JP2014163322A

JP2014163322A - 内燃機関の排気装置

Info

Publication number: JP2014163322A
Application number: JP2013036130A
Authority: JP
Inventors: Hidenobu Morita; 英伸森田
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2014-09-08

Abstract

【課題】この発明は、触媒の過冷却を防止すると共に、触媒の過熱をも防止することができる内燃機関の排気装置を実現することを目的とする。
【解決手段】この発明は、排気管に触媒が配置された排気装置であって、排気管との間に隙間が形成されるように当該排気管の外側に配置され、触媒の少なくとも一部を覆う被覆部材と、被覆部材に設けられ、開弁時に被覆部材の外側空間と隙間とを連通させる切替弁と、触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、触媒の温度が設定の範囲内となるように切替弁を制御する触媒温度調整手段とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は内燃機関の排気装置に係り、特に、排気管に配置された触媒の排気ガス浄化能力の低下防止を図った内燃機関の排気装置に関する。

車両においては、搭載された内燃機関の排気管の途中に、排気ガスを浄化する触媒を設置した排気装置を備えている。このような内燃機関の排気装置であって、アイドルストップ車やハイブリッド車などのように、駆動中の内燃機関を自動停止・自動再始動する車両の排気装置では、自動停止した内燃機関の再始動後に排気ガス中に含まれる有害物質が増加するという問題点がある。
これは、触媒が内燃機関の自動停止中にラジエータの冷却ファンによる送風や外気による冷却を受けることにより触媒温度が浄化温度（活性温度）よりも低下し、内燃機関の再始動時に触媒の排気ガス浄化能力が低下しているためである。この問題に対する従来技術としては、エキゾーストマニホールドの二重管構造化やヒートインシュレータの取り付けによる触媒の保温がある。（実開昭６３−１７７６１３号公報）

実開昭６３−１７７６１３号公報

しかしながら、一般的に内燃機関の高負荷、高回転領域での運転状態においては、排気ガスおよび触媒温度の上昇を抑えるため、燃料を増量することが行われている。これより、二重管構造化やヒートインシュレータによる触媒の保温を行った場合、高負荷、高回転領域における排気ガス温度および触媒温度がより上昇し易くなるため、燃料増量による燃費の悪化および排気ガス浄化能力の悪化が危惧される。

この発明は、触媒の過冷却を防止すると共に、触媒の過熱をも防止することができる内燃機関の排気装置を実現することを目的とする。

この発明は、排気管に触媒が配置された排気装置であって、前記排気管との間に隙間が形成されるように当該排気管の外側に配置され、前記触媒の少なくとも一部を覆う被覆部材と、前記被覆部材に設けられ、開弁時に前記被覆部材の外側空間と前記隙間とを連通させる切替弁と、前記触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、前記触媒の温度が設定の範囲内となるように前記切替弁を制御する触媒温度調整手段とを備えたことを特徴とする。

この発明は、触媒の温度が設定された範囲外であるとき、切替弁を制御して触媒温度が設定された範囲内となるように外側空間と隙間とを連通あるいは遮断する。
このため、例えば内燃機関の自動停止時に触媒温度が低下した場合には、切替弁を閉弁させ隙間を密閉・断熱することで、触媒の過冷却を防止することができる。一方、内燃機関が高負荷、高回転領域にて運転中に触媒の温度が上昇した場合は、切替弁を開弁させ隙間内に外気を取り込むことで、触媒の過熱を防止することができる。
従って、この発明は、従来の排気装置と比較して、触媒の過冷却を防止すると共に、触媒の過熱をも防止することができるという優れた効果を発揮することができる。これより、この発明は、内燃機関の自動停止時に触媒温度の低下を防ぎ、排気ガス浄化性能を維持することができ、内燃機関の高負荷、高回転領域での運転状態における排気ガスおよび触媒温度の過上昇を防ぎ、燃費および排気ガス浄化能力の悪化を防ぐことができる。

図１は内燃機関の排気装置のシステム構成図である。（実施例）図２は内燃機関の排気装置の制御フローチャートである。（実施例）図３は触媒温度調整のタイミングチャートである。（変形例）

以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

図１〜図３は、この発明の実施例を示すものである。図１において、車両１は、内燃機関２を搭載し、内燃機関２の車両前後方向前側にラジエータ３及び冷却ファン４を配置している。冷却ファン４は、ファンモータ５により駆動される。前記内燃機関２は、排気ガスを車両後方に導く排気装置６を備えている。排気装置６は、内燃機関２から車両後方に延びる排気管７を備えている。排気管７は、冷却ファン４に向かい合う車両前後方向後側の位置に配置され、途中に排気ガスを浄化する触媒８を配置している。
前記排気管７は、触媒８よりも上流側の第１排気管９と、触媒８を保持する触媒保持部１０と、触媒８よりも下流側の第２排気管１１とから構成される。前記触媒保持部１０は、第１排気管９、第２排気管１１よりも径大に形成されている。触媒保持部１０は、排気ガスの流れ方向上流側を第１排気管９の次第に拡径する第１接続部１２に接続され、排気ガスの流れ方向下流側を第２排気管１１の次第に縮径する第２接続部１３に接続されている。
前記触媒保持部１０の外側には、被覆部材１４を配置している。被覆部材１４は、触媒保持部１０の外側に位置する円筒部１５と、第１接続部１２の外側に位置し第１排気管９に向かい縮径する第１傾斜部１６と、第１排気管９に取り付けられる第１取付部１７と、第２接続部１３の外側に位置し第２排気管１１に向かい縮径する第２傾斜部１８と、第２排気管１１に取り付けられる第２取付部１９とから構成される。
被覆部材１４は、第１取付部１７を第１排気管９に気密に取り付け、第２取付部１９を第２排気管１１に気密に取り付けることで、触媒８の少なくとも一部を覆い、触媒保持部１０との間に隙間２０が形成されるように配置される。隙間２０は、被覆部材１４の外側に存する外側空間２１と区画される。
前記被覆部材１４には、開弁時に外側空間２１と隙間２０とを連通させる切替弁として、導入切替弁２２及び排出切替弁２３を設けている。導入切替弁２２及び排出切替弁２３は、冷却ファン４に向かい合う車両前後方向後側の位置に配置されている。導入切替弁２２は、外側空間２１の外気の流れ方向上流側（車両前後方向前側）に位置する第１傾斜部１６に配置している。排出切替弁２３は、導入切替弁２２よりも外気の流れ方向下流側（車両前後方向後側）に位置する第２傾斜部１８に配置している。

前記排気装置６は、触媒８の温度を検出する触媒温度センサ２４を備え、内燃機関２を制御する制御手段２５に接続している。制御手段２５は、自動停止条件の成立時に駆動中の内燃機関２を自動停止し、自動再始動条件の成立時に自動停止中の内燃機関２を自動再始動する。制御手段２５には、ファンモータ５と、導入切替弁２２と、排出切替弁２３と、イグニッションスイッチ２６とを接続している。
前記制御手段２５は、触媒温度推定手段２７と触媒温度調整手段２８とを備えている。
前記触媒温度推定手段２７は、触媒温度センサ２４により触媒８の温度を推定する。触媒８の温度は、内燃機関２の回転数と回転数の継続時間などから推定しても良い。なお、内燃機関２が制御手段２５によって自動停止・自動再始動される場合、内燃機関２の自動停止後の触媒８の温度は、自動停止直前の触媒８の温度と自動停止時からの経過時間とに基づき推定することができる。
前記触媒温度調整手段２８は、触媒温度推定手段２７により推定した触媒８の温度が、浄化温度（活性温度）外となることを抑止し、保温開始温度Ｌｏから冷却開始温度Ｈｉまでの設定の範囲内となるように、切替弁である導入切替弁２２及び排出切替弁２３を制御する。
前記触媒温度調整手段２８は、触媒冷却手段２９と触媒保温手段３０とを有し、触媒８の温度が設定範囲内となるように導入切替弁２２及び排出切替弁２３を制御する。
前記触媒冷却手段２９は、触媒温度推定手段２７により推定した触媒８の温度が設定範囲の上限温度である冷却開始温度Ｈｉに達すると、被覆部材１４に設けた導入切替弁２２及び排出切替弁２３を開弁し、触媒保持部１０と被覆部材１４との間の隙間２０内に外気を取り込むことにより触媒８を冷却する制御を行う。
前記触媒保温手段３０は、触媒温度推定手段２７により推定した触媒８の温度が設定範囲の下限温度である保温開始温度Ｌｏに達すると、被覆部材１４に設けた導入切替弁２２及び排出切替弁２３を閉弁し、触媒保持部１０と被覆部材１４との間の隙間２０を密閉・断熱することにより触媒８を保温する制御を行う。なお、触媒保温手段３０による制御では、導入切替弁２２及び排出切替弁２３を閉弁して以降、隙間２０内の内気温度の低下に伴い隙間２０内が減圧され、保温効果が向上する。
また、車両１には、導入切替弁２２及び排出切替弁２３に向かい合う車両前後方向前側の位置に配置され、導入切替弁２２及び排出切替弁２３へ向けて送風する前記冷却ファン４を設けている。触媒温度調整手段２８は、導入切替弁２２及び排出切替弁２３の開弁時に、冷却ファン４をファンモータ５により駆動する。なお、排気装置６は、被覆部材１４の第２傾斜部１８に圧力逃がし弁３１を配置している。圧力逃がし弁３１は、導入切替弁２２及び排出切替弁２３の閉弁時において、保温により隙間２０内の圧力が設定圧力以上になると開弁し、圧力を逃がす。

次に、内燃機関１の排気装置６の作用を、図２、図３にしたがい説明する。
排気装置６は、図３に示すように、内燃機関２が駆動されて触媒８の温度が上昇し、設定範囲の下限温度である保温開始温度Ｌｏを超えると（ｔ０）、触媒８の温度調整の制御を開始する。
排気装置６は、図２に示すように、制御のプログラムがスタートすると（１００）、触媒温度推定手段２７により推定した触媒８の温度が設定範囲の上限温度である冷却開始温度Ｈｉに達したか（ＣａｔａＴｅｍｐ＝ＣａｔａＴｅｍｐ［Ｈｉ］）を判断する（１０１）。
この判断（１０１）がＹＥＳの場合（図３のｔ１、あるいはｔ３）は、導入切替弁２２及び排出切替弁２３を開弁し、隙間２０内に外気を取り込んで触媒８の冷却を行う（１０２）。このとき、導入切替弁２２及び排出切替弁２３を開弁するとともに、冷却ファン４をファンモータ５により駆動する。
前記触媒８の冷却（１０２）による触媒８の温度低下によって、触媒温度推定手段２７により推定した触媒８の温度が下限温度である保温開始温度Ｌｏに達したか（ＣａｔａＴｅｍｐ＝ＣａｔａＴｅｍｐ［Ｌｏ］）を判断する（１０３）。
この判断（１０３）がＮＯの場合は、触媒８の温度が下限温度である保温開始温度Ｌｏに達するまで、この判断（１０３）を繰り返す。この判断（１０３）がＹＥＳの場合（図３のｔ２、あるいはｔ４）は、導入切替弁２２及び排出切替弁２３を閉弁し、隙間２０を密閉・断熱することで触媒８の保温を行う（１０４）。このとき、導入切替弁２２及び排出切替弁２３を閉弁するとともに、冷却ファン４を停止させる。
一方、前記判断（１０１）において、触媒８の温度が設定範囲の上限温度である冷却開始温度Ｈｉ以下で、ＮＯの場合は、導入切替弁２２及び排出切替弁２３を閉弁するとともに冷却ファン４を停止させ、隙間２０を密閉・断熱することで触媒８の保温を行う（１０４）。
触媒８の保温（１０４）に続いて、イグニッションスイッチ２６の信号がＯＦＦであるかを判断する（１０５）。
この判断（１０５）がＹＥＳの場合は、制御のプログラムをエンドにする（１０６）。この判断（１０５）がＮＯの場合は、判断（１０１）に戻り、前述制御を繰り返す。

このように、内燃機関２の排気装置６は、触媒８の温度が設定された範囲外であるとき、導入切替弁２２及び排出切替弁２３を制御して触媒８の温度が設定された範囲内となるように外側空間２１と隙間２０とを連通あるいは遮断する。
このため、例えば内燃機関２の自動停止時に触媒８の温度が低下した場合には、導入切替弁２２及び排出切替弁２３を閉弁させ隙間２０を密閉・断熱することで、触媒８の過冷却を防止することができる。一方、内燃機関２が高負荷、高回転領域にて運転中に触媒８の温度が上昇した場合は、切替弁を開弁させ隙間２０内に外気を取り込むことで、触媒８の過熱を防止することができる。
従って、この排気装置６は、従来の排気装置と比較して、触媒８の過冷却を防止すると共に、触媒８の過熱をも防止することができるという優れた効果を発揮することができる。これより、この排気装置６は、内燃機関２の自動停止時に触媒８の温度の低下を防ぎ、排気ガス浄化性能を維持することができ、内燃機関２の高負荷、高回転領域での運転状態における排気ガスおよび触媒８の温度の過上昇を防ぎ、燃費および排気ガス浄化能力の悪化を防ぐことができる。
また、排気装置６は、切替弁を導入切替弁２２と排出切替弁２３とで構成し、導入切替弁２２よりも外気の流れ方向下流側に排出切替弁２３を配置している。
これにより、排気装置６は、触媒８を冷却する際において、導入切替弁２２及び排出切替弁２３を開弁させると、外気の流れ方向において上流側の導入切替弁２２から隙間２０へ外気が入り込むとともに、外気の流れ方向において下流側の排出切替弁２３から隙間２０内の内気が排出されるため、触媒８を素早く冷却することができる。
さらに、排気装置６は、導入切替弁２２及び排出切替弁２３と向かい合う位置に配置され、導入切替弁２２及び排出切替弁２３へ向けて送風する冷却ファン４を設けており、導入切替弁２２及び排出切替弁２３の開弁時に、冷却ファン４を駆動させることで、隙間２０への外気導入を円滑に行うことができ、触媒８の冷却効率を向上することができる。

この発明は、触媒の過冷却を防止するとともに、触媒の過熱をも防止することができるものであり、ガソリン内燃機関、ディーゼル内燃機関に活用できる。

１車両
２内燃機関
３ラジエータ
４冷却ファン
６排気装置
７排気管
８触媒
９第１排気管
１０触媒保持部
１１第２排気管
１４被覆部材
２０隙間
２１外側空間
２２導入切替弁
２３排出切替弁
２４触媒温度センサ
２５制御手段
２６イグニッションスイッチ
２７触媒温度推定手段
２８触媒温度調整手段
２９触媒冷却手段
３０触媒保温手段
３１圧力逃がし弁

Claims

排気管に触媒が配置された排気装置であって、前記排気管との間に隙間が形成されるように当該排気管の外側に配置され、前記触媒の少なくとも一部を覆う被覆部材と、前記被覆部材に設けられ、開弁時に前記被覆部材の外側空間と前記隙間とを連通させる切替弁と、前記触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、前記触媒の温度が設定の範囲内となるように前記切替弁を制御する触媒温度調整手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気装置。
前記切替弁は、導入切替弁と排出切替弁とで構成され、前記導入切替弁よりも前記外側空間の外気の流れ方向下流側に前記排出切替弁を配置したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
前記切替弁と向かい合う位置に配置され、当該切替弁へ向けて送風する冷却ファンを設け、前記切替弁の開弁時に、前記冷却ファンを駆動させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気装置。