JPH1182000A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
内燃機関の排気浄化装置Info
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- F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 自動車用として供給可能な電力で触媒を活性
化させ、機関始動時におけるＨＣの浄化能力を改善した
内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。 【解決手段】 内燃機関の排気系に、上流より順に、三
元触媒１１、少なくともその成分にゼオライトを含み炭
化水素を吸着可能な吸着触媒１４、少なくとも白金をそ
の成分に含む電気加熱触媒１５ａ、および少なくともパ
ラジウムをその成分に含む触媒１５ｂが設けられてい
る。電気加熱触媒１５ａは機関が始動してから約２０秒
後に吸着触媒１４から脱離されるパラフィン系の低沸点
ＨＣを有効に浄化する。一方、触媒１５ｂは約８０秒後
に脱離されるアロマ系の高沸点ＨＣを有効に浄化する。
触媒１５ｂを電気加熱触媒とした場合には、電気加熱触
媒１５ａの通電終了時点より通電を開始するようにする
と、供給電力を低減できる。
化させ、機関始動時におけるＨＣの浄化能力を改善した
内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。 【解決手段】 内燃機関の排気系に、上流より順に、三
元触媒１１、少なくともその成分にゼオライトを含み炭
化水素を吸着可能な吸着触媒１４、少なくとも白金をそ
の成分に含む電気加熱触媒１５ａ、および少なくともパ
ラジウムをその成分に含む触媒１５ｂが設けられてい
る。電気加熱触媒１５ａは機関が始動してから約２０秒
後に吸着触媒１４から脱離されるパラフィン系の低沸点
ＨＣを有効に浄化する。一方、触媒１５ｂは約８０秒後
に脱離されるアロマ系の高沸点ＨＣを有効に浄化する。
触媒１５ｂを電気加熱触媒とした場合には、電気加熱触
媒１５ａの通電終了時点より通電を開始するようにする
と、供給電力を低減できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は内燃機関の排気浄
化装置に関し、特に炭化水素（以下、ＨＣ）の浄化を低
電力で実現できるようにした内燃機関の排気浄化装置に
関する。
化装置に関し、特に炭化水素（以下、ＨＣ）の浄化を低
電力で実現できるようにした内燃機関の排気浄化装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、大気汚染を防止するために、
自動車等の内燃機関の排気浄化に関する研究が進めら
れ、種々提案されている。自動車の排気の有害成分とし
ては、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx 等が知られているが、ＨＣを
浄化する提案の一つとして、例えば特開平５−１０１１
７号公報に示されているものがある。
自動車等の内燃機関の排気浄化に関する研究が進めら
れ、種々提案されている。自動車の排気の有害成分とし
ては、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx 等が知られているが、ＨＣを
浄化する提案の一つとして、例えば特開平５−１０１１
７号公報に示されているものがある。
【０００３】この公報には、内燃機関の始動時のエミッ
ションを低減させるために、ヒータ機能をもつ触媒コン
バータとヒータ機能をもたない触媒コンバータとを組み
合わせて使用することが提案されている。この提案によ
れば、ヒータ機能をもつ触媒コンバータは触媒を該ヒー
タ機能により早期に活性化温度まで加熱できるので、内
燃機関の始動時のエミッションの低減を期待することが
できる。
ションを低減させるために、ヒータ機能をもつ触媒コン
バータとヒータ機能をもたない触媒コンバータとを組み
合わせて使用することが提案されている。この提案によ
れば、ヒータ機能をもつ触媒コンバータは触媒を該ヒー
タ機能により早期に活性化温度まで加熱できるので、内
燃機関の始動時のエミッションの低減を期待することが
できる。
【０００４】また、他の提案として、例えば、特開平５
−３１３５９号に記されているものがある。この提案
は、自動車排ガス流路に、ゼオライト吸着材、ハニカム
ヒータおよび主モノリス触媒を設け、エンジン始動時に
はゼオライト吸着材による吸着機能を利用して低温排気
中のＨＣを捕捉し、その後ハニカムヒータに通電して瞬
時に該ヒータ上の触媒を活性化させることにより、ＨＣ
を反応浄化させるようにしたものである。
−３１３５９号に記されているものがある。この提案
は、自動車排ガス流路に、ゼオライト吸着材、ハニカム
ヒータおよび主モノリス触媒を設け、エンジン始動時に
はゼオライト吸着材による吸着機能を利用して低温排気
中のＨＣを捕捉し、その後ハニカムヒータに通電して瞬
時に該ヒータ上の触媒を活性化させることにより、ＨＣ
を反応浄化させるようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ヒータ
により触媒を短時間に加熱しようとすると、短時間に大
量の電力が必要になる。したがって、加熱できる触媒の
容量に限度があった。また、自動車に搭載する内燃機関
の排気浄化装置であることを考えると、電力はバッテ
リ、オルタネータといった電源から供給されるが、該電
源から大量の電力を供給することは、電源に大きな負担
を強いいるものであったり、電源の能力を大きくする必
要を伴うものであった。
により触媒を短時間に加熱しようとすると、短時間に大
量の電力が必要になる。したがって、加熱できる触媒の
容量に限度があった。また、自動車に搭載する内燃機関
の排気浄化装置であることを考えると、電力はバッテ
リ、オルタネータといった電源から供給されるが、該電
源から大量の電力を供給することは、電源に大きな負担
を強いいるものであったり、電源の能力を大きくする必
要を伴うものであった。
【０００６】また、吸着材から脱離するＨＣ（炭化水
素）については、ＨＣの種類によって脱離する順序があ
るものの、脱離するＨＣの種類に応じた浄化を考慮する
ものではなかった。
素）については、ＨＣの種類によって脱離する順序があ
るものの、脱離するＨＣの種類に応じた浄化を考慮する
ものではなかった。
【０００７】この発明の目的は、前記した従来技術の問
題点を除去し、短時間に大量の電力を消費せずに、自動
車用として供給可能な電力で触媒を活性化させ、エンジ
ン（機関）始動時におけるＨＣの浄化能力を改善した内
燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
題点を除去し、短時間に大量の電力を消費せずに、自動
車用として供給可能な電力で触媒を活性化させ、エンジ
ン（機関）始動時におけるＨＣの浄化能力を改善した内
燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、内燃機関の排気系に、上流より順に設け
られた三元触媒と、少なくともその成分にゼオライトを
含み炭化水素を吸着可能な吸着触媒とを有する内燃機関
の排気浄化装置において、以下のような手段を講じた点
に特徴がある。
に、本発明は、内燃機関の排気系に、上流より順に設け
られた三元触媒と、少なくともその成分にゼオライトを
含み炭化水素を吸着可能な吸着触媒とを有する内燃機関
の排気浄化装置において、以下のような手段を講じた点
に特徴がある。
【０００９】(1) 前記吸着材の下流に設けられた少なく
とも白金をその成分に含む第１の電気加熱触媒と、前記
第１の電気加熱触媒の下流に設けられた少なくともパラ
ジウムをその成分に含む触媒とを設けたので、前記吸着
材から最初に脱離するパラフィン系の炭化水素について
は、該パラフィン系の炭化水素の浄化能力に優れる白金
をその成分に含む電気加熱触媒を早期に活性化させて浄
化することにより、エミッションを低減できる。また、
前記パラフィン系の炭化水素に続いて脱離するアロマ系
の炭化水素については、該パラフィン系の炭化水素の浄
化能力に優れるパラジウムをその成分に含む触媒を脱離
までの時間差により排気の吸熱および前記第１の電気加
熱触媒からの熱にて活性化させ、パラフィン系の炭化水
素を浄化してエミッションを低減できる。
とも白金をその成分に含む第１の電気加熱触媒と、前記
第１の電気加熱触媒の下流に設けられた少なくともパラ
ジウムをその成分に含む触媒とを設けたので、前記吸着
材から最初に脱離するパラフィン系の炭化水素について
は、該パラフィン系の炭化水素の浄化能力に優れる白金
をその成分に含む電気加熱触媒を早期に活性化させて浄
化することにより、エミッションを低減できる。また、
前記パラフィン系の炭化水素に続いて脱離するアロマ系
の炭化水素については、該パラフィン系の炭化水素の浄
化能力に優れるパラジウムをその成分に含む触媒を脱離
までの時間差により排気の吸熱および前記第１の電気加
熱触媒からの熱にて活性化させ、パラフィン系の炭化水
素を浄化してエミッションを低減できる。
【００１０】(2) 前記触媒を電気加熱触媒で構成したの
で、アロマ系の炭化水素が吸着触媒から脱離されるまで
の間に、確実に活性化することができる。また、吸着触
媒からアロマ系の炭化水素が脱離までの時間差を利用す
ることにより、該電気加熱触媒に大電流を流さなくても
良くなり、自動車用として供給可能な電力で触媒を活性
化させることができるようになる。
で、アロマ系の炭化水素が吸着触媒から脱離されるまで
の間に、確実に活性化することができる。また、吸着触
媒からアロマ系の炭化水素が脱離までの時間差を利用す
ることにより、該電気加熱触媒に大電流を流さなくても
良くなり、自動車用として供給可能な電力で触媒を活性
化させることができるようになる。
【００１１】(3) 前記第１の電気加熱触媒の担体のセル
密度を、前記第２の電気加熱触媒の担体のそれより粗に
したので、前者の担体の伝熱面積が小さくなって前記担
体の熱が排気に放熱されるのを防止し、逆に、後者の担
体の伝熱面積が大きくなって排気から受熱される量が大
きくなり、排気の熱エネルギを有効に利用できるように
なる。
密度を、前記第２の電気加熱触媒の担体のそれより粗に
したので、前者の担体の伝熱面積が小さくなって前記担
体の熱が排気に放熱されるのを防止し、逆に、後者の担
体の伝熱面積が大きくなって排気から受熱される量が大
きくなり、排気の熱エネルギを有効に利用できるように
なる。
【００１２】(4) 前記触媒を三元触媒としたので、定常
時の炭化水素の浄化性能を向上させることができるよう
になる。
時の炭化水素の浄化性能を向上させることができるよう
になる。
【００１３】(5) 前記第１の電気加熱触媒を、前記吸着
触媒から炭化水素の脱離が開始される時点にて活性化さ
せるようにしたので、効率的に炭化水素を浄化すること
ができるようになる。
触媒から炭化水素の脱離が開始される時点にて活性化さ
せるようにしたので、効率的に炭化水素を浄化すること
ができるようになる。
【００１４】(6) 前記第１の電気加熱触媒の通電終了時
点より、前記第２の電気加熱触媒に通電を開始するよう
にしたので、該電気加熱触媒に供給する電流を節約する
ことができるようになる。
点より、前記第２の電気加熱触媒に通電を開始するよう
にしたので、該電気加熱触媒に供給する電流を節約する
ことができるようになる。
【００１５】(7) 前記第１の電気加熱触媒への供給電力
を、前記第２の電気加熱触媒への供給電力より大きくし
たので、第１および第２の電気加熱触媒を浄化する炭化
水素の種類に応じて温度上昇させることができるように
なり、低電力化できるようになる。
を、前記第２の電気加熱触媒への供給電力より大きくし
たので、第１および第２の電気加熱触媒を浄化する炭化
水素の種類に応じて温度上昇させることができるように
なり、低電力化できるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を詳細に説明する。図１は、本発明の内燃機関の排気浄
化装置の一実施形態の構成図を示す。
を詳細に説明する。図１は、本発明の内燃機関の排気浄
化装置の一実施形態の構成図を示す。
【００１７】図示されているように、エンジン１の排気
側に、順次、排気マニホールド２、第１のコンバータケ
ース３、第１の排気管４、第２のコンバータケース５、
及び第２の排気管６からなる排気系が接続され、該排気
系の予め定められた複数の箇所に、例えば酸素センサか
らなる空燃比センサ７ａ〜７ｄが設置されている。な
お、空燃比センサ７ａは、広域空燃比センサとするとな
お良い。
側に、順次、排気マニホールド２、第１のコンバータケ
ース３、第１の排気管４、第２のコンバータケース５、
及び第２の排気管６からなる排気系が接続され、該排気
系の予め定められた複数の箇所に、例えば酸素センサか
らなる空燃比センサ７ａ〜７ｄが設置されている。な
お、空燃比センサ７ａは、広域空燃比センサとするとな
お良い。
【００１８】前記第１のコンバータケース３の中央部に
は、三元触媒（ＴＷＣ）１１がマニホールド直下の三元
触媒として設けられている。本実施形態では、前記三元
触媒１１はその断面が１平方インチ当り約１２００セル
にされている。また、第２のコンバータケース５には、
上流側から、担体(substrate) １３、吸着触媒１４、電
気加熱触媒１５ａ、１５ｂ、および三元触媒１６が収容
されている。制御部２０は、該電気加熱触媒１５ａ、１
５ｂへの通電を制御する。実際には、該制御部２０は該
電気加熱触媒１５ａ、１５ｂへの通電以外に種々の部位
の動作、例えば周知の燃料噴射量の制御等を行うが、説
明は省略する。
は、三元触媒（ＴＷＣ）１１がマニホールド直下の三元
触媒として設けられている。本実施形態では、前記三元
触媒１１はその断面が１平方インチ当り約１２００セル
にされている。また、第２のコンバータケース５には、
上流側から、担体(substrate) １３、吸着触媒１４、電
気加熱触媒１５ａ、１５ｂ、および三元触媒１６が収容
されている。制御部２０は、該電気加熱触媒１５ａ、１
５ｂへの通電を制御する。実際には、該制御部２０は該
電気加熱触媒１５ａ、１５ｂへの通電以外に種々の部位
の動作、例えば周知の燃料噴射量の制御等を行うが、説
明は省略する。
【００１９】前記排気マニホールド２は、従来において
は鋳鉄製とされていたが、本実施形態においては、肉厚
０．５ｍｍのステンレスのプレス加工により形成したこ
とにより、従来の排気マニホールドよりも熱容量を低減
している。さらに、排気マニホールドケース２ａが肉厚
１．５ｍｍステンレスのプレス加工により形成され、前
記排気マニホールド２を覆っているため、前記排気マニ
ホールド２と前記排気マニホールドケース２ａとの間に
は空気層２ｂが形成され、断熱構造を構成することによ
り、前記排気マニホールドからの放熱量を低減してい
る。したがって、前記排気マニホールドの熱容量および
放熱量の低減により、下流の前記三元触媒１１への熱の
伝達を良好にし、前記三元触媒１１の活性化を早めてい
る。
は鋳鉄製とされていたが、本実施形態においては、肉厚
０．５ｍｍのステンレスのプレス加工により形成したこ
とにより、従来の排気マニホールドよりも熱容量を低減
している。さらに、排気マニホールドケース２ａが肉厚
１．５ｍｍステンレスのプレス加工により形成され、前
記排気マニホールド２を覆っているため、前記排気マニ
ホールド２と前記排気マニホールドケース２ａとの間に
は空気層２ｂが形成され、断熱構造を構成することによ
り、前記排気マニホールドからの放熱量を低減してい
る。したがって、前記排気マニホールドの熱容量および
放熱量の低減により、下流の前記三元触媒１１への熱の
伝達を良好にし、前記三元触媒１１の活性化を早めてい
る。
【００２０】前記担体１３はメタル（金属）、セラミッ
クなどから形成されたハニカム構造体を用いれば良い
が、熱の吸収の良好なメタル担体を用いるのが好まし
い。前記担体１３をメタル製とする場合には、例えば高
耐熱性のフェライト系ステンレス鋼箔の平板と波板を何
重にも丸く巻くことにより作成することができる。本実
施形態では、担体１３をメタル担体とし、その断面が１
平方インチ当り約３００セルとし、本実施形態の排気系
中では比較的粗いハニカム構造とし、排気抵抗の増大を
防いでいる。
クなどから形成されたハニカム構造体を用いれば良い
が、熱の吸収の良好なメタル担体を用いるのが好まし
い。前記担体１３をメタル製とする場合には、例えば高
耐熱性のフェライト系ステンレス鋼箔の平板と波板を何
重にも丸く巻くことにより作成することができる。本実
施形態では、担体１３をメタル担体とし、その断面が１
平方インチ当り約３００セルとし、本実施形態の排気系
中では比較的粗いハニカム構造とし、排気抵抗の増大を
防いでいる。
【００２１】前記吸着触媒１４は、ハニカム構造の担体
に、ＨＣ吸着剤としてのゼオライト、例えばＺＳＭ−５
を担持した構成、あるいはＨＣ吸着材と三元触媒を積層
して担持した構成を有している。吸着触媒１４の担体
は、本実施形態では、その断面が１平方インチ当り約１
２００セルにされている。
に、ＨＣ吸着剤としてのゼオライト、例えばＺＳＭ−５
を担持した構成、あるいはＨＣ吸着材と三元触媒を積層
して担持した構成を有している。吸着触媒１４の担体
は、本実施形態では、その断面が１平方インチ当り約１
２００セルにされている。
【００２２】電気加熱触媒１５ａ、１５ｂは同じ形状を
しており、例えば特開平９−１９２４５３号に開示され
ているような、ハニカムヒータに触媒を塗布したものを
使用することができる。例えば電気加熱触媒１５ｂのハ
ニカムヒータは、図２に示されているような形状になっ
ている。同図(a) は正面図、同図(b) はｚ方向から見た
側面図である。図示されているように、ハニカムヒータ
は外周が丸い形状をし、その一部１５ｂ´で互いに接続
された２枚の薄い担体から構成されており、該２枚の薄
い担体には、図示されているように、互い違いに入り込
んだ複数本の溝が形成されている。そして、該ハニカム
ヒータの両端部には、電力を供給するための電極１８が
接続されており、この電極１８には図示されていないバ
ッテリから電流が供給される。１７は電気加熱触媒１５
ａに電力を供給するための電極である。
しており、例えば特開平９−１９２４５３号に開示され
ているような、ハニカムヒータに触媒を塗布したものを
使用することができる。例えば電気加熱触媒１５ｂのハ
ニカムヒータは、図２に示されているような形状になっ
ている。同図(a) は正面図、同図(b) はｚ方向から見た
側面図である。図示されているように、ハニカムヒータ
は外周が丸い形状をし、その一部１５ｂ´で互いに接続
された２枚の薄い担体から構成されており、該２枚の薄
い担体には、図示されているように、互い違いに入り込
んだ複数本の溝が形成されている。そして、該ハニカム
ヒータの両端部には、電力を供給するための電極１８が
接続されており、この電極１８には図示されていないバ
ッテリから電流が供給される。１７は電気加熱触媒１５
ａに電力を供給するための電極である。
【００２３】さて、上記した構成の内燃機関の排気浄化
装置において、エンジン１が始動されると、ＨＣを含む
排気が排気マニホールド２、第１のコンバータケース
３、第１の排気管４、第２のコンバータケース５、第２
の排気管６からなる排気系を進行する。この排気は最初
は低温であり、排気系に設けられた触媒は未だ活性状態
に達せず、吸熱を行う。また、吸着触媒１４へ流入する
排気温度も低いので、ＨＣは吸着触媒１４に吸着され
る。時間の経過と共に排気の温度が上がってくると、こ
の排気温度により、排気系に設けられた触媒は昇温され
る。また、吸着触媒１４の吸着材の温度が上昇すると、
徐々にＨＣの脱離速度が増大していき、ＨＣ脱離速度が
吸着速度を上回り（エンジンの始動後約２０秒後）、Ｈ
Ｃ吸着材はＨＣの脱離を開始する。
装置において、エンジン１が始動されると、ＨＣを含む
排気が排気マニホールド２、第１のコンバータケース
３、第１の排気管４、第２のコンバータケース５、第２
の排気管６からなる排気系を進行する。この排気は最初
は低温であり、排気系に設けられた触媒は未だ活性状態
に達せず、吸熱を行う。また、吸着触媒１４へ流入する
排気温度も低いので、ＨＣは吸着触媒１４に吸着され
る。時間の経過と共に排気の温度が上がってくると、こ
の排気温度により、排気系に設けられた触媒は昇温され
る。また、吸着触媒１４の吸着材の温度が上昇すると、
徐々にＨＣの脱離速度が増大していき、ＨＣ脱離速度が
吸着速度を上回り（エンジンの始動後約２０秒後）、Ｈ
Ｃ吸着材はＨＣの脱離を開始する。
【００２４】図３は、エンジン始動時に排出されるＨＣ
濃度と、車速と、ＨＣを吸着する触媒温度との関係を示
したものであり、横軸に時間、縦軸にｐｐｍ、ｋｍ／
ｈ、°Ｃが取られている。図から、エンジン始動時に排
出されるＨＣ濃度、すなわちＨＣ吸着材から脱離される
ＨＣ濃度はエンジンの始動後約２０秒後に第１のピーク
となり、約８０秒後に第２のピークとなることがわか
る。図４は、エンジンの始動後０〜１２５秒の間のＨＣ
排出量を１００とした時の各時間帯の排出量を棒グラフ
で表したものである。図から、２０〜４０秒と８０〜１
００秒の間のＨＣ排出量が多いことが分かる。また、こ
れらの時間帯のＨＣ排出ガスを分析したところ、２０〜
４０秒の間はパラフィン系の低沸点ＨＣであることが分
かり、また８０〜１００秒の間はアロマ系の高沸点ＨＣ
であることが分かった。
濃度と、車速と、ＨＣを吸着する触媒温度との関係を示
したものであり、横軸に時間、縦軸にｐｐｍ、ｋｍ／
ｈ、°Ｃが取られている。図から、エンジン始動時に排
出されるＨＣ濃度、すなわちＨＣ吸着材から脱離される
ＨＣ濃度はエンジンの始動後約２０秒後に第１のピーク
となり、約８０秒後に第２のピークとなることがわか
る。図４は、エンジンの始動後０〜１２５秒の間のＨＣ
排出量を１００とした時の各時間帯の排出量を棒グラフ
で表したものである。図から、２０〜４０秒と８０〜１
００秒の間のＨＣ排出量が多いことが分かる。また、こ
れらの時間帯のＨＣ排出ガスを分析したところ、２０〜
４０秒の間はパラフィン系の低沸点ＨＣであることが分
かり、また８０〜１００秒の間はアロマ系の高沸点ＨＣ
であることが分かった。
【００２５】そこで、本実施形態では、電気加熱触媒１
５ａは少なくとも白金をその成分に含むパラフィン系浄
化触媒とし、電気加熱触媒１５ｂは少なくともパラジウ
ムをその成分に含むアロマ系浄化触媒とし、該電気加熱
触媒１５ａ、１５ｂへの通電を、前記制御部２０によ
り、図５および図６に示されているように制御した。す
なわち、エンジンを始動させてから第１の所定時間（例
えば、４０秒間）は上流側にある電気加熱触媒（ＥＨ
Ｃ）１５ａに通電し、該第１の所定時間が過ぎると電気
加熱触媒１５ａへの通電は停止し、下流側にある電気加
熱触媒（ＥＨＣ）１５ｂへの通電に切り換えた。そし
て、電気加熱触媒１５ｂへの通電を第２の所定時間（例
えば、１１０秒程度）まで継続し、その後電気加熱触媒
１５ｂへの通電を停止した。
５ａは少なくとも白金をその成分に含むパラフィン系浄
化触媒とし、電気加熱触媒１５ｂは少なくともパラジウ
ムをその成分に含むアロマ系浄化触媒とし、該電気加熱
触媒１５ａ、１５ｂへの通電を、前記制御部２０によ
り、図５および図６に示されているように制御した。す
なわち、エンジンを始動させてから第１の所定時間（例
えば、４０秒間）は上流側にある電気加熱触媒（ＥＨ
Ｃ）１５ａに通電し、該第１の所定時間が過ぎると電気
加熱触媒１５ａへの通電は停止し、下流側にある電気加
熱触媒（ＥＨＣ）１５ｂへの通電に切り換えた。そし
て、電気加熱触媒１５ｂへの通電を第２の所定時間（例
えば、１１０秒程度）まで継続し、その後電気加熱触媒
１５ｂへの通電を停止した。
【００２６】このように動作させると、図５の曲線ａに
示されているように、パラフィン系浄化触媒は約２０秒
で約２５０°Ｃに達し活性化されるので、パラフィン系
の低沸点ＨＣを有効に浄化することができる。一方、ア
ロマ系浄化触媒は０〜４０秒間は通電されず加熱されな
いが、アロマ系浄化触媒はこの間に通過する排気から吸
熱し４０秒の時点では、曲線ｂに示されているように、
ほぼ活性化温度に近くなる。約４０秒でアロマ系浄化触
媒に通電されると、すぐにアロマ系浄化触媒は短時間で
２５０°Ｃを越え、活性化状態に移行する。このため、
約８０秒の時点で脱離されたアロマ系の高沸点ＨＣを有
効に浄化することができる。なお、図５の曲線ａはパラ
フィン系浄化触媒の温度、曲線ｂはアロマ系浄化触媒の
温度を示している。
示されているように、パラフィン系浄化触媒は約２０秒
で約２５０°Ｃに達し活性化されるので、パラフィン系
の低沸点ＨＣを有効に浄化することができる。一方、ア
ロマ系浄化触媒は０〜４０秒間は通電されず加熱されな
いが、アロマ系浄化触媒はこの間に通過する排気から吸
熱し４０秒の時点では、曲線ｂに示されているように、
ほぼ活性化温度に近くなる。約４０秒でアロマ系浄化触
媒に通電されると、すぐにアロマ系浄化触媒は短時間で
２５０°Ｃを越え、活性化状態に移行する。このため、
約８０秒の時点で脱離されたアロマ系の高沸点ＨＣを有
効に浄化することができる。なお、図５の曲線ａはパラ
フィン系浄化触媒の温度、曲線ｂはアロマ系浄化触媒の
温度を示している。
【００２７】なお、アロマ系の高沸点ＨＣが脱離される
までに８０秒程度の長い時間があるので、アロマ系浄化
触媒に通電をしなくても、アロマ系浄化触媒は十分にア
ロマ系の高沸点ＨＣを浄化することができる。すなわ
ち、電気加熱触媒１５ｂとして、電気加熱しないアロマ
系浄化触媒を用いても良い。
までに８０秒程度の長い時間があるので、アロマ系浄化
触媒に通電をしなくても、アロマ系浄化触媒は十分にア
ロマ系の高沸点ＨＣを浄化することができる。すなわ
ち、電気加熱触媒１５ｂとして、電気加熱しないアロマ
系浄化触媒を用いても良い。
【００２８】また、図６において、第１、第２の所定時
間を計るのに変えて、電気加熱触媒１５ａ、１５ｂの温
度を用いてもよい。また、該第１、第２の所定時間、あ
るいは電気加熱触媒１５ａ、１５ｂの温度を、エンジン
冷却水の温度、バッテリ電圧などで補正するようにして
も良い。
間を計るのに変えて、電気加熱触媒１５ａ、１５ｂの温
度を用いてもよい。また、該第１、第２の所定時間、あ
るいは電気加熱触媒１５ａ、１５ｂの温度を、エンジン
冷却水の温度、バッテリ電圧などで補正するようにして
も良い。
【００２９】次に、前記電気加熱触媒１５ａ、１５ｂに
供給する電力をさらに低減するようにした本発明の第２
実施形態を説明する。この実施形態では、上流側の電気
加熱触媒１５ａの担体の伝熱面積を小さくして供給され
た電力により加熱された熱が排気に放熱されるのを防止
し、逆に、下流側の電気加熱触媒１５ｂの担体の伝熱面
積を大きくして、排気から受熱される量を大きくして、
排気の熱エネルギを有効に利用できるようにした。一例
として、上流側の電気加熱触媒１５ａの担体は一平方イ
ンチ当り約５００セルとし、下流側の電気加熱触媒１５
ｂの担体は一平方インチ当り約１２００セルとした。
供給する電力をさらに低減するようにした本発明の第２
実施形態を説明する。この実施形態では、上流側の電気
加熱触媒１５ａの担体の伝熱面積を小さくして供給され
た電力により加熱された熱が排気に放熱されるのを防止
し、逆に、下流側の電気加熱触媒１５ｂの担体の伝熱面
積を大きくして、排気から受熱される量を大きくして、
排気の熱エネルギを有効に利用できるようにした。一例
として、上流側の電気加熱触媒１５ａの担体は一平方イ
ンチ当り約５００セルとし、下流側の電気加熱触媒１５
ｂの担体は一平方インチ当り約１２００セルとした。
【００３０】次に、本発明の第３実施形態を説明する。
この実施形態では、下流側の電気加熱触媒１５ｂは上流
側の電気加熱触媒１５ａにより暖められた排気の熱エネ
ルギを受けて暖められるため、供給電力の割合を上流側
の電気加熱触媒１５ａには多く、下流側の電気加熱触媒
１５ｂは少なくするようにした。このようにすることに
より、上流および下流の電気加熱触媒を浄化する炭化水
素の種類に応じて温度上昇させることができるようにな
り、低電力化できるようになる。
この実施形態では、下流側の電気加熱触媒１５ｂは上流
側の電気加熱触媒１５ａにより暖められた排気の熱エネ
ルギを受けて暖められるため、供給電力の割合を上流側
の電気加熱触媒１５ａには多く、下流側の電気加熱触媒
１５ｂは少なくするようにした。このようにすることに
より、上流および下流の電気加熱触媒を浄化する炭化水
素の種類に応じて温度上昇させることができるようにな
り、低電力化できるようになる。
【００３１】この時の通電方法として、直列通電の場合
は、上流側の電気加熱触媒１５ａの担体の抵抗値を大き
く、下流側の電気加熱触媒１５ｂの抵抗値を小さくする
のが好適である。一方、並列通電の場合には、上記とは
逆に、上流側の電気加熱触媒１５ａの担体の抵抗値を小
さく、下流側の電気加熱触媒１５ｂの抵抗値を大きくす
るのが好適である。
は、上流側の電気加熱触媒１５ａの担体の抵抗値を大き
く、下流側の電気加熱触媒１５ｂの抵抗値を小さくする
のが好適である。一方、並列通電の場合には、上記とは
逆に、上流側の電気加熱触媒１５ａの担体の抵抗値を小
さく、下流側の電気加熱触媒１５ｂの抵抗値を大きくす
るのが好適である。
【００３２】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、吸着触媒の下
流に、少なくとも白金をその成分に含む第１の電気加熱
触媒と、少なくともパラジウムをその成分に含む触媒と
を順次設けたので、前記吸着材から最初に脱離するパラ
フィン系の炭化水素については、該パラフィン系の炭化
水素の浄化能力に優れる白金をその成分に含む電気加熱
触媒を早期に活性化させて浄化することにより、エミッ
ションを低減できる。また、前記パラフィン系の炭化水
素に続いて脱離するアロマ系の炭化水素については、該
パラフィン系の炭化水素の浄化能力に優れるパラジウム
をその成分に含む触媒を脱離までの時間差により排気の
吸熱および前記第１の電気加熱触媒からの熱にて活性化
させ、パラフィン系の炭化水素を浄化してエミッション
を低減できる。
流に、少なくとも白金をその成分に含む第１の電気加熱
触媒と、少なくともパラジウムをその成分に含む触媒と
を順次設けたので、前記吸着材から最初に脱離するパラ
フィン系の炭化水素については、該パラフィン系の炭化
水素の浄化能力に優れる白金をその成分に含む電気加熱
触媒を早期に活性化させて浄化することにより、エミッ
ションを低減できる。また、前記パラフィン系の炭化水
素に続いて脱離するアロマ系の炭化水素については、該
パラフィン系の炭化水素の浄化能力に優れるパラジウム
をその成分に含む触媒を脱離までの時間差により排気の
吸熱および前記第１の電気加熱触媒からの熱にて活性化
させ、パラフィン系の炭化水素を浄化してエミッション
を低減できる。
【００３３】請求項２の発明によれば、前記触媒を電気
加熱触媒で構成したので、吸着触媒からアロマ系の炭化
水素が脱離するまでの時間差を利用することにより、該
電気加熱触媒に大電流を流さなくても良くなり、自動車
用として供給可能な電力で触媒を確実に活性化させるこ
とができるようになる。
加熱触媒で構成したので、吸着触媒からアロマ系の炭化
水素が脱離するまでの時間差を利用することにより、該
電気加熱触媒に大電流を流さなくても良くなり、自動車
用として供給可能な電力で触媒を確実に活性化させるこ
とができるようになる。
【００３４】請求項３の発明によれば、第１の電気加熱
触媒の担体のセル密度を、第２の電気加熱触媒の担体の
それより粗にしたので、前者の担体の伝熱面積が小さく
なって前記担体の熱が排気に放熱されるのを防止して加
熱効率を向上し、逆に、後者の担体の伝熱面積が大きく
なって該担体が排気から受熱する量が大きくなり、排気
の熱エネルギを有効に利用できるようになる。
触媒の担体のセル密度を、第２の電気加熱触媒の担体の
それより粗にしたので、前者の担体の伝熱面積が小さく
なって前記担体の熱が排気に放熱されるのを防止して加
熱効率を向上し、逆に、後者の担体の伝熱面積が大きく
なって該担体が排気から受熱する量が大きくなり、排気
の熱エネルギを有効に利用できるようになる。
【００３５】請求項４の発明によれば、前記触媒を三元
触媒としたので、定常時の炭化水素の浄化性能を向上さ
せることができる。
触媒としたので、定常時の炭化水素の浄化性能を向上さ
せることができる。
【００３６】請求項５の発明によれば、前記第１の電気
加熱触媒を、前記吸着触媒から炭化水素の脱離が開始さ
れる時点にて活性化させるようにしたので、効率的に炭
化水素を浄化することができる。
加熱触媒を、前記吸着触媒から炭化水素の脱離が開始さ
れる時点にて活性化させるようにしたので、効率的に炭
化水素を浄化することができる。
【００３７】請求項６の発明によれば、前記第１の電気
加熱触媒の通電終了時点より、前記第２の電気加熱触媒
に通電を開始するようにしたので、該電気加熱触媒に供
給する電流を節約することができる。
加熱触媒の通電終了時点より、前記第２の電気加熱触媒
に通電を開始するようにしたので、該電気加熱触媒に供
給する電流を節約することができる。
【００３８】さらに、請求項７の発明によれば、前記第
１の電気加熱触媒への供給電力を、前記第２の電気加熱
触媒への供給電力より大きくしたので、上流および下流
の電気加熱触媒を浄化する炭化水素の種類に応じて温度
上昇させることができるようになり、低電力化できるよ
うになる。
１の電気加熱触媒への供給電力を、前記第２の電気加熱
触媒への供給電力より大きくしたので、上流および下流
の電気加熱触媒を浄化する炭化水素の種類に応じて温度
上昇させることができるようになり、低電力化できるよ
うになる。
【図１】 本発明の一実施形態の構成を示すブロック図
である。
である。
【図２】 電気加熱触媒の担体の正面図と側面図であ
る。
る。
【図３】 エンジン始動時に排出されるＨＣ濃度と、車
速と、ＨＣを吸着する触媒温度との関係を示す図であ
る。
速と、ＨＣを吸着する触媒温度との関係を示す図であ
る。
【図４】 エンジンの始動後０〜１２５秒の間のＨＣ排
出量を１００とした時の各時間帯の排出量を示す棒グラ
フである。
出量を１００とした時の各時間帯の排出量を示す棒グラ
フである。
【図５】 二つの電気加熱触媒に流す電流の制御方法
と、該電気加熱触媒の温度とを示す図である。
と、該電気加熱触媒の温度とを示す図である。
【図６】 図１の制御部の動作の一例を示すフローチャ
ートである。
ートである。
１…エンジン、２…排気マニホールド、３…第１のコン
バータケース、４…第１の排気管、５…第２のコンバー
タケース、６…第２の排気管、７ａ〜７ｄ…空燃比セン
サ、１１…三元触媒（ＴＷＣ）、１３…担体、１４…吸
着触媒、１５ａ、１５ｂ…電気加熱触媒、１６…三元触
媒、１７、１８…電極、２０…制御部。
バータケース、４…第１の排気管、５…第２のコンバー
タケース、６…第２の排気管、７ａ〜７ｄ…空燃比セン
サ、１１…三元触媒（ＴＷＣ）、１３…担体、１４…吸
着触媒、１５ａ、１５ｂ…電気加熱触媒、１６…三元触
媒、１７、１８…電極、２０…制御部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｂ０１Ｄ 53/81 Ｆ０１Ｎ 3/10 Ａ 53/94 9/00 Ｚ Ｂ０１Ｊ 23/40 Ｂ０１Ｄ 53/34 １２３Ｄ Ｆ０１Ｎ 3/10 53/36 １０１Ａ 9/00 (72)発明者 岡山 竜也 埼玉県和光市中央一丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内
Claims (7)
- 【請求項１】 内燃機関の排気系に、上流より順に設け
られた三元触媒と、少なくともその成分にゼオライトを
含み炭化水素を吸着可能な吸着触媒とを有する内燃機関
の排気浄化装置において、 前記吸着触媒の下流に設けられた少なくとも白金をその
成分に含む第１の電気加熱触媒と、 前記第１の電気加熱触媒の下流に設けられた少なくとも
パラジウムをその成分に含む触媒とを具備したことを特
徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項２】 前記触媒を第２の電気加熱触媒としたこ
とを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装
置。 - 【請求項３】 前記第１の電気加熱触媒の担体のセル密
度を、前記第２の電気加熱触媒の担体のセル密度よりも
粗にしたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の
排気浄化装置。 - 【請求項４】 前記触媒を三元触媒としたことを特徴と
する請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄
化装置。 - 【請求項５】 前記第１の電気加熱触媒を、前記吸着触
媒から炭化水素の脱離が開始される時点にて活性化させ
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内
燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項６】 前記第１の電気加熱触媒の通電終了時点
より、前記第２の電気加熱触媒に通電を開始するように
したことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の
内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項７】 前記第１の電気加熱触媒への供給電力
を、前記第２の電気加熱触媒の供給電力より大きくした
ことを特徴とする請求項５または６に記載の内燃機関の
排気浄化装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26782897A JP3709953B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | 内燃機関の排気浄化装置 |
| US09/146,139 US6112520A (en) | 1997-09-12 | 1998-09-03 | Exhaust gas purifying system for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26782897A JP3709953B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1182000A true JPH1182000A (ja) | 1999-03-26 |
| JP3709953B2 JP3709953B2 (ja) | 2005-10-26 |
Family
ID=17450188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26782897A Expired - Fee Related JP3709953B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6112520A (ja) |
| JP (1) | JP3709953B2 (ja) |
Cited By (2)
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| JP2025067103A (ja) * | 2023-10-12 | 2025-04-24 | トヨタ自動車株式会社 | 車両 |
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