JP7338524B2 - 排気浄化触媒温度保温方法および排気浄化触媒保温システム - Google Patents

Description

本発明は、排気浄化触媒温度保温方法および排気浄化触媒保温システムに関する。

特許文献１には、内燃機関のターボ過給機を備える排気システムが開示されている。

特開２００９－２７０４６８号公報

上記特許文献１に開示された排気システムでは、内燃機関の停止時に、排気浄化触媒の温度が低下してしまい、内燃機関の再始動時に、排気浄化触媒の温度が、排気浄化触媒の活性温度以下になってしまうため、内燃機関再始動時には、空燃比の高い排気ガスにより、排気浄化触媒を加熱するため、燃費が悪化したり、あるいは、例えば、ハイブリッドシステム車両、アイドルストップ機能付車両、シリーズハイブリッド車両、特に、シリーズハイブリッド車両、レンジエクステンダー車両においては、車両走行中も内燃機関が停止するため、走行風により、さらに排気浄化触媒の温度が低下してしまうため、電熱排気浄化触媒などの高価なデバイスの追加の必要性が生じてしまうおそれがあった。
本発明の目的は、燃費の悪化を防止するとともに、コストの上昇を抑制した排気浄化触媒温度保温方法および排気浄化触媒保温システムを提供することにある。

本発明の排気浄化触媒温度保温方法および排気浄化触媒保温システムは、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、内燃機関と排気浄化触媒との間の排気通路に設けられたモータ／ジェネレータを有する排気回生装置と、内燃機関と排気回生装置との間の排気通路に設けられた第１切換弁と、排気浄化触媒の下流側の排気通路に設けられた第２切換弁と、第１切換弁と第２切換弁を、排気浄化触媒をバイパスして連通するバイパス排気通路と、を備え、内燃機関の稼働時に、第１切換弁は、バイパス排気通路を閉塞して、第１切換弁の上流側排気通路と第１切換弁の下流側排気通路を連通し、第２切換弁は、バイパス排気通路を閉塞して、第２切換弁の上流側排気通路と第２切換弁の下流側排気通路を連通し、内燃機関の停止時には、第１切換弁は、第１切換弁の上流側排気通路を閉塞し、第１切換弁の下流側の排気通路とバイパス排気通路を連通し、第２切換弁は、第２切換弁の下流側排気通路を閉塞し、第２切換弁の上流側排気通路とバイパス排気通路を連通して、モータ／ジェネレータを駆動する。

よって、燃費の悪化を防止するとともに、コストの上昇を抑制することができる。

（ａ）は、内燃機関の稼働時の実施形態１の排気浄化触媒保温システムの全体構成を示す模式図であり、（ｂ）は、内燃機関の停止時の実施形態１の排気浄化触媒保温システムの全体構成を示す模式図である。 （ａ）は、内燃機関の稼働時の実施形態２の排気浄化触媒保温システムの全体構成を示す模式図であり、（ｂ）は、内燃機関の停止時の実施形態２の排気浄化触媒保温システムの全体構成を示す模式図である。 （ａ）は、内燃機関の稼働時の実施形態３の排気浄化触媒保温システムの全体構成を示す模式図であり、（ｂ）は、内燃機関の停止時の実施形態３の排気浄化触媒保温システムの全体構成を示す模式図である。

〔実施形態１〕
図１（ａ）は、内燃機関の稼働時の実施形態１の排気浄化触媒保温システムの全体構成を示す模式図であり、図1（ｂ）は、内燃機関の停止時の実施形態１の排気浄化触媒保温システムの全体構成を示す模式図である。

図１（ａ）、（ｂ）に基づき、排気浄化触媒保温システムの概略の全体構成について、説明する。

排気浄化触媒保温システム１は、内燃機関２と、一端が内燃機関２と連通する上流側排気通路５ａと、上流側排気通路５ａの他端と連通する第1切換弁８と、一端が第1切換弁８と連通する中間排気通路５ｂと、中間排気通路５ｂに配置されるターボ過給機３と、ターボ過給機３の下流側の中間排気通路５ｂに配置される排気浄化触媒７と、中間排気通路５ｂの他端と連通する第２切換弁９と、第２切換弁９と連通する下流側排気通路５ｃと、排気浄化触媒７をバイパスして第1切換弁８と第２切換弁９と連通するバイパス排気通路６とを備えている。
すなわち、上流側排気通路（第１切換弁８の上流側排気通路）５ａと中間排気通路（第１切換弁８の下流側排気通路、第２切換弁９の上流側排気通路）５ｂと下流側排気通路（第２切換弁９の下流側排気通路）５ｃとにより、排気通路５を構成している。

内燃機関２は、例えば、３つの気筒を備えた４サイクルレシプロエンジンであって、液体燃料を気筒内で燃焼させることにより、駆動力を生じさせるものである。
なお、ターボ過給機３は、中間排気通路５ｂの第1切換弁８の下流側に配置され、排気ガスにより駆動されるタービン３ｂと、不図示の吸気通路に配置され、タービン３ｂにより駆動されて空気を圧縮し、３つの気筒の燃焼室に圧縮された空気を供給するコンプレッサ３ａと、コンプレッサ３ａとタービン３ｂ間に配置されたモータ／ジェネレータ４から構成されている。
このターボ過給機３とモータ／ジェネレータ４により、排気回生装置２０を構成している。

図１（ａ）に基づき、内燃機関２の稼働時の排気浄化触媒保温システム１の作動を説明する。
内燃機関２の稼働時には、第１切換弁８は、バイパス排気通路６を閉塞して、上流側排気通路５ａと中間排気通路５ｂを連通し、第２切換弁９は、バイパス排気通路６を閉塞して、中間排気通路５ｂと下流側排気通路５ｃを連通している。
これにより、排気ガスにより、タービン３ｂが駆動され、タービン３ｂにより駆動されてコンプレッサ３ａが空気を圧縮して、３つの気筒の燃焼室に圧縮された空気を供給する、いわゆるターボ過給機３が稼働している。
なお、モータ／ジェネレータ４も、タービン３ｂにより駆動されて、ジェネレータとして機能し、発電することで、運動エネルギーを電気として回収している。
これにより、排気ガスの温度を低下させることができ、高温の排気ガスによる排気浄化触媒７の劣化を抑制することができるので、排気浄化触媒７の貴金属使用量を大幅に減らすことができ、さらなるコストの低減を行うことができる。

図１（ｂ）に基づき、内燃機関２の停止時の排気浄化触媒保温システム１の作動を説明する。
内燃機関２の停止時には、第１切換弁８は、上流側排気通路５ａを閉塞して、バイパス排気通路６と中間排気通路５ｂとを連通し、第２切換弁９は、下流側排気通路５ｃを閉塞して、バイパス通路６と中間排気通路５ｂとを連通している。
また、モータ／ジェネレータ４は、電力を供給されて、モータとして機能し、コンプレッサ３ａ、タービン３ｂを駆動して、バイパス排気通路６と中間排気通路５ｂにより、閉回路となった排気通路内の排気ガスを、送風機能を持たせたタービン３ｂにより循環させるようにしている。
この循環する排気ガスは、タービン３ｂのハウジングに内燃機関２の稼働時に蓄熱された熱で温められ、排気浄化触媒７を内部から温めることができるので、排気浄化触媒７を保温することができる。

次に、作用効果を説明する。
実施形態１の排気浄化触媒温度保温方法および排気浄化触媒保温システムにあっては、以下に列挙する作用効果を奏する。

（１）排気浄化触媒保温システム１は、内燃機関２と、一端が内燃機関２と連通する上流側排気通路５ａと、上流側排気通路５ａの他端と連通する第1切換弁８と、一端が第1切換弁８と連通する中間排気通路５ｂと、中間排気通路５ｂに配置されるターボ過給機３と、ターボ過給機３の下流側の中間排気通路５ｂに配置される排気浄化触媒７と、中間排気通路５ｂの他端と連通する第２切換弁９と、第２切換弁９と連通する下流側排気通路５ｃと、排気浄化触媒７をバイパスして第1切換弁８と第２切換弁９と連通するバイパス排気通路６とを備え、内燃機関２の停止時には、第１切換弁８は、上流側排気通路５ａを閉塞して、バイパス排気通路６と中間排気通路５ｂとを連通し、第２切換弁９は、下流側排気通路５ｃを閉塞して、バイパス通路６と中間排気通路５ｂとを連通させ、モータ／ジェネレータ４により、コンプレッサ３ａ、タービン３ｂを駆動して、バイパス排気通路６と中間排気通路５ｂにより、閉回路となった排気通路内の排気ガスを、タービン３ｂにより循環させるようにして、排気浄化触媒７を保温するようにした。
よって、燃費の悪化を防止するとともに、コストの上昇を抑制することができる。

（２）内燃機関２の稼働時に、ターボ過給機３のタービン３ｂで駆動されるモータ／ジェネレータ４により、発電することで、運動エネルギーを電気として回収するようにした。
よって、排気ガスの温度を低下させることができ、高温の排気ガスによる排気浄化触媒７の劣化を抑制することができるので、排気浄化触媒７の貴金属使用量を大幅に減らすことができ、さらなるコストの低減を行うことができる。

[実施形態２]
図２（ａ）は、内燃機関の稼働時の実施形態２の排気浄化触媒保温システムの全体構成を示す模式図であり、図２（ｂ）は、内燃機関の停止時の実施形態２の排気浄化触媒保温システムの全体構成を示す模式図である。

図２（ａ）、（ｂ）に基づき、排気浄化触媒保温システムの概略の全体構成について、説明する。

実施形態１では、排気回生装置２０を、ターボ過給機３とモータ／ジェネレータ４により構成していたが、実施形態２では、排気回生装置２０を、ターボ過給機３と排気浄化触媒７の間で、第１切換弁８の下流側の中間排気通路５ｂに配置したタービン１０とモータ／ジェネレータ４ａにより構成している。
この点を除き、実施形態１と同じ構成であるため、同じ構成には同一符号を付して、説明は省略する。
以上説明したように、実施形態２にあっては、実施形態１の作用効果に加え、以下の作用効果を奏する。

（１）実施形態１では、モータ／ジェネレータ４が、コンプレッサ３ａとタービン３ｂを駆動していたが、実施形態２では、モータ／ジェネレータ４ａは、タービン１０のみを駆動すればよく、消費電力を抑制することができる。

[実施形態３]
図３（ａ）は、内燃機関の稼働時の実施形態３の排気浄化触媒保温システムの全体構成を示す模式図であり、図３（ｂ）は、内燃機関の停止時の実施形態３の排気浄化触媒保温システムの全体構成を示す模式図である。

図３（ａ）、（ｂ）に基づき、排気浄化触媒保温システムの概略の全体構成について、説明する。

実施形態２では、排気回生装置２０を、ターボ過給機３と排気浄化触媒７の間で、第１切換弁８の下流側の中間排気通路５ｂに配置したタービン１０とモータ／ジェネレータ４ａにより構成していたが、実施形態３では、ターボ過給機３を備えていないＮＡ（Ｎａｔｕｒａｌ Ａｓｐｉｒａｔｉｏｎ）内燃機関を備える車両に、排気浄化触媒保温システム１を適用している。
この点を除き、実施形態１と同じ構成であるため、同じ構成には同一符号を付して、説明は省略する。
以上説明したように、実施形態３にあっては、実施形態２と同様の作用効果を奏する。

［他の実施例］
以上、本発明を実施するための形態を実施形態に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は実施形態に示した構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

１ 排気浄化触媒保温システム
２ 内燃機関
３ ターボ過給機（排気回生装置）
３ａ コンプレッサ
３ｂ タービン
４ モータ／ジェネレータ（排気回生装置）
４ａ モータ／ジェネレータ（排気回生装置）
５ 排気通路
５ａ 上流側排気通路（第１切換弁の上流側排気通路）
５ｂ 中間排気通路（第１切換弁の下流側排気通路、第２切換弁の上流側排気通路）
５ｃ 下流側排気通路（第２切換弁の下流側排気通路）
６ バイパス排気通路
７ 排気浄化触媒
８ 第１切換弁
９ 第２切換弁
１０ タービン（排気回生装置）
２０ 排気回生装置

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
   前記内燃機関と前記排気浄化触媒との間の前記排気通路に設けられたモータ／ジェネレータを有する排気回生装置と、
   前記内燃機関と前記排気回生装置との間の前記排気通路に設けられた第１切換弁と、
   前記排気浄化触媒の下流側の前記排気通路に設けられた第２切換弁と、
   前記第１切換弁と前記第２切換弁を、前記排気浄化触媒をバイパスして連通するバイパス排気通路と、
   を備え、
   前記内燃機関の稼働時に、前記第１切換弁は、前記バイパス排気通路を閉塞して、前記第１切換弁の上流側排気通路と前記第１切換弁の下流側排気通路を連通し、前記第２切換弁は、前記バイパス排気通路を閉塞して、前記第２切換弁の上流側排気通路と前記第２切換弁の下流側排気通路を連通し、
   前記内燃機関の停止時には、前記第１切換弁は、前記第１切換弁の上流側排気通路を閉塞し、前記第１切換弁の下流側の排気通路と前記バイパス排気通路を連通し、前記第２切換弁は、前記第２切換弁の下流側排気通路を閉塞し、前記第２切換弁の上流側排気通路と前記バイパス排気通路を連通して、前記モータ／ジェネレータを駆動する、
   ことを特徴とする排気浄化触媒保温方法。
2. 請求項１に記載の排気浄化触媒保温方法において、
   前記排気回生装置は、前記モータ／ジェネレータを有するターボ過給機である、
   ことを特徴とする排気浄化触媒保温方法。
3. 請求項１に記載の排気浄化触媒保温方法において、
   前記排気回生装置は、前記モータ／ジェネレータを有するタービンである、
   ことを特徴とする排気浄化触媒保温方法。
4. 内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
   前記内燃機関と前記排気浄化触媒との間の前記排気通路に設けられたモータ／ジェネレータを有する排気回生装置と、
   前記内燃機関と前記排気回生装置との間の前記排気通路に設けられた第１切換弁と、
   前記排気浄化触媒の下流側の前記排気通路に設けられた第２切換弁と、
   前記第１切換弁と前記第２切換弁を、前記排気浄化触媒をバイパスして連通するバイパス排気通路と、
   を備え、
   前記内燃機関の稼働時に、前記第１切換弁は、前記バイパス排気通路を閉塞して、前記第１切換弁の上流側排気通路と前記第１切換弁の下流側排気通路を連通し、前記第２切換弁は、前記バイパス排気通路を閉塞して、前記第２切換弁の上流側排気通路と前記第２切換弁の下流側排気通路を連通し、
   前記内燃機関の停止時には、前記第１切換弁は、前記第１切換弁の上流側排気通路を閉塞し、前記第１切換弁の下流側の排気通路と前記バイパス排気通路を連通し、前記第２切換弁は、前記第２切換弁の下流側排気通路を閉塞し、前記第２切換弁の上流側排気通路と前記バイパス排気通路を連通して、前記モータ／ジェネレータを駆動する、
   ことを特徴とする排気浄化触媒保温システム。

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