(57)【要約】【課題】主排気管とバイパス排気管とを有しバイパス排気管内に吸着材を配置した排ガス浄化装置において、エミッションの悪化を抑制する。【解決手段】主排気管３ａを囲むように配置されたバイパス排気管７と、このバイパス排気管７内に配置されて排ガス中の未燃ＨＣを吸着するＨＣ吸着材１２と、を備えた車両において、主排気管３ａとＨＣ吸着材１２との間に断熱層１５を配置する。主排気管３ａからＨＣ吸着材１２への熱伝導の抑制により、冷間始動初期におけるＨＣ吸着材１２の昇温を遅延させ、ＨＣ吸着材１２からの吸蔵物質の脱離時期を、吸着材１２からの脱離後の当該吸蔵物質を処理する後段触媒の活性化時期に近接させる。【選択図】図２
2007231854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排気経路中に設けられた主排気管と、前記主排気管から分岐し前記主排気管に合流すると共に前記主排気管を囲むように配置されたバイパス排気管と、前記バイパス排気管内に配置されて排ガス中の所定成分を吸着する吸着材と、を備えた排ガス浄化装置において、
前記主排気管と前記吸着材との間に断熱層を配置したことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排ガス浄化装置であって、
前記断熱層は密閉された空洞部であることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項２に記載の排ガス浄化装置であって、
前記空洞部が脱気されていることを特徴とする排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排ガスを吸着する吸着材を備えた排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両などの内燃機関の排ガスを浄化するために、排ガス中のＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯなどを除去する各種の触媒装置が実用化されている。このような触媒装置では、内燃機関の冷間始動時など触媒物質が活性化していないときの未燃成分の排出を抑制する必要がある。
【０００３】
この目的のために、特許文献１では、内燃機関からの排気経路中に設けられた主排気管と、前記主排気管から分岐し前記主排気管に合流すると共に前記主排気管を囲むように配置されたバイパス排気管と、前記バイパス排気管内に配置されて排ガス中の未燃ＨＣを吸着する吸着材と、を備えた排ガス浄化装置が提案されている。
【０００４】
この装置では、主排気管の外側に吸着材を直接固定して両者を熱的に接触させることで、排ガスの熱によって吸着材の昇温を促進している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１１５８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＨＣ吸着材の脱離温度は比較的低いため、冷間時に吸着されたＨＣは、たとえ主排気管が選択されている場合にも、主排気管と吸着材との熱的接触により、ＨＣ吸着材の昇温と共に脱離されることになる。そこで本発明者らは、ＨＣ吸着材の後段に酸化触媒を設置し、脱離されたＨＣをその後段の酸化触媒で浄化する構成を考えた。しかしながら、その場合にも、後段の酸化触媒の暖機が不十分な段階で、冷間始動初期に捕捉したＨＣなどの物質が脱離されるのでは、エミッションの悪化を生じるおそれがある。
【０００７】
そこで本発明の目的は、主排気管とバイパス排気管とを有しバイパス排気管内に吸着材を配置した排ガス浄化装置において、エミッションの悪化を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、内燃機関からの排気経路中に設けられた主排気管と、前記主排気管から分岐し前記主排気管に合流すると共に前記主排気管を囲むように配置されたバイパス排気管と、前記バイパス排気管内に配置されて排ガス中の所定成分を吸着する吸着材と、を備えた排ガス浄化装置において、前記主排気管と前記吸着材との間に断熱層を配置したことを特徴とする排ガス浄化装置である。
【０００９】
本発明では、主排気管と吸着材との間に断熱層を配置したので、主排気管から吸着材への熱伝導の抑制により、冷間始動初期における吸着材の昇温を遅延させることができる。したがって、吸着材からの吸蔵物質の脱離時期を、後段触媒の活性化時期に近づくように制御することが可能になる。
【００１０】
本発明における断熱層は、各種の材料によって形成することができるが、密閉された空洞部としてもよく、さらに、この空洞部は脱気されているのが特に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１に示されるように、本発明の実施形態に係る車両１は、エンジン２の排気経路である排気管３中に、上流からＨＣ吸着装置５および酸化触媒６を備えている。
【００１３】
ＨＣ吸着装置５は、エンジン２の排気ポートに隣接して設置されている。図２に示されるように、ＨＣ吸着装置５は、排気管３の延長上に配置された略円筒形の主排気管３ａと、この主排気管３ａから分岐する略円筒形のバイパス排気管７とを有する。バイパス排気管７は、主排気管３ａを囲むように配置されて、バイパス排気通路８を画成している。すなわち、ＨＣ吸着装置５は、主排気管３ａとバイパス排気管７とからなる二重管構造を有している。
【００１４】
排気管３における主排気管３ａとバイパス排気管７との分岐点には、切り換えバルブ１０が設置されている。図３に示されるように、切り換えバルブ１０は、主排気管３ａを規定する排気管円形内壁面３ｂよりも大径の平面円形なバルブディスク１０ａと、それに断面逆Ｃ字状のアーム１０ｂを介して固定された、バイパス排気通路８の一部を規定するバイパス排気管７の円形内壁面８ａよりも大径の平面円形なバルブディスク１０ｃとを備える。バルブディスク１０ｃはステム１０ｄを介してシャフト１０ｅに固定される。
【００１５】
シャフト１０ｅは、図１に示されるバルブ作動機構１１に接続され、バルブ作動機構１１は、吸気経路中のスロットルバルブ２１よりも下流側の位置に、負圧導入路２２を介して接続される。負圧導入路２２には電磁弁２３が設けられ、電磁弁２３はオン（励磁）されると、負圧導入路２２を開放して負圧を導入する。
【００１６】
バルブ作動機構１１は、負圧が導入されると、シャフト１０ｅを図３に実線で示す位置に回転させる。その結果、バルブディスク１０ａは主排気管３ａ内に設けられたバルブシート１０ｆに当接し、主排気通路３ａを閉鎖する。
【００１７】
電磁弁２３がオフ（非励磁）されると、負圧導入路２２は大気に開放され、シャフト１０ｅはリターンスプリング（図示せず）の作用によって図３に想像線で示す位置に回転させられる。その結果、バルブディスク１０ｃはバルブシート１０ｇに当接し、バイパス排気通路８を閉鎖する。
【００１８】
尚、電磁弁２３を適宜に駆動して導入する負圧量を調整することにより、バルブディスク１０ｃ（およびバルブディスク１０ａ）を図３に想像線および実線で示す位置の間の中間位置、例えばバイパス排気通路８を少量だけ開放する位置に駆動することも可能である。
【００１９】
図３に示す如く、２個のバルブディスク１０ａ，１０ｃは所定の角度θをなすようにシャフト１０ｅに取り付けられ、バルブディスク１０ａが主排気管３ａを閉鎖するとき、バルブディスク１０ｃはバルブシート１０ｇから離れてバイパス排気通路８への排ガスの流入を妨げないと共に、バルブディスク１０ｃがバイパス排気通路８を閉鎖するとき、バルブディスク１０ａはバルブシート１０ｆから離れて主排気管３ａへの排ガスの流入を妨げないように構成される。
【００２０】
バイパス排気管７内の主排気管３ａには、断熱管１４が設置される。断熱管１４は断面が略円形の管体であり、その上流側および下流側が截頭円錐状に縮径されて主排気管３ａに気密に結合している。断熱管１４と主排気管３ａの間の空洞部である断熱層１５は、真空に脱気されている。また断熱管１４の内側には、２つの環状板体からなるセパレータ１６が設置されている。セパレータ１６により、断熱管１４の潰れ変形を抑制することができる。図５に示されるように、セパレータ１６の内周端は主排気管３ａに接しているが、図２では理解の容易のために、セパレータ１６の内周端は主排気管３ａから離して記載している。なお、セパレータ１６の内周端は主排気管３ａから離してもよく、その場合にはセパレータ１６を通じた熱伝導を抑制することができる。
【００２１】
バイパス排気管７内のバイパス排気通路８には、金属製の担体（ハニカム体）に担持されてなるＨＣ吸着材（ＨＣ吸着触媒）１２が、断熱管１４を囲むように配置される。より具体的にはそのＶ−Ｖ線断面図である図５に示す如く、バイパス排気管７は排気管３および断熱管１４を囲んで断面環状に構成されると共に、その中に円筒形のＨＣ吸着材１２が収容される。したがって断熱管１４の内部の空間である断熱層１５は、主排気管３ａとＨＣ吸着材１２との間に配置されることになる。
【００２２】
即ち、バイパス排気管７の内部に収容されるＨＣ吸着材１２は、主排気管３ａを囲むように、且つ主排気管３ａから熱的に絶縁された状態で取り付けられ、ＨＣ吸着材１２の昇温を抑制して未燃成分の脱離を遅延させるように構成される。なお、バイパス排気管７には二次空気導入口１９が設けられており、この二次空気導入口１９は、ＨＣ吸着材１２および酸化触媒６の少なくともいずれかの活性化を促進するために用いることができる。
【００２３】
図２および図５に示す如く、バイパス排気管７の内壁面とＨＣ吸着材１２との間には、支持部材１８が周方向に等角度間隔で設置され、各支持部材１８の間の領域は上流・下流方向に連通している。支持部材１８としては、例えば、アルミナあるいはシリカの繊維とバーミキュライトなどをバインダで固めた、耐熱性、シール性および断熱性に優れたマット状の材料を使用する。
【００２４】
酸化触媒６は、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの物質を処理してＨ2Ｏ、ＣＯ2Ｏ2Ｏ2、Ｎ2等にする触媒装置であり、本実施形態ではいわゆるスイーパとして用いられる。酸化触媒６の触媒物質としては、例えばＰｔ／ＣｅＯ2、Ｍｎ／ＣｅＯ2、Ｆｅ／ＣｅＯ2、Ｎｉ／ＣｅＯ2、Ｃｕ／ＣｅＯ2等を用いることができる。酸化触媒６の下流側は、不図示の消音器などを介して外気に連通している。
【００２５】
電磁弁２３を制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）３０は、図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび不揮発性メモリ等を含むものである。ＥＣＵ３０の入力ポートには、エンジン２のクランク軸の近傍に設置されたクランク角センサ３１、吸気経路に設けられたエアフローメータ３２、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ３３等の各種センサ類がＡ／Ｄ変換器を介して接続されている。ＥＣＵ３０では、エンジン２の状態を示すこれらの検出信号に基づいて夫々の値が算出され、後述のとおり処理される。ＥＣＵ３０の出力ポートには、上述した電磁弁２３がＤ／Ａ変換器および駆動回路を介して接続されている。
【００２６】
以上のとおり構成される排ガス浄化装置１では、エンジン２が冷間始動されるとき、ＥＣＵ３０は、始動から第１の所定時間（例えば４０ｓｅｃ）、電磁弁２３をオン（励磁）させる。この所定時間は、酸化触媒６が冷間始動から活性化され、且つＨＣ吸着材１２からの未燃ＨＣ成分の脱離が完了するまでの時間として予め設定する。電磁弁２３の動作の結果、切り換えバルブ１０は図２に実線で示す位置に駆動され、主排気管３ａを閉鎖し、バイパス排気通路８を開放する。冷間始動の場合、上記した所定時間が経過するまでは、酸化触媒６は通例、活性化されていない。しかしながら本実施形態では、排ガスはバイパス排気通路８を流れ、排ガス中の未燃ＨＣ成分はＨＣ吸着材１２に吸着される。
【００２７】
上記した所定時間が経過すると、酸化触媒６は昇温させられて活性化される。またエンジン２からの排ガスの排気熱でＨＣ吸着材１２が加熱され、吸着されている未燃ＨＣ成分は脱離を開始する。脱離された未燃ＨＣ成分は、酸化触媒６で浄化される。
【００２８】
上記所定時間の経過を条件に、ＥＣＵ３０は、電磁弁２３をオフ（非励磁）させる。その結果、切り換えバルブ１０は図２に想像線で示す位置に駆動され、主排気管３ａを開放し、バイパス排気通路８を閉鎖する。よって生じた排ガスは酸化触媒６で浄化され、大気中に放出される。
【００２９】
以上のとおり、本実施形態では、エンジン２からの排気経路（排気管３）中に設けられた主排気管３ａと、主排気管３ａを囲むように配置されたバイパス排気管７と、このバイパス排気管７内に配置されて排ガス中の未燃ＨＣを吸着するＨＣ吸着材１２と、を備えた排ガス浄化装置１において、主排気管３ａとＨＣ吸着材１２との間に断熱層１５を配置したので、主排気管３ａからＨＣ吸着材１２への熱伝導の抑制により、冷間始動初期におけるＨＣ吸着材１２の昇温を遅延させることができる。したがって、ＨＣ吸着材１２からの吸蔵物質の脱離時期を、吸着材１２からの脱離後の当該吸蔵物質を処理する後段触媒である酸化触媒６の活性化時期に近づくように制御することが可能になる。
【００３０】
また、本実施形態では、主排気管３ａとＨＣ吸着材１２との間に断熱層１５を設けたので、主排気管３ａが選択されている際の排ガスの熱損失の抑制により、後段触媒である酸化触媒６の昇温を促進することができる。
【００３１】
また、本実施形態において、断熱層１５を密閉された空洞部とし、さらに、この空洞部を脱気したので、簡易な構成によって主排気管３ａからＨＣ吸着材１２への熱伝導を特に効果的に抑制することができる。
【００３２】
なお、上記実施形態では、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。例えば、本発明における断熱層は、上記実施形態における脱気された空洞部に代えて、断熱性を有する各種の材料、例えばアルミナマット等によって、中実に形成することができる。
【００３３】
また、主排気管とバイパス排気管との排ガスの流れを制御する切り換えバルブの制御は、上記実施形態のものに限られず、吸着材の活性温度・脱離温度およびその後段の触媒の活性温度に応じて、上記実施形態とは異なる制御を行うこととしてもよい。また、上記実施形態では切り換えバルブをエンジン始動後の経過時間に応じて制御することとしたが、本発明ではクランク角センサ３１、エアフローメータ３２、水温センサ３３等の検出値に基づいてＨＣ吸着材１２や排ガスの温度を推定し、推定した温度に基づいて切り換えバルブを制御してもよい。
【００３４】
また、上記実施形態では吸着材によって吸着され且つ脱離にその後段の触媒で浄化される物質をＨＣとしたが、本発明において吸着材によって吸着される物質はＨＣに限られない。さらに、上記実施形態ではＨＣ吸着触媒と酸化触媒のみからなる装置について説明したが、本発明は三元触媒やＮＯｘ吸蔵還元触媒など、他の種類の触媒装置を含む装置についても適用できる。また本発明は、車両以外の内燃機関についても適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】ＨＣ吸着装置の断面図である。
【図３】ＨＣ吸着装置の要部拡大断面図である。
【図４】図３におけるIV−IV線についての断面図である。
【図５】図２におけるＶ−Ｖ線についての断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
２      エンジン
３      排気管
３ａ      主排気管
５      吸着装置
６      酸化触媒
７      バイパス排気管
８      バイパス排気通路
１０      切り換えバルブ
１２      ＨＣ吸着材
１４      断熱管
１５      断熱層
１６      セパレータ
１８      支持部材
２３      電磁弁
【図１】
2007231854.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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