JPH08284646A

JPH08284646A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JPH08284646A
Application number: JP7090832A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Hayashi; 孝太郎林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-04-17
Filing date: 1995-04-17
Publication date: 1996-10-29
Anticipated expiration: 2017-07-22
Also published as: JP3304678B2

Abstract

(57)【要約】【目的】排気浄化触媒の昇温の遅れによる排気性状の
悪化を防止する。【構成】排気通路２１に活性化温度以上で排気浄化能
力を発揮する排気浄化触媒１を設けるともに、排気浄化
触媒上流側の排気通路に低温で排気中のＨＣ成分を吸着
し、高温で吸着したＨＣ成分を放出するＨＣ吸着剤３を
配置する。また、下流側の排気浄化触媒１の熱容量を上
流側ＨＣ吸着剤３の熱容量より小さく設定し下流側排気
浄化触媒１が上流側ＨＣ吸着剤３に較べて早く昇温する
ようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気浄化装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気通路に配置した排気浄化
触媒を用いて、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_X等の有害成
分を浄化する排気浄化装置が一般に知られている。排気
浄化触媒は、一般に特定の活性化温度以上にならない
と、排気浄化能力を発揮しないため、触媒温度が低いと
きには排気中の有害成分が触媒を通過して大気に放出さ
れるおそれがある。そこで、排気通路の排気浄化触媒の
上流側に、低温で排気中のＨＣ成分を吸着し、高温で吸
着したＨＣ成分を放出するＨＣ吸着剤を配置して低温時
のＨＣ成分の大気放出を防止するようにした排気浄化装
置が考案されている。これらの装置では、機関始動時
等、排気温度が低く排気浄化触媒が活性化温度に到達し
ていない場合には排気浄化触媒上流側のＨＣ吸着剤で排
気中のＨＣ成分を吸着し、低温時のＨＣの大気放出を防
止するとともに、排気温度が上昇して排気浄化触媒が活
性化温度に到達した後は排気中のＨＣ成分とＨＣ吸着剤
から放出されるＨＣ成分との両方を下流側の排気浄化触
媒で浄化するようにしている。

【０００３】この種の排気浄化装置としては、例えば実
開平４−１６１７号公報に記載されたものがある。同公
報の排気浄化装置は、酸化雰囲気下でＨＣ成分を消費し
てＮＯ_Xを選択的に浄化するＮＯ_X浄化触媒を排気通路
に配置し、その上流側の排気通路にＨＣ吸着剤を配置す
るとともに排気中にＨＣが多い運転領域ではＨＣ吸着剤
にＨＣを吸着させ、排気中にＨＣが少ない運転領域では
ＨＣ吸着剤からＨＣを放出させる制御手段を設けたもの
である。同公報の装置では、例えば機関始動直後等の排
気温度が低く、かつ排気中のＨＣ成分が比較的多くなる
ような領域ではＨＣ吸着剤にＨＣを吸着させ、機関排気
温度が高く排気中のＨＣ成分が比較的少なくなるような
運転領域ではＨＣ吸着剤から吸着したＨＣを放出させる
ようにしている。

【０００４】機関始動直後等の排気温度が低い領域では
ＮＯ_X浄化触媒が活性化温度に到達しておらず、排気中
のＨＣ成分を消費してＮＯ_Xを浄化できないためＮＯ_X
浄化触媒にＨＣ成分を供給しても触媒で消費されずに触
媒を通過してしまう可能性がある。また、ＮＯ_X浄化触
媒が活性化温度に到達しても排気中のＨＣ成分の量が少
ないと十分にＮＯ_Xを浄化することができない。そこ
で、同公報の装置では、排気温度が低く触媒が活性化温
度に到達していないときに排気中のＨＣ成分をＨＣ吸着
剤に吸着するとともに、排気温度が高く触媒が活性化温
度に到達したときに吸着したＨＣをＨＣ吸着剤から放出
させることにより、低温におけるＨＣの大気放出を防止
しながら、高温におけるＮＯ_Xの浄化効率を向上させて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記実開平
４−１６１７号公報の装置のように排気浄化触媒の上流
側にＨＣ吸着剤を配置し、ＨＣ吸着剤を通過した排気を
排気浄化触媒に流入させるようにした場合には、排気浄
化触媒の温度上昇が遅くなり機関始動後排気浄化触媒が
活性化温度に到達するのに時間を要する問題がある。

【０００６】例えば、排気浄化触媒は機関冷間始動時に
は低温になっており、機関始動後に通過する排気により
加熱されて触媒活性化温度に到達するが、上記のように
機関からの排気がまずＨＣ吸着剤を通過した後に排気浄
化触媒に流入するようにすると、上流側のＨＣ吸着剤を
通過する際に排気の熱がＨＣ吸着剤に奪われてしまい、
排気浄化触媒に流入する排気の温度が低くなってしま
う。従って、下流側の排気浄化触媒の温度上昇が遅くな
り、機関始動後に活性化温度に到達するのが遅れ、機関
始動後排気浄化作用が開始されるまでに時間を要するよ
うになる。このため、この間排気浄化が十分に行われず
排気性状が悪化する問題が生じる。

【０００７】また、ディーゼルエンジン等の排気温度が
比較的低い機関に使用した場合、加速時等で排気温度が
上昇した場合でも、同じ理由から下流側の排気浄化触媒
の温度上昇が遅れるため、加速時に速やかに排気浄化触
媒の排気浄化作用が開始されず、加速時の排気浄化が不
十分になる問題が生じる。本発明は上記問題を解決し、
排気浄化触媒上流側にＨＣ吸着剤を配置して触媒が活性
化温度に到達するまで排気中のＨＣを吸着させる際に、
下流側の排気浄化触媒の活性化温度到達の遅れのために
未浄化のＨＣ成分が大気に放出されることを防止するこ
とが可能な排気浄化装置を提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、内燃機関の排気通路に配置した、所定の温度以
上のときに流入する排気中の少なくとも炭化水素成分を
浄化する排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の上流側排気
通路に配置した、流入する排気中の炭化水素を吸着する
ＨＣ吸着剤と、を備えた内燃機関の排気浄化装置におい
て、前記下流側の排気浄化触媒の熱容量を、前記上流側
のＨＣ吸着剤の熱容量に比較して小さく設定したことを
特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。

【０００９】請求項２に記載の発明によれば、内燃機関
の排気通路に配置した、所定の温度以上のときに流入す
る排気中の少なくとも炭化水素成分を浄化する排気浄化
触媒と、該排気浄化触媒の上流側排気通路に配置した、
流入する排気中の炭化水素を吸着するＨＣ吸着剤と、を
備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記ＨＣ吸着
剤の単位体積当たりの熱容量を前記排気通路軸線に直角
な方向に変化させ、ＨＣ吸着剤を通過する排気流速の熱
容量が大きい部分での平均値より熱容量が小さい部分で
の平均値が大きくなるように設定したことを特徴とする
内燃機関の排気浄化装置が提供される。

【００１０】請求項３に記載の発明によれば、内燃機関
の排気通路に配置した、所定の温度以上のときに流入す
る排気中の少なくとも炭化水素成分を浄化する排気浄化
触媒と、該排気浄化触媒の上流側排気通路に配置した、
流入する排気中の炭化水素を吸着するＨＣ吸着剤と、を
備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記排気浄化
触媒の一部に、受けた排気の熱を触媒の他の部分に伝達
する受熱部を形成するとともに、該受熱部の位置を、前
記ＨＣ吸着剤の前記受熱部の直上流に位置する部分を通
過する排気の平均流速が、前記ＨＣ吸着剤の前記受熱部
の直上流以外の部分を通過する排気の平均流速より大き
くなる位置に設定したことを特徴とする内燃機関の排気
浄化装置が提供される。

【００１１】請求項４に記載の発明によれば、内燃機関
の排気通路に配置した、所定の活性化温度以上のときに
流入する排気中のＮＯ_X成分を浄化する排気浄化触媒
と、該排気浄化触媒の上流側排気通路に配置した、所定
の放出温度以下のときに流入する排気中の炭化水素を吸
着し、前記放出温度以上のときに吸着した炭化水素を放
出するＨＣ吸着剤と、を備えた内燃機関の排気浄化装置
において、前記排気浄化触媒の活性化温度と前記ＨＣ吸
着剤の放出温度とをほぼ等しく設定したことを特徴とす
る内燃機関の排気浄化装置が提供される。

【００１２】

【作用】請求項１の排気浄化装置では、下流側の排気浄
化触媒の熱容量は上流側のＨＣ吸着剤の熱容量に比較し
て小さくなるように設定されているため、排気温度が低
く触媒温度と排気温度との差が小さい場合（すなわち、
排気から触媒に与えられる熱量が小さい場合）でも排気
浄化触媒の温度上昇速度が大きくなる。このため、下流
側の排気浄化触媒は、上流側のＨＣ吸着剤を通過した比
較的低温の排気によっても早期に温度が上昇する。

【００１３】また、請求項２の排気浄化装置ではＨＣ吸
着剤の単位体積当たりの熱容量は排気通路軸線に直角な
方向に変化しており、ＨＣ吸着剤を通過する排気の流速
の平均値が、熱容量の大きい部分では小さく、熱容量の
小さい部分では大きくなるように設定してある。このた
め、ＨＣ吸着剤の熱容量の小さい部分を通過する排気流
量は熱容量の大きい部分を通過する排気流量より多くな
る。ＨＣ吸着剤の熱容量が小さい部分では吸着剤温度が
速やかに上昇し、熱容量の小さい部分を通過する排気の
温度低下は少なくなるため、これによりＨＣ吸着剤で熱
を奪われずに高温のまま下流側の排気浄化触媒に到達す
る排気の量が増大する。

【００１４】請求項３の排気浄化装置では、下流側排気
浄化触媒に排気の熱を伝達する受熱部が、ＨＣ吸着剤を
通過する排気の平均流速が大きくなる部分の直下流側に
配置されているため、受熱部に接触する排気流量が他の
部分より大きくなり受熱部から排気浄化触媒に伝達され
る熱量が増大する。請求項４の排気浄化装置では、上流
側のＨＣ吸着剤が炭化水素の放出を開始する温度と下流
側の排気浄化触媒が排気浄化作用を発揮する触媒活性化
温度とがほぼ等しくなるようにされているため、下流側
触媒で排気浄化作用が開始される温度より低い温度では
上流側ＨＣ吸着剤から炭化水素が放出されない。

【００１５】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例につい
て説明する。図１は、本発明の排気浄化装置の１実施例
を示す断面図である。図１において、１０でその全体を
示す排気浄化装置は、ハウジング１１とその中に収容さ
れた排気浄化触媒１とＨＣ吸着剤３とを備えている。排
気浄化装置１０はハウジング１１のフランジ１１ａを介
してディーゼルエンジン等の内燃機関２０の排気通路２
１に接続されている。図１に示すように、ハウジング１
１は排気流れ方向から見てＨＣ吸着剤３が排気浄化触媒
１の上流側に位置するように排気通路２１に接続されて
おり、機関２０の排気は、まずＨＣ吸着剤３を通過した
後に排気浄化触媒１を通過するようにされている。

【００１６】ＨＣ吸着剤３は、シリカを主成分とする多
孔質吸着剤（例えばＳｉＯ₄の層状結晶間にＳｉＯ₂を
担持させたもの）やゼオライト等の多孔質材料等を、多
数の細い軸線方向流路（セル）を有する円筒状に形成し
たものであり、通常の排気浄化触媒に使用されるモノリ
ス担体と略同一の形状を有している。また、ＨＣ吸着剤
３としては、通常のコージェライト等のモノリス触媒担
体のセル壁面にアルミナ、シリカ等の無機多孔質材料を
担持させたものも使用可能である。また、排気中のＨＣ
成分を吸着することのできる触媒（例えば触媒担体に触
媒成分とともにゼオライト、アルミナ、シリカ、チタニ
ア等を担持させたもの）をＨＣ吸着剤として使用しても
良い。

【００１７】ＨＣ吸着剤３は、吸着剤温度が低いときに
流入する排気中のＨＣ成分を多孔質の細孔内に吸着し、
吸着剤温度が高いときに吸着したＨＣ成分を放出するＨ
Ｃの吸放出作用を行う。ＨＣ吸着剤３はシール１３を介
してハウジング１１内面に固定されており、吸着剤３外
周とハウジング１１内面との間から下流側に排気が洩れ
ることを防止している。

【００１８】また、本実施例ではＨＣ吸着剤３下流側に
配置される排気浄化触媒１としては、例えばゼオライト
ＺＳＭ−５にＦｅ、Ｃｕ等の金属をイオン交換して担持
させたＮＯ_X選択還元触媒、或いはモルデナイト等のゼ
オライトに白金Ｐｔ等の貴金属を担持させたＮＯ_X選択
還元触媒が用いられる。このＮＯ_X選択還元触媒は、酸
化雰囲気（排気空燃比がリーン空燃比のとき）下でＨ
Ｃ、ＣＯ成分を単独で浄化可能であるとともに、酸化雰
囲気下でも適量なＨＣ成分の存在下で排気中のＮＯ_X成
分を選択的に還元浄化可能なＮＯ_Xの選択還元作用を有
する。排気浄化触媒１は保温材１５を介してハウジング
１１内周面に固定されており、排気浄化触媒１からハウ
ジング１１への熱伝達が生じることう防止している。

【００１９】排気浄化触媒１は温度により排気浄化能力
が変化し、触媒の活性化温度以下では排気浄化能力が著
しく低下する。図２は排気浄化触媒１のＨＣ、ＣＯ成分
の浄化率の温度変化の一例を示す図である。図２に示す
ように、ＨＣ、ＣＯの浄化率は特定の活性化温度（図２
では２００度Ｃ程度）以下では急激に低下する。また、
後述するように、ＮＯ_Xの浄化率は或る狭い温度範囲で
のみ発揮され、この温度範囲（ＮＯ_X浄化温度ウィンド
ウと言う）より低温側でも高温側でもＮＯ_X浄化率は著
しく低下する。図２は排気浄化触媒１の活性化温度が２
００度Ｃ付近にある場合を示しているが、この活性化温
度は排気浄化触媒の材質、形状等を変えることによりあ
る程度の範囲で任意に設定することが可能である。

【００２０】図１で説明したように、本実施例では内燃
機関２０としてディーゼルエンジンが使用されているた
め、排気温度はガソリン機関より全般的に低く、低負荷
運転時等では排気浄化触媒１が活性化温度に到達してお
らず触媒による排気浄化作用が得られない場合がある。
このため、排気浄化触媒１のみでは機関排気温度が低い
場合の排気中のＨＣ成分が浄化されず大気に放出される
おそれが生じる。

【００２１】そこで、本実施例では排気浄化触媒１の上
流側にＨＣ吸着剤３を配置することにより低温時のＨＣ
成分の大気放出を防止している。前述のように、ＨＣ吸
着剤３は低温時に排気中のＨＣ成分を吸着し、高温時に
吸着したＨＣ成分を放出するＨＣ成分の吸放出作用を行
う。このため、機関の排気温度が低い状態では排気中の
ＨＣ成分は上流側のＨＣ吸着剤３に吸着され下流側に流
出せず、低温時のＨＣ成分の大気放出が防止される。一
方、排気温度が高くなるとＨＣ吸着剤３は吸着したＨＣ
を放出するようになるが、排気温度の上昇とともに下流
側の排気浄化触媒１温度も上昇し、ＨＣ、ＣＯ成分の浄
化作用が生じるため、ＨＣ吸着剤３から放出されたＨＣ
成分と機関から排出されたＨＣ、ＣＯ成分とは排気浄化
触媒１により浄化され、大気への放出が生じない。

【００２２】ところが、このように排気浄化触媒１上流
側にＨＣ吸着剤３を配置したため、別の問題が生じる場
合がある。すなわち、機関２０からの排気はまずＨＣ吸
着剤３を通過してから排気浄化触媒１に到達することに
なるため、機関の冷間始動時等でＨＣ吸着剤３、排気浄
化触媒１の両方が低温になっている場合、上流側のＨＣ
吸着剤３を通過する際に排気温度が低下してしまい、下
流側の排気浄化触媒１の温度上昇がおくれる問題が生じ
るのである。

【００２３】本実施例では、下流側の排気浄化触媒の熱
容量を上流側のＨＣ吸着剤の熱容量より小さく設定する
ことによりこの問題を解決している。下流側の排気浄化
触媒に到達する排気温度が低い場合、触媒と排気温度と
の差が小さくなり排気から触媒に与えられる熱量が小さ
くなるため、触媒熱容量が大きいと触媒温度上昇が遅く
なるが、触媒の熱容量を小さく設定したことにより排気
から触媒に与えられる熱量が小さい場合でも触媒の温度
は速やかに上昇するようになるため、触媒の温度上昇の
遅れが防止される。

【００２４】図３(A) は、本実施例の上流側ＨＣ吸着剤
の軸線に直角な断面を示す拡大図である。前述のように
ＨＣ吸着剤３は通常使用されるモノリス触媒担体と同様
な構造を有し、コージェライト、ゼオライト等の単位体
積当たりの熱容量が比較的大きい材質中に図３(A) に３
１で示すような軸線方向の流路（セル）を多数形成した
構造となっている。

【００２５】一方、図３(B) は、本実施例の下流側排気
浄化触媒の軸線に直角な断面を示す拡大図である。本実
施例では、排気浄化触媒１は、単位体積当たりの熱容量
が比較的小さい金属を担体として使用し、この金属担体
中にハニカム状のセル３２を形成するとともに、セル壁
面にゼオライト等の触媒担持成分の層を形成した構成と
なっている。

【００２６】図３(A) 、(B) を比較すると明らかなよう
に、本実施例では下流側排気浄化触媒１のセル３２間の
隔壁３２ａの厚さは上流側ＨＣ吸着剤３のセル３１間の
隔壁３１ａの厚さに較べて非常に薄くなっているので、
下流側排気浄化触媒１では担体部分の体積は小さく、上
流側ＨＣ吸着剤３では担体部分の体積が大きくなってい
る。このため、全体として下流側排気浄化触媒１の熱容
量は上流側ＨＣ吸着剤３の熱容量より大幅に小さくなっ
ている。

【００２７】また、上述のように、上流側ＨＣ吸着剤３
のセル３１は流路面積が大きく且つ壁が厚く、下流側排
気浄化触媒のセル３２の流路面積は小さく且つ壁が薄い
ため、排気流れ方向の単位面積当たりのセル数は上流側
ＨＣ吸着剤３では下流側排気浄化触媒１より大幅に少な
くなる。このことは、排気と接触するセル壁面面積の合
計が上流側ＨＣ吸着剤３では小さく下流側排気浄化触媒
１では大きくなることを意味している。これにより、上
流側ＨＣ吸着剤３で排気からセル壁面へ与えられる熱量
が少なくなり上流側ＨＣ吸着剤３通過の際の排気温度の
低下が少なくなる。

【００２８】従って、本実施例では下流側排気浄化触媒
１の熱容量は小さく、しかも下流側排気浄化触媒１に到
達するまでの排気温度の低下も比較的少なくなるため、
下流側排気浄化触媒１の温度は速やかに上昇する。ま
た、本実施例では図１に示すように、上流側ＨＣ吸着剤
３と下流側排気浄化触媒１とは僅かな間隙４をを隔てて
配置するとともに、下流側排気浄化触媒１外周とハウジ
ング１１内周との間には保温材１５を介挿している。こ
れにより、下流側排気浄化触媒１が活性化温度に到達し
てＨＣ、ＣＯの酸化反応が開始された後、上流側ＨＣ吸
着剤３やハウジング１１との直接接触を通した熱伝達に
より下流側排気浄化触媒１からの熱放散が生じることが
防止され、下流側排気浄化触媒１の温度を高い状態に保
持することが可能となる。

【００２９】ところで、前述したように排気浄化触媒１
が排気中のＨＣ、ＣＯ成分のみならずＮＯ_X成分をも浄
化するようにするためには、排気浄化触媒１の温度が活
性化温度以上になっているだけでなく、比較的狭い温度
範囲（ＮＯ_X浄化温度ウィンドウ）に入っている必要が
ある。図４は排気浄化触媒１のＮＯ_X浄化率の温度によ
る変化の一例を示す図である。図４に示すように、排気
浄化触媒１のＮＯ_X浄化率は比較的狭い温度範囲（図４
では２００から２５０度Ｃ程度）内でのみ発揮され、こ
の範囲から外れるとＮＯ_Xの浄化を十分に行うことがで
きなくなる。

【００３０】ところが、排気温度は機関運転状態により
大きく変動するため加速、減速を繰り返すような運転状
態では排気浄化触媒１がＮＯ_X浄化温度ウィンドウ内に
ある時間が少なくなり全体としてＮＯ_Xの浄化率が低く
なる問題がある。しかし、本実施例では、排気浄化触媒
１上流側に比較的熱容量の大きいＨＣ吸着剤３を配置し
ているため機関運転状態により排気温度が変動するよう
な場合でも下流側の排気浄化触媒１に到達する排気の温
度変動が緩和される。

【００３１】図５は、本実施例における排気浄化装置１
０に流入する機関排気温度の変化と、実際に下流側排気
浄化触媒１に到達する排気温度の変化とを説明する図で
ある。図５において実線Ｔ₁は装置１０入口での排気温
度を、破線Ｔ₂は排気浄化触媒１に到達する排気温度を
示す。排気浄化触媒１上流側にＨＣ吸着剤３を配置する
ことにより、例えば図５に示すように加速、減速を繰り
返すような運転を行い機関排気温度Ｔ₁が大きく変動し
たような場合でも、排気浄化触媒１に到達する排気の温
度Ｔ₂の変動は少なくなる。すなわち、Ｔ₁がＮＯ_X浄
化温度ウィンドウを越えて変動するような場合でも、排
気浄化触媒１温度がウィンドウ内に留まる機会（図５、
斜線部分）が多くなるため、全体としてＮＯ_Xの浄化率
を向上させることが可能となる。さらに、加速時等に一
時的に排気温度が高くなり、触媒でサルフェートが生成
される温度以上になるような場合でも、排気浄化触媒１
に到達する排気の温度上昇は上流側のＨＣ吸着剤３で緩
和されるため、触媒でのサルフェート発生を抑制するこ
とが可能なる。

【００３２】また、ＨＣ吸着材３はある温度を越えると
吸着したＨＣを放出するようになるが、このＨＣ放出温
度は吸着材の材質、形状を変更することによりある程度
変更することが可能である。また、排気浄化触媒１のＮ
Ｏ_X浄化温度ウィンドウもウィンドウの幅を拡げること
は困難であるが、同様に材質、形状の変更によりウィン
ドウ位置をある程度高温側または低温側に移動させるこ
とは可能である。

【００３３】そこで、本実施例では上流側のＨＣ吸着剤
３のＨＣ放出温度と下流側の排気浄化触媒１のＮＯ_X浄
化温度ウィンドウの下限値（図４では２００度Ｃ）が一
致するようにＨＣ吸着剤と排気浄化触媒との材質、形状
を調整してある。このため、排気温度が低く下流側の排
気浄化触媒１が活性化温度に到達しない間は上流側のＨ
Ｃ吸着剤３で排気中のＨＣ成分が吸着され排気浄化触媒
１には到達しないため、未浄化のＨＣ成分が排気浄化触
媒１を通過して大気に放出される事態が防止される。ま
た、排気温度が上昇し、排気浄化触媒１が活性化温度に
到達すると上流側ＨＣ吸着剤３からＨＣが放出されるよ
うになるが、このＨＣは下流側排気浄化触媒１で上かさ
れるため、未浄化のＨＣ成分が大気に放出されることは
ない。

【００３４】また、本実施例では内燃機関２０としてデ
ィーゼルエンジンが使用されているが、ディーゼルエン
ジンの燃焼は空気過剰率が高く排気中のＮＯ_X成分量が
比較的多い。一方、排気浄化触媒１としてＮＯ_X選択還
元触媒を使用した場合には排気中のＮＯ_Xを浄化するた
めには適量のＨＣ成分が存在することが必要となる。と
ころが、機関燃焼温度が高くなるとＮＯ_Xの発生量が増
大し、同時にＨＣ成分の発生量が低下するため、排気温
度が高い領域では、排気浄化触媒１の温度がＮＯ_X浄化
温度ウィンドウに入っているにもかかわらずＨＣ成分が
不足して排気中のＮＯ_Xを浄化できない場合が生じる。

【００３５】本実施例では、上述のように排気浄化触媒
１の上流側にＨＣ吸着剤３を配置したことにより、排気
温度が低く排気中のＮＯ_X成分が少ない場合にＨＣ吸着
材３により排気中のＨＣ成分を吸着し、排気温度が高く
排気中のＮＯ_X成分が増大する領域ではＨＣ吸着剤３か
らＨＣ成分を放出させるようにしたことにより、排気中
のＮＯ_X成分が増大する領域でも十分なＨＣを排気浄化
触媒１に供給することができるため、排気浄化触媒１で
のＮＯ_X浄化が十分に行われる。この場合、上流側のＨ
Ｃ吸着剤３は、排気中の低濃度のＨＣ成分を吸着し、排
気温度が高くＮＯ_Xの発生量が増大するときに吸着した
ＨＣ成分を濃縮した形で放出することになる。

【００３６】次に本発明の上記とは別の実施例を示す。
本実施例では上流側のＨＣ吸着剤３の単位体積当たりの
熱容量が排気流れ方向に対して直角な方向に変化するよ
うにＨＣ吸着剤３の形状等を調節している。図６は本実
施例のＨＣ吸着剤３の熱容量の分布をしめしている。図
６に示すように、本実施例では上流側ＨＣ吸着剤３の単
位体積当たりの熱容量はＨＣ吸着剤の中心軸線近傍で最
も小さく、中心部から外周部に向かうに連れて大きくな
るように設定されている。すなわち、本実施例のＨＣ吸
着剤３は、中心部ではセル３１の流路面積を小さく、か
つ単位面積当たりのセル数を多くすることによりセル隔
壁３１ａを薄くして単位体積当たりの熱容量を小さく設
定しており、外周に向かうにつれて、セル３１流路面積
を大きくセル数を減少させることによりセル隔壁３１ａ
の厚さを増して単位体積当たりの熱容量が徐々に増大す
るように設定される。

【００３７】一般に排気通路内の排気流速は排気通路壁
面付近では低く、中心部付近では大きくなっている。特
に、加速時等急激に排気流量が増大するような場合に
は、特に排気通路中心部の流速と周辺部の流速との差が
大きくなる。このような場合にはＨＣ吸着剤３を通過す
る排気流量もＨＣ吸着剤３中心部では大きく外周部に向
かうにつれて小さくなる。従って、本実施例のようにＨ
Ｃ吸着剤３の単位体積当たりの熱容量を中心部で小さ
く、外周部に向かうにつれて大きく設定することによ
り、ＨＣ吸着剤３を通過する排気の流量は単位体積当た
りの熱容量が小さい部分程大きくなる。

【００３８】熱容量が小さい部分では、ＨＣ吸着剤３は
速やかに温度が上昇しこの部分を通過する排気の温度低
下は少なくなるため、このように通過する排気の流量が
大きい部分のＨＣ吸着剤３の熱容量を小さく設定するこ
とにより、全体の排気流量に対して温度低下の幅が小さ
い排気が占める割合が増大し、これにより、上流側ＨＣ
吸着剤３で奪われずに下流側排気浄化触媒まで到達する
排気の熱量が増大することになる。

【００３９】従って、上記のようにＨＣ吸着剤３の単位
体積当たりの熱容量を排気流れに対して直角方向に変化
させることにより、短時間で下流側排気浄化触媒１の温
度を上昇させることが可能となるのである。なお、図６
の例ではＨＣ吸着剤３の流路抵抗は排気流れに対して直
角な方向ではほぼ一様になるようにセルの大きさと分布
とを設定しているが、例えば外周部に近づくほど流路抵
抗が大きくなるようにセルの大きさ、数等の分布を設定
すれば熱容量の小さい中心部分を通過する排気流量を更
に増大することができるため、下流側排気浄化触媒１の
昇温を一層早めることができる。

【００４０】次に、図７を用いて本発明の更に別の実施
例について説明する。本実施例では、上流側のＨＣ吸着
剤３には下流側端面に開口する凹部３５が中央部に形成
されており、下流側の排気浄化触媒１には、この凹部内
に嵌入する受熱部としての突部３７が形成されている。
また、下流側排気浄化触媒１は前述の各実施例と同様金
属担体から形成され、突部３７外周とＨＣ吸着剤３の凹
部３５内周面との間には保温材１７を配置して突部３７
外周と凹部３５内周とが直接接触することを防止してい
る。また、ＨＣ吸着剤３の下流側端面と排気浄化触媒１
上流側端面との間には間隙３９が設けられている。

【００４１】前述のように、ＨＣ吸着剤３を通過する排
気の流量は中央部付近で最も大きくなるが、本実施例で
はこの部分のＨＣ吸着剤３の直下流側に受熱部３７を配
置しているため、受熱部３７を通過する排気流量が他の
部分を通過する流量より増大する。また、受熱部３７直
上流部のＨＣ吸着剤３部分（凹部３５の底部を形成する
部分）は他のＨＣ吸着剤３より排気流れ方向の厚さが薄
くなっているため、この部分で受熱部３７に流入する排
気温度の低下は少ない。従って、受熱部３７には排気浄
化触媒１の他の部分より高温の排気が大量に流入するこ
とになる。従って、受熱部３７には排気から多量の熱が
伝達されるが、本実施例では受熱部３７を含む排気浄化
触媒１は熱伝導の良好な金属担体を用いているため、受
熱部３７が排気から受けた熱は担体の他の部分に速やか
に伝達され、排気浄化触媒１全体が速やかに昇温する。

【００４２】特に、機関加速時等で排気流量が急増する
ような場合にはＨＣ吸着剤３中央付近を通過する排気流
量が周辺部を通過する排気流量より大幅に増大するた
め、上記構成により加速時の排気浄化触媒１の昇温は更
に迅速に行われ、加速時に増大する排気中のＨＣ、ＮＯ
_X等を遅延を生じることなく十分に行うことが可能とな
る。

【００４３】図８は図７の実施例の変形例を示す。本実
施例では、上流側ＨＣ吸着剤３の中央の凹部３５はＨＣ
吸着剤３上流側端面に開口しており。下流側排気浄化触
媒１には突部３７は設けられていない。しかし、この場
合もＨＣ吸着剤３の中央の凹部３５を通過して、高温か
つ多量の排気が凹部３５の直下流の排気浄化触媒１部分
に流入するため、この凹部３５直下流の部分から排気浄
化触媒１全体に熱が伝達され排気浄化触媒１全体が速や
かに昇温する。すなわち、本実施例では、ＨＣ吸着剤３
に形成された凹部３５の直下流の排気浄化触媒１部分が
受熱部として機能している。

【００４４】

【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、排気浄
化触媒の上流側排気通路にＨＣ吸着剤を配置して排気中
のＨＣ成分の吸着、放出を行う場合に、下流側の排気浄
化触媒の昇温の遅れにより未浄化の排気成分が大気に放
出されることを防止できるという共通の効果を奏する。

【００４５】すなわち、請求項１の排気浄化装置では、
下流側の排気浄化触媒の熱容量を上流側のＨＣ吸着剤の
熱容量に比較して小さくなるように設定したため、上流
側のＨＣ吸着剤の昇温速度に較べて下流側の排気浄化触
媒の昇温速度が大きくなり、上流側のＨＣ吸着剤を通過
した比較的低温の排気によっても下流側排気浄化触媒の
温度が早期に上昇し、未浄化の排気成分の大気放出が防
止される。

【００４６】また、請求項２に記載の発明によれば、上
流側ＨＣ吸着剤の単位体積当たりの熱容量が小さい部分
では排気流量が大きくなるため、熱容量の小さい部分を
通過した温度低下の少ない排気の流量が増大し、下流側
の排気浄化触媒の昇温が早まるので、未浄化の排気成分
の大気放出が防止される。請求項３に記載の発明によれ
ば、下流側排気浄化触媒に排気の熱を伝達する受熱部
が、ＨＣ吸着剤を通過する排気の平均流速が大きくなる
部分の直下流側に配置されているため、受熱部に接触す
る排気流量が他の部分より大きくなり受熱部から排気浄
化触媒に伝達される熱量が増大し、下流側排気浄化触媒
の温度上昇が早まるので、未浄化の排気成分の大気放出
が防止される。

【００４７】請求項４記載の発明によれば、上流側のＨ
Ｃ吸着剤が炭化水素の放出を開始する温度と下流側の排
気浄化触媒が排気浄化作用を発揮する触媒活性化温度と
がほぼ等しくなるようにされているため、下流側触媒で
排気浄化浄化が開始される前に上流側ＨＣ吸着剤から炭
化水素の放出が開始されることがないので、放出された
炭化水素が浄化されずに大気に放出される事態が防止さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気浄化装置の一実施例を示す断面図
である。

【図２】排気浄化触媒のＨＣ、ＣＯ成分の浄化効率の温
度による変化を説明する図である。

【図３】排気浄化触媒とＨＣ吸着剤との構造を説明する
図である。

【図４】排気浄化触媒のＮＯ_X浄化効率の温度による変
化を説明する図である。

【図５】図１の実施例における排気浄化触媒に流入する
排気温度の変動を説明する図である。

【図６】本発明の排気浄化装置の別の実施例を説明する
図である。

【図７】本発明の排気浄化装置の別の実施例を説明する
図である。

【図８】本発明の排気浄化装置の別の実施例を説明する
図である。

【符号の説明】

１…排気浄化触媒３…ＨＣ吸着剤１０…排気浄化装置２０…内燃機関２１…排気通路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に配置した、所定の
温度以上のときに流入する排気中の少なくとも炭化水素
成分を浄化する排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の上流側排気通路に配置した、流入する
排気中の炭化水素を吸着するＨＣ吸着剤と、を備えた内
燃機関の排気浄化装置において、前記下流側の排気浄化触媒の熱容量を、前記上流側のＨ
Ｃ吸着剤の熱容量に比較して小さく設定したことを特徴
とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】内燃機関の排気通路に配置した、所定の
温度以上のときに流入する排気中の少なくとも炭化水素
成分を浄化する排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の上流側排気通路に配置した、流入する
排気中の炭化水素を吸着するＨＣ吸着剤と、を備えた内
燃機関の排気浄化装置において、前記ＨＣ吸着剤の単位体積当たりの熱容量を前記排気通
路軸線に直角な方向に変化させ、ＨＣ吸着剤を通過する
排気流速の熱容量が大きい部分での平均値より熱容量が
小さい部分での平均値が大きくなるように設定したこと
を特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】内燃機関の排気通路に配置した、所定の
温度以上のときに流入する排気中の少なくとも炭化水素
成分を浄化する排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の上流側排気通路に配置した、流入する
排気中の炭化水素を吸着するＨＣ吸着剤と、を備えた内
燃機関の排気浄化装置において、前記排気浄化触媒の一部に、受けた排気の熱を触媒の他
の部分に伝達する受熱部を形成するとともに、該受熱部
の位置を、前記ＨＣ吸着剤の前記受熱部の直上流に位置
する部分を通過する排気の平均流速が、前記ＨＣ吸着剤
の前記受熱部の直上流以外の部分を通過する排気の平均
流速より大きくなる位置に設定したことを特徴とする内
燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】内燃機関の排気通路に配置した、所定の
活性化温度以上のときに流入する排気中のＮＯ_X成分を
浄化する排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の上流側排気通路に配置した、所定の放
出温度以下のときに流入する排気中の炭化水素を吸着
し、前記放出温度以上のときに吸着した炭化水素を放出
するＨＣ吸着剤と、を備えた内燃機関の排気浄化装置に
おいて、前記排気浄化触媒の活性化温度と前記ＨＣ吸着剤の放出
温度とをほぼ等しく設定したことを特徴とする内燃機関
の排気浄化装置。