(57)【要約】    【課題】  ＨＣトラップ触媒の性能を向上する。    【解決手段】  内燃機関の排気通路に介装され、ＨＣ吸着層と触媒層とを担体に担持するＨＣトラップ触媒において、セラミックで形成される担体の気孔率を担体全体で一定（３５％）とした比較例の触媒Ａに対し、担体入口側ａ部の気孔率を２０％と小さくし、出口側ｂ部の気孔率を５０％と大きくして、触媒の温度分布を入口側と出口側とで均一化した構成とし、ＨＣの脱離を遅らせ、浄化を早めることにより、脱離され浄化されないまま放出されるＨＣ量を低減できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に介装され、担体の表面に、排気中のＨＣを吸着するＨＣ吸着層と該ＨＣ吸着層から脱離したＨＣを浄化する触媒層とを担持したＨＣトラップ触媒において、
前記担体の排気入口側部分の熱容量を、出口側部分の熱容量より大きくしたことを特徴とするＨＣトラップ触媒。
【請求項２】
前記担体を形成するセラミックの入口側部分の気孔率を、出口側部分の気孔率より小さくすることにより熱容量を大きくしたことを特徴とする請求項１に記載のＨＣトラップ触媒。
【請求項３】
前記セラミックの入口側部分と出口側部分の気孔率の差を、１０％以上としたことを特徴とする請求項２に記載のＨＣトラップ触媒。
【請求項４】
前記セラミックの気孔率を小さくする入口側部分の入口からの長さを、入口から出口までの全長の３０％以上としたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のＨＣトラップ触媒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出されるＨＣ（炭化水素）を浄化するＨＣトラップ触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、機関始動時の低温時に排出されるＨＣを効率よく浄化する排気浄化触媒として、ＨＣを吸着するＨＣ吸着層と該ＨＣ吸着層から脱離したＨＣを浄化する触媒層とを、担体の表面に担持したＨＣトラップ触媒がある。
上記ＨＣトラップ触媒として、ＨＣ吸着層の熱容量を下流側で大きくして上流側より温度を上がりにくくし、上流側で脱離したＨＣを下流側で再吸着することにより、触媒層が温度上昇して活性化するまでの間に浄化されないまま放出されるＨＣ量を低減しようとしたものがある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２１０３７１号
【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、実際には、熱容量が小さいＨＣ吸着層の上流側からＨＣの脱離が開始されるが、下流側のＨＣ吸着層に再吸着されないまま放出されてしまうＨＣも多く、また、下流側のＨＣ吸着層に再吸着されても、下流側では熱容量の大きくしてＨＣ吸着層の温度を上がりにくくしているので触媒層の温度の上がりにくく活性化が遅れることにより、却って、浄化されないまま放出されるＨＣ量が増大してしまうことがある。
【０００４】
通常の各層（触媒層，ＨＣ吸着層，担体）の厚さが一定な排気浄化装置でも、入口側のＨＣ吸着層が出口側より早く温度上昇してＨＣの脱離開始が早められる一方、触媒層の出口側が暖まりにくく、触媒全体として浄化機能が有効に発揮される活性化温度に到達するのに時間がかかり、ＨＣの脱離開始から有効な浄化開始までの時間差を大きく生じ、その間に浄化されないまま放出されるＨＣ量が増大してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、触媒層の入口側と出口側とで温度が同等に上がるようにして、ＨＣの脱離開始から有効な浄化開始までの時間差を短縮することにより、ＨＣ放出量を低減できるようにしたＨＣトラップ触媒を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため、請求項１に係る発明は、ＨＣ吸着層と触媒層とを表面に担持した担体の排気入口側部分の熱容量を、出口側部分の熱容量より大きくする構成とした。
【発明の効果】
【０００７】
このように構成すると、入口側では担体の熱容量を大きくして担体の温度を上がりにくくしたので、該担体に担持される触媒層の温度も上がりにくくなり、元々温度が上がりにくい出口側の触媒層と入口側の触媒層とで温度の上がりぐあいが均等化され、触媒層の温度分布が均等化される。
この結果、ＨＣの脱離開始から有効な浄化開始までの時間差が短縮され、この間に浄化されないまま放出されるＨＣ量を効果的に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明にかかるＨＣトラップ触媒を備えた内燃機関の構成を示す。
車両に搭載した直列４気筒エンジン１の排気マニホールド２の集合部の直下に三元触媒３を配置し、車両床下位置に、ＨＣトラップ触媒４を配置したシステムにおいて、以下のような評価を行った。
【０００９】
評価したＨＣトラップ触媒（以下単に触媒という）の仕様の詳細は、図２に示すとおりであり、通路断面を格子状に区分して形成された担体の表面に、ＨＣ吸着層と触媒層とが担持（コーティング）されている。
各層が長手方向に同質に形成された比較例の触媒Ａに対し、本発明に係る触媒Ｂでは、担体仕様を入口側と出口側とで変更している。
【００１０】
具体的には、セラミック材で形成される担体の気孔率を、触媒Ａでは３５％にしているのに対し、触媒Ｂでは入口側のａ部（全長１００ｍｍに対し、入口から５０ｍｍの部分）の気孔率を２０％、出口側の気孔率を５０％として、入口側の気孔率を出口側の気孔率より小さくすることにより、担体の入口側の熱容量を出口側の熱容量より大きくしている。
上記システムにおいて、コールドスタートモードであるＬＡ４モード走行試験を行って上記触媒Ａと触媒Ｂとを比較し、以下の評価を得た。
【００１１】
まず、触媒の昇温挙動について触媒Ａと触媒Ｂで比較すると、図３及び図４に示すように、触媒Ｂの方が、触媒Ａより、入口側５ｍｍ（入口からの距離）、２０ｍｍの昇温速度が遅いことがわかる。特に、触媒の温度が急上昇する、モードスタートから約５５秒後の加速時の昇温速度に触媒Ａ，Ｂ間で大きな差が認められる。
すなわち、触媒Ｂの方が入口側ａ部の担体の気孔率を触媒Ａより小さくして熱容量を大きくしたことにより、入口側で昇温が遅くなる。
【００１２】
一方、図５及び図６に示すように、出口側に近い入口側８０ｍｍ，９５ｍｍでは触媒Ｂの方が触媒Ａより早く昇温していることがわかる。
すなわち、触媒Ｂの方が出口側ｂ部の担体の気孔率を触媒Ａより大きくして熱容量を小さくしたことにより、出口側で昇温が早くなる。
したがって、触媒Ｂでは触媒Ａに比較して、触媒層の入口側と出口側との温度差が昇温が進むにしたがって小さくなり、温度分布が均一化される。
【００１３】
また、上記モードスタートから約５５秒後の加速で、触媒の温度が急上昇するため、それまでに触媒にトラップされていたＨＣの脱離が開始する。しかし、ＨＣの浄化を行う触媒層が活性温度に達しておらず、脱離したＨＣはそのまま排出されるため、触媒出口のＨＣ濃度が触媒入口のＨＣ濃度より高くなる。
その脱離挙動を触媒Ａと触媒Ｂで比較すると、図７（Ａ），（Ｂ）に示すようになる。ここで、低温時はＨＣがＨＣ吸着層へ吸着されるので（正確には吸着反応と脱離反応とが同時に起こるが吸着反応が勝る）、触媒入口での触媒に導入される排気中のＨＣ濃度が、触媒出口での触媒から排出された排気中のＨＣ濃度より大きくなっている。ＬＡ４モードスタート後、約５０秒後に、触媒出口のＨＣ濃度が触媒入口のＨＣ濃度より大きくなり、反転する。すなわち、触媒温度の上昇によってＨＣ吸着層が脱離温度に達し、脱離が開始される。ＬＡ４モードスタート後、約１９０秒後に触媒出口の入口濃度が触媒出口のＨＣ濃度より大きくなり、再度反転する。すなわち、触媒温度がさらに上昇すると触媒層が活性化されて浄化温度に達し、ＨＣの浄化が開始される。ここで、ＬＡ４モードスタートしてから上記ＨＣの脱離が開始されるまでの期間に触媒に吸着されるＨＣ量を吸着量として算出し（入口濃度から出口濃度を引いた濃度差に排気体積流量を乗じたものを積算して算出する）、脱離を開始してから浄化が開始されるまでの期間に触媒から排出されたＨＣ量を脱離量として算出する。
【００１４】
上記触媒Ｂの方が、触媒Ａに比較して、ゆっくりと脱離を開始しており、ＨＣ脱離量のＬＡ４モードのスタート後５０秒から１３０秒までの間で比較すると、触媒Ｂの方が触媒ＡよりＨＣ脱離量を１０％低減することができた［図７（Ａ），（Ｂ）のＡ１、Ａ２部参照］。  これは、主として触媒Ｂの入口側ａ部の担体の気孔率を触媒Ａより小さくして熱容量を大きくしたことによる。
【００１５】
また、触媒Ｂの方が、触媒Ａより脱離終了時期が早く、触媒層が早く活性していると共に、浄化開始後の浄化量が多くなっていることがわかる［図７（Ａ），（Ｂ）のＢ１、Ｂ２部参照］。これは、主として担体の出口側の気孔率を比較例より大きくして熱容量を小さくしたことによる。
以上のように、担体の入口側の気孔率を小さくし熱容量を大きくして脱離を抑制し、出口側の気孔率を大きくし熱容量を小さくして浄化を促進することの２つの効果（触媒温度分布の均一化）で、ＨＣの脱離浄化率を約５%向上することができた。
【００１６】
次に、担体入口側の気孔率を変えた複数の触媒Ｃ〜Ｅとの比較を行った。各触媒の詳細な仕様と比較結果を図８に示す。上記触媒Ｂより入口側の気孔率を大きく３０%とした触媒Ｃでは、ＬＡ４モードの開始後５０秒から１３０秒までの間のＨＣ脱離量は触媒Ａより減少するものの入口側の気孔率が２０%以下でなければ、脱離量減少の効果代が小さいことがわかる。
【００１７】
また、担体出口側の気孔率を変えて比較したところ、出口側の気孔率を３５，２８と触媒Ｂより小さくした触媒Ｄ，Ｅでは、ＬＡ４モードで脱離が終了する時間が触媒Ｂより長くなり、触媒層の活性が遅れる。すなわち、出口側の気孔率を大きくした方が触媒層の活性が早められ、ＨＣの脱離浄化率が向上する。
担体入口側と出口側との気孔率の差に対するＨＣ脱離浄化率でみると、気孔率の差を１０％以上とすることで良好なＨＣ脱離浄化率を得られる。
【００１８】
次に、触媒入口側の担体気孔率を小さくする範囲、つまり入口からの長さを変えた触媒Ｆ〜Ｈとの比較を行った。図９は各触媒の仕様と比較結果を示す。図示のように、気孔率を小さくする領域を長くするに従い、ＨＣ脱離量は減少するものの、３０ｍｍを超える長さではそれ以上長くしても大きな差は認められないことから、３０ｍｍ以上あれば効果的に性能向上できると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のＨＣトラップ触媒を備えた内燃機関のシステム図。
【図２】ＨＣトラップ触媒の概要および比較例（触媒Ａ）と本発明にかかる実施例（触媒Ｂ）との仕様を示す図。
【図３】ＬＡ４モードで走行試験を行ったときの、上記触媒Ａと触媒Ｂとの入口から５ｍｍ部分の昇温特性を比較して示す図。
【図４】同じく、入口から２０ｍｍ部分の昇温特性を比較して示す図。
【図５】同じく、入口から８０ｍｍ部分の昇温特性を比較して示す図。
【図６】同じく、入口から９５ｍｍ部分の昇温特性を比較して示す図。
【図７】ＬＡ４モードで走行試験を行ったときの、上記触媒Ａと触媒Ｂとの入口と出口とのＨＣ排出特性を比較して示す図。
【図８】上記触媒Ａと触媒Ｂに、担体入口側の気孔率を変えた触媒Ｃ〜Ｅを加えた各触媒の詳細な仕様と比較結果を示す図。
【図９】上記触媒Ａと触媒Ｂに、触媒入口側の担体気孔率を小さくする領域（入口からの長さ）を変えた触媒Ｆ〜Ｈを加えた各触媒の詳細な仕様と比較結果を示す図。
【符号の説明】
【００２０】
１  エンジン
２  排気マニホールド
３  ＨＣトラップ触媒
Ａ  比較例のＨＣトラップ触媒
Ｂ〜Ｈ  本発明にかかるＨＣトラップ触媒
ａ部  触媒の気孔率が小さい入口側部分
ｂ部  触媒の気孔率を大きい出口側部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2005180197.tif 000010
【図９】
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