JP2946064B2 - エンジン排気浄化装置 - Google Patents
エンジン排気浄化装置Info
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- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの排気通路に
設けられた排気浄化用触媒の上流側に吸着剤を配設した
装置に係り、排気浄化用触媒の温度上昇を促進し、動作
温度に到達させるのに好適なエンジン排気浄化装置に関
する。また、この装置を用いた自動車、コジェネレ−シ
ョンシステムに関する。
設けられた排気浄化用触媒の上流側に吸着剤を配設した
装置に係り、排気浄化用触媒の温度上昇を促進し、動作
温度に到達させるのに好適なエンジン排気浄化装置に関
する。また、この装置を用いた自動車、コジェネレ−シ
ョンシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のエンジン排気浄化装置において
は、エンジンの排気ガスを浄化するため、通常その排気
通路に触媒が設けられている。しかし、触媒は約３００
℃以上の温度に達しないと有効に動作せず、エンジン起
動直後、すなわち排気ガス温度が低い場合は、排気ガス
を十分に浄化できないことになる。一方、エンジン起動
直後はエンジン温度も低く、多量の未燃炭化水素が排出
される。そこで、吸着剤により未燃炭化水素を一旦吸着
し、排気温度が上昇したときに脱着させて触媒で浄化す
る方法が開示されている（実開昭６０−１９０９２３号
公報、特開昭６３−６８７１３号公報、特開平２−７５
３２７号公報及び特開平２−１３５１２６号公報参
照）。しかし、脱着した未燃炭化水素を浄化するために
は、触媒温度が３００℃以上でなければならない。従っ
て、吸着剤と触媒の位置関係により異なるが、吸着剤の
脱着温度は少なくとも３００℃以上あるいはそれ以上の
温度が要求されることになるが、実際は３００℃以上で
脱着する吸着剤でも、脱着のピ−ク温度が３００℃以上
ということであり、これ以下の温度でも脱着が生じてお
り、これが実用化の妨げとなっている。すなわちエンジ
ン起動直後はエンジン自体が冷えているため、吸気弁、
筒内壁に燃料が付着するとともに、燃焼が不十分であ
る。同時に、起動を順調にするため燃料が過剰の吸気を
導入する必要がある。従って、排気に多量の未燃炭化水
素が含まれることになる。また、エンジン起動直後は排
気浄化用触媒（通常は三元触媒）も暖まっておらず、触
媒温度は動作温度である３００℃以下であり、浄化作用
を示さない。そのため、エンジン起動後２分間に排出さ
れる未燃炭化水素量は、走行中に排出される全未燃炭化
水素量の中で大きな割合を占めている。一方、自動車排
ガス規制が一層強化されることになっており、これに対
応するためにはエンジン起動直後に排出される未燃炭化
水素を浄化する必要がある。そのため、従来の触媒の上
流側に吸着剤を設け、エンジン起動直後に排出される未
燃炭化水素を一旦吸着剤に吸着させ、エンジンが暖まっ
て排気温度が上昇し、触媒がその動作温度に到達した後
に、未燃炭化水素を脱着するようにすれば、従来システ
ムに吸着剤を追加するだけで、排出される全未燃炭化水
素量を低減することが可能である。
は、エンジンの排気ガスを浄化するため、通常その排気
通路に触媒が設けられている。しかし、触媒は約３００
℃以上の温度に達しないと有効に動作せず、エンジン起
動直後、すなわち排気ガス温度が低い場合は、排気ガス
を十分に浄化できないことになる。一方、エンジン起動
直後はエンジン温度も低く、多量の未燃炭化水素が排出
される。そこで、吸着剤により未燃炭化水素を一旦吸着
し、排気温度が上昇したときに脱着させて触媒で浄化す
る方法が開示されている（実開昭６０−１９０９２３号
公報、特開昭６３−６８７１３号公報、特開平２−７５
３２７号公報及び特開平２−１３５１２６号公報参
照）。しかし、脱着した未燃炭化水素を浄化するために
は、触媒温度が３００℃以上でなければならない。従っ
て、吸着剤と触媒の位置関係により異なるが、吸着剤の
脱着温度は少なくとも３００℃以上あるいはそれ以上の
温度が要求されることになるが、実際は３００℃以上で
脱着する吸着剤でも、脱着のピ−ク温度が３００℃以上
ということであり、これ以下の温度でも脱着が生じてお
り、これが実用化の妨げとなっている。すなわちエンジ
ン起動直後はエンジン自体が冷えているため、吸気弁、
筒内壁に燃料が付着するとともに、燃焼が不十分であ
る。同時に、起動を順調にするため燃料が過剰の吸気を
導入する必要がある。従って、排気に多量の未燃炭化水
素が含まれることになる。また、エンジン起動直後は排
気浄化用触媒（通常は三元触媒）も暖まっておらず、触
媒温度は動作温度である３００℃以下であり、浄化作用
を示さない。そのため、エンジン起動後２分間に排出さ
れる未燃炭化水素量は、走行中に排出される全未燃炭化
水素量の中で大きな割合を占めている。一方、自動車排
ガス規制が一層強化されることになっており、これに対
応するためにはエンジン起動直後に排出される未燃炭化
水素を浄化する必要がある。そのため、従来の触媒の上
流側に吸着剤を設け、エンジン起動直後に排出される未
燃炭化水素を一旦吸着剤に吸着させ、エンジンが暖まっ
て排気温度が上昇し、触媒がその動作温度に到達した後
に、未燃炭化水素を脱着するようにすれば、従来システ
ムに吸着剤を追加するだけで、排出される全未燃炭化水
素量を低減することが可能である。
【０００３】しかし、エンジン起動直後に排出された未
燃炭化水素が吸着剤から脱着するとき、排気浄化用触媒
の温度が活性化温度に到達していなければ、浄化されず
に大気に放出されてしまう。吸着剤からの炭化水素脱着
特性を調べると、脱着温度範囲は広く（たとえば１００
℃程度）、そのピ−ク温度がたとえば３００℃であって
も実際は２５０℃から脱着を開始する。従って、吸着剤
から炭化水素が脱着を開始する温度で、排気浄化用触媒
を活性化温度にまで昇温させなければならない。そのた
めには、排気温度の上昇による排気浄化用触媒の昇温を
待っているだけでは不十分である。
燃炭化水素が吸着剤から脱着するとき、排気浄化用触媒
の温度が活性化温度に到達していなければ、浄化されず
に大気に放出されてしまう。吸着剤からの炭化水素脱着
特性を調べると、脱着温度範囲は広く（たとえば１００
℃程度）、そのピ−ク温度がたとえば３００℃であって
も実際は２５０℃から脱着を開始する。従って、吸着剤
から炭化水素が脱着を開始する温度で、排気浄化用触媒
を活性化温度にまで昇温させなければならない。そのた
めには、排気温度の上昇による排気浄化用触媒の昇温を
待っているだけでは不十分である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のエンジン排気浄
化装置にあっては、エンジンの排気通路に吸着剤を設け
て未燃炭化水素を吸着しても触媒が活性化温度に達する
までに未燃炭化水素を脱着する問題点があった。そこ
で、吸着剤から未燃炭化水素が脱着するまでに触媒を活
性化温度にまで昇温できればよいことになる。吸着剤は
炭化水素を吸着するが、一酸化炭素を吸着しないことか
ら、吸着剤を通り抜けてきた一酸化炭素を触媒で燃焼さ
せて、触媒の昇温に利用すればよい。一酸化炭素は炭化
水素に比べて触媒燃焼の着火温度が低く、触媒によって
は０℃以下でも燃焼を開始する。また、排気には炭化水
素に比べて１桁から２桁多い一酸化炭素が含まれている
ため、この一酸化炭素の燃焼により発生する熱量も、炭
化水素の燃焼による場合よりも大きい。
化装置にあっては、エンジンの排気通路に吸着剤を設け
て未燃炭化水素を吸着しても触媒が活性化温度に達する
までに未燃炭化水素を脱着する問題点があった。そこ
で、吸着剤から未燃炭化水素が脱着するまでに触媒を活
性化温度にまで昇温できればよいことになる。吸着剤は
炭化水素を吸着するが、一酸化炭素を吸着しないことか
ら、吸着剤を通り抜けてきた一酸化炭素を触媒で燃焼さ
せて、触媒の昇温に利用すればよい。一酸化炭素は炭化
水素に比べて触媒燃焼の着火温度が低く、触媒によって
は０℃以下でも燃焼を開始する。また、排気には炭化水
素に比べて１桁から２桁多い一酸化炭素が含まれている
ため、この一酸化炭素の燃焼により発生する熱量も、炭
化水素の燃焼による場合よりも大きい。
【０００５】本発明の目的は、吸着剤から炭化水素が脱
着する前に、触媒を一酸化炭素の触媒燃焼熱で早急に活
性化温度にまで昇温させて、炭化水素を浄化し、外部に
放出される炭化水素量を低減することのできるエンジン
排気浄化装置を提供することにある。また、他の目的と
して、この装置を用いた自動車、並びに都市エネルギコ
ジェネレ−ションシステムを提供することにある。
着する前に、触媒を一酸化炭素の触媒燃焼熱で早急に活
性化温度にまで昇温させて、炭化水素を浄化し、外部に
放出される炭化水素量を低減することのできるエンジン
排気浄化装置を提供することにある。また、他の目的と
して、この装置を用いた自動車、並びに都市エネルギコ
ジェネレ−ションシステムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係るエンジン排気浄化装置は、エンジンの
排気通路に排気浄化用触媒が配置され、排気浄化用触媒
の上流側に吸着剤が配設されてなるエンジン排気浄化装
置において、排気浄化用触媒と吸着剤との間に一酸化炭
素燃焼活性の高い触媒を設け、エンジン起動直後に排出
される未燃炭化水素を吸着剤で吸着し、かつ一酸化炭素
を一酸化炭素燃焼活性の高い触媒で燃焼させ、排気浄化
用触媒の温度上昇を促進させて活性化温度に到達させる
構成とする。
め、本発明に係るエンジン排気浄化装置は、エンジンの
排気通路に排気浄化用触媒が配置され、排気浄化用触媒
の上流側に吸着剤が配設されてなるエンジン排気浄化装
置において、排気浄化用触媒と吸着剤との間に一酸化炭
素燃焼活性の高い触媒を設け、エンジン起動直後に排出
される未燃炭化水素を吸着剤で吸着し、かつ一酸化炭素
を一酸化炭素燃焼活性の高い触媒で燃焼させ、排気浄化
用触媒の温度上昇を促進させて活性化温度に到達させる
構成とする。
【０００７】そして排気浄化用触媒に一酸化炭素燃焼活
性の高い触媒が含有されている構成とする。
性の高い触媒が含有されている構成とする。
【０００８】また排気浄化用触媒の排気上流側の一部が
一酸化炭素燃焼活性の高い触媒である構成でもよい。
一酸化炭素燃焼活性の高い触媒である構成でもよい。
【０００９】さらに排気浄化用触媒に一酸化炭素燃焼活
性の高い触媒の層が排気の流れ方向に並列に配設されい
る多層構造である構成でもよい。
性の高い触媒の層が排気の流れ方向に並列に配設されい
る多層構造である構成でもよい。
【００１０】そして一酸化炭素燃焼活性の高い触媒の上
流側に空気供給装置を配設し、一酸化炭素を酸化させる
空気を空気供給装置より供給する構成でもよい。
流側に空気供給装置を配設し、一酸化炭素を酸化させる
空気を空気供給装置より供給する構成でもよい。
【００１１】また空気供給装置が吸着剤の上流側に配置
される構成でもよい。
される構成でもよい。
【００１２】さらに一酸化炭素燃焼活性の高い触媒の上
流側に一酸化炭素センサ及び酸素センサが配置され、こ
れらのセンサの信号に応じて酸素を一酸化炭素燃焼活性
の高い触媒に供給する構成でもよい。
流側に一酸化炭素センサ及び酸素センサが配置され、こ
れらのセンサの信号に応じて酸素を一酸化炭素燃焼活性
の高い触媒に供給する構成でもよい。
【００１３】そして一酸化炭素燃焼活性の高い触媒の下
流側に酸素センサが配置され、酸素センサの信号に応じ
て酸素を一酸化炭素燃焼活性の高い触媒に供給する構成
でもよい。
流側に酸素センサが配置され、酸素センサの信号に応じ
て酸素を一酸化炭素燃焼活性の高い触媒に供給する構成
でもよい。
【００１４】また排気浄化用触媒が活性化温度に到達す
るまで、エンジン吸気の空燃比を燃料リッチに制御して
排気中の一酸化炭素濃度を高め、一酸化炭素燃焼活性の
高い触媒の一酸化炭素の燃焼熱量を大きくして排気浄化
用触媒の活性化温度に到達する時間を短縮する構成でも
よい。
るまで、エンジン吸気の空燃比を燃料リッチに制御して
排気中の一酸化炭素濃度を高め、一酸化炭素燃焼活性の
高い触媒の一酸化炭素の燃焼熱量を大きくして排気浄化
用触媒の活性化温度に到達する時間を短縮する構成でも
よい。
【００１５】さらに一酸化炭素燃焼活性の高い触媒が加
熱手段を有し、一酸化炭素の燃焼開始温度まで一酸化炭
素燃焼活性の高い触媒を加熱手段により加熱する構成で
もよい。
熱手段を有し、一酸化炭素の燃焼開始温度まで一酸化炭
素燃焼活性の高い触媒を加熱手段により加熱する構成で
もよい。
【００１６】そして加熱手段は電気加熱である構成でも
よい。
よい。
【００１７】また加熱手段は蓄熱剤に蓄えられた熱によ
る加熱である構成でもよい。
る加熱である構成でもよい。
【００１８】さらに自動車においては、請求項１〜１２
のいずれか１項記載のエンジン排気浄化装置を備えた構
成とする。
のいずれか１項記載のエンジン排気浄化装置を備えた構
成とする。
【００１９】そしてコジェネレ−ションシステムにおい
ては、請求項１〜１２のいずれか１項記載のエンジン排
気浄化装置を備えた構成とする。
ては、請求項１〜１２のいずれか１項記載のエンジン排
気浄化装置を備えた構成とする。
【００２０】
【作用】本発明によれば、エンジンの排気が吸着剤を通
過する際に炭化水素が吸着除去され、吸着されずに通過
してきた一酸化炭素を、一酸化炭素燃焼活性の高い触媒
で燃焼させて、その燃焼熱で触媒を昇温させる。一酸化
炭素は炭化水素よりも多量に排気中に含有されており、
燃焼熱量も大きい。かつ、一酸化炭素の燃焼開始温度は
炭化水素よりも低温であるため、容易に燃焼が始まる。
構造としては、吸着剤の下流側に一酸化炭素燃焼活性の
高い触媒を配置することになり、そこで一酸化炭素が燃
焼する。それにより、排気温度が上昇して排気浄化用触
媒で炭化水素が浄化されやすくなる。また、排気浄化用
触媒の排気上流部分に一酸化炭素燃焼活性の高い触媒を
追加することにより、排気温度の上昇のみならず、熱伝
導によって排気浄化用触媒の昇温が促進される。一酸化
炭素燃焼活性の高い触媒を排気浄化用触媒に混合、ある
いは並列に配しても同様に、熱伝導により効率よく排気
浄化用触媒の昇温が促進される。
過する際に炭化水素が吸着除去され、吸着されずに通過
してきた一酸化炭素を、一酸化炭素燃焼活性の高い触媒
で燃焼させて、その燃焼熱で触媒を昇温させる。一酸化
炭素は炭化水素よりも多量に排気中に含有されており、
燃焼熱量も大きい。かつ、一酸化炭素の燃焼開始温度は
炭化水素よりも低温であるため、容易に燃焼が始まる。
構造としては、吸着剤の下流側に一酸化炭素燃焼活性の
高い触媒を配置することになり、そこで一酸化炭素が燃
焼する。それにより、排気温度が上昇して排気浄化用触
媒で炭化水素が浄化されやすくなる。また、排気浄化用
触媒の排気上流部分に一酸化炭素燃焼活性の高い触媒を
追加することにより、排気温度の上昇のみならず、熱伝
導によって排気浄化用触媒の昇温が促進される。一酸化
炭素燃焼活性の高い触媒を排気浄化用触媒に混合、ある
いは並列に配しても同様に、熱伝導により効率よく排気
浄化用触媒の昇温が促進される。
【００２１】また、一酸化炭素が効率よく触媒上で燃焼
するように排気中に空気を供給することが好ましく、供
給空気量は、排気中の一酸化炭素濃度を検出して制御す
ることが理想的である。しかし、一酸化炭素燃焼活性の
高い触媒の下流側に酸素センサを設け、触媒出口側の排
気中の酸素濃度を検出して、燃焼した後においてもある
程度の酸素が含まれるように制御してもよい。また、空
気の供給は、エンジン起動直後から、吸着剤に吸着され
た炭化水素が脱着を終了するまで実施する必要がある。
そうすることにより一酸化炭素と脱着炭化水素の両方を
効率良く燃焼させて浄化できることになる。
するように排気中に空気を供給することが好ましく、供
給空気量は、排気中の一酸化炭素濃度を検出して制御す
ることが理想的である。しかし、一酸化炭素燃焼活性の
高い触媒の下流側に酸素センサを設け、触媒出口側の排
気中の酸素濃度を検出して、燃焼した後においてもある
程度の酸素が含まれるように制御してもよい。また、空
気の供給は、エンジン起動直後から、吸着剤に吸着され
た炭化水素が脱着を終了するまで実施する必要がある。
そうすることにより一酸化炭素と脱着炭化水素の両方を
効率良く燃焼させて浄化できることになる。
【００２２】空気供給装置は一酸化炭素燃焼活性の高い
触媒の上流側に配置すればよい。また、より好ましく
は、吸着剤の上流側に配置した方がよい。なぜなら、吸
着剤自体にも燃焼活性がある場合があり、その場合には
空気を吸着剤の上流側に供給することで、炭化水素が脱
着する際に吸着剤で一部を燃焼浄化することができるか
らである。また、空気と排気の混合状態がよくなるため
である。
触媒の上流側に配置すればよい。また、より好ましく
は、吸着剤の上流側に配置した方がよい。なぜなら、吸
着剤自体にも燃焼活性がある場合があり、その場合には
空気を吸着剤の上流側に供給することで、炭化水素が脱
着する際に吸着剤で一部を燃焼浄化することができるか
らである。また、空気と排気の混合状態がよくなるため
である。
【００２３】
【実施例】本発明の実施例１を図１を参照しながら説明
する。
する。
【００２４】図１に示すように、ガソリンエンジン１の
排気通路２に、排気浄化用触媒として通常自動車に用い
られる三元触媒４（容積1.0リットル）を配置し、その
上流側に吸着剤３を取付け、排気浄化用触媒と吸着剤の
間に、一酸化炭素燃焼活性の高い触媒５を取付けた。吸
着剤は、Ｈ型モルデナイト粉末にアルミナゾル及び水を
混合してスラリを調製し、コ−ジェライト製モノリス担
体（容積1.0リットル、セル数400/in2）にコ−ティング
することにより作製した。コ−ティング後、100℃で1時
間乾燥し、500℃で3時間焼成した。コ−ティング、乾
燥、及び焼成を繰り返して、Ｈ型モルデナイトが合計14
0ｇ/リットルとなるようにした。一酸化炭素燃焼活性の
高い触媒は、0.5wt%のパラジウムを担持したアルミナ触
媒をコ−ジェライト製モノリス担体（容積0.2リット
ル、セル数400/in2）にコ−ティングすることにより作
製した。コ−ティング後、100℃で1時間乾燥し、700℃
で2時間焼成した。コ−ティング、乾燥、及び焼成を繰
り返して、コ-ティング量が20wt%になるようにした。
排気通路２に、排気浄化用触媒として通常自動車に用い
られる三元触媒４（容積1.0リットル）を配置し、その
上流側に吸着剤３を取付け、排気浄化用触媒と吸着剤の
間に、一酸化炭素燃焼活性の高い触媒５を取付けた。吸
着剤は、Ｈ型モルデナイト粉末にアルミナゾル及び水を
混合してスラリを調製し、コ−ジェライト製モノリス担
体（容積1.0リットル、セル数400/in2）にコ−ティング
することにより作製した。コ−ティング後、100℃で1時
間乾燥し、500℃で3時間焼成した。コ−ティング、乾
燥、及び焼成を繰り返して、Ｈ型モルデナイトが合計14
0ｇ/リットルとなるようにした。一酸化炭素燃焼活性の
高い触媒は、0.5wt%のパラジウムを担持したアルミナ触
媒をコ−ジェライト製モノリス担体（容積0.2リット
ル、セル数400/in2）にコ−ティングすることにより作
製した。コ−ティング後、100℃で1時間乾燥し、700℃
で2時間焼成した。コ−ティング、乾燥、及び焼成を繰
り返して、コ-ティング量が20wt%になるようにした。
【００２５】また、吸着剤の上流側には、可変流量制御
弁７を介して空気供給装置６を接続した。一酸化炭素燃
焼活性の高い触媒の排気出口部の排気通路に酸素センサ
８を、吸着剤には温度センサ９を取り付けた。温度セン
サ９及び酸素センサ８からの信号、並びにエンジン回転
数から算出した排気流量が制御ユニット１０に取り込ま
れ、これらの信号を基にして、空気供給装置６を制御で
きるようにした。吸着剤温度が未燃炭化水素の脱着終了
温度以上では、空気供給装置は停止され、酸素センサ８
の信号により、エンジン吸気の空燃比を制御する。
弁７を介して空気供給装置６を接続した。一酸化炭素燃
焼活性の高い触媒の排気出口部の排気通路に酸素センサ
８を、吸着剤には温度センサ９を取り付けた。温度セン
サ９及び酸素センサ８からの信号、並びにエンジン回転
数から算出した排気流量が制御ユニット１０に取り込ま
れ、これらの信号を基にして、空気供給装置６を制御で
きるようにした。吸着剤温度が未燃炭化水素の脱着終了
温度以上では、空気供給装置は停止され、酸素センサ８
の信号により、エンジン吸気の空燃比を制御する。
【００２６】本実施例では、吸着剤から未燃炭化水素が
脱着を開始する前に、一酸化炭素の燃焼熱で触媒温度を
活性化温度以上に昇温させることにした。種々の吸着剤
について炭化水素吸着能を評価したところ、炭化水素吸
着能の高い吸着剤では、一酸化炭素をほとんど吸着しな
いことがわかった。また、一酸化炭素の排気中の濃度は
炭化水素に比べて１桁から２桁高く、一酸化炭素の燃焼
熱が炭化水素の約５分の１であることを考慮しても、十
分な発熱量が期待できる。そこで、吸着剤を通過した一
酸化炭素の燃焼熱により触媒を加熱できれば、排気温度
の上昇を待たずに、触媒を活性化温度にまで昇温させる
ことが可能であり、触媒が吸着剤の下流側にあるにもか
かわらず、吸着剤温度よりも触媒温度を高温にすること
さえ可能と考えられた。低温で一酸化炭素を燃焼させる
ためには一酸化炭素燃焼活性に優れた触媒を吸着剤の下
流側に設ける必要がある。それは従来の三元触媒自身も
一酸化炭素燃焼の活性を有しているが、炭化水素、窒素
酸化物の浄化をも果たすために、一酸化炭素の燃焼開始
温度は通常の一酸化炭素燃焼専用触媒に比べて高いため
である。また、一酸化炭素の燃焼を効率よく進めるた
め、十分な酸素が必要であり、少なくとも一酸化炭素燃
焼活性の高い触媒の上流側に空気供給装置を設ける必要
がある。さらに、供給空気量を制御して、空気供給装置
を効率よく動作させるため、排気通路に酸素センサ及び
一酸化炭素センサを設けることが好ましい。しかし、現
在のところ自動車には酸素センサは付けられているが、
一酸化炭素センサを搭載した例はない。従って、エンジ
ン吸気の空燃比、エンジン温度及び回転数等から一酸化
炭素濃度を推定し、排ガス中の酸素濃度により、供給空
気量を制御する方法、または一酸化炭素燃焼活性の高い
触媒の下流側にセンサを配置し、常に未反応酸素が下流
側に認められるように空気を供給するようにする方法を
取ればよいことになる。
脱着を開始する前に、一酸化炭素の燃焼熱で触媒温度を
活性化温度以上に昇温させることにした。種々の吸着剤
について炭化水素吸着能を評価したところ、炭化水素吸
着能の高い吸着剤では、一酸化炭素をほとんど吸着しな
いことがわかった。また、一酸化炭素の排気中の濃度は
炭化水素に比べて１桁から２桁高く、一酸化炭素の燃焼
熱が炭化水素の約５分の１であることを考慮しても、十
分な発熱量が期待できる。そこで、吸着剤を通過した一
酸化炭素の燃焼熱により触媒を加熱できれば、排気温度
の上昇を待たずに、触媒を活性化温度にまで昇温させる
ことが可能であり、触媒が吸着剤の下流側にあるにもか
かわらず、吸着剤温度よりも触媒温度を高温にすること
さえ可能と考えられた。低温で一酸化炭素を燃焼させる
ためには一酸化炭素燃焼活性に優れた触媒を吸着剤の下
流側に設ける必要がある。それは従来の三元触媒自身も
一酸化炭素燃焼の活性を有しているが、炭化水素、窒素
酸化物の浄化をも果たすために、一酸化炭素の燃焼開始
温度は通常の一酸化炭素燃焼専用触媒に比べて高いため
である。また、一酸化炭素の燃焼を効率よく進めるた
め、十分な酸素が必要であり、少なくとも一酸化炭素燃
焼活性の高い触媒の上流側に空気供給装置を設ける必要
がある。さらに、供給空気量を制御して、空気供給装置
を効率よく動作させるため、排気通路に酸素センサ及び
一酸化炭素センサを設けることが好ましい。しかし、現
在のところ自動車には酸素センサは付けられているが、
一酸化炭素センサを搭載した例はない。従って、エンジ
ン吸気の空燃比、エンジン温度及び回転数等から一酸化
炭素濃度を推定し、排ガス中の酸素濃度により、供給空
気量を制御する方法、または一酸化炭素燃焼活性の高い
触媒の下流側にセンサを配置し、常に未反応酸素が下流
側に認められるように空気を供給するようにする方法を
取ればよいことになる。
【００２７】また、排気中の一酸化炭素濃度はエンジン
始動直後は高い値（約６％）を示すが、その後は約１％
前後になる。従って、一酸化炭素の燃焼による触媒の加
熱を促進するためには、触媒温度が十分になるまで、吸
気の空燃比を燃料リッチに維持し、排気中の一酸化炭素
濃度を高く維持することが好ましい。酸素センサの出力
により、通常の空燃比制御を行い、一酸化炭素濃度を高
く維持する。触媒の上流側に空気供給装置を配置して空
気を供給する際には、排気と空気の混合状態を均一にす
るためには、吸着剤の上流側に空気供給装置を配置する
ことがより好ましい。
始動直後は高い値（約６％）を示すが、その後は約１％
前後になる。従って、一酸化炭素の燃焼による触媒の加
熱を促進するためには、触媒温度が十分になるまで、吸
気の空燃比を燃料リッチに維持し、排気中の一酸化炭素
濃度を高く維持することが好ましい。酸素センサの出力
により、通常の空燃比制御を行い、一酸化炭素濃度を高
く維持する。触媒の上流側に空気供給装置を配置して空
気を供給する際には、排気と空気の混合状態を均一にす
るためには、吸着剤の上流側に空気供給装置を配置する
ことがより好ましい。
【００２８】一酸化炭素燃焼に活性を示す触媒として
は、０℃以下でも活性を示す触媒が知られているが、耐
熱性、被毒等の問題から、燃焼開始温度の高い材料（た
とえば、１５０℃前後）を使わざるを得ない場合には、
この触媒を加熱して、少なくとも燃焼開始温度にまで昇
温しなければならない。その方法としては、電気あるい
は蓄熱による加熱法がある。この場合、加熱は一酸化炭
素の燃焼開始温度まで昇温すれば良く、電気あるいは蓄
熱だけで触媒を昇温することに比べると、そのエネルギ
は少なくてよいことになる。
は、０℃以下でも活性を示す触媒が知られているが、耐
熱性、被毒等の問題から、燃焼開始温度の高い材料（た
とえば、１５０℃前後）を使わざるを得ない場合には、
この触媒を加熱して、少なくとも燃焼開始温度にまで昇
温しなければならない。その方法としては、電気あるい
は蓄熱による加熱法がある。この場合、加熱は一酸化炭
素の燃焼開始温度まで昇温すれば良く、電気あるいは蓄
熱だけで触媒を昇温することに比べると、そのエネルギ
は少なくてよいことになる。
【００２９】本発明の実施例２を図２を参照しながら説
明する。
明する。
【００３０】図２に示すように、実施例１との相違点
は、排気浄化用触媒の排気入口部に一酸化炭素燃焼活性
の高い触媒１１が設けられていることである。この排気
浄化用触媒１１の構造を図３に示す。図３の排気入口部
に一酸化炭素燃焼活性の高い触媒５が配されており、そ
れ以外は通常の三元触媒４である。一酸化炭素燃焼活性
の高い触媒の容積が0.2リットル、三元触媒が0.8リット
ルとし、合計容積を1.0リットルとした。一酸化炭素燃
焼活性の高い触媒としては、実施例１と同様の方法で作
製した。この場合には、酸素センサ８が一酸化炭素燃焼
活性の高い触媒の排気上流側に設けられており、この信
号により排気中に十分な酸素が含まれるように、空気供
給装置６及び可変流量制御弁７を制御する。この場合に
も、吸着剤温度が未燃炭化水素の脱着終了温度以上で
は、空気供給装置は停止され、酸素センサ８の信号によ
り、エンジン吸気の空燃比を制御する。
は、排気浄化用触媒の排気入口部に一酸化炭素燃焼活性
の高い触媒１１が設けられていることである。この排気
浄化用触媒１１の構造を図３に示す。図３の排気入口部
に一酸化炭素燃焼活性の高い触媒５が配されており、そ
れ以外は通常の三元触媒４である。一酸化炭素燃焼活性
の高い触媒の容積が0.2リットル、三元触媒が0.8リット
ルとし、合計容積を1.0リットルとした。一酸化炭素燃
焼活性の高い触媒としては、実施例１と同様の方法で作
製した。この場合には、酸素センサ８が一酸化炭素燃焼
活性の高い触媒の排気上流側に設けられており、この信
号により排気中に十分な酸素が含まれるように、空気供
給装置６及び可変流量制御弁７を制御する。この場合に
も、吸着剤温度が未燃炭化水素の脱着終了温度以上で
は、空気供給装置は停止され、酸素センサ８の信号によ
り、エンジン吸気の空燃比を制御する。
【００３１】本発明の実施例３を説明する。
【００３２】図２に示した実施例２の装置を用い、排気
浄化用触媒１１として実施例２とは異なるものを使用し
た。すなわち、図４に示すように、三元触媒粉末と一酸
化炭素燃焼活性の高い触媒を混合して、これをコ−ジェ
ライト製モノリス担体（容積1.0リットル、セル数400/i
n2）にコ−ティングした触媒を用いた。製法及び触媒粉
末としては、実施例１と同様である。また、他の条件は
実施例２と同様である。 本発明の実施例４を説明す
る。
浄化用触媒１１として実施例２とは異なるものを使用し
た。すなわち、図４に示すように、三元触媒粉末と一酸
化炭素燃焼活性の高い触媒を混合して、これをコ−ジェ
ライト製モノリス担体（容積1.0リットル、セル数400/i
n2）にコ−ティングした触媒を用いた。製法及び触媒粉
末としては、実施例１と同様である。また、他の条件は
実施例２と同様である。 本発明の実施例４を説明す
る。
【００３３】図２に示した実施例２の装置を用い、排気
浄化用触媒１１として実施例２及び３とは異なるものを
使用した。すなわち、図５に示すように、コ−ジェライ
ト製モノリス担体（容積1.0リットル、セル数400/in2）
において、一酸化炭素燃焼活性の高い触媒を100セル単
位でコ−ティングし、これを等間隔で排気浄化用触媒に
設けた。これ以外のセルは通常の三元触媒粉末をコ−テ
ィングしてある。この場合、一酸化炭素燃焼活性の高い
触媒をコ−ティングしたセルの全容積が0.1リットルと
なるようにした。
浄化用触媒１１として実施例２及び３とは異なるものを
使用した。すなわち、図５に示すように、コ−ジェライ
ト製モノリス担体（容積1.0リットル、セル数400/in2）
において、一酸化炭素燃焼活性の高い触媒を100セル単
位でコ−ティングし、これを等間隔で排気浄化用触媒に
設けた。これ以外のセルは通常の三元触媒粉末をコ−テ
ィングしてある。この場合、一酸化炭素燃焼活性の高い
触媒をコ−ティングしたセルの全容積が0.1リットルと
なるようにした。
【００３４】本発明の実施例５を図６を参照しながら説
明する。
明する。
【００３５】図６にしめすように、実施例１との相違点
は、吸着剤３と一酸化炭素燃焼活性の高い触媒５の間に
酸素センサ８及び一酸化炭素センサ１２を配したことで
ある。これらのセンサを用いて、供給空気量を制御し
た。すなわち、一酸化炭素濃度及び酸素濃度を検出し、
酸素濃度が常に一酸化炭素が完全に燃焼するのに十分な
量になるように、空気を供給した。但し、炭化水素を燃
焼させる必要があるので、その分を考慮して過剰の空気
を常に供給した。
は、吸着剤３と一酸化炭素燃焼活性の高い触媒５の間に
酸素センサ８及び一酸化炭素センサ１２を配したことで
ある。これらのセンサを用いて、供給空気量を制御し
た。すなわち、一酸化炭素濃度及び酸素濃度を検出し、
酸素濃度が常に一酸化炭素が完全に燃焼するのに十分な
量になるように、空気を供給した。但し、炭化水素を燃
焼させる必要があるので、その分を考慮して過剰の空気
を常に供給した。
【００３６】本発明の実施例６説明する。
【００３７】図１に示した実施例１の装置を用い、エン
ジン起動から１分間、吸気の空燃比を燃料リッチに制御
して、排気に含まれる一酸化炭素濃度を３％以上に維持
した。通常の制御ではエンジン始動直後には排気中の一
酸化炭素濃度は約６％に達するが、約２０秒後には１％
前後にまで低下する。これを空燃比制御により３％以上
に維持した。その他の制御は実施例１と同様である。
ジン起動から１分間、吸気の空燃比を燃料リッチに制御
して、排気に含まれる一酸化炭素濃度を３％以上に維持
した。通常の制御ではエンジン始動直後には排気中の一
酸化炭素濃度は約６％に達するが、約２０秒後には１％
前後にまで低下する。これを空燃比制御により３％以上
に維持した。その他の制御は実施例１と同様である。
【００３８】本発明の実施例７を図７を参照しながら説
明する。
明する。
【００３９】図７に示すように、実施例１との相違点
は、一酸化炭素燃焼活性の高い触媒５が電気によって加
熱できる点である。触媒５を電源１３により電気加熱す
る。電源は制御ユニット１０に接続されており、また、
一酸化炭素燃焼活性の高い触媒５には温度センサ９′を
取付けた。一酸化炭素燃焼活性の高い触媒の温度が一酸
化炭素燃焼開始温度より低いとき、電源により触媒に内
蔵されたヒ−タに通電され、燃焼開始温度にまで昇温さ
れる。一酸化炭素燃焼活性の高い触媒を加熱すること以
外については、実施例１と同様である。
は、一酸化炭素燃焼活性の高い触媒５が電気によって加
熱できる点である。触媒５を電源１３により電気加熱す
る。電源は制御ユニット１０に接続されており、また、
一酸化炭素燃焼活性の高い触媒５には温度センサ９′を
取付けた。一酸化炭素燃焼活性の高い触媒の温度が一酸
化炭素燃焼開始温度より低いとき、電源により触媒に内
蔵されたヒ−タに通電され、燃焼開始温度にまで昇温さ
れる。一酸化炭素燃焼活性の高い触媒を加熱すること以
外については、実施例１と同様である。
【００４０】本発明の実施例８を図８を参照しながら説
明する。
明する。
【００４１】図８に示すように、実施例１との相違点
は、一酸化炭素燃焼活性の高い触媒５に蓄熱剤１４が配
置されている点である。蓄熱剤としては、酸化カルシウ
ム（CaO)を用い、触媒温度を上げる場合には、酸化カル
シウムに水を添加して、水酸化カルシウム（Ca(OH)2）
に変化するときの反応熱を利用する。エンジンが定常運
転にあるとき、すなわち触媒温度が高いときは、水酸化
カルシウムが酸化カルシウムに戻るため、再び触媒温度
の昇温に使用できる。制御は、一酸化炭素燃焼活性の高
い触媒に設けられた温度センサ９′により触媒温度を検
出し、その温度が一酸化炭素燃焼開始温度よりも低い場
合は、蓄熱剤１４に水が水供給装置１５により供給され
る。水添加量は昇温すべき温度を制御ユニット１０によ
り計算して、水供給装置を制御する。
は、一酸化炭素燃焼活性の高い触媒５に蓄熱剤１４が配
置されている点である。蓄熱剤としては、酸化カルシウ
ム（CaO)を用い、触媒温度を上げる場合には、酸化カル
シウムに水を添加して、水酸化カルシウム（Ca(OH)2）
に変化するときの反応熱を利用する。エンジンが定常運
転にあるとき、すなわち触媒温度が高いときは、水酸化
カルシウムが酸化カルシウムに戻るため、再び触媒温度
の昇温に使用できる。制御は、一酸化炭素燃焼活性の高
い触媒に設けられた温度センサ９′により触媒温度を検
出し、その温度が一酸化炭素燃焼開始温度よりも低い場
合は、蓄熱剤１４に水が水供給装置１５により供給され
る。水添加量は昇温すべき温度を制御ユニット１０によ
り計算して、水供給装置を制御する。
【００４２】なお、本実施例においては、蓄熱剤に化学
反応熱を利用したが、熱容量の大きい材料あるいは固体
−液体等の相変化の潜熱を使用することも可能である。
その場合には、触媒が高温のときに蓄熱剤に熱を蓄えさ
せ、エンジン停止時の放熱を最小限にするように断熱
し、触媒温度の低下を抑制して、再度エンジンを起動す
る場合においても触媒温度が高いようにする。
反応熱を利用したが、熱容量の大きい材料あるいは固体
−液体等の相変化の潜熱を使用することも可能である。
その場合には、触媒が高温のときに蓄熱剤に熱を蓄えさ
せ、エンジン停止時の放熱を最小限にするように断熱
し、触媒温度の低下を抑制して、再度エンジンを起動す
る場合においても触媒温度が高いようにする。
【００４３】また一酸化炭素の燃焼開始温度は、触媒に
よって異なるため、触媒によっては一酸化炭素燃焼活性
の高い触媒を加熱する必要がある場合もあり、その際に
は電気あるいは蓄熱によればよい。電気あるいは蓄熱だ
けで触媒を加熱することと比較すると、供給エネルギは
少なくてよい。
よって異なるため、触媒によっては一酸化炭素燃焼活性
の高い触媒を加熱する必要がある場合もあり、その際に
は電気あるいは蓄熱によればよい。電気あるいは蓄熱だ
けで触媒を加熱することと比較すると、供給エネルギは
少なくてよい。
【００４４】比較例１として図１に示した実施例１の装
置から一酸化炭素燃焼活性の高い触媒５を取外し、実施
例１と同様に制御した。
置から一酸化炭素燃焼活性の高い触媒５を取外し、実施
例１と同様に制御した。
【００４５】次に実施例１から８、並びに比較例１に示
したエンジン排気浄化装置の排気浄化性能を比較するた
め、エンジンベンチによって、コ−ルドスタ−ト試験を
実施した。すなわち、停止後少なくとも12時間以上放置
したエンジンを用い、始動、アイドル、加速、60km/h走
行を行い、排出される未燃炭化水素を分析した。試験中
に排出された全未燃炭化水素量を比較することにより、
エンジン排気浄化システムの排気浄化性能を評価した。
結果を図９に示す。図の縦軸は比較例１の場合に排出さ
れた全未燃炭化水素量を１にしたときの値である。比較
例１に比べて、実施例における全炭化水素量が少ないこ
とがわかる。一酸化炭素燃焼活性の高い触媒を設けたこ
とにより、浄化効率が向上したためと考えられる。
したエンジン排気浄化装置の排気浄化性能を比較するた
め、エンジンベンチによって、コ−ルドスタ−ト試験を
実施した。すなわち、停止後少なくとも12時間以上放置
したエンジンを用い、始動、アイドル、加速、60km/h走
行を行い、排出される未燃炭化水素を分析した。試験中
に排出された全未燃炭化水素量を比較することにより、
エンジン排気浄化システムの排気浄化性能を評価した。
結果を図９に示す。図の縦軸は比較例１の場合に排出さ
れた全未燃炭化水素量を１にしたときの値である。比較
例１に比べて、実施例における全炭化水素量が少ないこ
とがわかる。一酸化炭素燃焼活性の高い触媒を設けたこ
とにより、浄化効率が向上したためと考えられる。
【００４６】なお、前記では特に一酸化炭素の燃焼につ
いて説明し、触媒については一酸化炭素燃焼活性の高い
触媒と記載しているが、実際には炭化水素燃焼活性も高
いことが好ましい。それにより、一酸化炭素のみなら
ず、吸着されずに通過してきた炭化水素の燃焼熱をも触
媒の昇温に利用できるからである。また、実施例では、
コ−ジェライト製モノリス担体を使用しているが、メタ
ル製モノリス担体を使用してもよく、熱伝導率が大きい
ためさらに効果が大である。
いて説明し、触媒については一酸化炭素燃焼活性の高い
触媒と記載しているが、実際には炭化水素燃焼活性も高
いことが好ましい。それにより、一酸化炭素のみなら
ず、吸着されずに通過してきた炭化水素の燃焼熱をも触
媒の昇温に利用できるからである。また、実施例では、
コ−ジェライト製モノリス担体を使用しているが、メタ
ル製モノリス担体を使用してもよく、熱伝導率が大きい
ためさらに効果が大である。
【００４７】
【発明の効果】本発明のエンジン排気浄化装置によれ
ば、エンジン起動時大量に排出される未燃炭化水素を吸
着剤に吸着させ、吸着されずに通過してくる一酸化炭素
を、一酸化炭素燃焼活性の高い触媒で燃焼させて、排気
浄化用触媒の温度上昇を促進させ、未燃炭化水素が吸着
剤から脱着を開始するまでに、排気浄化用触媒を活性化
温度以上の温度に到達させる。これにより、大気に放出
される炭化水素量を低減することができる。
ば、エンジン起動時大量に排出される未燃炭化水素を吸
着剤に吸着させ、吸着されずに通過してくる一酸化炭素
を、一酸化炭素燃焼活性の高い触媒で燃焼させて、排気
浄化用触媒の温度上昇を促進させ、未燃炭化水素が吸着
剤から脱着を開始するまでに、排気浄化用触媒を活性化
温度以上の温度に到達させる。これにより、大気に放出
される炭化水素量を低減することができる。
【図１】本発明の実施例１を示す構成図である。
【図２】本発明の実施例２を示す構成図である。
【図３】図２の要部を示す図である。
【図４】図２の要部の他の実施例を示す図である。
【図５】図２の要部の他の実施例を示す図である。
【図６】本発明の実施例５を示す構成図である。
【図７】本発明の実施例７を示す構成図である。
【図８】本発明の実施例８を示す構成図である。
【図９】本発明のそれぞれの実施例と比較例との比較を
示す図である。
示す図である。
１ ガソリンエンジン ２ 排気通路 ３ 吸着剤 ４ 排気浄化用触媒 ５ 一酸化炭素燃焼活性の高い触媒 ６ 空気供給装置 ７ 可変流量制御弁 ８ 酸素センサ ９ 温度センサ ９′ 温度センサ １０ 制御ユニット １１ 一酸化炭素燃焼活性の高い触媒を含んだ排気浄化
用触媒 １２ 一酸化炭素センサ １３ 電源 １４ 蓄熱剤 １５ 水供給装置
用触媒 １２ 一酸化炭素センサ １３ 電源 １４ 蓄熱剤 １５ 水供給装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｅ 3/28 ３０１ 3/28 ３０１Ｐ (72)発明者 渡辺 紀子 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 黒田 修 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 山下 寿生 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 宮寺 博 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 阿田子 武士 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社 日立製作所 自動車機器事業部内 (72)発明者 松尾 宣雄 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日 立株式会社 呉工場内 (56)参考文献 特開 平２−135126（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−102314（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−75327（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−68713（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−25325（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−162526（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−137826（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−190923（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F01N 3/08 - 3/28
Claims (5)
- 【請求項１】 エンジンの排気通路に排気浄化用触媒が
配置され、該排気浄化用触媒の上流側に吸着剤が配設さ
れてなるエンジン排気浄化装置において、前記排気浄化
用触媒と前記吸着剤との間に一酸化炭素燃焼活性の高い
触媒を設け、エンジン起動直後に排出される未燃炭化水
素を前記吸着剤で吸着し、かつ一酸化炭素を前記一酸化
炭素燃焼活性の高い触媒で燃焼させ、前記排気浄化用触
媒の温度上昇を促進させて活性化温度に到達させること
を特徴とするエンジン排気浄化装置。 - 【請求項２】 エンジンの排気通路の上流側に排ガス中
の未燃炭化水素を吸着する吸着剤を設け、下流側に排気
浄化用触媒を設けたものにおいて、前記排気浄化用触媒
の中に一酸化炭素燃焼活性を有する触媒を混入したこと
を特徴とするエンジン排気浄化装置。 - 【請求項３】 エンジンの排気通路の上流側に排ガス中
の未燃炭化水素を吸着する吸着剤を設け、下流側に排気
浄化用触媒を設けたものにおいて、前記排気浄化用触媒
の層と一酸化炭素燃焼活性を有する触媒の層とを排気の
流れ方向に並列に設けたことを特徴とするエンジン排気
浄化装置。。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載のエンジ
ン排気浄化装置において、前記一酸化炭素燃焼活性の高
い触媒の上流側に空気供給装置を配設し、一酸化炭素を
酸化させる空気を該空気供給装置より供給することを特
徴とするエンジン排気浄化装置。 - 【請求項５】 請求項１〜３のいずれかに記載のエンジ
ン排気浄化装置において、前記排気浄化用触媒が活性化
温度に到達するまで、エンジン吸気の空燃比を燃料リッ
チに制御して排気中の一酸化炭素濃度を高め、一酸化炭
素燃焼活性の高い触媒の一酸化炭素の燃焼熱量を大きく
して前記排気浄化用触媒の活性化温度に到達する時間を
短縮することを特徴とするエンジン排気浄化装置。
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| JP3218453A JP2946064B2 (ja) | 1991-08-29 | 1991-08-29 | エンジン排気浄化装置 |
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