(57)【要約】【課題】冷間始動時等の排ガス低温時においても、十分に触媒作用を発揮できる排ガス浄化装置を提供する。【解決手段】排ガス管路の途中に設けられた排ガス浄化装置において、管状の容器内に設けられた中空部を有する円筒状のＨＣ吸着筒と、前記容器内で前記ＨＣ吸着筒よりも排ガス流れの下流部に設けられた三元触媒と、前記ＨＣ吸着筒の前記中空部に前記排ガス流れの方向に延在するように設けられた放電電極と前記ＨＣ吸着筒の外表面に設けられた接地電極とにより形成されたプラズマ放電部と、を備えることを特徴とする。【選択図】        図１
2004263600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス管路の途中に設けられた排ガス浄化装置において、
管状の容器内に設けられた中空部を有する円筒状のＨＣ吸着筒と、
前記容器内で前記ＨＣ吸着筒よりも排ガス流れの下流部に設けられた三元触媒と、
前記ＨＣ吸着筒の前記中空部に前記排ガス流れの方向に延在するように設けられた放電電極と前記ＨＣ吸着筒の外表面に設けられた接地電極とにより形成されたプラズマ放電部と、
を備えることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
排ガス管路の途中に設けられた排ガス浄化装置において、
管状の容器内に設けられた中空部を有する円筒状のＨＣ吸着筒と、
前記ＨＣ吸着筒の前記中空部に充填されて担持された少なくとも２つの触媒から形成された複合触媒と、
前記容器内で前記ＨＣ吸着筒よりも前記排ガス流れの下流部に設けられた三元触媒と、
前記複合触媒の中心部に前記排ガス流れの方向に延在するように設けられた放電電極と前記ＨＣ吸着筒の外表面に設けられた接地電極とにより形成されたプラズマ放電部と、
を備えることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記複合触媒は、前記ＨＣ吸着筒の長手方向中心軸に直交する断面が同心円状であり、前記中心軸から外周方向に向かって活性温度の高い順に配置された第一の触媒と第二の触媒とを含むことを特徴とする請求項２に記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記第一の触媒は三元触媒であり、前記第二の触媒はＮＯｘ吸蔵還元触媒であることを特徴とする請求項３に記載の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等のエンジンから排出される排ガスを浄化する排ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の省資源化や環境問題への関心の高まりから自動車等のエンジンの排ガスに対する低エミッション化への要求は急速に高まっている。
【０００３】
特に内燃機関（ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等）からの排ガス中には、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害物質が含まれており、こうした有害物質のエミッション低減に関しては、日本のＪＵＬＥＶ規制、米国のＬＥＶ規制、欧州のＳＴＥＰ規制等により、世界的規模での排気規制強化が急速に進められている。
【０００４】
このような背景に基づき、排ガスの低エミッション化、クリーン化を実現するための種々の排ガス浄化装置の開発が進められている。
【０００５】
例えば、排ガスの浄化に高電圧場を利用して、エンジンの運転状態に応じて荷電電力量を制御することにより、排ガスの浄化性能を最適化するようにした浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、同様に排ガスの浄化に高電圧場を利用した排ガス浄化装置において、装置の異常時等に漏電事故や感電事故を防止するための安全手段を付加したものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−５９９３４号公報
【特許文献２】
特開２００２−２１５４１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の特許文献に開示された排ガス浄化装置においては、いずれも排ガス成分を浄化するための触媒が、活性温度（反応温度）に達していることを前提とするものであり、触媒が活性温度に達していない暖機状態あるいは排気ガスが低温の状態にあるときの排ガス成分の浄化については、十分に機能を発揮し得ないという問題を生じていた。
【０００９】
すなわち、例えば車のエンジン始動時等の冷間時においては、触媒が活性温度に達していない暖機状態にあり、この状態では十分な触媒反応が遂行し得ず、また、排ガス管路中の排ガス流れの内、管壁付近の流れについては、中心部分の排ガス流れに比し、排ガス温度が低くなっているため、より触媒反応が進行し難いという問題を生じていた。
【００１０】
そこで、本発明は上記のような従来技術の問題点に鑑みて、冷間始動時等の排ガス低温時においても、十分に触媒作用を発揮できる排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の排ガス浄化装置は、排ガス管路の途中に設けられた排ガス浄化装置において、管状の容器内に設けられた中空部を有する円筒状のＨＣ吸着筒と、前記容器内で前記ＨＣ吸着筒よりも排ガス流れの下流部に設けられた三元触媒と、前記ＨＣ吸着筒の前記中空部に前記排ガス流れの方向に延在するように設けられた放電電極と前記ＨＣ吸着筒の外表面に設けられた接地電極とにより形成されたプラズマ放電部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
このように構成した本発明の排ガス浄化装置においては、排ガス温度が低い周縁部の流れについては、三元触媒が活性温度に達するまでの間、ＨＣ成分がＨＣ吸着筒に一時的に捕集されると伴に、排ガス温度が高い中心部の流れについてはプラズマ放電によりＨＣ分子が陽イオン化され、接地極側に誘導されることにより、同様にＨＣ吸着筒に捕集されるので、排ガス分子の捕集率が向上する。さらに、ＨＣ吸着筒の中空部を通過した温度が高い中心部の排ガス流れが三元触媒を加熱し暖機を促進すると伴に、プラズマ放電により活性化された反応性に富む排ガス成分により、三元触媒による触媒反応が促進され、これにより冷間時においても排ガスの浄化作用の促進を図ることができる。
【００１３】
また、本発明の排ガス浄化装置は、排ガス管路の途中に設けられた排ガス浄化装置において、管状の容器内に設けられた中空部を有する円筒状のＨＣ吸着筒と、前記ＨＣ吸着筒の前記中空部に充填されて担持された少なくとも２つの触媒から形成された複合触媒と、前記容器内で前記ＨＣ吸着筒よりも前記排ガス流れの下流部に設けられた三元触媒と、前記複合触媒の中心部に前記排ガス流れの方向に延在するように設けられた放電電極と前記ＨＣ吸着筒の外表面に設けられた接地電極とにより形成されたプラズマ放電部と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
このように構成した本発明の排ガス浄化装置においては、排ガス温度が低い周縁部の流れについては、三元触媒が活性温度に達するまでの間、ＨＣ成分がＨＣ吸着筒に一時的に捕集され、排ガス温度が高い中心部の流れについては、流れの中心部に配置された複合触媒の暖機の促進を図ると伴に、プラズマ放電により排ガス分子が陽イオン化され、接地極側に誘導されるので、排ガス成分の捕集率の向上が図られる。さらに、プラズマ放電により活性化された排ガス成分は、反応性に富むので、複合触媒による触媒反応を促進し、冷間時においても効率的な排ガスの浄化を図ることができる。
【００１５】
ここで、前記複合触媒は、前記ＨＣ吸着筒の長手方向中心軸に直交する断面が同心円状であり、前記中心軸から外周方向に向かって活性温度の高い順に配置された第一の触媒と第二の触媒とを含んでもよい。
【００１６】
この場合は、触媒が排ガス流れの中心から同心円状に活性温度の高い順に配置されているので、排ガス流れの温度分布に応じた効率的な触媒の暖機の促進を図ることができ、これにより、より効率的な排ガスの浄化が可能となる。
【００１７】
ここで、前記第一の触媒は三元触媒であり、前記第二の触媒はＮＯｘ吸蔵還元触媒であってもよい。
【００１８】
この場合は、三元触媒が活性温度に達するまで、ＨＣ成分をＨＣ吸着筒により捕捉し、ＮＯｘ成分をＮＯｘ吸蔵還元触媒により捕捉しておくことができ、排ガス中の有害成分の浄化をより効率的に行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は、本発明の第一の実施形態に係る排ガス浄化装置を示す断面図である。
【００２１】
本実施形態に係る排ガス浄化装置１は、車両に搭載された不図示のエンジンとマフラーの途中に位置する管状の排ガス処理容器２を含み、この排ガス処理容器２内に中空部１４を有する円筒形状のＨＣ吸着筒１２が配置されており、さらに、この中空部１４の中心部分には放電電極（陽極）１６が排ガス流れの方向に延在するように配置されている。また、ＨＣ吸着筒１２の外周部分には、接地電極（陰極）１８が放電電極１６と対向するように配置され、放電電極１６および接地電極１８は、高圧電源２０に接続されている。さらに、排ガス処理容器２内において、排ガス流れのＨＣ吸着筒１２よりも下流部２ｄには、三元触媒２２が配置されている。
【００２２】
ここで、三元触媒２２の活性温度（反応温度）は約３００℃〜７００℃であり、例えばハニカム状のコージェライト担体にアルミナ、プラチナ、パラジウム、ロジウム、セリア等をコーティングしたコーティング層と一体に形成されている。
【００２３】
また、ＨＣ吸着筒１２は、排ガス中のＨＣ成分を捕集する役割を果たし、低温で捕集したＨＣ成分を約１００℃で脱離させ、例えばゼオライトを担持させたアルミナ、白金等で形成されている。
【００２４】
一般に、排ガス流れの温度分布は、流れの中心部において最も高い温度となっており、流れと直交する方向に沿って中心部から遠ざかるほど温度が下がり、管状の排ガス処理容器２の管壁近傍の流れである流れの周縁部において最も低い温度となっている。
【００２５】
このような排ガス流れの中に配置された本実施形態に係る排ガス浄化装置１においては、高圧電源２０により放電電極（陽極）１６および接地電極（陰極）１８間に高電圧が印可されると、プラズマ放電が発生し、排ガス中のガス分子が活性化（ラジカル化）される。そして、この排ガス流れの中心部で活性化された排ガス分子は高温で、反応性に優れ、ＨＣ吸着筒１２の中空部１４を通過し、下流部２ｄに配置された三元触媒２２を加熱して暖機を促進すると伴に、三元触媒２２により早期に触媒反応が行なわれる。
【００２６】
また、排ガス処理容器２の管壁周辺の冷たい排ガス中に含まれるＨＣ成分は、ＨＣ吸着筒で一時的に捕捉され、中心部の排ガス流れにより暖機が促進された三元触媒２２が活性温度となった後に、捕捉されたＨＣ成分が脱離されることにより、冷間時のＨＣ浄化率を向上させることができる。さらに、プラズマ放電により活性化されたＨＣ成分も、陰極側（接地電極側）に引き寄せられるため、ＨＣ成分の吸着効率を高めることもできる。
【００２７】
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。
【００２８】
図２は、本発明の第二の実施形態に係る排ガス浄化装置を示す断面図である。
【００２９】
なお、本実施形態においては、第一の実施形態におけるＨＣ吸着筒の中空部に複合触媒を担持させたものであり、他の基本的構成要素は第一の実施形態と同様であるので、同様の要素には同様の符号を付するものとする。
【００３０】
本実施形態に係る排ガス浄化装置１０は、車両に搭載された不図示のエンジンとマフラーの途中に位置する管状の排ガス処理容器２を含み、この排ガス処理容器２内の管壁に沿って中空部１４を有する円筒形状のＨＣ吸着筒１２が配置されている。そして、このＨＣ吸着筒１２の内周側には、さらに中空部を有する円筒形状のＮＯｘ吸蔵還元触媒３０が配置され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０の中空部には、三元触媒２２が配置されている。
【００３１】
また、三元触媒２２の中心部分には放電電極（陽極）１６が排ガス流れの方向に延在するように配置され、ＨＣ吸着筒１２の外周部分には、接地電極（陰極）１８が放電電極１６と対向するように配置され、放電電極１６および接地電極１８は、高圧電源２０に接続されている。さらに、排ガス処理容器２内において、排ガス流れのＨＣ吸着筒１２よりも下流部分の下流部２ｄには、三元触媒２２が配置されている。
【００３２】
なお、本実施形態においては、下流部２ｄに配置された三元触媒２２の量は、前述した第一の実施形態に比べて、少量でよい。
【００３３】
ここで、三元触媒２２の活性温度（反応温度）は約３００℃〜７００℃であり、例えばハニカム状のコージェライト担体にアルミナ、プラチナ、パラジウム、ロジウム、セリア等をコーティングしたコーティング層と一体に形成されている。
【００３４】
また、ＨＣ吸着筒１２は、排ガス中のＨＣ成分を捕集する役割を果たし、低温で捕集したＨＣ成分を約１００℃で脱離させ、例えばゼオライトを担持させたアルミナ、白金等で形成されている。
【００３５】
さらに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３０の活性温度（反応温度）は約２００℃〜５００℃であり、例えばバリウム、カリウム、ナトリウム、セリア等で形成されている。
【００３６】
従って、本実施形態においては、排ガス流れの中心部から活性温度の高い順に同心円状に、複合触媒を構成する三元触媒２２およびＮＯｘ吸蔵還元触媒３０が配列されている。
【００３７】
このように構成した本実施形態に係る排ガス浄化装置１０においては、排ガス温度の高いガス流れの中心部分に三元触媒２２およびその外周にＮＯｘ吸蔵還元触媒３０を配置しているので、排ガス流れの温度勾配に適合して、効率的にこれらの触媒の暖機を促進することができる。
【００３８】
また、前述した第一の実施形態と同様に高圧電源２０により放電電極（陽極）１６および接地電極（陰極）１８間に高電圧が印可されると、プラズマ放電が発生し、排ガス中のガス分子が活性化（ラジカル化）される。そして、この活性化されたガス分子は、中心部分の暖機が促進された三元触媒２２が活性化されるまでＨＣ成分、ＮＯｘ成分ともにＨＣ吸着筒１２およびＮＯｘ吸蔵還元触媒３０により吸蔵される。
【００３９】
さらに、排ガス処理容器２の管壁周辺の冷たい排ガス中に含まれるＨＣ成分をＨＣ吸着筒で捕捉しておき、三元触媒２２が活性温度となった後に脱離させることにより、冷間時のＨＣ浄化率を向上させることができると伴に、活性化されたＨＣ成分も、陰極側（接地電極側）に引き寄せられるため、ＨＣ成分の吸着効率を高めることもできる。
【００４０】
さらにまた、例えば、いわゆるリーンバーン運転時において、ＮＯｘ成分等が増大して触媒反応が不十分な排ガス成分が生じた場合でも、下流部２ｄに配置された三元触媒２２により、排ガス成分の十分な浄化を行うことができる。
【００４１】
なお、本実施形態では、複合触媒として三元触媒２２およびＮＯｘ吸蔵還元触媒３０を用いているが、これに限定されるものではなく、排ガス流れの温度勾配に応じて、触媒の活性温度が適合するように配列すれば同様の効果を得ることができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、冷間時においても十分な触媒機能を発揮して排ガスの浄化を行うことができる排ガス浄化装置を提供することができ、これにより排ガス中に含まれる有害成分の低エミッション化および排ガスのクリーン化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る排ガス浄化装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に係る排ガス浄化装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１      排ガス浄化装置
２      排ガス処理容器
２ｄ    下流部
１０    排ガス浄化装置
１２    ＨＣ吸着筒
１４    中空部
１６    放電電極
１８    接地電極
２０    高圧電源
２２    三元触媒
３０    吸蔵還元触媒
【図１】
2004263600.tif 000003
【図２】
2004263600.tif 000004