JP2001027116A - 車輛用排気ガスの浄化装置 - Google Patents

車輛用排気ガスの浄化装置

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チャ リ ミョン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低廉に製作可能であると共に段階的に排気ガ
ス浄化効率を高めてガソリン極超低公害(SULEV)の
排気規制を満足させ、未燃焼ガスを低減する車輛用排気
ガス浄化装置を提供する。 【解決手段】 燃料霧化特性を向上させるインゼクタ1
0と、シリンダヘッドブロックとシリンダブロックに流
入する循環冷却水を遮断して燃料の気化性能を向上させ
る冷却水遮断用制御バルブ20と、排気ガスの流動性向
上と共に熱容量損失を低減する排気マニホルド30と、
触媒のハイローディングにより低温で活性を極大化する
CC触媒40と、HC吸着器とTWC触媒成分とが混合
されたHC−吸着器触媒装置50と、高温で脱着された
HCを除去するためのEHC60及びライトオン触媒7
0と、エンジン始動初期の排気ガスに対する触媒吸着率
を高める排圧制御用バルブ80とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車輛用排気ガスの
浄化装置に関するもので、より詳細には霧化特性を向上
させることができるインゼクタにより燃料を噴射すると
共に冷却水を遮断することにより気化と燃焼性を向上さ
せ、燃焼により生成する排気ガスが流動性の向上と共に
熱損失を減少する排気マニホルドを通過し、CC触媒と
ハイブリッド触媒装置を通過することにより、触媒の浄
化効率を極大化することができる車輛用排気ガスの浄化
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】科学技術と産業が高度に発達するにつれ
て、人間の健康と生活環境を脅す要素である公害は、そ
の種類と原因は増加し複雑化している。これまで3大公
害といわれている大気汚染、水質汚染、騷音は社会問題
化しており、その発生原因の1つである自動車の排出ガ
スによる大気汚染は咳、頭痛、目眩等のような健康上の
障害を起している。
【0003】このような排出ガスの例としては、主に自
動車の排気パイプを通じて排出される排気ガスとエンジ
ンのクランクケースから排出されるブローバイガス、ま
た燃料タンクや気化器等から蒸発する燃料蒸発ガス等が
挙げられる。特に、排気ガスはシリンダ内で燃料と空気
が混合され燃焼した後にエンジンの外部に排出されるガ
スであり、その大部分の成分としては人体に無害な水蒸
気、窒素、炭酸ガスが含まれているが、人体に有害な一
酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(N
Ox)、その他に鉛酸化物と炭素粒子等が含まれてい
る。
【0004】上記有害物質を人体に無害な成分として浄
化して排出するために、長年にわたって排気ガス浄化装
置に対する研究が進められて来た。図1は、従来の他社
Aによる極超低公害(SULEV)の排気ガス浄化装置
を示す。低熱伝導率性のプレススチールで排気マニホル
ド30を製作し、これにPd系触媒32を連結した後、
ハイブリッド触媒61とEHC60(electric
ally heated catalyst)を連続的に
結合して排気ガスを浄化するように構成されている。
【0005】添附図面2は、従来他社Bによる極超低公
害の排気ガス浄化装置を示す。排気ガスはEHC60を
通過し、アンダフロアTWC62を通過して油分離器9
0を通過する間に浄化されて大気に排出されるように構
成されており、アンダフロアTWC62の後部にはエン
ジンの初期始動時にHCを浄化するためのHC-吸着器
50がバイパス51に連結されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来他社
Aの処理装置は1200セル(cell)の高密度触媒
を使用しているにもかかわらず、目標とする浄化効率を
達成できず非実用的な面がある。従来他社Bの場合に
は、処理装置として大容量のアンダフロアTWCとHC
吸着器を制御するために、別に2つのバルブを設ける必
要があるが、誤作動等により排気ガスの浄化不良が発生
する恐れがある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題に鑑み、まず第1にエンジン生ガス(enginer
aw gas)を低減するために燃料の霧化特性を向上
させるインゼクタ10と、シリンダヘッドブロック10
0周辺のシリンダブロック110に流入する冷却水を遮
断して燃料の気化及びその性能を改善するための冷却水
制御バルブ20と、排気ガスの流動性を向上する排気マ
ニホルド30と、触媒のハイローディングにより低温で
の活性を極大化させたCC触媒40(close−co
upled catalyst)と、HCを除去するた
めのHC吸着器とTWCとが組合わされたHC吸着器触
媒装置50と高温で脱着されたHCを除去するためのE
HC60(electrically heated c
atalyst)及びライトオフ触媒70とを含むこと
を特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】添附図面を参照して以下詳細に説
明する。図3は、本発明による排気ガスの浄化装置を示
す概略図であり、符号100はシリンダヘッドブロッ
ク、110はシリンダブロックをそれぞれ示す。
【0009】本発明は、優れた霧化特性を有するインゼ
クタ10を用いて燃料の霧化状態を向上し、シリンダヘ
ッドブロック100の周囲とシリンダブロック110の
ウォータジャケットに供給される冷却水を遮断してシリ
ンダ内で霧化される燃料の燃焼効率を向上し、燃焼によ
り生じる排気ガスは排気マニホルド30を通過する際に
触媒の一方側にかたよらずに接触浄化されるように各シ
リンダと連結されるランナの他端部を半球形の形状に形
成して流動性を向上させた排気マニホルド30の上部に
連結して形成されている。
【0010】また、前記シリンダヘッドブロック100
及びシリンダブロック110の内部に形成された冷却水
ジャケットに供給され循環する冷却水を遮断するための
冷却水遮断用制御バルブ20を有する。この冷却水遮断
用制御バルブ20は、サーモスタットハウジングとウォ
ータポンプとの間に設けられ、冷却水温度センサの出力
を受けて冷始動時及びエンジンのウォーミングアップ中
においてエンジンヘッドとエンジンブロックの間の冷却
水循環を遮断し、エンジンヘッド及び燃焼室周囲の冷却
水ジャケット温度を急上昇させて燃焼室内のクエンチン
グ域(quenching area)の未燃混合気が
凝縮されることを防止する。
【0011】また、前記改善された排気マニホルド30
の上端部とCC触媒40の後端部には、排気ガス中の未
燃焼酸素量を測定するための酸素センサ31が装着され
ており、前記酸素センサ31としてはファストライトオ
フ(fast light−off)センサが用いられ
る。
【0012】このように、前記排気マニホルド30を通
過した排気ガスは、HCを除去するためのCC触媒40
を通過する。前記CC触媒40としては、D50とD1
00のPd系触媒が用いられる。特に、上記Pd系のC
C触媒40はハイローディング(high loadi
ng)により低温でも活性化されているが、低温におい
て活性化不足により排出されたHCは、アンダフロアの
位置に装着されたHC吸着器触媒装置50で除去され
る。
【0013】前記HC吸着器触媒装置50は、HCを除
去するために効率的に吸着することができるHC吸着器
と、HCとNOxに対する浄化効率を高めるためにTW
C触媒とを組み合わせて用いることが望しい。また、上
記HC吸着器触媒装置50の後部には、排気ガスの温度
が高くなると、吸着器からHCが脱着して排出される
が、このHCとNOxを効果的に除去するためにEHC
60とファストライトオフ触媒70が装着されている。
本発明の好ましい実施形態では、上記HC吸着器は長時
間にわたって使用された場合、温度の上昇によりHCが
容易に脱着するので、これを防止するために相対的に温
度が低い位置に設定されることが望しい。
【0014】一方、前記EHC60の後部には、エンジ
ンの始動初期及び酷寒期における排気ガスに対する触媒
の吸着効率を高めるために、排圧制御用バルブ80が設
けられている。前記排圧制御用バルブ80は、冷始動の
初期にCC触媒とUCC、またEHCの前端の触媒担体
内の排気ガス吸着率を高めるので、触媒の浄化効率の向
上と共に冷始動の初期にエンジンバルブのオーバーラッ
プ区間等の排気行程時のEGR作用によりエンジン内部
の燃焼温度の制御によりNOxの低減効果を得ることが
できる。上に述べたような本発明で用いられる触媒の規
格と、その試験結果を次の表1と表2に示した。
【表1】
【表2】 参考)ULEV system: 燃料インゼクタ、E
V6+CCC(CC触媒)+LSF4.7+Shift
/patternの変更、TCU+触媒加熱
【0015】本発明では、RVLEVを基準として試験
したが、この時のNMHCは0.0041g/mLであ
った。この値は、ガソリンにおけるSULEVのNMO
G規制値である0.010NMOGの41%に該当する
値として、排出量の面で基準規制値を満足しており、こ
れに対するTWCの排出特性は表3の通りである。
【表3】 上記において、AはLEVだけを使用した場合であり、
BはLEVに排気マニホルドとHC吸着器を装着して試
験した結果であり、Cは排気ガスの流動(ストリーム)
を改善した排気マニホルドとULEVシステム、またH
C吸着器と共にEHCを加えて試験した結果である。
【0016】一方、P1(FTP−75)から、LEV
へと改善した本発明の排気マニホルドの排気時間と、C
C触媒の表面温度の測定結果は表4及び表5の通りであ
る。
【表4】
【表5】
【0017】表5に示した時間は、排気ガス及びCC触
媒のベッド温度が触媒の活性開始温度(L.O.T)に
到達するまでの時間を示している。改善した本発明のS
US仕様の場合には、LEVより約50〜100℃の排
気ガス及びCC触媒の中心位置から温度の上昇を示して
いる。L.O.Tの場合には、FCD−Hは5秒、SU
Sは6秒が短縮された。CC触媒の両側面におけるL.
O.T.の場合には、FCD−Hは2秒、SUSは7秒
が短縮された。
【0018】このように、活性開始温度に到達する時間
が短縮されたことは次の要因が挙げられる。 1.排気マニホルドの接合部及び担体の前面に向う排気
ガスの流動(ストリーム)の改善。 2.各排気マニホルドのランナ長さを5〜15%まで縮
小。 3.排気マニホルドの材質変更時の重量減少による熱的
慣性の減少。
【0019】表6は、P1(FTP−75)におけるH
C吸着器の体積変化による排出量に対する変化を示して
いる。
【表6】
【0020】表6に示したように、HC吸着器の体積が
増加するにしたがいTHCとCOの量が減少しているこ
とが分る。これはトラッピング(trapping)効
率の向上によるものであり、この時のNOxの増加はT
WCの体積減少によるものと思われる。
【0021】ここで、HC吸着器はゼオライト(zeo
lite)を有した構成のものを用いる。約200℃以
下の冷却温度ではHC成分を吸着したが、温度の上昇に
伴いHCを徐々に排出するHC-トラップ現象が起こ
る。上記HC−XMFOQにおけるHCの除去を極大化
させるために、TWC(3元触媒)と組合わされたHC
吸着器触媒を使用している。
【0022】表7は、本発明によるHCS(hybri
d catalyst system)の作動原理を示
したもので、試験に用いられたHC吸着器にTWC機能
を追加した触媒装置である。
【表7】
【0023】これをより詳細に説明すると、始動の初期
に、触媒が活性開始温度まで到達する前に排出されるH
Cは、吸着器により吸着され、触媒が活性開始温度
(L.O.T.)まで到達すると吸着器に吸着されたHC
が脱着して排出される。上記HCは、吸着器の後端に設
けられるEHCのような浄化装置により除去される。
【0024】本発明において用いられた酸素センサ31
の仕様別の車輛排出量を比較すると、次の表8のような
結果であり、表9は排気マニホルド上端部の酸素センサ
の"ヒットオン"である時の出力信号を示したものであ
る。
【0025】
【表8】
【表9】
【0026】オープンループ時間が7秒であるLSF
4.7を適用した場合、オープンループ時間が27秒で
あるLSH25に比べて約1%のTHCと、18%のC
O、9%のNOx量が減少したことを示している。
【0027】
【発明の効果】上述のように、本発明は、低廉に製作可
能であると共に段階的に排気における浄化効率を高めた
ガソリン極超低公害(SULEV)の排気規制基準を満足
させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の排気ガス処理装置を示す概略図である。
【図2】従来の他の排気ガス処理装置を示す概略図であ
る。
【図3】本発明による排気ガス浄化装置を示す概略図で
ある。
【符号の説明】
10 インゼクタ 20 冷却水遮断用制御バルブ 30 排気マニホルド 31 酸素センサ 32 Pd系触媒 40 CC触媒(close−coupled cat
alyst) 50 HC吸着器触媒装置 51 バイパス 60 EHC(electrically heate
d catalyst) 61 ハイブリッド触媒 62 アンダフロアTWC 70 ライトオフ触媒(Light−Off Cata
lyst) 80 排圧制御用バルブ 90 油分離器 100 シリンダヘッドブロック 110 シリンダブロック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キム ヨン ソプ 大韓民国 京畿道 ヨンイン市 スゥジ邑 プンドクチョン里 700−1 Fターム(参考) 3G091 AA02 AA17 AA23 AA28 AB00 AB03 AB10 BA03 BA14 BA15 BA16 BA19 CA04 CA12 CA13 CA26 CB07 CB08 DA01 DA02 DB10 EA16 EA34 FA02 FA04 FB02 FC04 FC06 FC07 GA16 GA21 GB07W GB09Y HA08 HA12 HA18 HA19 HA20 HA36 HA46 HA47 HB03

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料の霧化特性を向上させるインゼクタ
    (10)と、シリンダヘッドブロック(100)とシリ
    ンダブロック(110)に流入する冷却水を遮断して燃
    料の気化及び性能を向上させるための冷却水遮断バルブ
    (20)と、排気ガスの流動性を向上させる排気マニホ
    ルド(30)と、触媒のハイローディングにより低温で
    の活性を極大化するCC触媒(40)と、CC触媒が低
    温で除去されないHCを除去するためにHC吸着器とT
    WC触媒とが組み合わされたHC吸着器触媒装置(5
    0)と、高温で脱着されたHCを除去するためのEHC
    (60)及びライトオフ触媒(70)とを含むことを特
    徴とする車輛用排気ガスの浄化装置。
  2. 【請求項2】 前記排気マニホルドは、排気ガスが前記
    CC触媒の全面に対して均等に接触することができるよ
    うに入口部が半球形の形状に形成されていることを特徴
    とする請求項1記載の車輛用排気ガスの浄化装置。
  3. 【請求項3】 前記CC触媒は、400セル(cel
    l)であることを特徴とする請求項1記載の車輛用排気
    ガスの浄化装置。
  4. 【請求項4】 前記EHCの後部には、エンジン始動初
    期に排出される排気ガスの触媒吸着率を高めるために排
    圧制御用バルブを含むことを特徴とする請求項1記載の
    車輛用排気ガスの浄化装置。
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