JPH108943A - 排気系冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動装置を用いることなく触媒コンバータを
冷却することが可能な排気系冷却装置を提供する。 【解決手段】 内燃機関１から排出される排気ガスによ
りターボチャージャ１０の排気タービン１１を回転さ
せ、その排気タービン１１により駆動されるコンプレッ
サ１２によって吸入した冷却空気を冷却空気供給通路１
３を経て触媒コンバータ６に供給するように構成する。
冷却空気供給通路１３には、排気通路３に設けた排気温
センサ１６の検出値に基づいて開閉作動される切換バル
ブ１５を設け、触媒コンバータ６の冷却が必要な排気温
度の高温時にのみ、冷却空気供給通路１３を開いて冷却
空気を触媒コンバータ６に供給して冷却するようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関の排気
系に設けられる触媒コンバータを冷却するための排気系
冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用内燃機関の排気系には、
排気ガスの清浄化のために触媒コンバータが設けられて
いる。ところが、触媒コンバータは特定の温度領域では
活性であるが、その活性温度領域を越えた高温状態にな
ると、未燃焼ガス中の硫黄分が酸化して硫化物が生成す
るという不具合を生ずる。

【０００３】そのため、上記の不具合を解決するため
に、触媒コンバータに冷却空気を供給するようにした排
気系冷却装置が提案されており、このような排気系冷却
装置としては、例えば特開平４−３６５９１８号公報が
ある。この公報に記載の排気系冷却装置は、触媒コンバ
ータの上流にエアポンプの空気管路を接続する一方、触
媒コンバータの入口に排気温センサを設け、その排気温
センサの検出値に基づいて電子制御装置が冷却を行うべ
き状態と判断したときに、エアポンプを駆動して冷却空
気を触媒コンバータに供給することにより触媒コンバー
タの高温化を防止するようにしたものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の排気系冷却装置においては、エアポンプを駆動して
冷却空気を触媒コンバータに供給する方式であるため、
エアポンプを駆動するための駆動装置が必要であった。

【０００５】本発明は、上述の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、駆動装置を用い
ることなく触媒コンバータを冷却することが可能な排気
系冷却装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次のように構成したものである。即ち、請
求項１の発明は、排気系冷却装置において、内燃機関か
ら排出される排気ガスにより駆動されるターボチャージ
ャを設け、そのターボチャージャにより吸入した空気を
触媒コンバータに冷却用空気として供給する構成とした
ことを特徴とする。

【０００７】上記のように構成された請求項１の発明に
よれば、内燃機関の運転時において、内燃機関から排出
される排気ガスのエネルギーによって排気タービンを回
転させてコンプレッサを駆動することにより触媒コンバ
ータに冷却用空気を供給し、その高温化を防止すること
ができる。また、排気温度は排気ガス量の多い高速域で
高くなるが、ターボチャージャも高速になるほど冷却用
空気の供給能力が高くなるため、内燃機関の運転状態に
応じた好適な冷却作用を得ることができる。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１記載の排気系
冷却装置において、排気温度を検出する排気温センサ
と、その排気温センサの検出値に基づいて前記吸入空気
の供給通路を開閉作動するバルブとを備えたことを特徴
とする。このような構成の請求項２の発明によると、触
媒コンバータの冷却が必要な排気温度の高温時には、冷
却用空気を触媒コンバータへ供給してその高温化を防止
できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。図１はこの実施の形態に
係る排気系冷却装置を示す説明図である。車両用の内燃
機関１は吸気系を構成する吸気通路２と、排気系を構成
する排気通路３とを備えている。吸気通路２の入口には
エアクリーナ４が設けられている。排気通路３の出口側
には排気音を消音するためのマフラー５が設けられ、マ
フラー５より上流側には排気ガスを浄化するための酸化
触媒又は三元触媒を内蔵した触媒コンバータ６が設けら
れている。

【００１０】この実施の形態では、内燃機関１の吸気に
ターボチャージャ７を用いた場合が示してある。吸気用
としての第１のターボチャージャ７は、排気タービン８
及び同軸上のコンプレッサ９からなり、排気通路３を流
れる排気ガスのエネルギーにより排気タービン８を回転
させてコンプレッサ９を駆動することにより吸気通路２
の吸気を圧縮し、内燃機関１に大気圧力以上の高密度の
吸気を供給する。

【００１１】また、上記の第１のターボチャージャ７の
他に、触媒冷却用としての第２のターボチャージャ１０
が設けられている。第２のターボチャージャ１０は第１
のターボチャージャ７の排気タービン８を通過後の排気
ガスにより回転される排気タービン１１と、その排気タ
ービン１１と同軸上に設けられたコンプレッサ１２とか
ら構成され、コンプレッサ１２により吸入された空気
（外気）を冷却空気供給通路１３を経て触媒コンバータ
６の入口側に冷却用空気として圧送するようになってい
る。

【００１２】また、冷却空気供給通路１３には、触媒コ
ンバータ６の冷却不要時に冷却用空気を大気に放出する
ための放出通路１４が接続されており、その放出通路１
４と冷却空気供給通路１３との分岐部には、空気の流れ
方向を切り換えるための切換バルブ１５が設けられてい
る。切換バルブ１５は例えば電磁操作式であって、触媒
コンバータ６の入口付近（排気通路３と冷却空気供給通
路１３との接続部よりも下流側）に設けられた排気温度
検出用の排気温センサ１６のオン・オフによって開閉作
動されるようになっている。

【００１３】即ち、この実施の形態では、排気温度を検
出する排気温センサ１６と、冷却空気供給通路１３を開
閉作動する切換バルブ１５とによって、触媒コンバータ
６に対して冷却用空気を供給するか否かを制御する制御
装置を構成している。

【００１４】この実施の形態に係る排気系冷却装置は、
上述のように構成したものであり、以下のように作用す
る。内燃機関１の運転時において、第１のターボチャー
ジャ７は内燃機関１から排出される排気ガスにより排気
タービン８を回転させ、同軸上のコンプレッサ９を駆動
することにより吸気通路２の吸気を圧縮して内燃機関１
に大気圧力以上の高密度の吸気を供給する。即ち、第１
のターボチャージャ７は通常の過給器として作動する。

【００１５】一方、第２のターボチャージャ１０は第１
のターボチャージャ７を通過後の排気ガスにより排気タ
ービン１１を回転させ、それと同軸のコンプレッサ１２
を駆動して入口から吸入した空気を冷却空気供給通路１
３へ冷却用空気として圧送する。このとき、触媒コンバ
ータ６の冷却が不要な運転状態、即ち、排気通路３内の
排気温度が予め設定された基準温度よりも低い状態であ
れば、排気温センサ１６がオフとなるため、切換バルブ
１５が冷却空気供給通路１３の出口側を閉じ、放出通路
１４を開放する側に切換作動される。従って、このとき
は、ターボチャージャ１０は空運転となる。

【００１６】排気通路３内の排気温度が基準温度よりも
高い状態、即ち、触媒コンバータ６の冷却を必要とする
運転状態であれば、排気温センサ１６がオンとなるた
め、切換バルブ１５が冷却空気供給通路１３の出口側を
開き、放出通路１４を閉じる側に切換作動される。その
ため、コンプレッサ１２にて圧送された冷却用空気が触
媒コンバータ６内に供給されてこれを冷却する。即ち、
この実施の形態に係る排気系冷却装置によれば、排気ガ
スのエネルギーを利用して触媒コンバータ６に冷却用空
気を供給することにより、触媒コンバータ６が活性温度
領域以上に高温化することを防止し、高温化による弊害
を解消することができる。

【００１７】なお、アイドル回転のような低負荷・低速
回転時には、排気ガス量が少なく従って排気温度が低い
が、高負荷・高速回転時には、排気ガス量が多いため、
排気温度も高くなる。一方、ターボチャージャ１０も内
燃機関１が高速で運転されるほど冷却用空気の供給能力
が大になるため、ターボチャージャ１０を利用した冷却
方式によれば、特別な制御方式を用いることなく内燃機
関の運転状態に応じた好適な冷却作用を得ることができ
る。

【００１８】次に、本発明の他の実施の形態を説明す
る。図２に示す実施の形態では、第２のターボチャージ
ャ１０から供給される冷却用空気を触媒コンバータ６内
に導入する代わりに、触媒コンバータ６のハウジングに
外側から吹きつけて冷却するようにしたものであり、そ
の他については前述の実施の形態と同様に構成される。
従ってこの実施の形態に係る排気系冷却装置によるとき
も前述の実施の形態と略同様の作用効果を得ることがで
きる。

【００１９】図３に示す実施の形態においては、排気系
に排気通路３から分岐されたバイパス通路１７が設けら
れ、そのバイパス通路１７に導入された排気ガスにより
第２のターボチャージャ１０の排気タービン１１が回転
される構成となっている。そして、バイパス通路１７の
入口には、排気ガスの流れ方向制御用の電磁式の切換バ
ルブ１８が設けられ、また冷却空気供給通路１３の出口
側には通路開閉用の電磁式バタフライバルブ１９が設け
られており、それら両バルブ１８，１９は排気温度検出
用の排気温センサ１６によって作動されるようになって
いる。従って、この実施の形態では、排気温センサ１
６、切換バルブ１７及びバタフライバルブ１８によっ
て、触媒コンバータ６に対して冷却用空気を供給するか
否かを制御する制御装置が構成されている。なお、その
他については前述の実施の形態と同様に構成される。

【００２０】従って、この実施の形態によるときは、排
気温センサ１６からの検出値に基づき、排気温度の低温
状態では、切換バルブ１８が排気通路３を開くとともに
バイパス通路１７の入口を閉じる側に切換作動され、ま
たバタフライバルブ１９が冷却空気供給通路１３を閉じ
るように切換作動される。そのため、このときは第２の
ターボチャージャ１０の運転が休止されるとともに、排
気ガスの冷却空気供給通路１３への逆流が防止される。

【００２１】一方、排気温度の高温状態では、切換バル
ブ１８が排気通路３を閉じるとともにバイパス通路１７
を開く側に切換作動され、またバタフライバルブ１９が
冷却空気供給通路１３を開くように作動される。従っ
て、このときはバイパス通路１７に導入された排気ガス
により排気タービン１２が回転され、コンプレッサ１２
が駆動される。そのため、コンプレッサ１２により吸入
された空気が冷却空気供給通路１３を経て触媒コンバー
タ６に冷却用空気として供給され、触媒コンバータ６を
冷却してその高温化を防止する。

【００２２】このように、図３に示す実施の形態では、
触媒コンバータ６の冷却が不要なときは、第２のターボ
チャージャ１０の運転を休止するため、内燃機関１の背
圧を不必要に高めることがなく、エネルギーロスが少な
いという点で有利となる。

【００２３】なお、図示はしないが、さらに他の実施の
形態として、冷却用のターボチャージャ１０におけるコ
ンプレッサ１１のみを、吸気用のターボチャージャ７と
同軸に配置することが可能である。この場合、冷却用の
コンプレッサが不要なときは、第１の実施の形態の如く
空転させたり又は電磁クラッチ等を用いて停止させたり
すればよい。

【００２４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
触媒コンバータに冷却空気を供給する手段として排気ガ
スのエネルギーにより作動されるターボチャージャを利
用したことにより、エアポンプにより圧送する方式の従
来に比較して特別の駆動装置が不要となる点で有利とな
る。また、ターボチャージャの場合は、触媒コンバータ
に対する冷却空気の供給量が、特別の制御を行わずとも
内燃機関の回転数に比例するため、一般に排気温度が機
関回転数に対応して高くなるという点を考慮すると、触
媒コンバータの冷却手段として好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る排気系冷却装置の説
明図である。

【図２】他の実施の形態に係る排気系冷却装置の説明図
である。

【図３】さらに他の実施の形態に係る排気系冷却装置の
説明図である。

【符号の説明】

１…内燃機関 ２…吸気通路 ３…排気通路 ６…触媒コンバータ １０…冷却空気供給用のターボチャージャ １３…冷却空気供給通路 １４…放出通路 １５…切換バルブ １６…排気温センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関から排気される排気ガスにより
   駆動されるターボチャージャを設け、そのターボチャー
   ジャにより吸入した空気を触媒コンバータに冷却用空気
   として供給する構成とした排気系冷却装置。
2. 【請求項２】 排気温度を検出する排気温センサと、そ
   の排気温度センサの検出値に基づいて前記冷却用空気の
   供給通路を開閉作動するバルブとを備えた請求項１記載
   の排気系冷却装置。