(57)【要約】  【課題】始動時、及び始動後の暖機運転等、排気ガス中に大量のＨＣが含まれていても、ＨＣを良好に浄化し、ＨＣ排出量を抑制することができるようにする。  【解決手段】排気管７に介装した触媒ユニット８は、上流側から加熱ヒータ１５、触媒部１６の順で配列され、触媒部１６は上流側の白金触媒部１６ａと下流側の白金合金触媒部１６ｂとで構成される。冷態始動時、排気ガスは加熱ヒータにて加熱された後、白金触媒部１６ａを通過する。白金触媒部１６ａでは排気ガス中のＨＣと水分（Ｈ2Ｏ）とを反応させて、二酸化炭素と水素とに変換する（ＨＣ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2）。酸素不足の排気ガスであって、ＨＣが大量に含まれていても、ＨＣを水分（Ｈ2Ｏ）と反応させるようにしたので、高いＨＣ浄化率を得ることができる。【選択図】図１
2005329339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン排気系に設けられ、排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置において、
上流側に白金を担持する白金触媒部と下流側に白金にロジウムとパラジウムとの少なくとも一方を加えた合金を担持する白金合金触媒部とを有する触媒ユニットと、
上記触媒ユニットの上流側に排気ガスを加熱するための加熱ヒータと
を備えることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
上記合金触媒部の流路長が上記白金合金触媒部の流路長の２〜６倍に設定されている
ことを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
上記加熱ヒータに電力を供給するヒータ駆動手段と、
上記ヒータ駆動手段を制御するヒータ制御手段とを備え、
上記ヒータ制御手段は、上記触媒ユニットの温度を直接或いは間接的に検出する温度検出手段で検出した温度が設定温度以下のときヒータオン信号を上記ヒータ駆動手段に出力する
ことを特徴とする請求項１或いは２記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
上記加熱ヒータに電力を供給するヒータ駆動手段と、
上記ヒータ駆動手段を制御するヒータ制御手段とを備え、
上記ヒータ制御手段は、始動後経過時間を計時し、該始動後経過時が設定時間に達するまでヒータオン信号を上記ヒータ駆動手段に出力する
ことを特徴とする請求項１或いは２記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、始動時等に発生する炭化水素（ＨＣ）の排出量を抑制する排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、排気ガスを浄化する触媒としては、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を酸化還元反応により処理する三元触媒が多く採用されている。三元触媒は活性温度に達するまでは浄化性能を十分に発揮させることができないため、冷態始動、及び始動後の暖機運転においては排気ガスを充分に浄化することができない。
【０００３】
特に、冷態始動、及び始動後の暖機運転においては排気温度が低いため、大量のＨＣが排出されており、このＨＣの排出量を抑制することが排気ガス浄化において重要な課題となっている。
【０００４】
ＨＣは触媒の酸化反応により水と二酸化炭素を生成して無害化される（ＨＣ＋Ｏ2→Ｈ2Ｏ，ＣＯ2）。しかし、冷態始動時、及び始動後の暖機運転は、エンジン温度が低く、燃料が気化しにくい環境にあるため、空燃比がリッチ側に設定されており、酸化反応に必要な酸素を触媒へ充分に供給することができない。
【０００５】
ＨＣの排出量を抑制する技術として、ＨＣ吸着触媒が知られている。このＨＣ吸着触媒は、ＨＣの吸着に有効なゼオライト層上に三元触媒層を備え、ゼオライト層にＨＣを吸着させるとともに一定温度に達して脱離したＨＣを三元触媒層で浄化するものである。或いは、三元触媒の上流側にゼオライト等のＨＣ吸着剤を配設し、ＨＣ吸着剤にてＨＣを一旦吸着させ、三元触媒が活性化した後、ＨＣ吸着剤から離脱したＨＣを三元触媒で浄化させるものである。
【０００６】
しかし、このようなＨＣ吸着触媒は、吸着されているＨＣを完全に離脱させることが難しく、高いＨＣ浄化性能を得ることが困難である。
【０００７】
これに対処するために、例えば特開平６−９３８４９号公報には、三元触媒の下流にＨＣ吸着剤を配設し、更にその下流にヒータ付触媒を配設し、冷態始動時、及び始動後の暖機運転において活性化していない三元触媒で処理されなかったＨＣをＨＣ吸着剤で吸着し、一方、ヒータ付触媒はＨＣ吸着剤から離脱するＨＣに対応して、ヒータ付触媒を加熱して活性化させ、ＨＣ吸着剤から離脱したＨＣをヒータ付触媒で浄化させる技術が開示されている。
【特許文献１】特開平６−９３８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上述した公報に開示されている技術では、ＨＣの離脱の時期を設定することが困難であり、従って、ＨＣ吸着剤の容量をある程度余裕を持った値に設定する必要がある。
【０００９】
そのため、ＨＣ吸着剤の容量が必要以上に大きくなり製品コストが嵩む問題がある。又、排気系に三元触媒以外に、ＨＣ吸着剤、及びヒータ付触媒を配設しているため、構造が複雑で、部品点数が多くなり、排気系全体が大型化してしまう問題がある。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑み、簡単な構造で、始動時、及び始動後の暖機運転等、空燃比リッチで酸素量の少ない環境下にあっても、ＨＣを良好に浄化させることのできる排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため本発明は、エンジン排気系に設けられ、排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置において、上流側に白金を担持する白金触媒部と下流側に白金にロジウムとパラジウムとの少なくとも一方を加えた合金を担持する白金合金触媒部とを有する触媒ユニットと、上記触媒ユニットの上流側に排気ガスを加熱するための加熱ヒータと
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡単な構造で、始動時、及び始動後の暖機運転等、空燃比リッチで酸素量の少ない環境下にあっても、ＨＣを良好に浄化させることができる等、優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて本発明の一形態を説明する。図１、図２に本発明の第１形態を示す。図１はエンジン制御系の全体構成図である。
【００１４】
同図の符号１はエンジンで、このエンジン１の吸気ポート１ａに吸気マニホルド２を介して吸気管３が連通され、この吸気管３の最上流にエアクリーナ（図示せず）が設けられている。又、吸気管３の中途にスロットル弁４が介装され、このスロットル弁４の下流に、吸気マニホルド２の集合部に接続するエアチャンバ５が形成されている。更に、吸気マニホルド２に、噴射方向を吸気ポート１ａ側へ指向されたインジェクタ６が固設されている。一方、エンジン１の排気ポート１ｂに排気管７が連通され、この排気管７の中途に触媒ユニット８が介装されて、図示しないマフラに連通されている。
【００１５】
触媒ユニット８は、上流側に配設した加熱ヒータ１５と、その下流に配設した触媒１６とを備えている。触媒１６は、上流側にＨＣを酸化させる能力を有する貴金属単体の一例である白金を担持した白金触媒部１６ａと、下流側に三元触媒として機能する能力を有する貴金属の合金が担持された白金合金触媒部１６ｂとで構成されている。尚、白金合金触媒部１６ｂとして、本形態では、白金にロジウムとパラジウムとの少なくとも一方を加えた合金を担持した構成としている。
【００１６】
符号Ｌｆ，Ｌｒは、両触媒部１６ａ，１６ｂの排気ガスの流れ方向の長さ（流路長）であり、本形態では、白金触媒部１６ａの流路長Ｌｆに対して、白金合金触媒部１６ｂの流路長Ｌｒを２〜６倍に設定している。従って、白金触媒部１６ａの流路長Ｌｆを１inchとした場合、白金合金触媒部１６ｂの流路長Ｌｒは２〜６inchとなる。
【００１７】
尚、ＨＣを酸化させる能力を有する貴金属単体触媒として白金触媒部１６ａを採用した理由は、白金が他の貴金属（パラジウム、ロジウム）に比し高活性だからである。
【００１８】
両触媒部１６ａ，１６ｂの担体としては、メタルやセラミック等、耐熱性の高い材料が好ましい。尚、本形態では、白金触媒部１６ａと白金合金触媒部１６ｂとを別個に形成しているが、白金と白金合金とを、１つの触媒担体に含浸等の手段を用いて担持させることで、１つの触媒担体にて白金触媒部１６ａと白金合金触媒部１６ｂとを形成するようにしても良い。
【００１９】
白金触媒部１６ａは、排気ガス中のＨＣを、酸化反応によりＣＯ2とＨ2とに変換するもので、変換の際に吸熱反応が発生するため、反応を促進させるためには加熱ヒータ１５によって排気ガスを加熱する必要がある。
【００２０】
一方、白金合金触媒部１６ｂは、酸化還元反応により排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを処理する通常の三元触媒として機能する。
【００２１】
又、吸気管３のエアクリーナ（図示せず）下流に、吸入空気の質量流量から吸入空気量を検出する吸入空気量センサ９が臨まされている。一方、排気管７の触媒ユニット８の上流側に、排気ガス中の空燃比をリニアに検出する空燃比センサ１０が配設されている。  尚、空燃比センサに代えて、排気ガス中の空燃比のリッチ/リーンを検出して電圧値を反転させるＯ2センサを採用しても良い。
【００２２】
更に、白金合金触媒部１６ｂには触媒の温度を検出する触媒温度検出手段としての触媒温度センサ１１が臨まされている。尚、白金合金触媒部１６ｂの温度は、触媒温度センサ１１にて直接検出する以外に、水温センサでの検出値、或いは排気温センサの検出値に基づいて間接的に検出するようにしても良い。尚、符号１２は点火プラグである。
【００２３】
又、符号２１はマイクロコンピュータ等からなる電子制御装置（ＥＣＵ）で、入力側に吸入空気量センサ９、空燃比センサ１０、イグニッションスイッチ２２等の各センサ、スイッチ類が接続され、出力側には例えば空燃比制御のためのインジェクタ６や、ヒータ駆動手段としてヒータ駆動回路２３が接続されている。
【００２４】
ＥＣＵ２１では、各センサ・スイッチ類からの情報に基づき、空燃比制御、点火時期制御等の各種制御を行なうエンジン制御機能を有すると共に、触媒温度に応じてヒータ駆動回路２３に対する通電制御を行うヒータ制御機能を有している。
【００２５】
ヒータ駆動回路２３は、ＥＣＵ２１からのヒータＯＮ信号に従い、加熱ヒータ１５に対して電力を供給して加熱ヒータ１５を昇温させる。
【００２６】
冷態始動、及び始動後の暖機運転においては、エンジンが冷えているため、排気ガス温度は低く、触媒部１６は不活性状態にある。又、エンジンが冷えているため、燃料が気化し難く、その分インジェクタ６から噴射される燃料量は、空燃比リッチ側に増量されている。そのため、排気ガス中の酸素量が少なく、触媒部１６では充分な酸化反応を行うことができない。
【００２７】
本形態では、触媒部１６の上流に配設した加熱ヒータ１５を加熱することで、排気ガス温度を上昇させ、冷態始動、及び始動後の暖機運転において、触媒部１６を早期活性させると共に、酸素不足気味の排気ガスであっても、スチームリフォーミングにより上流側の白金触媒部１６ａにて排気ガス中のＨＣと水分（Ｈ2Ｏ）とを反応させて、ＨＣを浄化させる。
【００２８】
ヒータ駆動回路２３に対するヒータ制御は具体的には、図２に示すヒータ制御ルーチンに従って実行される。
【００２９】
このルーチンでは、先ず、ステップＳ１でイグニッションスイッチ２２の状態を調べ、イグニッションスイッチ２２がＯＦＦのときのは、ＯＮ状態となるまで待機する。そして、イグニッションスイッチ２２がＯＮになったとき、ステップＳ２へ進み、触媒温度センサ１１で検出した白金合金触媒部１６ｂの触媒温度Ｋ１と、設定温度ＫＣとを比較する。
【００３０】
そして、ステップＳ２において触媒温度Ｋ１が設定温度ＫＣ以下のときは、ステップＳ３へ進み、ステップＳ２において触媒温度Ｋ１が設定温度ＫＣを超えているときは、ステップＳ４へ進む。
【００３１】
設定温度ＫＣは、本形態では白金合金触媒部１６ｂの活性温度に設定されている。活性温度は予め実験などから求めたものである。尚、白金合金触媒部１６ｂの温度を水温センサで検出した冷却水温に基づいて間接的に検出する場合は、Ｋ１は冷却水温となり、ＫＣは冷却水温Ｋ１に対する設定温度となる。同様に、白金合金触媒部１６ｂの温度を排気温度に基づいて間接的に検出する場合は、Ｋ１は排気温度となり、ＫＣは排気温度Ｋ１に対する設定温度となる。
【００３２】
ステップＳ２においてＫＣ≧Ｋ１と判定されて、ステップＳ３へ進むと、ヒータ駆動回路２３に対しヒータＯＮ信号を出力して、ステップＳ２へ戻る。ヒータ駆動回路２３に対しヒータＯＮ信号が出力されると、このヒータ駆動回路２３から加熱ヒータ１５に電力が供給されて加熱ヒータ１５が昇温される。
【００３３】
次に排気ガスは加熱ヒータ１５を通過する際に加熱され、その下流に配設されている白金触媒部１６ａに流入される。
【００３４】
白金触媒部１６ａに流入された排気ガスは、排気ガス中のＨＣと水分（Ｈ2Ｏ）とによるスチームリフォーミング反応により、二酸化炭素（ＣＯ2）と水素（Ｈ2）とに変換される（ＨＣ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2）。従って、冷態始動時のような空燃比がリッチな酸素不足の状態であっても、排気ガス中のＨＣを良好に浄化させることができる。尚、白金触媒部１６ａによるＨＣと水分（Ｈ2Ｏ）との反応は吸熱反応であるが、排気ガスが加熱ヒータ１５によって加熱されているため、充分に反応を促進させることができる。その結果、冷態始動時、及び始動後の暖機運転におけるＨＣの排出量を大幅に低減させることができる。
【００３５】
一方、触媒温度Ｋ１が設定温度ＫＣよりも高いと判定されて、ステップＳ４へ進むと、ヒータ駆動回路２３に対して、ヒータＯＦＦ信号を出力し、加熱ヒータ１５に対する通電を完了して、ルーチンを終了する。
【００３６】
設定温度Ｋ１は白金合金触媒部１６ｂの活性温度に設定されているため、加熱ヒータ１５をＯＦＦしても、白金合金触媒部１６ｂの酸化還元反応により、排気ガスが浄化される。
【００３７】
このように、本形態では、冷態始動時、及び始動後の暖機運転において、排気ガス温度が低く、且つ排気空燃比がリッチで、酸素不足ぎみであっても、加熱ヒータにより排気ガスを加熱し、且つ、その直下流に配設した白金触媒部１６ａにより、排気ガス中の水分（Ｈ2Ｏ）とＨＣとを反応させて浄化させるようにしたので、酸素不足の排気ガスであっても高い浄化率でＨＣを処理することができる。
【００３８】
又、図３に本発明の第２形態によるヒータ制御ルーチンを示す。上述した第１形態では、触媒温度Ｋ１を検出して白金合金触媒部１６ｂの活性時期を検出するようにしたが、本形態では、始動後時間により白金合金触媒部１６ｂの活性時期を推定するようにしたものである。
【００３９】
すなわち、ステップＳ１１でイグニッションスイッチ２２の状態を調べ、イグニッションスイッチ２２がＯＦＦのときは、ＯＮ状態となるまで待機する。そして、イグニッションスイッチ２２がＯＮになったとき、ステップＳ１２へ進み、カウンタタイマによる計時を開始する。
【００４０】
先ず、ステップＳ１２で、始動後経過時間を計時するカウンタタイマのカウント値Ｔをクリアする（Ｔ←０）。次いで、ステップＳ１３へ進み、カウンタタイマのカウント値Ｔをカウントアップする（Ｔ←Ｔ＋１）。その後、ステップＳ１４へ進み、カウンタタイマのカウント値Ｔが設定時間Ｃに達したか否かを調べる。この設定時間Ｃは固定値であり、予め実験等に基づいて設定されている。尚、この設定時間Ｃを、始動時のエンジン温度（例えば冷却水温）に基づいて、始動時エンジン温度が低い程、大きな値に設定する可変値としても良い。
【００４１】
そして、Ｃ＞Ｔのときは、ステップＳ１５へ分岐し、ヒータ駆動回路２３に対して電力を供給して、ステップＳ１３へ戻る。尚、ヒータ駆動回路２３に対してヒータＯＮ信号を出力したときの作用は、第１形態と同一であるため、説明を省略する。
【００４２】
そして、ステップＳ１４において、Ｃ＝Ｔと判定されたとき、すなわち、カウンタタイマのカウント値Ｔが設定値Ｃに達したたきは、ステップＳ１６へ進み、ヒータ駆動回路２３に対して、ヒータＯＦＦ信号を出力し、加熱ヒータ１５に対する通電を完了し、ルーチンを終了する。尚、ヒータ駆動回路２３に対してヒータＯＦＦ信号を出力したときの作用は、第１形態と同一であるため、説明を省略する。
【００４３】
このように、本形態では、始動後経過時間に基づいて、加熱ヒータ１５に対する通電ＯＦＦのタイミングを設定するようにしたので、触媒温度センサ１１等のセンサを特別に配設する必要が無く、既存の設備で対応することができ、高い汎用性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第１形態によるエンジン制御系の全体構成図
【図２】同、ヒータ制御ルーチンを示すフローチャート
【図３】第２形態によるヒータ制御ルーチンを示すフローチャート
【符号の説明】
【００４５】
１…エンジン，７…排気管、８…触媒ユニット、１１…触媒温度センサ、１５…加熱ヒータ、１６…触媒部、１６ａ…白金触媒部、１６ｂ…白金合金触媒部、２２…イグニッションスイッチ、２３…ヒータ駆動回路、Ｗｆ，Ｗｒ…流路幅
代理人    弁理士    伊  藤    進
【図１】
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【図２】
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【図３】
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