JP4649375B2 - Exhaust system structure - Google Patents

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Description

本発明は、例えば自動車等の排気ガスから熱を回収するための熱交換部を含む排気系構造に関する。   The present invention relates to an exhaust system structure including a heat exchange part for recovering heat from exhaust gas of, for example, an automobile.

触媒コンバータに流入する排気ガスの温度を低下させるために、触媒コンバータの上流に熱交換器をバイパス可能に設ける技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開平11−218020号公報 特許第3589151号明細書
In order to lower the temperature of the exhaust gas flowing into the catalytic converter, a technique is known in which a heat exchanger is provided upstream of the catalytic converter so as to be bypassable (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 11-2182020 Japanese Patent No. 3589151

しかしながら、上記の如き従来の技術では、熱交換器による熱交換状態と熱交換器のバイパス状態とを切り替えるために、1つ又は複数の三方弁又は四方弁を備える必要があった。   However, in the conventional technology as described above, it is necessary to provide one or a plurality of three-way valves or four-way valves in order to switch between the heat exchange state by the heat exchanger and the bypass state of the heat exchanger.

本発明は、排気熱の回収機能を備えながら部品点数を削減することができる排気系構造を得ることが目的である。   It is an object of the present invention to obtain an exhaust system structure that can reduce the number of parts while having an exhaust heat recovery function.

請求項1記載の発明に係る排気系構造は、内燃機関が排出する排気ガスの排出経路中に設けられ、所定温度以下の前記排気ガスから炭化水素を吸着するための吸着剤を有する吸着部と、前記吸着部に対し前記排気ガス流れ方向の下流側に設けられ、前記内燃機関を冷却するための冷却液と前記排気ガスとの熱交換を行う熱交換部と、前記熱交換部に対し前記排気ガスの流れ方向の下流側に設けられ、通過する前記排気ガスを浄化するための触媒を有する排気浄化部と、前記吸着部及び前記熱交換部をバイパスして前記排気浄化部の排気ガス流れ方向の上流側に合流するバイパス流路部と、前記バイパス流路部を開閉するための弁装置と、を備えている。   An exhaust system structure according to claim 1 is provided in an exhaust path for exhaust gas discharged from an internal combustion engine, and has an adsorbing portion having an adsorbent for adsorbing hydrocarbons from the exhaust gas having a predetermined temperature or lower. A heat exchange section that is provided downstream of the adsorption section in the exhaust gas flow direction and that exchanges heat between the coolant for cooling the internal combustion engine and the exhaust gas, and the heat exchange section An exhaust gas purification unit that is provided on the downstream side of the exhaust gas flow direction and has a catalyst for purifying the exhaust gas passing therethrough, and the exhaust gas flow of the exhaust gas purification unit bypassing the adsorption unit and the heat exchange unit And a valve device for opening and closing the bypass channel portion.

請求項1記載の排気系構造では、弁装置がバイパス流路部を閉じている状態で、排気ガスは吸着部、熱交換部、排気浄化部の順で流れ、弁装置がバイパス流路部を開放している状態で、排気ガスは吸着部及び熱交換部をバイパスして主にバイパス部、排気浄化部の順で流れる。ところで、例えば排気ガスを排出する内燃機関の始動直後等には、排気浄化部の触媒は温度が低く活性が低い一方、吸着剤は排気ガス中の炭化水素を吸着し得る。また、内燃機関の始動直後等には、早期の暖機が望まれる。   In the exhaust system structure according to claim 1, in a state where the valve device closes the bypass flow path portion, the exhaust gas flows in the order of the adsorption portion, the heat exchange portion, and the exhaust purification portion, and the valve device passes through the bypass flow path portion. In the open state, the exhaust gas bypasses the adsorption unit and the heat exchange unit and flows mainly in the order of the bypass unit and the exhaust purification unit. By the way, for example, immediately after starting an internal combustion engine that exhausts exhaust gas, the catalyst of the exhaust purification unit has low temperature and low activity, while the adsorbent can adsorb hydrocarbons in the exhaust gas. Further, early warm-up is desired immediately after the internal combustion engine is started.

ここで、本排気系構造では、吸着部と熱交換部とが直列に配置されているため、弁装置がバイパス流路部を閉止する状態では、吸着部及び熱交換部(の排気ガス流路)に排気ガスが導入される。このため、内燃機関の始動直後等に弁装置にバイパス流路部を閉止させれば、例えば吸着部の吸着材による排気ガス中の未燃の炭化水素の吸着と、排気ガスの熱の冷却液への回収が共に果たされる。換言すれば、吸着部と熱交換部とを同じタイミングで機能させることができるので、これらに吸着部及び熱交換部に排気ガスを導入する状態に切り替えるための弁装置が共通化される。したがって、吸着部と熱交換部とで別個の弁装置を有する構成と比較して、弁装置の数を削減することができる。また、バイパス路が共通化されるので、排気系が全体としてコンパクトになる。   Here, in this exhaust system structure, since the adsorption part and the heat exchange part are arranged in series, the adsorption part and the heat exchange part (the exhaust gas flow path of the adsorption unit and the heat exchange part) in a state where the valve device closes the bypass flow part. ) Is introduced into the exhaust gas. For this reason, if the bypass flow passage is closed in the valve device immediately after starting the internal combustion engine, for example, the adsorption of unburned hydrocarbons in the exhaust gas by the adsorbent of the adsorption portion and the coolant for the heat of the exhaust gas The recovery is done together. In other words, since the adsorption unit and the heat exchange unit can function at the same timing, a valve device for switching to a state in which exhaust gas is introduced into the adsorption unit and the heat exchange unit is used in common. Therefore, the number of valve devices can be reduced as compared with the configuration in which the adsorption unit and the heat exchange unit have separate valve devices. Further, since the bypass path is made common, the exhaust system becomes compact as a whole.

このように、請求項1記載の排気系構造では、排気熱の回収機能を備えながら部品点数を削減することができる。   Thus, the exhaust system structure according to claim 1 can reduce the number of parts while having an exhaust heat recovery function.

請求項2記載の発明に係る排気系構造は、請求項1記載の排気系構造において、前記吸着部と前記熱交換部の排気ガス流路とは、共通のケース内に構成されている。   An exhaust system structure according to a second aspect of the present invention is the exhaust system structure according to the first aspect, wherein the adsorption section and the exhaust gas flow path of the heat exchange section are configured in a common case.

請求項2記載の排気系構造では、吸着部と、熱交換部における少なくとも排気ガス流路とが共通のケース(シェル)内に構成されているので、部品点数を一層削減することができる。   In the exhaust system structure according to the second aspect, since the adsorption part and at least the exhaust gas flow path in the heat exchange part are configured in a common case (shell), the number of parts can be further reduced.

請求項3記載の発明に係る排気系構造は、請求項2記載の排気系構造において、前記排気浄化部は、筒状に形成された前記ケース内で前記吸着部及び熱交換部と同軸的に配置されている。   The exhaust system structure according to a third aspect of the present invention is the exhaust system structure according to the second aspect, wherein the exhaust gas purification unit is coaxial with the adsorption unit and the heat exchange unit in the case formed in a cylindrical shape. Has been placed.

請求項3記載の排気系構造では、排気浄化部が上記ケースの軸心部に配置されているので、換言すれば、排気系の主要構成部品の一体化が可能になるので、部品点数の一層の削減が可能になる。   In the exhaust system structure according to the third aspect, since the exhaust purification unit is disposed at the axial center of the case, in other words, the main components of the exhaust system can be integrated. Can be reduced.

請求項4記載の発明に係る排気系構造は、請求項3記載の排気系構造において、前記吸着部と前記熱交換部の排気ガス流路とは前記ケースの長手方向に直列に配置されており、前記吸着部への排気ガス入口及び前記排気浄化部の排気ガス入口は、前記ケースの長手方向における同じ側に配置されている。   The exhaust system structure according to a fourth aspect of the present invention is the exhaust system structure according to the third aspect, wherein the adsorption part and the exhaust gas flow path of the heat exchange part are arranged in series in the longitudinal direction of the case. The exhaust gas inlet to the adsorption section and the exhaust gas inlet of the exhaust purification section are arranged on the same side in the longitudinal direction of the case.

請求項4記載の排気系構造では、吸着部の排気ガス入口及び排気浄化部の排気ガス入口がケースの長手(軸線)方向の同じ側に配置されているので、換言すれば、吸着部及びバイパス流路部の各排気ガス入口の分岐部分の近傍に排気浄化部の排気ガス入口を配置することができるので、バイパス流路を短く構成することができ、排気系(ケース)を全体としてコンパクトに構成することが可能になる。   In the exhaust system structure according to claim 4, since the exhaust gas inlet of the adsorption part and the exhaust gas inlet of the exhaust purification part are arranged on the same side in the longitudinal (axis) direction of the case, in other words, the adsorption part and the bypass Since the exhaust gas inlet of the exhaust gas purification section can be arranged near the branch portion of each exhaust gas inlet of the flow path section, the bypass flow path can be shortened and the exhaust system (case) as a whole can be made compact. It becomes possible to configure.

以上説明したように本発明に係る排気系構造は、排気熱の回収機能を備えながら部品点数を削減することができるという優れた効果を有する。   As described above, the exhaust system structure according to the present invention has an excellent effect that the number of parts can be reduced while having an exhaust heat recovery function.

本発明の一実施形態に係る排気系構造が適用された排気システム10について、図1乃至図3に基づいて説明する。なお、以下の説明で、単に上流・下流の語を用いるときは、排気ガスの流れ方向の上流・下流を示すものとする。また、便宜上、図中矢印FRにて示す方向を前側ということとするが、これは本排気システム10の車両への搭載方向を限定するものではない。   An exhaust system 10 to which an exhaust system structure according to an embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 1 to 3. In the following description, when the terms upstream and downstream are simply used, they indicate upstream and downstream in the flow direction of the exhaust gas. For convenience, the direction indicated by the arrow FR in the figure is the front side, but this does not limit the mounting direction of the exhaust system 10 on the vehicle.

図3には、排気システム10の概略全体構成が模式的なフロー図にて示されている。この図に示される如く、排気システム10は、排気ガスの流通経路を構成する排気管12を備えている。排気管12は、上流端12Aにおいて図示しない内燃機関エンジンから導入された排気ガスを下流端である大気開放端12Bから系外に排出するようになっている。   FIG. 3 shows a schematic overall flow diagram of the exhaust system 10 in a schematic flow diagram. As shown in this figure, the exhaust system 10 includes an exhaust pipe 12 that constitutes an exhaust gas flow path. The exhaust pipe 12 discharges exhaust gas introduced from an internal combustion engine (not shown) at the upstream end 12A from the atmosphere open end 12B which is a downstream end to the outside of the system.

排気システム10は、排気管12の中間部に配設され排気ガス中の炭化水素を吸着するための吸着部としてのHC吸着部14を備えている。また、排気システム10は、HC吸着部14の下流に配置された熱交換部としての排気熱回収部16を備えている。排気熱回収部16は、その排気ガス流路を通過する排気ガスとエンジン冷却水との熱交換を行うことで、排気熱をエンジン冷却水に回収する構成とされている。さらに、排気システム10は、排気熱回収部16の下流に配置された排気浄化部としての触媒コンバータ部18を備えている。触媒コンバータ部18は、通過する排気ガス中の炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物の有害成分を浄化する構成とされている。図示は省略するが、排気システム10は、触媒コンバータ部18の下流に配置され排気音を低減するためのマフラ(消音器)を有する。   The exhaust system 10 includes an HC adsorbing portion 14 that is disposed in an intermediate portion of the exhaust pipe 12 and serves as an adsorbing portion for adsorbing hydrocarbons in the exhaust gas. In addition, the exhaust system 10 includes an exhaust heat recovery unit 16 as a heat exchange unit disposed downstream of the HC adsorption unit 14. The exhaust heat recovery unit 16 is configured to recover the exhaust heat into the engine cooling water by exchanging heat between the exhaust gas passing through the exhaust gas flow path and the engine cooling water. Further, the exhaust system 10 includes a catalytic converter unit 18 as an exhaust purification unit disposed downstream of the exhaust heat recovery unit 16. The catalytic converter unit 18 is configured to purify harmful components such as hydrocarbons, carbon monoxide, and nitrogen oxides in exhaust gas that passes therethrough. Although illustration is omitted, the exhaust system 10 includes a muffler (silencer) disposed downstream of the catalytic converter unit 18 for reducing exhaust noise.

そして、排気システム10は、排気管12におけるHC吸着部14の上流側から分岐すると共に、該排気管12における排気熱回収部16と触媒コンバータ部18との間に合流するバイパス流路20を備えている。すなわち、バイパス流路20は、HC吸着部14及び排気熱回収部16をバイパス可能に構成されている。   The exhaust system 10 includes a bypass flow path 20 that branches from the upstream side of the HC adsorption unit 14 in the exhaust pipe 12 and merges between the exhaust heat recovery unit 16 and the catalytic converter unit 18 in the exhaust pipe 12. ing. That is, the bypass flow path 20 is configured to be able to bypass the HC adsorption unit 14 and the exhaust heat recovery unit 16.

また、排気システム10は、排気ガスが排気管12(HC吸着部14側)を流れる状態と、排気ガスがバイパス流路20を流れる状態とを切り替えための切替手段としての弁装置22を備えている。この実施形態では、弁装置22は、制御手段としての排気系ECU24にて制御されるアクチュエータ25を有しており、排気系ECU24は、弁装置22のアクチュエータ25の作動を制御することで、HC吸着部14及び排気熱回収部16に排気ガスを流通させる状態と、主にバイパス流路20に排気ガスを流通させる状態とを選択的(択一的)に切り替えるように構成されている。   Further, the exhaust system 10 includes a valve device 22 as switching means for switching between a state in which the exhaust gas flows through the exhaust pipe 12 (HC adsorbing portion 14 side) and a state in which the exhaust gas flows through the bypass flow path 20. Yes. In this embodiment, the valve device 22 has an actuator 25 that is controlled by an exhaust system ECU 24 as a control means, and the exhaust system ECU 24 controls the operation of the actuator 25 of the valve device 22 to thereby control the HC. The state in which the exhaust gas is circulated through the adsorption unit 14 and the exhaust heat recovery unit 16 and the state in which the exhaust gas is circulated mainly through the bypass flow channel 20 are selectively switched.

以上説明した排気システム10では、図1に示される如く、HC吸着部14と排気熱回収部16と触媒コンバータ部18とバイパス流路20と弁装置22とが、サブアセンブリ化されて排気系部品50を構成しており、排気系部品50は、1つの部品として取り扱い可能とされている。以下、具体的に説明する。   In the exhaust system 10 described above, as shown in FIG. 1, the HC adsorption unit 14, the exhaust heat recovery unit 16, the catalytic converter unit 18, the bypass flow path 20, and the valve device 22 are subassembled to form exhaust system components. 50, and the exhaust system component 50 can be handled as one component. This will be specifically described below.

図1に示される如く、排気系部品50は、内部に触媒としての三元触媒26を保持して触媒コンバータ部18を構成する略円筒形状の触媒ケース28を備えている。触媒ケース28の下流端28Aは、後向き開口する開口端とされており、三元触媒26の保持部分よりも絞られており、排気管12におけるHC吸着部14よりも下流を構成する(大気開放端12Bを有する)部分12Cに接続されている。触媒ケース28の上流端28Bは、前向き開口する開口端とされており、下流端28Aと同様に絞られている。   As shown in FIG. 1, the exhaust system component 50 includes a substantially cylindrical catalyst case 28 that constitutes the catalytic converter unit 18 by holding a three-way catalyst 26 as a catalyst therein. The downstream end 28A of the catalyst case 28 is an opening end that opens rearward, is narrower than the holding portion of the three-way catalyst 26, and constitutes the downstream side of the HC adsorbing portion 14 in the exhaust pipe 12 (open to the atmosphere). Connected to a portion 12C (having an end 12B). The upstream end 28B of the catalyst case 28 is an opening end that opens forward, and is narrowed in the same manner as the downstream end 28A.

また、排気系部品50は、触媒ケース28の外側に同軸的に設けられた(触媒ケース28を外周側から覆う)略円筒形状の中間ケース30を備えている。中間ケース30は、後向きに開口する下流端30Aが触媒ケース28の下流端28A前側に位置しており、前向きに開口する上流端30Bが触媒ケース28の上流端28Bよりも前側に位置して触媒ケース28を覆う部分よりも絞られている。   Further, the exhaust system component 50 includes a substantially cylindrical intermediate case 30 that is coaxially provided outside the catalyst case 28 (covers the catalyst case 28 from the outer peripheral side). The intermediate case 30 has a downstream end 30A that opens rearward and is positioned on the front side of the downstream end 28A of the catalyst case 28, and an upstream end 30B that opens frontward is positioned on the front side of the upstream end 28B of the catalyst case 28 and has a catalyst. It is narrower than the portion covering the case 28.

さらに、排気系部品50は、中間ケース30の外側に同軸的に設けられた(触媒ケース28を外周側から覆う)ケースとしてのアウタケース(ハウジング)32を備えている。アウタケース32の前向きに開口する上流端32Aは、排気管12におけるHC吸着部14よりも上流を構成する部分12Dに接続された開口端とされている。アウタケース32は、接続される排気管12に対応して絞られた上流端32Aよりも後側部分が、中間ケース30に倣うように徐々に(段階的に)拡径されると共に、中間ケース30の長手方向中間部の近傍で縮径され、その下流端32Bは触媒ケース28の外周に気密状態で接合されている。   Further, the exhaust system component 50 includes an outer case (housing) 32 as a case provided coaxially on the outer side of the intermediate case 30 (covering the catalyst case 28 from the outer peripheral side). The upstream end 32 </ b> A that opens forward of the outer case 32 is an open end that is connected to a portion 12 </ b> D that constitutes the upstream side of the HC adsorption portion 14 in the exhaust pipe 12. The outer case 32 is gradually (stepwise) expanded in diameter so that the rear side portion of the upstream end 32 </ b> A narrowed corresponding to the exhaust pipe 12 to be connected follows the intermediate case 30. The diameter is reduced in the vicinity of the intermediate portion 30 in the longitudinal direction, and the downstream end 32B is joined to the outer periphery of the catalyst case 28 in an airtight state.

そして、排気系部品50では、アウタケース32の前部32Cと中間ケース30の前部30Cとの間にHC吸着剤(HC吸着触媒)34を保持することで、HC吸着部14が構成されている。また、排気システム10では、アウタケース32の後部32Dと中間ケース30の後部30Dとの間の空間が、排気熱回収部16の排気ガス流路36とされている。さらに、排気熱回収部16の排気ガス流路36を構成するアウタケース32の後部32Dは、ウォータジャケット38にて外側から覆われている。このウォータジャケット38とアウタケース32の後部32Dとの間に排気熱回収部16の冷却水流路40が形成されている。   In the exhaust system component 50, the HC adsorbing portion 14 is configured by holding the HC adsorbent (HC adsorbing catalyst) 34 between the front portion 32C of the outer case 32 and the front portion 30C of the intermediate case 30. Yes. Further, in the exhaust system 10, a space between the rear portion 32 </ b> D of the outer case 32 and the rear portion 30 </ b> D of the intermediate case 30 serves as an exhaust gas flow path 36 of the exhaust heat recovery unit 16. Further, the rear portion 32D of the outer case 32 constituting the exhaust gas flow path 36 of the exhaust heat recovery unit 16 is covered from the outside by a water jacket 38. Between the water jacket 38 and the rear portion 32D of the outer case 32, a cooling water passage 40 of the exhaust heat recovery unit 16 is formed.

したがって、排気系部品50では、アウタケース32の上流端32Aからアウタケース32内に導入された排気ガスは、該アウタケース32と中間ケース30との間からHC吸着部14、排気熱回収部16を通過し、さらに中間ケース30と触媒ケース28との間を通過して触媒ケース28の上流端28Bすなわち触媒コンバータ部18の排気ガス入口に至る第1の流路と、アウタケース32の上流端32A、中間ケース30の上流端30B、触媒ケース28の上流端28Bを直線状に通過して触媒コンバータ部18の排気ガス入口に至る第2の流路すなわちバイパス流路20とをとり得る。   Therefore, in the exhaust system component 50, the exhaust gas introduced into the outer case 32 from the upstream end 32 </ b> A of the outer case 32 passes between the outer case 32 and the intermediate case 30, and the HC adsorption unit 14 and the exhaust heat recovery unit 16. A first flow path that passes between the intermediate case 30 and the catalyst case 28 and reaches the upstream end 28B of the catalyst case 28, that is, the exhaust gas inlet of the catalytic converter 18, and the upstream end of the outer case 32 32A, the upstream end 30B of the intermediate case 30 and the upstream end 28B of the catalyst case 28 may be taken as a second flow path, that is, a bypass flow path 20 reaching the exhaust gas inlet of the catalytic converter unit 18 linearly.

このため、排気系部品50では、上記した第1の流路と第2の流路との分岐であるアウタケース32の上流端32Aに対するバイパス流路20側部分である中間ケース30の上流端30Bに弁装置22が配設されている。弁装置22は、外径が中間ケース30の上流端30Bの内径と略同等とされた略円板状のバルブ42と、中間ケース30の軸線との直交方向に長手とされ、長手方向の両端側で中間ケース30の上流端30Bを貫通した回動軸44と、中間ケース30の上流端30Bの外周側にそれぞれ固定され回動軸44を回転自在に支持する軸受46と、回動軸44におけるアウタケース32の上流端32Aを貫通して排気系外に突出した一端部に設けられたレバー48とを含んで構成されている。   For this reason, in the exhaust system component 50, the upstream end 30B of the intermediate case 30 that is a portion on the bypass flow path 20 side with respect to the upstream end 32A of the outer case 32 that is a branch of the first flow path and the second flow path described above. A valve device 22 is disposed on the front side. The valve device 22 has a substantially disc-like valve 42 whose outer diameter is substantially the same as the inner diameter of the upstream end 30B of the intermediate case 30, and a longitudinal direction that is perpendicular to the axis of the intermediate case 30, and has both ends in the longitudinal direction. A rotating shaft 44 penetrating the upstream end 30B of the intermediate case 30 on the side, a bearing 46 fixed to the outer peripheral side of the upstream end 30B of the intermediate case 30 and rotatably supporting the rotating shaft 44, and the rotating shaft 44 And a lever 48 provided at one end that protrudes out of the exhaust system through the upstream end 32A of the outer case 32.

この弁装置22のバルブ42は、回動軸44廻りに回動することで、図2(A)に示される如く中間ケース30の上流端30Bを閉止する閉止姿勢と、図2(B)に示される如く中間ケース30の上流端30Bを開放する開放姿勢とを切り替える構成とされている。また、弁装置22は、例えば通常は図示しないスプリング等の付勢部材の付勢力によって、バルブ42を開放(全開)姿勢に保持しており、制御手段としての排気系ECU24からの指令によって作動したアクチュエータ25(図1、図2では図示省略)によってレバー48における回動軸44の軸線と離間した部分が押圧されることで、付勢部材の付勢力に抗してバルブ42が閉止姿勢に切り替わり、かつ該閉止姿勢に保持されるように構成されている。   The valve 42 of the valve device 22 is rotated around the rotation shaft 44 so that the upstream end 30B of the intermediate case 30 is closed as shown in FIG. 2 (A), and in FIG. 2 (B). As shown in the figure, it is configured to switch between an open posture in which the upstream end 30B of the intermediate case 30 is opened. Further, the valve device 22 normally holds the valve 42 in an open (fully open) posture by a biasing force of a biasing member such as a spring (not shown), and is operated by a command from the exhaust system ECU 24 as a control means. When the actuator 25 (not shown in FIGS. 1 and 2) presses a portion of the lever 48 that is separated from the axis of the rotation shaft 44, the valve 42 is switched to the closed posture against the urging force of the urging member. And is configured to be held in the closed posture.

アクチュエータ25は、例えばバキューム式のアクチュエータ(負圧ダイヤフラム)とすることができ、この場合、内燃機関エンジンの吸気系との間に配設された図示しないバキュームスイッチングバルブが排気系ECU24に指令に基づいて開閉されることで、レバー48すなわちバルブ42を駆動する。   The actuator 25 can be, for example, a vacuum type actuator (negative pressure diaphragm). In this case, a vacuum switching valve (not shown) disposed between the intake system of the internal combustion engine and the engine is based on a command to the exhaust system ECU 24. By opening and closing, the lever 48, that is, the valve 42 is driven.

排気システム10の排気系部品50では、上記した第1の流路の流動抵抗(排気ガスが通過する際に生じる圧力損失)が第2の流路すなわちバイパス流路20の流動抵抗と比較して大きいので、弁装置22のバルブ42が開放姿勢をとる状態では、排気ガスは主に(殆ど)バイパス流路20を通過するようになっている。一方、弁装置22のバルブ42が閉止姿勢をとる状態では、排気ガスは第1の流路すなわちHC吸着部14、間に排気熱回収部16を経由して触媒コンバータ部18に至る流路を流れるようになっている。   In the exhaust system component 50 of the exhaust system 10, the flow resistance of the first flow path (pressure loss generated when exhaust gas passes) is compared with the flow resistance of the second flow path, that is, the bypass flow path 20. Since it is large, the exhaust gas mainly passes through the bypass flow path 20 in a state where the valve 42 of the valve device 22 is in the open posture. On the other hand, in a state in which the valve 42 of the valve device 22 is in the closed position, the exhaust gas passes through the first flow path, that is, the flow path to the catalytic converter section 18 via the exhaust heat recovery section 16 between the HC adsorption section 14. It comes to flow.

排気系ECU24は、この実施形態では、内燃機関エンジンが始動されたことに対応するエンジンスタート信号が入力されるようになっており、エンジンスタート信号が入力されると弁装置22のアクチュエータ25を作動させ、該エンジンスタート信号が入力された時点から所定時間経過した場合に弁装置22のアクチュエータ25の作動を停止するようになっている。この所定時間は、内燃機関エンジンの暖機のために要する時間として設定されており、HC吸着部14のHC吸着剤34が炭化水素を脱離する温度に達するまでの時間よりも長く設定されている。   In this embodiment, the exhaust system ECU 24 receives an engine start signal corresponding to the start of the internal combustion engine, and operates the actuator 25 of the valve device 22 when the engine start signal is input. In addition, the operation of the actuator 25 of the valve device 22 is stopped when a predetermined time elapses from the time when the engine start signal is input. This predetermined time is set as the time required for warming up the internal combustion engine, and is set longer than the time until the HC adsorbent 34 of the HC adsorbing portion 14 reaches a temperature at which hydrocarbons are desorbed. Yes.

また、排気システム10の排気系部品50を構成するHC吸着部14は、ウォータジャケット38に設けられ冷却水流路40に連通する冷却水入口ノズル52、冷却水出口ノズル54を備えている。冷却水入口ノズル52及び冷却水出口ノズル54は、内燃機関エンジン、ラジエータ、ヒータコアを含む冷却水循環路に、少なくとも内燃機関エンジンと直列となるように接続されている。   Further, the HC adsorbing portion 14 constituting the exhaust system component 50 of the exhaust system 10 includes a cooling water inlet nozzle 52 and a cooling water outlet nozzle 54 that are provided in the water jacket 38 and communicate with the cooling water flow path 40. The cooling water inlet nozzle 52 and the cooling water outlet nozzle 54 are connected to a cooling water circulation path including the internal combustion engine, the radiator, and the heater core so as to be at least in series with the internal combustion engine.

次に、本実施形態の作用を説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described.

上記構成の排気システム10では、内燃機関エンジンが始動されると、該内燃機関エンジンから排気管12に排気ガスが排出(導入)される。一方、排気系ECU24にはエンジンスタート信号が入力され、排気系ECU24は弁装置22のアクチュエータ25を作動する。すると、弁装置22のバルブ42は、開放姿勢から閉止姿勢に切り替わり、中間ケース30の上流端30Bすなわちバイパス流路20を閉止して該バイパス流路20から触媒コンバータ部18への排気ガスの流れを遮断(禁止)する。これにより、排気管12に導入された排気ガスは、図2(A)に示される如く、アウタケース32の上流端32AからHC吸着部14、排気熱回収部16を経由して触媒コンバータ部18に至る。   In the exhaust system 10 having the above configuration, when the internal combustion engine is started, exhaust gas is discharged (introduced) from the internal combustion engine to the exhaust pipe 12. On the other hand, an engine start signal is input to the exhaust system ECU 24, and the exhaust system ECU 24 operates the actuator 25 of the valve device 22. Then, the valve 42 of the valve device 22 is switched from the open position to the closed position, and the upstream end 30B of the intermediate case 30, that is, the bypass flow path 20 is closed, and the exhaust gas flows from the bypass flow path 20 to the catalytic converter unit 18. Is blocked (prohibited). As a result, the exhaust gas introduced into the exhaust pipe 12 passes from the upstream end 32A of the outer case 32 through the HC adsorption unit 14 and the exhaust heat recovery unit 16 as shown in FIG. To.

ところで、内燃機関エンジンの始動直後は、排気ガスに含まれる燃料の未燃焼成分の主要素である炭化水素の濃度が高い一方、三元触媒26の温度すなわち触媒活性が低いため、三元触媒26によっては排気ガス中の炭化水素を効果的に浄化することが困難である。他方、HC吸着部14のHC吸着剤34は、その温度が低い場合に排気ガス中の炭化水素を吸着し、その温度が高くなると吸着した炭化水素を脱離する。また、内燃機関エンジンは、その始動後には、速やかに通常の運転温度まで昇温(暖機)されることが好ましい。   Meanwhile, immediately after the start of the internal combustion engine, the concentration of hydrocarbons, which are main components of unburned components of the fuel contained in the exhaust gas, is high, while the temperature of the three-way catalyst 26, that is, the catalytic activity is low, the three-way catalyst 26 In some cases, it is difficult to effectively purify hydrocarbons in the exhaust gas. On the other hand, the HC adsorbent 34 of the HC adsorption unit 14 adsorbs hydrocarbons in the exhaust gas when the temperature is low, and desorbs the adsorbed hydrocarbons when the temperature is high. Further, it is preferable that the internal combustion engine is quickly heated (warmed up) to a normal operating temperature after starting.

ここで、排気システム10では、上記の通り内燃機関エンジンの始動直後に弁装置22がバイパス流路20を閉止するため、排気ガス中の炭化水素がHC吸着部14のHC吸着部14のHC吸着剤34に吸着される。さらに、排気ガスは排気熱回収部16に至り、該排気熱回収部16の排気ガス流路36を流れる排気ガスと冷却水流路40を流れるエンジン冷却水との熱交換によって、排気ガスの熱がエンジン冷却水に回収される。このエンジン冷却水が内燃機関エンジンを流通することで、該内燃機関エンジンの暖機が促進される。   Here, in the exhaust system 10, the valve device 22 closes the bypass flow path 20 immediately after starting the internal combustion engine as described above, so that hydrocarbons in the exhaust gas are adsorbed by the HC adsorbing portion 14 of the HC adsorbing portion 14. Adsorbed on the agent 34. Further, the exhaust gas reaches the exhaust heat recovery section 16, and heat of the exhaust gas is exchanged by heat exchange between the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path 36 of the exhaust heat recovery section 16 and the engine cooling water flowing through the cooling water flow path 40. It is recovered in engine cooling water. This engine cooling water circulates through the internal combustion engine, so that warming up of the internal combustion engine is promoted.

排気熱回収部16の排気ガス流路36を通過した排気ガスは、触媒コンバータ部18に至り、触媒コンバータ部18を通過しながら三元触媒26を昇温する。触媒コンバータ部18を通過した排気ガスは、図示しないマフラを経由して大気開放端12Bから大気開放される。この間、HC吸着剤34、三元触媒26の温度が共に高くなり、HC吸着剤34は吸着した炭化水素を脱離し、三元触媒26はHC吸着剤34から脱離された排気ガス中の炭化水素を、排気ガス中の一酸化炭素や窒素酸化物等と共に浄化する。   The exhaust gas that has passed through the exhaust gas flow path 36 of the exhaust heat recovery unit 16 reaches the catalytic converter unit 18 and raises the temperature of the three-way catalyst 26 while passing through the catalytic converter unit 18. The exhaust gas that has passed through the catalytic converter 18 is released from the atmosphere opening end 12B through a muffler (not shown). During this time, the temperatures of the HC adsorbent 34 and the three-way catalyst 26 both rise, the HC adsorbent 34 desorbs the adsorbed hydrocarbons, and the three-way catalyst 26 carbonizes in the exhaust gas desorbed from the HC adsorbent 34. Hydrogen is purified together with carbon monoxide and nitrogen oxides in the exhaust gas.

排気系ECU24は、エンジンスタート信号が入力されてから所定時間が経過すると、アクチュエータ25の作動を停止する。すると、弁装置22のバルブ42は、付勢部材に付勢力にて開放位置に復帰し、バイパス流路20(中間ケース30の上流端30B)が開放される。すると、図2(B)に示される如く、排気管12に導入された排気ガスは、主にバイパス流路20を経由して触媒コンバータ部18に至り、該触媒コンバータ部18にて浄化されて大気開放端12Bから大気開放される。これにより、排気システム10では、バイパス流路20を閉止している場合と比較して、内燃機関エンジンの排気ガス排出に伴う背圧が低減され、また排気ガスから不要な熱を回収してラジエータの負荷を増大させることが防止される。   The exhaust system ECU 24 stops the operation of the actuator 25 when a predetermined time elapses after the engine start signal is input. Then, the valve 42 of the valve device 22 is returned to the open position by the urging force of the urging member, and the bypass flow path 20 (the upstream end 30B of the intermediate case 30) is opened. Then, as shown in FIG. 2B, the exhaust gas introduced into the exhaust pipe 12 reaches the catalytic converter unit 18 mainly via the bypass channel 20 and is purified by the catalytic converter unit 18. The atmosphere is released from the atmosphere opening end 12B. Thereby, in the exhaust system 10, the back pressure accompanying exhaust gas discharge of the internal combustion engine is reduced as compared with the case where the bypass flow path 20 is closed, and unnecessary heat is recovered from the exhaust gas and the radiator. An increase in load is prevented.

以上説明したように排気システム10では、HC吸着部14、排気熱回収部16を機能させる時期を、共に内燃機関エンジンの始動直後からの一定期間とすることで、これらHC吸着部14、排気熱回収部16に排気ガスを供給するように流路を切り替えるための弁装置22(バルブ42)を共通化することができた。これにより、これらHC吸着部14、排気熱回収部16に個別に排気ガスを供給し得るようにした構成と比較して、弁装置22の数すなわち部品点数を削減することができる。また、HC吸着部14、排気熱回収部16に個別に排気ガスを供給し得るようにした構成では、これらを独立してバイパスするための複数のバイパス経路が必要になるが、排気システム10では、HC吸着部14と排気熱回収部16とで共通のバイパス流路20を備えれば足り、全体構成が簡素化される。   As described above, in the exhaust system 10, the timing at which the HC adsorption unit 14 and the exhaust heat recovery unit 16 function is set to a certain period immediately after the start of the internal combustion engine, so that the HC adsorption unit 14, the exhaust heat The valve device 22 (valve 42) for switching the flow path so as to supply exhaust gas to the recovery unit 16 could be shared. As a result, the number of valve devices 22, that is, the number of parts, can be reduced as compared with the configuration in which the exhaust gas can be individually supplied to the HC adsorption unit 14 and the exhaust heat recovery unit 16. Further, in the configuration in which the exhaust gas can be individually supplied to the HC adsorption unit 14 and the exhaust heat recovery unit 16, a plurality of bypass paths for independently bypassing them are required. However, in the exhaust system 10, It is sufficient that the HC adsorbing unit 14 and the exhaust heat recovery unit 16 have a common bypass flow path 20, and the overall configuration is simplified.

また、排気システム10では、HC吸着部14、排気熱回収部16、触媒コンバータ部18、弁装置22(の機械部分)が、全体として共通のケースとして把握可能なアウタケース32内に一体的に構成された排気系部品50を備えるため、取り扱いが容易である。そして、排気システム10の排気系部品50では、上記の如く弁装置22、バイパス流路20が共通化されているので、全体としてコンパクトに一体化された構成が実現されている。   Further, in the exhaust system 10, the HC adsorption unit 14, the exhaust heat recovery unit 16, the catalytic converter unit 18, and the valve device 22 (the mechanical part thereof) are integrated into an outer case 32 that can be grasped as a common case as a whole. Since the constructed exhaust system component 50 is provided, handling is easy. And in the exhaust system component 50 of the exhaust system 10, since the valve apparatus 22 and the bypass flow path 20 are made common as mentioned above, the structure integrated as a whole is implement | achieved.

特に、排気システム10では、図3に示される如く排気ガス流れに対し(フロー的に)直列に配置されるHC吸着部14と排気熱回収部16とが、排気系部品50においてアウタケース32の長手方向に(機械的にも)直列に配置され、かつこれらの軸心部に触媒コンバータ部18が配置されるので、排気系部品50(主にアウタケース32)の全長を短く抑えてコンパクトな構成とされている。また特に、排気系部品50では、触媒コンバータ部18の排気ガス入口である触媒ケース28の上流端28Bが、HC吸着部14の排気ガス入口(バイパス流路20との分岐)を成すアウタケース32の上流端32Aと同じ側に位置するため、バイパス流路20を短く構成することができる。この実施形態では、バイパス流路20は、実質的にバルブ42の動作スペースを確保しうる程度の中間ケース30の上流端30Bで足り、排気システム10を一層コンパクトに構成することができる。   In particular, in the exhaust system 10, the HC adsorption unit 14 and the exhaust heat recovery unit 16 arranged in series with respect to the exhaust gas flow as shown in FIG. Since the catalytic converter unit 18 is arranged in series in the longitudinal direction (even mechanically) and the axial center part thereof, the overall length of the exhaust system component 50 (mainly the outer case 32) is kept short and compact. It is configured. In particular, in the exhaust system component 50, the outer end 32 </ b> B of the catalyst case 28 that is the exhaust gas inlet of the catalytic converter unit 18 forms the exhaust gas inlet (branch with the bypass flow path 20) of the HC adsorption unit 14. Since it is located on the same side as the upstream end 32A, the bypass flow path 20 can be configured to be short. In this embodiment, the bypass flow path 20 is sufficient at the upstream end 30B of the intermediate case 30 that can substantially secure the operation space of the valve 42, and the exhaust system 10 can be configured more compactly.

なお、上記実施形態では、HC吸着部14、排気熱回収部16の軸心部に触媒コンバータ部18を配置して排気システム10を構成した例を示したが、本発明はこれに限定されず、図3に示すフロー図でモデル化される構成であれば如何なる構成としても良い。したがって例えば、HC吸着部14、排気熱回収部16、触媒コンバータ部18、弁装置22等の各構成要素を個別に排気管12(排気ガス排出経路)に配設することもでき、また例えば、図4に示す如き変形例に係る排気システム60とすることも可能である。   In the above embodiment, the exhaust system 10 is configured by arranging the catalytic converter unit 18 at the axial center of the HC adsorption unit 14 and the exhaust heat recovery unit 16, but the present invention is not limited to this. Any configuration may be used as long as the configuration is modeled in the flowchart shown in FIG. Therefore, for example, each component such as the HC adsorption unit 14, the exhaust heat recovery unit 16, the catalytic converter unit 18, the valve device 22 can be individually disposed in the exhaust pipe 12 (exhaust gas discharge path). An exhaust system 60 according to a modified example as shown in FIG. 4 may be used.

排気システム60では、排気系部品50に代えて排気系部品70を備えている。この排気系部品70では、触媒ケース28の上流端28Bにバイパス流路20を構成するバイパス管62の下流端が接続されており、バイパス管62の外側にHC吸着部14、排気熱回収部16を構成するアウタケース32が接合されている。バイパス管62における弁装置22の前側にはHC吸着部14に連通する窓部64が形成され、バイパス管62における下流端32Bの近傍には窓部66が形成されている。したがって、排気系部品70を備えた排気システム60では、触媒コンバータ部18の前方にHC吸着部14、排気熱回収部16が配置され、弁装置22によるバイパス流路20の閉止状態では、窓部64からHC吸着部14に排気ガスが流入し、排気熱回収部16の排気ガス流路36を通過した排気ガスは窓部66から触媒コンバータ部18に至る構成とされている。   The exhaust system 60 includes an exhaust system component 70 instead of the exhaust system component 50. In the exhaust system component 70, the downstream end of the bypass pipe 62 that constitutes the bypass flow path 20 is connected to the upstream end 28 </ b> B of the catalyst case 28, and the HC adsorption unit 14 and the exhaust heat recovery unit 16 are outside the bypass pipe 62. Are joined together. A window portion 64 communicating with the HC adsorption portion 14 is formed on the front side of the valve device 22 in the bypass pipe 62, and a window portion 66 is formed in the vicinity of the downstream end 32 </ b> B in the bypass pipe 62. Therefore, in the exhaust system 60 including the exhaust system component 70, the HC adsorption unit 14 and the exhaust heat recovery unit 16 are disposed in front of the catalytic converter unit 18, and in the closed state of the bypass flow path 20 by the valve device 22, the window unit The exhaust gas flows from 64 into the HC adsorbing unit 14 and passes through the exhaust gas passage 36 of the exhaust heat recovery unit 16, so that the exhaust gas reaches the catalytic converter unit 18 from the window 66.

変形例に係る排気システム60の他の構成は排気システム10の対応する構成と同じであり、この排気システム60によっても、触媒コンバータ部18がHC吸着部14、排気熱回収部16の軸心部に配置されることによる効果を除いて、排気システム10と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、排気システム60では、排気システム10の排気系部品50と比較して、排気系部品70の全長が長くなる一方、外径を小さく抑えることができる。   Other configurations of the exhaust system 60 according to the modified example are the same as the corresponding configurations of the exhaust system 10, and also with this exhaust system 60, the catalytic converter unit 18 is the center of the HC adsorption unit 14 and the exhaust heat recovery unit 16. The same effect can be obtained by the same operation as that of the exhaust system 10 except for the effect of being arranged in the exhaust system 10. Further, in the exhaust system 60, compared to the exhaust system component 50 of the exhaust system 10, the overall length of the exhaust system component 70 is increased, while the outer diameter can be suppressed small.

なお、上記実施形態及び変形例では、バキューム式のアクチュエータ25を備えた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、モータ式のアクチュエータを用いても良い。   In addition, although the example provided with the vacuum type actuator 25 was shown in the said embodiment and modification, this invention is not limited to this, For example, you may use a motor type actuator.

また、上記実施形態では、排気系ECU24がエンジン始動から所定時間が経過するまでアクチュエータ25を作動させる制御例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えばエンジン冷却水温が所定温度以上になるまでアクチュエータ25を作動させる制御とすることも可能である。さらに、排気系ECU24を備える構成に代えて、例えば、エンジン冷却水温が上昇した場合に膨張するワックスによって弁装置22のレバー48を駆動するサーもアクチュエータを設け、制御することなくバイパス流路20の開閉を自動的に切り替えるようにしても良い。   In the above embodiment, the control example is shown in which the exhaust system ECU 24 operates the actuator 25 until a predetermined time has elapsed from the start of the engine. However, the present invention is not limited to this. For example, the engine cooling water temperature is equal to or higher than the predetermined temperature. It is also possible to control to operate the actuator 25 until it becomes. Further, instead of the configuration including the exhaust system ECU 24, for example, a server that drives the lever 48 of the valve device 22 by wax that expands when the engine coolant temperature rises is provided with an actuator, and the bypass flow path 20 can be controlled without control. The opening / closing may be switched automatically.

本発明の実施形態に係る排気システムの要部を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the principal part of the exhaust system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る排気システムの排気ガス流れを示す図であって、(A)はエンジン始動直後の排気ガス流れを示す側断面図、(B)はエンジンの通常運転温度での時の排気ガス流れを示す側断面図である。It is a figure which shows the exhaust gas flow of the exhaust system which concerns on embodiment of this invention, Comprising: (A) is a sectional side view which shows the exhaust gas flow immediately after engine starting, (B) is the time at the normal operating temperature of an engine. It is a sectional side view which shows an exhaust gas flow. 本発明の実施形態に係る排気システムの概略全体構成を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the schematic whole structure of the exhaust system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る排気システムの変形例を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the modification of the exhaust system which concerns on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 排気システム(排気系構造)
12 排気管(排気ガスの排出経路)
14 HC吸着部(吸着部)
16 排気熱回収部(熱交換部)
18 触媒コンバータ部(排気浄化部)
20 バイパス流路(バイパス流路部)
22 弁装置
26 三元触媒(触媒)
32 アウタケース(ケース)
34 吸着剤
60 排気システム(排気系構造)
10 Exhaust system (exhaust system structure)
12 Exhaust pipe (exhaust gas discharge route)
14 HC adsorption part (adsorption part)
16 Exhaust heat recovery section (heat exchange section)
18 Catalytic converter (exhaust gas purification)
20 Bypass channel (Bypass channel)
22 Valve device 26 Three-way catalyst (catalyst)
32 Outer case (case)
34 Adsorbent 60 Exhaust system (exhaust system structure)

Claims (4)

内燃機関が排出する排気ガスの排出経路中に設けられ、所定温度以下の前記排気ガスから炭化水素を吸着するための吸着剤を有する吸着部と、
前記吸着部に対し前記排気ガス流れ方向の下流側に設けられ、前記内燃機関を冷却するための冷却液と前記排気ガスとの熱交換を行う熱交換部と、
前記熱交換部に対し前記排気ガスの流れ方向の下流側に設けられ、通過する前記排気ガスを浄化するための触媒を有する排気浄化部と、
前記吸着部及び前記熱交換部をバイパスして前記排気浄化部の排気ガス流れ方向の上流側に合流するバイパス流路部と、
前記バイパス流路部を開閉するための弁装置と、
を備えた排気系構造。
An adsorbing portion provided in an exhaust gas exhaust path exhausted by the internal combustion engine and having an adsorbent for adsorbing hydrocarbons from the exhaust gas at a predetermined temperature or lower;
A heat exchanging unit that is provided downstream of the adsorbing unit in the exhaust gas flow direction and performs heat exchange between the cooling liquid for cooling the internal combustion engine and the exhaust gas;
An exhaust purification unit having a catalyst for purifying the exhaust gas that is provided downstream of the heat exchange unit in the exhaust gas flow direction;
A bypass flow path section that bypasses the adsorption section and the heat exchange section and merges upstream of the exhaust gas purification section in the exhaust gas flow direction;
A valve device for opening and closing the bypass channel portion;
Exhaust system structure with
前記吸着部と前記熱交換部の排気ガス流路とは、共通のケース内に構成されている請求項1記載の排気系構造。   The exhaust system structure according to claim 1, wherein the adsorption section and the exhaust gas flow path of the heat exchange section are configured in a common case. 前記排気浄化部は、筒状に形成された前記ケース内で前記吸着部及び熱交換部と同軸的に配置されている請求項2記載の排気系構造。   The exhaust system structure according to claim 2, wherein the exhaust purification unit is disposed coaxially with the adsorption unit and the heat exchange unit in the cylindrically formed case. 前記吸着部と前記熱交換部の排気ガス流路とは前記ケースの長手方向に直列に配置されており、
前記吸着部への排気ガス入口及び前記排気浄化部の排気ガス入口は、前記ケースの長手方向における同じ側に配置されている請求項3記載の排気系構造。
The adsorption part and the exhaust gas flow path of the heat exchange part are arranged in series in the longitudinal direction of the case,
The exhaust system structure according to claim 3, wherein the exhaust gas inlet to the adsorption part and the exhaust gas inlet of the exhaust purification part are arranged on the same side in the longitudinal direction of the case.
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