JPH05256124A

JPH05256124A - エンジン排気浄化システム

Info

Publication number: JPH05256124A
Application number: JP5480792A
Authority: JP
Inventors: Akio Honchi; 章夫本地; Toshio Ogawa; 敏雄小川; Osamu Kuroda; 黒田　　修; Hisao Yamashita; 寿生山下; Hiroshi Miyadera; 博宮寺; Takeshi Atago; 武士阿田子
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-03-13
Filing date: 1992-03-13
Publication date: 1993-10-05

Abstract

(57)【要約】【構成】エンジン停止時に大気から侵入する水分を吸着
剤が吸着しないように、水分除去器を設けた。また、吸
着剤が水分を吸着しないように保温した。【効果】大気の湿度に係わらず、常に安定した未燃炭化
水素吸着性能を得ることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車エンジンの排気
通路に排気浄化用触媒及び吸着剤を設けて、エンジン起
動直後に多量に排出する未燃炭化水素を一旦吸着させ、
大気に放出される未燃炭化水素量を低減させるエンジン
排気浄化システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車エンジンの排気を浄化するため
に、通常、その排気通路に触媒がもうけられている。し
かし、触媒は約３００℃以上の温度に達しないと有効に
動作しない。従って、エンジン起動直後の排気温度が低
い場合には、排気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（特開平
2−7532号，特開平2−135126号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】吸着剤を用いたシステ
ムについて鋭意検討した結果、吸着剤に既に水分が吸着
していると炭化水素吸着量が著しく減少することがわか
った。上記公報には、水分の影響については一切触れら
れておらず、本システムを実現するためには、エンジン
停止時に吸着剤に水分が吸着しないようにする必要があ
ることが明らかとなった。

【０００４】本発明の目的は、未燃炭化水素吸着前に、
吸着剤に水分が吸着しないシステムを提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】未燃炭化水素吸着の前、
すなわち、エンジン停止時に水分を吸着させないように
するための方法として、 (1）水分を含んだガス（空気）が吸着剤に到達すること
を抑制する。

【０００６】(2）吸着剤に来るガスから水分を除去す
る。

【０００７】(3）吸着剤が水を吸着しないようにする。

【０００８】ことが考えられる。水分を含んだガス(空
気)が吸着剤に来ることを抑制するには、吸着剤前後の
排気管にバルブを設けて、吸着剤を湿気を含んだ大気か
ら隔離すれば良い。しかし、エンジン運転中は排ガス温
度が高温(たとえば９００℃)になるため、機密性の良い
バルブを得ることが難しい。また、吸着剤に来るガスか
ら水分を除去する一つの方法として、吸着剤の前後に水
分吸収材を設けることも有効と考えられるが、その分吸
着剤が大きくなり、かつ、排ガスを圧損なく流通させる
ためには開口率の大きいハニカム状の構造のものを使用
せざるを得ず、完全に水分を除去するにはさらに大きい
水分吸収材を用いる必要がある。そこで、吸着剤に至る
ガスから水分を除去する別の方法として、吸着剤の前後
の排気管にバイパスを設け、そのバイパスにポンプと水
分除去器（乾燥剤、または冷凍器）を配置し、かつ吸着
剤の近傍に湿度センサを取り付けて、吸着剤近くの湿度
が高くなったときに、ポンプを作動させ高湿度ガスを吸
着剤に接触させて水分を除去する方法が考えられる。こ
の場合には、バイパスは排気管に比べて細いものを使用
でき、水分吸収材よりも小型化が可能である。水分除去
器として乾燥剤を使用する際には、エンジン運転中の高
温排ガスを乾燥剤に流通させて、乾燥剤を再生すれば良
い。

【０００９】また、排気管にバルブを設けて、吸着剤の
湿気を含んだ大気から隔離する場合、バルブの位置を排
気管の大気への出口近傍とエンジン吸気部に設ければ、
通常の耐熱性を有するバルブを使用することができる。

【００１０】さらに、吸着剤３が水を吸着しないように
する方法として、通常吸着剤に吸着した水分は１００℃
以上で脱離することから、吸着剤を常に（エンジン停止
後も含む）１００℃以上に保持しておけば、吸着剤に水
分が到達しても吸着剤には吸着されない。未燃炭化水素
の吸着は、さらに高温（約１６０℃）でも生じるので、
若干吸着剤の未燃炭化水素吸着能が低下すると思われる
が、加熱が有効となる。吸着剤を加熱、すなわち、１０
０℃以上に保持するため、次の三つが考えられる。

【００１１】(1）吸着剤を金属ハニカム上にコーティン
グして、通電により保温する。この場合、断熱性を高め
ておけば必要電力はわずかであり、一夜程度は１００℃
以上に保持可能である。また、エンジン始動前に数秒間
数百℃に加熱するだけでも効果が期待できる。

【００１２】(2）吸着剤の周りに、蓄熱剤を循環させ、
エンジン運転中に蓄えられた熱により、吸着剤温度が１
００℃以下に低下しないようにする。

【００１３】(3）吸着剤の周りに、化学反応により発熱
する物質（化学蓄熱剤）を配置し、吸着剤温度の低下を
防止する。

【００１４】

【作用】炭化水素吸着前に水分が吸着してしまうと、炭
化水素吸着量が大きく低下するため、これを抑制しなけ
ればならない。エンジン停止後自動車を放置しておく
と、排気管出口から湿った空気が拡散して吸着剤に至
り、炭化水素吸着能を低下させる。従って、上述したよ
うな方法により対処することが有効である。

【００１５】その一つとして、吸着剤の前後の排気管に
バイパスを設け、そのバイパスにポンプと水分除去器
（乾燥剤、または冷凍器）を配置し、かつ吸着剤の近傍
に湿度センサを取り付けて、吸着剤近くの湿度が高くな
ったときに、ポンプを作動させて水分を除去することが
できる。吸着剤の近傍の湿度が高くなるのは、外部から
湿った空気が拡散してくるためであり、雨天時には大気
中の湿度が非常に高くなり、湿気の拡散も早くなる。従
って、湿度センサにより、ポンプの運転を制御すること
が有効となる。また、湿度センサ及びポンプの作動用電
源に、太陽電池とバッテリを組み合わせて使用すれば、
エンジン停止中でもバッテリに負担をかけることなく本
システムを運転することが可能である。

【００１６】また別の方法として、吸着剤に水分が到達
しても吸着剤には吸着されない温度に、吸着剤を常に
（エンジン停止後も含む）保持しておくことが有効であ
る。この場合、吸着剤を１００℃以上に保持することに
なり、その熱源により三つの方法が考えられる。エネル
ギ的にみると、エンジン運転時の排ガスの熱を有効に蓄
えて、利用することが好ましいが、通電加熱もその利便
性の面から捨てがたいものがある。電気加熱は断熱さえ
効率良くできれば、使いやすい方法となる。たとえば、
エンジン運転中に、吸着剤から未燃炭化水素を脱離させ
る場合の加熱にも使用できる。

【００１７】

【実施例】

〈実施例１〉図１は本発明の一実施例のエンジン排気浄
化システムを示す図である。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１.７リットル）を配置し、その上流バイパス
１１に吸着剤３を取り付けた。吸着剤３は、塩化白金酸
により白金を０.５重量％担持した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
ージェライト製モノリス担体（容積１.７リットル、セ
ル数４００／in²）にコーティングすることにより製作
した。白金担持モルデナイトコーティング量は約１００
ｇ／リットルとした。コーティングは数回繰返し、コー
ティング毎に１２０℃で乾燥、５００℃で１時間焼成し
て作製した。

【００１８】排気通路２の吸着剤上流のエンジン排気室
近傍には、空気供給装置５より可変流量調整バルブ６を
介して空気を供給できるようにしてある。また、排気通
路２のバイパス分岐部には排気通路切り替えバルブ９
が、バイパス１１の吸着剤下流にはバルブ１０が設けら
れている。吸着剤３及び触媒４には温度センサ７及び８
が取り付けてあり、それぞれの信号が制御ユニット１６
に取り込まれ、これらの信号を基にして、供給空気量，
バルブの切り替えや開閉を制御できるようにしてある。
すなわち、エンジン始動直後の吸着剤，触媒の温度が低
いときには、排気通路切り替えバルブ９を、排ガスがバ
イパスを流れるように切り替えると同時にバルブ１０を
開ける。これにより未燃炭化水素は吸着剤３に吸着され
る。触媒４の温度が上昇して触媒が活性化したとき、排
気通路切り替えバルブ９が、排ガスが主通路を流れるよ
うに切り替えられ、排ガスは直接触媒４に流れる。その
後、適当な時期、たとえば排気通路切り替えバルブ９を
切り替えて数分後、再び排気通路切り替えバルブ９を調
節して、排ガスの一部がバイパス１１を流通するように
して吸着剤３の温度を上昇させて、吸着していた未燃炭
化水素を脱着させ、触媒４で浄化する。このとき、空気
供給装置５と可変流量調整バルブ６により、排ガス中に
空気を供給して、脱着した未燃炭化水素の触媒４での浄
化を効率良く行う。未燃炭化水素の脱着が完了すると、
排気通路切り替えバルブ９を再度、排ガスが主通路を流
れるようにし、バルブ１０を閉じる。エンジン停止時は
この状態で維持される。

【００１９】バイパス１１の吸着剤下流には、湿度セン
サ１５が設けられており、エンジン停止時にバイパス中
の湿度が高くなった際には、除湿器１３とポンプ１４が
配置された循環通路１２の中を残留排ガス（または空
気）が循環して、バイパス１１内を除湿する。除湿器１
３には、乾燥剤が充填されている。乾燥剤は、粒状のア
ルミナ（外径約３mm）が２００ｇ（体積約３００ｍｌ）
充填されている。また、循環量は約５００ｍｌ／分とし
た。

【００２０】本システムの有効性を確認するため、エン
ジンベンチによって、コールドスタート試験を実施し
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。その結果、雨天，晴天を含む天候の異なる場合に、
５０回繰り返し試験でも、本システムによる炭化水素の
浄化性能が低下しないことが明らかとなった。

【００２１】また、バイパス１１に設けられたポンプ１
４と湿度センサ１５の電源として、太陽電池と通常自動
車に搭載されるバッテリを組み合わせて使用した。太陽
電池は自動車の屋根に取り付けられる大きさのものを使
用した。その結果、バッテリの負担が軽減され、かつ良
好な排気浄化性能が得られた。

【００２２】〈実施例２〉実施例１と同様のシステム
で、除湿器１３に冷凍器を使用した。それ以外は実施例
１と同様である。循環通路１２を流れる排ガスは冷凍器
により約５℃に冷却され、水分を凝縮させて除去した。
この場合にも、実施例１と同様、良好な排気浄化性能が
得られた。

【００２３】〈実施例３〉図２は本発明の一実施例のエ
ンジン排気浄化システムを示す図である。実施例１と同
様のシステムで、バイパス１１に設けられた循環通路１
２，除湿器１３，ポンプ１４及び湿度センサ１５を取り
去り、新たに、排気通路２のマフラ２１の下流の排気通
路に気密性の良いバルブ２０、及び吸気管１７にも気密
性の良好なバルブ１９をエアクリーナ１８の手前に設け
た。バルブ１９及び２０は高温にさらされることが無い
ため、耐熱性は不要であり、高い気密性を有するバルブ
を使用できる。これらバルブ１９及び２０はエンジン停
止時のみ閉めるように制御した。その他の制御は実施例
１と同様である。これにより、エンジン停止時に大気が
排気通路２に侵入することが抑制でき、実施例１の結果
と同様に、良好な排気浄化性能が得られた。

【００２４】〈実施例４〉図３は本発明の一実施例のエ
ンジン排気浄化システムを示す図である。吸着剤３が電
源２２により通電加熱可能であり、エンジン停止後も吸
着剤３の温度を１００℃以上に保持するように作用す
る。吸着剤３はコージェライト製モノリス担体の変わり
にステンレス製のハニカムを用い、実施例１と同様にし
て、作製した。但し、容積は１.０リットルのものを用
いた。バルブ類及び空気供給装置の制御は実施例１と同
様である。これにより、バイパス１１に湿気を含んだ空
気が侵入してきても、吸着剤３には吸着せず、常に良好
な吸着特性を示した。その結果、良好な排気浄化性能が
得られた。

【００２５】また、同システムにより、エンジン停止時
には吸着剤には通電せず、エンジン始動１０秒前に吸着
剤３に通電を開始した。その結果、吸着剤温度は２００
℃まで達した。その後、エンジン始動と同時に通電を停
止した。従って、吸着剤温度は一旦１００℃まで低下
し、十分な、未燃炭化水素吸着能を有し、良好な排気浄
化性能が得られた。

【００２６】〈実施例５〉図４は本発明の一実施例のエ
ンジン排気浄化システムを示す図である。吸着剤３の周
りに蓄熱剤２３が配置され、吸着剤温度が高い間に蓄熱
剤２３に熱が蓄えられる。使用した吸着剤は実施例１と
同様にして作製した。吸着剤周りだけでは蓄熱剤の量が
不十分であるので、循環ポンプ２５を介してリザーバ２
４が接続してある。エンジン停止後には、吸着剤３の温
度を１００℃以上に維持できるよう、蓄熱剤をリザーバ
２４から循環ポンプ２５により循環させる。その結果、
良好な排気浄化性能が得られた。

【００２７】〈実施例６〉図５は本発明の一実施例のエ
ンジン排気浄化システムを示す図である。吸着剤３の周
りに化学蓄熱剤２６が配置されている。使用した吸着剤
は実施例１と同様にして作製した。化学蓄熱剤２６とし
ては、酸化カルシウム(ＣａＯ)を用い、昇温する場合に
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。吸着剤
温度が高いときには、水酸化カルシウムが酸化カルシウ
ムに戻るので、再び吸着剤の昇温に使用できる。エンジ
ン停止後に吸着剤温度が１００℃以下になると、給水ポ
ンプ２７により化学蓄熱剤２６に水が供給され、発熱反
応が生じて、吸着剤温度が上昇する。その結果、良好な
排気浄化性能が得られた。

【００２８】

【発明の効果】本発明により、エンジン停止中に吸着剤
に水分が吸着することを抑制できるので、エンジン始動
時に排出される未燃炭化水素を効率良く吸着することが
できるので、吸着剤が常に安定した性能を示すようにな
る。従って、自動車排ガス浄化性能が向上する。なお、
本発明は自動車への適用について述べたが、定置型エン
ジン機器システムにも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のエンジン排気浄化システム
の系統図。

【図２】実施例３のエンジン排気浄化システムの系統
図。

【図３】実施例４のエンジン排気浄化システムの系統
図。

【図４】実施例５のエンジン排気浄化システムの系統
図。

【図５】実施例６のエンジン排気浄化システムの系統
図。

【符号の説明】

１…エンジン、２…排気通路、３…吸着剤、４…三元触
媒、５…空気供給装置、６…空気流量調整バルブ、７…
温度センサ、８…温度センサ、９…排気通路切り替えバ
ルブ、１０…バルブ、１１…バイパス、１２…循環通
路、１３…除湿器、１４…ポンプ、１５…湿度センサ、
１６…制御ユニット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの排気通路に触媒及び吸着剤が配
置され、前記エンジンの起動時に排出される未燃炭化水
素を一旦前記吸着剤に吸着させて、前記エンジンから大
気に放出される未燃炭化水素量を低減するエンジン排気
浄化システムにおいて、前記エンジンの停止中に水分が
前記吸着剤に吸着することを抑制するため、前記吸着剤
近傍の排気通路に湿度センサが設けられ、前記湿度セン
サの信号を基にして前記吸着剤が収納されているケース
内を除湿することを特徴とするエンジン排気浄化システ
ム。
【請求項２】請求項１において、前記吸着剤が収納され
ているケース内を除湿する方法が、乾燥剤を通過した乾
燥空気を前記吸着剤に流通させるエンジン排気浄化シス
テム。
【請求項３】請求項２において、前記乾燥剤がアルミ
ナ，シリカ，シリカ／アルミナ，シリカゲルのうち少な
くとも一種を含むエンジン排気浄化システム。
【請求項４】請求項２において、前記乾燥剤を高温の排
ガスを流通させることにより再生する方法。
【請求項５】請求項１において、前記吸着剤が収納され
ているケース内を除湿するため、冷凍器により除湿され
た空気を前記吸着剤に流通させるエンジン排気浄化シス
テム。
【請求項６】エンジンの排気通路に触媒及び吸着剤が配
置され、前記エンジンの起動時に排出される未燃炭化水
素を、一旦、前記吸着剤に吸着させて、前記エンジンか
ら大気に放出される未燃炭化水素量を低減するエンジン
排気浄化システムにおいて、前記エンジンの停止中に水
分が前記吸着剤に吸着することを抑制するため、前記エ
ンジンが停止している間、前記吸着剤を水分が吸着しな
い温度に保持することを特徴とするエンジン排気浄化シ
ステム。
【請求項７】請求項６において、前記吸着剤を水分が吸
着しない温度に保持するため、通電による加熱であるエ
ンジン排気浄化システム。
【請求項８】請求項６において、前記吸着剤を水分が吸
着しない温度に保持するため、前記エンジンを運転中に
蓄えられた熱であるエンジン排気浄化システム。
【請求項９】請求項６において、前記吸着剤を水分が吸
着しない温度に保持する方法が、化学反応により生じた
反応熱であるエンジン排気浄化システム。
【請求項１０】請求項１において、前記湿度センサの運
転、及び前記吸着剤が収納されているケース内を除湿す
るための電力が太陽電池及び／あるいは二次電池により
供給されるエンジン排気浄化システム。
【請求項１１】エンジンの排気通路に触媒及び吸着剤が
配置され、前記エンジンの起動時に排出される未燃炭化
水素を一旦前記吸着剤に吸着させて、前記エンジンから
大気に放出される未燃炭化水素量を低減するエンジン排
気浄化システムにおいて、前記エンジンの停止中に水分
が前記吸着剤に吸着することを抑制するため、前記排気
通路の大気への出口、並びにエンジンの吸気部にバルブ
が設けられており、前記吸着剤を含む空間が大気の侵入
に対して遮蔽されていることを特徴とするエンジン排気
浄化システム。
【請求項１２】請求項１または６のエンジン排気浄化シ
ステムを備えた自動車。