JPH0565819A - エンジン排気浄化システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジン起動時に大量に排出される炭化水素
をプリ触媒の上流側で一時捕捉するエンジン排気浄化シ
ステムを提供する。 【構成】 プリ触媒の上流側の排気通路に排気に衝突す
る衝突板と、その衝突板の下に衝突板により補足される
水分を保持する凹部を設け、排気中に生じた液状水分を
一時的に保持できるように構成した。 【効果】 プリ触媒に液状水分が付着することが抑制さ
れ、プリ触媒温度が速やかに上昇し、エンジン起動直後
から高い炭化水素浄化率を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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主触媒の排気上流側にプリ触媒を
設けることによって、エンジン起動直後に多量に排出さ
れる未燃炭化水素を除去するようにしたエンジン排気浄
化システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの排気ガスを浄化するために、
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しな
い。従って、エンジン起動直後、すなわち排気ガス温度
が低い場合には、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、触媒ができ
るだけ早く動作温度に達するように、主触媒の排気上流
側、すなわちエンジンに近い排気通路にプリ触媒を設
け、エンジン起動直後に排出される未燃炭化水素をプリ
触媒で浄化する方法が提案されている（特開昭５５−１
３４７１１号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】エンジンに近い排気通
路にプリ触媒を設けることによって、エンジン起動直後
に排出される多量の未燃炭化水素の浄化効率は向上する
が、今後予想されるさらに厳しい排ガス規制に対応する
ためには、より一層浄化効率の向上を図る必要がある。
そのため、プリ触媒の温度上昇を詳細に検討した結果、
排気温度の上昇速度に比較して、プリ触媒の温度上昇速
度が非常に遅いことがわかった。その原因について鋭意
検討を進めた結果、排気中に含まれる液状の水がプリ触
媒に捕らえられ、この水が気化するための熱（蒸発潜
熱）が触媒から奪われるためであるという結論に達し
た。

【０００４】そこで、本発明は、プリ触媒に液状の水が
入ることを一時的に抑制して、プリ触媒の昇温速度を上
げることによって、エンジン起動直後に多量に排出され
る未燃炭化水素の浄化効率を向上できるエンジン排気浄
化システムを提供することを目的とした。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のエンジン排気浄化システムは、エンジンの
排気通路の水平部位に排気浄化用主触媒が配置され、そ
の主触媒の上流側にプリ触媒が配置されたエンジン排気
浄化システムにおいて、プリ触媒の上流側に排気と衝突
する衝突板を設け、さらにその衝突板の下または下流側
にあたる排気通路の底面に凹部を形成したことを特徴と
している。

【０００６】この衝突板は、排気流れ方向に対する該衝
突板の面の傾きを調整可能にして、排気通路に設置し、
そしてエンジンの冷機時には排気流れ方向に対して角度
を付け、暖機時には排気流れと平行に調整する。

【０００７】また、上記目的を達成するために、本発明
の別のエンジン排気浄化システムは、エンジンの排気通
路の水平部位に排気浄化用主触媒が配置され、その主触
媒の上流側にプリ触媒が配置されたエンジン排気浄化シ
ステムにおいて、エンジンから下方に延び前記水平部位
へと屈曲する排気通路の屈曲部の底面に凹部を形成した
ことを特徴としている。

【０００８】さらに、本発明のそれぞれのエンジン排気
浄化システムにおいて、凹部に多孔質材料を装填するこ
とが好ましい。

【０００９】

【作用】エンジンの排気通路に設けられた主触媒の機能
を補助することを目的として、主触媒の排気上流側の、
エンジンに近いところにプリ触媒を配置して、エンジン
起動時からの排気温度の分布、触媒温度、並びに排気浄
化率（特に未燃炭化水素）を調べた。その結果、プリ触
媒入口の排気温度は直ちに３００℃近くに達するのに対
し、プリ触媒温度及びプリ触媒出口排気温度が３００℃
まで上昇するためには時間を要することが明らかとなっ
た。その原因を調べたところ、排気に含まれている液状
の水がプリ触媒に付着し、この水が排気の熱を奪って蒸
発するためであることがわかった。エンジン起動時は排
気通路温度も低く、排気通路内壁で排気が冷却されて、
水蒸気が凝縮し、水滴がプリ触媒に付着すると考えられ
た。そこで、排気通路の内壁近傍にて生じた水滴を一時
的に捕捉し、プリ触媒に付着しないようにすることを試
みた。

【００１０】その方法として、プリ触媒上流側排気通路
に、水分を保持するための凹部を設けた。液状水は、特
に排気が冷される排気通路内壁付近で発生するが、一部
は微小な液滴となって排気により運ばれる。そこで、排
気中の水分を効率よく捕捉するために、凹部の上部ある
いは上流側に衝突板を設け、液状水を衝突板に付着させ
て凹部に落下させるようにした。また、排気管はエンジ
ンから触媒に達するまでの間に屈曲点があり、そこでは
排気管の内壁が衝突板と同様の働きをすると考えられた
ので、凹部を排気通路の屈曲点に設けることにより、効
率よく液状水を捕捉できるようにした。さらに、捕捉し
た液状水の保持力を高めるために、凹部に多孔質材料を
配置した。排気通路に衝突板を設けた場合、圧力損失が
大きくなり、これがエンジンの動力性能の低下をもたら
すと考えられるので、エンジン起動時の冷機時のみ、衝
突板と排気流れの間に角度をもたせて、有効に液状水を
捕捉し、暖機後は衝突板と排気流れが平行になるよう
に、外部から衝突板の角度を制御できる構造とした。

【００１１】このような構造により、排気通路が十分に
暖まっていない状態では、生じた水滴は排気通路に設け
られた凹部に一時的に捕捉及び保持され、排気通路温度
が上昇するにしたがって、保持された水滴が蒸発する。
この時排気温度はすでに十分高いため、水滴の蒸発によ
り排気が冷却されても触媒温度が十分に高いため、活性
化温度以下になることはない。また、凹部に保持された
水分の一部が排気流に伴い水滴としてプリ触媒に入る
が、それを蒸発させるのに必要な熱量が小さいため、プ
リ触媒及びプリ触媒出口排気の温度がわずかに低下する
だけである。以上のことから、プリ触媒の上流側に凹部
を設けることにより、プリ触媒の昇温が速く、すばやく
触媒活性化温度に達するので、エンジン起動直後に排出
される未燃炭化水素の浄化率が大幅に向上する。

【００１２】

【実施例】以下本発明の実施例を図１〜図５により説明
する。

【００１３】〈実施例１〉図１は本発明による実施例１
のエンジン排気浄化システムの構成図である。図１に示
すように、ガソリンエンジン１の排気通路２に、通常自
動車に用いられる三元触媒３（容積1.0リットル）を配
置し、その上流側にプリ触媒４（容積0.3リットル)を設
けた。プリ触媒には酸化触媒を使用した。プリ触媒の上
流側には、水分を保持するための凹部５を配置した。ま
た、凹部の上部には衝突板６を設けた。凹部及び衝突板
の構造を図２に示す。衝突板６はステンレス板６ａの３
枚から構成され、排気通路２の外部からレバー６ｂによ
り衝突板６の角度を変えることができる。すなわち、エ
ンジン始動直後は、衝突板６の角度が、図２及び図３に
示すように、排気流に衝突するように傾斜して維持さ
れ、プリ触媒の温度が十分に高くなった時点（たとえば
500℃以上)で、衝突板６を排気流と平行にする。

【００１４】〈実施例２〉排気通路はエンジンから降下
し、それから屈曲して水平方向へと方向を転じる。この
排気通路２の屈曲点に、水分を保持するための凹部５を
設けた。この実施例では前記実施例１の衝突板及びその
下の凹部は設けなかった。その他触媒に関しては実施例
１と同じである。この実施例２の構成を図４に示す。

【００１５】〈実施例３〉本実施例は、実施例１のエン
ジン排気浄化システムに加えるに、水分を保持するため
に形成した凹部５に多孔質セラミックスを入れたもので
ある。多孔質セラミックスとしては、アルミナクロスを
重ねて使用した。アルミナクロスは、縦糸及び横糸がい
ずれも11本/25mmの平織品で厚さが0.7mmのものを用い
た。これを重ねて凹部に配置した。

【００１６】〈比較例１〉比較例としたシステムは、実
施例１から水分を保持するための凹部５及び衝突板６を
取り外したものである。

【００１７】〈排気浄化試験〉実施例１、２及び３、並
びに比較例１に示したエンジン排気浄化システムの排気
浄化性能を調べるため、エンジンベンチにより、コ−ル
ドスタ−ト試験を実施した。すなわち、停止後12時間以
上を経たエンジンを用いて、始動、アイドル、加速、60
km/h走行を行い、排出される未燃炭化水素を分析した。
試験中に放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浄化性能を評価し
た。排気浄化試験の結果を図５に示す。図の縦軸は比較
例１の場合に放出された全未燃炭化水素量を１としたと
きの値である。この図から明らかなように、プリ触媒の
上流側に水分保持用の凹部を設けることにより、触媒で
の浄化効率が向上し、放出される未燃炭化水素量が低減
される。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、エンジン排気浄化シス
テムの排気通路でプリ触媒の上流側に凹部を形成し、エ
ンジン起動時に排気中に凝縮した液状水分をプリ触媒前
で一時的に捕捉し、凹部中に保持することにより、プリ
触媒の温度が早く活性化温度に達するので、起動時に大
量に排出される炭化水素の浄化効率を向上させることが
できる。

【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
の構成を示す図である。

【図２】排気通路に設けた凹部と衝突板の構造を示す図
である。

【図３】図２の III−III 断面図である。

【図４】本発明の実施例２のエンジン排気浄化システム
の構成を示す図である。

【図５】エンジン排気浄化システムの未燃炭化水素浄化
性能を示す図である。

【符号の説明】

１ エンジン ２ 排気通路 ３ 三元触媒 ４ プリ触媒 ５ 凹部 ６ 衝突板 ６ａ ステンレス板 ６ｂ レバー

フロントページの続き (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 松尾 宣雄 広島県呉市宝町６番９号 バブコツク日立 株式会社呉工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの排気通路の水平部位に排気浄
   化用主触媒が配置され、該主触媒の上流側にプリ触媒が
   配置されたエンジン排気浄化システムにおいて、前記プ
   リ触媒の上流側に排気と衝突する衝突板を設け、さらに
   該衝突板の下または下流側にあたる排気通路の底面に凹
   部を形成したことを特徴とするエンジン排気浄化システ
   ム。
2. 【請求項２】 前記衝突板は、排気流れ方向に対する該
   衝突板の面の傾きを調整可能に、前記排気通路に設置し
   たことを特徴とするエンジン排気浄化システム。
3. 【請求項３】前記衝突板は前記エンジンの冷機時には排
   気流れ方向に対して角度を付け、暖機時には排気流れと
   平行に調整することを特徴とする請求項２記載のエンジ
   ン排気浄化システム。
4. 【請求項４】 エンジンの排気通路の水平部位に排気浄
   化用主触媒が配置され、該主触媒の上流側にプリ触媒が
   配置されたエンジン排気浄化システムにおいて、前記エ
   ンジンから下方に延び前記水平部位へと屈曲する前記排
   気通路の屈曲部の底面に凹部を形成したことを特徴とす
   るエンジン排気浄化システム。
5. 【請求項５】 前記凹部に多孔質材料を装填したことを
   特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエンジン排
   気浄化システム。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載のエンジ
   ン排気浄化システムを備えたことを特徴とする自動車。