JPH06346724A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コールドスタート時の触媒の早期活性化を妨
げることなく、燃料カット時に触媒温度を活性化温度に
保ち、再び燃料噴射の開始直後でも排気ガスの浄化を行
う。 【構成】 排気ガス通路１は、熱容量の小さなメタル触
媒コンバータ５が配された第１通路２と、メタル触媒コ
ンバータ５を迂回する第２通路３とに分岐し、再び合流
する。第１通路２と第２通路３の合流部４ａには、エン
ジンへの燃料供給時に第２通路３を閉じ、燃料カット時
に第１通路２を閉じるバルブ６が設けられている。エン
ジンが始動されると、バルブ６が第１通路２を開き、第
１通路２のメタル触媒コンバータ５を早期活性化させて
排気浄化する。燃料カット時は、バルブ６がメタル触媒
コンバータ５の下流で第１通路２を閉じ、メタル触媒コ
ンバータ５の温度低下を防ぐ。燃料供給が再開される
と、バルブ６が第１通路２を開き、高い温度に保たれた
メタル触媒コンバータ５によって排気浄化を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、触媒を用いて排気ガス
の浄化を行う浄化装置に関し、特に排気ガスの温度が変
化して触媒の浄化状態が変化する排気ガス浄化装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの排気ガスの浄化を行う浄化装
置を例に用いて従来技術を説明する。エンジンが冷えた
状態で運転を開始（コールドスタート）した場合、触媒
を早く活性化するために、触媒の熱容量を小さくするの
が有効である。しかるに、触媒の熱容量を小さくする
と、エンジンが燃料カット制御が行われるなどして、排
気ガスの温度が低くなると、触媒が冷却され、触媒の温
度が素早く低下する。そして、燃料カットが長く続けら
れると、触媒の温度が非活性化温度まで冷却され、再び
燃料噴射が開始された直後では、排気ガスの浄化を充分
に行うことができなくなる不具合があった。

【０００３】これに対し、排気ガスが触媒を迂回するた
めのバイパス通路を設けるとともに、触媒の上流に、排
気ガスの流入を制御するバルブ（ガス流入制御手段）を
設け、触媒上流の温度が低下した際に、バルブによって
触媒への排気ガスの流入を遮断する技術が知られている
（実開平４−７５１２４号公報に開示された技術）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、実開平４−
７５１２４号公報に開示された技術では、触媒の上流に
バルブを設けていたため、コールドスタート時には、バ
ルブに排気ガスの熱が奪われて、その分、触媒が活性化
するのに時間がかかる不具合を有していた。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、コールドスタート時の触媒の早期
活性化を妨げることなく、燃料カット時に触媒の温度を
活性化温度に保ち、再び燃料噴射が開始された直後で
も、排気ガスの浄化が可能な排気ガス浄化装置の提供に
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の排気ガス浄化装
置は、燃焼ガスが通過する排気ガス通路と、この排気ガ
ス通路に設けられ、排気ガス通路を流れる排気ガスを第
１通路と第２通路に分岐するとともに、前記第１通路と
前記第２通路を合流させる分岐合流部と、前記第１通路
内に配置され、この第１通路を通過する排気ガスを浄化
する触媒と、少なくとも前記触媒の下流に設けられ、排
気ガスの流れる通路を、前記第１通路または前記第２通
路に切り替え可能な切替手段と、前記触媒の上流におけ
る排気ガスの温度を直接または間接的に検出する排ガス
検知手段を備え、この排ガス検知手段の検知する温度に
基づき、前記切替手段による前記第１通路および前記第
２通路の切替状態を変化させる制御回路とを備えること
を技術的手段とする。

【０００７】

【発明の作用】排ガス検知手段の検出する触媒の上流に
おける排気ガスの温度が、触媒に導いた場合に、触媒を
活性化させる温度に達しているときは、制御回路が切替
手段によって第１通路を開き、第２通路を閉じる。する
と、排気ガス通路を流れる高い温度の排気ガスが触媒に
導かれ、触媒を活性化状態とするとともに、活性化され
た触媒によって排気ガスが浄化される。

【０００８】排ガス検知手段の検出する触媒の上流にお
ける排気ガスの温度が、触媒に導いた場合に、触媒を活
性化させる温度に達しないときは、制御回路が切替手段
によって第１通路を閉じ、第２通路を開く。すると、排
気ガス通路を流れる低い温度の排気ガスが第２通路を通
って触媒を迂回する。この時、第１通路へは、触媒の下
流の切替手段によって第１通路が閉じられているため、
排気ガスが進入しないが、排気ガスの熱は分岐部から第
１通路へ入り、触媒に与えられる。

【０００９】排ガス検知手段の検出する触媒の上流にお
ける排気ガスの温度が、触媒に導いた場合に、触媒を活
性化させる温度に達しているときは、再び、制御回路が
切替手段によって第１通路を開き、第２通路を閉じる。
すると、排気ガス通路を流れる高い温度の排気ガスが触
媒に導かれ、触媒を活性化状態とするとともに、活性化
された触媒によって排気ガスが浄化される。この切り替
えが行われる前は、第１通路は閉じられていたが、排気
ガスの熱は従来のようにバルブに奪われることなく、触
媒へ与えられていたため、切り替え時における触媒の温
度は、従来技術に比較して高く保たれている。このた
め、切り替え後において、触媒に高い温度の排気ガスが
与えられると、触媒を素早く活性化させることができ
る。

【００１０】

【発明の効果】本発明の排気ガス浄化装置は、上記の作
用で示したように、第１通路を閉じ、第２通路が開く状
態から、第１通路を開き、第２通路を閉じる状態へ切り
替わった際に、触媒の温度が従来技術に比較して高く保
たれている。このため、切り替え後において、触媒に高
い温度の排気ガスが与えられると、触媒が素早く排気ガ
スの浄化を行う。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の排気ガス浄化装置を、図に示
す一実施例に基づき説明する。 〔第１実施例の構成〕図１ないし図５は本発明の第１実
施例を示すもので、図１および図２は排気ガス浄化装置
の概略構成図を示す。本実施例の排気ガス浄化装置は、
車両走行用エンジン（図示しない）の排気ガスを浄化す
るもので、エンジンの排気ガスが流れる排気ガス通路１
には、排気ガスを第１通路２と第２通路３とに分岐する
とともに、第１通路２と第２通路３とを再び合流させる
分岐合流部４が設けられている。この第１通路２内に
は、熱容量の小さなメタル触媒コンバータ５（本発明に
かかる触媒）が第１通路２の全面に亘って配置されてい
る。このメタル触媒コンバータ５は、耐熱鋼箔など薄い
耐熱金属をハニカム状に形成し、この耐熱金属に触媒金
属を担持させたもので、所定の温度（例えば３５０℃）
に達すると、担持された触媒が活性化して、排気ガス中
に含まれるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等の有害物質を低減させ
るものである。このメタル触媒コンバータ５の具体的な
構成は、図３に示すように、薄い耐熱金属を波形に形成
したコルゲートフィンを、薄い板状の耐熱金属で挟んだ
状態で積層し、第１通路２の通路断面形状に応じて半円
柱形状に形成したもので、耐熱金属には触媒金属が担持
させられている。また、第２通路３は、排気ガスがメタ
ル触媒コンバータ５を迂回するためのバイパス通路であ
る。

【００１２】分岐合流部４の排気ガスが合流する合流部
４ａ（この合流部４ａはメタル触媒コンバータ５より下
流である）には、排気ガスの流れる通路を、第１通路２
または第２通路３に切り替える切替手段が設けられてい
る。本実施例の切替手段は、第１通路２の下流、または
第２通路３の下流の一方を塞ぐバルブ６と、このバルブ
６を駆動する負圧アクチュエータ７とからなる。この負
圧アクチュエータ７は、エンジンの吸気管８内で発生す
る負圧と大気とが切り替えて与えられることによってバ
ルブ６を駆動するアクチュエータである。この負圧アク
チュエータ７には、バキュームスイッチングバルブ９が
接続されており、このバキュームスイッチングバルブ９
によって、負圧アクチュエータ７に負圧あるいは大気が
切り替えて与えられる。このバキュームスイッチングバ
ルブ９は、後述するエンジンコントロールユニット（Ｅ
ＣＵ）１０によって制御される。

【００１３】バルブ６より下流の排気ガス通路１内に
は、熱容量の大きな主触媒コンバータ１１が排気ガス通
路１の全面に亘って配置されている。この主触媒コンバ
ータ１１は、図４に示すもので、ハニカム状の円柱体に
焼結されたセラミックの表面に、触媒金属を担持させた
もので、所定の温度（例えば３５０℃）に達すると、担
持された触媒が活性化して、排気ガス中に含まれるＣ
Ｏ、ＨＣ、ＮＯｘ等の有害物質を低減させるものであ
る。そして、主触媒コンバータ１１を通過した排気ガス
は、排気ガス通路１を通って大気中に放出される。

【００１４】バキュームスイッチングバルブ９を制御す
るエンジンコントロールユニット１０は、本発明にかか
る制御回路で、間接的にメタル触媒コンバータ５の上流
の温度を検出する排ガス検知手段を備える。本実施例の
排ガス検知手段は、エンジンの燃焼状態を検出すること
によって、メタル触媒コンバータ５の上流の温度を検出
するものである。具体的には、本実施例の排ガス検知手
段は、エンジンコントロールユニット１０自体が制御す
るエンジンへの燃料の供給状態を検知することによっ
て、エンジンに燃料が供給されている状態（つまり燃料
が燃焼してメタル触媒コンバータ５の上流の温度が高い
状態）か、燃料がカットされている状態（つまり燃料の
燃焼が停止してメタル触媒コンバータ５の上流の温度が
低い状態）かを検知するものである。

【００１５】そして、エンジンコントロールユニット１
０は、間接的に検出したメタル触媒コンバータ５の上流
の温度（エンジンの燃料の供給状態）に基づき、第１通
路２および第２通路３の切替状態を変化させるべく、バ
キュームスイッチングバルブ９へ、負圧と大気の切替信
号を与える制御を行う。この切替信号をバキュームスイ
ッチングバルブ９へ与える制御作動を、図５のフローチ
ャートを用いて説明する。なお、本実施例の切替信号
は、ON−OFF 信号で、バキュームスイッチングバルブ９
にON信号が与えられると、バキュームスイッチングバル
ブ９へ大気が与えられ、バルブ６が第１通路２を閉じ、
第２通路３を開く（図２参照）。逆に、バキュームスイ
ッチングバルブ９にOFF 信号が与えられると、バキュー
ムスイッチングバルブ９へ負圧が与えられ、バルブ６が
第１通路２を開き、第２通路３を閉じる（図１参照）。

【００１６】エンジンが始動されると（スタート）、ま
ずバキュームスイッチングバルブ９へOFF 信号を与える
（ステップＳ1 ）。次に、燃料カットが行われたか否か
の判断を行う（ステップＳ2 ）。この判断結果がNOの場
合は、ステップＳ2 へ戻る。判断結果がYES の場合は、
バキュームスイッチングバルブ９へON信号を与える（ス
テップＳ3 ）。次に、燃料カットが停止し、燃料供給が
復帰したか否かの判断を行う（ステップＳ4 ）。この判
断結果がNOの場合は、YES になるまでステップＳ4 を繰
り返す。ステップＳ4 の判断結果がYES の場合は、バキ
ュームスイッチングバルブ９へOFF 信号を与え（ステッ
プＳ5 ）、ステップＳ2 へ戻る。

【００１７】〔第１実施例の作動〕次に、上記実施例の
作動を説明する。エンジンが始動すると、エンジンコン
トロールユニット１０は、バキュームスイッチングバル
ブ９にOFF 信号を与え、バルブ６によって第１通路２を
開き、第２通路３を閉じる（図１参照）。エンジンをコ
ールドスタートした直後で、エンジンの回転数が低い時
（例えば１８００ｒｐｍより低い場合）は、スロットル
が解除（アイドル信号ON）されている場合であっても、
燃料カットは行わない。このため、燃料の燃焼によって
高温となった排気ガスが、第１通路２に導かれ、熱容量
の小さなメタル触媒コンバータ５を早期に活性化する。
これによって、エンジン始動後、早い時間内に、メタル
触媒コンバータ５が、第１通路２を通過する排気ガスの
浄化を行う。そして、この時発生する浄化反応熱が、下
流の主触媒コンバータ１１に導かれ、熱容量の大きな主
触媒コンバータ１１の昇温を促進する。

【００１８】暖気運転中であっても、エンジンの燃料カ
ット条件（例えば、エンジンの回転数が１８００ｒｐｍ
以上で、スロットルが解除されている場合、但し、冷却
水温が低い場合は燃料カット条件が変えられる）が成立
すると、エンジンの燃料カットを行うとともに、バキュ
ームスイッチングバルブ９にON信号を与え、バルブ６に
よって第１通路２を閉じ、第２通路３を開く（図２参
照）。燃料カットが行われると、燃料の燃焼が行われな
いため、温度の低い排気ガスが排気ガス通路１に流れ
る。この低温となった排気ガスは、第２通路３を通過す
るため、メタル触媒コンバータ５が、低温の排気ガスに
よって冷却されるのが防がれるとともに、排気ガスの熱
がメタル触媒コンバータ５へ与えられる。そして、第２
通路３を通過した排気ガスは、下流の主触媒コンバータ
１１に導かれる。この燃料カット時は、吸気マニホール
ドの内壁や燃焼シリンダ壁などに付着していた非燃焼の
燃料が排気ガス中に含まれるが、主触媒コンバータ１１
が活性化している場合は、排気ガス中に含まれる非燃焼
の燃料が主触媒コンバータ１１で浄化される。

【００１９】燃料噴射条件（例えば、エンジンの回転数
が１４００ｒｐｍ以下に低下した場合）が成立すると、
エンジンに燃料の供給を行うとともに、バキュームスイ
ッチングバルブ９にOFF 信号を与え、バルブ６によって
第１通路２を開き、第２通路３を閉じる（図１参照）。
この時、第１通路２のメタル触媒コンバータ５は、活性
化温度に保たれているため、排気ガスが流れる通路が第
２通路３から第１通路２へ切り替えられた直後から、第
１通路２を通過する排気ガスを浄化することができる。

【００２０】〔第１実施例の効果〕本実施例では、上記
の作用で示したように、エンジンをコールドスタートし
た直後、排気ガスの熱が従来のようにメタル触媒コンバ
ータ５の上流のバルブによって奪われることなく、メタ
ル触媒コンバータ５に与えられる。このため、熱容量の
小さなメタル触媒コンバータ５が、従来に比較して急速
に高温の排気ガスに加熱されて活性化し、始動後早い時
期から排気ガスの浄化を行うことができる。そして、エ
ンジンの暖気中に燃料カットが行われて、排気ガスの温
度が低下した場合、低温の排気ガスは第２通路３を通っ
てメタル触媒コンバータ５を迂回し、メタル触媒コンバ
ータ５の温度が高い温度に保たれる。このため、再びエ
ンジンに燃料の供給が行われて、排気ガスの温度が上昇
し、排気ガスの流れる通路が第２通路３から第１通路２
に切り替わった際、高い温度に保たれたメタル触媒コン
バータ５によって、素早く排気ガスを浄化することがで
きる。

【００２１】〔第２実施例〕図６および図７は第２実施
例を示すもので、図６は排気ガス浄化装置の概略構成図
を示す。本実施例は、メタル触媒コンバータ５の上流の
温度を、直接、分岐合流部４の上流を流れる排気ガスの
温度を検出することで検出するもので、分岐合流部４の
上流の排気ガス通路１には、排気ガスの温度を検出する
温度センサ２０（本発明の排ガス検知手段）が設けられ
ている。

【００２２】そして、エンジンコントロールユニット１
０は、温度センサ２０の検出する温度に基づき、バキュ
ームスイッチングバルブ９へ制御信号を与え、第１通路
２および第２通路３の切替状態を変化させる。この切替
信号をバキュームスイッチングバルブ９へ与える制御作
動を、図７のフローチャートを用いて説明する。

【００２３】エンジンが始動されると（スタート）、ま
ずバキュームスイッチングバルブ９へOFF 信号を与える
（ステップＳ11）。次に、エンジンが始動してから所定
時間（例えば２０秒間）経過したか否かの判断を行う
（ステップＳ12）。この判断結果がNOの場合は、YES に
なるまでステップＳ12を繰り返す。ステップＳ12の判断
結果がYES の場合は、排気ガスの温度が第１設定温度
（例えば３００℃）以下であるか否かの判断を行う（ス
テップＳ13）。この判断結果がNOの場合は、ステップＳ
13へ戻る。ステップＳ13の判断結果がYES の場合は、バ
キュームスイッチングバルブ９へON信号を与える（ステ
ップＳ14）。次に、排気ガスの温度が第２設定温度（例
えば３５０℃）以上であるか否かの判断を行う（ステッ
プＳ15）。この判断結果がNOの場合は、YES になるまで
ステップＳ15を繰り返す。ステップＳ15の判断結果がYE
S の場合は、バキュームスイッチングバルブ９へOFF 信
号を与え（ステップＳ16）、ステップＳ13へ戻る。この
制御作動によっても、上記第１実施例と同じ効果を得る
ことができる。

【００２４】〔変形例〕上記の実施例では、第２通路に
は触媒を配置しなかったが、第２通路にも熱容量の小さ
な触媒を配置しても良い。これによって、排気ガスの流
れが第１通路から第２通路に切り替わった際に、切替前
に第２通路の触媒に与えられた熱によって第２通路内の
触媒が活性化している場合、切替初期に第２通路を通過
する排気ガスを浄化することができる。切替手段の下流
に主触媒コンバータを１つ配置した例を示したが、２つ
以上配置しても良い。また、ガスや液体燃料の燃焼装置
などに用いる場合や、ゴミの焼却装置に用いられる場合
等、排気ガスの状態に応じて、切替手段の下流の主触媒
コンバータを無くしても良い。

【００２５】切替手段の一例として、第１通路と第２通
路とを１つのバルブによって切り替える例を示したが、
それぞれの通路にバルブを設けて切り替えても良い。な
お、この場合、第１通路の開閉を行うバルブは触媒の下
流に配される。バルブを駆動するアクチュエータの一例
として負圧アクチュエータを例に示したが、電動モータ
や油圧アクチュエータなど、他のアクチュエータを用い
ても良い。エンジンの制御を行うエンジンコントロール
ユニットによって、切替手段を制御した例を示したが、
切替手段を制御する制御回路を独立して設けたり、他の
制御ユニットを利用して用いても良い。

【００２６】触媒の上流の排気ガスの温度を、間接的に
検出する手段として、エンジンへの燃料の供給および燃
料カットを検出する例を示したが、空燃比（エンジンに
与える空燃比を検知しても良いし、排気ガス中の空燃比
を検出しても良い）、触媒の温度、触媒下流における排
気ガスの温度など、他の手段によって触媒の上流の排気
ガスの温度を間接的に検出しても良い。エンジンへの燃
料の供給および燃料カットを検出した際に、切替手段を
操作した例を示したが、検出後、遅延してから切替手段
を操作しても良い。この場合、一定時間遅延させても良
いし、運転条件（例えばエンジン回転数）に応じて遅延
時間を変えても良い。

【００２７】第１通路または第２通路の何方か一方を塞
ぐ例を示したが、両方を同時に開いても良い。その場
合、排ガス検知手段の検出する排気ガス温度に応じて、
開度を変化させても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】排気ガス温度が高い状態における排気ガス浄化
装置の概略構成図である（第１実施例）。

【図２】排気ガス温度が低い状態における排気ガス浄化
装置の概略構成図である（第１実施例）。

【図３】メタル触媒コンバータの斜視図である（第１実
施例）。

【図４】主触媒コンバータの斜視図である（第１実施
例）。

【図５】エンジンコントロールユニットの作動を示すフ
ローチャートである（第１実施例）。

【図６】排気ガス浄化装置の概略構成図である（第２実
施例）。

【図７】エンジンコントロールユニットの作動を示すフ
ローチャートである（第２実施例）。

【符号の説明】

１ 排気ガス通路 ２ 第１通路 ３ 第２通路 ４ 分岐合流部 ５ メタル触媒コンバータ（触媒） ６ バルブ（切替手段） ９ バキュームスイッチングバルブ １０ エンジンコントロールユニット（制御回路）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）燃焼ガスが通過する排気ガス通路
   と、 （ｂ）この排気ガス通路に設けられ、排気ガス通路を流
   れる排気ガスを第１通路と第２通路に分岐するととも
   に、前記第１通路と前記第２通路を合流させる分岐合流
   部と、 （ｃ）前記第１通路内に配置され、この第１通路を通過
   する排気ガスを浄化する触媒と、 （ｄ）少なくとも前記触媒の下流に設けられ、排気ガス
   の流れる通路を、前記第１通路または前記第２通路に切
   り替え可能な切替手段と、 （ｅ）前記触媒の上流における排気ガスの温度を直接ま
   たは間接的に検出する排ガス検知手段を備え、 この排ガス検知手段の検知する温度に基づき、前記切替
   手段による前記第１通路および前記第２通路の切替状態
   を変化させる制御回路とを備える排気ガス浄化装置。