(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設置される排気浄化装置であって、排気ガス中のＨＣ成分を吸着するβ型ゼオライトからなるＨＣ吸着剤と、このＨＣ吸着剤の排気ガス流れ方向の上流側と下流側とに配設された酸素濃度検出手段と、下流側の酸素濃度検出手段の下流部に配設された電気加熱触媒とを有し、上記上流側及び下流側の酸素濃度検出手段の検出信号に応じ、ＨＣ吸着剤から着火性の良いＨＣ成分が離脱し始めたか否かを判定し、この判定結果に応じて上記電気加熱触媒を加熱状態とするように制御する制御手段を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
ＨＣ吸着剤から着火性の良いＨＣ成分が脱離し始めたことが確認された時点で、電気加熱触媒の上流部に二次エアを供給する二次エア供給手段を設けた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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス中に含まれるＨＣ成分等を浄化する内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来例】
従来、例えば特開平６−３３７４７号公報に示されるように、エンジンの排気系に設置された未燃ガスの吸着剤と、排気浄化用触媒との間に電気加熱触媒（ヒータ付き触媒）を配設し、エンジンの始動時点から上記排気浄化用触媒が活性化するまでの間に、上記吸着剤から脱離した未燃ガスを上記電気加熱触媒で浄化することにより、大気中に排出される未燃ガスの排出量を低減するように構成されたエンジンの排気浄化装置が提案されている。
【０００３】
上記吸着剤は、活性炭、シリカゲルまたはゼオライト等からなり、排気ガス温度が１４０°Ｃ程度の脱離温度に達すると、吸着した未燃ガスを徐々に放出するように構成されている。また、上記電気加熱触媒は、エンジンの始動時点から上記排気浄化用触媒が活性化したことが確認され、あるいはこの排気浄化用触媒が活性化するのに十分な時間が経過するまでの間、ヒータへの通電が行われ、上記吸着剤から脱離したＨＣ成分等の未燃ガスを浄化するように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように吸着剤から徐々に放出されるＨＣ成分等を電気加熱触媒によって浄化するように構成された排気浄化装置では、上記電気加熱触媒によるＨＣ成分の浄化時に発生する熱量が少ないため、エンジンの始動時点から排気浄化用触媒が活性化するまで電気加熱触媒のヒータへの通電を継続する必要があり、バッテリーの電力消費が著しいという問題がある。また、上記吸着剤から種々のＨＣ成分が放出されるため、全てのＨＣ成分を上記電気加熱触媒によって浄化することが困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、バッテリーの電力消費を抑制しつつ、排気ガス中に含有されたＨＣ成分を効果的に浄化することができる内燃機関の排気浄化装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、内燃機関の排気系に設置される排気浄化装置であって、排気ガス中のＨＣ成分を吸着するβ型ゼオライトからなるＨＣ吸着剤と、このＨＣ吸着剤の排気ガス流れ方向の上流側と下流側とに配設された酸素濃度検出手段と、下流側の酸素濃度検出手段の下流部に配設された電気加熱触媒とを有し、上記上流側及び下流側の酸素濃度検出手段の検出信号に応じ、ＨＣ吸着剤から着火性の良いＨＣ成分が離脱し始めたか否かを判定し、この判定結果に応じて上記電気加熱触媒を加熱状態とするように制御する制御手段を備えたものである。
【０００７】
この構成によれば、内燃機関の始動直後に排出された排気ガス中のＨＣ成分が上流部のＨＣ吸着剤によって吸着された後、このＨＣ吸着剤が所定温度に上昇し、このＨＣ吸着剤から着火性の良いＨＣ成分が脱離し始めた時点で、電気加熱触媒によって浄化されることになる。その後、上記ＨＣ吸着剤が着火性の悪いＨＣ成分の脱離温度に上昇した時点で、このＨＣ吸着剤から着火性の悪いＨＣ成分が脱離し始めることになる。
【０００８】
また、上記ＨＣ吸着剤を構成するβ型ゼオライトが、縦横の口径が異なる略長円形状の多数の細孔が形成され、各種のＨＣ成分を効果的に吸着するとともに、吸着したＨＣ成分のうちの着火性の悪いＨＣ成分の保持力が高いという特性を有しているため、この着火性の悪いＨＣ成分が、上記β型ゼオライトからなるＨＣ吸着剤によって長時間に亘り保持されることになる。そして、ＨＣ吸着剤が着火性の良いＨＣ成分の脱離温度となって、このＨＣ吸着剤から上記ＨＣ成分が脱離し始めたことが上記上流側及び下流側の酸素濃度検出手段の検出信号に応じて確認された時点で、上記電気加熱触媒に対する通電が行われ、この電気加熱触媒によって上記ＨＣ成分が浄化されることになる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、上記請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置において、ＨＣ吸着剤から着火性の良いＨＣ成分が脱離し始めたことが確認された時点で、電気加熱触媒の上流部に二次エアを供給する二次エア供給手段を設けたものである。
【００１０】
この構成によれば、ＨＣ吸着剤から脱離した着火性の良いＨＣ成分が電気加熱触媒によって浄化されるととともに、この浄化作用が上記二次エア供給手段から供給される二次エアによって促進されることになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施形態を示している。この排気浄化装置は、内燃機関１の排気通路２に設けられたＨＣ吸着剤３と、その下流部に設置された電気加熱触媒（ＥＨＣ）４と、その下流部に配設された排気ガス浄化用触媒５と、上記ＨＣ吸着剤３と電気加熱触媒４との間の排気通路に二次エアを供給する二次エア供給手段６と、上記電気加熱触媒４および二次エア供給手段６を制御する制御手段７とを有している。
【００１２】
上記ＨＣ吸着剤３は、縦横の口径が異なる略長円形状の多数の細孔が形成されたβ型ゼオライト（ＰＱＢ）からなっている。このβ型ゼオライトは、排気ガス中のＨＣ成分のうち、着火温度が高く着火性の悪いＨＣ成分の保持力が強いととともに、着火温度が低く着火性の良いＨＣ成分の保持力が弱いという性質があり、この着火性の良いＨＣ成分の脱離温度が着火性の悪いＨＣ成分の脱離温度よりも低いという特性を有している。
【００１３】
すなわち、下記の表１に示すように、各種のＨＣ成分のうち、エチレン（ＣＨ2＝ＣＨ2）、プロピレン（ＣＨ3ＣＨ＝ＣＨ2）および１−ブテンつまりエチルエチレン（ＣＨ3ＣＨ2ＣＨ＝ＣＨ2）からなるＣ2〜Ｃ4のオレフィン（ＣnＨ2nで表される二重結合を持つ不飽和炭化水素、つまりアルケン）は、その着火温度がそれぞれ４９０°Ｃ、４５８°Ｃおよび４４３°Ｃであり、この着火温度が比較的高いため、着火性が悪いという性質を有している。
【００１４】
また、各種のＨＣ成分のうち、ベンゼン（Ｃ6Ｈ6）、トルエンつまりメチルベンゼン（Ｃ6Ｈ5ＣＨ3）およびキシレン〔Ｃ6Ｈ4（ＣＨ2）2〕からなるＣ6〜Ｃ8のアロマ（ベンゼン環を有する芳香族炭化水素、つまりアレーン）は、その着火温度がそれぞれ５８０°Ｃ、５５２°Ｃおよび４９６°Ｃであり、着火性が悪いという性質を有している。
【００１５】
また、各種のＨＣ成分のうち、メタン（ＣＨ4）、エタン（ＣＨ3ＣＨ3）、プロパン（ＣＨ3ＣＨ2ＣＨ3）およびブタン（ＣＨ3ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ3）からなるＣ1〜Ｃ4のパラフィン（ＣnＨ2n+2の一般式を有する飽和鎖式炭化水素）は、その着火温度がそれぞれ６３２°Ｃ、４９０°Ｃ、５０４°Ｃおよび４２８°Ｃであり、着火性が悪いという性質を有している。
【００１６】
これに対して、ｎ−ペンタン〔ＣＨ3（ＣＨ2）3ＣＨ＝ＣＨ2〕、ヘキサン〔ＣＨ3（ＣＨ2）4ＣＨ＝ＣＨ2〕、ヘプタン〔ＣＨ3（ＣＨ2）5ＣＨ＝ＣＨ2〕およびオクタン〔ＣＨ3（ＣＨ2）6ＣＨ＝ＣＨ2〕からなるＣ5〜Ｃ8のパラフィンは、その着火温度がそれぞれ２９０°Ｃ、２４８Ｃ°、２３０°Ｃおよび２１０°Ｃであり、この着火温度が比較的低いため、着火性が良いという性質を有している。
【００１７】
【表１】
0003596113.tif 000002
【００１８】
そして、上記各種のＨＣ成分をβ型ゼオライトによって構成されたＨＣ吸着剤に吸着させた後、このＨＣ吸着剤を加熱してその温度を徐々に上昇させつつ、ＨＣ成分の脱離量を測定する実験を行ったところ、図２に示すように、２００°Ｃおよび３００°Ｃの近辺において二段階のピークが形成され、２００°Ｃ近辺の第１ピークでは、主としてＣ5〜Ｃ8のパラフィンからなる着火性の良いＨＣ成分が脱離し、かつ３００°Ｃの近辺の第２ピークでは、主として上記オレフィンおよびアロマ等からなる着火性の悪いＨＣ成分が脱離していることが確認された。
【００１９】
なお、Ｙ型ゼオライト（ＵＳＹ）によって構成されたＨＣ吸着剤を使用して同様の実験を行ったところ、図３に示すように、２００°Ｃの近辺において一つの大きなピークが形成され、上記β型ゼオライトのような着火性の差に応じた変化は、ほとんど認められなかった。
【００２０】
上記電気加熱触媒４は、図外の電源から供給される電力によって加熱状態となる電気ヒータ８と、低温で活性化するパラジウム等を主体とする触媒成分９とを有し、上記制御手段７から出力される制御信号に応じて電気ヒータ８が通電状態となって加熱されることにより、上記触媒成分９が活性化するように構成されている。
【００２１】
また、上記制御手段７は、内燃機関１から排出された排気ガスの酸素濃度を検出するＯ2センサからなる第１酸素濃度検出手段１０と、上記ＨＣ吸着剤３から導出された排気ガスの酸素濃度を検出するＯ2センサからなる第２酸素濃度検出手段１１とから出力される検出信号に応じ、上記ＨＣ吸着剤３から着火性の良いＨＣ成分が脱離温度し始めたか否かを判定し、この判定結果に応じた制御信号を上記電気加熱触媒４に出力するようになっている。
【００２２】
すなわち、上記制御手段７は、第１酸素濃度検出手段１０によって検出されたＨＣ吸着剤３の上流側部の酸素濃度と、第２酸素濃度検出手段１１によって検出されたＨＣ吸着剤３の下流側部の酸素濃度とを比較し、このＨＣ吸着剤３の下流側部の酸素濃度が上流側よりも低下したことが確認された場合に、上記ＨＣ吸着剤３から着火性の良いＨＣ成分が脱離し始めたと判断して電気加熱触媒４を加熱状態とする制御信号を出力するように構成されている。
【００２３】
上記排気ガス浄化用触媒５は、ＨＣ成分に対して優れた浄化性能を有し、かつその活性化温度が２５０°Ｃ程度の低温に設定されたパラジウム（Ｐｄ）を主体とし、これに必要に応じてプラチナ（Ｐｔ）またはロジウム（Ｒｈ）等の貴金属が添加されることによって構成された触媒成分が、コーデュエライトセラミックス材等からなるハニカム担体に担持される等によって形成されている。なお、上記ハニカム担体に、白金−ロジウム系の三元触媒を主体として担持させた構造としてもよい。
【００２４】
また、二次エア供給手段６は、上記制御手段７から出力される制御信号に応じて駆動されるエアポンプからなっている。上記制御手段７において、ＨＣ吸着剤３から着火性の良いＨＣ成分が脱離温度し始めたことが確認されると、上記電気加熱触媒４の加熱が行われるのと同時に、二次エア供給手段６が駆動されて上記ＨＣ吸着剤３と電気加熱触媒４との間の排気通路に二次エアが供給されるようになっている。
【００２５】
上記構成において、内燃機関１の始動直後に大量に排出されたＨＣ成分は、まず排気系の上流部に配設された上記β型ゼオライトからなるＨＣ吸着剤３によって吸着される。このβ型ゼオライトからなるＨＣ吸着剤３は、各ＨＣ成分のうち着火性の良いＨＣ成分の脱離温度が着火性の悪いＨＣ成分の脱離温度よりも低いという特性を有しているため、図４に示すように、内燃機関の始動後に所定時間が経過した時点ｔ１で、まず着火性の良いＨＣ成分が脱離し始め、その後に所定時間が経過した時点ｔ２で、着火性の悪いＨＣ成分が脱離し始めることになる。
【００２６】
そして、上記第１，第２酸素濃度検出手段１０，１１の検出信号に応じ、ＨＣ吸着剤３から着火性の良いＨＣ成分が脱離し始めたことが制御手段７において確認された時点ｔ１で、上記電気加熱触媒４の電気ヒータ８を加熱状態とするとともに、上記二次エア供給手段６を作動させる制御信号が出力され、図５に示すように、電気加熱触媒４（ＥＨＣ）の温度が上昇して上記触媒成分９が活性化する。
【００２７】
上記電気加熱触媒４の触媒成分９が活性化することにより、上記ＨＣ吸着剤３から脱離した着火性の良いＨＣ成分が上記触媒成分９によって浄化されるとともに、この浄化作用が上記二次エア供給手段６から供給される二次エアによって促進される。そして、上記ＨＣ成分の浄化時に発生する熱が下流側に伝達されることにより、排気ガス浄化触媒５が活性化し、その後に排出される着火性の悪いＨＣ成分が上記排気ガス浄化触媒５によって確実に浄化されることになる。
【００２８】
上記のように排気ガス中のＨＣ成分を吸着するＨＣ吸着剤３を排気系に配設するとともに、その下流部に電気加熱触媒４を配設し、Ｃ5〜Ｃ8のパラフィン等からなる着火性の良いＨＣ成分の脱離温度が、オレフィンおよび等アロマからなる着火性の悪いＨＣ成分の脱離温度よりも低いという特性を有する素材によって上記ＨＣ吸着剤３を構成したため、このＨＣ吸着剤３が着火性の良いＨＣ成分の脱離温度となった時点ｔ１で、上記電気ヒータ８に通電して電気加熱触媒４を加熱状態とすることにより、上記ＨＣ吸着剤３から脱離する着火性の良い上記ＨＣ成分を上記電気加熱触媒４でまとめて燃焼させて浄化することができる。
【００２９】
上記Ｃ5〜Ｃ8のパラフィン等からなる着火性の良いＨＣ成分は、その着火温度が低いため、上記電気加熱触媒４の電気ヒータ８をそれ程高温に加熱することなく、確実に燃焼させることができる。したがって、上記電気加熱触媒４に対する通電量を過度に増大させたり、この電気加熱触媒４を内燃機関１の始動時点から加熱し始めたりすることなく、図５に示すように、上記電気加熱触媒４の温度を急激に上昇させて上記触媒成分９および上記排気ガス浄化触媒５を瞬時に活性化させることができ、この電気加熱触媒４および上記排気ガス浄化触媒５によって上記ＨＣ吸着剤３から脱離するオレフィンおよびアロマ等の着火性の悪いＨＣ成分を確実に燃焼させて浄化し、大気中に排出されるＨＣ成分量を確実に低減することができる。
【００３０】
上記ＨＣ吸着剤３を構成するβ型ゼオライトは、縦横の口径が異なる略長円形状の多数の細孔を有し、各種のＨＣ成分を効果的に吸着することができるとともに、一旦吸着した各種のＨＣ成分のうち、特に上記オレフィンおよびアロマ等の着火性の悪いＨＣ成分に対する保持力が高いという特性を有しているため、上記ＨＣ吸着剤３に吸着された上記着火性の悪いＨＣ成分を長期間に亘り保持することができる。このため、上記電気加熱触媒４または排気ガス浄化用触媒５が活性化する前に、ＨＣ吸着剤３から上記着火性の悪いＨＣ成分が脱離して電気加熱触媒４の設置部等を素通りするという事態の発生を確実に防止することができる。
【００３１】
上記電気加熱触媒４の上流側に、比較的孔径が大きい細孔を有するＹ型ゼオライトからなるＨＣ吸着剤が配設された従来装置と、ＨＣ吸着剤３を上記β型ゼオライトによって構成してなる上記本発明の実施形態に係る排気浄化装置とにおいて大気中に排出されるＨＣ成分量を測定する実験を行ったところ以下のようなデータが得られた。
【００３２】
上記従来装置では、図６の破線で示すように、内燃機関の始動直後に大量のＨＣ成分が大気中に排出されるのを防止することができないのに対し、上記電気加熱触媒４の上流側にβ型ゼオライトからなる上記βＨＣ吸着剤３を配設してなる本発明の実施形態では、図６の実線で示すように、上記排気ガス浄化用触媒５から大気中に排出されるＨＣ成分の排出量を著しく低減することができることが確認された。
【００３３】
また、上記第１，第２酸素濃度検出手段１０，１１の検出信号に応じて着火性の高いＨＣ成分がＨＣ吸着剤３から脱離し始めたことが、上記制御手段７において確認された時点ｔ１で、上記電気加熱触媒４を加熱状態とするように構成したため、上記ＨＣ成分の脱離時期に正確に上記電気加熱触媒４を加熱して活性化させることができ、この電気加熱触媒４によって上記ＨＣ成分を確実に浄化することができる。しかも、上記電気加熱触媒４を必要以上に早期に加熱状態とする必要がないので、バッテリーの電力消費を効果的に抑制できるという利点がある。
【００３４】
また、上記実施形態では、制御手段７において上記ＨＣ吸着剤３から着火性の良いＨＣ成分が脱離し始めたことが確認された時点で、電気加熱触媒４の上流部に二次エアを供給する二次エア供給手段６を設けたため、上記ＨＣ吸着剤３から脱離した着火性の良いＨＣ成分を浄化させる上記電気加熱触媒４の浄化作用を上記二次エア供給手段６から供給される二次エアによって促進することができるため、大気中に排出されるＨＣ成分の排出量をさらに効果的に低減できるという利点がある。
【００３５】
なお、上記実施形態では、上記第１，第２酸素濃度検出手段１０，１１の検出信号に応じて上記ＨＣ吸着剤３から着火性の悪いＨＣ成分を脱離し始めたか否かを判別するように構成しているが、この構成に代え、ＨＣ吸着剤３の温度を検出する温度センサの検出信号等に応じてこのＨＣ吸着剤３から着火性の悪いＨＣ成分が脱離し始めたか否かを判別するように構成してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、排気ガス中のＨＣ成分を吸着するＨＣ吸着剤を排気系に配設するとともに、その下流部に電気加熱触媒を配設し、着火性の良いＨＣ成分の脱離温度が、着火性の悪いＨＣ成分の脱離温度よりも低いという特性を有するβ型ゼオライトによって上記ＨＣ吸着剤を構成したため、このＨＣ吸着剤がＣ5〜Ｃ8のパラフィン等からなる着火性の良いＨＣ成分の脱離温度となった時点で、電気加熱触媒を加熱状態として上記ＨＣ吸着剤から脱離する所定量の上記ＨＣ成分を電気加熱触媒により、まとめて燃焼させることができる。
【００３７】
したがって、バッテリーの電力消費を抑制しつつ、上記電気加熱触媒の温度を急激に上昇させてこれを瞬時に活性化させて、その後にＨＣ吸着剤から脱離するオレフィンおよびアロマ等の着火性の悪いＨＣ成分を上記電気加熱触媒またはその下流側に配設された排気ガス浄化用触媒によって確実に燃焼させて浄化し、大気中に排出されるＨＣ成分量を確実に低減できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排気浄化装置の実施形態を示す全体説明図である。
【図２】β型ゼオライトからなるＨＣ吸着剤の温度とＨＣ成分の脱離量との関係を示すグラフである。
【図３】Ｙ型ゼオライトからなるＨＣ吸着剤の温度とＨＣ成分の脱離量との関係を示すグラフである。
【図４】ＨＣ吸着剤から脱離するＨＣ成分の脱離量の変化状態を示すタイムチャートである。
【図５】電気加熱触媒の温度変化状態を示すタイムチャートである。
【図６】大気中に排出されるＨＣ成分の排出量の変化状態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１  内燃機関
２  排気管（排気系）
３  ＨＣ吸着剤
４  電気加熱触媒
６  二次エア供給手段
７  制御手段
１０，１１  酸素濃度検出手段
【図１】
0003596113.tif 000003
【図２】
0003596113.tif 000004
【図３】
0003596113.tif 000005
【図４】
0003596113.tif 000006
【図５】
0003596113.tif 000007
【図６】
0003596113.tif 000008