JPH05202736A - 内燃機関用排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は排気ガス中に含まれる有害物質を分
解する浄化手段を急速加熱し、コールドスタート時の排
気ガス中の有害物質を低減することを目的とする。 【構成】 マニホールド２と排気管３の間に加熱室５を
設け、この加熱室５にコールドスタート触媒体９を設置
し、前記コールドスタート触媒体９を同軸ケーブル１
１、１２、１３にて給電して加熱する構成とし、同軸ケ
ーブルにて給電することにより高周波発振器の取りつけ
位置が自由となり、エンジンから離して取りつけ出来、
温度や振動に対して高周波発振器の信頼性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車などの内燃機関か
ら排出される排気ガス中の炭化水素、一酸化炭素などの
有害物質を分解する浄化手段をマイクロ波エネルギを利
用して加熱昇温させる装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】大気汚染の発生源の一つとして自動車か
ら排出される汚染物質が問題視され、１９６５年初めか
ら徐々に自動車排気ガスの規制が実施されてきた。近
年、世界各国ではこのような大気汚染物質の排出規制が
強化される動きにあり、特に自動車の排気ガスに関する
規制は従来の濃度規制から総量規制へ移行され、規制値
自体も大幅な削減となっている。

【０００３】自動車の中でもガソリン車は排気ガス中に
含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物の排出規制
の強化が行われる。これら汚染物質の浄化方法として複
合渦流燃焼、希薄燃焼などのエンジン燃焼方式や触媒に
よる後処理方式などがあるが、現在は技術的にも経済的
にも優れている触媒による後処理方式が実用化されてい
る。この後処理方式に用いられる触媒体としては炭化水
素、一酸化炭素を酸化し、無害な炭酸ガス、水蒸気に変
換する酸化触媒（窒素酸化物低減のためＥＧＲなどを併
用することがある）と、空燃比を理論空燃比付近に制御
することにより炭化水素、一酸化炭素の酸化と窒素酸化
物の還元を同時に行い、無害な炭酸ガス、水蒸気、窒素
に変換する三元触媒があり、この三元触媒は主として乗
用車に搭載されている。

【０００４】図４は乗用車に搭載されている従来の排ガ
ス浄化装置を示す。同図において、１はエンジン、２は
マニホールド、３は排気管、４は酸素センサ、５は触媒
を収納する容器、６は排気温度センサ、７は三元触媒
体、８はマフラーであり、従来の排ガス浄化装置は三元
触媒体７と容器５から構成され、三元触媒体７はマニホ
ールド２と排気管３の途中に配置されている。三元触媒
体７は特公昭５２−３３５８号公報に開示されているよ
うに、シリカ、アルミナ、マグネシアを主成分とするコ
ーディエライトのセラミックハニカム構造体からなる担
体に表面積の大きいアルミナなどの微粒子からなるコー
ティング層を設け、このコーティング層に白金、パラジ
ウム、ロジウムなどの貴金属微粒子を担持して構成され
ている。

【０００５】上記構成においてエンジン１が始動すると
燃焼による排気ガスはマニホールド２を通り排気管３の
途中に設けられた排気ガス浄化装置に導かれる。この排
気ガスは三元触媒体７のハニカム構造を構成する各々の
セルを通過して排気管３より大気に排出される。この
時、空燃比は酸素センサ４により理論空燃比付近に制御
され、排気ガス中に含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒
素酸化物は三元触媒体７の酸化、還元反応により無害な
炭酸ガス、水蒸気、窒素に変換される。しかし、上記反
応が起こるためには三元触媒体７を触媒として機能する
温度に昇温させる必要がある。この三元触媒体７は排気
ガスの熱によって加熱されるがコールドスタート時は触
媒として機能する温度に到達するのに約１分かかり、そ
れまでは有害な排気ガスが大気に排出されることにな
る。

【０００６】上記有害な排気ガスの排出を低減するため
に、三元触媒体７の前面に三元触媒体７より容積の小さ
いメタルハニカム（触媒を担持したもの）を配置し、こ
れを電気ヒータ、バーナなどの加熱手段を用いて急速加
熱し、触媒として機能する温度に到達する時間を短縮す
る方法が検討されているがまだ実用レベルに至っていな
い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成において、前述したように触媒体は排気ガスによ
って加熱されるため触媒として機能する温度に到達する
のに約１分かかる。この状況は現在の排気ガス規制をク
リアしているものの、今後さらに強化される排気ガス規
制に対しては上記コールドスタート時の排気ガス中の有
害物質の排出量（特に炭化水素）が問題になり、現状の
排ガス浄化装置でこれをクリアすることは困難であると
いう課題があった。

【０００８】また従来の三元触媒体の前面に配置したメ
タルハニカムをバーナで加熱する方法は加熱範囲が狭
く、短時間でメタルハニカム全体を触媒として機能する
温度にすることは困難であるとともに、バーナの加熱手
段からも炭化水素が発生するという課題があった。

【０００９】またバーナの代わりに電気ヒータを用いる
方法は大電力（大電流）を必要とし、駆動電源を自動車
電源から十分に供給することが実用的に困難であるとい
う課題があった。

【００１０】また導波管を使用してマイクロ波によって
排気ガス中に含まれる有害物質を分解する浄化手段を急
速加熱する提案もなされているが狭いエンジンルームの
中で大きな面積を占めるマイクロ波の導波管（幅が約８
０mm、厚み２０〜４０mm、長さ５００〜１０００mm）を
設置することは非常に困難な事であった。

【００１１】本発明は上記課題を解決するもので、マイ
クロ波によって排気ガス中に含まれる有害物質を分解す
る浄化手段を急速加熱し、コールドスタート時の排気ガ
ス中の有害物質を低減するとともに、マイクロ波発生源
の駆動電源を自動車電源から供給できる装置を提供する
ことを目的としたものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、内燃機関の排気ガスを排出する排気管の途中
に設けられた加熱室と、前記加熱室に同軸ケーブルによ
り給電するマイクロ波エネルギを発生する高周波発振器
と、前記加熱室に収納され前記高周波により発生する熱
によって排気ガス中に含まれる有害物質を分解する浄化
手段と、マイクロ波エネルギの供給を同軸ケーブルで行
う構成としている。

【００１３】

【作用】本発明は上記構成によって、ガソリン車のエン
ジンが始動すると同時にマイクロ波エネルギが加熱室に
給電され、前記加熱室に収納されている排気ガス中の有
害物質を分解する浄化手段（コールドスタート触媒体）
が加熱され、極めて短時間で排気ガス中に含まれる有害
物質である炭化水素や一酸化炭素を分解する温度に昇温
し、酸化による分解反応が起こり無害である水蒸気と炭
酸ガスに変換され排気管から大気に放出される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照して
説明する。図１から図３に於いて本発明の排ガス浄化装
置を示す、１はエンジン、２はマニホールド、３は排気
管、５は触媒を収納し加熱する加熱室、７は金属板ある
いは多数の貫通孔を有する金属のハニカム構造体から構
成されるメタル三元触媒体、９はコールドスタート触媒
体でマイクロ波を効率的に吸収する電波吸収材と有害物
質の分解を助長する触媒よりなる。１０は加熱室５に給
電するマイクロ波エネルギを発生させる高周波発振器、
１１は高周波発振器１０から加熱室５にマイクロ波エネ
ルギ供給する為の誘電体入りの同軸ケーブルＡ、１２は
誘電体入りの同軸ケーブル１１と加熱室５に結合された
中空同軸ケーブルＣ１３を結合する耐熱の中空同軸ケー
ブルＢ、１４は加熱室５に結合された中空同軸ケーブル
Ｃ１３の先端に結合されたステンレス等の耐熱製のアン
テナ、１５は中空同軸ケーブルＢ１２、Ｃ１３の内導体
１６を外導体１７の中央に保持するための低誘電率の内
導体保持板である。

【００１５】以上の構成においてエンジンから排出され
た排気ガスは図２の矢印の方向からマニホールド２を流
れ、浄化手段のコールドスタート触媒体９に流入する。
流入した排気ガスに含まれる炭化水素や一酸化炭素の有
害物質は浄化手段のコールドスタート触媒体９で浄化さ
れ、浄化された排気ガスは排気管３よりマフラー８を経
由して大気に排出される。

【００１６】図３は本発明の排気ガス浄化装置の要部詳
細図であり、１８は同軸ケーブルの結合器で、誘電体入
りの同軸ケーブルＡ１１と、誘電体入りの同軸ケーブル
Ａ１１とインピーダンスを同じにした中空同軸ケーブル
Ｂ１２の外導体の外径が異なるため（エンジン近傍は４
００℃を越えるため誘電体入りの同軸ケーブルを使用で
きない、その為誘電体を無くす必要があり誘電体を無く
すと同軸ケーブルの外径が大きくなる。）テーパーを持
って電気的に結合させている。１９は誘電体入りの同軸
ケーブルＡ１１と結合器１８を高周波的に接触させるバ
ンドである。このとき誘電体入りの同軸ケーブルＡ１１
の誘電体はインピーダンスを合わせる為と絶縁の為中空
同軸ケーブルとの結合部まで延出（Ａ寸法部）させてい
る。また中空同軸ケーブルＢ１２は実装する自動車のエ
ンジンルームの状況により（高温部を避けるため）長く
したり短くしたりする調整部分である（ｌ寸法）。２０
は中空同軸ケーブルＣ１３の内導体Ｂで誘電体入りの同
軸ケーブルＡ１１の内導体１６が挿入できるパイプで出
来ていて挿入することにより結合される様にされてい
る。また中空同軸ケーブルＣ１３の加熱室５側の端面は
少なくとも排気方向を向け排気が中空同軸ケーブルＣ１
３の内部に侵入して内導体保持板１５を炭化させ絶縁劣
化させるのを防止している。さらに加熱室５の内部に挿
入された中空同軸ケーブルＣ１３の内導体の先端の部分
は給電、整合、分布の為寸法的に精度が必要であり剛性
が要求される、そのためにも他の中空同軸ケーブルＢ１
２とは一体には出来にくい。中空同軸ケーブルＣ１３と
中空同軸ケーブルＢ１２の内導体の結合部分をパイプに
挿入する構成とすることによりこの部分の結合は非常に
簡単になる。次に内導体の先端の部分はアンテナ１４を
コールドスタート触媒体９の中央部に挿入することによ
りコールドスタート触媒体９の中央部が短時間で加熱昇
温し触媒能力が上昇する。また排気の流れは加熱室の中
央部が速く多く流れ浄化量がアップするという好条件
（効率、能率アップ）となる。２１は酸化を促進する必
要があるときには空気を送るためのエヤー供給口であ
る。

【００１７】本実施例では三元触媒体をメタルハニカム
としているがコーデイエライト等のセラミックスを使用
するときはコールドスタート触媒体９と三元触媒体７の
間にパンチングメタル等のシールド板２２を設ける必要
がある。

【００１８】そうしないとマイクロ波が容積の大きい三
元触媒体７に吸収されコールドスタート触媒体９の昇温
が妨害され非常に遅くなり本来の目的を達しない。

【００１９】次に本発明の排気ガス浄化装置における排
気ガス中に含まれる有害物質の基本的な浄化プロセスに
ついて説明する。

【００２０】ガソリン車エンジンが起動すると、制御部
（図示せず）からの指令により高周波発振器１０がマイ
クロ波を発生させる。このマイクロ波は同軸ケーブル１
１、１２、１３により伝送してコールドスタート触媒体
９を収納している加熱室５に給電される。浄化手段であ
るコールドスタート触媒体９を構成している電波吸収材
（図示せず）が給電されたマイクロ波エネルギを吸収
し、熱エネルギに変換するので浄化手段であるコールド
スタート触媒体９はこの変換された熱エネルギによって
極めて短時間で温度上昇する。一方、エンジンから排出
された一酸化炭素や炭化水素などの有害物質を含む排気
ガスはマニホールド２を通り浄化手段であるコールドス
タート触媒体９に流入する。このとき浄化手段であるコ
ールドスタート触媒体９はマイクロ波によって温度上昇
しているので前述の一酸化炭素や炭化水素は排気ガス中
に含まれる酸素と反応して無害である水蒸気と炭酸ガス
に分解され、マフラを通過して排気管３より浄化された
排気ガスが大気に排出される。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の内燃機関用
排気ガス浄化装置によれば、以下の効果が得られる。 （１）同軸ケーブルで給電出来るため、スペースの少な
いエンジンルームに本浄化手段であるコールドスタート
触媒体を容易に取り付けできる。 （２）同軸ケーブルを分解することにより部品の精度が
向上し給電、整合、分布の改善が簡単にでき、安定した
品質を維持できる。 （３）エンジン近傍の高温部の同軸ケーブル（剛体）と
高周波発振器近傍の低温部の同軸ケーブル（可撓体）を
別のものに出来るためエンジンの振動と熱を高周波発振
器へ伝わるのを防ぎ、埃や湿気の掛かり易いエンジン近
傍から離して運転席の近くへ取りつけ出来るため信頼性
の高い商品に出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における内燃機関用排気ガス
浄化装置の構成図

【図２】本発明の一実施例における浄化手段部分の外観
図

【図３】本発明の一実施例における浄化手段とマイクロ
波エネルギの供給部分の詳細部分の断面図

【図４】従来例における内燃機関用排気ガス浄化装置の
構成図

【符号の説明】

１ エンジン ３ 排気管 ５ 加熱室 ８ マフラ ９ コールドスタート触媒体 １０ 高周波発振器 １１ 誘電体入り同軸ケーブルＡ １２ 中空同軸ケーブルＢ １３ 中空同軸ケーブルＣ １４ アンテナ １５ 内導体保持板 １６ 内導体Ａ １７ 外導体 ２０ 内導体Ｂ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の排気ガスを排出する排気管の途
   中に設けられた加熱室と、前記加熱室に給電するマイク
   ロ波エネルギを発生する高周波発振器と、前記加熱室に
   収納され前記高周波により発生する熱によって排気ガス
   中に含まれる有害物質を分解する浄化手段とを備え、マ
   イクロ波エネルギの供給を同軸ケーブルでおこなう構成
   とした内燃機関用排気ガス浄化装置。
2. 【請求項２】同軸ケーブルは誘電体入り同軸ケーブル部
   と、マニホールドとマフラーの間に結合され、先端にア
   ンテナを付けた耐高温製の内導体それを支える内導体保
   持板付き中空同軸ケーブルと、前記２つの同軸ケーブル
   を結合する内導体保持板付き中空同軸ケーブルよりなる
   請求項１記載の内燃機関用排気ガス浄化装置。
3. 【請求項３】誘電体入り同軸ケーブルの内導体を、マニ
   ホールドとマフラー間に結合された同軸ケーブルの内導
   体まで延長して接続した請求項２記載の内燃機関用排気
   ガス浄化装置。
4. 【請求項４】加熱室内の同軸ケーブルの外導体の先端は
   少なくとも９０°排気方向に向いている請求項２記載の
   内燃機関用排気ガス浄化装置。
5. 【請求項５】加熱室内の同軸ケーブルの内導体の先端に
   は耐高温材製のアンテナを備え、前記アンテナの先端
   を、排気ガス中に含まれる有害物質を分解する浄化手段
   に挿入した請求項１または請求項２記載の内燃機関用排
   気ガス浄化装置。