JPH10510023A - 触媒排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 内燃エンジン（１）の下流に配置された第１の触媒コンバータ（４）と、第１の三方形触媒コンバータ（４）の直後の下流点から或る特定の距離（Ｘ）をおいて配置された炭化水素トラップ（７）と、その炭化水素トラップ（７）に接続配設された第２の触媒コンバータ（９）とからなる内燃エンジン（１）用触媒排気ガス浄化装置。本発明によれば、第１の触媒コンバータ（４）と炭化水素トラップ（７）との間の距離（Ｘ）は、エンジン（１）の起動から炭化水素トラップ（７）に脱離が生じるまでの経過時間（ｔ_d）が、エンジン（１）の起動から第１の触媒コンバータ（４）が正常運転温度に着火するまでの経過時間（ｔ_ign）に等しいかあるいは長くなるように選定する。

Description

【発明の詳細な説明】 触媒排気ガス浄化装置 本発明は、内燃エンジンの下流に配置された第１の触媒コンバータと、第１の 三方形触媒コンバータ直後の下流点から或る特定の距離を置いて配置された炭化 水素トラップとからなる内燃エンジン用触媒排気ガス浄化装置に関する。 現在の自動車は、自動車の排気ガスを浄化するために、触媒コンバータを装備 していることが多い。通常、現在の触媒コンバータは、自動車の常温始動時間中 はその全浄化能力を発揮することができない。従って、このようなコンバータは 、もう１つの電気加熱式コンバータ、いわゆる、始動コンバータを正規コンバー タの上流側に追加装備している。エンジン起動中に始動コンバータを電気加熱す ることにより、正規コンバータの加熱時間が短縮されて浄化効果が高まる。この 種の装置がスウェーデン特許出願Ｎｏ.９１００５４１−３に開示されている。 エンジンから排出される汚染物質（主に、炭化水素，窒素酸化物，一酸化炭素 等の汚染物質）の中で、エンジン起動直後は、炭化水素の排出が特に高い割合を 占めている。従って、エンジンと正規触媒コンバータ間の排気システム中に、い わゆる、炭化水素トラップを配設使用することが知られている。ゼオライト材か ら制作することができるこの炭化水素トラップは、正規コンバータが通常運転温 度に達して完全な浄化能力を発揮することができるようになるまで、エンジンか ら 放出される炭化水素汚染物質を吸収、即ち、回収することができる。 排気流の温度と炭化水素トラップ内の温度が或る限界値を越えると、炭化水素 トラップは予備回収した炭化水素化合物を放出（脱離）する。このように、後続 コンバータの温度が低く最適浄化能力を発揮できない予熱段階において、有害な 炭化水素化合物の放出を低減することができる。この炭化水素トラップの下流に 、従来の三方形触媒コンバータを配設し、脱離炭化水素化合物を除去する。 本発明は、特に、尾管触媒と呼ばれている自動車に接続した触媒反応変換装置 であり、電気加熱始動コンバータと組み合わせた従来の三方形触媒コンバータと 炭化水素トラップとからなる触媒反応装置を目的とする。三方形触媒コンバータ がエンジンの下流に配置された装置が、特許文書ＥＰ４８５１７９（図１（ｅ） ，５ページの４１〜４８行目）にすでに開示されている。エンジンからの排気は 、コンバータを介してさらに電気予熱始動コンバータに送られる。排気システム 内の下流に沿ってもう一つの三方形触媒コンバータが配置されている。 ＥＰ４８５１７９による装置の一つの欠点は、排気システムにおいて十分な浄 化が達成できるよう、正規コンバータに対して最適な位置に炭化水素トラップを 配置しなければならない事実に配慮していないことである。正規触媒コンバータ と炭化水素トラップ間の距離が小さい場合、炭化水素トラップは、脱離が始まる 限界温度に急速に加熱される。このように、正規コンバータが点火する（通常、 エンジン起動後、約１００秒を要する）以前に、炭化水素トラップで脱離が生じ る危険があり、その場合は、コンバータでも浄化されず炭化水素トラップでも吸 収されない炭化水素化合物を放出することになる。 一方、正規コンバータと炭化水素トラップ間の距離が大きすぎる場合、炭化水 素トラップが限界温度に達するまでが非常に遅くなる。これは、炭化水素トラッ プ内部において、脱離が制御不能な状態で発生することを意味する。 本発明の目的は、特に、自動車の常温起動に関連し、正規コンバータが正常運 転温度に達しない間、自動車からの排気により大量に発生する汚染物を浄化し得 る浄化能力を達成することにある。これは、エンジンを起動してから炭化水素ト ラップに脱離が生じるまでの間に経過する時間が、エンジンを起動してから第１ の炭化水素トラップが正常運転温度で着火するまでの間に経過する時間と等しい か、あるいは、それ以上になるよう、第１の触媒コンバータと炭化水素トラップ の間の距離を予め設定することができる装置によって実現することができる。 本発明の好ましい実施例について、本発明による装置を示す図面を参照して、 以下に説明する。内燃エンジン１からの排気ガスは、一次管２を通って排気管３ に導かれる。この排気管３に、好ましくは、従来の三方形の第１の触媒コンバー タ４を接続する。 この第１の触媒コンバータ４は、金属外被内に配置された支持体の回りに組み 立てられた個別電気加熱式の第１の始動コンバータ５を具備している。なお、該 支持体は、（図示しない）加熱用電源に接続可能な負荷抵抗として作用する。本 発明において、使用に適した始動コンバータは、スウェーデン特許出願Ｎｏ.９ １００５４１−３に開示されている。 第１の触媒コンバータは、エンジン１の起動時点から或る一定の時 間ｔ_ign経過後、正常運転温度（着火温度）に達し、その最適浄化能力を発揮す る。通常この時間（ｔ_ign）は約１００秒である。 また、自動車の排気システムは、従来のデザインのサイレンサ６からなってい る。 さらに、ゼオライト吸着剤からなる炭化水素トラップ７が排気システム内に配 設されている。この炭化水素トラップに接続されて第２の始動コンバータ８が配 置され、第１の始動コンバータ５と共に、図示しない電源により電気加熱される 。この第２の始動コンバータ８の下流に、第２のコンバータ９が配置されている 。この第２のコンバータ９は、従来の三方形、または、少なくとも炭化水素除去 式であってもよい。 炭化水素トラップ７は、第１のコンバータ４の直後の下流点から、排気管路の 延伸に沿って測定した距離ｘに配置されている。この炭化水素トラップ７の最適 位置、即ち、距離ｘの選定は、エンジン１の起動後の排気システム内の温度変化 に関する下記の情報に基づいて決定される。このように、エンジン起動後に昇温 した排気ガスの熱を供給することにより、コンバータを加熱する炭化水素トラッ プ７内の温度が、第１のコンバータ４が着火、即ち、活性温度に到達後、直ちに 脱離が始まる温度に達するような、例えば、容積および長さに基づいて決定され る。 エンジン１が起動し、まだ常温である間、排気ガス中の炭化水素化合化物の含 合量は比較的高い。第１のコンバータ４は、まだ正常運転温度に達していないの で（炭化水素化合物の当初の放出量が除去できないことを意味する）、この時点 で、炭化水素トラップ７により、炭 化水素化合物の放出量を吸収、即ち、回収する必要がある。 モータ１の起動後、温排気流が排気システムの温度を次第に上昇させる。炭化 水素トラップ７の温度が或る一定の限界値Ｔ_dに達すると、炭化水素トラップ内 で脱離が始まる。この限界温度Ｔ_dは、炭化水素トラップ７の材質仕様とエンジ ン温度および排気流量のようなモータの技術仕様の両方に依存する。この限界温 度Ｔ_dは、通常、およそ７５℃である。炭化水素トラップ７を、第１のコンバー タ４からさらに遠く離して配置する（即ち、距離ｘを大きくする）と、炭化水素 トラップ７が限界温度Ｔ_dに到達するまでに要する時間が長くなる。 このように、エンジン１の起動後、或る一定の時間ｔ_dが経過すると脱離が始 まるが、この時間ｔ_dは、基本的に、前記限界温度Ｔ_dと距離Ｘに依存する。 炭化水素化合物が炭化水素トラップ７から脱離し始める時には、第１のコンバ ータ４が、その正常運転温度に到達していて、エンジン１によって、それ以後放 出される排気ガスを浄化できることが必要である。即ち、エンジン１によって、 その後放出される炭化水素化合物が、炭化水素トラップ７では（すでに、限界温 度Ｔ_dに達しているので）吸収できないので、これが必要となる。 炭化水素トラップ７の最適位置を得るために、エンジン１の起動後、第１のコ ンバータ４が正常運転温度に達するまでに経過する時間ｔ_ignが、（距離Ｘを或 る一定値として）炭化水素トラップ７がその限界温度Ｔ_dに達するまでに経過す る時間ｔ_dと略等しくなるよう、距離Ｘを選定する。実際には、第１のコンバー タ４は、この時点からすでに稼働し始めているので、時間ｔ_dは、時間ｔ_ignより 若干長くなる。 前述の通り、炭化水素トラップ７は、第２の始動コンバータ８に隣接して配置 することができる。また、この近くに第２の触媒コンバータ９を設け、炭化水素 トラップ７から脱離開始後、炭化水素トラップ７から脱離する炭化水素化合物（ 並びに、ＮＯｘとＣＯ汚染物）を浄化させる。従って、炭化水素トラップ７が、 その限界温度Ｔ_dに達した時に、第２の触媒コンバータ９は点火しているか、ま たは、できるだけ早急に点火しなければならない。炭化水素トラップ７が脱離し 始めた時点を記録するために、温度センサ１０を炭化水素トラップ７の上流側の 直前に配設することができる。このセンサは、熱電対と抵抗式温度センサまたは バイメタル式温度センサとからなる。温度センサ１０は、排気流の温度を記録す ることができ、好ましくは、定時継電器方式で、図示しないコントロールユニッ トに信号形式のテストデータを供給することが可能である。炭化水素トラップ７ が限界温度Ｔ_dに達した時に、第２のコンバータ８が活性化するよう、図示しな い電流源に接続する。 この温度センサ１０は、排気システム中の炭化水素トラップ７の直前の上流点 よりさらに上流側に配設することが可能である。この場合、温度センサ１０が第 ２の始動コンバータ８を活性化する信号を供給する温度値を、通常限界温度Ｔ_d より若干高い値に設定すべきである。この補償は、排気システムのさらに上流側 の温度が、炭化水素トラップ７の直前の上流点より通常高いからである。この配 置の利点は、温度センサ１０を炭化水素トラップ７に直接接続しなくてもよいこ とである。炭化水素トラップ７の上流に、ある距離をおいて温度センサを配設す ることができ、但し、炭化水素トラップ７に隣接して配置して あるかのように、同じ限界温度Ｔ_dを指定することができる。これによる利点は 、（炭化水素トラップ７において）限界温度Ｔ_dに達した時に、第２の始動コン バータ８と第２の触媒コンバータ９は、すでに活性化しており、炭化水素トラッ プ７において脱離が始まった時には、すでに正常に稼働していることである。 エンジン１の起動時点から炭化水素トラップ７がその限界温度Ｔ_dに達すると 予期される経過時間の計算値ｔ_ddを、実際に、実験によって決めることも可能で ある。この時間ｔ_ddが経過すると、第２始動コンバータ８が活性化する。この場 合、単独温度センサ１０は不要となる。最期に、三方形触媒コンバータ中におい て、モータ燃料中の硫黄が化学結合して生じる硫化水素の悪臭に関し、本発明は 有効な効果を有する。例えば、（エンジンに供給された混合燃料が比較的濃厚で ある場合）最大スロットル加速時の燃焼プロセスにおいて放出される水素が、コ ンバータ内に存在する硫黄と結合して硫化水素（Ｈ₂Ｓ）を形成する。この問題 は、本発明によって解決することができる。則ち、特に、三方形コンバータ９か らなる“尾管触媒”の回りに組み立てられることにより解決することができる。 この場合、硫化水素化合物（Ｈ₂Ｓ）は、Ｈ₂Ｓよりかなり悪臭が少ないＳＯ₂に 還元することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．エンジン（１）の下流に配置された第１の触媒コンバータ（４）と、該第１ の三方形触媒コンバータ（４）の下流側の直後の点から成る一定の距離（Ｘ）を おいて配置された炭化水素トラップ（７）と、該炭化水素トラップ（７）に接続 されて配設された第２の触媒コンバータ（９）とからなる内燃エンジン（１）用 排気ガス浄化装置において、前記第１の触媒コンバータ（４）と前記炭化水素ト ラップ（７）との間の距離（Ｘ）は、前記エンジン（１）の起動から炭化水素ト ラップ（７）において脱離が生じるまでの経過時間（ｔ_d）が前記エンジン（１ ）の起動から前記第１の触媒コンバータ（４）が正常運転温度で着火するまでの 経過時間（ｔ_ign）に等しいかあるいは長くなるように選定することを特徴とす る内燃エンジン（１）用排気ガスの触媒浄化装置。 ２．前記炭化水素トラップ（７）の下流に配設された電気加熱式始動コンバータ （８）と、該始動コンバータ（８）の下流に配設された第２の三方形触媒コンバ ータ（９）とを有し、前記始動コンバータ（８）が、前記炭化水素トラップ（７ ）において脱離が発生する時に活性化するように配設されていることを特徴とす る請求項１に記載の装置。 ３．前記炭化水素トラップ（７）の上流に配設された温度センサ（１０）を有し 、該温度センサ（１０）が、前記炭化水素トラップ（７）における脱離点に相当 する或る一定限界温度（Ｔ_d）に達した時に前記始動コンバータ（８）を活性化 するための制御信号を供給するように配置されていることを特徴とする請求項２ に記載の装置。 ４．前記三方形触媒コンバータ（４）の上流側に配設された電気加熱式始動コン バータ（５）を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の装置 。