JPH10121949A - エンジンの排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エンジン始動後、触媒温度を早期に活性化温度
まで上昇させ、排気ガス中のＨＣ及び燃料タンクからの
蒸散ガス中のＨＣを効率良く浄化させる。 【解決手段】排気管４に上流側から順に吸着剤５、電気
加熱酸化触媒６、三元触媒７を配設する。排気ガス低温
時には排気ガス中のＨＣを吸着剤５に吸着させる。排気
ガス温度が高温となり、吸着剤５から脱離を開始したＨ
Ｃを電気加熱酸化触媒６で浄化させる。このとき排気管
４に、エアポンプ１３からの二次空気を大気通路８ａを
介して供給し、電気加熱酸化触媒６の浄化能力を向上さ
せる。吸着剤５からＨＣが完全に脱離し終わると、排気
管４に、エアポンプ１３からの二次空気をキャニスタ１
４を介して供給し、二次空気に伴って供給されたキャニ
スタ１４に蓄えられた蒸散ガスに含まれるＨＣを浄化す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、排気ガスの浄化処理と
燃料タンクからの蒸散ガスの浄化処理とを排気系に介装
された触媒によって行うエンジンの排気ガス浄化装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車から排出される排気ガス中に含ま
れる未燃のままの炭化水素（以下ＨＣと称する）は、一
般に酸化触媒や三元触媒等による化学反応を利用して浄
化された後、大気中に放出されている。

【０００３】しかしながら、エンジン始動時等において
は上記酸化触媒や三元触媒等は、低温領域にあり、十分
な浄化作用は期待できない。

【０００４】これに対処するに、特開平６−６６１３３
号公報では、上記排気ガス中に含まれる未燃ＨＣを、触
媒が活性化温度になるまで一旦吸着剤に吸着させてお
き、上記触媒が活性化温度に達した後に、上記吸着剤か
ら離脱させ浄化する技術、及び、未燃ＨＣを効率良く浄
化するため、上記触媒に対し二次空気を供給する技術が
開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
に、上記吸着剤からＨＣが脱離し始める温度は上記触媒
の活性化温度よりも低く、そのため、上記特開平６−６
６１３３号公報の技術では、上記吸着剤が脱離温度以上
であって上記触媒が活性化温度以下にあるときの上記吸
着剤から脱離されるＨＣ及び排気ガス中のＨＣの浄化は
不十分となる虞がある。

【０００６】また、エンジン始動時等の排気ガス低温時
の触媒浄化能力を向上させるため、触媒担体を電気的に
加熱して早期に活性化させる技術が広く提案されてい
る。しかしながらエンジン始動時等において、電気加熱
された触媒の熱は、低温で排出される排気ガスによって
奪われるため触媒加熱効率が悪く、消費電力が多大にな
り、バッテリの増設をはじめとする電力供給システムの
コストが大幅に増大してしまう虞がある。

【０００７】ところで、ＨＣは燃料タンクからの蒸散ガ
ス中にも含まれており、この蒸散ガス中のＨＣに対して
は、一旦キャニスタに貯えた後、吸入管に導き機関内で
燃焼させる手段や一旦キャニスタに貯えた後、上記酸化
触媒や上記三元触媒等によって浄化させる手段等がある
（特開昭５９−５８１４３号公報、特開平５−２６３６
３８号公報）。

【０００８】上記キャニスタに貯えたＨＣを機関内で燃
焼させる手段では機関空燃比に乱れが生じるため、燃料
噴射量などを補正して空燃比の適正化を図る必要があ
る。一方、上記キャニスタに貯えたＨＣを触媒によって
処理する手段では、このＨＣの処理のために燃料噴射量
などを補正する必要がなく安定した機関空燃比を得られ
るが、上記触媒の浄化処理能力は触媒が活性化温度に達
した時点以降でのみ有効であるという時間的制約がある
ため、始動後から触媒が活性化するまでに比較的長時間
を要すると、先ず、排気ガス中に含まれる未燃ＨＣを早
期に処理しなければならないが、その間、キャニスタ内
にはＨＣが蓄積されたままであるため、走行条件によっ
てはキャニスタ内のＨＣが十分に処理しきれずあふれる
可能性がある。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、蒸散ガス中のＨＣを触媒によって浄化する手段にお
いて、エンジン始動後、触媒温度を早期且つ効率良く活
性化温度まで上昇させ、エンジンから排出されるＨＣ及
び燃料タンクからの蒸散ガス中のＨＣを効率良く浄化さ
せることができるエンジンの排気ガス浄化装置を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明によるエンジンの排気ガス浄化装置は、エンジン
本体の排気系に上流側から低温時に炭化水素を吸着する
吸着剤と電気加熱酸化触媒と三元触媒とを配設し、上記
吸着剤と上記電気加熱酸化触媒との間に二次空気供給通
路と燃料タンク中の蒸発燃料を貯留するキャニスタに連
通するキャニスタパージ通路とを通路切り換え手段を介
して選択的に切り換え自在に連通し、上記吸着剤が高温
となり吸着された炭化水素の脱離中は上記切り換え手段
を介して上記二次空気供給通路を連通し、また、上記吸
着剤に吸着された炭化水素の脱離完了後はキャニスタパ
ージ通路を連通するものである。

【００１１】以上の構成において本発明では、低温時に
吸着剤がエンジン本体から排出される排気ガス中の炭化
水素を吸着し保持する。その後、排気ガス温度が上昇し
上記吸着剤が高温になると吸着された炭化水素が脱離を
開始し、電気加熱された電気加熱酸化触媒は、脱離した
炭化水素を浄化する。このとき、二次空気供給通路から
上記吸着剤と上記電気加熱酸化触媒との間に供給される
二次空気は、上記電気加熱酸化触媒の浄化能力を向上さ
せる。

【００１２】上記吸着剤に吸着された炭化水素の脱離完
了後、上記二次空気供給通路は切り換え手段によって、
キャニスタパージ通路に切り換えられ、上記電気加熱酸
化触媒は、上記キャニスタパージ通路から上記吸着剤と
上記電気加熱酸化触媒との間に二次空気とともに供給さ
れるキャニスタに貯留された蒸散燃料を浄化する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。図１〜図４は本発明の１実施
の形態を表し、図１は排気管に蒸散ガス供給時のエンジ
ンの排ガス浄化装置の構成図、図２は排気管に二次空気
供給時のエンジンの排ガス浄化装置の構成図、図３は後
述する電気加熱酸化触媒６の通電制御ルーチンを表すフ
ローチャート、図４は二次空気の供給通路制御ルーチン
を表すフローチャートである。

【００１４】図１において、符号１はエンジン本体を表
し、このエンジン本体１の排気ポートにエキゾーストマ
ニホルド３を介して排気管４が連通されている。

【００１５】上記排気管４の中途には上流側から、吸着
剤５、電気加熱酸化触媒６、周知の三元触媒７が介装さ
れ、上記電気加熱酸化触媒６と上記三元触媒７とによっ
て排気ガス、及び蒸散ガス中のＨＣが浄化される。

【００１６】尚、上記吸着剤５は上記エンジン本体１か
ら排出される排気ガス中の未燃炭化水素（ＨＣ）を、低
温時には吸着させて保持し、所定温度以上になったとき
脱離させる。

【００１７】上記排気管４の上記吸着剤５と上記電気加
熱酸化触媒６との間に、大気通路８ａを介してエアポン
プ１３が接続されている。

【００１８】また、上記大気通路８ａの中途には、上記
エアポンプ１３側から順にソレノイドなどによって動作
する切り換えバルブ１２ａ、１２ｂが介装されている。

【００１９】上記切り換えバルブ１２ａにバイパス通路
８ｂの一端が接続されており、このバイパス通路８ｂの
他端がキャニスタ１４の二次空気吸入口１４ａに接続さ
れている。また、上記キャニスタ１４のパージ口１４ｂ
にバイパス通路８ｃの一端が接続されており、このバイ
パス通路８ｃの他端が上記切り換えバルブ１２ｂに接続
されている。更に、上記キャニスタ１４の蒸散ガス吸入
口１４ｃが、蒸散ガス通路１５を介して燃料タンク１６
に連接されている。

【００２０】上記吸着剤５及び上記電気加熱酸化触媒６
には、それぞれ温度センサ９、１０が設けられている。
これらの温度センサ９、１０は制御装置１１に接続され
ており、上記制御装置１１に対し、上記吸着剤５及び上
記電気加熱酸化触媒６の温度に応じた信号を出力する。

【００２１】上記制御装置１１では、上記温度センサ
９、１０から出力される信号に基づき上記吸着剤５及び
上記電気加熱酸化触媒６の温度を検出し、上記吸着剤５
の温度に基づき、上記切り換えバルブ１２ａ、１２ｂに
対する駆動信号のオン、オフ制御を行い、また、上記電
気加熱酸化触媒６の温度に基づき上記電気加熱酸化触媒
６に対する通電制御を行う。

【００２２】尚、本実施の形態では、上記切り換えバル
ブ１２ａ、１２ｂに印加される駆動信号がオフのとき、
上記エアポンプ１３と上記排気管４とは、上記大気通路
８ａによって連通され（図２参照）、一方、上記切り換
えバルブ１２ａ、１２ｂに印加される駆動信号がオンの
とき、上記エアポンプ１３と上記排気管４とは、中途に
上記バイパス通路８ｂ、上記キャニスタ１４、及び、上
記バイパス通路８ｃを介した上記大気通路８ａによって
連通される（図１参照）。

【００２３】また、上記吸着剤５及び上記電気加熱酸化
触媒６の温度の検出は、上記温度センサ９、１０によっ
て行うものであるが、例えば冷却水温などを基に、間接
的に、上記吸着剤５及び上記電気加熱酸化触媒６の温度
を推定したり、エンジン始動後の経過時間によって温度
上昇を判断するものであっても良い。

【００２４】以上の構成によるエンジンの排気ガス浄化
装置２において、ＨＣは上記電気加熱酸化触媒６及び上
記三元触媒７で浄化され、また、その他、排気ガス中に
含まれている有害ガスの窒素酸化物（ＮＯX）や一酸化
炭素（ＣＯ）は上記三元触媒７で浄化されるが、エンジ
ン始動時は、排気ガス中に未燃のまま多量に含まれてい
るＨＣ及びキャニスタ１４内に多量に蓄えられた蒸散ガ
ス中のＨＣが浄化しにくい。そこで、これらのＨＣを効
率よく早期に浄化するために以下に示す動作を行う。

【００２５】上記電気加熱酸化触媒６に対する通電、並
びに、二次空気及びキャニスタ１４に蓄積されている蒸
散ガスの上記電気加熱酸化触媒６及び上記三元触媒７に
対する供給は、上記制御装置１１によって制御される。

【００２６】以下、上記制御装置１１による、上記電気
加熱酸化触媒６の通電制御及び、上記切り換えバルブ１
２ａ、１２ｂの切り換え制御について図３、図４のフロ
ーチャートに従って説明する。

【００２７】図示しないイグニッションスイッチをオン
して制御装置１１に電源が投入されると、上記制御装置
１１には、温度センサ９、１０から出力される吸着剤５
及び電気加熱酸化触媒６の温度を示す信号が入力され
る。上記制御装置１１では、上記温度センサ１０からの
出力信号に基づき上記電気加熱酸化触媒６の温度を算出
し、また、上記温度センサ９からの出力信号に基づき上
記吸着剤５の温度を算出する。

【００２８】上記電気加熱酸化触媒６の温度は図３に示
す電気加熱酸化触媒通電制御ルーチンにおいて読み込ま
れる。また、上記吸着剤５の温度は図４に示す切り換え
バルブ動作ルーチンにおいて読み込まれる。

【００２９】図３に示す電気加熱酸化触媒通電制御ルー
チンでは、ステップＳ１で上記電気加熱酸化触媒６の温
度を読み込み、予め設定した基準値と比較する。そし
て、触媒温度が活性化温度以下のときはステップＳ２に
進み上記電気加熱酸化触媒６への通電をオンし、ルーチ
ンを抜ける。

【００３０】一方上記ステップＳ１で、触媒温度が活性
化温度以上のときはステップＳ３に進み上記電気加熱酸
化触媒６への通電をオフし、ルーチンを抜ける。

【００３１】上記電気加熱酸化触媒６への通電がオンさ
れると上記電気加熱酸化触媒６は電気加熱され触媒温度
が上昇する。一方、オフされると上記電気加熱酸化触媒
６は電気加熱されない。

【００３２】従って、例えば冷態始動時には、上記電気
加熱酸化触媒６は活性化温度に達するまでの間電気加熱
され、その結果、上記電気加熱酸化触媒６を早期に活性
化温度まで加熱することができる。勿論、上記電気加熱
酸化触媒６が一旦活性化温度以上となった後、再び活性
化温度以下となったときであっても、上記電気加熱酸化
触媒６は再度電気加熱されるため上記活性化温度を常に
維持することができる。

【００３３】図４に示す切り換えバルブ動作ルーチンで
は、ステップＳ１１で上記吸着剤５の温度を読み込み、
予め設定したＨＣの上記吸着剤５からの脱離温度を示す
基準温度と比較する。そして上記吸着剤５の温度が上記
基準温度以下のときはステップＳ１２に進み上記切り換
えバルブ１２ａ、１２ｂに対する駆動信号をオフし、ル
ーチンを抜ける。

【００３４】上記切り換えバルブ１２ａ、１２ｂに動作
電圧が印加されていない（オフされている）とき、上記
切り換えバルブ１２ａ、１２ｂは、上記エアポンプ１３
から直接上記排気管４に二次空気を供給する上記大気通
路８ａが開くとともに、上記大気通路８ａと、上記バイ
パス８ｂ、８ｃとを隔絶する（図２参照）。すると、上
記エアポンプ１３からの二次空気は、上記大気通路８ａ
を介して上記排気管４に供給される。

【００３５】一方、上記吸着剤５が基準温度以上である
ときステップＳ１３に進む。上記ステップＳ１３では、
上記吸着剤５が基準温度以上となってからの経過時間を
計時し、予め設定した設定時間と比較する。上記設定時
間は、例えば、上記吸着剤５が脱離開始温度となり、こ
の吸着剤５に吸着していたＨＣの脱離を開始してから完
全に脱離し終わるまでの時間であり、予め実験などによ
って求められている。

【００３６】上記ステップＳ１３で、経過時間が上記設
定時間以下のときは、上記動作電圧をオフしたままルー
チンを抜ける。すなわち、上記吸着剤５が脱離温度以上
となった後の経過時間が上記設定時間以下のとき、上記
エアポンプ１３からの二次空気は、上記大気通路８ａを
介して上記排気管４に供給される。そして、この二次空
気によって、上記吸着剤から脱離したＨＣは、上記電気
加熱酸化触媒６で効率良く浄化される。

【００３７】一方、上記ステップＳ１３で、経過時間が
上記設定時間以上のときは、ステップＳ１４に進み、上
記ソレノイドバルブ１２ａ、１２ｂへの駆動信号をオン
した後ルーチンを抜ける。

【００３８】上記切り換えバルブ１２ａ、１２ｂに駆動
信号が印加（オン）されると、上記切り換えバルブ１２
ａは、上記大気通路８ａの中途を閉じるとともに、上記
エアポンプ１３と上記バイパス通路８ｂとを連通し、ま
た、上記切り換えバルブ１２ｂは、上記大気通路８ａの
中途を閉じるとともに、上記大気通路８ａと上記バイパ
ス通路８ｃとを連通する（図１参照）。すると、上記エ
アポンプ１３からの二次空気は、上記大気経路８ａの中
途に上記キャニスタ１４を介した経路を通って上記排気
管４に供給される。

【００３９】上記エアポンプ１３からの二次空気は、上
記大気通路８ａ通過途中で上記キャニスタ１４を通過す
ることによって、このキャニスタ１４に蓄えられた燃料
タンク１６からのＨＣを多量に含む蒸散ガスを伴って上
記排気管４に供給される。そして、上記排気管４に供給
された上記蒸散ガスに含まれるＨＣは、上記電気加熱酸
化触媒６で浄化される。

【００４０】以上の動作により、例えば、エンジン始動
直後の排気温度が低温であるとき上記電気加熱酸化触媒
６は低温状態にあり、上記エンジン本体１から排出され
る未燃ＨＣの浄化能力は十分でないが、電気加熱酸化触
媒６が充分に活性化するまでは上記未燃ＨＣは、上記吸
着剤５に一旦保持されて大気中に排出されることはな
く、また、上記電気加熱酸化触媒５が電気加熱途中に上
記未燃ＨＣを浄化する必要がないため、効率よく早期に
加熱される。

【００４１】従って、排気温度が上昇し上記吸着剤５に
保持されていたＨＣが脱離し始めるときには、上記電気
加熱酸化触媒６は電気加熱によって、活性化温度迄加熱
され、また、上記電気加熱酸化触媒６には、上記エアポ
ンプ１３からの二次空気が上記大気通路８ａを介して直
接供給されているため、上記吸着剤５からの脱離ＨＣ及
び、排気ガス中のＨＣは効率良く浄化される。

【００４２】尚、上記吸着剤５からＨＣが脱離を開始し
ているときは、排気ガス温度はある程度上昇しているた
め、上記電気加熱酸化触媒６の活性化温度は充分に維持
される。

【００４３】上記吸着剤５に吸着されていたＨＣが完全
に脱離し終わると、上記排気管４には、上記エアポンプ
１３からの二次空気が上記キャニスタ１４を介して供給
される。このとき二次空気は上記キャニスタ１４を通過
する際にキャニスタ１４内に蓄積された上記燃料タンク
１６からのＨＣを多量に含む蒸散ガスを伴って上記排気
管４に達し、上記電気加熱酸化触媒６を通過する際に上
記蒸散ガス中のＨＣが浄化される。

【００４４】また、上記吸着剤５に吸着されていたＨＣ
が完全に脱離し終わる頃には、排気ガスによって上記三
元触媒７も活性化されるため、上記電気加熱酸化触媒６
と上記三元触媒７７との相乗的な浄化作用によって蒸散
ガス中のＨＣ及び排気ガス成分は効率よく浄化される。

【００４５】このように本発明の実施の形態では、上記
電気加熱酸化触媒６が活性化温度以下では、上記エンジ
ン本体１から排出される未燃ＨＣは上記吸着剤５に一旦
保持されるため、たとえ上記電気加熱酸化触媒６が活性
化温度以下であっても未燃ＨＣを車外に排出することは
ない。その後、上記電気加熱酸化触媒６が活性化温度以
上となった後のＨＣの処理は一度に行うのではなく、先
ず、上記吸着剤５からの脱離ＨＣの処理を行い、その
後、上記キャニスタ１４からの蒸散ガス中のＨＣの処理
を行う。このため、一度に多量のＨＣが上記電気加熱酸
化触媒６に供給されることなく、上記吸着剤５からの脱
離ＨＣと上記キャニスタ１４からの蒸散ガス中のＨＣと
は双方とも確実に処理できる。また、上記電気加熱酸化
触媒６を電気加熱によって早期に加熱するとともに、二
次空気を供給することにより、上記吸着剤５からの脱離
ＨＣを早期に効率良く処理するので、たとえ上記キャニ
スタ１４からの蒸散ガス中のＨＣの処理が上記吸着剤５
からの脱離ＨＣ処理後であっても、上記キャニスタ１４
からの蒸散ガス中のＨＣの処理は早期に開始することが
でき、上記キャニスタ１４は蒸散ガスの飽和量を超える
ことはない。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、エ
ンジン始動後、触媒温度を早期且つ効率良く活性化温度
まで上昇させ、エンジン本体から排出されるＨＣ及び燃
料タンクからの蒸散ガス中のＨＣを効率良く浄化させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】排気管に蒸散ガス供給時のエンジンの排気ガス
浄化装置の構成図

【図２】排気管に二次空気供給時のエンジンの排気ガス
浄化装置の構成図

【図３】電気加熱酸化触媒通電制御ルーチンを表すフロ
ーチャート

【図４】切り換えバルブ動作制御ルーチンを表すフロー
チャート

【符号の説明】

１ エンジン本体 ４ 排気管 ５ 吸着剤 ６ 電気加熱酸化触媒 ７ 三元触媒 ８ａ 大気通路 ８ｂ バイパス通路 ８ｃ バイパス通路 １２ａ 切り換えバルブ １２ｂ 切り換えバルブ １４ キャニスタ １６ 燃料タンク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/08 ＺＡＢ Ｆ０１Ｎ 3/20 ＺＡＢＫ 3/20 ＺＡＢ 3/22 ＺＡＢ 3/22 ＺＡＢ ３０１Ｂ ３０１ 3/36 ＺＡＢＪ 3/36 ＺＡＢ Ｆ０２Ｍ 25/08 ＺＡＢ Ｆ０２Ｍ 25/08 ＺＡＢ ３０１Ｖ ３０１ Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢＢ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン本体の排気系に上流側から低温
   時に炭化水素を吸着する吸着剤と電気加熱酸化触媒と三
   元触媒とを配設し、 上記吸着剤と上記電気加熱酸化触媒との間に二次空気供
   給通路と燃料タンク中の蒸発燃料を貯留するキャニスタ
   に連通するキャニスタパージ通路とを通路切り換え手段
   を介して選択的に切り換え自在に連通し、 上記吸着剤が高温となり吸着された炭化水素の脱離中は
   上記切り換え手段を介して上記二次空気供給通路を連通
   し、また、上記吸着剤に吸着された炭化水素の脱離完了
   後はキャニスタパージ通路を連通することを特徴とする
   エンジンの排気ガス浄化装置。