JPH08189342A

JPH08189342A - 排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JPH08189342A
Application number: JP7017526A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kanehara; 賢治金原; Jun Yamada; 潤山田; Shingo Morishima; 信悟森島; Toru Yoshinaga; 融吉永
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1995-01-09
Filing date: 1995-01-09
Publication date: 1996-07-23

Abstract

(57)【要約】【目的】ＨＣ吸着材の昇温速度を遅くし、吸着効率を
向上させて、ＨＣが未浄化のまま排出されることを防止
すること、およびＨＣ吸着材が高温により熱劣化するの
を防止することを目的とする。【構成】エンジン１の排気ポート１ａ〜１ｄに連通す
る排気マニホールド２内の、排気ポート１ａ〜１ｄに対
向する壁面に、排気ガス中に含まれる未燃成分を吸着す
る吸着材層４ａ〜４ｄを固定し、排気マニホールド２下
流の排気通路３内に３元触媒５を配設した。そして、吸
着材層４ａの前面に、ハニカム構造体層よりなる放熱層
６を形成して放熱性を高め、吸着材層４ａに導入される
排気の温度を低下させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガソリンエンジン等の
内燃機関の冷間始動時に比較的多量に排出される炭化水
素（ＨＣ）を無害化するための排気ガス浄化装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、エンジンの排気ガス中に含ま
れる未燃成分、例えば炭化水素（ＨＣ）を、排気通路途
中に配した触媒によって浄化することが行なわれてい
る。ところが、上記触媒はエンジン始動時、一定の浄化
温度に達するまでは十分に機能せず、その間にＨＣが浄
化されずに排出させるという問題があった。このため、
エンジンの排気ポートに対向する排気マニホールド壁面
に沿ってゼオライト系のＨＣ吸着材を設け、エンジン始
動直後はＨＣを上記吸着材にて捕捉し、吸着材温度の上
昇によって脱離を開始するＨＣを、下流の排気通路内に
配した触媒によって浄化する排気ガス浄化装置がある
（特開平６−２１２９５１号公報）。

【０００３】エンジン始動直後は燃焼室の温度が低いた
め、排出されるＨＣは比較的粒径が大きく、比重も大き
いものとなる。従って、ＨＣを多量に含む排気ガスが排
気ポートより排出されると、ガス成分のほとんどは排気
の流れに乗って下流の排気通路へ流出するが、比重の大
きいＨＣ粒子は、慣性力によって少量の排気ガスととも
に対向するＨＣ吸着材に導入され、捕捉される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記構成では、排気ガ
スの全量が吸着材に導入されないため、吸着材の温度上
昇が比較的遅く、その間に下流の触媒を昇温させること
ができる。しかしながら、導入される排気量が吸着材の
各部で異なるため、導入量の多い吸着材中心部等で局所
的に温度が上昇し、あるいはＨＣの飽和吸着量に達し
て、早期にＨＣの脱離を開始するおそれがあった。この
ため、吸着材の昇温速度を極力小さくして吸着材をＨＣ
の脱離温度以下（一般に１００℃程度）に維持し、吸着
効率を向上させてＨＣの保持能力を高めることが望まれ
ている。また、ゼオライト系のＨＣ吸着材は耐熱性がや
や低く、排気ガスが高温となる高回転、高負荷運転時
に、過度に温度上昇して熱劣化するおそれがあった。

【０００５】さらに、上記構成では、吸着材の後端面が
排気マニホールド壁で閉鎖されており、排気ガスによっ
て生じる圧力波が吸着材後端で反射するため、排気ガス
が吸着材後部まで流入されず、吸着材の利用効率を低く
する要因となっていた。

【０００６】しかして、本発明は、排気ポートに対向し
てＨＣ吸着材を設けた排気ガス浄化装置において、ＨＣ
吸着材の昇温速度を遅くし、吸着効率を向上させて、Ｈ
Ｃが未浄化のまま排出されることを防止すること、およ
びＨＣ吸着材が高温により熱劣化するのを防止すること
を目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記実情に鑑み
なされたもので、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、内燃
機関１の排気ポート１ａ〜１ｄに連通する排気マニホー
ルド２内の、上記排気ポート１ａ〜１ｄに対向する壁面
に、排気ガス中に含まれる未燃成分を吸着する吸着材層
４ａ〜４ｄを固定し、上記排気マニホールド２下流の排
気通路３内に、排気ガス浄化用の触媒５を配設した排気
ガス浄化装置において、上記吸着材層４ａ〜４ｄの前面
に、ハニカム構造体層よりなる放熱層６を設けたもので
ある（請求項１）。

【０００８】具体的には（図１（Ｂ））、上記放熱層６
はこれを構成するハニカム構造体の少なくとも一部に排
気ガス中の未燃成分を浄化する触媒成分を担持して触媒
層６１、６２となしてある（請求項２）。さらに、上記
放熱層６には、これを構成するハニカム構造体壁に、上
記排気ポート１ａから導入される排気ガスをより外方の
セルへ導く切り起こし６４が形成してある（請求項
３）。あるいは、上記吸着材層４ａから脱離して放熱層
６内に流入する未燃成分をより内方のセルへ導く切り起
こし６５を形成することもできる（請求項４）。また、
上記放熱層６と上記吸着材層４ａとを間隙をおいて配
し、この間隙で空気層よりなる他の放熱層７を設けてあ
る（請求項５）。

【０００９】上記吸着材層４ａ〜４ｄを内燃機関の各気
筒に対応して複数設けた場合には、それぞれを各気筒に
連通する各排気ポート１ａ〜１ｄに対向して配し、これ
ら吸着材層４ａ〜４ｄの後端部間を連通する流路８ａ〜
８ｄを設ける（請求項６）。さらに、上記流路８ｄの一
端を内燃機関の吸気マニホールド１１に接続するととも
に、上記流路８ｄ途中に、上記流路８ａ〜８ｄより上記
吸気マニホールド１１に導入される排気量を制御する制
御弁９を設けることもできる（請求項７）。

【００１０】

【作用】エンジン始動時に排気ポート１ａから排出され
るＨＣ粒子は、ガス成分に比し比重が大きいため慣性力
によって直進し、少量の排気ガスとともに対向する吸着
材層４ａ方向へ向かう。請求項１の構成では、上記吸着
材層４ａの前面に放熱層６を設けたので、排気ガスはこ
れら放熱層６を流通する間にその熱を放出し、温度の低
下した排気ガスが上記吸着材層４ａに導入される。従っ
て、上記吸着材層４ａの昇温が抑制され、ＨＣ吸着量が
増加するとともに、ＨＣの脱離開始を遅くすることがで
きる。また、高回転、高負荷時のように排気ガスから供
給される熱量が多い場合でも、吸着材層４ａへの伝熱量
を大幅に低減可能であるので吸着材層４ａの熱劣化を防
止する。請求項５のように、放熱層６と吸着材層４ａの
間に他の放熱層７を設けて２層構造とすれば、放熱性が
さらに向上する。

【００１１】請求項２の構成のように、ハニカム構造体
よりなる放熱層６の一部に触媒層６１、６２を設けた構
成では、放熱機能に加えて触媒機能が付与され、吸着材
層４ａより脱離するＨＣを、温度上昇の早い排気マニホ
ールド２内で浄化することができる。請求項３のよう
に、放熱層６を構成するハニカム構造体壁に切り起こし
６４を設けると、排気が外方のセルへ向かって流れるの
で、吸着材層４ａに流入する排気ガス速度が均一化され
る。従って、吸着材層４ａの全面より排気が均一に導入
されるので吸着材層４ａの利用効率が向上し、吸着量を
増大させる。さらに、請求項４において、上記切り起こ
し６４と逆向きの切り起こし６５を設けた場合には、吸
着材層４ａ側から放熱層６内へ流入する流れが、放熱層
６の中心に向かう。すなわち、吸着材層４ａから脱離す
るＨＣ粒子が、触媒層６１の温度の上昇しやすい中心部
に向かうので、ＨＣ浄化効率がさらに向上する。

【００１２】また、請求項６の構成では、各吸着材層４
ａ〜４ｄが流路８ａ〜８ｄにて連通しており、吸着材層
４ａ内を流通した排気が流路８ａ〜８ｄを介して他の吸
着材層へ流出可能となる。この排気の流れにより、吸着
材層４ａの後端部まで排気を導入することが可能とな
り、吸着材の利用効率が向上する。さらに、請求項７の
ように、この流路８を吸気マニホールド１１に接続した
場合、制御弁９を開弁すると、吸着材層４ａ〜４ｄより
吸気マニホールド１１に至る排気の流れが生じ、吸着材
層４ａ〜４ｄが加熱されてＨＣの脱離が促進される。ま
た、脱離したＨＣは吸気マニホールド１１より燃焼室に
送られ、燃焼除去される。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１（Ａ）において、４気筒のガソリンエンジ
ン１は４つの排気ポート１ａ〜１ｄを有し、これら排気
ポート１ａ〜１ｄは排気マニホールド２の側面部に連結
される。上記排気ポート１ａ〜１ｄより排出される排気
ガスは、排気マニホールド２で集合せしめられ、その下
面に連結した排気管３より排出される。上記排気管３に
は、途中、大径部を設けてあって、その内部に３元触媒
５が配設してある。

【００１４】上記排気マニホールド２内の、上記４つの
排気ポート１ａ〜１ｄに対向する位置にはＨＣ吸着材層
４ａ〜４ｄがそれぞれ配設してある。図１（Ｂ）に吸着
材層４ａの詳細を示す。なお、他の吸着材層４ｂ〜４ｄ
の構造も同様であるので、ここでは説明を省略する。図
において、上記吸着材層４ａは、上記排気マニホールド
２壁の一部をなす略コ字断面の容器体４１の右半部内に
収納されており、例えば金属箔やアルミナ等のセラミッ
クスによって構成されたハニカム構造の担体に、ゼオラ
イト等の吸着剤をコーティングしてなる。

【００１５】上記容器体４１内の左半部内には（排気ポ
ート１ａ側）、第１の放熱層６が配設されている。上記
第１の放熱層６はハニカム構造の担体よりなり、例えば
図２（Ａ）に示すように、平板６ａと波板６ｂを渦巻き
状に積層して構成される。そして、外周が接する上記容
器体４１壁より放熱することにより、上記吸着材層４ａ
に導入される排気温度を低減させる作用を有する。ま
た、上記第１の放熱層６は、上流側端面および下流側端
面において、上記担体にパラジウム、プラチナ等の触媒
成分を担持してあり、触媒層６１、６２として機能する
ようになしてある（図１（Ｂ））。しかして、上記吸着
材層４ａより脱離してくるＨＣを、下流の触媒５より早
く浄化温度に達する上記触媒層６１、６２にて浄化する
ことができる。

【００１６】上記第１の放熱層６の中間部は、排気ガス
の流れを外方に導く拡散層６３として機能する。すなわ
ち、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、上流側の触媒層６
１に続く平板６ａ面には、上流に向けて開口し突出部が
中心方向を向く、多数の切り起こし６４が形成してあっ
て、排気ポート１ａより導入される排気ガスの一部が上
記切り起こし６４に案内されて外方に流れを変えること
により、排気速度が均一化する。また、拡散層６３に
は、下流側の触媒層６２よりに、下流に向けて開口し突
出部が外方を向く、多数の切り起こし６５が形成してあ
って（図１（Ｂ））、上記吸着材層４ａ側から脱離して
くるＨＣの流れが、上記触媒層６１の温度の高い中心部
に集中するようになしてある。

【００１７】上記吸着材層４ａと上記第１の放熱層６の
間には、空気層よりなる第２の放熱層７が設けてあり、
放熱により上記吸着材層４ａに導入される排気ガス温度
をさらに低下させるようになしてある。ここで、上記容
器体４１は中間部に上記第１の放熱層６の位置決め用の
段差４１１を形成してあり、上記第１の放熱層６の後端
面が上記段差４１１に当接して、上記第２の放熱層７の
幅を一定とするようにしてある。なお、この第２の放熱
層７は、触媒成分または吸着剤を担持していないハニカ
ム構造体で構成してもよい。

【００１８】上記吸着材層４ａには、後端部において各
セル間を連通するスリット４２が設けてある（図１
（Ｂ））。また、上記スリット４２形成位置の吸着材層
４ａ外周に空隙４３を形成する一方、上記容器体４１の
後部側壁に該空隙４３に連通する連通管８ａを連結し
て、隣合う吸着材層４ｂと連通せしめてある（図１
（Ａ））。吸着材層４ｂと吸着材層４ｃ、吸着材層４ｃ
と吸着材層４ｄもそれぞれ連通管８ｂ、連通管８ｃにて
連通しており、さらに、上記吸着材層４ｄから延びる連
通管８ｄの他端は、ＥＧＲ制御弁９を介して吸気マニホ
ールド１１壁に開口せしめてある。かくして上記吸着材
層４ａ〜４ｄ間を連通し、吸気マニホールド１１に至る
流路が形成される。上記ＥＧＲ制御弁９は制御回路９１
および駆動弁９２にて駆動され、公知のＥＧＲ（排気ガ
ス再循環）制御を行なうことができるようになしてあ
る。なお、上記空隙４３は上記連通管８ａに流入する排
気の流通抵抗を小さくするために形成される。

【００１９】上記構成において、エンジン始動時に排出
されるＨＣを多量に含んだ排気ガスが、排気ポート１ａ
に対向する第１の放熱層６に導入されると（図１
（Ｂ））、排気ガスの一部は、拡散層６３の上流側に設
けた切り起こし６４より外方のセルに流入し、さらに後
流側の切り起こし６５によって外方に向きを変えて流れ
る。その結果、図３に示すように、拡散層６３内の流速
分布が均一化され、上記吸着材層４ａの全面よりＨＣ濃
度が均一化された排気ガスが導入されるので、吸着材層
４ａの利用効率が向上する。また、排気ガスは第１の放
熱層６および第２の放熱層７を通過する間に冷却される
ので、ＨＣ粒子は吸着しやすい粒径の大きい状態を保持
したまま上記吸着材層４ａに流入し、吸着効率を大きく
向上する。

【００２０】ここで、上記吸着材層４ａは上記連通管８
ａにより他の吸着材層と連通しており、従って、例えば
対向する気筒が排気行程の時、上記吸着材層４ａ内の圧
力が他の吸着材層より高くなると、その内部の排気ガス
は上記連通管８ａを経て、隣合う吸着材層４ｂへ流出す
る。次いで流出したガスと同体積のガスが流入する。こ
のような排気の流れによって、従来より多くの排気ガス
が導入されるようになり、また、排気脈動によって生じ
る圧力波のはねかえりもなくなるので、排気が吸着材層
４ａの後端部まで流入し、吸着材の利用効率が向上す
る。

【００２１】エンジン始動後は、排気ガス温度が上昇す
るのに伴い、吸着材層４ａ温度も上昇するが、排気ガス
は、第１の放熱層６および第２の放熱層７によって冷却
されるので、図４に示すように、吸着材層４ａの昇温速
度を遅くすることができる。従って、ＨＣの脱離開始が
遅くなり、その間に三元触媒５の温度を上昇することが
できる。また、エンジンの高回転、高負荷時において
も、同様にして吸着材層４ａの昇温が抑制されるので、
過度の温度上昇が防止でき、吸着材の劣化を防止でき
る。

【００２２】吸着材層４ａが一定温度に達すると、ＨＣ
が脱離を開始し、第１の放熱層６を経て下流の三元触媒
５へ向けて流れる。この時、第１の放熱層６に設けた触
媒層６１、６２は上記三元触媒５より温度上昇が早いの
で、ＨＣが早期に脱離してもこれを確実に浄化すること
ができる。また、拡散層６３の後流側の切り起こし６５
によりＨＣの流れは、温度の高い触媒層６１の中心に向
かうので、脱離したＨＣを効率よく浄化することができ
る。

【００２３】エンジンの暖気が進行し、エンジンの運転
状態が通常のＥＧＲ条件を満たすようになったら、上記
制御回路９１により駆動弁９２を作動させ、ＥＧＲ制御
弁９を開く。これにより、上記吸気マニホールド１１と
上記吸着材層４ａ〜４ｄが導通し、排気ガスの一部は上
記吸着材層４ａ〜４ｄを通過して流れるようになる。こ
の排気ガスの流入により、吸着材層４ａ〜４ｄ全体が加
熱されてＨＣの脱離が促進され、吸着したＨＣを完全に
脱離できる。脱離したＨＣはＥＧＲガスの流れとともに
吸気マニホールド１１に導入され、燃焼室で燃焼され
る。かくして、ＨＣを効率よく除去することができる。

【００２４】なお、高負荷時には排気ガス温度が上昇す
るが、通常、高負荷時にはＥＧＲを行なわないので、Ｅ
ＧＲ制御弁９が閉じて排気ガスが流通しなくなり、上記
吸着材層４ａ〜４ｄの温度が過度に上昇することはな
い。また、エンジン始動時においてもＥＧＲは行なわれ
ないので、上記吸気マニホールド１１に向かうＥＧＲガ
スの流れはなく、上記吸着材層４ａ〜４ｄに吸着された
ＨＣは一時的に吸着材に保持される。

【００２５】図５に本発明の他の実施例を示す。本実施
例では、上記容器体４１後面の中央に筒状取付け部４４
を設けて、該取付け部４４に、吸着材層４ａと隣合う吸
着材層４ｂを連通する連通管８ａが連結されるようにし
てある。他の構成は上記実施例と同じである。このよう
な構成とすることで、排気を吸着材層４ａのより後方ま
で導入することができる。また、連通管８ａの取付け性
が向上し、通気抵抗を低減する吸着材層４ａ外周の空隙
４３（図１（Ｂ）参照）が不要となるので吸着材層４ａ
の加工が不要で製作が容易にできる等の利点がある。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ＨＣ吸
着材の昇温速度を遅くし、吸着効率を大幅に向上してＨ
Ｃの早期脱離を防止することができる。また、エンジン
高負荷時に吸着材が熱劣化するのを防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は本発明の一実施例を示す排気ガス
浄化装置の部分断面平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の
部分拡大断面図である。

【図２】図２（Ａ）は吸着材層の分解斜視図、図２
（Ｂ）は吸着材層の部分拡大斜視図である。

【図３】本発明の作用を説明するための排気ガス浄化装
置の部分拡大断面図である。

【図４】本発明装置と従来装置のＨＣ吸着材層の昇温特
性を示す図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す排気ガス浄化装置の
部分拡大断面図である。

【符号の説明】

１エンジン（内燃機関）２排気マニホールド１ａ〜１ｄ排気ポート３排気管（排気通路）４ａ〜４ｄ吸着材層４１容器体４２スリット４３空隙５３元触媒６第１の放熱層（放熱層）６１、６２触媒層６３拡散層６４、６５切り起こし７第２の放熱層（他の放熱層）８ａ〜８ｄ連通管（流路）９ＥＧＲ制御弁９１制御回路９２駆動弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉永融愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気ポートに連通する排気マ
ニホールド内の、上記排気ポートに対向する壁面に、排
気ガス中に含まれる未燃成分を吸着する吸着材層を設
け、上記排気マニホールド下流の排気通路内に、排気ガ
ス浄化用の触媒を配設した排気ガス浄化装置において、
上記吸着材層の前面に、ハニカム構造体層よりなる放熱
層を設けたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】上記放熱層を構成するハニカム構造体の
少なくとも一部に排気ガス中の未燃成分を浄化する触媒
成分を担持して触媒層となした請求項１記載の排気ガス
浄化装置。
【請求項３】上記放熱層を構成するハニカム構造体壁
に、上記排気ポートから導入される排気ガスをより外方
のセルへ導く切り起こしを形成した請求項１または２記
載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】上記放熱層を構成するハニカム構造体壁
に、上記吸着材から脱離して上記放熱層内へ流入する未
燃成分をより内方のセルへ導く切り起こしを形成した請
求項１ないし３記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】上記放熱層と上記吸着材層とを間隙をお
いて配設し、両者の間に空気層よりなる他の放熱層を設
けた請求項１ないし４記載の排気ガス浄化装置。
【請求項６】上記吸着材層を複数設けて、それぞれを
内燃機関の各気筒に連通する各排気ポートに対向して配
するとともに、これら吸着材層の後端部間を連通する流
路を形成した請求項１ないし５記載の排気ガス浄化装
置。
【請求項７】上記流路の一端を内燃機関の吸気マニホ
ールドに接続するとともに、上記流路途中に、上記流路
より上記吸気マニホールドに導入される排気量を制御す
る制御弁を設けた請求項６記載の排気ガス浄化装置。