。

ステップ１９では、減圧手段７５により第２分岐通路１９を減圧して蓄熱材２５から水分を除去し、除去された水分を触媒用蓄熱材７３に供給する。具体的には、第３分岐通路用弁部材７９により第３分岐通路７７を開けて第２分岐通路１９と第３分岐通路７７を連通させる。この状態で減圧ポンプ８１を所定時間作動させた後、処理を終了する。これにより、蓄熱材２５から水分の一部または全部が除去されて蓄熱材２５が蓄熱されるので、蓄熱材２５からの次回の放熱に備えることができる。しかも、第２分岐通路１９から除去された水分は第３分岐通路７７を通じて触媒用蓄熱材７３に供給され、触媒用蓄熱材７３から熱が放熱されるので、排気ガス浄化触媒２７を加熱することができる。

ステップ１９の後には、さらに触媒用蓄熱材７３を蓄熱するステップを設けてもよい。具体的には、ステップ１９の後、第３分岐通路用弁部材７９により第３分岐通路７７を閉じた状態で減圧ポンプ８１を作動させることにより第３分岐通路７７を減圧する。これにより、触媒用蓄熱材７３から水分の一部または全部が除去されて触媒用蓄熱材７３が蓄熱される。

減圧ポンプ８１を作動させる前記所定時間は、蓄熱材２５の種類に応じて適宜設定すればよい。その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが第１の実施形態と同様である。

なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、上記した各実施形態では、上流側排気通路に配設された第１温度センサによってエンジンから排出される排気ガスの温度を検知する場合を例に挙げて説明したが、エンジンから排出される排気ガスの温度は、例えばエンジンの冷却水の温度などに基づいて検知するようにしてもよい。

また、上記した第４の実施形態にかかる排気浄化装置は、モータ駆動可能なハイブリッド車両に搭載される場合を例に挙げて説明したが、ハイブリッド車両以外の車両においても排気ガス浄化触媒を直接加熱する触媒用蓄熱材を設け、この触媒用蓄熱材に第２分岐通路から除去された水分を供給するように構成してもよい。

本発明の第１の実施形態にかかるエンジンの排気浄化装置を示す構成図である。第１〜第３の実施形態における制御手順を示すフローチャートである。本発明の第２の実施形態にかかるエンジンの排気浄化装置を示す構成図である。本発明の第３の実施形態にかかるエンジンの排気浄化装置を示す構成図である。本発明の第４の実施形態にかかるエンジンの排気浄化装置を示す構成図である。第４の実施形態における制御手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１１，５１，６１，７１排気浄化装置
１３エンジン
１５上流側排気通路
１７第１分岐通路
１９第２分岐通路
２１合流部
２３下流側排気通路
２５蓄熱材
２７排気ガス浄化触媒
２９弁部材
３１，５３，６３、７５減圧手段
３３制御手段
４１，５５，６５，７７第３分岐通路
４３，５７，６７，７９第３分岐通路用弁部材
４５，８１減圧ポンプ
４７吸気通路
４９吸気マニホールド
７３触媒用蓄熱材
８３外管
８５内管
８７コンバータケース
ＴＳ１第１温度センサ
ＴＳ２第２温度センサ
ＴＳ３第３温度センサ

Claims

エンジンから排気ガスが排出される上流側排気通路と、
前記上流側排気通路から分岐する第１分岐通路および第２分岐通路と、
分岐した前記第１分岐通路および前記第２分岐通路が合流する合流部から下流側に延設された下流側排気通路と、
前記第２分岐通路に配設され、水分と作用することにより放熱する蓄熱材と、
前記下流側排気通路に配設された排気ガス浄化触媒と、
前記排気ガスを前記第１分岐通路および前記第２分岐通路のいずれか一方に流すように前記排気ガスの流路を調節する弁部材と、
前記第２分岐通路に接続され、前記第２分岐通路を減圧することにより前記蓄熱材から水分を除去する減圧手段と、
前記エンジンから排出される前記排気ガスの温度が所定値以下の場合に、前記弁部材により前記流路を調節し前記排気ガスを前記第２分岐通路に流して前記蓄熱材から放熱させ、この放熱に伴って前記蓄熱材の放熱機能が低下して所定の放熱限界に達したときに、前記排気ガスを前記第１分岐通路に流すように前記弁部材により前記流路を切り替え、前記減圧手段により前記第２分岐通路を減圧して前記蓄熱材から水分を除去するように制御する制御手段と、を備えた、エンジンの排気浄化装置。
前記上流側排気通路に配設され、前記エンジンから排出される前記排気ガスの温度を検知する第１温度センサと、
前記蓄熱材よりも上流側の前記第２分岐通路に配設された第２温度センサと、
前記排気ガス浄化触媒よりも上流側の前記下流側排気通路に配設された第３温度センサと、をさらに備え、
前記制御手段は、前記排気ガスを前記第２分岐通路に流した後に前記第３温度センサにより検知される値が最大値を取りその後低下していく過程で、前記第２温度センサにより検知される値が前記第３温度センサにより検知される値以上である場合に前記放熱限界に達したと判断する、請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
前記減圧手段は、前記蓄熱材よりも下流側の前記第２分岐通路から分岐する第３分岐通路と、前記第３分岐通路を開閉する第３分岐通路用弁部材と、前記第３分岐通路に配設された減圧ポンプとを含み、
前記制御手段は、前記第３分岐通路用弁部材により前記第３分岐通路を開けた状態で前記減圧ポンプを作動させることにより、前記第２分岐通路を減圧する、請求項１または２に記載のエンジンの排気浄化装置。
前記減圧手段は、前記蓄熱材よりも下流側の前記第２分岐通路から分岐し、前記排気ガス浄化触媒よりも下流側の前記下流側排気通路に接続され、内径が前記下流側排気通路の内径よりも小さい第３分岐通路と、前記第３分岐通路を開閉する第３分岐通路用弁部材とを含み、
前記制御手段は、前記第３分岐通路用弁部材により前記第３分岐通路を開けることにより、前記第２分岐通路を減圧する、請求項１または２に記載のエンジンの排気浄化装置。
前記減圧手段は、前記蓄熱材よりも下流側の前記第２分岐通路から分岐し、前記エンジンの吸気通路に接続され、内径が前記吸気通路の内径よりも小さい第３分岐通路と、前記第３分岐通路を開閉する第３分岐通路用弁部材とを含み、
前記制御手段は、前記第３分岐通路用弁部材により前記第３分岐通路を開けることにより、前記第２分岐通路を減圧する、請求項１または２に記載のエンジンの排気浄化装置。
前記排気ガス浄化触媒の少なくとも一部に接して配設され、水分と作用することにより放熱する触媒用蓄熱材をさらに備え、
前記減圧手段は、前記蓄熱材よりも下流側の前記第２分岐通路から分岐する第３分岐通路と、前記第３分岐通路を開閉する第３分岐通路用弁部材と、前記第３分岐通路に配設された減圧ポンプとを含み、
前記制御手段は、前記第３分岐通路用弁部材により前記第３分岐通路を開けた状態で前記減圧ポンプを作動させることにより、前記第２分岐通路を減圧して前記蓄熱材から水分を除去し、除去された前記水分の少なくとも一部を前記触媒用蓄熱材に供給する、請求項１または２に記載のエンジンの排気浄化装置。
モータ駆動可能なハイブリッド車両に搭載され、
前記制御手段は、前記エンジンが駆動中で、かつ、前記エンジンから排出される前記排気ガスの温度が所定値以下の場合に、前記弁部材により前記流路を調節し前記排気ガスを前記第２分岐通路に流し、前記放熱限界に達したときに、前記排気ガスを前記第１分岐通路に流すように前記弁部材により前記流路を切り替え、前記エンジンが停止し前記モータが駆動中で、かつ、前記排気ガス浄化触媒よりも上流側の前記下流側排気通路の温度が所定値以下の場合に、前記第３分岐通路用弁部材により前記第３分岐通路を開けた状態で前記減圧ポンプを作動させることにより、前記第２分岐通路を減圧して前記蓄熱材から前記水分を除去し、除去された前記水分の少なくとも一部を前記触媒用蓄熱材に供給する、請求項６に記載のエンジンの排気浄化装置。
前記下流側排気通路に配設され、外管の内部に内管が配置された二重構造を有するコンバータケースをさらに備え、
前記排気ガス浄化触媒が前記内管の内部に配設され、前記触媒用蓄熱材が前記外管と前記内管との間に収容されており、前記第３分岐通路が前記外管に接続されている、請求項６または７に記載のエンジンの排気浄化装置。