(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に、低温からＣＯを酸化するＣＯ酸化触媒と、排気ガス中のＨ2 Ｏを一時的にトラップするＨ2 Ｏトラップ剤と、排気ガス中のＨＣを一時的にトラップするＨＣトラップ剤とを備える内燃機関の排気浄化装置において、
上流側から、前記ＨＣトラップ剤、前記Ｈ2 Ｏトラップ剤、前記ＣＯ酸化触媒の順に配置し、前記Ｈ2 Ｏトラップ剤を前記ＣＯ酸化触媒の上流側の隣り合う位置に配置することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＣＯ酸化触媒の上流側に２次空気を供給する２次空気供給装置を備え、この２次空気は前記ＨＣトラップ剤と前記Ｈ2 Ｏトラップ剤との間に供給することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記Ｈ2 Ｏトラップ剤を前記ＣＯ酸化触媒の直上流側に近接させて配置することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記ＣＯ酸化触媒及び前記Ｈ2 Ｏトラップ剤は、同一の担体の上流側に前記Ｈ2 Ｏトラップ剤を、下流側に前記ＣＯ酸化触媒をそれぞれ担持させて構成することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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】
内燃機関の排気浄化触媒としては、三元触媒が広く用いられているが、低温時においては従来の三元触媒は機能しない。このため、冷間始動時のエミッション低減の観点から、低温時から活性する触媒の採用が検討されている。
例えば特開平９−１０３６４５号公報に記載の技術では、低温からＣＯを酸化する触媒を用い、また、該ＣＯ酸化触媒はＨ2 Ｏ及びＨＣの存在により低温活性が妨害されることから、該ＣＯ酸化触媒の上流にＨＣトラップ剤、更にその上流にＨ2 Ｏトラップ剤を配置することで、該ＣＯ酸化触媒の早期活性化を図っている。
【０００３】
ここで、Ｈ2 Ｏトラップ剤及びＨＣトラップ剤の配置に関し、Ｈ2 Ｏトラップ剤を上流側、ＨＣトラップ剤を下流側に配置しているのは、ＨＣトラップ剤にＨ2 Ｏが流入することにより、特にオレフィン系炭化水素に対して、ＨＣトラップの効果が低下するために、上流側に配置されたＨ2 Ｏトラップ剤によってＨ2 Ｏを除去し、その下流側に配置されたＨＣトラップ剤によって効率よくＨＣをトラップすることを狙ったものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報に記載の技術では、Ｈ2 Ｏトラップ剤をＨＣトラップ剤の上流側に配置しているため、エンジンから排出されるＨ2 ＯがＨ2 Ｏトラップ剤に吸着する際に発生する吸着熱及び凝縮熱による昇温効果が、下流側に配置されるＨＣトラップ剤や排気管の熱容量及び外部への放熱量に奪われてしまい、ＣＯ酸化触媒に寄与する昇温効果が殆どないという問題点があった。
【０００５】
一方、本発明者らの実験において、ＣＯ酸化触媒の上流にＨＣトラップ剤、その上流にＨ2 Ｏトラップ剤を配置した場合と、ＣＯ酸化触媒の上流にＨ2 Ｏトラップ剤、その上流にＨＣトラップ剤を配置した場合とでは、ＣＯ酸化触媒に流入する排気ガス温度は後者の場合の方が高く、この効果によりＣＯ酸化触媒の早期活性化が著しく向上することが確認された。すなわち、ＣＯ酸化触媒は温度に対する感度が非常に高く、活性時期の早期化のためには昇温を促進することが有効であることを発見したのである。
【０００６】
本発明は、このような実験結果に鑑みてなされたもので、低温からＣＯを酸化する触媒を用いる場合に、その活性妨害成分であるＨ2 Ｏを効率よく除去し、Ｈ2 Ｏの吸着熱及び凝縮熱による昇温効果を効率よく利用して、ＣＯ酸化触媒の早期活性を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１の発明では、排気通路に、低温からＣＯを酸化するＣＯ酸化触媒と、排気ガス中のＨ2 Ｏを一時的にトラップするＨ2 Ｏトラップ剤と、排気ガス中のＨＣを一時的にトラップするＨＣトラップ剤とを備える内燃機関の排気浄化装置において、上流側から、前記ＨＣトラップ剤、前記Ｈ2 Ｏトラップ剤、前記ＣＯ酸化触媒の順に配置し、前記Ｈ2 Ｏトラップ剤を前記ＣＯ酸化触媒の上流側の隣り合う位置に配置することを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明では、前記ＣＯ酸化触媒の上流側に２次空気を供給する２次空気供給装置を備える場合に、この２次空気は前記ＨＣトラップ剤と前記Ｈ2 Ｏトラップ剤との間に供給することを特徴とする。
請求項３の発明では、前記Ｈ2 Ｏトラップ剤を前記ＣＯ酸化触媒の直上流側に近接させて配置することを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明では、前記ＣＯ酸化触媒及び前記Ｈ2 Ｏトラップ剤は、同一の担体の上流側に前記Ｈ2 Ｏトラップ剤を、下流側に前記ＣＯ酸化触媒をそれぞれ担持させて構成することを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、Ｈ2 Ｏトラップ剤をＣＯ酸化触媒の上流側の隣り合う位置に配置することにより、言い換えれば、Ｈ2 Ｏトラップ剤をＣＯ酸化触媒の上流側にこれらの間に他の触媒、トラップ剤などを介在させることなく配置することにより、ＣＯ酸化触媒に流入する活性妨害成分であるＨ2 Ｏを効率よく除去し、Ｈ2 Ｏの吸着熱及び凝縮熱による昇温効果を効率よく利用できるため、ＣＯ酸化触媒の早期活性が実現可能となる。
【００１１】
また、上流側から、ＨＣトラップ剤、Ｈ2 Ｏトラップ剤、ＣＯ酸化触媒の順に配置することにより、ＣＯ酸化触媒の活性妨害成分であるＨＣとＨ2 Ｏとを除去しつつ、Ｈ2 Ｏトラップ剤でのＨ2 Ｏの吸着熱及び凝縮熱による昇温効果を効率よく利用できるため、ＣＯ酸化触媒の早期活性が実現可能となる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、ＣＯ酸化触媒に酸化反応用の２次空気を供給する場合、Ｈ2 Ｏトラップ剤の下流側に供給すると活性妨害成分である空気中のＨ2 ＯがＣＯ酸化触媒に流入し、またＨＣトラップ剤の上流側に供給するとＨＣトラップ剤でのＳＶ（空間速度）が増加してＨＣ脱離を促進するため、ＨＣトラップ剤とＨ2 Ｏトラップ剤との間に供給することで、最適化を図ることができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、Ｈ2 Ｏトラップ剤をＣＯ酸化触媒の直上流側に近接させて配置することにより、Ｈ2 Ｏの吸着熱及び凝縮熱による昇温効果をより効率よく利用できるため、ＣＯ酸化触媒の一層の早期活性が実現可能となる。
請求項４の発明によれば、同一の担体の上流側にＨ2 Ｏトラップ剤を、下流側にＣＯ酸化触媒をそれぞれ担持させ、すなわち、１つの担体上で上流側と下流側とに塗り分けることにより、活性妨害成分であるＨ2 Ｏを効率よく除去しつつ、Ｈ2 Ｏの吸着熱及び凝縮熱による昇温効果を、別々の担体に担持させた場合と比較して、より効率よく利用できるため、ＣＯ酸化触媒の一層の早期活性が実現可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態でのエンジン排気系の構成を示している。
エンジン本体１からの排気通路（排気管）２には、排気浄化触媒３が設置され、更にその下流側に低温からＣＯを酸化するＣＯ酸化触媒６を含む床下触媒システムが設置されている。
【００１５】
床下触媒システムＣＳの構成は、上流側から順に、ＨＣトラップ剤４、Ｈ2 Ｏトラップ剤５、ＣＯ酸化触媒６を配置したもので、言い換えれば、ＣＯ酸化触媒６の上流にＨ2 Ｏトラップ剤５、更にその上流にＨＣトラップ剤４を配置したものである。
ここで、Ｈ2 Ｏトラップ剤５はＣＯ酸化触媒６の上流側の隣り合う位置に配置するのみならず、ＣＯ酸化触媒６の直上流側に近接させて配置してある。ＣＯ酸化触媒６には温度センサ７が取付けられている。
【００１６】
また、２次空気供給用のエアポンプ８が設けられ、該エアポンプ８からの２次空気導入管９は、ＨＣトラップ剤４とＨ2 Ｏトラップ剤５との間に接続されている。
前記排気浄化触媒３は、例えば、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ等の貴金属を少なくとも１成分を担持したアルミナをハニカム担体にコーティングした三元触媒であり、排気空燃比が理論空燃比の時にはＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを同時に浄化し、排気空燃比がリーンの時には、ＨＣ、ＣＯを酸化反応で浄化する特性を有するものである。
【００１７】
前記ＨＣトラップ剤４としては、ゼオライト（例えばβゼオライト、Ａ型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、Ｘ型ゼオライト、ＺＳＭ−５、ＵＳＹ、モルデナイト、フェリエライト）をハニカム担体にコーティングしたものを用いる。
前記Ｈ2 Ｏトラップ剤５としては、ゼオライト（例えばβゼオライト、Ａ型（３Ａ，４Ａ，５Ａ，13Ａ）ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、Ｘ型ゼオライト、ＺＳＭ−５、ＵＳＹ、モルデナイト、フェリエライト）をハニカム担体にコーティングしたものを用いるが、特にＡ型ゼオライト（特に５Ａ）が望ましい。
【００１８】
前記ＣＯ酸化触媒６としては、例えば、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ等の貴金属を少なくとも１成分を担持したセリアをハニカム担体にコーティングした三元触媒を用いる。但し、低温からＣＯを効率よく変換できる特性（低温度ライト・オフ特性）を有するものであれば使用できる。
前記２次空気導入管９は、ＣＯ酸化触媒６の上流側で排気浄化触媒３の下流側に配置すればよいが、ＨＣトラップ剤４の上流側に配置すると、ＨＣトラップ剤４のＳＶが増加してＨＣ脱離を促進し、また、Ｈ2 Ｏトラップ剤５の下流側に配置すると活性妨害成分である２次空気中のＨ2 ＯがＣＯ酸化触媒６に流入するため、ＨＣトラップ剤４とＨ2 Ｏトラップ剤５との間が望ましい。
【００１９】
次に本実施形態での制御について図２のフローチャートにより説明する。本ルーチンは例えば１sec 毎に実行されるものである。
Ｓ１では、エンジン始動時にＣＯ酸化触媒温度センサ７により検出されて記憶保持されている始動時ＣＯ酸化触媒温度Ｔstart を読込み、Ｔstart が所定温度ａ（例えば２００℃）未満か否かを判定する。
【００２０】
Ｔstart ＜ａの場合は、エンジン始動時においてＣＯ酸化触媒６の活性前と判断し、Ｓ２へ進む。
Ｓ２では、ＣＯ酸化触媒温度センサ７により検出される現在のＣＯ酸化触媒温度Ｔcat を読込み、後述するＳ３での処理により、Ｔcat が所定温度ｃ（例えば６００℃）以上になったか否かを判定する。
【００２１】
Ｔcat ＜ｃの場合は、ＣＯ酸化触媒６の活性前と判断し、Ｓ３へ進む。
Ｓ３では、ＣＯ酸化触媒６に多量のＣＯと空気とを導入するために、エンジンの混合気が理論空燃比よりもリッチになるように、燃料噴射量制御での目標燃空比ＴＦＢＹＡを所定燃空比Ｒ（例えば１．５）に設定する一方、エアポンプ８を作動させて２次空気を供給し、ＣＯ酸化触媒６に流入する排気燃空比（Cat-In TFBYA）を２次空気量の制御により所定燃空比ｂ（例えば０．９）に設定する。
【００２２】
ここで、目標燃空比ＴＦＢＹＡは空気過剰率λの逆数であり、理論空燃比では１、リッチ時は１より大きく、リーン時は１より小さい値をとる。目標燃空比ＴＦＢＹＡが設定されると、吸入空気量Ｑａとエンジン回転数Ｎｅとから定まる理論空燃比相当の基本燃料噴射量（Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ；Ｋは定数）に、目標燃空比ＴＦＢＹＡが乗算されて、燃料噴射量Ｔｐが設定され、これに基づいてエンジン本体１側の燃料噴射弁が駆動されて燃料噴射がなされる。
【００２３】
また、２次空気量は、燃料噴射量Ｔｐ、吸入空気量Ｑａ、所定燃空比Ｒ、所定燃空比ｂより設定される。所定燃空比Ｒ及び所定空燃比ｂは予め実験で求めておく。
このようなＳ３での処理により、ＣＯ酸化触媒６の温度が上昇し、Ｔcat ≧ｃとなった場合は、次回以降のルーチンにおいて、Ｓ２での判定に基づいて、ＣＯ酸化触媒６が活性状態であると判断し、Ｓ４へ進む。所定温度ｃは予め実験で求めておく。
【００２４】
Ｓ４では、目標燃空比ＴＦＢＹＡを通常値（Normal）に戻し、また、エアポンプ８を停止させて２次空気の供給を停止することにより、通常のエンジン制御に戻す。
一方、Ｓ１での判定で、Ｔstart ≧ａの場合は、エンジン始動時においてＣＯ酸化触媒６が活性状態であると判断し、Ｓ４へ進んで、目標燃空比ＴＦＢＹＡを通常値（Normal）に設定し、また、エアポンプ８による２次空気の供給を行わないことで、通常のエンジン制御を行う。所定温度ａは予め実験で求めておく。尚、Ｓ１において、始動時のＣＯ酸化触媒温度の代わりに始動時のエンジン水温を検出し、これを基に同様の判断を行うようにしてもよい。
【００２５】
図３は、図１に示した床下触媒システムにおいて、構成Ａ（参考例）及び構成Ｂ（本発明）を用いた際の車両評価実験結果である。
上流側から、Ｈ2 Ｏトラップ剤、ＨＣトラップ剤、ＣＯ酸化触媒の順で配置した構成Ａ（参考例）に比べ、上流側から、ＨＣトラップ剤、Ｈ2 Ｏトラップ剤、ＣＯ酸化触媒の順で配置して、Ｈ2 Ｏトラップ剤をＣＯ酸化触媒の直上流に配置した構成Ｂ（本発明）の方が、冷間始動後のＣＯ酸化触媒入口温度の上昇が顕著であり、このためＣＯ酸化触媒が早期に活性化している。これは、Ｈ2 Ｏトラップ剤におけるＨ2 Ｏの吸着熱及び凝縮熱による排気温度上昇の効果である。
【００２６】
尚、構成Ａ（参考例）においても、Ｈ2 Ｏトラップ剤において同様の排気温度上昇の効果が示されるが、その下流に配置されたＨＣトラップ剤や排気管の熱容量及び放熱効果によって温度低下が生じるため、ＣＯ酸化触媒に寄与する昇温効果は殆どない。
【００２７】
次に本発明の他の実施形態について説明する。
図４は、図１のＨ2 Ｏトラップ剤５及びＣＯ酸化触媒６の構成例であり、同一の担体の上流側にＨ2 Ｏトラップ剤を、下流側にＣＯ酸化触媒をそれぞれ担持させて構成したものである。
【００２８】
すわなち、図４の構成例は、同一のハニカム担体上で、Ｈ2 Ｏトラップ剤を上流側に、ＣＯ酸化触媒を下流側に塗り分けたものであり、活性妨害成分であるＨ2 Ｏを効率よく除去し、更にＨ2 Ｏの吸着熱及び凝縮熱による昇温効果を効率よく利用できる。また、非常にコンパクトとなり車載時に有効である。担体の材質はメタルやセラミックスであり、特に熱伝導率の高いメタルは、ＣＯ酸化触媒のより顕著な昇温効果が得られるため望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態を示すエンジン排気系の構成図
【図２】  同上一実施形態での制御のフローチャート
【図３】  触媒構成と活性時期との関係を示す図
【図４】  本発明の他の実施形態としてＨ2 Ｏトラップ剤及びＣＯ酸化触媒の構成例を示す図
【符号の説明】
１  エンジン本体
２  排気通路
３  排気浄化触媒
４  ＨＣトラップ剤
５  Ｈ2 Ｏトラップ剤
６  ＣＯ酸化触媒
７  温度センサ
８  エアポンプ
９  ２次空気導入管
【図１】
0003716738.tif 000002
【図２】
0003716738.tif 000003
【図３】
0003716738.tif 000004
【図４】
0003716738.tif 000005