排気浄化装置
【課題】ＥＨＣにおける漏電の発生を確実に防止しつつ好適な排気浄化性能を担保する。
【解決手段】排気浄化装置は、内燃機関（２００）から排出される排気を浄化するための装置であって、内燃機関の排気通路（２１５）に配置された電気加熱式触媒装置（４００）と、排気通路における電気加熱式触媒装置の上流側及び下流側に夫々少なくとも一つ形成された、排気中の水分を貯留可能な第１の窪み部（２１９）及び第２の窪み部（２２０）又は排気中の水分を吸着可能な第１の吸着手段（７００）及び第２の吸着手段（８００）とを具備する。
【解決手段】排気浄化装置は、内燃機関（２００）から排出される排気を浄化するための装置であって、内燃機関の排気通路（２１５）に配置された電気加熱式触媒装置（４００）と、排気通路における電気加熱式触媒装置の上流側及び下流側に夫々少なくとも一つ形成された、排気中の水分を貯留可能な第１の窪み部（２１９）及び第２の窪み部（２２０）又は排気中の水分を吸着可能な第１の吸着手段（７００）及び第２の吸着手段（８００）とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出される排気を浄化するための排気浄化装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、排ガス通路に、所謂ＥＨＣ（Electrically Heated Catalyst：電気加熱式触媒装置）の一種として、高電圧発生器により印加される排ガス浄化器を配置したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された排ガス浄化装置によれば、高電圧発生器又は排ガス浄化器における電圧、電流等に異常があると判断された場合に、高電圧発生器又は排ガス浄化器への給電を遮断又は大幅に制限することにより、排ガス浄化器が水分を含んでいることに起因する漏電を回避することが可能であるとされている。
【０００３】
尚、この種のＥＨＣを有さぬ構成としては、三元触媒の上下流側に夫々設置された吸水剤と、当該上流側の吸着剤の更に上流側に設けられた凹部とを備えた排気浄化装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、同様にＥＨＣを有さぬ構成としては、排気凝縮水の流れを阻止する堰を無くすことにより、三元触媒作用を有する触媒コンバータから、当該触媒コンバータ下流側に形成されたＶ字溝に向かって流れ出す排気凝縮水を、排気通路下面に溜める車両用排気装置も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１５４１号公報
【特許文献２】特開２００８−２６１２６３号公報
【特許文献３】特開平１１−２１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１に開示された装置では、特に排ガス通路内に比較的多くの水分が存在するエンジン始動時に、漏電或いはその危険性がある旨の判断がなされ、排ガス浄化器への給電が頻繁に遮断又は制限されかねない。この場合、ＥＨＣの昇温が阻害されることとなり、排ガス浄化器が予め期待された排気浄化性能を発揮することが困難となって、エミッションの悪化を生じかねない。即ち、特許文献１に開示された装置には、ＥＨＣの漏電を回避することの代償として内燃機関の始動時におけるエミッションの悪化が避け難いという技術的問題点がある。
【０００７】
尚、上述した特許文献２及び特許文献３に開示された装置の各々においては、そもそもＥＨＣの使用が想定されていない。このため、ＥＨＣ特有の問題である漏電を防止する際に生じるこの種の問題に対する有効な解決策とはなり得ない。
【０００８】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、ＥＨＣにおける漏電の発生を確実に防止しつつ好適な排気浄化性能を担保し得る排気浄化装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するため、本発明に係る排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置された電気加熱式触媒装置と、前記排気通路における前記電気加熱式触媒装置の上流側及び下流側に夫々少なくとも一つ形成された、排気中の水分を貯留可能な第１の窪み部及び第２の窪み部とを具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る排気浄化装置によれば、例えば内燃機関の停止期間等において排気通路内に滞留する排気中の水分が凝縮して凝縮水が生成されたとしても、この凝縮水が、電気加熱式触媒装置の前後において排気通路に形成された第１及び第２の窪み部に導かれ、貯留される。このため、例えば内燃機関の始動時等、電気加熱式触媒装置への通電が必要とされる場合に、この凝縮水によって電気加熱式触媒又はその周辺の排気通路が結露することに起因する漏電の可能性について考慮する必要が生じない。従って、通電要求に対し、必要とされる通電を常時迅速に行うことが可能となり、触媒暖機が行われない或いは触媒暖機が不十分になるといった事態を回避することが可能となる。即ち、漏電を確実に回避しつつ好適な排気浄化性能が担保されるのである。
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明に係る他の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置された電気加熱式触媒装置と、前記排気通路における前記電気加熱式触媒装置の上流側及び下流側に夫々少なくとも一つ形成された、排気中の水分を吸着可能な第１の吸着手段及び第２の吸着手段とを具備することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る他の排気浄化装置によれば、例えば内燃機関の停止期間等において排気通路内に滞留する排気中の水分が凝縮して凝縮水が生成されたとしても、この凝縮水が、電気加熱式触媒装置の前後において排気通路に設置された第１及び第２の吸着手段に導かれ、吸着保持される。このため、例えば内燃機関の始動時等、電気加熱式触媒装置への通電が必要とされる場合に、この凝縮水によって電気加熱式触媒又はその周辺の排気通路が結露することに起因する漏電の可能性について考慮する必要が生じない。従って、通電要求に対し、必要とされる通電を常時迅速に行うことが可能となり、触媒暖機が行われない或いは触媒暖機が不十分になるといった事態を回避することが可能となる。即ち、漏電を確実に回避しつつ好適な排気浄化性能が担保されるのである。
【００１３】
本発明のこのような作用及び他の利得は後に説明する実施形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の内燃機関を備えるハイブリッド車両の構成を概念的に表してなる模式的なブロック図である。
【図２】図１の内燃機関の一断面構成を概念的に表してなる模式的な断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る電気加熱式触媒装置の一断面構成を概念的に且つ模式的に例示する模式断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る電気加熱式触媒装置の一断面構成を概念的に且つ模式的に例示する模式断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る電気加熱式触媒装置の一断面構成を概念的に且つ模式的に例示する模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜発明の実施形態＞
＜第１実施形態＞
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るハイブリッド車両１０の構成について説明する。ここに、図１は、ハイブリッド車両１０の構成を概念的に表してなる模式的なブロック図である。
【００１６】
図１において、ハイブリッド車両１０は、減速機構１１及び車輪１２、並びにＥＣＵ１００、エンジン２００、モータジェネレータＭＧ１、モータジェネレータＭＧ２、動力分割機構３００、ＥＨＣ４００、ＰＣＵ５００、バッテリ６００及び通電許可スイッチ８００を備える。
【００１７】
減速機構１１は、エンジン２００及びモータジェネレータＭＧ２から駆動軸（符号省略）に出力された動力に応じて回転可能に構成されたギア機構であり、当該駆動軸の回転速度を所定の減速比に従って減速可能に構成されている。減速機構１１の出力軸は、ハイブリッド車両１０の車軸（符号省略）に連結されており、駆動軸の動力は、回転速度が減速された状態で、当該車軸及び当該車軸に連結された車輪１２に伝達されるように構成されている。
【００１８】
ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、ハイブリッド車両１０の動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットである。
【００１９】
エンジン２００は、ハイブリッド車両１０の主たる動力源として機能するように構成された、本発明に係る「内燃機関」の一例たるガソリンエンジンである。エンジン２００は、気筒（不図示）内において点火装置（不図示）による点火動作を介して混合気を燃焼せしめると共に、係る燃焼による爆発力に応じて生じるピストン（不図示）の往復運動をクランクシャフト２０５の回転運動に変換することが可能に構成されている。
【００２０】
ここで、図２を参照し、エンジン２００の詳細について説明する。ここに、図２は、エンジン２００の一断面構成を例示する模式断面図である。
【００２１】
図２において、エンジン２００は、気筒２０１内において燃焼室に点火プラグ（符号省略）の一部が露出してなる点火装置２０２による点火動作を介して混合気を燃焼せしめると共に、係る燃焼による爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動を、コネクティングロッド２０４を介してクランクシャフト２０５の回転運動に変換可能に構成されている。また、クランクシャフト２０５の近傍には、クランクシャフト２０５の回転位置（即ち、クランク角）を検出するクランクポジションセンサ２０６が設置されている。尚、エンジン２００は、紙面と垂直な方向に４本の気筒２０１が直列に配されてなる直列４気筒エンジンであるが、個々の気筒２０１の構成は相互に等しいため、図２においては一の気筒２０１についてのみ説明を行うこととする。
【００２２】
尚、本発明に係る「内燃機関」は、燃料種別、燃料の供給態様、燃料の燃焼態様、気筒配列等を問わない各種の態様を採り得る。例えば、本実施形態に例示するガソリンエンジンに限らず、軽油を燃料とするディーゼルエンジン又はアルコールとガソリンとの混合燃料を使用可能なバイフューエルエンジン等の形態を有していてもよい。また、ガソリンエンジンであるにせよ、その気筒配列は、直列型式に限定されない。
【００２３】
エンジン２００において、外部から吸入された空気は吸気管２０７を通過し、吸気ポート２１０において、インジェクタ２１２から噴射された燃料と混合されて前述の混合気となる。燃料は、図示せぬ燃料タンクに貯留されており、図示せぬフィードポンプの作用により、図示せぬデリバリパイプを介してインジェクタ２１２に圧送供給されている。尚、燃料を噴射する噴射手段の形態は、図示するような所謂吸気ポート噴射型インジェクタの構成を採らずともよく、例えば、フィードポンプ或いは他の低圧ポンプにより圧送される燃料の圧力を更に高圧ポンプによって昇圧せしめ、高温高圧の気筒２０１内部へ燃料を直接噴射することが可能に構成された、所謂直噴インジェクタ等の形態を有していてもよい。
【００２４】
気筒２０１内部と吸気管２０７とは、吸気バルブ２１１の開閉によってその連通状態が制御されている。気筒２０１内部で燃焼した混合気は排気となり吸気バルブ２１１の開閉に連動して開閉する排気バルブ２１３の開弁時に排気ポート２１４を介して排気管２１５に導かれる。排気管２１５は、本発明に係る「排気通路」の一例である。
【００２５】
一方、吸気管２０７における、吸気ポート２１０の上流側には、図示せぬクリーナを経て導かれた吸入空気に係る吸入空気量を調節するスロットルバルブ２０８が配設されている。このスロットルバルブ２０８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されたスロットルバルブモータ２０９によってその駆動状態が制御される構成となっている。尚、スロットルバルブモータ２０９は、基本的にはアクセル開度センサにより検出されるアクセル開度Ｔａに応じたスロットル開度が得られるように、ＥＣＵ１００により駆動制御されるが、その駆動制御に際してドライバの意思が介在する必要はなく（無論、ドライバの意思に反することのない範囲である）、言わば自動的にスロットル開度を調整することも可能である。即ち、スロットルバルブ２０９は、一種の電子制御式スロットルバルブとして構成されている。
【００２６】
排気管２１５には、三元触媒２１６が設置されている。三元触媒２１６は、アルミナ等の塩基性担体に白金等の貴金属を担持すると共に排気管２１５の径方向に沿った断面がハニカム状をなし、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）の還元反応と、排気中のＣＯ（一酸化炭素）及びＨＣ（炭化水素）の酸化反応とを略同時に進行させることにより排気を浄化可能に構成された触媒コンバータである。
【００２７】
また、排気管２１５には、エンジン２００の排気空燃比を検出可能に構成された空燃比センサ２１７が設置されている。空燃比センサ２１７は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された排気空燃比は、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。更に、気筒２０１を収容するシリンダブロックに設置されたウォータジャケットには、エンジン２００を冷却するために循環供給される冷却水（ＬＬＣ）に係る冷却水温を検出するための水温センサ２１８が配設されている。水温センサ２１８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された冷却水温は、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００２８】
エンジン２００は、排気管２１５における三元触媒２１６の下流側に、本発明に係る「電気加熱式触媒装置」の一例としてＥＨＣ４００を備える。
【００２９】
ＥＨＣ４００は、排気管２１５と略同径を有する管状のケースを有し、当該ケースが上流側及び下流側の端部において排気管２１５に連結された構成を有する。このケースの内部には、ケースの内周面を覆うように設置され、断熱性と共に電気的絶縁性を有するセラミック製の断熱材（不図示）と、不図示のＥＨＣ担体が収容されている。
【００３０】
ＥＨＣ担体は、図２と直交する断面がハニカム状をなす導電性の触媒担体である。ＥＨＣ担体には、不図示の酸化触媒が担持されており、ＥＨＣを通過する排気中のＨＣ及びＣＯを酸化可能に構成されている。尚、ＥＨＣ担体に担持される触媒は、酸化触媒に限定されず、三元触媒であってもよい。また、エンジン２００は、三元触媒２１６に加えて或いは替えて、ＮＳＲ（Nox Storage Reduction：ＮＯｘ吸蔵還元）触媒等、他の触媒装置を有していてもよい。
【００３１】
このＥＨＣ担体には、不図示の電極が取り付けられており、ＥＨＣ担体に対し、約２００Ｖの直流駆動電圧を供給可能に構成されている。このような構成を有するＥＨＣでは、電極を介してこのＥＨＣ担体に駆動電圧が印加され、ＥＨＣ担体に駆動電流が流れた際に、ＥＨＣ担体がジュール熱により発熱する。この際、この発熱によりＥＨＣ担体に担持された酸化触媒の昇温が促されるため、酸化触媒は速やかに触媒活性状態に移行し、エンジン始動時の排気浄化性能が確保される構成となっている。また、ＥＨＣ担体は、セラミック材料で構成された比較的電気抵抗の高い担体であり、駆動電圧が上記のように約２００Ｖと高い代わりに十分なヒートマスが確保されている。
【００３２】
尚、このようなＥＨＣ４００の構成は、本発明に係る「電気加熱式触媒装置」の一例に過ぎず、触媒の加熱構造、ＥＨＣ担体の構成及び各電極の付設態様及び制御態様等は公知の各種態様を採り得る。例えば、三元触媒２１６の上流側に、或いは三元触媒２１６を取り巻くように、セラミック等の電気抵抗体からなるヒータが設置され、当該ヒータからの輻射熱により三元触媒２１６の暖機を促進する構成であってもよい。即ち、この場合は、係るヒータ及び三元触媒２１６が、本発明に係る「電気加熱式触媒装置」の一例となり得る。また、本実施形態においては、ＥＨＣ４００が三元触媒２１６の下流側に配置されているが、ＥＨＣ４００は、三元触媒２１６の上流側に設置されていてもよい。この場合、図２における、三元触媒２１６とＥＨＣ４００との位置関係が逆であってもよい。
【００３３】
次に、図３を参照し、ＥＨＣ４００周辺における排気管２１５の構造について説明する。ここに、図３は、ＥＨＣ４００周辺部分における排気管２１５の、伸長方向に沿った概略断面図である。尚、同図において、図２と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【００３４】
図３において、排気管２１５におけるＥＨＣ４００の上流側には、車両搭載状態において鉛直下方に向かって陥没する単一の上流側凹部２１９が形成されている。上流側凹部２１９は、ＥＨＣ４００よりも上流側の排気管２１５において排気中の水分が凝縮して凝縮水が生成された場合に排気管２１５の管壁を伝ってその凝縮水が流れ込むように、予め実験的にその全体形状、表面の加工態様、容積及び曲率等が定められた貯留手段であり、本発明に係る「第１の窪み部」の一例である。
【００３５】
この上流側凹部２１９の最下方部分には、図示せぬドレイン孔が形成されており、図示せぬドレイン管に接続されている。このドレイン管は、更に図示せぬ排出装置に連結されており、ドレイン管に導かれた凝縮水は、最終的にハイブリッド車両１０の車外に排出される構成となっている。また、このドレイン管とドレイン孔との接続部位には、上流側凹部２１９に貯留される凝縮水の貯留量が規定量を超えないように、当該貯留量が一定量を超えると開弁する弁装置が付設されており、凝縮水の貯留量に応じて適宜開弁する構成となっている。尚、この弁装置は、エンジン２００の稼動期間においては開弁が禁止されており、排気がＥＨＣ４００を通過することなく車外に排出されることはない。
【００３６】
一方、排気管２１５におけるＥＨＣ４００の下流側には、車両搭載状態において鉛直下方に向かって陥没する単一の下流側凹部２２０が形成されている。下流側凹部２２０は、ＥＨＣ４００よりも下流側の排気管２１５において排気中の水分が凝縮して凝縮水が生成された場合に排気管２１５の管壁を伝ってその凝縮水が流れ込むように、予め実験的にその全体形状、表面の加工態様、容積及び曲率等が定められた貯留手段であり、本発明に係る「第２の窪み部」の一例である。尚、上述の上流側凹部２１９及びこの下流側凹部２２０と、ＥＨＣ４００とにより、本発明に係る「排気浄化装置」の一例が構成されている。
【００３７】
この下流側凹部２２０の最下方部分には、図示せぬドレイン孔が形成されており、図示せぬドレイン管に接続されている。このドレイン管は、上流側凹部２２０における先述したドレイン管と合流しており、先述の排出装置に連結されている。また、このドレイン管とドレイン孔との接続部位には、下流側凹部２２０に貯留される凝縮水の貯留量が規定量を超えないように、当該貯留量が一定量を超えると開弁する弁装置が付設されており、凝縮水の貯留量に応じて適宜開弁する構成となっている。尚、この弁装置は、エンジン２００の稼動期間においては開弁が禁止されており、ＥＨＣ４００通過後の排気がドレイン管を経由して車外に排出されることはない。
【００３８】
尚、本実施形態において、上流側凹部２１９及び下流側凹部２２０は、夫々単一の貯留手段として構成されるが、これらは複数形成されていてもよく、複数形成される場合には、各々その全体形状、表面の加工態様、容積及び曲率等が同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、ＥＨＣ４００周辺の排気管２１５は、必ずしも図３に例示する如く鉛直方向に直交する方向へ伸長している必要はない。従って、上流側凹部２１９及び下流側凹部２２０の陥没方向もまた、その都度、水分の貯留が好適に促されるように、排気管２１５の形状や構成に応じて適宜調整されてよい。
【００３９】
図１に戻り、モータジェネレータＭＧ１は、バッテリ６００を充電するための或いはモータジェネレータＭＧ２に電力を供給するための発電機として、更にはエンジン２００の動力をアシストする電動機として機能するように構成された電動発電機である。
【００４０】
モータジェネレータＭＧ２は、エンジン２００の動力をアシストする電動機として、或いはバッテリ６００を充電するための発電機として機能するように構成された電動発電機である。尚、これらモータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２は、例えば同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える。但し、他の形式のモータジェネレータであっても構わない。
【００４１】
動力分割機構３００は、エンジン２００の動力をＭＧ１及び駆動軸へ分配することが可能に構成された遊星歯車機構である。尚、動力分割機構３００の構成は公知の各種態様を採り得るため、ここではその詳細な説明を省略するが、簡略的に説明すると、動力分割機構３００は、中心部に設けられたサンギアと、サンギアの外周に同心円状に設けられたリングギアと、サンギアとリングギアとの間に配置されてサンギアの外周を自転しつつ公転する複数のピニオンギアと、クランクシャフト２０５の端部に結合され、各ピニオンギアの回転軸を軸支するプラネタリキャリアとを備える。
【００４２】
このサンギアは、サンギア軸を介してＭＧ１のロータ（符合は省略）に結合され、リングギアは、リングギア軸を介してＭＧ２の不図示のロータに結合されている。リングギア軸は、車軸と連結されており、ＭＧ２が発する動力は、リングギア軸を介して車軸へと伝達され、同様に車軸を介して伝達される車輪１２からの駆動力は、リングギア軸を介してＭＧ２に入力される。係る構成の下、動力分割機構３００により、エンジン２００が発する動力は、プラネタリキャリアとピニオンギアとによってサンギア及びリングギアに伝達され、エンジン２００の動力が２系統に分割される。この際、サンギアに伝達される動力によって、モータジェネレータＭＧ１が正回転側に駆動されると、モータジェネレータＭＧ１により発電が行われる構成となっている。
【００４３】
ＰＣＵ５００は、バッテリ６００から取り出した直流電力を交流電力に変換して、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２に供給すると共に、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ６００に供給可能に構成された不図示のインバータ等を含み、バッテリ６００と各モータジェネレータとの間の電力の入出力を、或いは各モータジェネレータ相互間の電力の入出力（即ち、この場合、バッテリ６００を介さずに各モータジェネレータ相互間で電力の授受が行われる）を制御することが可能に構成された電力制御ユニットである。ＰＣＵ５００は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によってその動作が制御される構成となっている。
【００４４】
一方、ＰＣＵ５００は、ＥＨＣ４００の電極と電気的に接続されており、上述したように、この電極に対して、直流駆動電圧Ｖｄを供給可能に構成されている。前述のＥＨＣ担体には、この直流駆動電圧Ｖｄに応じた駆動電流Ｉｄが生じ、この駆動電流ＩｄとＥＨＣ担体の電気抵抗Ｒにより規定される熱エネルギＷ（Ｗ＝Ｉｄ＊Ｒ２）に応じて、ＥＨＣ担体が発熱する構成となっている。
【００４５】
バッテリ６００は、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２を力行するための電力に係る電力供給源として機能することが可能に構成された充電可能な蓄電池である。
【００４６】
ここで、上記ＥＨＣ４００では、その熱容量を十分に担保する目的から、ＥＨＣ担体として、電気抵抗が比較的大きいセラミック素材（本実施形態では、ＳｉＣ）が使用されている。このヒートマスの大きいＥＨＣ担体を十分に発熱させるためには、必然的に印加電圧として高電圧が要求される傾向にあり、ＥＨＣ４００には、上述したように約２００Ｖの直流駆動電圧が供給される構成となっている。この際、バッテリ６００は、一般的な車載用１２Ｖバッテリと異なり、複数の電池セルが直列に配置された数百Ｖの高圧バッテリであり、ＥＨＣ４００への通電に供すべき電力資源として、電気ロスを伴う昇圧処理を介さずに済む点等において適当である。
【００４７】
＜実施形態の効果＞
本実施形態に係るハイブリッド車両によれば、エンジン２００の排気管２１５において、ＥＨＣ４００の上流側に形成された上流側凹部２１９と、ＥＨＣ４００の下流側に形成された下流側凹部２２０とにより、排気中の水分が、例えばエンジン２００の停止期間中に、或いは、排気温度が１００℃を超えない程度の軽負荷運転が継続した場合等において凝縮した結果生成される凝縮水が、ＥＨＣ４００上流側で生成された分については上流側凹部２１９に、またＥＨＣ４００下流側で生成された分については下流側凹部２２０に、夫々遅滞なく導かれ貯留される。
【００４８】
その結果、ＥＨＣ４００における、例えば電極、電極と絶縁部材とのモールド部分又はＥＨＣ担体等に凝縮水による結露が生じる又は凝縮水が付着することが夫々回避され、またＥＣＨ４００における例えばこれらの部位が凝縮水に浸潤することも防止される。従って、ＥＨＣ４００に対し駆動電圧Ｖｄを印加するにあたって、この種の凝縮水による漏電の懸念が払拭され、通電要求時に即座にＥＨＣ４００へ通電を行うことが可能となり、エンジン２００の始動期間等における排気浄化性能が確実に担保されるのである。
【００４９】
特に、本実施形態において、これらＥＨＣ４００及び各凹部による排気浄化に係る利益を享受する対象車両は、エンジン２００の始動機会が比較的少ない、言い換えれば、エンジン２００が冷間始動を要求される可能性が通常車両と較べて高いハイブリッド車両１０である。このため、漏電を防止しつつ高い排気浄化効果を得られるＥＨＣ４００、上流側凹部２１９及び下流側凹部２２０からなる排気浄化装置が顕著に効果的である。
【００５０】
尚、バッテリ６００は、ハイブリッド車両１０の車外に設置される各種外部電源により適宜充電可能に構成されていてもよい。即ち、ハイブリッド車両は、所謂ＰＨＶとして構成されていてもよい。ＰＨＶにおいては、通常のハイブリッド車両と較べてなおエンジンの始動機会が減少するため、エンジンは、冷間始動を余儀なくされ易い。このため、本発明に係る排気浄化装置が更に効果的である。また、本発明に係る排気浄化装置は、ハイブリッド車両以外の車両においても何ら問題なく搭載可能であることは言うまでもない。
【００５１】
＜第２実施形態＞
次に、図４を参照し、本発明の第２実施形態に係る排気浄化装置について説明する。ここに、図４は、ＥＨＣ４００周辺部分における排気管２１５の、伸長方向に沿った他の概略断面図である。尚、同図において、図３と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【００５２】
図４において、排気管２１５におけるＥＨＣ４００の上流側には、上流側吸着材７００が設置されている。上流側吸着材７００は、活性炭により構成された、排気の流れと交わる方向の断面がハニカム状をなす、本発明に係る「第１の吸着手段」の一例である。上流側吸着材７００は、ＥＨＣ４００の上流側に滞留する排気に含まれる水分を吸着可能に構成されている。
【００５３】
また、図４において、排気管２１５におけるＥＨＣ４００の下流側には、下流側吸着材８００が設置されている。下流側吸着材８００は、活性炭により構成された、排気の流れと交わる方向の断面がハニカム状をなす、本発明に係る「第２の吸着手段」の一例である。下流側吸着材８００は、ＥＨＣ４００の下流側に滞留する排気に含まれる水分を吸着可能に構成されている。下流側吸着材８００は、上流側吸着材７００と共に、本発明に係る「排気浄化装置」の他の一例を構成している。
【００５４】
尚、上流側吸着材７００及び下流側８００における全体形状、材料、表面の加工態様及び吸着容量等は、例えば予め実験的に、経験的に、理論的に、又はシミュレーション等に基づいて、可及的に高効率に水分を吸着し得るように、また排気抵抗が可及的に小さくなるように、更には吸着した水分が飽和を超えることのないように、夫々最適化されている。
【００５５】
これら上流側吸着材７００及び下流側吸着材８００によれば、第１実施形態に係る各凹部と同様に、排気中の水分が、例えばエンジン２００の停止期間中に、或いは、排気温度が１００℃を超えない程度の軽負荷運転が継続した場合等において凝縮した結果生成される凝縮水が、ＥＨＣ４００上流側で生成された分については上流側吸着材７００に、またＥＨＣ４００下流側で生成された分については下流側吸着材８００に、夫々吸着される。
【００５６】
その結果、ＥＨＣ４００における、例えば電極、電極と絶縁部材とのモールド部分又はＥＨＣ担体等に凝縮水による結露が生じる又は凝縮水が付着することが夫々回避され、またＥＣＨ４００における例えばこれらの部位が凝縮水に浸潤することも防止される。従って、ＥＨＣ４００に対し駆動電圧Ｖｄを印加するにあたって、この種の凝縮水による漏電の懸念が払拭され、通電要求時に即座にＥＨＣ４００へ通電を行うことが可能となり、エンジン２００の始動期間等における排気浄化性能が確実に担保されるのである。尚、これら吸着材は、排気中に含まれる水分の一部を、凝縮水として生成される以前に吸着することも可能であり、第１実施形態と較べて凝縮水の生成自体をより抑制することが可能である。
【００５７】
＜第３実施形態＞
次に、図５を参照し、本発明の第３実施形態に係る排気浄化装置について説明する。ここに、図５は、ＥＨＣ４００周辺部分における排気管２１５の、伸長方向に沿った更に他の概略断面図である。尚、同図において、図４と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。尚、第３実施形態に係る排気浄化装置の構成は、第２実施形態と略同一であるとする。
【００５８】
図５において、排気管２１５は、ＥＨＣ４００の上流側の一部区間が、区画壁２２２により上下に区画されており、上方の通路部分は、上流側吸着材７００が設置された吸着通路となっている。一方、区画壁２２２の下方に相当する通路部分は、上流側吸着材７００をバイパスするバイパス通路となっている。この吸着通路とバイパス通路とは、ＥＨＣ４００の直上流において合流している。
【００５９】
区画壁２２２の上流側端部には、排気の流路を、この吸着通路とバイパス通路との間で切り替え可能な切り替え弁２２１が設置されている。切り替え弁２２１は、薄板状の仕切り弁であり、区画壁２２２に設けられた回転軸を回転中心として所定範囲で回動することにより、排気の通路を選択的に上記のいずれか一方に切り替え可能に構成されている。より具体的には、切り替え弁２２１は、バイパス通路を閉塞させる吸着側位置と、吸着通路を閉塞させるバイパス側位置との間で二値的に位置制御される。尚、切り替え弁２２１は、不図示のステッピングモータにより駆動される構成となっており、このステッピングモータを含む不図示の駆動系は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され、ＥＣＵ１００によりその駆動状態が制御される構成となっている。
【００６０】
ここで、エンジン２００の停止期間及び始動期間における位置を含む、この切り替え弁２２１の通常位置は、上記吸着側位置に設定されている。このため、基本的な排気浄化装置としての効能は、上記第２実施形態と同様であり、排気中の水分が吸着されることによりＥＨＣ４００の被水又は冠水が防止され、通電機会が減じられることなく通電要求に対し迅速な通電が実現される。一方、エンジン２００の始動後、例えば高負荷運転が継続する等して、排気が十分に高温となり、排気管２１５における排気中の水分を考慮する必要がなくなった場合には、ＥＣＵ１００により、切り替え弁２２１の駆動制御を介して、切り替え弁２２１の位置がバイパス側位置に変更され、排気の経路が吸着通路からバイパス通路に切り替えられる。その結果、第３実施形態においては、高負荷運転時における排気抵抗の増大が抑制される。また、ＥＨＣ４００への通電要求時（即ち、主としてエンジン２００の冷間始動時）において、ＥＨＣ４００の上流に凝縮水が生じていないと判断される場合（例えば、前トリップにおけるＥＨＣ４００の温度が１００℃よりも高い場合等）にも、ＥＣＵ１００により、切り替え弁２２１の位置がバイパス側位置に変更される。この場合、上流側吸着材７００を経由することによる温度低下を生じない比較的高温の排気が、ＥＨＣ４００へ供給され、通電による発熱との相乗効果によりＥＨＣ４００の昇温が好適に促進される。
【００６１】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う排気浄化装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明に係る排気浄化装置は、内燃機関の始動機会が少なく、特に内燃機関の冷間始動を要求される可能性が比較的高いハイブリッド車両に適用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１０…ハイブリッド車両、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２１９…凹部、２２０…凹部、４００…ＥＨＣ、５００…ＰＣＵ、６００…バッテリ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出される排気を浄化するための排気浄化装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、排ガス通路に、所謂ＥＨＣ（Electrically Heated Catalyst：電気加熱式触媒装置）の一種として、高電圧発生器により印加される排ガス浄化器を配置したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された排ガス浄化装置によれば、高電圧発生器又は排ガス浄化器における電圧、電流等に異常があると判断された場合に、高電圧発生器又は排ガス浄化器への給電を遮断又は大幅に制限することにより、排ガス浄化器が水分を含んでいることに起因する漏電を回避することが可能であるとされている。
【０００３】
尚、この種のＥＨＣを有さぬ構成としては、三元触媒の上下流側に夫々設置された吸水剤と、当該上流側の吸着剤の更に上流側に設けられた凹部とを備えた排気浄化装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、同様にＥＨＣを有さぬ構成としては、排気凝縮水の流れを阻止する堰を無くすことにより、三元触媒作用を有する触媒コンバータから、当該触媒コンバータ下流側に形成されたＶ字溝に向かって流れ出す排気凝縮水を、排気通路下面に溜める車両用排気装置も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１５４１号公報
【特許文献２】特開２００８−２６１２６３号公報
【特許文献３】特開平１１−２１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１に開示された装置では、特に排ガス通路内に比較的多くの水分が存在するエンジン始動時に、漏電或いはその危険性がある旨の判断がなされ、排ガス浄化器への給電が頻繁に遮断又は制限されかねない。この場合、ＥＨＣの昇温が阻害されることとなり、排ガス浄化器が予め期待された排気浄化性能を発揮することが困難となって、エミッションの悪化を生じかねない。即ち、特許文献１に開示された装置には、ＥＨＣの漏電を回避することの代償として内燃機関の始動時におけるエミッションの悪化が避け難いという技術的問題点がある。
【０００７】
尚、上述した特許文献２及び特許文献３に開示された装置の各々においては、そもそもＥＨＣの使用が想定されていない。このため、ＥＨＣ特有の問題である漏電を防止する際に生じるこの種の問題に対する有効な解決策とはなり得ない。
【０００８】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、ＥＨＣにおける漏電の発生を確実に防止しつつ好適な排気浄化性能を担保し得る排気浄化装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するため、本発明に係る排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置された電気加熱式触媒装置と、前記排気通路における前記電気加熱式触媒装置の上流側及び下流側に夫々少なくとも一つ形成された、排気中の水分を貯留可能な第１の窪み部及び第２の窪み部とを具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る排気浄化装置によれば、例えば内燃機関の停止期間等において排気通路内に滞留する排気中の水分が凝縮して凝縮水が生成されたとしても、この凝縮水が、電気加熱式触媒装置の前後において排気通路に形成された第１及び第２の窪み部に導かれ、貯留される。このため、例えば内燃機関の始動時等、電気加熱式触媒装置への通電が必要とされる場合に、この凝縮水によって電気加熱式触媒又はその周辺の排気通路が結露することに起因する漏電の可能性について考慮する必要が生じない。従って、通電要求に対し、必要とされる通電を常時迅速に行うことが可能となり、触媒暖機が行われない或いは触媒暖機が不十分になるといった事態を回避することが可能となる。即ち、漏電を確実に回避しつつ好適な排気浄化性能が担保されるのである。
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明に係る他の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置された電気加熱式触媒装置と、前記排気通路における前記電気加熱式触媒装置の上流側及び下流側に夫々少なくとも一つ形成された、排気中の水分を吸着可能な第１の吸着手段及び第２の吸着手段とを具備することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る他の排気浄化装置によれば、例えば内燃機関の停止期間等において排気通路内に滞留する排気中の水分が凝縮して凝縮水が生成されたとしても、この凝縮水が、電気加熱式触媒装置の前後において排気通路に設置された第１及び第２の吸着手段に導かれ、吸着保持される。このため、例えば内燃機関の始動時等、電気加熱式触媒装置への通電が必要とされる場合に、この凝縮水によって電気加熱式触媒又はその周辺の排気通路が結露することに起因する漏電の可能性について考慮する必要が生じない。従って、通電要求に対し、必要とされる通電を常時迅速に行うことが可能となり、触媒暖機が行われない或いは触媒暖機が不十分になるといった事態を回避することが可能となる。即ち、漏電を確実に回避しつつ好適な排気浄化性能が担保されるのである。
【００１３】
本発明のこのような作用及び他の利得は後に説明する実施形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の内燃機関を備えるハイブリッド車両の構成を概念的に表してなる模式的なブロック図である。
【図２】図１の内燃機関の一断面構成を概念的に表してなる模式的な断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る電気加熱式触媒装置の一断面構成を概念的に且つ模式的に例示する模式断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る電気加熱式触媒装置の一断面構成を概念的に且つ模式的に例示する模式断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る電気加熱式触媒装置の一断面構成を概念的に且つ模式的に例示する模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜発明の実施形態＞
＜第１実施形態＞
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るハイブリッド車両１０の構成について説明する。ここに、図１は、ハイブリッド車両１０の構成を概念的に表してなる模式的なブロック図である。
【００１６】
図１において、ハイブリッド車両１０は、減速機構１１及び車輪１２、並びにＥＣＵ１００、エンジン２００、モータジェネレータＭＧ１、モータジェネレータＭＧ２、動力分割機構３００、ＥＨＣ４００、ＰＣＵ５００、バッテリ６００及び通電許可スイッチ８００を備える。
【００１７】
減速機構１１は、エンジン２００及びモータジェネレータＭＧ２から駆動軸（符号省略）に出力された動力に応じて回転可能に構成されたギア機構であり、当該駆動軸の回転速度を所定の減速比に従って減速可能に構成されている。減速機構１１の出力軸は、ハイブリッド車両１０の車軸（符号省略）に連結されており、駆動軸の動力は、回転速度が減速された状態で、当該車軸及び当該車軸に連結された車輪１２に伝達されるように構成されている。
【００１８】
ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、ハイブリッド車両１０の動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットである。
【００１９】
エンジン２００は、ハイブリッド車両１０の主たる動力源として機能するように構成された、本発明に係る「内燃機関」の一例たるガソリンエンジンである。エンジン２００は、気筒（不図示）内において点火装置（不図示）による点火動作を介して混合気を燃焼せしめると共に、係る燃焼による爆発力に応じて生じるピストン（不図示）の往復運動をクランクシャフト２０５の回転運動に変換することが可能に構成されている。
【００２０】
ここで、図２を参照し、エンジン２００の詳細について説明する。ここに、図２は、エンジン２００の一断面構成を例示する模式断面図である。
【００２１】
図２において、エンジン２００は、気筒２０１内において燃焼室に点火プラグ（符号省略）の一部が露出してなる点火装置２０２による点火動作を介して混合気を燃焼せしめると共に、係る燃焼による爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動を、コネクティングロッド２０４を介してクランクシャフト２０５の回転運動に変換可能に構成されている。また、クランクシャフト２０５の近傍には、クランクシャフト２０５の回転位置（即ち、クランク角）を検出するクランクポジションセンサ２０６が設置されている。尚、エンジン２００は、紙面と垂直な方向に４本の気筒２０１が直列に配されてなる直列４気筒エンジンであるが、個々の気筒２０１の構成は相互に等しいため、図２においては一の気筒２０１についてのみ説明を行うこととする。
【００２２】
尚、本発明に係る「内燃機関」は、燃料種別、燃料の供給態様、燃料の燃焼態様、気筒配列等を問わない各種の態様を採り得る。例えば、本実施形態に例示するガソリンエンジンに限らず、軽油を燃料とするディーゼルエンジン又はアルコールとガソリンとの混合燃料を使用可能なバイフューエルエンジン等の形態を有していてもよい。また、ガソリンエンジンであるにせよ、その気筒配列は、直列型式に限定されない。
【００２３】
エンジン２００において、外部から吸入された空気は吸気管２０７を通過し、吸気ポート２１０において、インジェクタ２１２から噴射された燃料と混合されて前述の混合気となる。燃料は、図示せぬ燃料タンクに貯留されており、図示せぬフィードポンプの作用により、図示せぬデリバリパイプを介してインジェクタ２１２に圧送供給されている。尚、燃料を噴射する噴射手段の形態は、図示するような所謂吸気ポート噴射型インジェクタの構成を採らずともよく、例えば、フィードポンプ或いは他の低圧ポンプにより圧送される燃料の圧力を更に高圧ポンプによって昇圧せしめ、高温高圧の気筒２０１内部へ燃料を直接噴射することが可能に構成された、所謂直噴インジェクタ等の形態を有していてもよい。
【００２４】
気筒２０１内部と吸気管２０７とは、吸気バルブ２１１の開閉によってその連通状態が制御されている。気筒２０１内部で燃焼した混合気は排気となり吸気バルブ２１１の開閉に連動して開閉する排気バルブ２１３の開弁時に排気ポート２１４を介して排気管２１５に導かれる。排気管２１５は、本発明に係る「排気通路」の一例である。
【００２５】
一方、吸気管２０７における、吸気ポート２１０の上流側には、図示せぬクリーナを経て導かれた吸入空気に係る吸入空気量を調節するスロットルバルブ２０８が配設されている。このスロットルバルブ２０８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されたスロットルバルブモータ２０９によってその駆動状態が制御される構成となっている。尚、スロットルバルブモータ２０９は、基本的にはアクセル開度センサにより検出されるアクセル開度Ｔａに応じたスロットル開度が得られるように、ＥＣＵ１００により駆動制御されるが、その駆動制御に際してドライバの意思が介在する必要はなく（無論、ドライバの意思に反することのない範囲である）、言わば自動的にスロットル開度を調整することも可能である。即ち、スロットルバルブ２０９は、一種の電子制御式スロットルバルブとして構成されている。
【００２６】
排気管２１５には、三元触媒２１６が設置されている。三元触媒２１６は、アルミナ等の塩基性担体に白金等の貴金属を担持すると共に排気管２１５の径方向に沿った断面がハニカム状をなし、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）の還元反応と、排気中のＣＯ（一酸化炭素）及びＨＣ（炭化水素）の酸化反応とを略同時に進行させることにより排気を浄化可能に構成された触媒コンバータである。
【００２７】
また、排気管２１５には、エンジン２００の排気空燃比を検出可能に構成された空燃比センサ２１７が設置されている。空燃比センサ２１７は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された排気空燃比は、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。更に、気筒２０１を収容するシリンダブロックに設置されたウォータジャケットには、エンジン２００を冷却するために循環供給される冷却水（ＬＬＣ）に係る冷却水温を検出するための水温センサ２１８が配設されている。水温センサ２１８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された冷却水温は、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００２８】
エンジン２００は、排気管２１５における三元触媒２１６の下流側に、本発明に係る「電気加熱式触媒装置」の一例としてＥＨＣ４００を備える。
【００２９】
ＥＨＣ４００は、排気管２１５と略同径を有する管状のケースを有し、当該ケースが上流側及び下流側の端部において排気管２１５に連結された構成を有する。このケースの内部には、ケースの内周面を覆うように設置され、断熱性と共に電気的絶縁性を有するセラミック製の断熱材（不図示）と、不図示のＥＨＣ担体が収容されている。
【００３０】
ＥＨＣ担体は、図２と直交する断面がハニカム状をなす導電性の触媒担体である。ＥＨＣ担体には、不図示の酸化触媒が担持されており、ＥＨＣを通過する排気中のＨＣ及びＣＯを酸化可能に構成されている。尚、ＥＨＣ担体に担持される触媒は、酸化触媒に限定されず、三元触媒であってもよい。また、エンジン２００は、三元触媒２１６に加えて或いは替えて、ＮＳＲ（Nox Storage Reduction：ＮＯｘ吸蔵還元）触媒等、他の触媒装置を有していてもよい。
【００３１】
このＥＨＣ担体には、不図示の電極が取り付けられており、ＥＨＣ担体に対し、約２００Ｖの直流駆動電圧を供給可能に構成されている。このような構成を有するＥＨＣでは、電極を介してこのＥＨＣ担体に駆動電圧が印加され、ＥＨＣ担体に駆動電流が流れた際に、ＥＨＣ担体がジュール熱により発熱する。この際、この発熱によりＥＨＣ担体に担持された酸化触媒の昇温が促されるため、酸化触媒は速やかに触媒活性状態に移行し、エンジン始動時の排気浄化性能が確保される構成となっている。また、ＥＨＣ担体は、セラミック材料で構成された比較的電気抵抗の高い担体であり、駆動電圧が上記のように約２００Ｖと高い代わりに十分なヒートマスが確保されている。
【００３２】
尚、このようなＥＨＣ４００の構成は、本発明に係る「電気加熱式触媒装置」の一例に過ぎず、触媒の加熱構造、ＥＨＣ担体の構成及び各電極の付設態様及び制御態様等は公知の各種態様を採り得る。例えば、三元触媒２１６の上流側に、或いは三元触媒２１６を取り巻くように、セラミック等の電気抵抗体からなるヒータが設置され、当該ヒータからの輻射熱により三元触媒２１６の暖機を促進する構成であってもよい。即ち、この場合は、係るヒータ及び三元触媒２１６が、本発明に係る「電気加熱式触媒装置」の一例となり得る。また、本実施形態においては、ＥＨＣ４００が三元触媒２１６の下流側に配置されているが、ＥＨＣ４００は、三元触媒２１６の上流側に設置されていてもよい。この場合、図２における、三元触媒２１６とＥＨＣ４００との位置関係が逆であってもよい。
【００３３】
次に、図３を参照し、ＥＨＣ４００周辺における排気管２１５の構造について説明する。ここに、図３は、ＥＨＣ４００周辺部分における排気管２１５の、伸長方向に沿った概略断面図である。尚、同図において、図２と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【００３４】
図３において、排気管２１５におけるＥＨＣ４００の上流側には、車両搭載状態において鉛直下方に向かって陥没する単一の上流側凹部２１９が形成されている。上流側凹部２１９は、ＥＨＣ４００よりも上流側の排気管２１５において排気中の水分が凝縮して凝縮水が生成された場合に排気管２１５の管壁を伝ってその凝縮水が流れ込むように、予め実験的にその全体形状、表面の加工態様、容積及び曲率等が定められた貯留手段であり、本発明に係る「第１の窪み部」の一例である。
【００３５】
この上流側凹部２１９の最下方部分には、図示せぬドレイン孔が形成されており、図示せぬドレイン管に接続されている。このドレイン管は、更に図示せぬ排出装置に連結されており、ドレイン管に導かれた凝縮水は、最終的にハイブリッド車両１０の車外に排出される構成となっている。また、このドレイン管とドレイン孔との接続部位には、上流側凹部２１９に貯留される凝縮水の貯留量が規定量を超えないように、当該貯留量が一定量を超えると開弁する弁装置が付設されており、凝縮水の貯留量に応じて適宜開弁する構成となっている。尚、この弁装置は、エンジン２００の稼動期間においては開弁が禁止されており、排気がＥＨＣ４００を通過することなく車外に排出されることはない。
【００３６】
一方、排気管２１５におけるＥＨＣ４００の下流側には、車両搭載状態において鉛直下方に向かって陥没する単一の下流側凹部２２０が形成されている。下流側凹部２２０は、ＥＨＣ４００よりも下流側の排気管２１５において排気中の水分が凝縮して凝縮水が生成された場合に排気管２１５の管壁を伝ってその凝縮水が流れ込むように、予め実験的にその全体形状、表面の加工態様、容積及び曲率等が定められた貯留手段であり、本発明に係る「第２の窪み部」の一例である。尚、上述の上流側凹部２１９及びこの下流側凹部２２０と、ＥＨＣ４００とにより、本発明に係る「排気浄化装置」の一例が構成されている。
【００３７】
この下流側凹部２２０の最下方部分には、図示せぬドレイン孔が形成されており、図示せぬドレイン管に接続されている。このドレイン管は、上流側凹部２２０における先述したドレイン管と合流しており、先述の排出装置に連結されている。また、このドレイン管とドレイン孔との接続部位には、下流側凹部２２０に貯留される凝縮水の貯留量が規定量を超えないように、当該貯留量が一定量を超えると開弁する弁装置が付設されており、凝縮水の貯留量に応じて適宜開弁する構成となっている。尚、この弁装置は、エンジン２００の稼動期間においては開弁が禁止されており、ＥＨＣ４００通過後の排気がドレイン管を経由して車外に排出されることはない。
【００３８】
尚、本実施形態において、上流側凹部２１９及び下流側凹部２２０は、夫々単一の貯留手段として構成されるが、これらは複数形成されていてもよく、複数形成される場合には、各々その全体形状、表面の加工態様、容積及び曲率等が同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、ＥＨＣ４００周辺の排気管２１５は、必ずしも図３に例示する如く鉛直方向に直交する方向へ伸長している必要はない。従って、上流側凹部２１９及び下流側凹部２２０の陥没方向もまた、その都度、水分の貯留が好適に促されるように、排気管２１５の形状や構成に応じて適宜調整されてよい。
【００３９】
図１に戻り、モータジェネレータＭＧ１は、バッテリ６００を充電するための或いはモータジェネレータＭＧ２に電力を供給するための発電機として、更にはエンジン２００の動力をアシストする電動機として機能するように構成された電動発電機である。
【００４０】
モータジェネレータＭＧ２は、エンジン２００の動力をアシストする電動機として、或いはバッテリ６００を充電するための発電機として機能するように構成された電動発電機である。尚、これらモータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２は、例えば同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える。但し、他の形式のモータジェネレータであっても構わない。
【００４１】
動力分割機構３００は、エンジン２００の動力をＭＧ１及び駆動軸へ分配することが可能に構成された遊星歯車機構である。尚、動力分割機構３００の構成は公知の各種態様を採り得るため、ここではその詳細な説明を省略するが、簡略的に説明すると、動力分割機構３００は、中心部に設けられたサンギアと、サンギアの外周に同心円状に設けられたリングギアと、サンギアとリングギアとの間に配置されてサンギアの外周を自転しつつ公転する複数のピニオンギアと、クランクシャフト２０５の端部に結合され、各ピニオンギアの回転軸を軸支するプラネタリキャリアとを備える。
【００４２】
このサンギアは、サンギア軸を介してＭＧ１のロータ（符合は省略）に結合され、リングギアは、リングギア軸を介してＭＧ２の不図示のロータに結合されている。リングギア軸は、車軸と連結されており、ＭＧ２が発する動力は、リングギア軸を介して車軸へと伝達され、同様に車軸を介して伝達される車輪１２からの駆動力は、リングギア軸を介してＭＧ２に入力される。係る構成の下、動力分割機構３００により、エンジン２００が発する動力は、プラネタリキャリアとピニオンギアとによってサンギア及びリングギアに伝達され、エンジン２００の動力が２系統に分割される。この際、サンギアに伝達される動力によって、モータジェネレータＭＧ１が正回転側に駆動されると、モータジェネレータＭＧ１により発電が行われる構成となっている。
【００４３】
ＰＣＵ５００は、バッテリ６００から取り出した直流電力を交流電力に変換して、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２に供給すると共に、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ６００に供給可能に構成された不図示のインバータ等を含み、バッテリ６００と各モータジェネレータとの間の電力の入出力を、或いは各モータジェネレータ相互間の電力の入出力（即ち、この場合、バッテリ６００を介さずに各モータジェネレータ相互間で電力の授受が行われる）を制御することが可能に構成された電力制御ユニットである。ＰＣＵ５００は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によってその動作が制御される構成となっている。
【００４４】
一方、ＰＣＵ５００は、ＥＨＣ４００の電極と電気的に接続されており、上述したように、この電極に対して、直流駆動電圧Ｖｄを供給可能に構成されている。前述のＥＨＣ担体には、この直流駆動電圧Ｖｄに応じた駆動電流Ｉｄが生じ、この駆動電流ＩｄとＥＨＣ担体の電気抵抗Ｒにより規定される熱エネルギＷ（Ｗ＝Ｉｄ＊Ｒ２）に応じて、ＥＨＣ担体が発熱する構成となっている。
【００４５】
バッテリ６００は、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２を力行するための電力に係る電力供給源として機能することが可能に構成された充電可能な蓄電池である。
【００４６】
ここで、上記ＥＨＣ４００では、その熱容量を十分に担保する目的から、ＥＨＣ担体として、電気抵抗が比較的大きいセラミック素材（本実施形態では、ＳｉＣ）が使用されている。このヒートマスの大きいＥＨＣ担体を十分に発熱させるためには、必然的に印加電圧として高電圧が要求される傾向にあり、ＥＨＣ４００には、上述したように約２００Ｖの直流駆動電圧が供給される構成となっている。この際、バッテリ６００は、一般的な車載用１２Ｖバッテリと異なり、複数の電池セルが直列に配置された数百Ｖの高圧バッテリであり、ＥＨＣ４００への通電に供すべき電力資源として、電気ロスを伴う昇圧処理を介さずに済む点等において適当である。
【００４７】
＜実施形態の効果＞
本実施形態に係るハイブリッド車両によれば、エンジン２００の排気管２１５において、ＥＨＣ４００の上流側に形成された上流側凹部２１９と、ＥＨＣ４００の下流側に形成された下流側凹部２２０とにより、排気中の水分が、例えばエンジン２００の停止期間中に、或いは、排気温度が１００℃を超えない程度の軽負荷運転が継続した場合等において凝縮した結果生成される凝縮水が、ＥＨＣ４００上流側で生成された分については上流側凹部２１９に、またＥＨＣ４００下流側で生成された分については下流側凹部２２０に、夫々遅滞なく導かれ貯留される。
【００４８】
その結果、ＥＨＣ４００における、例えば電極、電極と絶縁部材とのモールド部分又はＥＨＣ担体等に凝縮水による結露が生じる又は凝縮水が付着することが夫々回避され、またＥＣＨ４００における例えばこれらの部位が凝縮水に浸潤することも防止される。従って、ＥＨＣ４００に対し駆動電圧Ｖｄを印加するにあたって、この種の凝縮水による漏電の懸念が払拭され、通電要求時に即座にＥＨＣ４００へ通電を行うことが可能となり、エンジン２００の始動期間等における排気浄化性能が確実に担保されるのである。
【００４９】
特に、本実施形態において、これらＥＨＣ４００及び各凹部による排気浄化に係る利益を享受する対象車両は、エンジン２００の始動機会が比較的少ない、言い換えれば、エンジン２００が冷間始動を要求される可能性が通常車両と較べて高いハイブリッド車両１０である。このため、漏電を防止しつつ高い排気浄化効果を得られるＥＨＣ４００、上流側凹部２１９及び下流側凹部２２０からなる排気浄化装置が顕著に効果的である。
【００５０】
尚、バッテリ６００は、ハイブリッド車両１０の車外に設置される各種外部電源により適宜充電可能に構成されていてもよい。即ち、ハイブリッド車両は、所謂ＰＨＶとして構成されていてもよい。ＰＨＶにおいては、通常のハイブリッド車両と較べてなおエンジンの始動機会が減少するため、エンジンは、冷間始動を余儀なくされ易い。このため、本発明に係る排気浄化装置が更に効果的である。また、本発明に係る排気浄化装置は、ハイブリッド車両以外の車両においても何ら問題なく搭載可能であることは言うまでもない。
【００５１】
＜第２実施形態＞
次に、図４を参照し、本発明の第２実施形態に係る排気浄化装置について説明する。ここに、図４は、ＥＨＣ４００周辺部分における排気管２１５の、伸長方向に沿った他の概略断面図である。尚、同図において、図３と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【００５２】
図４において、排気管２１５におけるＥＨＣ４００の上流側には、上流側吸着材７００が設置されている。上流側吸着材７００は、活性炭により構成された、排気の流れと交わる方向の断面がハニカム状をなす、本発明に係る「第１の吸着手段」の一例である。上流側吸着材７００は、ＥＨＣ４００の上流側に滞留する排気に含まれる水分を吸着可能に構成されている。
【００５３】
また、図４において、排気管２１５におけるＥＨＣ４００の下流側には、下流側吸着材８００が設置されている。下流側吸着材８００は、活性炭により構成された、排気の流れと交わる方向の断面がハニカム状をなす、本発明に係る「第２の吸着手段」の一例である。下流側吸着材８００は、ＥＨＣ４００の下流側に滞留する排気に含まれる水分を吸着可能に構成されている。下流側吸着材８００は、上流側吸着材７００と共に、本発明に係る「排気浄化装置」の他の一例を構成している。
【００５４】
尚、上流側吸着材７００及び下流側８００における全体形状、材料、表面の加工態様及び吸着容量等は、例えば予め実験的に、経験的に、理論的に、又はシミュレーション等に基づいて、可及的に高効率に水分を吸着し得るように、また排気抵抗が可及的に小さくなるように、更には吸着した水分が飽和を超えることのないように、夫々最適化されている。
【００５５】
これら上流側吸着材７００及び下流側吸着材８００によれば、第１実施形態に係る各凹部と同様に、排気中の水分が、例えばエンジン２００の停止期間中に、或いは、排気温度が１００℃を超えない程度の軽負荷運転が継続した場合等において凝縮した結果生成される凝縮水が、ＥＨＣ４００上流側で生成された分については上流側吸着材７００に、またＥＨＣ４００下流側で生成された分については下流側吸着材８００に、夫々吸着される。
【００５６】
その結果、ＥＨＣ４００における、例えば電極、電極と絶縁部材とのモールド部分又はＥＨＣ担体等に凝縮水による結露が生じる又は凝縮水が付着することが夫々回避され、またＥＣＨ４００における例えばこれらの部位が凝縮水に浸潤することも防止される。従って、ＥＨＣ４００に対し駆動電圧Ｖｄを印加するにあたって、この種の凝縮水による漏電の懸念が払拭され、通電要求時に即座にＥＨＣ４００へ通電を行うことが可能となり、エンジン２００の始動期間等における排気浄化性能が確実に担保されるのである。尚、これら吸着材は、排気中に含まれる水分の一部を、凝縮水として生成される以前に吸着することも可能であり、第１実施形態と較べて凝縮水の生成自体をより抑制することが可能である。
【００５７】
＜第３実施形態＞
次に、図５を参照し、本発明の第３実施形態に係る排気浄化装置について説明する。ここに、図５は、ＥＨＣ４００周辺部分における排気管２１５の、伸長方向に沿った更に他の概略断面図である。尚、同図において、図４と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。尚、第３実施形態に係る排気浄化装置の構成は、第２実施形態と略同一であるとする。
【００５８】
図５において、排気管２１５は、ＥＨＣ４００の上流側の一部区間が、区画壁２２２により上下に区画されており、上方の通路部分は、上流側吸着材７００が設置された吸着通路となっている。一方、区画壁２２２の下方に相当する通路部分は、上流側吸着材７００をバイパスするバイパス通路となっている。この吸着通路とバイパス通路とは、ＥＨＣ４００の直上流において合流している。
【００５９】
区画壁２２２の上流側端部には、排気の流路を、この吸着通路とバイパス通路との間で切り替え可能な切り替え弁２２１が設置されている。切り替え弁２２１は、薄板状の仕切り弁であり、区画壁２２２に設けられた回転軸を回転中心として所定範囲で回動することにより、排気の通路を選択的に上記のいずれか一方に切り替え可能に構成されている。より具体的には、切り替え弁２２１は、バイパス通路を閉塞させる吸着側位置と、吸着通路を閉塞させるバイパス側位置との間で二値的に位置制御される。尚、切り替え弁２２１は、不図示のステッピングモータにより駆動される構成となっており、このステッピングモータを含む不図示の駆動系は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され、ＥＣＵ１００によりその駆動状態が制御される構成となっている。
【００６０】
ここで、エンジン２００の停止期間及び始動期間における位置を含む、この切り替え弁２２１の通常位置は、上記吸着側位置に設定されている。このため、基本的な排気浄化装置としての効能は、上記第２実施形態と同様であり、排気中の水分が吸着されることによりＥＨＣ４００の被水又は冠水が防止され、通電機会が減じられることなく通電要求に対し迅速な通電が実現される。一方、エンジン２００の始動後、例えば高負荷運転が継続する等して、排気が十分に高温となり、排気管２１５における排気中の水分を考慮する必要がなくなった場合には、ＥＣＵ１００により、切り替え弁２２１の駆動制御を介して、切り替え弁２２１の位置がバイパス側位置に変更され、排気の経路が吸着通路からバイパス通路に切り替えられる。その結果、第３実施形態においては、高負荷運転時における排気抵抗の増大が抑制される。また、ＥＨＣ４００への通電要求時（即ち、主としてエンジン２００の冷間始動時）において、ＥＨＣ４００の上流に凝縮水が生じていないと判断される場合（例えば、前トリップにおけるＥＨＣ４００の温度が１００℃よりも高い場合等）にも、ＥＣＵ１００により、切り替え弁２２１の位置がバイパス側位置に変更される。この場合、上流側吸着材７００を経由することによる温度低下を生じない比較的高温の排気が、ＥＨＣ４００へ供給され、通電による発熱との相乗効果によりＥＨＣ４００の昇温が好適に促進される。
【００６１】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う排気浄化装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明に係る排気浄化装置は、内燃機関の始動機会が少なく、特に内燃機関の冷間始動を要求される可能性が比較的高いハイブリッド車両に適用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１０…ハイブリッド車両、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２１９…凹部、２２０…凹部、４００…ＥＨＣ、５００…ＰＣＵ、６００…バッテリ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置された電気加熱式触媒装置と、
前記排気通路における前記電気加熱式触媒装置の上流側及び下流側に夫々少なくとも一つ形成された、排気中の水分を貯留可能な第１の窪み部及び第２の窪み部と
を具備することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に配置された電気加熱式触媒装置と、
前記排気通路における前記電気加熱式触媒装置の上流側及び下流側に夫々少なくとも一つ形成された、排気中の水分を吸着可能な第１の吸着手段及び第２の吸着手段と
を具備することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置された電気加熱式触媒装置と、
前記排気通路における前記電気加熱式触媒装置の上流側及び下流側に夫々少なくとも一つ形成された、排気中の水分を貯留可能な第１の窪み部及び第２の窪み部と
を具備することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に配置された電気加熱式触媒装置と、
前記排気通路における前記電気加熱式触媒装置の上流側及び下流側に夫々少なくとも一つ形成された、排気中の水分を吸着可能な第１の吸着手段及び第２の吸着手段と
を具備することを特徴とする排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２０９６９９（Ｐ２０１０−２０９６９９Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５３８６９（Ｐ２００９−５３８６９）
【出願日】平成２１年３月６日（２００９．３．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月６日（２００９．３．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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