JPH06101463A - エンジンの排気ガス浄化装置 - Google Patents

エンジンの排気ガス浄化装置

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JPH06101463A
JPH06101463A JP4254676A JP25467692A JPH06101463A JP H06101463 A JPH06101463 A JP H06101463A JP 4254676 A JP4254676 A JP 4254676A JP 25467692 A JP25467692 A JP 25467692A JP H06101463 A JPH06101463 A JP H06101463A
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exhaust gas
exhaust
catalyst
catalysts
passage
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JP4254676A
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Koji Morikawa
弘二 森川
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Subaru Corp
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Fuji Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 触媒の活性化を促進して排気エミッションを
改善するとともに、触媒の高温劣化等を抑制して耐久性
の向上を図る。 【構成】片バンクＬＢあるいはＲＢごとに各バンクの排
気ポート２ｂに近接して触媒１６ａ，１６ｂを独立して
設け、触媒１６ａ，１６ｂが低温のときには、切換弁１
９ａ，１９ｂにてバイパス通路１７，１８を閉弁して、
排気ガスを直下流の触媒１６ａ，１６ｂへ導くことで、
排気ガス熱により触媒１６ａ，１６ｂの活性化を促進
し、排気エミッションの改善を図る。一方、触媒１６
ａ，１６ｂの温度が高い場合、上記切換弁１９ａ，１９
ｂにて上記バイパス通路１７，１８を開弁し各バンクＬ
Ｂ，ＲＢの排気ポート２ｂからの排気ガスをバイパス通
路１７，１８を介して他方バンクＲＢ，ＬＢ側の触媒１
６ｂ，１６ａへ導く。排気ガスが上記バイパス通路１
７，１８を流れる間に冷却されるため、上記触媒１６
ａ，１６ｂの高温劣化、損傷等が抑制され、耐久性が向
上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、始動時等における触媒
の活性化を促進するとともに、高温な排気ガス熱の影響
による触媒劣化を抑制するエンジンの排気ガス浄化装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、この種の排気ガス浄化装置に用
いられている触媒は低温下で活性化し難いため、低温始
動等における活性化を促進させるには触媒を排気通路の
上流に配設すればよいが、触媒を排気通路の上流に配設
すれば高負荷運転時等に排出される高温の排気ガス熱の
影響を受けて劣化等が著しくなるなど耐久性上問題があ
る。
【０００３】そのため、例えば特開昭５７−２１０１１
６号公報では、一つの排気通路中に二つの触媒を所定間
隔を開けて配設するとともに、上流側の触媒をバイパス
するバイパス通路を設け、さらに上流側の触媒の流入側
に切換弁を設けて、排気ガスが低温のときには上記切換
弁にて上記バイパス通路を閉弁して、排気ガスを上流側
の触媒へ導き、一方、排気ガスが比較的高温のときには
上記切換弁により上流側の触媒の流入口を閉弁し、排気
ガスを下流側の触媒へバイパス通路を介して導くことで
バイパス通路を流れる間に冷却し、排気ガスの浄化率を
高めるとともに、耐久性の向上を図る技術が開示されて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この先行技術
によれば一つの排気通路中に少なくとも二つの触媒が必
要で、特に、最近のＶ型、ホリゾンタル型エンジンであ
って、排気ガス浄化をバンク毎に制御するものでは、一
つのバンクに少くも二つの触媒を配設しなければならな
いため製品コストが高騰する問題がある。
【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、低温始動時等においても触媒活性化を促進して排気
エミッションを改善することができ、しかも高温劣化等
を防止して触媒の耐久性の向上を図るとともに、製品の
低コスト化を実現するエンジンの排気ガス浄化装置を提
供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によるエンジンの排気ガス浄化装置は、少な
くとも二つのバンクを有するエンジン本体の各バンクに
連設する排気通路の排気ポートに近接する位置に触媒を
それぞれ介装し、この各排気通路の上記排気ポートと上
記触媒との間にバイパス通路の流入口をそれぞれ連通
し、またこの各バイパス通路の流出口を他方のバンクに
連通する上記排気通路の他方のバイパス通路の上記流入
口と上記触媒との間に連通し、さらに上記各排気通路
に、触媒温度が設定温度以下のとき上記バイパス通路の
流入口を閉弁するとともに上記排気通路を開弁し、また
上記触媒温度が設定温度以上のとき上記排気通路を閉弁
するとともに上記バイパス通路の流入口を開弁する切換
弁を設けたものである。
【０００７】
【作 用】上記構成において、触媒温度が低いとき排気
通路に介装した切換弁がバイパス通路を閉弁し、排気ガ
スを当該バンクに連通する排気通路に介装した触媒へ直
接導く。その結果、この触媒が上記排気ガス熱にて加熱
され活性化が促進される。一方、触媒温度が高い場合、
上記切換弁により上記触媒の流入口を閉弁し、上記排気
ガスをバイパス通路を経て他方の排気通路に介装した触
媒へ導く。上記排気ガスは上記バイパス通路を流通する
間に冷却されるため、上記触媒の高温劣化が抑制され耐
久性が向上する。
【０００８】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。
【０００９】図面は本発明の一実施例を示し、図１はエ
ンジン制御系の全体概略図、図２は制御装置の回路図、
図３は切換弁制御ルーチンを示すフローチャートであ
る。
【００１０】図１において、符号１はエンジン本体で、
図においては水平対向型エンジンを示す。このエンジン
本体１の左バンクＬＢ、右バンクＲＢにそれぞれ設けた
シリンダヘッド２に吸気ポート２ａと排気ポート２ｂと
が形成されている。この吸気ポート２ａにインテークマ
ニホルド３が連通され、このインテークマニホルド３の
上流にエアチャンバ４を介して、スロットルバルブ５ａ
を内設するスロットル通路５が連通されている。このス
ロットル通路５の上流には吸気通路６を介してエアクリ
ーナ７が取付けられ、このエアクリーナ７が吸入空気の
取入れ口であるエアインテークチャンバ８に連通されて
いる。
【００１１】また、上記スロットルバルブ５ａの上流と
下流とをバイパスするエアバイパス通路９にアイドルス
ピードコントロールバルブ（ＩＳＣＶ）１０が介装され
ている。
【００１２】一方、上記排気ポート２ｂには、Ｌ（左）
エキゾーストマニホルド１１、Ｒ（右）エキゾーストマ
ニホルド１２がバンク毎に連通されており、この各エキ
ゾーストマニホルド１１，１２の集合部にＬ排気通路１
３、Ｒ排気通路１４がそれぞれ連通されてマフラ１５
ａ，１５ｂに接続されている。
【００１３】上記各排気通路１３，１４には各バンクＬ
Ｂ，ＲＢの排気ポート２ｂに近接する位置にＬ触媒１６
ａ、Ｒ触媒１６ｂがそれぞれ介装されており、上記各排
気通路１３，１４の上記各触媒１６ａ，１６ｂと上記各
エキゾーストマニホルド１１，１２の集合部との間に排
気バイパス通路１７，１８の流入口１７ａ，１８ａが連
通されている。この各排気バイパス通路１７，１８は互
いに交差して他方の排気通路１４，１３に延出され、こ
の各排気バイパス通路１７，１８の流出口１７ｂ，１８
ｂが他方の排気通路１４，１３に開口する他方の排気バ
イパス通路１８，１７の流入口１８ａ，１７ａと上記触
媒１６ｂ，１６ａとの間に連通されている。 また、上
記各排気通路１３，１４に開口する上記排気バイパス通
路１７，１８の流入口１７ａ，１８ａに切換弁１９ａ，
１９ｂそれぞれが配設されている。この切換弁１９ａ，
１９ｂはリンクレバー２０を介してＬダイヤフラムアク
チュエータ２１ａとＲダイヤフラムアクチュエータ２１
ｂとにそれぞれ連設されている。この各ダイヤフラムア
クチュエータ２１ａ，２１ｂはダイヤフラムにより２室
に仕切られ、一方がダイヤフラムスプリングを内装する
とともに、Ｌ切換弁制御用切換ソレノイド弁２２ａ、Ｒ
切換弁制御用切換ソレノイド弁２２ｂに各々連通するス
プリング室を形成し、他方が大気に連通する大気室を形
成している。
【００１４】上記各切換弁制御用切換ソレノイド弁２２
ａ，２２ｂは、上記ダイヤフラムアクチュエータ２１
ａ，２１ｂのスプリング室を、大気に開口する大気ポー
トとインテークマニホルド３に連通する負圧通路２３を
連通する負圧ポートとに対し選択的に連通させるもの
で、この切換弁制御用切換ソレノイド弁２２ａ，２２ｂ
の切換動作は後述する制御装置（ＥＣＵ）５０から出力
される制御信号にて制御される。なお、上記負圧通路２
３にはサージタンク２４が介装されているとともに、イ
ンテークマニホルド３側の負圧がサージタンク２４側の
負圧よりも大きいときに開弁するチェック弁２５が介装
されている。
【００１５】上記各切換弁制御用切換ソレノイド弁２２
ａ，２２ｂの制御動作により上記ダイヤフラムアクチュ
エータ２１ａ，２１ｂのスプリング室が大気圧になると
上記切換弁１９ａ，１９ｂがバイパス通路１７，１８の
流入口１７ａ，１８ａを閉弁するとともに各バンクＬ
Ｂ，ＲＢの各エキゾーストマニホルド１１，１２に連通
する排気通路１３，１４を解放する。一方、上記ダイヤ
フラムアクチュエータ２１ａ，２１ｂのスプリング室が
負圧になると上記切換弁１９ａ，１９ｂがバイパス通路
１７，１８の流入口１７ａ，１８ａを解放するとともに
各バンクＬＢ，Ｒのエキゾーストマニホルド１１，１２
に連通する排気通路１３，１４を閉弁する。
【００１６】また、上記インテークマニホルド３の各気
筒の吸気ポート２ａの直上流側にインジェクタ２６が臨
まされ、さらに、上記シリンダヘッド２の各気筒毎に、
その先端を燃焼室に露呈する点火プラグ２７ａが取付け
られ、この点火プラグ２７ａに連設する点火コイル２７
ｂにイグナイタ２８が接続されている。
【００１７】また、上記吸気通路６の上記エアクリーナ
７の直下流に、吸入空気量センサ（図においては熱式エ
アフローメータ）２９が介装され、上記スロットルバル
ブ５ａにスロットル開度センサ３０が連設されている。
さらに、上記エンジン本体１のシリンダブロック１ａに
ノックセンサ３１が取付けられているとともに、このシ
リンダブロック１ａの両バンクＬＢ，ＲＢを連通する冷
却水通路３２に水温センサ３３が臨まされ、また、上記
各排気通路１３，１４の上記触媒１６ａ，１６ｂの直上
流にＬＯ2 センサ３４ａ、ＲＯ2 センサ３４ｂがそれぞ
れ臨まされており、さらに、Ｒ触媒１６ｂに触媒温度セ
ンサ３５が併設されている。
【００１８】また、上記エンジン本体１に支承されたク
ランクシャフト１ｂにクランクロータ３６が軸着され、
このクランクロータ３６の外周にクランク角センサ３７
が対設されている。さらに、上記エンジン本体１のカム
シャフト１ｃに連設するカムロータ３８にカム角センサ
３９が対設されている。なお、上記クランク角センサ３
７及びカム角センサ３９は電磁ピックアップ等の磁気セ
ンサに限らず、光センサ等であっても良い。
【００１９】一方、上記クランクロータ３６、カムロー
タ３８の外周には突起（あるいはスリット）が形成され
ており、上記ＥＣＵ５０では、上記クランク角センサ３
７からの上記突起（あるいはスリット）を検出するパル
スの間隔周期からエンジン回転数および点火タイミング
などを演算し、また、カム角センサ３９からの上記突起
（あるいはスリット）を検出するパルスの割込みから気
筒判別を行う。
【００２０】また、図２において符号５０はマイクロコ
ンピュータ等からなる制御装置（ＥＣＵ）で、ＣＰＵ５
１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、バックアップＲＡＭ５４
及びＩ／Ｏインターフェース５５がバスライン５６を介
して互いに接続されている。また、上記ＥＣＵ５０内に
は定電圧回路５７が内蔵されており、この定電圧回路５
７がＥＣＵリレー５８のリレー接点を介してバッテリ５
９に接続され、また、このＥＣＵリレー５８のリレーコ
イルがイグニッションスイッチ６０を介してバッテリ５
９に接続されている。上記イグニッションスイッチ６０
がＯＮすると上記ＥＣＵリレー５８の接点がＯＮし、バ
ッテリ５９の電圧が上記定電圧回路５７に供給され、こ
の定電圧回路５７からＥＣＵ５０の各部に安定化電圧が
供給される。一方、上記バックアップＲＡＭ５４には上
記定電圧回路５７から常時バックアップ電圧が印加され
ている。また、上記バッテリ５９に、燃料ポンプリレー
６１のリレー接点を介して燃料ポンプ６２が接続されて
いる。
【００２１】上記ＥＣＵ５０のＩ／Ｏインターフェース
５５の入力ポートには、バッテリ５９が接続されてバッ
テリ電圧がモニタされるとともに、吸入空気量センサ２
９、クランク角センサ３７、カム角センサ３９、スロッ
トル開度センサ３０、水温センサ３３、ＲＯ2 センサ３
４ｂ、ＬＯ2 センサ３４ａ、ノックセンサ３１、及び触
媒温度センサ３５が接続されている。
【００２２】また、上記Ｉ／Ｏインターフェース５５の
出力ポートには、イグナイタ２８が接続されているとと
もに、駆動回路５８を介してＲ切換ソレノイド弁２２
ｂ、Ｌ切換ソレノイド弁２２ａ、インジェクタ２６、Ｉ
ＳＣＶ１０、及び燃料ポンプリレー６１のリレーコイル
が接続されている。
【００２３】上記ＲＯＭ５２には制御プログラム、各種
固定データなどが記憶されており、また、上記ＲＡＭ５
３にはデータ処理した後の上記各センサ類等の出力信
号、及びＣＰＵ５１で演算処理したデータが格納され
る。
【００２４】上記ＣＰＵ５１では、イグニッションスイ
ッチ６０がＯＮされると、上記ＲＯＭ５２に記憶されて
いる制御プログラムに従い、まず、燃料ポンプリレー６
１をＯＮさせて燃料ポンプ６２を駆動させ、また、各セ
ンサ類の出力信号に基づき燃料噴射量、点火時期などを
制御するとともに、触媒温度Ｔc を読込み、両切換ソレ
ノイド弁２２ａ，２２ｂに対する切換動作を制御する。
【００２５】次に、上記ＥＣＵ５０による切換弁制御に
ついて図３のフローチャートに従って説明する。
【００２６】図３のフローチャートはイグニッションス
イッチ６０がＯＮされＥＣＵ５０に電源投入されると、
所定時間毎に実行されるルーチンで、まず、ステップ
（以下「Ｓ」と略称）１０１で、触媒温度センサ３５で
検出したＲ触媒１６ｂの温度Ｔc を読込み、Ｓ１０２
で、この触媒温度Ｔc と予め設定した活性温度Ｔcsとを
比較し、Ｔc ＜Ｔcsの場合、Ｓ１０３へ進み、Ｔc ≧Ｔ
csの場合Ｓ１０５へ進む。Ｓ１０３へ進むと、Ｌ切換ソ
レノイド弁２２ａの励磁コイルに対する I/Oポート出力
値Ｇ1 を０とし、その後、Ｓ１０４でＲ切換ソレノイド
弁２２ｂの励磁コイルに対する I/Oポート出力値Ｇ2 を
０としてルーチンを抜ける。
【００２７】上記各切換ソレノイド弁２２ａ，２２ｂに
対する I/Oポート出力値Ｇ1 ，Ｇ2が０になると、この
各切換ソレノイド弁２２ａ，２２ｂの大気ポートが解放
されてダイヤフラムアクチュエータ２１ａ，２１ｂのス
プリング室に大気が導入され、このダイヤフラムアクチ
ュエータ２１ａ，２１ｂがダイヤフラムスプリングの付
勢力でリンクレバー２０を後退させ、このリンクレバー
２０に連設する切換弁１９ａ，１９ｂがバイパス通路１
７，１８の流入口１７ａ，１８ａを閉塞し、エンジン本
体１の両バンクＬＢ，ＲＢの各エキゾーストマニホルド
１１，１２に連通する排気通路１３，１４を開放する
（図の実線の状態）。その結果、各バンクＬＢ，ＲＢの
排気ポート２ｂから排出された排気ガスが直下流の近距
離に位置する触媒１６ａ，１６ｂに流入されるため、こ
の各触媒１６ａ，１６ｂの温度が上記排気ガス熱により
直ちに上昇し、各触媒１６ａ，１６ｂの活性化が早めら
れ、排気浄化率がよくなり排気エミッションが改善され
る。
【００２８】一方、上記Ｓ１０１で、Ｔc ≧Ｔcsと判断
されＳ１０５へ進むと、Ｌ切換ソレノイド弁２２ａの励
磁コイルに対する I/Oポート出力値Ｇ1 を１とし、その
後、Ｓ１０６でＲ切換ソレノイド弁２２ｂの励磁コイル
に対する I/Oポート出力値Ｇ2 を１としてルーチンを抜
ける。
【００２９】上記各切換ソレノイド弁２２ａ，２２ｂに
対する I/Oポート出力値Ｇ1 ，Ｇ2が１になると、この
各切換ソレノイド弁２２ａ，２２ｂの負圧ポートが開放
され、ダイヤフラムアクチュエータ２１ａ，２１ｂのス
プリング室にインテークマニホルド３からの負圧がサー
ジタンク２４を経て導入される。その結果、このダイヤ
フラムアクチュエータ２１ａ，２１ｂがダイヤフラムス
プリングの付勢力に抗してリンクレバー２０を突出さ
せ、このリンクレバー２０に連設する切換弁１９ａ，１
９ｂが、バイパス通路１７，１８の流入口１７ａ，１８
ａを開放するとともに、上記排気通路１３，１４の上記
流入口１７ａ，１８ａの直下流側を閉塞する（図の二点
鎖線の状態）。
【００３０】すると、排気ガスが両バンクＬＢ，ＲＢの
排気ポート２ｂに連設するエキゾーストマニホルド１
１，１２から各バイパス通路１７，１８をバイパスして
他方の排気通路１４，１３へ導かれ、この各排気通路１
４，１３に配設された触媒１６ｂ，１６ａに流入する。
その結果、上記排気ガスが上記バイパス通路１７，１８
を流れる間に冷却されるため、上記各触媒１６ｂ，１６
ａの温度が異常に上昇することがなく、触媒の劣化、損
傷が未然に防止される。
【００３１】なお、本発明は上記実施例に限るものでは
なく、例えば、各切換弁１９ａ，１９ｂをリンクして、
この両切換弁１９ａ，１９ｂの切換動作を一つのアクチ
ュエータで制御するようにしてもよい。
【００３２】また、本実施例では触媒温度を触媒温度セ
ンサにより直接検出しているが、エンジン運転状態に基
づいて推定するようにしても良い。例えば、冷却水温が
設定値以上のエンジン暖機完了状態で、高負荷状態、あ
るいは空燃比がリーンのときには触媒温度が高くなるた
め、これらの条件により触媒温度を推定することができ
る。上記高負荷状態の判断は、負荷状態を表わす基本燃
料噴射量Ｔp （吸入空気量あるいは吸気管負圧とエンジ
ン回転数とで決定される値）、燃料噴射量Ｔi（基本燃
料噴射量Ｔp を各種補正項で補正した値）、スロットル
開度、または１行程当りの吸入空気量等が設定値以上か
で行うことができる。
【００３３】また、本実施例では各触媒１６ａ，１６ｂ
の下流側にそれぞれ独立した排気通路１３，１４および
マフラ１５ａ，１５ｂを設けるようにしているが、触媒
１６ａ，１６ｂの下流側で排気通路を合流させると共に
合流部下流に１つのマフラを配設するようにしても良
い。
【００３４】さらに、一方のバンクＬＢ（ＲＢ）からの
排気ガスを他方のバンクＲＢ（ＬＢ）の触媒１６ｂ（１
６ａ）に導いたときの空燃比制御は、上記バンクＬＢ
（ＲＢ）側の空燃比フィードバック補正係数をＯ2 セン
サ３４ｂ（３４ａ）の検出値に基づいて設定すると制御
性がよくなる。
【００３５】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
触媒温度が低いときには温度の高い排気ガスが触媒へ導
かれるので、触媒の活性化が促進されて排気浄化率がよ
くなり、低温始動時等の排気エミッションが改善され
る。
【００３６】また、触媒の温度が高い場合には、バイパ
ス通路を通して冷却した後の排気ガスを触媒へ導くよう
にしたので、触媒の高温劣化、損傷等を抑制して耐久性
の向上を図ることができる。
【００３７】さらに、触媒の数を増加する必要がないの
で製品の低コスト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン制御系の全体概略図
【図２】制御装置の回路図
【図３】切換弁制御ルーチンを示すフローチャート
【符号の説明】
１…エンジン本体 ２ｂ…排気ポート １３，１４…排気通路 １６ａ，１６ｂ…触媒 １７，１８…バイパス通路 １７ａ，１８ａ…流入口 １７ｂ，１８ｂ…流出口 １９ａ，１９ｂ…切換弁 ＬＢ，ＲＢ…バンク Ｔcs…設定温度
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｂ 67/00 Ｌ 7541−3Ｇ 75/10 Ｚ 7541−3Ｇ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも二つのバンクを有するエンジ
    ン本体の各バンクに連設する排気通路の排気ポートに近
    接する位置に触媒をそれぞれ介装し、 この各排気通路の上記排気ポートと上記触媒との間にバ
    イパス通路の流入口をそれぞれ連通し、 またこの各バイパス通路の流出口を他方のバンクに連通
    する上記排気通路の他方のバイパス通路の上記流入口と
    上記触媒との間に連通し、 さらに上記各排気通路に、触媒温度が設定温度以下のと
    き上記バイパス通路の流入口を閉弁するとともに上記排
    気通路を開弁し、また上記触媒温度が設定温度以上のと
    き上記排気通路を閉弁するとともに上記バイパス通路の
    流入口を開弁する切換弁を設けたことを特徴とするエン
    ジンの排気ガス浄化装置。
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