JP2002138825A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気ガスを浄化するに際して、冷間始動後の
未燃燃料の吸着を確実に行い、排気ガスの浄化効率を向
上させることのできる内燃機関の排気浄化装を提供す
る。 【解決手段】 本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内
燃機関の排気管１上に配設されて排気ガス中の未燃燃料
を吸着・放出する機能を有する未燃燃料吸着部材５と、
未燃燃料吸着部材５の下流側に配設されて排気ガスを浄
化する排気浄化触媒２とを備えており、排気浄化触媒２
の上流側に位置する排気管１が内管３及び外管４からな
る二重管構造とされ、内管３と外管４との間に未燃燃料
吸着部材５が配設され、内管３の未燃燃料吸着部材５よ
りも上流側の部分に内管３の内部と外部とを連通させる
連通孔７が形成されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気ガ
スを浄化する際に排気ガス中の未燃燃料分を低温時に吸
着して高温時に放出する未燃燃料吸着材を有する内燃機
関の排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気ガスは、三元触媒などの
排気浄化触媒によって浄化された後に大気に放出され
る。排気浄化触媒は、ある所定の活性化温度にならない
と本来の浄化性能を発揮し得ない。排気ガス中に含まれ
る成分のうちで浄化されるものの一つとして、完全に燃
焼せずに排気ガス中に含まれることとなった未燃燃料分
である炭化水素HCがある。特に、冷間始動直後の排気ガ
スにはこの炭化水素HCが多量に含まれる。

【０００３】そこで、冷間始動時に排気ガス中の未燃燃
料を吸着する吸着部材を排気通路上に配置し、排気浄化
触媒がある程度暖まった後に吸着部材から未燃燃料を放
出させて排気浄化触媒で浄化するようにした排気浄化装
置が実用化されている。このような吸着部材は、一般に
HC吸着材と呼ばれている。排気浄化触媒自体に未燃燃料
を吸着する物質を担持させ、HC吸着材の機能と排気浄化
触媒の機能とを一体化させたものも知られている。HC吸
着材としては、特開平7-232084号公報に記載のものなど
が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した公報に記載さ
れているHC吸着材もそうであるが、このようなHC吸着材
は低温時に未燃燃料を吸着して高温時に未燃燃料を放出
するのが一般的な性質である。そこで、排気ガス中の炭
化水素HCをより多く吸着し、かつ、排気浄化触媒が活性
化温度となるまで、吸着した炭化水素HCをより確実に保
持しておくことができるような改善が望まれていた。

【０００５】従って、本発明の目的は、排気ガスを浄化
するに際して、冷間始動後の未燃燃料の吸着を確実に行
い、排気ガスの浄化効率を向上させることのできる内燃
機関の排気浄化装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の内燃機
関の排気浄化装置は、内燃機関の排気管上に配設されて
排気ガス中の未燃燃料を吸着・放出する機能を有する未
燃燃料吸着部材と、未燃燃料吸着部材の下流側に配設さ
れて排気ガスを浄化する排気浄化触媒とを備えており、
排気浄化触媒の上流側に位置する排気管が内管及び外管
からなる二重管構造とされ、内管と外管との間に未燃燃
料吸着部材が配設され、内管の未燃燃料吸着部材よりも
上流側の部分に内管の内部と外部とを連通させる連通孔
が形成されていることを特徴としている。

【０００７】請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置
は、請求項１に記載の発明において、外管の内面から連
通孔近傍に突設された突設片をさらに備え、突設片は排
気管の温度上昇に伴う内管と外管との伸縮量差に伴って
連通孔を閉塞することを特徴としている。

【０００８】請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置
は、請求項１に記載の発明において、連通孔の下流側縁
部から内管の内部に向けて導流板が突設形成されている
ことを特徴としている。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の排気浄化装置の実施形態
について、図面を参照しつつ説明する。まず、図１に、
本発明の第一実施形態を示す。

【００１０】図１には、本実施形態の排気浄化装置を有
する排気管１の一部が断面図として示されている。排気
管１には、排気浄化触媒２が配設されている。排気浄化
触媒２の内部には、モノリス型コンバータ２ａが収納さ
れている。コンバータ２ａは、ハニカム状の断面を持
ち、その表面にはプラチナやロジウムなどの触媒金属が
担持されている。排気浄化触媒２は、三元触媒であり、
排気ガス中の炭化水素HC、一酸化炭素CO、窒素酸化物NO
xを浄化する。

【００１１】排気浄化触媒２の上流側では、排気管１の
一部が内管３と外管４とからなる二重管構造とされてい
る。そして、二重管構造の下流側端部近傍の内管３と外
管４との間には、排気管１がまだ充分に暖まる以前に排
気ガス中の未燃燃料成分である炭化水素HCを吸着し、そ
の温度が高温となると吸着した炭化水素HCを放出するHC
吸着部材（未燃燃料吸着部材）５が配設されている。ま
た、二重管構造の上流側端部においては、内管３と外管
４とが結合されている。

【００１２】HC吸着部材５は、排気管１（外管４）の一
部が拡径された拡径部内に配設されており、外管４に固
定されている。HC吸着部材５の中央部には、上下流方向
に貫通孔が形成されており、この貫通孔の内部にさらに
筒状の支持部材６が配設されている。支持部材６はHC吸
着部材５に結合されており、内管３の下流側部分は支持
部材６の内部でスライド可能に支持された状態となって
いる。支持部材６は、内管３からの熱をHC吸着部材５に
対して伝えにくくする断熱材としての役割も有してい
る。支持部材６の具体的材質としては、アルミナマット
やセラミックウール、ワイヤーメッシュなどが挙げられ
る。

【００１３】内管３のHC吸着部材５の上流側には、内管
３の内部と外部とを連通させる複数の連通孔７が形成さ
れている。複数の連通孔７は、内管３の周方向に並べて
形成されている。さらに、外管４の内面からは、連通孔
７の近傍に突設する突設片８が突設されている。本実施
形態の突設片８は、外径の異なる円筒を二つ結合させた
ような形態である。しかし、この突設片８における外径
の異なる円筒を結合させている部分には、その上流側の
空間と下流側の空間とを連通させる孔（図示せず）が形
成されており、内管３と外管４との間の空間における上
流から下流に向けての排気ガスの流れを阻害することが
ないようにされている。

【００１４】突設片８には、図２に示されるように、連
通孔７に対応する孔部９が形成されている。本実施形態
では、一つの連通孔７に対して一つの孔部９が形成され
ている。なお、この連通孔７と孔部９との関係は、排気
管１がまだ暖まっていないときは図２(a)に示されるよ
うに、連通孔７と孔部９とで一つの孔が形成されるよう
にされ、排気管１が暖まったときには図２(b)に示され
るように、内管３と外管４との熱膨張率差によって突設
片８の孔部９以外の部分で連通孔７が閉塞されるように
されている。本実施形態では、内管３の方が熱膨張率が
大きい。

【００１５】なお、本実施形態における連通孔７は、図
３(a)に示されるように、内管３に対して単に円形の孔
を穿孔して構成されている。この連通孔を図３(b)に示
されるように、内管３の内部に向けて（図３においては
紙面上側が内管３の内部側）導流板７ａを設けても良
い。図３(b)に示される導流板７ａは、連通孔７の下流
側縁部から内管３の内部中央方向に延ばされた部分と、
この部分の先端から上流側に延ばされた部分とからなっ
ている。このような導流板７ａを設けることによって、
多少の排気抵抗の増加は生じるが、内管３内の排気ガス
（流路内における外周寄りの比較的温度の低い部分）を
より積極的にHC吸着部材５に導くことができる。

【００１６】さらに、HC吸着部材５と排気浄化触媒２と
の間には、排気浄化触媒２に流入する排気ガスの排気空
燃比を検出する空燃比センサ１０が配設されている。本
実施形態の空燃比センサ１０は、酸素センサである。空
燃比センサ１０は、内管３の端部よりも下流側にあり、
内管３を通った排気ガスとHC吸着部材５を通過した排気
ガスとが再度混合された後の排気ガスの排気空燃比を検
出する。

【００１７】図４に、上述した第一実施形態を適用した
排気系の排気ポート以降を示す。なお、図４において
は、その一部が断面として示されている。図４に示され
るように、図１に示される部分よりもさらに上流側に
は、始動時触媒１１が配設されている。始動時触媒１１
は、エンジンの燃焼室に近い位置にあるので、エンジン
の始動直後に排気ガスによって早期に活性化温度にまで
昇温され、より早期に排気ガスの浄化を開始する目的で
設置された浄化触媒（三元触媒）である。また、図４に
示されるように、図１に示される部分よりもさらに下流
側には、消音器１２が配設されている。

【００１８】冷間始動直後の排気ガスの流れと、それに
伴う排気ガス中の炭化水素HCの吸着について説明する。

【００１９】始動直後に上流側から流れてきた排気ガス
は図１に示される二重管部分に流入する。二重管構造部
の上流寄りの部分では、排気ガスは内管３の内部のみを
流れる。このとき、二重管構造となっているので排気ガ
スの熱が大気に放出されにくくなり、排気ガスの温度の
低下が抑止される。これによって、後述するように、排
気浄化触媒２の活性化温度への昇温をより早期に行うこ
とができる。

【００２０】内管３内を流れる排気ガスが連通孔７に達
したところで、その外周寄りの比較的温度の低い部分が
連通孔７を通って内管３と外管４との間の空間に流入す
る。排気管１内を流れる排気ガスは、たとえ二重管構造
となっていても、排気管１の表面から熱が放出されるの
で、やはり大気に近い外周寄り部分の温度が低くなる。
この比較的温度の低い部分がが、連通孔７を通って内管
３と外管４との間の空間に流入する。

【００２１】なお、このとき、始動直後であるため、排
気管１やHC吸着部材５、排気浄化触媒２の温度は低く、
連通孔７と孔部９とは重なった状態であり、排気ガスは
連通孔７及び孔部９を通って内管３と外管４との間の空
間に流入し得る。連通孔７を通って内管３と外管４との
間の空間に流入した排気ガスは、含まれている炭化水素
HCがHC吸着部材５に吸着されてから下流側に流れてい
く。このように、HC吸着部材５に流入する排気ガスは、
比較的温度が低いため、HC吸着部材５の温度上昇は抑制
され、炭化水素HCをより長期間吸着させておくことが可
能となる。

【００２２】一方、内管３の内部をそのまま流れる排気
ガスは、比較的温度の高い部分であり、二重管構造や支
持部材６などによってその温度低下を抑止されつつ下流
側に流れる。そして、この比較的温度の高い排気ガス
は、排気浄化触媒２に流入して、排気浄化触媒２をより
早期に活性化温度にするのに寄与する。なお、この比較
的温度の高い排気ガスは、HC吸着部材５を通過した排気
ガスと混合されることとなるが、内管３を通る排気ガス
は通常よりも温度低下が抑制されるため、通常よりも排
気浄化触媒２をより早期に昇温させることができる。

【００２３】上述したように流れる排気ガスの熱によっ
て排気管１自体の温度は徐々に上昇する。また、排気管
１の温度上昇によって排気ガスから排気管１に奪われる
熱量も減少するので、排気ガス自体の温度も上昇する。
排気管１自体の温度上昇に伴って、内管３と外管４との
熱膨張率の差によって連通孔７が突設片８によって閉塞
される。この結果、高温の排気ガスがHC吸着部材５を通
過することが抑制され、HC吸着部材５の急激な温度上昇
によって吸着した炭化水素HCが早期に離脱してしまうこ
とが抑止される。

【００２４】また、HC吸着部材５を高温から保護するこ
とにもなり、HC吸着部材５の劣化を抑制することができ
る。さらに、外管４からの輻射熱を低減することにもな
る。このようにすれば、HC吸着部材５に炭化水素HCをよ
り長期間吸着させておくことができ、その脱離が開始さ
れる頃には、排気浄化触媒２が充分に活性化温度に達し
ており、離脱した炭化水素HCを浄化することができる。

【００２５】このとき、二重管構造の連通孔７よりも上
流側の部分は、内管３と外管４との熱膨張率の差を用い
て連通孔７を突設片８で閉塞させることを効果的に行う
ことができるために有効に機能している。即ち、二重管
構造の連通孔７よりも上流側の部分を長くとることによ
って、排気管１の温度が上昇するにつれて内管３と外管
４との長さの差が大きく現れるようになるため、突設片
８によって連通孔７を閉塞させやすくなる。

【００２６】さらに、空燃比センサ１０の出力を用いて
以下のような制御を行うこともできる。空燃比センサ１
０によって検出された排気空燃比がリッチになった場合
は、吸着部材５からの離脱が生じていると判断すること
ができる。このような場合には、制御空燃比をリーン側
にして排気空燃比を理論空燃比寄りに変化させ、排気浄
化触媒２における浄化率を向上させるような制御を行
う。このような制御を併用することによって、浄化効率
をより一層向上させることができる。

【００２７】本実施形態によれば、HC吸着部材５に炭化
水素HCをより長期間吸着させておくことができ、離脱時
には充分に活性化温度まで昇温された排気浄化触媒によ
って確実に浄化することができる。

【００２８】図５に本発明の第二実施形態を示す。本実
施形態は、上述した第一実施形態とほぼ同様の構成を有
している。このため、上述した第一実施形態と同一又は
同等の構成部位については、同一の符号を付してその詳
しい説明を省略する。

【００２９】本実施形態においては、連通孔７が二重管
構造の上流寄りにも形成されている。また、HC吸着部材
５は、内管３と外管４との間の空間に二つ配設されてい
る。そして、本実施形態においては、連通孔７を閉塞さ
せることは意図していない。このようにしても、比較的
温度の低い排気ガスをHC吸着部材５に導き、比較的の温
度の高い排気ガスをそのまま排気浄化触媒２に流入させ
ることによって、HC吸着部材５の温度上昇を抑制すると
共に排気浄化触媒２の早期昇温を行うことができる。こ
の結果、上述した実施形態と同様に、より長期間HC吸着
部材５に炭化水素HCを吸着させておくことができ、離脱
時には充分に活性化温度まで昇温された排気浄化触媒に
よって確実に浄化することができる。

【００３０】本発明の内燃機関の排気浄化装置は、上述
した実施形態に限定されるものではない。例えば、突設
片を設けて連通孔７を開閉するような場合、突設片は各
連通孔毎に一つずつ設けられても良い。また、突設片に
形成される孔部９は、一つの連通孔に対して一つずつ形
成されなくてはならないということではなく、内管と外
管との熱膨張率（熱に対する伸縮量）の差によって連通
孔を閉塞できればどのような形態で形成されても良い。
例えば、二つの連通孔に対して一つの孔部が形成させた
り、孔部を設けずに排気管が暖まったときだけ突設片に
よって連通孔を閉塞させたりしても良い。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、比較的温度の低い排気
ガスを未燃燃料吸着部材に導き、かつ、比較的の温度の
高い排気ガスをそのまま排気浄化触媒に流入させること
によって、未燃燃料吸着部材の温度上昇を抑制（吸着し
た未燃燃料の早期脱離を制）することができる。この結
果、より長期間、未燃燃料吸着部材に燃燃料成分を吸着
させておくことができ、これが離脱する時には充分に活
性化温度まで昇温された排気浄化触媒によって確実に浄
化することができ、排気ガスの浄化性能をより一層向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気浄化装置の第一実施形態を示す断
面図である。

【図２】第一実施形態における、突設片周辺を示す拡大
断面図である。

【図３】(a)は第一実施形態における連通孔を示す拡大
斜視図、(b)は連通孔の好ましい変形例を示す斜視図で
ある。

【図４】第一実施形態が適用された排気系全体を示す模
式（一部断面）図である。

【図５】本発明の排気浄化装置の第二実施形態を示す断
面図である。

【符号の説明】

１…排気管、２…排気浄化触媒、３…内管、４…外管、
５…HC吸着部材（未燃燃料吸着部材）、６…支持部材、
７…連通孔、７ａ…導流板、８…突設片、９…孔部、１
０…空燃比センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 7/08 Ｆ０１Ｎ 7/08 Ｚ Ｂ０１Ｄ 53/36 １０３Ｂ Ｆターム(参考） 3G004 BA06 DA00 DA01 DA14 DA21 DA24 DA25 FA01 FA04 FA07 3G091 AA17 AB03 AB10 BA03 BA04 BA14 BA15 BA19 EA34 FA02 GA06 GB05W GB06W HA36 HB01 4D048 AA06 AA13 AA18 AB05 BA30X BA33X BB02 CC22 CC24 CD01 CD08 DA01 DA20

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気管上に配設されて排気ガ
   ス中の未燃燃料を吸着・放出する機能を有する未燃燃料
   吸着部材と、前記未燃燃料吸着部材の下流側に配設され
   て排気ガスを浄化する排気浄化触媒とを備えた内燃機関
   の排気浄化装置において、 前記排気浄化触媒の上流側に位置する前記排気管が内管
   及び外管からなる二重管構造とされ、前記内管と前記外
   管との間に前記未燃燃料吸着部材が配設され、前記内管
   の前記未燃燃料吸着部材よりも上流側の部分に前記内管
   の内部と外部とを連通させる連通孔が形成されているこ
   とを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 前記外管の内面から前記連通孔近傍に突
   設された突設片をさらに備え、前記突設片は前記排気管
   の温度上昇に伴う前記内管と前記外管との伸縮量差に伴
   って前記連通孔を閉塞する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。
3. 【請求項３】 前記連通孔の下流側縁部から前記内管の
   内部に向けて導流板が突設形成されていることを特徴と
   する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。