(57)【要約】【課題】  上流側ＨＣ触媒と下流側ＨＣ触媒の間にヒートマスの高い排気管や熱容量体を配置することなく、触媒レイアウトフリーと低コストを維持しながら、排気浄化システムの効率向上を図る。【解決手段】  内燃機関の排気通路に、内燃機関から排出されるＨＣを吸着，浄化するＨＣ吸着触媒を少なくとも２つ備え、各ＨＣ吸着触媒の昇温速度を吸着ＨＣ浄化性能がある昇温速度範囲とするＨＣ吸着触媒システムであり、内燃機関に近い上流側に設置された上流側ＨＣ吸着触媒の昇温速度を急昇温速度範囲４０１とし、上流側ＨＣ吸着触媒の下流に設置された下流側ＨＣ吸着触媒の昇温速度を緩昇温速度範囲４０２とする。【選択図】図４
2006266120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に複数のＨＣ吸着触媒を設け、
前記内燃機関に近い上流側に設置された上流側ＨＣ吸着触媒の昇温速度が、昇温速度を大きく設定するに従って吸着ＨＣの浄化効率が上昇する昇温速度範囲の速度であり、
前記上流側ＨＣ吸着触媒の下流に設置された下流側ＨＣ吸着触媒の昇温速度が、昇温速度を小さく設定するに従って吸着ＨＣの浄化効率が上昇する昇温速度範囲の速度である
ＨＣ吸着触媒システム。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に複数のＨＣ吸着触媒を設け、
前記内燃機関に近い上流側に設置された上流側ＨＣ吸着触媒の昇温速度が、ＨＣ吸着触媒のＨＣ吸着段階において捕捉されるＨＣ量と、ＨＣ吸着触媒のＨＣ脱離段階において脱離されるＨＣ量がほぼ等しくなる低浄化率昇温速度範囲よりも高い速度であり、
前記上流側ＨＣ吸着触媒の下流に設置された下流側ＨＣ吸着触媒の昇温速度が、前記低浄化昇温速度範囲よりも低い速度であるＨＣ吸着触媒システム。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に複数のＨＣ吸着触媒を設け、
前記内燃機関に近い上流側に設置された上流側ＨＣ吸着触媒の昇温速度が、浄化率がほぼゼロである昇温温度範囲よりも高い速度であり、
前記上流側ＨＣ吸着触媒の下流に設置された下流側ＨＣ吸着触媒の昇温速度が、浄化率がほぼゼロである昇温温度範囲よりも低い速度であるＨＣ吸着触媒システム。
【請求項４】
内燃機関の排気通路に複数のＨＣ吸着触媒を設け、
前記内燃機関に近い上流側に設置された上流側ＨＣ吸着触媒の昇温速度が、６℃／秒よりも高い速度であり、
前記上流側ＨＣ吸着触媒の下流に設置された下流側ＨＣ吸着触媒の昇温速度が、２℃／秒よりも低い速度であるＨＣ吸着触媒システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のＨＣ吸着触媒システムであって、
前記上流側ＨＣ吸着触媒のヒートマスが前記下流側ＨＣ吸着触媒のヒートマスよりも小さいＨＣ吸着触媒システム。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載のＨＣ吸着触媒システムであって、
前記上流側ＨＣ吸着触媒のセル数が前記下流側ＨＣ吸着触媒のセル数よりも多いＨＣ吸着触媒システム。
【請求項７】
請求項１乃至４のいずれかに記載のＨＣ吸着触媒システムであって、
前記上流側ＨＣ吸着触媒の体積が前記下流側ＨＣ吸着触媒の体積よりも小さいＨＣ吸着触媒システム。
【請求項８】
請求項１乃至４のいずれかに記載のＨＣ吸着触媒システムであって、
前記上流側ＨＣ吸着触媒の表面積が前記下流側ＨＣ吸着触媒の表面積よりも大きいＨＣ吸着触媒システム。
【請求項９】
請求項１乃至４のいずれかに記載のＨＣ吸着触媒システムであって、
前記上流側ＨＣ吸着触媒が前記下流側ＨＣ吸着触媒よりも比熱を小さいＨＣ吸着触媒システム。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載のＨＣ吸着触媒システムであって、
前記内燃機関を制御することによって、排気温を制御するＨＣ吸着触媒システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のＨＣ吸着触媒システムであって、
前記内燃機関の点火時期制御を制御することによって、排気温を制御するＨＣ吸着触媒システム。
【請求項１２】
請求項１０に記載のＨＣ吸着触媒システムであって、
前記上流側ＨＣ吸着触媒内部の温度を測定、または推定する手段を有し、前記上流側
ＨＣ吸着触媒が浄化開始温度に到達するまで前記内燃機関の点火時期が遅角されるＨＣ吸着触媒システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のＨＣ吸着触媒システムであって、
前記上流側ＨＣ吸着燃焼触媒が浄化開始温度に到達した後は前記内燃機関の点火時期が進角されるＨＣ吸着触媒システム。
【請求項１４】
請求項１０に記載のＨＣ吸着触媒システムであって、
前記内燃機関の排気バルブの開時期を制御することによって、排気温を制御するＨＣ吸着触媒システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のＨＣ吸着触媒システムであって、
前記上流側ＨＣ吸着触媒内部の温度を測定、又は推定する手段を有し、前記上流側ＨＣ吸着触媒が浄化開始温度に到達するまで前記内燃機関の排気バルブの開時期が進角されるＨＣ吸着触媒システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のＨＣ吸着触媒システムであって、
前記上流側ＨＣ吸着触媒が浄化開始温度に到達した後は前記内燃機関の排気バルブの開時期が遅角されるＨＣ吸着触媒システム。
【請求項１７】
請求項１乃至４のいずれかに記載のＨＣ吸着触媒システムであって、
前記上流側ＨＣ吸着触媒の吸着層の成分と、前記下流側ＨＣ吸着触媒の吸着層の成分が異なるＨＣ吸着触媒システム。
【請求項１８】
請求項１９に記載のＨＣ吸着触媒システムであって、
前記下流側ＨＣ吸着触媒に前記上流側ＨＣ吸着触媒から脱離するＨＣ種を吸着する吸着層を備えたＨＣ吸着触媒システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化のためのＨＣ吸着触媒システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今では、環境への配慮のため、自動車等に搭載された内燃機関の排気中に含まれる
ＨＣの浄化効率をより高めることが要求されている。
【０００３】
従来の内燃機関の排気浄化システムとしては、内燃機関へ近い側に配置された上流側
ＨＣ触媒と、上流側ＨＣ触媒よりも下流に配置された下流側ＨＣ触媒の間に、熱容量体を配置したものがある（例えば特許文献１）。
【０００４】
これは、ＨＣ触媒内部の温度上昇に伴って、内燃機関から排出されるＨＣの吸着段階，脱離段階，浄化段階が存在するＨＣ触媒の性質を利用するものである。すなわち、上流側ＨＣ触媒と下流側ＨＣ触媒の間に熱容量体を配置することにより、上流側ＨＣ触媒が浄化段階に至るまで下流側ＨＣは吸着段階を維持し、上流側より脱離したＨＣを下流側で吸着・浄化することにより、排気浄化システムの効率向上を図るものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２０１８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記技術では、上流側ＨＣ触媒が浄化段階にいたるまで下流側ＨＣを吸着段階に維持させるために、上流側ＨＣ触媒と下流側ＨＣ触媒の間に設置された熱容量体やヒートマスの高い排気管を、排気管の長さ，ＨＣ触媒の温度特性，エンジンの種類、および運転環境（外気温等）等に応じて設計しなければならなかった。そのため、排気浄化システム全体の触媒レイアウトの制限、さらには高コスト化の問題が生じていた。
【０００７】
本発明の課題は、上流側ＨＣ触媒と下流側ＨＣ触媒の間にヒートマスの高い排気管や熱容量体を配置することなく、触媒レイアウトフリーと低コストを維持しながら、排気浄化システムの効率向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、内燃機関の排気通路に複数のＨＣ吸着触媒を設け、内燃機関に近い上流側に設置された上流側ＨＣ吸着触媒の昇温速度と、上流側ＨＣ吸着触媒の下流に設置された下流側ＨＣ吸着触媒の昇温速度を、ＨＣ浄化率に着目して適切な速度範囲に設定する、またはそのような適切な速度範囲になるように、材料や構造等を選択，設計するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、触媒レイアウトフリーと低コストを維持しながら、排気浄化システムの効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態について図面に基づき説明する。図１は、本発明のＨＣ触媒システムの概略図であり、内燃機関本体１０１から、マニホールドを含んだ排気管１０２の途中に２つのＨＣ触媒１０３及び１０４を直列に配置している。
【００１１】
本実施形態では、内燃機関１０１に近い側のＨＣ触媒を上流側ＨＣ触媒１０３とし、その上流側ＨＣ触媒１０３を内燃機関１０１の排気マニホールドの直後に配置する。さらに、上流側ＨＣ触媒１０３より下流のＨＣ触媒を下流側ＨＣ触媒１０４として、その下流側ＨＣ触媒１０４を上流側ＨＣ触媒１０３から６００mm以上離れた位置に配置する。
【００１２】
また、ここでは、図２に示すように上下流のＨＣ触媒として、ヒートマスの小さいＨＣ触媒を上流側ＨＣ触媒１０３に使用し、ヒートマスの大きいＨＣ触媒を下流側ＨＣ触媒
１０４に使用する。一般的に、ＨＣ触媒の単位時間当たりの触媒内温度上昇（以下昇温速度）は、ＨＣ触媒自身のヒートマスに反比例する。そのため、上流側ＨＣ触媒１０４は下流側ＨＣ触媒１０３より、内燃機関１０１の近くにあり、ヒートマスも小さいため、昇温速度が大きくなる。一方で、下流側ＨＣ触媒１０４は上流側ＨＣ触媒１０３に比べ、内燃機関１０１から離れており、ヒートマスも大きいため、昇温速度は小さくなる。
【００１３】
上記のヒートマス設定は、図３に示すようなセル数の違いによって実現し、例えば、上流側に９００セルのＨＣ触媒、下流側には３００セルのＨＣ触媒をそれぞれ配置する。
【００１４】
次に、吸着したＨＣの浄化率と昇温速度の関係について詳述する。
【００１５】
図５に示すように、ＨＣ吸着燃焼触媒は、温度上昇とともに、ＨＣ吸着，ＨＣ脱離，
ＨＣ浄化段階を経ることになる。
【００１６】
内燃機関１０１の始動に伴い、内燃機関１０１よりＨＣが排出される。内燃機関１０１の始動直後では上流側ＨＣ触媒１０３と下流側ＨＣ触媒１０４ともに低温状態である。そのため、上流側ＨＣ触媒１０３と下流側ＨＣ触媒１０４はＨＣ吸着段階であり、ＨＣは上下流のＨＣ触媒に吸着される。
【００１７】
ＨＣ触媒がＨＣ脱離開始温度に到達すると、ＨＣ吸着段階において吸着されたＨＣが脱離される。そのＨＣ脱離量は、ＨＣ触媒の昇温速度の影響を受ける。これは後述する図４において詳説する。
【００１８】
吸着されたＨＣはＨＣ触媒の活性化により浄化される。その時の昇温速度に対する吸着されたＨＣの浄化効率特性は図４のようになる。横軸はＨＣ触媒の昇温速度であり、縦軸は、ＨＣ吸着段階で吸着されたＨＣをＨＣ浄化段階において浄化することができるＨＣの割合（ＨＣの浄化効率特性）である。吸着ＨＣの浄化効率Ｅは（式１）のように表される。
【００１９】
（Ｍ０−Ｍ１）×１００／Ｍ０＝Ｅ  （％）                            （式１）
Ｍ０：ＨＣ吸着段階において吸着されたＨＣ量（ｇ）
Ｍ１：ＨＣ脱離段階において脱離されたＨＣ量（ｇ）
【００２０】
上記、吸着ＨＣの浄化効率Ｅは真値から±５％の測定誤差を含む。
【００２１】
触媒の昇温速度をパラメータとしてＨＣ触媒の浄化性能特性を考えた場合、吸着ＨＣの浄化効率は、ＨＣ触媒の昇温速度が大きくなるにつれて低下し、ある所定の昇温速度Ｔｓを境にほぼ０（ゼロ）となる。ところが、さらにＨＣ触媒の昇温速度を大きくしていくと、別のある所定の昇温速度Ｔｌを境に、再び吸着ＨＣの浄化効率が上昇するという特性を発明者は実験により見出した。
【００２２】
ここで、昇温速度を小さく設定するに従って吸着ＨＣの浄化効率が上昇する昇温速度範囲（昇温速度Ｔｓ以下）を緩昇温速度範囲とし、昇温速度を大きく設定するに従って吸着ＨＣの浄化効率が上昇する昇温速度範囲（昇温速度Ｔｌ以上）を急昇温速度範囲と定義する。ここで昇温速度がＴｓより大きく、かつＴｌより小さい範囲では、吸着ＨＣの浄化性能が急昇温速度範囲や緩昇温速度範囲の吸着ＨＣの浄化性能より低く、ほぼ０（ゼロ）となっている。この範囲を低浄化率昇温速度範囲とする。
【００２３】
ＨＣ触媒に吸着されたＨＣは、排ガス等の外部からＨＣ触媒に供給される単位時間当りの熱エネルギーが大きいほど、ＨＣ触媒から脱離しやすい性質を持つ。ここで、緩昇温速度範囲は、ＨＣ触媒のＨＣ脱離期間が、昇温速度ＴｓであるＨＣ触媒のＨＣ脱離期間に比べて長くなる。しかし、ＨＣ触媒に供給される単位時間当りの熱エネルギーが小さいため、単位時間当りの脱離するＨＣ量が、昇温速度ＴｓであるＨＣ触媒のＨＣ脱離期間に比べて少ない。従って、緩昇温速度範囲は、ＨＣ触媒の活性化温度に到達するまでの間に、
ＨＣ触媒に捕捉されたＨＣを浄化することが可能となる昇温範囲と定義することもできる。
【００２４】
また、急昇温速度範囲は、ＨＣ触媒に供給される単位時間当りの熱エネルギーが大きい。そのため、単位時間当りの脱離するＨＣ量が、昇温速度ＴｌであるＨＣ触媒のＨＣ脱離期間に比べて多い。しかし、ＨＣ触媒のＨＣ脱離期間が、昇温速度ＴｌであるＨＣ触媒のＨＣ脱離期間に比べて短い。従って、急昇温速度範囲は、ＨＣ触媒の活性化温度に到達するまでのＨＣ触媒の残留ＨＣを浄化することが可能となる昇温範囲と定義することもできる。
【００２５】
また、低浄化率昇温速度範囲は、ＨＣ吸着触媒のＨＣ吸着段階において捕捉されるＨＣ量と、ＨＣ吸着触媒のＨＣ脱離段階において脱離されるＨＣ量がほぼ等しくなる昇温速度範囲と定義することもできる。つまり、ＨＣ吸着段階において捕捉されるＨＣ量が、ＨＣ脱離段階において、ほぼすべて脱離してしまう昇温範囲である。ただし、測定誤差を±５％含むため、５％程度の浄化効率となる昇温速度範囲は、低浄化率昇温速度範囲と定義することも或いは可能である。
【００２６】
前記従来技術のＨＣ触媒を２つ用いた排気浄化システムでは、内燃機関と上流側ＨＣ触媒の間に熱容量体となる三元触媒を設置し、また、上流側ＨＣ触媒と下流側ＨＣ触媒の間にヒートマスの高い排気管や熱容量体を設置しているため、ＨＣ触媒そのものを急昇温速度範囲とする設計になっていなかった。特に、上流側ＨＣ触媒は内燃機関から近く、比較的高温の排気ガスにさらされるものの、本願における急昇温速度範囲には達しておらず、上流側ＨＣ触媒の浄化性能はあまり発揮されていなかった。
【００２７】
以上より、最も効率的なＨＣ触媒の昇温速度の組み合わせは、内燃機関１０１に近い上流側ＨＣ触媒１０３の昇温速度を急昇温速度範囲に、下流側ＨＣ触媒１０４の昇温速度を緩昇温速度範囲に設定することである。その理由は、排気管１０２中の排気温度が排気直後では高温であり、下流にいくほど排気ガスの熱エネルギーが触媒等に吸収され、排気ガスの温度が下がるからである。
【００２８】
このように本実施形態では、内燃機関と上流側ＨＣ触媒の間に熱容量体となる三元触媒を設置することなく、上流側ＨＣ触媒自体のヒートマスを変化させることで、上流側ＨＣ触媒を急昇温速度範囲とする。一方、上流側ＨＣ触媒と下流側ＨＣ触媒の間にヒートマスの高い排気管や熱容量体を設置することなく、下流側ＨＣ触媒自体のヒートマスを変化させることで、下流側ＨＣ触媒を緩昇温速度範囲としている。
【００２９】
なお、図４の昇温速度Ｔｌ及びＴｓはＬＡ−４モード走行時に上下流のＨＣ触媒直後の排気温度が３００℃に達するまでの平均昇温速度である。内燃機関１０１にＶ６型，2500ccのエンジンを使用した場合、Ｔｌ＝６℃／秒，Ｔｓ＝２℃／秒であった。
【００３０】
次に、図５に上流側ＨＣ触媒１０３のセル数を９００セル、下流側ＨＣ触媒１０４のセル数を３００セルにした時の昇温特性を示す。上流側ＨＣ触媒１０３と下流側ＨＣ触媒
１０４は、それぞれの有するヒートマスの差によって、図５のような昇温特性となる。その結果、上流側ＨＣ触媒１０３は昇温速度１０℃／秒、下流側ＨＣ触媒１０４は１.５℃／秒となり、前述のＴｌ＝６℃／秒より大きく、かつＴｓ＝２℃／秒より小さくになっている事を確認した。
【００３１】
上記の例では、上流側ＨＣ触媒１０３の昇温速度が急昇温速度範囲にあるので、内燃機関１０１の始動からＨＣ触媒の活性化温度に到達するまでの時間は３０秒以内であり、極めて短い。また、上流側ＨＣ触媒の昇温速度が高い浄化効率の急昇温速度範囲であり、内燃機関１０１の始動から３０秒以内に排出される大部分のＨＣも、上流側ＨＣ触媒において吸着，浄化される。さらに、上流側ＨＣ触媒から脱離したＨＣも、緩昇温速度範囲となっている下流側ＨＣ触媒１０４が吸着・浄化することで、上下流両方のＨＣ触媒を高効率に利用できる。
【００３２】
このように、複数のＨＣ触媒を排気管１０２の途中に配置する場合、昇温速度を急昇温速度範囲にできるＨＣ触媒と、昇温速度を緩昇温速度範囲にできるＨＣ触媒とを組み合わせることにより、ＨＣ吸着触媒システムにとって、最適な組み合わせが得られる。さらに、従来技術よりも上流側ＨＣ触媒１０３が早期に活性化可能なため、活性化前に排出されるＣＯやＮＯｘ等の排気成分の排出量も減らすことができる。
【００３３】
また、上下流のＨＣ触媒の両方を急昇温速度範囲とした場合、触媒全体のＨＣ脱離期間を短縮することができるため、高いＨＣ浄化性能を発揮しながら、ＨＣ以外の排気成分の排気浄化性能を向上することもできる。例えば、上下流のＨＣ触媒のセル数を９００以上とするようなヒートマスを小さくする場合などである。以下、ヒートマスを調整する方法として上記で説明したセル数を変えるものとは異なる方法を図面に基づき説明する。
【００３４】
図６は、上流側ＨＣ触媒１０３の体積が下流側ＨＣ触媒１０４の体積よりも小さいことを示している。これにより、上流側ＨＣ触媒１０３のヒートマスを下流側ＨＣ触媒１０４のヒートマスよりも小さくできる。さらに、上流側ＨＣ触媒１０３の体積が小さいため、エンジンルームの省スペース化が可能になる。
【００３５】
図７は、上流側ＨＣ触媒１０３の触媒内壁の厚さが下流側ＨＣ触媒１０４の触媒内壁よりも薄いことを示している。これにより、上流側ＨＣ触媒１０３のヒートマスを下流側
ＨＣ触媒１０４のヒートマスよりも小さくできる。さらに、触媒内壁を薄くすることで、排気の通気抵抗を小さくできる。
【００３６】
図８は、上流側ＨＣ触媒１０３の質量が下流側ＨＣ触媒１０４の質量よりも小さいことを示している。これにより、上流側ＨＣ触媒１０３のヒートマスを下流側ＨＣ触媒１０４のヒートマスよりも小さくできる。さらに、ＨＣ触媒を構成する貴金属量，吸着材量，触媒担体量を減らすことでコスト低減が可能になる。
【００３７】
図９は、上流側ＨＣ触媒１０３の表面積が下流側ＨＣ触媒１０４の表面積よりも大きいことを示している。これにより、上流側ＨＣ触媒１０３のヒートマスを下流側ＨＣ触媒
１０４のヒートマスよりも小さくできる、さらに、表面積が大きいことで、ＨＣ吸着性能の向上や触媒金属の高分散化により、耐久性も向上する。
【００３８】
図１０は、上流側ＨＣ触媒１０３に下流側ＨＣ触媒１０４よりも比熱の小さい材質を使用することを示している。これにより、上流側ＨＣ触媒１０３のヒートマスを下流側ＨＣ触媒１０４よりも小さくできる。さらに、比熱の小さい材質として金属等を使用した場合、上流側ＨＣ触媒１０３の構造的強度，耐熱性が向上し、より急速に昇温することが可能になる。
【００３９】
上記のような方法によってヒートマスを調整し、上流側ＨＣ触媒１０３の昇温速度を急昇温速度範囲、下流側ＨＣ触媒１０４の昇温速度を緩昇温速度範囲にしても、セル数を変える場合と同様の効果を得ることができる。また、上記の例を２つ以上組み合わせても良い。但し、上下流のＨＣ触媒と内燃機関との位置関係や排気管中の排気温度勾配を考慮し、上下流のＨＣ触媒の両方を急昇温速度範囲で昇温することや、上流側ＨＣ触媒を緩昇温速度範囲、下流側ＨＣ触媒を急昇温速度範囲で昇温することなど、場合によって組み合わせを使い分けても良い。
【００４０】
本発明の第２の実施形態について、図面に基づき説明する。
【００４１】
内燃機関や排気管，触媒の配置などは実施例１と同様であるが、上下流のＨＣ触媒のヒートマスは任意のものを使用して良い。図１１は、内燃機関１０１の排気に昇温制御を施した場合の、上流側ＨＣ触媒１０３の昇温特性を示す。昇温制御の効果により、昇温制御を施した場合と昇温制御を施さない場合ではＨＣ触媒が活性化するまでの温度特性に差が生じる。昇温制御を施した場合、昇温制御を施さない場合と比較してＨＣ脱離期間を短縮でき、さらに、ＨＣ触媒が早期活性化することでＨＣ及びＣＯ，ＮＯｘなどの排気成分も早期に浄化可能になる。また、昇温制御によって上流側ＨＣ触媒の昇温速度を急昇温速度範囲にすることでヒートマスを変えることなく、昇温制御のみによっても実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
排気の昇温制御は、例えば図１２に示すように点火時期制御により行う。すなわち、内燃機関１０１の始動直後から、点火時期を遅角して、内燃機関１０１からの排気の温度を上昇させる。それにより、上流側ＨＣ触媒１０３の昇温速度が大きくなる。上流側ＨＣ触媒１０３が活性化温度に到達した後は、その温度以下にはならないように配慮しながら、点火時期の進角により排気温度を下げて、下流側ＨＣ触媒１０４の昇温速度を緩やかにする。この時、上流側ＨＣ触媒１０３の温度は温度センサによって測定、又は水温，エンジン回転数，エンジン負荷値などによって推定する。その他、進角によってノッキングが起きないよう、ノックセンサの信号、または水温によって点火時期を徐々に進角側から通常点火時期に近づけるように制御を行う。或いは、ノッキングを検出した場合は、点火時期を遅角して、徐々に通常点火時期に近づけるように制御しても良い。
【００４３】
なお、上流側ＨＣ触媒１０３，下流側ＨＣ触媒１０４ともに急昇温速度範囲とする場合等、上流側ＨＣ触媒１０３が活性化温度に到達してからの点火時期の進角は、行わなくても良い場合がある。
【００４４】
従って、第２の実施形態によれば、前記実施例１における上下流のＨＣ触媒の組み合わせ以外でも、上流側ＨＣ触媒１０３の昇温速度を急昇温速度範囲に、下流側ＨＣ触媒104の昇温速度を緩昇温速度範囲にすることができ、ＨＣ吸着触媒システムの浄化性能を向上させることができる。
【００４５】
上記の他に、例えば図１３に示すようにバルブタイミングにより昇温制御を行うこともできる。すなわち、内燃機関１０１の始動直後から、排気バルブが開くタイミングを進角することで、排気の温度を上昇させる。それにより、上流側ＨＣ触媒１０３の昇温速度が大きくなる。上流側ＨＣ触媒１０３が活性化温度に到達した後は、その温度以下にはならないように配慮しながら、排気バルブが開くタイミングを遅角して、下流側ＨＣ触媒104の昇温速度を緩やかにする。この時も、上流側ＨＣ触媒１０３の温度は温度センサによって測定、又は水温，エンジン回転数，エンジン負荷値などによって推定する。その他、ノッキングが起きないよう、ノックセンサの信号、または水温によって、排気バルブが開くタイミングを徐々に通常のバルブ開時期に近づけるよう制御を行う。或いは、ノッキングを検出した場合、バルブの開時期を進角することで、徐々に通常のバルブ開時期に近づけるようにしても良い。
【００４６】
一方、内燃機関１０１の始動直後からバッテリ，オルタネータ、又はその他の電源を利用して、電気ヒータによりＨＣ触媒の昇温速度を急昇温速度範囲にすることができる。上流側ＨＣ触媒１０３を強制的に加熱することで、上流側ＨＣ触媒１０３を強制加熱しない場合よりも早く急昇温速度範囲とすることができる。また、ＨＣ触媒の種類による耐熱性や吸着するＨＣ種等を考慮して、下流側ＨＣ触媒１０４を強制的に加熱し、下流側ＨＣ触媒１０４が急昇温速度範囲、上流側が緩昇温速度範囲となるような、ＨＣ触媒の昇温速度の組み合わせにすることができる。その他、ペルチェ効果を利用したヒータにより、加熱と冷却を同時に行うことで、上下流のＨＣ触媒のどちらか一方を急昇温速度範囲で昇温するようにしても良く、また、ペルチェ効果をヒータ、またはクーラとして、どちらか一方だけに使用しても良い。また、上記の内のいずれかと、実施例１のヒートマス調整手段と組み合わせて使用しても良い。
【００４７】
本発明の第３の実施形態について、図面に基づき説明する。内燃機関や排気管，触媒の配置などは実施例１と同様であるが、図１４に示すように、上流側ＨＣ触媒１０３と下流側ＨＣ触媒１０４で吸着層の構成が異なるものを使用している。
【００４８】
次に、ＨＣ触媒の吸着層と吸着層へのＨＣの吸着について説明する。ＨＣ触媒の吸着層は触媒担体の表面に設けられ、さらに吸着層の表面に３元層を設けている。ＨＣ触媒が触媒活性化温度に昇温すると、下層側の吸着層から脱離するＨＣを上層の３元層において燃焼除去する。
【００４９】
内燃機関１０１の稼動中は、燃料の燃焼によって多種多様なＨＣが生成され、排出される。ＨＣ触媒は、それらのＨＣを冷間時に吸着層に吸着しＨＣ触媒が活性化するまでＨＣを保持して、その後ＨＣの浄化を行う。そのため、吸着したＨＣを保持する能力（以下
ＨＣ保持性能）が、ＨＣ触媒のＨＣ浄化効率を向上させるために重要な要素であり、ＨＣ保持性能は、吸着質であるＨＣと吸着層との間に働く相互作用（以下吸着力）の強さに依存する。さらに、吸着力は一般的に、吸着質の組成や構造、及び吸着材の組成や構造との相性によって決まる。そこで、強い吸着力を得るためには、吸着質の組成や構造と、吸着材の組成や構造が、相互作用を強め合うような組み合わせにする必要がある。しかし、排気中に含まれるＨＣは多種多様な組成と構造を持つため、図１５に示すように、一つの吸着材のみで全てのＨＣ種を吸着，保持することは困難である。
【００５０】
さらに、上記の他にも、ＨＣ触媒のＨＣ吸着力は温度と密接な関係があり、一般的に
ＨＣ吸着力は、温度の高い雰囲気中や、温度変化が大きい雰囲気中、表面温度の高い吸着材に対しては小さくなる性質がある。以上の性質を考慮すると、上流側ＨＣ触媒は高温な排気が流入し、吸着層の温度が高く、温度変化も大きくなるため、吸着層と相性の良くないＨＣは、吸着しても保持し続けることが困難である。もし、それらのＨＣを保持しようとする場合、排気の温度を下げる、又は温度変化を緩やかにする必要がある。
【００５１】
よって、本実施形態では、上流側ＨＣ触媒１０３と下流側ＨＣ触媒１０４の吸着層に異なる材質を用いて構成する。さらに下流側ＨＣ触媒１０４には、上流側ＨＣ触媒１０３から脱離される主なＨＣ種と、強い吸着力を発揮する吸着材を使用することで、ＨＣ吸着触媒システムのＨＣ保持性能向上を図るものである。
【００５２】
本実施形態の構成によれば、図１６に示すように、上流側ＨＣ触媒１０３と強い吸着力を発揮するＨＣ種は上流側ＨＣ触媒１０３で吸着・浄化される。一方、下流側ＨＣ触媒
１０４の吸着層は上流側ＨＣ触媒１０３から脱離する主なＨＣ種と強い吸着力を発揮するため、それらのＨＣは下流側ＨＣ触媒１０４で吸着・浄化される。
【００５３】
具体的には、例えば図１７に示すように、最も保持し難いＨＣとして一般的に知られる飽和炭化水素と直鎖状炭化水素を対象にして、上流側ＨＣ触媒１０３に飽和炭化水素を吸着・浄化する吸着層を備え、下流側ＨＣ触媒１０４には直鎖状炭化水素を吸着・浄化する吸着層を備える。本実施形態では、飽和炭化水素に比べ、直鎖状炭化水素の方が急昇温速度範囲で脱離が促進される。そのため、直鎖状炭化水素は緩昇温速度範囲である下流側
ＨＣ触媒で吸着・浄化されるように、このような構成とした。
【００５４】
上記を実現する吸着層の構成の一例として、上流側ＨＣ触媒１０３にはゼオライトに銀、又はパラジウム等の貴金属を添加したものを吸着材とし、下流側ＨＣ触媒１０４にはＡ型ゼオライト，フェリエライト，ＺＡＭ−５など、細孔径の小さいゼオライトを吸着材とする。
【００５５】
上記の上下流ＨＣ触媒の吸着剤の選定は、使用する内燃機関，上下流ＨＣ触媒の昇温速度等の使用条件に合わせて逆にしても良い。
【００５６】
この結果、最も脱離しやすい飽和炭化水素や直鎖状炭化水素も含むほぼ全てのＨＣを吸着・浄化可能になる。従って、本実施形態の３例目によれば、ＨＣ吸着触媒システムの保持性能が向上し、ＨＣ浄化効率を向上させることができる。
【００５７】
上記のような、上下流のＨＣ触媒で吸着材の構成を変える方法のほかに、上記と実施例１、又は上記実施例２の少なくともどちらか一方と組み合わせて使用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態を成すＨＣ触媒システムの概略図を示す。
【図２】図１における上下流ＨＣ触媒とヒートマスの関係の図を示す。
【図３】図１における上流側ＨＣ触媒と下流側ＨＣ触媒の断面図を示す。
【図４】昇温速度に対する吸着ＨＣの浄化効率特性の図を示す。
【図５】図１における上下流ＨＣ触媒のセル数と昇温特性の関係の図を示す。
【図６】図１における上下流ＨＣ触媒の体積変化によるヒートマス調整方法の図を示す。
【図７】図１における上下流ＨＣ触媒の触媒内壁厚さの変化によるヒートマス調整方法の図を示す。
【図８】図１における上下流ＨＣ触媒の質量変化によるヒートマス調整方法の図を示す。
【図９】図１における上下流ＨＣ触媒の表面積変化によるヒートマス調整方法の図を示す。
【図１０】図１における上下流ＨＣ触媒の比熱変化によるヒートマス調整方法の図を示す。
【図１１】図１における内燃機関の排気に昇温制御を加えた場合の上流側ＨＣ触媒の昇温特性の図を示す。
【図１２】図１における点火時期制御により排気の昇温制御を行った場合の昇温特性を示す図である。
【図１３】図１におけるバルブタイミングにより排気の昇温制御を行った場合の昇温特性の図を示す。
【図１４】図１における上流側ＨＣ触媒と下流側ＨＣ触媒の吸着層の構成図を示す。
【図１５】一つの吸着材のみ用いた場合のＨＣ吸着，脱離の図を示す。
【図１６】図１における上下流ＨＣ触媒の吸着剤を変えた場合のＨＣ吸着，脱離の図を示す。
【図１７】図１における種々のＨＣに対する上下流ＨＣ触媒の吸着，脱離，浄化の図を示す。
【符号の説明】
【００５９】
４０１…急昇温速度範囲、４０２…緩昇温速度範囲。
【図１】
2006266120.tif 000003
【図２】
2006266120.tif 000004
【図３】
2006266120.tif 000005
【図４】
2006266120.tif 000006
【図５】
2006266120.tif 000007
【図６】
2006266120.tif 000008
【図７】
2006266120.tif 000009
【図８】
2006266120.tif 000010
【図９】
2006266120.tif 000011
【図１０】
2006266120.tif 000012
【図１１】
2006266120.tif 000013
【図１２】
2006266120.tif 000014
【図１３】
2006266120.tif 000015
【図１４】
2006266120.tif 000016
【図１５】
2006266120.tif 000017
【図１６】
2006266120.tif 000018
【図１７】
2006266120.tif 000019