JP2008223641A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】3個の触媒を用いて排気ガス中に含まれるNOxの還元とCO、THCの酸化の両方を効率的に行なえるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】第2の触媒40よりも上流側に第1の触媒30を配置する。これにより、二次空気導入管60から排気管20の上流側へと流通する二次空気を第2の触媒40で遮断することができ、第2の触媒40でNOxの還元を行なうことができると共に第1の触媒30でNOxの還元を十分に行なうことができる。また、第2の触媒40よりも下流側には第3の触媒50を配置し、この第3の触媒50でCO、THCの酸化を行なう。
【選択図】図1
【解決手段】第2の触媒40よりも上流側に第1の触媒30を配置する。これにより、二次空気導入管60から排気管20の上流側へと流通する二次空気を第2の触媒40で遮断することができ、第2の触媒40でNOxの還元を行なうことができると共に第1の触媒30でNOxの還元を十分に行なうことができる。また、第2の触媒40よりも下流側には第3の触媒50を配置し、この第3の触媒50でCO、THCの酸化を行なう。
【選択図】図1
Description
本発明は、例えば二輪自動車等に装備される内燃機関の排気浄化装置に関する。
通常、二輪自動車等に装備される内燃機関であるエンジンからの排気ガスは大気に放出されるが、この排気ガスの放出前に、排気ガスをできるだけ浄化させることが望まれる。このため、従来、エンジンからの排気ガスが排出される排気管の途中に触媒(キャタライザ)を設け、この触媒により前記浄化を行なうようにしている。
ここで、前記触媒により排気ガスの浄化を行なう従来の排気浄化装置としては、下記のようなものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
即ち、この従来技術による排気浄化装置では、排気管の上流側から下流側に向けて排気管の途中に第1の触媒、第2の触媒、第3の触媒を順次配置すると共に、排気管の途中には、エンジンと第1の触媒との間の位置で第1の二次空気導入管を接続し、第2の触媒と第3の触媒との間の位置で第1の二次空気導入管の途中から切換弁を介して分岐した第2の二次空気導入管を接続している。
そして、コントローラから切換弁に出力される信号により第1の二次空気導入管が排気管と連通したときには、第1,第2,第3の触媒でCO、THCを浄化(酸化)するようにしている。また、コントローラから切換弁に出力される信号により第2の二次空気導入管が排気管と連通したときには、第1,第2の触媒でNOxを還元すると共に、第3の触媒でCO、THCを酸化するようにしている。
特開平5−321653号公報
ところで、前記従来技術では、コントローラから切換弁に出力される信号により第2の二次空気導入管を排気管と連通させたときには、第1,第2の触媒で排気ガス中に含まれるNOxを還元させると共に第3の触媒で排気ガス中に含まれるCO、THCを酸化させるようにしている。
しかし、この従来技術による第1,第2の触媒は、NOxを還元させるための適切な材料を考慮して形成されておらず、また、第3の触媒についてもCO、THCを酸化させるための適切な材料を考慮に入れて形成されていない。このため、これら3個の触媒によって必ずしもNOx、CO、THCを十分に浄化することができないという問題がある。
また、コントローラから切換弁に出力される信号により第1の二次空気導入管を排気管と連通させたときには、3個の触媒(第1,第2,第3の触媒)が排気ガス中に含まれるCO、THCの酸化に使われてしまうため、排気ガス中に含まれるNOxを十分に還元することができないという問題がある。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、3個の触媒を用いて排気ガス中に含まれるNOxの還元とCO、THCの酸化の両方を効率的に行なうことができるようにした内燃機関の排気浄化装置に関する。
前記従来技術の問題点を解決するための本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関からの排気ガスが排出される排気管と、該排気管の途中に設けられ、少なくとも前記排気ガス中に含まれるNOxを還元するための第1の触媒と、該第1の触媒よりも下流側に位置して前記排気管の途中に設けられ、前記第1の触媒から流出した排気ガス中に含まれる排気成分のうち少なくともNOxを還元するための第2の触媒と、該第2の触媒よりも下流側に位置して前記排気管の途中に設けられ、前記第2の触媒から流出した排気ガス中に含まれる排気成分のうち少なくともCOおよびTHCを酸化するために第1の触媒と第2の触媒とは異なる材料を用いて形成された第3の触媒と、前記第2の触媒と前記第3の触媒との間に位置して前記排気管に設けられ、前記排気管に二次空気を導入するための二次空気導入管と、を備えたことを特徴としている。
このように構成される本発明によれば、二次空気を排気ガス中に含まれる排気成分のうちNOxを還元させるための第2の触媒と、同じく前記排気成分のうちNOxを還元させるための第3の触媒との間の位置で排気管に導入するようにしたため、内燃機関からの排気ガス中に含まれるNOxを第1の触媒と第2の触媒とからなる2個の触媒を用いて確実に還元できると共に、前記二次空気により第1,第2の触媒とは異なる材料を用いて形成された第3の触媒でCOおよびTHCを確実に酸化することができる。
また、本発明の一態様においては、前記排気管に前記第1の触媒と前記第2の触媒との間の位置で前記排気管に二次空気を導入するための他の二次空気導入管を設けることができる。このように構成される本発明によれば、他の二次空気導入管によって排気管に導かれる二次空気により第2の触媒と第3の触媒でCOおよびTHCをより一層効率的に酸化することができる。
また、本発明の一態様においては、前記他の二次空気導入管に、当該導入管から前記排気管に導入される二次空気の流通を制御するための流通制御弁を設けたことを特徴としている。このように構成される本発明によれば、他の二次空気導入管から排気管に導入される二次空気の流通を制御弁で制御することによって、前記二次空気により第2の触媒と第3の触媒でCOおよびTHCが酸化される酸化量を適宜に調整することができる。
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関からの排気ガスが排出される排気管と、該排気管の途中に設けられ、前記排気ガスを浄化するための第1の触媒と、該第1の触媒よりも下流側に位置して前記排気管の途中に設けられ、前記第1の触媒から流出した排気ガスを浄化するための第2の触媒と、該第2の触媒よりも下流側に位置して前記排気管の途中に設けられ、前記第2の触媒から流出した排気ガスを浄化するための第3の触媒と、前記第1の触媒と前記第2の触媒との間に位置して前記排気管に設けられ、前記排気管に二次空気を導入するための第1の二次空気導入管と、前記第2の触媒と前記第3の触媒との間に位置して前記排気管に設けられ、前記排気管に二次空気を導入するための第2の二次空気導入管と、を備えたことを特徴としている。
このように構成される本発明によれば、二次空気を第1の二次空気導入管を通じて第1の触媒と第2の触媒との間の位置で排気管に導入するようにしたため、内燃機関からの排気ガス中に含まれるNOx等の排気物質を第1の触媒で確実に還元できると共に、前記二次空気により排気ガス中に含まれるCO、THC等の排気物質を第2の触媒と第3の触媒とからなる2個の触媒を用いて確実に還元することができる。また、二次空気を第2の二次空気導入管を通じて第2の触媒と第3の触媒との間の位置で排気管に導入するようにしたため、前記二次空気により第3の触媒でCOおよびTHC等の排気物質をより確実に酸化することができる。
また、本発明の一態様においては、前記第1の二次空気導入管に、当該導入管から前記排気管に導入される二次空気の流量を制御するための流通制御弁を設けたことを特徴としている。このように構成される本発明によれば、第1の二次空気導入管から排気管に導入される二次空気の流量を流通制御弁で制御することにより、前記二次空気によって第2,第3の触媒でCOおよびTHCが酸化される酸化量を適宜に調整することができる。
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、二次空気を第2の触媒と第3の触媒との間の位置で排気管に導入するようにしたため、内燃機関からの排気ガス中に含まれるNOx等の排気物質を第1の触媒と第2の触媒とからなる2個の触媒を用いて確実に還元することができると共に、前記二次空気により第1,第2の触媒とは異なる材料を用いて形成された第3の触媒でCOおよびTHCを確実に酸化することができる。このため、3個の触媒を用いて排気ガス中に含まれるNOx、CO、THC等の排気物質を十分に浄化することができる。
本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置を図1および図2を参照して説明する。本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置1は、例えば二輪自動車に装備され、エンジン10、排気管20、第1の触媒30、第2の触媒40、第3の触媒50および二次空気導入管60を含んで構成されている。
エンジン10は例えば二輪自動車に搭載され、エアクリーナ11からの空気と燃料供給装置14からの燃料とを混合してエンジン10内のシリンダ(図示せず)に供給(噴射)し、エンジン内で燃料を燃焼させることによりエンジン10内のピストン(図示せず)を駆動(往復動)させるものである。なお、排気管20のうち二次空気導入管60の開口部よりも下流側でかつ第3の触媒50よりも上流側の位置、または後述するサイレンサ12の下流端側の位置には酸素センサ(図示せず)が装着され、この酸素センサからの出力信号はコントローラ(図示せず)に入力される。そして、排気管20から排出される排気ガスがストイキ(理論空燃比)になるように、燃料供給装置14は、コントローラを介した酸素センサからの出力信号に基づいてエンジン10内に供給する燃料の供給量が制御されるようになっている。
排気管20は上流端側がエンジン10に接続されている。そして、排気管20はエンジン10内で燃焼した混合気(燃料と空気)の排気ガスを外部に排出させるものである。この排気ガス内にはNOx、CO、THC等の排気物質が含まれている。また、排気管20の下流端側には、排気ガスを外部に排出させるときの排気音を低減させるサイレンサ12が装着されている。
第1の触媒30はロジウムを主成分とした貴金属を担持させた還元触媒である。また、この第1の触媒30は排気管20内の上流側、例えばエキゾーストパイプ内に取り付けられている。そして、第1の触媒30は排気管20内を流通する排気ガスに含まれるNOxを主に還元するものである。
第2の触媒40は第1の触媒30と同様にロジウムを主成分とした貴金属を担持させた還元触媒である。また、第2の触媒40は、第1の触媒30よりも下流側でかつサイレンサ12内の位置で排気管20内に取り付けられている。そして、第2の触媒40は排気管20内を流通する排気ガスに含まれるNOxを主に還元するものである。
第3の触媒50は第1の触媒30と第2の触媒40とは異なる材料であるパラジウムを主成分とした貴金属を担持させた酸化触媒である。また、第3の触媒50は第2の触媒40よりも下流側でかつサイレンサ12内の位置で排気管20内に取り付けられている。そして、第3の触媒50は排気管20内を流通する排気ガスに含まれるCO、THC主に酸化するものである。
二次空気導入管60は上流端側がエアクリーナ11に接続されている。また、二次空気導入管60の下流端側はサイレンサ12内でかつ第2の触媒40と第3の触媒50との間の位置で排気管20に接続されている。そして、二次空気導入管60は外部の空気をエアクリーナ11からリードバルブ13を介して第2の触媒40と第3の触媒50との間の位置で排気管20に常時供給し、第3の触媒50におけるCO、THCの酸化を促進させるものである。
ところで、本実施の形態では、二次空気導入管60を第2の触媒40と第3の触媒50との間の位置で排気管20に接続しているため、二次空気導入管60から排気管20に供給される空気は、第3の触媒50に供給されるものの、この空気の一部は排気管20の上流側に逆流して第2の触媒40にも供給される。この結果、第2の触媒40では、NOxの還元反応が行なわれると共に、CO、THCの酸化反応も行なわれてしまい、第2の触媒40だけでは、NOxを必ずしも十分に還元することができなくなる。
そこで、本実施の形態では、第2の触媒40よりも上流側に第1の触媒30を配置する構成としている。このため、二次空気導入管60から排気管20の上流側へと流通(逆流)する空気を第2の触媒40で遮断することができ、第2の触媒40でNOxの還元を行なうことができると共に第1の触媒30でNOxの還元を十分に行なうことができる。そして、二次空気導入管60からの二次空気により第3の触媒50で排気ガス中に含まれるCO、THCを十分に酸化することができる。
従って、本実施の形態によれば、3個の触媒30,40,50を用いることにより、NOxの還元とCO、THCの酸化の両方を効率的に行なうことができ、排気浄化装置1の性能、信頼性等を高めることができる。
また、本実施の形態によれば、還元用の触媒を二つの触媒30,40に分割したので、エンジン10の始動時には、エンジン10側に近い第1の触媒30が冷機時にいち早く活性化し、それに伴い他の二つの触媒40,50の活性化を早めることができる。つまり、第1の触媒30は、NOxの還元と共に他の二つの触媒40,50を早期に活性化させるプレヒートとしての機能を発揮させることができる。これにより、エンジン10の始動後早期にNOxの還元とCOおよびTHCの酸化が開始され、排気ガスの三成分の浄化の向上を図ることができる。
さらに、還元用の触媒を二つの触媒30,40に分割したので、それぞれの触媒30,40を小型化できるため、第1の触媒30をエキゾーストパイプ内に配置した場合でも、車体のバンク角度や車体の外観等のレイアウト要件を容易に満たすことができる。
なお、第1の触媒30は、その容量を確保するために径方向に拡大するのではなく、長さ方向に拡大することで、必要な容量を確保することが望ましい。これは、前述したレイアウト要件を満たすことができる上に、第2,第3の触媒40,50に流れ込む排気ガスの温度を効果的に昇温でき、より早期に触媒30,40,50を活性化させることができるためである。
次に、図3は本発明の第2の実施の形態を示している。なお、本実施の形態では、第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置60は、エンジン(図示せず)、排気管20、第1の触媒30、第2の触媒70、第3の触媒50および二次空気導入管80を含んで構成されている。
ここで、第2の触媒70は第1の実施の形態で述べた第2の触媒40と同様に、排気管20内を流通する排気ガスに含まれるNOxを主に還元するものである。しかし、この第2の触媒70はサイレンサ12よりも上流側で排気管20内に取り付けられている点で、第1の実施の形態のものとは異なっている。また、二次空気導入管80は、第2の触媒70と第3の触媒50との間の位置で排気管20に接続されている。
このように構成される本実施の形態でも、3個の触媒30,70,50を用いることにより、CO、THCに加えてNOxについても十分に浄化することができ、第1の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
次に、図4は本発明の第3の実施の形態を示している。なお、本実施の形態では、第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置90は、エンジン(図示せず)、排気管20、第1の触媒30、第2の触媒100、第3の触媒50および二次空気導入管110を含んで構成されている。
ここで、第2の触媒100は第1の実施の形態で述べた第2の触媒40と同様に、排気管20内を流通する排気ガスに含まれるNOxを主に還元するものである。しかし、この第2の触媒100はサイレンサ12よりも上流側で排気管20内に取り付けられている点で、第1の実施の形態のものとは異なっている。
また、二次空気導入管110は、第1の実施の形態による二次空気導入管60と同様に、第2の触媒100と第3の触媒50との間の位置で排気管20に接続されている。しかし、この二次空気導入管110は、サイレンサ12よりも上流側で排気管20に接続されている点で、第1の実施の形態のものとは異なっている。このため、排気管20には、冷たい二次空気をサイレンサ12で暖められることなく直接供給でき、二次空気の酸素濃度を高めることができ、第3の触媒50におけるCO、THCの燃焼効率(酸化効率)を向上することができる。
このように構成される本実施の形態でも、3個の触媒30,100,50を用いることにより、CO、THCに加えてNOxについても十分に浄化することができ、第1の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
次に、図5は本発明の第4の実施の形態を示している。なお、本実施の形態では、第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置120は、第1の実施の形態と同様に、エンジン(図示せず)、排気管20、第1の触媒30、第2の触媒40、第3の触媒50および第1の二次空気導入管となる二次空気導入管60を含んで構成されている。
しかし、本実施の形態に係る排気浄化装置120は、第2の触媒40と第3の触媒50との間で、かつサイレンサ12内の位置で排気管20に第2の二次空気導入管となる他の二次空気導入管130の下流端側が接続されている点で第1の実施の形態のものとは異なっている。
ここで、排気管20内を流通する排気ガスがストイキ(理論空燃比)になるように第2の二次空気導入管130の途中には、コントローラ(図示せず)からの出力信号に応じて電気的に開閉制御される流通制御弁であるリードバルブ140が設けられている。
このため、NOxの還元がCO、THCの酸化よりも強化したいセッティングの場合は、コントローラからの出力信号によってリードバルブ140を閉弁することにより、排気管20内への二次空気導入管130からの二次空気の流通が遮断され、第2の触媒40を主にNOxの還元に用いることができる。
また、CO、THCの酸化がNOxの還元よりも強化したいセッティングの場合は、コントローラからの出力信号によってリードバルブ140を開弁することにより、排気管20内に二次空気導入管130からの二次空気が流通され、第2の触媒40を主にCO、THCの酸化に用いることができる。また、この場合、二つの二次空気導入管60,130を用いて排気管20内に二次空気を導入することができるため、排気管20内に導入される二次空気の流量の増加を図ることができ、CO、THCをより一層効果的に酸化することができる。
このように構成される本実施の形態でも、3個の触媒30,40,50を用いることにより、NOx、CO、THCを十分に浄化することができ、第1の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
次に、図6は本発明の第5の実施の形態を示している。なお、本実施の形態では、第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置150は、第1の実施の形態と同様に、エンジン(図示せず)、排気管20、第1の触媒30、第2の触媒40、第3の触媒50および第1の二次空気導入管となる二次空気導入管60を含んで構成されている。
しかし、本実施の形態に係る排気浄化装置150は、第2の触媒40と第3の触媒50との間で、かつサイレンサ12よりも上流側となる位置で、排気管20に第2の二次空気導入管となる他の二次空気導入管160の下流端側が接続されている点で、第1の実施の形態のものとは異なっている。そして、第2の二次空気導入管160の途中には、第4の実施の形態と同様に、コントローラ(図示せず)からの出力信号に応じて開閉する流通制御弁であるリードバルブ170が設けられている。
このように構成される本実施の形態でも、第4の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
次に、図7は本発明の第6の実施の形態を示している。なお、本実施の形態では、第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置180は、エンジン(図示せず)、排気管20、第1の触媒30、第2の触媒40、第3の触媒50、第1の二次空気導入管となる二次空気導入管190および第2の二次空気導入管となる他の二次空気導入管200を含んで構成されている。
ここで、二次空気導入管190は第2の触媒40と第3の触媒50との間で、かつサイレンサ12よりも上流側となる位置で排気管20に接続されている。そして、二次空気導入管190の途中にはリードバルブ210が接続されている。
また、二次空気導入管200は第1の触媒30と第2の触媒40との間の位置で排気管20に接続されている。そして、二次空気導入管200の途中にはコントローラ(図示せず)からの出力信号に応じて開閉する流通制御弁であるリードバルブ220が設けられている。
このように構成される本実施の形態でも、第4の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
次に、図8は本発明の第7の実施の形態を示している。なお、本実施の形態では、第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置230は、エンジン(図示せず)、排気管20、第1の触媒30、第2の触媒240、第3の触媒50、第1の二次空気導入管となる二次空気導入管60および第2の二次空気導入管となる他の二次空気導入管250を含んで構成されている。
ここで、第2の触媒240はサイレンサ12よりも上流側となる位置で排気管20に取り付けられている。また、二次空気導入管250は第1の触媒30と第2の触媒240との間の位置で排気管20に接続されている。そして、この二次空気導入管250の途中にはコントローラ(図示せず)からの出力信号に応じて開閉する流通制御弁であるリードバルブ260が設けられている。
このように構成される本実施の形態でも、第4の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
なお、第1の実施の形態では、排気管20を第1の触媒30および第2の触媒40と同径に設定する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば図9に示す変形例のように、排気管20Aをサイレンサ12内に収容される第2の触媒40Aおよび第3の触媒50Aよりも小径に形成してもよい。
また、第4の実施の形態では、流通制御弁として二次空気を流通、遮断する開閉弁を用いる場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば二次空気の流量を可変に調整するための流量調整弁を用いてもよい。このことは第5,第6,第7の実施の形態でも同様である。
1,60,90,120,230 排気浄化装置、13,210 リードバルブ、20,20A 排気管、50,50A 第3の触媒、40,40A,70,100,240 第2の触媒、30 第1の触媒、60,80,110,190 二次空気導入管、130,160,200,250 他の二次空気導入管、140,170,220,260 リードバルブ(流通制御弁)。
Claims (5)
- 内燃機関からの排気ガスが排出される排気管と、
該排気管の途中に設けられ、少なくとも前記排気ガス中に含まれるNOxを還元するための第1の触媒と、
該第1の触媒よりも下流側に位置して前記排気管の途中に設けられ、前記第1の触媒から流出した排気ガス中に含まれる排気成分のうち少なくともNOxを還元するための第2の触媒と、
該第2の触媒よりも下流側に位置して前記排気管の途中に設けられ、前記第2の触媒から流出した排気ガス中に含まれる排気成分のうち少なくともCOおよびTHCを酸化するために第1の触媒と第2の触媒とは異なる材料を用いて形成された第3の触媒と、
前記第2の触媒と前記第3の触媒との間に位置して前記排気管に設けられ、前記排気管に二次空気を導入するための二次空気導入管と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記排気管には前記第1の触媒と前記第2の触媒との間の位置で前記排気管に二次空気を導入するための他の二次空気導入管を設け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。
- 前記他の二次空気導入管には、当該導入管から前記排気管に導入される二次空気の流通を制御するための流通制御弁を設け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。
- 内燃機関からの排気ガスが排出される排気管と、
該排気管の途中に設けられ、前記排気ガスを浄化するための第1の触媒と、
該第1の触媒よりも下流側に位置して前記排気管の途中に設けられ、前記第1の触媒から流出した排気ガスを浄化するための第2の触媒と、
該第2の触媒よりも下流側に位置して前記排気管の途中に設けられ、前記第2の触媒から流出した排気ガスを浄化するための第3の触媒と、
前記第1の触媒と前記第2の触媒との間に位置して前記排気管に設けられ、前記排気管に二次空気を導入するための第1の二次空気導入管と、
前記第2の触媒と前記第3の触媒との間に位置して前記排気管に設けられ、前記排気管に二次空気を導入するための第2の二次空気導入管と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記第1の二次空気導入管には、当該導入管から前記排気管に導入される二次空気の流量を制御するための流通制御弁を設けたことを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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