JP4501306B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する際に排気ガス中の未燃燃料分を低温時に吸着して高温時に放出する未燃燃料吸着機能を有する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気ガスは、三元触媒などの排気浄化触媒によって浄化された後に大気に放出される。排気浄化触媒は、ある所定の活性化温度にならないと本来の浄化性能を発揮し得ない。排気ガス中に含まれる成分のうちで浄化されるものの一つとして、完全に燃焼せずに排気ガス中に含まれることとなった未燃燃料分である炭化水素HCがある。特に、冷間始動直後の排気ガスにはこの炭化水素HCが多量に含まれる。
【０００３】
そこで、冷間始動時に排気ガス中の未燃燃料を吸着する吸着部材を排気通路上に配置し、排気浄化触媒がある程度暖まった後に吸着部材から未燃燃料を放出させて排気浄化触媒で浄化するようにした排気浄化装置が実用化されている。このような吸着部材は、一般にHC吸着材と呼ばれている。排気浄化触媒自体に未燃燃料を吸着する物質を担持させ、HC吸着材の機能と排気浄化触媒の機能とを一体化させたものも知られている。HC吸着材としては、特開平7-232084号公報に記載のものなどが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した公報に記載されているHC吸着材もそうであるが、このようなHC吸着材は低温時に未燃燃料を吸着して高温時に未燃燃料を放出するのが一般的な性質である。そこで、排気ガス中の炭化水素HCをより多く吸着し、かつ、排気浄化触媒が活性化温度となるまで、吸着した炭化水素HCをより確実に保持しておくことができるような改善が望まれていた。
【０００５】
従って、本発明の目的は、排気ガスを浄化するに際して、冷間始動後の未燃燃料の吸着を確実に行い、排気ガスの浄化効率を向上させることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路上に配設されて排気ガス中の未燃燃料を吸着・放出する機能を有するもので、排気通路上に形成された拡径部と、拡径部の内部に配置され、低温時に未燃燃料を吸着し、高温時に吸着した未燃燃料を放出する筒状の吸着部材と、拡径部内の吸着部材の上流側に形成された第一空間と、拡径部内の吸着部材の下流側に形成され、第一空間よりも容積の小さい第二空間とを備えていることを特徴としている。
【０００７】
請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の発明において、吸着部材の中央に形成された孔部に対して排気ガスを案内する筒状のガイド部材が吸着部材の上流側に配設されており、ガイド部材の上流側内径が下流側内径よりも大きいことを特徴としている。
【０００８】
請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１又は２に記載の発明において、排気通路上の拡径部の下流側に、排気浄化触媒が配置されていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路上に配設されて排気ガス中の未燃燃料を吸着・放出する機能を有する未燃燃料吸着部材を備えており、未燃燃料吸着部材が、排気通路上に形成された拡径部の内部に配置された筒状の形態を有するもので、未燃燃料吸着部材の中央に位置する貫通流路の内径が、上流側から下流側にかけて徐々に小さくされていることを特徴としている。
【００１０】
請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項４に記載の発明において、貫通流路が未燃燃料吸着部材の中央に形成された孔部によって形成されており、孔部の内径が上流側から下流側にかけて徐々に小さくされていることを特徴としている。
【００１１】
請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項４に記載の発明において、貫通流路が未燃燃料吸着部材の中央に形成された孔部内に配設された筒状部材によって形成されており、筒状部材の内径が上流側から下流側にかけて徐々に小さくされていることを特徴としている。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、、請求項４〜６の何れかに記載の発明において、排気通路上の拡径部の下流側に、排気浄化触媒が配置されていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項８に記載の発明は、内燃機関の排気通路上に配設されて排気ガス中の未燃燃料を吸着・放出する機能を有する未燃燃料吸着部材を備えており、未燃燃料吸着部材が、排気通路上に形成された拡径部の内部に配置された筒状の形態を有するもので、拡径部の上流側の流入管内径が下流側の流出管内径よりも大きいことを特徴としている。
【００１４】
また、請求項９に記載の発明は、内燃機関の排気通路上に配設されて排気ガス中の未燃燃料を吸着・放出する機能を有する未燃燃料吸着部材を備えており、未燃燃料吸着部材が、排気通路上に形成された拡径部の内部に配置された筒状の形態を有するもので、拡径部の上流側の拡径角度が下流側の拡径角度よりも小さいことを特徴としている。
【００１５】
また、請求項１０に記載の発明は、内燃機関の排気通路上に配設されて排気ガス中の未燃燃料を吸着・放出する機能を有する未燃燃料吸着部材を備えており、未燃燃料吸着部材が、排気通路上に形成された拡径部の内部に配置された筒状の形態を有し、拡径部の内部で少なくとも二つに分割されて上流・下流方向に直列に配置されていることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
まず、請求項１に記載の発明（第一発明）及び請求項１に従属する請求項２及び３に記載の発明についての実施形態（第一実施形態）について説明する。本実施形態（第一実施形態）の排気浄化装置を有するエンジン（内燃機関）１を図１に示す。エンジン１は、多気筒エンジンであるが、ここではそのうちの一気筒のみを断面図として示す。エンジン１は、図１に示されるように、点火プラグ２によって各シリンダ３内の混合気に対して点火を行うことによって駆動力を発生する。エンジン１の燃焼に際して、外部から吸入した空気は吸気通路４を通り、インジェクタ５から噴射された燃料と混合され、混合気としてシリンダ３内に吸気される。シリンダ３の内部と吸気通路４との間は、吸気バルブ６によって開閉される。シリンダ３の内部で燃焼された混合気は、排気ガスとして排気通路７に排気される。シリンダ３の内部と排気通路７との間は、排気バルブ８によって開閉される。
【００１７】
吸気通路４上には、シリンダ３内に吸入される吸入空気量を調節するスロットルバルブ９が配設されている。このスロットルバルブ９には、その開度を検出するスロットルポジションセンサ１０が接続されている。また、スロットルバルブ９は、スロットルモータ１１と連結されており、スロットルモータ１１の駆動力によって開閉される。スロットルバルブ９の近傍には、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセルポジションセンサ１２も配設されている。さらに、吸気通路４上には、吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１３も取り付けられている。
【００１８】
エンジン１のクランクシャフト近傍には、クランクシャフトの位置を検出するクランクポジションセンサ１４が取り付けられている。クランクポジションセンサ１４の出力からは、シリンダ３内のピストン１５の位置や、エンジン回転数を求めることもできる。エンジン１には、エンジン１のノッキングを検出するノックセンサ１６や冷却水温を検出する水温センサ１７も取り付けられている。
【００１９】
さらに、排気通路７上には、その上流側に始動時触媒２４が配設されており、さらにこの下流側に未燃燃料である炭化水素HCを吸着するHC吸着部１９が配設されている。始動時触媒２４は、シリンダ３に近い位置にあるので、エンジン１の始動直後に排気ガスによって早期に活性化温度にまで昇温され、より早期に排気ガスの浄化を開始する目的で設置された浄化触媒である。
【００２０】
HC吸着部１９は、始動時触媒２４によって浄化されずに下流側に流れた未燃燃料である炭化水素HCを吸着する。炭化水素HCが始動時触媒２４によって浄化されない場合としては、始動時触媒２４が活性化温度に達していない場合や、達していても、その浄化能力を超えた炭化水素HCがシリンダ３から排出された場合などが考えられる。このHC吸着部１９については、追って詳しく説明する。
【００２１】
HC吸着部１９の下流側には、排気ガスを浄化する排気浄化触媒２０が配設されている。排気浄化触媒２０の内部には、モノリス型コンバータ２０ａが収納されている。コンバータ２０ａは、ハニカム状の断面を持ち、その表面にはプラチナやロジウムなどの触媒金属が担持されている。始動時触媒２４及び排気浄化触媒２０は、三元触媒であり、排気ガス中の炭化水素HC、一酸化炭素CO、窒素酸化物NOxを浄化する。HC吸着部１９と排気浄化触媒２０との間には、排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの排気空燃比を検出する酸素センサ２１（図２以降の図には図示せず）が配設されている。
【００２２】
酸素センサ２１は、排気ガス中の酸素濃度から、排気ガスの排気空燃比がリーン側にあるかリッチ側にあるかを検出するものである。酸素センサ２１は、所定の活性化温度に達しないと有効に機能しないので、早期に活性化温度に昇温されるように供給される電力によって発熱するヒータが内蔵されている。本実施形態においては、これらのHC吸着部１９や三元触媒である排気浄化触媒２０、排気空燃比を検出する酸素センサ２１、酸素センサ２１の検出結果に基づいて燃料噴射量を演算する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１８などで排気浄化装置が構成されている。
【００２３】
これらの点火プラグ２、インジェクタ５、スロットルポジションセンサ１０、スロットルモータ１１、アクセルポジションセンサ１２、エアフロメータ１３、クランクポジションセンサ１４、ノックセンサ１６、水温センサ１７、酸素センサ２１やその他のセンサ類は、エンジン１を総合的に制御するＥＣＵ１８と接続されており、ＥＣＵ１８からの信号に基づいて制御され、あるいは、検出結果をＥＣＵ１８に対して送出している。ＥＣＵ１８には、チャコールキャニスタ２２によって捕集された燃料タンク内での蒸発燃料を吸気通路４上にパージさせるパージコントロールバルブ２３なども接続されている。
【００２４】
上述したHC吸着部１９について詳しく説明する。HC吸着部１９の拡大断面図を図２に示す。
【００２５】
図２に示されるように、HC吸着部１９は、排気通路７上に形成された拡径部１９ａ及びその内部に構築されている。拡径部１９ａは、その上流側及び下流側の排気通路７の双方に対して、内径が拡張された形態を有している。そして、拡径部１９ａの内部には、筒状（ここでは円筒状）の吸着部材１９ｂが配設されている。吸着部材１９ｂは、排気ガスの流れ方向に多数の微小な貫通孔を有するハニカム状の構造体であるが、その中央部に排気ガスの流れ方向に平行な孔部１９ｃが形成されている。孔部１９ｃは上述した微小な貫通孔ではなく、大きな内径を有しており、本実施形態では拡径部１９ａの上流側及び下流側の排気通路７の内径とほぼ等しくされている。
【００２６】
吸着部材１９ｂは、ハニカム状とされることでその表面積が増やされており、その表面には炭化水素HCを吸着する物質がコーティングされている。また、吸着部材１９ｂの外周は、必ずしも拡径部１９ａの内壁に接触していなくても良いが、内壁に対して近接するようにされ、この隙間を排気ガスが流れないようにしてある。
【００２７】
拡径部１９ａの内部において、吸着部材１９ｂの上流側及び下流側の双方には空間が形成されている。ここでは、吸着部材１９ｂの上流側に第一空間１９ｄ、下流側に第二空間１９ｅが形成されている。拡径部１９ａは、この第一空間１９ｄ及び第二空間１９ｅにおいて、その内径を拡大あるいは縮小させている。そして、第一空間１９ｄの容積の方が第二空間１９ｅの容積よりも大きく、言い換えれば、第二空間１９ｅの容積の方が第一空間１９ｄの容積よりも小さくされている。
【００２８】
また、吸着部材１９ｂの上流側には、第一空間１９ｄに突出するようにガイド部材１９ｆが配設されている。ガイド部材１９ｆは、排気通路７から流れてきた排気ガスを吸着部材１９ｂの孔部１９ｃに導く役目を持っている。ガイド部材１９ｆは、円筒状・ファンネル状の形態を有しており、その内径は上流側から下流が向けて縮小されている。そして、下流側の端部内径が孔部１９ｃの内径と等しくされ、吸着部材１９ｂに対して結合されている。なお、本実施形態では、ガイド部材１９ｆを吸着部材１９ｂに結合させたが、必ずしも結合されていなくても良く、ガイド部材１９ｆと吸着部材１９ｂとの間に隙間が形成されても良い。
【００２９】
上述した構造のHC吸着部１９に冷間始動直後の排気ガスが流入した場合の排気ガスの流れと、それに伴う排気ガス中の炭化水素HCの吸着について説明する。
【００３０】
上流側からHC吸着部１９に流れてきた排気ガスは、拡径部１９ａ内の第一空間１９ｄにおいて、その体積を膨張させることができる。排気ガスが膨張することで排気ガスの温度が下がり、排気ガスによって暖められるHC吸着部１９全体（特に吸着部材１９ｂ）の温度が下がる。HC吸着部１９（特に吸着部材１９ｂ）の温度を下がるので、吸着部材１９ｂに一旦吸着された炭化水素HCの吸着部材１９ｂからの脱離を遅らせることができる。
【００３１】
また、拡径部１９ａ内に流れ込んだ排気ガスは、体積を膨張させつつ、ガイド部材１９ｆによって案内されて、その大部分が吸着部材１９ｂの孔部１９ｃに流れ込む。そして、第二空間１９ｅに達して下流側の排気通路７に流れる際に、排気ガスは今度はその体積を縮小させる。ここで、第一空間１９ｄと第二空間１９ｅとの間に気圧差が生じ、第一空間１９ｄの圧力が第二空間１９ｅの圧力よりも低くなる。
【００３２】
この気圧差によって孔部１９ｃから流れ出た直後の排気ガスの一部が、吸着部材１９ｂの内部（孔部１９ｃでない部分）を通過しつつ逆流して第一空間１９ｄに還流する。第一空間１９ｄに還流しない排気ガスは、下流側の排気通路７に流れる。即ち、拡径部１９ａの内部に第一空間１９ｄと第二空間１９ｅとを設け、その容積を変えることによって、このような還流を形成させることができる。
【００３３】
排気ガスが第一空間１９ｄに還流する際に、排気ガス中の炭化水素HCが吸着部材１９ｂに吸着される。また、排気通路７の中を流れる排気ガスは、外気に触れる排気管側、即ち、排気通路７の外周部近傍の温度が低く、中心部の温度が高い状態となっている。このため、孔部１９ｃから流れ出して第一空間１９ｄに還流する排気ガスは、排気ガスの中でも比較的温度の低い部分であり、吸着部材１９ｂの温度上昇を抑制して、吸着部材１９ｂに一旦吸着された炭化水素HCの吸着部材１９ｂからの脱離を遅らせることができる。
【００３４】
反対に、孔部１９ｃから流れ出して第二空間１９ｅを経て下流側に流れる排気ガスは、排気ガスの中でも比較的温度の高い部分であり、排気浄化触媒２０をより早期に活性化温度まで昇温させるのに都合がよい。さらに、一旦第一空間１９ｄに還流された排気ガスは、孔部１９ｃを通過した後、もう一度第一空間１９ｄ側に還流され得る。即ち、排気ガスは、その一部がHC吸着部１９で循環されることになり、吸着部材１９ｂによる排気ガス中の炭化水素HCの吸着がより確実に行われるようになる。
【００３５】
なお、上述した還流現象は、排気ガスの通過流速などによっては効果的に形成され得ない場合も考えられるが、その場合であっても、吸着部材１９ｂの内部（孔部１９ｃでない部分）を通過するのは、排気ガスの比較的温度の低い部分であるため、吸着部材１９ｂの温度上昇を抑制する効果がある。
【００３６】
本実施形態によれば、排気ガス中の炭化水素HCをより確実に吸着部材１９ｂに吸着させることができると共に、吸着部材１９ｂの温度上昇を抑制して、吸着部材１９ｂからの炭化水素HCの脱離を遅らせることができる。これによって、HC吸着部１９の温度が上昇して炭化水素HCがHC吸着部１９から脱離する頃には、排気浄化触媒２０は活性化温度に達しており、HC吸着部１９から放出された炭化水素HCは排気浄化触媒２０によって浄化される。
【００３７】
次に、請求項４に記載の発明（第二発明）及び請求項４に従属する請求項５〜７に記載の発明についての実施形態（第二及び第三実施形態）について説明する。まず、本発明の第二実施形態について説明する。
【００３８】
本実施形態の排気浄化装置を有するエンジン（内燃機関）の構成は、上述した図１に示すエンジンと同一であるので、ここではその詳しい説明を省略する。以下、同一又は同等の構成に関しては同一の符号を持って説明する。本実施形態の排気浄化装置は、上述した第一実施形態とは未燃燃料吸着機能を有する部分、即ち、HC吸着部１９の構成が異なる。以下、HC吸着部１９について詳しく説明する。HC吸着部１９の拡大断面図を排気浄化触媒２０と共に図３に示す。
【００３９】
図３に示されるように、HC吸着部１９は、排気通路７上に形成された拡径部１９ａとして構築されている。拡径部１９ａは、その上流側及び下流側の排気通路７の双方に対して、内径が拡張された形態を有している。そして、拡径部１９ａの内部には、筒状（ここでは円筒状）の吸着部材（未燃燃料吸着部材）１９ｂが配設されている。吸着部材１９ｂは、排気ガスの流れ方向に多数の微小な貫通孔を有するハニカム状の構造体であるが、その中央部に排気ガスの流れ方向に平行な貫通流路１９ｃが形成されている。
【００４０】
本実施形態においては、貫通流路１９ｃは、吸着部材１９ｂ自体の孔部によって形成されている。貫通流路１９ｃ、即ち、吸着部材１９ｂの孔部の内径は、その下流側に比して上流側が大きくなるように形成されている。ここでは、貫通流路１９ｃの断面は円形である。断面が円形でない場合、内径が小さいとは、断面積が小さいということである。
【００４１】
吸着部材１９ｂは、ハニカム状とされることでその表面積が増やされており、その表面には炭化水素HCを吸着する物質がコーティングされている。また、吸着部材１９ｂの外周は、必ずしも拡径部１９ａの内壁に接触していなくても良いが、内壁に対して近接するようにされ、この隙間を排気ガスが流れないようにしてある。
【００４２】
上述した構造のHC吸着部１９に冷間始動直後の排気ガスが流入した場合の排気ガスの流れと、それに伴う排気ガス中の炭化水素HCの吸着について説明する。
【００４３】
上流側からHC吸着部１９に流れてきた排気ガスは、排気通路７内で排気通路７の内面に近い側が温度が低くなっている。これは、排気通路７を構成する排気管自体が外気によって冷やされるので、この排気管内面に近い排気ガスは冷やされ、排気管断面において中心部に近い部分を流れる排気ガスは、比較的高い温度を維持するからである。
【００４４】
このように温度分布が生じた排気ガスが拡径部１９ａ内に流入すると、排気通路７の断面中心付近を流れる温度の高い排気ガスは、吸着部材１９ｂの中央に位置する貫通流路１９ｃをそのまま通過して下流側に流れ、下流側の排気浄化触媒２０をより早期に昇温させる。一方、排気通路７の断面外周寄りの温度の低い排気ガスは吸着部材１９ｂ自体を通過し、排気ガス中の未燃燃料成分である炭化水素HCが吸着部材１９ｂに吸着される。
【００４５】
このとき、貫通流路１９ｃの内径が下流側に行くにつれて小さくなるので、貫通流路１９ｃ内を流れる温度の高い排気ガスの流速は、下流に行くにつれて速くなる。この結果、温度の高い排気ガスは、吸着部材１９ｂの通過後に慣性力によって下流側の排気浄化触媒２０内に導かれやすくなり、より早期に排気浄化触媒２０を昇温させる。排気浄化触媒２０の温度がある程度昇温されていれば、排気浄化触媒２０によって排気ガスは浄化される。あるいは、温度の高い排気ガス自体の温度によって、排気ガスが浄化される。
【００４６】
一方、温度の低い排気ガスは、上述したように吸着部材１９ｂ本体に流れ込む。そして、排気ガス中の炭化水素HCが吸着部材１９ｂに吸着される。このように、吸着部材１９ｂ本体に流入する排気ガスは比較的低温であるため、吸着部材１９ｂ自体の温度上昇が抑制されることとなる。この結果、吸着部材１９ｂからの炭化水素HCの離脱を抑制することができる。その間、下流側の排気浄化触媒２０は、貫通流路１９ｃを通過した比較的高温の排気ガスによってより早期に昇温される。
【００４７】
さらに、上述したように貫通流路１９ｃ内を通過するガス流速は下流側に行くにつれて速くなることによって、貫通流路１９ｃの下流側出口近傍の排気ガスも貫通流路１９ｃから流出する排気ガスによって吸引されるようにして下流側の排気浄化触媒２０側に流れる。貫通流路１９ｃの下流側出口近傍の排気ガスが下流側に吸引されることに伴って、吸着部材１９ｂ自体の内部を通過して下流側に流れる温度の低い排気ガスの流れが促進される。この結果、吸着部材１９ｂ自体の内部を通過する排気ガス量が増加し、吸着部材１９ｂに吸着される炭化水素HCの量を増加させることができる。吸着部材１９ｂに吸着される炭化水素HCの量を増加させることができるので、排気ガスの浄化性能を向上させることができる。
【００４８】
また、貫通流路１９ｃの内径を上流側から下流側に向けて縮径させることによって、貫通流路１９ｃを通過する排気ガスの温度を低下させくくする（吸着部材１９ｂ自体に熱が吸収されにくくする）ことができ、より早期の下流側の排気浄化触媒２０を昇温させることができる。
【００４９】
本実施形態によれば、排気ガス中のより多くの炭化水素HCをより確実に吸着部材１９ｂに吸着させることができると共に、吸着部材１９ｂの温度上昇を抑制して、吸着部材１９ｂからの炭化水素HCの脱離を遅らせることができる。HC吸着部１９の温度が上昇して炭化水素HCがHC吸着部１９から脱離する頃には、排気浄化触媒２０は活性化温度に達しており、HC吸着部１９から放出された炭化水素HCは排気浄化触媒２０によって浄化され、浄化性能が向上する。
【００５０】
図４に本発明の第三実施形態を示す。本実施形態は、上述した第二実施形態とは、貫通流路１９ｃの形成形態が異なるだけである。このため、上述した第二実施形態と同一又は同等の構成部位については、同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。本実施形態では、貫通流路１９ｃが、吸着部材１９ｂの中央に形成された孔部の内部に配設された筒状部材１９ｇによって形成されている。この筒状部材１９ｇの内径を上流側から下流側にかけて縮径させることで、貫通流路１９ｃの内径を上流側から下流側にかけて小さくしている。なお、吸着部材１９ｂの中央に形成された孔部の内径は一定である。
【００５１】
このようにしても、上述した第二実施形態と全く同様の効果が得られ、非秋浄化性能を向上させることができる。また、本実施形態によれば、温度の高い排気ガスの流れと吸着部材１９ｂとの間に筒状部材１９ｇが介在することになるため、排気ガスの熱による吸着部材１９ｂの昇温がさらに行われにくくなり、吸着した炭化水素HCの早期脱離をより一層抑止することができる。ただし、別部材として筒状部材１９ｇが必要になるということにもなる。従って、第二実施形態及び第三実施形態は、適宜その状況に応じて選択すればよい。
【００５２】
次に、請求項８に記載の発明（第三発明）及び請求項９に記載の発明（第四発明）についての実施形態（第四〜第八実施形態）について説明する。これらの実施形態の排気浄化装置を有するエンジン（内燃機関）の構成は、上述した図１に示すエンジンと同一であるので、ここではその詳しい説明を省略する。以下、同一又は同等の構成に関しては同一の符号を持って説明する。本実施形態の排気浄化装置は、上述した第一〜第三実施形態とは未燃燃料吸着機能を有する部分、即ち、HC吸着部１９の構成が異なるので、各実施形態毎にHC吸着部１９について詳しく説明する。
【００５３】
第四実施形態を図５に示す。本実施形態においては、拡径部１９ａの上流側の流入管７ａの内径Ｄ１が下流側の流出管７ｂの内径Ｄ２よりも大きくされている。なお、内径Ｄ１は、孔部１９ｃの内径にほぼ等しくされている。このようにすることによって、拡径部１９ａへの排気ガスの流入と拡径部１９ａからの排気ガスの流出とを比べた場合、拡径部１９ａからの排気ガスの流出時により大きな抵抗がかかることになる。
【００５４】
この結果、上述した第一実施形態において説明したように、第二空間１９ｅ側の圧力が第一空間１９ｄ側の圧力よりも高くなり、即ち、第一空間１９ｄ側の圧力が第二空間１９ｅ側の圧力よりも低くなる。これによって、上述した逆流（還流）が生じやすくなり、吸着部材１９ｂにより多くの炭化水素HCを吸着させることができる。また、第一実施形態の説明時に述べたように、排気ガスの温度分布を効果的に利用し、吸着部材１９ｂの温度上昇を抑止し、炭化水素HCに離脱を遅らせる効果もある。
【００５５】
なお、本実施形態では、第二空間１９ｅの容積が第一空間１９ｄの容積よりも小さくされており、上述した第一発明としての効果も得られるようになされている。しかし、第一空間１９ｄの容積と第二空間１９ｅの容積とを等しくした場合でも、拡径部１９ａの上流側の流入管７ａの内径Ｄ１を下流側の流出管７ｂの内径Ｄ２よりも大きくすることによって上述した逆流（還流）を生じさせることができ、それによる効果を享受することができる。
【００５６】
また、本実施形態では、さらに、拡径部１９ａの上流側の拡径角度αが下流側の拡径角度βよりも小さくされている。このようにすることによって、拡径部１９ａへの排気ガスの流入と拡径部１９ａからの排気ガスの流出とを比べた場合、拡径部１９ａからの排気ガスの流出時により大きな抵抗がかかることになる。なお、拡径角度とは、拡径部前後の排気管の延長線と拡径部の内面とがなす角度のことを言う。また、拡径部１９ａの下流側は、上流側から下流側に向けて「縮径」されているが、ここでは便宜上「拡径」角度βとして定義する。
【００５７】
このようにすることによっても、第二空間１９ｅ側の圧力を第一空間１９ｄ側の圧力よりも高く、即ち、第一空間１９ｄ側の圧力を第二空間１９ｅ側の圧力よりも低くすることができる。これによって、上述した逆流（還流）が生じやすくなり、吸着部材１９ｂにより多くの炭化水素HCを吸着させることができる。また、排気ガスの温度分布を効果的に利用し、吸着部材１９ｂの温度上昇を抑止し、炭化水素HCに離脱を遅らせる効果も得られる。
【００５８】
なお、上述したように拡径角度α，βを設定すると、第二空間１９ｅの容積を第一空間１９ｄの容積よりも小さくしやすくなり、上述した第一発明としての効果も得られやすくなる。しかし、もし第一空間１９ｄの容積と第二空間１９ｅの容積とを等しくした場合でも、拡径角度αを拡径角度βよりも小さくすることによって上述した逆流（還流）を生じさせることができ、それによる効果を享受することができる。
【００５９】
本実施形態では、内径Ｄ１を内径Ｄ２よりも大きくすることと、拡径角度αを拡径角度βよりも小さくすること（さらに、第一空間１９ｄの容積を第二空間１９ｅの容積よりも大きくすること）とを併用した。しかし、内径Ｄ１を内径Ｄ２よりも大きくすることのみ、あるいは、拡径角度αを拡径角度βよりも小さくすることのみによっても、上述した逆流（還流）を生じさせることによって得られる効果を享受できることは言うまでもない。
【００６０】
次に、第五実施形態を図６に示す。本実施形態は、上述した図５に示す第四実施形態の構成に加えて、拡径部１９ａの上流側の第一空間1９ｄ内に、流入管７ａと吸着部材１９ｂの孔部１９ｃとを連通させる第一筒体１９ｈ及び第二筒体１９ｉを配設させたものである。ここでも、拡径部１９ａの上流側の流入管７ａの内径Ｄ１を下流側の流出管７ｂの内径Ｄ２よりも大きくされているので、第一空間１９ｄ側の圧力を第二空間１９ｅ側の圧力よりも低くすることができ、上述した逆流（還流）を生じさせることによる効果を享受することができる。
【００６１】
さらに、上述した第一筒体１９ｈの下流側端部が縮径されて第二筒体１９ｉの上流側端部に挿入されており、それらの間には隙間が形成されている。このため、流入管７ａからの排気ガスは孔部１９ｃに直接流入するが、この際、上述した隙間から第一空間１９ｄ内の排気ガスを吸い込む。この結果、第一空間１９ｄ内の圧力を第二空間１９ｅよりも低くすることをより一層促進でき、より確実に上述した逆流（還流）を発生させることができる。
【００６２】
この結果、吸着部材１９ｂにより多くの炭化水素HCを吸着させることができる。また、排気ガスの温度分布を効果的に利用して吸着部材１９ｂの温度上昇を抑止し、炭化水素HCに離脱を遅らせるという上述した効果もある。なお、本実施形態では、第二空間１９ｅの容積が第一空間１９ｄの容積よりも小さくされており、上述した第一発明としての効果も得られるようになされているが、第一発明と併用しなくてもよい。
【００６３】
次に、第六実施形態を図７に示す。本実施形態は上述した図５に示す第四実施形態の変形例である。本実施形態は、上述した第四実施形態の特徴、及び、それによって得られる上述した効果を全て享受し得る。本実施形態では、さらに、吸着部材１９ｂを貫通する通風管１９ｊが配設されている。通風管１９ｊは、孔部１９ｃ内ではなく吸着部材１９ｂの本体を貫通するように、等間隔に上流・下流方向に平行に四本配されている。各通風管１９ｊの両端は、拡径部１９ａの外部に位置し、開放されている。
【００６４】
このため、走行風などが各通風管１９ｊの内部を通過する。このとき、内部を通過する気体によって、吸着部材１９ｂの熱が奪われ、吸着部材１９ｂの温度が低下する。この結果、吸着部材１９ｂからの炭化水素HCの離脱が抑止され、排気浄化性能をより一層向上させることができる。
【００６５】
次に、第六実施形態を図７に示す。本実施形態は上述した図５に示す第四実施形態の変形例である。本実施形態は、上述した第四実施形態の特徴、及びそれによって得られる上述した効果を全て享受し得る。本実施形態では、さらに、拡径部１９ａ及び拡径部１９ａ内部の吸着部材１９ｂを貫通する通風管１９ｊが配設されている。通風管１９ｊは、孔部１９ｃ内ではなく吸着部材１９ｂの本体を貫通するように、等間隔に四本配されている。各通風管１９ｊの両端は、拡径部１９ａの外部に位置し、開放されている。
【００６６】
このため、走行風などが各通風管１９ｊの内部を通過する。このとき、内部を通過する気体によって、吸着部材１９ｂの熱が奪われ、吸着部材１９ｂの温度が低下する。この結果、吸着部材１９ｂからの炭化水素HCの離脱が抑止され、排気浄化性能をより一層向上させることができる。
【００６７】
次に、第七実施形態を図８に示す。本実施形態も上述した図５に示す第四実施形態の変形例である。本実施形態は、上述した第四実施形態の特徴、及び、それによって得られる上述した効果を全て享受し得る。本実施形態では、さらに、HC吸着部１９の外側に筒状の導風板１９ｋが配設されている。導風板１９ｋの上流側（排気浄化装置が搭載された車両の前方方向）は拡径されており、走行風が導風板１９ｋ内部を通過しやすくなるようにされている。本実施形態では、導風板１９ｋの下流側も拡径されている。
【００６８】
導風板１９ｋの内部を通過する気体によって、HC吸着部１９、即ち、吸着部材１９ｂの熱が奪われ、吸着部材１９ｂの温度が低下する。この結果、吸着部材１９ｂからの炭化水素HCの離脱が抑止され、排気浄化性能をより一層向上させることができる。さらに、本実施形態では、HC吸着部１９の下流側に配設された排気浄化触媒２０の外周面に保温材２０ｂが貼り付けられている。保温材２０ｂは、導風板１９ｋから排出される気体によって排気浄化触媒２０が冷やされるのを防止している。上述したように、排気浄化触媒２０が冷やされると排気浄化性能が低下してしまうため、排気浄化触媒２０の温度低下を抑止して、排気浄化性能の悪化を抑止する。
【００６９】
次に、第八実施形態を図９に示す。本実施形態も上述した図５に示す第四実施形態の変形例である。本実施形態は、上述した第四実施形態の特徴、及び、それによって得られる上述した効果を全て享受し得る。本実施形態では、さらに、吸着部材１９ｂの形状を変えてある。本実施形態の吸着部材１９ｂは、やはり円筒状の形態を有しているが、その外側面寄りの長さ（上流・下流方向の長さ）が孔部１９ｃ側よりも短くされている。
【００７０】
このようにすると、排気ガスが吸着部材１９ｂ本体を通過する際の通気抵抗は外側面寄りの方が小さくなる。即ち、吸着部材１９ｂ本体の外側面寄りを通過する排気ガス量が増える。上述したように、吸着部材１９ｂは、外側面寄りの部分の方が外部に熱を奪われやすいので、中心部寄りの部分よりも温度が低い。このため、炭化水素HCが離脱し難く、外側面寄りの部分により多くの排気ガスを通過させることで、より多くの炭化水素HCを吸着部材１９ｂに吸着させることができる。
【００７１】
また、上述したように、排気通路７の上流側からHC吸着部１９内に流入する排気ガスには温度分布が存在し、中央部よりの比較的温度の高い排気ガスは直接下流側に流出されて排気浄化触媒２０を早期に暖機させる。これに対して、外周寄りの比較的温度の低い排気ガスは吸着部材１９ｂ本体に直接流入したり、孔部１９ｃを通過後に還流する。このとき、吸着部材１９ｂ本体を通過する排気ガスが比較的温度の低い部分であるとはいえ、吸着部材１９ｂはこの排気ガスで暖められる。吸着部材１９ｂの外側面寄りにより多くの排気ガスを通過させれば、排気ガスの熱が吸着部材１９ｂ（HC吸着部１９）の外部に逃げやすくなり、吸着部材１９ｂの温度上昇を抑止することができる。吸着部材１９ｂの温度上昇を抑止すれば、より多くの炭化水素HCを吸着させることができる。
【００７２】
次に、請求項１０に記載の発明（第五発明）についての実施形態（第九〜第十四実施形態）について説明する。これらの実施形態の排気浄化装置を有するエンジン（内燃機関）の構成も、上述した図１に示すエンジンと同一であるので、ここではその詳しい説明を省略する。以下、同一又は同等の構成に関しては同一の符号を持って説明する。本実施形態の排気浄化装置は、上述した第一〜第八実施形態とは未燃燃料吸着機能を有する部分、即ち、HC吸着部１９の構成が異なるので、各実施形態毎にHC吸着部１９について詳しく説明する。
【００７３】
第九実施形態を図１０に示す。本実施形態においては、吸着部材１９ｂ1が複数（ここでは二つ）に分割されており、これらが上流・下流方向に直列に配置されている。このようにすることによって、二つの吸着部材１９ｂ1の間の空間で排気ガスの流れに乱れを生じさせることができ、より多くの排気ガスが吸着部材１９ｂ1本体内を通過することとなり、炭化水素HCの吸着率を向上させることができる。また、吸着部材１９ｂ1本体内の通過距離が短くなるので、吸着部材１９ｂ1の部分での圧力損失を低減することができるという利点もある。
【００７４】
第十実施形態を図１１に示す。本実施形態におけるHC吸着部１９の構成は上述した図１０に示される第九実施形態のものとほぼ同等の構成を有している。ただし、本実施形態では下流側の吸着部材１９ｂ2の孔部１９ｃの内径が、上流側の吸着部材１９ｂ1の孔部１９ｃの内径よりも小さくされている点が、上述した第九実施形態と異なる。このようにすると、上流の吸着部材１９ｂ1の孔部１９ｃから流出した排気ガス流が下流側の吸着部材１９ｂ2の孔部１９ｃに流入しにくくなり、上述した二つの吸着部材１９ｂ1の間の空間での排気ガス流の乱れをより効果的に発生させることができる。この結果、炭化水素HCの吸着率をより一層向上させることができる。
【００７５】
第十一実施形態を図１２に示す。本実施形態におけるHC吸着部１９の構成も上述した図１０に示される第九実施形態のものとほぼ同等の構成を有している。ただし、本実施形態では下流側の吸着部材１９ｂ2の通気抵抗が、上流側の吸着部材１９ｂ1の通気抵抗よりも大きくされている点が、上述した第九実施形態と異なる。具体的には、下流側の吸着部材１９ｂ2の上流・下流方向に延設された多数のセルの各セルの開口断面積を、上流側の吸着部材１９ｂ1のそれよりも小さくすることによって通気抵抗を増大させている。
【００７６】
このようにすると、上流の吸着部材１９ｂ1から流出した（本体又は孔部１９ｃから流出した）排気ガス流が下流側の吸着部材１９ｂ2の本体に流入しにくくなり、上述した二つの吸着部材１９ｂ1の間の空間での排気ガス流の乱れをより効果的に発生させることができる。この結果、炭化水素HCの吸着率をより一層向上させることができる。なお、本実施形態と第十実施形態とを併用してもよい。
【００７７】
第十二実施形態を図１３に示す。本実施形態は、上述した図１０に示される第九実施形態におけるHC吸着部１９の下流側と排気浄化触媒２０の上流側とを直接接合したものである。このため、第九実施形態における流出管７ｂのような部分は存在しない。このようにしても、上述した二つの吸着部材１９ｂ1の間の空間での排気ガス流に乱れを発生させることになるので、炭化水素HCの吸着率を向上させることができる。また、HC吸着部１９と排気浄化触媒２０との間に、流路面積が絞られる部分が存在しないため圧力損失を低減することができるという利点もある。
【００７８】
第十三実施形態を図１４に示す。本実施形態は、上述した図１３に示される第十二実施形態に対して、中央部に穴があいた隔壁１９ｌを加えたものである。隔壁１９ｌは、HC吸着部１９と排気浄化触媒２０との間に配置されている。本実施形態は、上述した第十二実施形態の特徴及び効果を有している。さらに、隔壁１９ｌを設けると、HC吸着部１９から流出する排気ガスを排気浄化触媒２０のモノリス型コンバータ２０ａの中央部に集中的に流入させることができる。
【００７９】
拡径部１９ａから流出する排気ガスを排気浄化触媒２０のモノリス型コンバータ２０ａの中央部に流入させることによって、排気ガスによる排気浄化触媒２０（モノリス型コンバータ２０ａ）の温度分布を、中央部が高くなるようにすることができる。排気浄化触媒２０の暖機の過程では、全体を均一に徐々に昇温させるよりも、その中央部を一気に昇温させて熱伝導で全体を昇温させた方がより早期に暖機を終了することができる。このため、上述した隔壁１９ｌを設けることによって排気浄化触媒２０を早期に活性化でき、排気浄化性能を向上させることができる。この効果は、HC吸着部１９と排気浄化触媒２０との間に、流路面積が絞られる部分となる流出管７ｂを設けることによっても得られるものである。
【００８０】
最後に、第十四実施形態を図１５に示す。本実施形態におけるHC吸着部１９の構成も上述した図１０に示される第九実施形態のものとほぼ同等の構成を有している。ただし、本実施形態では拡径部１９ａの上流側の流入管７ａ'の内径が下流側の流出管７ｂ'の内径よりも小さくされ、かつ、流出管７ｂ'から流入管７ａ'にかけて還流管１９ｍが配設されている。本実施形態では、このような還流管１９ｍを用いて、HC吸着部１９から流出した排気ガスをHC吸着部１９の上流に還流させて、もう一度HC吸着部１９に流入させる。これにより、吸着部材１９ｂ1での吸着率を向上させることができる。
【００８１】
なお、流入管７ａ'の内径を流出管７ｂ'の内径よりも小さくしたのは、流入管７ａ'部分の圧力を流出管７ｂ'部分の圧力よりも低くし、この圧力差によって還流管１９ｍを介した還流を発生させるためである。また、還流管１９ｍによって還流される排気ガスは排気通路７の外周寄りを通過する比較的温度の低い部分であり、さらに、還流される排気ガスは還流管１９ｍの内部で熱を奪われるため、吸着部材１９ｂ1の昇温を抑止するという効果もある。さらに、この還流管１９ｍは、上述した第一発明、第三発明及び／又は第四発明と併用することもできる。
【００８２】
上述した第九〜第十一及び第十四実施形態は、上述した請求項１に記載の発明（第一発明）、請求項８に記載の発明（第三発明）及び請求項９に記載の発明（第四発明）についての実施形態でもある。即ち、これらの実施形態においては、第一発明、第三発明及び第四発明についての上述した効果を享受し得る。
【発明の効果】
【００８３】
請求項１に記載の発明によれば、排気通路上に形成された拡径部内部の筒状の吸着部材の前後に、第一空間と第一空間よりも容積の小さい第二空間を形成させてあるため、圧力差を生じさせて排気ガスを拡径部内で循環させることができる。これによって、排気ガス中の未燃燃料をより確実に吸着させることができる。また、拡径部の上流側に第一空間を設けることによって、排気ガスの温度を下げて吸着部材により長く未燃燃料を吸着させておくことができる。さらに、吸着部材を筒状とすることなどによって、排気ガスの温度の低い部分を吸着部材に通過させて吸着部材の温度上昇を抑止し、吸着部材により長く未燃燃料を吸着させておくことができる。
【００８４】
請求項２に記載の発明によれば、このような形態のガイド部材を配設することによって、拡径部に流れ込む排気ガスを吸着部材の孔部により確実に案内し、拡径部内での排気ガスの循環をより効果的に発生させることができる。
【００８５】
請求項３に記載の発明は、排気通路の下流側に排気ガスの温度の高い部分を流して、下流側の排気浄化触媒をより早期に活性化温度に昇温させることができる。
【００８６】
請求項４に記載の発明によれば、吸着部材の中央に、上流側から下流側にかけて内径を小さくする貫通流路が配置されるので、温度の高い排気ガスが流速を高められつつ排気浄化触媒に流入される。これによって、排気浄化触媒をより早期に昇温させることができる。また、貫通流路を通過するガスの流速が高められることによって、吸着部材自体を通過する排気ガス量が増加し、より多くの排気ガス中の未燃燃料成分をより確実に吸着することができる。この結果、排気ガスの浄化性能をより一層向上させることができる。
【００８７】
請求項８に記載の発明によれば、未燃燃料吸着部材が筒状の形態を有し、かつ、拡径部の上流側の流入管内径が下流側の流出管内径よりも大きいので、拡径部への排気ガスの流入と拡径部からの排気ガスの流出とを比べた場合、拡径部からの排気ガスの流出時により大きな抵抗がかかることになる。このため、未燃燃料吸着部材の上流側の圧力が下流側の圧力よりも低くなって還流が生じ、未燃燃料吸着部材により多くの炭化水素HCを吸着させることができる。
【００８８】
請求項９に記載の発明によれば、未燃燃料吸着部材が筒状の形態を有し、かつ、拡径部の上流側の拡径角度が下流側の拡径角度よりも小さくされているので、拡径部への排気ガスの流入と拡径部からの排気ガスの流出とを比べた場合、拡径部からの排気ガスの流出時により大きな抵抗がかかることになる。このため、未燃燃料吸着部材の上流側の圧力が下流側の圧力よりも低くなって還流が生じ、未燃燃料吸着部材により多くの炭化水素HCを吸着させることができる。
【００８９】
請求項１０に記載の発明によれば、未燃燃料吸着部材が筒状の形態を有し、かつ、複数に分割されて上流・下流方向に直列にされているので、分割された未燃燃料吸着部材の間の空間で排気ガス流に乱れが生じ、より多くの排気ガスが未燃燃料吸着部材を通過するようにでき、未燃燃料吸着部材により多くの炭化水素HCを吸着させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置を有する内燃機関を示す断面図である。
【図２】第一発明の実施形態（第一実施形態）における、HC吸着部（拡径部）の拡大断面図である。
【図３】第二発明の実施形態（第二実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図４】第二発明の実施形態（第三実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図５】第三及び第四発明の実施形態（第四実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図６】第三及び第四発明の実施形態（第五実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図７】第三及び第四発明の実施形態（第六実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図８】第三及び第四発明の実施形態（第七実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図９】第三及び第四発明の実施形態（第八実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図１０】第五発明の実施形態（第九実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図１１】第五発明の実施形態（第十実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図１２】第五発明の実施形態（第十一実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図１３】第五発明の実施形態（第十二実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図１４】第五発明の実施形態（第十三実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図１５】第五発明の実施形態（第十四実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関）、７…排気通路、７ａ…流入管、７ｂ…流出管、１９…HC吸着部、１９ａ…拡径部１９ａ…吸着部材（未燃燃料吸着部材）、１９ｃ…孔部（貫通流路）、１９ｄ…第一空間、１９ｅ…第二空間、１９ｆ…ガイド部材、１９ｇ…筒状部材、２０…排気浄化触媒。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する際に排気ガス中の未燃燃料分を低温時に吸着して高温時に放出する未燃燃料吸着機能を有する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気ガスは、三元触媒などの排気浄化触媒によって浄化された後に大気に放出される。排気浄化触媒は、ある所定の活性化温度にならないと本来の浄化性能を発揮し得ない。排気ガス中に含まれる成分のうちで浄化されるものの一つとして、完全に燃焼せずに排気ガス中に含まれることとなった未燃燃料分である炭化水素HCがある。特に、冷間始動直後の排気ガスにはこの炭化水素HCが多量に含まれる。
【０００３】
そこで、冷間始動時に排気ガス中の未燃燃料を吸着する吸着部材を排気通路上に配置し、排気浄化触媒がある程度暖まった後に吸着部材から未燃燃料を放出させて排気浄化触媒で浄化するようにした排気浄化装置が実用化されている。このような吸着部材は、一般にHC吸着材と呼ばれている。排気浄化触媒自体に未燃燃料を吸着する物質を担持させ、HC吸着材の機能と排気浄化触媒の機能とを一体化させたものも知られている。HC吸着材としては、特開平7-232084号公報に記載のものなどが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した公報に記載されているHC吸着材もそうであるが、このようなHC吸着材は低温時に未燃燃料を吸着して高温時に未燃燃料を放出するのが一般的な性質である。そこで、排気ガス中の炭化水素HCをより多く吸着し、かつ、排気浄化触媒が活性化温度となるまで、吸着した炭化水素HCをより確実に保持しておくことができるような改善が望まれていた。
【０００５】
従って、本発明の目的は、排気ガスを浄化するに際して、冷間始動後の未燃燃料の吸着を確実に行い、排気ガスの浄化効率を向上させることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路上に配設されて排気ガス中の未燃燃料を吸着・放出する機能を有するもので、排気通路上に形成された拡径部と、拡径部の内部に配置され、低温時に未燃燃料を吸着し、高温時に吸着した未燃燃料を放出する筒状の吸着部材と、拡径部内の吸着部材の上流側に形成された第一空間と、拡径部内の吸着部材の下流側に形成され、第一空間よりも容積の小さい第二空間とを備えていることを特徴としている。
【０００７】
請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の発明において、吸着部材の中央に形成された孔部に対して排気ガスを案内する筒状のガイド部材が吸着部材の上流側に配設されており、ガイド部材の上流側内径が下流側内径よりも大きいことを特徴としている。
【０００８】
請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１又は２に記載の発明において、排気通路上の拡径部の下流側に、排気浄化触媒が配置されていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路上に配設されて排気ガス中の未燃燃料を吸着・放出する機能を有する未燃燃料吸着部材を備えており、未燃燃料吸着部材が、排気通路上に形成された拡径部の内部に配置された筒状の形態を有するもので、未燃燃料吸着部材の中央に位置する貫通流路の内径が、上流側から下流側にかけて徐々に小さくされていることを特徴としている。
【００１０】
請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項４に記載の発明において、貫通流路が未燃燃料吸着部材の中央に形成された孔部によって形成されており、孔部の内径が上流側から下流側にかけて徐々に小さくされていることを特徴としている。
【００１１】
請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項４に記載の発明において、貫通流路が未燃燃料吸着部材の中央に形成された孔部内に配設された筒状部材によって形成されており、筒状部材の内径が上流側から下流側にかけて徐々に小さくされていることを特徴としている。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、、請求項４〜６の何れかに記載の発明において、排気通路上の拡径部の下流側に、排気浄化触媒が配置されていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項８に記載の発明は、内燃機関の排気通路上に配設されて排気ガス中の未燃燃料を吸着・放出する機能を有する未燃燃料吸着部材を備えており、未燃燃料吸着部材が、排気通路上に形成された拡径部の内部に配置された筒状の形態を有するもので、拡径部の上流側の流入管内径が下流側の流出管内径よりも大きいことを特徴としている。
【００１４】
また、請求項９に記載の発明は、内燃機関の排気通路上に配設されて排気ガス中の未燃燃料を吸着・放出する機能を有する未燃燃料吸着部材を備えており、未燃燃料吸着部材が、排気通路上に形成された拡径部の内部に配置された筒状の形態を有するもので、拡径部の上流側の拡径角度が下流側の拡径角度よりも小さいことを特徴としている。
【００１５】
また、請求項１０に記載の発明は、内燃機関の排気通路上に配設されて排気ガス中の未燃燃料を吸着・放出する機能を有する未燃燃料吸着部材を備えており、未燃燃料吸着部材が、排気通路上に形成された拡径部の内部に配置された筒状の形態を有し、拡径部の内部で少なくとも二つに分割されて上流・下流方向に直列に配置されていることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
まず、請求項１に記載の発明（第一発明）及び請求項１に従属する請求項２及び３に記載の発明についての実施形態（第一実施形態）について説明する。本実施形態（第一実施形態）の排気浄化装置を有するエンジン（内燃機関）１を図１に示す。エンジン１は、多気筒エンジンであるが、ここではそのうちの一気筒のみを断面図として示す。エンジン１は、図１に示されるように、点火プラグ２によって各シリンダ３内の混合気に対して点火を行うことによって駆動力を発生する。エンジン１の燃焼に際して、外部から吸入した空気は吸気通路４を通り、インジェクタ５から噴射された燃料と混合され、混合気としてシリンダ３内に吸気される。シリンダ３の内部と吸気通路４との間は、吸気バルブ６によって開閉される。シリンダ３の内部で燃焼された混合気は、排気ガスとして排気通路７に排気される。シリンダ３の内部と排気通路７との間は、排気バルブ８によって開閉される。
【００１７】
吸気通路４上には、シリンダ３内に吸入される吸入空気量を調節するスロットルバルブ９が配設されている。このスロットルバルブ９には、その開度を検出するスロットルポジションセンサ１０が接続されている。また、スロットルバルブ９は、スロットルモータ１１と連結されており、スロットルモータ１１の駆動力によって開閉される。スロットルバルブ９の近傍には、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセルポジションセンサ１２も配設されている。さらに、吸気通路４上には、吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１３も取り付けられている。
【００１８】
エンジン１のクランクシャフト近傍には、クランクシャフトの位置を検出するクランクポジションセンサ１４が取り付けられている。クランクポジションセンサ１４の出力からは、シリンダ３内のピストン１５の位置や、エンジン回転数を求めることもできる。エンジン１には、エンジン１のノッキングを検出するノックセンサ１６や冷却水温を検出する水温センサ１７も取り付けられている。
【００１９】
さらに、排気通路７上には、その上流側に始動時触媒２４が配設されており、さらにこの下流側に未燃燃料である炭化水素HCを吸着するHC吸着部１９が配設されている。始動時触媒２４は、シリンダ３に近い位置にあるので、エンジン１の始動直後に排気ガスによって早期に活性化温度にまで昇温され、より早期に排気ガスの浄化を開始する目的で設置された浄化触媒である。
【００２０】
HC吸着部１９は、始動時触媒２４によって浄化されずに下流側に流れた未燃燃料である炭化水素HCを吸着する。炭化水素HCが始動時触媒２４によって浄化されない場合としては、始動時触媒２４が活性化温度に達していない場合や、達していても、その浄化能力を超えた炭化水素HCがシリンダ３から排出された場合などが考えられる。このHC吸着部１９については、追って詳しく説明する。
【００２１】
HC吸着部１９の下流側には、排気ガスを浄化する排気浄化触媒２０が配設されている。排気浄化触媒２０の内部には、モノリス型コンバータ２０ａが収納されている。コンバータ２０ａは、ハニカム状の断面を持ち、その表面にはプラチナやロジウムなどの触媒金属が担持されている。始動時触媒２４及び排気浄化触媒２０は、三元触媒であり、排気ガス中の炭化水素HC、一酸化炭素CO、窒素酸化物NOxを浄化する。HC吸着部１９と排気浄化触媒２０との間には、排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの排気空燃比を検出する酸素センサ２１（図２以降の図には図示せず）が配設されている。
【００２２】
酸素センサ２１は、排気ガス中の酸素濃度から、排気ガスの排気空燃比がリーン側にあるかリッチ側にあるかを検出するものである。酸素センサ２１は、所定の活性化温度に達しないと有効に機能しないので、早期に活性化温度に昇温されるように供給される電力によって発熱するヒータが内蔵されている。本実施形態においては、これらのHC吸着部１９や三元触媒である排気浄化触媒２０、排気空燃比を検出する酸素センサ２１、酸素センサ２１の検出結果に基づいて燃料噴射量を演算する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１８などで排気浄化装置が構成されている。
【００２３】
これらの点火プラグ２、インジェクタ５、スロットルポジションセンサ１０、スロットルモータ１１、アクセルポジションセンサ１２、エアフロメータ１３、クランクポジションセンサ１４、ノックセンサ１６、水温センサ１７、酸素センサ２１やその他のセンサ類は、エンジン１を総合的に制御するＥＣＵ１８と接続されており、ＥＣＵ１８からの信号に基づいて制御され、あるいは、検出結果をＥＣＵ１８に対して送出している。ＥＣＵ１８には、チャコールキャニスタ２２によって捕集された燃料タンク内での蒸発燃料を吸気通路４上にパージさせるパージコントロールバルブ２３なども接続されている。
【００２４】
上述したHC吸着部１９について詳しく説明する。HC吸着部１９の拡大断面図を図２に示す。
【００２５】
図２に示されるように、HC吸着部１９は、排気通路７上に形成された拡径部１９ａ及びその内部に構築されている。拡径部１９ａは、その上流側及び下流側の排気通路７の双方に対して、内径が拡張された形態を有している。そして、拡径部１９ａの内部には、筒状（ここでは円筒状）の吸着部材１９ｂが配設されている。吸着部材１９ｂは、排気ガスの流れ方向に多数の微小な貫通孔を有するハニカム状の構造体であるが、その中央部に排気ガスの流れ方向に平行な孔部１９ｃが形成されている。孔部１９ｃは上述した微小な貫通孔ではなく、大きな内径を有しており、本実施形態では拡径部１９ａの上流側及び下流側の排気通路７の内径とほぼ等しくされている。
【００２６】
吸着部材１９ｂは、ハニカム状とされることでその表面積が増やされており、その表面には炭化水素HCを吸着する物質がコーティングされている。また、吸着部材１９ｂの外周は、必ずしも拡径部１９ａの内壁に接触していなくても良いが、内壁に対して近接するようにされ、この隙間を排気ガスが流れないようにしてある。
【００２７】
拡径部１９ａの内部において、吸着部材１９ｂの上流側及び下流側の双方には空間が形成されている。ここでは、吸着部材１９ｂの上流側に第一空間１９ｄ、下流側に第二空間１９ｅが形成されている。拡径部１９ａは、この第一空間１９ｄ及び第二空間１９ｅにおいて、その内径を拡大あるいは縮小させている。そして、第一空間１９ｄの容積の方が第二空間１９ｅの容積よりも大きく、言い換えれば、第二空間１９ｅの容積の方が第一空間１９ｄの容積よりも小さくされている。
【００２８】
また、吸着部材１９ｂの上流側には、第一空間１９ｄに突出するようにガイド部材１９ｆが配設されている。ガイド部材１９ｆは、排気通路７から流れてきた排気ガスを吸着部材１９ｂの孔部１９ｃに導く役目を持っている。ガイド部材１９ｆは、円筒状・ファンネル状の形態を有しており、その内径は上流側から下流が向けて縮小されている。そして、下流側の端部内径が孔部１９ｃの内径と等しくされ、吸着部材１９ｂに対して結合されている。なお、本実施形態では、ガイド部材１９ｆを吸着部材１９ｂに結合させたが、必ずしも結合されていなくても良く、ガイド部材１９ｆと吸着部材１９ｂとの間に隙間が形成されても良い。
【００２９】
上述した構造のHC吸着部１９に冷間始動直後の排気ガスが流入した場合の排気ガスの流れと、それに伴う排気ガス中の炭化水素HCの吸着について説明する。
【００３０】
上流側からHC吸着部１９に流れてきた排気ガスは、拡径部１９ａ内の第一空間１９ｄにおいて、その体積を膨張させることができる。排気ガスが膨張することで排気ガスの温度が下がり、排気ガスによって暖められるHC吸着部１９全体（特に吸着部材１９ｂ）の温度が下がる。HC吸着部１９（特に吸着部材１９ｂ）の温度を下がるので、吸着部材１９ｂに一旦吸着された炭化水素HCの吸着部材１９ｂからの脱離を遅らせることができる。
【００３１】
また、拡径部１９ａ内に流れ込んだ排気ガスは、体積を膨張させつつ、ガイド部材１９ｆによって案内されて、その大部分が吸着部材１９ｂの孔部１９ｃに流れ込む。そして、第二空間１９ｅに達して下流側の排気通路７に流れる際に、排気ガスは今度はその体積を縮小させる。ここで、第一空間１９ｄと第二空間１９ｅとの間に気圧差が生じ、第一空間１９ｄの圧力が第二空間１９ｅの圧力よりも低くなる。
【００３２】
この気圧差によって孔部１９ｃから流れ出た直後の排気ガスの一部が、吸着部材１９ｂの内部（孔部１９ｃでない部分）を通過しつつ逆流して第一空間１９ｄに還流する。第一空間１９ｄに還流しない排気ガスは、下流側の排気通路７に流れる。即ち、拡径部１９ａの内部に第一空間１９ｄと第二空間１９ｅとを設け、その容積を変えることによって、このような還流を形成させることができる。
【００３３】
排気ガスが第一空間１９ｄに還流する際に、排気ガス中の炭化水素HCが吸着部材１９ｂに吸着される。また、排気通路７の中を流れる排気ガスは、外気に触れる排気管側、即ち、排気通路７の外周部近傍の温度が低く、中心部の温度が高い状態となっている。このため、孔部１９ｃから流れ出して第一空間１９ｄに還流する排気ガスは、排気ガスの中でも比較的温度の低い部分であり、吸着部材１９ｂの温度上昇を抑制して、吸着部材１９ｂに一旦吸着された炭化水素HCの吸着部材１９ｂからの脱離を遅らせることができる。
【００３４】
反対に、孔部１９ｃから流れ出して第二空間１９ｅを経て下流側に流れる排気ガスは、排気ガスの中でも比較的温度の高い部分であり、排気浄化触媒２０をより早期に活性化温度まで昇温させるのに都合がよい。さらに、一旦第一空間１９ｄに還流された排気ガスは、孔部１９ｃを通過した後、もう一度第一空間１９ｄ側に還流され得る。即ち、排気ガスは、その一部がHC吸着部１９で循環されることになり、吸着部材１９ｂによる排気ガス中の炭化水素HCの吸着がより確実に行われるようになる。
【００３５】
なお、上述した還流現象は、排気ガスの通過流速などによっては効果的に形成され得ない場合も考えられるが、その場合であっても、吸着部材１９ｂの内部（孔部１９ｃでない部分）を通過するのは、排気ガスの比較的温度の低い部分であるため、吸着部材１９ｂの温度上昇を抑制する効果がある。
【００３６】
本実施形態によれば、排気ガス中の炭化水素HCをより確実に吸着部材１９ｂに吸着させることができると共に、吸着部材１９ｂの温度上昇を抑制して、吸着部材１９ｂからの炭化水素HCの脱離を遅らせることができる。これによって、HC吸着部１９の温度が上昇して炭化水素HCがHC吸着部１９から脱離する頃には、排気浄化触媒２０は活性化温度に達しており、HC吸着部１９から放出された炭化水素HCは排気浄化触媒２０によって浄化される。
【００３７】
次に、請求項４に記載の発明（第二発明）及び請求項４に従属する請求項５〜７に記載の発明についての実施形態（第二及び第三実施形態）について説明する。まず、本発明の第二実施形態について説明する。
【００３８】
本実施形態の排気浄化装置を有するエンジン（内燃機関）の構成は、上述した図１に示すエンジンと同一であるので、ここではその詳しい説明を省略する。以下、同一又は同等の構成に関しては同一の符号を持って説明する。本実施形態の排気浄化装置は、上述した第一実施形態とは未燃燃料吸着機能を有する部分、即ち、HC吸着部１９の構成が異なる。以下、HC吸着部１９について詳しく説明する。HC吸着部１９の拡大断面図を排気浄化触媒２０と共に図３に示す。
【００３９】
図３に示されるように、HC吸着部１９は、排気通路７上に形成された拡径部１９ａとして構築されている。拡径部１９ａは、その上流側及び下流側の排気通路７の双方に対して、内径が拡張された形態を有している。そして、拡径部１９ａの内部には、筒状（ここでは円筒状）の吸着部材（未燃燃料吸着部材）１９ｂが配設されている。吸着部材１９ｂは、排気ガスの流れ方向に多数の微小な貫通孔を有するハニカム状の構造体であるが、その中央部に排気ガスの流れ方向に平行な貫通流路１９ｃが形成されている。
【００４０】
本実施形態においては、貫通流路１９ｃは、吸着部材１９ｂ自体の孔部によって形成されている。貫通流路１９ｃ、即ち、吸着部材１９ｂの孔部の内径は、その下流側に比して上流側が大きくなるように形成されている。ここでは、貫通流路１９ｃの断面は円形である。断面が円形でない場合、内径が小さいとは、断面積が小さいということである。
【００４１】
吸着部材１９ｂは、ハニカム状とされることでその表面積が増やされており、その表面には炭化水素HCを吸着する物質がコーティングされている。また、吸着部材１９ｂの外周は、必ずしも拡径部１９ａの内壁に接触していなくても良いが、内壁に対して近接するようにされ、この隙間を排気ガスが流れないようにしてある。
【００４２】
上述した構造のHC吸着部１９に冷間始動直後の排気ガスが流入した場合の排気ガスの流れと、それに伴う排気ガス中の炭化水素HCの吸着について説明する。
【００４３】
上流側からHC吸着部１９に流れてきた排気ガスは、排気通路７内で排気通路７の内面に近い側が温度が低くなっている。これは、排気通路７を構成する排気管自体が外気によって冷やされるので、この排気管内面に近い排気ガスは冷やされ、排気管断面において中心部に近い部分を流れる排気ガスは、比較的高い温度を維持するからである。
【００４４】
このように温度分布が生じた排気ガスが拡径部１９ａ内に流入すると、排気通路７の断面中心付近を流れる温度の高い排気ガスは、吸着部材１９ｂの中央に位置する貫通流路１９ｃをそのまま通過して下流側に流れ、下流側の排気浄化触媒２０をより早期に昇温させる。一方、排気通路７の断面外周寄りの温度の低い排気ガスは吸着部材１９ｂ自体を通過し、排気ガス中の未燃燃料成分である炭化水素HCが吸着部材１９ｂに吸着される。
【００４５】
このとき、貫通流路１９ｃの内径が下流側に行くにつれて小さくなるので、貫通流路１９ｃ内を流れる温度の高い排気ガスの流速は、下流に行くにつれて速くなる。この結果、温度の高い排気ガスは、吸着部材１９ｂの通過後に慣性力によって下流側の排気浄化触媒２０内に導かれやすくなり、より早期に排気浄化触媒２０を昇温させる。排気浄化触媒２０の温度がある程度昇温されていれば、排気浄化触媒２０によって排気ガスは浄化される。あるいは、温度の高い排気ガス自体の温度によって、排気ガスが浄化される。
【００４６】
一方、温度の低い排気ガスは、上述したように吸着部材１９ｂ本体に流れ込む。そして、排気ガス中の炭化水素HCが吸着部材１９ｂに吸着される。このように、吸着部材１９ｂ本体に流入する排気ガスは比較的低温であるため、吸着部材１９ｂ自体の温度上昇が抑制されることとなる。この結果、吸着部材１９ｂからの炭化水素HCの離脱を抑制することができる。その間、下流側の排気浄化触媒２０は、貫通流路１９ｃを通過した比較的高温の排気ガスによってより早期に昇温される。
【００４７】
さらに、上述したように貫通流路１９ｃ内を通過するガス流速は下流側に行くにつれて速くなることによって、貫通流路１９ｃの下流側出口近傍の排気ガスも貫通流路１９ｃから流出する排気ガスによって吸引されるようにして下流側の排気浄化触媒２０側に流れる。貫通流路１９ｃの下流側出口近傍の排気ガスが下流側に吸引されることに伴って、吸着部材１９ｂ自体の内部を通過して下流側に流れる温度の低い排気ガスの流れが促進される。この結果、吸着部材１９ｂ自体の内部を通過する排気ガス量が増加し、吸着部材１９ｂに吸着される炭化水素HCの量を増加させることができる。吸着部材１９ｂに吸着される炭化水素HCの量を増加させることができるので、排気ガスの浄化性能を向上させることができる。
【００４８】
また、貫通流路１９ｃの内径を上流側から下流側に向けて縮径させることによって、貫通流路１９ｃを通過する排気ガスの温度を低下させくくする（吸着部材１９ｂ自体に熱が吸収されにくくする）ことができ、より早期の下流側の排気浄化触媒２０を昇温させることができる。
【００４９】
本実施形態によれば、排気ガス中のより多くの炭化水素HCをより確実に吸着部材１９ｂに吸着させることができると共に、吸着部材１９ｂの温度上昇を抑制して、吸着部材１９ｂからの炭化水素HCの脱離を遅らせることができる。HC吸着部１９の温度が上昇して炭化水素HCがHC吸着部１９から脱離する頃には、排気浄化触媒２０は活性化温度に達しており、HC吸着部１９から放出された炭化水素HCは排気浄化触媒２０によって浄化され、浄化性能が向上する。
【００５０】
図４に本発明の第三実施形態を示す。本実施形態は、上述した第二実施形態とは、貫通流路１９ｃの形成形態が異なるだけである。このため、上述した第二実施形態と同一又は同等の構成部位については、同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。本実施形態では、貫通流路１９ｃが、吸着部材１９ｂの中央に形成された孔部の内部に配設された筒状部材１９ｇによって形成されている。この筒状部材１９ｇの内径を上流側から下流側にかけて縮径させることで、貫通流路１９ｃの内径を上流側から下流側にかけて小さくしている。なお、吸着部材１９ｂの中央に形成された孔部の内径は一定である。
【００５１】
このようにしても、上述した第二実施形態と全く同様の効果が得られ、非秋浄化性能を向上させることができる。また、本実施形態によれば、温度の高い排気ガスの流れと吸着部材１９ｂとの間に筒状部材１９ｇが介在することになるため、排気ガスの熱による吸着部材１９ｂの昇温がさらに行われにくくなり、吸着した炭化水素HCの早期脱離をより一層抑止することができる。ただし、別部材として筒状部材１９ｇが必要になるということにもなる。従って、第二実施形態及び第三実施形態は、適宜その状況に応じて選択すればよい。
【００５２】
次に、請求項８に記載の発明（第三発明）及び請求項９に記載の発明（第四発明）についての実施形態（第四〜第八実施形態）について説明する。これらの実施形態の排気浄化装置を有するエンジン（内燃機関）の構成は、上述した図１に示すエンジンと同一であるので、ここではその詳しい説明を省略する。以下、同一又は同等の構成に関しては同一の符号を持って説明する。本実施形態の排気浄化装置は、上述した第一〜第三実施形態とは未燃燃料吸着機能を有する部分、即ち、HC吸着部１９の構成が異なるので、各実施形態毎にHC吸着部１９について詳しく説明する。
【００５３】
第四実施形態を図５に示す。本実施形態においては、拡径部１９ａの上流側の流入管７ａの内径Ｄ１が下流側の流出管７ｂの内径Ｄ２よりも大きくされている。なお、内径Ｄ１は、孔部１９ｃの内径にほぼ等しくされている。このようにすることによって、拡径部１９ａへの排気ガスの流入と拡径部１９ａからの排気ガスの流出とを比べた場合、拡径部１９ａからの排気ガスの流出時により大きな抵抗がかかることになる。
【００５４】
この結果、上述した第一実施形態において説明したように、第二空間１９ｅ側の圧力が第一空間１９ｄ側の圧力よりも高くなり、即ち、第一空間１９ｄ側の圧力が第二空間１９ｅ側の圧力よりも低くなる。これによって、上述した逆流（還流）が生じやすくなり、吸着部材１９ｂにより多くの炭化水素HCを吸着させることができる。また、第一実施形態の説明時に述べたように、排気ガスの温度分布を効果的に利用し、吸着部材１９ｂの温度上昇を抑止し、炭化水素HCに離脱を遅らせる効果もある。
【００５５】
なお、本実施形態では、第二空間１９ｅの容積が第一空間１９ｄの容積よりも小さくされており、上述した第一発明としての効果も得られるようになされている。しかし、第一空間１９ｄの容積と第二空間１９ｅの容積とを等しくした場合でも、拡径部１９ａの上流側の流入管７ａの内径Ｄ１を下流側の流出管７ｂの内径Ｄ２よりも大きくすることによって上述した逆流（還流）を生じさせることができ、それによる効果を享受することができる。
【００５６】
また、本実施形態では、さらに、拡径部１９ａの上流側の拡径角度αが下流側の拡径角度βよりも小さくされている。このようにすることによって、拡径部１９ａへの排気ガスの流入と拡径部１９ａからの排気ガスの流出とを比べた場合、拡径部１９ａからの排気ガスの流出時により大きな抵抗がかかることになる。なお、拡径角度とは、拡径部前後の排気管の延長線と拡径部の内面とがなす角度のことを言う。また、拡径部１９ａの下流側は、上流側から下流側に向けて「縮径」されているが、ここでは便宜上「拡径」角度βとして定義する。
【００５７】
このようにすることによっても、第二空間１９ｅ側の圧力を第一空間１９ｄ側の圧力よりも高く、即ち、第一空間１９ｄ側の圧力を第二空間１９ｅ側の圧力よりも低くすることができる。これによって、上述した逆流（還流）が生じやすくなり、吸着部材１９ｂにより多くの炭化水素HCを吸着させることができる。また、排気ガスの温度分布を効果的に利用し、吸着部材１９ｂの温度上昇を抑止し、炭化水素HCに離脱を遅らせる効果も得られる。
【００５８】
なお、上述したように拡径角度α，βを設定すると、第二空間１９ｅの容積を第一空間１９ｄの容積よりも小さくしやすくなり、上述した第一発明としての効果も得られやすくなる。しかし、もし第一空間１９ｄの容積と第二空間１９ｅの容積とを等しくした場合でも、拡径角度αを拡径角度βよりも小さくすることによって上述した逆流（還流）を生じさせることができ、それによる効果を享受することができる。
【００５９】
本実施形態では、内径Ｄ１を内径Ｄ２よりも大きくすることと、拡径角度αを拡径角度βよりも小さくすること（さらに、第一空間１９ｄの容積を第二空間１９ｅの容積よりも大きくすること）とを併用した。しかし、内径Ｄ１を内径Ｄ２よりも大きくすることのみ、あるいは、拡径角度αを拡径角度βよりも小さくすることのみによっても、上述した逆流（還流）を生じさせることによって得られる効果を享受できることは言うまでもない。
【００６０】
次に、第五実施形態を図６に示す。本実施形態は、上述した図５に示す第四実施形態の構成に加えて、拡径部１９ａの上流側の第一空間1９ｄ内に、流入管７ａと吸着部材１９ｂの孔部１９ｃとを連通させる第一筒体１９ｈ及び第二筒体１９ｉを配設させたものである。ここでも、拡径部１９ａの上流側の流入管７ａの内径Ｄ１を下流側の流出管７ｂの内径Ｄ２よりも大きくされているので、第一空間１９ｄ側の圧力を第二空間１９ｅ側の圧力よりも低くすることができ、上述した逆流（還流）を生じさせることによる効果を享受することができる。
【００６１】
さらに、上述した第一筒体１９ｈの下流側端部が縮径されて第二筒体１９ｉの上流側端部に挿入されており、それらの間には隙間が形成されている。このため、流入管７ａからの排気ガスは孔部１９ｃに直接流入するが、この際、上述した隙間から第一空間１９ｄ内の排気ガスを吸い込む。この結果、第一空間１９ｄ内の圧力を第二空間１９ｅよりも低くすることをより一層促進でき、より確実に上述した逆流（還流）を発生させることができる。
【００６２】
この結果、吸着部材１９ｂにより多くの炭化水素HCを吸着させることができる。また、排気ガスの温度分布を効果的に利用して吸着部材１９ｂの温度上昇を抑止し、炭化水素HCに離脱を遅らせるという上述した効果もある。なお、本実施形態では、第二空間１９ｅの容積が第一空間１９ｄの容積よりも小さくされており、上述した第一発明としての効果も得られるようになされているが、第一発明と併用しなくてもよい。
【００６３】
次に、第六実施形態を図７に示す。本実施形態は上述した図５に示す第四実施形態の変形例である。本実施形態は、上述した第四実施形態の特徴、及び、それによって得られる上述した効果を全て享受し得る。本実施形態では、さらに、吸着部材１９ｂを貫通する通風管１９ｊが配設されている。通風管１９ｊは、孔部１９ｃ内ではなく吸着部材１９ｂの本体を貫通するように、等間隔に上流・下流方向に平行に四本配されている。各通風管１９ｊの両端は、拡径部１９ａの外部に位置し、開放されている。
【００６４】
このため、走行風などが各通風管１９ｊの内部を通過する。このとき、内部を通過する気体によって、吸着部材１９ｂの熱が奪われ、吸着部材１９ｂの温度が低下する。この結果、吸着部材１９ｂからの炭化水素HCの離脱が抑止され、排気浄化性能をより一層向上させることができる。
【００６５】
次に、第六実施形態を図７に示す。本実施形態は上述した図５に示す第四実施形態の変形例である。本実施形態は、上述した第四実施形態の特徴、及びそれによって得られる上述した効果を全て享受し得る。本実施形態では、さらに、拡径部１９ａ及び拡径部１９ａ内部の吸着部材１９ｂを貫通する通風管１９ｊが配設されている。通風管１９ｊは、孔部１９ｃ内ではなく吸着部材１９ｂの本体を貫通するように、等間隔に四本配されている。各通風管１９ｊの両端は、拡径部１９ａの外部に位置し、開放されている。
【００６６】
このため、走行風などが各通風管１９ｊの内部を通過する。このとき、内部を通過する気体によって、吸着部材１９ｂの熱が奪われ、吸着部材１９ｂの温度が低下する。この結果、吸着部材１９ｂからの炭化水素HCの離脱が抑止され、排気浄化性能をより一層向上させることができる。
【００６７】
次に、第七実施形態を図８に示す。本実施形態も上述した図５に示す第四実施形態の変形例である。本実施形態は、上述した第四実施形態の特徴、及び、それによって得られる上述した効果を全て享受し得る。本実施形態では、さらに、HC吸着部１９の外側に筒状の導風板１９ｋが配設されている。導風板１９ｋの上流側（排気浄化装置が搭載された車両の前方方向）は拡径されており、走行風が導風板１９ｋ内部を通過しやすくなるようにされている。本実施形態では、導風板１９ｋの下流側も拡径されている。
【００６８】
導風板１９ｋの内部を通過する気体によって、HC吸着部１９、即ち、吸着部材１９ｂの熱が奪われ、吸着部材１９ｂの温度が低下する。この結果、吸着部材１９ｂからの炭化水素HCの離脱が抑止され、排気浄化性能をより一層向上させることができる。さらに、本実施形態では、HC吸着部１９の下流側に配設された排気浄化触媒２０の外周面に保温材２０ｂが貼り付けられている。保温材２０ｂは、導風板１９ｋから排出される気体によって排気浄化触媒２０が冷やされるのを防止している。上述したように、排気浄化触媒２０が冷やされると排気浄化性能が低下してしまうため、排気浄化触媒２０の温度低下を抑止して、排気浄化性能の悪化を抑止する。
【００６９】
次に、第八実施形態を図９に示す。本実施形態も上述した図５に示す第四実施形態の変形例である。本実施形態は、上述した第四実施形態の特徴、及び、それによって得られる上述した効果を全て享受し得る。本実施形態では、さらに、吸着部材１９ｂの形状を変えてある。本実施形態の吸着部材１９ｂは、やはり円筒状の形態を有しているが、その外側面寄りの長さ（上流・下流方向の長さ）が孔部１９ｃ側よりも短くされている。
【００７０】
このようにすると、排気ガスが吸着部材１９ｂ本体を通過する際の通気抵抗は外側面寄りの方が小さくなる。即ち、吸着部材１９ｂ本体の外側面寄りを通過する排気ガス量が増える。上述したように、吸着部材１９ｂは、外側面寄りの部分の方が外部に熱を奪われやすいので、中心部寄りの部分よりも温度が低い。このため、炭化水素HCが離脱し難く、外側面寄りの部分により多くの排気ガスを通過させることで、より多くの炭化水素HCを吸着部材１９ｂに吸着させることができる。
【００７１】
また、上述したように、排気通路７の上流側からHC吸着部１９内に流入する排気ガスには温度分布が存在し、中央部よりの比較的温度の高い排気ガスは直接下流側に流出されて排気浄化触媒２０を早期に暖機させる。これに対して、外周寄りの比較的温度の低い排気ガスは吸着部材１９ｂ本体に直接流入したり、孔部１９ｃを通過後に還流する。このとき、吸着部材１９ｂ本体を通過する排気ガスが比較的温度の低い部分であるとはいえ、吸着部材１９ｂはこの排気ガスで暖められる。吸着部材１９ｂの外側面寄りにより多くの排気ガスを通過させれば、排気ガスの熱が吸着部材１９ｂ（HC吸着部１９）の外部に逃げやすくなり、吸着部材１９ｂの温度上昇を抑止することができる。吸着部材１９ｂの温度上昇を抑止すれば、より多くの炭化水素HCを吸着させることができる。
【００７２】
次に、請求項１０に記載の発明（第五発明）についての実施形態（第九〜第十四実施形態）について説明する。これらの実施形態の排気浄化装置を有するエンジン（内燃機関）の構成も、上述した図１に示すエンジンと同一であるので、ここではその詳しい説明を省略する。以下、同一又は同等の構成に関しては同一の符号を持って説明する。本実施形態の排気浄化装置は、上述した第一〜第八実施形態とは未燃燃料吸着機能を有する部分、即ち、HC吸着部１９の構成が異なるので、各実施形態毎にHC吸着部１９について詳しく説明する。
【００７３】
第九実施形態を図１０に示す。本実施形態においては、吸着部材１９ｂ1が複数（ここでは二つ）に分割されており、これらが上流・下流方向に直列に配置されている。このようにすることによって、二つの吸着部材１９ｂ1の間の空間で排気ガスの流れに乱れを生じさせることができ、より多くの排気ガスが吸着部材１９ｂ1本体内を通過することとなり、炭化水素HCの吸着率を向上させることができる。また、吸着部材１９ｂ1本体内の通過距離が短くなるので、吸着部材１９ｂ1の部分での圧力損失を低減することができるという利点もある。
【００７４】
第十実施形態を図１１に示す。本実施形態におけるHC吸着部１９の構成は上述した図１０に示される第九実施形態のものとほぼ同等の構成を有している。ただし、本実施形態では下流側の吸着部材１９ｂ2の孔部１９ｃの内径が、上流側の吸着部材１９ｂ1の孔部１９ｃの内径よりも小さくされている点が、上述した第九実施形態と異なる。このようにすると、上流の吸着部材１９ｂ1の孔部１９ｃから流出した排気ガス流が下流側の吸着部材１９ｂ2の孔部１９ｃに流入しにくくなり、上述した二つの吸着部材１９ｂ1の間の空間での排気ガス流の乱れをより効果的に発生させることができる。この結果、炭化水素HCの吸着率をより一層向上させることができる。
【００７５】
第十一実施形態を図１２に示す。本実施形態におけるHC吸着部１９の構成も上述した図１０に示される第九実施形態のものとほぼ同等の構成を有している。ただし、本実施形態では下流側の吸着部材１９ｂ2の通気抵抗が、上流側の吸着部材１９ｂ1の通気抵抗よりも大きくされている点が、上述した第九実施形態と異なる。具体的には、下流側の吸着部材１９ｂ2の上流・下流方向に延設された多数のセルの各セルの開口断面積を、上流側の吸着部材１９ｂ1のそれよりも小さくすることによって通気抵抗を増大させている。
【００７６】
このようにすると、上流の吸着部材１９ｂ1から流出した（本体又は孔部１９ｃから流出した）排気ガス流が下流側の吸着部材１９ｂ2の本体に流入しにくくなり、上述した二つの吸着部材１９ｂ1の間の空間での排気ガス流の乱れをより効果的に発生させることができる。この結果、炭化水素HCの吸着率をより一層向上させることができる。なお、本実施形態と第十実施形態とを併用してもよい。
【００７７】
第十二実施形態を図１３に示す。本実施形態は、上述した図１０に示される第九実施形態におけるHC吸着部１９の下流側と排気浄化触媒２０の上流側とを直接接合したものである。このため、第九実施形態における流出管７ｂのような部分は存在しない。このようにしても、上述した二つの吸着部材１９ｂ1の間の空間での排気ガス流に乱れを発生させることになるので、炭化水素HCの吸着率を向上させることができる。また、HC吸着部１９と排気浄化触媒２０との間に、流路面積が絞られる部分が存在しないため圧力損失を低減することができるという利点もある。
【００７８】
第十三実施形態を図１４に示す。本実施形態は、上述した図１３に示される第十二実施形態に対して、中央部に穴があいた隔壁１９ｌを加えたものである。隔壁１９ｌは、HC吸着部１９と排気浄化触媒２０との間に配置されている。本実施形態は、上述した第十二実施形態の特徴及び効果を有している。さらに、隔壁１９ｌを設けると、HC吸着部１９から流出する排気ガスを排気浄化触媒２０のモノリス型コンバータ２０ａの中央部に集中的に流入させることができる。
【００７９】
拡径部１９ａから流出する排気ガスを排気浄化触媒２０のモノリス型コンバータ２０ａの中央部に流入させることによって、排気ガスによる排気浄化触媒２０（モノリス型コンバータ２０ａ）の温度分布を、中央部が高くなるようにすることができる。排気浄化触媒２０の暖機の過程では、全体を均一に徐々に昇温させるよりも、その中央部を一気に昇温させて熱伝導で全体を昇温させた方がより早期に暖機を終了することができる。このため、上述した隔壁１９ｌを設けることによって排気浄化触媒２０を早期に活性化でき、排気浄化性能を向上させることができる。この効果は、HC吸着部１９と排気浄化触媒２０との間に、流路面積が絞られる部分となる流出管７ｂを設けることによっても得られるものである。
【００８０】
最後に、第十四実施形態を図１５に示す。本実施形態におけるHC吸着部１９の構成も上述した図１０に示される第九実施形態のものとほぼ同等の構成を有している。ただし、本実施形態では拡径部１９ａの上流側の流入管７ａ'の内径が下流側の流出管７ｂ'の内径よりも小さくされ、かつ、流出管７ｂ'から流入管７ａ'にかけて還流管１９ｍが配設されている。本実施形態では、このような還流管１９ｍを用いて、HC吸着部１９から流出した排気ガスをHC吸着部１９の上流に還流させて、もう一度HC吸着部１９に流入させる。これにより、吸着部材１９ｂ1での吸着率を向上させることができる。
【００８１】
なお、流入管７ａ'の内径を流出管７ｂ'の内径よりも小さくしたのは、流入管７ａ'部分の圧力を流出管７ｂ'部分の圧力よりも低くし、この圧力差によって還流管１９ｍを介した還流を発生させるためである。また、還流管１９ｍによって還流される排気ガスは排気通路７の外周寄りを通過する比較的温度の低い部分であり、さらに、還流される排気ガスは還流管１９ｍの内部で熱を奪われるため、吸着部材１９ｂ1の昇温を抑止するという効果もある。さらに、この還流管１９ｍは、上述した第一発明、第三発明及び／又は第四発明と併用することもできる。
【００８２】
上述した第九〜第十一及び第十四実施形態は、上述した請求項１に記載の発明（第一発明）、請求項８に記載の発明（第三発明）及び請求項９に記載の発明（第四発明）についての実施形態でもある。即ち、これらの実施形態においては、第一発明、第三発明及び第四発明についての上述した効果を享受し得る。
【発明の効果】
【００８３】
請求項１に記載の発明によれば、排気通路上に形成された拡径部内部の筒状の吸着部材の前後に、第一空間と第一空間よりも容積の小さい第二空間を形成させてあるため、圧力差を生じさせて排気ガスを拡径部内で循環させることができる。これによって、排気ガス中の未燃燃料をより確実に吸着させることができる。また、拡径部の上流側に第一空間を設けることによって、排気ガスの温度を下げて吸着部材により長く未燃燃料を吸着させておくことができる。さらに、吸着部材を筒状とすることなどによって、排気ガスの温度の低い部分を吸着部材に通過させて吸着部材の温度上昇を抑止し、吸着部材により長く未燃燃料を吸着させておくことができる。
【００８４】
請求項２に記載の発明によれば、このような形態のガイド部材を配設することによって、拡径部に流れ込む排気ガスを吸着部材の孔部により確実に案内し、拡径部内での排気ガスの循環をより効果的に発生させることができる。
【００８５】
請求項３に記載の発明は、排気通路の下流側に排気ガスの温度の高い部分を流して、下流側の排気浄化触媒をより早期に活性化温度に昇温させることができる。
【００８６】
請求項４に記載の発明によれば、吸着部材の中央に、上流側から下流側にかけて内径を小さくする貫通流路が配置されるので、温度の高い排気ガスが流速を高められつつ排気浄化触媒に流入される。これによって、排気浄化触媒をより早期に昇温させることができる。また、貫通流路を通過するガスの流速が高められることによって、吸着部材自体を通過する排気ガス量が増加し、より多くの排気ガス中の未燃燃料成分をより確実に吸着することができる。この結果、排気ガスの浄化性能をより一層向上させることができる。
【００８７】
請求項８に記載の発明によれば、未燃燃料吸着部材が筒状の形態を有し、かつ、拡径部の上流側の流入管内径が下流側の流出管内径よりも大きいので、拡径部への排気ガスの流入と拡径部からの排気ガスの流出とを比べた場合、拡径部からの排気ガスの流出時により大きな抵抗がかかることになる。このため、未燃燃料吸着部材の上流側の圧力が下流側の圧力よりも低くなって還流が生じ、未燃燃料吸着部材により多くの炭化水素HCを吸着させることができる。
【００８８】
請求項９に記載の発明によれば、未燃燃料吸着部材が筒状の形態を有し、かつ、拡径部の上流側の拡径角度が下流側の拡径角度よりも小さくされているので、拡径部への排気ガスの流入と拡径部からの排気ガスの流出とを比べた場合、拡径部からの排気ガスの流出時により大きな抵抗がかかることになる。このため、未燃燃料吸着部材の上流側の圧力が下流側の圧力よりも低くなって還流が生じ、未燃燃料吸着部材により多くの炭化水素HCを吸着させることができる。
【００８９】
請求項１０に記載の発明によれば、未燃燃料吸着部材が筒状の形態を有し、かつ、複数に分割されて上流・下流方向に直列にされているので、分割された未燃燃料吸着部材の間の空間で排気ガス流に乱れが生じ、より多くの排気ガスが未燃燃料吸着部材を通過するようにでき、未燃燃料吸着部材により多くの炭化水素HCを吸着させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置を有する内燃機関を示す断面図である。
【図２】第一発明の実施形態（第一実施形態）における、HC吸着部（拡径部）の拡大断面図である。
【図３】第二発明の実施形態（第二実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図４】第二発明の実施形態（第三実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図５】第三及び第四発明の実施形態（第四実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図６】第三及び第四発明の実施形態（第五実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図７】第三及び第四発明の実施形態（第六実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図８】第三及び第四発明の実施形態（第七実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図９】第三及び第四発明の実施形態（第八実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図１０】第五発明の実施形態（第九実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図１１】第五発明の実施形態（第十実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図１２】第五発明の実施形態（第十一実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図１３】第五発明の実施形態（第十二実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図１４】第五発明の実施形態（第十三実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【図１５】第五発明の実施形態（第十四実施形態）における、HC吸着部及び排気浄化触媒の拡大断面図である。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関）、７…排気通路、７ａ…流入管、７ｂ…流出管、１９…HC吸着部、１９ａ…拡径部１９ａ…吸着部材（未燃燃料吸着部材）、１９ｃ…孔部（貫通流路）、１９ｄ…第一空間、１９ｅ…第二空間、１９ｆ…ガイド部材、１９ｇ…筒状部材、２０…排気浄化触媒。
Claims (6)
- 内燃機関の排気通路上に配設されて排気ガス中の未燃燃料を吸着・放出する機能を有する内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気通路上に形成された拡径部と、
前記拡径部の内部に配置され、低温時に未燃燃料を吸着し、高温時に吸着した未燃燃料を放出する筒状の吸着部材と、
前記拡径部内の前記吸着部材の上流側に形成された第一空間と、
前記拡径部内の前記吸着部材の下流側に形成され、前記第一空間よりも容積の小さい第二空間とを備え、
前記吸着部材の中央に形成された孔部に対して排気ガスを案内する筒状のガイド部材が前記吸着部材の上流側に配設されており、前記ガイド部材の上流側内径が下流側内径よりも大きいことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記排気通路上の前記拡径部の下流側に、排気浄化触媒が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 内燃機関の排気通路上に配設されて排気ガス中の未燃燃料を吸着・放出する機能を有する未燃燃料吸着部材を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記未燃燃料吸着部材が、前記排気通路上に形成された拡径部の内部に配置された筒状の形態を有するもので、
前記未燃燃料吸着部材の中央に位置する貫通流路の内径が、上流側から下流側にかけて徐々に小さくされていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記貫通流路が前記未燃燃料吸着部材の中央に形成された孔部によって形成されており、前記孔部の内径が上流側から下流側にかけて徐々に小さくされていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記貫通流路が前記未燃燃料吸着部材の中央に形成された孔部内に配設された筒状部材によって形成されており、前記筒状部材の内径が上流側から下流側にかけて徐々に小さくされていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記排気通路上の前記拡径部の下流側に、排気浄化触媒が配置されていることを特徴とする請求項３〜５の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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