(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管内に配設した触媒装置と、該触媒装置の後流に配設し、前記内燃機関の排気ガス有害成分を吸着する吸着体と、前記吸着体によって吸着される前記排気ガス有害成分を前記触媒装置の上流側に還流させる還流手段と、前記内燃機関の排気ガス温度が所定以下の場合、主に前記排気ガスが前記吸着体内を通過させ前記排気ガス有害成分を吸着させるとともに、前記内燃機関の排気ガス温度が所定以上の場合、主に前記吸着体に前記排気ガスを通過させないように前記内燃機関の排気ガスの流れを切り換える切替え手段とからなる排気ガス浄化装置において、
前記内燃機関の排気管は、開口部が形成された隔壁によって流路が２分割されており、一方の流路には前記吸着体が設けられるとともに、前記開口部において、内燃機関の排気ガス温度が所定以上の時、前記吸着体の側面の少なくとも一部が他方の流路を流れる前記排気ガスにさらされていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記吸着体の前記他方の流路にさらされている箇所以外の全周に設けられ、前記吸着体を前記排気管に保持固定させるとともに、前記吸着体と前記排気管との間への前記排気ガスの流入を防止する気密材料よりなる保持部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記切替え手段は、前記吸着体の下流側のみに設けられていることを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記還流手段には、前記排気ガス有害成分を上流側のみに制御する一方向弁が設けられていることを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記内燃機関の排気ガス温度が所定以上の場合、前記吸着体の外周面が前記内燃機関の排気ガスにさらされることを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装置。
【請求項６】
前記吸着体の略中央部には貫通孔が形成されており、前記内燃機関の排気ガス温度が所定以上の場合、前記内燃機関の排気ガスが前記貫通孔を通過することを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装置。
【請求項７】
前記吸着体には、前記内燃機関の排気ガス温度が所定以上の場合、前記排気ガスにさらされる吸熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は排気ガス浄化装置に関するものであり、特に自動車等に用いられる内燃機関から排出される排気ガス浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の排気ガスを浄化する一つの方法として貴金属（白金、ロジウム等）などを触媒として担持した吸着体を用いる排気ガス浄化方法がある。この吸着体を用いる排気ガス中のＨＣの浄化には、一般に触媒活性化温度３５０℃以上を必要とする。しかしながら、エンジン始動直後においては、上記触媒が触媒活性温度に達していないため、ＨＣ浄化は、実際のところほとんど行なわれない。
【０００３】
そこで上記の問題を解決するため、エンジンの排気系に触媒装置を配備し、かつその上流側または下流側に、エンジン冷間時に排出されたＨＣ（以下コールドＨＣと呼ぶ）を吸着するための吸着剤を納めたＨＣトラッパーを配備した浄化装置が提案されている（特開平２−１３５１２６号、特開平４ー１７７１０号、特開平４ー３１１６１８号）。
【０００４】
特開平２−１３５１２６号の浄化装置は、触媒装置の上流側にゼオライト系吸着剤を用いた吸着剤装置を配して、吸着剤装置と触媒装置とを併用し、排気ガス低温時には吸着剤にコールドＨＣを吸着させ、排気ガス高温時には吸着剤から脱離したＨＣおよびエンジンからの排気ＨＣを触媒で浄化させるものである。
また、特開平４ー１７７１０号、特開平４ー３１１６１８号の浄化装置は、吸着剤を含むＨＣトラッパーを触媒装置の下流側に、メイン排気管と並列に配置するとともに、トラッパーを含むバイパス通路とメイン排気管にはそれぞれ流路切換弁を設けている。そして、エンジン始動直後から特定時間、上記弁を操作し、排気ガスをバイパス通路へ流し、その間コールドＨＣはトラッパーに吸着される。吸着剤からコールドＨＣが脱離する高温時には、上記弁はメイン排気管に排気ガスを流すようになっており、この時、トラッパー下流側とエンジン吸気管とをつなぐ脱離用配管にエンジンの吸気管負圧が加わり、脱離したＨＣは上記吸気管へ吸い込まれて再びエンジン内で燃焼するようになっている。
【０００５】
さらに、特開平４ー３１１６１８号では、脱離したＨＣを吸引ポンプを用いて強制的に触媒の上流へ戻す例も記載されている。
ところが、上記従来のコールドＨＣ吸着技術のうち、触媒装置の上流側にＨＣトラッパーが配備されると、吸着剤の耐熱性が問題となる。そこで、特開平２ー１３５１２６号では、耐熱性の高いゼオライト系吸着剤を使用している。しかし吸着剤は一般に低温ほど吸着性能が高く、ゼオライトでも触媒が活性温度になる前にＨＣが脱離してしまうので、せっかく吸着したＨＣが浄化されずに大気へ放出される。また、触媒装置の上流にＨＣトラッパーを配備すると、それ自体大きな熱容量になるため、触媒の活性化、即ち触媒が活性温度に達するまでの時間を遅らせる、という問題がある。
【０００６】
一方、触媒装置の下流側にＨＣトラッパーを配備した特開平４ー１７７１０号や特開平４ー３１１６１８号では、コールドＨＣの吸着性能および触媒の活性化については、上記問題は解決される。しかし、バイパス通路からの熱伝導では、吸着剤への伝熱が遅く、ＨＣの脱離に時間がかかり、脱離が完了しない場合も生じる。この状態が繰り返されると、吸着剤へＨＣが蓄積され、やがて吸着剤が破過してＨＣを吸着できなくなる、といった問題を生じる。また、吸気管内へＨＣを含んだ排気ガスを戻すと、エンジンの空燃比制御にずれが生じ、燃費、排ガス浄化、ドライバビリティに悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の事情に鑑み、エンジン冷間時には排気ガス中の有害成分の放出を防止し、エンジン暖機時には吸着剤に吸着されたＨＣを短時間に脱離させ、脱離したＨＣを触媒装置に還流しかつこの還流によるエンジン制御への悪影響を極力少なくした排気ガス浄化装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では内燃機関の排気管内に配設した触媒装置と、該触媒装置の後流に配設し、前記内燃機関の排気ガス有害成分を吸着する吸着体と、前記吸着体によって吸着される前記排気ガス有害成分を、前記触媒装置の上流側に還流させる還流手段と、前記内燃機関の排気ガス温度が所定以下の場合、主に前記排気ガスが前記吸着体内を通過させ前記排気ガス有害成分を吸着させるとともに、前記内燃機関の排気ガス温度が所定以上の場合、主に前記吸着体に前記排気ガスを通過させないように前記内燃機関の排気ガスの流れを切り換える切替え手段とからなる排気ガス浄化装置において、前記内燃機関の排気管は、開口部が形成された隔壁によって流路が２分割されており、一方の流路には前記吸着体が設けられるとともに、前記開口部において、前記内燃機関の排気ガス温度が所定以上の時、前記吸着体の側面の少なくとも一部が他方の流路を流れる前記排気ガスにさらされている排気ガス浄化装置を提供する。
【０００９】
また、前記吸着体の前記他方の流路にさらされている箇所以外の全周に設けられ、前記吸着体を前記排気管に保持固定させるとともに、前記吸着体と前記排気管との間への前記排気ガスの流入を防止する気密材料よりなる保持部材が設けられている排気ガス浄化装置を提供する。
【００１０】
また、切替え手段は、前記吸着体の下流側のみに設けられている排気ガス浄化装置を提供する。
また、還流手段には、前記排気ガス有害成分を上流側のみに制御する一方向弁が設けられる排気ガス浄化装置を提供する。
また、前記内燃機関の排気ガス温度が所定以上の場合、前記吸着体の外周面が前記内燃機関の排気ガスにさらされる排気ガス浄化装置を提供する。
【００１１】
また、前記吸着体の略中央部には貫通孔が形成されており、前記内燃機関の排気ガス温度が所定以上の場合、前記内燃機関の排気ガスが前記貫通孔を通過する排気ガス浄化装置を提供する。
さらに、前記吸着体には、前記内燃機関の排気ガス温度が所定以上の場合、前記排気ガスにさらされる吸熱手段が設けられる排気ガス浄化装置を提供する。
【００１２】
【作用】
本発明では、内燃機関の排気ガス温度が所定以下の場合には、吸着体によって、排気ガス中の有害成分が吸着されることとなる。そして、内燃機関の排気ガス温度が所定以上に到達した場合において、切替え手段によって、排気ガスは吸着体を通過することなく排出される。この時、吸着体は、排気ガスにさらされる構成となっている。そのため、本発明においては、吸着体が排気ガスによって、積極的に昇温させられ、吸着した排気ガスの有害成分の脱離が促進される。脱離された有害成分は、還流手段によって触媒装置上流に還流される。そして、触媒装置によって浄化されることとなる。
【００１３】
また、隔壁に開口部を形成することによって、内燃機関により排出される排気ガスと直接、吸着体をさらすことができ、吸着体からの有害成分の脱離をより効率よく行うことができる。
また、吸着体を排気管に支持する保持部材が、気密な材料よりなるとともに、吸着体の全周に設けられているので、吸着体に有害成分が吸着される場合も吸着体から有害成分が脱離される場合も吸着体から排気管へ有害成分が漏れることなく、効率よく吸着または脱離を行うことができる。
【００１４】
また、この保持部材は、吸着体の他方の流路にさらされている箇所以外に設けられているので、吸着体からの有害成分の脱離を効率よく行うことができる。
また、切替え手段を下流側のみに設けたので、内燃機関の排気ガス温度が所定以上の場合、吸着体の上流側端面には、常に排気ガスを衝突させ、排気ガスの有する熱によって、より吸着体の脱離を促進させることができる。
【００１５】
また、還流手段に一方向弁を設けることによって、吸着体に吸着された有害成分を確実に、触媒装置上流に還流させることができる。
また、内燃機関の排気ガス温度が所定以上の場合、吸着体の外周面が排気ガスにさらされる構成としたので、さらに吸着される吸着された有害成分の脱離を効率よく行うことができる。
【００１６】
また、内燃機関の排気ガス温度が所定以上の場合、排気ガスが吸着体内に設けられた，貫通孔を通過する構成としたので、装置全体を小型化したにもかかわらず吸着体に吸着した有害成分を有効に脱離可能とすることができる。
さらに、吸着体に排気ガスにさらされる吸熱手段を設けたので、さらなる吸着体からの有害成分の脱離を可能とすることができる。
【００１７】
【実施例】
〔第１実施例〕
図１に示すように、内燃機関である自動車用のエンジン１の排気管３には、排気マニホルド３１の直後位置に触媒装置４が介設してある。また、この触媒装置４の後流に大径部３２が設けてあり、この中に吸着体であるハニカム体５が収納してある。
【００１８】
このハニカム体５はステンレス鋼またはコージェライト等のセラミックからなり、大径部３２に合致する半円筒状で、図２に示すように平行な多数の通孔５１を有している。また、この通孔５１の表面には、エンジン１からの排気ガスの有害成分であるＨＣガスが吸着可能なゼオライト系吸着剤が担持された吸着剤担持層５ａが形成されている。
【００１９】
ハニカム体５は流路３４との間に隔壁３３によって分離・保持されている。隔壁３３には、図２に示されるように、穴３３ａが設けられている。
このハニカム体５の前には、隔壁３３が延長されることによって形成される整流板３５が配備されている。この整流板３５を設けることによって、ハニカム体５に排気ガスが流れる時に排気ガスの流速分布を均一にすることができ、吸着効率を高めることができる。
【００２０】
しかしながら、隔壁３３と整流板３５は一体構造でもよいし、分離されていてもよい。
また、排気管３のハニカム体５の後端近傍より、循環流路管６ａが分岐している。この流路管６ａは管内の流通を一方向に制御する流通調整手段として後述する一方向弁７ａおよび開閉弁７ｂよりなるリード弁７を介して排気マニホールド３１に連通する循環流路管６ｂに連結され、還流手段を構成している。
【００２１】
ハニカム体５の吸着剤担持層５ａの後端直後には、切替え手段である排気ガス流路切換弁８が配設してある。
ここで、ハニカム体５の大径部３２への保持構造を図２乃至図４を用いて説明する。
ハニカム体５の前端部および後端部の全周には、弾力性のあるとともに、気密な材料よりなる保持部材である支持材３０１、３０２が設けられている。この支持材３０１は、穴３３ａの開口面積を覆わないように設けられている。そして、この支持材３０１によって、ハニカム体５は、大径部３２と隔壁３３との間に保持されている。
【００２２】
また、図３（ａ）および（ｂ）に示す如く、大径部３２のハニカム体５の前端部と当接する箇所には、段差３２１が形成されており、ハニカム体５がエンジン等の外部からの振動によって、排気管上流側に移動することを防止している。
ハニカム体５の排気管上流側においては、本実施例においては、段差３２１によってハニカム体５の上流側移動を防止したが、他に、ストッパ板やストッパピンなどを大径部３２に設けても同様の効果を得ることができる。
【００２３】
さらに、ハニカム体５の後端部においては、図４の如く、隔壁３３に取り付けられた排気ガス流路切替弁８の軸となる軸ケース８１と当接している。このハニカム体５と軸ケース８１との当接によって、ハニカム体５がエンジン等の外部からの振動を受けても排気管下流側に移動しないストッパの働きを兼ねている。
ここでもまた、ハニカム体５の排気管下流側への移動の防止は、図３に示されるような大径部に段差を設けてもよいし、ストッパ板やストッパピン等を大径部に取り付けてもよい。
【００２４】
このように、ハニカム体５は、大径部３２内に保持されることとなる。
触媒装置４とハニカム体５との距離は、触媒装置４が排気ガスに加熱されて活性化温度に達するタイミングと、ハニカム体５に担持された吸着剤が加熱されて吸着機能を失うタイミングとがほぼ一致する距離に設定される。この流路切替弁８はシャフト９１を介して、アクチュエータ９に連結されている。
【００２５】
アクチュエータ９には、これを作動させる負圧を供給するための吸気管１０ａ、１０ｂにより、エンジン１上流部のサージタンク２に連通せしめてある。吸気管１０ａ，１０ｂ間には電磁弁１１が介設してある。
上記リード弁７は一方向弁７ａおよび開閉弁７ｂを有する。一方向弁７ａは循環流路間６ａ側からの流体の流通のみ許容する。開閉弁７ｂは、負圧で作動するダイヤフラム等により作動せしめられるようになっている。開閉弁７ｂはこれに負圧を供給する吸気管１２ａ，１２ｂにより、電磁弁１１とサージタンク２とをつなぐ吸気管１０ｂに連通せしめられている。また、吸気管１２ａ，１２ｂ間には電磁弁１３が介設してある。
【００２６】
１４はマイクロコンピュータ内蔵の制御手段で、エンジン１や排気温センサ１５からの信号を受け、運転状態に応じて電磁弁１１，１３を開閉制御し、これにより切換弁８や開閉弁７ｂを制御するようになっている。
次に、本実施例の排気ガス浄化装置の作動を、図１とともに図５のフローチャートを用いて説明する。
【００２７】
エンジン始動時（ＩＧ．ＯＮ）、制御手段１４により電磁弁１１が開弁され、吸気管１０ａ，１０ｂが連通する。これによりサージタンク２の負圧が吸気管１０ａ，１０ｂを経てアクチュエータ９に作用してシャフト９１を引っ張り、切換弁８は破線に示す位置（弁８閉）となる。
エンジン１の始動直後は排気ガス温度は低く、エンジン１は多量のコールドＨＣを含んだ排気ガスを排出する。排気ガス温度が低い間は触媒は活性化温度に達しないためコールドＨＣは触媒装置４でほとんど浄化されずに排気管３を流れることとなる。このとき排気ガス温度は排気温センサ１５によりモニターされている。
【００２８】
この排気ガス流は、ハニカム体５のゼオライトを担持してない吸着剤無担持層５ｃ、ゼオライトを担持した吸着剤担持層５ａを流れ、コールドＨＣは吸着剤に吸着され、コールドＨＣが除去された排気ガスは図略のマフラーを経て大気中に放出される。この時、整流板３５が排気ガスの流れを整流しているため、排気ガスは均一な流速分布となって、ハニカム体５内を流れている。
【００２９】
さらに、支持材３０１がハニカム体５の全周に設けられているとともに、気密な材料より構成されているため、排気ガス流は、隔壁３３とハニカム体５との隙間より流路３４へ流れることはない。そのため、ハニカム体５は、排気ガスの有害成分の高い吸着効率を得ることができる。
エンジン１が暖機して排気ガス温度が吸気剤のＨＣ吸着可能温度を越えるに至る所定時間（ｔａ）を経過すると（ｔ＞ｔａ）、制御手段１４からの信号で電磁弁１１が閉弁される（弁１１閉）。これによりアクチュエータ９への負圧の供給が遮断され、アクチュエータ９は内蔵のスプリングの弾性により、シャフト９１を押す。そのため、切換弁８は実線位置（弁８開）となり、排気ガスは流路が切換えられ、ハニカム体５の存在しない流路３４を流れる。このとき、触媒は活性化温度に達し、排気ガス中のＨＣは触媒装置４で浄化され、ＨＣをほとんど含まない排気ガスが上記流路３４を経て大気中に放出される。
【００３０】
電磁弁１１が閉弁された直後、制御手段１４からの信号で電磁弁１３が開弁される（弁１３開）。これにより吸入管１０ｂと吸入管１２ａが連通し、サージタンク２から開閉弁７ｂに負圧が供給され、開閉弁７ｂが開弁する（弁７ｂ開）。一方、ハニカム体５の側面では、既に高温となった排気ガスが流路３４を流通している。この高温の排気ガスは隔壁３３の穴３３ａを介し、ハニカム体５は排気ガスにさらされている。即ち、ハニカム体５の吸着剤担持層５ａと接している構成となっている。そのため、排気ガスの熱は吸着剤担持層５ａに良好に伝えられ吸着剤が昇温してＨＣの脱離を促進する。
【００３１】
さらに、支持材３０１，３０２が設けられているので、ハニカム体５から脱離するＨＣは、隔壁３３の穴３３ａを介して流路３４へ漏れることがない。さらには、支持材３０１，３０２は、穴３３ａを覆わないようにハニカム５に設けたので、排気ガスの熱は穴３３ａを介して良好に吸着材担持層５ａに伝達させることがてきる。
【００３２】
このとき、上記のように開閉弁７ｂは開弁されているから排気マニホールド３１内に発生する排気脈動は循環流路管６ｂを介して一方向弁７ａを断続的に開弁させる。これによりハニカム体５の吸着剤担持層５ａの吸着剤から脱離したＨＣは循環流路管６ａ，６ｂを経て排気マニホールド３１に流入する。そしてエンジン１からの排気ガス中のＨＣとともに触媒装置４で浄化されるのである。
【００３３】
切換弁８が開位置（実線図示）に切換えられてＨＣ脱離浄化行程に入った後、ＨＣの脱離が完了する時間（ｔｂ）が経過すると〔ｔ＞（ｔａ＋ｔｂ）〕、制御手段１４からの信号で電磁弁１３および開閉弁７ｂが閉じられる（弁１３閉，弁７ｂ閉）。
なお、上記実施例では、制御手段１４からの信号で電磁弁１１を閉弁させて切換弁８をＨＣ脱離・浄化行程側（実線位置）へ切換えるタイミングを所定時間としたが、排気ガス温度が所定の高温に達した時点としてもよい。
【００３４】
しかして、本実施例の排気ガス浄化装置では、触媒が活性化温度に達するまでのエンジン冷間時にもコールドＨＣの放出が防止される。そして本装置では特に、コールドＨＣを吸着剤に吸着させる吸着剤担持層５ａと、メインの排気ガス流路３４が直接触れるように区画して形成したから、ＨＣ脱離、浄化行程で吸着剤は高温の排気ガスの熱により加熱され、効果的にＨＣの脱離、浄化がなされる。
【００３５】
また、脱離したＨＣを触媒装置４上流の排気管３に還流させるようにしたから、ＨＣの還流によるエンジン制御への悪影響を低減することができる。
本実施例においては、ハニカム体５を半円筒形状としたが、このハニカム体５は大径部３２に合せ、楕円形状や方形としてもよい。
〔第２実施例〕
本発明の第２実施例を、図６（ａ）、（ｂ）の構成図に示す。
【００３６】
図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ断面を示す。
本実施例では、ハニカム体５は吸着筒５０の中央に配備され、このハニカム体の外周を排気ガスが流れる構成にしている。
本実施例の作動は第１実施例と同様である。
第１実施例と異なる点は、ハニカム体５に対する排気ガスの流れである。
【００３７】
即ち、本実施例は第１実施例に比べ、ＨＣの脱離・浄化時に、高温の排気ガスと吸着剤担持層５ａの外周全面積が接触するため、第１実施例よりもさらに脱離が促進され、より短時間にて一連の制御が完了し得る利点がある。
なお、ハニカム体５の位置は中央でなく、偏心していても構わない。
〔第３実施例〕
本発明の第３実施例を、図７（ａ）、（ｂ）の構成図に示す。
【００３８】
図７（ｂ）は、図７（ａ）のＢ−Ｂ断面を示す。
本実施例では、流路３４ａは吸着筒５０の中央に設けられた貫通孔として配備され、その中を排気ガスが流れる構成にしている。なお、流路３４ａの位置は中央でなく、偏心していても構わない。
本実施例の作動は第１実施例と同様である。
【００３９】
本実施例は第１実施例に比べ、ＨＣの脱離・浄化時に、高温の排気ガスと吸着剤担持層５ａの内周全面積が接触するため、第１実施例よりもさらに脱離が促進され、より短時間にて一連の制御が完了し得る利点がある。また、新たな流路形成が不要となり、全体の構成を小型化させることができる。
〔第４実施例〕
本発明の第４実施例を、図８の構成図に示す。
【００４０】
本実施例では、例えば、ステンレス鋼よりなるフィン３３ｂが流路３４に突き出た構造になっている。
本実施例の作動は第１実施例と同様である。
本実施例は第１実施例に比べ、ＨＣの脱離・浄化時に、高温の排気ガスと吸着剤担持層５ａから突出したフィン３３ｂが接触するため、第１実施例よりもさらに脱離が促進され、より短時間にて一連の制御が完了し得る利点がある。
【００４１】
本発明では、フィン３３ｂの方向は必ずしも垂直方向でなくともよく、斜めでもよい。
【００４２】
【発明の効果】
本発明を採用することによって、エンジン冷間時には排気ガス中の有害成分の放出を防止し、エンジン暖機時には吸着剤に吸着されたＨＣを短時間に脱離させ、脱離したＨＣを触媒装置に還流しかつこの還流によるエンジン制御への悪影響を極力少なくした排気ガス浄化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例装置の構成図である。
【図２】第１実施例装置に用いる半断面部分に吸着剤を担持したハニカム体、隔壁の斜視図である。
【図３】第１実施例に用いるハニカム体の前端部拡大部である。
【図４】第１実施例に用いるハニカム体の後端部拡大部である。
【図５】第１実施例装置の作動を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２実施例装置の構成図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第３実施例装置の構成図である。
【図８】本発明の第４実施例装置の構成図である。
【符号の説明】
１  内燃機関であるエンジン
３  排気管
３３  隔壁
３３ａ  隔壁穴
４  触媒装置
５  ハニカム体
６ａ，６ｂ  循環流路管
７ａ  一方向弁（流通調整手段）
８  排気ガス流路切換弁
１５  排気温センサ
３０１，３０２  支持材
【図１】
0003668988.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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