JPH05321648A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関の冷態始動時の際にも効率良く排
気ガスを浄化する排気ガス浄化装置を提供する。 【構成】 排気通路１２に介装された触媒コンバータ１
３の上流側に、冷態時の排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）
等の有害物質を吸着する吸着部材１５を有する吸着通路
１６Ａと排気ガスを浄化する触媒を有する触媒通路１６
Ｂとを備えた浄化手段１６と、浄化手段１６の入口側に
設けられ吸着通路１６Ａ又は触媒通路１６Ｂに排気ガス
を導く切換バルブ５１と、触媒通路１６Ｂの入口近傍及
び出口近傍の排気ガスのガス通過温度を測定する温度セ
ンサ１７Ａ，１７Ｂと、前記吸着手段の上流側に設けて
排気通路１２内に二次空気を導入して、吸着手段内をパ
ージする二次空気供給路１９とが設けられてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の冷態始動時
等の際にも効率よく排気ガスを浄化するようにした排気
ガス浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガソリンや軽油等の化石燃料を使用する
内燃機関から排出される燃焼ガス（以下、これを排気ガ
スと呼称する）中には、炭化水素や窒素酸化物等の有害
物質が含まれていることが多く、この排気ガスをそのま
ま大気中に放出することは種々の点で問題がある。

【０００３】このようなことから、炭化水素の燃焼によ
る浄化を促進させたり、窒素酸化物の還元を促進させる
ことにより、これらの有害物質を無害化する三元触媒を
用いた排気ガス浄化装置が開発され、実用に供されてい
ることは周知の通りである。つまり、この三元触媒が担
持された触媒コンバータを内燃機関の排ガス通路の途中
に組み込み、これら有害物質が触媒コンバータを通過す
る間に無害化された状態となり、大気中に放出されるよ
うにしている。

【０００４】ところが、従来の触媒コンバータの三元触
媒は、その温度によって有害物質の酸化還元反応を促進
させる触媒能力に極端な相違があり、機関の冷態始動後
の未活性な状態では、炭化水素の浄化を充分促進させる
ことができなかった。

【０００５】そこで、三元触媒が担持された触媒コンバ
ータ（以下、主触媒コンバータと呼称する）よりも上流
側の排気通路の途中に、酸化触媒が担持された副触媒コ
ンバータを組み込み、主触媒コンバータの三元触媒が未
活性な状態の場合に、この副触媒コンバータを電気的に
加熱して酸化触媒を活性化させ、炭化水素の浄化を促進
させるようにした排気ガス浄化装置が開発されるに至っ
ている。

【０００６】このような副触媒コンバータを組み込んだ
排気ガス浄化装置の概念を図５に示す。同図に示すよう
に、三元触媒を担持する触媒コンバータ１よりも上流側
の排気通路２の途中には、酸化触媒を担持した副触媒コ
ンバータ３が設けられ、この副触媒コンバータ３には図
示しないイグニッションキースイッチの操作に連動する
触媒用スイッチ４を介して電源５が接続している。つま
り、機関６の冷態始動時には触媒用スイッチ４が入って
電源５からの電流が副触媒コンバータ３に流れ、この副
触媒コンバータ３の酸化触媒が活性化温度まで加熱され
た後、機関６が実際に始動して排気通路２内を流れる排
気ガス中に含まれる炭化水素の浄化を行い、主触媒コン
バータ１の三元触媒が活性化温度に達した時点で、触媒
用スイッチ４が切れて副触媒コンバータ３に対する通電
を中止するようにしている。

【０００７】このため、電源５により電気的に加熱され
る副触媒コンバータ３の酸化触媒を担持する担体として
は、鉄−クロム−アルミニウム系の耐熱合金等の金属系
のものが主に採用されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】酸化触媒と三元触媒と
を用いた図５に示す排気ガス浄化装置においては、機関
６の冷態始動時に酸化触媒が担持された副触媒コンバー
タ３を加熱する必要があり、従来では酸化触媒を担持す
る担体の電気抵抗による発熱を利用した加熱形式を採用
している。

【０００９】そこで、副触媒コンバータ３の酸化触媒を
短時間の内に活性化させる方法として、この酸化触媒を
担持する担体の電気抵抗値を下げるか、或いは副触媒コ
ンバータ３に対する供給電圧を上げる方法の他、副触媒
コンバータ３に対する供給電圧を上げると共に酸化触媒
を担持する担体の電気抵抗値を増大させる方法等が考え
られる。

【００１０】しかし、酸化触媒を担持する担体の電気抵
抗値を下げたり、或いは副触媒コンバータ３に対する供
給電圧を上げる方法の場合、副触媒コンバータ３に非常
に大きな電流が流れてしまうため、容量の著しく大きな
電源５を使用する必要が生ずる。

【００１１】これに対し、副触媒コンバータ３に対する
供給電圧を上げると共に酸化触媒を担持する担体の電気
抵抗値を増大させる方法の場合、電源５の容量を余り変
えずに効率良く酸化触媒を短時間の内に活性化させるこ
とが可能となるが、担体を構成する従来の鉄−クロム−
アルミニウム系の耐熱合金等は、電気抵抗値が余り高く
ないため、絶対的な発熱量が少なく、必然的に容量の非
常に大きな電源５を使うか、或いは何らかの工夫をして
担体の構造自体に特徴を持たせ、電流が流れる方向に沿
った担体の長さ（以下、これを担体の電流通路長と呼称
する）を長くする必要があり、これに伴って副触媒コン
バータ３が大型化してしまう虞がある。

【００１２】なお、担体として電気抵抗値が高い金属材
料を使用することも考えられるが、材料コストや加工性
等の点で現在の担体材料に代わるべきものはなく、現在
の担体材料をそのまま使わざるを得ない。

【００１３】本発明は、電源の容量を増大させたり従来
の担体材料を代えることなく、冷態始動時の炭化水素等
の有害物質を効率よく浄化し得る排気ガス浄化装置を提
供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による排気ガス浄
化装置は、内燃機関の燃焼ガスの排気通路の途中に介装
された触媒コンバータよりも上流側の前記排気通路に介
装され且つ前記燃焼ガスを吸着する吸着部材を有する吸
着通路と排気ガスを浄化する触媒を有する触媒通路とを
備えた浄化手段と、当該浄化手段の入口側に設けられ吸
着通路又は触媒通路のいずれかに燃焼ガスを導く切換バ
ルブと、前記触媒通路の入口部及び出口部に各々に設け
られ前記燃焼ガスのガス通過温度を測定する温度センサ
と、前記排気通路に連通し該排気通路内に二次空気を供
給する二次空気供給手段とを備えてなり、浄化手段内の
触媒通路側には常時少量の燃焼ガスを流しながら前記温
度センサでそのガス通過温度を測定し前記切換バルブを
制御することを特徴とする。

【００１５】

【作用】機関の冷態始動後、触媒がその活性温度に達す
るまでの間は、排出される炭化水素（ＨＣ）等の有害物
質を浄化手段の吸着部材によって吸着する。その際、触
媒通路内には燃焼ガスを常に少量流しているので、触媒
の活性化温度に達すると触媒作用が働き、反応熱が発生
する。この反応温度を温度センサによって触媒通路の出
口側で測定し、入口側との温度差が所定温度差に達した
ことを確認した後に、二次空気供給手段から二次空気を
導入して前記吸着手段内をパージし、吸着した炭化水素
（ＨＣ）等の有害物質を触媒コンバータに送って浄化す
る。その後、切換バルブを用いて吸着通路を閉じて浄化
手段内の触媒通路に燃焼ガスを導き、吸着部材の排熱に
よる劣化を防止すると共に、触媒通路内の触媒作用で燃
焼ガスを浄化する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の好適な一実施例を図面を参照
して説明する。

【００１７】図１に本実施例に係る内燃機関の排気ガス
浄化装置の概略を示す。

【００１８】本実施例の排気ガス浄化装置にあっては、
排気通路に介装された触媒コンバータの上流側に、冷態
時の排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）等の有害物質を吸着
する吸着部材を有する吸着通路と排気ガスを浄化する触
媒を有する触媒通路とを備えた浄化手段と、浄化手段の
入口側に設けられ吸着通路又は触媒通路に排気ガスを導
く切換バルブと、触媒通路の入口近傍及び出口近傍の排
気ガスのガス通過温度を測定する温度センサと、前記吸
着手段の上流側に設けて排気通路内に二次空気を導入し
て、吸着手段内をパージする二次空気供給手段とが設け
られている。

【００１９】即ち、図１に示すように、エンジン１０の
排気ポート１１には排気通路１２が接続されており、そ
の中途部には三元触媒が担持された触媒コンバータ１３
及び消音器１４が各々介装されている。

【００２０】当該排気通路１２には、その内部を通路長
手方向に２分割し、２つの通路１６Ａ，１６Ｂを有する
と共に、その一方の通路１６Ａ内を高機能吸着部材１５
を有する吸着通路とすると共に、他方を排気ガスの浄化
作用を行う触媒を担持した触媒ユニット５３を有する触
媒通路とした浄化手段１６が介装されている。また、浄
化手段１６の入口側には切換バルブ５１が設けられてお
り、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１８からアクチュエー
タ５２に駆動指令が出されアクチュエータ５２の駆動に
よって切換バルブ５１が切換えられることで、排気ガス
Ｇをいずれかの通路１６Ａ，１６Ｂへ導くようにしてい
る。

【００２１】また、前記触媒通路１６Ｂの入口近傍及び
出口近傍には各々の排気ガスＧのガス温度を測定する温
度センサ１７Ａ，１７Ｂが各々取付けられており、この
温度センサ１７Ａ，１７Ｂには、当該温度センサ１７
Ａ，１７Ｂから出力される検出信号を受ける電子制御ユ
ニット（以下、「ＥＣＵ」と記す）１８が接続してい
る。

【００２２】また、前記吸着手段１６の上流側の排気通
路１２には二次空気を通路内に供給する二次空気供給通
路１９が連通されている。

【００２３】一方、エアクリーナ２０は吸気管２１によ
りサージタンク２２を介してエンジン１０の吸気ポート
２３に連結されており、吸気管２１の中途部にはスロッ
トルバルブ２４が設けられている。

【００２４】前記エアクリーナ２０からの一次エアを吸
入し、吸気管２１を介してエンジン１０の燃焼室２５に
導入するエアクリーナ２０とは別に、二次エアを吸入す
るエアクリーナ２６が設けられている。このエアクリー
ナ２６はスイッチングバルブ２７及びリードバルブ２８
を有する二次空気供給通路１９を介して排気通路１２に
連結されている。スイッチングバルブ２７はＥＣＵ１８
によってＯＮ／ＯＦＦ制御され、所定の条件下で開放し
て二次空気を排気通路１２に供給可能とし、リードバル
ブ２８は排気通路１２側の負圧によって開放されるもの
である。

【００２５】而して、エアクリーナ２０から吸入された
一次空気は吸気管２１及びサージタンク２２を介してエ
ンジン１０の吸気ポート２３に供給される一方、インジ
ェクタ３０は燃料タンクからのガソリンを所定量噴射
し、空気とガソリンとの混合気となって燃焼室２５内に
供給される。そして、燃焼室２５内でピストン３１の上
下動により混合気が圧縮され、点火プラグ３２が火花を
発生することで爆発、膨張が行われてエンジン１０が作
動する。

【００２６】このエンジン１０の冷態始動時において発
生する排ガス中の有害物質である炭化水素（ＨＣ）は、
吸着通路１６Ａ内の吸着部材１５によって吸着される。
すなわち、触媒コンバータ１３の三元触媒が活性温度に
達するまでの間に発生する排出ガス中の炭化水素（Ｈ
Ｃ）等の有害物質を吸着部材１５によって一時的に吸着
させておく。

【００２７】本実施例においては、上記吸着部材１５で
炭化水素（ＨＣ）を吸着して前記触媒通路１６Ｂ側を切
換バルブ５１で閉塞する際には、図２に示すように、常
に少量の排気ガスＧが流れるように切換バルブ５１の弁
体を短くしており、前記温度センサ１７Ａ，１７Ｂを用
いて、エンジン１０の運転中の排気ガスＧのガス通過温
度を測定できるようにしている。尚、少量の排気ガスＧ
を流すのにＥＣＵ１８によって制御して切換バルブ５１
を少し開いた状態としてもよい。

【００２８】この排気ガス温度を触媒ユニット５３の上
流側と下流側とで測定することで、触媒が活性化する温
度に達したことを確認することができる。すなわち、触
媒ユニット５３に担持された例えば酸化触媒が活性化温
度に達すると触媒作用が開始され、触媒の反応熱により
触媒ユニット５３の後流側の温度センサ１７Ｂの測定温
度が上流側の温度センサ１７Ａの測定温度よりも高くな
り、温度差（例えば３０℃〜５０℃）が生じる。

【００２９】このガス通過温度の温度差をＥＵＣ１８で
検出することにより、吸着手段１６内に設けた触媒ユニ
ット５２の触媒が活性化温度に達して、炭化水素（Ｈ
Ｃ）の浄化を行う状態となったことが確認される。

【００３０】よって、この通過ガス温度の温度差を検出
した後、図３に示すように切換バルブ５１を切換えて触
媒ユニット５３で浄化すると共に、吸着通路１６Ａを完
全に閉塞して吸着部材１５を排気ガスの高温度による熱
劣化を防止する。

【００３１】尚、吸着部材１５に吸着した炭化水素（Ｈ
Ｃ）は、切換バルブ５１で全閉にする前の中立状態とし
たとき、検出信号がＥＣＵ１８に送られ二次空気供給手
段のスイッチングバルブ２７を開き、エアクリーナ２６
からの二次空気が二次空気供給通路１９を介して排気通
路１２内に供給し、供給手段１６の吸着通路１６Ａ内を
パージし、吸着部材１５の再生を行う。このパージ時間
は例えば排気ガス温度が３００℃の場合、３００秒前後
とすればよく、このパージのコントロールはタイマー等
の制御手段を用いて行うこととした。

【００３２】この二次空気の導入によって吸着通路１６
Ａ内をパージして触媒コンバータ１３に送られた炭化水
素（ＨＣ）はここで高温になっている三元触媒の触媒の
活性作用によって浄化される。このパージを行った後、
通路切換バルブ５１をＥＣＵ１８によって作動して吸着
通路１６Ａの入口を閉じて、触媒通路１６Ｂ側に排気ガ
スを流すようにする。その後は、触媒ユニット５２内の
触媒作用と触媒コンバータ１３とで併用して排気ガスを
効率よく浄化することが可能となる。

【００３３】前述した実施例において、触媒の活性化温
度を測定する手段として浄化手段１６の触媒通路１６Ｂ
を閉塞する切換バルブ５１を調整することで、排気ガス
Ｇを常に少量づつ流すようにし、触媒ユニット５３の上
流側と下流側における通過ガス温度を温度センサ１７
Ａ，１７Ｂを用いて測定していたが、図４には、これと
は異なる触媒通路１６Ｂ内に排気ガスＧを常に少量づつ
導入手段を示す。

【００３４】すなわち、排気通路１２に介装された吸着
通路１６Ａと触媒通路１６Ｂとを有する浄化手段１６の
当該触媒通路１６Ｂに、その触媒通路１６Ｂの入口側と
排気通路１２とに各々連通するバイパス通路５４を設け
ることで、排気ガスＧを常に触媒通路１６Ｂ内に導入す
るようにしている。よって本実施例においては切換バル
ブ５１は吸着通路１６Ａあるいは触媒通路１６Ｂを全開
するか全閉するかの動作を行えばよいこととなる。

【００３５】尚、前述した実施例においては、吸着部材
１５のパージを切換バルブ５１が中立状態のときに行っ
たが、通路切換バルブ５１を作動して吸着通路側を閉じ
て、触媒通路１６Ｂ側に排気ガスを流しておき、その
後、触媒コンバータ１３が十分に活性化した際に、吸着
通路１６Ａ側の入口近傍に設けた二次空気供給通路から
の二次空気を導入し、吸着通路１６Ｂ内をパージして吸
着部材１５をリフレッシュすると共に、炭化水素（Ｈ
Ｃ）を触媒コンバータ１３に送って浄化するようにして
もよい。

【００３６】このように触媒コンバータの三元触媒が未
活性な機関の冷態始動時においては、ゼオライト等の高
機能吸着部材１５を有する吸着通路１６Ａ内で有害な炭
化水素（ＨＣ）を吸着しておき、排気ガスが触媒ユニッ
ト５３の前後の温度差を検出して触媒が働く温度に達し
たことを確認した後、二次空気を供給して吸着手段内を
パージし、燃焼によりリフレッシュすると同時に炭化水
素（ＨＣ）を浄化させることが可能となり、機関の冷態
始動直後においても炭化水素（ＨＣ）の浄化が可能とな
る。

【００３７】さらに吸着手段１６に設けた触媒通路１６
Ｂ内の触媒ユニット５２で排気ガスをプレ浄化すると共
に主触媒である触媒コンバータ１３で再に浄化するので
排気ガスの浄化効率が大幅に向上する。また、触媒ユニ
ット５３で浄化する際には、吸着通路１６Ａを閉じてお
くので、吸着部材の熱による劣化を防止することがで
き、長期間に亙って安定して排気ガスを浄化することが
可能となる。

【００３８】

【発明の効果】以上、実施例と共に述べたように本発明
に係る排気ガス浄化装置は冷態始動時の触媒コンバータ
の未活性な間に発生する有害物質を高機能吸着部材を有
する吸着手段によって吸着すると共に、触媒通路内で排
気ガスの温度差を検出して触媒が活性化して所定の活性
差に達した後には、切換バルブを切換えて触媒通路内で
浄化すると共に二次空気を供給してパージし、リフレッ
シュするので、冷態始動時においても常に有害物質が除
去され、排気ガスを無害化することとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係る排気ガス浄化装置の概念図であ
る。

【図２】本実施例に係る排気ガス浄化装置の概略図であ
る。

【図３】本実施例に係る排気ガス浄化装置の概略図であ
る。

【図４】他の実施例に係る排気ガス浄化装置の概略図で
ある。

【図５】従来の排気ガス浄化装置の概念図である。

【符号の説明】

１０ エンジン １１ 排気ポート １２ 排気通路 １３ 触媒コンバータ １５ 吸着部材 １６ 吸着手段 １６Ａ 吸着通路 １６Ｂ バイパス通路 １７ 温度センサ １８ 電子制御ユニット（ＥＣＵ） １９ 二次空気供給通路 ２６ エアクリーナ ２７ スイッチングバルブ ２８ リードバルブ ５１ 通路切り換え弁 ５２ アクチュエータ ５３ 触媒ユニット ５４ バイパス通路 Ｇ 排気ガス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の燃焼ガスの排気通路の途中に
   介装された触媒コンバータよりも上流側の前記排気通路
   に介装され且つ前記燃焼ガスを吸着する吸着部材を有す
   る吸着通路と排気ガスを浄化する触媒を有する触媒通路
   とを備えた浄化手段と、当該浄化手段の入口側に設けら
   れ吸着通路又は触媒通路のいずれかに燃焼ガスを導く切
   換バルブと、前記触媒通路の入口部及び出口部に各々に
   設けられ前記燃焼ガスのガス通過温度を測定する温度セ
   ンサと、前記排気通路に連通し該排気通路内に二次空気
   を供給する二次空気供給手段とを備えてなり、浄化手段
   内の触媒通路側には常時少量の燃焼ガスを流しながら前
   記温度センサでそのガス通過温度を測定し前記切換バル
   ブを制御することを特徴とする排気ガス浄化装置。