(57)【要約】【課題】  偏流を有する排気通路に配設された場合でも触媒を効率的に使用することができ、エンジンの運転状態に応じて適切な浄化性能を発揮し得る触媒コンバータ等を提供する。【解決手段】  触媒が担持され排気ガスを通過させてその中の有害成分を浄化する触媒担体２１と、排気ガス流れ方向に沿った回転軸３２を中心にして周方向に触媒担体２１を回転させる回転駆動部３１とを備え、触媒担体２１は、排気ガス流れ方向に沿うとともに触媒貴金属の構成が異なる複数の部分に区分けされている。【選択図】      図１
2007085242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒貴金属が担持され排気ガスを通過させることにより当該排気ガス中の有害成分を浄化する触媒担体と、上記排気ガス流れ方向に沿った軸心を中心にして周方向に上記触媒担体を回転させる回転手段とを備え、
上記触媒担体は、排気ガス流れ方向に沿うとともに触媒構成が異なる複数の部分に区分けされていることを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項２】
上記触媒担体は、３区分以上に区分けされていることを特徴とする請求項１記載の触媒コンバータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の触媒コンバータは、排気ガス流れ方向に直交する断面のガス流量に偏りを有する排気通路の所定部分に配設されていることを特徴とする排気システム。
【請求項４】
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、この運転状態検出手段の検出結果に基づいて上記回転手段を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、上記運転状態に応じて上記排気通路のガス流量の多い部分に上記触媒担体の所定の区分が配置されるように上記回転手段を制御することを特徴とする請求項３記載の排気システム。
【請求項５】
上記触媒担体は、３つの上記区分に区分けされ、第１区分に触媒貴金属としてパラジウムおよびロジウムが担持され、第２区分に触媒貴金属としてプラチナおよびロジウムが担持されるとともに、第３区分に触媒貴金属としてプラチナ、パラジウムおよびロジウムが担持され、
上記運転状態検出手段はエンジンの回転数に基づいて運転状態を検出するように構成され、上記制御手段は、エンジンの低回転数域で上記第１区分を排気通路のガス流量が多い部分に配置しエンジンの中回転数域で上記第２区分を排気通路のガス流量が多い部分に配置するとともにエンジンの高回転数域で上記第３区分を排気通路のガス流量が多い部分に配置するように上記回転手段を制御することを特徴とする請求項４記載の排気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に設けられ、排気ガスを流通させることにより排気ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ），一酸化炭素（ＣＯ），窒素酸化物（ＮＯｘ）等を浄化する触媒コンバータおよびこの触媒コンバータを含む排気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、エンジンの排気システムにはこのエンジンから排出される排気ガス中の有害成分を浄化するために触媒コンバータが設けられている。この触媒コンバータとして、高温の排気ガスを導入することにより触媒を活性化させて浄化性能を高めるために排気マニホールドの直下に搭載された、所謂マニホールド触媒コンバータが広く知られている。
【０００３】
マニホールド触媒コンバータを排気マニホールドの直下に搭載すると、例えば特許文献１に開示されるように、限られた空間内に排気通路が形成されることから、排気通路が屈曲したり、排気管と触媒コンバータとがオフセットして連結されたりするなどして、この触媒コンバータ内において排気ガス流れ方向に直交する断面のガス流量分布が偏る等の排気ガスの偏流を生じることが多い。
【特許文献１】特開２００２−３２６０３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上記したように排気ガスの偏流が生じるような箇所で使用されるマニホールド触媒コンバータなどの触媒コンバータにおいては、浄化性能の劣化速度はガス流量が多い部分において大きく、ガス流量が少ない部分において小さいという特徴を有している。従来の触媒コンバータにおいては、排気ガス流量にかかわらずその触媒担体に触媒貴金属等が略均一にコーティングされていたため、ガス流量の多い部分が劣化し易く、この部分が劣化すると、ガス流量の少ない部分の触媒貴金属がまだ浄化性能を有しているにもかかわらず、このコンバータを交換しなければならない場合があり、ガス流量の少ない部分の触媒貴金属が無駄になるという問題があった。
【０００５】
ところで、このような触媒コンバータにおいては、エンジンの運転状態に応じて要求される浄化性能等が異なっているにもかかわらず、従来の触媒コンバータでは平均的な運転状態に併せて触媒構成が決定されており、例えばエンジンの幅広い回転域に対応した充分な浄化性能を得られないという欠点があった。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、偏流を有する排気通路に配設された場合でも触媒貴金属を効率的に使用することができるとともにエンジンの運転状態に応じて適切な浄化性能を発揮し得る触媒コンバータ等を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る触媒コンバータは、触媒貴金属が担持され排気ガスを通過させることにより当該排気ガス中の有害成分を浄化する触媒担体と、上記排気ガス流れ方向に沿った軸心を中心にして周方向に上記触媒担体を回転させる回転手段とを備え、上記触媒担体は、排気ガス流れ方向に沿うとともに触媒構成が異なる複数の部分に区分けされていることを特徴とするものである。なお、上記「触媒構成が異なる」とは、各区分に担持されている触媒貴金属の種類、組み合わせが異なる場合の他、触媒貴金属の担持量が異なる場合、さらには触媒貴金属を担持する酸化物担体の種類や量が異なる場合も含まれる概念である。
【０００８】
この発明によれば、排気ガス流れ方向に沿った軸心を中心にして周方向に上記触媒担体を回転させる回転手段が設けられているので、排気ガスが流通する排気通路における周方向の相対位置を変更することができる。このため、例えば偏流を有する排気通路に配設された場合でもこの触媒担体を回転させて排気通路における周方向の相対位置を変更することにより、触媒担体に担持されている触媒貴金属を効率的に使用することができる。また、触媒担体は、排気ガス流れ方向に沿うとともに触媒構成が異なる複数の部分に区分けされているので、例えば偏流を有する排気通路に配設される場合にはエンジンの運転状態に応じて各区分に担持される触媒構成を適宜設定することにより、排気通路におけるガス流量の多い部分に適切な区分を配置することができ、これによりエンジンの運転状態に応じた適切な浄化性能を発揮させることができる。
【０００９】
この触媒担体における各区分に担持される触媒貴金属の具体的構成は特に限定されるものではないが、各区分に担持させる触媒構成を例えばエンジンの運転状態に応じて適切に設定するためには３つ以上の区分に区分けされるのが好ましい（請求項２）。
【００１０】
一方、この発明に係る排気システムは、上記発明に係る触媒コンバータが排気ガス流れ方向に直交する断面のガス流量に偏りを有する排気通路の所定部分に配設されていることを特徴とするものである（請求項３）。
【００１１】
この発明よれば、上記回転手段によって上記触媒担体を回転させて排気通路における周方向の相対位置を変更することができ、これにより排気通路におけるガス流量の多い部分に配置される区分を回転変更させて触媒担体に担持されている触媒貴金属を満遍なく、効率的に使用することができる。また、例えば運転状態に応じて各区分に適当な触媒貴金属を担持させるとともに、ガス流量の多い部分にその運転状態に応じた触媒貴金属が担持された区分を配置することができ、これにより運転状態に応じて適切な浄化性能を発揮させることができる。
【００１２】
この排気システムにおいて、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、この運転状態検出手段の検出結果に基づいて上記回転手段を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、上記運転状態に応じてガス流量の多い部分に触媒担体の所定の区分が配置されるように上記回転手段を制御するのが好ましい（請求項４）。
【００１３】
このように構成すれば、上記運転状態検出手段に基づいて上記制御手段が上記回転手段を回転させることにより、エンジンの運転状態に応じて排気通路におけるガス流量の多い部分に適切な区分を配置させることができ、これによりエンジンの運転状態に応じて適切な浄化性能が発揮される。
【００１４】
例えば、上記触媒担体は、３つの上記区分に区分けされ、第１区分に触媒貴金属としてパラジウムおよびロジウムが担持され、第２区分に触媒貴金属としてプラチナおよびロジウムが担持されるとともに、第３区分に触媒貴金属としてプラチナ、パラジウムおよびロジウムが担持され、上記運転状態検出手段はエンジンの回転数に基づいて運転状態を検出するように構成され、上記制御手段は、エンジンの低回転数域で上記第１区分を排気通路のガス流量が多い部分に配置しエンジンの中回転数域で上記第２区分を排気通路のガス流量が多い部分に配置するとともにエンジンの高回転数域で上記第３区分を排気通路のガス流量が多き部分に配置するように上記回転手段を制御することにより（請求項５）、各触媒金属の特性を利用してエンジンの運転状態に応じた適切な排気ガスの浄化が可能となる。すなわち、第１区分等に含まれるパラジウムは、低温活性に優れるため、排気ガス温度の低い冷間始動時やアイドル回転数に近いエンジンの低回転数域における多量の炭化水素や一酸化炭素の排出を積極的に防止できる。また、第２区分等に含まれるプラチナは、エンジンの中回転数域で比較的多く排出される飽和炭化水素の酸化能に優れ、第２区分の触媒貴金属として採用することにより上記プラチナの特性を活用することができる。第３区分等に含まれるロジウムは、パラジウム、プラチナに比べて耐熱性に優れ、第３区分に用いることによりこのロジウムの特性を活用することができる。なお、このロジウムはエンジンの回転数域にかかわらず一定の浄化性能を有することから、上記のように第１区分および第２区分にも含ませるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の触媒コンバータは、排気ガスが流通する排気通路における相対位置を変更することができ、例えば偏流を有する排気通路に配設された場合でもこの触媒担体を回転させて排気通路における周方向の相対位置を変更することにより、触媒担体に担持されている触媒貴金属を効率的に使用することができるという利点がある。また、例えば偏流を有する排気通路に配設される場合にはエンジンの運転状態に応じて担持される触媒貴金属を適宜選択し、排気通路におけるガス流量の多い部分に適切な区分を配置することにより、エンジンの運転状態に応じて適切な浄化性能を発揮させることができる。このため、この触媒コンバータが用いられた排気システムにおいて、触媒貴金属を効率的に活用することができ、エンジンの運転状態に応じた適切な浄化性能を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。図１はエンジンの排気システムを模式的に示す図（排気マニホールド側から見た場合の図）であり、図２はこの排気システムに含まれるマニホールド触媒コンバータを概念的に示す斜視図である。
【００１７】
これらの図において、排気システムは、エンジン本体５に接続される排気マニホールド４と、この排気マニホールド４の集合部４ａに直結されたマニホールド触媒コンバータ３（以下「触媒コンバータ３」という）と、この触媒コンバータ３の下流端に接続された排気管６とを備え、エンジン本体５から排出された排気ガスは排気マニホールド４を介して触媒コンバータ３に導入され、この触媒コンバータ３において排気ガス中に含まれる炭化水素、一酸化炭素および窒素酸化物が浄化されて排気管６を介して排出されるように構成されている。触媒コンバータ３は、エンジンルーム内の限られた空間を利用して、エンジン本体５の排気系側に配設され、かつその排気通路７は触媒コンバータ３の上流側で屈曲している。
【００１８】
触媒コンバータ３は、ステンレス等からなる円筒状のケース本体２０内に回転自在に収納された触媒担体２１を主要構成部材としている。このケース本体２０は、その上流端に取り付けられた上流側コーン２２を介して排気マニホールド４の集合部４ａの下流端に接続されるとともに、その下流端に取り付けられた下流側コーン２３を介して排気管６の上流端に接続される。排気マニホールド４の集合部４ａは、上流側コーン２２の上流側で湾曲形成されるとともに、上流側コーン２２の軸心に対してオフセットした位置に接続されている。排気管６は、下流側コーン２３の軸心に対してオフセットした位置に接続されている。このように、集合部４ａは、触媒担体２１の排気ガス流れ方向中心軸に対してオフセットした状態で上流側コーン２２に接続されているので、図１中の白抜き矢印で示すように排気ガス流量に偏りが生じる（ここで、図１中の太い白抜き矢印は排気ガス流量が多く、細い白抜き矢印は排気ガス流量が少ないことを示している）。
【００１９】
触媒担体２１は、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、隔壁部２５で区画した多数のセル（通路）２６を有する略円柱のハニカム状に形成され、排気ガスは上流側から下流側に向かってセル２６を通過する間にそのセル２６の表面に形成された第１ないし第３浄化触媒層２８〜３０中に拡散して触媒貴金属と接触することにより有害成分（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ）が浄化されるようになっている。なお、この触媒担体２１として、例えばコージェライト製のセラミック担体、或いはステンレス製のメタル担体を用いることができる。但し、コージェライト製のセラミック担体を用いる場合には、後述する回転軸３２との熱膨張の差を吸収する等のために、例えばセラミック担体の下部を弾性部材を介して回転軸３２に取り付ける等の工夫が必要になる。
【００２０】
上記第１ないし第３浄化触媒層２８〜３０は、浄化触媒がセル２６の表面にコーティングされることにより形成されている。すなわち、触媒担体２１は、排気ガスの流れ方向に沿った複数（当実施形態では３つ）の部分に区分けされ、各区分に一種ないし複数種の浄化触媒がそれぞれ所定量担持されている。浄化触媒には、排気ガス中の有害成分を浄化するための触媒貴金属と、この触媒貴金属を担持する酸化物担体とが含まれている。
【００２１】
触媒貴金属は、炭化水素および一酸化炭素を酸化させるとともに窒素酸化物を還元するものであり、プラチナ（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等から選択される少なくとも一種が例示される。
【００２２】
酸化物担体は、触媒貴金属を担持するものであり、セリウム酸化物（ＣｅＯ２）またはこのセリウム酸化物にジルコニウム酸化物（ＺｒＯ２）を固溶させたセリウム−ジルコニウム複酸化物などの酸素吸蔵材や、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニアをアルミナ上に担持被覆した酸化物担体（ＺｒＯ２被覆Ａｌ２Ｏ３）（以下、「ジルコニア被覆アルミナ」と称す）などのアルミナ系担体等から選択される少なくとも一種が例示される。
【００２３】
当実施形態では、触媒担体２１は、図３（Ｂ）に示すように、第１ないし第３区分２１ａ〜２１ｃに等分に区分けされ、各区分２１ａ〜２１ｃに異なる組み合わせの触媒貴金属がそれぞれ所定の量だけ担持されている。第１区分２１ａには第１浄化触媒層２８が形成され、この第１浄化触媒層２８には、アルミナに担持されたパラジウムと、酸素吸蔵材（セリウム−ジルコニウム複酸化物）に担持されたロジウムとが含まれている。第２区分２１ｂには、第２浄化触媒層２９が形成され、この第２浄化触媒層２９には、アルミナに担持されたプラチナと酸素吸蔵材（セリウム−ジルコニウム複酸化物）に担持されたロジウムとが含まれている。第３区分２１ｃには、第３浄化触媒層３０が形成され、第３区分２１ｃには、アルミナに担持されたプラチナと、アルミナに担持されたパラジウムと、酸素吸蔵材（セリウム−ジルコニウム複酸化物）に担持されたロジウムと、ジルコニア被覆アルミナに担持されたロジウムとが含まれている。
【００２４】
すなわち、パラジウム担持アルミナは、低温活性に優れるため、排気ガス温度の低い冷間始動時やアイドル回転数に近い、エンジンの低回転数域におけるＨＣやＣＯの排出防止特性に優れている。したがって、このパラジウム担持アルミナを第１区分２１ａに含めることにより、エンジンの低回転数域における浄化性能を向上させることができる。また、プラチナ担持アルミナは、エンジンの中回転数域（１０００〜２０００ｒｐｍ）で多く排出される飽和炭化水素の酸化能に優れている。したがって、このプラチナ担持アルミナを第２区分２１ｂに含めることにより、エンジンの低回転数域における浄化性能を向上させることができる。なお、この酸化物担体としてアルミナを用いた場合には、このアルミナの表面積が大きいことから、触媒貴金属を表面に分散担持させることができ、この触媒貴金属に排気ガスを効率的に接触させることができる。
【００２５】
さらに、ロジウム担持酸素吸蔵材およびロジウム担持ジルコニア被覆アルミナは、耐熱性に優れている。したがって、このロジウム担持酸素吸蔵材およびロジウム担持ジルコニア被覆アルミナを第３区分２１ｃに含めることにより、エンジンの高回転数域における浄化性能を向上させることができる。特に、ロジウム担持ジルコニア被覆アルミナは、加減速状態が頻繁に行われるエンジンの高回転数域で浄化性能に優れているとともに、高温排気ガスに晒されてもその担持されているロジウムを固溶させ難い点で優れている。したがって、このロジウム担持ジルコニア被覆アルミナを第３区分２１ｃに用いることにより、このエンジンの高回転数域における浄化性能を充分に改善することができる。
【００２６】
この触媒担体２１は、図１に示すように、回転手段の一例である回転駆動部３１によってケース本体２０、上流側コーン２２、下流側コーン２３からなるケースに回転自在に支持されている。回転駆動部３１は、図４に示すように、触媒担体２１の中心軸をなす回転軸３２と、触媒担体２１の外周面を覆って断熱クッション材３３を介して触媒担体２１を支持する内ケース３４と、この内ケース３４を回転軸３２に連結する支持部材３５と、回転軸３２を回転駆動させる駆動モータ３６（図１参照）とを備える。なお、断熱クッション材３３は、一定の弾性を有し、熱膨張ないしは熱収縮する触媒担体２１を弾性的に支持している。
【００２７】
回転軸３２は、図１および図２に示すように、上下両端部がそれぞれ上流側コーン２２または下流側コーン２３に軸支されている。すなわち、回転軸３２の上端部は、上流側コーン２２の軸心に設けられた軸受凹部３７に回転自在に嵌合される。一方、回転軸３２の下端部は、下流側コーン２３を貫通した状態で配置され、当該下流側コーン２３に支持されている。下流側コーン２３における回転軸３２の軸受部分は、排気ガスの外部への漏洩を防止するためにシール機構３８が設けられている。
【００２８】
図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、このシール機構３８を拡大して示す断面図である。以下、このシール機構３８について簡単に説明する。下流側コーン２３の軸心部分にボス部３９が設けられ、このボス部３９には回転軸３２が挿通されている。このボス部３９は、外周面がねじ切りされて中間筒部４０が螺着されている。
【００２９】
中間筒部４０は、回転軸３２が挿通される軸孔４０ｄが設けられている。この軸孔４０ｄの上端部には、ボス部３９の外径に対応する大径開口部４０ａが設けられ、この大径開口部４０ａの拡径部分に段部４０ｃが形成される。中間筒部４０がボス部３９に螺着されることにより、段部４０ｃはボス部３９の下面に対向し、この段部４０ｃとボス部３９の下面との間に弾性を有するパッキン４１が圧着される。
【００３０】
中間筒部４０の内周面は回転軸３２の下端部における所定箇所に設けられた複数本のシールリング４２が摺接されるように構成され、これにより回転軸３２の回転を許容しつつ軸孔４０ｄを通じた排気ガスの漏洩を防止するようになされている。また、シールリング４２の下方における回転軸３２には位置決めフランジ４３が突設され、中間筒部４０と蓋部材４４とにより位置決めフランジ４３の上下方向への移動が規制されることにより回転軸３２の位置決めがなされている。この蓋部材４４は、その軸心に回転軸３２が挿通される開口部を有し、中間筒部４０の下端縮径部に螺着されている。なお、この蓋部材４４と中間筒部４０との間にもパッキン４５が配設され、排気ガスの漏洩をより確実に防止するようになされている。この説明からも分かるように、ボス部３９、中間筒部４０、パッキン４１，４５、シールリング４２、蓋部材４４等が上記シール機構３８を構成している。
【００３１】
図１および図２を参照して、位置決めフランジ４３の下方であって回転軸３２の下端部には、伝動ギヤ３２ａが固設されている。この伝動ギヤ３２ａは、駆動モータ３６の出力軸３６ｂに固設された駆動ギヤ３６ａに歯合している。駆動ギヤ３６ａは、後述するコントロールユニット１００により正逆回転駆動される駆動モータ３６によって回転駆動される。この駆動モータ３６にはその回転位置を検出するロータリエンコーダ等の回転検出部４６が設けられ、この回転検出部４６の検出結果がコントロールユニット１００に出力されるように構成されている。
【００３２】
一方、図４に示すように、内ケース３４は、ステンレス等の耐熱性を有する素材から円筒状に形成されている。この内ケース３４の上端部および下端部には、外縁部がケース本体２０の内周面に摺接するシールフランジ部４７，４８が径方向外側に向かって突設されている。このシールフランジ部４７，４８は、ケース本体２０と内ケース３４との隙間に排気ガスが流通しないようにこの隙間をシールするものであり、内ケース３２の上端部が外側に折り曲げられるとともに軸方向内側に向かって断面フック状に折り返されることにより形成される。なお、図４では内ケース３４の上端部に配設されたシールフランジ部４７を拡大して示しているが、内ケース３４の下端部に配設されたシールフランジ部４８についても同様である。
【００３３】
このシールフランジ部４７，４８は、上記したようにその外縁部４７ａ，４８ａがケース本体２０の内周面に摺接するように構成され、一方、折返し湾曲部４７ｂ，４８ｂがケース本体２０の内周面に突設されたケース側シールフランジ部４９，５０の上面に摺接するように構成されている。また、このシールフランジ部４７，４８は、所定の弾性を有し、内ケース３４の回転駆動に伴って僅かに変動する隙間間隔に追随できるようになっている。
【００３４】
ケース本体２０に設けられたケース側シールフランジ部４９，５０は、径方向内側に突設されるとともに軸方向内側に向かって断面フック状に折り返されることにより形成されている。このケース側シールフランジ部４９，５０は、その外縁部４９ａ，５０ａが内ケース３４の外周面に摺接するように構成される。
【００３５】
さらに、ケース本体２０の内周面には溶接等により円筒状のリングホルダ５１が固定されている。このリングホルダ５１は、その内周面の上下両端部に周方向に沿って形成された支持溝５１ａが軸方向に複数本（当実施形態では３本ずつ）並設され、各支持溝５１ａに大径のシールリング５２が嵌合保持されている。この大径のシールリング５２は、円環状のリングであり、その内周面が内ケース３４の外周面に摺接することによりケース本体２０と内ケース３４との隙間をシールするものである。
【００３６】
一方、支持部材３５は、図２に示すように、回転軸３２に固定されたリング固定部３５ａと、このリング固定部３５ａから放射状に延出する支持桟部３５ｂとを有し、触媒担体２１の上側および下側にそれぞれ設けられている（図１参照）。支持桟部３５ｂは、当実施形態では、触媒担体２１の各区分２１ａ〜２１ｃの境界に沿って３本形成され、その先端部が内ケース３４の上下各端縁に接合されている。
【００３７】
また、この排気システムには、コントロールユニット１００が設けられている。図１に示すように、このコントロールユニット１００には、エンジンのクランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサ６０、および駆動モータ３６の回転を検出する回転検出部４６が入力要素として接続される。一方、コントロールユニット１００には、駆動モータ３６が制御要素として接続される。
【００３８】
図１を参照して、コントロールユニット１００は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、インターフェース１０３並びにこれらのユニット１０１〜１０３を接続するバス１０４を有している。コントロールユニット１００のメモリ１０２には、データやプログラム等が記憶されており、ＣＰＵ１０１がこれらデータやプログラム等を実行することによって、クランク角センサ６０等に基づいてエンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、触媒担体２１の周方向の回転位置を制御する回転制御手段とを機能的に有している。
【００３９】
ここで、当実施形態の触媒コンバータ３のように、その上流側の排気通路７が屈曲しているとともに排気マニホールド４の集合部４ａが上流側コーン２２の軸心からオフセットした位置に接続されている場合には、触媒担体２１において、図６に示すように、排気ガス流れ方向に直交する断面のガス流量が偏ってガス偏流を生じ、排気ガスの流通量が多い部分と少ない部分とが生じる。この図６は、予め実験的に調べた排気ガスの流量分布を模式的に示しており、排気ガスの流量が多くなるにしたがって濃い網掛けで示している。また、この図６の図（Ａ）〜図（Ｃ）は、それぞれエンジンの低中高の各回転域における所定回転数でのガス流量分布を示している。
【００４０】
この図６（Ａ）〜（Ｃ）によれば、触媒担体２１の周方向におけるこの排気ガスの流通量が多い部分の中心位置は、エンジンの回転数に応じて僅かに円周方向にずれていることが分かる。当実施形態では、これらの図６（Ａ）〜（Ｃ）に示す各ガス流量分布が、それぞれ低回転域（例えば１０００ｒｐｍ未満）、中回転域（例えば１０００〜２０００ｒｐｍ）、高回転域（例えば２０００ｒｐｍ超）の代表的なガス流量分布であるとして、各回転域におけるガス流量の多い部分（図では１番目および２番目に濃色の網掛け部分）の円周方向の中心位置がメモリ１０２に記憶されている。そして、コントロールユニット１００は、クランク角センサ６０に基づきエンジン回転数を検出するするとともに、この検出されたエンジン回転数が含まれる回転域におけるガス流量分布の中心位置をメモリ１０２から読み出して、この中心位置に触媒担体２１の所定の区分２１ａ〜２１ｃの円周方向の中心位置が一致するように上記駆動モータ３６を駆動制御するように構成されている。
【００４１】
また、このコントロールユニット１００は、排気通路におけるガス流量の多い部分に配置される触媒担体２１の区分２１ａ〜２１ｃがエンジン回転数に応じて異なるように設定されている。すなわち、コントロールユニット１００は、クランク角センサ６０に基づきエンジン回転数を検出し、この検出されたエンジン回転数が上記低回転域（例えば１０００ｒｐｍ未満）にある場合に排気通路におけるガス流量が多い部分に触媒担体２１の第１区分２１ａが配置されるように設定されているとともに、検出されたエンジン回転数が上記中回転域（例えば１０００〜２０００ｒｐｍ）、高回転域（例えば２０００ｒｐｍ超）にそれぞれある場合に排気通路におけるガス流量が多い部分に触媒担体２１の第２区分２１ｂ、第３区分２１ｃがそれぞれ配置されるように設定されている。なお、この各区分２１ａ〜２１ｃの切換時のエンジン回転数は適宜設定することができる。
【００４２】
つまり、メモリ１０２には、エンジン回転数に応じた排気ガスの流量が多い部分の中心位置が記憶されているとともに、エンジン回転数に応じた排気ガスの流量が多い部分に配置される最適な区分２１ａ〜２１ｃが記憶されている。そして、コントロールユニット１００は、クランク角センサ６０に基づきエンジン回転数を検出するとともに、このエンジン回転数に応じた最適な区分２１ａ〜２１ｃおよび当該区分２１ａ〜２１ｃの配置位置をメモリ１０２から読み出し、この所定の区分２１ａ〜２１ｃの中心位置がそのエンジン回転数に応じた排気ガス流量の多い部分の中心位置となるように回転検出部４６の検出結果に応じて駆動モータ３６を回転制御するように構成されている。
【００４３】
したがって、当実施形態の触媒コンバータ３および排気システムによれば、クランク角センサ６０に基づいてエンジン回転数を検出し、このエンジン回転数に基づいて排気通路７におけるガス流量が多い部分をメモリ１０２から読み出すとともに、このエンジン回転数における触媒担体２１の最適な区分２１ａ〜２１ｃをメモリ１０２から読み出し、この読み出された最適な区分２１ａ〜２１ｃをメモリ１０２から読み出されたガス流量の多い部分に配置するように、コントロールユニット１００によって駆動モータ３６を回転させる。
【００４４】
この最適な区分２１ａ〜２１ｃはエンジンの運転状態に応じてそれぞれ異なるので、エンジンの運転状態が変われば排気通路７におけるガス流量の多い部分に配置される区分２１ａ〜２１ｃも回転駆動部３１によって切換配置され、言い換えると各区分２１ａ〜２１ｃの排気通路における周方向の相対位置がエンジンの運転状態に応じて切り換えられる。このようにエンジンの運転状態に応じて排気通路におけるガス流量の多い部分に配置される区分２１ａ〜２１ｃが回転駆動部３１によって切換配置されるので、各区分２１ａ〜２１ｃを略満遍なく、排気通路７におけるガス流量が多い部分に配置させることができる。このため、各区分２１ａ〜２１ｃに担持されている触媒貴金属の使用頻度も、区分間で格差が縮まり、触媒担体２１において触媒貴金属を略満遍なく、効率的に使用することができる。
【００４５】
しかも、触媒担体２１の各区分２１ａ〜２１ｃには、エンジンの回転数に応じた適切な浄化性能を発揮させるために、各区分２１ａ〜２１ｃに複数種の触媒貴金属および酸化物担体が担持されている。すなわち、エンジンの運転状態が所定の低回転数域にある場合に排気通路７におけるガス流量の多い部分に第１区分２１ａが配置され、所定の中回転数域にある場合に排気通路７におけるガス流量の多い部分に第２区分２１ｂが配置されるとともに、所定の高回転数域にある場合に排気通路７におけるガス流量の多い部分に第３区分２１ｃが配置され、各区分２１ａ〜２１ｃには各回転数域における排気ガスを効果的に浄化させるように担持される触媒貴金属の組み合わせが決定されているので、排気通路７におけるガス流量の多い部分に触媒担体２１の適切な区分２１ａ〜２１ｃを配置することができ、これによりエンジンの回転数に応じた適切な浄化性能を発揮させることができる。
【００４６】
このような効果を確認するため、触媒担体２１における浄化率評価のために行った実験とその結果を次に示す。
【００４７】
（サンプルおよび実験方法）
（実施例および比較例の調製）
上記触媒コンバータ３の浄化性能を評価するために、触媒担体２１を３つの区分２１ａ〜２１ｃに区分けし、各区分２１ａ〜２１ｃに異なる浄化触媒を所定の量ずつ担持させた実施例を調製するとともに、触媒担体において浄化触媒を均一にコートした比較例を調製した。この実施例と比較例とでは、触媒担体の全体について比較した場合に、担持される触媒貴金属の種類を同一のものとし、各触媒貴金属の総担持量も等しくなるように調整している。これらの実施例および比較例の調整にあたって、ハニカム状担体（浄化触媒が担持される前の触媒担体２１）として、直径１１８．４mm、長さ９１mm、の容量１リットルのものを使用し、そのセル密度は３ｍｉｌ／６００ｃｐｓｉのものを用いている。
【００４８】
実施例の調製にあたって、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）にプラチナ（Ｐｔ）およびパラジウム（Ｐｄ）のそれぞれを担持させるとともに、ジルコニア被覆アルミナ複酸化物およびセリウム−ジルコニウム複酸化物（ＣｅＯ２−ＺｒＯ２複酸化物）のそれぞれにロジウム（Ｒｈ）を担持させた、４種類の浄化触媒を作製した。例えば、アルミナ等の酸化物担体に触媒貴金属の硝酸溶液（ジニトロジアミン白金硝酸溶液等）を加えて混合し、蒸発乾固法によって触媒貴金属を担持させた酸化物担体（Ｐｔ担持アルミナ等）の粉末（浄化触媒粉末）を得た。
【００４９】
この浄化触媒粉末のうちＰｄ担持アルミナとＲｈ担持セリウム−ジルコニウム複酸化物とを所定の割合で混合するとともにこれにイオン交換水およびバインダを加えてスラリーを生成し、フィルムで第２および第３区分２１ｂ，２１ｃに相当する部分を封止したハニカム担体（浄化触媒が担持される前の触媒担体２１）に上記スラリーを吸引することによりその第１区分２１ａにおける内部流路の内壁面に浄化触媒をコーティングして、エアブローにより余分なスラリーを除去するとともにフィルムを剥離してから乾燥、焼成して第１浄化触媒層２８を形成する。各浄化触媒粉末の配合量等は、この第１区分２１ａに０．７５ｇのパラジウム（Ｐｄ）が担持されるとともに０．０６ｇのロジウム（Ｒｈ）が担持されるように設定されている。
【００５０】
続いて、同様の手法により、第２区分２１ｂにＰｔ担持アルミナと、Ｒｈ担持セリウム−ジルコニウム複酸化物とが混合された浄化触媒が担持された第２浄化触媒層２９を形成する。各浄化触媒粉末の配合量等は、この第２区分２１ｂに０．０３ｇのプラチナ（Ｐｔ）が担持されるとともに０．０６ｇのロジウム（Ｒｈ）が担持されるように設定されている。
【００５１】
さらに、同様の手法により、第３区分２１ｃにＰｔ担持アルミナと、Ｐｄ担持アルミナと、Ｒｈ担持セリウム−ジルコニウム複酸化物と、Ｒｈ担持ジルコニア被覆アルミナ複酸化物とが混合された浄化触媒が担持された第３浄化触媒層３０を形成する。各浄化触媒粉末の配合量等は、この第３区分２１ｃに０．０３ｇのプラチナ（Ｐｔ）が担持され、０．２５ｇのパラジウム（Ｐｄ）が担持され、０．０６ｇのセリウム−ジルコニウム複酸化物に担持されたロジウム（Ｒｈ）が担持されるとともに０．０８ｇのジルコニア被覆アルミナ複酸化物に担持されたロジウム（Ｒｈ）が担持されるように設定されている。
【００５２】
なお、ジルコニア被覆アルミナは、アルミナ粉末にジルコニウム硝酸塩を含む水溶液を含浸させた後、乾燥、焼成して、更にこの焼成粉末にロジウムを蒸発乾固法等で担持させることにより得ることができ、この場合、ジルコニアの量がアルミなの量に対して焼く５〜１５質量％程度になるように調整しておくと良い。
【００５３】
このように第１ないし第３区分２１ａ〜２１ｃに第１ないし第３浄化触媒層２８〜３０が形成された触媒担体２１が得られ、この触媒担体２１を、回転駆動部３１によって回転可能にケース本体２０内に組み込んで実施例としての触媒コンバータ３および排気システムを作製した。
【００５４】
次に、比較例の調製にあたっては、浄化触媒粉末の全ての所定の割合で混合し、触媒担体に均一にコーティングして浄化触媒層を形成した。各触媒貴金属の配合量は、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、セリウム−ジルコニウム複酸化物に担持されたロジウム（Ｒｈ）、ジルコニア被覆アルミナ複酸化物に担持されたロジウム（Ｒｈ）の順でそれぞれ０．０６ｇ、１．００ｇ、０．１８ｇ、０．０８ｇ担持されるように設定されている。
【００５５】
こうして得られた触媒担体をケース本体内に固定的に組み込んで比較例としての触媒コンバータおよび排気システムを作製した。
【００５６】
なお、実施例および比較例における触媒貴金属の構成および担持量をまとめると次の表１に示すようになる。
【００５７】
【表１】
2007085242.tif 000003
【００５８】
（浄化性能試験）
こうして得られた触媒コンバータおよび排気システムを車両に搭載し、この車両をシャーシダイナモメータ上にセットするとともに、エンジンをコールドスタートさせて所謂ＥＵモード運転させた場合の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を測定する浄化性能試験を行った。
【００５９】
なお、実施例における試験では、触媒担体２１が回転駆動部３１によって回転駆動され、エンジンの回転数に応じて排気通路における排気ガス流量の多い部分に第１区分２１ａ〜第３区分２１ｃが切換配置されるように設定されている。すなわち、エンジンの回転数が１０００ｒｐｍ未満では第１区分２１ａがこの低速回転域で排気ガス流量が多いとされている部分に配置され、１０００〜２０００ｒｐｍでは第２区分２１ｂがこの中速回転域で排気ガス流量が多いとされている部分に配置され、２０００ｒｐｍ超では第３区分２１ｃがこの高速回転域で排気ガス流量が多いとされている部分に配置されるようにコントロールユニット１００が設定されている。
【００６０】
このときの実験結果を次の表２に示す。なお、上記したが、この浄化性能試験における運転モードはＥＵモードである。このＥＵモードについては周知の試験方法であり、ここではその詳細については説明しない。
【００６１】
【表２】
2007085242.tif 000004
【００６２】
この表２によれば、触媒貴金属の総担持量が実施例と比較例とで同一であるにもかかわらず、実施例の触媒コンバータを用いた排気システムにおいては、明らかに浄化性能が改善されている。また、この表２によれば、エンジンのいずれの回転数域においても炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物のそれぞれについて浄化性能が改善している。特に、炭化水素および窒素酸化物の浄化性能は、全体で約３％近い伸びを示し、当実施形態の排気システムが有効に機能していることが分かる。
【００６３】
このように浄化性能が明白に改善しているのは、各回転数域で排気通路における排気ガス流量が多い部分に、適切な触媒貴金属が担持された区分２１ａ〜２１ｃが配置されているためであると考えられる。また、このように排気通路における排気ガス流量が多い部分に配置される区分２１ａ〜２１ｃが切り換えられるので、触媒担体２１の耐久性を向上させることができる。また、この触媒担体２１に担持されている触媒貴金属を満遍なく使用することができ、触媒貴金属を効率的に使用することができる。
【００６４】
なお、以上に説明した触媒コンバータ３およびこの触媒コンバータ３を含む排気システムは、本発明に係る装置の一実施形態であって、その具体的構成等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００６５】
（１）上記実施形態では触媒担体２１が第１ないし第３区分２１ａ〜２１ｃに三等分されているが、この触媒担体２１の区分けは等分である必要はなく、不等分であってもよい。例えば、高速回転域に対応する区分が他の区分に比べて大きく形成されるものであってもよい。この場合、この高速回転域に対応する区分は、その触媒貴金属を満遍なく使用するために回転駆動部３１により触媒担体を連続的、ないしは間歇的に回転させるものであってもよい。
【００６６】
（２）上記実施形態では、クランク角センサ６０に基づいてエンジン回転数を検出し、このエンジン回転数に基づいてエンジンの運転状態を判定しているが、例えば車速センサ、アクセル開度センサ、エンジンの冷却水温度を検出するエンジン水温センサ等に基づいて車速やエンジンの温度等を検出し、これらの車速やエンジン温度に基づいてエンジンの運転状態を判定するものであってもよく、さらにこれらを組み合わせることによってエンジンの運転状態を判別するようにしてもよい。
【００６７】
例えば、エンジンの冷間時におけるアイドル運転時や中低速回転領域運転時に、排気通路のガス流量の多い部分に第１区分２１ａが配置されるとともに、エンジンの温間時におけるアイドル運転時や中低速回転領域運転時に上記ガス流量の多い部分に第２区分２１ｂが配置され、また、高速回転運転時等に上記ガス流量の多い部分に第３区分２１ｃが配置されるようにコントロールユニット１００によって回転駆動部３１が制御されるように構成するものであってもよい。
【００６８】
さらに、エンジンにおいて、複数個設けられた気筒のうち、弁停止や燃料供給停止等の手段により一部の気筒を休止させる、所謂気筒数制御がなされる場合には、休止されている一部気筒からは排気ガスが流れないので全気筒運転時に比べると排気通路７の排気ガスの偏りが生じ易い。したがって、このような気筒数を減少させるような制御が実行されているか否かも勘案して運転状態を判断するようにしてもよい。
【００６９】
（３）上記実施形態では、コントロールユニット１００は、単一のユニットによって構成されているが、これを複数のユニットによって構成させるものであってもよい。
【００７０】
（４）上記実施形態では、触媒担体２１の各区分２１ａ〜２１ｃに担持される触媒貴金属の種類、組み合わせを異ならせるとともに、各触媒貴金属の担持量を異ならせるように設定されているが、例えば各区分２１ａ〜２１ｃに担持させる触媒貴金属の種類、および組み合わせを同じくして触媒貴金属の担持量を異ならせるだけでもよく、また触媒貴金属の種類および組み合わせだけを異ならせるようにしてもよい。
【００７１】
（５）さらに、上記実施形態では、排気通路７における屈曲部分の下流側に設けられることによりこの触媒コンバータ３が配設される部分において排気ガスの偏流が生じているが、本発明の触媒コンバータは偏流の原因にかかわらず、排気通路における排気ガス偏流が生じる部分に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】当実施形態のエンジンの排気システムを模式的に示す図である。
【図２】同排気システムに含まれるマニホールド触媒コンバータを概念的に示す斜視図である。
【図３】図（Ａ）および図（Ｂ）は、触媒担体を概念的に示す断面図である。
【図４】図１においてケース本体と内ケースとの関係を拡大して示す断面図である。
【図５】図（Ａ）は、図１においてシール構造を拡大して示す断面図であり、図（Ｂ）は、図（Ａ）の一部をさらに拡大して示す断面図である。
【図６】図（Ａ）〜図（Ｃ）はそれぞれ低中高速回転域における代表的な排気ガス流量分布を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７３】
３  触媒コンバータ
４  排気マニホールド
７  排気通路
２１  触媒担体
２１ａ  第１区分
２１ｂ  第２区分
２１ｃ  第２区分
３１  回転駆動部
３２  回転軸
３６  駆動モータ
６０  クランク角センサ
１００  コントロールユニット
【図１】
2007085242.tif 000005
【図２】
2007085242.tif 000006
【図３】
2007085242.tif 000007
【図４】
2007085242.tif 000008
【図５】
2007085242.tif 000009
【図６】
2007085242.tif 000010