JP4915514B2

JP4915514B2 - 排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP4915514B2
Application number: JP2006342066A
Authority: JP
Inventors: 久仁杉浦
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2026-12-20
Also published as: JP2008151080A

Description

本発明は、触媒ケース内に上流側触媒と下流側触媒を直列に配設するとともに、両触媒間に排気ガスセンサを配設して成る排気ガス浄化装置に関するものである。

エンジンの排気系には、排気ガス中に含まれるＣＯ、ＨＣ、ＮＯ_Ｘ等の有害成分を触媒物質に接触させて排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置が設けられている。ここで、排気ガス浄化装置の一例を図６に示す。

図６は車両用エンジンに設けられる従来の排気ガス浄化装置１１０の破断正面図であり、図示の排気ガス浄化装置１１０は、その軸線方向が車両の上下方向に向くよう縦置きされた円筒状の触媒ケース１１１を備えており、この触媒ケース１１１は、上流側ケース部１１１Ａと下流側ケース部１１１Ｂ及びこれら両ケース部１１１Ａ，１１１Ｂ間を連絡する連絡ケース部１１１Ｃを直列に連結して構成されている。

そして、触媒ケース１１１の上端には上流側排気管１１２が接続されており、該上流側排気管１１２の上流側端部は、接合フランジ１１３を介して不図示の排気マニホールドや過給機の排気タービンの出口に取り付けられている。又、触媒ケース１１１の下端には下流側排気管１１４が接続されており、該下流側排気管１１４の下流側端部は、車体の下部を車体後方に向かって延設された不図示の排気管に接合フランジ１１５を介して接続されている。

而して、触媒ケース１１１の上流側ケース部１１１Ａと下流側ケース部１１１Ｂには円柱状の上流側触媒１２２と下流側触媒１２３がその周囲を保持部材（保持マット）１２４によって保持された状態でそれぞれ収容されている。そして、前記上流側排気管１１２には上流側排気ガスセンサ１２６が取り付けられ、触媒ケース１１１の前記連絡ケース部１１１Ｃには下流側排気ガスセンサ１２５が取り付けられている。ここで、上流側排気ガスセンサ１２６は、排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ_２センサであって、該Ｏ_２センサ１２６によって検出された酸素濃度は不図示のエンジン制御装置（ＥＣＵ）にフィードバックされ、この酸素濃度に基づいて混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比に近づくよう燃料噴射量が制御される。又、下流側排気ガスセンサ１２５は、上流側触媒１２２の劣化を検知するためのセンサである。

ところで、斯かる排気ガス浄化装置に関しては今までに種々の提案がなされている。

例えば、特許文献１には、触媒担体内に第１及び第２の２つの排気ガス通路を並設し、両排気ガス通路を円弧状に湾曲したリターン通路で接続するとともに、該リターン通路に排気ガスセンサを配置する構成が開示されており、これによれば酸素濃度を高精度に検知するとともに、低コストで排気ガス浄化性能を高めることができる。

又、特許文献２には、触媒ケース内に直列に収納された一対の触媒間の距離を短縮するための排気ガスセンサの取付構造が提案されている。具体的には、触媒ケースにおける上流側触媒の下流端部に対応する部位と下流側触媒の上流端部に対応する部位に径方向内側への絞縮部をそれぞれ設けるとともに、これらの絞縮部に下流側に向かって径が次第に小さくなる円錐面部を設け、該円錐面部にその軸方向が触媒ケースの軸線方向と略直交するように排気ガスセンサ（Ｏ₂ センサ）を取り付ける構成が提案されている。
特開昭６４−０３９４１６号公報特開２００４−１９７６６２号公報

しかしながら、図６に示した従来の排気ガス浄化装置１１０においては、触媒ケース１１１内に上流側触媒１２２と下流側触媒１２３がそれらの軸線が一致するよう一直線上にストレートに並設されているため、触媒ケース１１１内の両触媒１２２，１２３間には円柱状の空間Ｓ’が形成され、この空間Ｓ’の高さ寸法を下流側ガスセンサ１２５を取り付けることができる大きさに設定しなければならなかった。このため、空間Ｓ’の高さ寸法、延いては触媒ケース１１１の全長Ｌ’が長くなり、当該排気ガス浄化装置１１０の車両への搭載性が悪くなるという問題があった。

又、触媒ケース１１１内の円柱状の空間Ｓ’の高さ寸法が大きくなると、触媒ケース１１１内で上流側触媒１２３を通過した排気ガスが空間Ｓ’を流れる間に外気によって冷却され、エンジン始動後の下流側触媒１２３の温度上昇が遅くなって該下流側触媒１２３の活性化が遅れ、当該排気ガス浄化装置１１０の排気ガス浄化性能が低下するという問題もあった。

他方、特許文献１に開示された構成では、排気ガスがリターン通路を流れる間に外気によって冷却されるため、下流側の触媒の活性化が不十分で、その排気ガス浄化性能が低下するという問題がある。

又、特許文献２に開示された構成では、排気ガスセンサの取付構造の工夫によって触媒間の距離を短縮することができる効果は十分でなく、排気ガス浄化装置の車両への搭載性を高めるまでには至っていないのが実情である。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、触媒ケースの全長を短縮して車両への搭載性の向上を図るとともに、排気ガス浄化性能の向上を図ることができる排気ガス浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、上流側ケース部と下流側ケース部及びこれら両ケース部間を連絡する連結ケース部を直列に接続して成る触媒ケースをエンジンの排気管に取り付け、該触媒ケースの前記上流側ケース部と前記下流側ケース部内に同サイズの上流側触媒と下流側触媒をそれぞれ収容するとともに、前記連結ケース部に前記上流側触媒の劣化を検知する排気ガスセンサを取り付けて構成される排気ガス浄化装置において、前記上流側触媒と前記下流側触媒を各軸線が互いに交差するよう傾斜させて配置することによって前記触媒ケース内の上流側触媒と下流側触媒の間に楔状空間を形成し、前記連絡ケース部の高さが高い径方向一側に前記排気ガスセンサを取り付けるとともに、前記触媒ケースの上流側端部に接続された上流側排気管を、その軸中心が前記上流側触媒の軸中心と交差して前記排気ガスセンサを指向するよう前記上流側触媒に対して傾斜させたことを特徴とする。

本発明によれば、連絡ケース部の高さが高い径方向一側に排気ガスセンサを取り付けるスペースを確保しつつ、触媒ケース内の上流側触媒と下流側触媒の間に形成される空間を従来の円柱状空間から楔状空間に変更して空間の容積を減少させることができる。この結果、触媒ケースの全長を短縮して当該排気ガス浄化装置の車両への搭載性を高めることができる、又、触媒ケースの連絡ケース部の表面積（伝熱面積）を減少させて排気ガスの外気による冷却を抑制し、排気ガスによる下流側触媒の温度上昇を促進させて該下流側触媒の活性化を図り、当該排気ガス浄化装置の排気ガス浄化性能を高めることができる。

更に、本発明によれば、触媒ケースの上流側端部に接続された上流側排気管を、その軸中心が上流側触媒の軸中心と交差して排気ガスセンサを指向するよう上流側触媒に対して傾斜させたため、排気ガスセンサの周囲を流れる排気ガスの流量が増加し、排気ガスセンサの検出精度が高められて上流側触媒の劣化を正確に検出することができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る排気ガス浄化装置を備えたエンジンの平面図、図２は同エンジンの正面図である。

図示のエンジン１は、不図示の車両前部のエンジンルーム内に横置き状態で搭載される直列４気筒エンジンであって、不図示のクランク軸は車幅方向（図１及び図２の左右方向）に配されている。ここで、エンジン１には４つの気筒が車幅方向に並設されており、シリンダブロック２の上部に被着されたシリンダヘッド３の吸気側（車両後方側）には、該シリンダヘッド３に各気筒毎に形成された不図示の吸気ポートに連なる不図示の４本の吸気マニホールドが接続されている。尚、図１に示すように、エンジン１の左側面には、クランク軸の回転を変速して不図示のプロペラシャフト及び駆動輪に伝達するための変速機４が取り付けられている。

又、シリンダヘッド３の排気側（車両前方側）には、該シリンダヘッド３に各気筒毎に形成された不図示の排気ポートに連なる４本の排気マニホールド５が接続されており、これらの排気マニホールド５は遮熱カバー６によって覆われている。そして、図２に示すように、エンジン１の排気側（前面）にはターボチャージャ７が配置されており、前記４本の排気マニホールド５は集合してターボチャージャ７の排気タービン８の入口側に接続されている。

ここで、ターボチャージャ７は、排気タービン８と同軸にコンプレッサ９を備えており、排気ガスによって駆動される排気タービン８によってコンプレッサ９を駆動し、このコンプレッサ９によって吸気を過給してエンジン１の吸気系に供給することによって該エンジン１の出力向上を図るものである。

ところで、図２に示すように、エンジン１の前面側（排気側）には、本発明に係る排気ガス浄化装置１０がその軸線方向を車両上下方向にして縦置き状態で配設されており、円筒状の触媒ケース１１の上端から上方へ延びる上流側排気管１２は、接合フランジ１３を介してターボチャージャ７の排気タービン８の出口に接続されている。又、触媒ケース１１の下端から下方へ延びる下流側排気管１４は、車体の下部を車体後方に向かって延設された不図示の排気管に接合フランジ１５を介して接続されている。

他方、エンジン１の前方であって、車両前部の左側部分にはラジエータ１６が配設されており、このラジエータ１６にはファン１７及び不図示の熱交換器が備えられ、その後面にはファンシュラウド１８が取り付けられている（図１参照）。尚、図中、１９，２０，２１は冷却配管である。

次に、本発明に係る前記排気ガス浄化装置１０の構成の詳細を図３〜図５に基づいて説明する。尚、図３は排気ガス浄化装置の一部を破断して示す斜視図、図４は同排気ガス浄化装置の平面図、図５は同排気ガス浄化装置の正面図である。

本発明に係る排気ガス浄化装置１０は、その軸線方向が車両の上下方向に向くよう縦置きされた円筒状の触媒ケース１１を備えており、この触媒ケース１１は、上流側ケース部１１Ａと下流側ケース部１１Ｂ及びこれら両ケース部１１Ａ，１１Ｂ間を連絡する連絡ケース部１１Ｃを直列に連結して構成されている。そして、触媒ケース１１の上流側ケース部１１Ａと下流側ケース部１１Ｂ内には円柱状の上流側触媒２２と下流側触媒２３がその周囲を保持部材（保持マット）２４によって保持された状態でそれぞれ収容されている。尚、上流側触媒２２と下流側触媒２３は、例えば断面ハニカム状のセラミック製のモノリス担体に白金（Ｐｔ）等の貴金属を担持せしめて構成されている。

而して、本実施の形態に係る排気浄化装置１０においては、上流側触媒２２と下流側触媒２３を各軸線を互いに交差するよう傾斜させて配置することによって触媒ケース１１内の上流側触媒２２と下流側触媒２３の間（つまり、連絡ケース１１Ｃ内）に楔状空間Ｓを形成し、連絡ケース部１１Ｃの高さが高い径方向一側に下流側排気ガスセンサ２５を取り付けている。

又、触媒ケース１１の上流側端部に接続された前記上流側排気管１２は、その軸中心が上流側触媒２２の軸中心と交差して前記下流側排気ガスセンサ２５を指向するよう上流側触媒２２に対して傾斜しており、上流側排気管１２には上流側排気ガスセンサ２６が取り付けられている。ここで、上流側排気ガスセンサ２６は、排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ₂ センサであり、下流側排気ガスセンサ２５は、上流側触媒２２の劣化を検知するためのセンサである。

更に、本実施の形態では、図１及び図２に示すように、触媒ケース１１は、車両前部の左側部分に配設された前記ラジエータ１６に近接した位置に、その軸線方向が車両上下方向となるよう配設されており、該触媒ケース１１の連絡ケース部１１Ｃの周方向においてラジエータ１６から離れた位置に下流側排気ガスセンサ２５が取り付けられている。

而して、エンジン１が始動されると、該エンジン１の各気筒での混合気の燃焼によって発生した高温の排気ガスは、排気マニホールド５を通ってターボチャージャ７の排気タービン８に導入されて該排気タービン８を回転駆動した後、本発明に係る排気ガス浄化装置１０に導入されて浄化される。

即ち、排気ガス浄化装置１０においては、排気タービン８から排出される排気ガスが上流側排気管１２から触媒ケース１１内に導入され、触媒ケース１１内に収容された上流側触媒２２を排気ガスが通過することによって該排気ガスが浄化される。尚、上流側排気管１２を流れる排気ガス中の酸素濃度は上流側排気ガスセンサ２６によって検出され、検出された酸素濃度に基づいて混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比に近づくよう燃料噴射量が制御される。

そして、上流側触媒２２を通過して浄化された排気ガスは、連絡ケース部１１Ｃ内の楔上空間Ｓを下方に向かって流れて下流側触媒２３へと導入され、この下流側触媒２３を通過することによって再度浄化された後、下流側排気管１４から触媒ケース１１外へと排出され、下流側排気管１４に連なる不図示の排気管及びサイレンサを通って大気中に排出される。

以上において、本発明に係る排気ガス浄化装置１０においては、上流側触媒２２と下流側触媒２３を各軸線を互いに交差するよう傾斜させて配置することによって触媒ケース１１内の上流側触媒２２と下流側触媒２３の間に楔状空間Ｓを形成し、連絡ケース部１１Ｃの高さが高い径方向一側に下流側排気ガスセンサ２５を取り付けたため、連絡ケース部１１Ｃの高さが高い径方向一側に排気ガスセンサ２５を取り付けるスペースを確保しつつ、触媒ケース１１内の上流側触媒２２と下流側触媒２３の間に形成される空間を従来の円柱状空間Ｓ’（図６参照）から楔状空間Ｓに変更して該楔状空間Ｓの容積を減少させることができる。この結果、触媒ケース１１の全長Ｌを短縮して当該排気ガス浄化装置１０の車両への搭載性を高めることができる。又、触媒ケース１１の連絡ケース部１１Ｃの表面積（伝熱面積）を減少させて排気ガスの外気による冷却を抑制し、排気ガスによる下流側触媒２３の温度上昇を促進して該下流側触媒２３の活性化を図り、当該排気ガス浄化装置１０の排気ガス浄化性能を高めることができる。

又、本実施の形態によれば、触媒ケース１１の上流側端部に接続された上流側排気管１２を、その軸中心が上流側触媒２２の軸中心と交差して下流側排気ガスセンサ２５を指向するよう上流側触媒２２に対して傾斜させたため、下流側排気ガスセンサ２５の周囲を流れる排気ガスの流量が増加し、下流側排気ガスセンサ２５の検出精度が高められて上流側触媒２２の劣化を正確に検知することができる。

更に、本実施の形態によれば、下流側排気ガスセンサ２５を、排気ガス温度が変動し易いラジエータ１６の近傍から離れた位置に取り付けたため、排気ガス浄化装置１０の制御を安定化させて排気ガス浄化性能を向上させることができる。

本発明に係る排気ガス浄化装置を備えたエンジンの平面図である。本発明に係る排気ガス浄化装置を備えたエンジンの正面図である。本発明に係る排気ガス浄化装置の一部を破断して示す斜視図である。本発明に係る排気ガス浄化装置の平面図である。本発明に係る排気ガス浄化装置の正面図である。従来の排気ガス浄化装置の破断正面図である。

符号の説明

１エンジン
２シリンダブロック
３シリンダヘッド
４変速機
５排気マニホールド
６遮熱カバー
７ターボチャージャ
８排気タービン
９コンプレッサ
１０排気ガス浄化装置
１１触媒ケース
１１Ａ触媒ケースの上流側ケース部
１１Ｂ触媒ケースの下流側ケース部
１１Ｃ触媒ケースの連絡ケース部
１２上流側排気管
１３接合フランジ
１４下流側排気管
１５接合フランジ
１６ラジエータ
１７ファン
１８ファンシュラウド
１９〜２１冷却配管
２２上流側触媒
２３下流側触媒
２４保持部材（保持マット）
２５下流側排気ガスセンサ
２６上流側排気ガスセンサ
Ｌ触媒ケースの全長
Ｓ楔状空間

Claims

上流側ケース部と下流側ケース部及びこれら両ケース部間を連絡する連結ケース部を直列に接続して成る触媒ケースをエンジンの排気管に取り付け、該触媒ケースの前記上流側ケース部と前記下流側ケース部内に同サイズの上流側触媒と下流側触媒をそれぞれ収容するとともに、前記連結ケース部に前記上流側触媒の劣化を検知する排気ガスセンサを取り付けて構成される排気ガス浄化装置において、
前記上流側触媒と前記下流側触媒を各軸線が互いに交差するよう傾斜させて配置することによって前記触媒ケース内の上流側触媒と下流側触媒の間に楔状空間を形成し、前記連絡ケース部の高さが高い径方向一側に前記排気ガスセンサを取り付けるとともに、前記触媒ケースの上流側端部に接続された上流側排気管を、その軸線が前記上流側触媒の軸中心と交差して前記排気ガスセンサを指向するよう前記上流側触媒に対して傾斜させたことを特徴とする排気ガス浄化装置。