JP4915514B2 - Exhaust gas purification device - Google Patents
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Description
本発明は、触媒ケース内に上流側触媒と下流側触媒を直列に配設するとともに、両触媒間に排気ガスセンサを配設して成る排気ガス浄化装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust gas purification device in which an upstream catalyst and a downstream catalyst are arranged in series in a catalyst case, and an exhaust gas sensor is arranged between the two catalysts.
エンジンの排気系には、排気ガス中に含まれるCO、HC、NOX 等の有害成分を触媒物質に接触させて排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置が設けられている。ここで、排気ガス浄化装置の一例を図6に示す。 The exhaust system of the engine, CO, HC, the exhaust gas purifying device for purifying exhaust gas is brought into contact with the catalyst material harmful components such as NO X is provided in the exhaust gas. Here, an example of the exhaust gas purification device is shown in FIG.
図6は車両用エンジンに設けられる従来の排気ガス浄化装置110の破断正面図であり、図示の排気ガス浄化装置110は、その軸線方向が車両の上下方向に向くよう縦置きされた円筒状の触媒ケース111を備えており、この触媒ケース111は、上流側ケース部111Aと下流側ケース部111B及びこれら両ケース部111A,111B間を連絡する連絡ケース部111Cを直列に連結して構成されている。
FIG. 6 is a cutaway front view of a conventional exhaust gas purifying
そして、触媒ケース111の上端には上流側排気管112が接続されており、該上流側排気管112の上流側端部は、接合フランジ113を介して不図示の排気マニホールドや過給機の排気タービンの出口に取り付けられている。又、触媒ケース111の下端には下流側排気管114が接続されており、該下流側排気管114の下流側端部は、車体の下部を車体後方に向かって延設された不図示の排気管に接合フランジ115を介して接続されている。
An
而して、触媒ケース111の上流側ケース部111Aと下流側ケース部111Bには円柱状の上流側触媒122と下流側触媒123がその周囲を保持部材(保持マット)124によって保持された状態でそれぞれ収容されている。そして、前記上流側排気管112には上流側排気ガスセンサ126が取り付けられ、触媒ケース111の前記連絡ケース部111Cには下流側排気ガスセンサ125が取り付けられている。ここで、上流側排気ガスセンサ126は、排気ガス中の酸素濃度を検出するO2センサであって、該O2センサ126によって検出された酸素濃度は不図示のエンジン制御装置(ECU)にフィードバックされ、この酸素濃度に基づいて混合気の空燃比(A/F)が理論空燃比に近づくよう燃料噴射量が制御される。又、下流側排気ガスセンサ125は、上流側触媒122の劣化を検知するためのセンサである。
Thus, in the
ところで、斯かる排気ガス浄化装置に関しては今までに種々の提案がなされている。 By the way, various proposals have been made so far regarding such an exhaust gas purification device.
例えば、特許文献1には、触媒担体内に第1及び第2の2つの排気ガス通路を並設し、両排気ガス通路を円弧状に湾曲したリターン通路で接続するとともに、該リターン通路に排気ガスセンサを配置する構成が開示されており、これによれば酸素濃度を高精度に検知するとともに、低コストで排気ガス浄化性能を高めることができる。
For example, in
又、特許文献2には、触媒ケース内に直列に収納された一対の触媒間の距離を短縮するための排気ガスセンサの取付構造が提案されている。具体的には、触媒ケースにおける上流側触媒の下流端部に対応する部位と下流側触媒の上流端部に対応する部位に径方向内側への絞縮部をそれぞれ設けるとともに、これらの絞縮部に下流側に向かって径が次第に小さくなる円錐面部を設け、該円錐面部にその軸方向が触媒ケースの軸線方向と略直交するように排気ガスセンサ(O2 センサ)を取り付ける構成が提案されている。
しかしながら、図6に示した従来の排気ガス浄化装置110においては、触媒ケース111内に上流側触媒122と下流側触媒123がそれらの軸線が一致するよう一直線上にストレートに並設されているため、触媒ケース111内の両触媒122,123間には円柱状の空間S’が形成され、この空間S’の高さ寸法を下流側ガスセンサ125を取り付けることができる大きさに設定しなければならなかった。このため、空間S’の高さ寸法、延いては触媒ケース111の全長L’が長くなり、当該排気ガス浄化装置110の車両への搭載性が悪くなるという問題があった。
However, in the conventional exhaust
又、触媒ケース111内の円柱状の空間S’の高さ寸法が大きくなると、触媒ケース111内で上流側触媒123を通過した排気ガスが空間S’を流れる間に外気によって冷却され、エンジン始動後の下流側触媒123の温度上昇が遅くなって該下流側触媒123の活性化が遅れ、当該排気ガス浄化装置110の排気ガス浄化性能が低下するという問題もあった。
When the height of the cylindrical space S ′ in the
他方、特許文献1に開示された構成では、排気ガスがリターン通路を流れる間に外気によって冷却されるため、下流側の触媒の活性化が不十分で、その排気ガス浄化性能が低下するという問題がある。
On the other hand, in the configuration disclosed in
又、特許文献2に開示された構成では、排気ガスセンサの取付構造の工夫によって触媒間の距離を短縮することができる効果は十分でなく、排気ガス浄化装置の車両への搭載性を高めるまでには至っていないのが実情である。 Further, with the configuration disclosed in Patent Document 2, the effect of shortening the distance between the catalysts by devising the mounting structure of the exhaust gas sensor is not sufficient, and the mounting of the exhaust gas purification device on a vehicle is improved. The situation is not reached.
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、触媒ケースの全長を短縮して車両への搭載性の向上を図るとともに、排気ガス浄化性能の向上を図ることができる排気ガス浄化装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to shorten the overall length of the catalyst case to improve the mounting property on the vehicle and to improve the exhaust gas purification performance. An object is to provide an exhaust gas purification device.
上記目的を達成するため、本発明は、上流側ケース部と下流側ケース部及びこれら両ケース部間を連絡する連結ケース部を直列に接続して成る触媒ケースをエンジンの排気管に取り付け、該触媒ケースの前記上流側ケース部と前記下流側ケース部内に同サイズの上流側触媒と下流側触媒をそれぞれ収容するとともに、前記連結ケース部に前記上流側触媒の劣化を検知する排気ガスセンサを取り付けて構成される排気ガス浄化装置において、前記上流側触媒と前記下流側触媒を各軸線が互いに交差するよう傾斜させて配置することによって前記触媒ケース内の上流側触媒と下流側触媒の間に楔状空間を形成し、前記連絡ケース部の高さが高い径方向一側に前記排気ガスセンサを取り付けるとともに、前記触媒ケースの上流側端部に接続された上流側排気管を、その軸中心が前記上流側触媒の軸中心と交差して前記排気ガスセンサを指向するよう前記上流側触媒に対して傾斜させたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention attaches a catalyst case formed by connecting an upstream case portion, a downstream case portion, and a connecting case portion connecting these case portions in series to an exhaust pipe of an engine, An upstream catalyst and a downstream catalyst of the same size are accommodated in the upstream case portion and the downstream case portion of the catalyst case, respectively, and an exhaust gas sensor for detecting deterioration of the upstream catalyst is attached to the connection case portion. In the exhaust gas purification apparatus configured, the wedge-shaped space is provided between the upstream catalyst and the downstream catalyst in the catalyst case by disposing the upstream catalyst and the downstream catalyst so that the respective axes intersect with each other. forming a said is attached to the exhaust gas sensor to the height higher radial one side of the connection case portion, after being connected to the upstream end of the catalyst case Side exhaust pipe, characterized in that its axial center is tilted with respect to the upstream catalyst to directing the exhaust gas sensor intersects the axial center of the upstream catalyst.
本発明によれば、連絡ケース部の高さが高い径方向一側に排気ガスセンサを取り付けるスペースを確保しつつ、触媒ケース内の上流側触媒と下流側触媒の間に形成される空間を従来の円柱状空間から楔状空間に変更して空間の容積を減少させることができる。この結果、触媒ケースの全長を短縮して当該排気ガス浄化装置の車両への搭載性を高めることができる、又、触媒ケースの連絡ケース部の表面積(伝熱面積)を減少させて排気ガスの外気による冷却を抑制し、排気ガスによる下流側触媒の温度上昇を促進させて該下流側触媒の活性化を図り、当該排気ガス浄化装置の排気ガス浄化性能を高めることができる。
According to the present invention, the space formed between the upstream side catalyst and the downstream side catalyst in the catalyst case is secured while securing a space for attaching the exhaust gas sensor to one radial side where the height of the connecting case part is high. The volume of the space can be reduced by changing from a cylindrical space to a wedge-shaped space. As a result, the overall length of the catalyst case can be shortened to improve the mountability of the exhaust gas purification device on the vehicle, and the surface area (heat transfer area) of the communication case portion of the catalyst case can be reduced to reduce the exhaust gas suppresses cooling by outside air, to accelerate the temperature rise of the downstream catalyst by the exhaust gases aims to activation of downstream side catalyst, it is possible to enhance the exhaust gas purifying performance of the exhaust gas purification device.
更に、本発明によれば、触媒ケースの上流側端部に接続された上流側排気管を、その軸中心が上流側触媒の軸中心と交差して排気ガスセンサを指向するよう上流側触媒に対して傾斜させたため、排気ガスセンサの周囲を流れる排気ガスの流量が増加し、排気ガスセンサの検出精度が高められて上流側触媒の劣化を正確に検出することができる。
Further, according to the present invention, the upstream exhaust pipe connected to the upstream end of the catalyst case is connected to the upstream catalyst so that its axial center intersects the upstream catalyst axial center and faces the exhaust gas sensor. Therefore, the flow rate of the exhaust gas flowing around the exhaust gas sensor is increased, the detection accuracy of the exhaust gas sensor is increased, and the deterioration of the upstream catalyst can be accurately detected.
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明に係る排気ガス浄化装置を備えたエンジンの平面図、図2は同エンジンの正面図である。 FIG. 1 is a plan view of an engine equipped with an exhaust gas purifying apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a front view of the engine.
図示のエンジン1は、不図示の車両前部のエンジンルーム内に横置き状態で搭載される直列4気筒エンジンであって、不図示のクランク軸は車幅方向(図1及び図2の左右方向)に配されている。ここで、エンジン1には4つの気筒が車幅方向に並設されており、シリンダブロック2の上部に被着されたシリンダヘッド3の吸気側(車両後方側)には、該シリンダヘッド3に各気筒毎に形成された不図示の吸気ポートに連なる不図示の4本の吸気マニホールドが接続されている。尚、図1に示すように、エンジン1の左側面には、クランク軸の回転を変速して不図示のプロペラシャフト及び駆動輪に伝達するための変速機4が取り付けられている。
The illustrated
又、シリンダヘッド3の排気側(車両前方側)には、該シリンダヘッド3に各気筒毎に形成された不図示の排気ポートに連なる4本の排気マニホールド5が接続されており、これらの排気マニホールド5は遮熱カバー6によって覆われている。そして、図2に示すように、エンジン1の排気側(前面)にはターボチャージャ7が配置されており、前記4本の排気マニホールド5は集合してターボチャージャ7の排気タービン8の入口側に接続されている。
Further, four exhaust manifolds 5 connected to an exhaust port (not shown) formed for each cylinder are connected to the cylinder head 3 on the exhaust side (front side of the vehicle). The manifold 5 is covered with a
ここで、ターボチャージャ7は、排気タービン8と同軸にコンプレッサ9を備えており、排気ガスによって駆動される排気タービン8によってコンプレッサ9を駆動し、このコンプレッサ9によって吸気を過給してエンジン1の吸気系に供給することによって該エンジン1の出力向上を図るものである。
Here, the
ところで、図2に示すように、エンジン1の前面側(排気側)には、本発明に係る排気ガス浄化装置10がその軸線方向を車両上下方向にして縦置き状態で配設されており、円筒状の触媒ケース11の上端から上方へ延びる上流側排気管12は、接合フランジ13を介してターボチャージャ7の排気タービン8の出口に接続されている。又、触媒ケース11の下端から下方へ延びる下流側排気管14は、車体の下部を車体後方に向かって延設された不図示の排気管に接合フランジ15を介して接続されている。
By the way, as shown in FIG. 2, an exhaust gas purifying
他方、エンジン1の前方であって、車両前部の左側部分にはラジエータ16が配設されており、このラジエータ16にはファン17及び不図示の熱交換器が備えられ、その後面にはファンシュラウド18が取り付けられている(図1参照)。尚、図中、19,20,21は冷却配管である。
On the other hand, a
次に、本発明に係る前記排気ガス浄化装置10の構成の詳細を図3〜図5に基づいて説明する。尚、図3は排気ガス浄化装置の一部を破断して示す斜視図、図4は同排気ガス浄化装置の平面図、図5は同排気ガス浄化装置の正面図である。
Next, details of the configuration of the exhaust gas purifying
本発明に係る排気ガス浄化装置10は、その軸線方向が車両の上下方向に向くよう縦置きされた円筒状の触媒ケース11を備えており、この触媒ケース11は、上流側ケース部11Aと下流側ケース部11B及びこれら両ケース部11A,11B間を連絡する連絡ケース部11Cを直列に連結して構成されている。そして、触媒ケース11の上流側ケース部11Aと下流側ケース部11B内には円柱状の上流側触媒22と下流側触媒23がその周囲を保持部材(保持マット)24によって保持された状態でそれぞれ収容されている。尚、上流側触媒22と下流側触媒23は、例えば断面ハニカム状のセラミック製のモノリス担体に白金(Pt)等の貴金属を担持せしめて構成されている。
The exhaust
而して、本実施の形態に係る排気浄化装置10においては、上流側触媒22と下流側触媒23を各軸線を互いに交差するよう傾斜させて配置することによって触媒ケース11内の上流側触媒22と下流側触媒23の間(つまり、連絡ケース11C内)に楔状空間Sを形成し、連絡ケース部11Cの高さが高い径方向一側に下流側排気ガスセンサ25を取り付けている。
Thus, in the
又、触媒ケース11の上流側端部に接続された前記上流側排気管12は、その軸中心が上流側触媒22の軸中心と交差して前記下流側排気ガスセンサ25を指向するよう上流側触媒22に対して傾斜しており、上流側排気管12には上流側排気ガスセンサ26が取り付けられている。ここで、上流側排気ガスセンサ26は、排気ガス中の酸素濃度を検出するO2 センサであり、下流側排気ガスセンサ25は、上流側触媒22の劣化を検知するためのセンサである。
Further, the
更に、本実施の形態では、図1及び図2に示すように、触媒ケース11は、車両前部の左側部分に配設された前記ラジエータ16に近接した位置に、その軸線方向が車両上下方向となるよう配設されており、該触媒ケース11の連絡ケース部11Cの周方向においてラジエータ16から離れた位置に下流側排気ガスセンサ25が取り付けられている。
Further, in the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the
而して、エンジン1が始動されると、該エンジン1の各気筒での混合気の燃焼によって発生した高温の排気ガスは、排気マニホールド5を通ってターボチャージャ7の排気タービン8に導入されて該排気タービン8を回転駆動した後、本発明に係る排気ガス浄化装置10に導入されて浄化される。
Thus, when the
即ち、排気ガス浄化装置10においては、排気タービン8から排出される排気ガスが上流側排気管12から触媒ケース11内に導入され、触媒ケース11内に収容された上流側触媒22を排気ガスが通過することによって該排気ガスが浄化される。尚、上流側排気管12を流れる排気ガス中の酸素濃度は上流側排気ガスセンサ26によって検出され、検出された酸素濃度に基づいて混合気の空燃比(A/F)が理論空燃比に近づくよう燃料噴射量が制御される。
That is, in the exhaust
そして、上流側触媒22を通過して浄化された排気ガスは、連絡ケース部11C内の楔上空間Sを下方に向かって流れて下流側触媒23へと導入され、この下流側触媒23を通過することによって再度浄化された後、下流側排気管14から触媒ケース11外へと排出され、下流側排気管14に連なる不図示の排気管及びサイレンサを通って大気中に排出される。
The exhaust gas purified by passing through the
以上において、本発明に係る排気ガス浄化装置10においては、上流側触媒22と下流側触媒23を各軸線を互いに交差するよう傾斜させて配置することによって触媒ケース11内の上流側触媒22と下流側触媒23の間に楔状空間Sを形成し、連絡ケース部11Cの高さが高い径方向一側に下流側排気ガスセンサ25を取り付けたため、連絡ケース部11Cの高さが高い径方向一側に排気ガスセンサ25を取り付けるスペースを確保しつつ、触媒ケース11内の上流側触媒22と下流側触媒23の間に形成される空間を従来の円柱状空間S’(図6参照)から楔状空間Sに変更して該楔状空間Sの容積を減少させることができる。この結果、触媒ケース11の全長Lを短縮して当該排気ガス浄化装置10の車両への搭載性を高めることができる。又、触媒ケース11の連絡ケース部11Cの表面積(伝熱面積)を減少させて排気ガスの外気による冷却を抑制し、排気ガスによる下流側触媒23の温度上昇を促進して該下流側触媒23の活性化を図り、当該排気ガス浄化装置10の排気ガス浄化性能を高めることができる。
In the above, in the exhaust
又、本実施の形態によれば、触媒ケース11の上流側端部に接続された上流側排気管12を、その軸中心が上流側触媒22の軸中心と交差して下流側排気ガスセンサ25を指向するよう上流側触媒22に対して傾斜させたため、下流側排気ガスセンサ25の周囲を流れる排気ガスの流量が増加し、下流側排気ガスセンサ25の検出精度が高められて上流側触媒22の劣化を正確に検知することができる。
Further, according to the present embodiment, the upstream
更に、本実施の形態によれば、下流側排気ガスセンサ25を、排気ガス温度が変動し易いラジエータ16の近傍から離れた位置に取り付けたため、排気ガス浄化装置10の制御を安定化させて排気ガス浄化性能を向上させることができる。
Furthermore, according to the present embodiment, since the downstream side
1 エンジン
2 シリンダブロック
3 シリンダヘッド
4 変速機
5 排気マニホールド
6 遮熱カバー
7 ターボチャージャ
8 排気タービン
9 コンプレッサ
10 排気ガス浄化装置
11 触媒ケース
11A 触媒ケースの上流側ケース部
11B 触媒ケースの下流側ケース部
11C 触媒ケースの連絡ケース部
12 上流側排気管
13 接合フランジ
14 下流側排気管
15 接合フランジ
16 ラジエータ
17 ファン
18 ファンシュラウド
19〜21 冷却配管
22 上流側触媒
23 下流側触媒
24 保持部材(保持マット)
25 下流側排気ガスセンサ
26 上流側排気ガスセンサ
L 触媒ケースの全長
S 楔状空間
DESCRIPTION OF
25 Downstream
Claims (1)
前記上流側触媒と前記下流側触媒を各軸線が互いに交差するよう傾斜させて配置することによって前記触媒ケース内の上流側触媒と下流側触媒の間に楔状空間を形成し、前記連絡ケース部の高さが高い径方向一側に前記排気ガスセンサを取り付けるとともに、前記触媒ケースの上流側端部に接続された上流側排気管を、その軸線が前記上流側触媒の軸中心と交差して前記排気ガスセンサを指向するよう前記上流側触媒に対して傾斜させたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
A catalyst case formed by connecting an upstream case portion, a downstream case portion, and a connecting case portion communicating between the two case portions in series is attached to an exhaust pipe of an engine, and the upstream case portion and the downstream case of the catalyst case are attached. In the exhaust gas purification apparatus configured to accommodate an upstream catalyst and a downstream catalyst of the same size in the side case portion, and to which an exhaust gas sensor that detects deterioration of the upstream catalyst is attached to the connection case portion,
A wedge-shaped space is formed between the upstream catalyst and the downstream catalyst in the catalyst case by arranging the upstream catalyst and the downstream catalyst so that the respective axes intersect with each other, The exhaust gas sensor is attached to one side in the radial direction where the height is high, and the exhaust pipe connected to the upstream end of the catalyst case has an axis intersecting the axial center of the upstream catalyst. An exhaust gas purifying device, wherein the exhaust gas purifying device is inclined with respect to the upstream catalyst so as to face a gas sensor .
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