(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気マニホールド内に、実質的に一端のみが開放する容器体を設けて、該容器体の開口をエンジン各気筒の排気ポートに向けて位置せしめ、上記容器体内に吸着材を収納した排気ガス浄化装置において、排気行程が連続しない気筒に面した上記吸着材同志をガス通路によって連結せしめて排気ガスの流動を可能としたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
上記ガス通路は金属製配管からなる請求項１記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
上記排気行程が連続しない気筒に面した吸着材同志を一体化した請求項１記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
上記吸着材と上記ガス通路とを一体構成としたガス通路付き吸着材を設置してなる請求項１記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
上記ガス通路付き吸着材は、波板と平板との組合せ構造体よりなる請求項４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、内燃機関から排出される物質を無害化するための排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の排気ガス浄化装置の中には、ガソリン機関の排気ポートと対向して炭化水素（ＨＣ）吸着材を装着し、エンジン始動時に排出される炭化水素（ＨＣ）を前記ＨＣ吸着材へ衝突させて捕捉（トラップ）するとともに、前記ＨＣ吸着材から脱離してくるＨＣを、前記ＨＣ吸着材の下流側に装着した酸化触媒によって浄化するものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、エンジン始動時において、燃料の未燃焼成分として排出されるＨＣには、大きなものでは液体状の燃料粒のようなものから、小さなものでは気化したガス状の分子までの様々な大きさのものがある。上記排気ガス浄化装置のＨＣ吸着原理は、慣性の作用によって排気ブローダウン方向に配設したＨＣ吸着材へＨＣを衝突させて、ＨＣを捕捉（トラップ）することにある。このため、排気ガスが排気通路の途中に形成された屈曲部を通過すると、上述した液体状のような比重の大きなＨＣ粒子は、慣性の作用によって排気ガスから分離して比較的少量の排気ガスと共にブローダウン方向に直進し、前方に設けられたＨＣ吸着材に衝突してトラップされるが、排気ガス中に含まれる気体成分のＨＣは比重が小さいために、殆ど抵抗を受けることなく吸着されずに下流側にある酸化触媒の方へ流れてしまう。このため、高い吸着率が得られないという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、前記したような排気ポートと対向して吸着材を装着した排気ガス浄化装置において、吸着率の向上を図ることができる排気ガス浄化装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、エンジンの排気マニホールド内に、実質的に一端のみが開放する容器体を設けて、該容器体の開口をエンジン各気筒の排気ポートに向けて位置せしめ、上記容器体内に吸着材を収納した排気ガス浄化装置において、排気行程が連続しない気筒に面した上記吸着材同志をガス通路によって連結せしめて排気ガスの流動を可能としたことである。
また、上記ガス通路は金属製配管で構成することができる。
さらに、上記排気行程が連続しない気筒に面した吸着材同志を一体化することもできる。
また、上記吸着材と上記ガス通路とを別体として組付ける代わりに、上記吸着材と上記ガス通路とを一体構成としたガス通路付き吸着材を組付けてもよい。
さらに、上記ガス通路付き吸着材は、波板と平板とを組合せた組合せ構造体とすると有利である。
【０００６】
【作用】
エンジン始動時、つまりクランキング時のような低回転時、１つの排気ポートから排出された大小の粒子からなるＨＣを多量に含む排気ガスは、対向する吸着材へ衝突し、一部の小粒子のＨＣはガス通路まで侵入する。このとき、ガス通路のもう一方の連結部は、次の排気行程にあたる気筒に対向した吸着材とは連結しておらず離れているため、一旦ガス通路に侵入したＨＣは吹き戻されることはない。このため、排気ガスが吸着材に侵入するのは容易である。また、連結された吸着材に対向した気筒が排気行程に移行しても、該気筒に対向する吸着材から侵入した排気ガスは、ガス通路を介して吸着材内を流動するが、既にガス通路に侵入したＨＣを吹き戻して吸気材の外に排出させることも少ない。このように、排気ガスの流動作用を得ることによって、従来の排気ガス浄化装置ではほとんど吸着されなかった小粒子である気体成分のＨＣをも吸着することが可能となる。このため吸着材の吸着率を向上させることができる。また、ＨＣが多量に排出されるのは冷間始動時であり、吸着材の温度はまだ十分に上昇していないので、吸着したＨＣの脱離が始まるのも一般に遅くなる。従って、酸化触媒が浄化温度に達する以前に排気ポートから吸着材に排出されるＨＣを確実に捕捉してこれを保持し、冷間始動時に大気に排出されるＨＣを大幅に低減することができる。
【０００７】
次に、エンジン始動後、つまり完爆後には、排気ポートから排出される排気圧力が高くなり、吸着材及びガス通路内の圧力は上昇する。この圧力上昇により、高温の排気ガスは、吸着材内へ侵入することができず、下流、つまり大気側の圧力の低い方へ配置された酸化触媒へと流れる。このため、吸着材の昇温は緩やかで、ＨＣの早期脱離を抑制することができる。そして、排気ガスからの伝熱により、吸着材の温度が上昇すると、吸着材にトラップされていたＨＣが脱離し始める。また、ガス通路内で排気は、エンジン始動後も極めて微小に流動しているため、ガス通路内に残されたＨＣは徐々に排出される。
そして、ＨＣが脱離し、排出される頃には、下流の酸化触媒が浄化温度に到達しているため、脱離ＨＣは速やかに浄化される。
また、エンジン高負荷時には、高温のガスが吸着材及びガス通路内を流通することが実質的にないため、過度に昇温して吸着材が破損することがない。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明を図１に示す第１実施例により説明する。図１は、本発明を、例えば直列４気筒エンジンに適用した場合を第１実施例として示したものであり、エンジン１の排気ポート内には、実質的に一端のみが開放する容器体が設けられ、該容器体の開口はエンジン各気筒の排気ポートに向けて配置されている。また、該容器体内にはＨＣ吸着材２が配設してある。該ＨＣ吸着材２は、セラミック又は金属箔で構成されたハニカム構造の担体にゼオライト等の吸着剤をコーティングしたものである。前記ＨＣ吸着材２の後端には、ガス通路３ａ，３ｂが夫々設けられている。本実施例の直列４気筒エンジン１の排気行程は通常＃１→＃３→＃４→＃２気筒の順で行われる（図９参照）。前記ガス通路３ａ，３ｂは、前記エンジンの連続した排気行程が隣合わないように、つまり、直列４気筒エンジンにおいて、＃１と＃４気筒とに対向した吸着材２を金属製の配管によって形成されたガス通路３ａにて連結し、同様にして、＃２と＃３気筒とに対向した吸着材２を金属製の配管によって形成されたガス通路３ｂにて連結している。前記ＨＣ吸着材２の下流には、排気管４を介して酸化触媒５が配設されている。
【０００９】
次に、本発明における第１実施例の作動について説明する。
エンジン１の排気行程は、通常、図９に示すように、＃１→＃３→＃４→＃２気筒の順で行われる。前記ＨＣ吸着材２は、この排気行程が連続的に行われても隣合わないように連結されているため、エンジン始動時、つまり、クランキング時のような低回転時、例えば、＃１気筒の排気ポートから排出された大小の粒子からなるＨＣを多量に含む排気ガスは、対向するＨＣ吸着材２へと衝突し、一部の小粒子のＨＣはガス通路３ａまで侵入する。このとき、ガス通路３ａのもう一方の連結部は、＃４気筒の排気ポートに対向した吸着材２に連結されており、次の排気行程にあたる＃３気筒の排気ポートに対向する吸着材とは連結されずに離れているため、一旦ガス通路に侵入したＨＣは吹き戻されることはない。このため、排気ガスが吸着材に侵入するのは容易である。また、連結されたＨＣ吸着材に対向した＃４気筒が排気行程に移行しても、該＃４気筒に対向するＨＣ吸着材２から侵入した排気ガスは、ガス通路３ａを介してＨＣ吸着材２内を流動し、既にガス通路に侵入したＨＣは該排気ガスにより吹き戻されて吸着材から外に排出されることも少ない。このように、排気ガスの流動作用を得ることによって、従来の排気ガス浄化装置ではほとんど吸着されなかった小粒である気体成分のＨＣをも吸着することが可能となり、このため、ＨＣ吸着材の吸着率を向上させることができる。また、ＨＣが多量に排出されるのは冷間始動時であり、吸着材の温度はまだ十分に上昇していないので、吸着したＨＣの脱離が始まるのも一般に遅くなる。従って、酸化触媒が浄化温度に達する以前に排気ポートから吸着材に排出されるＨＣを確実に捕捉してこれを保持し、冷間始動時に大気に排出されるＨＣを大幅に低減することができる。
【００１０】
次に、エンジン始動後、つまり、完爆後には、排気ポートから排出される排気圧力が高くなり、ＨＣ吸着材２及びガス通路３ａ，３ｂ内の圧力は上昇する。この圧力上昇により、高温の排気ガスは、ＨＣ吸着材２内へ侵入することができず、下流、つまり大気側の圧力の低い方へ配置された酸化触媒５へと流れる。このため、ＨＣ吸着材２の昇温は緩やかで、ＨＣの早期脱離が抑制できる。そして、排気ガスからの伝熱により、ＨＣ吸着材の温度が上昇すると、ＨＣ吸着材にトラップされていたＨＣが脱離し始める。この脱離現象は、ＨＣ吸着材の温度が上昇するとＨＣの吸着量が低下するというＨＣ吸着材２の特性によるものである。従って、ＨＣが脱離する頃には、下流の酸化触媒５が浄化温度に到達しているため、脱離ＨＣは速やかに浄化される。また、ガス通路内での排気は、エンジン始動後も極めて微小に流動しているため、ガス通路内に残されたＨＣは、徐々に排出される。このときＨＣは吸着材を通過するため、吸着材が脱離温度未満であれば、一旦捕捉された後、脱離浄化される。また、エンジン高負荷時においては、ＨＣ吸着材２内、及びガス通路３ａ，３ｂ内でのガス流動は実質的にないので、前記ＨＣ吸着材２が過度に昇温して、吸着材の細孔構造が破壊されることはない。
【００１１】
図２に本発明の第２実施例としての排気ガス浄化装置を示す。
図２は、図１と同様に、本発明を例えば直列４気筒エンジンに適用した場合を第２実施例として示したものである。第２実施例のものは、図２に示すごとく、第１実施例における＃２，＃３気筒のＨＣ吸着材２を一体化して設けたものであり、第１実施例のものと作用は同様であるが、吸着材を個別に配置するのに比べて吸着材の設置を容易に行うことができる。また、前述の第１実施例と共通する構造部分については同じ参照符号を付すことによって、重複する説明を省略する。以下、後述する他の実施例についても同様である。
【００１２】
図３は本発明の第３実施例を示したものである。図３は、本発明を例えば、直列６気筒エンジンに適用した場合を第３実施例として示したものであり、排気行程は、例えば、＃１→＃５→＃３→＃６→＃２→＃４気筒の順に行われ、前記エンジンの連続した排気行程が隣合わないように、＃１と＃６気筒、＃２と＃５気筒、＃３と＃４気筒とに対向したＨＣ吸着材２の後端を、それぞれガス通路、３ａ，３ｂ，３ｃにて連結している。そして、第２実施例のものと同様の作用効果を得ることができる。
【００１３】
図４は本発明の第４実施例を示す。図４は、本発明をＶ型エンジン、例えばＶ型６気筒エンジンに適用した場合を第４実施例として示したものである。上記エンジンの排気行程は＃１→＃２→＃３→＃４→＃５→＃６気筒の順に行われるため、偶数番の＃２，＃４，＃６気筒、奇数番の＃１，＃３，＃５気筒というように同一バンク側の吸着材２同志を連結してガス通路３を構成すると、構造を簡単化することができる。
【００１４】
図５は本発明の第５実施例を示すもので、第５実施例は、第４実施例の排気ガス浄化装置を改良したものに相当し、ＨＣ吸着材２に配設されていたガス通路配管を除去し、ＨＣ吸着材自体にガス通路を設けたものである。即ち、排気ポートに対向するようにガス通路付き吸着材６を直接配設したものである。該ガス通路付き吸着材６は、図６に示すように、幅の異なる金属箔、例えば、厚さ３０μｍ〜５０μｍのステンレス箔より加工された波板６１と平板６２とを交互に重ねた構成となっており、波板６１の幅Ｗｗ、平板６２の幅ＷｆがＷｗ＜Ｗｆなる関係にあることを特徴としている。
このように、Ｗｗ＜Ｗｆつまり、波板６１の幅が平板６２の幅より狭いため、波板６１後方にガス通路を形成することができる。従って、波板６１と平板６２とが交互に重なる部分がＨＣ吸着材６ａの機能を有し、平板６２のみの部分がガス通路６ｂの機能を有する。さらに、上記ガス通路付きＨＣ吸着材６を排気マニホールドへ装着するとき、ＨＣ吸着材６ａ後端部、この場合、平板６２のみの部分、即ちガス通路６ｂが排気マニホールド壁面に接することから、外気への熱伝達による放熱効果を得ることができ、ＨＣ吸着材の昇温速度を抑制することができる。また、吸着材とガス通路とが一体構造となっているので、本体への取付けがはるかに容易であり、しかも構造が簡単で、設置場所もそれ程とらないので、装置全体を小型化することができる。
【００１５】
図７に本発明の第６実施例を示す。第６実施例は、第１及び第２実施例を改良したものに相当し、詳しくは、第５実施例に用いられたガス通路付き吸着材６を直列４気筒エンジンに使用したものである。図７に示すごとく、＃２と＃３気筒に配置されたＨＣ吸着材２を使用する代わりに、ガス通路付き吸着材６を使用していることが特徴となっている。そして、第１，２実施例のものに第５実施例のものを付加した作用効果を得ることができる。
【００１６】
図８に本発明の第７実施例を示す。第７実施例は、ガス通路付き吸着材６を直列６気筒エンジンに使用した例を示すものであり、第３実施例を改良したものに相当する。図８に示すごとく、本実施例は、＃３と＃４気筒とに配置されたＨＣ吸着材２を使用する代わりに、ガス通路付き吸着材６を使用していることが特徴となっている。そして、第３実施例のものに第５実施例のものを付加した作用効果を得ることができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明は、上述のとおり構成されているので、次に記載する効果を奏することができる。
【００１８】
請求項１の排気ガス浄化装置においては、排気行程が連続しない気筒に面した吸着材同志をガス通路によって連結したので、排気ガスは、吹き戻されることがないため、排気ガスが吸着材内に侵入することが容易であり、該排気ガスはガス通路を介して吸着材内を流動する。従って、小粒である気体成分のＨＣをも吸着することができるので、吸着率の向上を図ることができる。また、冷間始動時においては、吸着材の温度はまだ十分に上昇していないので、吸着したＨＣの脱離も一般に遅くなる。従って、酸化触媒が浄化温度に達する以前に排出されるＨＣを確実に捕捉してこれを保持し、上記冷間始動時に大気に排出されるＨＣを大幅に低減することができる。
【００１９】
請求項２の排気ガス浄化装置においては、ガス通路を金属製配管としたので、簡単な構造とすることができる。
【００２０】
請求項３の排気ガス浄化装置においては、排気行程が連続しない気筒に面した吸着材同志を一体化したので、吸着材を別個に配置するのに比べて吸着材の設置を容易に行うことができる。
【００２１】
請求項４の排気ガス浄化装置においては、吸着材とガス通路とを一体構成としたガス通路付き吸着材を用いているので、吸着材とガス通路とを別個に用意して取付けるのに比べて、はるかに取付けが容易であり、しかも、構造が簡単で、設置場所もそれ程とらないので装置全体を小型化することができる。
【００２２】
請求項５の排気ガス浄化装置においては、上記ガス通路付き吸着材を波板と平板との組合せ構造体としたので、排気マニホールドへ装着するとき、ガス通路が排気マニホールド壁面に接することから、外気への熱伝達による放熱効果を得ることができ、ＨＣ吸着材の昇温速度を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気ガス浄化装置の第１実施例を示したものであり、図１（ａ）は、その平面図、図１（ｂ）は、その正面図である。
【図２】本発明の排気ガス浄化装置の第２実施例を示したものであり、図２（ａ）は、その平面図、図２（ｂ）は、その正面図である。
【図３】本発明の排気ガス浄化装置の第３実施例を示したものであり、図３（ａ）は、その平面図、図３（ｂ）は、その正面図である。
【図４】本発明の排気ガス浄化装置の第４実施例を示したものであり、図４（ａ）は、その平面図、図４（ｂ）は、その正面図である。
【図５】本発明の排気ガス浄化装置の第５実施例を示す平面図である。
【図６】本発明の上記第５実施例のガス通路付き吸着材を示す斜視図である。
【図７】本発明の排気ガス浄化装置の第６実施例を示したものであり、図７（ａ）は、その平面図、図７（ｂ）は、その正面図である。
【図８】本発明の排気ガス浄化装置の第７実施例を示したものであり、図８（ａ）は、その平面図、図８（ｂ）は、その正面図である。
【図９】一般的な直列４気筒エンジンにおける排気行程の圧力脈動を示す波形図である。
【符号の説明】
１…エンジン
２…ＨＣ吸着材
３，３ａ，３ｂ，３ｃ…ガス通路
４…排気管
５…酸化触媒
６…ガス通路付き吸着材
６１…波板
６２…平板
６ａ…ＨＣ吸着材
６ｂ…ガス通路
【図１】
0003594039.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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【図９】
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