JP2008150980A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンから排出される排気ガス中に活性酸素成分を供給してＨＣ成分及びＣＯ成分を浄化する技術において、エンジンの冷間始動時に未反応のまま触媒を通過した未燃排気ガス成分の排出を確実に抑制すること。
【解決手段】エンジン１０の排気ガス通路２０に配設された三元触媒２１よりも排気ガス通路２０の上流部に活性酸素成分を供給することが可能な上流側活性酸素成分供給手段３０，３１，５０〜５２と、三元触媒２１よりも排気ガス通路２０の下流に配設されたＨＣ吸着材２３と、このＨＣ吸着材２３よりも排気ガス通路２０の上流部に活性酸素成分を供給することが可能な下流側活性酸素成分供給手段４０，４１，５０〜５２と、上流側活性酸素成分供給手段３０，３１，５０〜５２及び下流側活性酸素成分供給手段４０，４１，５０〜５２を作動させる活性酸素成分供給制御手段１００とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガス浄化装置、特に、エンジンから排出される排気ガス中に活性酸素成分を供給してＨＣ成分及びＣＯ成分を浄化するように構成された排気ガス浄化装置に関し、排気エミッションの向上を図る技術分野に属する。

一般に、ガソリン等の化石燃料をエネルギ源とする車両においては、エンジン始動直後の数十秒間は、排気ガス温度が比較的低いために、エンジンの排気ガス通路に配設された例えば三元触媒等の排気ガス浄化触媒における白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）等の触媒金属が活性化しておらず、未燃排気ガス成分である炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の浄化が困難であることが知られている。これを改善する方法の１つとして、従来、触媒をエキゾーストマニホルドの直下に配設した「直キャタ」と通称されるマニホルド触媒が広く採用されている。しかし、この方法では、未だ充分満足な浄化性能が得られない、という問題がある。

そこで、ゼオライトをはじめとする炭化水素吸着材（ＨＣ吸着材）をマニホルド触媒材として用いることが行われている。すなわち、排気ガス温度が比較的低いときは、エンジンから排出された未燃炭化水素を炭化水素吸着材の細孔内に吸着させ、排気ガス温度が約２００℃程度まで上昇したときには、炭化水素吸着材に吸着させていた未燃炭化水素を放出させて、約２００℃程度である程度の触媒活性が得られる触媒金属と反応させるのである。しかし、この方法では、ゼオライトをはじめとするアルミノシリケート系の多孔質材は高温化でその結晶構造が崩れる、という性質があるので、マニホルド触媒材として用いたときには、時間の経過と共に浄化性能が次第に低下する、という問題がある。

そこで、ゼオライト等の炭化水素吸着材を用いずに、活性酸素成分により、未燃排気ガス成分を酸化浄化する方法が提案されている。例えば特許文献１には、空気に高電圧を作用させることにより、活性酸素成分であるオゾン（Ｏ_３）を発生させ、このオゾンを排気ガス通路の触媒よりも上流部に流し込んで、排気ガス中に含まれるＨＣ成分の一部をＣＯに転化する技術が開示されている。ここで、一般に、オゾンは酸化力が強く、且つ、室温程度の比較的低い温度では生成してから分解するまでの寿命が長いので、排気ガス温度が比較的低い期間中（例えば約１００℃前後）におけるＨＣやＣＯの未燃排気ガス成分の酸化浄化には有効な方法であると考えられる。

また、特許文献２にも、活性酸素成分を発生させるための手段が開示されている。すなわち、特許文献２には、エンジンの排気管に配設したＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側に放電手段と水素供給手段とを設け、放電手段で発生させた酸素ラジカルやオゾンによりＮＯを吸蔵し易いＮＯ_２に酸化してＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵させ、このＮＯｘ吸蔵還元触媒から放出されるＮＯ_２を水素供給手段で排気管に供給された水素により還元浄化するように構成された排気浄化装置が開示されている。

特開２００５−２０７３１６（段落００４６〜００５０） 特開２００５−３４４６８８（段落０００５〜０００７）

このような状況の下、本発明の発明者等は、エンジンの冷間始動時に、オゾン等の活性酸素成分を利用して、ＨＣやＣＯの未燃排気ガス成分を酸化浄化する技術について、鋭意研究・検討を重ねていたところ、次のような知見を得た。すなわち、エンジンを冷間始動させると共に、排気ガス浄化触媒よりも排気ガス通路の上流部に活性酸素成分を供給した場合と供給しなかった場合とで、排気ガス浄化性能を調べていた。その結果、活性酸素成分を供給した場合は、供給しなかった場合と比べて、ＨＣ排出量が約２０％程度まで減少したものの、未だなお看過できない量のＨＣが浄化されずに排出されることを見い出したのである。この理由は、必ずしも明らかではないが、たとえ活性酸素成分を過不足無くあるいは幾分過剰気味に排気ガス通路に供給しても、排気ガス通路内で活性酸素成分がＨＣやＣＯの未燃排気ガス成分と１００％の確率で接触し反応することができないから、しかも触媒が未だ充分に活性化しきっていない状態であるから、浄化し残した未燃排気ガス成分が触媒を通過して排出されるのであろうと考えられる。

本発明は、エンジンから排出される排気ガス中に活性酸素成分を供給してＨＣ成分及びＣＯ成分を浄化する技術における前記のような現状に鑑みてなされたもので、エンジンの冷間始動時に未反応のまま触媒を通過した未燃排気ガス成分の排出を確実に抑制することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、エンジンから排出される排気ガス中に活性酸素成分を供給してＨＣ成分及びＣＯ成分を浄化する排気ガス浄化装置であって、前記エンジンの排気ガス通路に配設された三元触媒と、この三元触媒よりも前記排気ガス通路の上流部に活性酸素成分を供給することが可能な上流側活性酸素成分供給手段と、前記三元触媒よりも前記排気ガス通路の下流に配設されたＨＣ吸着材と、このＨＣ吸着材よりも前記排気ガス通路の上流部に活性酸素成分を供給することが可能な下流側活性酸素成分供給手段と、前記上流側活性酸素成分供給手段及び前記下流側活性酸素成分供給手段を作動させる活性酸素成分供給制御手段とを有することを特徴とする。

次に、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排気ガス浄化装置であって、前記三元触媒に流入する排気ガスの温度を検出する上流側排気ガス温度検出手段が備えられ、前記活性酸素成分供給制御手段は、前記上流側排気ガス温度検出手段で検出された排気ガスの温度が上流側所定温度以下のときに前記上流側活性酸素成分供給手段の作動を開始して前記三元触媒の上流への活性酸素成分の供給を開始し、前記上流側排気ガス温度検出手段で検出された排気ガスの温度が前記上流側所定温度以上のときに前記上流側活性酸素成分供給手段の作動を停止して前記三元触媒の上流への活性酸素成分の供給を停止することを特徴とする。

次に、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置であって、前記ＨＣ吸着材に流入する排気ガスの温度を検出する下流側排気ガス温度検出手段が備えられ、前記活性酸素成分供給制御手段は、前記下流側排気ガス温度検出手段で検出された排気ガスの温度が第１の下流側所定温度以下のときに前記下流側活性酸素成分供給手段の作動を開始して前記ＨＣ吸着材の上流への活性酸素成分の供給を開始することを特徴とする。

次に、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の排気ガス浄化装置であって、前記活性酸素成分供給制御手段は、前記下流側排気ガス温度検出手段で検出された排気ガスの温度が前記第１の下流側所定温度よりも高い第２の下流側所定温度以上のときに前記下流側活性酸素成分供給手段の作動を停止して前記ＨＣ吸着材の上流への活性酸素成分の供給を停止することを特徴とする。

次に、請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置であって、前記ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ成分の量を推定するＨＣ吸着量推定手段と、このＨＣ吸着量推定手段で推定されたＨＣ成分の量に基いて前記ＨＣ吸着材への活性酸素成分の供給時間を設定する活性酸素成分供給時間設定手段とが備えられ、前記活性酸素成分供給制御手段は、前記活性酸素成分供給時間設定手段で設定された供給時間だけ前記下流側活性酸素成分供給手段を作動させて前記供給時間だけ前記ＨＣ吸着材の上流へ活性酸素成分を供給することを特徴とする。

次に、請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の排気ガス浄化装置であって、前記三元触媒よりも前記排気ガス通路の下流で前記ＨＣ吸着材よりも前記排気ガス通路の上流にＮＯｘ吸蔵材が配設されていることを特徴とする。

まず、請求項１に記載の発明によれば、エンジンから排出される排気ガス中に活性酸素成分を供給してＨＣ成分及びＣＯ成分を浄化する排気ガス浄化装置において、三元触媒よりも排気ガス通路の上流部に活性酸素成分を供給するようにしたから、この活性酸素成分の供給により、エンジンの冷間始動時におけるＨＣ成分及びＣＯ成分の酸化浄化を図ることができる。ただし、これだけでは、前述したように、一部の未燃排気ガス成分が浄化されないまま三元触媒を通過して排出されてしまうので、この請求項１に記載の発明においては、さらに、前記三元触媒よりも排気ガス通路の下流にＨＣ吸着材を配設し、且つ、このＨＣ吸着材よりも排気ガス通路の上流部に活性酸素成分を供給するようにしている。これにより、三元触媒を通過した未反応のＨＣ成分がＨＣ吸着材に吸着（トラップ）されたうえ、このＨＣ吸着材の上流側から供給された活性酸素成分により、前記ＨＣ成分が酸化浄化され、結果的に、エンジンの冷間始動時の未燃排気ガス成分の排出を確実に抑制することが可能となる。しかも、ＨＣ吸着材は、排気ガス通路の比較的下流に配設されているので、ＨＣ吸着材をマニホルド触媒材として用いる場合と異なり、高温に暴露されることがなく、ＨＣ吸着材の浄化性能が経時的に劣化する問題も低減される。

なお、三元触媒としては、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、白金（Ｐｔ）等の触媒金属と、これらの触媒金属を担持する酸化物担体としての活性アルミナやＣｅ系複合酸化物（酸素吸蔵材）等が含有されることが好適である。また、ＨＣ吸着材としては、例えば、ＺＳＭ−５やβ−ゼオライト等が好ましく使用し得る。

次に、請求項２に記載の発明によれば、前記請求項１の効果に加えて、三元触媒に流入する排気ガスの温度が上流側所定温度以下のときに三元触媒の上流への活性酸素成分の供給を開始し、三元触媒に流入する排気ガスの温度が上流側所定温度以上のときに三元触媒の上流への活性酸素成分の供給を停止するようにしたから、エンジンの冷間始動時の初期に活性酸素成分によるＨＣ成分及びＣＯ成分の酸化浄化が行われ、エンジンがある程度暖機された後は活性酸素成分によるＨＣ成分及びＣＯ成分の酸化浄化が停止されることになる。その場合に、上流側所定温度を三元触媒のライトオフ温度とすると、三元触媒の排気ガス浄化率がある程度高まるまでは活性酸素成分の供給により低温浄化率が向上し、三元触媒の排気ガス浄化率がある程度高まった後は活性酸素成分の供給停止により無駄な活性酸素成分の供給が回避されることになる。

次に、請求項３に記載の発明によれば、前記請求項１又は２の効果に加えて、ＨＣ吸着材に流入する排気ガスの温度が第１の下流側所定温度以下のときにＨＣ吸着材の上流への活性酸素成分の供給を開始するようにしたから、エンジンの冷間始動時の初期に三元触媒を通過してＨＣ吸着材に吸着された未反応のＨＣ成分の酸化浄化が活性酸素成分を用いて行われることになる。その場合に、第１の下流側所定温度をＨＣ吸着材のＨＣ放出開始温度とすると、ＨＣ吸着材に吸着された未反応のＨＣ成分が放出され始める前に活性酸素成分を用いて該ＨＣ成分を効率よく確実に酸化浄化することが可能となる。

次に、請求項４に記載の発明によれば、前記請求項３の効果に加えて、ＨＣ吸着材に流入する排気ガスの温度が第１の下流側所定温度よりも高い第２の下流側所定温度以上のときにＨＣ吸着材の上流への活性酸素成分の供給を停止するようにしたから、エンジンがある程度暖機された後はＨＣ吸着材に吸着された未反応のＨＣ成分の活性酸素成分による酸化浄化が停止されることになる。その場合に、第２の下流側所定温度をＨＣ吸着材から殆ど全てのＨＣ成分が脱離し終わる温度とすると、ＨＣ吸着材に吸着された未反応のＨＣ成分の殆ど全てが放出され終わった後は活性酸素成分の供給停止により無駄な活性酸素成分の供給が回避されることになる。しかも、その時点においては、ＨＣ吸着材よりも上流の三元触媒の排気ガス浄化率がある程度高まっているから、未反応のＨＣ成分が三元触媒を通過して流れてくることもなく、ＨＣ吸着材の上流への活性酸素成分の供給を停止しても問題とならない。

次に、請求項５に記載の発明によれば、前記請求項１又は２の効果に加えて、ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ成分の量を推定し、この推定したＨＣ成分の量に基いてＨＣ吸着材への活性酸素成分の供給時間を設定し、この設定した供給時間だけＨＣ吸着材の上流への活性酸素成分の供給を実行するようにしたから、ＨＣ吸着材に吸着された未反応のＨＣ成分の酸化浄化が活性酸素成分によって無駄なく効率よく行われることになる。

次に、請求項６に記載の発明によれば、前記請求項１から５のいずれかの効果に加えて、三元触媒とＨＣ吸着材との間にＮＯｘ吸蔵材を配設するようにしたから、活性酸素を生成するための空気と、その空気の一部から生成した活性酸素が、排気ガス中に供給されて、排気ガス雰囲気が酸素過剰状態（リーン状態）となり、ＮＯｘが生成しても、当該ＮＯｘはＮＯｘ吸蔵材に吸蔵され、さらにその後、例えば加速時にリッチ状態になる場合において、このＮＯｘ吸蔵材から放出されるＮＯｘとＨＣやＣＯの未燃排気ガス成分とが反応し合って相互に浄化されることになる。

なお、ＮＯｘ吸蔵材としては、例えば、アルカリ金属やアルカリ土類金属の化合物が好ましく例示でき、なかでもＢａ，Ｓｒ，Ｍｇ等のアルカリ土類金属の酸化物や炭酸塩化合物が好適である。以下、最良の実施形態及び実施例を通して本発明をさらに詳しく説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る排気ガス浄化装置１の構成及び制御システムを示すブロック図である。この排気ガス浄化装置１は、エンジン１０の排気ガス通路２０に配設された三元触媒２１を有している。三元触媒２１よりも排気ガス通路２０の下流にＨＣ吸着材２３が配設され、三元触媒２１よりも排気ガス通路２０の下流でＨＣ吸着材２３よりも排気ガス通路２０の上流にＮＯｘ吸蔵材２２が配設されている［請求項６の構成］。

三元触媒２１よりも排気ガス通路２０の上流部に上流側活性酸素供給通路３０が合流し、ＨＣ吸着材２３よりも排気ガス通路２０の上流部に下流側活性酸素供給通路４０が合流している。これらの上流側及び下流側活性酸素供給通路３０，４０は活性酸素供給合流通路５０から分岐したものである。活性酸素供給合流通路５０には、上流側から、空気供給ポンプ５１と、オゾン（Ｏ_３）等の活性酸素成分を生成するための活性酸素生成装置５２とが配設されている。一方、上流側活性酸素供給通路３０には上流側開閉バルブ３１が配設され、下流側活性酸素供給通路４０には下流側開閉バルブ４１が配設されている。これら３０，３１，４０，４１，５０〜５２のうち、上流側活性酸素供給通路３０、上流側開閉バルブ３１、活性酸素供給合流通路５０、空気供給ポンプ５１及び活性酸素生成装置５２により、三元触媒２１よりも排気ガス通路２０の上流部に活性酸素成分を供給することが可能な上流側活性酸素成分供給手段が構成されている。また、下流側活性酸素供給通路４０、下流側開閉バルブ４１、活性酸素供給合流通路５０、空気供給ポンプ５１及び活性酸素生成装置５２により、ＨＣ吸着材２３よりも排気ガス通路２０の上流部に活性酸素成分を供給することが可能な下流側活性酸素成分供給手段が構成されている。ここで、活性酸素生成装置５２は、例えば、空気供給ポンプ５１で導入された空気を無声放電させることによりオゾンを発生させるものである。

この排気ガス浄化装置１のコントロールユニット１００は、排気ガス通路２０内で三元触媒２１よりも上流の排気ガスの温度を検出する上流側排気ガス温度センサ２４からの信号と、排気ガス通路２０内でＨＣ吸着材２３よりも上流の排気ガスの温度を検出する下流側排気ガス温度センサ２５からの信号とを入力し、その入力結果に基いて、上流側開閉バルブ３１、下流側開閉バルブ４１、空気供給ポンプ５１及び活性酸素生成装置５２に制御信号を出力する［請求項１の構成］。

図２は、この排気ガス浄化装置１において、前記上流側排気ガス温度センサ２４で検出される上流側排気ガス温度（三元触媒２１に流入する排気ガスの温度）ＴＣ１と上流側所定温度ＴＡとの関係を示す説明図、図３は、前記下流側排気ガス温度センサ２５で検出される下流側排気ガス温度（ＨＣ吸着材２３に流入する排気ガスの温度）ＴＣ２と下流側第１所定温度ＴＢ１及び下流側第２所定温度ＴＢ２との関係を示す説明図である。エンジン１０の冷間始動時は排気ガス温度が比較的低く、時間の経過に伴い排気ガス温度が徐々に上昇して、この排気ガスにより三元触媒２１が昇温され、ついには活性化する。しかし、三元触媒２１が活性化するまでは、未燃排気ガス成分である炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の浄化が充分になされない、という問題がある。

そこで、この排気ガス浄化装置１においては、図２に示すように、三元触媒２１に流入する排気ガス温度ＴＣ１が上流側所定温度ＴＡに到達するまでは、上流側活性酸素成分供給手段３０，３１，５０〜５２を作動させて三元触媒２１の上流へ活性酸素成分を供給する。すなわち、エンジン１０の冷間始動時の初期には活性酸素成分によるＨＣ成分及びＣＯ成分の酸化浄化を行うのである。一方、三元触媒２１に流入する排気ガス温度ＴＣ１が上流側所定温度ＴＡを超えた後は、上流側活性酸素成分供給手段３０，３１，５０〜５２を停止させて三元触媒２１の上流への活性酸素成分の供給を停止する。すなわち、エンジン１０がある程度暖機された後は活性酸素成分によるＨＣ成分及びＣＯ成分の酸化浄化を停止するのである［請求項２の構成］。

その場合に、上流側所定温度ＴＡを三元触媒２１のライトオフ温度（Ｔ５０と称され、触媒が活性化して排気ガス浄化率が５０％となるときの温度：例えば２００℃）とすると、三元触媒２１の排気ガス浄化率が５０％に高まるまでは活性酸素成分の供給により低温浄化率が向上し、三元触媒２１の排気ガス浄化率が５０％以上に高まった後は活性酸素成分の供給停止により無駄な活性酸素成分の供給が回避されることになる。

また、この排気ガス浄化装置１においては、図３に示すように、ＨＣ吸着材２３に流入する排気ガス温度ＴＣ２が下流側第２所定温度ＴＢ２に到達するまでは、下流側活性酸素成分供給手段４０，４１，５０〜５２を作動させてＨＣ吸着材２３の上流へ活性酸素成分を供給する。すなわち、エンジン１０の冷間始動時の初期には三元触媒２１を通過してＨＣ吸着材２３に吸着された未反応のＨＣ成分の酸化浄化を活性酸素成分を用いて行うのである［請求項３の構成］。

一方、ＨＣ吸着材２３に流入する排気ガス温度ＴＣ２が下流側第２所定温度ＴＢ２を超えた後は、下流側活性酸素成分供給手段４０，４１，５０〜５２を停止させてＨＣ吸着材２３の上流への活性酸素成分の供給を停止する。すなわち、エンジン１０がある程度暖機された後はＨＣ吸着材２３に吸着された未反応のＨＣ成分の活性酸素成分による酸化浄化を停止するのである［請求項４の構成］。

その場合に、下流側第２所定温度ＴＢ２をＨＣ吸着材２３から殆ど全てのＨＣ成分が脱離し終わる温度（ＨＣ放出終了温度：例えば３００℃）とすると、ＨＣ吸着材２３に吸着された未反応のＨＣ成分の殆ど全てが放出され終わった後は活性酸素成分の供給停止により無駄な活性酸素成分の供給が回避されることになる。しかも、その時点においては、ＨＣ吸着材２３よりも上流の三元触媒２１の排気ガス浄化率がある程度高まっているから、未反応のＨＣ成分が三元触媒２１を通過して流れてくることもなく、ＨＣ吸着材２３の上流への活性酸素成分の供給を停止しても問題にはならない。

また、図３に例示したように、ＨＣ放出終了温度よりも低いＨＣ放出開始温度（ＨＣ吸着材２３からＨＣ成分が放出され始める温度：例えば２００℃）が存在し、このＨＣ放出開始温度を下流側第１所定温度ＴＢ１とすると、ＨＣ吸着材２３に吸着された未反応のＨＣ成分が放出され始める前に活性酸素成分を用いて該ＨＣ成分を効率よく確実に酸化浄化することが可能となる。

以上を実現するために排気ガス浄化装置１のコントロールユニット１００が行う具体的制御動作の１例を図４のフローチャートに示す。まず、エンジン１０が始動すると（ステップＳ１）、上流側排気ガス温度センサ２４の検出温度に基いて上流側排気ガス温度ＴＣ１が上流側所定温度ＴＡ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２）。なお、本実施形態では、上流側所定温度ＴＡと下流側第１所定温度ＴＢ１とが互いに近似する温度（例えば２００℃）であるから、このステップＳ２の判定は、下流側排気ガス温度センサ２５の検出温度に基いて下流側排気ガス温度ＴＣ２が下流側第１所定温度ＴＢ１以下であるか否かの判定を兼ねている。

その結果、上流側排気ガス温度ＴＣ１が上流側所定温度ＴＡ以上のときは（下流側排気ガス温度ＴＣ２が下流側第１所定温度ＴＢ１以上のときは）、ステップＳ１１に進むが、上流側排気ガス温度ＴＣ１が上流側所定温度ＴＡ以下のときは（下流側排気ガス温度ＴＣ２が下流側第１所定温度ＴＢ１以下のときは）、活性酸素生成装置５２を作動させて活性酸素の生成を開始し（ステップＳ３）、上流側開閉バルブ３１を開き（ステップＳ４）、下流側開閉バルブ４１を開く（ステップＳ５）。これにより、エンジン１０の冷間始動時に、三元触媒２１よりも排気ガス通路２０の上流部及びＨＣ吸着材２３よりも排気ガス通路２０の上流部に活性酸素が供給されて、ＨＣやＣＯの未燃排気ガス成分が酸化浄化される。

次いで、上流側排気ガス温度センサ２４の検出温度に基いて上流側排気ガス温度ＴＣ１が上流側所定温度ＴＡ以上であるか否かを判定する（ステップＳ６）。その結果、上流側排気ガス温度ＴＣ１が上流側所定温度ＴＡ以下のときは、上流側所定温度ＴＡ以上となるまで待ち、上流側所定温度ＴＡ以上となった時点で、上流側開閉バルブ３１を閉じる（ステップＳ７）。これにより、三元触媒２１の上流への活性酸素の供給が停止される。

次いで、下流側排気ガス温度センサ２５の検出温度に基いて下流側排気ガス温度ＴＣ２が下流側第２所定温度ＴＢ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ８）。その結果、下流側排気ガス温度ＴＣ２が下流側第２所定温度ＴＢ２以下のときは、下流側第２所定温度ＴＢ２以上となるまで待ち、下流側第２所定温度ＴＢ２以上となった時点で、活性酸素生成装置５２を停止させて活性酸素の生成を停止し（ステップＳ９）、下流側開閉バルブ４１を閉じる（ステップＳ１０）。これにより、ＨＣ吸着材２３の上流への活性酸素の供給が停止される。その後、エンドとなる。

一方、前記ステップＳ２でＮＯのときは、ステップＳ１１に進んで、下流側排気ガス温度センサ２５の検出温度に基いて下流側排気ガス温度ＴＣ２が下流側第２所定温度ＴＢ２以下であるか否かを判定する。その結果、下流側排気ガス温度ＴＣ２が下流側第２所定温度ＴＢ２以上のときは、エンドとなるが、下流側排気ガス温度ＴＣ２が下流側第２所定温度ＴＢ２以下のときは、活性酸素生成装置５２を作動させて活性酸素の生成を開始し（ステップＳ１２）、下流側開閉バルブ４１を開く（ステップＳ１３）。これにより、例えばエンジン１０の停止時間が比較的短く、エンジン１０の始動時に、三元触媒２１に流入する排気ガス温度ＴＣ１が当初から上流側所定温度ＴＡを超えているが、ＨＣ吸着材２３に流入する排気ガス温度ＴＣ２が下流側第２所定温度ＴＢ２を超えていないときは、ＨＣ吸着材２３の上流にのみ活性酸素が供給されて、ＨＣ吸着材２３に吸着されている未反応のＨＣ成分の酸化浄化のみが行われる。その後、前記ステップＳ８に進む。

なお、ＨＣ吸着材２３に未反応のＨＣ成分が吸着されていないことが明らかな場合は、図４に鎖線で示したように、前記ステップＳ２でＮＯのとき、そのままエンドとすることもできる。

以上のように、本実施形態では、エンジン１０から排出される排気ガス中に活性酸素成分を供給してＨＣ成分及びＣＯ成分を浄化する排気ガス浄化装置１において、上流側活性酸素成分供給手段３０，３１，５０〜５１により、三元触媒２１よりも排気ガス通路２０の上流部に活性酸素成分を供給するようにしたから（Ｓ３，Ｓ４）、この活性酸素成分の供給により、エンジン１０の冷間始動時におけるＨＣ成分及びＣＯ成分の酸化浄化を図ることができる。ただし、これだけでは、一部の未燃排気ガス成分が浄化されないまま三元触媒２１を通過して排出されてしまうので、本実施形態では、さらに、三元触媒２１よりも排気ガス通路２０の下流にＨＣ吸着材２３を配設し、且つ、下流側活性酸素成分供給手段４０，４１，５０〜５１により、このＨＣ吸着材２３よりも排気ガス通路２０の上流部に活性酸素成分を供給するようにしている（Ｓ３，Ｓ５）。これにより、三元触媒２１を通過した未反応のＨＣ成分がＨＣ吸着材２３に吸着（トラップ）されたうえ、このＨＣ吸着材２３の上流側から供給された活性酸素成分により、前記ＨＣ成分が酸化浄化され、結果的に、エンジン１０の冷間始動時の未燃排気ガス成分の排出を確実に抑制することが可能となる。しかも、ＨＣ吸着材２３は、排気ガス通路２０の比較的下流に配設されているので（図１参照）、高温に暴露されることがなく、ＨＣ吸着材２３の浄化性能が経時的に劣化することがない。

また、本実施形態では、三元触媒２１とＨＣ吸着材２３との間にＮＯｘ吸蔵材２２を配設したから（図１参照）、活性酸素を生成するための空気と、その空気の一部から生成した活性酸素が、排気ガス中に供給されて、排気ガス雰囲気が酸素過剰状態（リーン状態）となり、ＮＯｘが生成しても、当該ＮＯｘはＮＯｘ吸蔵材２２に吸蔵され、さらにその後、例えば加速時にリッチ状態になる場合において、このＮＯｘ吸蔵材２２から放出されるＮＯｘとＨＣやＣＯの未燃排気ガス成分とが反応し合って相互に浄化されることになる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。ただし、前述の第１の実施の形態と同じ又は類似する構成要素には同じ符号を用い、且つ、前述の第１の実施の形態と異なる特徴的部分のみ説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態に係る排気ガス浄化装置１の構成及び制御システムを示すブロック図である。前述の第１の実施の形態を示す図１と比較して異なる点は、下流側排気ガス温度センサ２５が無い点と、代わりに、ＨＣ吸着材２３の上流のＨＣ成分の濃度を検出するための上流側ＨＣセンサ２６及びＨＣ吸着材２３の下流のＨＣ成分の濃度を検出するための下流側ＨＣセンサ２７が備えられている点である。これらの上流側及び下流側のＨＣセンサ２６，２７により、ＨＣ吸着材２３に吸着されたＨＣ成分の量を推定するＨＣ吸着量推定手段が構成されている。また、ＨＣ吸着材２３は、前述のＨＣ放出開始温度（図３参照：例えば２００℃）に暴露されることがない程度に排気ガス通路２０の下流に配設されている。

図６は、この第２の実施形態に係る排気ガス浄化装置１のコントロールユニットが行う具体的制御動作の１例を示すフローチャートである。まず、エンジン１０が始動すると（ステップＳ２１）、上流側排気ガス温度センサ２４の検出温度に基いて上流側排気ガス温度ＴＣ１が上流側所定温度ＴＡ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。その結果、上流側排気ガス温度ＴＣ１が上流側所定温度ＴＡ以上のときは、そのままエンドとなるが、上流側排気ガス温度ＴＣ１が上流側所定温度ＴＡ以下のときは、活性酸素生成装置５２を作動させて活性酸素の生成を開始し（ステップＳ２３）、上流側開閉バルブ３１を開く（ステップＳ２４）。これにより、エンジン１０の冷間始動時に、三元触媒２１よりも排気ガス通路２０の上流部に活性酸素が供給されて、ＨＣやＣＯの未燃排気ガス成分が酸化浄化される。

次いで、上流側排気ガス温度センサ２４の検出温度に基いて上流側排気ガス温度ＴＣ１が上流側所定温度ＴＡ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。その結果、上流側排気ガス温度ＴＣ１が上流側所定温度ＴＡ以下のときは、上流側所定温度ＴＡ以上となるまで待ち、上流側所定温度ＴＡ以上となった時点で、活性酸素生成装置５２を停止させて活性酸素の生成を停止し（ステップＳ２６）、上流側開閉バルブ３１を閉じる（ステップＳ２７）。これにより、三元触媒２１の上流への活性酸素の供給が停止される。

次いで、上流側ＨＣセンサ２６の検出濃度及び下流側ＨＣセンサ２７の検出濃度に基いてＨＣ吸着材２３に吸着されたＨＣ成分の量を推定する（ステップＳ２８）。ここで、ＨＣ吸着材２３に吸着されたＨＣ成分の量は、例えば、上流側ＨＣセンサ２６と下流側ＨＣセンサ２７との出力値が同じになればＨＣ吸着材２３のＨＣ成分が飽和状態で吸着されていると推定するものである。ただし、飽和状態は、あくまでも例示であって、飽和状態になる前の状態についても、例えば、冷間始動からの時間計測等で推定することが可能である。次いで、推定したＨＣ成分の量に基いて該ＨＣ成分を酸化浄化するのに要するＨＣ吸着材２３への活性酸素成分の供給時間（ＨＣ酸化要時間）ｔｉｍを算出する（ステップＳ２９）。

次いで、活性酸素生成装置５２を作動させて活性酸素の生成を開始し（ステップＳ３０）、下流側開閉バルブ４１を開く（ステップＳ３１）。これにより、ＨＣ吸着材２３よりも排気ガス通路２０の上流部に活性酸素が供給されて、ＨＣ吸着材２３に吸着されたＨＣ成分が酸化浄化される。

次いで、下流側開閉バルブ４１の開時間ＴがＨＣ酸化要時間ｔｉｍを超えたか否かを判定する（ステップＳ３２）。その結果、下流側開閉バルブ４１の開時間ＴがＨＣ酸化要時間ｔｉｍを未だ超えていないときは、ＨＣ酸化要時間ｔｉｍを超えるまで待ち、ＨＣ酸化要時間ｔｉｍを超えた時点で、活性酸素生成装置５２を停止させて活性酸素の生成を停止し（ステップＳ３３）、下流側開閉バルブ４１を閉じる（ステップＳ３４）。これにより、ＨＣ吸着材２３の上流への活性酸素の供給が停止される［請求項５の構成］。その後、エンドとなる。

以上のように、この第２実施形態では、ＨＣ吸着材２３に吸着されたＨＣ成分の量を推定し（ステップＳ２８）、この推定したＨＣ成分の量に基いてＨＣ吸着材２３への活性酸素成分の供給時間ｔｉｍを設定し（ステップＳ２９）、この設定した供給時間ｔｉｍだけＨＣ吸着材２３の上流への活性酸素成分の供給を実行するようにしたから（ステップＳ３０〜Ｓ３４）、ＨＣ吸着材２３に吸着された未反応のＨＣ成分の酸化浄化が活性酸素成分によって無駄なく効率よく行われることになる。

なお、前記の第１の実施形態及び第２の実施形態において、上流側所定温度ＴＡを２００℃、下流側第１所定温度ＴＢ１を２００℃、下流側第２所定温度ＴＢ２を３００℃としたのは、あくまでも例示に過ぎないことはいうまでもなく、上流側所定温度ＴＡが下流側第１所定温度ＴＢ１よりも低い温度でも高い温度でもよく、また、上流側所定温度ＴＡが下流側第２所定温度ＴＢ２よりも低い温度でも高い温度でも構わない。

図７に、ガソリンエンジンに汎用される三元触媒に排気ガスの模擬ガスを流通させて行った排気ガス浄化性能試験の結果を示す。実施例は、図１に例示したように、排気ガス通路２０に上流側から三元触媒２１及びＨＣ吸着材２３を順に配設したうえで、三元触媒２１の上流及びＨＣ吸着材２３の上流にそれぞれ活性酸素成分を供給した場合である。比較例１は、排気ガス通路２０にＨＣ吸着材２３を配設せず、三元触媒２１のみ配設したうえで、三元触媒２１の上流に活性酸素成分を供給しなかった場合である。比較例２は、排気ガス通路２０に上流側から三元触媒２１及びＨＣ吸着材２３を順に配設したうえで、三元触媒２１の上流にのみ活性酸素成分を供給し、ＨＣ吸着材２３の上流には活性酸素成分を供給しなかった場合である。

浄化されずに排出されたＨＣの量を対比すると、比較例１のＨＣ排出量を１．０とした場合、比較例２のＨＣ排出量は０．２、実施例のＨＣ排出量は０．０６であった。つまり、三元触媒２１の上流に活性酸素成分を供給した場合（比較例２）は、三元触媒２１の上流に活性酸素成分を供給しなかった場合（比較例１）と比べて、ＨＣ排出量が約２０％程度まで減少したものの、未だなお看過できない量のＨＣが浄化されずに排出されていた。これに対し、三元触媒２１の下流にＨＣ吸着材２３を配設したうえで、このＨＣ吸着材２３の上流にも活性酸素成分を供給した場合（実施例）は、ＨＣ排出量が約６％程度まで大幅に減少した。

以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明は、エンジンから排出される排気ガス中に活性酸素成分を供給してＨＣ成分及びＣＯ成分の浄化を図るように構成された排気ガス浄化装置において、エンジンの冷間始動時に未反応のまま触媒を通過した未燃排気ガス成分の排出を確実に抑制することができる技術であるから、車両の排気エミッションの向上を図る技術分野において広範な産業上の利用可能性が期待される。

本発明の第１の実施の形態に係る排気ガス浄化装置の構成及び制御システムを示すブロック図である。 前記排気ガス浄化装置における上流側排気ガス温度と上流側所定温度との関係を示す説明図である。 同じく下流側排気ガス温度と下流側第１所定温度及び下流側第２所定温度との関係を示す説明図である。 前記排気ガス浄化装置のコントロールユニットが行う具体的制御動作の１例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る排気ガス浄化装置の構成及び制御システムを示すブロック図である。 前記第２の実施形態に係る排気ガス浄化装置のコントロールユニットが行う具体的制御動作の１例を示すフローチャートである。 本発明の実施例、比較例１及び比較例２の排気ガス浄化性能試験の結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 排気ガス浄化装置
１０ エンジン
２０ 排気ガス通路
２１ 三元触媒
２２ ＮＯｘ吸蔵材
２３ ＨＣ吸着材
２４ 上流側排気ガス温度センサ（上流側排気ガス温度検出手段）
２５ 下流側排気ガス温度センサ（下流側排気ガス温度検出手段）
２６ 上流側ＨＣセンサ（ＨＣ吸着量推定手段）
２７ 下流側ＨＣセンサ（ＨＣ吸着量推定手段）
３０ 上流側活性酸素供給通路（上流側活性酸素成分供給手段）
３１ 上流側開閉バルブ（上流側活性酸素成分供給手段）
４０ 下流側活性酸素供給通路（下流側活性酸素成分供給手段）
４１ 下流側開閉バルブ（下流側活性酸素成分供給手段）
５０ 活性酸素供給合流通路（上流側及び下流側活性酸素成分供給手段）
５１ 空気供給ポンプ（上流側及び下流側活性酸素成分供給手段）
５２ 活性酸素生成装置（上流側及び下流側活性酸素成分供給手段）
１００ コントロールユニット（活性酸素成分供給制御手段、活性酸素成分供給時間設定手段）
ＴＡ 上流側所定温度
ＴＢ１ 下流側第１所定温度
ＴＢ２ 下流側第２所定温度
ｔｉｍ ＨＣ酸化要時間（ＨＣ吸着材への活性酸素成分の供給時間）

Claims (6)

1. エンジンから排出される排気ガス中に活性酸素成分を供給してＨＣ成分及びＣＯ成分を浄化する排気ガス浄化装置であって、
   前記エンジンの排気ガス通路に配設された三元触媒と、
   この三元触媒よりも前記排気ガス通路の上流部に活性酸素成分を供給することが可能な上流側活性酸素成分供給手段と、
   前記三元触媒よりも前記排気ガス通路の下流に配設されたＨＣ吸着材と、
   このＨＣ吸着材よりも前記排気ガス通路の上流部に活性酸素成分を供給することが可能な下流側活性酸素成分供給手段と、
   前記上流側活性酸素成分供給手段及び前記下流側活性酸素成分供給手段を作動させる活性酸素成分供給制御手段とを有することを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 請求項１に記載の排気ガス浄化装置であって、
   前記三元触媒に流入する排気ガスの温度を検出する上流側排気ガス温度検出手段が備えられ、
   前記活性酸素成分供給制御手段は、前記上流側排気ガス温度検出手段で検出された排気ガスの温度が上流側所定温度以下のときに前記上流側活性酸素成分供給手段の作動を開始して前記三元触媒の上流への活性酸素成分の供給を開始し、前記上流側排気ガス温度検出手段で検出された排気ガスの温度が前記上流側所定温度以上のときに前記上流側活性酸素成分供給手段の作動を停止して前記三元触媒の上流への活性酸素成分の供給を停止することを特徴とする排気ガス浄化装置。
3. 請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置であって、
   前記ＨＣ吸着材に流入する排気ガスの温度を検出する下流側排気ガス温度検出手段が備えられ、
   前記活性酸素成分供給制御手段は、前記下流側排気ガス温度検出手段で検出された排気ガスの温度が第１の下流側所定温度以下のときに前記下流側活性酸素成分供給手段の作動を開始して前記ＨＣ吸着材の上流への活性酸素成分の供給を開始することを特徴とする排気ガス浄化装置。
4. 請求項３に記載の排気ガス浄化装置であって、
   前記活性酸素成分供給制御手段は、前記下流側排気ガス温度検出手段で検出された排気ガスの温度が前記第１の下流側所定温度よりも高い第２の下流側所定温度以上のときに前記下流側活性酸素成分供給手段の作動を停止して前記ＨＣ吸着材の上流への活性酸素成分の供給を停止することを特徴とする排気ガス浄化装置。
5. 請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置であって、
   前記ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣ成分の量を推定するＨＣ吸着量推定手段と、
   このＨＣ吸着量推定手段で推定されたＨＣ成分の量に基いて前記ＨＣ吸着材への活性酸素成分の供給時間を設定する活性酸素成分供給時間設定手段とが備えられ、
   前記活性酸素成分供給制御手段は、前記活性酸素成分供給時間設定手段で設定された供給時間だけ前記下流側活性酸素成分供給手段を作動させて前記供給時間だけ前記ＨＣ吸着材の上流へ活性酸素成分を供給することを特徴とする排気ガス浄化装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の排気ガス浄化装置であって、
   前記三元触媒よりも前記排気ガス通路の下流で前記ＨＣ吸着材よりも前記排気ガス通路の上流にＮＯｘ吸蔵材が配設されていることを特徴とする排気ガス浄化装置。

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