JPH04117136U - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】エンジンの排気系に配されて、混合気の空燃比
が、理論空燃比近傍のものとされる場合のみならず、リ
ーン側の値をとるものとなる場合にも、ＮＯｘに対する
低減処理を効果的に行え、しかも、構成の複雑化あるい
は大規模化を伴わないものとなす。 【構成】エンジン本体（１０）に連結された排気通路
（１５）に配されて、その温度が所定未満である状態に
おいてエンジン本体（１０）からの排気中におけるＨＣ
成分を吸着保持し、また、その温度が所定以上である状
態において吸着保持したＨＣ成分を離脱させるＨＣ捕集
部（２０）と、排気通路（１５）におけるＨＣ捕集部
（２０）より下流側に配されて、排気中におけるＮＯｘ
についての低減処理を行って排気を浄化する触媒部（２
１）とを備える。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、エンジンの排気系に配されてエンジンからの排気に含まれる大気汚 染微粒子を浄化処理する役割を果たす、エンジンの排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

車両等に搭載されるエンジンにおいては、通常、大気中に放出される排気中の 窒素酸化物（ＮＯｘ），炭化水素（ＨＣ）成分，一酸化炭素（ＣＯ）成分等の大 気汚染微粒子成分を可及的に低減させるべく、金属酸化物等が粒状あるいは板状 に形成されて収納される触媒コンバータを排気系に配し、排気を触媒コンバータ 中を通過するものとなすことにより排気中の大気汚染微粒子の低減を図るように なす排気浄化装置が付設される。

【０００３】 このようなエンジンの排気浄化装置において使用される通常の三元触媒コンバ ータは、エンジンの燃焼室における混合気の空燃比が理論空燃比近傍のものとさ れる場合には、ＮＯｘに対する低減処理を良好に行うが、混合気の空燃比が、混 合気が酸素濃度過剰状態あることをあらわす、所謂、リーン側の値をとるものと なる場合には、ＮＯｘに対する低減処理性能が著しく低下してしまう特性を有し ている。そこで、混合気の空燃比がリーン側の値をとるものとなる状況において もＮＯｘに対する低減処理性能を良好に維持するものとなす意図のもとに、例え ば、特開昭63−283727号公報にも示される如くの、ゼオライト触媒等が用いられ て形成された触媒コンバータを備えるものとされた排気浄化装置が提案されてい る。

【０００４】 このようなゼオライト触媒等が用いられて形成された触媒コンバータ、例えば 、銅イオン交換ゼオライト触媒が用いられて形成された触媒コンバータは、混合 気の空燃比がリーン側の値をとるものとなる状況下にあっても、所定の環境のも とで、ＮＯｘに対する良好な低減処理性能を発揮することができるものであり、 益々重要性が増してくる車両用エンジンの排気浄化に三元触媒コンバータととも に、あるいは、三元触媒コンバータに代えて使用されることが予測される。

【０００５】

【考案は解決しようとする課題】

しかしながら、銅イオン交換ゼオライト触媒の如くのゼオライト触媒等が用い られて形成された触媒コンバータは、排気中のＮＯｘに対する低減処理能力が排 気中のＨＣ濃度に依存し、排気中のＨＣ濃度が低い状況のもとでは排気中のＮＯ ｘに対する低減処理能力が充分に発揮されないという特性を具えている。図３は 、銅イオン交換ゼオライト触媒が用いられて形成された触媒コンバータに関して の排気中のＨＣ濃度ＳＨとＮＯｘ低減率ＲＣとの関係を示す特性図であり、斯か る特性図からも、ＨＣ濃度ＳＨの低下に伴ってＮＯｘ低減率ＲＣが低下してしま うものとなることが分かる。但し、この特性は、ＣＯ：0.18％ , 二酸化炭素（ ＣＯ₂ ）： 9.4％, 酸素（Ｏ₂ ）： 7.4％ , 一酸化窒素（ＮＯ）： 2,100ppm, 水素（Ｈ₂ ）: 650 ppm を含み、温度が摂氏 400度，空間速度が 25,000 ｈｒ^-1 とされた気体について得られたものである。そして、このような特性は、銅イオ ン交換ゼオライト触媒の表面においてＨＣ成分が燃焼せしめられるとき、急激な Ｏ₂ 消費が生じるとともに、その際生じる中間生成物がＮＯｘと化学反応を生じ ることにより得られるものと考えられている。

【０００６】 このように、排気中のＨＣ濃度が低い状況のもとでは排気中のＮＯｘに対する 低減処理能力が充分に発揮されないという特性を具えているゼオライト触媒等が 用いられて形成された触媒コンバータを実用に供するにあたっては、ＮＯｘに対 する低減処理能力を充分に発揮させるべく、ゼオライト触媒等が用いられて形成 された触媒コンバータが配された排気系におけるその触媒コンバータより上流側 に、排気中のＨＣ濃度を高める何らかの手段を配すことが考えられ、斯かる排気 中のＨＣ濃度を高める手段として、例えば、前述の特開昭63−283727号公報に示 される如くに、外部からＨＣ成分もしくはアルコールを排気通路に導入する付属 装置が提案されているが、このような付属装置をエンジンの排気系に設けること は、構成の複雑化と大規模化とをまねくことになって実用に供すには困難が伴わ れることになる。

【０００７】 斯かる点に鑑み、本考案は、エンジンの排気系に配されて、エンジンの燃焼室 における混合気の空燃比が、理論空燃比近傍のものとされる場合のみならず、リ ーン側の値をとるものとなる場合にも、ＮＯｘに対する低減処理を効果的に行う ことができ、しかも、全体構成の複雑化あるいは大規模化を伴わないものとなす ことができるエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上述の目的を達成すべく、本考案に係るエンジンの排気浄化装置は、エンジン の排気系に配されて、その温度が所定未満である状態においてエンジンからの排 気中におけるＨＣ成分を吸着保持し、また、その温度が所定以上である状態にお いて吸着保持したＨＣ成分を離脱させるＨＣ捕集部と、排気系におけるＨＣ捕集 部より下流側に配されて、排気中におけるＮＯｘについての低減処理を行って排 気を浄化する触媒部とを備えて構成される。

【０００９】

【作用】

上述の如くに構成される本考案に係るエンジンの排気浄化装置においては、エ ンジンの排気系に配されたＨＣ捕集部が、エンジンからの排気中に比較的多量の ＨＣ成分が含まれることになる排気温度が比較的低い状態においては、排気中の ＨＣ成分を吸着保持し、その後、エンジンからの排気中に含まれるＨＣ成分の量 が低減されることになる排気温度が比較的高い状態のもとでは、吸着保持したＨ Ｃ成分を離脱させて排気中のＨＣ濃度を増大させる。それにより、エンジンの排 気系におけるＨＣ捕集部の下流側に配された触媒部には、エンジンの燃焼室にお ける混合気の空燃比がリーン側の値をとるものとなる状態において、ＨＣ濃度が 比較的高いものとされた排気が導入されることになり、触媒部において、例えば 、ゼオライト触媒等が用いられて形成された触媒コンバータが用いられることに より、混合気の空燃比がリーン側の値をとるものとなる状態においてもＮＯｘに 対する低減処理が効果的に行われることになり、しかも、装置全体の構成の複雑 化あるいは大規模化はまねかれないことになる。

【００１０】

【実施例】

図１は、本考案に係るエンジンの排気浄化装置の一例を、それが適用されたエ ンジンと共に示す。

【００１１】 図１において、エンジン本体１０は、直列配置された４個のシリンダが設けら れたものとされており、各シリンダに内挿されたピストンの上部には、燃料ポン プから燃料が圧送される燃料噴射弁１１が臨設された渦流室１２を有する燃焼室 １３が形成され、各燃焼室１３には吸気通路１４及び排気通路１５が連結されて いる。そして、各燃料噴射弁１１から渦流室１２に噴射供給される燃料と吸気通 路１４とを通じて燃焼室１３内に供給される吸入空気により混合気が形成され、 その燃焼により生成される排気が燃焼室１３から排気通路１５に供給される。

【００１２】 排気通路１５は、エンジン本体１０における４個の燃焼室１３に夫々連結され た４個の分岐排気通路部を有する排気マニホールド１６により上流側部分が形成 され、また、上流側部分に続く中間部分に、ＨＣ捕集部２０と触媒部２１とがＨ Ｃ捕集部２０を上流側にして直列配置されており、さらに、触媒部２１に連結さ れたサイレンサ２２を含んだ下流側部分が形成されたものとされている。

【００１３】 排気通路１５の中間部分に配されたＨＣ捕集部２０は、例えば、活性炭で成る 吸着剤を内蔵するものとされ、斯かる活性炭で成る吸着剤は、その温度に応じて 、ＨＣ成分を含む排気微粒子に対する吸着保持と吸着保持状態からの解放とを選 択的に行う。即ち、ＨＣ捕集部２０に内蔵された活性炭で成る捕集剤は、その温 度が所定未満、例えば、約摂氏３５０度未満である状態においては、エンジン本 体１０からの排気通路１５を通じて流れる排気中のＨＣ成分を含む排気微粒子を 吸着保持し、その後、その温度が所定以上、例えば、約摂氏３５０度以上となっ た状態においては、吸着保持したＨＣ成分を含む排気微粒子を離脱させる。

【００１４】 従って、排気通路１５の中間部分におけるＨＣ捕集部２０より下流側の部分に おける排気中のＨＣ濃度は、図２（横軸：ＨＣ捕集部２０の温度ＴＣ、縦軸：濃 度ＳＨ）における曲線ＬＡによってあらわされる如く、温度ＴＣが約摂氏３５０ 度未満であるもとでは比較的低く、温度ＴＣが約摂氏３５０度以上であるもとで は、約摂氏３５０度から約摂氏４００度までの間において急激に増大し、約摂氏 ４００度を越えた後に徐々に低下していくものとされる。それにより、排気通路 １５の中間部分におけるＨＣ捕集部２０より下流側に配された触媒部２１には、 温度ＴＣが約摂氏３５０度以上であるもとでは、比較的高いＨＣ濃度を有した排 気が導入されることになる。温度ＴＣが約摂氏３５０度以上となる状態は、通常 、エンジン本体１０が比較的高い回転数をもって運転されている状態にあり、従 って、エンジン本体１０の燃焼室１３における混合気の空燃比がリーン側の値を とるものとされる状況にある。

【００１５】 触媒部２１は、例えば、前述された銅イオン交換ゼオライト触媒を用いた触媒 コンバータ２３を内蔵するものとされる。そして、ＨＣ捕集部２０を経た排気が 導入され、触媒コンバータ２３が排気中のＮＯｘに対して低減処理作用を及ぼす 。斯かる触媒コンバータ２３による排気中のＮＯｘに対する低減処理作用は、エ ンジン本体１０の燃焼室１３における混合気の空燃比が、理論空燃比に合致する 値あるいは燃料濃度過剰状態あることをあらわす、所謂、リッチ側の値をとるも のとされる状況のみならず、リーン側の値をとるものとされる状況にある状況に おいても果たされるが、混合気の空燃比がリーン側の値をとるものとされる状況 にあっては、排気中のＨＣ濃度によって左右され、排気中のＨＣ濃度が比較的大 であるとき、排気中のＮＯｘに対する低減処理が良好に行われる。なお、触媒部 ２１に内蔵される触媒コンバータ２３は、銅イオン交換ゼオライト触媒を用いた ものに限られる必要はなく、銅イオン交換ゼオライト触媒に代えて、例えば、メ タロシリケート触媒，ペロプスカイト触媒等を用いたものとすることもできる。

【００１６】 斯かるもとで、触媒部２１に導入されるＨＣ捕集部２０を経た排気は、上述の 如くに、ＨＣ捕集部２０の温度ＴＣが約摂氏３５０度未満であるもとでは比較的 低く、温度ＴＣが約摂氏３５０度以上であるもとでは、比較的高いものとされる ＨＣ濃度を有するものとされるので、触媒部２１における触媒コンバータ２３は 、温度ＴＣが約摂氏３５０度以上であり、従って、エンジン本体１０が比較的高 い回転数をもって運転されていてエンジン本体１０の燃焼室１３における混合気 の空燃比がリーン側の値をとるものとされる状況においても、排気中のＮＯｘに 対する低減処理を良好に行って排気を浄化することになる。なお、ＨＣ捕集部２ ０の温度ＴＣが約摂氏３５０度未満であるもとでは、触媒部２１に導入されるＨ Ｃ捕集部２０を経た排気は比較的低いＨＣ濃度を有するものとされるが、斯かる 際には、エンジン本体１０の燃焼室１３における混合気の空燃比がリーン側の値 をとるものとされない状態とされるので、触媒部２１における触媒コンバータ２ ３による排気中のＮＯｘに対する低減処理は良好に行われる。その結果、排気通 路１５の中間部分における触媒部２１より下流側の部分における排気中のＮＯｘ 濃度は、図２における曲線ＬＢによってあらわされる如く、温度ＴＣが約摂氏３ ５０度未満であるもとでは比較的低い値に維持され、さらに、温度ＴＣが約摂氏 ３５０度以上であるもとでは、一段と低減された値をとるものとされることにな る。

【００１７】 このようにして、エンジン本体１０から排気通路１５を通じて流れる排気がＨ Ｃ捕集部２０及び触媒部２１を順次通過することにより、排気通路１５の中間部 分における触媒部２１より下流側の部分に、ＮＯｘの含有量が低減されて浄化さ れた排気が得られ、それがサイレンサ２２を通じて外部に排出される。

【００１８】

【考案の効果】

以上の説明から明らかな如く、本考案に係るエンジンの排気浄化装置によれば 、エンジンの排気系に配されたＨＣ捕集部が、エンジンからの排気中に比較的多 量のＨＣ成分が含まれることになる排気温度が比較的低い状態においては、排気 中のＨＣ成分を吸着保持し、その後、エンジンからの排気中に含まれるＨＣ成分 の量が低減されることになる排気温度が比較的高い状態のもとでは、吸着保持し たＨＣ成分を離脱させて排気中のＨＣ濃度を増大させるので、エンジンの排気系 におけるＨＣ捕集部の下流側に配された触媒部には、エンジンの燃焼室における 混合気の空燃比がリーン側の値をとるものとなる状態において、ＨＣ濃度が比較 的高いものとされた排気が導入されることになり、触媒部において、例えば、ゼ オライト触媒等が用いられて形成された触媒コンバータが用いられることにより 、エンジンの燃焼室における混合気の空燃比が、理論空燃比近傍のものとされる 場合のみならず、リーン側の値をとるものとなる場合にも、ＮＯｘに対する低減 処理を効果的に行うことができる。

【００１９】 しかも、構成的には、エンジンの排気系に触媒部に加えてＨＣ吸着部が配され ることにより成るものとされ、例えば、外部からＨＣ成分もしくはアルコールを エンジンの排気系に導入する付属装置等が設けられることを要さないので、装置 全体の構成の複雑化あるいは大規模化はまねかれない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係るエンジンの排気浄化装置の一例を
それが適用されたエンジンと共に示す概略構成図であ
る。

【図２】図２に示される例における動作説明に供される
特性図である。

【図３】銅イオン交換ゼオライト触媒が用いられて形成
された触媒コンバータに関する特性図である。

【符号の説明】

１０ エンジン本体 １３ 燃焼室 １５ 排気通路 ２０ ＨＣ捕集部 ２１ 触媒部 ２３ 触媒コンバータ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの排気系に配されて、その温度が
   所定未満である状態において上記エンジンからの排気中
   における炭化水素成分を吸着保持し、また、その温度が
   所定以上である状態において吸着保持した炭化水素成分
   を離脱させる炭化水素捕集部と、上記排気系における上
   記炭化水素捕集部より下流側に配されて、上記排気中に
   おける窒素酸化物についての低減処理を行って上記排気
   を浄化する触媒部と、を備えて構成されたエンジンの排
   気浄化装置。