(57)【要約】【課題】エンジンの背圧上昇を効果的に抑制しつつ、より低コストな構成で十分に排ガスを浄化することが可能なエンジンの排ガス浄化装置を提供する。【解決手段】排ガス中の特定成分を吸着する吸着部２０と、この吸着部２０から脱離した上記特定成分を浄化する浄化部３０とをエンジンの排気通路２に沿って上流側から順に配設したエンジンの排ガス浄化装置において、エンジン本体１の複数の気筒から排出された排ガスが集められる排ガス集合部１０内に上記浄化部３０を配設するとともに、この浄化部３０と、上記排ガス集合部１０の周壁との間に、上記エンジン本体１からの排ガスが流通可能な所定容積の空間部１２を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス中の特定成分を吸着する吸着部と、この吸着部から脱離した上記特定成分を浄化する浄化部とをエンジンの排気通路に沿って上流側から順に配設したエンジンの排ガス浄化装置であって、
エンジン本体の複数の気筒から排出された排ガスが集められる排ガス集合部内に上記浄化部が配設されるとともに、この浄化部と、上記排ガス集合部の周壁との間に、上記エンジン本体からの排ガスが流通可能な所定容積の空間部が形成されたことを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの排ガス浄化装置において、
所定方向に膨出した膨出部が上記排ガス集合部に設けられ、この排ガス集合部の上流側および下流側の排気管どうしを結ぶラインよりも上記膨出部側にオフセットした状態で上記浄化部が配設されたことを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のエンジンの排ガス浄化装置において、
上記浄化部のケーシングに、上記空間部を通過する排ガスの熱を受けるための受熱部が設けられたことを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの排ガス浄化装置において、
上記浄化部が、所定の触媒金属を含む触媒層で金属製の担体を被覆してなる触媒本体を備えたことを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンの排ガス浄化装置において、
上記吸着部と浄化部との間に設けられた排気管の少なくとも一部が二重管構造とされたことを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンジンの排ガス浄化装置において、
上記吸着部が所定温度まで上昇した時点で、上記エンジン本体から排ガス集合部に導入された排ガスが上記吸着部を経由せずに直接上記浄化部へと流れるように上記排ガスの流れを切り替える切替手段を備えたことを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス中の特定成分を吸着する吸着部と、この吸着部から脱離した上記特定成分を浄化する浄化部とをエンジンの排気通路に沿って上流側から順に配設したエンジンの排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気ガスには、ＨＣ、ＣＯ、およびＮＯｘ等の未燃焼成分が含有され、これらの成分を十分に浄化するため、多くの車両では、エンジンマニホールドの直下流に配置されるマニホールド直結触媒で低温時の排ガス浄化を行う一方、このマニホールド直結触媒と、その下流側の床下部等に配置されるＵ／Ｆ触媒（アンダーフロア触媒）とで高温時の排ガス浄化を行うようにしている。
【０００３】
しかしながら、例えばエンジンの冷間始動時においては、上記マニホールド直結触媒が活性化される温度に達するまでに数十秒程度の時間がかかるため、それまでの間は排ガスを十分に浄化することができない。特に、エンジン始動直後のわずかな時間の間には、ＨＣが多量に排出されるため、このＨＣ成分が外部に排出されるのをできる限り抑制する必要がある。そこで、このようなＨＣ成分の排出を抑制するために、例えばゼオライトに代表されるＨＣ吸着材を、上記マニホールド直結触媒やＵ／Ｆ触媒の設置部、もしくはこれら両触媒の間に配設することが行われてきた。
【０００４】
ところが、上記のようなＨＣ吸着材におけるＨＣ脱離開始温度は１５０℃〜２００℃程度であるため、これよりも高い温度で活性化されるのが一般的な触媒（例えば三元触媒）を上記マニホールド直結触媒やＵ／Ｆ触媒に採用した場合には、このような活性化温度に到達するまでの間、上記脱離されたＨＣ成分を十分に浄化することができない。
【０００５】
そこで、例えば下記特許文献１では、エンジンの排気通路の上流側から、上流側触媒、ＨＣ吸着材、および下流側触媒を順に配設し、このうちの上流側触媒と下流側触媒とを１つの触媒コンバータ内に収めることにより、上記のような低温時のＨＣ成分の排出を抑制することが行われている。
【０００６】
すなわち、この特許文献１の構成によれば、エンジン本体から排出された排ガスは、まず触媒コンバータ内における上流側触媒を通過した後、下流側のＨＣ吸着材へと流入し、そこでＨＣ成分の吸着が行われる。そして、エンジン始動時からある程度の時間が経過して排ガス温度が上昇し、ＨＣ吸着材が所定温度に達すると、このＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ成分の脱離が始まり、この脱離したＨＣ成分が、上記触媒コンバータ内の下流側触媒へと流入する。このとき、下流側触媒は、上記ＨＣ吸着材よりも上流側にある上記上流側触媒と一体に触媒コンバータ内に収容されているため、上記ＨＣ吸着材よりも速く昇温して既に活性化温度に達していると考えられるため、上記ＨＣ吸着材から脱離したＨＣ成分は、既に活性状態にある上記下流側触媒によって十分に浄化されることになる。
【特許文献１】特開平７−４２５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１の構成では、触媒コンバータ内に上流側触媒および下流側触媒からなる２つの触媒が配置されているため、そこを通過する際の排ガスの通気抵抗が増大し、エンジンの背圧が上昇し易くなる。そして、このように背圧が上昇することにより、エンジンの出力や燃費の低下を招く結果となる。
【０００８】
また、触媒コンバータ内に２つの触媒を配置したことにより、より多量の触媒が必要になるとともに、触媒全体としての熱容量が増大し、その温度が活性化温度に達するまでに要する時間が長くなってしまう。このため、できる限り長い時間ＨＣ成分を吸着しておく必要が生じ、その分だけ多量のＨＣ吸着材を排気通路上に設置することが必要になる。この結果、エンジンの背圧がさらに上昇し易くなるとともに、材料費等のコストの上昇を招くという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、エンジンの背圧上昇を効果的に抑制しつつ、より低コストな構成で十分に排ガスを浄化することが可能なエンジンの排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】
【００１０】
上記課題を解決するためのものとして、本発明は、排ガス中の特定成分を吸着する吸着部と、この吸着部から脱離した上記特定成分を浄化する浄化部とをエンジンの排気通路に沿って上流側から順に配設したエンジンの排ガス浄化装置であって、エンジン本体の複数の気筒から排出された排ガスが集められる排ガス集合部内に上記浄化部が配設されるとともに、この浄化部と、上記排ガス集合部の周壁との間に、上記エンジン本体からの排ガスが流通可能な所定容積の空間部が形成されたことを特徴とするものである（請求項１）。
【００１１】
本発明によれば、排ガス集合部の周壁とその内部の浄化部との間に所定容積の空間部が形成されているため、エンジン本体から上記排ガス集合部に導入された排ガスを、上記空間部を通じて円滑に下流側へと排出することができる。このため、エンジンの背圧が上昇するのを効果的に抑制することができ、その出力や燃費を良好に維持できるという利点がある。
【００１２】
また、吸着部の下流側に位置する上記浄化部を排ガス集合部の一部に設置して他の部分を空間部とした上記構成によれば、上記特許文献１における上流側触媒に相当するものが不要になるのはもちろんのこと、上記浄化部が比較的速やかに加熱されて活性化されるため、排ガス中の特定成分をそれ程長い時間にわたって吸着部で吸着しなくても、この吸着部が所定温度に達した際に脱離し始める上記特定成分を、既に活性状態にある上記浄化部によって確実に浄化することができる。この結果、吸着部内の吸着材の量を比較的少量に抑えても、低温時における上記特定成分の流出を効果的に抑制することができ、外部に排出される排ガスの清浄度をより低コストな構成で良好に維持できる等の利点がある。
【００１３】
本発明においては、所定方向に膨出した膨出部が上記排ガス集合部に設けられ、この排ガス集合部の上流側および下流側の排気管どうしを結ぶラインよりも上記膨出部側にオフセットした状態で上記浄化部が配設されることが好ましい（請求項２）。
【００１４】
この構成によれば、排ガス集合部内の空間部を流通する排ガスの流れが上記浄化部の存在に起因して大きく屈曲するのを効果的に防止できるため、エンジンの背圧上昇をさらに抑制してその出力や燃費をより向上させることができるという利点がある。
【００１５】
上記浄化部のケーシングに、上記空間部を通過する排ガスの熱を受けるための受熱部が設けられることが好ましい（請求項３）。
【００１６】
この構成によれば、浄化部を活性化するのに要する時間を短縮できるため、上記吸着部により排ガス中の特定成分を吸着しておくべき期間がより短期間で済み、上記吸着部内の吸着材の量をさらに少なくしてコストの低減を図りつつ、上記吸着部の存在に起因したエンジンの背圧上昇をより効果的に抑制できるという利点がある。
【００１７】
上記浄化部は、所定の触媒金属を含む触媒層で金属製の担体を被覆してなる触媒本体を備えることが好ましい（請求項４）。
【００１８】
この構成によれば、浄化部の熱容量を比較的小さくできるため、この浄化部の温度上昇を促進してその活性化までの所要時間をより短縮できるという利点がある。
【００１９】
上記吸着部と浄化部との間に設けられた排気管の少なくとも一部が二重管構造とされることが好ましい（請求項５）。
【００２０】
この構成によれば、吸着部から浄化部へと至る間に排ガスの温度が低下して上記浄化部の温度上昇が遅くなるのを効果的に抑制でき、上記浄化部をより迅速に活性化できるという利点がある。
【００２１】
また、本発明の排ガス浄化装置は、上記吸着部が所定温度まで上昇した時点で、上記エンジン本体から排ガス集合部に導入された排ガスが上記吸着部を経由せずに直接上記浄化部へと流れるように上記排ガスの流れを切り替える切替手段を備えることが好ましい（請求項６）。
【００２２】
この構成によれば、外部に排出される排ガスの清浄度を適正に担保しつつ、この排ガスが無用な経路を通ることによる通気抵抗の増大を防止でき、エンジンの背圧上昇に起因した出力や燃費の低下をより効果的に抑制できる等の利点がある。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、エンジンの背圧上昇を効果的に抑制しつつ、より低コストな構成で十分に排ガスを浄化することが可能なエンジンの排ガス浄化装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
＜実施形態１＞
図１は、本発明の第１実施形態にかかる排ガス浄化装置が適用されたエンジンの全体構成を示す図である。本図に示されるエンジンの本体部（エンジン本体）１には、発生した排ガスを外部に排出するための排気通路２が接続されており、この排気通路２は、上流側（エンジン本体１側）から順に配設された第１排気管５、第２排気管６、第３排気管７、および第４排気管８を有している。なお図１において矢印Ｇは、上記排気通路２内を流通する排ガスの流れを示している。
【００２５】
上記第１排気管５は、エンジン本体１の複数の気筒（図示省略）から排出された排ガスを下流側へと導くものであり、例えば上記エンジン本体１が直列４気筒エンジンである場合には合計４本の配管によって構成される。なお図１では、上記第１排気管５を構成する複数の配管が紙面に垂直な方向に並んで配設されている。
【００２６】
また、上記第１排気管５の下流側には排ガス集合部１０が接続され、上記エンジン本体１の各気筒から排出された排ガスがこの排ガス集合部１０に集められるようになっている。そして、この排ガス集合部１０で１箇所に集められた排ガスは、上記第２排気管６および第３排気管７等からなるＵ字状の戻し通路を経て上記排ガス集合部１０の設置部（より具体的にはその内部に設けられた後述する浄化部３０）へと戻され、そこから下流側に延びる上記第４排気管８やその先のサイレンサー（図示省略）等を通じて外部に排出されるようになっている。
【００２７】
上記第２および第３の排気管６，７の間、すなわち、上記排ガス集合部１０から導出された排ガスを再び上記排ガス集合部１０の設置部に戻す戻し通路の途中部には、排ガス中の特定成分（当実施形態ではＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を低温時に吸着するための吸着部２０が配設されている。また、上記排ガス集合部１０の内部には、上記排ガス中の特定成分を浄化するための浄化部３０が配設されており、高温時に上記吸着部２０から脱離した上記特定成分が、上記第３排気管７を通じて浄化部３０に導入され、ここで浄化された後に上記第４排気管８等を通じて外部に排出されるようになっている。
【００２８】
図１および図２に示すように、上記浄化部３０は、上記排ガス集合部１０の周壁と隙間を空けた状態で配設されている。これにより、上記浄化部３０と排ガス集合部１０の周壁との間に、上記エンジン本体１から排出された排ガスが流通可能な所定容積の空間部１２が形成され、上記エンジン本体１から第１排気管５を通じて上記排ガス集合部１０へと集められた排ガスが、上記空間部１２を通って下流側の第２排気管６へと導出されるようになっている。
【００２９】
また、上記排ガス集合部１０は、その上流側の第１排気管５および下流側の第２排気管６の間に位置する本体部１１と、この本体部１１に対し所定方向に膨出して上記浄化部３０を収容する膨出部１５とを有している。そして、このように膨出部１５内に収容された浄化部３０は、上記第１および第２の排気管５，６どうしを結ぶラインＬ（図２参照）よりも上記膨出部１５側にオフセットした状態で上記排ガス集合部１０内に配設されている。
【００３０】
図１〜図３に示すように、上記吸着部２０と浄化部３０とを接続する上記第３排気管７は、同心円状に配置された２つの円管からなる二重配管によって構成されている。
【００３１】
次に、上記吸着部２０および浄化部３０の詳細構造等について説明する。まず、吸着部２０は、図１に示すように、排ガス中のＮＯｘ成分を吸着するＮＯｘ吸着材２１と、ＣＯ成分を吸着するＣＯ吸着材２２と、ＨＣ成分を吸着するＨＣ吸着材２３とからなる３種の吸着材を有しており、これら各種吸着材がケーシング２４に収容されて構成されている。
【００３２】
上記ＨＣ吸着材２３としては、ゼオライトが好ましく、特に、排ガス中のＨＣ成分を吸着保持するのに適した長径約７．０Å、短径約５．０Å程度の孔径を有する多数の細孔が形成されたβ型ゼオライトが好ましい。また、上記ＣＯ吸着材２２としては、例えばＳｒＴｉＯ3のようなペロブスカイト型酸化物にＰｄを担持させたものや、アルミナやセリア等にＣｕを担持させたもの、あるいはアルミナにＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｗ、およびＭｏのうちの少なくとも一種を担持させたものが好ましい。さらにまた、上記ＮＯｘ吸着材２１としては、セリア系、ゼオライト系、アルカリ金属系、アルカリ土類金属系、もしくはマンガン系の各複合酸化物（特にＭｎ−Ｃｅ複合酸化物）や、シリカにＭｎを担持させたＭｎ／ＳｉＯ2、ジルコニアにＭｎを担持させたＭｎ／ＺｒＯ2、あるいはＢａＣｕＯ2にＰｄを担持させたＰｄ／ＢａＣｕＯ2が好ましい。
【００３３】
そして、このような構成の各種吸着材２１，２２，２３を含んだ上記吸着部２０の作用により、エンジンの冷間時に排ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの各成分が吸着・保持されるとともに、エンジンが始動してからある程度の時間が経過して上記各吸着材２１，２２，２３が所定温度まで上昇することにより、上記吸着部２０に吸着されていた各成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）が順次脱離して下流側（浄化部３０側）に放出されるようになっている。
【００３４】
一方、上記浄化部３０は、図２に示すように、ケーシング３１と、その内部に配設された従来周知の三元触媒（つまりＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの３つの成分を浄化可能な触媒）からなる触媒本体３３とを有している。
【００３５】
具体的に、上記触媒本体３３は、比較的大きい表面積を有するようにハニカム形状等に形成された金属製の担体（例えば、２０Ｃｒ−５Ａｌ−Ｌａ−残部Ｆｅからなるフェライト系ステンレス材製）と、この金属製の担体上に被覆されかつ所定の触媒金属を含有した触媒層とを有している。触媒層としては、例えば、アルミナ粒子にＰｄを担持させてなるＰｄ／アルミナと、ＺｒおよびＬａを含む複合酸化物が表面に担持されたアルミナ粒子からなる複合材にＲｈを担持させてなるＲｈ／ＺｒＬａＯ−アルミナと、排ガス中の酸素濃度に応じて酸素を吸蔵または放出することが可能な酸素ストレージ材（例えばＣｅおよびＺｒの複合酸化物）にＲｈを担持させてなるＲｈ／ＯＳＣとを含有するものが好ましい。
【００３６】
そして、このような構成の触媒本体３３が排ガスの熱により所定温度まで加熱されて活性化され、その触媒層による酸化・還元機能（つまり排ガス中のＨＣおよびＣＯを酸化しかつＮＯｘを還元する機能）が十分に高められた状態で、上記吸着部２０から脱離したＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの各成分が上記浄化部３０に流入することにより、これら各成分が上記触媒本体３３によって適正に浄化され、無害化された物質として外部に排出されるようになっている。
【００３７】
図２および図３に示すように、上記浄化部３０のケーシング３１には、周方向に突出する複数のフィンからなる受熱部３２が設けられている。この受熱部３２は、その周囲を通過する排ガス（つまり上記排ガス集合部１０内の空間部１２を通過する排ガス）の熱をより広い面積で受けるためのものであり、このような受熱部３２の存在により、上記空間部１２を通過する排ガスの熱が、上記ケーシング３１およびその内部の触媒本体３３に効率よく伝達されるようになっている。
【００３８】
次に、以上のように構成された本発明の第１実施形態にかかる排ガス浄化装置につき、その作用効果を以下に説明する２つの比較例と対比しつつ説明する。
【００３９】
（比較例１）
比較例１は、図８に示すような構造を採用したものである。すなわち、この比較例１では、エンジンの排気通路１０２に沿って、上流側から順に、排ガス中に含まれるＨＣ等の特定成分を吸着する吸着部１２０と、この吸着部１２０から脱離した上記特定成分を浄化する浄化部１３０とが配設されている。
【００４０】
（比較例２）
比較例２は、上記特許文献１と同様の構造を採用したものである。すなわち、この比較例２では、図９に示すように、エンジンの排気通路２０２に沿って、上流側から順に、排ガス中に含まれるＨＣ等の特定成分を浄化する上流側触媒２３１と、上記特定成分を吸着する吸着部２２０と、上記上流側触媒２３１と同様の浄化機能を有する下流側触媒２３２とが配設されている。そして、このうちの上流側触媒２３１と下流側触媒２３２とが、１つの触媒コンバータ２４０の内部に一体に収容されている。
【００４１】
以上のような比較例１，２の排ガス浄化装置の性能と、当実施形態の排ガス浄化装置の性能とを、図４に示されるグラフを用いて比較・検討する。図４は、エンジンが冷間状態でスタートした時点からの経過時間ｔと、上記排ガス浄化装置における吸着部や浄化部等の温度Ｔｍとの関係を示すグラフである。なお、この図４において、符号７１が付された実線は、当実施形態における吸着部２０の温度変化を示し、符号８１が付された破線は、上記比較例１における吸着部１２０の温度変化を示し、符号９１が付された１点鎖線は、上記比較例２における吸着部２２０の温度変化を示している。一方、同図において符号７２が付された実線は、当実施形態における浄化部３０の温度変化を示し、符号８２が付された破線は、上記比較例１における浄化部１３０の温度変化を示し、符号９２が付された１点鎖線は、上記比較例２における上流側および下流側触媒２３１，２３２の温度変化を示している。
【００４２】
また、図４中の温度Ｔｍ１は、吸着部（２０，１２０，２２０）においてＨＣの脱離が始まる温度（ＨＣ脱離開始温度）であり、温度Ｔｍ２は、浄化部（３０，１３０）または上流側・下流側触媒（２３１，２３２）が活性化される温度（触媒活性化温度）である。例えば、上記吸着部および浄化部として当実施形態のものと同様の材質を用いた場合、上記ＨＣ脱離開始温度Ｔｍ１は約２００℃程度、触媒活性化温度Ｔｍ２は約２５０℃程度になる。そして、このようなグラフを参照することにより、排ガス浄化装置によるＨＣ成分の吸着および浄化に関する性能を判断することができる。なお、図示は省略するが、排ガス中に含まれるＣＯおよびＮＯｘ成分の吸着および浄化についても、上記図４と同様の傾向のグラフが得られる。
【００４３】
まず、比較例１について検討する。この比較例１では、まず吸着部１２０の温度カーブ８１がＨＣ脱離開始温度Ｔｍ１に達し（時点ｔ１）、それから所定時間が経過した後に、浄化部１３０の温度カーブ８２が触媒活性化温度Ｔｍ２に達していることが分かる（時点ｔ５）。すなわち、比較例１では、図８に示したように、浄化部１３０よりもエンジン本体１に近い側（上流側）に吸着部１２０が配設されているため、この吸着部１２０の温度カーブ８１の方が上記浄化部１３０の温度カーブ８２よりも速く上昇し、先に脱離開始温度Ｔｍ１に達してＨＣの脱離が始まる。しかしながら、このＨＣの脱離開始時点ｔ１では、浄化部１３０の温度カーブ８２は未だ触媒活性化温度Ｔｍ２に達しておらず、そこから時間差Δｔ１経過した時点ｔ５で初めて上記温度Ｔｍ２に達する。このため、上記時間差Δｔ１の間は、上記吸着部１２０から脱離したＨＣ成分を浄化部１３０で十分に浄化することができず、比較的多くのＨＣ成分が外部に流出してしまうこととなる。
【００４４】
次に、比較例２について検討する。この比較例２では、まず上流側・下流側触媒２３１，２３２の温度カーブ９２が触媒活性化温度Ｔｍ２に達し（時点ｔ３）、それから所定時間が経過した後に、吸着部２２０の温度カーブ９１がＨＣ脱離開始温度Ｔｍ１に達していることが分かる（時点ｔ６）。すなわち、比較例２では、図９に示したように、吸着部２２０よりも上流側（エンジン本体１側）に位置する触媒コンバータ２４０の内部に上流側・下流側触媒２３１，２３２が一体に収容されているため、これら各触媒２３１，２３２の温度カーブ９２の方が、上記吸着部２２０の温度カーブ９１よりも速く上昇し、先に触媒活性化温度Ｔｍ２に達する（つまり上記各触媒２３１，２３２の活性化が先に完了する）。一方、この活性化完了時点ｔ３において、吸着部２２０の温度カーブ９１は未だ脱離開始温度Ｔｍ１に達しておらず、上記吸着部２２０からＨＣが脱離し始める時点ｔ６までにはまだ時間差Δｔ２の余裕がある。このため、上記時点ｔ６以後において、上記吸着部２２０から脱離したＨＣ成分は、既に触媒活性化温度Ｔｍ２に達している下流側触媒２３２によって十分に浄化され、上記比較例１のような事態（つまり比較的多量のＨＣ成分が一時的に外部に流出してしまう事態）は有効に回避される。
【００４５】
一方、このような利点は、当実施形態の構成でも同様に得ることができる。すなわち、当実施形態では、吸着部２０よりも上流側（エンジン本体１側）に位置する排ガス集合部１０の内部に浄化部３０が収容されているため、この浄化部３０の温度カーブ７２の方が、上記吸着部２０の温度カーブ７１よりも速く上昇し、先に触媒活性化温度Ｔｍ２に達する（つまり上記浄化部３０の活性化が先に完了する）。一方、この活性化完了時点ｔ２において、吸着部２０の温度カーブ７１は未だ脱離開始温度Ｔｍ１に達しておらず、上記吸着部２０からＨＣが脱離し始める時点ｔ４までにはまだ時間差Δｔ３の余裕がある。このため、上記時点ｔ４以後において、上記吸着部２０から脱離したＨＣ成分は、既に触媒活性化温度Ｔｍ２に達している浄化部３０によって十分に浄化され、上記ＨＣ成分の外部への流出が確実に防止されることとなる。なお、以上の説明では、排ガス中に含まれるＨＣ成分の吸着および浄化について述べたが、他のＣＯおよびＮＯｘ成分についても同様のことが言える。
【００４６】
以上のような検討結果によれば、当実施形態および比較例２の方が、排ガス中の特定成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）が低温時に外部に流出するのを防止できる点で、比較例１よりも有利な構成であることが分かる。しかしながら、当実施形態と比較例２とを詳細に比較検討すると、以下のような点において当実施形態の方が優れていると言える。
【００４７】
第１に、エンジンの背圧上昇を抑制できる点である。すなわち、比較例２では、触媒コンバータ２４０内に上流側触媒２３１および下流側触媒２３２からなる２つの触媒が配置されており、これらの触媒により上記触媒コンバータ２４０内の断面が略隙間なく充填されていると考えられるため、そこを通過する際の排ガスの通気抵抗が増大し、エンジンの背圧が上昇し易くなる。これに対し、当実施形態では、排ガス集合部１０の周壁とその内部の浄化部３０との間に所定容積の空間部１２が形成されているため、エンジン本体１から上記排ガス集合部１０に導入された排ガスを、上記空間部１２を通じて円滑に下流側へと排出することができる。このため、エンジンの背圧が上昇するのを効果的に抑制することができ、その出力や燃費を良好に維持できるという利点がある。
【００４８】
第２に、材料費等のコストの上昇を抑制できる点である。すなわち、比較例２では、触媒コンバータ２４０内に２つの触媒２３１，２３２を配置したことにより、より多量の触媒が必要になるとともに、触媒全体としての熱容量が増大し、その温度が活性化温度Ｔｍ２に達するまでに要する時間が長くなってしまう。このため、吸着部２２０でＨＣ等の特定成分をできる限り長い時間吸着しておく必要が生じ、その分だけ多量の吸着材を上記吸着部２２０の内部に配置することが必要になる。これに対し、当実施形態では、排ガス集合部１０の一部にのみ浄化部３０が設置されており、この浄化部３０の設置部以外は所定容積の空間部１２とされているため、材料費等のコストを効果的に低減しつつ、排ガスの浄化性能を良好に維持できるという利点がある。
【００４９】
すなわち、吸着部２０の下流側に位置する上記浄化部３０を排ガス集合部１０の一部に設置して他の部分を空間部１２とした当実施形態の構成によれば、上記比較例２における上流側触媒２３１に相当するものが不要になるのはもちろんのこと、上記エンジン本体１から排ガス集合部１０に導入される排ガスの流量に対して上記浄化部３０の熱容量が比較的小さいと考えられるため、上記浄化部３０の周囲（空間部１２）を流通する排ガスの熱により、上記浄化部３０の温度が比較的速やかに上昇して活性間温度Ｔｍ２に達すると考えられる。図４のグラフにおいて、浄化部３０の温度カーブ７２が、比較例２の触媒温度カーブ９２よりも急であるのはこのためである。
【００５０】
そして、上記のように浄化部３０の活性化が速められることにより、上記排ガス中の特定成分をそれ程長い時間にわたって吸着部２０で吸着しなくても、この吸着部２０が脱離開始温度Ｔｍ１に達した際（時点ｔ４）に脱離し始める上記特定成分を、既に活性状態にある上記浄化部３０によって確実に浄化することができる。この結果、吸着部２０内の各種吸着材２１，２２，２３の量を比較的少量に抑えても、低温時における上記特定成分の流出を効果的に抑制することができ、外部に排出される排ガスの清浄度をより低コストな構成で良好に維持できるという利点がある。
【００５１】
また、このことは、エンジンの背圧上昇を抑制する点でも有利である。すなわち、吸着部２０内の吸着材２１，２２，２３の量が少量で済むことにより、当該吸着部２０の存在に起因した背圧の上昇が抑制されるため、エンジンの出力や燃費がさらに向上するという利点がある。
【００５２】
さらに、排ガス浄化装置の具体的構成として、図１〜図３に示したような構造を採用した上記第１実施形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
【００５３】
まず、上記第１実施形態では、所定方向に膨出する膨出部１５が上記排ガス集合部１０に設けられ、この排ガス集合部１０の上流側および下流側の排気管（つまり第１および第２の排気管５，６）どうしを結ぶラインＬよりも上記膨出部１５側にオフセットした状態で上記浄化部３０が配設されているため、上記排ガス集合部１０内の空間部１２を流通する排ガスの流れが、上記浄化部３０の存在に起因して大きく屈曲するのを効果的に防止でき、上記排ガスの通気抵抗をより低減することができる。この結果、エンジンの背圧上昇をさらに抑制してその出力や燃費をより向上させることができるという利点がある。
【００５４】
また、上記第１実施形態では、浄化部３０のケーシング３１に、上記空間部１２を通過する排ガスの熱を受けるための受熱部３２が設けられているため、上記浄化部３０の温度上昇を促進してその活性化をより早めることができる。これにより、上記吸着部２０により排ガス中の特定成分を吸着しておくべき期間がより短期間で済むため、上記吸着部２０内の各種吸着材２１，２２，２３の量をさらに少なくしてコストの低減を図りつつ、上記吸着部２０の存在に起因したエンジンの背圧上昇をより効果的に抑制できるという利点がある。
【００５５】
また、上記第１実施形態では、吸着部２０と浄化部３０との間に設けられた排気管（つまり第３排気管７）が二重管構造とされているため、当該排気管７を通過する間に排ガスの温度が低下して上記浄化部３０の温度上昇が遅くなるのを効果的に抑制でき、上記浄化部３０をより迅速に活性化できるという利点がある。
【００５６】
なお、上記第１実施形態では、所定の触媒金属を含む触媒層で金属製の担体を被覆してなる触媒本体３３を有した浄化部３０によりＨＣ等の浄化を行うようにしたが、例えばコージュライト等からなるセラミック担体のような非金属製の担体を所定の触媒層で被覆したものによって上記触媒本体３３を構成してもよい。しかしながら、上記第１実施形態のように、金属製の担体を含む触媒本体３３を用いた方が、浄化部３０の熱容量を比較的小さくしてその温度上昇を促進できるため、上記浄化部３０が活性化温度Ｔｍ２に達するまでに要する時間をより短縮できるという点で有利である。
【００５７】
また、上記第１実施形態では、吸着部２０および浄化部３０により、排ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの全ての成分を吸着または浄化し得るように構成したが、上記吸着部２０および浄化部３０は、上記ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの各成分のうちいずれか１種以上を吸着または浄化できるものであればよい。
【００５８】
また、上記第１実施形態では、排ガス中に含まれるＨＣ等の特定成分の浄化を、排ガス集合部１０内に配設された浄化部３０のみによって行うようにしたが、例えばその下流側の第４排気管８の途中部等に、３元触媒等を備えた別の浄化部をさらに設けるようにしてもよい。
【００５９】
また、上記第１実施形態では、吸着部２０と浄化部３０との間に設けられた上記第３排気管７の全部を二重管構造としたが、当該配管７の一部のみを二重管構造としてもよい。
【００６０】
＜実施形態２＞
図５〜図７は、本発明の排ガス浄化装置の第２実施形態を示している。これらの図に示すように、この第２実施形態では、排気通路２内の排ガスの流れを切り替えるための切替弁５０が排ガス集合部１０の内部に設けられている。なお、図５〜図７において、上記第１実施形態と同一要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６１】
上記切替弁５０は、図７に示すように、浄化部３０に設けられた開口５３（詳細は後述する）等を開閉可能に閉止する弁体５０ａと、この弁体５０ａから延びるように設置された支持部材５０ｂとを有している。そして、支持部材５０ｂの一端部（弁体５０ａとは反対側の端部）が上記排ガス集合部１０の側壁等に支軸５１を介して枢支されることにより、この支軸５１を中心に回動可能な状態で上記切替弁５０が設けられている。
【００６２】
図６および図７に示すように、上記浄化部３０のケーシング３１のうち、第３排気管７との接続部の近傍には、所定面積の開口５３が形成されている。この開口５３は、エンジンの冷間時に上記切替弁５０の弁体５０ａによって閉止されており、エンジン始動時からある程度の時間が経過して上記吸着部２０の温度が所定温度まで上昇すると、上記切替弁５０が作動して上記開口５３が開放されるようになっている。具体的には、上記吸着部２０に図外の温度センサが設けられ、この温度センサにより上記吸着部２０の温度が所定温度まで上昇したことが検知されると、その検知信号に応じて作動する図外の駆動手段により上記切替弁５０が駆動され、上記浄化部３０の開口５３が開放されるようになっている。
【００６３】
そして、上記開口５３を開放する方向に上記切替弁５０が駆動されると、図６に示すように、この切替弁５０の弁体５０ａにより、上記排ガス集合部１０と吸着部２０とを結ぶ上記第２排気管６の上流側端部が閉止される。すると、上記排ガス集合部１０から第２排気管６や吸着部２０等を経由して浄化部３０へと至る排ガスの流れ（図５参照）が上記弁体５０ａにより阻止されるため、上記排ガス集合部１０に導入された排ガスは、上記浄化部３０の開口５３を通じてその内部に流入することになる。すなわち、当実施形態では、上記吸着部２０が所定温度まで上昇した時点で、上記エンジン本体１から排ガス集合部１０に導入された排ガスが上記吸着部２０を経由せずに直接上記浄化部３０へと流れるように上記排ガスの流れを切り替える切替手段が、上記切替弁３０によって構成されている。
【００６４】
ここで、吸着部２０が所定温度まで上昇すると切替弁５０が作動する上記構成において、切替弁５０の作動トリガーとなる上記所定温度は、上記吸着部２０における各種吸着材２１，２２，２３の脱離完了温度（つまり各吸着材からＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの各成分がほぼ脱離し終わる温度）のうち、最も高い温度に設定することが好ましい。例えば、ＨＣ吸着材２３としてβ型ゼオライトが用いられ、かつこのＨＣ吸着材２３における脱離完了温度が他の吸着材（ＣＯ吸着材２２およびＮＯｘ吸着材２１）の脱離完了温度よりも高い場合には、β型ゼオライトにおいてＨＣ成分の脱離が完了する温度が約２５０℃であることから、この２５０℃が上記所定温度とされる。
【００６５】
このような温度にまで上記吸着部２０の温度が上昇すると、排ガス中に含まれる上記ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの各成分のうち、いずれの成分も吸着部２０で吸着されなくなり、排ガスを吸着部２０に通すことの意味がなくなってしまう。しかもこのとき、上記第１実施形態でも説明したように、浄化部３０は十分に昇温されて活性化状態にあるため、上記排ガス集合部１０に導入された排ガスを上記吸着部２０を経由することなく直接浄化部３０に流入させても、上記ＨＣ等の特定成分は十分に浄化される。そこで、このような状態になったときに上記切替弁５０を作動させ、排ガスの流れを上記第２排気管６や吸着部２０等を通過しないような流れに切り替えれば、外部に排出される排ガスの清浄度を適正に担保しつつ、この排ガスが無用な経路を通ることによる通気抵抗の増大を防止でき、エンジンの背圧上昇に起因した出力や燃費の低下をより効果的に抑制することが可能になる。
【００６６】
また、上記のように排ガスの流れを切り替えることにより、排ガス集合部１０に導入された高温の排ガスを直接浄化部３０に流入させることができるため、浄化部３０の温度が低下してその活性状態が損なわれるのを確実に防止できるという利点がある。さらには、上記吸着部２０のうち、ＨＣ成分を吸着するのに好適なゼオライトに代表されるＨＣ吸着材２３は、長時間に亘って高温の排ガスに晒されると結晶構造が変化する懸念があるが、上記構成によれば、高温になった排ガスが吸着部２０を経由しなくなるので、吸着部２０の劣化を効果的に抑制してその性能を長期間に亘り良好に維持できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる排ガス浄化装置が適用されたエンジンの全体構成を示す図である。
【図２】図１の一部拡大断面図である。
【図３】上記排ガス浄化装置における浄化部の具体的構成を示す正面断面図である。
【図４】エンジンスタート時からの経過時間と排ガス浄化装置の吸着部および浄化部の温度との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる排ガス浄化装置が適用されたエンジンの全体構成を示す図である。
【図６】図５の一部拡大断面図である。
【図７】上記排ガス浄化装置における浄化部の具体的構成を示す正面断面図である。
【図８】比較例１の概略構成を示す図である。
【図９】比較例２の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  エンジン本体
２  排気通路
５  （排ガス集合部の上流側の）排気管
６  （排ガス集合部の下流側の）排気管
７  （吸着部と浄化部との間の）排気管
１０  排ガス集合部
１２  空間部
１５  膨出部
２０  吸着部
３０  浄化部
３１  （浄化部の）ケーシング
３２  受熱部
３３  触媒本体
５０  切替弁（切替手段）
Ｌ  ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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