JPH0579319A - エンジン排気浄化システム - Google Patents

エンジン排気浄化システム

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JPH0579319A
JPH0579319A JP3241273A JP24127391A JPH0579319A JP H0579319 A JPH0579319 A JP H0579319A JP 3241273 A JP3241273 A JP 3241273A JP 24127391 A JP24127391 A JP 24127391A JP H0579319 A JPH0579319 A JP H0579319A
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engine
catalyst
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temperature
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章夫 本地
Toshio Ogawa
敏雄 小川
Osamu Kuroda
黒田　　修
Hisao Yamashita
寿生 山下
Takahiro Tate
隆広 舘
Hiroshi Miyadera
博 宮寺
Masakatsu Fujishita
政克 藤下
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジン起動時に大量に排出される未燃炭化
水素を一旦吸着剤に吸着させ、排気温度が高くなった時
に離脱させて、効率よく触媒で浄化する。 【構成】 エンジンの排気通路に上流側から順次吸着剤
と触媒が配置されたエンジン排気浄化システムにおい
て、吸着剤の上流側に空気供給装置を設け、また触媒の
排気入口部に設けた酸素センサ及び吸着剤に設けた温度
センサからの各信号、並びに排気流量を基にして、吸着
剤から離脱した未燃炭化水素を触媒で浄化するに必要な
空気（酸素）量を算出する制御ユニットを設け、その制
御ユニットにより空気供給量装置を制御する。 【効果】 未燃炭化水素を触媒で酸化するのに十分な空
気が供給され、触媒での浄化効率が高くなり、外部に放
出される炭化水素量の低減を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの排気通路に
設けられた排気浄化用触媒の上流側に、あるいは触媒中
に吸着剤を設けることにより、エンジン起動直後に多量
に排出される未燃炭化水素を一旦吸着し、触媒が動作温
度に到達した後に、離脱させて浄化する排気浄化システ
ムに関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンの排気ガスを浄化するために、
通常その排気通路に触媒が設けられている。しかし、触
媒は約３００℃以上の温度に達しないと有効に動作しな
い。従って、エンジン起動直後、すなわち排気ガス温度
が低い場合には、排気ガスを十分に浄化できないことに
なる。一方、エンジン起動直後はエンジン温度も低く、
多量の未燃炭化水素が排出される。そこで、吸着剤によ
り未燃炭化水素を一旦吸着し、排気温度が上昇したとき
に離脱させて触媒で浄化する方法が開示されている（実
開昭６０−１９０９２３号、特開昭６３−６８７１３
号、特開平２−７５３２７号、及び特開平２−１３５１
２６号の各公報）。
【０００３】しかし、実開昭６０−１９０９２３号公報
及び特開平２−７５３２７号公報においては、吸着剤が
設けられたバイパス通路と本通路の切り換え弁を排気温
度により切り替えを行うと記載されているだけであり、
離脱した未燃炭化水素の浄化については、触れられてい
ない。また、特開平２−１３５１２６号公報では、制御
については全く触れられていない。特開昭６３−６８７
１３号公報では、吸着剤が設けられたバイパス通路と本
通路の切り換え弁を排気温度により切り替えるととも
に、少なくとも吸着剤の離脱温度以上のときに二次空気
を入れることが記載されている。しかし、二次空気の供
給制御法についての記述はない。また、同公報には、吸
着剤を冷却することが述べられているが、車載用ク−ラ
を利用することができると記載されているだけであり、
その制御法については述べられていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】吸着剤により未燃炭化
水素を一旦吸着除去し、排気温度上昇後に未燃炭化水素
を離脱させて触媒で浄化する方法はすでに知られている
が、前述のように未燃炭化水素が離脱し、触媒で浄化す
る際のことについて述べているのは特開昭６３−６８７
１３号公報だけであり、この公報においても単に二次空
気を離脱温度以上で供給すると記載されているだけであ
る。
【０００５】発明者らは、吸着剤を用いたエンジン排気
浄化システムについて鋭意検討した結果、吸着剤から離
脱してくる未燃炭化水素を触媒で浄化する際には、触媒
入口の排気の組成、混合状態を制御すること、すなわち
未燃炭化水素が酸化されて無害な物質に変換するのに十
分な酸素が、しかも均一に存在する必要があることを見
出し、本発明に至った。
【０００６】また、検討の過程において、吸着剤の吸着
割合は排気の流量に依存することが明らかとなった。す
なわち、排気流量が小さい程、吸着割合が増加し、効率
よく未燃炭化水素を吸着できることがわかった。そこ
で、排気流量を小さくすることについて検討した結果、
本発明に至った。
【０００７】さらに、特開昭６３−６８７１３号公報に
は、吸着剤を冷却することが記載されているが、その方
法として車載用ク−ラを利用することが述べられている
だけであり、その使用方法、制御方法については触れら
れていない。発明者らは、吸着剤の冷却方法及び制御方
法について検討を進めた結果、本発明に至ったものであ
る。
【０００８】そこで、本発明は、エンジンの排気通路に
おいて、吸着剤から離脱してくる未燃炭化水素を触媒で
効率良く浄化することのできるエンジン排気浄化システ
ム、及びこのシステムを用いた自動車を提供することを
目的とした。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明のエンジン排気浄化システムは、エンジン
の排気通路に排気を浄化する触媒が配置され、その触媒
の上流側にエンジン起動直後に排出される未燃炭化水素
を吸着する吸着剤が配されてなるエンジン排気浄化シス
テムにおいて、触媒の上流側の酸素濃度を検出する酸素
センサと、吸着剤の温度を検出しその吸着剤に吸着した
未燃炭化水素が離脱する温度に達した時に開始信号を出
力する温度センサと、その開始信号により作動して、エ
ンジンの回転数あるいは空気吸入量から排気流量を算出
し、算出した排気流量と酸素センサから取り込んだ酸素
濃度を基に、吸着剤から離脱する未燃炭化水素を下流の
触媒で浄化するための必要空気量を算出する制御手段
と、その制御手段により制御された必要空気量を吸着剤
の上流側に供給する空気供給手段と、を設けたことを特
徴としている。
【００１０】本発明では、吸着剤が未燃炭化水素の離脱
を開始する温度に達したときに、触媒の入口における排
気の酸素濃度を酸素センサにより検出し、離脱した未燃
炭化水素の浄化に対して酸素が不十分であれば、排気に
十分な酸素を供給するようにした。上記の制御は、触媒
温度が活性化温度以下である場合にのみ実施し、、触媒
温度が活性化温度以上である場合には、触媒の入口に設
けられた酸素センサの出力により、通常の空燃比制御を
行う。
【００１１】触媒入口の排気に酸素を供給する方法とし
ては、上記のように吸着剤の上流側に空気供給装置を配
置して空気を供給する方法、エンジンの吸気の空燃比を
空気過剰に制御する方法がある。空気供給装置を配置す
る場合、排気と空気の混合状態を均一にするためには、
吸着剤の上流側に空気供給装置を配置することが好まし
い。また、吸着された未燃炭化水素が離脱するときに、
触媒温度が活性を示す温度になるように、触媒を補助的
に加熱することも可能である。加熱方法としては、電気
による方法、蓄熱による方法がある。
【００１２】また、吸着剤から未燃炭化水素が離脱して
くる速度を、離脱温度の異なる複数の吸着剤を用いるこ
とにより制御する、また冷却手段を吸着剤に付加するこ
とにより制御することにした。
【００１３】さらに、吸着剤による未燃炭化水素の吸着
効率を高めるため、吸着剤の下流側に流量制御手段を設
け、エンジン起動直後の排気流量を減少させるようにし
た。
【００１４】
【作用】エンジン起動直後はエンジン自体が冷えている
ため、吸気弁、筒内壁に燃料が付着するとともに、燃焼
が不十分である。同時に、起動を順調にするため燃料が
過剰の吸気を導入する必要がある。従って、排気に多量
の未燃炭化水素が含まれることになる。また、エンジン
起動直後は排気浄化用触媒（通常三元触媒）も暖まって
おらず、触媒温度は動作温度である３００℃以下であ
り、浄化作用を示さない。そのため、エンジン起動後２
分間に排出される未燃炭化水素量は、走行中に排出され
る全未燃炭化水素量の中で大きな割合を占めている。
【００１５】一方、自動車排ガス規制が一層強化される
ことになっており、これに対応するためにはエンジン起
動直後に排出される未燃炭化水素を浄化する必要があ
る。そのため、従来の触媒の上流側に吸着剤を設け、エ
ンジン起動直後に排出される未燃炭化水素を一旦吸着剤
に吸着させ、エンジンが暖まって排気温度が上昇し、触
媒がその動作温度に到達した後に、未燃炭化水素を離脱
するようにすれば、従来システムに吸着剤を追加するだ
けで、排出される全未燃炭化水素量を低減することが可
能である。しかし、エンジン起動直後に排出された未燃
炭化水素が吸着剤から離脱するとき、排気中の酸素の濃
度が低く、未燃炭化水素を酸化するのに不十分である
と、離脱した未燃炭化水素が浄化されずにそのまま大気
に放出されてしまう。
【００１６】本発明は吸着剤から離脱した未燃炭化水素
を、下流側の触媒で十分に浄化する方法に関するもので
ある。すなわち、吸着剤に温度センサを設けて吸着剤温
度を、また触媒入口に酸素センサを設けて排気中の酸素
濃度を検出できるようにする。吸着剤温度が離脱温度に
達した時に、制御手段は、エンジンの排気流量をエンジ
ン回転数あるいは吸入空気量から算出して、算出した排
気流量及び触媒入口における排気中の酸素濃度を基に離
脱した未燃炭化水素を触媒で浄化するに必要な空気供給
量を算出し、空気供給量（酸素）が不十分である場合に
は、排気中の酸素が増大するように制御する。これによ
り、離脱した未燃炭化水素が触媒により十分に浄化され
る。排気中の酸素濃度を増加させる方法としては、エン
ジンの吸気側で、供給する混合気を空気過剰にする方
法、あるいは排気通路の吸着剤の上流側に空気供給装置
を配して、必要な空気を供給する方法がある。空気の供
給は排気通路の触媒の上流側に空気を供給しても有効で
あるが、吸着剤の上流側に空気供給装置を配して空気を
供給した方がより効果的である。吸着剤の上流側に空気
を供給することにより、供給された空気と排気が十分に
混合されて、触媒での浄化効率を高くすることができ
る。
【００１７】また、吸着剤に吸着された未燃炭化水素の
離脱速度が大きすぎると、排気中に供給する空気供給速
度を大きくする必要があり、エンジンの吸気側の空気過
剰割合が高くなり、エンジンの性能に支障を来すように
なる。空気供給装置により空気を排気に供給する場合に
おいては、空気供給速度の大きいものを使う必要性が生
じ、装置が大型化するとともに運転に要するエネルギが
大となる。
【００１８】そこで、吸着剤として、離脱温度の異なる
複数の吸着剤を組み合わせて使用して、離脱温度に幅を
もたせることにより、離脱速度を小さくする方法、ある
いは吸着剤に冷却手段を設けて、吸着剤の昇温速度を低
下させることによって、離脱速度を小さくする。未燃炭
化水素の離脱温度の異なる複数の吸着剤を組み合わせて
使用する場合には、複数の吸着剤を混合して使用する方
法、複数の吸着剤を排気に対して直列に配置する方法、
あるいは複数の吸着剤を排気に対して並列に配置する方
法がある。また、吸着剤に冷却手段を設ける場合には、
ファンによる空冷方式、エンジンの冷却水あるいはオイ
ル（たとえばミッションオイル）を循環させる方式、燃
料を循環させる方式、あるいは排気の吸着剤の上流側に
空気供給装置を設けて、吸着剤に室温の空気を供給する
ことによって冷却する。
【００１９】吸着剤から離脱した未燃炭化水素を効率よ
く触媒で浄化する方法について述べたが、このうち、排
気中の酸素濃度を増加させて、離脱した未燃炭化水素を
効率よく浄化する際には、触媒入口に設けた酸素センサ
からの信号を基にして必要空気量を算出することにな
る。現在通常の自動車では、触媒の浄化効率を高く維持
するために、触媒入口に酸素センサが配置されており、
このセンサによりエンジン吸気の空燃比を理論空燃比近
傍に維持している。なぜなら理論空燃比近傍で最も高い
浄化効率が得られるからである。
【００２０】従って、本発明における、吸着剤から未燃
炭化水素が離脱するときの、触媒入口の酸素濃度の検出
にもこの酸素センサを使用することが可能である。即
ち、吸着剤が離脱温度に達したときの酸素サンサの信
号、及びエンジン回転数あるいは吸入空気量から算出し
た排気流量を基に必要空気量を算出し、排気中に空気が
供給される。空気をエンジンの吸気側から空燃比を空気
過剰にして供給する場合には、従来の空燃比制御がその
まま行え、吸着剤が未燃炭化水素の離脱終了温度に達す
るまで、空燃比を空気過剰にすればよいことになる。し
かし、排気中に空気を空気供給装置により供給する場合
には、酸素センサによる空燃比制御を一時停止し、吸着
剤が離脱終了温度に達したときに、再び空燃比制御を再
開することになる。
【００２１】なお、これまでは触媒と吸着剤を分けて、
別々の要素として取り扱ってきたが、触媒に吸着剤を混
合することによって、触媒に吸着機能をもたせることも
可能である。
【００２２】さらに、本発明においては、エンジン起動
直後に排出される未燃炭化水素を効率よく吸着させるた
めに、排気流量制御弁を設けた。吸着時に、吸着剤を通
過する排気量を低減させ、吸着剤と排気との接触時間を
長くすることにより、吸着効率が大きくなる。
【００２３】本発明は、吸着剤をエンジン排気の本通路
に配置した場合のみならず、バイパス通路を設けて、そ
こに吸着剤を配置し、エンジン起動直後だけ排気がバイ
パス通路を流れるようにし、未燃炭化水素を吸着後は排
気が本通路を流れるようにしたシステムに適用すること
も可能である。また、吸着剤として、水分吸着剤と炭化
水素吸着剤を併用する場合にも適用できる。さらに、吸
着剤に炭化水素の酸化に活性を示す成分を担持した場合
においても適用できるものである。
【００２４】また、排気流量はエンジン回転数あるいは
吸入空気量から算出しているが、排気通路に流量センサ
を配置して、流量を直接計測してもよい。
【００２５】
【実施例】
〈実施例１〉図１は本発明の実施例１のエンジン排気浄
化システムを示す図である。ガソリンエンジン１の排気
通路２に、通常自動車に用いられる三元触媒４（容積1.
0リットル）を配置し、その上流側に吸着剤３を取付
け、また三元触媒４（以後単に触媒４という）の排気入
口部の排気通路に酸素センサ６を取付けた。吸着剤３
は、Ｈ型モルデナイト粉末にアルミナゾル及び水を混合
してスラリを調製し、コ−ジェライト製モノリス担体
（容積1.0リットル、セル数400/in2）にコ−ティングす
ることにより作製した。コ−ティング後、100℃で1時間
乾燥し、500℃で3時間焼成した。コ−ティング、乾燥、
及び焼成を繰り返して、Ｈ型モルデナイトが合計140g/
リットルとなるようにした。
【００２６】吸着剤３の上流側排気通路には、可変流量
制御弁９を介して空気供給装置８を接続した。吸着剤に
は温度センサ５を取り付けた。温度センサ５及び酸素セ
ンサ６からの信号、並びにエンジン回転数から算出した
排気流量が制御ユニット７に取り込まれ、これらの信号
を基にして、空気供給装置及び流量制御弁を制御できる
ようになっている。
【００２７】即ち、温度センサ５は、吸着剤３の温度が
未燃炭化水素の離脱温度に達した時に信号を発する。制
御ユニット７は、この信号により、酸素センサ５の検出
した酸素濃度と、エンジン回転数から算出した排気流量
とを基に、吸着剤３から離脱する未燃炭化水素を燃焼さ
せるに必要な空気（酸素）量を算出し、酸素が不十分で
ある場合には、排気中の酸素が増大するように空気供給
装置８及び流量制御弁９を制御する。これにより、離脱
した未燃炭化水素が触媒４により十分に浄化される。そ
うすることにより、供給された空気と排気が十分に混合
されて、触媒４での浄化効率を高くすることができる。
【００２８】そして温度センサ５が未燃炭化水素の離脱
終了温度に達した時に発する信号により、制御ユニット
７は空気供給装置８を停止させる。また吸着剤温度が未
燃炭化水素の離脱終了温度以上では、酸素センサ６の信
号により、エンジン吸気の空燃比を制御する。なお、制
御ユニット７において、上記排気流量はエンジンの吸入
空気量から算出してもよい。
【００２９】〈実施例２〉図２は本発明の実施例２のエ
ンジン排気浄化システムを示す図である。第１実施例と
の相違点は、触媒４が電気によって加熱できる点であ
る。触媒４を電源１０により電気加熱する。電源１０は
制御ユニット７に接続されており、吸着剤３に設けられ
た温度センサ５及び触媒４に設けられた別の温度センサ
５’によって制御される。即ち、エンジン起動時からの
吸着剤温度及び触媒温度を検出し、その昇温特性から、
吸着剤３が未燃炭化水素の離脱温度に達する時に、触媒
温度がその活性化温度以上に到達するように、電源１０
の出力を制御するように、制御ユニット７を設定する。
かくして触媒４の浄化効率を向上させることができる。
本実施例は触媒４を加熱すること以外については、第１
実施例と同様である。
【００３０】〈実施例３〉図３は本発明の実施例３のエ
ンジン排気浄化システムを示す図である。第２実施例と
の相違点は、第２実施例の電源１０の代わりに、触媒４
に蓄熱剤１１とその蓄熱１１に水を供給する水供給装置
１２とが配置されている点である。蓄熱剤としては、酸
化カルシウム（CaO)を用い、触媒温度を上げる場合に
は、酸化カルシウムに水を添加して、水酸化カルシウム
（Ca(OH)2）に変化するときの反応熱を利用する。エン
ジンが定常運転にある時、すなわち触媒温度が高い時に
は、水酸化カルシウムが酸化カルシウムに戻るので、再
び触媒温度の昇温に使用できる。制御ユニット７は、吸
着剤に設けられた温度センサ５及び触媒に設けられた温
度センサ５’により、エンジン起動時からの昇温速度を
検出し、吸着剤３から炭化水素が離脱する温度に到達す
る時点で、触媒４が活性化温度以上になるように、添加
時期及び添加量を計算して、水供給装置１２により水を
添加する。触媒４を加熱すること以外については、第１
実施例と同様である。
【００３１】なお、本実施例においては、蓄熱剤に化学
反応熱を利用したが、熱容量の大きい材料あるいは固体
−液体等の相変化の潜熱を使用することも可能である。
その場合には、触媒が高温の時に蓄熱剤に熱を蓄えさ
せ、エンジン停止時の放熱を最小限にするように断熱
し、触媒温度の低下を抑制して、再度エンジンを起動す
る場合においても触媒温度が高いようにする。
【００３２】〈実施例４〉図４は本発明の実施例４のエ
ンジン排気浄化システムを示す図である。ガソリンエン
ジン１の排気通路２に、通常自動車に用いられる三元触
媒４（容積1.0リットル）を配置し、その上流側に吸着
剤３を取付け、また触媒４の排気入口部の排気通路に酸
素センサ６を取付けた。吸着剤３は、Ｈ型モルデナイト
粉末にアルミナゾル及び水を混合してスラリを調製し、
コ−ジェライト製モノリス担体（容積1.0リットル、セ
ル数400/in2）にコ−ティングすることにより作製し
た。コ−ティング後、100℃で1時間乾燥し、500℃で3時
間焼成した。コ−ティング、乾燥、及び焼成を繰り返し
て、Ｈ型モルデナイトが合計140g/リットルとなるよう
にした。吸着剤３には温度センサ５を取り付けた。温度
センサ５及び酸素センサ６からの信号、並びにエンジン
回転数から算出した排気流量が制御ユニット７に取り込
まれ、これらの信号を基にして、エンジンの吸気の空燃
比を空気過剰にし、かつ過剰空気量を適正に制御できる
ようにした。
【００３３】なお、排気流量は吸入空気量から算出して
もよい。
【００３４】〈実施例５〉図５は本発明の実施例５のエ
ンジン排気浄化システムを示す図である。実施例４との
相違点は、触媒４が電気によって加熱できる点である。
触媒４を電源１０により電気加熱する。電源１０は制御
ユニット７に接続されており、吸着剤３に設けられた温
度センサ５、及び触媒４に設けられた別の温度センサ
５’によって制御される。すなわち、エンジン起動時か
らの吸着剤温度及び触媒温度を検出し、その昇温特性か
ら、吸着剤３が未燃炭化水素の離脱温度に達するとき
に、触媒温度がその活性化温度以上に到達するように、
電源１０の出力を制御するように、制御ユニットを設定
する。触媒４を加熱すること以外については、実施例４
と同様である。
【００３５】〈実施例６〉図６は本発明の実施例６のエ
ンジン排気浄化システムを示す図である。実施例４との
相違点は、触媒４に蓄熱剤１１が配置されている点であ
る。蓄熱剤１１としては、酸化カルシウム（CaO)を用
い、触媒温度を上げる場合には、酸化カルシウムに水を
添加して、水酸化カルシウム（Ca(OH)2）に変化すると
きの反応熱を利用する。エンジンが定常運転にあると
き、すなわち触媒温度が高いときには、水酸化カルシウ
ムが酸化カルシウムに戻るので、再び触媒温度の昇温に
使用できる。制御は、吸着剤に設けられた温度センサ５
及び触媒に設けられた別の温度センサ５’により、エン
ジン起動時からの昇温速度を検出し、吸着剤３から炭化
水素が離脱する温度に到達する時点で、触媒４が活性化
温度以上になるよう、添加時期及び添加量を計算して、
水供給装置１２により水を添加する。触媒４を加熱する
こと以外については、実施例４と同様である。
【００３６】なお、本実施例においては、蓄熱剤に化学
反応熱を利用したが、熱容量の大きい材料あるいは固体
−液体等の相変化の潜熱を使用することも可能である。
その場合には、触媒４が高温のときに蓄熱剤１１に熱を
蓄えさせ、エンジン停止時の放熱を最小限にするように
断熱し、触媒温度の低下を抑制して、再度エンジンを起
動する場合においても触媒温度が高いようにする。
【００３７】〈実施例７〉図７は本発明の実施例７にお
ける複数の吸着剤の配置を示す図である。吸着剤３は、
Ｈ型モルデナイト粉末、Na型モルデナイト粉末、及びNa
型ゼオライト１３Ｘ粉末をそれぞれ等重量ずつ取って混
合し、これにアルミナゾル及び水を混合してスラリを調
製して、コ−ジェライト製モノリス担体（容積1.0リッ
トル、セル数400/in2）にコ−ティングすることにより
作製した。コ−ティング後、100℃で1時間乾燥し、500
℃で3時間焼成した。コ−ティング、乾燥、及び焼成を
繰り返して、Ｈ型モルデナイト、Na型モルデナイト、及
びNa型ゼオライト１３Ｘ合わせた合計が140g/リットル
となるようにした。この吸着剤３を用いて、実施例１に
示したシステムを組み、実施例１と同様に制御した。
【００３８】〈実施例８〉図８は本発明の実施例８にお
ける複数の吸着剤３の配置を示す図である。吸着剤３
は、Ｈ型モルデナイト粉末、Na型モルデナイト粉末、及
びNa型ゼオライト１３Ｘ粉末を用い、それぞれを等重量
含む３種のスラリを、アルミナゾル及び水を混合するこ
とによって調製した。コ−ジェライト製モノリス担体
（容積1.0リットル、セル数400/in2）を図８に示すよう
に３分割し、排気入口部にはＨ型モルデナイト粉末を含
むスラリを、中央部にはNa型モルデナイト粉末を含むス
ラリを、また排気出口部にはNa型ゼオライト１３Ｘ粉末
を含むスラリを、それぞれコ−ティングし、これらを組
み合わせることにより、吸着剤を作製した。コ−ティン
グ後、100℃で1時間乾燥し、500℃で3時間焼成した。コ
−ティング、乾燥、及び焼成を繰り返して、Ｈ型モルデ
ナイト３ａ、Na型モルデナイト３ｂ、及びNa型ゼオライ
ト１３Ｘ ３ｃの担持量がいずれも140g/リットルとな
るようにした。この吸着剤を用いて実施例１に示したシ
ステムを組み、実施例１と同様に制御した。
【００３９】炭化水素の離脱温度は、Ｈ型モルデナイト
３ａが最も高く、以下Na型モルデナイト３ｂ、Na型ゼオ
ライト１３Ｘ ３ｃという順で離脱温度が低くなる。従
って、吸着剤の排気入口から出口にかけて、離脱温度の
高い材料順に配置されている。これにより、吸着剤温度
の上昇にともない、排気出口部の材料から未燃料化水素
が離脱を開始し、順次上流側の材料から離脱が起こるこ
とになる。そのため、中央部及び排気入口部の材料から
離脱した炭化水素は下流側の材料に再度吸着されること
なく、吸着剤３より排出される。
【００４０】〈実施例９〉図９（ａ），（ｂ）は本発明
の実施例９における複数の吸着剤の配置を示す図であ
る。吸着剤は、Ｈ型モルデナイト粉末、Na型モルデナイ
ト粉末、及びNa型ゼオライト１３Ｘ粉末を用い、それぞ
れを等重量含む３種のスラリを、アルミナゾル及び水を
混合することによって調製した。コ−ジェライト製モノ
リス担体（容積1.0リットル、セル数400/in2）を図９
（ｂ）に示すように並列に３分割し、それぞれに、Ｈ型
モルデナイト粉末を含むスラリ、Na型モルデナイト粉末
を含むスラリ、及びNa型ゼオライト１３Ｘ粉末を含むス
ラリをコ−ティングし、これらを組み合わせることによ
り、吸着剤を作製した。コ−ティング後、100℃で1時間
乾燥し、500℃で3時間焼成した。コ−ティング、乾燥、
及び焼成を繰り返して、Ｈ型モルデナイト３ａ、Na型モ
ルデナイト３ｂ、及びNa型ゼオライト１３Ｘ ３ｃの担
持量がいずれも140g/リットルとなるようにした。この
吸着剤３を用いて、実施例１に示したシステムを組み、
実施例１と同様に制御した。
【００４１】〈実施例１０〉図１０は本発明の実施例１
０のエンジン排気浄化システムを示す図である。実施例
１のシステムにおいて、吸着剤３に冷却装置１３を取り
付けた。冷却装置には、エンジン１の冷却水が循環ポン
プ１５及び冷却水通路１４により供給される。循環ポン
プは制御ユニット７に接続され、吸着剤３に取付けられ
た温度センサ５の信号により、吸着剤温度が未燃炭化水
素の離脱温度に至ったときに作動するようにした。その
他の方法は実施例１と同様である。
【００４２】〈実施例１１〉図１１は本発明の実施例１
１のエンジン排気浄化システムを示す図である。実施例
４のシステムにおいて、吸着剤３に冷却用ファン１６を
取り付けた。冷却用ファン１６は制御ユニット７に接続
されており、吸着剤３に取付けられた温度センサ５の信
号により、吸着剤温度が未燃炭化水素の離脱温度に至っ
たときに作動するようにした。その他の方法は実施例４
と同様である。
【００４３】〈実施例１２〉図１２は本発明の実施例１
２のエンジン排気浄化システムを示す図である。ガソリ
ンエンジン１の排気通路２に、吸着機能を付与した三元
触媒１７を配し、その上流側に酸素センサ６、及び可変
流量制御弁９を介して空気供給装置８を設けた。また、
吸着機能を付与した三元触媒１７に温度センサ５’を取
付けた。吸着機能を付与した三元触媒１７は、Ｈ型モル
デナイト粉末、アルミナ粉末、アルミナゾル、及び水を
混合してスラリを調製し、コ−ジェライト製モノリス担
体（容積1.3リットル、セル数400/in2)にコ−ティング
後、100℃で1時間乾燥、500℃で3時間焼成した後、白金
及びロジウムを含浸担持して作製した。スラリコ-ティ
ング、乾燥、及び焼成を繰り返して、Ｈ型モルデナイト
が70g/リットルになるようにし、白金は及びロジウムの
担持量は、それぞれ1.0g/リットル及び0.1g/リットルと
なるようにした。
【００４４】温度センサ５’及び酸素センサ６からの信
号、及びエンジン回転数から算出された排気流量が制御
ユニット７に取り込まれ、これらの信号を基にして空気
供給装置及び流量制御弁を制御できるようになってい
る。すなわち、エンジン起動後に排出される未燃炭化水
素は、吸着機能を有する触媒にて吸着され、触媒温度が
上昇して未燃炭化水素が離脱する温度に達したときに、
酸素濃度及び排気流量から、離脱する未燃炭化水素を酸
化するのに十分な空気量を求め、空気供給装置８及び流
量制御弁９によって排気に空気を供給し、触媒１７によ
って浄化する。
【００４５】未燃炭化水素の離脱終了温度に達したとき
には、空気供給を停止し、酸素センサ６の信号により、
エンジン吸気の空燃比を制御する。なお、本実施例で
は、排気流量をエンジン回転数から算出したが、吸入空
気量から算出してもよい。また、実施例４のように、未
燃炭化水素が離脱するときに、エンジン吸気の空燃比を
空気過剰にして、酸化するのに十分な空気を供給しても
よい。
【００４６】〈実施例１３〉図１３は本発明の実施例１
３のエンジン排気浄化システムを示す図である。実施例
１との相違点は、吸着剤３と触媒４の間に排気流量制御
弁１８が設けられていることである。エンジン起動直後
に排出される未燃炭化水素を吸着剤３により吸着する
際、排気流量が大きいために吸着剤３中での滞留時間が
短いので、吸着されずに触媒４側に達する未燃炭化水素
がある。そのとき排気流量制御弁１８により、排気流量
を小さくし、滞留時間を長くできるようにした。これに
より、未燃炭化水素の吸着時の吸着効率を上げることが
できる。離脱時の制御法は実施例１と同様である。
【００４７】〈実施例１４〉図１４は本発明の実施例１
４のエンジン排気浄化システムを示す図である。実施例
４との相違点は、吸着剤３と触媒４の間に排気流量制御
弁１８が設けられていることである。エンジン起動直後
に排出される未燃炭化水素を吸着剤により吸着する際、
排気流量が大きいために吸着剤３中での滞留時間が短い
ので、吸着されずに触媒側に達する未燃炭化水素があ
る。そのとき排気流量制御弁１８により、排気流量を小
さくし、滞留時間を長くできるようにした。これによ
り、未燃炭化水素の吸着時の吸着効率を上げることがで
きる。離脱時の制御法は実施例４と同様である。
【００４８】〈比較例１〉図１５は本発明の比較例１の
エンジン排気浄化システムを示す図である。ガソリンエ
ンジン１の排気通路２に通常自動車に用いられる三元触
媒４（容積1.0リットル）を配置し、その上流側に酸素
センサ６が取付けてある。酸素センサ６からの信号は制
御ユニット７に取り込まれ、エンジン吸気の空燃比を理
論空燃比近傍に維持するように制御される。
【００４９】〈比較例２〉図１６は本発明の比較例２の
エンジン排気浄化システムを示す図である。ガソリンエ
ンジン１の排気通路２に通常自動車に用いられる三元触
媒４（容積1.0リットル）を配置し、その上流側に吸着
剤３を取付け、また触媒４の排気入口部の排気通路に酸
素センサ６を取付けた。酸素センサ６からの信号は制御
ユニット７に取り込まれ、エンジン吸気の空燃比を理論
空燃比近傍に維持するように制御される。用いた吸着剤
３は実施例１にて用いたものと同様である。
【００５０】〈試験例１〉実施例１から１４、並びに比
較例１及び２に示したエンジン排気浄化システムの排気
浄化性能を比較するために、エンジンベンチによって、
コ−ルドスタ−ト試験を実施した。すなわち、停止後少
なくとも12時間以上放置したエンジンを用い、始動、ア
イドル、加速、60km/h走行を行い、排出される未燃炭化
水素を分析した。試験中に排出された全未燃炭化水素量
を比較することにより、エンジン排気浄化システムの排
気浄化性能を評価した。その結果を図１７に示す。図の
縦軸は比較例１の場合に排出された全未燃炭化水素量を
１にしたときの値である。比較例１及び２に比べて、本
発明の実施例の各エンジン排気浄化システムにおける全
炭化水素量が１／３程度まで減少することがわかる。吸
着剤に吸着された未燃炭化水素が離脱するときに、十分
な空気を供給したことにより、触媒での浄化効率が向上
したためと考えられる。
【００５１】
【発明の効果】本発明によれば、排気通路に上流側から
順次吸着剤と触媒が配置されたエンジン排気浄化システ
ムにおいて、吸着剤の上流側に空気供給装置を設け、ま
た触媒の排気入口部に酸素センサを、吸着剤には温度セ
ンサを、さらに酸素センサの検出した酸素濃度及びエン
ジンの排気流量を基にして、吸着剤から離脱した未燃炭
化水素を触媒で浄化するに必要な空気（酸素）量を算出
する制御ユニットを設け、未燃炭化水素が吸着剤から離
脱する温度に達した時に温度センサの開始信号で、制御
ユニットが空気供給量装置を制御して必要空気量を供給
するように構成したので、エンジン起動時大量に排出さ
れる未燃炭化水素を一旦吸着剤に吸着させ、排気温度が
上昇して未燃炭化水素が吸着剤から離脱する際に、未燃
炭化水素が触媒で十分に浄化されるように空気を供給す
ることができ、外気に放出される炭化水素量を従来の１
／３程度まで低減することを期待できる。
【００５２】また、排気通路に上流側から順次吸着剤と
触媒が配置された別のエンジン排気浄化システムにおい
て、排気通路に流量制御手段を設け、エンジン起動時に
排気流量を小さくすることにより、吸着剤に未燃炭化水
素を効率よく吸着させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のエンジン排気浄化システム
である。
【図２】実施例２のエンジン排気浄化システムを示す図
である。
【図３】実施例３のエンジン排気浄化システムを示す図
である。
【図４】実施例４のエンジン排気浄化システムを示す図
である。
【図５】実施例５のエンジン排気浄化システムを示す図
である。
【図６】実施例６のエンジン排気浄化システムを示す図
である。
【図７】三元吸着剤を示す図である。
【図８】３種類の吸着剤を直列に配置した図である。
【図９】３種類の吸着剤の並列に配置した図である。
【図１０】実施例１０のエンジン排気浄化システムを示
す図である。
【図１１】実施例１１のエンジン排気浄化システムを示
す図である。
【図１２】実施例１２のエンジン排気浄化システムを示
す図である。
【図１３】実施例１３のエンジン排気浄化システムを示
す図である。
【図１４】実施例１４のエンジン排気浄化システムを示
す図である。
【図１５】本発明の比較例１のエンジン排気浄化システ
ムを示す図である。
【図１６】比較例２のエンジン排気浄化システムを示す
図である。
【図１７】実施例１〜１４でもって行った排気浄化試験
における未燃炭化水素量の比較を示す図である。
【符号の説明】
１ ガソリンエンジン ２ 排気通路 ３ 吸着剤 ４ 触媒 ５、５’ 温度センサ ６ 酸素センサ ７ 制御ユニット ８ 空気供給装置 ９ 可変流量制御弁 １０ 電源 １１ 蓄熱剤 １２ 水供給装置 １３ 冷却装置 １４ 冷却水通路 １５ 循環ポンプ １６ 冷却用ファン １７ 吸着機能を付与した触媒 １８ 排気流量制御弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｌ 9150−3Ｇ (72)発明者 山下 寿生 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 舘 隆広 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 宮寺 博 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 藤下 政克 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジンの排気通路に排気を浄化する触
    媒が配置され、該触媒の上流側にエンジン起動直後に排
    出される未燃炭化水素を吸着する吸着剤が配されてなる
    エンジン排気浄化システムにおいて、前記触媒の上流側
    の酸素濃度を検出する酸素センサと、前記吸着剤の温度
    を検出し、前記吸着剤に吸着した未燃炭化水素が離脱す
    る温度に達した時に開始信号を出力する温度センサと、
    前記開始信号により作動して、前記エンジンの回転数あ
    るいは空気吸入量から排気流量を算出し、該算出した排
    気流量と前記酸素センサから取り込んだ酸素濃度を基に
    前記離脱する未燃炭化水素を前記触媒で浄化するための
    必要空気量を算出する制御手段と、該制御手段により制
    御された前記必要空気量を前記吸着剤の上流側に供給す
    る空気供給手段とを設けたことを特徴とするエンジン排
    気浄化システム。
  2. 【請求項２】 エンジンの排気通路に排気を浄化する触
    媒が配置され、該触媒の上流側にエンジン起動直後に排
    出される未燃炭化水素を吸着する吸着剤が配されてなる
    エンジン排気浄化システムにおいて、前記触媒の上流側
    の酸素濃度を検出する酸素センサと、前記吸着剤の温度
    を検出し、前記吸着剤に吸着した未燃炭化水素が離脱す
    る温度に達した時に開始信号を出力する温度センサと、
    前記開始信号により作動して、前記エンジンの回転数あ
    るいは空気吸入量から排気流量を算出し、該算出した排
    気流量と前記酸素センサから取り込んだ酸素濃度を基に
    前記離脱する未燃炭化水素を前記触媒で浄化するための
    必要空気量を算出し、該必要空気量に対応してエンジン
    吸気の空燃比を酸素過剰にシフトする吸気制御手段を設
    けたことを特徴とするエンジン排気浄化システム。
  3. 【請求項３】 前記酸素センサが前記吸着剤と前記触媒
    の間に配置されることを特徴とする請求項１または２に
    記載のエンジン排気浄化システム。
  4. 【請求項４】 請求項１、２または３のいずれかに記載
    のエンジン排気浄化システムに、さらに前記触媒を加熱
    する加熱手段を設けたことを特徴とするエンジン排気浄
    化システム。
  5. 【請求項５】 前記加熱手段が電気加熱手段であること
    を特徴とする請求項４記載のエンジン排気浄化システ
    ム。
  6. 【請求項６】 前記加熱手段が蓄熱剤に蓄えられた熱を
    用いるものであることを特徴とする請求項４記載のエン
    ジン排気浄化システム。
  7. 【請求項７】 前記吸着剤が未燃炭化水素の離脱温度の
    異なる多種の吸着剤用材料から成ることを特徴とする請
    求項１〜６のいずれかに記載のエンジン排気浄化システ
    ム。
  8. 【請求項８】 前記吸着剤が前記未燃炭化水素の離脱温
    度の異なる多種の吸着剤用材料を混合してなることを特
    徴とする請求項７記載のエンジン排気浄化システム。
  9. 【請求項９】 前記吸着剤が前記未燃炭化水素の離脱温
    度の異なる多種の吸着剤用材料からなる吸着剤片を排気
    の流れに対して直列に配した多層構造を有することを特
    徴とする請求項７記載のエンジン排気浄化システム。
  10. 【請求項１０】 前記吸着剤が前記未燃炭化水素の離脱
    温度の異なる多種の吸着剤用材料からなる吸着剤片を排
    気の流れに対して並列に配した構造を有することを特徴
    とする請求項７記載のエンジン排気浄化システム。
  11. 【請求項１１】 エンジンの排気通路に排気を浄化する
    触媒が配置され、該触媒の上流側にエンジン起動直後に
    排出される未燃炭化水素を吸着する吸着剤が配されてな
    るエンジン排気浄化システムにおいて、前記吸着剤を冷
    却する冷却手段と、吸着剤の温度を検出する温度センサ
    とを設け、前記吸着剤の温度上昇速度を冷却手段によっ
    て抑えることによって、未燃炭化水素が吸着剤から離脱
    するのを遅らせることを特徴とするエンジン排気浄化シ
    ステム。
  12. 【請求項１２】 前記冷却手段が、空気、水、オイル、
    あるいは燃料を媒体とする熱交換手段であることを特徴
    とする請求項１１記載のエンジン排気浄化システム。
  13. 【請求項１３】 エンジンの排気通路に排気を浄化する
    触媒が配置され、該触媒の上流側にエンジン起動直後に
    排出される未燃炭化水素を吸着する吸着剤が配されてな
    るエンジン排気浄化システムにおいて、前記触媒の上流
    側の酸素濃度を検出する酸素センサと、前記吸着剤の温
    度を検出し、前記吸着剤に吸着した未燃炭化水素が離脱
    する温度に達した時に開始信号を出力し、未燃炭化水素
    が離脱を終了する温度に達した時に終了信号を出力する
    温度センサと、前記開始信号により作動して、前記エン
    ジンの回転数あるいは空気吸入量から排気流量を算出
    し、該算出した排気流量と前記酸素センサから取り込ん
    だ酸素濃度を基に前記離脱する未燃炭化水素を前記触媒
    で浄化するための必要空気量を算出し、前記終了信号に
    より作動を停止する制御手段と、該制御手段により制御
    された前記必要空気量を前記吸着剤の上流側に供給する
    空気供給手段と、を設けたことを特徴とするエンジン排
    気浄化システム。
  14. 【請求項１４】 エンジンの排気通路に排気を浄化する
    触媒が配置されてなるエンジン排気浄化システムにおい
    て、前記触媒中にエンジン起動直後に排出される未燃炭
    化水素を吸着する吸着剤が混合されており、かつ前記触
    媒の上流側の酸素濃度を検出する酸素センサと、前記触
    媒の温度を検出し、該触媒の温度が前記吸着剤に吸着し
    た未燃炭化水素が離脱する温度に達した時に開始信号を
    出力する温度センサと、前記開始信号により作動して、
    前記エンジンの回転数あるいは空気吸入量から排気流量
    を算出し、該算出した排気流量と前記酸素センサから取
    り込んだ酸素濃度を基に前記離脱する未燃炭化水素を前
    記触媒で浄化するための必要空気量を算出する制御手段
    と、該制御手段により制御された前記必要空気量を前記
    吸着剤の上流側に供給する空気供給手段と、を設けたこ
    とを特徴とするエンジン排気浄化システム。
  15. 【請求項１５】 エンジンの排気通路に排気を浄化する
    触媒が配置され、該触媒の上流側にエンジン起動直後に
    排出される未燃炭化水素を吸着する吸着剤が配されてな
    るエンジン排気浄化システムにおいて、前記吸着剤の下
    流側に排気流量制御手段を設け、該排気流量排気手段に
    よりエンジン起動直後に排出される排気流量を低下させ
    ることを特徴とするエンジン排気浄化システム。
  16. 【請求項１６】 請求項１〜１６いずれかに記載のエン
    ジン排気浄化システムを備えた自動車。
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