JP2694739B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気通路に三元触媒の
ような排気浄化用触媒が配設されたエンジンの排気浄化
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンの排気ガスを浄化するた
め、排気通路に三元触媒のような触媒を設けることが一
般に行なわれているが、触媒の活性温度が高く、触媒床
温度が触媒の活性温度以下では、排気ガスを十分に浄化
できなかった。

【０００３】そこで、従来、エンジンの排気浄化装置と
して、例えば、（１）排気ガス温度が低い冷間始動時等
において排気ガスを十分に浄化するべく、排気ガスの低
温時に排気ガス中の未燃ガスを吸着する吸着剤を触媒上
流の排気通路に設けたもの（実開昭６０ー１９０９２３
号公報）、（２）触媒上流の排気通路が、互いに並列な
本通路とバイパス通路とにより構成され、バイパス通路
に、排気ガス中の未燃ガスを吸着する吸着剤が配設さ
れ、エンジンからの排気ガスの流れを、排気ガス温度に
応じて、バイパス通路側と本通路側とに切換える切換弁
が設けられているもの（特開昭６３ー６８７１３号公
報）が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術（１）では、排気ガス温度が低いエンジンの冷間
始動直後においては排気ガス中の未燃ガスが吸着剤に吸
着されるので、未燃ガスが大気中に排出されることはな
いが、排気ガス温度が、吸着剤が未燃ガスを脱離し始め
る温度（脱離温度）に達してから排気ガス温度（又は触
媒床温度）が触媒の活性温度に達するまでの間において
は、吸着剤から脱離した未燃ガス及び吸着剤で吸着され
ずにこの吸着剤を通過する未燃ガスが触媒で浄化される
ことなくそのまま大気中に排出されてしまうという問題
点があった。

【０００５】また、上記従来技術（２）では、エンジン
の冷間始動後、排気ガス温度が前記脱離温度に達するま
では、排気ガスが吸着剤のあるバイパス通路側に流れ、
これによって排気ガス中の未燃ガスが吸着剤に吸着さ
れ、未燃ガスが大気中に排出されることはないが、排気
ガス温度が前記脱離温度に達するまで上昇した後は、切
換弁が切換えられて排気ガスが本通路側に流れるので、
この切換時（排気ガス温度が前記脱離開始温度に達した
時）から排気ガス温度（又は触媒床温度）が触媒の活性
温度に達するまでの間においては、排気ガス中の未燃ガ
スが触媒で浄化されることなくそのまま大気中に排出さ
れてしまうという問題点があった。

【０００６】このように、上記両従来技術では、排気ガ
ス温度（又は触媒床温度）が触媒の活性温度に達するま
での間において、排気ガスを十分に浄化することができ
ないという問題点があった。

【０００７】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、排気ガス温度又は触媒床温度が触
媒の活性温度に達するまでの間における排気ガスの浄化
率の向上を図ったエンジンの排気浄化装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、排気通路に排気浄化用触媒が配設された
エンジンの排気浄化装置において、前記排気浄化用触媒
の上流側の排気通路に設けられ、排気ガス中の未燃ガス
を吸着する吸着剤と、この吸着剤と前記排気浄化用触媒
との間の排気通路に設けられ、周囲にヒータが配置され
たヒータ付き触媒とを備え、前記吸着剤及び前記ヒータ
付き触媒が同一ケース内に配置されていることを特徴と
するものである（請求項１）。

【０００９】好ましくは、前記吸着剤及び前記ヒータ付
き触媒は、排気マニホールド直下に設けられている（請
求項２）。

【００１０】また、好ましくは、前記排気浄化用触媒の
上流側の排気通路は、互いに並列に接続された本通路と
バイパス通路とに分岐されており、前記バイパス通路に
前記吸着剤及び前記ヒータ付き触媒が設けられており、
且つ前記バイパス通路及び前記本通路の上流側分岐部
に、前記エンジンからの排気ガスを排気ガス温度又は前
記排気浄化用触媒の触媒床温度に応じて前記排気通路を
本通路側又はバイパス通路側に切換える切換弁が設けら
れている（請求項３）。

【００１１】さらに、好ましくは、前記ヒータ付き触媒
の前記ヒータへの通電が前記エンジンの運転状態に応じ
て制御される（請求項４）。

【００１２】さらに、好ましくは、前記切換弁は、前記
排気ガス温度又は前記排気浄化用触媒の触媒床温度が前
記排気浄化用触媒の活性温度以上になったとき、所定時
間だけ前記排気ガスを前記バイパス通路側に流すように
制御される（請求項５）。

【００１３】

【００１４】

【作用】上記請求項１の排気浄化装置では、エンジンの
始動後（例えば、冷間始動後）、排気ガス温度が上昇し
て吸着剤が未燃ガスを脱離し始めても、吸着剤から脱離
した未燃ガス及び吸着剤を通過した未燃ガスがヒータに
より活性化されたヒータ付き触媒により浄化されるの
で、未燃ガスがそのまま大気中に排出されることはな
い。また、吸着剤がヒータ付き触媒による浄化の際に発
生する反応熱及びヒータの熱を受けるので、これらの熱
により未燃ガスが吸着剤から強制的に脱離されて吸着剤
が再生されると共に、吸着剤及びヒータ付き触媒を収容
するケースが１つでよいので、スペース及び部品点数が
削減される。

【００１５】また、上記請求項２の排気浄化装置では、
排気マニホールドからの排気ガスが、温度低下すること
なく吸着剤及びヒータ付き触媒に流れ込むので、吸着剤
による未燃ガスの吸着及び脱離が効率よくなされると共
に、ヒータ付き触媒の早期活性化が図られる。

【００１６】また、上記請求項３の排気浄化装置では、
エンジンからの排気ガスが排気ガス温度又は排気浄化用
触媒の触媒床温度に応じて本通路側又は吸着剤及びヒー
タ付き触媒のあるバイパス通路側に切換弁により切換え
られるので、排気浄化用触媒が活性化された後に、高温
の排気ガスを吸着剤及びヒータ付き触媒に流し続けるこ
とがなくなる。

【００１７】さらに、上記請求項４の排気浄化装置で
は、ヒータ付き触媒のヒータへの通電がエンジンの運転
状態に応じて制御されるので、ヒータ付き触媒の早期活
性化が図られる。

【００１８】また、上記請求項５の排気浄化装置では、
排気ガス温度又は排気浄化用触媒の触媒床温度が排気浄
化用触媒の活性温度以上になったとき、所定時間だけ排
気ガスが吸着剤及びヒータ付き触媒のあるバイパス通路
側に流れるので、この所定時間の間に、吸着剤に吸着さ
れた未燃ガスが吸着剤から強制的に脱離されて吸着剤が
再生される。

【００１９】

【００２０】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の各実施例を説
明する。なお、各実施例の説明において、同様の部位に
は同一の符号を付して重複した説明を省略する。

【００２１】図１は本発明の第１実施例に係るエンジン
の排気浄化装置を示している。

【００２２】図１に示すエンジンの排気浄化装置は、エ
ンジン１の排気マニホールド２に連通した排気通路３
と、この排気通路３に配設された三元触媒のような排気
浄化用触媒４（以下、メイン触媒という）とを備えてい
る。

【００２３】メイン触媒４上流の排気通路３には、排気
ガス中の未燃ガスを吸着する吸着剤５が設けられてい
る。この吸着剤５とメイン触媒４との間の排気通路３に
は、周囲にヒータ６が配置されたヒータ付き触媒７が設
けられている。

【００２４】前記吸着剤５は、排気ガス温度が例えば１
４０℃程度の脱離温度に達するまでの低温度領域で排気
ガス中の未燃ガスを吸着し、排気ガス温度が１４０℃程
度の脱離温度に達すると吸着した未燃ガスを脱離するも
のである。この吸着剤５として、例えば、活性炭、シリ
カゲル、ゼドライト等が使用される。

【００２５】また、前記排気浄化装置は、イグニッショ
ンスイッチ８と、排気マニホールド２内を流れる排気ガ
スの温度を検出する排気ガス温度センサ９と、メイン触
媒４の触媒床温度を検出する触媒床温度センサ１０と、
ヒータ付き触媒７の触媒床温度を検出する触媒床温度セ
ンサ１１と、イグニッションスイッチ８及び前記各温度
センサ９〜１１からの各出力に基づき、前記ヒータ６へ
の通電等を制御する制御手段としての電子制御装置（以
下、ＥＣＵという）２０とを有している。

【００２６】ＥＣＵ２０は、前記ヒータ６への通電をエ
ンジンの運転状態に応じて制御するように構成されてい
る。具体的には、ＥＣＵ２０は、（１）エンジン始動の
ためのイグニッションスイッチ８のオンと同期してヒー
タ６への通電を開始し、前記触媒床温度センサ１１で検
出されるヒータ付き触媒７の触媒床温度が活性温度（例
えば２００℃程度）に達するまでヒータ６への通電を継
続するように、（２）イグニッションスイッチ８のオン
と同期してヒータ６への通電を開始し、この通電開始か
らヒータ付き触媒７が活性化するのに十分な一定時間
（例えば１分）が経過するまで（不図示のタイマが一定
時間の計時を完了するまで）ヒータ６への通電を継続
し、又は（３）イグニッションスイッチ８のオンと同期
してヒータ６への通電を開始し、前記触媒床温度センサ
１０で検出されるメイン触媒４の触媒床温度が活性温度
（例えば２００℃程度）に達するまでヒータ６への通電
を継続するように、構成されている。

【００２７】上記構成を有する第１実施例では、イグニ
ッションスイッチ８のオンによりエンジンが始動した後
（例えば、冷間始動後）、排気ガス温度センサ９で検出
される排気ガス温度が１４０℃程度の脱離温度に達する
までの低温度領域Ｌ（図５を参照）では、排気ガス中の
未燃ガスが吸着剤５により吸着されるので、未燃ガスが
大気中に排出されない。

【００２８】排気ガス温度が上昇して前記脱離温度に達
してから触媒床温度センサ１０又は１１により検出され
るメイン触媒４又はヒータ付き触媒７の触媒床温度（又
は排気ガス温度センサ９により検出される排気ガス温
度）が触媒の活性温度（例えば２００℃程度）に達する
までの中温度領域Ｍ（図５を参照）では、吸着剤５から
脱離した未燃ガス及び吸着剤５を通過した未燃ガスが、
ヒータ６により加熱されて活性化したヒータ付き触媒７
により浄化されるので、未燃ガスが大気中に排出されな
い。

【００２９】そして、排気ガス温度がさらに上昇し、前
記触媒床温度又は排気ガス温度が前記活性温度以上にな
った高温度領域Ｈ（図５を参照）では、排気ガス中の未
燃ガスが活性化したメイン触媒４により浄化される。

【００３０】このように、上記第１実施例によれば、エ
ンジンの始動後、排気ガス温度が脱離温度（例えば１４
０℃程度）まで上昇して吸着剤５が未燃ガスを脱離し始
めても、吸着剤５から脱離した未燃ガスおよび吸着剤５
を通過した未燃ガスがヒータ６により活性化されたヒー
タ付き触媒７により浄化されるので、排気ガス温度が前
記脱離温度に達してから排気ガス温度又は触媒床温度が
触媒の活性温度（例えば２００℃程度）に達するまでの
間においても、排気ガス中の未燃ガスが大気中に排出さ
れず、排気ガスの浄化率が向上する。

【００３１】また、上記第１実施例によれば、ＥＣＵ２
０は、前記ヒータ６への通電をエンジンの運転状態に応
じて制御するように構成されているので、ヒータ付き触
媒７の早期活性化が図られ、これによってバッテリの消
費電力が削減される。

【００３２】図２は本発明の第２実施例に係るエンジン
の排気浄化装置を示している。

【００３３】この第２実施例に係るエンジンの排気浄化
装置は、前記吸着剤５及びヒータ付き触媒７を前記排気
マニホールド２直下に設けたものであり、その他の構成
は上記第１実施例と同じである。

【００３４】この第２実施例に係るエンジンの排気浄化
装置では、排気マニホールド２からの排気ガスが温度低
下することなく吸着剤５及びヒータ付き触媒７に流れ込
むので、吸着剤５による未燃ガスの吸着及び脱離が効率
よくなされると共に、ヒータ付き触媒７の早期活性化が
図られ、これによって、ヒータ６への通電時間が短縮さ
れてバッテリの消費電力が削減される。

【００３５】図３は本発明の第３実施例に係るエンジン
の排気浄化装置を示している。

【００３６】この第３実施例に係るエンジンの排気浄化
装置は、図２に示す上記第２実施例において、前記メイ
ン触媒４の上流側の排気通路３を、互いに並列に接続さ
れた本通路３ａとバイパス通路３ｂとに分岐し、このバ
イパス通路３ｂに前記吸着剤５及びヒータ付き触媒７を
設け、且つ両通路３ａ、３ｂの上流側分岐部に、エンジ
ン１からの排気ガスを本通路３ａ側又はバイパス通路３
ｂ側に切換える切換弁１２を設けたもので、その他の構
成は上記第２実施例と同じである。

【００３７】そして、前記ＥＣＵ２０は、前記排気ガス
温度センサ９で検出される排気ガス温度又は前記触媒床
温度センサ１０で検出されるメイン触媒４の触媒床温度
に応じて切換弁１２の切換えを制御するように構成され
ている。具体的には、ＥＣＵ２０は、エンジン始動後、
前記排気ガス温度又は触媒床温度センサ１０で検出され
るメイン触媒４の触媒床温度が活性温度（例えば２００
℃程度）に達するまでの間では、排気ガスをバイパス通
路３ｂ側に流す第１切換位置に切換弁１２を切換えてお
き、その後は排気ガスを本通路３ａ側に流す第２切換位
置に切換弁１２を切換えるように構成されている。

【００３８】上記第３実施例に係るエンジンの排気浄化
装置では、排気ガス温度又はメイン触媒４の触媒床温度
が活性温度（例えば２００℃程度）に達すると、排気ガ
スを本通路３ａ側に流すように切換弁１２がＥＣＵ２０
によって切換えられるので、メイン触媒４が活性化した
後に高温の排気ガスを吸着剤５及びヒータ付き触媒７の
あるバイパス通路３ｂ側に流し続けることがなくなり、
これによって吸着剤５及びヒータ付き触媒７の熱劣化が
防止される。

【００３９】なお、上記第３実施例において、排気ガス
温度又はメイン触媒４の触媒床温度が活性温度（例えば
２００℃程度）以上になったとき、前記切換弁１２を前
記第１切換位置から第２切換位置にすぐに切換えずに、
切換弁１２を所定時間だけ第１切換位置に保持して排気
ガスを所定時間だけバイパス通路３ｂ側に流すように前
記ＥＣＵ２０を構成するのが好ましい。このように構成
した場合には、排気ガス温度又はメイン触媒４の触媒床
温度が活性温度（例えば２００℃程度）以上になってか
ら所定時間だけ、排気ガスが吸着剤５及びヒータ付き触
媒７のあるバイパス通路３ｂ側に流れるので、この所定
時間の間に、吸着剤５に吸着された未燃ガスが吸着剤５
から強制的に脱離されて吸着剤５が再生される。従っ
て、エンジンの再始動時に、吸着剤５による未燃ガスの
吸着効率の低下が防止される。

【００４０】図４は本発明の第４実施例に係るエンジン
の排気浄化装置を示している。

【００４１】この第４実施例に係るエンジンの排気浄化
装置は、図３に示す上記第３実施例において、前記バイ
パス通路３ｂに設けた吸着剤５及びヒータ付き触媒７を
同一ケース内に配置したものであり、その他の構成は上
記第３実施例と同じである。

【００４２】この第４実施例では、ヒータ付き触媒７と
同一ケース内に配置された吸着剤５が、ヒータ付き触媒
７により排気ガスが浄化される際に発生する反応熱及び
ヒータ６の熱を受けるので、これらの熱により未燃ガス
が吸着剤５から強制的に脱離されて吸着剤５が再生され
ると共に、吸着剤５及びヒータ付き触媒７を収容するケ
ースが１つでよいので、スペース及び部品点数が削減さ
れる。従って、エンジンの再始動時に、吸着剤５による
未燃ガスの吸着率の低下が防止されると共に、小型化及
び製造コストの低減が図られる。

【００４３】なお、上記第４実施例において、吸着剤５
のヒータ付き触媒７側端部に触媒金属（例えば、白金）
を担持させるのが好ましい。この場合には、吸着剤５
は、その端部に担持された触媒金属により排気ガスが浄
化される際に発生する反応熱をも受けるので、未燃ガス
の強制的脱離がより効果的に行なわれて吸着剤５の再生
がより迅速に行なわれる。

【００４４】なお、図１に示す上記第１実施例におい
て、前記メイン触媒４の上流側通路３を、図３に示す第
３実施例と同様に本通路３ａとバイパス通路３ｂとに分
岐し、このバイパス通路３ｂに吸着剤５及びヒータ付き
触媒７を設けてもよい。

【００４５】以上詳述したように、本発明（請求項１）
に係るエンジンの排気浄化装置によれば、排気浄化用触
媒上流の排気通路に設けられ、排気ガス中の未燃ガスを
吸着する吸着剤と、この吸着剤と前記触媒との間の排気
通路に設けられ、周囲にヒータが配置されたヒータ付き
触媒とを備え、前記吸着剤及び前記ヒータ付き触媒が同
一ケース内に配置されている構成により、エンジンの始
動後（例えば冷間始動後）、排気ガス温度が上昇して吸
着剤が未燃ガスを脱離し始めても、吸着剤から脱離した
未燃ガス及び吸着剤を通過した未燃ガスがヒータにより
活性化されたヒータ付き触媒により浄化されるので、未
燃ガスがそのまま大気中に排出されることはない。ま
た、吸着剤がヒータ付き触媒による浄化の際に発生する
反応熱及びヒータの熱を受けるので、これらの熱により
未燃ガスが吸着剤から強制的に脱離されて吸着剤が再生
されるとともに、吸着剤及びヒータ付き触媒を収容する
ケースが１つでよいので、スペース及び部品点数が削減
される。従って、排気ガス温度又は触媒床温度が排気浄
化用触媒の活性温度に達するまでの間における排気ガス
の浄化率を向上させることができるとともに、エンジン
の再始動時に、吸着剤の吸着効率の低下を防止すること
ができ、更に、装置の小型化及び製造コストの低減を図
ることができる。

【００４６】また、本発明（請求項２）に係るエンジン
の排気浄化装置によれば、排気マニホールドからの排気
ガスが、温度低下することなく吸着剤及びヒータ付き触
媒に流れ込むので、吸着剤による未燃ガスの吸着及び脱
離が効率よくなされると共に、ヒータ付き触媒の早期活
性化が図られる。従って、ヒータ付き触媒のヒータへの
通電時間を短縮でき、これによって消費電力を削減する
ことができる。

【００４７】また、本発明（請求項３）に係るエンジン
の排気浄化装置によれば、エンジンからの排気ガスが排
気ガス温度又は排気浄化用触媒の触媒床温度に応じて本
通路側又は吸着剤及びヒータ付き触媒のあるバイパス通
路側に切換弁により切換えられるので、排気浄化用触媒
が活性化された後に、高温の排気ガスを吸着剤及びヒー
タ付き触媒に流し続けることがなくなる。従って、吸着
剤及びヒータ付き触媒の熱劣化が防止される。

【００４８】また、本発明（請求項４）に係るエンジン
の排気浄化装置によれば、ヒータ付き触媒のヒータへの
通電がエンジンの運転状態に応じて制御されるので、ヒ
ー付き触媒の早期活性化が図られる。従って、ヒータ付
き触媒の早期活性化を図ることができ、これによって消
費電力を削減することができる。

【００４９】また、本発明（請求項５）に係るエンジン
の排気浄化装置によれば、排気ガス温度又は排気浄化用
触媒の触媒床温度が排気浄化用触媒の活性温度以上にな
ったとき、所定時間だけ排気ガスが吸着剤及びヒータ付
き触媒のあるバイパス通路側に流れるので、この所定時
間の間に、吸着剤に吸着された未燃ガスが吸着剤から強
制的に脱離されて吸着剤が再生される。従って、エンジ
ンの再始動時に、吸着剤の吸着効率の低下を防止するこ
とができる。

【００５０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るエンジンの排気浄化
装置を示す概略構成図である。

【図２】本発明の第２実施例に係るエンジンの排気浄化
装置を示す概略構成図である。

【図３】本発明の第３実施例に係るエンジンの排気浄化
装置を示す概略構成図である。

【図４】本発明の第４実施例に係るエンジンの排気浄化
装置を示す概略構成図である。

【図５】本発明の各実施例による排気浄化特性を示す図
である。

【符号の説明】

1 エンジン ２ 排気マニホールド ３ 排気通路 ３ａ 本通路 ３ｂ バイパス通路 ４ 排気浄化用触媒 ５ 吸着剤 ６ ヒータ ７ ヒータ付き触媒 １２ 切換弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｅ Ｌ

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気通路に排気浄化用触媒が配設された
   エンジンの排気浄化装置において、前記排気浄化用触媒
   の上流側の排気通路に設けられ、排気ガス中の未燃ガス
   を吸着する吸着剤と、この吸着剤と前記排気浄化用触媒
   との間の排気通路に設けられ、周囲にヒータが配置され
   たヒータ付き触媒とを備え、 前記吸着剤及び前記ヒータ付き触媒が同一ケース内に配
   置されている ことを特徴とするエンジンの排気浄化装
   置。
2. 【請求項２】 前記吸着剤及び前記ヒータ付き触媒は、
   排気マニホールド直下に設けられていることを特徴とす
   る、請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 前記排気浄化用触媒の上流側の排気通路
   は、互いに並列に接続された本通路とバイパス通路とに
   分岐されており、前記バイパス通路に前記吸着剤及び前
   記ヒータ付き触媒が設けられており、且つ前記バイパス
   通路及び前記本通路の上流側分岐部に、前記エンジンか
   らの排気ガスを排気ガス温度又は前記排気浄化用触媒の
   触媒床温度に応じて前記排気通路を本通路側又はバイパ
   ス通路側に切換える切換弁が設けられていることを特徴
   とする、請求項１又は２記載の装置。
4. 【請求項４】 前記ヒータ付き触媒の前記ヒータへの通
   電が前記エンジンの運転状態に応じて制御されることを
   特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の装置。
5. 【請求項５】 前記切換弁は、前記排気ガス温度又は前
   記排気浄化用触媒の触媒床温度が前記排気浄化用触媒の
   活性温度以上になったとき、所定時間だけ前記排気ガス
   を前記バイパス通路側に流すように制御されることを特
   徴とする請求項３記載の装置。