JP3923276B2 - Engine exhaust treatment method and apparatus - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の触媒を用いるエンジンの排気浄化方法およびその装置に係り、特にエンジンの始動直後、停車中のアイドリング時、渋滞時の低速走行時等の、エンジンの低負荷時に於ても排気の浄化を確実に行う事ができるようにするものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用エンジンの排気系統には、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン共に、排気ガスを処理するための触媒が備えられている。この触媒は高温時に活性化され浄化能力を備えるものであるため、エンジンの始動直後、停車中のアイドリング時、渋滞時の低速走行時等の、エンジンの低負荷時に於てはエンジン排気量が少なく、触媒と接触するまでの排気管内で冷却され、触媒を高温化することが出来ない。このように、エンジンの低負荷時には、触媒が低温のまま活性化されることがないため、触媒による処理が行われないまま排気ガスが外部に排出されるものとなっている。そのため、エンジンの始動直後、停車中のアイドリング時、渋滞時の低速走行時等の、エンジンの低負荷時に於ける排気の環境へ与える悪影響が極めて深刻なものとなっている。
【０００３】
まず、ガソリンエンジンでは、従来の高比出力エンジンの場合、長い２系統の排気管を備え、管内にて発生する気柱振動を利用して負圧を発生させることによって体積効率を高め高比出力としている。一方、この長い排気管内を流れる排気は外気によって冷却され、特に上述したエンジンの始動直後、停車中のアイドリング時、渋滞時の低速走行時等の、エンジンの低負荷時には外気によって冷却され、低速で流れる小流量の排気は冷却される。触媒は高温時に活性化され浄化能力を備えるものであるから、上述の如くエンジンの低負荷時には触媒を活性化させることができない。
【０００４】
また、ディーゼルエンジンでは燃焼改善による排気浄化には限界があり、２００５年以降の排気規制値に合格するには、ガソリンエンジン同様に触媒によって排気浄化をせざるを得ないのが現状である。また、２００５年以降の車輌用ディーゼルエンジンは、出力増加ばかりではなく、排気浄化の面からも排気系に触媒を採用する場合に於て、ターボチャージャーにより過給することが要求されている。
【０００５】
ターボチャージャーは、エンジン低負荷時の性能が劣化するので、それを償なう目的でエンジンの排気弁開弁時に発生するブローダウン、即ち正の圧力波によってターボチャージャーのタービンを駆動する動圧過給方法を採用するのが一般的である。そのために排気系統は、ガソリンエンジン同様に２系統に分割され、互いに他のシリンダーから圧力波によって排気干渉がないようにしている。また、ブローダウンエネルギーが消滅しないように、通常ターボチャージャーはエンジンの直近に附設され、ターボチャージャーの後流に触媒が設置されている。しかし、ターボチャージャーの熱容量は大きいばかりか冷却面積も大きく、排気がターボチャージャーによって冷却され、エンジンの低負荷時に於ては触媒が活性化されず、触媒が機能しないのが現状である。
【０００６】
特に、ディーゼルエンジンに於いては排気ガス中に混在する粒状物質の環境に与える影響が深刻なものとなり、環境基準を満たさないディーゼルエンジン車は２００５年より走行が禁止されるものとなる。このようなディーゼルエンジンの粒状物質を除去する濾過機構と触媒を備えた、連続再生式パティキュレート・トラップとＮＯｘを解離するＤｅＮＯｘ触媒が知られている。この連続再生式パティキュレート・トラップは、濾過機構で粒状物質を濾過し、この濾過した粒状物質を排気ガスで燃焼して除去することを繰り返す方式となっている。
【０００７】
即ち、この連続再生式パティキュレート・トラップは、粒状物質を２６０℃乃至４５０℃に於て酸化させてパティキュレートを燃焼させ、ＣＯ２として排出し、ＮＯｘは更にＤｅＮＯｘ触媒によりＮ２とＯ２とに解離して処理するものである。上記の連続再生式パティキュレート・トラップを採用するにあたって、先ず問題になるのは、連続再生式パティキュレート・トラップ入口の排気温度が２６０℃に達して、パティキュレートを燃焼させないと、濾過機構のフィルター内にはパティキュレートが蓄積される。そのため、エンジンの始動直後、停車中のアイドリング時、渋滞時の低速走行時等の、エンジンの低負荷時に於ては濾過したパティキュレートを、低温となった排気ガスでは燃焼除去することが出来ず、フイルターに目詰まりを生じる。その結果、排気の流れの抵抗を増大させ、背圧を高め、最終的にはエンジンの運転は不能となるばかりでなく装置を破損する原因となる。特に、日本の交通事情では、渋滞によるエンジンの低負荷時が多いため、目詰まりによる装置の破損を生じる可能性が極めて高いものである。
【０００８】
従来、触媒を用いて排気公害物質除去するに際して、触媒をエンジンから離れた位置に設置することは、ブローダウンエネルギーを利用することが可能となり、エンジンから高比出力を発生させることが可能である利点を有している。しかしながら、前述の如く、エンジンの始動直後、停車中のアイドリング時、渋滞時の低速走行時等のエンジンの低負荷時に於ては、エンジンから触媒までの長い排気管内に於て排気は冷却され、触媒を活性化することができず、排気公害物質を外部にそのまま排出することになっていた。
【０００９】
この事態を防止するため、触媒をエンジンに接近して設置することが考慮される。この、触媒をエンジンに接近して設置する発明としては、ガソリンエンジン用のものとして、特開２０００−２３０４１９号公報記載の発明、特開２０００−２３０４１８号公報記載の発明等が知られている。この従来発明は、触媒をエンジンに接近して設置するものではあるが、排気系の配管の中に、エンジンの高負荷時の大排気量に対応しうる容量の触媒を、主触媒とは別個に挿入配置したものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ブローダウンエネルギーを利用する排気系は配管が長くなるばかりか圧力波の干渉を避ける目的でエンジンのシリンダー群を通常は２つに分割する。そして、それぞれに長い排気管を必要としている。高温化し活性を高めるために触媒をエンジンに接近して設置することは、ブローダウンエネルギーを利用してエンジンの体積効率を高めることが不可能になり比出力を低下させるものとなる。また、エンジンに接近して排気管中に触媒を設置することは、エンジンの高出力時の大排気量を流通する場合、大きな流動抵抗を生じ、エンジンの比出力を低下させるものとなる。
【００１１】
また、エンジンの全出力時に対応しうる従来公知の大型の触媒を、エンジンに接近して設置しても、従来公知の触媒の熱容量は大きく、この触媒はエンジンの始動直後に短時間に高温化して活性化することはできない。この触媒が高温化し活性化されるまでの間に、公害物質を外部に排出し続ける結果となる。
【００１２】
また、ターボチャージャー過給エンジンの場合は、触媒をエンジンに接近して設置しても、ターボチャージャーの熱容量は大きく、また表面積も大きく、ターボチャージャーによって排気は冷却されるものとなる。エンジンの排気ポートとターボチャージャー間に触媒を設置することは、エンジンからターボチャージャーへのブローダウンエネルギーを消滅させ、結果としてターボラグを増大させるものとなる。このようなターボチャージャー過給エンジンは車輌用としての価値を失うものである。
【００１３】
本発明は上述の如き課題を解決しようとするものであって、従来の触媒による排気公害物質除去が不充分な現状に鑑みてなされたものである。その目的は、触媒を設置したことによりエンジンの比出力を低下させることがない。また、熱容量の小さな補助触媒をエンジンに接近して設置することにより長い配管の冷却による排気温度低下を防止する。そして同時に補助触媒の温度上昇時間を短縮し、エンジンの始動直後や、アイドリング時、渋滞時等のエンジンの低負荷時に於ても、補助触媒を活性化させるとともに、全負荷時に於ても有効に排気公害物質を除去することができる処理方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の如き課題を解決するため、有害物質を処理する排気処理用の主触媒を備えたエンジンに於いて、エンジンの低負荷時に於ける小排気流量時には、エンジンの排気ポートと主触媒との間の主排気通路に両端部を接続して設けた、小排気通路に排気流を流通し、この小排気通路に接続して設けた補助触媒と排気流とを接触して排気流の処理を行うと共に、エンジンの高負荷時に於ける排気流量の増大時には、排気流の全量を切換弁を介して主排気通路に流通させることにより主触媒と接触させて排気流の処理を行うと共に、この切換弁は、エンジンの排気ポートに接続する導入口を設けたケーシング内に、導入口と接続しエンジンの排気ポートからの排気流を流通させる本体通路を複数設け排気干渉を防止することを特徴とするものである。
【００１５】
また、上記方法の発明を具体化する発明は、有害物質を処理する排気処理用の主触媒を備えたエンジンに於いて、エンジンの排気ポートと主触媒との間の主排気通路に両端部を接続して設けた小排気通路と、エンジンの低負荷時に於ける小排気流量時には小排気通路側に排気流を流通させると共にエンジンの高負荷時に於ける排気流量の増大時には、主触媒に接続した主排気通路に排気流の全量を流通させると共に、エンジンの排気ポートに接続する導入口を設けたケーシング内に、導入口と接続しエンジンの排気ポートからの排気流を流通させる本体通路を複数設け排気干渉を防止する切換弁とから成るものである。
【００１６】
また、切換弁による小排気通路の開弁と閉弁とは、アクセルペダルの非作動時及びアクセルペダルの踏み込み時に連動して作動するアクチュエーターにより行うものであっても良い。
【００１７】
また、補助触媒の排気ポート側には、補助触媒を加熱するためのヒーターを配置したものであっても良い。
【００１８】
また、切換弁による小排気通路の開弁と閉弁とは、切換弁とエンジンの排気ポートとの間隔に温度センサーを設置し、この温度センサーの感知信号に従って作動するアクチュエーターによって行うものであっても良い。
【００１９】
また、切換弁は、エンジンの排気ポートに接続する導入口を設けたケーシング内に、導入口と接続しエンジンの排気ポートからの排気流を流通させる本体通路を設けた切換部材を、ケーシングの内周に近接して回動可能に配置すると共に、この切換部材を回動し切換部材の外周壁によってエンジンの排気ポートに接続する導入口と本体通路との接続を遮断したときに、切換部材の外周壁とケーシング間に一対の流通路を互いに連通することなく形成し、この流通路の一方を、導入口から小排気通路の排気導入側の一端と連通すると共に、流通路の他方を、小排気通路の補助触媒による処理後の排気を排出する排出口と主触媒側の主排気通路に接続したものであっても良い。
【００２０】
また、切換弁は、エンジンの排気ポートに接続する排気マニホールド内の主排気通路に、バタフライ弁の支持軸を回動自在に支持し、バタフライ弁で主排気通路を閉鎖した時に、バタフライ弁の排気ポート側を小排気通路の排気導入側に接続して、小排気通路の補助触媒に接続すると共に排気の下流側を小排気通路の補助触媒による処理後の排気を排出する排出口と主触媒側の主排気通路に接続したものであっても良い。
【００２１】
また、エンジンはターボチャージャー付きであって、切換弁が排気ポートとターボチャージャーとの間に配置したものであっても良い。
【００２２】
また、エンジンは、ガソリンエンジンであっても良い。
【００２３】
また、エンジンは、ディーゼルエンジンであっても良い。
【００２４】
また、補助触媒は、触媒と共に排気中に含まれる粒状物質の濾過機構を備えた連続再生式パティキュレート・トラップとＮＯｘを解離するＤｅＮＯｘ触媒であっても良い。
【００２５】
【作用】
本発明は、上述の如く構成したものであるから、有害物質を処理する排気処理用の主触媒を備えたエンジンに於いて、エンジンの高出力、高負荷時には排気ガスはエンジンの排気ポートから排気マニホールド、排気管の主排気通路を介して主触媒に接触し有害物質の処理を行う。この、エンジンの高出力、高負荷時には排気ガスは高温となり大量に排出されるから、排気マニホールド、排気管等に於いて外気温により冷却が行われても、主触媒を活性化するために必要な高温を充分に維持することが可能となる。そのため、活性化した主触媒に接触する排気ガスは必要な浄化処理を充分行うことが可能となる。また、大量の排気ガスが流動する排気管の主排気通路の内部には、前記従来例の如く、触媒を配置するものではないから、大量の排気ガスが排気管内で特別の流動抵抗を生じることは無く、エンジン本来の出力を得ることが可能となる。
【００２６】
そして、エンジンの始動直後、停車中のアイドリング時、渋滞時の低速走行時等のエンジンの低負荷時に於ける小排気流量時には、エンジンの排気ポートと主触媒との間の主排気通路に、両端部を接続して設けた小排気通路に排気流を流通する。この小排気通路には、主触媒に比較し小型の、熱容量の小さい補助触媒を配置している。この補助触媒は上述の如きエンジンの低負荷時に於ける小排気流量の排気ガスを処理し得るものであれば良いから、エンジンの高出力、高負荷時に於いて、排気ガスの全量を処理する主触媒の１０分の１程度の容量の補助触媒を用いることが出来る。
【００２７】
これは、エンジンの始動直後、停車中のアイドリング時、渋滞時の低速走行時等のエンジンの低負荷時に於ける小排気流量が、エンジンの高出力、高負荷時に於ける排気ガス流量に比較し２０分の１から１０分の１程度あるから、補助触媒の容量も主触媒の１０分の１程度で充分な小流量排気ガスの処理が可能となる。そして、この小流量排気ガスは、エンジンの排気ポートと主触媒との間の主排気通路に、両端部を接続して設けた小排気通路に流入するものであるから、主触媒よりもエンジンに近い位置で、冷却される前の高温の排気流を導入することが可能となる。この小排気通路はエンジンに出来るだけ近い位置が、高温の排気ガスを導入できるため好ましいもので、エンジンの排気ポートに接続するのが最も好ましいが、設計上の制約もあるため可能な限りエンジンに近い位置に設置する。このように小容量の補助触媒に、エンジンの低負荷時に於ける小排気流量を接触させるものであるから、補助触媒は小排気流量との接触後、短時間で温度が上昇し活性化し、補助触媒による良好な排気ガスの処理を可能とする。
【００２８】
そして、エンジンが高出力、高負荷となり、排気流量が増大した時には、これを適宜のセンサーで感知し、排気流の全量を主排気通路に流通させて主触媒と接触させて排気流の処理を行うものである。この主触媒と増大した排気流とは補助触媒とは接触することなく主触媒とのみ接触するものである。
【００２９】
そして、上記方法の発明を具体化するには、有害物質を処理する排気処理用の主触媒を備えたエンジンに於いて、エンジンの排気ポートと主触媒との間の主排気通路に、両端部を接続して小排気通路を形成する。この小排気通路は主排気通路とは両端部を接続しているが別個に形成している。そして、この小排気通路または主排気通路に切換弁を設け、エンジンの低負荷時に於ける小排気流量時には小排気通路側に排気流を流通させるように切換弁を切り替え、また、エンジンが高出力、高負荷時の排気流量の増大時には、小排気通路への排気流の流通を停止し、主触媒に接続した主排気通路に排気流の全量を流通させるように切換弁を切り替えるものである。
【００３０】
また、切換弁による小排気通路の開弁と閉弁とは、アクセルペダルの非作動時及びアクセルペダルの踏み込み時に連動して作動するアクチュエーターにより行うものであっても良い。
【００３１】
また、補助触媒の排気ポート側には、補助触媒を加熱するためのヒーターを配置したものであっても良い。このヒーターは必ずしも必要なものではないが、外気温が低いとき、また補助触媒の更に迅速な活性化を目的とする場合に有効なものである。
【００３２】
また、切換弁による小排気通路の開弁と閉弁とは、アクセルペダルの非作動時及びアクセルペダルの踏み込み時に連動して作動するアクチュエーターにより行う事を基本とするが、切換弁とエンジンの排気ポートとの間隔に温度センサーを設置し、この温度センサーの感知信号に従ってアクチュエーターを作動させるものであっても良い。この場合は、アクセルペダルの踏み込み量が相当量行われていても、エンジンの作動直後で排気温度が低い場合には、温度センサーの感知信号に従ってアクチュエーターを作動し、小排気通路の開弁側に切換弁を作動させ、主排気通路を閉鎖して、補助触媒で排気流を処理することができる。また、アクセルペダルの踏み込み量が少なくても、排気流の温度が高い場合は、温度センサーの感知信号に従ってアクチュエーターを作動し、主排気通路の開弁側に切換弁を作動させ、小排気通路を閉鎖し、主触媒で排気流を処理することができる。
【００３３】
また、上記の切換弁は、エンジンの排気ポートに接続する導入口を設けたケーシング内に、導入口と接続しエンジンの排気ポートからの排気流を流通させる本体通路を設けた切換部材を、ケーシングの内周に近接して回動可能に配置する。そして、この切換部材を回動し切換部材の外周壁によってエンジンの排気ポートに接続する導入口と本体通路との接続を遮断したときに、切換部材の外周壁とケーシング間に一対の流通路を互いに連通することなく形成し、この流通路の一方を、導入口から小排気通路の排気導入側の一端と連通すると共に、流通路の他方を、小排気通路の補助触媒による処理後の排気を排出する排出口と主触媒側の主排気通路に接続するものである。上記の切換弁は、排気の脈動、即ちブローダウンエネルギーを利用する排気系を持つエンジンに於いて特に有効なものでものである。
【００３４】
また、排気の脈動、即ちブローダウンエネルギーを利用する排気系を持たないエンジンに於いては、特に上記の切換弁を用いる必要はなく、簡便なバタフライ弁を用いることも可能である。このバタフライ弁から成る切換弁は、エンジンの排気ポートに接続する排気マニホールド内の主排気通路に、バタフライ弁の支持軸を回動自在に支持し、バタフライ弁で主排気通路を閉鎖した時に、バタフライ弁の排気ポート側を小排気通路の排気導入側に接続して、小排気通路の補助触媒に接続すると共に排気の下流側を小排気通路の補助触媒による処理後の排気を排出する排出口と主触媒側の主排気通路に接続するものである。
【００３５】
また、エンジンはターボチャージャー付きであって、切換弁が排気ポートとターボチャージャーとの間に配置したものであっても良い。また、切換弁の本体通路は、複数設け排気干渉を防止したものである。
【００３６】
また、エンジンは、ガソリンエンジンであっても良いし、ディーゼルエンジンであっても良い。また、補助触媒は、触媒と共に排気中に含まれる粒状物質の濾過機構を備えた連続再生式パティキュレート・トラップとＮＯｘを解離するＤｅＮＯｘ触媒であっても良いものである。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に於て説明すれば、(１)は排気マニホールドで、図２に示す如く、排気吸入側をエンジン(５)の排気ポート(２)に接続している。そして、この排気ポート(２)の出口と主触媒(３)との間に切換弁(４)を接続している。この切換弁(４)は、エンジン(５)の排気ポート(２)に連通する導入口(６)を図４、図５に示す如く、ケーシング(１０)に形成している。
【００３８】
そして、このケーシング(１０)内には回動軸(１１)を介して一定の角度範囲で進退回動可能なロータリーバルブから成る切換部材(１２)を配置している。この切換部材(１２)は、エンジン(５)の排気ポート(２)からの排気流を、導入口(６)を介して導入するための、本体通路(７)を平行に２個貫通形成している。
【００３９】
また、前記の排気マニホールド(１)は、エンジンの排気ポート(２)に接続し、４気筒エンジンであれば４本の排気管(１３)を形成し、６気筒エンジンであれば６本の排気管(１３)を接続形成している。そして、排気時に於ける排気干渉を防止するためそれぞれの排気マニホールド(１)を２つに分けて２本の主排気通路(８)を有する排気管(１３)に接続している。そして、この主排気通路(８)の排気進行方向に主触媒(３)を配置している。この２本の排気管(１３)に接続可能となるよう、本体通路(７)をロータリーバルブで構成する切換部材(１２)に、平行に２個貫通形成するものである。
【００４０】
そして、この本体通路(７)は、図４に示す如く、エンジン(５)の排気ポート(２)と主触媒(３)を直接接続し、排気の全量を主触媒(３)に導く場合には、ケーシング(１０)の導入口(６)と排気管(１３)の主排気通路(８)を直結し、エンジン(５)の排気ポート(２)から排出される排気流を、排気マニホールド(１)を介して主触媒(３)に直接導くものである。この、排気の全量を主触媒(３)に導く場合は、エンジン(５)が高負荷時で排気温度が高温の場合である。
【００４１】
また、この切換部材(１２)を回動軸(１１)に従って回動し、図５に示す如く、切換部材(１２)によって主排気通路(８)を停止する状態とした時に、切換部材(１２)の外周壁(１４)とケーシング(１０)との間に一対の流通路(１５)を互いに連通する事なく形成する。この流通路(１５)は、切換部材(１２)が導入口(６)と主触媒(３)との連通を遮断した状態に於て、流通路(１５)の一方を、導入口(６)に接続する小排気通路(１６)の排気導入側の一端と連通するとともに、流通路(１５)の他方を小排気通路(１６)の補助触媒(１７)による処理後の排気を排出する排出口(１８)と主触媒(３)側の主排気通路(８)に接続している。
【００４２】
上述の如く構成したものに於て、エンジン排気流の浄化を行うには、エンジンの排気系に使用するロータリーバルブで形成した切換弁(４)を、エンジン(５)の小負荷時に於ては、図５に示す如く、小排気通路(１６)に排気が流通するように切換を行う。この切換部材(１２)の小排気通路(１６)へのエンジン排気の導入は、アクセルペダルの踏み込み量をセンサー等により感知し、これをコンピュータに於て処理する事により行う。そして、アクセルペダルの踏み込みが無かったり、踏み込み量が少なく、エンジン(５)の低負荷時の排気処理に於ては、小排気通路(１６)にエンジン(５)の排気ポート(２)からの排気の全てを導入する。
【００４３】
そして、小排気通路(１６)に導入された少量の排気は、補助触媒(１７)と接し、排気を処理され排出口(１８)を介して主排気通路(８)の下流側に導出される。エンジン(５)の排気ポート(２)から小排気通路(１６)への小排気量の導入は、小排気通路(１６)に於て絞った状態で行われるとともに、このエンジン(５)の低負荷時の排気量に合わせた熱容量の補助触媒(１７)を選択する事ができる。そのため、エンジン(５)の低負荷時に於ける小排気流量によっても、補助触媒(１７)は熱容量を小さく形成する事により、充分な高温活性化が得られるものとなり、小排気量に対する充分な処理作用を営む事が可能となる。この補助触媒(１７)の高温活性化のためには、小排気通路(１６)をエンジン(５)の排気ポート(２)に接続するのが最も好ましい。一実施例では図３に示す如く、エンジン(５)の排気ポート(２)に小排気通路(１６)を接続した状態としている。しかし、設計上の制約もあるため、排気ポート(２)に小排気通路(１６)を接続するのが困難な場合は、可能な限りエンジン(５)に近い位置に補助触媒(１７)を設置する。
【００４４】
また、アクセルペダルの踏み込み量が増大し、エンジン(５)が高負荷時となった場合には、排気ポート(２)からの排気流量が増大するため、補助触媒(１７)の容量が不足となり、補助触媒(１７)によってエンジン(５)の高出力時の排気ガス浄化を行う事が困難となる。この状態に於ては、図４に示す如く、切換部材(１２)をアクセルペダルの踏み込み量、または排気流の温度に対応して、小排気通路(１６)への流通を遮断し、主排気通路(８)へのみ大排気流量を流通させる。この高温化された大排気流量は主触媒(３)と接触し、従来公知の方法によってエンジン排気の浄化を行う事が可能となる。
【００４５】
また、補助触媒(１７)は切換部材(１２)の作動によって、エンジン(５)からの排気を小排気通路(１６)に流通しないよう遮断するから、補助触媒(１７)の機能は停止されるものとなる。また、切換部材(１２)は、その両端に回動自在に支持した回動軸(１１)によって回転自在にケーシング(１０)に支持されているから、この切換部材(１２)をアクセルペダルの作動に伴うコンピュータ制御により、本体通路(７)と主排気通路(８)を作動させれば良いものである。そして、切換部材(１２)には２つの本体通路(７)を形成しているが、エンジン(５)の排気系がブローダウンエネルギーを利用しない構成であるならば、１つだけとする事は可能である。また、本実施例に於てはロータリーバルブで形成した切換部材(１２)に本体通路(７)を２個設ける事により排気のブローダウンエネルギーを有効に利用するものとしている。
【００４６】
また、上記と異なる実施例に於て、図９に示す如く、ターボチャジャー(２２)をエンジン(５)に装着する場合は、エンジン(５)のシリンダー(図示せず)から排出される圧力波を持つ排気は、エンジン(５)が高負荷時である場合は、切換部材(１２)が図６に示す如く、２つに分割された本体通路(７)によって、それぞれの圧力波が干渉される事がなく、それぞれの排気口に導入され、排気エネルギーを有効に利用してターボチャジャー(２２)を駆動する事ができる。そして、ターボチャジャー(２２)から排出された多量の高温排気は、主排気通路(８)内に於て冷却されるが、主触媒(３)を活性化させるに充分な温度を保ちつつ、主触媒(３)に流入し、排気は処理され排気管(１３)から大気へ放出されるものとなる。
【００４７】
一方、エンジン(５)の低負荷時に於ける排気温度が低い場合は、切換部材(１２)は図５に示す如く、本体通路(７)を閉鎖し、小排気通路(１６)にのみ排気流を流入させる。その為、前述の如く排気流は熱容量の小さな補助触媒(１７)に流入し、この補助触媒(１７)を短時間で高温活性化し、処理された排気は排出口(１８)から主排気通路(８)を経て下流の排気系に流入する。
【００４８】
また、前記実施例では、ガソリンエンジン等に於て、高比出力対策として長い排気系によって発生する負の圧力波を利用して排気行程の終了時点にシリンダー内に排気を導入し、シリンダー内に残留する高温の燃焼ガスを排気系に吸引して体積効率を高める、従来例の排気処理に好適な方法を説明した。しかし、排気系による慣性過給と、それによって発生する負の圧力波を利用しない排気系のエンジン(５)では、切換弁(４)の切換部材(１２)にロータリーバルブを用いずにバタフライ弁(２３)を使用することが可能である。
【００４９】
上記方式の切換弁(４)は、図１１に示す如く、エンジン(５)の排気ポート(２)に接続する排気マニホールド(１)内の主排気通路(８)に、バタフライ弁(２３)の支持軸(２４)を回動自在に支持する。そして、バタフライ弁(２３)で主排気通路(８)を閉鎖した時に、バタフライ弁(２３)の排気ポート(２)側を小排気通路(１６)の排気導入側に接続して、小排気通路(１６)の補助触媒(１７)に接続する。また、バタフライ弁(２３)で主排気通路(８)を閉鎖した時に、バタフライ弁(２３)の排気の下流側を、小排気通路(１６)の補助触媒(１７)による処理後の排気を排出する排出口(１８)と主触媒(３)側の主排気通路(８)に接続している。
【００５０】
また、補助触媒(１７)はディーゼルエンジンに使用する場合は、連続再生式パティキュレート・トラップ(２５)を用いるものであって、この連続再生式パティキュレート・トラップ(２５)は、ガソリンエンジンに於いては不要である。この連続再生式パティキュレート・トラップ(２５)は、図１０に示す如く、エンジン(５)の排気ポート(２)と主触媒(３)との間隔の排気管(１３)に配置するが、連続再生式パティキュレート・トラップ(２５)と主触媒(３)との間には、ターボチャージャー(２２)を配置している。
【００５１】
そして、連続再生式パティキュレート・トラップ(２５)は、バタフライ弁(２３)で主排気通路(８)を閉鎖した時に、図１１に示す如く、バタフライ弁(２３)の排気ポート(２)側に小排気通路(１６)の導入口(６)を接続し、この排気の導入口(６)に連続して補助触媒(１７)を配置する。この補助触媒(１７)の排気導入側には、補助触媒(１７)を加熱するヒーター(２６)を配置している。このヒーター(２６)は必須のものではないが、補助触媒(１７)の更に迅速な加熱と活性化を目的とする場合に有効なものである。補助触媒(１７)はエンジン(５)の排気ポート(２)又は排気ポート(２)に接近して設置されているので、エンジン(５)の低負荷時の、少量排気でも高温化し活性化できる小型のものを用いるものであるから、ヒーター(２６)のカロリーも低いもので充分である。
【００５２】
そして、補助触媒(１７)を通過した排気は、フイルター(２７)で粒状の煤塵を濾過された後、補助触媒(１７)の外周とケーシング(１０)の内面との間に形成した、排出口(１８)を介して主触媒(３)側の主排気通路(８)に排出される。また、フイルター(２７)で濾過された粒状の煤塵は、フイルター(２７)に付着後、直ちに高温の排気により燃焼除去され炭酸ガスとして排出される。この煤塵の燃焼除去も、小排気通路(１６)に備えた熱容量の小さな、小型の連続再生式パティキュレート・トラップ(２５)を用いるものであるから、エンジンの始動直後や、アイドリング時、渋滞時等のエンジンの低負荷時の少量排気でも、粒状煤塵のフイルター(２７)による除去と、フイルター(２７)への付着直後の燃焼除去とを可能とする。その為、連続再生式パティキュレート・トラップ(２５)の目詰まりや、この目詰まりした粉塵を急激に過剰燃焼させることを原因する故障を生じることがないものである。
【００５３】
また、上記の構成から成る連続再生式パティキュレート・トラップ(２５)に、上記の実施例では切換弁(４)としてバタフライ弁(２３)を用いているが、前記実施例の図４、図５、図６、図７に示す如く、ロータリーバルブから成る切換弁(４)を用いることも勿論可能である。
【発明の効果】
本発明は上述の如く、エンジンの主排気通路に補助触媒を挿入配置するものではないから、エンジンの比出力を低下させることがない。また、熱容量の小さな補助触媒を小排気通路を介してエンジンに接近して設置することにより、長い配管の冷却による排気温度低下を防止し、補助触媒の迅速な活性化を可能とする。そして同時に補助触媒の温度上昇時間を短縮し、エンジンの始動直後や、アイドリング時、渋滞時等のエンジンの低負荷時に於ても、補助触媒を活性化させるとともに、全負荷時に於ても主排気通路の流動抵抗を増大させることなく有効に排気公害物質を除去することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 排気管への設置例を示す斜視図。
【図２】 排気管への設置例を示す平面図。
【図３】 エンジンの排気ポートに小排気通路を接続した状態の平面図。
【図４】 切換弁の切換部材が排気ポートと主触媒を連通している状態の断面図。
【図５】 切換弁の切換部材が排気ポートと補助触媒を連通している状態の断面図。
【図６】 図４のＡ−Ａ線の断面図。
【図７】 図５のＢ−Ｂ線断面図。
【図８】 排気管への設置例を示す正面図。
【図９】 ターボチャージャーを備えた排気管への設置例を示す正面図。
【図１０】 補助触媒として連続再生式パティキュレート・トラップを用いた実施例の平面図。
【図１１】 連続再生式パティキュレート・トラップ部分の詳細断面図。
【符号の説明】
１ 排気マニホールド
２ 排気ポート
３ 主触媒
４ 切換弁
５ エンジン
６ 導入口
７ 本体通路
８ 主排気通路
１０ ケーシング
１２ 切換部材
１４ 外周壁
１５ 流通路
１６ 小排気通路
１７ 補助触媒
１８ 排出口
２２ ターボチャージャー
２３ バタフライ弁
２４ 支持軸
２５ 連続再生式パティキュレート・トラップ
２６ ヒーター[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an exhaust emission purification method for an engine using a catalyst such as a gasoline engine, a diesel engine, and the like, and more particularly, to a low engine load such as immediately after the engine is started, idling while stopped, or traveling at a low speed during a traffic jam. It is intended to ensure that exhaust gas can be purified even at times.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an exhaust system of an automobile engine is provided with a catalyst for treating exhaust gas in both a gasoline engine and a diesel engine. Since this catalyst is activated at high temperatures and has a purification capacity, the engine displacement is low at low engine loads, such as immediately after starting the engine, when idling while the vehicle is stopped, or when driving at low speeds when there is traffic. It is cooled in the exhaust pipe until it comes into contact with the catalyst, and the temperature of the catalyst cannot be increased. In this way, when the engine is under a low load, the catalyst is not activated at a low temperature, so that the exhaust gas is discharged outside without being treated with the catalyst. For this reason, the adverse effects on the exhaust environment at low engine loads, such as when the engine is started, idling while the vehicle is stopped, and when driving at low speeds during traffic jams, are extremely serious.
[0003]
First, in the case of a gasoline engine, in the case of a conventional high specific power engine, two long exhaust pipes are provided, and volume efficiency is increased by generating negative pressure using air column vibration generated in the pipe. It is said. On the other hand, the exhaust flowing through this long exhaust pipe is cooled by the outside air, and is cooled by the outside air when the engine is under a low load, such as when the engine is started, when idling while the vehicle is stopped, when driving at a low speed during traffic congestion, etc. The flowing small amount of exhaust is cooled. Since the catalyst is activated at a high temperature and has a purification capability, as described above, the catalyst cannot be activated when the engine is under a low load.
[0004]
Further, there is a limit to exhaust gas purification by improving combustion in a diesel engine, and in order to pass the exhaust emission regulation value after 2005, it is necessary to purify exhaust gas with a catalyst like a gasoline engine. In addition, the diesel engine for vehicles after 2005 is required not only to increase the output but also to supercharge with a turbocharger when adopting a catalyst in the exhaust system from the viewpoint of exhaust purification.
[0005]
The performance of the turbocharger deteriorates when the engine is under low load. To compensate for this, the turbocharger drives the turbine of the turbocharger by a blowdown generated when the exhaust valve of the engine is opened, that is, a positive pressure wave. It is common to use a pay method. Therefore, the exhaust system is divided into two systems like the gasoline engine so that there is no exhaust interference by pressure waves from other cylinders. In order to prevent the blowdown energy from disappearing, the turbocharger is usually attached in the immediate vicinity of the engine, and a catalyst is installed downstream of the turbocharger. However, the turbocharger has a large heat capacity and a large cooling area, and the exhaust is cooled by the turbocharger, so that the catalyst is not activated and the catalyst does not function when the engine is under a low load.
[0006]
In particular, in diesel engines, the impact of particulate matter mixed in exhaust gas on the environment becomes serious, and diesel engine vehicles that do not meet environmental standards are prohibited from running in 2005. A continuous regeneration type particulate trap and a DeNOx catalyst for dissociating NOx are known, which are equipped with a filtration mechanism and a catalyst for removing particulate matter of such a diesel engine. This continuous regenerative particulate trap is a system in which particulate matter is filtered by a filtration mechanism, and the filtered particulate matter is burned and removed by exhaust gas.
[0007]
That is, this continuous regeneration type particulate trap oxidizes the particulate matter at 260 ° C. to 450 ° C. to burn the particulates and emits them as
[0008]
Conventionally, when removing exhaust pollutants using a catalyst, installing the catalyst at a position away from the engine makes it possible to use blowdown energy and generate a high specific output from the engine. Has advantages. However, as described above, the exhaust is cooled in the long exhaust pipe from the engine to the catalyst immediately after the engine is started, at idling when the vehicle is stopped, at low load of the engine such as when driving at low speed during traffic jams, The catalyst could not be activated, and exhaust pollutants were to be discharged to the outside.
[0009]
In order to prevent this situation, it is considered to install the catalyst close to the engine. As an invention for installing the catalyst close to the engine, an invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-230419, an invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-230418, and the like are known for gasoline engines. In this conventional invention, the catalyst is installed close to the engine. However, a catalyst having a capacity capable of corresponding to a large displacement at a high load of the engine is separated from the main catalyst in the exhaust system piping. It is inserted and arranged.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, an exhaust system that uses blowdown energy usually divides the cylinder group of the engine into two for the purpose of avoiding pressure wave interference as well as lengthening the piping. And each requires a long exhaust pipe. Placing the catalyst close to the engine in order to increase the temperature and increase the activity makes it impossible to increase the volumetric efficiency of the engine using blowdown energy and lower the specific output. In addition, when the catalyst is installed in the exhaust pipe close to the engine, a large flow resistance is generated when a large displacement at the time of high output of the engine is circulated, and the specific output of the engine is reduced.
[0011]
Moreover, even if a conventionally known large-sized catalyst that can cope with the full output of the engine is installed close to the engine, the heat capacity of the conventionally known catalyst is large, and this catalyst is heated up in a short time immediately after the engine is started. Cannot be activated. As a result, the pollutant is continuously discharged to the outside until the catalyst is heated and activated.
[0012]
In the case of a turbocharged supercharged engine, even if the catalyst is installed close to the engine, the turbocharger has a large heat capacity and a large surface area, and the exhaust is cooled by the turbocharger. Placing the catalyst between the engine exhaust port and the turbocharger eliminates blowdown energy from the engine to the turbocharger, resulting in increased turbo lag. Such a turbocharged supercharged engine loses its value as a vehicle.
[0013]
The present invention is intended to solve the above-described problems, and has been made in view of the present situation in which exhaust pollutant removal by a conventional catalyst is insufficient. The purpose is not to lower the specific output of the engine due to the installation of the catalyst. In addition, an auxiliary catalyst having a small heat capacity is installed close to the engine to prevent a decrease in exhaust temperature due to cooling of a long pipe. At the same time, the temperature rise time of the auxiliary catalyst is shortened, enabling the auxiliary catalyst to be activated immediately after engine start-up, at low engine loads such as idling and traffic jams, and effective even at full load. An object of the present invention is to provide a treatment method capable of removing exhaust pollutants.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides an engine equipped with an exhaust treatment main catalyst for treating harmful substances. When the engine has a low exhaust flow rate at a low load, the engine exhaust port and main engine An exhaust flow is circulated through a small exhaust passage provided at both ends of the main exhaust passage between the catalyst and the auxiliary catalyst provided in connection with the small exhaust passage. When the exhaust flow rate increases at high engine load, the entire exhaust flow is circulated through the switching valve to the main exhaust passage to contact the main catalyst.This switching valve is provided with a plurality of body passages that connect to the inlet and circulate the exhaust flow from the engine exhaust port in the casing provided with the inlet connected to the engine exhaust port to prevent exhaust interference. DoIt is characterized by this.
[0015]
Further, the invention embodying the invention of the above method is an engine having an exhaust treatment main catalyst for treating harmful substances, wherein both ends are provided in the main exhaust passage between the exhaust port of the engine and the main catalyst. Connected to the small exhaust passage connected to the main catalyst when the exhaust flow rate is increased when the engine is under high load and the exhaust flow is circulated to the small exhaust passage side when the engine is under low load. Distribute the entire exhaust flow through the main exhaust passageIn addition, a plurality of body passages that are connected to the introduction port and distribute the exhaust flow from the exhaust port of the engine are provided in the casing provided with the introduction port connected to the exhaust port of the engine to prevent exhaust interference.It consists of a switching valve.
[0016]
Further, the opening and closing of the small exhaust passage by the switching valve may be performed by an actuator that operates in conjunction with the accelerator pedal not operating and the accelerator pedal being depressed.
[0017]
Further, a heater for heating the auxiliary catalyst may be arranged on the exhaust port side of the auxiliary catalyst.
[0018]
Further, the opening and closing of the small exhaust passage by the switching valve is performed by an actuator that operates according to a detection signal of the temperature sensor by installing a temperature sensor in the interval between the switching valve and the exhaust port of the engine. Also good.
[0019]
In addition, the switching valve includes a switching member provided with a main body passage that is connected to the inlet and circulates the exhaust flow from the engine exhaust port in the casing provided with the inlet connected to the engine exhaust port. When the switching member is rotated and the connection between the introduction port connected to the exhaust port of the engine and the body passage is blocked by the outer peripheral wall of the switching member, the switching member is A pair of flow passages are formed between the outer peripheral wall and the casing without communicating with each other, and one of the flow passages communicates with one end on the exhaust introduction side of the small exhaust passage from the introduction port, and the other of the flow passages becomes smaller. The exhaust passage may be connected to a discharge port for discharging exhaust gas after being processed by the auxiliary catalyst and a main exhaust passage on the main catalyst side.
[0020]
The switching valve supports the butterfly valve support shaft in a main exhaust passage in the exhaust manifold connected to the exhaust port of the engine so that the butterfly valve exhausts when the butterfly valve closes the main exhaust passage. Connect the port side to the exhaust introduction side of the small exhaust passage, connect to the auxiliary catalyst of the small exhaust passage, and discharge the exhaust after processing with the auxiliary catalyst of the small exhaust passage on the downstream side of the exhaust and the main catalyst side It may be connected to the main exhaust passage.
[0021]
The engine may be equipped with a turbocharger, and the switching valve may be disposed between the exhaust port and the turbocharger.
[0022]
The engine may be a gasoline engine.
[0023]
The engine may be a diesel engine.
[0024]
Further, the auxiliary catalyst may be a DeNOx catalyst that dissociates NOx from a continuous regeneration type particulate trap having a filtration mechanism for particulate matter contained in the exhaust gas together with the catalyst.
[0025]
[Action]
Since the present invention is configured as described above, in an engine equipped with an exhaust treatment main catalyst for treating harmful substances, exhaust gas is exhausted from the exhaust port of the engine at the time of high engine output and high load. Toxic substances are treated by contacting the main catalyst via the main exhaust passage of the manifold and exhaust pipe. When the engine is at high output and high load, the exhaust gas becomes high temperature and is discharged in large quantities. Therefore, it is necessary to activate the main catalyst even if the exhaust manifold, exhaust pipe, etc. are cooled by the outside temperature. It is possible to maintain a sufficiently high temperature. As a result, the exhaust gas that contacts the activated main catalyst can be sufficiently subjected to the necessary purification treatment. Further, unlike the conventional example, a catalyst is not arranged in the main exhaust passage of the exhaust pipe through which a large amount of exhaust gas flows, so that a large amount of exhaust gas causes a special flow resistance in the exhaust pipe. It is possible to obtain the engine's original output.
[0026]
When the engine is under low load, such as when the engine is started, idling when the vehicle is stopped, or when the engine is running at a low speed during traffic jams, both ends are connected to the main exhaust passage between the engine exhaust port and the main catalyst. The exhaust stream is circulated through a small exhaust passage provided by connecting the parts. In this small exhaust passage, an auxiliary catalyst having a smaller heat capacity than that of the main catalyst is arranged. Since this auxiliary catalyst is only required to be able to process exhaust gas at a small exhaust flow rate at the time of low engine load as described above, the main catalyst that processes the entire amount of exhaust gas at high output and high load of the engine. An auxiliary catalyst having a capacity of about 1/10 of the catalyst can be used.
[0027]
This is because the small exhaust flow rate at low engine load, such as when the engine is started, idling while the vehicle is stopped, or when driving at low speeds in traffic jams, is compared to the exhaust gas flow rate at high engine output and high load. Since the capacity of the auxiliary catalyst is about one tenth to one tenth, the auxiliary catalyst capacity is about one tenth of that of the main catalyst, and a sufficiently small flow rate exhaust gas can be treated. This small flow rate exhaust gas flows into a small exhaust passage provided at both ends connected to the main exhaust passage between the exhaust port of the engine and the main catalyst. It is possible to introduce a hot exhaust stream before being cooled at a close position. This small exhaust passage is preferable as close to the engine as possible because hot exhaust gas can be introduced, and it is most preferable to connect it to the exhaust port of the engine. Install in close proximity. Because the small exhaust flow rate is brought into contact with the small capacity auxiliary catalyst in this way at the low load of the engine, the auxiliary catalyst rises in temperature in a short time after contact with the small exhaust flow rate and becomes active. Enables good exhaust gas treatment with a catalyst.
[0028]
Then, when the engine becomes high output and high load and the exhaust flow rate increases, this is detected by an appropriate sensor, and the exhaust flow is circulated through the main exhaust passage and brought into contact with the main catalyst to process the exhaust flow. Is what you do. The main catalyst and the increased exhaust stream are in contact only with the main catalyst without contacting the auxiliary catalyst.
[0029]
In order to embody the invention of the above method, in an engine having an exhaust treatment main catalyst for treating harmful substances, both ends of the main exhaust passage between the exhaust port of the engine and the main catalyst are provided. To form a small exhaust passage. The small exhaust passage is connected to both ends of the main exhaust passage, but is formed separately. A switching valve is provided in the small exhaust passage or the main exhaust passage, and the switching valve is switched so that the exhaust flow flows to the small exhaust passage side when the engine has a low exhaust flow rate, and the engine has a high output. When the exhaust flow rate at the time of high load increases, the flow of the exhaust flow to the small exhaust passage is stopped, and the switching valve is switched so that the entire amount of the exhaust flow flows through the main exhaust passage connected to the main catalyst.
[0030]
Further, the opening and closing of the small exhaust passage by the switching valve may be performed by an actuator that operates in conjunction with the accelerator pedal not operating and the accelerator pedal being depressed.
[0031]
Further, a heater for heating the auxiliary catalyst may be arranged on the exhaust port side of the auxiliary catalyst. This heater is not always necessary, but it is effective when the outside air temperature is low and when the purpose is to activate the auxiliary catalyst more rapidly.
[0032]
The opening and closing of the small exhaust passage by the switching valve is basically performed by an actuator that operates in conjunction with the accelerator pedal not operating and the accelerator pedal being depressed. A temperature sensor may be installed at a distance from the port, and the actuator may be operated according to a detection signal of the temperature sensor. In this case, even if the accelerator pedal is depressed by a considerable amount, if the exhaust temperature is low immediately after the engine is operated, the actuator is operated according to the detection signal of the temperature sensor, and the small exhaust passage is opened. The switching valve can be actuated to close the main exhaust passage and treat the exhaust stream with the auxiliary catalyst. In addition, even if the amount of depression of the accelerator pedal is small, if the exhaust flow temperature is high, the actuator is operated according to the sensing signal of the temperature sensor, the switching valve is operated on the valve opening side of the main exhaust passage, and the small exhaust passage is opened. It can be closed and the exhaust stream can be treated with the main catalyst.
[0033]
Further, the switching valve includes a switching member provided with a main body passage that is connected to the introduction port and circulates the exhaust flow from the exhaust port of the engine in the casing provided with the introduction port connected to the exhaust port of the engine. It arrange | positions so that rotation is possible in the vicinity of the inner periphery. When the switching member is turned and the connection between the inlet and the main body passage connected to the exhaust port of the engine is cut off by the outer peripheral wall of the switching member, a pair of flow passages are provided between the outer peripheral wall of the switching member and the casing. One of the flow passages communicates with one end on the exhaust introduction side of the small exhaust passage from the introduction port, and the other of the flow passages is exhausted after being treated by the auxiliary catalyst in the small exhaust passage. The exhaust port is connected to the main exhaust passage on the main catalyst side. The above switching valve is particularly effective in an engine having an exhaust system that uses exhaust pulsation, that is, blowdown energy.
[0034]
Further, in an engine that does not have an exhaust system that uses exhaust pulsation, that is, blowdown energy, it is not necessary to use the above switching valve, and a simple butterfly valve can be used. This switching valve, which is a butterfly valve, supports the butterfly valve support shaft rotatably in the main exhaust passage in the exhaust manifold connected to the exhaust port of the engine, and when the butterfly valve closes the main exhaust passage, The exhaust port side of the valve is connected to the exhaust introduction side of the small exhaust passage and connected to the auxiliary catalyst of the small exhaust passage, and the exhaust side of the exhaust is discharged to the exhaust after processing by the auxiliary catalyst of the small exhaust passage; It is connected to the main exhaust passage on the main catalyst side.
[0035]
The engine may be equipped with a turbocharger, and the switching valve may be disposed between the exhaust port and the turbocharger.. Also,Multiple switching valve body passages are provided to prevent exhaust interferenceIt is.
[0036]
The engine may be a gasoline engine or a diesel engine. Further, the auxiliary catalyst may be a DeNOx catalyst that dissociates NOx and a continuous regeneration type particulate trap provided with a filtering mechanism for particulate matter contained in the exhaust gas together with the catalyst.
[0037]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. (1) is an exhaust manifold, and the exhaust suction side is connected to an exhaust port (2) of an engine (5) as shown in FIG. . A switching valve (4) is connected between the outlet of the exhaust port (2) and the main catalyst (3). In this switching valve (4), an inlet (6) communicating with the exhaust port (2) of the engine (5) is formed in the casing (10) as shown in FIGS.
[0038]
In the casing (10), a switching member (12) composed of a rotary valve capable of moving back and forth within a fixed angle range is arranged via a rotating shaft (11). This switching member (12) forms two main body passages (7) in parallel for introducing the exhaust flow from the exhaust port (2) of the engine (5) through the introduction port (6). ing.
[0039]
The exhaust manifold (1) is connected to the exhaust port (2) of the engine to form four exhaust pipes (13) for a four-cylinder engine, and six exhausts for a six-cylinder engine. The tube (13) is connected and formed. In order to prevent exhaust interference during exhaust, each exhaust manifold (1) is divided into two and connected to an exhaust pipe (13) having two main exhaust passages (8). The main catalyst (3) is arranged in the exhaust traveling direction of the main exhaust passage (8). Two main body passages (7) are formed in parallel through a switching member (12) composed of a rotary valve so that the two exhaust pipes (13) can be connected.
[0040]
As shown in FIG. 4, the main body passage (7) directly connects the exhaust port (2) of the engine (5) and the main catalyst (3) to guide the entire amount of exhaust to the main catalyst (3). Directly connects the inlet (6) of the casing (10) and the main exhaust passage (8) of the exhaust pipe (13), and the exhaust flow discharged from the exhaust port (2) of the engine (5) It leads directly to the main catalyst (3) via 1). The case where the entire amount of exhaust is led to the main catalyst (3) is when the engine (5) is under a high load and the exhaust temperature is high.
[0041]
Further, when the switching member (12) is rotated according to the rotation shaft (11) and the main exhaust passage (8) is stopped by the switching member (12) as shown in FIG. A pair of flow passages (15) are formed between the outer peripheral wall (14) and the casing (10) without communicating with each other. The flow passage (15) is configured such that one of the flow passages (15) is connected to the introduction port (6) when the switching member (12) blocks communication between the introduction port (6) and the main catalyst (3). An exhaust port that communicates with one end on the exhaust introduction side of the small exhaust passage (16) connected to the exhaust passage and discharges the exhaust after processing by the auxiliary catalyst (17) of the small exhaust passage (16) through the other of the flow passage (15) (18) and the main exhaust passage (8) on the main catalyst (3) side.
[0042]
In order to purify the engine exhaust flow in the configuration as described above, the switching valve (4) formed by the rotary valve used in the engine exhaust system is used when the engine (5) is under a small load. As shown in FIG. 5, switching is performed so that the exhaust flows through the small exhaust passage (16). The engine exhaust is introduced into the small exhaust passage (16) of the switching member (12) by detecting the depression amount of the accelerator pedal by a sensor or the like and processing it by a computer. When the accelerator pedal is not depressed or the amount of depression is small, and the exhaust process is performed when the engine (5) is under a low load, the small exhaust passage (16) is connected to the exhaust port (2) of the engine (5). Introduce all of the exhaust.
[0043]
A small amount of exhaust gas introduced into the small exhaust passage (16) comes into contact with the auxiliary catalyst (17), and the exhaust gas is processed and led to the downstream side of the main exhaust passage (8) through the exhaust port (18). . The introduction of a small displacement from the exhaust port (2) of the engine (5) to the small exhaust passage (16) is performed in a state where it is throttled in the small exhaust passage (16). It is possible to select an auxiliary catalyst (17) having a heat capacity in accordance with the displacement at the time of loading. Therefore, the auxiliary catalyst (17) can be activated at a sufficiently high temperature by forming a small heat capacity even with a small exhaust flow rate when the engine (5) is under a low load. It becomes possible to operate. In order to activate the auxiliary catalyst (17) at a high temperature, it is most preferable to connect the small exhaust passage (16) to the exhaust port (2) of the engine (5). In one embodiment, as shown in FIG. 3, the small exhaust passage (16) is connected to the exhaust port (2) of the engine (5). However, due to design restrictions, if it is difficult to connect the small exhaust passage (16) to the exhaust port (2), the auxiliary catalyst (17) is installed as close to the engine (5) as possible. To do.
[0044]
Further, when the amount of depression of the accelerator pedal is increased and the engine (5) is at a high load, the exhaust flow rate from the exhaust port (2) increases, so the capacity of the auxiliary catalyst (17) becomes insufficient. The auxiliary catalyst (17) makes it difficult to purify the exhaust gas at the time of high output of the engine (5). In this state, as shown in FIG. 4, the switching member (12) is blocked from flowing to the small exhaust passage (16) in accordance with the amount of depression of the accelerator pedal or the temperature of the exhaust flow, and the main exhaust A large exhaust flow rate is circulated only to the passage (8). This high exhaust gas flow rate brought into contact with the main catalyst (3) makes it possible to purify the engine exhaust by a conventionally known method.
[0045]
Further, since the auxiliary catalyst (17) blocks the exhaust from the engine (5) from flowing into the small exhaust passage (16) by the operation of the switching member (12), the function of the auxiliary catalyst (17) is stopped. It will be a thing. Further, since the switching member (12) is rotatably supported by the casing (10) by the rotating shaft (11) rotatably supported at both ends thereof, the switching member (12) is operated by the accelerator pedal. It is only necessary to operate the main body passage (7) and the main exhaust passage (8) by computer control. The switching member (12) is formed with two main body passages (7). If the exhaust system of the engine (5) is configured not to use blowdown energy, only one is required. Is possible. Further, in this embodiment, exhaust blowdown energy is effectively used by providing two body passages (7) in the switching member (12) formed of a rotary valve.
[0046]
In the embodiment different from the above, as shown in FIG. 9, when the turbocharger (22) is mounted on the engine (5), the pressure discharged from the cylinder (not shown) of the engine (5). When the engine (5) is under a high load, the exhaust having a wave interferes with each pressure wave by the main body passage (7) in which the switching member (12) is divided into two as shown in FIG. However, the
[0047]
On the other hand, when the exhaust temperature at the time of low load of the engine (5) is low, the switching member (12) closes the main body passage (7) as shown in FIG. 5, and the exhaust flow only to the small exhaust passage (16). Inflow. Therefore, as described above, the exhaust flow flows into the auxiliary catalyst (17) having a small heat capacity, the auxiliary catalyst (17) is activated at a high temperature in a short time, and the treated exhaust gas is discharged from the discharge port (18) to the main exhaust passage ( It flows into the exhaust system downstream through 8).
[0048]
In the above embodiment, in a gasoline engine or the like, exhaust gas is introduced into the cylinder at the end of the exhaust stroke by using a negative pressure wave generated by a long exhaust system as a countermeasure for high specific output, A method suitable for the exhaust treatment of the conventional example has been described, in which the remaining high-temperature combustion gas is sucked into the exhaust system to increase volumetric efficiency. However, in an exhaust system engine (5) that does not use inertial supercharging by the exhaust system and the negative pressure wave generated thereby, a butterfly valve is used without using a rotary valve as the switching member (12) of the switching valve (4). (23) can be used.
[0049]
As shown in FIG. 11, the switching valve (4) of the above-described type is connected to the main exhaust passage (8) in the exhaust manifold (1) connected to the exhaust port (2) of the engine (5) with a butterfly valve (23). The support shaft (24) is rotatably supported. When the main exhaust passage (8) is closed by the butterfly valve (23), the exhaust port (2) side of the butterfly valve (23) is connected to the exhaust introduction side of the small exhaust passage (16), so that the small exhaust passage Connect to auxiliary catalyst (17) of (16). Further, when the main exhaust passage (8) is closed by the butterfly valve (23), the exhaust after processing by the auxiliary catalyst (17) of the small exhaust passage (16) is discharged downstream of the exhaust of the butterfly valve (23). And the main exhaust passage (8) on the main catalyst (3) side.
[0050]
Further, when the auxiliary catalyst (17) is used in a diesel engine, a continuous regeneration type particulate trap (25) is used. The continuous regeneration type particulate trap (25) is used in a gasoline engine. Is unnecessary. As shown in FIG. 10, the continuous regeneration type particulate trap (25) is disposed in the exhaust pipe (13) between the exhaust port (2) of the engine (5) and the main catalyst (3). A turbocharger (22) is arranged between the regenerative particulate trap (25) and the main catalyst (3).
[0051]
When the main exhaust passage (8) is closed by the butterfly valve (23), the continuous regeneration type particulate trap (25) is placed on the exhaust port (2) side of the butterfly valve (23) as shown in FIG. The inlet (6) of the small exhaust passage (16) is connected, and the auxiliary catalyst (17) is continuously arranged in the exhaust inlet (6). A heater (26) for heating the auxiliary catalyst (17) is disposed on the exhaust introduction side of the auxiliary catalyst (17). Although this heater (26) is not essential, it is effective for the purpose of more quickly heating and activating the auxiliary catalyst (17). Since the auxiliary catalyst (17) is installed close to the exhaust port (2) or the exhaust port (2) of the engine (5), the auxiliary catalyst (17) can be activated at a high temperature even with a small amount of exhaust when the engine (5) is under a low load. Since a small one is used, it is sufficient that the calorie of the heater (26) is low.
[0052]
The exhaust gas that has passed through the auxiliary catalyst (17) is formed between the outer periphery of the auxiliary catalyst (17) and the inner surface of the casing (10) after the particulate dust is filtered by the filter (27). It is discharged to the main exhaust passage (8) on the main catalyst (3) side via (18). In addition, the particulate dust filtered by the filter (27) is immediately burned and removed by high-temperature exhaust after being attached to the filter (27) and discharged as carbon dioxide. This dust removal also uses a small continuously regenerating particulate trap (25) with a small heat capacity provided in the small exhaust passage (16), so it can be used immediately after starting the engine, at idling, or in traffic jams. Even with a small amount of exhaust when the engine is at a low load, the particulate dust can be removed by the filter (27) and the combustion can be removed immediately after adhering to the filter (27). Therefore, the continuous regeneration type particulate trap (25) is not clogged, and a failure caused by suddenly excessive combustion of the clogged dust does not occur.
[0053]
Further, in the above embodiment, the butterfly valve (23) is used as the switching valve (4) in the continuous regeneration type particulate trap (25) having the above-described configuration. As shown in FIGS. 6 and 7, it is of course possible to use a switching valve (4) comprising a rotary valve.
【The invention's effect】
Since the present invention does not insert the auxiliary catalyst into the main exhaust passage of the engine as described above, the specific output of the engine is not lowered. In addition, by installing an auxiliary catalyst having a small heat capacity close to the engine through a small exhaust passage, it is possible to prevent a decrease in exhaust temperature due to cooling of a long pipe and to quickly activate the auxiliary catalyst. At the same time, the temperature rise time of the auxiliary catalyst is shortened, and the auxiliary catalyst is activated immediately after the engine is started, or when the engine is under low load such as idling or traffic jams. Exhaust pollutants can be effectively removed without increasing the flow resistance of the passage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of installation on an exhaust pipe.
FIG. 2 is a plan view showing an installation example on an exhaust pipe.
FIG. 3 is a plan view of a state where a small exhaust passage is connected to an exhaust port of an engine.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a state in which the switching member of the switching valve communicates the exhaust port and the main catalyst.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a state in which the switching member of the switching valve communicates the exhaust port and the auxiliary catalyst.
6 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
7 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 8 is a front view showing an example of installation on an exhaust pipe.
FIG. 9 is a front view showing an example of installation in an exhaust pipe provided with a turbocharger.
FIG. 10 is a plan view of an embodiment in which a continuously regenerating particulate trap is used as an auxiliary catalyst.
FIG. 11 is a detailed sectional view of a continuously regenerating particulate trap portion.
[Explanation of symbols]
1 Exhaust manifold
2 Exhaust port
3 Main catalyst
4 Switching valve
5 Engine
6 Introduction
7 Body passage
8 Main exhaust passage
10 Casing
12 Switching member
14 outer wall
15 Passage
16 Small exhaust passage
17 Auxiliary catalyst
18 Discharge port
22 Turbocharger
23 Butterfly valve
24 Support shaft
25 Continuous regeneration type particulate trap
26 Heater
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