(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およびＨＣ吸着剤によるＨＣ吸着効率が低かった。【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，１１ｂの端面１４にＨＣ吸着剤を含むＨＣトラップ層１６を、前記通路壁面に三元触媒等の触媒金属を含む触媒金属層１７をそれぞれ形成する。担体の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、低温時であればその間に担体端面のＨＣトラップ層にて効率よくＨＣ吸着がなされる。端面への衝突により乱流課したガスは通路内にて触媒金属層との接触機会が増大するので良好な転化効率が発揮される。【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端面にＨＣ吸着剤を含むＨＣトラップ層を、前記通路壁面に触媒金属を含む触媒金属層を、それぞれ形成したことを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項２】
前記触媒担体を複数個直列に配設した請求項１に記載の触媒コンバータ。
【請求項３】
上流側触媒担体の通路出口部が下流側触媒担体の通路間の端面に臨むように配設した請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項４】
上流側の触媒担体ほど下流側の触媒担体に比較してＨＣ吸着剤の量を多くした請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項５】
前記通路をその出入口付近よりも中間部分の通路横断面積が小となるように形成した請求項１から請求項４の何れかに記載の触媒コンバータ。
【請求項６】
上流側の担体は下流側担体に比較して担体端面の面積は大、通路の総開口面積は小に設定した請求項２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。また、ＨＣトラップ機能を持たせた触媒コンバータでは、低温時に排気ガス中のＨＣを一時的に吸着しておき、三元触媒の昇温に伴い吸着ＨＣを離脱させて浄化するようにしているが、排気ガスとの接触機会が不十分であるとＨＣ吸着を効果的に行うことができず、確実な浄化機能が得られない。触媒の転化効率またはＨＣ吸着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端面にＨＣ吸着剤を含むＨＣトラップ層を、前記通路壁面に三元触媒等の触媒金属を含む触媒金属層を、それぞれ形成する。
【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担体と接触する。担体の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、低温時であればその間に担体端面のＨＣトラップ層にてＨＣ吸着がなされる。排気ガスは担体端面での衝突により一時的に流れに淀みを形成するとともに、周囲の通路へと流れ込む際には乱れを生起する。これにより担体端面でのＨＣトラップ層へのＨＣ吸着が効果的になされると共に、通路壁の触媒が活性化した状態においては触媒金属層と排気ガスとの接触機会が増大して良好な転化効率が発揮される。
【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を格子状に形成してある。各通路１２を形成するセル壁１３は通路１２と略同等の幅を持たせて、担体の端面１４に充分な担持領域を確保できるようにしている。
【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。また、この実施形態では、端面１４に充分な担持領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および図３−２に示したように、それぞれの両端面１４にゼオライトなどのＨＣ吸着剤を含むＨＣトラップ層１６を、通路１２の壁面にはＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等の触媒金属を含む触媒金属層（三元触媒層）１７を、それぞれ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。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ＨＣトラップ層１６および触媒金属層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ＨＣ吸着がなされ、やがて通路１２内へと流れ込み、通路１２内にて触媒金属層１７と接触して浄化がなされる。
【００１１】
上流側端面１４での衝突により排気ガスには乱れが生じ、端面１４でのＨＣ吸着が促されると共に、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、つまりＨＣ吸着および触媒反応が一層促進される。
【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ＨＣ吸着効率および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。
【００１４】
なお、この実施形態ではＨＣトラップ層１６は触媒担体１１ａまたは１１ｂの上下流の両端面に設けているが、上流側端面のみに設けるようにしてもよい。ただし、ＨＣトラップ層１６を担体両端面に設けることにより、特に隙間ｇにおいて通路１２を流れ出たときの淀みの発生を利用して担体の下流側端面においてもＨＣ吸着を行わせてＨＣの総吸着量を増大させることができる。図４−１または図４−２はこのように両端面にＨＣトラップ層１６を設ける他の構造例を示したものである。図４−１はまずセル壁１３の全体に触媒金属層１７を形成し、その上から上下流の端面１４にのみＨＣトラップ層１６を形成したもの、図４−２はまず上下流の端面１４にのみＨＣトラップ層１６を形成し、その上からセル壁１３の全体に触媒金属層１７を形成したものである。
【００１５】
図５に本発明の第２の実施形態を示す。この実施形態では、２個の担体１１ａ、１１ｂのそれぞれに形成した多数の通路１２を、その通路内径または通路横断面積が、出入口部付近に比較して中間部が小となるように形成してある。また、これらの担体１１ａ、１１ｂは、上流側担体１１ａの通路１２の出口部と下流側担体１１ｂの通路１２の入口部の中心位置を互いにずらして配設してある。
【００１６】
図６にも示したように、前記通路１２を形成するセル壁１３には、その出入口付近の次第に通路横断面積が縮小または拡大するテーパ状の部分にＨＣトラップ層ｌ６を形成し、これら出入口付近を除く通路１２の中間部分には触媒金属層１７を形成してある。
【００１７】
この実施形態による作用効果は次のとおりである。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、排気ガスはまず上流側担体１１ａの通路１２に流入する。通路１２は通路横断面積が途中で縮小する略ベンチュリ形状となっているので、流入した排気ガスは途中で流速を増し、圧力は低下する。この流速と圧力の変化により、通路壁に形成した触媒金属層１７とガスとの接触が促される。上流側触媒担体１１ａを通過した排気ガスは、下流側触媒担体１１ｂとの間の隙間ｇを経て該担体１１ｂの通路１２へと流入する。このとき、上流側担体１１ａの通路１２出口部と、下流側担体１１ｂの通路１２入口部とはその中心位置をずらせてあるので、上流側担体１１ａを出た排気ガスは、隙間ｇへの流出に伴う流路断面積の変化に加えて、下流側担体１１ｂの端面への衝突を起こすことから流線に乱れを生じる。このようにして下流側担体１１ｂの通路１２へと流れ込んだ排気ガスは、上流側と同様のベンチュリ形状による流速および圧力の変化に加えて前記の乱れを含んだ流れとなっているので、下流側担体１１ｂにおいてはよりいっそう触媒層１４との接触が促される。各担体１１ａ、１１ｂの上下流端１４においてＨＣトラップ層１６との接触により排ガス中のＨＣが効率よく吸着される点は第１の実施形態と同様である。
【００１８】
図７に本発明の第３の実施形態を示す。この実施形態では、触媒容器２２内に直列的に配設した２個の触媒担体１１ａ、１１ｂについて、図８−１および図８−２にも示したように、上流側の担体１１ａは下流側の担体１１ｂに比較して担体端面１４の面積は大、通路１２の総開口面積は小に設定してある。各担体１１ａ、１１ｂの外寸および長さ、つまり見かけ上の容量は互いに同一である。この構成により、各担体１１ａ、１１ｂの端面１４におけるＨＣトラップ層（１６）の面積すなわちＨＣ吸着剤の量は上流側が大で下流側が小、通路１２内における触媒金属層（１７）の面積すなわち触媒金属の量は上流側が小で下流側が大となるようにしている。
【００１９】
この実施形態によれば、上流側担体１１ａのＨＣ吸着剤の担持量が大となっているので、低温時のＨＣトラップ層１６でのＨＣ吸着を効率よく行わせることができるとともに、その後昇温して触媒金属層１７が活性化した状態では下流側の触媒金属量を大としてあるので、ＨＣトラップ層１６から離脱したＨＣを効率よく浄化することができる。また、担体端面１４におけるＨＣ吸着剤の増量は通路１２の開口面積には影響しないので、充分な量のＨＣ吸着剤を担持させても触媒コンバータの流路抵抗ないし圧力損失を悪化させるおそれはない。
【００２０】
図９〜図１１に本発明の第４の実施形態を示す。これは触媒容器２２内に同一形状の３個の触媒担体１１ａ、１１ｂ、１１ｃを隙間ｇを開けて直列に配設し、各担体１１ａ〜１１ｃには、図１１に示したようにその上流側端面１４にＨＣトラップ層１６を、それ以外の領域に触媒金属層１７を形成してある。ただし、前記ＨＣトラップ層１６は、上流側のものほどその厚さｔを大として、上流側のものほどＨＣ吸着量が多くなるようにしてある。
【００２１】
この実施形態によるときも、前述のように上流側の担体ほどＨＣ吸着量が大となるようにしてあるので、低温時のＨＣ吸着を効率的に行わせて触媒コンバータとしての排気ガス浄化性能を向上させるいことができる。
【００２２】
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】
【００２３】
【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４−１】ＨＣトラップ層および触媒層の他の形成態様を示すセル部の縦断面図。
【図４−２】ＨＣトラップ層および触媒層の他の形成態様を示すセル部の縦断面図。
【図５】本発明の第２の実施形態の概略縦断面図。
【図６】図５のＡ矢示部の詳細図。
【図７】本発明の第３の実施形態の概略縦断面図。
【図８−１】図７のＩ−Ｉ線に沿った断面図。
【図８−２】図７のII−II線に沿った断面図。
【図９】本発明の第４の実施形態の概略縦断面図。
【図１０】図９のＩ−Ｉ線に沿った断面図。
【図１１】図９のＡ矢示部の詳細図。
【符号の説明】
【００２４】
１１ａ〜１１ｃ    触媒担体
１２    通路
１３    セル壁
１４    触媒担体の端面
１６    ＨＣトラップ層
１７    触媒金属層
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４−１】
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【図４−２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８−１】
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【図８−２】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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