JP2000073747A - 触媒システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジン始動直後等の低温時における排気ガ
ス浄化性能を高め、ＵＬＥＶ基準にも十分に対応できる
排気ガス浄化触媒システムを提供する。 【解決手段】 触媒システム１は、ハウジング１０内上
流側に配置された吸着触媒５０と、ハウジング内下流側
に配置された酸化触媒７０とを備える。排気ガスの温度
が低温時には、排気ガスが吸着触媒５０を経由して下流
に流れるように制御し、排気ガス中の有害物質を吸着触
媒５０に吸着させておく。そして、排気ガスの温度が所
定温度、すなわち、酸化触媒７０の活性化温度に達する
と、排気ガスが酸化触媒を直接経由するように制御す
る。上記吸着触媒５０に吸着されていた有害物質は、高
温下において脱離し、上流から流れてくる排気ガス中の
有害物質とともに、酸化触媒７０を通過する際に浄化さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気浄化触媒シス
テムに関し、特に自動車等の内燃機関から排出される排
気ガス中の有害成分を効率よく除去する触媒システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車用エンジン等から排出され
る排気ガスの規制が、世界的に強化されつつある。これ
は、排気ガス中にＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭
素）、ＮＯ_X（窒素酸化物）等の大気汚染物質が含まれ
ているためである。特に、大気汚染が社会問題となって
いる米国カリフォルニア州では、いわゆる超低公害車両
（ultra-low emission vehicle：ＵＬＥＶ）の法的基準
が設けられており、排気ガスの規制レベルが段階的に強
化されつつある。このような状況下において、わが国に
おける自動車産業等の各種メーカも、上記規制に柔軟に
対応していく必要がある。

【０００３】従来より、例えば自動車用エンジンの排気
系には、排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置（触媒コ
ンバータ）が備えられている。図９に一般的な排気系を
示すように、エンジンの燃焼室から排出された排気ガス
は、エキゾーストマニホルド１０１により集合させられ
た後、排気管１０２を経由して下流側に設けられた触媒
コンバータ１０３を通過する。排気ガスは、この触媒コ
ンバータ１０３内の触媒により浄化された後、マフラー
１０４を経由して大気に放出される。上記触媒コンバー
タ１０３に収納される触媒としては、ＨＣ、ＣＯを除去
する酸化触媒、あるいは、更にＮＯ_Xをも同時に除去で
きる三元触媒等が使用されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記触
媒は、低温下においては活性化せず、約３００〜３５０
℃以上の温度下におかれないと浄化機能を有効に発揮し
ないという難点があった。このため、エンジン始動直後
から触媒活性化温度に達するまでの低温時において特に
発生しやすいＨＣ、ＣＯ等の有害成分は浄化されること
なく、そのまま大気に排出されてしまうという問題があ
った。

【０００５】本発明は、エンジン始動直後等の低温時に
おける排気ガス浄化性能を高め、ＵＬＥＶ基準にも十分
に対応できる排気ガス浄化触媒システムを提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記課題
に鑑みてなされた本発明の触媒システムは、排気経路中
に吸着触媒を配置した領域と浄化触媒を配置した領域と
が設けられている。一般に、吸着触媒は低温吸着性を有
し、低温時には排気ガスの有害成分を吸着するが、高温
になるとその吸着性が失われ、それまで吸着されていた
有害成分を脱離してしまうという性質を有する。一方、
浄化触媒は高温活性を有し、所定温度下におかれてはじ
めてその浄化機能を有効に発揮するという性質を有す
る。本発明の浄化システムは、これら触媒の相反した性
質を利用することにより、排気ガス中の有害成分を効率
よく浄化するものである。

【０００７】すなわち、本願請求項１記載の触媒システ
ムは、内燃機関の排気系に配置され、該内燃機関の燃焼
室から排出される排気ガスを浄化するための触媒システ
ムであって、排気系上流から当該触媒システムに導入さ
れた排気ガスの温度が、少なくとも予め定められた温度
に達していない場合に、上記排気ガスの有害成分を吸着
させておくための吸着触媒と、上記吸着触媒の下流側に
配置され、上記排気ガスの温度が予め定められた温度以
上になった場合に、上記排気ガスの有害成分を無害物質
に転換する浄化触媒と、排気系上流から当該触媒システ
ムに導入される排気ガスの温度が、上記少なくとも予め
定められた温度に達していない場合に、上記排気ガスが
上記吸着触媒を経由するように制御する制御機構と、を
有することを特徴とする。

【０００８】上記構成は、当該触媒システムに流入する
排気ガスの温度に応じて、排気ガスの通過経路を切り替
えるものである。すなわち、浄化触媒が活性化しない低
温時においては、排気ガスが吸着触媒を経由するように
設定し、排気ガスの有害成分であるＨＣ（炭化水素）及
びＣＯ（一酸化炭素）を一時的に吸着触媒に吸着させて
おく。そして、排気ガスの温度が所定温度以上になった
とき、排気ガスが吸着触媒を経由せずに直接浄化触媒を
通過するように設定する。このとき浄化触媒を通過した
排気ガスの有害成分は、その浄化作用により除去され
る。高温時に吸着触媒から脱離した排気ガスの有害成分
は、排気系上流からの排気ガスとともに活性化した浄化
触媒を通過して浄化される。

【０００９】上記構成によれば、従来そのまま大気に排
出せざるを得なかったエンジン始動時等の排気ガスの有
害成分（ＨＣ，ＣＯ）を、浄化させた後に大気に排出す
ることができる。このため、大気への有害成分の排出率
を従来よりも低く抑えることが可能となり、ＵＬＥＶ等
の排ガス規制にも十分に対応することができる。

【００１０】なお、ここにいう浄化触媒としては、例え
ば本願請求項６に記載されたように、排気ガスの有害成
分であるＨＣ及びＣＯを酸化することにより、排気ガス
を浄化する酸化触媒が挙げられるが、これらＨＣ，ＣＯ
を酸化して浄化するとともに、更にＮＯ_X（窒素酸化
物）を還元して浄化することも可能な三元触媒を使用し
てもよい。このようにすれば、比較的高温時に発生する
ＮＯ_Xの浄化をも行うことができる。

【００１１】また、本発明の触媒システムとしては、本
願請求項２に記載されたように、上記吸着触媒及び浄化
触媒が、単一の触媒コンバータ内に収納され、該触媒コ
ンバータ内において、上記吸着触媒が排気系上流側に、
上記浄化触媒が排気系下流側に、それぞれ配置されたも
のが考えられる。

【００１２】上記構成によれば、触媒コンバータとし
て、吸着触媒用のものと浄化触媒用のものとを排気系に
別体で配置する必要がないため、触媒システムとしてコ
ンパクトに構成することができる。この結果、車両スペ
ースを有効に利用することができる。

【００１３】上記触媒コンバータのより具体的構成とし
ては、本願請求項３に記載したように、管状体の両端を
縮管して形成されたハウジングと、該ハウジングの上流
部に内挿され、前記排気ガスを前記ハウジング内に導入
するインナパイプと、該インナパイプの下流側端部に設
けられ、該端部を閉塞可能なバルブと、前記インナパイ
プに外挿され、前記インナパイプとの間に所定の空領域
を形成するアウタパイプと、前記ハウジングの略中央に
嵌挿された板状体の中央に挿通孔を有し、該挿通孔に前
記インナパイプの下流側端部を嵌挿して該インナパイプ
を支持するセパレータと、を備え、前記アウタパイプ、
前記ハウジング、及び前記セパレータにより囲まれる空
間には、前記吸着触媒が配置され、前記ハウジング内の
セパレータの下流側には、前記浄化触媒が配置され、前
記インナパイプの側面には、前記バルブが閉塞状態であ
る場合に、前記排気ガスを前記アウタパイプ側に流出さ
せるための複数の透孔が設けられ、前記アウタパイプの
側面には、前記インナパイプから前記透孔を介して流入
した排気ガスを前記吸着触媒側に流出させるための複数
の穿孔が設けられたことを特徴とするものでもよい。

【００１４】上記構成においては、排気ガスの温度が低
い場合には、バルブは閉塞位置に設定される。この場
合、上流側からインナパイプに流入した排気ガスは、そ
の下流側端部から流出することができないため、インナ
パイプの側面に設けられた複数の透孔を介してアウタパ
イプ内に流出した後、更にアウタパイプに設けられた穿
孔から外部に配置された吸着触媒側へ流出する。排気ガ
スの有害成分は、この吸着触媒を通過する過程で吸着さ
れる。

【００１５】一方、排気ガスの温度が所定温度以上にな
ると、上記制御機構によりバルブは開放状態に設定され
る。このとき、インナパイプに流入した排気ガスは、そ
の下流側端部から流出し、浄化触媒を通過する。この過
程で、排気ガスの有害成分は、化学反応により無害物質
に転換される。また、上記吸着触媒により吸着されてい
る有害成分は、高温下において吸着触媒から脱離する性
質を有するが、この場合脱離した有害成分は、触媒シス
テムの中央を下流方向に流れる排気ガスとともに浄化触
媒を通過する。この過程で、当該有害成分も化学反応に
より無害物質に転換される。

【００１６】上記構成は、吸着触媒と浄化触媒とを単一
の触媒コンバータ内に収納し、排気ガスの通過経路を、
吸着触媒を経由して浄化触媒を通過させる経路と、吸着
触媒を経由しないで直接浄化触媒を経由する経路との二
つの経路から構成した具体的構成である。特に上記構成
は、触媒コンバータの長手方向の領域のみでなく、半径
方向の領域をも有効に利用するものである。上記構成に
よれば、当該触媒コンバータ内の領域が無駄なく利用さ
れ、触媒システムを非常にコンパクトに形成することが
できる。

【００１７】また、上記バルブが開放状態となり、排気
ガスがアウタパイプを経由せずにそのまま下流に流れる
場合には、インナパイプの外面とアウタパイプとが形成
する空間が共鳴室として作用し、排気ガスによる騒音を
低減することができるという付随的な効果も得られる。

【００１８】ところで、請求項４に記載されたように、
上記インナパイプの側面に設けられた透孔は、上記アウ
タパイプの下流端部付近に設けられ、上記アウタパイプ
の側面に設けられた穿孔は、上記アウタパイプの上流側
端部付近に設けられることが好ましい。

【００１９】なお、ここでいう「上流側」とは、触媒コ
ンバータを基準に考えた場合に、排気ガスが流入する側
の位置を意味し、「下流側」とは排気ガスが流出する側
の位置を意味する。従って、必ずしも排気ガスの流れに
沿って表現したものではない。

【００２０】上記構成をとれば、バルブが閉塞位置に設
定された状態で流入した排気ガスは、インナパイプの下
流側側面に設けられた複数の透孔を介してアウタパイプ
内を上流側に逆流した後、アウタパイプの上流側外周面
に設けられた穿孔からアウタパイプ外に流出する。そし
て、吸着触媒が配置された領域を上流側から下流側に流
れる。この過程で、排気ガスの有害成分は、吸着触媒に
吸着される。

【００２１】このように、排気ガスをアウタパイプ内で
逆流させる構成をとることにより、排気ガスが吸着触媒
を通過する領域を大きくとることができる。また、排気
ガスの温度はアウタパイプ内を通過する過程で幾分降下
するため、低温吸着性を有する吸着触媒に有害成分を吸
着させるには都合がよい。この結果、排気ガスが吸着触
媒を通過する過程で、その有害成分は確実に吸着され
る。

【００２２】また、本発明の触媒システムの別の形態と
しては、請求項５に記載されたように、上流側に分岐
点、下流側に合流点を有する排気管を備え、該排気管の
分岐された経路の一方に、吸着触媒を収納した吸着触媒
コンバータが配置され、上記排気管の合流点の下流に、
浄化触媒を収納した浄化触媒コンバータを配置が配置さ
れ、上記排気管の分岐点に、上記分岐した経路のいずれ
か一方を閉塞可能なバルブが設けられたことを特徴とす
るものが考えられる。

【００２３】上記構成は、吸着触媒を収納した触媒コン
バータと浄化触媒を収納した触媒コンバータとを触媒シ
ステム内の排気経路に別体で配置した態様のものであ
る。このような構成は、触媒システムのコンパクト化を
図る場合には適さないが、上述の単一の触媒コンバータ
内に吸着触媒及び浄化触媒を収納する形態と比較して、
各々の触媒コンバータの構成が簡単であるため、低コス
ト化を図る場合には都合がよい。

【００２４】以上の構成は、吸着触媒からの有害成分の
脱離温度と浄化触媒の活性化温度との差が小さい場合
に、その機能を効果的に発揮する。しかしながら、この
脱離温度と浄化触媒の活性化温度との差が大きい場合に
は、脱離した有害成分を含む排気ガスが浄化触媒を通過
しても、その温度が浄化触媒の活性化温度に達していな
いため、当該有害成分は除去されずそのまま大気に排出
されてしまうことになる。

【００２５】そこで、このような場合においても上記浄
化触媒の浄化作用を有効に発揮させるために、請求項７
記載の触媒システムでは、上記浄化触媒の位置又はその
上流側に、排気ガスを昇温させるための加熱手段が設け
られる。ここで、加熱手段を「浄化触媒の位置」に配置
した態様としては、浄化触媒を担持する担体自体を発熱
体とした態様が考えられる。例えば、メタルあるいは炭
化珪素（ＳｉＣ）焼結体等の導電性の担体に浄化触媒を
担持させ、当該担体に直接通電して加熱する態様がこれ
に相当する。一方、加熱手段を「浄化触媒の上流側」に
配置する態様としては、浄化触媒の上流側に発熱体を別
途設けた態様がこれに該当する。

【００２６】上記構成によれば、未だ浄化触媒の活性化
温度に達していない排気ガスは、加熱手段により速やか
に昇温され、浄化触媒を通過する際にはその活性化温度
に達する。このため、排気ガス中の有害成分が浄化触媒
にて効果的に浄化される。この場合、上記加熱手段は請
求項８に記載のように、吸着触媒を通過する排気ガスの
温度が該吸着触媒の脱離温度域に達したときには機能し
ており、浄化触媒に流入する排気ガスの温度が該浄化触
媒の活性化温度域に達したときに機能を停止するように
構成することが好ましい。

【００２７】ここで、「吸着触媒の脱離温度域に達した
とき」とは、吸着触媒を通過する排気ガスの温度が該吸
着触媒に吸着された有害成分の脱離温度付近に達したと
きを意味し、「浄化触媒の活性化温度域に達したとき」
とは、浄化触媒に流入する排気ガスの温度が該浄化触媒
の活性化温度付近に達したときを意味する。触媒システ
ム設計の都合により温度域に多少幅を持たせる趣旨であ
る。

【００２８】このような構成では、排気ガスの温度が浄
化触媒の活性化温度付近に達するまでの間にのみ、加熱
手段による補助的な加熱が行われる。それ以降は、排気
系上流から流れてくる高温の排気ガスによりその温度が
保持されるためである。このため、加熱手段を機能させ
る時間を短くすることができ、エンジン始動直後から加
熱手段を機能させる態様に比して、当該触媒システムの
使用コストを低く抑えることができる。なお、上記にお
いては、吸着触媒の脱離温度域に達したときには加熱手
段が既に機能していることとしたが、コスト低減の観点
からは、加熱手段を機能させる時間を最小限にとどめる
ように、機能開始時点の設定をすることが好ましい。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施例を図
面に基づいて説明する。 ［第１実施例］本実施例の触媒システムは、自動車エン
ジンの燃焼室から排出された排気ガスを浄化するための
触媒コンバータ、該触媒コンバータに流入する排気ガス
の温度を検知する温度センサ、及び排気ガスの温度に応
じて触媒コンバータ内における排気ガスの通過経路を設
定する制御装置等から構成される。以下の説明において
は、本実施例の触媒システムの主要部をなす触媒コンバ
ータを中心に詳述する。

【００３０】図１及び図２に、本発明の第１実施例に係
る触媒システムを構成する触媒コンバータ１の概略構成
を示す。当該触媒コンバータ１は、図５に示す従来の自
動車エンジンの排気系における触媒コンバータ１０３の
位置に配置されるものである。

【００３１】図１に示すように、触媒コンバータ１は、
円筒鋼管の両端を縮管して形成されたハウジング１０
と、ハウジング１０の中心軸に沿って内挿され、当該触
媒コンバータ１にエンジンからの排気ガスを導入するイ
ンナパイプ２０と、インナパイプ２０に外嵌され、イン
ナパイプ２０との間に所定の空領域を形成するアウタパ
イプ３０と、ハウジング内上流側に配置された吸着触媒
５０と、ハウジング内下流側に配置された浄化触媒とし
ての酸化触媒７０とから構成されている。

【００３２】また、上記ハウジングの中央付近には、セ
パレータ６０が嵌挿されている。このセパレータ６０
は、円板状の本体の中央に円孔を有し、その外周及び円
孔の各々の縁には、下流方向に延出した円筒形のフラン
ジが設けられている。そして、外周に設けられた円筒形
フランジの外面とハウジング１０の内面が圧接され、円
孔から延出した円筒形フランジの内面と上記インナパイ
プ２０の外面が圧接されることにより、インナパイプ２
０がハウジング１０の中心軸方向に沿って支持されてい
る。また、セパレータ６０の表面には、周方向に所定の
間隔を開けて複数の透孔６１が設けられている。

【００３３】インナパイプ２０の下流側端部には、該端
部を気密に閉塞することが可能である円板状の回転バル
ブ４０が設けられている。回転バルブ４０は、回転軸４
１により支持されており、回転軸４１の両端は、インナ
パイプ２０の端部壁に対し回転可能に支持されている。
当該回転バルブ４０の回転は、図示しない制御機構によ
り行われる。また、インナパイプ２０の下流側端部付近
の所定位置には、外周方向に複数の透孔２１が設けられ
ており、上記回転バルブ４０によりインナパイプ２０の
下流側端部が閉塞状態となった場合には、上流側から流
入した排気ガスが、この透孔２１を介して、アウタパイ
プ３０内に流出できるように構成されている。

【００３４】アウタパイプ３０は、インナパイプ２０よ
りも大きい径を有する円筒鋼管の両端部を縮管した形状
を有し、縮管された端部の端縁がインナパイプ２０の外
周に溶接固定されている。また、アウタパイプ３０の上
流側端部付近の所定位置には、その外周方向に複数の穿
孔３１が設けられており、インナパイプ２０から上記透
孔２１を介して流入した排気ガスが、この穿孔３１を介
して、アウタパイプ３０の外部に流出できるように構成
されている。アウタパイプ３０の上流側端部は、ハウジ
ング１０の上流側縮管部に近接し、アウタパイプ３０の
下流側端部近傍には、上記セパレータ６０が配置されて
いる。

【００３５】上記アウタパイプ３０、ハウジング１０、
及びセパレータ６０によって囲まれる空間には、顆粒状
の吸着触媒５０がＳＵＳウールに担持された状態で配置
されている。当該吸着触媒５０は、低温時に排気ガスの
有害成分（ＨＣ，ＣＯ）を吸着し、高温時にはこれらの
有害成分を脱離する性質を有する触媒であり、ゼオライ
ト等を主成分とするものである。

【００３６】更に、ハウジング１０内の下流側には、酸
化触媒７０が配置されている。所定のガス温に達した排
気ガスは、この酸化触媒を通過するときに酸化され、無
害物質に転換される。以下、本実施例の触媒システムに
よる排気ガスの浄化作用について説明する。

【００３７】自動車用エンジンの燃焼室から排出された
排気ガスは、エキゾーストマニホルド、排気管を経由し
て触媒コンバータ１に流入する。触媒コンバータ１の上
流側入り口付近には、排気ガスの温度を感知するための
図示しない温度センサが配置されており、この温度セン
サによって排気ガスの温度が酸化触媒の活性化温度（３
００〜３５０℃）以上であることが感知された場合に
は、図示しない制御装置によって回転バルブ４０が開放
位置に駆動される。図１は、排気ガスの温度が所定温度
未満の場合、すなわち、回転バルブ４０が閉塞位置にあ
る状態を示し、図２は、排気ガスの温度が所定温度以上
の場合、すなわち、回転バルブ４０が開放位置にある状
態を示している。

【００３８】エンジン始動直後は、排気ガスの温度が低
いために、回転バルブ４０は、図１に示す閉塞位置に設
定されている。上流側からインナパイプ２０に流入した
排気ガスは、インナパイプ２０の下流側端部から流出す
ることができないため、インナパイプ２０の下流側側面
に設けられた複数の透孔２１を介してアウタパイプ３０
内を上流側に逆流した後、アウタパイプ３０の上流側外
周面に設れた穿孔３１からアウタパイプ３０外に流出す
る。そして、吸着触媒５０が配置された領域を上流側か
ら下流側に流れる。この過程で、排気ガスの有害成分
（ＨＣ，ＣＯ）は、当該吸着触媒５０に吸着される。有
害成分が除去された排気ガスは、セパレータ６０に設け
られた複数の透孔６１を抜けて酸化触媒を通過し、触媒
コンバータ１の下流に流出する。この結果、排気ガスの
温度が低温の場合は、排気ガスの無害成分のみが下流に
流出することになる。

【００３９】一方、エンジン始動後ある程度時間が経過
し、触媒コンバータ１に導入される排気ガスの温度が、
所定温度（３００〜３５０℃）以上になったことが感知
されると、回転バルブ４０は開放状態に設定される。イ
ンナパイプ２０に流入した排気ガスは、その下流側端部
から流出し、酸化触媒７０を通過する。この過程で、排
気ガスの有害成分（ＨＣ，ＣＯ）は、酸化反応により無
害物質に転換される。また、上記吸着触媒５０により吸
着されている有害成分（ＨＣ，ＣＯ）は、高温下におい
て吸着触媒５０から脱離する性質を有するが、この場
合、脱離した有害成分は、触媒コンバータ１の中央を下
流方向に流れる排気ガスにより生じさせられる負圧によ
って、下流側に吸引される。当該有害成分は、セパレー
タ６０の透孔６１を抜けて中央を流れる排気ガスととも
に酸化触媒７０を通過する。この過程で、当該有害成分
も酸化反応により無害物質に転換される。

【００４０】このように、本実施例の触媒コンバータ１
は、排気ガスの温度が低温時において、排気ガス中に含
まれる有害成分を吸着触媒５０に吸着させておく。そし
て、排気ガスの温度が下流に配置した酸化触媒７０の活
性化温度に達すると、上流から流れてくる排気ガス中の
有害成分とともに、吸着触媒５０から脱離した有害成分
を酸化触媒７０により浄化する態様をとる。この結果、
従来浄化が困難であったエンジン始動時等の低温時に排
出された有害成分をも浄化することができるため、排気
ガスの浄化効率が高められるという効果が得られる。 ［第２実施例］図３及び図４に、本発明の第２実施例に
係る触媒システム２０１を示す。

【００４１】図３に示すように、触媒システム２０１
は、吸着触媒を収納した吸着触媒コンバータ２５０と酸
化触媒を収納した浄化触媒コンバータ２７０とを別個に
配置して構成されている。すなわち、当該触媒システム
２０１においては、排気管が途中で分岐し、一方の経路
には吸着触媒コンバータ２５０が配置され、他方の経路
は単なるバイパスとして形成されている。そして、これ
ら分岐した経路は下流で合流し、その合流点の下流に、
浄化触媒コンバータ２７０が配置されている。

【００４２】上記分岐点には、分岐された経路の一方を
気密に閉塞することが可能である回転バルブ２４０が設
けられている。回転バルブ２４０は、回転軸２４１によ
り支持されており、回転軸２４１は、排気管分岐部の管
壁に対し回転可能に支持されている。回転バルブ２４０
の回転は、図示しない制御機構により行われる。上流側
からの排気ガスは、上記回転バルブ２４０によって閉塞
されていない側の経路を流れるように構成されている。

【００４３】以下、本実施例の触媒システムによる排気
ガスの浄化作用について説明する。なお、上記分岐され
た経路については、吸着触媒コンバータ２５０が配置さ
れた側の経路を吸着経路２２１、吸着触媒コンバータ２
５０が配置されない側の経路をバイパス経路２２３と称
して説明を続ける。

【００４４】自動車用エンジンのシリンダヘッドから排
出された排気ガスは、エキゾーストマニホルド、排気管
を経由して触媒システム２０１に流入する。触媒システ
ム２０１の上流側には、排気ガスの温度を感知するため
の図示しない温度センサが配置されており、この温度セ
ンサによって排気ガスの温度が酸化触媒の活性化温度
（３００〜３５０℃）以上であることが感知されない間
は、図示しない制御装置により、回転バルブ２４０は、
バイパス経路２２３を閉じる側に駆動される。図３は、
排気ガスの温度が所定温度未満の場合、すなわち、回転
バルブ２４０がバイパス経路２２３側を閉じる位置にあ
り、排気ガスが吸着触媒コンバータ２５０を通過するよ
うに設定された状態を示し、図４は、排気ガスの温度が
所定温度以上の場合、すなわち、回転バルブ２４０が吸
着経路２２１側を閉じる位置にあり、排気ガスがバイパ
ス経路２２３を通過するように設定された状態を示して
いる。

【００４５】エンジン始動直後は、排気ガスの温度が低
いために、回転バルブ２４０は、図３に示す位置に設定
されている。上流側からの排気ガスは吸着経路２２１を
上流側から下流側に流れる。この過程で、排気ガスの有
害成分（ＨＣ，ＣＯ）は、吸着触媒によって吸着され
る。そして、有害成分が除去された排気ガスは、下流に
設けられた浄化触媒コンバータ２７０を経由して更に下
流へと流れる。この場合、酸化触媒は、低温下にあるた
め活性化していないが、当該酸化触媒２５０を通過する
のは排気ガスの無害成分のみであるため、何ら問題は生
じない。

【００４６】一方、エンジン始動後ある程度時間が経過
し、触媒システム２０１への排気ガスの温度が、所定温
度（３００〜３５０℃）以上になったことが感知される
と、回転バルブ２４０が吸着経路２２１側を閉じる状態
に設定されるため、排気ガスは、バイパス経路２２３を
経由して浄化触媒コンバータ２７０を直接通過する。こ
の過程で、排気ガスの有害成分（ＨＣ，ＣＯ）は、酸化
反応により無害物質に転換される。また、上記吸着触媒
により吸着されている有害成分（ＨＣ，ＣＯ）は、高温
下において吸着触媒から脱離する性質を有するが、この
場合、脱離した有害成分は、下流を流れる排気ガスによ
り生じさせられる負圧によって、下流側に吸引される。
このため、脱離した当該有害成分は、バイパス経路２２
３を流れる排気ガスとともに浄化触媒コンバータ２７０
を通過する。この過程で、当該有害成分も酸化反応によ
り無害物質に転換される。

【００４７】このように、本実施例の触媒システム２０
１においては、低温時においては、排気ガス中に含まれ
る有害成分を吸着触媒に吸着させておき、その下流に配
置した酸化触媒の活性化温度に達すると、バイパス経路
２２３を流れてくる排気ガス中の有害成分とともに、吸
着触媒から脱離した有害成分を酸化触媒によって浄化す
る態様をとる。この結果、従来浄化が困難であったエン
ジン始動時等の低温時に排出された有害成分をも浄化す
ることができるため、排気ガスの浄化効率高められると
いう効果が得られる。 ［第３実施例］第１実施例において述べたように、エン
ジン始動直後の低温の排気ガスに含まれる有害成分は、
吸着触媒に吸着されて一時的に担持される。そして、排
気ガスの温度が上昇して吸着触媒に固有の脱離温度を越
えると、有害成分は吸着触媒から脱離する。しかしなが
ら、この脱離温度と浄化触媒の活性化温度との差が大き
い場合には、脱離した有害成分を含む排気ガスが浄化触
媒を通過しても当該有害成分は除去されず、そのまま大
気に排出されてしまう。

【００４８】本発明の第３実施例にかかる構成は、この
ような場合においても浄化触媒の浄化作用を有効に発揮
させるものである。図５及び図６に、本実施例に係る触
媒コンバータ３０１の概略構成を示す。本実施例は、第
１実施例におけるセパレータ６０と酸化触媒７０との間
にさらに加熱手段としてのヒータ３８０を設けた点に特
徴を有する。それ以外の点については第１実施例と同様
であるため、同じ構成要素には同じ符号を付し、その説
明を省略する。

【００４９】ヒータ３８０としては、金属板と絶縁体と
を積層した帯状の発熱体を所定の間隔をもって巻回して
形成したものが考えられるが、これ以外の態様のものを
使用してもよい。使用時にはこのヒータ３８０に設けら
れた電極に電力が供給される。

【００５０】以下、本実施例の触媒システムによる排気
ガスの浄化作用について説明する。エンジン始動直後に
おいて、回転バルブ４０は、図５に示す閉塞位置に設定
されている。上流側からインナパイプ２０に流入した排
気ガスは、インナパイプ２０の下流側側面に設けられた
複数の透孔２１を介してアウタパイプ３０内を上流側に
逆流した後、アウタパイプ３０の上流側外周面に設れた
穿孔３１からアウタパイプ３０外に流出する。そして、
吸着触媒５０が配置された領域を上流側から下流側に流
れる。この過程で、排気ガスの有害成分（ＨＣ，ＣＯ）
は、当該吸着触媒５０に吸着される。有害成分が除去さ
れた排気ガスは、セパレータ６０に設けられた複数の透
孔６１を抜けて酸化触媒７０を通過し、触媒コンバータ
３０１の下流に流出する。この結果、排気ガスの温度が
吸着触媒５０の脱離温度（本実施例では２００〜２５０
℃）以下の場合には、排気ガスの無害成分のみが下流に
流出することになる。このとき、ヒータ３８０の下流側
かつ酸化触媒７０の上流側に設けられた図示しない温度
センサが、排気ガスの温度を監視している。

【００５１】そして、エンジン始動後ある程度時間が経
過し、上記温度センサにより排気ガスの温度が吸着触媒
５０の脱離温度に達したことが検知されると、ヒータ３
８０への通電が行われる。吸着触媒５０から脱離した有
害成分は、排気ガスとともに下流に流出し、ヒータ３８
０により加熱された後、酸化触媒７０を通過する。この
過程で当該有害成分は酸化反応により無害物質に転換さ
れる。

【００５２】そして、触媒コンバータ３０１の上流側入
り口付近に配置された温度センサが、排気ガスの温度が
酸化触媒７０の活性化温度に達したことを検知すると、
ヒータ３８０への通電が停止されると同時に回転バルブ
４０が開放状態に設定される。これ以降、触媒コンバー
タ３０１に流入した排気ガスは、吸着触媒５０を経由せ
ずにインナパイプ２０の下流側端部から流出して酸化触
媒７０を通過するが、当該排気ガスの温度は既に活性化
温度に達しているため、その有害成分は効果的に浄化さ
れる。

【００５３】このように、本実施例の触媒コンバータ３
０１においては、排気ガス中に含まれる有害成分が、排
気ガスの温度が脱離温度に達するまで吸着触媒５０に吸
着される。そして、脱離温度から酸化触媒７０の活性化
温度に達するまでの間、ヒータ３８０による補助的な加
熱が行われ、脱離した有害成分は昇温された排気ガスと
ともに酸化触媒７０を通過して浄化される。この結果、
従来浄化が困難であったエンジン始動時等の低温時に排
出された有害成分を効果的に浄化することができる。ま
た、ヒータ３８０への通電は、脱離温度に達してから酸
化触媒７０の活性化温度に達するまでの間にのみ行うた
め、エンジン始動直後から通電する従来の態様に比して
使用電力を大幅に抑えることができ、コスト低減につな
がる。

【００５４】なお、本実施例では、浄化触媒としての酸
化触媒７０の上流側にヒータ３８０を別途設けた構成を
とったが、メタルあるいは炭化珪素（ＳｉＣ）焼結体等
の導電性の担体に浄化触媒を担持させ、当該担体に直接
通電して加熱する方法をとってもよい。このような技術
としては、例えば実開昭６３−６７６０９号公報や実開
昭４９−１２４４１２号公報に開示されたものを適用す
ることが可能である。

【００５５】また、上記のように触媒コンバータ３０１
内のアウタパイプ３０及び吸着触媒５０を経由する経路
の構成によっては、インナパイプ２０に流入した排気ガ
スの温度が吸着触媒５０に到るまでに大きく降下するこ
とがある。つまり、インナパイプ２０を通過する主流の
排気ガス温度と、吸着触媒５０を通過する排気ガスの温
度とが大きく相違することがある。特に、吸着触媒５０
を通過する排気ガスの温度が脱離温度に達したときに、
インナパイプ２０を通過する主流の排気ガス温度が酸化
触媒７０の活性化温度に達しているような場合には、吸
着触媒５０を通過する排気ガスの温度が脱離温度に達し
た時点で、回転バルブ４０を開放状態に設定することが
できる。このような場合には、ヒータ３８０による加熱
の必要はないため、第１実施例と同様、ヒータ３８０の
ない構成とすることも可能である。

【００５６】また、本実施例においては、温度センサを
触媒コンバータ３０１の内部にも配置する構成とした
が、吸着触媒５０を通過する排気ガスの温度とインナパ
イプ２０を通過する排気ガスの温度との対応関係を予め
実験により求めておけば、当該温度センサを省略するこ
とが可能である。この場合は、触媒コンバータ３０１の
上流側入口に設けられた温度センサのみの温度検出によ
り触媒システムを制御することができる。

【００５７】本実施例の構成は第２実施例の構成に適用
することも可能である。この場合、図７に示すように、
合流点よりわずか上流側の吸着経路２２１にヒータ４８
０が配設される。そして、触媒システム４０１の上流側
に配置された図示しない温度センサにより、排気ガスの
温度が浄化触媒コンバータ２７０内に配置された酸化触
媒の活性化温度に達したと判断されるまでは、回転バル
ブ２４０がバイパス経路２２３を閉じる側に設定され
る。そして、排気ガスの温度が吸着触媒コンバータ２５
０内の吸着触媒の脱離温度に達したと判断されると、ヒ
ータ４８０への通電が行われる。吸着触媒から脱離した
有害成分は排気ガスとともに、ヒータ４８０を通過する
際に酸化触媒の活性化温度にまで昇温され、浄化触媒コ
ンバータ２７０を通過する。この過程で、排気ガスの有
害成分（ＨＣ，ＣＯ）は、酸化反応により無害物質に転
換される。

【００５８】そして、上記温度センサが、排気ガスの温
度が酸化触媒の活性化温度に達したことを検知すると、
ヒータ４８０への通電が停止されるとともに、回転バル
ブ２４０が吸着経路を閉じる側に設定される。これ以
降、バイパス経路２２３を流れる排気ガスは既に酸化触
媒の活性化温度まで昇温しているため、浄化触媒コンバ
ータ２７０を通過する過程でその有害成分が浄化され
る。

【００５９】また、ヒータ４８０をバイパス経路２２３
側に設けることも考えられる。この場合、図８に示すよ
うに、合流点よりわずか上流側のバイパス経路２２３に
ヒータ４８０が配設される。そして、図示しない温度セ
ンサにより、排気ガスの温度が吸着触媒の脱離温度に達
したと判断されるまでは、回転バルブ２４０がバイパス
経路２２３を閉じる側に設定される。そして、排気ガス
の温度が脱離温度に達したと判断されると、回転バルブ
２４０が吸着経路２２１側を閉じる状態に設定されると
同時にヒータ３８０への通電が行われる。排気ガスは、
バイパス経路２２３を経由する際にヒータ４８０により
酸化触媒の活性化温度にまで昇温され、浄化触媒コンバ
ータ２７０を直接通過する。この過程で、排気ガスの有
害成分（ＨＣ，ＣＯ）は、酸化反応により無害物質に転
換される。また、吸着触媒コンバータ２５０の吸着触媒
から脱離した有害成分は、下流を流れる排気ガスにより
生じさせられる負圧によって下流側に吸引され、バイパ
ス経路２２３を流れる排気ガスとともに浄化触媒コンバ
ータ２７０を通過する。この過程で、当該有害成分も酸
化反応により無害物質に転換される。そして、上記温度
センサが、排気ガスの温度が酸化触媒の活性化温度に達
したことを検知すると、ヒータ４８０への通電は停止さ
れる。

【００６０】なお、上記においては、ヒータ４８０を合
流点より下流側に配設することもできるが、ヒータ４８
０を可能な限り小さくするためには、上記のように比較
的管路の狭い吸着経路２２１あるいはバイパス経路２２
１に配設するのが好ましい。以上、本発明の実施例につ
いて詳細に説明したが、本発明の実施の形態は、上記実
施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に
属する限り種々の形態をとりうることはいうまでもな
い。

【００６１】例えば、上記第１実施例において、吸着触
媒５０としてＳＵＳウールに担持させたものを使用した
が、吸着触媒を円筒状に成形して焼成したものをアウタ
パイプ３０の外側に配置してもよい。また、上記第３実
施例においては、ヒータ３８０、４８０への通電を、排
気ガスの温度が吸着触媒の脱離温度に達した時に行い、
酸化触媒の活性化温度に達した時に停止する態様とした
が、この通電、あるいは通電停止は必ずしも上記温度に
設定する必要はなく、システム設計の都合により上下さ
せてもよい。例えば、ヒータ自体が温まるまでに所定時
間を要することを考慮し、排気ガスの温度が吸着触媒の
脱離温度に達する以前に、ヒータ３８０、４８０への通
電を行ってもよい。なお、コスト低減の観点からは、ヒ
ータ３８０、４８０への通電時間を可能な限り短くする
ように、ヒータ３８０、４８０への通電開始時点あるい
は通電停止時点の設定をすることが好ましい。

【００６２】また、上記各実施例においては、エンジン
始動時等の低温時に発生する排気ガスの有害成分ＨＣ，
ＣＯを除去することに主眼をおいたため、浄化触媒とし
て酸化触媒を使用したが、比較的高温時に発生するＮＯ
_Xの除去をも考慮し、三元触媒を使用してもよい。

【００６３】更に、上記各実施例のおいては、触媒シス
テムとして、吸着触媒及び酸化触媒を一組ずつ配置させ
る構成について説明したが、これらの触媒を複数設けて
もよい。また、上記実施例に示した触媒コンバータの形
状、構成等は上記のものに限られず、本発明の概念を逸
脱しない限り適宜選択可能であることはもちろんであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例に係る触媒システムの説
明図である。

【図２】 本発明の第１実施例に係る触媒システムの説
明図である。

【図３】 本発明の第２実施例に係る触媒システムの説
明図である。

【図４】 本発明の第２実施例に係る触媒システムの説
明図である。

【図５】 本発明の第３実施例に係る触媒システムの説
明図である。

【図６】 本発明の第３実施例に係る触媒システムの説
明図である。

【図７】 本発明の第３実施例に係る触媒システムの説
明図である。

【図８】 本発明の第３実施例に係る触媒システムの説
明図である。

【図９】 従来の自動車エンジンの排気系の説明図であ
る。

【符号の説明】

１・・・触媒コンバータ、 １０・・・ハウジング、
２０・・・インナパイプ、３０・・・アウタパイプ、
４０・・・回転バルブ、 ５０・・・吸着触媒、６０・
・・セパレータ、 ７０・・・酸化触媒、２０１・・・
触媒システム、 ２２１・・・吸着経路、２２３・・・
バイパス経路、 ２４０・・・回転バルブ、２５０・・
・吸着触媒コンバータ、 ２７０・・・浄化触媒コンバ
ータ、３０１・・・触媒コンバータ、 ３８０・・・ヒ
ータ、４０１・・・触媒システム、 ４８０・・・ヒー
タ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気系に配置され、該内燃機
   関の燃焼室から排出される排気ガスを浄化するための触
   媒システムであって、 排気系上流から当該触媒システムに導入される排気ガス
   の温度が、少なくとも予め定められた温度に達していな
   い場合に、前記排気ガスの有害成分を吸着させておくた
   めの吸着触媒と、 前記吸着触媒の下流側に配置され、前記排気ガスの温度
   が予め定められた温度以上になった場合に、前記排気ガ
   スの有害成分を無害物質に転換する浄化触媒と、 排気系上流から当該触媒システムに導入される排気ガス
   の温度が、前記少なくとも予め定められた温度に達して
   いない場合に、前記排気ガスが前記吸着触媒を経由する
   ように制御する制御機構と、 を有することを特徴とする触媒システム。
2. 【請求項２】 前記吸着触媒及び前記浄化触媒は、単一
   の触媒コンバータ内に収納され、 該触媒コンバータ内において、前記吸着触媒は排気系上
   流側に、前記浄化触媒は排気系下流側に、それぞれ配置
   されたことを特徴とする請求項１記載の触媒システム。
3. 【請求項３】 前記触媒コンバータは、 管状体の両端を縮管して形成されたハウジングと、 該ハウジングの上流部に内挿され、前記排気ガスを前記
   ハウジング内に導入するインナパイプと、 該インナパイプの下流側端部に設けられ、該端部を閉塞
   可能なバルブと、 前記インナパイプに外挿され、前記インナパイプとの間
   に所定の空領域を形成するアウタパイプと、 前記ハウジングの略中央に嵌挿された板状体の中央に挿
   通孔を有し、該挿通孔に前記インナパイプの下流側端部
   を嵌挿して該インナパイプを支持するセパレータと、を
   備え、 前記アウタパイプ、前記ハウジング、及び前記セパレー
   タにより囲まれる空間には、前記吸着触媒が配置され、 前記ハウジング内のセパレータの下流側には、前記浄化
   触媒が配置され、 前記インナパイプの側面には、前記バルブが閉塞状態で
   ある場合に、前記排気ガスを前記アウタパイプ側に流出
   させるための複数の透孔が設けられ、 前記アウタパイプの側面には、前記インナパイプから前
   記透孔を介して流入した排気ガスを前記吸着触媒側に流
   出させるための複数の穿孔が設けられたことを特徴とす
   る請求項２記載の触媒システム。
4. 【請求項４】 前記インナパイプの側面に設けられた透
   孔は、前記アウタパイプの下流端部付近に設けられ、前
   記アウタパイプの側面に設けられた穿孔は、前記アウタ
   パイプの上流側端部付近に設けられたことを特徴とする
   請求項３記載の触媒システム。
5. 【請求項５】 上流側に分岐点、下流側に合流点を有す
   る排気管を備え、 該排気管の分岐された経路の一方に、吸着触媒を収納し
   た吸着触媒コンバータが配置され、 前記排気管の合流点の下流に、浄化触媒を収納した浄化
   触媒コンバータが配置され、 前記排気管の分岐点に、前記分岐した経路のいずれか一
   方を閉塞可能なバルブが設けられたことを特徴とする請
   求項１記載の触媒システム。
6. 【請求項６】 前記浄化触媒は、排気ガスの有害成分で
   あるＨＣ及びＣＯを酸化することにより、排気ガスを浄
   化する酸化触媒であることを特徴とする請求項１〜５の
   いずれかに記載の触媒システム。
7. 【請求項７】 前記浄化触媒の位置又はその上流側に、
   前記排気ガスを昇温させるための加熱手段が設けられた
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の触媒
   システム。
8. 【請求項８】 前記加熱手段は、 前記吸着触媒を通過する排気ガスの温度が、該吸着触媒
   の脱離温度域に達したときには機能しており、 前記浄化触媒に流入する排気ガスの温度が、該浄化触媒
   の活性化温度域に達したときに機能を停止することを特
   徴とする請求項７記載の触媒システム。