(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられ、前記内燃機関の排気の温度を検出する温度検出手段と、
前記排気系に設けられ、前記温度検出手段で検出した排気の温度が所定温度より低いとき、光の照射により前記内燃機関の排気を浄化する光触媒ユニットと、を備え、
前記光触媒ユニットは、光を透過する材料で形成されている円筒状の担体部と、前記担体部の外周面に担持されている光触媒と、前記担体部の内側に光を照射する光源部と、を有し、
前記担体部は、前記光源部から照射された光を内周側から前記外周面へ導く散乱部を有し、
前記光触媒ユニットは、前記排気系のマフラー部に設けられ、
前記光触媒ユニットは、前記内燃機関から排出した排気が流れる排気通路を形成し、前記排気通路を流れる排気の流れ方向に対し複数の前記担体部が垂直に設けられている触媒容器を有し、
前記担体部は、前記排気通路を流れる排気の流れに平行な前記触媒容器の断面視において格子状の各角に配置されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気系に設けられ、前記内燃機関の排気の温度を検出する温度検出手段と、
前記排気系に設けられ、前記温度検出手段で検出した排気の温度が所定温度より低いとき、光の照射により前記内燃機関の排気を浄化する光触媒ユニットと、を備え、
前記光触媒ユニットは、光を透過する材料で形成されている円筒状の担体部と、前記担体部の外周面に担持されている光触媒と、前記担体部の内側に光を照射する光源部と、を有し、
前記担体部は、前記光源部から照射された光を内周側から前記外周面へ導く散乱部を有し、
前記光触媒ユニットは、前記排気系のマフラー部に設けられ、
前記光触媒ユニットは、前記内燃機関から排出した排気が流れる排気通路を形成し、前記排気通路を流れる排気の流れ方向に対し複数の前記担体部が垂直に設けられている触媒容器を有し、
前記担体部は、前記排気通路を流れる排気の流れに平行な前記触媒容器の断面視において千鳥状に配置されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記温度検出手段で検出した前記内燃機関の排気の温度に基づいて、前記光触媒ユニットの作動を許可または停止する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記排気系に設けられ、前記内燃機関の排気を浄化する三元触媒をさらに備えることを特徴とする請求項１、２または３記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記温度検出手段は、前記三元触媒の温度を直接または間接的に検出し、
前記光触媒ユニットは、前記三元触媒の温度が活性温度より低いとき、光の照射により前記内燃機関の排気を浄化することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記光触媒ユニットは、前記排気系における排気の流れ方向において前記三元触媒の下流側に設けられ、
前記排気系は、前記光触媒ユニットが設けられている光触媒通路部と、前記三元触媒と前記光触媒ユニットとの間から分岐し端部が大気に接続されているバイパス通路部と、前記内燃機関からの排気の流れを前記光触媒通路部または前記バイパス通路部のいずれかに切り換える通路切換部と、を有することを特徴とする請求項４または５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記光源部は、前記担体部に照射する光量を検出する光量センサを有し、
前記光量センサで検出した光量が前記光触媒の活性光量より小さいとき、警告を発する警告手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記光源部は、前記排気通路を形成する通路形成部材の外側に設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項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し、特に内燃機関の始動時など触媒の温度が低いときに排気の浄化を図る排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関は、始動時のように触媒の温度が低いとき、炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）などの特定物質の排出が増大するという問題がある。これは、内燃機関の始動時、触媒の温度が活性を確保するための十分な温度に達していないからである。そこで、ガソリンなどの炭化水素に水素を添加した燃料を用いて内燃機関を始動することにより、特に始動時において排気に含まれるＨＣの低減を図ることが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−４８６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１の場合、炭化水素に水素を添加することにより、排気中の炭化水素の総量は低下する。しかしながら、燃料中の炭化水素が完全に排除されることはなく、排気に含まれる炭化水素が少なからず排出されるという問題がある。また、炭化水素に添加する水素を確保する必要があるとともに、貯えている水素をすべて消費すると、排気の浄化が困難になるという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、始動時などの排気の温度が低いときでも、排気とともに排出される特定物質を低減する内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１または２記載の発明では、光触媒ユニットを備えている。光触媒ユニットは、排気温度が所定温度より低いとき、光の照射により排気を浄化する。光触媒ユニットは、光の照射により排気を浄化するため、水素などの他の燃料および添加物などを必要としない。また、光触媒ユニットは、光を照射すれば温度に関係なく活性を生じる。そのため、内燃機関の始動時など排気の温度が低いときでも、排気の浄化が図られる。したがって、光を照射することにより、水素や加熱を必要とすることなく排気中に含まれる特定物質を低減することができる。
【０００６】
請求項１または２記載の発明では、光触媒ユニットは光を透過する担体部に光触媒を担持している。これにより、担体部に光を照射することにより、担体部の外周に担持されている光触媒の活性が確保される。担体部は、内燃機関の排気が流れる排気系に設けられるため、排気に含まれる煤などの異物が表面に付着するおそれがある。担体部の外部から光を照射する場合、担体部の外周に担持されている光触媒に排気中の異物が付着すると、光触媒に光が十分に到達せず、光触媒の活性の低下を招く。そこで、担体部の外周に光触媒を担持することにより、光は担体部の内周側から光触媒へ照射される。これにより、光触媒は、排気中の物質が付着しても、活性を維持する。したがって、光触媒ユニットの耐久性および活性を高めることができるとともに、排気中に含まれる特定物質の低減を促進することができる。
【０００７】
請求項１または２記載の発明では、担体部は内側に散乱部を有している。これにより、光源から照射された光は、散乱部で散乱し、担体部の外周面に担持されている光触媒に到達する。したがって、光触媒の触媒活性を高めることができる。
【０００８】
請求項１または２記載の発明では、光触媒ユニットはマフラー部に設けられている。光触媒は、光により触媒活性を生じ、加熱を必要としない。そのため、光触媒ユニットは、排気の温度が高い内燃機関の近傍に設ける必要がない。一方、マフラー部は、内燃機関からの距離が比較的大きい。そのため、光触媒は、排気の熱による影響を受けにくい。したがって、光触媒ユニットの活性を損なうことなく耐久性を高めることができる。
【０００９】
請求項３記載の発明では、光触媒ユニットの作動を制御する制御部を備えている。内燃機関の運転が継続し排気の温度が十分に高まると、例えば三元触媒など温度の上昇とともに触媒活性を生じる触媒の能力が向上する。そのため、制御部は、排気の温度が所定の温度まで上昇すると、光触媒ユニットの作動を停止、すなわち光源からの光の照射を停止する。これにより、光触媒ユニットは、例えば内燃機関の始動時など排気の温度が低いときに作動する。したがって、光触媒ユニットの無用の作動を低減し、光触媒ユニットの寿命を延長することができる。
請求項１または２記載の発明では、光触媒ユニットの担体部は排気通路における排気の流れ方向に対し垂直に設けられている。これにより、排気は、担体部の外周側を通過する。したがって、排気と光触媒との接触が確保され、排気の浄化を促進することができる。
【００１０】
請求項１記載の発明では、担体部は排気の流れに平行な断面視において格子状の各角に配置されている。そのため、担体部の間には、排気の流れ方向に沿った概ね直線状の通路が形成される。これにより、排気の圧力損失は低減される。したがって、排気効率の低下を抑えつつ、排気の浄化を促進することができる。
請求項２記載の発明では、担体部は排気の流れに平行な断面視において千鳥状に配置されている。そのため、担体部の間を通過した排気は、その下流側で他の担体部に接する。すなわち、担体部の間には、波形状の通路が形成される。これにより、排気と担体部との接触効率が向上する。したがって、排気のさらなる浄化を促進することができる。
【００１１】
請求項４記載の発明では、三元触媒を備えている。三元触媒は、排気の温度とともに自身の温度が上昇することにより触媒活性を生じる。これにより、内燃機関の運転が安定し排気の温度が向上すると、三元触媒によって排気の浄化が図られる。したがって、内燃機関の運転中において光触媒ユニットを常時作動させる必要がなく、光触媒ユニットの耐久性を高めることができる。
請求項５記載の発明では、三元触媒の温度が活性温度より低いとき、光触媒ユニットを作動させる。内燃機関の運転が安定し排気の温度が向上すると、三元触媒によって排気の浄化が図られる。したがって、内燃機関の運転中において光触媒ユニットを常時作動させる必要がなく、光触媒ユニットの耐久性を高めることができる。
【００１２】
請求項６記載の発明では、三元触媒を通過した排気の流れは、通路切換部によって光触媒ユニットが設けられている光触媒通路部または大気に接続されているバイパス通路部に切り換えられる。例えば内燃機関の始動時など排気の温度が低いとき、内燃機関から排出された排気は三元触媒および光触媒通路部を経由して光触媒ユニットへ流れる。このとき、排気および三元触媒の温度が低いため、排気は三元触媒においてほとんど浄化されない。一方、三元触媒を通過した排気を光触媒通路部の光触媒ユニットに導くことにより、三元触媒の活性が低くなる排気の温度が低いとき、排気は光触媒ユニットで浄化される。これに対し、例えば内燃機関の運転が安定し排気の温度が高くなると、内燃機関から排出された排気は三元触媒およびバイパス通路を経由して大気へ放出される。そのため、排気の光触媒ユニットにおける圧力損失は低減され、排気効率が向上する。また、内燃機関から排出された高温の排気は、バイパス通路から大気へ放出され、光触媒ユニットへ流入しない。したがって、排気の温度に応じて排気の浄化を促進することができるとともに、排気効率および光触媒ユニットの耐久性を高めることができる。
【００１３】
請求項７記載の発明では、光源部は担体部に照射する光量を検出する光量センサを有している。光源から照射される光量が光触媒の活性を生じる活性光量より小さいとき、警告手段は警告を発する。これにより、内燃機関の運転者は、光源部の光量が不足していることを容易に把握することができる。また、内燃機関の運転者に光源部の光量不足を把握させることにより、例えば光源部の交換などを促すことができる。さらに、光源部の光量を早期に改善させることにより、排気の浄化能力を維持し、大気中への特定物質の排出を最小限にとどめることができる。
【００１４】
請求項８記載の発明では、光源部は排気通路を形成する通路形成部材の外側に設けられている。すなわち、光源部は、排気通路を流れる排気と直接接しない。そのため、光源部は、排気の熱による影響、あるいは排気に含まれる物質との接触が低減される。したがって、光源部の耐久性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明による排気浄化装置を適用したエンジンシステムの複数の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるエンジンシステムを図１に示す。
エンジンシステム１０は、内燃機関としてのガソリンエンジン１１および排気浄化装置１２を備えている。ガソリンエンジン１１は、エンジン本体１３、吸気系１４、排気系１５、ガソリン供給部１６および制御部１７から構成されている。エンジン本体１３は、シリンダ１８の内部を往復するピストン１９を有している。シリンダ１８には、燃料を噴射するインジェクタ２１が設けられている。ガソリンエンジン１１の場合、燃料はガソリンである。なお、燃料は、ガソリンに代えて例えば液化石油ガス（ＬＰＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）、あるいはエタノールなどのアルコール類を適用することができる。本実施形態では、燃料としてガソリンを用いる例について説明する。インジェクタ２１は、シリンダ１８とピストン１９との間に形成されている燃焼室２２へ燃料を噴射する。本実施形態の場合、ガソリンエンジン１１は、インジェクタ２１から燃焼室２２へ燃料を噴射するいわゆる直噴式である。ガソリンエンジン１１は、直噴式に限らずいわゆる予混合式であってもよい。
【００１６】
吸気系１４は、吸気通路を形成する吸気管部２３を有している。吸気管部２３は、一方の端部がエンジン本体１３に接続し、他方の端部が大気に接続されている。吸気管部２３は、大気に接続されている側の端部にエアフィルタ２４を有している。吸気は、エアフィルタ２４で異物が除去された後、吸気管部２３が形成する吸気通路を経由してエンジン本体１３へ吸入される。吸気系１４は、スロットル２５を有している。スロットル２５は、吸気通路を開閉して、吸気通路を流れる吸気の流量を制御する。吸気通路の燃焼室２２側の端部には、図示しない吸気バルブが設けられている。吸気バルブが開閉することにより、吸気通路から燃焼室２２への吸気の流入が断続される。
【００１７】
排気系１５は、排気通路を形成する排気管部２６を有している。排気管部２６は、一方の端部がエンジン本体１３に接続し、他方の端部がマフラー２７を経由して大気に接続されている。排気は、エンジン本体１３から排気管部２６が形成する排気通路を経由して大気中に排出される。排気通路の燃焼室２２側の端部には、図示しない排気バルブが設けられている。排気バルブが開閉することにより、燃焼室２２から排気通路への排気の流出が断続される。
【００１８】
ガソリン供給部１６は、ガソリンタンク２８、供給管部２９、ポンプ３１およびインジェクタ２１を有している。ガソリンタンク２８は、インジェクタ２１から噴射されるガソリンを貯える。供給管部２９は、ガソリンタンク２８とインジェクタ２１とを接続している。ポンプ３１は、ガソリンタンク２８とインジェクタ２１との間の供給管部２９に設けられている。ポンプ３１は、ガソリンタンク２８に貯えられているガソリンを加圧してインジェクタ２１に供給する。インジェクタ２１は、ポンプ３１で加圧された燃料を燃焼室２２へ噴射する。
【００１９】
制御部１７は、ガソリンエンジン１１および排気浄化装置１２をはじめとするエンジンシステム１０の全体を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。制御部１７は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータで構成されている。制御部１７は、図示しない車内ＬＡＮを経由してエンジンシステム１０の他の制御装置と接続している。制御部は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量などに基づいて、インジェクタ２１およびスロットル２５に駆動信号を出力する。制御部１７は、インジェクタ２１に駆動信号を出力することによりインジェクタ２１の開弁時間すなわち燃料の噴射量を制御する。また、制御部１７は、スロットル２５に駆動信号を出力することにより、スロットル２５の開度を制御する。
【００２０】
排気浄化装置１２は、三元触媒３２、温度センサ３３、警告部３４および光触媒ユニット４０を備えている。また、エンジンシステム１０の制御部１７も、排気浄化装置１２を構成している。三元触媒３２、温度センサ３３および光触媒ユニット４０は、いずれも排気系１５に設けられている。三元触媒３２は、排気の流れ方向において光触媒ユニット４０の上流側に設けられている。三元触媒３２は、活性温度に達すると、排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）を水（Ｈ２Ｏ）および二酸化炭素（ＣＯ２）に酸化する。また、三元触媒３２は、排気に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）を二酸化炭素（ＣＯ２）に酸化する。さらに、三元触媒３２は、排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を窒素（Ｎ２）に還元する。
【００２１】
温度センサ３３は、排気通路を形成する排気管部２６に設けられている。温度センサ３３は、例えばサーミスタなどの検温素子から構成されている。温度センサ３３は、排気通路を流れる排気の温度を検出する。温度センサ３３は、検出した排気の温度を電気信号として制御部１７へ出力する。制御部１７は、温度センサ３３が検出した排気の温度に基づいて、三元触媒３２の温度を推定する。したがって、温度センサ３３および制御部１７は、特許請求の範囲の温度検出手段を構成している。なお、三元触媒３２の温度の検出は、本実施形態のように排気の温度から間接的に検出する場合に限らない。例えば、三元触媒３２に温度センサ３３を設置し、三元触媒３２の温度を直接検出してもよい。また、エンジン本体１３の冷却水の温度から三元触媒３２の温度を間接的に推定してもよい。さらに、ガソリンの噴射量と排気の温度とは相関することを利用して、インジェクタ２１からのガソリン噴射量に基づいて三元触媒３２の温度を間接的に推定してもよい。
【００２２】
警告部３４は、制御部１７からの指示により警告を発する。制御部１７は、光触媒ユニット４０の機能が低下すると、警告部３４から警告を発する。エンジンシステム１０の操作者は、警告部３４からの警告に基づいて光触媒ユニット４０の異常を認識する。これにより、光触媒ユニット４０の点検あるいは交換などが促進される。警告部３４は、例えばダッシュボードのランプの点滅などによる視覚的な警告、ブザーやホーンの鳴動などによる聴覚的な警告、あるいは操作スイッチの振動などによる触覚的な警告のいずれかまたは組み合わせによって警告を発する。したがって、制御部１７および警告部３４は、特許請求の範囲の警告手段を構成している。
【００２３】
光触媒ユニット４０は、排気の流れ方向において三元触媒３２の下流側に設けられている。光触媒ユニット４０は、図２に示すように触媒容器４１、担体部４２、光源部４３および光量センサ４４を有している。触媒容器４１は、筒状に形成され、内部に排気通路４５を形成している。触媒容器４１は、排気管部２６と一体または別体に形成することができる。担体部４２は、触媒容器４１の内部に収容されている。担体部４２は、触媒容器４１が形成する排気通路４５において排気が流れる方向に対しほぼ垂直に設けられている。触媒容器４１は、担体部４２の軸方向の両端部を支持する構成でもよく、担体部４２の軸方向の一方の端部を支持する構成でもよい。
【００２４】
担体部４２は、光を透過する材料で形成されている。そのため、担体部４２は、例えばガラスや石英などの透明な材料で形成することが望ましい。担体部４２は、図３に示すように外周面に光触媒４６を担持している。すなわち、担体部４２は、外周面に層状の光触媒４６を有している。光触媒４６は、例えば二酸化チタン（ＴｉＯ２）の粉末などで構成されている。光触媒４６は、紫外線などの光を照射することにより高い酸化能力を生じる。光触媒４６は、例えば樹脂などのバインダとともに担体部４２の外周面に塗布されたり、担体部４２の外周面にコーティングすることにより設けられている。
【００２５】
担体部４２は、図２および図４に示すように触媒容器４１の内部に複数設けられている。図４は、排気の流れに対して平行な図２のＩＶ−ＩＶ線に沿って触媒容器４１を切断した断面である。担体部４２は、排気の浄化能力および圧力損失を考慮して任意に配置することができる。担体部４２は、例えば図４（Ａ）にように格子状の各角に配置することができる。すなわち、図４（Ａ）に示すように触媒容器４１を排気の流れと平行に切断したとき、担体部４２はその断面視において格子状の各角に配置されている。これにより、排気通路４５は、各担体部４２の間に直線状に形成される。したがって、図４（Ａ）に示すように担体部４２を配置したとき、排気の圧力損失を低減することができ、排気効率を高めることができる。
【００２６】
また、担体部４２は、図４（Ｂ）に示すように千鳥状に配置してもよい。すなわち、図４（Ｂ）に示すように触媒容器４１を排気の流れと平行に切断したとき、担体部４２はその断面視において千鳥状に配置されている。担体部４２を千鳥状に配置することにより、ある列の担体部４２の間を通過した排気の流れの前方には、次の列の担体部４２が位置する。これにより、排気通路４５は、各担体部４２の間に波線状に形成される。したがって、図４（Ｂ）に示すように担体部４２を配置したとき、排気と担体部４２との接触効率を高めることができ、排気の浄化を促進することができる。
【００２７】
図２に示すように光源部４３は、紫外線ランプ４７および導光部材４８を有している。光源部４３は、制御部１７からの通電により紫外線ランプ４７から紫外線を照射する。紫外線ランプ４７から照射された紫外線は、導光部材４８によって担体部４２に導かれる。光源部４３は、触媒容器４１の外側に設けられている。すなわち、触媒容器４１は排気管部２６とともに排気通路を形成する通路形成部材を構成し、光源部４３はこの触媒容器４１の外側に設けられている。光源部４３には、光量センサ４４も設けられている。光量センサ４４は、紫外線ランプ４７から照射される紫外線の光量を検出する。光量センサ４４は、検出した紫外線の光量を電気信号として制御部１７へ出力する。なお、光源部４３から照射する光は、紫外線に限らない。光触媒４６の活性が確保されるのであれば、紫外線に限らず例えば可視光線などを利用してもよい。
【００２８】
担体部４２は透明である。そのため、担体部４２に導かれた紫外線は、担体部４２を透過しながら外周面に設けられている光触媒４６に照射される。担体部４２は、内部が詰まった柱状に形成され、内周側を紫外線が透過する。また、担体部４２は、例えば内部が空洞の筒状に形成し、内周側を光が透過する構成としてもよい。これらの場合、担体部４２は、内部に散乱部４９を有している。散乱部４９は、例えば担体部４２に分散されている散乱物質や、担体部４２に形成された気泡で構成されている。散乱部４９は、担体部４２の内周側を透過する紫外線を外周側の光触媒４６へ散乱させる。これにより、担体部４２の内側に導かれた紫外線は、外周面に形成された光触媒４６へ効率的に照射される。
【００２９】
担体部４２は、排気通路４５を形成する触媒容器４１に設けられているため、常に排気の流れに曝される。そのため、担体部４２の外周面すなわち光触媒４６には排気中の煤や異物が付着しやすい。担体部４２の外部から光を照射する場合、光触媒４６に異物が付着すると、照射された紫外線が光触媒４６に到達しにくくなり、光触媒４６の活性の低下を招く。一方、本実施形態のように担体部４２の内側から外周面へ紫外線を導くことにより、担体部４２の外周面の汚れに関わらず紫外線は光触媒４６へ到達する。その結果、担体部４２の外周面すなわち光触媒４６に異物が付着しても、内側から照射された紫外線によって光触媒４６の活性は維持される。また、照射された紫外線によって光触媒４６が活性化することにより、光触媒４６に付着した異物の分解が促進され、光触媒４６への異物の堆積が低減される。その結果、光触媒４６の活性を長期間維持することができる。
【００３０】
次に、上記の構成による排気浄化装置１２の作動を図５に基づいて説明する。
制御部１７は、図示しないイグニッションスイッチがＯＮのとき（Ｓ１０１）、ガソリンエンジン１１が始動時であるか否かを判定する（Ｓ１０２）。また、制御部１７は、ステップＳ１０２においてガソリンエンジン１１が始動時でないと判定したとき、ガソリンエンジン１１が通常の運転中であるか否かを判定する（Ｓ１０３）。すなわち、制御部１７は、ガソリンエンジン１１が始動からの経過時間の短い始動期間中であるか、またはガソリンエンジン１１が始動から所定の期間が経過した通常運転中であるか否かを判定する。ステップＳ１０３においてガソリンエンジン１１が通常の運転中でないと判定したとき、制御部１７は処理を終了する。すなわち、ステップＳ１０３においてガソリンエンジン１１が運転中でないとき、イグニッションスイッチがＯＮであるもののガソリンエンジン１１は運転していない状態である。したがって、ガソリンエンジン１１は運転されておらず、エンジン本体１３から排気が排出されないため、制御部１７は処理を終了する。
【００３１】
制御部１７は、ステップＳ１０２においてガソリンエンジン１１が始動時である、およびステップＳ１０３においてガソリンエンジン１１が通常の運転中であると判定したとき、三元触媒３２の温度が活性温度以上か否かを判定する（Ｓ１０４）。本実施形態の場合、制御部１７は温度センサ３３で検出した排気の温度を取得する。制御部１７は、温度センサ３３で検出した排気通路を流れる排気の温度から、三元触媒３２の温度を推定する。そして、制御部１７は、排気の温度に基づいて推定した三元触媒３２の温度が活性温度以上であるか否かを判定する。
【００３２】
一般的なエンジンシステムでは、図６に示すようにガソリンエンジンが始動してから時間が経過するにしたがって三元触媒の温度が上昇する。すなわち、ガソリンエンジンが始動してからの経過時間の短い始動時における三元触媒の温度は低く、経過時間が長くなるにつれて三元触媒の温度は上昇する。三元触媒の温度が低いとき、三元触媒の活性は低くなる。そのため、三元触媒を通過しても、排気中に含まれる未燃焼の燃料由来の炭化水素（ＨＣ）は十分に酸化されない。その結果、三元触媒の温度が低いとき、大気中に排出される炭化水素が増大する。
【００３３】
そこで、本実施形態の場合、制御部１７は、ステップＳ１０４で検出した三元触媒３２の温度が活性温度よりも低いと判定したとき、光源部４３の紫外線ランプ４７をＯＮにする（Ｓ１０５）。一方、制御部１７は、ステップＳ１０４で検出した三元触媒３２の温度が活性温度以上と判定したとき、光源部４３の紫外線ランプ４７への通電を停止すなわち紫外線ランプ４７をＯＦＦにする（Ｓ１０６）。三元触媒３２の温度が活性温度以上のとき、排気に含まれる炭化水素は三元触媒３２を通過することにより十分に酸化される。
【００３４】
制御部１７は、ステップＳ１０５において紫外線ランプ４７をＯＮにすると、紫外線ランプ４７から照射される紫外線の光量が十分であるか否かを判定する（Ｓ１０７）。制御部１７は、光量センサ４４から出力される電気信号に基づいて、紫外線ランプ４７から照射される紫外線の光量を検出する。制御部１７は、検出した紫外線の光量が予め設定されている光触媒４６の活性光量以上であるか否かを判定する。光触媒４６の活性光量とは、光触媒４６が活性を生じるために十分な光量である。光触媒４６は、照射される紫外線が活性光量に達すると、十分な活性を生じる。一方、光触媒４６は、照射される紫外線が活性光量より弱いとき、所望の活性を生じない。
【００３５】
制御部１７は、ステップＳ１０７において紫外線ランプ４７から照射される紫外線の光量が不十分であると判定すると、警告を発する（Ｓ１０８）。すなわち、制御部１７は、警告部３４に制御信号を発する。警告部３４は、制御部１７から制御信号を取得すると、警告を発する。警告部３４から警告を発することにより、例えばエンジンシステム１０を搭載している車両の運転者など、エンジンシステム１０の操作者に光源部４３の光量不足など光触媒ユニット４０の異常を認識させることができる。
【００３６】
制御部１７は、ステップＳ１０７において紫外線ランプ４７から照射される紫外線の光量が十分であると判定したとき、およびステップＳ１０８において警告部３４から警告を発すると、燃焼室２２に燃料を噴射する（Ｓ１０９）。制御部１７は、インジェクタ２１に駆動信号を出力することにより、インジェクタ２１からの燃料の噴射を実施する。そして、制御部１７は、図示しない点火プラグに通電し、燃焼室２２の混合気に点火する（Ｓ１１０）。
【００３７】
以上の手順により、三元触媒３２が活性温度より低いとき、制御部１７は光触媒ユニット４０の光源部４３から紫外線を照射し、光触媒ユニット４０によって排気を浄化する。このとき、排気中に含まれる炭化水素は、光触媒ユニット４０の担体部４２に担持された光触媒４６と接することにより酸化される。一方、三元触媒３２が活性温度以上に達すると、制御部１７は紫外線の照射を停止する。三元触媒３２が活性温度以上に達すると、排気に含まれる炭化水素は三元触媒３２によって酸化される。これらにより、図７に示すようにガソリンエンジン１１の始動からの時間が短く三元触媒３２が活性温度より低いとき、排気は光触媒ユニット４０によって浄化される。一方、ガソリンエンジン１１の始動から所定の時間が経過し三元触媒３２が活性温度以上に達すると、排気は三元触媒３２によって浄化される。そのため、エンジン本体１３から排出される排気は、通常の運転時だけでなく三元触媒３２の温度が低い始動時であっても浄化される。その結果、排気に含まれる炭化水素は、ガソリンエンジン１１の始動からの経過時間に関わらず低減される。
【００３８】
ところで、三元触媒３２の温度すなわちエンジン本体１３から排出される排気の温度は、始動から十分な時間が経過した通常の運転中であっても上下する。これは、ガソリンエンジン１１の負荷、すなわちインジェクタ２１から噴射されるガソリンの量によって燃焼温度および排気温度が変化するからである。ガソリンエンジン１１の運転状態によって三元触媒３２の温度が活性温度よりも低くなると、排気とともに排出される炭化水素が増大する。そこで、制御部１７は、ガソリンエンジン１１が通常の運転状態であっても、図5に示すステップＳ１０４において三元触媒３２の温度を検出し、三元触媒３２が活性温度より低くなると、光源部４３の紫外線ランプ４７を点灯させる。これにより、ガソリンエンジン１１の通常の運転中に三元触媒３２の温度が低下したときでも、排気とともに排出される炭化水素は低減される。
【００３９】
以上説明したように、第１実施形態では、制御部１７は三元触媒３２の温度に応じて光触媒ユニット４０の紫外線ランプ４７の点滅を制御する。すなわち、制御部１７は、三元触媒３２が活性温度より低いとき紫外線ランプ４７を点灯させ、三元触媒３２が活性温度以上のとき紫外線ランプ４７を消灯させる。これにより、三元触媒３２の温度が低く触媒活性が不十分なとき、三元触媒３２で酸化されずに排気に含まれる炭化水素は光触媒ユニット４０おいて酸化される。したがって、三元触媒３２の温度に関わらず、排気とともに大気中へ排出される炭化水素を低減することができる。
【００４０】
また、第１実施形態では、光触媒ユニット４０の光源部４３は、触媒容器４１の外側に設けられている。そのため、光源部４３は、排気通路４５を流れる排気の熱的な影響を受けにくい。これにより、光源部４３の熱的な損傷が低減される。したがって、光源部４３の耐久性を高めることができる。また、触媒容器４１の外側に光源部４３を設けることにより、光源部４３の取り扱いが容易になる。そのため、例えば紫外線ランプ４７の交換などが容易である。したがって、光源部４３のメンテナンス性を高めることができる。
さらに、第１実施形態では、ガソリンエンジン１１の始動時に水素などを添加する必要がない。そのため、ガソリンエンジン１１に水素を供給するための機構を設ける必要がなく、構造の簡略化を図ることができる。
【００４１】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による排気浄化装置を適用したエンジンシステムを図８に示す。
第２実施形態では、排気浄化装置１２は、排気系１５に光触媒通路部５１、バイパス通路部５２および通路切換部５３を有している。光触媒通路部５１およびバイパス通路部５２は、排気の流れ方向において三元触媒３２の下流側で排気管部２６から分岐している。光触媒通路部５１には、光触媒ユニット４０が設けられている。光触媒通路部５１は、光触媒ユニット４０の下流側がマフラー２７に接続している。また、バイパス通路部５２は、排気管部２６とは反対側の端部がマフラー２７に接続している。光触媒通路部５１およびバイパス通路部５２は、いずれもエンジン本体１３とは反対側の端部がマフラー２７を経由して大気に接続されている。通路切換部５３は、例えば電気的に駆動される切換弁などを有している。通路切換部５３の切換弁は、制御部１７からの指示により駆動される。通路切換部５３は、三元触媒３２を通過した排気の流れを光触媒通路部５１またはバイパス通路部５２へ切り換える。
【００４２】
制御部１７は、光触媒ユニット４０の紫外線ランプ４７から紫外線を照射するとき、すなわち三元触媒３２の温度が低く光触媒ユニット４０を作動させるとき、通路切換部５３により排気の流れを光触媒通路部５１側へ切り換える。これにより、三元触媒３２を通過した排気は、光触媒ユニット４０側へ流れる。一方、制御部１７は、光触媒ユニット４０を作動させないとき、すなわち三元触媒３２が活性温度以上に達しているとき、通路切換部５３により排気の流れをバイパス通路部５２側へ切り換える。これにより、三元触媒３２を通過した排気は、光触媒ユニット４０側へ流入することなく、バイパス通路部５２を経由して大気へ放出される。
【００４３】
三元触媒３２が十分に機能するとき、排気の温度は高くなっている。光触媒ユニット４０の光触媒４６は、高温の排気に曝されることにより寿命の短縮を招くおそれがある。一方、三元触媒３２が十分に機能するとき、光触媒ユニット４０による排気の浄化は不要である。そこで、第２実施形態では、排気の流路を二つに分割し、排気の温度に応じて排気の流路を切り換えることにより、排気の温度が高く三元触媒３２が機能するとき、光触媒ユニット４０側への排気の流入を制限している。これにより、光触媒ユニット４０が高温の排気によって受ける影響は低減される。
【００４４】
第２実施形態では、排気の流れ方向において三元触媒３２の下流側で排気の流れを光触媒ユニット４０が設けられた光触媒通路部５１側またはバイパス通路部５２側へ切り換えている。そのため、排気の温度が高く三元触媒３２が十分に活性を生じるとき、光触媒ユニット４０側への排気の流入が制限される。したがって、光触媒ユニット４０が排気から受ける熱の影響を低減することができ、光触媒ユニット４０の寿命の延長を図ることができる。
【００４５】
（その他の実施形態）
上述の複数の実施形態では、排気の流れ方向において光触媒ユニット４０の下流側にマフラー２７を配置する例について説明した。しかし、光触媒ユニット４０は、マフラー２７に設置してもよい。すなわち、マフラー２７と光触媒ユニット４０とを一体に設けてもよい。マフラー２７とエンジン本体１３との間は比較的距離が長いため、マフラー２７における排気の温度は三元触媒３２の近傍に比較して低下する。そのため、マフラー２７に光触媒ユニット４０を設けることにより、光触媒ユニット４０は排気から受ける熱の影響が低減される。したがって、光触媒ユニット４０の寿命の延長を図ることができる。
【００４６】
また、本発明の複数の実施形態では、光源部４３において紫外線ランプ４７から照射された紫外線を導光部材４８を用いて担体部４２に導く構成について説明した。すなわち、紫外線ランプ４７は、導光部材４８を挟んで担体部４２と隣接して配置される例について説明した。しかし、紫外線ランプ４７と担体部４２との間を例えば光ファイバなどの導光部材４８によって接続し、この光ファイバを経由して紫外線ランプ４７の光を担体部４２へ導く構成としてもよい。このように紫外線ランプ４７と担体部４２との間に光ファイバを設けることにより、紫外線ランプ４７と担体部４２との間に大きな距離の確保が容易になる。そのため、光源部４３は排気通路を流れる排気から受ける熱の影響が低減される。したがって、光源部４３の寿命、特に紫外線ランプ４７の寿命の延長を図ることができる。
【００４７】
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態による排気浄化装置を適用したエンジンシステムを示す模式図
【図２】本発明の第１実施形態による排気浄化装置の光触媒ユニットを示す模式的な断面図
【図３】本発明の第１実施形態による排気浄化装置の担体部を示す模式的な図であって、担体部を中心軸を含む平面で切断した断面図
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線で切断した模式的な断面図
【図５】本発明の第１実施形態による排気浄化装置を適用したエンジンシステムの作動の流れを示す概略図
【図６】一般的なエンジンシステムの始動からの経過時間と排気中のＨＣ濃度および三元触媒の温度との関係を示す概略図
【図７】本発明の第１実施形態による排気浄化装置における始動からの経過時間と排気中のＨＣ濃度および三元触媒の温度との関係を示す概略図
【図８】本発明の第２実施形態による排気浄化装置を適用したエンジンシステムを示す模式図
【符号の説明】
【００４９】
図面中、１１はガソリンエンジン（内燃機関）、１２は排気浄化装置、１５は排気系、１７は制御部（温度検出手段、警告手段）、２７はマフラー、３２は三元触媒、３３は温度センサ（温度検出手段）、３４は警告部、４０は光触媒ユニット、４１は触媒容器、４２は担体部、４３は光源部、４４は光量センサ、４５は排気通路、４６は光触媒、４９は散乱部、５１は光触媒通路部、５２はバイパス通路部、５３は通路切換部を示す。
【図１】
0004888339.tif 000002
【図２】
0004888339.tif 000003
【図３】
0004888339.tif 000004
【図４】
0004888339.tif 000005
【図５】
0004888339.tif 000006
【図６】
0004888339.tif 000007
【図７】
0004888339.tif 000008
【図８】
0004888339.tif 000009