JP3656268B2

JP3656268B2 - Exhaust gas purification device

Info

Publication number: JP3656268B2
Application number: JP07192795A
Authority: JP
Inventors: 衛馬渕; 宏行宇佐美; 政一田中
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-10-12
Filing date: 1995-03-29
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2020-06-08
Also published as: JPH08165920A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は自動車等に搭載されるエンジン（内燃機関）の排気ガス浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エンジンの排気ガスを浄化する浄化装置の一つの方式として、貴金属（白金、ロジウム等）などを触媒として担持した担体を用いる排気ガス浄化装置が知られている。この方式による炭化水素化合物（以下ＨＣと略す）の浄化には、一般に触媒活性化温度３５０℃以上を必要とする。
【０００３】
しかしながら、エンジン始動直後においては、上記触媒が触媒活性温度に達していないため、ＨＣ浄化は、ほとんど行なわれないという問題がある。
そこで、上記の問題を解決するため、エンジンの排気系に触媒装置を配備し、かつその上流側または下流側に、エンジン冷間時に排出されたＨＣ（以下コールドＨＣと呼ぶ）を吸着するための吸着剤を納めたＨＣトラッパーを配備した浄化装置が特開平２−１３５１２６号公報、特開平４ー１７７１０号公報、特開平４ー３１１６１８号公報等で提案されている。
【０００４】
上記特開平２−１３５１２６号公報の浄化装置は、触媒装置の上流側にゼオライト系吸着剤を用いた吸着剤装置を配して、吸着剤装置と触媒装置とを併用し、排気ガス低温時には吸着剤にコールドＨＣを吸着させ、排気ガス高温時には吸着剤から脱離したＨＣおよびエンジンからの排気ＨＣを触媒で浄化させるものである。
【０００５】
また、上記特開平４ー１７７１０号公報、特開平４ー３１１６１８号公報の浄化装置は、吸着剤を含むＨＣトラッパーを触媒装置の下流側に、メイン排気管と並列に配置するとともに、このＨＣトラッパーを含むバイパス通路とメイン排気管にはそれぞれ流路切替弁を設けている。
そして、エンジン始動直後から所定時間、上記弁を操作し、排気ガスをバイパス通路へ流し、その間、コールドＨＣはトラッパーに吸着される。エンジン始動後から所定時間経過して、排気ガス温度が上昇し、ＨＣトラッパーの吸着剤からコールドＨＣが脱離する状態になると、上記弁はメイン排気管に排気ガスを流す位置に切り替わり、この時、トラッパー下流側とエンジン吸気管とをつなぐ脱離用配管にエンジンの吸気管負圧が加わり、脱離したＨＣは上記吸気管へ吸い込まれて再びエンジン内で燃焼するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のコールドＨＣ吸着技術のうち、触媒装置の上流側にＨＣトラッパーを配備するものでは、エンジンから排出直後の高温排気ガスがＨＣトラッパーに流入するので、吸着剤の耐熱性が問題となる。そこで、特開平２ー１３５１２６号公報では、耐熱性の高いゼオライト系吸着剤を使用している。しかし、吸着剤は一般に低温ほど吸着性能が高く、ゼオライトでも触媒が活性温度になる前にＨＣが脱離してしまうので、せっかく吸着したＨＣが浄化されずに大気へ放出されるという問題が生じる。
【０００７】
また、触媒装置の上流にＨＣトラッパーを配備すると、ＨＣトラッパーそれ自体が大きな熱容量になるため、触媒の活性化、即ち触媒が活性温度に達するまでの時間を遅らせるという問題も生じる。
一方、触媒装置の下流側にＨＣトラッパーを配備した特開平４ー１７７１０号公報や特開平４ー３１１６１８号公報では、コールドＨＣの吸着性能および触媒の活性化については、上記問題は解決される。
【０００８】
しかし、上記両公報のものでは、ＨＣトラッパーに流入する排気ガスの速度分布について何ら考慮していないが、本発明者らの実験検討によれば、ＨＣトラッパーへの流入排気ガスの速度分布が不均一になることにより、吸着剤によるＨＣ吸着効率が大幅に低下するという問題が生じることが分かった。
そこで、本発明は上記の事情に鑑み、吸着装置の流路と、この吸着装置を通過しない排気ガスの流れを形成する排気流路とを切り替える排気ガス流路切替手段を有する排気ガス浄化装置において、この排気ガス流路切替手段を吸着装置の下流側の１箇所に設置して、構造を簡略化できるとともに、吸着装置の上流に位置する拡大管の構成を工夫して、吸着装置への流入排気ガスの速度分布を均一化し、吸着装置による吸着効率を向上できる排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、車両への搭載が容易な排気ガス浄化装置を提供することを他の目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。
請求項１の発明では、エンジン（１）の排気管（３）内に配設された触媒装置（４）と、
この触媒装置（４）より下流の前記排気管（３）内に配設され、排気ガス有害成分を吸着する吸着剤を担持した吸着装置（５）と、
前記触媒装置（４）より下流の前記排気管（３）内に、前記吸着装置（５）を通過しない排気ガスの流れを形成する排気流路（３４）と、
前記吸着装置（５）に吸着された前記排気ガス有害成分を前記触媒装置（４）の上流側に還流させる還流流路（６ａ、６ｂ）と、
前記吸着装置（５）の下流に設けられ、排気ガスの流通を前記吸着装置（５）の流路と前記排気流路（３４）とに選択的に切替可能な排気ガス流路切替手段（８）と、
前記吸着装置（５）および前記排気流路（３４）の上流に設けられ、前記排気管（３）に比して流路断面積を拡大するように形成され、排気ガスを前記吸着装置（５）または前記排気流路（３４）に導く拡大管（３１）と、
前記切替手段（８）をエンジン（１）冷間時には排気ガスを前記吸着装置（５）に流通せしめる位置に切替え、エンジン（１）暖機時には排気ガスを前記排気流路（３４）に流通せしめる位置に切替制御する制御手段（１０）とを具備し、前記拡大管（３１）の広がり角度（θ）は、その内部の排気ガスの流れが片面壁面剥離となる範囲に設定されている排気ガス浄化装置を特徴としている。
【００１１】
請求項２記載の発明では、請求項１に記載の排気ガス浄化装置において、前記拡大管（３１）の広がり角度は、５０〜８０度の範囲に設定されていることを特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置において、前記吸着装置（５）の流路（５ｄ）と前記排気流路（３４）は隣接して配置されており、
この両流路（５ｄ、３４）を合わせた全体の流路断面形状は楕円状に構成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明では、請求項３に記載の排気ガス浄化装置において、前記吸着装置（５）の流路（５ｄ）と前記排気流路（３４）は、前記楕円状の長軸方向に隣接して配置されていることを特徴とする。
請求項５記載の発明では、請求項３または４に記載の排気ガス浄化装置において、前記吸着装置（５）および前記排気流路（３４）は、前記楕円状の長軸方向が略水平方向となるようにして、車両の車体下方に配置されるようにしたことを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の排気ガス浄化装置において、前記切替手段（８）をエンジン吸気負圧により駆動するアクチュエータ（９）と、
このアクチュエータ（９）にエンジン吸気負圧を導入する吸気負圧導入流路（１５ａ、１５ｂ）と、
この吸気負圧導入流路（１５ａ、１５ｂ）に設けられ、前記制御手段（１０）により開閉制御される開閉弁（１３）と、
前記吸気負圧導入流路（１５ａ、１５ｂ）に設けられ、前記アクチュエータ（９）からエンジン吸気側への一方向のみに流体を流す一方向弁（１４）とを具備することを特徴とする。
【００１４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施例記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１５】
【発明の作用効果】
請求項１〜６記載の発明によれば、上記技術的手段を有しているため、エンジン始動後の冷間時、排気ガスは排気ガス流路切替手段（８）の流路切替作用により触媒装置（４）から吸着装置（５）の流路（５ｄ）を経て放出される。この場合、触媒装置（４）では浄化されない排気ガス中のＨＣは、吸着装置５の吸着剤に吸着される。
【００１６】
一方、エンジンの暖機後は排気ガス流路切替手段（８）の流路切替作用により、排気ガスは触媒装置（４）から、吸着装置（５）の存在しない排気流路（３４）を経て放出される。このとき、排気ガス中のＨＣは、高温となり活性化した触媒装置（４）により浄化される。
また、吸着装置（５）の吸着剤に吸着されたＨＣが脱離し、その脱離ＨＣは還流流路（６ａ、６ｂ）から、触媒装置（４）上流側に還流されて、触媒装置（４）により脱離ＨＣを速やかに浄化できる。
【００１７】
しかも、吸着装置（５）の上流側に位置する拡大管（３１）の広がり角度をその内部の排気ガスの流れが片面壁面剥離となる範囲に設定しているから、ＨＣ吸着時には、吸着装置（５）側の流路（５ｄ）に排気ガスの速い流れを偏らせることが可能となり、その結果吸着装置（５）に流入する排気ガスの流入速度を均一化できるので、吸着装置全体をＨＣ吸着のために有効活用でき、吸着効率を格段と向上できる。
【００１８】
また、ＨＣ脱離時には、排気流路（３４）側に排気ガスの速い流れを偏らせることができるので、吸着装置（５）上流側に渦が発生するのを抑制でき、そのため、一旦吸着されたＨＣが排気流路（３４）側へ流出するのを防止でき、排気浄化効果を一層高めることができる。
また、吸着装置（５）の流路（５ａ）と、この吸着装置（５）を通過しない排気ガスの流れを形成する排気流路（３４）とを切り替える排気ガス流路切替手段（８）を、吸着装置（５）の下流側の１箇所に設置するだけでよいので、構造を簡略化できる。
【００１９】
上記作用効果に加えて、請求項５記載の発明では、吸着装置（５）および排気流路（３４）を、前記楕円状の長軸方向が略水平方向となるようにして、車両の車体（１２）下方に配置しているから、吸着装置（５）および排気流路（３４）の全体形状が上下方向に対して偏平な形状となり、高さを低くでき、車両への搭載が容易である。
【００２０】
請求項６記載の発明では、前記切替手段（８）をエンジン吸気負圧により駆動するアクチュエータ（９）を具備し、このアクチュエータ（９）に対して、エンジン吸気負圧を導入する吸気負圧導入流路（１２ａ、１２ｂ）に、前記制御手段（１０）により開閉制御される開閉弁（１３）と、前記アクチュエータ（９）からエンジン吸気側への一方向のみに流体を流す一方向弁（１４）を設けているから、エンジン（１）のスロットル弁（２ｂ）が開放されて吸気マニホルド（２ａ）内の吸気負圧が減少したときには、一方向弁（１４）が閉弁して、アクチュエータ（９）内の負圧が直ちに減少するのを防止できる。
【００２１】
そのため、アクチュエータ（９）内の大きな負圧を保持できるので、エンジン吸気負圧の減少時に排気圧力脈動、車体の振動等の影響を受けて、前記切替手段が変位してしまうという不具合が生じない。
それ故、アクチュエータ（９）をエンジン吸気負圧の減少時にも対応できるように大きなものに設定する必要がなく、アクチュエータ（９）の小型化を実現でき、車両への搭載上、極めて有利である。
【００２２】
【実施例】
以下本発明を図に示す実施例について説明する。
図１は本発明を自動車用エンジンの排気ガス浄化装置に適用した一実施例を示しており、自動車のガソリンエンジン１の排気管３には、排気マニホルド２の直後の位置に触媒装置４が介設してある。この触媒装置４は、白金、ロジウムといった貴金属を主成分とする三元触媒を担持したコージェライトからなるハニカム状の担体を内部に具備して構成されている。
【００２３】
排気管３には触媒装置４の下流に流路断面積を拡大する拡大管３１が設けてあり、この拡大管３１に連続して構成される楕円筒状または円筒状の吸着筒５０の中にハニカム構造の吸着装置５が収納してある。吸着装置５はステンレス鋼またはコージェライト等のセラミックからハニカム構造に構成されている。
そして、吸着装置５は、本例では楕円筒状の吸着筒５０の半断面形状、すなわち吸着筒５０に合致する半楕円筒状に形成されている。吸着装置５はその半楕円筒形状の平坦面が吸着筒５０の中心側を向くように配置されている。
【００２４】
この吸着装置５は、平行な多数の通孔５１を有しており、その上流端を除く他の部分全体にわたって形成された吸着剤担持層５ａにはゼオライト系吸着剤が担持されている。ここで、吸着装置５の上流端側には所定幅の吸着剤無担持層５ｂが設けられている。
また、吸着装置５の吸着剤担持層５ａの下流端（後端）直後には排気ガス流路切替弁８が配設してある。この切替弁８は、支点８ａを中心として開閉操作されるもので、前記ハニカム構造の吸着装置５の流路５ｄと、この流路５ｄの側方に隣接して形成された排気流路３４とを切替開閉するものである。
【００２５】
前記した拡大管３１は図２に示すように、本例では、楕円状の断面形状を有するものであって、その断面の長軸方向が板状の隔壁３３により２分割され、その２分割された流路の一方３１ａ側に吸着装置５の流路５ｄを形成し、他方の流路３１ｂ側に排気流路３４を形成している。
さらに、上記拡大管３１の広がり角度θ（図２の楕円形状の場合には楕円の長軸方向の広がり角度）は、図３（ｃ）に示す片面壁面剥離状態が生じる角度に設定されている。具体的には、この片面壁面剥離状態が生じる角度θは５０度〜８０度の範囲である。このような拡大管３１の広がり角度θの設定により、排気ガスが吸着装置５に流れる時に、吸着装置５における排気ガスの流速分布を均一できるようにしてある。
【００２６】
一方、触媒装置４と吸着装置５との間の距離は、触媒装置４が排気ガスにより加熱されて活性化温度に達するタイミングと、吸着装置５に担持された吸着剤が加熱されて吸着機能を失うタイミングとがほぼ一致する距離に設定される。すなわち、触媒装置４の触媒活性化温度（３５０°Ｃ）より、吸着装置５に担持された吸着剤が吸着機能を失う温度（換言すれば、吸着剤のＨＣ脱離開始温度で、１００°Ｃ〜２００°Ｃ）の方が低いので、触媒装置４より所定距離下流に吸着装置５を設定することにより、上記両タイミングを一致させることができる。
【００２７】
吸着装置５は排気流路３４との間に前記板状の隔壁３３を有し、この隔壁３３によって吸着装置５は排気流路３４と分離され、かつ吸着筒５０に押しつけられ保持されている。なお、隔壁３３には図示しない穴が設けられており、この穴によって排気流路３４内の排気ガスが直接吸着装置５に接触し得るようになっている。
【００２８】
一方、吸着装置５の下流端に近接する位置で、かつ切替弁８より上流の位置から還流流路６ａが分岐し、この流路６ａはリード弁７を介して、排気マニホールド２に連通する還流流路６ｂに連結されている。リード弁７は、前記流路６ａ、６ｂの流通を一方向すなわち吸着装置５の下流端から排気マニホルド２側へ向かう一方向のみに制御する流通調整手段をなすものであって、後記する一方向弁７ａおよび開閉弁７ｂよりなる。
【００２９】
前記切替弁８は吸着筒５０の外面に設置されたアクチュエータ９によりアーム９ａ、図示しないリンク機構等を介して駆動されるようになっている。このアクチュエータ９は、本例ではダイヤフラムと、このダイヤフラムを作動させるエンジン吸気負圧を断続する電磁弁とから構成されている。
前述したリード弁７の一方向弁７ａは触媒装置４の上流側および吸着装置５下流側の、排気脈動の差圧で作動して、還流流路６ａ側から還流流路６ｂ側への流体の流通のみ許容するものである。また、開閉弁７ｂは、弁体を駆動するダイヤフラムと、このダイヤフラムを作動させるエンジン吸気負圧を断続する電磁弁とから構成されている。
【００３０】
１０はマイクロコンピュータ内蔵の制御装置（制御手段）で、エンジン１や排気温センサ１１からの信号を受け、エンジン１の運転状態に応じて開閉弁７ｂおよびアクチュエータ９の電磁弁を開閉制御し、これにより切替弁８や開閉弁７ｂを制御するようになっている。
次に、上記構成において本実施例装置の作動を説明する。図４は作動説明用のフローチャートであり、エンジン１のイグニッションスイッチが投入され、エンジン１が始動すると、制御装置１０のマイクロコンピュータがスタートし（ステップＳ１）、次に初期化処理（Ｓ２）をした後に、Ｓ３にて、制御装置１０により開閉弁７ｂを閉じるとともに、アクチュエータ９を作動させてアーム９ａを介して切替弁８を破線に示す閉弁位置に回動操作する。その結果、排気流路３４を閉じ、吸着装置５の流路５ｄを開く。
【００３１】
エンジン１の始動直後は排気ガス温度が低く、エンジン１は多量のコールドＨＣを含んだ排気ガスを排出する。排気ガス温度が低い間は触媒が活性化温度に達していないため、コールドＨＣは触媒装置４でほとんど浄化されずに排気管３を流れる。このとき、排気ガス温度は排気温センサ１１により検知されている。
この排気ガス流は、切替弁８の閉弁により排気流路（主流路）３４側には流れず、吸着装置５の流路５ｄに流れる。その際、まずゼオライトを担持してない吸着剤無担持層５ｂを通り、次いでゼオライトを担持した吸着剤担持層５ａを流れ、ここでコールドＨＣは吸着剤に吸着される。
【００３２】
そして、コールドＨＣが除去された排気ガスは図示しないマフラーを経て大気中に放出される。この時、拡大管３１の広がり角度θを前述したように図３（ｃ）の片面壁面剥離が生じる範囲の角度（θ＝５０〜８０度）に設定しているため、排気ガスは均一な流速分布となって、吸着装置５内へ流入するので、吸着装置５のハニカム担持体全体に対してコールドＨＣが均一に吸着され、吸着効率が向上する。
【００３３】
因みに、図３の（ａ）、（ｂ）は上記角度範囲よりθが小さい場合であり、また（ｄ）は上記角度範囲よりθが大きい場合であり、この（ａ）、（ｂ）、（ｄ）に示す流れ形態では、いずれも、拡大管３１の片側の流路３１ａのみに速い流れを偏らせることができないので、この片側の流路３１ａの下流に設置された吸着装置５内への流入排気ガスの流速分布が不均一になってしまう。
【００３４】
次に、エンジン１が暖機して、排気ガス温度が吸着剤のＨＣ吸着可能温度を越えるに至る所定時間（ｔａ）を経過すると（ｔ＞ｔａ）、図４のＳ４の判定がＹＥＳとなり、Ｓ５に移行する。
これにより、制御装置１０からの信号でアクチュエータ９が作動し、アクチュエータ９はアーム９ａを介して、切替弁８を反時計方向に回動して、実線に示す開弁位置に移動し、排気流路（主流路）３４が開通する。そのため、排気ガスは流路が切換えられ吸着装置５の存在しない排気流路３４側を主に流れる。このとき、触媒は活性化温度に達しているので、排気ガス中のＨＣは触媒装置４で浄化され、ＨＣをほとんど含まない排気ガスが上記排気流路３４を経て大気中に放出される。
【００３５】
また、上記ステップＳ５において、切替弁８が開弁された直後、Ｓ６にて制御装置１０からの信号で開閉弁７ｂが開弁する。
一方、吸着装置５の側面では、既に高温となった排気ガスが排気流路３４を流通している。この高温の排気ガスは隔壁３３の穴を介し、吸着装置５の吸着剤担持層５ａと接している。そのため、排気ガスの熱は吸着剤担持層５ａに良好に伝えられ吸着剤が速やかに昇温してＨＣの脱離を促進する。
【００３６】
このとき、上記のように開閉弁７ｂは開弁されているから排気マニホールド３１内に発生する排気ガス脈動圧は還流流路６ｂを介して一方向弁７ａの裏面に加わる。さらに、吸着装置５の下流に発生する排気ガス脈動圧は還流流路６ａを介して一方向弁７ａの表面に加わり、一方向弁７ａを断続的に開弁させる。
これにより、吸着装置５の吸着剤担持層５ａの吸着剤から脱離したＨＣは還流流路６ａ，６ｂを経て排気マニホールド２に速やかに流入する。そしてエンジン１からの排気ガス中のＨＣとともに触媒装置４で浄化されるのである。
【００３７】
上記のごとくＨＣの脱離時には、吸着装置５を通過する排気ガスの流れが微少となるため、一旦吸着されたＨＣが吸着装置５の上流側へ引きずり出されるという現象が生じることがあるが、本例では、吸着装置５の上流側に吸着剤無担持層５ｃが形成されているので、吸着装置５の吸着ＨＣの排気流路３４側への流出が防止される。
【００３８】
また、上記ＨＣの脱離時においても、排気ガスの流れに片面壁面剥離の状態が生じて、排気流路３４側に排気ガスの速い流れが偏るので、吸着装置５の上流部に排気ガスの渦が発生することを抑制できる。従って、この渦により吸着ＨＣが排気流路３４側に引きずり出されるという不具合も防止できる。
以上のことから、吸着装置５から脱離したＨＣは、確実に還流流路６ａ，６ｂを経て排気マニホールド２に速やかに流入し、触媒装置４で浄化できるので、ＨＣの浄化効率をより一層向上できる。
【００３９】
また、脱離ＨＣをエンジン１の排気マニホルド２側に還流して、吸気マニホルド２ａには還流していないので、脱離ＨＣの還流によるエンジン制御への影響を極力小さくできる。
一方、切替弁８が開位置（実線図示）に切換えられてＨＣ脱離浄化行程に入った後、ＨＣの脱離が完了する時間（ｔｂ）が経過すると〔ｔ＞（ｔａ＋ｔｂ）〕、Ｓ７の判定がＹＥＳとなり、Ｓ８に移行して、制御装置１０からの信号で開閉弁７ｂが閉じられる。
【００４０】
なお、上記実施例では、制御装置１０からの信号で切替弁８をＨＣ脱離・浄化行程側（実線の開弁位置）へ切換えるタイミングをエンジン始動から所定時間経過後としたが、この所定時間経過を判定する代わりに、排気ガス温度が所定の高温に達した時点としてもよい。
また、上記実施例では、リード弁７には一方向弁７ａと開閉弁７ｂとを合わせ持つ構成としたが、一方向弁７ａのみとしてもよい。
【００４１】
ところで、本実施例の排気ガス浄化装置では、触媒が活性化温度に達するまでのエンジン冷間時にもコールドＨＣを吸着装置５で吸着して、コールドＨＣの大気への放出が防止される。そして、本装置では特に、吸着されたＨＣが脱離している時、一方向弁７ａの表面・裏面に加わる排気ガスの脈動圧により一方向弁７ａを断続的に開弁して、脱離したＨＣを還流流路６ａ、６ｂを通して、触媒装置４の上流側に還流して、効果的にＨＣの循環、浄化を行うことができる。
【００４２】
次に、前述の実施例装置を車両（自動車）への搭載に当たっての具体的工夫点を述べる。
図５は本発明の要部をなす吸着筒５０部分の車両への搭載状態を示すもので、吸着筒５０はその断面形状の楕円の長軸方向が略水平となるようにして、車両の車体１２の凹状部１２ａ下方（車両床下）に搭載されている。また、アクチュエータ９のアーム９ａを図示のように金属板材で形成するとともに吸着筒５０上部の切替弁８側連結部から下方に向かって曲げた曲げ形状にして、アクチュエータ９が吸着筒５０の上方へ突出しないようにしてある。
【００４３】
このような搭載レイアウトにすることにより、吸着筒５０部分の全体高さが小となり、車両への搭載が容易になる。
また、アクチュエータ９のアーム９ａを図示するように吸着筒５０の上方側に配置しているので、車両走行時の飛び石がアーム９ａに衝突することを大幅に低減でき、従ってアーム９ａの損傷、変形によるアクチュエータ９の故障を低減できる。
【００４４】
なお、図５では、吸着筒５０の図示左側部分に吸着装置５が配置され、図示右側部分に排気流路３４が配置されている。そして、５０ａは切替弁８の下流側の排気出口管である。
図６はアクチュエータ９および還流流路６ａの配置位置を示すもので、この両者９、６ａを近接して配置しているので、この両者９、６ａの設置スペースを低減できる。
【００４５】
さらに、図６に図示するように、吸着筒５０の排気ガス下流側の端部に斜面５０ｂを形成し、この斜面５０ｂに上記９、６ａを近接して配置しているので、吸着筒５０の排気流れ方向の長さ（図６の左右方向長さ）も短縮でき、より一層車両への搭載が容易になる。
図７は本発明の他の実施例を示すもので、排気ガス流路切替弁８を駆動するアクチュエータ９をエンジン１の吸気負圧により作動するダイヤフラム９ｂで構成する場合に、このアクチュエータ９を小型化するための工夫をしたものである。
【００４６】
すなわち、図７に示すように、アクチュエータ９の圧力室９ｃに接続された吸気負圧導入管１５ａと、エンジン１の吸気マニホルド（サージタンク）２ａに接続された吸気負圧導入管１５ｂとの間に、制御装置１０により開閉制御される開閉弁（電磁弁）１３、およびアクチュエータ９からエンジン吸気側への一方向のみに流体を流す一方向弁１４を直列に配設している。
【００４７】
なお、開閉弁１３は、吸気負圧導入管１５ａ、１５ｂの間の通路の開閉と、吸気負圧導入管１５ａと大気開放口（図示せず）間の開閉を行う３方弁タイプのものである。
図７の実施例による作動も図４に示す作動と同じであって、エンジン１の始動直後では、図４のステップＳ３において、制御装置１０から開閉弁１３に通電され、この開閉弁１３は吸気負圧導入管１５ａ、１５ｂの間を連通させる。これにより、エンジン１の吸気負圧が一方向弁１４を通ってアクチュエータ９の圧力室９ｃに加わり、ダイヤフラム９ｂがアーム９ａを介して、排気ガス流路切替弁８を図示破線位置（閉弁位置）に駆動する。
【００４８】
そして、エンジン１が暖機して、図４のステップＳ４の判定がＹＥＳとなると、ステップＳ５で制御装置１０から開閉弁１３への通電が遮断されるので、この開閉弁１３は吸気負圧導入管１５ａ、１５ｂの間を遮断する。これと同時に、開閉弁１３はその大気開放口を吸気負圧導入管１５ａに連通させるので、アクチュエータ９の圧力室９ｃの負圧は急速に減少し、ダイヤフラム９ｂがスプリング９ｄの力により変位して、アーム９ａを介して、排気ガス流路切替弁８を図示実線位置（開弁位置）に駆動する。
【００４９】
ところで、図７の実施例では、上記したように、アクチュエータ９への吸気負圧導入管１５ａ、１５ｂの途中に、開閉弁１３の他に、一方向弁１４を配設しているから、エンジン１のスロットル弁２ｂが開放されて吸気マニホルド２ａ内の吸気負圧が減少したときには、一方向弁１４が閉弁して、吸気マニホルド２ａ側からアクチュエータ９の圧力室９ｃに空気が流入するのを阻止できる。
【００５０】
従って、エンジン１のスロットル弁２ｂが開放された時にも、アクチュエータ９の圧力室９ｃ内の負圧が直ちに減少するのが一方向弁１４によって防止され、アクチュエータ９の大きな負圧を保持できる。そのため、排気ガス流路切替弁８がスロットル弁２ｂの開放時（エンジン吸気負圧の減少時）に排気圧力脈動、車体の振動等の影響を受けて、破線で示す閉弁位置から開いてしまうという不具合が生じない。
【００５１】
それ故、アクチュエータ９をエンジン吸気負圧の減少時にも対応できるように大きなものに設定する必要がなく、アクチュエータ９の小型化を実現でき、車両への搭載上、極めて有利である。
なお、本発明は上述の図示の実施例に限定されず、種々変形可能であり、例えば、還流流路６ａ、６ｂを触媒装置４の直ぐ上流の排気流路に接続せず、エンジン１の吸気マニホルド２ａ側へ接続するタイプにも本発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例装置の全体構成図である。
【図２】図１の実施例装置における拡大管および吸着筒の形状を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は図２の拡大管における広がり角度と排気ガスの流れ形態との関係を示す説明図である。
【図４】一実施例装置の作動を示すフローチャートである。
【図５】一実施例装置の車両への搭載図である。
【図６】一実施例装置におけるアクチュエータ等の取付位置を示す説明図である。
【図７】本発明の他の実施例を示す装置全体の構成図である。
【符号の説明】
１…エンジン、２…排気マニホルド、２ａ…吸気マニホルド、３…排気管、
３１…拡大管、３４…排気流路、４…触媒装置、５…吸着装置、
６ａ，６ｂ…還流流路、８…排気ガス流路切替弁、９…アクチュエータ、
１０…制御装置、１５ａ、１５ｂ…吸気負圧導入管、１３…開閉弁、
１４…一方向弁。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an exhaust gas purification device for an engine (internal combustion engine) mounted on an automobile or the like.
[0002]
[Prior art]
As one type of purification device for purifying exhaust gas of an automobile engine, an exhaust gas purification device using a carrier carrying a noble metal (platinum, rhodium, etc.) as a catalyst is known. Purification of hydrocarbon compounds (hereinafter abbreviated as HC) by this method generally requires a catalyst activation temperature of 350 ° C. or higher.
[0003]
However, immediately after the engine is started, since the catalyst has not reached the catalyst activation temperature, there is a problem that HC purification is hardly performed.
Therefore, in order to solve the above problem, a catalyst device is provided in the exhaust system of the engine, and HC (hereinafter referred to as cold HC) discharged when the engine is cold is adsorbed on the upstream side or the downstream side of the catalyst device. JP-A-2-135126, JP-A-4-17710, JP-A-4-31618, and the like have been proposed purification apparatuses provided with an HC trapper containing an adsorbent.
[0004]
The purification device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-135126 uses an adsorbent device using a zeolite adsorbent upstream of the catalyst device, and uses the adsorbent device and the catalyst device together. Cold HC is adsorbed by the adsorbent, and HC desorbed from the adsorbent and exhaust HC from the engine are purified by a catalyst when the exhaust gas is hot.
[0005]
Further, the purifiers of the above-mentioned JP-A-4-17710 and JP-A-4-31618 are arranged such that an HC trapper containing an adsorbent is arranged in parallel with the main exhaust pipe on the downstream side of the catalyst device. A flow path switching valve is provided in each of the bypass passage and the main exhaust pipe.
Then, the valve is operated for a predetermined time immediately after the engine is started, and the exhaust gas is caused to flow into the bypass passage, while the cold HC is adsorbed by the trapper. When the exhaust gas temperature rises and a cold HC is released from the adsorbent of the HC trapper after a predetermined time has elapsed since the engine starts, the valve switches to a position where the exhaust gas flows into the main exhaust pipe. The negative pressure of the intake pipe of the engine is applied to the detachment pipe connecting the trapper downstream side and the engine intake pipe, and the released HC is sucked into the intake pipe and burned again in the engine.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, among the conventional cold HC adsorption technologies described above, in the case where the HC trapper is arranged upstream of the catalyst device, the high-temperature exhaust gas immediately after being discharged from the engine flows into the HC trapper, so the heat resistance of the adsorbent is a problem. Become. Therefore, in JP-A-2-135126, a zeolite-based adsorbent having high heat resistance is used. However, adsorbents generally have higher adsorption performance at lower temperatures, and even in zeolites, HC is desorbed before the catalyst reaches the activation temperature, causing a problem that adsorbed HC is released to the atmosphere without being purified.
[0007]
In addition, when the HC trapper is provided upstream of the catalyst device, the HC trapper itself has a large heat capacity, which causes a problem of delaying the activation of the catalyst, that is, the time until the catalyst reaches the activation temperature.
On the other hand, in Japanese Patent Laid-Open Nos. 4-17710 and 4-311818 in which an HC trapper is provided on the downstream side of the catalyst device, the above problems are solved with respect to the adsorption performance of the cold HC and the activation of the catalyst.
[0008]
However, in both of the above publications, no consideration is given to the velocity distribution of the exhaust gas flowing into the HC trapper. However, according to the experimental study by the present inventors, the velocity distribution of the exhaust gas flowing into the HC trapper is not satisfactory. It has been found that the problem that the HC adsorption efficiency by the adsorbent is greatly reduced due to the uniformity.
Therefore, in view of the above circumstances, the present invention provides an exhaust gas purification apparatus having an exhaust gas flow path switching means for switching between a flow path of the adsorption device and an exhaust flow path that forms a flow of exhaust gas that does not pass through the adsorption device. This exhaust gas flow switching means can be installed at one location on the downstream side of the adsorption device to simplify the structure and to devise the configuration of the expansion pipe located upstream of the adsorption device so that the flow into the adsorption device An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device that can make the velocity distribution of exhaust gas uniform and improve the adsorption efficiency of the adsorption device.
[0009]
Another object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device that can be easily mounted on a vehicle.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.
In invention of Claim 1, the catalyst apparatus (4) arrange | positioned in the exhaust pipe (3) of an engine (1),
An adsorption device (5) disposed in the exhaust pipe (3) downstream of the catalyst device (4) and carrying an adsorbent that adsorbs exhaust gas harmful components;
An exhaust passage (34) that forms a flow of exhaust gas that does not pass through the adsorption device (5) in the exhaust pipe (3) downstream of the catalyst device (4);
A recirculation flow path (6a, 6b) for recirculating the exhaust gas harmful components adsorbed by the adsorption device (5) to the upstream side of the catalyst device (4);
Exhaust gas passage switching means (8) provided downstream of the adsorption device (5) and capable of selectively switching the flow of exhaust gas between the flow passage of the adsorption device (5) and the exhaust passage (34). )When,
Provided upstream of the adsorption device (5) and the exhaust flow channel (34), and formed so as to enlarge the cross-sectional area of the flow channel as compared with the exhaust pipe (3), the exhaust gas is supplied to the adsorption device (5). ) Or an expansion pipe (31) leading to the exhaust flow path (34),
When the engine (1) is cold, the switching means (8) is switched to a position where the exhaust gas is allowed to flow to the adsorption device (5), and when the engine (1) is warmed up, the exhaust gas is allowed to flow to the exhaust passage (34). And a control means (10) for switching to a position, and the expansion angle (θ) of the expansion pipe (31) is set in a range in which the flow of the exhaust gas inside thereof is separated on one side wall surface It features a purification device.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the exhaust gas purifying apparatus according to the first aspect, the expansion angle of the expansion pipe (31) is set in a range of 50 to 80 degrees.
According to a third aspect of the present invention, in the exhaust gas purifying apparatus according to the first or second aspect, the flow path (5d) of the adsorption device (5) and the exhaust flow path (34) are disposed adjacent to each other. ,
The overall cross-sectional shape of the flow path including both the flow paths (5d, 34) is an elliptical shape.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, in the exhaust gas purifying apparatus according to the third aspect, the flow path (5d) and the exhaust flow path (34) of the adsorption device (5) are arranged in the elliptical long axis direction. It is characterized by being arranged adjacent to each other.
According to a fifth aspect of the present invention, in the exhaust gas purifying device according to the third or fourth aspect, the adsorbing device (5) and the exhaust flow path (34) have the elliptical major axis direction substantially horizontal. Thus, the vehicle is arranged below the vehicle body of the vehicle.
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, in the exhaust gas purifying apparatus according to any one of the first to fifth aspects, an actuator (9) for driving the switching means (8) by negative engine intake pressure;
Intake negative pressure introduction flow paths (15a, 15b) for introducing engine intake negative pressure to the actuator (9);
An open / close valve (13) provided in the intake negative pressure introduction flow path (15a, 15b) and controlled to be opened and closed by the control means (10);
And a one-way valve (14) that is provided in the intake negative pressure introduction flow path (15a, 15b) and allows a fluid to flow in only one direction from the actuator (9) to the engine intake side.
[0014]
In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows a corresponding relationship with the specific means of the Example description described later.
[0015]
[Effects of the invention]
According to the first to sixth aspects of the present invention, since the above technical means are provided, the exhaust gas is converted into a catalyst by the flow path switching action of the exhaust gas flow path switching means (8) when cold after the engine is started. It is discharged from the device (4) through the flow path (5d) of the adsorption device (5). In this case, HC in the exhaust gas that is not purified by the catalyst device (4) is adsorbed by the adsorbent of the adsorption device 5.
[0016]
On the other hand, after the engine is warmed up, the exhaust gas flows from the catalyst device (4) through the exhaust flow passage (34) where the adsorption device (5) does not exist due to the flow passage switching action of the exhaust gas flow passage switching means (8). Released. At this time, HC in the exhaust gas is purified by the catalytic device (4) activated at a high temperature.
Further, the HC adsorbed by the adsorbent of the adsorption device (5) is desorbed, and the desorbed HC is recirculated from the reflux flow path (6a, 6b) to the upstream side of the catalyst device (4), so that the catalyst device (4 ), The desorbed HC can be quickly purified.
[0017]
In addition, since the expansion angle of the expansion pipe (31) located upstream of the adsorption device (5) is set in a range in which the flow of the exhaust gas inside thereof is separated on one side wall surface, the adsorption device ( 5) It becomes possible to bias the fast flow of exhaust gas to the flow path (5d) on the side, and as a result, the inflow speed of exhaust gas flowing into the adsorption device (5) can be made uniform, so that the entire adsorption device is adsorbed by HC Therefore, the adsorption efficiency can be remarkably improved.
[0018]
Further, when HC is desorbed, since the fast flow of exhaust gas can be biased toward the exhaust flow path (34), it is possible to suppress the generation of vortex on the upstream side of the adsorption device (5). In addition, it is possible to prevent the HC from flowing out toward the exhaust flow path (34), and the exhaust purification effect can be further enhanced.
Further, an exhaust gas flow path switching means (8) for switching between the flow path (5a) of the adsorption device (5) and the exhaust flow path (34) that forms a flow of exhaust gas that does not pass through the adsorption device (5). The structure can be simplified because it only needs to be installed at one location downstream of the adsorption device (5).
[0019]
In addition to the above-described effects, in the invention described in claim 5, the adsorbing device (5) and the exhaust flow path (34) are arranged so that the elliptical major axis direction is substantially horizontal and the vehicle body ( 12) Since it is disposed below, the overall shape of the adsorption device (5) and the exhaust flow path (34) is flat with respect to the vertical direction, the height can be reduced, and mounting on a vehicle is easy. .
[0020]
According to a sixth aspect of the present invention, an actuator (9) for driving the switching means (8) by engine intake negative pressure is provided, and intake negative pressure introduction for introducing engine intake negative pressure to the actuator (9). An on-off valve (13) that is controlled to be opened and closed by the control means (10) and a one-way valve (14) that allows fluid to flow in only one direction from the actuator (9) to the engine intake side in the flow path (12a, 12b) ), When the throttle valve (2b) of the engine (1) is opened and the intake negative pressure in the intake manifold (2a) decreases, the one-way valve (14) closes and the actuator ( 9) The negative pressure inside can be prevented from decreasing immediately.
[0021]
Therefore, since a large negative pressure in the actuator (9) can be maintained, there is no problem that the switching means is displaced due to the influence of exhaust pressure pulsation, vehicle body vibration, etc. when the engine intake negative pressure is reduced. .
Therefore, it is not necessary to set the actuator (9) to be large so that it can cope with a decrease in engine intake negative pressure, and the actuator (9) can be reduced in size, which is extremely advantageous in mounting on a vehicle. .
[0022]
【Example】
The present invention will be described below with reference to embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment in which the present invention is applied to an exhaust gas purification device for an automobile engine. A catalyst device 4 is interposed in an exhaust pipe 3 of an automobile gasoline engine 1 at a position immediately after an exhaust manifold 2. It is set up. The catalyst device 4 includes a honeycomb-shaped carrier made of cordierite carrying a three-way catalyst mainly composed of a noble metal such as platinum or rhodium.
[0023]
The exhaust pipe 3 is provided with an expansion pipe 31 that expands the cross-sectional area of the flow channel downstream of the catalyst device 4, and is disposed in an elliptical cylinder-shaped or cylindrical adsorption cylinder 50 configured continuously with the expansion pipe 31. The adsorption device 5 having a honeycomb structure is accommodated. The adsorbing device 5 is made of a ceramic such as stainless steel or cordierite into a honeycomb structure.
And the adsorption | suction apparatus 5 is formed in the semi-elliptical cylinder shape corresponding to the half cross-sectional shape of the adsorption cylinder 50 of the elliptic cylinder shape in this example, ie, the adsorption cylinder 50. FIG. The suction device 5 is disposed such that the flat surface of the semi-elliptical cylinder shape faces the center side of the suction cylinder 50.
[0024]
The adsorbing device 5 has a large number of parallel through holes 51, and an adsorbent carrying layer 5a formed over the entire portion other than the upstream end thereof carries a zeolite adsorbent. Here, an adsorbent non-supporting layer 5 b having a predetermined width is provided on the upstream end side of the adsorption device 5.
An exhaust gas flow path switching valve 8 is disposed immediately after the downstream end (rear end) of the adsorbent carrying layer 5a of the adsorption device 5. The switching valve 8 is opened and closed with a fulcrum 8a as a center, and the flow path 5d of the adsorption device 5 having the honeycomb structure, and an exhaust flow path 34 formed adjacent to the side of the flow path 5d. Is to open and close.
[0025]
As shown in FIG. 2, the expansion tube 31 has an elliptical cross-sectional shape in this example. The major axis direction of the cross-section is divided into two by a plate-shaped partition wall 33, and the two are divided into two. The flow path 5d of the adsorption device 5 is formed on one side of the flow path 31a, and the exhaust flow path 34 is formed on the other flow path 31b side.
Furthermore, the expansion angle θ of the expansion tube 31 (in the case of the elliptical shape in FIG. 2, the expansion angle in the major axis direction of the ellipse) is set to an angle at which the one-side wall surface peeling state shown in FIG. . Specifically, the angle θ at which this single-side wall surface peeling state occurs is in the range of 50 to 80 degrees. By setting the divergence angle θ of the magnifying tube 31 as described above, when the exhaust gas flows into the adsorption device 5, the flow velocity distribution of the exhaust gas in the adsorption device 5 can be made uniform.
[0026]
On the other hand, the distance between the catalyst device 4 and the adsorption device 5 is such that the catalyst device 4 is heated by the exhaust gas and reaches the activation temperature, and the adsorbent carried on the adsorption device 5 is heated to perform the adsorption function. It is set to a distance that almost coincides with the timing to lose. That is, the temperature at which the adsorbent carried on the adsorption device 5 loses the adsorption function from the catalyst activation temperature (350 ° C.) of the catalyst device 4 (in other words, the HC desorption start temperature of the adsorbent is 100 ° C.). Since the temperature of ˜200 ° C. is lower, by setting the adsorption device 5 downstream of the catalyst device 4 by a predetermined distance, the above-mentioned timings can be matched.
[0027]
The adsorbing device 5 has the plate-shaped partition wall 33 between it and the exhaust flow path 34, and the adsorbing device 5 is separated from the exhaust flow path 34 by this partition wall 33 and is pressed against and held by the adsorption cylinder 50. The partition wall 33 is provided with a hole (not shown) so that the exhaust gas in the exhaust passage 34 can directly contact the adsorption device 5 through this hole.
[0028]
On the other hand, a reflux flow path 6 a branches from a position close to the downstream end of the adsorption device 5 and upstream from the switching valve 8, and the flow path 6 a communicates with the exhaust manifold 2 via the reed valve 7. It is connected to the flow path 6b. The reed valve 7 constitutes a flow adjusting means for controlling the flow of the flow paths 6a and 6b only in one direction, that is, in one direction from the downstream end of the adsorption device 5 to the exhaust manifold 2 side. It consists of a valve 7a and an on-off valve 7b.
[0029]
The switching valve 8 is driven by an actuator 9 installed on the outer surface of the adsorption cylinder 50 via an arm 9a, a link mechanism (not shown) and the like. In this example, the actuator 9 is composed of a diaphragm and an electromagnetic valve for intermittently supplying an engine intake negative pressure that operates the diaphragm.
The above-described one-way valve 7a of the reed valve 7 is operated by the differential pressure of the exhaust pulsation on the upstream side of the catalyst device 4 and the downstream side of the adsorption device 5, and the fluid flow from the reflux channel 6a side to the reflux channel 6b side. Only distribution is allowed. The on-off valve 7b is composed of a diaphragm for driving the valve body and an electromagnetic valve for intermittently supplying engine intake negative pressure for operating the diaphragm.
[0030]
Reference numeral 10 denotes a control device (control means) with a built-in microcomputer, which receives signals from the engine 1 and the exhaust temperature sensor 11 and controls opening and closing of the on-off valve 7b and the solenoid valve of the actuator 9 according to the operating state of the engine 1. Thus, the switching valve 8 and the on-off valve 7b are controlled.
Next, the operation of the apparatus of this embodiment in the above configuration will be described. FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation. When the ignition switch of the engine 1 is turned on and the engine 1 is started, the microcomputer of the control device 10 is started (step S1) and then the initialization process (S2) is performed. Later, in S3, the control device 10 closes the on-off valve 7b and operates the actuator 9 to rotate the switching valve 8 to the closed position indicated by the broken line via the arm 9a. As a result, the exhaust flow path 34 is closed and the flow path 5d of the adsorption device 5 is opened.
[0031]
Immediately after the engine 1 is started, the exhaust gas temperature is low, and the engine 1 discharges exhaust gas containing a large amount of cold HC. Since the catalyst does not reach the activation temperature while the exhaust gas temperature is low, the cold HC flows through the exhaust pipe 3 without being purified by the catalyst device 4. At this time, the exhaust gas temperature is detected by the exhaust temperature sensor 11.
This exhaust gas flow does not flow to the exhaust flow path (main flow path) 34 side by closing the switching valve 8 but flows to the flow path 5 d of the adsorption device 5. At that time, first, it passes through the adsorbent-unsupported layer 5b not supporting zeolite, and then flows through the adsorbent-supported layer 5a supporting zeolite, where cold HC is adsorbed by the adsorbent.
[0032]
The exhaust gas from which the cold HC has been removed is discharged into the atmosphere through a muffler (not shown). At this time, since the expansion angle θ of the expansion tube 31 is set to an angle (θ = 50 to 80 degrees) in the range where the single-side wall separation occurs in FIG. 3C as described above, the exhaust gas has a uniform flow rate. Since it is distributed and flows into the adsorption device 5, the cold HC is uniformly adsorbed to the entire honeycomb carrier of the adsorption device 5, and the adsorption efficiency is improved.
[0033]
Incidentally, (a) and (b) of FIG. 3 are cases where θ is smaller than the above angle range, and (d) is a case where θ is larger than the above angle range, and (a), (b), ( In any of the flow forms shown in d), the fast flow cannot be biased only to the flow path 31a on one side of the magnifying tube 31, so that the flow into the adsorption device 5 installed downstream of the flow path 31a on one side is not possible. The flow velocity distribution of the inflowing exhaust gas becomes non-uniform.
[0034]
Next, when the engine 1 is warmed up and a predetermined time (ta) elapses until the exhaust gas temperature exceeds the HC adsorbable temperature of the adsorbent (t> ta), the determination of S4 in FIG. The process proceeds to S5.
As a result, the actuator 9 is actuated by a signal from the control device 10, and the actuator 9 rotates the switching valve 8 counterclockwise via the arm 9 a and moves to the valve opening position shown by the solid line. A path (main flow path) 34 is opened. Therefore, the exhaust gas flows mainly on the exhaust flow channel 34 side where the flow channel is switched and the adsorption device 5 is not present. At this time, since the catalyst has reached the activation temperature, HC in the exhaust gas is purified by the catalyst device 4, and the exhaust gas containing almost no HC is released into the atmosphere through the exhaust passage 34.
[0035]
In step S5, immediately after the switching valve 8 is opened, the on-off valve 7b is opened by a signal from the control device 10 in S6.
On the other hand, on the side surface of the adsorption device 5, exhaust gas that has already reached a high temperature flows through the exhaust passage 34. This high-temperature exhaust gas is in contact with the adsorbent carrying layer 5 a of the adsorption device 5 through the holes of the partition walls 33. Therefore, the heat of the exhaust gas is well transmitted to the adsorbent carrying layer 5a, and the adsorbent quickly rises in temperature to promote HC desorption.
[0036]
At this time, since the on-off valve 7b is opened as described above, the exhaust gas pulsation pressure generated in the exhaust manifold 31 is applied to the back surface of the one-way valve 7a via the reflux passage 6b. Further, the exhaust gas pulsation pressure generated downstream of the adsorption device 5 is applied to the surface of the one-way valve 7a via the reflux passage 6a, and the one-way valve 7a is intermittently opened.
As a result, the HC desorbed from the adsorbent of the adsorbent carrying layer 5a of the adsorption device 5 quickly flows into the exhaust manifold 2 through the reflux channels 6a and 6b. The catalyst device 4 purifies the HC in the exhaust gas from the engine 1.
[0037]
As described above, when HC is desorbed, the flow of exhaust gas passing through the adsorption device 5 becomes very small, so that a phenomenon may occur in which HC once adsorbed is dragged upstream of the adsorption device 5. In this example, since the adsorbent non-supporting layer 5c is formed on the upstream side of the adsorption device 5, the adsorption HC of the adsorption device 5 is prevented from flowing out to the exhaust flow path 34 side.
[0038]
Further, even when the HC is desorbed, the state of the one-side wall surface separation occurs in the exhaust gas flow, and the quick exhaust gas flow is biased toward the exhaust flow path 34 side. The generation of vortices can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent a problem that the adsorbed HC is dragged out to the exhaust flow path 34 by the vortex.
From the above, the HC desorbed from the adsorption device 5 surely flows quickly into the exhaust manifold 2 via the recirculation flow paths 6a and 6b, and can be purified by the catalyst device 4, thereby further improving the HC purification efficiency. it can.
[0039]
Further, since the desorbed HC is recirculated to the exhaust manifold 2 side of the engine 1 and is not recirculated to the intake manifold 2a, the influence on the engine control due to the recirculation of the desorbed HC can be minimized.
On the other hand, after the switching valve 8 is switched to the open position (shown by the solid line) and enters the HC desorption purification process, when the time (tb) for completing the desorption of HC elapses [t> (ta + tb)], S7 The determination is YES, the process proceeds to S8, and the on-off valve 7b is closed by a signal from the control device 10.
[0040]
In the above embodiment, the timing at which the switching valve 8 is switched to the HC desorption / purification stroke side (the open position of the solid line) by a signal from the control device 10 is after a predetermined time has elapsed from the engine start. Instead of determining the progress, the exhaust gas temperature may be set at a predetermined high temperature.
In the above embodiment, the reed valve 7 has the one-way valve 7a and the on-off valve 7b. However, only the one-way valve 7a may be used.
[0041]
By the way, in the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, cold HC is adsorbed by the adsorbing device 5 even when the engine is cold until the catalyst reaches the activation temperature, and the release of cold HC to the atmosphere is prevented. And especially in this apparatus, when the adsorbed HC is desorbed, the one-way valve 7a is intermittently opened by the pulsation pressure of the exhaust gas applied to the front and back surfaces of the one-way valve 7a and desorbed. HC can be recirculated to the upstream side of the catalyst device 4 through the recirculation flow paths 6a and 6b to effectively circulate and purify the HC.
[0042]
Next, specific points for mounting the above-described embodiment apparatus on a vehicle (automobile) will be described.
FIG. 5 shows a state in which the suction cylinder 50 constituting the main part of the present invention is mounted on the vehicle. The suction cylinder 50 is arranged so that the major axis direction of the ellipse of its cross-sectional shape is substantially horizontal. It is mounted below 12 concave portions 12a (under the vehicle floor). Further, the arm 9a of the actuator 9 is formed of a metal plate material as shown in the drawing and is bent downward from the switching valve 8 side connecting portion at the top of the adsorption cylinder 50 so that the actuator 9 moves upward of the adsorption cylinder 50. It does not protrude.
[0043]
By adopting such a mounting layout, the overall height of the suction cylinder 50 is reduced, and mounting on the vehicle is facilitated.
Further, since the arm 9a of the actuator 9 is disposed on the upper side of the suction cylinder 50 as shown in the figure, it is possible to greatly reduce the collision of the stepping stone with the arm 9a during traveling of the vehicle, and therefore damage or deformation of the arm 9a. The failure of the actuator 9 due to can be reduced.
[0044]
In FIG. 5, the adsorption device 5 is arranged on the left side portion of the adsorption cylinder 50 in the drawing, and the exhaust passage 34 is arranged on the right side portion in the drawing. Reference numeral 50 a denotes an exhaust outlet pipe on the downstream side of the switching valve 8.
FIG. 6 shows the arrangement positions of the actuator 9 and the reflux flow path 6a. Since the both 9 and 6a are arranged close to each other, the installation space for the both 9 and 6a can be reduced.
[0045]
Furthermore, as shown in FIG. 6, a slope 50b is formed at the end of the adsorption cylinder 50 on the exhaust gas downstream side, and the above 9 and 6a are arranged close to the slope 50b. The length in the exhaust flow direction (the length in the left-right direction in FIG. 6) can also be shortened, and the mounting on the vehicle becomes easier.
FIG. 7 shows another embodiment of the present invention. When the actuator 9 that drives the exhaust gas flow path switching valve 8 is constituted by a diaphragm 9b that is operated by the intake negative pressure of the engine 1, the actuator 9 is reduced in size. It has been devised to make it.
[0046]
That is, as shown in FIG. 7, between the intake negative pressure introduction pipe 15a connected to the pressure chamber 9c of the actuator 9 and the intake negative pressure introduction pipe 15b connected to the intake manifold (surge tank) 2a of the engine 1. Further, an on-off valve (electromagnetic valve) 13 that is controlled to open and close by the control device 10 and a one-way valve 14 that allows fluid to flow only in one direction from the actuator 9 to the engine intake side are arranged in series.
[0047]
The on-off valve 13 is a three-way valve type that opens and closes the passage between the intake negative pressure introduction pipes 15a and 15b and opens and closes between the intake negative pressure introduction pipe 15a and the atmosphere opening (not shown). is there.
The operation according to the embodiment of FIG. 7 is the same as that shown in FIG. 4. Immediately after the engine 1 is started, the control valve 10 supplies power to the on-off valve 13 in step S3 of FIG. The negative pressure introducing pipes 15a and 15b are communicated with each other. As a result, the negative intake pressure of the engine 1 is applied to the pressure chamber 9c of the actuator 9 through the one-way valve 14, and the diaphragm 9b moves the exhaust gas flow path switching valve 8 through the arm 9a to the broken line position (valve closed position). ) To drive.
[0048]
When the engine 1 is warmed up and the determination in step S4 in FIG. 4 is YES, the energization from the control device 10 to the on-off valve 13 is cut off in step S5. The tube 15a, 15b is blocked. At the same time, the opening / closing valve 13 communicates the air opening with the intake negative pressure introducing pipe 15a, so that the negative pressure in the pressure chamber 9c of the actuator 9 decreases rapidly, and the diaphragm 9b is displaced by the force of the spring 9d. The exhaust gas flow path switching valve 8 is driven to the illustrated solid line position (valve open position) via the arm 9a.
[0049]
In the embodiment of FIG. 7, as described above, the one-way valve 14 is disposed in addition to the on-off valve 13 in the middle of the intake negative pressure introduction pipes 15a and 15b to the actuator 9. When the first throttle valve 2b is opened and the intake negative pressure in the intake manifold 2a decreases, the one-way valve 14 closes and air flows into the pressure chamber 9c of the actuator 9 from the intake manifold 2a side. I can stop.
[0050]
Therefore, even when the throttle valve 2b of the engine 1 is opened, the one-way valve 14 prevents the negative pressure in the pressure chamber 9c of the actuator 9 from decreasing immediately, and the large negative pressure of the actuator 9 can be maintained. Therefore, when the throttle valve 2b is opened (when the engine intake negative pressure is decreased), the exhaust gas flow path switching valve 8 is affected by the exhaust pressure pulsation, the vibration of the vehicle body, etc., and opens from the closed position indicated by the broken line. This does not occur.
[0051]
Therefore, it is not necessary to set the actuator 9 so as to be able to cope with a decrease in engine intake negative pressure, and the actuator 9 can be downsized, which is extremely advantageous in mounting on a vehicle.
The present invention is not limited to the illustrated embodiment described above, and can be variously modified. For example, the recirculation flow paths 6 a and 6 b are not connected to the exhaust flow path immediately upstream of the catalyst device 4, and the intake air of the engine 1 is not connected. The present invention can also be applied to the type connected to the manifold 2a side.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing the shapes of an expansion tube and an adsorption cylinder in the embodiment apparatus of FIG. 1;
FIGS. 3A to 3D are explanatory views showing the relationship between the spread angle and the exhaust gas flow pattern in the expansion pipe of FIG. 2;
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the apparatus according to the embodiment.
FIG. 5 is a mounting diagram of an apparatus according to an embodiment on a vehicle.
FIG. 6 is an explanatory view showing a mounting position of an actuator or the like in the apparatus according to the embodiment.
FIG. 7 is a block diagram of the entire apparatus showing another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine, 2 ... Exhaust manifold, 2a ... Intake manifold, 3 ... Exhaust pipe,
31 ... Expansion pipe, 34 ... Exhaust flow path, 4 ... Catalyst device, 5 ... Adsorption device,
6a, 6b ... recirculation flow path, 8 ... exhaust gas flow path switching valve, 9 ... actuator,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Control apparatus, 15a, 15b ... Intake negative pressure introduction pipe, 13 ... Open / close valve,
14: One-way valve.

Claims

A catalytic device disposed in the exhaust pipe of the engine;
An adsorption device that is disposed in the exhaust pipe downstream from the catalyst device and carries an adsorbent that adsorbs exhaust gas harmful components;
An exhaust passage that forms a flow of exhaust gas that does not pass through the adsorption device in the exhaust pipe downstream from the catalyst device;
A recirculation flow path for recirculating the exhaust gas harmful components adsorbed by the adsorption device to the upstream side of the catalyst device;
An exhaust gas flow path switching means provided downstream of the adsorption device and capable of selectively switching the flow of exhaust gas between the flow path of the adsorption device and the exhaust flow path;
An expansion pipe that is provided upstream of the adsorption device and the exhaust flow path, is formed to enlarge a cross-sectional area of the flow channel as compared with the exhaust pipe, and leads exhaust gas to the adsorption device or the exhaust flow path;
Control means for switching the switching means to a position where the exhaust gas is allowed to flow to the adsorption device when the engine is cold, and switching control to a position where the exhaust gas is allowed to flow to the exhaust flow path when the engine is warmed up,
The expansion angle of the expansion pipe is set in a range in which the flow of exhaust gas inside thereof is separated on one side wall surface.

The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1, wherein the expansion angle of the expansion pipe is set in a range of 50 to 80 degrees.

The flow path of the adsorption device and the exhaust flow path are disposed adjacent to each other,
The exhaust gas purification device according to claim 1 or 2, wherein the overall cross-sectional shape of the flow path including both flow paths is configured to be elliptical.

The exhaust gas purification apparatus according to claim 3, wherein the flow path of the adsorption device and the exhaust flow path are disposed adjacent to each other in the elliptical long axis direction.

The said adsorption | suction apparatus and the said exhaust flow path were arrange | positioned below the vehicle body of a vehicle so that the said elliptical long-axis direction may turn into a substantially horizontal direction. Exhaust gas purification device.

An actuator for driving the switching means by engine intake negative pressure;
An intake negative pressure introduction passage for introducing engine intake negative pressure to the actuator;
An open / close valve provided in the intake negative pressure introduction flow path and controlled to be opened and closed by the control means;
6. A one-way valve provided in the intake negative pressure introduction flow path and configured to flow fluid in only one direction from the actuator to the engine intake side. Exhaust gas purification device.