JPH11336533A

JPH11336533A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JPH11336533A
Application number: JP14484798A
Authority: JP
Inventors: Shigeharu Suzuki; 重治鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1998-05-26
Publication date: 1999-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】排気通路の内壁に設けられたＨＣ吸着材が下
流の三元触媒の活性化前に脱離温度に達することを防止
する【解決手段】内燃機関の排気通路に三元触媒を設け、
その上流の排気通路の内壁にＨＣ吸着材をコーティング
する。特にＨＣ吸着材は排気通路の熱容量が大きなフレ
キシブルパイプの内壁に設けたので、ＨＣ吸着材の表面
積を大きくすると共に、脱離温度の上昇を抑制すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の冷間始
動時に排出される未燃成分を浄化する排気浄化装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から内燃機関の排気中に含まれる未
燃成分、例えば炭化水素（ＨＣ）を、排気通路の途中に
設けた排気浄化触媒（三元触媒）により浄化することが
行われている。ところが、上記触媒は内燃機関の始動
時、一定の活性温度に達するまでは十分に機能せず、そ
の間にＨＣが浄化されずに排出されるという問題があっ
た。これを解決するため、内燃機関の排気通路にＨＣ吸
着材を配設し、機関の冷間始動直後の所定温度以下では
排気中のＨＣを一時的に吸着し、所定温度以上に上昇し
たら吸着材から脱離するＨＣを下流の排気浄化触媒によ
って浄化する排気浄化装置が知られている。例えば、特
開平７−１３９３４４号公報で公知である。

【０００３】上記従来技術では、排気浄化触媒（酸化触
媒）の上流に排気通路をバイパスするバイパス通路が設
けられ、このバイパス通路の内壁にＨＣ吸着材が薄くコ
ーティングされている。機関の冷間始動直後はバイパス
通路に排気を流し、ＨＣ吸着材で排気中のＨＣを吸着す
る。ＨＣ吸着材が所定の脱離温度以上になると、ＨＣが
脱離して排気通路に流れ、活性化した下流の酸化触媒で
ＨＣを浄化する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術のように排気通路の内壁にＨＣ吸着材を薄くコーティ
ングする場合、ＨＣ吸着材がコーティングされている排
気通路が熱を放熱しやすストレートな一重排気通路のた
め、機関始動後、次第に上昇する排気温度の影響を受け
て、ＨＣ吸着材が下流の排気浄化触媒の活性よりも前に
脱離温度に達することになる。この結果、ＨＣ吸着材か
ら脱離したＨＣが排気浄化触媒で浄化されずに、大気に
放出される恐れがある。

【０００５】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、ＨＣ吸着材を排気通路の内壁に設ける際、Ｈ
Ｃ吸着材を熱容量の大きな部分の内壁に設けることで、
排気浄化触媒の活性よりもＨＣ吸着材の脱離を遅くし
て、排気エミッションの悪化を抑制することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために以下のような構成を採用した。すなわち、
本件の第１発明の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路
に設けられた排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の上流に
所定温度以下で排気中の未燃成分を吸着し、所定温度以
上で吸着した未燃成分を脱離する吸着材と、を備えた排
気浄化装置において、前記吸着材を前記排気通路の熱容
量が大きな部分の内壁に設けたことを特徴とする。

【０００７】本件発明は、未燃成分を所定温度以下で吸
着する吸着材を、排気通路の熱容量の大きな部分の内壁
に設けるので、排気温度が上昇しても吸着材の温度上昇
が遅れるので、排気浄化触媒の活性化前に吸着材から未
燃成分が脱離することが抑制される。

【０００８】本件の第２発明の排気浄化装置は、内燃機
関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、該排気浄化
触媒の上流に所定温度以下で排気中の未燃成分を吸着
し、所定温度以上で吸着した未燃成分を脱離する吸着材
と、を備えた排気浄化装置において、前記吸着材を前記
排気通路の表面積が大きな部分の内壁に設けたことを特
徴とする。

【０００９】本件発明は、未燃成分を所定温度以下で吸
着する吸着材を、排気通路の表面積の大きな部分の内壁
に設けるので、排気温度が上昇しても吸着材の温度上昇
が遅れるので、排気浄化触媒の活性化前に吸着材から未
燃成分が脱離することが抑制される。また、相対的に吸
着材の表面積が大きくなるので未燃成分の吸着量を増加
することができる。

【００１０】なお、本発明の排気通路の熱容量が大きな
部分または表面積が大きい部分とは、排気通路のフレキ
シブルパイプの内壁、内管と外管から構成される二重排
気管の内管の内壁及び排気通路が複数に分岐される分岐
部が例示される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる排気浄化装
置の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は
第１の実施形態であって、本発明を内燃機関の排気浄化
装置に適用したときの構成を示す概略構成図である。

【００１２】内燃機関１０はガソリンエンジンであっ
て、その上部側面に排気ポート１２を有し、排気ポート
１２から排出された排気は、排気ポート１２に接続する
排気マニホールド１４を経て、排気通路１６に排出され
る。排気通路１６は、上流通路１８と下流通路２０から
構成されており、下流通路２０には排気浄化触媒として
の三元触媒２２が設けられている。三元触媒２２は排気
中の未燃燃料（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を酸化す
ると共に窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して浄化する。排
気マニホールド１４には、排気ポート１２から排出され
る排気の空燃比を検出するための空燃比センサ２４が設
けられている。この空燃比センサの出力に基づいて内燃
機関１０の排気が理論空燃比となるように燃料噴射量が
算出され、図示しない燃料噴射弁から噴射される。

【００１３】上流通路１８は内管と外管から構成される
二重排気通路であり、下流通路２０の上流には、排気通
路の軸方向の相対変位、軸方向の曲げ及び振動を抑制す
るフレキシブルパイプ２６が設けられている。また、排
気マニホールド１４と上流通路１８はフランジ２８で接
続され、上流通路と下流通路はフランジ３０で接続され
ている。

【００１４】図２は下流通路のフレキシブルパイプ２６
の主要部の拡大図である。フレキシブルパイプ２６は上
流側の排気通路と下流側の排気通路とを接続する波状の
ベローズ２８を備え、ベローズ２８の外周を覆うように
アウタカバー３０が設けら、ベローズ２８及びアウタカ
バー３０は排気通路に溶接して固定されている。また、
ベローズ２８の内壁には排気通路の流れ方向に対して直
行方向に凸状の凸状内壁２８ａが形成されている。

【００１５】本実施態様では吸着材としてのＨＣ吸着材
３２をベローズの内壁に所定の厚さでコーティングして
いる。また、ベローズ２８の内壁の一部である凸状内壁
２８ａにもＨＣ吸着材３２がコーティングされている。
ＨＣ吸着材３２は、ゼオライトを主成分とした材料から
構成されており、所定温度（例えば、１００℃）以下で
あれば排気中の未燃燃料（ＨＣ）を吸着し、所定温度以
上になれば吸着されたＨＣを脱離する機能を有してい
る。なお、耐熱性を考慮すると、Ｓｉ／Ａｌ比は５００
以上が好ましい。また、細孔径の異なるゼオライトを用
いれば、吸着脱離のタイミングを幅広く設定することも
可能である。また、ＨＣ吸着材はコーティングの厚さを
厚くすれば吸着量が増加するが、好ましくは１０μｍ〜
２００μｍの厚さが良い。

【００１６】次に本実施形態の作用を図２に基づいて説
明する。内燃機関１０が冷間始動の場合、始動（ｔ＝
０）から第１の時間（ｔ＝ｔ１）までの時間領域（Ｉ）
では、内燃機関は暖機運転としての燃料増量が実行され
る。このとき、排気ポート１２からは未燃燃料（ＨＣ）
を多く含む排気が排出され、この排気はＨＣ吸着材３２
を備える下流通路２０に流入する。ＨＣ吸着材３２の温
度が所定温度以下であれば、排気中の未燃燃料（ＨＣ）
をＨＣ吸着材３２で一時的に吸着し、下流通路２０を出
た排気は三元触媒２２を通過する。時間領域（Ｉ）では
三元触媒２２が活性化温度に達していないが、未燃燃料
はＨＣ吸着材３２で吸着されているので、大気への放出
が抑制されている。

【００１７】時間領域（Ｉ）では、排気温度が次第に上
昇するが、下流通路２０のＨＣ吸着材３２は熱容量の大
きな排気通路の内壁に設けられているので、下流側の三
元触媒２２の温度上昇より緩やかに昇温する。一方、三
元触媒２２は排気通路の断面積全体に触媒が配置されて
いるので、排気と直接衝突する結果、熱を受けやすく、
ＨＣ吸着材３２の下流であっても昇温が早い。そして、
第１の時間（ｔ＝ｔ１）になると、三元触媒３２は活性
化温度（例えば３００℃）に達し、排気中のＨＣ，Ｃ
Ｏ、ＮＯｘを浄化する状態になる。このときＨＣ吸着材
３２は、脱離温度にまで昇温されていないので、ＨＣの
吸着を継続する。

【００１８】第１の時間（ｔ＝ｔ１）から第２の時間
（ｔ＝ｔ２）までの時間領域（II）では、ＨＣ吸着材３
２及び三元触媒２２の温度が上昇する。そして、第２の
時間（ｔ＝ｔ２）以降の時間領域（III）では、ＨＣ吸
着材の温度が脱離温度に達して、ＨＣ吸着材３２に吸着
されていたＨＣが脱離する。脱離したＨＣは排気に混じ
って下流の三元触媒２２に流入する。このとき、三元触
媒２２は既に活性温度に達しているので、排気中のＨＣ
は三元触媒２２で浄化される。

【００１９】このように本実施形態では、排気通路の熱
容量が従来のストレートな一重排気通路よりも大きいベ
ローズ２８の内壁にＨＣ吸着材３２を設けるので、ＨＣ
吸着材の温度上昇が抑制される効果がある。従って、下
流の三元触媒２２の活性前にＨＣ吸着材３２が脱離温度
に達しないので、ＨＣの排気エミッションを抑制でき
る。また、ベローズ２８の内壁にＨＣ吸着材３２を設け
るので、排気通路の通路断面積全体にＨＣ吸着材を設け
る従来のＨＣ吸着材に比べ排気抵抗を抑制することがで
き、エンジンの動力性能が向上する。

【００２０】更に従来のようにストレートな一重排気通
路の内壁にＨＣ吸着材を設けた場合、ＨＣ吸着材と排気
中の未燃燃料（ＨＣ）が接触する面積が少ないので、Ｈ
Ｃの吸着量が少なくなるという問題がある。本件はベロ
ーズ２８のように排気通路内で相対的に表面積が大きな
部分にＨＣ吸着材３２をコーティングしているので、Ｈ
Ｃの吸着量を増加する効果を有する。

【００２１】次に第２の実施形態について第４図に基づ
いて説明する。図４（ａ）は排気通路の下流通路２０の
断面図であり、図４（ｂ）はｂ−ｂ線の断面図である。
本実施形態の下流通路２０の内壁は、第１の実施形態の
フレキシブルパイプ２６の代わりに波状の波板４０が配
置されている。波板４０はメタル箔（Ｆｅ−２０Ｃｒ−
５Ａｌ）からなり、下流通路２０の内壁に溶接にて固定
されている。本実施形態では排気が流れる波板４０の内
側表面にはＨＣ吸着材３２がコーティングされている。
本実施態様ではＨＣ吸着材３２は波板４０に対して均一
の厚さでコーティングされているが、他の実施態様とし
て、波板４０の山に相当する部分ではＨＣ吸着材３２の
厚さを厚くして、ＨＣの吸着量を増加させても良い。な
お、波板４０の厚さは例えば１００μｍ〜５００μｍの
範囲である。

【００２２】このような構成におけるＨＣ吸着材３２の
吸着、脱離の作用は前述した実施形態と同様であるので
説明を省略する。本実施形態では下流通路２０の内壁に
波板４０を設け、波板４０の表面にＨＣ吸着材３２をコ
ーティングしたので、ＨＣ吸着材３２の表面積を大きく
することができ、ＨＣの吸着量が多くなる。また、波板
４０はＨＣ吸着材３２の温度上昇を抑制するため波板の
箔の厚さを適宜変更しても良い。また、波板４０の箔の
材料組成を変更することで、熱伝導性を変更して、ＨＣ
吸着材３２の温度上昇を抑制しても良い。

【００２３】次に第３の実施形態を図５に基づいて説明
する。図５は図４（ｂ）の断面図を拡大したものに相当
する。前述の第２の実施形態は波板４０の内側表面にＨ
Ｃ吸着材をコーティングしたのに対し、本実施形態は、
波板の内側表面及び外側表面の両方にＨＣ吸着材をコー
ティングしたものである。また、排気ポート１２から上
流通路１８を介して流入する排気は、下流通路２０の主
排気通路４２を流れると共に、下流通路２０の内壁と波
板４０の間の副排気通路４４にも排気を流すように排気
を誘導している。

【００２４】このように波板４０の両表面にＨＣ吸着材
３２をコーティングし、主排気通路４２及び副排気通路
４４に排気を流すので、ＨＣの吸着量を多くすることが
できる。また、波板４０は熱容量が大きいので、ＨＣ吸
着材の温度上昇を抑制することができる。なお、作用は
前述の第１の実施形態に類似しているので説明を省略す
る。

【００２５】次に第４の実施形態を図６に基づいて説明
する。本実施態様の下流通路２０は、第１の実施形態の
フレキシブルパイプ２６の代わりに下流通路２０の途中
で第１分岐通路６０と第２分岐通路６２の二つに分岐
し、下流で再び合流する。ＨＣ吸着材３２は、前述の実
施形態と同様に通路の内壁にコーティングされている。
なお、分岐通路の上流先端部６４は直接、流入する排気
が衝突するため、温度上昇が早い部位である。従って、
本実施態様では上流先端部にはＨＣ吸着材３２はコーテ
ィングされていない。

【００２６】次に第４の実施形態の作用について、前述
の第１の実施形態と異なる作用について説明する。冷間
始動時は、内燃機関１０の排気ポート１２から排出され
た排気は排気マニホールド１４を経て、下流通路２０に
流入する。排気は上流先端部６４に衝突して、第１分岐
通路６０と第２分岐通路６２に分けられる。このとき、
ＨＣ吸着材３２は所定の脱離温度より低い状態であれ
ば、排気中の未燃燃料（ＨＣ）を吸着する。本実施態様
では、第１分岐通路６０及び第２分岐通路６２の両方の
内壁にＨＣ吸着材３２が設けられているので、排気とＨ
Ｃが接触する面積が大きくなるのでＨＣの吸着量が向上
する。

【００２７】そして、排気温度の上昇に伴い、ＨＣ吸着
材３２及び下流の三元触媒２２の温度が上昇する。三元
触媒２２は排気に排気通路内において直接排気と衝突す
る結果、活性化温度へ急速に昇温する。一方、ＨＣ吸着
材３２は排気通路内壁に設けれるので、直接衝突する排
気は三元触媒２２に比べ少ない。また、下流通路２０自
体が分岐しており、通常のストレートな排気通路に比
べ、全体として熱容量が大きくなっている。従って、Ｈ
Ｃ吸着材３２の温度上昇が三元触媒２２に比べて低い。
この結果、ＨＣ吸着材３２は三元触媒２２の活性化後に
脱離温度に達するので、吸着されたＨＣは三元触媒２２
で浄化される。

【００２８】次に第５の実施形態を図７に基づいて説明
する。下流通路２０は、第１の実施形態のフレキシブル
パイプ２６の代わりに内管７０と外管７２からなる二重
排気管であって、内管７０は外管７２の下流方向に挿入
されている。内管の下流端部７４は閉じており、内管７
０の管壁には外管内へ排気を排出するための複数の貫通
孔７６を備えている。貫通孔７６は外管７２の内部に排
気が均一に広がるように孔が開けられている。外管７２
の内壁にはＨＣ吸着材３２がコーティングされている。

【００２９】次に第５の実施形態の作用について、前述
の第１の実施形態と異なる作用について説明する。冷間
始動時は、内燃機関１０の排気ポート１２から排出され
た排気は排気マニホールド１４を経て、下流通路２０に
流入する。排気は内管７０の各貫通孔７６から外管７２
の内部に放射状に排出され、外管７２の内部で均一に拡
散する。このとき、外管７２の内壁に設けられたＨＣ吸
着材３２が所定の脱離温度より低い状態であれば、貫通
孔７６から排出された排気中の未燃燃料（ＨＣ）を吸着
する。しかも排気が外管７２内で十分に拡散されている
ので、排気中のＨＣとの接触面積が大きくなり、ＨＣの
吸着量も増加する。

【００３０】そして、排気温度の上昇に伴い、ＨＣ吸着
材３２及び下流の三元触媒２２の温度が上昇する。この
とき、三元触媒２２は急速に活性化温度に昇温するが、
下流通路２０のＨＣ吸着材３２は内管７０と外管７２の
二重管構造であるので、熱容量が大きい。従って、排気
熱を受けても温度上昇が抑制されるので、下流の三元触
媒２２よりもＨＣ吸着材３２の昇温は緩やかとなる。こ
の結果、ＨＣ吸着材３２は三元触媒２２の活性化後に脱
離温度に達するので、吸着されたＨＣは三元触媒２２で
浄化される。

【００３１】次に第６の実施形態を図８に基づいて説明
する。本実施形態の下流通路２０は、第１の実施形態の
フレキシブルパイプ２６の代わりにストレートな一重の
排気通路であるが、熱容量を大きくするため排気管の管
壁を厚くしたものである。この管壁はステンレス鋼（Ｓ
ＵＳ）からなり、その厚さは例えば１ｍｍ〜２ｍｍの範
囲である。下流通路２０の内壁にはＨＣ吸着材３２が均
一の厚さでコーティングされている。また、下流通路２
０には三角柱の形状の排気整流板８０が複数設けられて
おり、各整流板８０は互いに通路の軸の回転方向に９０
°位相をずらして設けられている。この整流板８０は通
路内で均一に拡散するように設けられている。

【００３２】次に第６の実施形態の作用について、前述
の第１の実施形態と異なる作用について説明する。冷間
始動時は、内燃機関１０の排気ポート１２から排出され
た排気は排気マニホールド１４を経て、下流通路２０に
流入する。排気は整流板８０により通路内部で均一に拡
散する。このとき、内壁に設けられたＨＣ吸着材３２が
所定の脱離温度より低い状態であれば、排気中の未燃燃
料（ＨＣ）を吸着する。

【００３３】そして、排気温度の上昇に伴い、ＨＣ吸着
材３２及び下流の三元触媒２２の温度が上昇する。この
とき、三元触媒２２は急速に活性化温度に昇温するが、
下流通路２０のＨＣ吸着材３２は下流通路２０の管壁が
厚いので、熱容量が大きい。従って、排気熱を受けても
温度上昇が抑制されるので、下流の三元触媒２２よりも
ＨＣ吸着材３２の昇温は緩やかとなる。この結果、ＨＣ
吸着材３２は三元触媒２２の活性化後に脱離温度に達す
るので、吸着されたＨＣは三元触媒２２で浄化される。

【００３４】上記各実施形態でフレキシブルパイプ、二
重排気管、分岐通路、波板を備えた排気通路にＨＣ吸着
材をコーティングすること構成したが、これに限定され
ない。この他に、例えば、上流通路と下流通路の接続部
であるフランジ３０近傍に設けて良いし、上記種々の排
気通路の部分を組み合わせてＨＣ吸着材をコーティング
してもよい。

【００３５】

【発明の効果】本件の発明にかかる排気浄化装置によれ
ば、排気通路の内壁にＨＣ吸着材を設ける際に、排気通
路の熱容量が大きな部分の内壁に設けるので、排気浄化
触媒の活性化前に吸着材が脱離温度に上昇することが抑
えられる。従って、脱離した未燃成分は活性化した排気
浄化触媒で浄化されるので、排気エミッションの悪化が
抑制される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる排気浄化装置の第１の実施形態
の概略を示す図

【図２】吸着材を設けた排気通路の全体構造を示す図

【図３】本発明の第１の実施形態の温度変化を説明する
図

【図４】本発明にかかる排気浄化装置の第２の実施形態
を説明する図

【図５】本発明にかかる排気浄化装置の第３の実施形態
を説明する図

【図６】本発明にかかる排気浄化装置の第４の実施形態
を説明する図

【図７】本発明にかかる排気浄化装置の第５の実施形態
を説明する図

【図８】本発明にかかる排気浄化装置の第６の実施形態
を説明する図

【符号の説明】

１０・・内燃機関１２・・排気ポート１４・・排気マニホールド１８・・上流通路２０・・下流通路２２・・三元触媒２６・・フレキシブルパイプ２８・・ベローズ３２・・ＨＣ吸着材４０・・波板６０・・第１分岐通路６２・・第２分岐通路７０・・内管７２・・外管７６・・貫通孔８０・・整流板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０１Ｎ 7/08 ＺＡＢＦ０１Ｎ 7/08 ＺＡＢＡ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に設けられた排気浄
化触媒と、該排気浄化触媒の上流に所定温度以下で排気
中の未燃成分を吸着し、所定温度以上で吸着した未燃成
分を脱離する吸着材と、を備えた排気浄化装置におい
て、前記吸着材を前記排気通路の熱容量が大きな部分の
内壁に設けたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】内燃機関の排気通路に設けられた排気浄
化触媒と、該排気浄化触媒の上流に所定温度以下で排気
中の未燃成分を吸着し、所定温度以上で吸着した未燃成
分を脱離する吸着材と、を備えた排気浄化装置におい
て、前記吸着材を前記排気通路の表面積が大きな部分の
内壁に設けたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項３】前記排気通路の熱容量が大きな部分が排
気通路のフレキシブルパイプであることを特徴とする請
求項１または２記載の排気浄化装置。
【請求項４】前記排気通路の熱容量が大きな部分が内
管と外管から構成される二重排気管であることを特徴と
する請求項１または２記載の排気浄化装置。
【請求項５】前記排気通路の熱容量が大きな部位が排
気通路が複数に分岐される分岐部であることを特徴とす
る請求項１または２記載の排気浄化装置。