JPH11141331A - ターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 迂回排気通路路に設けられたプリ触媒の排気
ガスによる昇温をより迅速なものとし、かつそのプリ触
媒の設置位置をよりエンジンの排気ポートに近付けるこ
とのできる排気ガス浄化装置を得ること。 【解決手段】 迂回排気通路（１８、５４）の管の内径
が主排気通路１２の管の内径の１／３から１／２の大き
さに設定され、主排気通路１２にはこの主排気通路のみ
を開閉する主排気通路開閉手段（２２、２４、５２）が
設けられている。これにより、主排気通路開閉手段を閉
状態とした場合には、迂回した迂回排気通路を通って排
気ガスが排出されるが、迂回排気通路（１８、５４）の
上記絞られた内径によって、排気ガスの流速が速めら
れ、これによりプリ触媒の昇温活性化はより迅速に行わ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はターボチャージャ付
エンジンの排気ガス浄化装置、特に主排気通路に対しこ
れを迂回する迂回排気通路を有する排気ガス浄化装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両等に搭載されるエンジンの排気装置
には、一般に、エンジンから排出される排気ガスを浄化
するための触媒が装着されている。触媒としては、白
金、ロジウム、パラジウムの３種の触媒物質を使用した
三元触媒がよく用いられる。構造としては、これら３種
の触媒物質を直径２〜４mmのアルミナに付着させたペレ
ット型や、格子状に形成したアルミナに付着させたモノ
リス型があり、いずれの型もこれら触媒に排気ガスを通
過させることで、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ濃度
を低減させている。

【０００３】上述の触媒は、触媒物質の性質上、所定の
温度に達して、はじめて所期の機能を発揮する。このた
め、冷始動時、すなわちエンジンが冷えた状態での始動
時には、機能が低下していて、排気ガスを十分に浄化す
ることができない。

【０００４】従って、触媒をできるだけ早く昇温活性化
させることにより、冷始動時においても常に良好な排気
ガス浄化機能を奏するようにする技術が種々提案されて
いる。

【０００５】例えば、実開昭６１−１８４８１２号公報
に開示された「ターボチャージャ付内燃機関の排気浄化
装置」や特開平５−３２１６４３号公報「ターボ過給気
付エンジンの排気装置」などの公報に開示された装置
は、本願の基本構成と同様にターボチャージャのタービ
ン上流側で分岐した迂回通路を設け、この迂回通路途中
に排気ガス浄化用の触媒を設置している。

【０００６】これにより、エンジンから排出された排気
ガスの温度の高い状態、すなわちできるだけエンジンの
排気ポートに近い位置に触媒を置くことにより、触媒の
昇温による活性化をできるだけ早く行うようにしてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の種々の装置では、主排気通路と迂回排気通路の各排
気通路の管の内径については、特にその大小関係を配慮
した技術は開示されておらず、管の内径の調整により排
気ガスの流速を調整することは行われていない。

【０００８】また、ターボチャージャを迂回することに
より、ターボチャージャの部分での熱吸収を回避するこ
とができるが、その迂回排気通路に設けられたプリ触媒
の上流側には常にその迂回排気通路を開閉するためのバ
ルブなどの開閉手段が設置されている。従って、このバ
ルブによる熱吸収を避けることができず、またそのバル
ブを上流側に設けるためのスペースの分だけはエンジン
から遠ざかった位置に触媒を設けざるを得ない構成がと
られていた。

【０００９】本願発明は、上記従来技術に鑑みてなされ
たものであり、その目的は迂回排気通路に設けられたプ
リ触媒の排気ガスによる昇温をより迅速なものとしかつ
そのプリ触媒の設置位置をよりエンジンの排気ポートに
近付けることのできるターボチャージャ付エンジンの排
気ガス浄化装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係るターボチ
ャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置によれば、前記
迂回排気通路の管の内径が前記主排気通路の管の内径の
１／３から１／２の大きさに設定され、前記主排気通路
にはこの主排気通路を開閉する主排気通路開閉手段が設
けられている。

【００１１】これにより、主排気通路開閉手段を閉状態
とした場合には、ターボチャージャを迂回した迂回排気
通路を通って排気ガスが排出される。ここで、迂回排気
通路の管の内径は、上述のように主排気通路の１／３か
ら１／２とされているので、排気ガスの流速は内径が小
さくされた分だけ速められ、これによりプリ触媒の昇温
はより迅速に行われる。また、前記主排気通路を開状態
とした場合、管の内径の差からほとんどの排気ガスは、
主排気通路側を通過するので特にターボチャージャの機
能上の問題は生じない。

【００１２】また、プリ触媒は、その上流側にバルブな
どの他の部材を設置する必要がないので、よりエンジン
の排気ポートに近い位置に配置することができ、より高
温の排気ガスの通過を確保することができ、このことか
らも迅速なプリ触媒の昇温活性化が図られる。

【００１３】請求項２に係るターボチャージャ付エンジ
ンの排気ガス浄化装置は、前記主排気通路には、前記タ
ーボチャージャの上流側に主排気通路開閉手段が設けら
れ、迂回排気通路はターボチャージャの上流側で前記主
排気通路開閉手段のみを迂回するように主排気通路に設
けられ、その途中にはプリ触媒が設けられている。そし
て、迂回排気通路の管の内径は前記主排気通路の管の内
径の１／３から１／２の大きさに設定されている。

【００１４】これにより、請求項１の発明と同様に、主
排気通路開閉手段を閉状態とした場合には、管の内径が
小さいことによる排気ガスの流速の向上によりプリ触媒
のより迅速な昇温が可能となっている。また、本発明の
場合、迂回排気通路のみを利用している場合でもターボ
チャージャの作動が可能であり、更にその場合、排圧の
上昇によってバルブ・オーバーラップの大きいハイパワ
ーエンジンの未燃焼排気ガスの吹き抜け量が減り、これ
によりベース排ガスの低減並びに低速トルク及び燃費の
向上が図られる。

【００１５】請求項３に係るターボチャージャ付エンジ
ンの排気ガス浄化装置は、主触媒が活性化していない前
記エンジンの低温始動時、例えば始動時には前記主排気
通路開閉手段を閉状態とし、それ以外の場合には開状態
とするように前記主排気通路開閉手段の制御を行う制御
部を備えている。

【００１６】これにより、主触媒の昇温が十分になされ
ていない冷始動時などには、プリ触媒を備えた迂回排気
通路のみを用いて排気が行われる。したがって、低温始
動時には小さい管径により流速の速められた排気ガスに
より迅速に昇温されるプリ触媒が有効に排気ガス浄化機
能を奏することができる。なお、迂回排気通路がターボ
チャージャを迂回する場合（請求項１の構成の場合）に
は、迂回排気通路のみが用いられるときにはターボチャ
ージャは作動しないが、このような低温の始動動作時に
は特にその機能は必要ないと考えられるので問題はな
い。

【００１７】請求項４に係るターボチャージャ付エンジ
ンの排気ガス浄化装置は、前記迂回排気通路にこれを開
閉する迂回排気通路開閉手段が前記プリ触媒の下流側に
設けられ、前記制御部が前記主排気通路開閉手段を開状
態とした時には前記迂回通路開閉手段を閉状態とするよ
うに制御するようにしている。

【００１８】これにより、迂回排気通路を利用する必要
のない状況の場合、すなわち主触媒が十分に昇温活性化
された状態にあり、排気ガス浄化機能を的確に奏し得る
ような場合には迂回排気通路を遮断して、主排気通路の
みを用いるようにすることができる。また、そのための
迂回排気通路開閉手段がプリ触媒の下流側に設けられて
いることから、迂回排気通路を利用している場合におい
て排気ガスの熱が、プリ触媒を通過する前に開閉手段に
よって吸収されることを回避することができる。

【００１９】また、上記のようにプリ触媒の上流側に開
閉手段が存在しないので、プリ触媒の配置位置は、エン
ジンの排気ポート側により近付けた構成をとることがで
き、プリ触媒の昇温の迅速化も維持される。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係
る排気ガス浄化装置を備えたターボチャージャ付きエン
ジンの説明図であり、エンジン本体１０の排気ポートに
連通した排気系として、主排気通路１２が設けられてい
る。

【００２１】この主排気通路１２には、ターボチャージ
ャ１４が設けられ、更にその下流側には主触媒１６が設
置されている。そして、この主排気通路１２には、ター
ボチャージャ１４を迂回して迂回排気通路１８が設けら
れている。この迂回排気通路１８には途中位置にプリ触
媒２０が設置されている。

【００２２】また、図示のように、各通路には、それら
を開閉するための開閉手段として、その下流側合流位置
にバルブ２２が設けられている。このバルブ２２は、主
排気通路１２側の開閉と迂回排気通路１８側の開閉の双
方を行うことのできる複数方向バルブが用いられてい
る。このようなバルブ２２の代わりに、図上破線で示し
たようなバルブ２４、２６をそれぞれの通路途中に装着
しても良い。なお、主触媒の近傍にはその温度ＴＣａを
検知するための主触媒温度センサ（図示せず）が設置さ
れている。

【００２３】図２は、上記図１の構成にについての配管
構成の例を示す説明図であり、図１と同様の要素には同
一の符号を付している。図示のように、エンジン本体１
０からは、２つのシリンダグループからそれぞれ排気管
１１−１、１１−２が伸長しており、それら排気管の合
流部分からはターボチャージャ１４のタービン１５を通
り、更にバルブ２２から主触媒１６を経てさらに図示し
ていないマフラなどから大気開放される主排気通路１２
が設けられている。

【００２４】そして、この主排気通路１２に対しターボ
チャージャ１４を迂回する形で迂回排気通路１８が設け
られている。すなわち、迂回排気通路１８は排気管１１
−１及び１１−２の合流部分の下流側から主排気通路１
２のタービン１５の下流側で主触媒１６の上流側位置ま
での間で連結されている。

【００２５】なお、エンジン本体１０の吸気系は、外気
を取り入れる開口部３０の下流側にエアークリナ３２が
設けられ、更にターボチャージャ１４のコンプレッサ３
４を経てコンプレッサ３４からの過給気を冷却するため
のインタークーラ３６を通過するように構成されてお
り、インタークーラ３６はスロットルバルブ３８を備え
たスロットルボディ４０及び吸気マニホールド４２に連
続している。

【００２６】なお、図示していないが、上記構成の他に
スロットルバルブ３８の開度を検知するスロットルセン
サ、エンジン水温を検知する水温センサ、吸入空気量を
検知するエアフローメータ、エンジン回転数を検知する
クランク角センサ等がそれぞれ所定箇所に設けられてい
る。

【００２７】そして、これらセンサからの信号は制御部
であるＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）５０に
供給される。また、エンジンコントロールユニット５０
はバルブ２２の開閉制御を行う。

【００２８】上記構成において、特徴的なことは、主排
気通路１２と迂回排気通路１８の管の内径の大きさであ
り、本実施の形態では迂回排気通路１８は主排気通路１
２の１／２の内径とされている。迂回排気通路１８をこ
のような小さな内径とすることにより、そこを通る排気
ガスの流速が速められ、これによりプリ触媒２０の昇温
がより短時間で行われる。また、図示のようにプリ触媒
２０の上流にはバルブ等の部材は存在しないので、プリ
触媒２０をよりエンジン本体１０に近い排気系位置に配
置することができる。

【００２９】次に、図３は、他の実施の形態を示してお
り、上記実施の形態についての要素と同一の要素には同
一の符号を付している。この実施の形態の特徴的事項
は、主排気通路１２のターボチャージャ１４よりも上流
側にバルブ５２が設けられ、このバルブ５２のみを迂回
するように迂回排気通路５４を設けられていることであ
り、また、この迂回排気通路５４には、同様にプリ触媒
２０が設けられている。

【００３０】そして、上記実施の形態と同様に、迂回排
気通路５４の内径は、主排気経路１２の１／３から１／
２の大きさに設定される。これにより、上述のような排
気ガスの流速向上を達成することができる。また、図か
ら理解されるように本実施の形態では、ターボチャージ
ャ１４はバルブ５２の開閉状態の如何にかかわらず作動
するようになっている。

【００３１】図４は、迂回排気通路の管の内径と触媒活
性化時間の関係を示している。図にいおいて、縦軸は触
媒温度℃を、横軸は時間ｔをそれぞれ示している。グラ
フから理解されるように、主排気通路１２の内径が５０
ｍｍであるのに対して、迂回排気通路も内径を５０ｍｍ
にした場合がライン（イ）、１／２の２５ｍｍにした場
合がライン（ロ）、１６．６ｍｍにした場合がライン
（ハ）でそれぞれ示されている。

【００３２】このように、触媒活性化温度３００℃であ
る時に、これに達する時間は、５０ｍｍの場合が約１０
０ｓｅｃ、２５ｍｍの場合が約６０ｓｅｃ、１６．６ｍ
ｍの場合が約４０ｓｅｃである。このように、管の内径
を小さくして排気ガスの流速を高めることにより触媒活
性化時間の短縮が図られていることが理解される。

【００３３】次に、上記実施の形態の構成による実際の
動作について、図５のフローチャートに基づいて説明す
る。まず、ステップ（以下、単に「Ｓ」と言う）１０１
において、吸入空気量、エンジン回転数の読込みがＥＣ
Ｕ５０によって行われる。このデータは、上述のように
エアフローメータ、スロットルセンサ、クランク角セン
サ等から読取られる。

【００３４】そして、Ｓ１０２において、上記各センサ
ーからの信号を読み込んだＥＣＵ５０はエンジン負荷
（例えば、吸入空気量とスロットル開度から得られる）
が所定値以下で、かつエンジン回転数が所定値（例え
ば、１５００〜２０００ｒｐｍ）以下であるか否か、す
なわち図６に示した領域Ａ内であるか否かの判断が行わ
れる。

【００３５】そして、領域内である場合（ＹＥＳの場
合）、Ｓ１０３において主触媒温度ＴＣａの読み込みが
ＥＣＵ５０により行われ、Ｓ１０４において主触媒温度
ＴＣａがが３００℃以下であるか否かの判断がなされ
る。すなわち、所定の活性化温度を基準値として設定
し、それに達しているか否かを判断するものである。

【００３６】３００℃以下である場合（ＹＥＳの場
合）、Ｓ１０５において、ＥＣＵ４４は主排気通路開閉
手段（バルブ２４、５２）を閉状態とし、迂回排気通路
開閉手段（バルブ２６）を開状態とするように開閉制御
を行う（複数方向バルブ２２が用いられる場合は、その
開閉調整が行われる）。すなわち、主触媒１６が十分に
活性化されておらず、かつターボチャージャ１４の過給
作用を必要としないような場合に、迂回排気通路を用い
プリ触媒２０を迅速に昇温活性化して、始動時等の排気
ガス浄化の的確化を図るものである。

【００３７】また、Ｓ１０２又はＳ１０４において、領
域Ａ内でないと判断され（図６の領域Ｂと判断された場
合）又は主触媒温度ＴＣａが３００℃以下でないと判断
された場合（ＮＯの場合）、すなわち主触媒１６が既に
活性化している状態にあるか、或いはターボチャージャ
１４を機能させる必要の有る場合には、Ｓ１０６にてＥ
ＣＵ５０は主排気通路開閉手段（バルブ２４、５２）を
開状態とし、迂回排気通路開閉手段（２６）を閉状態と
するようにバルブの開閉制御を行う。

【００３８】ここで、図３の実施の形態の場合には、迂
回排気通路５４は常に開状態であり、またターボチャー
ジャ１４の上流側で連結されているので、主排気通路１
２の開閉状態の如何にかかわらず、ターボチャージャ１
４が作動するが、迂回排気通路５４のみが開状態にある
場合には、排圧の上昇によってバルブ・オーバーラップ
の大きいハイパワーエンジンの未燃焼排気ガスの吹き抜
け量が減り、これによりベース排ガスの低減並びに低速
トルク及び燃費の向上が図られるという作用も奏する。

【００３９】本発明は上記各実施の形態の構成に限定さ
れるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形が
可能である。例えば、迂回排気通路の管の内径は、良い
結果の得られた１／３から１／２の間で選択的に設定す
ることができる。

【００４０】上記各実施の形態では、プリ触媒の早期昇
温のための迂回排気通路を過給圧コントロール用の通路
と共通通路としたことにより、迂回通路及びバルブを増
加させることなくプリ触媒早期活性化手段を得ることが
可能となっている。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るター
ボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置によれば、
ターボチャージャを迂回する迂回排気通路を通る排気ガ
スの流速を高めることにより、迂回排気通路に設けられ
たプリ触媒をより迅速に昇温させて活性化することがで
きエンジンの冷始動時などにおける排気ガス浄化装置の
機能の向上が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す構成説明図である。

【図２】図１の実施の形態に基づく具体的な配管構成図
である。

【図３】他の実施の形態の構成説明図である。

【図４】迂回排気通路の管の内径と触媒活性化時間の関
係を示すグラフである。

【図５】実施の形態の動作を示すフローチャートであ
る。

【図６】排気通路の使い分け領域を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ エンジン本体 １２ 主排気通路 １４ ターボチャージャ １６ 主触媒 １８ 迂回排気通路 ２０ プリ触媒 ２２ 複数方向バルブ ５０ ＥＣＵ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの排気ポートからターボチャー
   ジャを経由し更に主触媒を経て外気と連通する主排気通
   路と、該主排気通路に前記ターボチャージャを迂回して
   設けられ途中にプリ触媒の設けられた迂回排気通路と、
   を備えたターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装
   置において、 前記迂回排気通路の管の内径が前記主排気通路の管の内
   径の１／３から１／２の大きさに設定され、 前記主排気通路には主排気通路を開閉する主排気通路開
   閉手段が設けられたことを特徴とするターボチャージャ
   付エンジンの排気ガス浄化装置。
2. 【請求項２】 エンジンの排気ポートからターボチャー
   ジャを経由し更に主触媒を経て外気へ開放される主排気
   通路を備えたターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄
   化装置において、 前記主排気通路にはこれを開閉する主排気通路開閉手段
   が前記ターボチャージャの上流側に設けられ、 前記主排気通路には前記ターボチャージャの上流側で前
   記主排気通路開閉手段のみを迂回し途中にプリ触媒の設
   けられた迂回排気通路が設けられ、 該迂回排気通路の管の内径が前記主排気通路の管の内径
   の１／３から１／２の大きさに設定されことを特徴とす
   るターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置。
3. 【請求項３】 前記主触媒が活性化していない前記エン
   ジンの始動時には前記主排気通路開閉手段を閉状態と
   し、それ以外の場合には開状態とするように前記主排気
   通路開閉手段の制御を行う制御部を備えたことを特徴と
   する請求項１又は２の何れかに記載のターボチャージャ
   付エンジンの排気ガス浄化装置。
4. 【請求項４】 前記迂回排気通路にはこれを開閉する迂
   回排気通路開閉手段が前記プリ触媒の下流側に設けら
   れ、前記制御部は前記主排気通路開閉手段を開状態とし
   た時には前記迂回通路開閉手段を閉状態とするように制
   御することを特徴とする請求項３に記載のターボチャー
   ジャ付ンジンの排気ガス浄化装置。