(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路内に配置され分子篩構造を有する物質に遷移金属を担持させた触媒と、同触媒の上流側における排気通路内に配置され、排ガス中の水分を吸蔵する水分除去手段と同水分除去手段から放出された水分を分解して還元性水素を生成する水分分解手段とからなる水分処理装置とを設けたエンジンの排ガス浄化装置であって、
上記触媒の上流側における排気通路に配設され切換弁によって選択的に排ガスが供給される二つの分岐通路と、上記分岐通路内に夫々配設された水分処理装置と、排ガスが供給されている一方の分岐通路内の水分処理装置における水分除去手段の水分吸蔵飽和が検知されたとき、上記切換弁を作動させて他方の分岐通路に排ガスを供給するコントロールユニットとを具え、上記切換弁により排ガスの供給が停止された上記一方の分岐通路内の水分除去手段では吸蔵された水分が放出されると共に水分分解手段により還元性水素が生成され、かつ排ガスが供給される上記他方の分岐通路内の水分除去手段では排ガス中の水分が吸蔵されるように構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】
上記水分分解手段は、紫外線の照射により水を分解して還元性水素を生成する光触媒であることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン、特に車両用エンジンから排出される排ガスの浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン、特に自動車等車両用エンジンから排出される排ガス中の有害成分である窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）を同時に効率的に浄化する触媒として、コージェライト等の耐熱多孔質担体に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属の一種又は二種をベースとし、必要に応じニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）等の酸化物を添加したものを触媒成分として担持させた三元触媒が広く使用されている。
【０００３】
しかしながら、上記三元触媒は、排ガス中の酸素濃度が略１％以下の所謂理論空燃比付近の運転領域では、効率的に有害成分の浄化を行なうことができるが、排ガス中の酸素濃度が数％以上の場合、即ちオットーサイクルエンジンのリーン燃焼領域及び本質的に酸素過剰状態で運転されるディーゼルエンジンから排出される排ガスでは、有害成分の浄化効率が著しく低い欠点がある。
【０００４】
そこで、各種の天然ゼオライト又は合成ゼオライト等の分子篩構造を有する物質に、遷移金属を担持させることによって、排ガス中の酸素濃度が高い上記リーン燃焼領域でも、ＮＯｘ及びＨＣを浄化することができるようにした触媒、例えば一般にゼオライト触媒と呼ばれている触媒が開発されている。この種の分子篩構造の物質に遷移金属を担持させた触媒（以下この種の触媒を、場合により分子篩構造触媒という）は、排ガス中に含まれているＣＯやＨＣを還元剤とする反応によって、効果的にＮＯｘを除去することができるものである。
【０００５】
しかしながら、上記分子篩構造触媒は、少量の水分の存在によって結晶構造に変化が生じ、排ガス中のＮＯｘの除去性能が著しく低減することが知られており、従って、排ガス中の水分を少くとも５％以下、好ましくは１％以下に低減する手段を設けることなく、分子篩構造触媒を単独で排ガス通路内に配置しても、優れたＮＯｘ低減効果を期待することはできない。
【０００６】
上記問題点を解決するために、分子篩構造触媒、例えばゼオライト触媒の上流側における排ガス通路内に、水性ガス反応触媒を配置したものが、特開平４−３００６３１号公開公報に開示されている。しかしながら、この既提案の排ガス浄化装置では、水性ガス反応触媒により水分を除去する際に、排ガス中のＣＯ及びＨＣが還元剤として用いられるので、下流側の分子篩構造触媒が、ＮＯｘ除去機能を発揮するために必要な排ガス中の還元成分の量が不足し、十分なＮＯｘ除去効果が得られなくなる不都合がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑み創案されたもので、分子篩構造触媒が効果的にＮＯｘを除去するために必要な条件である、排ガス中の水分の低減と、十分な量のＣＯ、ＨＣ等還元剤の存在とを、両立させることができるようにした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ものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、エンジンの排気通路内に配置され分子篩構造を有する物質に遷移金属を担持させた触媒と、同触媒の上流側における排気通路内に配置され、排ガス中の水分を吸蔵する水分除去手段と同水分除去手段から放出された水分を分解して還元性水素を生成する水分分解手段とからなる水分処理装置とを設けたエンジンの排ガス浄化装置であって、上記触媒の上流側における排気通路に配設され切換弁によって選択的に排ガスが供給される二つの分岐通路と、上記分岐通路内に夫々配設された水分処理装置と、排ガスが供給されている一方の分岐通路内の水分処理装置における水分除去手段の水分吸蔵飽和が検知されたとき、上記切換弁を作動させて他方の分岐通路に排ガスを供給するコントロールユニットとを具え、上記切換弁により排ガスの供給が停止された上記一方の分岐通路内の水分除去手段では吸蔵された水分が放出されると共に水分分解手段により還元性水素が生成され、かつ排ガスが供給される上記他方の分岐通路内の水分除去手段では排ガス中の水分が吸蔵されるように構成されたことを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置を提案するものである。
【０００９】
本発明において、上記水分分解手段は、紫外線の照射により水を分解して還元性水素を生成する光触媒であることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好ましい実施形態を添付図面について具体的に説明する。
図中符号１０は概念的に示したエンジン、例えば自動車等車両用のエンジンであって、同エンジン１０は、図示しないエアクリーナを介して外気を取入れる吸気マニホールド１２、及び同エンジン１０内で発生した燃焼ガスを外気に排出する排気マニホールド１４を具え、同排気マニホールド１４はその排出端に連結された排気管と共に、エンジン１０の排気通路１６を形成する。
【００１１】
上記排気通路１６の下流側に総括的に符号１８で示した触媒コンバータが介装され、同触媒コンバータ１８の内部には分子篩構造触媒２０が収容されている。上記排気マニホールド１４の下流側における排気通路１６と上記触媒コンバータ１８の上流側における排気通路１６との間に、二つの分岐通路２２ａ及び２２ｂが設けられている。分岐通路２２ａ及び２２ｂの上流合流部２４に切換弁２６が設けられ、同切換弁２６の弁軸２８に弁制御レバー３０が固着されている。
【００１２】
上記弁制御レバー３０にはアクチュエータ３２によって駆動される作動ロッド３４の出力端が枢着されている。同アクチュエータ３２には、電磁式アクチュエータ、圧縮空気作動のエアシリンダ装置、電動モータによって駆動されるピニオン及び同ピニオンと噛合するラック棒等からなる電気−機械式アクチュエータ等任意のアクチュエータを採用することができる。また、上記分岐通路２２ａ及び２２ｂの下流側合流部分と上記触媒コンバータ１８との間の排気通路１６に、排ガス中に含まれている水分を検知する水分センサ３６が設けられ、同水分センサ３６により検知された排ガス中の水分含有率Ｅｗを示す信号又は情報は、上記アクチュエータ３２を制御するコントロールユニット３８に供給される。
【００１３】
上記分岐通路２２ａ及び２２ｂ内に、夫々総括的に符号４０ａ及び４０ｂで示された水分処理装置が設けられ、同水分処理装置４０ａは、排ガス中の水分を吸収して貯蔵する水分除去手段４２ａと、その下流側に配置された水分分解手段４４ａとを具えている。同様に、上記水分処理装置４０ｂは、排ガス中の水分を吸蔵する水分除去手段４２ｂとその下流側に配置された水分分解手段４４ｂとを具えている。上記水分除去手段４２ａ及び４２ｂは実質的に同一の構造を有し、また上記水分分解手段４４ａ及び４４ｂも実質的に同一の構造を有する。
【００１４】
上記水分除去手段４２ａ及び４２ｂは、高温の排ガスに耐えることができ、かつ耐食性及び化学的安定性が優れたアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）等セラミックス系材料からなり、無数の微小細孔を有する多孔質の水分吸蔵体４６ａ、４６ｂと、同水分吸蔵体４６ａ、４６ｂを加熱することによって吸蔵された水分を放出させる加熱装置４８ａ、４８ｂとを具えている。
また、上記水分分解手段４４ａ及び４４ｂは、各々光触媒５０ａ、５０ｂと、同光触媒５０ａ、５０ｂに活性を生起させる紫外線照射装置５２ａ、５２ｂとを具えている。
【００１５】
上記分子篩構造を有する物質に遷移金属を担持させた触媒２０は、一般にゼオライトと称せられ、主成分がシリカ及びアルミナで、Ｓｉ／Ａｌ比が５〜１００程度であり、結晶構造がＸ型、Ｙ型、ＺＳＭ型等のメタロシリケート等、及びこれらのゼオライト、メタロシリケートを遷移金属でイオン交換したものである。
【００１６】
また、上記光触媒５０ａ及び５０ｂは、アルミナ、コージェライト等からなる担体に、チタニア（ＴｉＯ２）を主剤とし、必要に応じ酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）等の添加剤を一種又は二種以上担持させたものを有利に採用することができる。さらに、上記紫外線照射装置５２ａ及び５２ｂは、排ガスの高温に耐え、耐衝撃性を強化した石英ガラス製容器内に収容され、波長λが３００ｎｍ前後の紫外線を生起するランプを具えている。さらに、上記光触媒５０ａ及び５０ｂの担体の具体的形状構造及び紫外線照射装置５２ａ及び５２ｂの関係的配置は、任意である。
【００１７】
図１は、切換弁２６によって分岐通路２２ａが閉止されると共に、分岐通路２２ｂが開放され、エンジン１０の排ガスが分岐通路２２ｂに流入している状態を示している。排ガスは分岐通路２２ｂ内に設けられている水分除去手段４２ｂの水分吸蔵体４６ｂを通過する間に、効果的に含有水分を吸収され、水分含有率が５％以下、好ましくは１％以下の排ガスとなって休止している水分分解手段４４ｂを素通りして触媒コンバータ１８に流れ、同コンバータ内に収蔵された分子篩構造触媒２０に接触する。排ガス中の水分が少なく、かつＣＯ、ＨＣ等の還元成分が途中で失なわれることもないので、たとえ理論空燃比状態より多くの酸素が存在する過剰雰囲気下においても、効果的にＮＯｘが除去され、同時にＣＯ、ＨＣも浄化される。
【００１８】
分岐通路２２ｂ内の水分除去手段４２ｂにおける水分吸蔵体４６ｂが飽和するまでの間、水分センサ３６によって検知される排ガス中の水分含有率Ｅｗが設定値より低いので、コントロールユニット３８の指令により、アクチュエータ３２は消勢されて切換弁２６は図中実線で示した上記切換位置に保持され、水分除去手段４２ｂの加熱装置４８ｂも消勢されている。また、水分分解手段４４ｂの紫外線照射装置５２ｂも消勢されているので、光触媒５０ｂは失活し作用しない。
【００１９】
一方、コントロールユニット３８によって、分岐通路２２ａ内の水分除去手段４２ａにおける加熱装置４８ａが付勢されると共に、水分分解装置４４ａの紫外線照射装置５２ａが付勢されているので、前サイクルにおいて水分吸蔵体４６ａに吸蔵されていた水分が加熱により放出され、活性化している光触媒５０ａに接触して分解され、還元性水素Ｈ及びＯＨが生成する。
上記還元性水素Ｈ及びＯＨは、上記した分岐通路２２ｂからの低水分含有率の排ガスと共に、触媒コンバータ１８に流入して、分子篩構成触媒２０のＮＯｘ浄化に必要な還元性雰囲気を強化するので、ＮＯｘ浄化効率の一層の向上が達成される。
【００２０】
時間の経過と共に、上記分岐通路２２ｂ内の水分吸蔵体４６ｂが飽和し又は飽和に近い状態となって水分吸収能力が或る限度まで低下すると、同分岐通路２２ｂを流れる排ガス中の水分が次第に増大するので、水分センサ３６の水分含有率Ｅｗを検知した信号又は情報に基づき、コントローラ３８がアクチュエータ３２を付勢する。アクチュエータ３２の付勢により、作動ロッド３４が図において上方に変位し、弁制御レバー３０を介して切換弁２６が点線で示した位置に切換えられる。この結果、エンジン１０の排ガスは分岐通路２２ａに流れ、分岐通路２２ｂへの流入は遮断されることとなる。
【００２１】
これと同時に、分岐通路２２ａの水分除去手段４２ａにおける加熱装置４８ａが消勢されて、その水分吸蔵体４６ａが排ガス中の水分の吸蔵を始め、また水分分解手段４４ａの紫外線照射装置５２ａが消勢されるので、光触媒５０ａが失活し、排ガスが同光触媒５０ａを素通りして触媒コンバータ１８に供給される。
【００２２】
一方、遮断された分岐通路２２ｂの水分除去手段４２ｂにおける加熱装置４８ｂが付勢されるので、水分吸蔵体４６ｂに吸蔵された水分が放出され始める。それと同時に、水分分解手段４４ｂの紫外線照射装置５２ｂが付勢されるので、光触媒５０ｂが活性化され、上記水分吸蔵体４６ｂから放出された水分が光触媒５０ｂに接触して分解し、還元性の水素ＨとＯＨが生成し、触媒コンバータ１８に供給される。この結果、上記と全く同様に、排ガス中のＮＯｘの浄化が効果的に行なわれ、またＣＯ、ＨＣの浄化が行なわれる。
【００２３】
なお、上記実施形態では、水分処理装置４０ａ及び４０ｂを構成する水分除去手段４２ａ、４２ｂと水分分解手段４４ａ、４４ｂとが、夫々別個の装置として図示されているが、共通のケーシング内に、水分除去手段４２ａと水分分解手段４４ａとを収容し、同様に、水分除去手段４２ｂと水分分解手段４４ｂとを収容することもできる。
【００２４】
【発明の効果】
叙上のように、本発明に係るエンジンの排ガス浄化装置は、エンジンの排気通路内に配置され分子篩構造を有する物質に遷移金属を担持させた触媒と、同触媒の上流側における排気通路内に配置され、排ガス中の水分を吸蔵する水分除去手段と同水分除去手段から放出された水分を分解して還元性水素を生成する水分分解手段とからなる水分処理装置とを設け、上記触媒の上流側における排気通路に配設され切換弁によって選択的に排ガスが供給される二つの分岐通路と、上記分岐通路内に夫々配設された水分処理装置と、排ガスが供給されている一方の分岐通路内の水分処理装置における水分除去手段の水分吸蔵飽和が検知されたとき、上記切換弁を作動させて他方の分岐通路に排ガスを供給するコントロールユニットを具え、上記切換弁により排ガスの供給が停止された上記一方の分岐通路内の水分除去手段では吸蔵された水分が放出されると共に水分分解手段により還元性水素が生成され、かつ排ガスが供給される上記他方の分岐通路内の水分除去手段では排ガス中の水分が吸蔵されるように構成されたことを特徴とし、酸素過剰状態で、しかも多量の水分を含むエンジンの排ガス中の有害成分、特に通常は除去困難なＮＯxを効果的に浄化することができる利点がある。また、上記水分除去手段の限りある水分吸蔵能力にも拘わらず、エンジンの連続運転中、常時排ガスの浄化を継続的に、かつ効果的に行ない得る利点がある。
【００２５】
また、本発明において、上記水分分解手段は、紫外線の照射により水を分解して還元性水素を生成する光触媒であることにより、紫外線照射に必要な僅かのエネルギ消費によって分子篩構造触媒のＮＯx浄化に有効な還元性水素を生成し、浄化効率を向上し得る利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０…エンジン、１４…排気マニホールド、１６…排気通路、１８…触媒コンバータ、２０…触媒、２２ａ及び２２ｂ…分岐通路、２６…切換弁、３２…アクチュエータ、３６…水分センサ、３８…コントロールユニット、４０ａ及び４０ｂ…水分処理装置、４２ａ及び４２ｂ…水分除去手段、４４ａ及び４４ｂ…水分分解手段、４６ａ及び４６ｂ…水分吸蔵体、４８ａ及び４８ｂ…加熱装置、５０ａ及び５０ｂ…光触媒、５２ａ及び５２ｂ…紫外線照射装置。
【図１】
0003767040.tif 000002