JP3465584B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置、特に始動直後の排気ガスの排気浄化を図った排
気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の内燃機関から排出される排気ガ
スの浄化には、貴金属（白金、パラジウム、ロジウム
等）またはその他の金属を担持した触媒が従来から使わ
れている。このような触媒は、排気ガス中の有害成分で
あるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を酸化もしくは還元して浄化
している。ところで、この触媒作用を得るためには、排
気温度が高くなければならず、例えばＨＣの触媒による
浄化のためには、一般に、２００〜３００℃程度の温度
が必要である。しかし内燃機関の始動直後では、排気ガ
ス温度が低く、上記の触媒が活性する温度（例えば２０
０℃以上）に達しないため、ＨＣの浄化はほとんど行わ
れず、ＨＣの大気への放出量が増大する結果となる。

【０００３】そこで、上記の問題を解決するために、内
燃機関の排気系に従来の触媒装置に加えて、低温条件で
ＨＣを吸着するＨＣ吸着剤を配備し、触媒活性前に排出
されるＨＣを吸着するようにしたものが公知である（特
開平６−２４１０２８号公報、特開平７−１４４１１９
号公報等）。これらの排気浄化装置で用いられているＨ
Ｃ吸着剤は、実際には、ゼオライト等のＨＣ吸着成分と
貴金属等の触媒成分の両方を混合した吸着触媒であり、
吸着したＨＣの一部を触媒作用で酸化させるという自己
浄化機能を有するものである。この吸着触媒は、排気ガ
スの熱、あるいは上流側に設けられた一般的な触媒装置
での反応熱により加熱され、吸着触媒の触媒成分の活性
に伴って吸着したＨＣの浄化が可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
貴金属等を用いた触媒の活性温度は最低でも２００℃程
度であり、これに対し吸着剤からのＨＣの脱離は成分に
よっては１００℃程度から始まることが確認されてお
り、従って排気ガスの熱、又は上流側触媒装置での反応
熱により、吸着成分と触媒成分とから構成された吸着触
媒が徐々に昇温すると、低温時に吸着されたＨＣは、初
期においては触媒が活性する前に脱離してしまうことが
避けられない。すなわち、上記従来の排気浄化装置で
は、吸着したＨＣの一部が浄化されないまま外部へ排出
されるという問題があった。

【０００５】本発明は、吸着したＨＣのほとんど総て
を、脱離と同時に浄化することができる排気浄化装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、内燃機関の排
気通路に、排気ガス中のＨＣ（炭化水素成分）を吸着す
るための吸着触媒装置が介装されてなる内燃機関の排気
浄化装置において、上記吸着触媒装置は、ＨＣを吸着す
る吸着剤を含有した吸着層からなる内層と触媒層からな
る表層とを有する少なくとも２層の吸着触媒からなり、
この吸着触媒装置の上流側に、排気ガスを加熱する排気
ガス加熱手段を設け、上記排気ガス加熱手段により排気
ガスを加熱することで上記触媒層と上記吸着層の間に温
度勾配を生じさせることにより上記触媒層の活性時期を
上記吸着層の脱離開始時期よりも早くすることを特徴と
している。

【０００７】例えば、上記吸着触媒は、ハニカム担体に
まず吸着層をコーティングし、その上に触媒層をコーテ
ィングしてなる２層構造として構成される。そして、こ
の吸着触媒の上流側に、排気ガス温度を急速に昇温させ
る排気ガス加熱手段が設けられる。

【０００８】ここで、上記排気ガス加熱手段としては、
急速に排気ガスを昇温させることが重要であり、例え
ば、請求項２のように、内燃機関の空燃比を一時的にリ
ッチ状態とする空燃比制御手段と、排気ガス中の空気濃
度を高める空気供給手段と、この空燃比制御手段および
空気供給手段によって生成される可燃性の排気ガスを再
燃焼させる点火手段を備えた排気再燃焼器と、から構成
されている。あるいは、請求項３のように、内燃機関の
排気通路に燃料を供給する再燃焼用燃料噴射手段と、排
気ガス中の空気濃度を高める空気供給手段と、この再燃
焼用燃料噴射手段および空気供給手段によって生成され
る可燃性の排気ガスを再燃焼させる点火手段を備えた排
気再燃焼器と、から構成してもよい。また請求項４のよ
うに、電気加熱触媒もしくは電気加熱ヒータ等を用いる
こともできる。

【０００９】請求項１の発明をより具体化した請求項５
の発明は、上記吸着触媒の温度を検出もしくは間接的に
推定する吸着触媒温度検出手段を有し、この吸着触媒の
温度に基づいて上記排気ガス加熱手段の作動が制御され
ることを特徴としている。請求項６のように、上記吸着
触媒に流入する排気ガスの温度から吸着触媒の温度を推
定するようにしてもよい。

【００１０】さらに、請求項７の発明は、上記吸着触媒
の温度が、ＨＣの脱離開始温度直前に達したときに、上
記排気ガス加熱手段の作動を開始することを特徴として
いる。

【００１１】また、請求項８の発明は、上記吸着触媒の
温度が、触媒活性温度を所定値以上超えたときに、上記
排気ガス加熱手段の作動を停止することを特徴としてい
る。

【００１２】本出願人は、触媒層と吸着層とを有する２
層式の吸着触媒を、既に出願している（特開平６−１７
０２３４号公報、特開平７−１２４４６７号公報等）。
この２層式の吸着触媒は、内層の吸着層で吸着したＨＣ
が脱離する場合、必ず表層の触媒層を通過するため、触
媒層での浄化性能が向上するという利点を有している。

【００１３】本発明では、これに加えて、吸着触媒の上
流に排気ガスを急激に昇温することが可能な排気ガス加
熱手段を設置することで、以下の作用が得られる。すな
わち、吸着触媒の昇温期間中において、上記排気ガス加
熱手段の作動により、急激に排気ガスの温度が昇温し、
この高温の排気ガスが吸着触媒の個々のセル内に流入す
ることになる。その結果、まず表層の触媒層に熱が供給
され、その後、内層に伝熱するという作用を生じ、表層
の触媒層と内層の吸着層の間に、積極的に温度勾配を生
じさせることができる。従って、表層の触媒層は早く活
性温度に達するのに対し、内層の吸着層がＨＣの脱離温
度に達するのが相対的に遅れるため、吸着層からＨＣの
脱離が開始する段階では、表層の触媒層は既に活性して
おり、脱離ＨＣのほぼ全量を触媒層で浄化することが可
能となる。

【００１４】ちなみに、２層式の吸着触媒であっても、
通常の排気ガスの熱だけで緩慢に加熱された場合、吸着
触媒全体が徐々に昇温するため、表層の触媒層と内層の
吸着層との間で生じる温度差は小さく、吸着層で一部の
ＨＣが脱離を開始する温度に達しても、表層の触媒層は
まだ活性温度に達していない、という状況になり、初期
の脱離ＨＣは浄化されずに排出されてしまう。

【００１５】すなわち、吸着層からＨＣが脱離を開始す
る前に、排気ガス加熱手段により急激に昇温された排気
ガスが吸着触媒に供給されることが本発明の特徴であ
り、これによって、上述のように表層の触媒層の活性
を、内層の吸着層の脱離開始よりも早くすることができ
るのである。

【００１６】なお、内燃機関の負荷および回転数を上昇
させることによっても、排気ガスの温度は昇温するが、
この場合、排気ガス量が大幅に増加するため、吸着剤が
脱離開始温度に達していなくても、増大した排気ガス流
量によって一部のＨＣが吸着剤の細孔から押し出され、
結果として脱離してしまい、浄化されないまま外部へ排
出されるので、有効な方法ではない。

【００１７】また吸着触媒の直上流に一般的な触媒装置
を設置した場合、その触媒でのＨＣ、ＣＯの酸化による
反応熱によっても、下流の吸着触媒に流入する排気ガス
温度は上昇するが、このように反応熱を得るには上流側
の触媒装置の触媒が活性している必要があり、この触媒
温度が最低でも２００℃程度になるまでは、反応熱を発
生することはできない。そして、その直下流に設置した
吸着触媒の温度は、上流側の触媒の温度より多少は低い
ものの、上流側の触媒が２００℃（触媒活性直前の温
度）に達した時点では、例えば１５０℃程度まで昇温し
てしまうため、一部のＨＣは既に脱離を開始する。この
とき、吸着触媒の表層の触媒層はまだ活性していないた
め、ＨＣはそのまま排出されてしまうことになり、やは
り、これも有効な方法ではない。

【００１８】従って、２層式の吸着触媒が脱離開始温度
（１００℃程度）以下の状態で、排気ガス流量をそれほ
ど増加させることなく、急激に排気ガス温度を昇温でき
ることが、排気ガス加熱手段としての必要な機能であ
る。

【００１９】このような要求を満たす排気ガス加熱手段
としては、上述したように、内燃機関の空燃比をリッチ
に補正し、さらに空気を混合して、排気系途中の排気再
燃焼器において点火プラグ等により着火し再燃焼させる
排気再燃焼装置や、排気ガスに燃料と空気を供給し、同
様に燃焼させる燃焼装置、あるいは電気加熱触媒、電気
加熱ヒーター等が有効である。このような装置は、例え
ば排気ガス温度を数秒間で９００℃程度まで昇温する能
力を有し、排気ガス温度によらずに作動を開始すること
ができ、排気ガス流量の増加もそれほど多くない。例え
ば、内燃機関の負荷と回転数を上昇させて排気ガス温度
を９００℃にするためには、アイドル条件での排気ガス
量に比べ、１０倍以上の排気ガス量となるまで負荷と回
転数を上昇させることが必要となるが、上記の排気再燃
焼器で９００℃程度まで昇温する場合では、およそ２倍
程度の排気ガス量の増加で済み、また電気加熱触媒で
は、排気ガス流量の増加はほとんど無い。

【００２０】

【発明の効果】本発明の内燃機関の排気浄化装置では、
吸着触媒を、内層に吸着層、表層に触媒層をそれぞれ有
する少なくとも２層の構成とし、かつその上流側に排気
ガス加熱手段を設けることにより、ＨＣの吸着後、吸着
触媒に流入する排気ガス温度を急激に昇温させ、触媒層
と吸着層の間の温度差を積極的に拡大して、触媒層の活
性を、吸着層のＨＣ脱離開始よりも相対的に早めること
ができ、脱離ＨＣのほぼ全量を触媒層で確実に浄化処理
することができる。従って、内燃機関の始動時に外部へ
排出されるＨＣの総量を全体として低減することができ
る。

【００２１】また請求項７の発明によれば、吸着触媒の
温度が、ＨＣの脱離開始温度直前に達したときに、排気
ガス加熱手段の作動を開始するので、排気ガスの強制的
な加熱のために必要な燃料量を最小限にできる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて説明する。

【００２３】図１は、本発明の第１実施例の構成を示し
ている。内燃機関１の排気通路２に、排気ガス中のＨＣ
成分を吸着する吸着触媒装置３が介装されているととも
に、この吸着触媒装置３の上流側に、排気再燃焼器４が
設けられている。この排気再燃焼器４は、点火手段とし
て、点火コイル等からなる点火装置８により火花放電を
行う点火プラグ５を備えている。なお、点火手段として
は、グロープラグを用いることもできる。この排気再燃
焼器４のさらに上流には、空気供給手段として２次空気
ポンプ６からの２次空気供給通路７が接続されている。

【００２４】また上記排気再燃焼器４には、該再燃焼器
４内の排気温度を測定する再燃焼器温度センサ９が設け
られており、吸着触媒装置３には吸着触媒の温度を検出
する触媒温度センサ１０が設けられている。これらの温
度センサ９，１０の検出信号は、エンジンコントロール
ユニット１１に入力される。

【００２５】上記２次空気ポンプ６および上記点火装置
８は、それぞれ上記エンジンコントロールユニット１１
からの制御信号によって制御され、後述するように、排
気再燃焼時にそれぞれ２次空気の供給および火花点火を
行うようになっている。

【００２６】また内燃機関１の吸気通路１２には、燃料
噴射装置１３が取り付けられており、エンジンコントロ
ールユニット１１からの噴射信号によって燃料を噴射す
るようになっている。この燃料噴射量は、基本的には内
燃機関１の運転条件に応じて制御されるものであるが、
排気再燃焼時には、燃料噴射量を増量することにより空
燃比がリッチに保たれる。

【００２７】図２は、上記吸着触媒装置３の詳細な構成
を示している。この吸着触媒装置３は、排気ガスが通過
する多数のセル３ａを有するセラミックスあるいはメタ
ルを材質とするハニカム状の担体３ｂを主体として構成
されている。１つのセル３ａを拡大して示すように、担
体３ｂには、まず内層として、ＨＣを吸着する吸着層３
ｃがコーティングされている。さらにその上に、表層と
して、排気成分を浄化する触媒層３ｄがコーティングさ
れており、１つのセル３ａを構成している。そして、こ
のセル３ａが多数集合して吸着触媒装置３を構成してい
る。上記吸着層３ｃの材質としては、例えばゼオライト
を主体とした成分からなり、あるいはゼオライトを金属
でイオン交換したもの等が使用される。このようなＨＣ
吸着剤は、一般に、１００℃〜２００℃程度まではＨＣ
を吸着し、それ以上の温度でＨＣを脱離する特性を持つ
ものである。上記触媒層３ｄとしては、白金、パラジウ
ム、ロジウム等の貴金属を含むものが使用されており、
一般的な三元触媒と同様のものを使用することができる
が、望ましくはパラジウムの含有率を多くして低温活性
を高めたものがより効果的である。このような触媒は、
一般に２００〜３００℃程度で活性し、排気成分を浄化
するものである。

【００２８】上記吸着層３ｃは、上記の吸着剤成分だけ
でなく、触媒成分を含んでいても問題はない。また、吸
着層３ｃを１層だけでなく、吸着剤の成分の異なる吸着
層等で２層以上に構成することも可能である。また、触
媒層３ｄに関しても、異なる成分で構成された２層以上
の触媒層３ｄで構成することも可能である。いずれにし
ても、表面寄りに触媒層３ｄがあり、内側に吸着層３ｃ
があればよい。

【００２９】次に、上記排気再燃焼器４の基本的な作動
を説明する。排気再燃焼器４の作動条件と判断される
と、エンジンコントロールユニット１１からの信号によ
り燃料噴射装置１３は、空燃比が非常にリッチ（空燃比
で９〜１０程度）になるように燃料を増量する。その結
果、排気ガス中には、ＣＯが１２〜１３％、Ｈ２が６〜
７％、ＨＣが２〜３％含まれるようになる（いずれも容
積割合の％である）。同時に、エンジンコントロールユ
ニット１１は、２次空気ポンプ６、点火装置８を作動さ
せ、２次空気の供給と点火プラグ５の火花放電とが開始
される。２次空気の流量は、リッチの排気ガスと混合し
た状態で、少なくとも酸素過剰となる流量に設定され
る。これは内燃機関の排気量や運転状態により異なるも
のであり、予め実験により十分な流量となるように設定
されるが、およそ内燃機関１の吸入空気量の６０〜７０
％程度である。この結果、排気ガス中には可燃成分（Ｃ
Ｏ、Ｈ２、ＨＣ）が含まれた状態となり、その後、２次
空気からのＯ₂が混合した状態で、ＣＯが７〜８％、Ｈ
２が３〜４％、ＨＣが１〜２％含まれた可燃性ガスとな
って、排気再燃焼器４に供給され、これが点火プラグ５
の火花により燃焼を開始する。排気再燃焼器４の作動
は、後述するように吸着触媒温度が予め定められた所定
温度に達したときに停止する。

【００３０】上記の作動を、図３のフローチャートに基
づいてさらに詳細に説明する。本ルーチンは、例えば１
０ｍｓｅｃ毎に繰り返し実行されるものである。先ずス
テップ１で、始動後の経過時間の判定を行う。これは、
排気再燃焼器４の作動が始動直後の吸着触媒の早期活性
（主に表層の触媒層３ｄの早期活性）を目的としたもの
であることから、例えば始動後６０秒間に作動を制限す
るためのものである。ここで始動後６０秒以内と判定さ
れるとステップ２へ進み、吸着触媒温度Ｔｃａｔを読み
込む。ステップ３では、吸着触媒温度Ｔｃａｔが、吸着
触媒の触媒層３ｄの活性温度（ここでは２５０℃とす
る）より低いか否かを判定しており、活性温度より低い
場合には、ステップ４以降の各ステップに進み、排気再
燃焼器４の作動を行う。ステップ４では、再燃焼器温度
Ｔｅｇｃを読み込む。ステップ５では再燃焼器温度Ｔｅ
ｇｃに応じて、排気再燃焼器４の作動のために必要な燃
料増量係数ＴＦＥＧＣを設定する。これは図４に示すよ
うに、Ｔｅｇｃが低いほど増量係数ＴＦＥＧＣが大きく
なるような特性に設定された所定のテーブルから検索さ
れる。ここで、再燃焼器温度Ｔｅｇｃ、すなわち排気再
燃焼器４に流入する排気ガス温度が低いほど増量係数Ｔ
ＦＥＧＣを大きくするのは、排気再燃焼器４内での着火
のためには、低温時ほど高い濃度のＣＯ、Ｈ２等が必要
とされるためである。このテーブルは、予め実験により
設定される。

【００３１】ステップ６では、設定された増量係数ＴＦ
ＥＧＣに応じて燃料噴射量を増量して噴射する。これ
は、一般に吸入空気量と内燃機関回転数とから求められ
る基本燃料噴射量（理論空燃比に対応する噴射量）に、
増量係数ＴＦＥＧＣを乗じて燃料噴射量を決定し、燃料
噴射を行うものである。この結果、排気再燃焼器４での
燃焼にとって十分な濃度のＣＯ、Ｈ２等の可燃成分が供
給される。次にステップ７で吸入空気量ＱＡを読み込
み、ステップ８で、この吸入空気量ＱＡと前述の増量係
数ＴＦＥＧＣから、２次空気供給量ＱＥＸＡＩＲを設定
する。これは図５に示すような特性の所定のマップから
検索されるもので、吸入空気量ＱＡが多いほど、また増
量係数ＴＦＥＧＣが大きいほど、２次空気供給量ＱＥＸ
ＡＩＲが多くなるような特性を有している。このマップ
は、供給された可燃成分の燃焼にとって酸素の供給が充
分となるように、予め実験により設定される。ステップ
９では、決定された２次空気供給量ＱＥＸＡＩＲに応じ
て、２次空気ポンプ６を駆動し、必要な２次空気を排気
通路２に供給する。これにより、燃焼可能な排気ガスと
空気との混合気が作られる。そして、ステップ１０で、
排気再燃焼器４に設けられた点火プラグ５で点火するよ
うに点火装置８を作動させ、排気再燃焼器４内で上記の
混合気を燃焼させる。

【００３２】上記のステップ１あるいはステップ３でＮ
Ｏと判断された場合には、ステップ１１以降の各ステッ
プに進み、排気再燃焼器４の作動を終了させる処理を行
う。まずステップ１１で増量係数ＴＦＥＧＣを１とし、
つまり増量無しとする。ステップ１２では、増量係数Ｔ
ＦＥＧＣによる増量を伴わない通常の燃料噴射を実行す
る。この結果、余剰のＣＯ、Ｈ２等の可燃成分は供給さ
れなくなる。ステップ１３では、２次空気供給量ＱＥＸ
ＡＩＲを０とし、ステップ１４で２次空気ポンプ６を停
止する。さらに、ステップ１５で排気再燃焼器４の点火
装置８を停止する。以上の処理により、排気再燃焼器４
の作動は停止する。

【００３３】従って、本実施例では、吸着触媒装置３が
十分に低温の状態で始動した場合、始動直後から排気再
燃焼器４が作動する。このように排気再燃焼器４が作動
すると、吸着触媒装置３に流入する排気ガスの温度は急
激に高くなり、例えば７００℃以上となった排気ガスが
流入するため、吸着触媒の表層の触媒層３ｄがまず昇温
し、その後、内層の吸着層３ｃが伝熱により徐々に昇温
するという作用を示す。その結果、触媒層３ｄの活性前
に該吸着触媒装置３に流入した未燃ＨＣ（排気再燃焼器
４の着火前の未燃ＨＣおよび排気再燃焼器４で燃え残っ
た未燃ＨＣ）は、吸着触媒の吸着層３ｃに一旦吸着さ
れ、この吸着層３ｃが脱離温度に達する前に、表層の触
媒層３ｄが活性温度に達することになる。そのため、温
度上昇に伴って吸着層３ｃから脱離したＨＣは、そのほ
ぼ全量が触媒層３ｄ通過の際に浄化され、外部へほとん
ど排出されることがない。

【００３４】次に第２の実施例を図６のフローチャート
に基づいて説明する。これは、排気再燃焼器４の作動開
始を吸着触媒からのＨＣ脱離が開始する直前にしたもの
である。なお、排気浄化装置の機械的な構成は第１の実
施例と同じである。

【００３５】この実施例の処理の流れは、基本的には前
述した第１の実施例と同様であり、図６のフローチャー
トにおけるステップ２１〜ステップ３５の各ステップ
は、ステップ２３を除き、図３のフローチャートのステ
ップ１〜ステップ１５にそれぞれ等しいものである。ス
テップ２３は、第１の実施例のステップ３に対応するも
のであるが、このステップ２３では、吸着触媒温度Ｔｃ
ａｔが、吸着層３ｃからのＨＣ脱離開始温度（１００℃
程度）に達する直前の温度（ここでは８０℃とする）以
上でかつ触媒層３ｄの活性温度（ここでは２５０℃とす
る）より低いという条件を満たすか否かを判定してお
り、この温度範囲にある場合に限ってステップ２４以降
の各ステップへ進み、排気再燃焼器４の作動を行うよう
にしている。つまり、吸着触媒温度Ｔｃａｔが８０℃よ
り低いときは、排気再燃焼器４は作動しない。

【００３６】従って、上記フローチャートに基づくと、
第２の実施例では、第１の実施例と異なり、吸着触媒装
置３が十分に低温の状態（例えば２０℃程度）で内燃機
関１が始動した場合でも、始動直後の段階では排気再燃
焼器４は作動しない。そのため、吸着触媒は通常の排気
ガスの昇温に応じて徐々に昇温する。その後、吸着触媒
温度Ｔｃａｔが脱離開始前の８０℃に達すると、排気再
燃焼器４の作動が開始し、吸着触媒装置３に、急激に昇
温されて例えば７００℃以上となった排気ガスが流入す
る。これ以降は、第１の実施例と同様に、吸着触媒の表
層の触媒層３ｄがまず昇温し、活性温度に達するため、
吸着層３ｃから脱離したＨＣは、そのほぼ全量を触媒層
３ｄで浄化することが可能となる。

【００３７】本実施例では、排気再燃焼器４の作動を内
燃機関１の始動直後からではなく、吸着触媒からのＨＣ
脱離開始直前としたため、排気再燃焼器４の作動開始時
の再燃焼器温度Ｔｅｇｃはある程度上昇しており、結果
として、排気再燃焼器４の作動のための燃料増量係数Ｔ
ＦＥＧＣの値が小さく設定される。すなわち、再燃焼器
温度Ｔｅｇｃが高い程、燃料増量が少なくても排気再燃
焼器４の着火燃焼が充分に可能となるため、リッチ化の
程度を低くでき、結果として燃料消費量を抑制すること
が可能となる。

【００３８】以上の実施例は、排気ガス加熱手段とし
て、内燃機関１の空燃比をリッチに補正し、さらに空気
を混合して排気再燃焼器４で点火プラグ５により着火燃
焼させる排気再燃焼装置を用いているが、排気ガスに燃
料と空気を供給し燃焼させる燃焼装置、あるいは電気加
熱触媒や電気加熱ヒーターを用いても可能である。

【００３９】図７は、排気ガスに燃料と空気を供給し燃
焼させる燃焼装置を用いた第３の実施例の構成を示して
いる。この実施例においては、排気通路２に設けられた
排気再燃焼器４に向かって直接燃料を噴射供給するよう
に、再燃焼用燃料噴射手段として再燃焼用燃料噴射装置
２１が設けられている。なお、２２は燃料配管を示して
いる。また、空気供給手段として２次空気ポンプ６から
の２次空気供給通路７が上記排気再燃焼器４に接続され
ている。

【００４０】そして、排気再燃焼器４では、点火手段と
しての点火プラグ９を有し、再燃焼用燃料噴射装置２１
および２次空気ポンプ６によって生成される可燃性の排
気ガスを再燃焼させる。

【００４１】このように排気ガスに燃料と空気を供給し
燃焼させる構成とすると、排気系に燃料供給手段を追加
する必要があるものの、内燃機関１の燃料増量制御等を
変更する必要がなく、すなわち内燃機関１自体は制御シ
ステムを含めてそのままで、排気系のみの改良で対応で
きるため、種々の内燃機関１に容易に搭載できるという
利点がある。なお、この装置の場合でも、排気低減効果
（吸着触媒３ｃからの脱離ＨＣの浄化処理性能）は、第
１，第２実施例と同等に得られる。

【００４２】また、図８は、排気再燃焼器４に代えて電
気加熱触媒装置３１を吸着触媒装置３の上流側に配置し
た第４実施例を示している。３２は、この吸着触媒装置
３１に電力を供給する電力供給装置、３３は、電気加熱
触媒装置３１の触媒温度を検出する電気加熱触媒温度セ
ンサである。ここで、電気加熱触媒装置３１の代わりに
電気加熱ヒータを用いてもよい。

【００４３】このように排気ガス加熱手段として電気加
熱触媒装置３１（あるいは電気加熱ヒータ）を適用する
のは、例えば自動車の動力源として電気モータと内燃機
関を併用するハイブリッド車両の場合に有利である。す
なわち、このようなハイブリッド車両は、減速時のエネ
ルギー回収等により、バッテリーに十分な電力を保有す
ることが可能であるため、この電力を利用して電気加熱
触媒を加熱することができるからである。従って、余分
な燃料増量や排気系への追加の燃料供給が不要であるた
め、燃料消費を抑制できる。但し、この電気加熱触媒装
置３１を用いる方法では、排気低減効果（吸着触媒から
の脱離ＨＣの浄化処理効果）は、上記各実施例で説明し
たものよりも多少劣る場合がある。その理由は、排気再
燃焼器４は、排気ガス中の可燃成分の燃焼熱により直接
排気ガスを昇温するものであるのに対し、電気加熱触媒
装置３１では、同じ熱量を発生した場合でも、その電気
加熱触媒装置３１自体の熱容量があるため、排気ガスの
昇温が多少遅れるからである。排気ガス温度の昇温が遅
くなると、吸着触媒の表層の触媒層３ｄと内層の吸着層
３ｃの間の温度差が少なくなり、特に吸着触媒が劣化し
てくると触媒活性温度が上がり、反対に脱離温度が下が
る傾向を示すため、結果として触媒活性前に一部のＨＣ
が脱離してしまう場合がある。しかしながら、排気ガス
加熱手段を具備せずに排気ガス自体の熱のみで吸着触媒
を昇温する場合に比べると、その優位性は明らかであ
る。

【００４４】図９は、排気ガス加熱手段として、第１〜
第３実施例のように排気再燃焼器４を用いて吸着触媒装
置３に流入する排気ガス温度を急激に昇温させた場合
（Ａ）と、第４実施例のように電気加熱触媒装置３１を
用いた場合（Ｂ）と、排気ガス加熱手段を具備せずに通
常の排気ガスの熱だけで吸着触媒を昇温させた場合
（Ｃ）における各部の温度履歴を示したものである。こ
こで、排気ガス加熱手段を用いた（Ａ），（Ｂ）は、い
ずれも吸着触媒の脱離開始直前で加熱を開始した場合の
特性を示している。

【００４５】（Ａ）に示すように、排気ガス加熱手段と
して排気再燃焼器４を用いた場合、吸着触媒装置３に流
入する排気ガス温度が急激に昇温するため、触媒層３ｄ
と吸着層３ｃの間の温度差が大きくなり、結果として触
媒層３ｄが触媒活性温度に達する時間の方が、吸着層３
ｃがＨＣ脱離開始温度に達する時間よりも早くなり、脱
離したＨＣのほぼ全量を触媒層３ｄで浄化処理すること
ができる。

【００４６】また排気ガス加熱手段として、電気加熱触
媒装置３１を用いた場合、吸着触媒装置３に流入する排
気ガス温度は、電気加熱触媒装置３１自体の熱容量があ
る分、昇温速度が多少遅くなる。その結果、触媒活性ま
での時間とＨＣ脱離開始までの時間はほぼ同時（吸着触
媒の劣化が進行している場合はＨＣ脱離開始までの時間
が多少早い）という状況になり、一部のＨＣが脱離時に
浄化されずに排出されてしまうが、その量は排気ガス加
熱手段を具備しない場合（Ｃ）に比べて非常に少なく抑
制される。

【００４７】排気ガス加熱手段を具備せず、通常の排気
ガスの熱のみで吸着触媒を加熱した（Ｃ）の場合、触媒
層３ｄと吸着層３ｃの温度差が小さく、ＨＣ脱離開始が
触媒活性よりも大幅に早いため、多量のＨＣが脱離時に
浄化されずに排出されてしまう。

【００４８】以上の（Ａ）〜（Ｃ）の３つの場合のＨＣ
排出濃度の比較結果を図１０に示す。この図１０に示す
ように、通常の排気ガスの熱のみで吸着触媒を昇温させ
た場合に比べて、排気ガス加熱手段を用いることで、大
幅にＨＣ排出量を低減できており、また特に排気再燃焼
器を用いた場合は、最もＨＣ排出量を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例の構成を示す構成説明
図。

【図２】吸着触媒装置の詳細を示す拡大図。

【図３】この第１の実施例の処理の流れを示すフローチ
ャート。

【図４】再燃焼器温度Ｔｅｇｃと燃料増量係数ＴＦＥＧ
Ｃとの関係を示す特性図。

【図５】燃料増量係数ＴＦＥＧＣと吸入空気量ＱＡと２
次空気供給量ＱＥＸＡＩＲとの関係を示す特性図。

【図６】第２の実施例の処理の流れを示すフローチャー
ト。

【図７】この発明の第３の実施例の構成を示す構成説明
図。

【図８】この発明の第４の実施例の構成を示す構成説明
図。

【図９】排気再燃焼器４を用いた場合（Ａ）と電気加熱
触媒装置３１を用いた場合（Ｂ）と排気ガス加熱手段を
具備しない場合（Ｃ）における各部の温度履歴を示すタ
イムチャート。

【図１０】排気再燃焼器４を用いた場合（Ａ）と電気加
熱触媒装置３１を用いた場合（Ｂ）と排気ガス加熱手段
を具備しない場合（Ｃ）におけるＨＣ排出量を対比して
示すタイムチャート。

【符号の説明】

１…内燃機関 ３…吸着触媒装置 ３ｃ…吸着層 ３ｄ…触媒層 ４…排気再燃焼器 ５…点火プラグ ６…２次空気ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 9/00 Ｆ０１Ｎ 9/00 Ｚ (72)発明者 椎野 俊一 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平９−256840（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−31359（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−97918（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−3017（ＪＰ，Ｕ) 特表 平６−508409（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/20 - 3/36 F01N 9/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路に、排気ガス中のＨ
   Ｃ（炭化水素成分）を吸着するための吸着触媒装置が介
   装されてなる内燃機関の排気浄化装置において、 上記吸着触媒装置は、ＨＣを吸着する吸着剤を含有した
   吸着層からなる内層と触媒層からなる表層とを有する少
   なくとも２層の吸着触媒からなり、この吸着触媒装置の
   上流側に、排気ガスを加熱する排気ガス加熱手段を設
   け、上記排気ガス加熱手段により排気ガスを加熱するこ
   とで上記触媒層と上記吸着層の間に温度勾配を生じさせ
   ることにより上記触媒層の活性時期を上記吸着層の脱離
   開始時期よりも早くす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】 上記排気ガス加熱手段は、内燃機関の空
   燃比を一時的にリッチ状態とする空燃比制御手段と、排
   気ガス中の空気濃度を高める空気供給手段と、この空燃
   比制御手段および空気供給手段によって生成される可燃
   性の排気ガスを再燃焼させる点火手段を備えた排気再燃
   焼器と、から構成されていることを特徴とする請求項１
   記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 【請求項３】 上記排気ガス加熱手段は、内燃機関の排
   気通路に燃料を供給する再燃焼用燃料噴射手段と、排気
   ガス中の空気濃度を高める空気供給手段と、この再燃焼
   用燃料噴射手段および空気供給手段によって生成される
   可燃性の排気ガスを再燃焼させる点火手段を備えた排気
   再燃焼器と、から構成されていることを特徴とする請求
   項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 【請求項４】 上記排気ガス加熱手段は、電気加熱触媒
   もしくは電気加熱ヒータから構成されていることを特徴
   とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 【請求項５】 上記吸着触媒の温度を検出もしくは間接
   的に推定する吸着触媒温度検出手段を有し、この吸着触
   媒の温度に基づいて上記排気ガス加熱手段の作動が制御
   されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
   の内燃機関の排気浄化装置。
6. 【請求項６】 上記吸着触媒に流入する排気ガスの温度
   から吸着触媒の温度を推定することを特徴とする請求項
   ５記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 【請求項７】 上記吸着触媒の温度が、ＨＣの脱離開始
   温度直前に達したときに、上記排気ガス加熱手段の作動
   を開始することを特徴とする請求項５または６に記載の
   内燃機関の排気浄化装置。
8. 【請求項８】 上記吸着触媒の温度が、触媒活性温度を
   所定値以上超えたときに、上記排気ガス加熱手段の作動
   を停止することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに
   記載の内燃機関の排気浄化装置。