(57)【要約】【課題】  担体直列型の触媒コンバータにおいて、下流側触媒担体における触媒活性を維持させつつ、下流側触媒担体における排気ガスの偏流を抑制することにより浄化性能を向上させることができる触媒コンバータ等を提供する。【解決手段】  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排気ガス中の有害成分を浄化する触媒担体２５，２６が排気ガス流れ方向に対して相互に離間した状態で直列配置される。触媒担体２５，２６のうちの下流側触媒担体２６を各触媒担体２５，２６が接離する方向に移動させることにより、上流側触媒担体２５と下流側触媒担体２６との相対距離を調節する進退駆動部３１が設けられている。【選択図】      図１
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【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が排気ガス流れ方向に対して相互に離間した状態で直列配置された触媒コンバータにおいて、
上記触媒担体のうちの少なくともいずれか一方を各触媒担体が接離する方向に移動させることにより、上流側の上記触媒担体と下流側の上記触媒担体との相対距離を調節する距離調節手段が設けられていることを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項２】
上記距離調節手段は、上記下流側触媒担体を移動させることにより上記上流側触媒担体との間の相対距離を調節す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】
上記距離調節手段は、上記上流側触媒担体と上記下流側触媒担体との相対距離を１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲で調節することを特徴とする請求項１または請求項２記載の触媒コンバータ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に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５】
エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、この回転数検出手段の検出結果に基づいて上記距離調節手段を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、エンジンの低回転域で上記相対距離を短くし、エンジンの高回転域で上記相対距離を長くするように構成されてい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配設された、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配設すると、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の入口部分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。
【０００４】
一方、このようなマニホールド触媒コンバータについて、触媒温度を早期に立ち上げるため、一つのケース内で二つの触媒担体を排気ガス流れ方向に沿って直列的に配設したものがある（特許文献２参照）。このような担体直列型の触媒コンバータにおいては、一般的に、振動による互いの接触に起因した破損を防止するため各触媒担体を相互に離間させて固定させている。
【特許文献１】特開２００２−３２６０３５号公報
【特許文献２】特開平９−２７３４１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、従来の担体直列型の触媒コンバータにおいては、比較的熱い排気ガスを下流側の触媒担体に流通させるとともに上流側の触媒担体での反応熱によって下流側の触媒担体を暖めるため、振動による接触が生じない程度に両触媒担体を近接配置していることが多い。したがって、この従来の触媒コンバータは、下流側の触媒担体に担持された触媒貴金属を早期に活性化させることができ、この触媒活性を維持させることができる点で有利である。
【０００６】
ところが、この担体直列型の触媒コンバータを、排気ガスの偏流が生じている箇所に配設した場合には、各触媒担体が近接配置されているため、偏流を有したまま上流側の触媒担体を流通した排気ガスは、そのまま対向する下流側の触媒担体に流れこみ、下流側の触媒担体においても排気ガスの偏流が生じることになる。このように上流側および下流側の触媒担体で、ともに排気ガスの偏流が生じると、各触媒担体の一部のセルに大量の排気ガスが流通してこれらのセルにおける排気ガスの拡散が不十分となり浄化性能が悪化するという問題があった。特に、このような現象はエンジンの高回転域で顕著となる。
【０００７】
そこで、上流側担体と下流側担体とを予め比較的長い距離で離間させておくことによって下流側担体に偏流が流れこまないようにすることも考えられるが、そうするとその離間している部分の外周ケースから排気ガスの熱が放出され、下流側触媒の活性化が十分に行われ難くなるという問題も生じる。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、担体直列型の触媒コンバータにおいて、下流側触媒担体における触媒活性を維持させつつ、下流側触媒担体における排気ガスの偏流を抑制することにより浄化性能を向上させることができ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】
【０００９】
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が排気ガス流れ方向に対して相互に離間した状態で直列配置された触媒コンバータにおいて、上記触媒担体のうちの少なくともいずれか一方を各触媒担体が接離する方向に移動させることにより、上流側の上記触媒担体と下流側の上記触媒担体との相対距離を調節する距離調節手段が設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
この発明によれば、上記触媒担体のうちの少なくともいずれか一方を各触媒担体が接離する方向に移動させることにより、上流側の上記触媒担体と下流側の上記触媒担体との相対距離を調節する距離調節手段が設けられているので、排気ガスの偏流が生じているような排気通路に配設された場合でも、エンジン回転数等のエンジンの運転状態に応じて上流側触媒担体と下流側触媒担体との相対距離を変更することができる。
【００１１】
したがって、例えば下流側触媒担体において排気ガスの偏流が生じ難いエンジンの低回転域において両触媒担体を相互に近接配置させることにより、下流側触媒担体の触媒貴金属を早期に活性化させることができるとともに、この触媒活性状態を維持させることができる。
【００１２】
一方、例えばエンジンの高回転域で両触媒担体を相互に離間配置させることにより、この離間空間で排気ガスを整流することができ、これにより下流側触媒担体における排気ガス偏流を抑制して浄化性能を向上させることができる。この場合、例えばエンジンの高回転域では、比較的熱い排気ガスが多く流通するので、下流側触媒担体における触媒活性の低下を抑制することができる。
【００１３】
この場合、上記距離調節手段は、上記上流側触媒担体を移動させ、或いは上記上流側および下流側の触媒担体をともに移動させるものであってもよいが、上記下流側触媒担体を移動させることにより上記上流側触媒担体との間の相対距離を調節するように構成されるのが好ましい（請求項２）。
【００１４】
このように構成すれば、上流側触媒担体を固定配置することにより排気ガス流れを安定させることができ、下流側触媒担体に導入される排気ガスを整流させ易くなる。しかも、排気マニホールドの直下等に設ける場合、この距離調整手段のレイアウトを比較的容易に行うことができる。
【００１５】
ここで、上記距離調節手段による両触媒担体の相対距離の調節範囲は適宜設定されるが、例えば円筒形触媒担体の場合、その直径の１／２０以上１／４以下の範囲、すなわち、通常は直径が約１００ｍｍ程度の触媒担体が用いられているところ、５ｍｍ以上２５ｍｍ以下の範囲に設定されるのが好ましい。より好ましくは、上記距離調節手段は、上記上流側触媒担体と上記下流側触媒担体との相対距離を１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲で調節するように構成されるのが好ましい（請求項３）。
【００１６】
すなわち、相対距離が短すぎると、接触による破損が懸念されるとともに、エンジンの回転数が低い場合でも下流側触媒担体でガス偏流が生じるため好ましくない。また、相対距離が長すぎると、両触媒担体間の離間空間で排気ガスが放熱され、下流側触媒担体に導入される排気ガス温度が低下し過ぎることから好ましくない。
【００１７】
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４）。
【００１８】
この発明によれば、例えばエンジンの運転状態に応じて、下流側の触媒担体の活性を低下させず、また下流側触媒担体で偏流が生じない範囲で両触媒担体間の相対距離を調節することができ、下流側触媒担体における触媒貴金属の活性状態を維持して浄化性能を向上させることができる。
【００１９】
この場合、エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、この回転数検出手段の検出結果に基づいて上記距離調節手段を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、エンジンの低回転域で上記相対距離を短くし、エンジンの高回転域で上記相対距離を長くするように構成されているのが好ましい（請求項５）。
【００２０】
このように構成すれば、上記回転数検出手段と上記制御手段とを備えるので、エンジンの回転数に応じて各触媒担体を接離させることができる。この制御手段は、エンジンの低回転域で上記上流側触媒担体と下流側触媒担体とを近接させて相対距離を短くするので、上記下流側触媒担体に比較的熱い排気ガスを送り込むことができるとともに上流側触媒担体の反応熱によって下流側触媒担体を暖めることができる。したがって、エンジン始動後、早期に下流側触媒担体の触媒貴金属を活性化させることができるとともに、触媒貴金属が活性化した後はこの活性状態で維持させることができる。この場合、両触媒担体が近接配置されることにより下流側触媒担体での排気ガスの偏流が懸念されるが、このようにエンジンの回転数が低い場合にはガス流速も遅く、各触媒担体の離間距離が短い場合でもこの離間空間で排気ガスが整流されて下流側触媒担体でのガス偏流を可及的に抑制することができる。
【００２１】
また、制御手段は、エンジンの高回転域で上記上流側触媒担体と下流側触媒担体とを離間させて相対距離を長くするように構成されているので、上流側触媒担体を通過した排気ガスは、下流側触媒担体に流入する前に整流され下流側触媒担体においては排気ガスの偏流を抑制することができる。このため、下流側触媒担体を流通した排気ガスは充分に浄化されて触媒コンバータ全体の浄化性能を向上させることができる。この場合、上流側触媒担体と下流側触媒担体とが離間配置されるため、下流側触媒担体に流入する排気ガスの温度低下が懸念されるが、エンジンの高回転域では排気ガス温度が比較的高く、しかもガス流速が速いので、温度をある程度維持したまま下流側触媒担体に排気ガスを流入させることができ、これにより下流側触媒担体の触媒貴金属の活性低下を防止することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の触媒コンバータおよび排気システムは、担体直列型の触媒コンバータにおいて、エンジンの運転状態に応じて上流側触媒担体と下流側触媒担体との相対距離を調節することにより、下流側の触媒コンバータにおける触媒活性を維持させつつ、下流側触媒担体における排気ガスの偏流を抑制して浄化性能を向上させることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。
【００２４】
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が触媒コンバータ３の上流側で屈曲している。
【００２５】
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、排気ガス流れ方向に対して直列に配置収納された触媒担体２５，２６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。また、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。
【００２６】
触媒担体２５，２６は、その具体的な図面は省略するが、隔壁で区画した多数のセルを有する略円柱状のハニカム体として形成され、排気ガスは上流側から下流側に向かってセルを通過する間にそのセル表面に形成された浄化触媒層中に拡散してこの浄化触媒層に含まれる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。この触媒担体２５，２６は、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、上流側触媒担体２５と下流側触媒担体２６とが同種の担体を用いるものであってもよいし、異種の担体を用いるものであってもよい。
【００２７】
触媒担体２５，２６の浄化触媒層は、浄化触媒がセル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。この浄化触媒は、触媒貴金属と、この触媒貴金属を担持する酸化物担体とを含む。
【００２８】
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。上流側触媒担体２５に担持される触媒貴金属は、Ｐｄ、Ｒｈが高い排気ガス温度下でも高浄化率を示すこと、およびＮＯｘを低温から浄化するという観点から、また、Ｐｔは低温始動時に発生し易い飽和炭化水素を浄化するという観点から、上記３種の貴金属から選択される少なくとも一種が用いられるのが好ましい。一方、下流側触媒担体２６に担持される触媒貴金属は、空燃比変動の小さいガス流れにおいて、高い浄化率を得るという観点からプラチナ（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）から選択される少なくとも一種が用いられるのが好ましい。
【００２９】
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）、ジルコニウム酸化物を表面に被覆担持したアルミナ（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。
【００３０】
したがって、浄化触媒としては、例えば、Ｒｈ担持酸素吸蔵材、Ｒｈ担持ジルコニア被覆アルミナ、Ｐｄ担持アルミナ、Ｐｔ担持アルミナ、等から選択される少なくとも一種が用いられる。
【００３１】
上流側触媒担体２５は、その熱容量が下流側触媒担体２６の熱容量よりも小さく設定され、エンジンの始動後、比較的早期に触媒が活性化されるように構成されている。例えば、上流側および下流側触媒担体２５，２６として同一のセル構造を有する同種の担体が用いられる場合には、上流側触媒担体２５は下流側触媒担体２６よりも容積が小さく設定される。この上流側触媒担体２５は、周囲に巻回された耐熱弾性マット２７を介してケース本体２０の内部上流側に弾性的に保持されている。
【００３２】
下流側触媒担体２６は、排気ガス流れ方向に沿って上流側触媒担体２５に対して接離する方向に移動可能に構成され、これにより上流側触媒担体２５との相対距離を調節できるようになされている。すなわち、下流側触媒担体２６は、上流側触媒担体２５と軸心を同じくし、所定の間隔を離間させた状態でケース本体２０の内部下流側に、距離調節手段の一例である進退駆動部３１によって移動可能に支持されている。
【００３３】
進退駆動部３１は、下流側触媒担体２６を上流側触媒担体２５に対して接離する方向（排気ガス流れ方向）に移動させるものであり、上流側触媒担体２５と下流側触媒担体２６との相対距離がエンジンの運転状態に応じて連続的に、或いはエンジンの運転状態に応じて段階的に調節できるように構成されている。当実施形態では、この進退駆動部３１は、上流側触媒担体２５と下流側触媒担体２６との相対距離が所定の近接距離（例えば１０ｍｍ）と離間距離（例えば２０ｍｍ）との間でエンジンの回転数に応じて調節が可能に構成されている。
【００３４】
具体的には進退駆動部３１は、図２または図４に示すように、下流側触媒担体２６の軸心をなす進退軸３２と、この下流側触媒担体２６の外周面を覆って耐熱弾性マット３３を介して下流側触媒担体２６を支持する内ケース３４と、この内ケース３４を進退軸３２に連結する支持部材３５と、進退軸３２を進退駆動させる駆動モータ３６とを備え、この進退軸３２が上流側触媒担体２５側に進出することにより下流側触媒担体２６を上流側触媒担体２５に対して近接する方向に移動させるとともに、進退軸３２が退入することにより下流側触媒担体２６を上流側触媒担体２５に対して離間する方向に移動させるように構成される。なお、耐熱弾性マット２７，３３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２５，２６を弾性的に支持している。
【００３５】
進退軸３２は、図２に示すように、その中間部が下流側コーン２３および軸保持部２８に進退可能に支持されている。すなわち、軸保持部２８は、進退軸３２が挿通される軸孔２８ａを有するシリンダ状に形成され、この軸孔２８ａに沿って進退軸３２を所定の長さにわたって移動可能に支持している。下流側コーン２３は、その軸心に貫通孔２３ａを有し、この貫通孔に進退軸３２が挿通され、当該進退軸３２をその軸線に沿って移動可能に支持している。これらの軸保持部２８および下流側コーン２３の進退軸３２の軸受部分には、排気ガスの外部への漏出を防止するためにシール機構３８が設けられている。
【００３６】
図３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。軸保持部２８は、その軸孔２８ａが下流側コーン２３の貫通孔２３ａに一致した状態であって、ケース本体２０の内部に向かって突設した状態で、下流側コーン２３の貫通孔２３ａに内嵌されている。この軸保持部２８はその軸孔２８ａの上端部および下端部にそれぞれパッキン部材２９が固定され、このパッキン部材２９が軸孔２８ａの内周面と進退軸３２との隙間をシールしている。
【００３７】
一方、図２または図３に示すように、下流側コーン２３の軸心部分には上記貫通孔２３ａを有するボス部３９が設けられ、このボス部３９の貫通孔２３ａに進退軸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ガイド筒４０が螺着されている。ガイド筒４０は、進退軸３２が挿通される軸孔４０ａが設けられている。この軸孔４０ａの上端部は、ボス部３９の外径に対応して拡径することにより大径開口部４０ｂが形成され、この大径開口部４０ｂの拡径部分に段部４０ｃが形成される。ガイド筒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。
【００３８】
ガイド筒４０の内周面は進退軸３２の下端部における所定箇所に設けられた複数本（当実施形態では３本）のシールリング４２が摺接されるように構成され、これにより進退軸３２の進退移動を許容しつつ軸孔４０ａを通じた排気ガスの漏出を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、軸保持部２８、パッキン部材２９、ボス部３９、ガイド筒４０、パッキン４１、シールリング４２等が上記シール機構３８を構成している。
【００３９】
また、シールリング４２の下方における進退軸３２には位置決めフランジ４３が突設され、ガイド筒４０の下部に設けられ軸孔４０ａに連通する拡径ガイド孔４０ｅに配置されている。この拡径ガイド孔４０ｅは、進退軸３２の上下移動（進退移動）に伴って位置決めフランジ４３を案内するものであるとともに、この位置決めフランジ４３の移動を所定範囲内で規制することにより進退軸３２の移動範囲を規定するものである。この拡径ガイド孔４０ｅの内部であって位置決めフランジ４３の下方には、リターンスプリング４４が配設され、このリターンスプリング４４によって進退軸３２がその進出方向に付勢されている。
【００４０】
また、位置決めフランジ４３の下面には係止部４５が下方に突設され、この係止部４５に駆動モータ３６の駆動力を伝達する伝達部としての伝達ワイヤ４６の一端（上端）が係止されている。この伝達ワイヤ４６は、下方に垂下しガイド筒４０の底部を貫通して、その下端が駆動モータ３６の出力軸３６ａに固定されたリール３７の周面に取り付けられている（図１および図２参照）。
【００４１】
このリール３７は、後述するコントロールユニット１００により回転駆動される駆動モータ３６によって回転駆動され、図１において時計回りに回転することにより伝達ワイヤ４６を巻き取って進退軸３２をリターンスプリング４４に抗して退入させ、この駆動モータ３６の駆動を停止させることによりリターンスプリング４４の弾性回復力によって進出する進退軸３２に伴って上方に引き出される伝達ワイヤ４６により図１で反時計回りに回転する。
【００４２】
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、図４に示すように内ケース３４の上端部が径方向外側に折り曲げられるとともに先端が軸方向内側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についても同様に形成されている。
【００４３】
このシールフランジ部４７，４８は、その外縁部が内ケース３４の径方向外側にふたこぶ状に膨出してこの各膨出部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ている。この膨出部４７ａ，４８ａは、内ケース３４の径方向に弾性変形可能に構成されており、これにより内ケース３４とケース本体２０との間の間隔に追随して摺接し、両者間の隙間を通じた排気ガスの漏出を防止するものとなされている。
【００４４】
このシールフランジ部４７（４８）の下方（上方）におけるケース本体２０には、移動規制フランジ３０が径方向内側に突設され、この移動規制フランジ３０にシールフランジ部４７，４８が当接することにより下流側触媒担体２６の移動が規制されるようになっている。
【００４５】
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。
【００４６】
一方、支持部材３５は、図２、図４に示すように、進退軸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、下流側触媒担体２６の排ガス上流側および下流側にそれぞれ設けられている（図１参照）。支持桟部３５ｂは、当実施形態では等間隔で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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。ＥＣＵ１００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、上流側触媒担体２５と下流側触媒担体２６との相対距離を調節する距離調節手段とを機能的に有している。
【００４９】
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、上流側触媒担体２５において、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。一方、下流側触媒担体２６においてガス偏流が生じるか否かは、この下流側触媒担体２６と上流側触媒担体２５との離間距離（相対距離）、および排気通路７におけるガス流量に応じて異なることが判明した。そこで、当実施形態の触媒コンバータ３およびこの触媒コンバータ３を含む排気システムでは、エンジンの回転数に応じて下流側触媒担体２６を各触媒担体２５，２６が接離する方向（排気ガス流れ方向）に沿って移動させ、下流側触媒担体２６においてガス偏流が抑制されるように構成されている。
【００５０】
すなわち、メモリ１０２には、相対距離とエンジンの回転数との関係を示すマップが記憶され、コントロールユニット１００はクランク角センサ６０からの入力に応じて相対距離を近接距離（例えば１０ｍｍ）に設定するか、離間距離（例えば２０ｍｍ）に設定するかを判定し、この判定結果に基づいて駆動モータ３６を駆動させることにより、上流側触媒担体２５と下流側触媒担体２６との相対距離を調節するように構成されている。当実施形態では、コントロールユニット１００は、クランク角センサ６０に基づくエンジンの回転数が１５００ｒｐｍ未満の場合には上記相対距離を近接距離としての１０ｍｍに設定するとともに、エンジンの回転数が１５００ｒｐｍ以上の場合には上記相対距離を離間距離としての２０ｍｍに設定するように構成されている。
【００５１】
このようなエンジン回転数と相対距離との関係は、下流側触媒担体２６に流通する排気ガスの流れおよび温度を考慮して予め実験的に定められている。すなわち、所定のエンジン回転数において下流側触媒担体２６のガス偏流の度合および流通ガス温度を測定して、当該下流側触媒担体２６においてガス偏流による影響が抑制され、かつ、流通ガス温度の低下を可及的に抑制するように設定されている。このような各種影響を抑制可能な相対距離（上流側触媒担体２５と下流側触媒担体２６との相対距離）は、５ｍｍ以上２５ｍｍ以下の範囲に設定されるのが好ましく、さらに好ましくは、この相対距離を１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲に設定するのが良いことが実験的に判明した。すなわち、相対距離が短すぎると、接触による破損が懸念されるとともに、エンジンの回転数が低い場合でも下流側触媒担体でガス偏流が生じることがあるため好ましくない。また、相対距離が長すぎると、両触媒担体間の離間空間で排気ガスが放熱され、下流側触媒担体に導入される排気ガス温度が低下し過ぎることから好ましくない。
【００５２】
また、当実施形態のように上記相対距離の切換の基準となるエンジン回転数は特に限定されるものではなく、適宜設定することができる。例えば、相対距離の切換の基準となるエンジン回転数を１０００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍ等適宜設定することができ、またこの基準エンジン回転数を複数設定していもよい。このように基準エンジン回転数を複数設定した場合には、基準エンジン回転数に応じて相対距離も複数設定される。
【００５３】
このように、当実施形態の排気システムにおいて、触媒コンバータ３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７の所定部分に配設されている。この排気システムにおいては、コントロールユニット１００がクランク角センサ６０の出力に基づいて進退駆動部３１の駆動モータ３６を制御することにより、エンジン回転数に応じて上流側触媒担体２５と下流側触媒担体２６との相対距離を変更することができる。すなわち、下流側触媒担体２６において排気ガスの偏流が生じ難いエンジンの低回転域において両触媒担体２５，２６の相対距離を縮めて両触媒担体２５，２６を相互に近接配置させることにより、上流側触媒担体２５を通過した比較的熱い排気ガスがそのまま下流側触媒担体２６に導入されることになり、下流側触媒担体２６の浄化触媒を早期に活性化させることができるとともに、この触媒活性状態を維持させることができる。エンジンの回転数が低い場合には、ガス流通量が少ないことから両触媒担体２５，２６の相対距離が短い場合でも両触媒担体２５，２６間の離間空間（相対距離を長さとする空間）でも充分に排気ガスを整流することができ、下流側触媒担体２６におけるガス偏流を可及的に抑制することができる。
【００５４】
一方、コントロールユニット１００は、エンジンの高回転域で両触媒担体２５，２６を相互に離間配置させるように進退駆動部３１の駆動モータ３６を駆動制御するので、エンジンの回転数の上昇に伴って増加した排気ガスを両触媒担体２５，２６間の離間空間で充分に整流することができ、これにより下流側触媒担体２６における排気ガス偏流を抑制して浄化性能を向上させることができる。この場合、エンジンの高回転域では、比較的熱い排気ガスが多く流通するので、下流側触媒担体２６における触媒活性の低下を抑制することができる。
【００５５】
しかも、進退駆動部３１は下流側触媒担体２６を移動させるので、上流側触媒担体２５の排気通路７における配設位置を固定させることができ、これにより下流側触媒担体２６に導入させる排気ガス流れを比較的安定させることができ、当該排気ガスを整流させ易くなる。また、このように排気マニホールド４の直下に触媒コンバータ３が配設される場合に、例えば上流側触媒担体２５を駆動させるためこの進退駆動部３１を上流側コーン２２に取り付けることとすると、排気マニホールド４を含めたエンジンルーム内のレイアウトが複雑になるが、当実施形態のように下流側触媒担体２６を駆動させる進退駆動部３１を下流側コーン２３に取り付けることとすると、比較的スペース的な余裕がある車体下部において取り付ける方が排気通路７が複雑になるということもなく有利である。
【００５６】
このような効果を確認するため、触媒コンバータ３における浄化性能評価のために行った実験とその結果を次に示す。
【００５７】
（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の浄化性能およびこの触媒コンバータ３における下流側触媒担体２６におけるガス流量分布を評価するために、下流側触媒担体２６が上流側触媒担体２５に対して接離する方向に移動する実施例を調製するとともに、下流側触媒担体２６が上流側触媒担体２５に対して固定的に設けられた２種類の比較例を調製した。この実施例および比較例は、いずれも上流側触媒担体２５について、セル密度が３ｍｉｌ／６００ｃｓｐｉ、大きさが直径１０５．７ｍｍ、長さ４９ｍｍで約０．４３リットルの容量を有するものを用い、下流側触媒担体について、上記上流側触媒担体２５と長さのみが異なり９８ｍｍで約０．８７リットルの容量を有するものを用いている。また、実施例と比較例では浄化触媒として、同種、同量のものを各触媒担体２５，２６に担持させている。
【００５８】
すなわち、実施例と比較例では下流側触媒担体２６を移動させるか、下流側触媒担体２６を上流側触媒担体２５に対して所定の相対距離で固定させるかにおいて異なるのみで、各触媒担体２５，２６については同一の構成のものが用いられている。
【００５９】
まず、この各触媒担体２５，２６の調製方法について説明する。
【００６０】
上流側触媒担体２５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（ＺｒＯ２被覆Ａｌ２Ｏ３）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。
【００６１】
これらの４種類の浄化触媒粉末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、上流側ハニカム担体（浄化触媒を担持させる前の上流側触媒担体２５）に上記スラリーを吸引することによりその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してから乾燥、焼成して浄化触媒層を形成することにより上流側触媒担体２５を作製した。各浄化触媒粉末の配合量等は、この上流側ハニカム担体に０．０５ｇ／Ｌのプラチナ（Ｐｔ）が担持され、１．００ｇ／Ｌのパラジウム（Ｐｄ）が担持され、８０．０ｇ／Ｌ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１７．０ｇ／Ｌのジルコニア被覆アルミナ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。なお、この明細書において「ｇ／Ｌ」で示す単位は、触媒担体２５，２６の１Ｌあたりの担持量を示している。
【００６２】
下流側触媒担体２６の調製にあたって、上流側触媒担体２５と同様の手法により、下流側ハニカム担体（浄化触媒が担持される前の下流側触媒担体２６）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を担持させ、下流側触媒担体２６を作製した。各浄化触媒粉末の配合量等は、この下流側ハニカム担体に０．０５ｇ／Ｌのプラチナ（Ｐｔ）が担持されるとともに０．２５ｇ／Ｌのロジウム（Ｒｈ）が担持されるように設定されている。
【００６３】
そして、上記各触媒担体２５，２６のうち、下流側触媒担体２６を上記実施形態における進退駆動部３１に支持させることにより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。この実施例では、進退駆動部３１によって各触媒担体２５，２６の相対距離がエンジンの回転数が１５００ｒｐｍ未満の場合には１０ｍｍになるように設定され、エンジンの回転数が１５００ｒｐｍ以上の場合には２０ｍｍとなるように設定されている。
【００６４】
一方、各触媒担体２５，２６をその相対距離が５ｍｍで固定されるようにケース本体２０内に組み込むことにより比較例１としての触媒コンバータ３および排気システムを作製するとともに、各触媒担体２５，２６をその相対距離が２０ｍｍで固定されるようにケース本体２０内に組み込むことにより比較例２を作製した。なお、この明細書内では、説明の便宜のため、比較例についても上記実施形態と同様の符号を付しているが、当然のことながら、この比較例については下流側触媒担体を移動させるための構成は含まれていない。
【００６５】
（浄化性能試験等）
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。このとき、実施例および比較例について下流側触媒担体２６のガス流量分布も同時に調べた。
【００６６】
このガス流量分布の結果を図５に示す。なお、図５では、エンジンの高回転域（図では２０００ｒｐｍ）において各触媒担体２５，２６の相対距離が１０ｍｍである場合の下流側触媒担体２６におけるガス流量分布を参考例として示している。
【００６７】
この図５によれば、エンジンの低回転域では、比較例２においてガス流量分布が中心部に比べ外周部に若干偏っているものの、いずれの場合も触媒担体２６の周方向に比較的均一に排気ガスが流通していることが分かる。すなわち、エンジンの回転数が低い場合には、各触媒担体２５，２６の相対距離にかかわらず下流側触媒担体２６においては排気ガスは略均一に流れる。
【００６８】
一方、エンジンの高回転域では、各触媒担体２５，２６が比較的近接した位置に配置された比較例１および参考例においてガス流量分布が右半分に偏っていることが分かる。これは、図１で白抜き矢印に示すような排気ガス偏流が上流側触媒担体２５のみならず下流側触媒担体２６にも生じることを証明している。これに対して各触媒担体２５，２６が比較的離間した位置に配置された実施例および比較例２については比較的均一に排気ガスが流通していることが分かる。すなわち、エンジンの回転数が高い場合には、各触媒担体２５，２６の相対距離を長く設定することにより下流側触媒担体２６のガス流量分布は略均一となる。
【００６９】
この結果からみれば、上流側触媒担体２５と下流側触媒担体２６との相対距離は比較的長く設定することがよいように思われ、実施例だけでなく、比較例２についても良好な浄化性能が得られるとも思われる。しかしながら、触媒コンバータ３の浄化性能試験によれば、図６に示すように、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、比較例１だけでなく比較例２に比べても明らかに浄化性能が改善されている。図６は、浄化性能試験の結果を示している。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。
【００７０】
この図６によれば、実施例の触媒コンバータ３を用いた排気システムは、比較例１の触媒コンバータを用いた排気システムに比べてＨＣ，ＣＯについて約３％、ＮＯｘについて約４．５％程度、浄化性能が改善している。これは、上記したように、比較例１については、下流側触媒担体２６においてエンジンの高回転域でガス偏流を生じ、この下流側触媒担体２６におけるガス偏流が生じている特定部分におけるガス流量が過剰に増加することにより浄化性能が低下するためであると考えられる。
【００７１】
また、実施例の触媒コンバータ３を用いた排気システムは、比較例２の触媒コンバータ３を用いた排気システムに比べても浄化性能が改善されており、具体的にはＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘのそれぞれについては約３〜７％程度、浄化性能が改善されいている。これは、エンジンの低回転域でも各触媒担体２５，２６の相対距離が比較的長く設定されているために、各触媒担体２５，２６間で排気ガスが放熱され、下流側触媒担体２６の触媒活性が低下するためであると考えられる。特に、エンジンの冷間始動直後は下流側触媒担体２６がまだ暖まっておらず、しかも下流側触媒担体２６が上流側触媒担体２５に対して離間して配置されているため、下流側触媒担体２６が暖まるまで一定の時間を要し、この下流側触媒担体が暖まって浄化触媒が活性化されるまで浄化性能が大きく低下しているためであると考えられる。
【００７２】
すなわち、実施例の触媒コンバータ３を用いた排気システムは、エンジン回転数に応じて下流側触媒担体２６を上流側触媒担体２５に対して接離する方向に移動させることにより、両触媒担体２５，２６の相対距離を調節することができ、この相対距離をエンジン回転数に応じて適宜設定することにより、下流側触媒担体２６の温度を効率的に上昇維持させて浄化触媒を活性状態で維持させることができ、しかもエンジン回転数にかかわらず従来の触媒コンバータでは得ることのできない浄化性能を得ることができる。
【００７３】
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。
【００７４】
（１）上記実施形態では、進退駆動部３１は駆動モータ３６によって伝達ワイヤ４６を巻取、引き出すように構成されているが、この進退軸３２を駆動させるための具体的構成は特に限定されるものではない。例えば、コントロールユニット１００によって制御される油圧回路を設け、この油圧回路に接続される油圧シリンダによって進退軸３２を駆動させるものとしてもよい。
【００７５】
（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。
【００７６】
（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。
【００７７】
（４）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】
【００７８】
【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１においてシール構造を拡大して示す断面図である。
【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】エンジンの低高速各回転域における実施例等の下流側触媒担体における排気ガス分布を示す模式図である。
【図６】実施例、比較例１および比較例２における排気システムの浄化性能評価試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７９】
３  触媒コンバータ
４  排気マニホールド
７  排気通路
２０  ケース本体
２５  上流側触媒担体
２６  下流側触媒担体
３１  進退駆動部
３２  進退軸
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】
2007083189.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図５】
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