(57)【要約】【課題】　炭化水素の吸着剤層を有する触媒装置の炭化水素浄化性能の向上を図る。【解決手段】　排気管路３中において、大きな排気脈動が得られる排気マニホルド２の直後に、触媒装置５と炭化水素の吸着機能を有する触媒装置６とを、上流側からこの順に近接配置してあるから、触媒装置６で放出された炭化水素を排気脈動で上流側に近接した触媒装置６へ逆流させて燃焼浄化させることができる。【選択図】　　　図１
2004044603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　排気管路中に、触媒装置と炭化水素の吸着装置とを、上流側から触媒装置及び吸着装置の順で近接配置し、かつ、大きな排気脈動が得られる排気マニホルドの直後に配置することにより、下流側の吸着装置から放出された炭化水素が、上流側の触媒装置に前記排気管路の中を逆流することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
　前記触媒装置と炭化水素の吸着装置とを、それぞれ別体に構成したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
　前記吸着装置が、触媒成分と炭化水素の吸着剤とが混合されたコート層又は触媒層と炭化水素の吸着剤コート層との積層構造を有する触媒装置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
　２系統以上から１系統に合流する排気管路であって、その合流部の上流側に、触媒装置と、炭化水素の吸着装置とを、上流側からこの順に近接配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
　大きな排気脈動が得られる排気マニホルドの直後に、触媒成分と炭化水素の吸着剤とが混合されたコート層又は触媒層と炭化水素の吸着剤コート層との積層構造を有する触媒装置を設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
　２系統以上から１系統に合流する排気管路であって、その合流部の上流側に、前記触媒装置を配置したことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【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装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
　内燃機関の排気浄化装置の中には、例えば特開平７−１４４１１９号公報に示されているように、前段に３元触媒を、後段に炭化水素の吸着剤と３元触媒との複合触媒を一体的に組付けたものや、特開平７−１７４０１７号公報に示されているように、排気マニホルドの直後に３元触媒を、その後流の排気管路に、前段の３元触媒と後段の吸着触媒とを一体的に組付けた触媒を介装したもの等が知られている。
【特許文献１】特開平７−１４４１１９号
【特許文献２】特開平７−１７４０１７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
　前述の排気浄化装置は、何れもエンジンの暖気完了前の運転状態のように排気系の３元触媒が十分に活性化する温度に至っていない温度条件では、排気系に流出する炭化水素を吸着剤又は吸着触媒で吸着して、かかる運転状態での炭化水素の大気への排出を抑制しようとするものであるが、吸着剤又は吸着触媒から離脱して３元触媒で浄化しきれない炭化水素はそのまま大気へ排出される可能性がある。
【０００４】
　そこで、本発明は吸着剤から離脱して３元触媒で浄化しきれなかった炭化水素を付加装置を用いることなく燃焼浄化させることができて排気浄化性能を向上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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
　請求項１に記載された内燃機関の排気浄化装置は、排気管路中に、触媒装置と炭化水素の吸着装置とを、上流側から触媒装置及び吸着装置の順で近接配置し、かつ、大きな排気脈動が得られる排気マニホルドの直後に配置することにより、下流側の吸着装置から放出された炭化水素が、上流側の触媒装置に前記排気管路の中を逆流することを特徴としている。
【０００６】
　請求項２に記載された内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記触媒装置と炭化水素の吸着装置とを、それぞれ別体に構成したことを特徴としている。
【０００７】
　請求項３に記載された内燃機関の排気浄化装置は、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、前記吸着装置が、触媒成分と炭化水素の吸着剤とが混合されたコート層又は触媒層と炭化水素の吸着剤コート層との積層構造を有する触媒装置であることを特徴としている。
【０００８】
　請求項４に記載された内燃機関の排気浄化装置は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、２系統以上から１系統に合流する排気管路に、その合流部の上流側に、触媒装置と、炭化水素の吸着装置とを、上流側からこの順に近接配置したことを特徴としている。
【０００９】
　請求項５に記載された内燃機関の排気浄化装置は、大きな排気脈動が得られる排気マニホルドの直後に、触媒成分と炭化水素の吸着剤とが混合されたコート層又は触媒層と炭化水素の吸着剤コート層との積層構造を有する触媒装置を設けたことを特徴としている。
【００１０】
　請求項６に記載された内燃機関の排気浄化装置は、請求項５に記載の排気管路が、２系統以上から１系統に合流する排気管路であって、その合流部の上流側に、前記触媒装置を配置したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
　機関始動後の排気系の温度は、排気ガスの熱を受けて上流側から温度が上昇するので、請求項１に記載の発明の構成では、上流側の触媒装置が下流側の吸着装置よりも早く昇温することになる。ここで、吸着装置が炭化水素吸着可能温度以上に上昇し、吸着装置から炭化水素が放出されると、放出された炭化水素の一部は排気脈動によって上流側の触媒装置へ逆流することになり、吸着装置よりも高い温度となっている触媒装置によって良好に燃焼浄化される。
【００１２】
　また、触媒装置と吸着装置とを、大きな排気脈動が得られる排気マニホルドの直後に配置しているため、炭化水素の上流側触媒装置への吹き戻し作用をより積極的に行わせることができる。
【００１３】
　なお、触媒装置と吸着装置は、単一担体上の上流側と下流側に構成しても、別々の担体を用いて構成しても良い。例えば、各装置の担体としてハニカム担体を使用し、触媒装置の担体の壁厚さを吸着装置の壁厚さより薄く、また、触媒装置のセル数を吸着装置のセル数より多くする等して触媒装置と吸着装置との温度差を大きくすれば、吸着装置が炭化水素吸着可能上限温度まで昇温した時点で触媒装置の温度が触媒活性温度以上に昇温しているようにすることもできる。
【００１４】
　請求項２に記載の発明によれば、触媒装置と吸着装置とを別体としているため、触媒装置と吸着装置の昇温速度をある程度別々に調節することが可能となる。
【００１５】
　請求項３に記載の発明によれば、吸着装置の吸着剤から脱離した炭化水素が周囲の触媒成分によって燃焼浄化される。このとき、吸着剤周囲の触媒成分の温度は吸着剤と同程度までしか昇温しておらず脱離する炭化水素の全てを燃焼浄化することは困難であるが、浄化されないまま放出された炭化水素の一部は排気脈動によって上流側の触媒装置へ逆流することになり、吸着剤よりも高い温度となっている触媒装置によって良好に燃焼浄化される。
【００１６】
　請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３の発明の効果に加えて、２系統から１系統に合流する排気管路では、その合流部の上流側に前記触媒装置と吸着装置とを配置してあるため、排気干渉による脈動減衰の少ない排気脈動を作用させることができて、炭化水素の上流側触媒装置への吹き戻し作用を活発に行わせることができる。
【００１７】
　請求項５に記載の発明の構成では、吸着触媒装置の上流側が早く昇温することになる。このため、吸着剤から脱離した炭化水素の一部は周囲の触媒成分によって燃焼浄化されるとともに、浄化されないまま放出された炭化水素の一部は排気脈動によって上流側へ逆流することになり、現在炭化水素の脱離放出が起こっている部分の吸着剤よりも高い温度となっている触媒成分によって良好に燃焼浄化される。
【００１８】
　また、排気マニホルドの直後では大きな排気脈動が得られるため、炭化水素の吹き戻し作用をより積極的に行わせることができる。
【００１９】
　請求項６に記載の発明によれば、請求項５の発明の効果に加えて、２系統以上から１系統に合流する排気管路では、その合流部の上流側に吸着剤層を有する触媒装置を配置してあるため、排気干渉による脈動減衰の少ない排気脈動を作用させることができて、炭化水素の吹き戻し作用を活発に行わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
　以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
【００２１】
　図１において、１はエンジン本体、２は排気管路３の基部となる排気マニホルド、４は排気マニホルド２に設けられたＯ2 センサ，Ａ／Ｆセンサ等の排気状態検出センサを示し、前記排気管路３中の排気脈動のある位置に、触媒装置としての３元触媒装置５と、炭化水素の吸着装置６とを、上流側からこの順に近接配置してある。
【００２２】
　この吸着装置６として、本実施形態では触媒成分と炭化水素の吸着剤とが混合されたコート層又は触媒層と炭化水素の吸着剤コート層との積層構造を有する触媒装置や、触媒担体の表面に吸着剤層と３元触媒層とをこの順にコーティングした触媒装置、あるいは、前記各公報に開示されたように１つの触媒担体の前、後段に吸着剤層と３元触媒層とをコーティングしたものを用いている。
【００２３】
　本実施形態では前述の３元触媒装置５および吸着装置６とを、大きな排気脈動が得られる排気マニホルド２の直後に配置してある。
【００２４】
　また、本実施形態では前記各触媒装置５および吸着装置６を排気マニホルド２と一体のユニットとして構成している。
【００２５】
　従って、この実施形態の構成によれば、機関始動後の排気系の温度は、排気ガスの熱を受けて上流側から温度が上昇するので、上流側の触媒装置５が下流側の吸着装置６よりも早く昇温することになる。ここで、吸着装置６が炭化水素吸着可能温度以上に上昇し、吸着装置６から炭化水素が放出されると、放出された炭化水素の一部は排気脈動によって上流側の触媒装置５へ逆流することになり、吸着装置６よりも高い温度となっている触媒装置５によって良好に燃焼浄化される。
【００２６】
　なお、触媒装置５と吸着装置６は、単一担体上の上流側と下流側に構成しても、別々の担体を用いて構成しても良い。特に、触媒装置５と吸着装置６とを別体とすれば、触媒装置５と吸着装置６の昇温速度をある程度別々に調節することも可能となる。例えば、各装置の担体としてハニカム担体を使用し、触媒装置５の担体の壁厚さを吸着装置の壁厚さより薄く、また、触媒装置５のセル数を吸着装置６のセル数より多くする等して触媒装置５と吸着装置６との温度差を大きくすれば、吸着装置６が炭化水素吸着可能上限温度まで昇温した時点で触媒装置５の温度が触媒活性温度以上に昇温しているようにすることもできる。
【００２７】
　特に本実施形態では吸着装置６として炭化水素の吸着機能を有する前述の触媒装置を用いているため、吸着装置６の吸着剤から脱離した炭化水素が周囲の触媒成分によって燃焼浄化される。このとき、吸着剤周囲の触媒成分の温度は吸着剤と同程度までしか昇温しておらず脱離する炭化水素の全てを燃焼浄化することは困難であるが、浄化されないまま放出された炭化水素の一部は排気脈動によって上流側の触媒装置５へ逆流することになり、吸着剤よりも高い温度となっている触媒装置５によって良好に燃焼浄化される。
【００２８】
　また、本実施形態では３元触媒装置５と吸着装置６は、排気マニホルド２の直後に配置してあり、該排気マニホルド２では図３のａ線で示すように、平均排圧に対してプラス側排圧とマイナス側排圧とが反復する大きな排気脈動Ａが得られ、排気ガスを吹き戻し作用するマイナス側排圧も大きくなるため、前記炭化水素の上流側３元触媒装置５への吹き戻し作用をより積極的に行わせることができて、該炭化水素の燃焼浄化を徹底させることができる。
【００２９】
　従って、このように吸着装置６で放出された炭化水素を、特別に付加装置を用いることなく確実に燃焼浄化させることができて排気浄化性能を一段と向上することができる。
【００３０】
　図２は本発明を２系統から１系統に合流する排気管路３Ａに適用した第２実施形態を示している。
【００３１】
　排気マニホルド２Ａは２系統に分岐したデュアルタイプに構成されて、前記排気管路３Ａを接続するようにしてあり、従って、３元触媒装置５と吸着装置６は、上流側からこの順で排気管路３Ａの中でも排気干渉による脈動減衰の少ない合流部の上流側に近接配置することが好ましいが、特に本実施形態では大きな排気脈動が得られる排気マニホルド２Ａの直後に配置してある。
【００３２】
　この第２実施形態の場合も、前記第１実施形態と同様に前記触媒装置５と吸着装置６を２系統に分岐した排気マニホルド２Ａのそれぞれに一体に組付けてユニットとして構成してある。
【００３３】
　従って、この第２実施形態の構成でも前記第１実施形態と略同様の作用効果が得られるが、特にデュアルタイプの排気マニホルド２Ａでは図３のｂ線で示すような波形の排圧波形となって、第１実施形態におけるシングルタイプの排気マニホルド２の排気脈動よりも大きな排気脈動Ｂが得られ、排気ガスを吹き戻し作用するマイナス側排圧も同図で符号Ｐｓで示す差分だけシングルタイプに較べて大きくなるため、吸着装置６，６で放出された炭化水素の上流側３元触媒装置５，５への吹き戻し作用を更に積極的に行わせることができる。
【００３４】
　前記各実施形態では吸着装置６として前述の炭化水素吸着機能を有する触媒装置を用いているが、単にハニカム担体に吸着剤コート層を設けたものを用いても同様の効果を得ることができる。
【００３５】
　また、前記各実施例では３元触媒装置と前述の吸着装置としての触媒装置の２つを上流側からこの順で近接配置した場合を例示しているが、この吸着装置としての触媒装置のみを用いても前述の排気脈動による炭化水素の吹き戻し作用が得られるため、本発明の所期の目的を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態を示す模式的説明図。
【図２】本発明の第２実施形態を示す模式的説明図。
【図３】本発明の各実施形態における排気マニホルドの排圧特性図。
【符号の説明】
【００３７】
　２，２Ａ　排気マニホルド
　３，３Ａ　排気管路
　５　触媒装置
　６　吸着剤を有する触媒装置
【図１】
2004044603.tif 000003
【図２】
2004044603.tif 000004
【図３】
2004044603.tif 000005