(57)【要約】【課題】  従来の触媒コンバータはハニカム担体の通路部にて層流状に排気ガスが流れるため転換効率が低かった。【解決手段】  多数の通路１２を並列的に設けたハニカム状触媒担体１１ａまたは１１ｂの通路壁面のみならず、その上流側端面１４にも所要の触媒被覆域を確保し、その上に触媒金属を含む触媒金属層１６を形成する。上流側端面に衝突した排気ガスは衝突箇所にて一時的な淀みをなし、その間に浄化作用をうけつつやがて通路内へと流れ込み、通路内にても触媒と接触して浄化が継続される。上流側端面での衝突により排気ガスには乱れが生じ、通路内に流れ込むガスにもこの乱れが作用することから、通路内での触媒と排気ガスとの接触も促進される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の通路を並列的に設けたハニカム状触媒担体の上流側端面および通路壁面に触媒金属層を形成したことを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項２】
前記触媒金属層はＨＣトラップ層の上に形成されている請求項１に記載の触媒コンバータ。
【請求項３】
前記触媒担体を複数個直列に、かつ上流側担体の通路出口部が下流側担体の通路間の端面に臨むように配設した請求項１に記載の触媒コンバータ。
【請求項４】
前記複数の触媒担体のうち上流側に位置するものの容量を下流側に位置するものよりも大とした請求項３に記載の触媒コンバータ。
【請求項５】
三元触媒層を形成した触媒担体を最上流位置に配置した請求項３に記載の触媒コンバータ。
【請求項６】
前記触媒担体の隣接する通路間のセル壁を上流側端面部を除き中空構造とした請求項１に記載の触媒コンバータ。
【請求項７】
前記触媒担体の上流側端面の触媒形成域の面積が該端面における通路総開口面積よりも大である請求項１に記載の触媒コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主として内燃機関の排気浄化に適用される触媒コンバータの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に触媒コンバータとして適用されるハニカム型の触媒担体では、その通路内を排気ガスが層流状に流れる構造になっていたことから、通路壁面に形成した触媒層と排気ガスとの接触機会が限られ、転化効率も充分ではなかった。これに対して、特許文献１に示したように、複数の触媒担体をガス流れ方向に隙間を空けて配設した構成が転化効率を高めるうえで有効であることが知られている。これは担体間の隙間部分にて排気の流れに乱れを生じることによるもので、この乱流化作用により触媒と排気との接触機会が高められる。
【特許文献１】特開2003-343249号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、担体間の隙間で得られる乱流作用は限られるため、前記従来技術においても転化効率を高めるうえでは未だ改善の余地がある。転化効率を高めるために担体および隙間を多段階的に設けると通気抵抗が増大してしまい、内燃機関への適用時に出力低下という問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明では、多数の通路を並列的に設けたハニカム状触媒担体の通路壁面のみならず、その上流側端面にも所要の触媒被覆域を確保し、その上に触媒金属を含む触媒金属層を形成する。
【発明の効果】
【０００５】
前記触媒担体に内燃機関等からの排気ガスを通過させるとき、排気ガスの一部は担体の上流側端面に衝突し、他は通路に流れ込み、それぞれの領域で触媒と接して浄化作用をうける。上流側端面に衝突した排気ガスは衝突箇所にて一時的な淀みをなし、その間に浄化作用をうけつつやがて通路内へと流れ込み、通路内にても触媒と接触して浄化が継続される。上流側端面での衝突により排気ガスには乱れが生じ、通路内に流れ込むガスにもこの乱れが作用することから、通路内での触媒と排気ガスとの接触も促進される。このようにして、本発明によれば触媒担体の上流側端面と通路内の双方にて排気ガスと触媒との充分な接触機会が得られることから、全体として優れた転化効率が発揮される。また、上流側端面は衝突時の排気ガスが保有する熱と運動エネルギとにより温度上昇が促されるので、冷間からの起動性もよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に、本発明の第１の実施形態に係る触媒コンバータを示す。この実施形態では、図示に示したように排気のガス流れ方向（矢印方向）に沿って直列的に複数、この場合２個のセラミクス製ハニカム状触媒担体１１ａ、１１ｂを配設してある。各触媒担体１１ａ、１１ｂはそれぞれ耐熱マット２１を介して触媒容器２２の内部に固定している。また、前記固定にあたっては、各触媒担体１１ａ、１１ｂの間に所定の隙間ｇを設けている。
【０００７】
各触媒担体１１ａ，１１ｂには、図２−１または図２−２に示したようにガス流れ方向に沿って多数の通路１２を互い違いの格子状に形成してある。各通路１２を形成するセル壁１３は、図３−１または図３−２にも示したように通路１２と略同等の幅を持たせて、担体の上流側端面１４に充分な触媒担持領域を確保できるようにしている。この場合、前記セル壁１３はその上流側端面部を除き、背後側に中空部１５を設けた中空構造として、担体材料の節約および軽量化を図っている。
【０００８】
前記２個の触媒担体１１ａ、１１ｂは、図２−１または図２−２に示したように、上流側担体１１ａの通路１２の出口部が下流側担体１１ｂの通路１２間の端面１４に臨むように、それぞれの通路位置または配置を設定してある。この実施形態では、端面１４に充分な触媒形成域を確保するために、該触媒形成域の面積が端面１４における多数の通路１２の総開口面積よりも大となるように設定してある。
【０００９】
各担体１１ａ、１１ｂには、図３−１または図３−２に示したように、それぞれのセル壁１３と上流型端面１４の表面にゼオライトなどのＨＣ吸着剤を含むＨＣトラップ層１６と、さらにその上にＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等の触媒金属を含む触媒金属層１７とをコーティングにより形成してある。
【００１０】
この実施形態による作用効果は次のとおりである。
【００１１】
前記触媒担体１１ａおよび１１ｂを保持した触媒コンバータに内燃機関等からの排気ガスを導入したとき、排気ガスの一部はまず上流側担体１１ａの上流側端面１４に衝突し、他は通路１２に流れ込み、それぞれの領域で触媒層１６ないし１７と接触する。上流側端面１４に衝突した排気ガスは衝突箇所にて一時的に淀みを形成し、その間に浄化作用（ＨＣ吸着作用および触媒反応）を受けつつやがて通路１２内へと流れ込み、通路１２内にても触媒と接触して継続的に浄化作用をうける。上流側端面１４での衝突により排気ガスには乱れが生じ、通路１２内に流れ込むガスにもこの乱れが作用するので、通路１２内での触媒と排気ガスとの接触も促進される。このようにして、まず上流側の触媒担体１１ａの上流側端面１４と通路１２内にて排気ガスと触媒との充分な接触機会が生じる。
【００１２】
次いで、上流側担体１１ａを通過した排気ガスは、該担体１１ａの通路１２出口と下流側担体１１ｂの端面１４とが対向していることから、そのほぼ全量が前記下流側担体端面１４に衝突し、また前後触媒担体１１ａと１１ｂとの間の隙間ｇを流れる間に乱流化する。この結果、下流側担体１１ｂに流入する排気ガスにはより強い乱れが付与され、これにより下流側担体１１ｂにおいては排気ガスと触媒との接触が一層促進される。
【００１３】
このようにして、本実施形態によれば、上下流の触媒担体１１ａ、１１ｂにて排気ガスと触媒との接触が促進されるので、全体として優れた転化効率が発揮され、したがって、触媒使用量の低減および触媒コンバータの小型化が可能になる。また、前記構成においては、高温の排気ガスが衝突することにより上流側端面１４は温度上昇および触媒活性化が早く、したがって触媒コンバータとしての低温起動性も良好である。
【００１４】
図４は本発明の第２の実施形態を示している。これは図１に示したのと同様の構成を有する触媒担体１１ｂの上流側に、三元触媒を担持させた触媒担体１８を配置したものである。前記触媒担体１８には、図１の触媒担体１１ａまたは１１ｂの触媒金属層１７として三元触媒層を形成したものを適用してもよい。その他の構成については第１の実施形態と同様である。
【００１５】
この実施形態によれば、内燃機関を低温始動した場合、上流側に三元触媒１８を配置してその活性化を促すことができると共に、三元触媒１８で転化しきれなかったＨＣを下流側担体１１ｂの触媒層にて吸着および浄化することができる。その際に、前述したように下流側担体１１ｂの上流側端面１４での排気ガスの衝突に基づき効率よくＨＣ吸着ないし浄化を行わせることができる。
【００１６】
図５は本発明の第３の実施形態を示している。これは図１に示したのと同様の構成を有する３個の触媒担体１１ａ〜１１ｃを排気ガスの流れ方向にそって直列的に配設したものである。ただし、図１と異なり、前記３個の触媒担体１１ａ〜１１ｃは上流側のものほど容量が大となるように、この場合上流側のものほど担体の長さを大きく設定してある。各触媒担体間に隙間ｇを設け、かつ上流側担体の通路出口が下流側担体の端面に臨むように通路位置を設定してある点は第１の実施形態と同様である。
【００１７】
この実施形態によれば、３個の担体１１ａ〜１１ｃのうち上流側のものほど熱容量が大となるので、ＨＣトラップ層１６（図３−１参照）に吸着したＨＣの脱利を緩慢に行わせることができる。一方、下流側の担体はその上端面に高温の排気が衝突することから、触媒層の活性化が速やかに行われる。これらの作用により、内燃機関の低温始動時など触媒が活性化する過程で補足したＨＣの浄化をより確実に行うことが可能となる。
【００１８】
なお、以上の各図は本願発明に係る触媒コンバータの構造を説明するための図面であり、各担体１１ａ〜１１ｃの通路１２の数や各部の寸法比などは必ずしも実際のものと同一に描いていない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態の概略縦断面図。
【図２−１】図１のI-I線に沿った断面図。
【図２−２】図１のII-II線に沿った断面図。
【図３−１】図１のＡ矢示部の詳細図。
【図３−２】図３−１のIII-III線に沿った断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態の概略縦断面図。
【図５】本発明の第３の実施形態の概略縦断面図。
【符号の説明】
【００２０】
１１ａ〜１１ｃ    触媒担体
１２    通路
１３    セル壁
１４    触媒担体の上流側端面
１５    中空部
１６    ＨＣトラップ層
１７    触媒金属層
１８    三元触媒（担体）
２１    耐熱マット
２２    触媒容器
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４】
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【図５】
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