(57)【要約】【課題】この発明は、吸着材を適切な温度に保持することができ、その吸着性能と耐久性とを両立させることを目的とする。【解決手段】車両１に搭載された内燃機関１０は、車両１の床下に延びる排気通路１４を備える。排気通路１４には、活性化した状態で排気ガス中の未浄化成分を浄化する触媒１６と、触媒１６の非活性時に排気ガス中の炭化水素を吸着するＨＣ吸着材１８と、消音器２０とを設ける。この場合、ＨＣ吸着材１８は、車両１の床下となり、かつ触媒１６の下流側となる位置に配置する。これにより、内燃機関１０が高負荷運転を行ったとしても、ＨＣ吸着材１８の温度を、吸着性能が維持され、かつ熱劣化が生じない適切な温度範囲に保持することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された内燃機関の排気側に接続され、少なくとも一部が前記車両の床下に配置された排気通路と、
前記排気通路に設けられ、排気ガス中の未燃成分を浄化する触媒と、
前記車両の床下に配置されると共に前記触媒の下流側で前記排気通路に設けられ、排気ガス中の未燃成分を吸着する吸着材と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気音を低減するために前記排気通路の後端側に設けられた消音器を備え、
前記吸着材は前記消音器の近傍に配置する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記吸着材に活性酸素を供給する活性酸素供給装置を備えてなる請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
内燃機関の排気ガスが流通する排気通路と、
前記排気通路に設けられ、排気ガス中の未燃成分を浄化する触媒と、
前記排気通路のうち活性酸素の分解温度よりも低温に維持される部位に設けられ、排気ガス中の未燃成分を吸着する吸着材と、
前記吸着材に活性酸素を供給する活性酸素供給装置と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記内燃機関は、少なくともガソリンを含む燃料により作動するガソリンエンジンである請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記活性酸素供給装置は、活性酸素としてオゾンを供給する構成としてなる請求項３または４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、内燃機関に好適に用いられる排気浄化装置に関し、特に、吸着材により排気ガス中の未燃成分を吸着する構成とした内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（特開２００７−１４６７８４号公報）に開示されているように、排気通路にＨＣ吸着材を設ける構成とした内燃機関の排気浄化装置が知られている。この排気浄化装置によれば、例えば内燃機関の冷間始動時等のように、排気通路に配置された触媒が活性化していないときには、排気ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）をＨＣ吸着材により吸着することができる。
【０００３】
また、吸着材の性能を維持するためには、一旦吸着されたＨＣを吸着材から脱離させるパージ処理が必要となる。このため、従来技術では、内燃機関の暖機後にパージ処理を実施する。パージ処理では、温度の高い排気ガスを吸着材に流入させることにより、脱離したＨＣを含むパージガスを吸着材から流出させる。このパージガスは、活性化した触媒により浄化されるか、内燃機関の吸気系に還流される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１４６７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来技術では、排気ガス中のＨＣをＨＣ吸着材により吸着する構成としている。しかしながら、ＨＣ吸着材は、高温に晒されることにより吸着性能が低下し易い。特に、多量の水分を含んだ排気ガスに晒された状態で、４００℃を超えるような高温状態に保持されると、吸着材の構造が破壊され、不可逆的な性能劣化が生じることがある。
【０００６】
しかしながら、ＨＣ吸着材が性能を十分に発揮するためは、ある程度の温度が必要であり、極端な低温状態では吸着効率が悪くなる。このため、従来技術では、吸着材の温度状態を適切に保持しつつ、耐久性と吸着性能を両立させるのが難しいという問題がある。一方、従来技術では、パージ処理において高温の排気ガスを吸着材に流入させるので、このときにＨＣ吸着材の劣化が進行し易いという問題もある。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の第１の目的は、吸着材を適切な温度に保持することができ、その吸着性能と耐久性とを両立させることが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。
【０００８】
また、本発明の第２の目的は、吸着材を高温に晒さなくても、吸着された未浄化成分を効率よく処理することができ、高温による吸着性能の劣化を抑制することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、車両に搭載された内燃機関の排気側に接続され、少なくとも一部が前記車両の床下に配置された排気通路と、
前記排気通路に設けられ、排気ガス中の未燃成分を浄化する触媒と、
前記車両の床下に配置されると共に前記触媒の下流側で前記排気通路に設けられ、排気ガス中の未燃成分を吸着する吸着材と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、
内燃機関の排気音を低減するために前記排気通路の後端側に設けられた消音器を備え、
前記吸着材は前記消音器の近傍に配置する構成としている。
【００１１】
第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記吸着材に活性酸素を供給する活性酸素供給装置を備える構成としている。
【００１２】
第４の発明は、内燃機関の排気ガスが流通する排気通路と、
前記排気通路に設けられ、排気ガス中の未燃成分を浄化する触媒と、
前記排気通路のうち活性酸素の分解温度よりも低温に維持される部位に設けられ、排気ガス中の未燃成分を吸着する吸着材と、
前記吸着材に活性酸素を供給する活性酸素供給装置と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
第５の発明によると、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関は、少なくともガソリンを含む燃料により作動するガソリンエンジンである構成としている。
【００１４】
第６の発明によると、第３または第４の発明において、
前記活性酸素供給装置は、活性酸素としてオゾンを供給する構成としている。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明によれば、吸着材を車両の床下に配置し、かつ内燃機関の排気ポートからみて触媒よりも遠くに配置することができる。このため、排気ポートから吸着材までの排気流路を十分に長くすることができる。これにより、内燃機関が高負荷運転を行ったとしても、吸着材の位置では、排気ガスの温度を熱劣化が生じない温度まで低下させることができる。また、車両の走行時には、床下を流れる走行風により吸着材を効率よく冷却することができ、吸着材の温度上昇を確実に抑えることができる。従って、吸着材を、熱劣化の発生温度よりも低い温度に保持しつつ、吸着性能が発揮される程度に加温することができる。これにより、吸着材の劣化を抑制して寿命を延ばすことができ、吸着性能と耐久性とを両立させることができる。
【００１６】
第２の発明によれば、吸着材を消音器の近傍に配置することにより、排気ポートから吸着材までの排気流路を可能な限り延ばすことができる。また、吸着材を比較的高温となる触媒からも十分に離すことができる。このため、吸着材の位置における排気温度を確実に低くすることができる。
【００１７】
第３の発明によれば、吸着材の再生処理を行うときには、活性酸素供給装置を用いて吸着材に活性酸素を供給することができる。これにより、活性酸素の強力な酸化力を用いて、吸着材に吸着されていたＨＣを効率よく分解、除去することができる。この結果、吸着材を高温の排気ガスに晒すパージ処理等を行わなくても、吸着性能を再生することができるので、吸着材を比較的低温な場所にも容易に配置することができる。従って、活性酸素供給装置を用いることにより、熱劣化を防止しつつ再生制御が容易なシステムを実現することができる。
【００１８】
第４の発明によれば、吸着材を、活性酸素の分解温度よりも低温に維持される部位に配置することができる。一般に、活性酸素の熱分解温度は、吸着材に熱劣化が発生する温度よりも低温である。従って、吸着材をオゾンが熱分解しない温度に保持すれば、活性酸素の強力な酸化力を用いて吸着材を効率よく再生させることができ、また必然的に吸着材自体の熱劣化も防止することができる。これにより、吸着材の寿命を延ばすことができ、その吸着性能と耐久性とを両立させることができる。
【００１９】
第５の発明によれば、一般に、ガソリンエンジンは、ディーゼルエンジン等と比較して排気ガスが高温となる。このため、熱劣化等を考慮すると、吸着材の適切な配置を決めるのが難しい。しかし、上記第１または第２の発明による配置を採用したり、オゾンによる再生制御を採用することにより、ガソリンエンジンでも、高い吸着性能と耐久性とを両立させるシステムを容易に実現することができる。
【００２０】
第６の発明によれば、活性酸素としてオゾンを用いることにより、上記第３及び第４の発明の効果をより顕著に発揮させることができる。
前記構成としてなる
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図４を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。まず、図１及び図２は、実施の形態１のシステム構成を説明するための構成図を示している。図１に示す車両１の前部側にはエンジンルーム２が設けられており、エンジンルーム２内には、内燃機関１０が搭載されている。内燃機関１０は、少なくともガソリンを含む燃料を用いて作動するガソリンエンジンにより構成されている。
【００２２】
また、内燃機関１０は、図２に示すように、気筒内に吸入空気を吸い込む吸気通路１２と、気筒から排出された排気ガスが流れる排気通路１４とを備えている。排気通路１４は、前端部がエンジンルーム２内で内燃機関１０の排気側に接続されている。排気通路１４の後部側は、車両１の下面を構成する床面３の下側（床下）に引出され、車両１の後部側に向けて床下を延びている。
【００２３】
排気通路１４には、排気ガスの流れ方向の上流側から下流側に向けて触媒１６、ＨＣ吸着材１８および消音器（マフラ）２０が順次設けられている。これら３つの機器は、車両１の床下に配置されている。触媒１６は、三元触媒等により構成されており、前記３つの機器のうち内燃機関１０に最も近い位置（最も上流側）に配置されている。そして、触媒１６は、例えば３００℃程度の温度以上で活性化し、排気空燃比が理論空燃比（ストイキ）の近傍であるときに、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）および酸化窒素（ＮＯｘ）からなる未浄化成分を浄化する。
【００２４】
ＨＣ吸着材１８は、例えばシリカ（二酸化ケイ素）、ゼオライト等を主成分とする多孔質材料により形成されている。そして、ＨＣ吸着材１８は、例えば低温始動時のように、触媒１６が活性化していないときに、排気ガス中のＨＣを吸着するものである。また、消音器２０は、内燃機関１０の排気音を低減するために、排気通路１４の後端部近傍に設けられている。なお、本明細書において、「吸着」という用語には、「吸蔵」、「吸収」、「保持」等に類似するすべての概念が含まれるものとする。
【００２５】
また、内燃機関１０は、ＨＣ吸着材１８にオゾン（Ｏ３）を供給する活性酸素供給装置としてのオゾン発生器２２を備えている。オゾン発生器２２としては、高電圧を印加可能な放電管内に、原料となる乾燥した空気または酸素を流しつつオゾンを発生させる形態や、他の任意の形式のものを用いることができる。この場合、原料となる乾燥した空気または酸素は、排気通路１４の外部から取り込まれる外気等の気体である。
【００２６】
オゾン発生器２２は、触媒１６とＨＣ吸着材１８との間で排気通路１４内にオゾンを供給するオゾン供給口２４を備えている。この供給口２４から排気ガス中に添加されたオゾンは、吸着材１８に吸着されているＨＣを分解、除去する再生処理に用いられる。この場合、オゾンは、極めて強力な酸化力を有しているため、室温程度の低い温度でも、ＨＣを二酸化炭素と水とに分解することが可能である。従って、再生処理では、排気ガス中に添加したオゾンを吸着材１８に流入させることにより、オゾンの酸化力を利用して吸着能力を再生することができる。
【００２７】
また、本実施の形態のシステムは、排気ガス中に含まれるＨＣの濃度を検出するＨＣセンサ２６と、内燃機関１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)２８とを備えている。ＥＣＵ２８は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶回路を備えたマイクロコンピュータにより構成されている。
【００２８】
ＥＣＵ２８の入力側には、内燃機関の吸入空気量を検出するエアフロメータと、前記ＨＣセンサ２６とを含めて、内燃機関の運転制御に必要なセンサ系統が接続されている。ＥＣＵ２８の出力側には、吸入空気量を増減させるスロットル装置、燃料噴射弁、点火プラグ等を含む各種のアクチュエータが接続されている。
【００２９】
そして、ＥＣＵ２８は、内燃機関の運転状態をセンサ系統により検出しつつ、各アクチュエータを駆動して運転制御を実施する。この運転制御には、ＨＣ吸着材１８の再生制御も含まれている。ここで、吸着材の再生制御の一例を挙げると、まず、ＨＣセンサ２６により排気ガス中のＨＣ濃度を検出し、この検出結果に基づいて吸着材１８に吸着されたＨＣの量を算出する。そして、ＨＣの吸着量が再生処理の必要なレベルに達したと判定したときに、オゾン発生器２２を作動させ、吸着材１８にオゾンを供給する。これにより、吸着されていたＨＣはオゾンにより分解、除去されるので、ＨＣ吸着材１８の吸着能力を再生することができる。
【００３０】
（吸着材の配置）
ＨＣ吸着材１８の最適な配置を考えた場合に、まず、ＨＣ吸着材は、例えば２５０℃程度の比較的低温な状態において、高い吸着能力を発揮することが判っている。また、例えば４００℃を超えるような高い温度では、排気ガス中に含まれる水分との相乗効果により吸着材の構造が破壊され、吸着性能の不可逆的な劣化が生じ易い。
【００３１】
図３は、４００℃以下の適切な温度環境と、４００°を超える（例えば８００℃）高温環境のそれぞれについて、ＨＣ吸着材の耐久性を示す説明図である。図中に示す「初期」とは耐久テスト前の初期状態におけるＨＣ吸着量、「耐久後」とは各環境の温度雰囲気下で所定時間だけ放置した後のＨＣ吸着量、「１０サイクル目」とはＨＣの吸着・脱離を１０サイクル繰返した後のＨＣ吸着量をそれぞれ示している。
【００３２】
この図に示すように、適切な温度環境であれば、ＨＣ吸着材の吸着能力は、初期状態から耐久後、１０サイクル目に至るまで殆ど劣化していない。これに対し、高温環境では、耐久後と１０サイクル目の吸着能力が大きく劣化しているのが判る。
【００３３】
また、本実施の形態では、オゾンにより吸着材の再生処理を行う構成としているので、吸着材の配置を決定するにあたり、オゾンの熱分解特性も考慮する必要がある。図４は、オゾンの分解率と温度との関係を示す特性線図である。この図に示すように、３００℃を超える温度領域では、オゾンが殆ど熱分解してしまうため、再生処理の効果が得られないことが判る。
【００３４】
これらの温度条件を考慮して、本実施の形態では、内燃機関の運転中におけるＨＣ吸着材１８の温度が２５０〜４００℃、好ましくは２５０〜３００℃の温度範囲（以下、適温範囲と称す）となるような構成を採用している。具体的には、ＨＣ吸着材１８を、車両１の床下となり、かつ触媒１６の下流側となる位置で、排気通路１４に設けている。さらに、ＨＣ吸着材１８を消音器２０の近傍に配置している。ここで、消音器２０の近傍とは、例えば触媒１６と消音器２０との間の中間位置よりも消音器２０に近い位置である。
【００３５】
この構成によれば、ＨＣ吸着材１８を車両１の床下に配置し、かつ触媒１６の下流側に配置しているので、熱源である内燃機関１０の排気ポートから吸着材１８までの排気流路を十分に長くすることができる。しかも、吸着材１８を消音器２０の近傍に配置することにより、前記排気流路を可能な限り延長できると共に、吸着材１８を比較的高温となる触媒１６からも十分に離すことができる。
【００３６】
このため、内燃機関１０が高負荷運転を行ったとしても、吸着材１８の位置では、排気ガスの温度を上記適温範囲まで低下させることができる。さらに、車両１の走行時には、床下を流れる走行風により吸着材１８を効率よく冷却することができ、吸着材１８の温度上昇を確実に抑えることができる。
【００３７】
従って、本実施の形態によれば、ＨＣ吸着材１８を、少なくとも熱劣化の発生温度（４００℃超）よりも低い温度に保持しつつ、吸着性能が発揮される程度に加温することができる。これにより、吸着材１８の劣化を抑制して寿命を延ばすことができ、吸着性能と耐久性とを両立させることができる。
【００３８】
また、本実施の形態では、オゾン発生器２２により発生させたオゾンを用いて、ＨＣ吸着材１８の再生制御を行う構成としている。この再生制御では、オゾンの強力な酸化力を用いて、吸着されていたＨＣを効率よく分解、除去することができる。これにより、吸着材１８を高温の排気ガスに晒すパージ処理等を行わなくても、吸着性能を再生することができるので、吸着材１８を前記適温範囲となる場所にも容易に配置することができる。従って、熱劣化を防止しつつ再生制御が容易なシステムを実現することができる。
【００３９】
この場合、前記適温範囲として例示したように、吸着材１８がオゾンの熱分解温度（３００℃）以下となるような場所に設置することにより、吸着材１８に供給されるオゾンの熱分解を抑制することができ、再生制御を効率よく行うことができる。また、一般に、オゾンの熱分解温度は、吸着材１８に熱劣化が発生する温度よりも低温である。従って、吸着材１８をオゾンが熱分解しない温度に保持すれば、必然的に吸着材自体の熱劣化も防止することができる。
【００４０】
さらに、オゾンを用いて再生制御を行うことにより、例えば吸着材を配置するために排気通路１４と並列に設けられるバイパス通路や、排気ガスの流路を排気通路とバイパス通路との間で切換える切換弁等も不要となる。これにより、排気浄化装置のシステム構成を簡略化し、その小型・軽量化やコストダウンを促進することができる。
【００４１】
また、本実施の形態では、ガソリンエンジンである内燃機関１０に適用している。一般に、ガソリンエンジンは、ディーゼルエンジン等と比較して排気ガスが高温となるので、熱劣化を考慮すると、吸着材１８の適切な配置を決めるのが難しい。しかし、上述した配置やオゾンによる再生制御を採用することにより、ガソリンエンジンでも、高い吸着性能と耐久性とを両立させるシステムを容易に実現することができる。
【００４２】
なお、前記実施の形態では、ＨＣ吸着材１８の温度を適温範囲に保持することが可能な配置として、「車両の床下」と「消音器の近傍」を例示した。しかし、本発明において、これらの場所は一例に過ぎず、吸着材を適温範囲に保持することが可能であれば、例えばエンジンルーム２内などに配置する構成としてもよい。
【００４３】
また、実施の形態では、排気ガス中に含まれる未燃成分のうち、ＨＣを吸着するＨＣ吸着材１８を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばＣＯ、ＮＯｘ等の未浄化成分を吸着するための吸着材に適用する構成としてもよい。
【００４４】
また、実施の形態では、排気ガス中のオゾンを添加することにより、ＨＣ吸着材１８の再生処理を行う場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、オゾンによる酸化以外の方法により再生処理を行う構成としてもよい。
【００４５】
また、実施の形態では、排気ガス中に添加する活性酸素として、オゾンを例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、オゾンに代えて、他の種類の活性酸素（例えば、Ｏ-，Ｏ2-，Ｏ2-，Ｏ3-，Ｏn-等で表される酸素マイナスイオン）を排気ガス中に添加するようにしてもよい。
【００４６】
さらに、実施の形態では、ガソリンエンジンからなる内燃機関１０に適用する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えばディーゼルエンジン等を含めて各種の内燃機関に広く適用し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１によるシステム構成を示す全体構成図である。
【図２】図１中の内燃機関および排気系統を示す構成図である。
【図３】適切な温度環境と高温環境のそれぞれについて、ＨＣ吸着材の耐久性を示す説明図である。
【図４】オゾンの分解率と温度との関係を示す特性線図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  車両
２  エンジンルーム
３  床面
１０  内燃機関
１２  吸気通路
１４  排気通路
１６  触媒
１８  ＨＣ吸着材
２０  消音器
２２  オゾン発生器（活性酸素供給装置）
２４  オゾン供給口
２６  ＨＣセンサ
２８  ＥＣＵ
【図１】
2009281147.tif 000003
【図２】
2009281147.tif 000004
【図３】
2009281147.tif 000005
【図４】
2009281147.tif 000006