(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適切な劣化診断を行うことができるマニホールド触媒コンバータを提供する。【解決手段】  酸素吸蔵材が担持された触媒担体２１と、この触媒担体２１の上下各流側に配設された酸素センサ８，９とを備える。これらの酸素センサ８，９に基づく検出値が所定の既定値に達した時点で警告灯１１を点灯させる。触媒担体２１は、排気ガス流れ方向に沿った複数の部分に区分されて、この区分部分２１ａ，２１ｂのうち特定部分２１ａにおける酸素吸蔵材の総担持量が増量され、この増量分を含めた特定部分の総担持量が既定値に達した時点でこの特定部分の酸素吸蔵材が吸蔵能を有するように設定されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素吸蔵材および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を備え、この触媒担体の酸素吸蔵能を検出する酸素吸蔵能検出手段による検出値が所定の既定値に達することにより劣化診断されるマニホールド触媒コンバータにおいて、
上記触媒担体は、排気ガス流れ方向に沿った複数の部分に区分されて、この区分部分のうち特定部分における酸素吸蔵材の総担持量が増量されるとともに、上記検出値が既定値に達した時点で上記特定部分の酸素吸蔵材が劣化過程にあって酸素吸蔵能を有するように上記特定部分の総担持量が設定されていることを特徴とするマニホールド触媒コンバータ。
【請求項２】
上記酸素吸蔵材は触媒貴金属が担持された触媒貴金属担持酸素吸蔵材と上記触媒貴金属が担持されていない触媒貴金属不担持酸素吸蔵材とを含み、上記特定部分における触媒貴金属担持酸素吸蔵材の総担持量に対する触媒貴金属不担持酸素吸蔵材の総担持量の比率が他の部分より大きく設定されていることを特徴とする請求項１記載のマニホールド触媒コンバータ。
【請求項３】
上記触媒担体は、２つの部分に区分されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のマニホールド触媒コンバータ。
【請求項４】
上記触媒担体の特定部分は、他の区分部分に対して酸素吸蔵材の担持濃度を高く設定することにより総担持量が増量されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のマニホールド触媒コンバータ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のマニホールド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るとともに、このマニホールド触媒コンバータにおける触媒担体の上記特定部分が他の部分に比べて多くの排気ガスが流通するように配置されていることを特徴とする排気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路における排気マニホールドの近傍に設けられ、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）等を浄化するマニホールド触媒コンバータおよびこのマニホールド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。
【０００４】
ところで、この触媒コンバータにはそのケース内に酸素吸蔵材や触媒貴金属を隔壁に担持した触媒担体が収納されており、この触媒担体に担持された酸素吸蔵材や触媒貴金属は使用に伴ってシンタリングや被毒の影響等によって劣化することから、この触媒コンバータは所定の時期に交換される場合がある。通常、触媒コンバータの劣化程度は、担体の酸素吸蔵能に基づいて間接的に判断される。すなわち、この担体の上流側および下流側に配設された酸素センサからの検出結果に基づいて酸素吸蔵能を検出し、この酸素吸蔵性能が予め定められた既定値に至った時点で警告ランプ等の報知手段で乗員に報知して触媒コンバータの交換を促すようになされるのが通常である。
【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】
【０００５】
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においては、酸素吸蔵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。従来のマニホールド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担体に酸素吸蔵材が略均一にコーティングされ、この担体における酸素吸蔵能の測定が上流側および下流側に配設された酸素センサに基づいて触媒担体全体で判断されていたため、担体においてガス流量が多い部分の酸素吸蔵能がほとんどなくなっているにもかかわらず、ガス流量の少ない部分の酸素吸蔵材がこの担体全体の酸素吸蔵能をカバーして当該触媒コンバータの交換時期、すなわち、酸素吸蔵能が既定値に至るまで使用されていることが多かった。
【０００６】
このように触媒担体におけるガス流量の多い部分の酸素吸蔵能がほとんど無くなっているにもかかわらず触媒コンバータの使用が継続されると、担体全体の酸素吸蔵能の劣化速度がガス流量の少ない部分における酸素吸蔵材の吸蔵能に支配されて触媒担体全体の吸蔵能の時間変化の割合、すなわち劣化速度が小さくなり、この結果、担体全体の酸素吸蔵能の劣化診断精度が低下するという欠点があった。
【０００７】
すなわち、酸素吸蔵能の劣化診断は、実験により求められた浄化性能の劣化曲線に基づいて浄化性能が所定値（例えば５０％）になった場合の酸素吸蔵能を予め求めておき、酸素センサに基づく検出値が予め求めた実験値（既定値）になったか否かによって行われているが、酸素吸蔵能の時間変化が小さくなると誤差による影響等が大きくなり、酸素センサによる検出値が実験値に至った時期を正確に特定し難くなる。このため、触媒コンバータにおいて、所定の交換時期よりも早い時点で交換を促すための報知を行ったり、或いは所定の交換時期を大幅に過ぎた時点で交換を促すための報知を行ったりする等、劣化診断精度が低下するといった問題があった。
【０００８】
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適切な劣化診断を行うことができるマニホールド触媒コンバータ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、本発明に係るマニホールド触媒コンバータは、酸素吸蔵材および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を備え、この触媒担体の酸素吸蔵能を検出する酸素吸蔵能検出手段による検出値が所定の既定値に達することにより劣化診断される触媒コンバータにおいて、上記触媒担体は、排気ガス流れ方向に沿った複数の部分に区分されて、この区分部分のうち特定部分における酸素吸蔵材の総担持量が増量されるとともに、上記検出値が既定値に達した時点で上記特定部分の酸素吸蔵材が劣化過程にあって酸素吸蔵能を有するように上記特定部分の総担持量が設定さ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、触媒担体が排気ガス流れ方向に沿った複数の部分に区分されて、この区分部分のうち特定部分における酸素吸蔵材の総担持量が増量されているので、偏流が生じているような排気通路においてこの担体の特定部分にガスが多く流れるようにマニホールド触媒コンバータを配置することができ、これにより担体の排気ガス流量の多い部分においても従来の触媒コンバータに比べて長期間にわたって酸素吸蔵能を発揮させることができる。しかも、上記検出値が既定値に達した時点で上記特定部分の酸素吸蔵材が劣化過程にあって酸素吸蔵能を有するように上記特定部分の総担持量が設定されているので、酸素吸蔵能検出手段による検出値が所定の既定値に達する時点の前後では、酸素吸蔵能の劣化速度がガス流量の少ない部分の劣化速度にガス流量の多い部分の劣化速度が加えられた値となり、酸素吸蔵能の時間変化が顕著に表れることになる。したがって、例えばエンジン運転状況によって空燃比が変動することによる誤差要因等を含む場合でも、酸素センサ等の酸素吸蔵能検出手段による検出値に基づいて正確に劣化診断することができ、このため適正な時期に上記触媒コンバータの交換を促すことができる。
【００１１】
すなわち、このマニホールド触媒コンバータによれば、偏流を有する排気通路に配設された場合でも酸素吸蔵能を正確に検出して適切な劣化診断を行うことができる。
【００１２】
上記酸素吸蔵材は触媒貴金属が担持された触媒貴金属担持酸素吸蔵材と上記触媒貴金属が担持されていない触媒貴金属不担持酸素吸蔵材とを含み、上記特定部分における触媒貴金属担持酸素吸蔵材の総担持量に対する触媒貴金属不担持酸素吸蔵材の総担持量の比率（触媒貴金属不担持酸素吸蔵材／触媒貴金属担持酸素吸蔵材）が他の部分より大きく設定されていることが好ましい（請求項２）。
【００１３】
このように構成すれば、排気ガスの偏流を有する排気通路に配設される場合でも、触媒貴金属の使用量を抑えて低コストで酸素吸蔵能の劣化診断精度を向上させることができる。
【００１４】
上記触媒担体の区分態様は特に制限されるものではなく、３つ以上の複数の部分に区分されているものであってもよいが、製作コストや手間等を勘案すれば２つの部分に区分されているのが好ましい（請求項３）。
【００１５】
上記触媒担体の特定部分は、他の部分に比べて排気ガスの流れ方向に伸長させることによって酸素吸蔵材の総担持量を増量するものであってもよいが、他の部分に対して酸素吸蔵材の担持濃度を高く設定することにより総担持量が増量されているのが好ましい（請求項４）。
【００１６】
他の発明に係る排気システムは、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のマニホールド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るとともに、このマニホールド触媒コンバータにおける担体の上記特定部分が他の部分に比べて多くの排気ガスが流通するように配置されているのが好ましい（請求項５）。
【００１７】
このように構成すれば、排気システムにおいて適正な時期にマニホールド触媒コンバータの交換を促すことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のマニホールド触媒コンバータは、偏流が生じているような排気通路において適正に利用することができ、このような排気通路に配設された場合でも酸素吸蔵能の時間変化を増大させて誤差等にかかわらず適切な劣化診断を行うことができ、これにより可及的正確な時期に交換を促す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】
【００１９】
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。なお、これらの図において、白抜き矢印は排気ガス流れを示し、その矢印の太さは排気ガス流量を模式的に示している。
【００２０】
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。
【００２１】
ところで、この排気システムのマニホールド触媒コンバータ３は、後述するように触媒貴金属や酸素吸蔵材などが担持されており、これらの触媒貴金属や酸素吸蔵材がシンタリング、或いは被毒の影響等によって劣化して浄化性能が低下する。したがって、劣化して所定の浄化性能が得られなくなった場合にこの触媒コンバータ３を交換することにより浄化性能を回復させる必要がある。
【００２２】
この触媒コンバータ３は、浄化性能の劣化とともに劣化する酸素吸蔵材の酸素吸蔵能に基づいて間接的に浄化性能の劣化を診断するものとなされている。この酸素吸蔵能の劣化診断は、触媒コンバータ３の上流端部および下流端部に取り付けられた酸素センサ８，９（酸素吸蔵能検出手段の一例）に基づいて行われる。この酸素センサ８，９は、それぞれ触媒コンバータ３の上下各流端部に、その先端が排気通路７の略中央部に位置するように配設され、この検出結果をコントロールユニット１０に出力するように構成されている。コントロールユニット１０は、図略のＣＰＵとメモリとを備え、酸素センサ８，９からの検出値の差に基づいて触媒コンバータ３の酸素吸蔵能に関する検出値を算出する。そして、この算出された酸素吸蔵能に関する検出値が、予め実験に基づいて算出されてメモリに記憶されている既定値以下になった場合に点灯指示信号を報知手段である警告灯１１に出力し、この点灯指示信号を受信した警告灯１１が点灯することによりドライバーに触媒コンバータ３の交換を促すものとなされている。
【００２３】
なお、このコントロールユニット１０のメモリに記憶されている既定値は次のようにして求められている。すなわち、触媒コンバータ３の後述する触媒担体２１のサンプルを調製し、このサンプルをモデルガス流通触媒評価装置にセットして模擬排気ガスを流通させることにより浄化性能の時間変化を測定し、浄化性能が５０％になった時点でのサンプル（触媒担体２１）の酸素吸蔵能を測定して、この測定された実験値を既定値としてコントロールユニット１０のメモリに記憶させている。
【００２４】
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。
【００２５】
触媒担体２１は、図３に示すように、隔壁部２５で区画した多数のセル（通路）２６を有するハニカム状に形成されるとともに、隔壁部２５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助触媒としての酸素吸蔵材、さらに触媒貴金属を担持する活性アルミナ等が含有された浄化触媒層２８がコーティングされ、排気ガスは上流側から下流側に向かってセル２６を通過する間に浄化触媒層２８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。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。
【００２６】
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、白金（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。例えば、白金（Ｐｔ）について、上記酸素吸蔵材にジニトロジアミン白金硝酸溶液を加えて混合し、蒸発乾固法によって触媒貴金属をこの酸素吸蔵材に担持させることができる。
【００２７】
酸素吸蔵材は、リーン空燃比雰囲気で酸素を吸蔵するとともにリッチ空燃比雰囲気で酸素を放出するものであり、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等が用いられる。
【００２８】
ここで、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に、気筒列方向に対して傾倒した状態で配設されている。したがって、この排気システムでは、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。このため、この排気通路７を通して排気ガスが導入される触媒担体２１では、図４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（「Ａ部分」という）と少ない部分（「Ｂ部分」という）とが生じている。なお、この図４では、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い部分を濃い網掛けで示している。
【００２９】
このような偏流が生じている排気通路７に、従来の触媒コンバータを配設した場合には、すなわち触媒担体２１の上記Ａ部分とＢ部分の酸素吸蔵材の担持濃度が同じ場合には、酸素吸蔵能の時間変化は図５（ａ）に示すようになる。なお、この図５（ａ）を含めた酸素吸蔵能の時間変化を示す図において、酸素吸蔵能変化を模式的に直線で近似して示しているが、実際の酸素吸蔵能変化は曲線で示されるものである。また、この図では、各サンプルの酸素吸蔵能（Oxygen Storage Capacity；ＯＳＣ）の劣化曲線を浄化性能劣化曲線とともに示している。この図において、Ｃは酸素吸蔵能の既定値（性能劣化判定基準値）であって、浄化性能が５０％（性能劣化曲線中の点Ｆ）となるときの酸素吸蔵能を予め実験的に調べた値である。この図のように、従来の触媒コンバータでは、その酸素吸蔵能は時間経過とともに低下し、酸素吸蔵能が既定値に至る時間ｔ１（以下「基準時間」という）前に屈曲点Ｐａを迎え、酸素吸蔵能の時間当たりの低下率（劣化速度）が小さくなる。このように酸素吸蔵能の劣化速度が小さくなるのは、ガス流量の多いＡ部分における酸素吸蔵材の酸素吸蔵能がシンタリングや被毒の影響等によって略無くなり、ガス流量の少ないＢ部分における酸素吸蔵材の酸素吸蔵能だけで触媒担体２１全体の酸素吸蔵能を維持しているためであると考えられる。
【００３０】
そして、従来の触媒コンバータではこの酸素吸蔵能の劣化速度が小さい状態でも酸素センサ８，９によって排気通路７の酸素濃度を検出しているので、誤差等の影響を受け易く、したがって酸素センサ８，９によって検出される検出値が既定値と一致する時期にバラツキを生じやすい。このため、コントロールユニット１０によって警告灯１１を点灯させる時期についてもバラツキを生じ、例えば所定の交換時期よりも早い時点で警告灯１１を点灯させたり、或いは所定の交換時期を大幅に過ぎた時点で警告灯１１を点灯させたりする等、劣化診断精度が低下するという問題があった。
【００３１】
そこで、当実施形態の触媒コンバータ３では、図４に示すように、触媒担体２１を排気ガス流れ方向（図４では左右方向）に沿った複数（当実施形態では２個）の部分２１ａ，２１ｂに略等分に区分け（分割）して、この区分部分のうち一方の区分部分２１ａ（特定部分２１ａ）における浄化触媒層２８に含まれる酸素吸蔵材の総担持量を他方の区分部分２１ｂにおける浄化触媒層２８に含まれる酸素吸蔵材の総担持量よりも増量させている。そして、この触媒コンバータ３は、その特定部分２１ａが排気通路７中の排気ガスの流量が多い部分に配置されるように排気システムに組み込まれるとともに、上記触媒担体２１における特定部分２１ａにおける酸素吸蔵能の総担持量が基準時間ｔ１においても維持し得るように設定されている。
【００３２】
すなわち、この触媒担体２１における特定部分２１ａは、他の区分部分２１ｂに対して酸素吸蔵材の担持濃度を高く設定することにより総担持量が増量されている。この特定部分２１ａにおける総担持量は他の区分部分２１ｂにおける総担持量の１．５倍から３．５倍の範囲で設定するのが好ましく、さらに好ましくは２．０倍から３．０倍の範囲で設定するのがよい。
【００３３】
当実施形態では、触媒貴金属担持酸素吸蔵材に触媒貴金属不担持酸素吸蔵材を加えることにより特定部分２１ａにおける酸素吸蔵材の総担持量を増量させている。具体的には、まず酸素吸蔵材の粉末に触媒貴金属を含む溶液を加えて蒸発乾固法によって触媒貴金属担持酸素吸蔵材を生成した後、この触媒貴金属担持酸素吸蔵材に触媒貴金属不担持酸素吸蔵材を混合してイオン水およびバインダと混合してスラリーを生成し、フィルムで他の区分部分２１ｂに相当する半面を封止した触媒担体２１にこのスラリーを吸引することによりその特定部分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、焼成する。
【００３４】
そして、上記と同様に蒸発乾固法によって触媒貴金属担持酸素吸蔵材を生成し、この触媒貴金属担持酸素吸蔵材にイオン水およびバインダと混合してスラリーを生成し、フィルムで特定部分２１ａに相当する半面を封止した触媒担体２１にこのスラリーを吸引することによりその他の区分部分２１ｂにおける内部流路の内壁面に触媒貴金属担持酸素吸蔵材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、焼成して浄化触媒層２８が形成された触媒担体２１を得る。
【００３５】
なお、当実施形態では特定部分２１ａに担持される触媒貴金属担持酸素吸蔵材と触媒貴金属不担持酸素吸蔵材との質量比は１：２に設定されている。この質量比は適宜変更することもできるが、触媒貴金属担持酸素吸蔵材の質量が触媒貴金属不担持酸素吸蔵材の質量よりも少なく設定されるのが好ましい。また、特定部分２１ａにおける触媒貴金属担持酸素吸蔵材の総担持量に対する触媒貴金属不担持酸素吸蔵材の総担持量の比率が他の区分部分２１ｂより大きく設定されているのが好ましい。この特定部分２１ａにおける総担持量、および触媒貴金属担持酸素吸蔵材および触媒貴金属不担持酸素吸蔵材の質量比等は、少なくとも後述する屈曲点Ｐｂが基準時間ｔ１よりも後に位置するように設定されている。
【００３６】
このような偏流が生じている排気通路７に、当実施形態の触媒コンバータ３を配設した場合には、酸素吸蔵能の時間変化は図５（ｂ）に示すようになる。すなわち、この触媒コンバータ３では、その酸素吸蔵能は時間経過とともに低下し、基準時間ｔ１より後に屈曲点Ｐｂを迎え、酸素吸蔵能の時間当たりの低下率（劣化速度）が小さくなるが、基準時間ｔ１の近傍における酸素吸蔵能の劣化速度は触媒担体２１のガス流量の少ない部分における劣化速度にガス流量の多い部分の劣化速度を加えたもの、換言するとＢ部分の酸素吸蔵劣化曲線にＡ部分の酸素吸蔵劣化曲線を上乗せしたものとなり、酸素吸蔵能の時間変化が顕著に表れている。
【００３７】
したがって、当実施形態の触媒コンバータ３では、初期ｔ０の酸素吸蔵濃が大きく、かつこの酸素吸蔵能の劣化速度が従来の触媒コンバータよりも大きい状態で酸素センサ８，９によって排気通路７の酸素濃度を検出しているので、誤差要因等による影響を受け難く、このためコントロールユニット１０によって警告灯１１を点灯させる時期を高精度で特定することができ、これにより触媒コンバータ３の交換時期をより適正に特定することができる。すなわち、この触媒コンバータ３を含む排気システムにおける劣化精度を向上させることができる。
【００３８】
このような効果を確認するため、触媒担体２１における酸素吸蔵能の評価のために行った実験とその結果を、次に説明する。
【００３９】
（サンプルおよび実験方法）
酸素吸蔵材の総担持量を、区分けされた複数の区分部分において変更した触媒担体２１における酸素吸蔵能の時間変化を評価するために、区分された各部分について酸素吸蔵材の総担持量を変化させた複数のサンプルを調製した。すなわち、実施例として１種類のサンプル、比較例として３種類のサンプルを調製して、各サンプルの酸素吸蔵能の時間変化を測定する実験を行った。なお、本実験の浄化触媒層２８を設ける前の触媒担体はいずれもそのセルの構造が３ｍｉｌ／６００ｃｓｐｉのコージェライト製のハニカム担体から見かけ体積２５ｃｃの円筒形にくり抜いたものを用いた。
【００４０】
実施例の調製にあたっては、酸素吸蔵材としてセリウム−ジルコニウム複酸化物（質量比でＣｅＯ２／ＺｒＯ２＝７５／２５からなるＣｅＯ２−ＺｒＯ２複酸化物）を用い、このセリウム−ジルコニウム複酸化物に触媒貴金属としてのロジウム（Ｒｈ）の硝酸溶液（ロジウム硝酸溶液）を加えて蒸発乾固法によってセリウム−ジルコニウム複酸化物にＲｈを担持させた。これを乾燥させた後、乳鉢で粉砕し、電気炉において５００℃の大気雰囲気で２時間加熱焼成を行ってＲｈ担持酸素吸蔵材粉末を得た。
【００４１】
また、活性アルミナに蒸発乾固法でパラジウム（Ｐｄ）を担持したＰｄ担持アルミナ、および白金（Ｐｔ）を担持したＰｔ担持アルミナも調製した。これらＰｄ担持アルミナとＰｔ担持アルミナは各々触媒担体２１の１リットルあたり、１．０ｇ／Ｌ、０．０５ｇ／Ｌとなるように、かつ特定部分２１ａと他の区分部分２１ｂとでこれらの担持濃度が同じになるように以下で説明するスラリー成分中に混合する。なお、以下の説明では、これらの触媒貴金属担持アルミナに関する記載を一部省略し酸素吸蔵材（Ｒｈ担持酸素吸蔵材およびＲｈ不担持酸素吸蔵材）の配合比に焦点を絞って説明する。また、以下の説明における「ｇ／Ｌ」は触媒担体２１の１リットルあたりの担持量を示している。
【００４２】
そして、このＲｈ担持酸素吸蔵材にＲｈが担持されていないセリウム−ジルコニウム複酸化物（Ｒｈ不担持酸素吸蔵材）を１：２の割合で、そして上記Ｐｄ担持アルミナとＰｔ担持アルミナとを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、フィルムで他の区分部分２１ｂに相当する半面を封止した触媒担体２１にこのスラリーを吸引することによりその特定部分２１ａにおけるセル２６の内壁面に触媒貴金属や助触媒等の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、焼成する。
【００４３】
続いて、特定部分２１ａに浄化触媒層２８をコーティングした触媒担体２１について、フィルムで特定部分２１ａに相当する半面を封止して、上記Ｒｈ担持酸素吸蔵材粉末と上記Ｐｄ担持アルミナとＰｔ担持アルミナとを混合してこれにイオン交換水およびバインダを加えて生成されたスラリーを吸引させ、その他の区分部分２１ｂにおけるセル２６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、焼成して実施例の触媒担体２１を作製した。
【００４４】
この実施例の特定部分２１ａに対するＲｈ不担持酸素吸蔵材の担持量は、１６０ｇ／Ｌに設定されるとともにＲｈ担持酸素吸蔵材の担持量は、８０ｇ／Ｌに設定されている。一方、実施例の他の区分部分２１ｂに対するＲｈ担持酸素吸蔵材の担持量は、８０ｇ／Ｌに設定されている。すなわち、特定部分２１ａにおける酸素吸蔵材の担持量は、他の区分部分２１ｂにおける酸素吸蔵材の担持量の約３倍に設定され、特定部分２１ａにおけるＲｈ不担持酸素吸蔵材の担持量はＲｈ担持酸素吸蔵材の担持量の約２倍に設定されている。
【００４５】
次に、比較例１ないし比較例３の調製について説明する。比較例１については、触媒担体のセル２６に均一にＲｈ担持酸素吸蔵材を担持させている。すなわち、上記実施例の作製と同様に、Ｒｈ担持セリウム−ジルコニウム複酸化物（Ｒｈ担持酸素吸蔵材）を生成し、このＲｈ担持酸素吸蔵材をスラリーとして触媒担体に吸引させて余分なスラリーを除去して、この触媒担体を乾燥、焼成することにより比較例１を作製した。この比較例１のＲｈ担持酸素吸蔵材の担持量は、８０ｇ／Ｌに設定されている。
【００４６】
比較例２の調製にあたっては、触媒担体を実施例と同様に区分けしているものの、特定部分２１ａにおいてＲｈ担持セリウム−ジルコニウム複酸化物（Ｒｈ担持酸素吸蔵材）のみを担持させ、他の区分部分２１ｂにおいてＲｈ担持酸素吸蔵材とともにＲｈ不担持酸素吸蔵材を担持させている。各区分部分２１ａ、２１ｂにおける担持量は、特定部分２１ａについてＲｈ担持酸素吸蔵材が８０ｇ／Ｌであり、他の区分部分２１ｂについてＲｈ担持酸素吸蔵材が８０ｇ／Ｌに設定されるとともにＲｈ不担持酸素吸蔵材が１６０ｇ／Ｌに設定されている。この比較例２の作製方法は、上記実施例の作製方法と同様である。
【００４７】
比較例３の調製にあたっては、触媒担体を実施例と同様に区分けして、特定部分２１ａおよび他の区分部分２１ｂにおいてそれぞれＲｈ担持セリウム−ジルコニウム複酸化物（Ｒｈ担持酸素吸蔵材）のみを担持させているものの、この担持量を各部において変更されている。すなわち、各部分におけるＲｈ担持酸素吸蔵材の担持量は、特定部分２１ａについて２４０ｇ／Ｌであり、他の区分部分２１ｂについて８０ｇ／Ｌに設定されている。この比較例３の作製方法は、上記実施例の作製方法と同様である。
【００４８】
したがって、実施例、比較例１ないし比較例３の触媒担体２１における酸素吸蔵材の総担持量は全て同じということになる。
【００４９】
こうして得られた各サンプルにつき、模擬排気ガスを流通させるモデルガス流通触媒評価装置にセットして酸素吸蔵能の時間変化を調べる酸素吸蔵能評価実験を行った。この実験では模擬排気ガスとしてＣＯ，Ｏ２、ＣＯ２、およびＮ２の成分を有するガスを流通させ、出口部直後の酸素濃度を測定することにより各サンプルの酸素吸蔵能を測定した。このような酸素吸蔵量の測定方法について説明すると、この流通させるガスの空燃比を、所定サイクルでそのガス成分比率を変更することによりストイキ空燃比とリーン空燃比との間で変更し、そのときの触媒担体２１の上流側および下流側のＡ／Ｆ値を酸素センサ８，９により測定し、この測定したＡ／Ｆ値の差から酸素吸蔵能を測定している。例えば、［１］ＣＯ２（１０％）およびＮ２（ｂａｌａｎｃｅ）を所定時間流通させる（ストイキ空燃比状態）、［２］この混合ガスにＯ２（３％）を所定時間添加する（リーン空燃比状態）、［３］Ｏ２添加を２０秒間停止する（ストイキ空燃比状態）、［４］上記混合ガスにＣＯ（３％）を所定時間添加する（リッチ空燃比状態）、［５］ＣＯ添加を所定時間停止する（［１］と同じ状態）、という［１］〜［５］のサイクルを繰り返して酸素吸蔵能を測定している。なお、上記所定時間は少なくとも１０秒以上で適宜設定する。
【００５０】
この結果を図６および図７に示す。なお、図６および図７では、各サンプルの酸素吸蔵能（ＯＳＣ）の曲線を浄化性能曲線とともに示している。また、これらの図における酸素吸蔵能は、比較例１の使用当初の酸素吸蔵能を基準にして、すなわち１として相対的な評価で示されている。
【００５１】
浄化性能曲線は触媒担体２１におけるＲｈ担持酸素吸蔵材の担持量、厳密にはＲｈの担持量、およびアルミナに担持されたＰｄ，Ｐｔ等の触媒貴金属の担持量によって決定され、Ｒｈ担持酸素吸蔵材の担持量が８０ｇ／Ｌ、すなわち実施例、比較例１および比較例２の場合は図６に示すようになり、一方、Ｒｈ担持酸素吸蔵材の担持量が１６０ｇ／Ｌ、すなわち比較例３の場合は図７に示すようになる。すなわち、これらの図によると、触媒貴金属であるＲｈの担持量が増加すると、浄化性能が５０％になる基準時間ｔ１に至る時点も相対的に遅くなることが分かる。
【００５２】
この図６および図７において、実施例、比較例１ないし比較例３のいずれも、時間経過とともに酸素吸蔵能が所定の減少率で低下し、言い換えると所定の劣化速度で劣化し、この劣化速度が小さくなることにより屈曲点Ｐ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を有している。なお、このように屈曲点Ｐ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を有しているのは、触媒担体２１において、特定部分２１ａにおける酸素吸蔵材の吸蔵能がほとんど無くなり、他の区分部分２１ｂにおける酸素吸蔵材の吸蔵能に基づいて全体の酸素吸蔵能が支配されているためであると考えられ、ガス流量の少ない他の区分部分２１ｂにおいては酸素吸蔵能の劣化速度が小さくなるからと推測される。
【００５３】
しかしながら、比較例１ないし比較例３はいずれもこの屈曲点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を迎える時点Ｔ１，Ｔ１，Ｔ３がいずれも基準時間ｔ１よりも前であり、基準時間ｔ１における酸素吸蔵能の劣化速度は当初の劣化速度に比べて小さい値になっている。このように劣化速度が小さい場合に劣化診断を行うと、誤差等の影響が基準時間ｔ１の特定のための精度に大きく反映され、例えば誤差等に基づき時点Ｔ１直後の酸素センサ８，９による検出値がコントロールユニット１０のメモリに記憶されている既定値（実験により予め求めた値）と略同等になって基準時間ｔ１よりも早い時点のＴ１直後に警告灯１１を点灯させたり、或いは誤差に基づき基準時間ｔ１を過ぎても検出値が実験値とが一致せず警告灯１１の点灯時期が遅れたりする等、劣化診断の精度が悪化する。
【００５４】
これに対し、これらの図６および図７から、実施例では、基準時間ｔ１近傍の酸素吸蔵能の劣化速度が比較例１ないし比較例３に比べて大きいことが分かる。すなわち、屈曲点Ｐを迎える時点Ｔ０が基準時間ｔ１よりも後であり、基準時間ｔ１における酸素吸蔵能の劣化速度は触媒担体２１における他の区分部分２１ｂの劣化速度に特定部分２１ａの劣化速度を加えた値となり、比較例１ないし比較例３に比べて劣化速度が大きいことが分かる。このように、劣化速度が大きければ、酸素吸蔵能の時間変化も顕著に表れ、酸素吸蔵能に基づく基準時間ｔ１の特定誤差範囲が上記比較例１ないし比較例３に比べて狭くなり、これにより的確に基準時間ｔ１の判別を行うことができる。したがって、誤差等を含む場合でも酸素センサ８，９による検出値に基づいて正確にコントロールユニット１０において警告灯１１の報知時期を判断することができ、適正な時期に上記触媒コンバータ３の交換を促すことができる。
【００５５】
すなわち、このマニホールド触媒コンバータ３によれば、偏流を有する排気通路７に配設された場合でも酸素吸蔵能を正確に測定して適切な劣化診断を行うことができる。
【００５６】
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。
【００５７】
例えば、上記実施形態では、触媒担体２１の特定部分２１ａにおいて浄化触媒層２８における酸素吸蔵材の担持密度を他の区分部分２１ｂに比べて大きく設定することにより、特定部分２１ａにおける酸素吸蔵材の総担持量を他の区分部分２１ｂにおける酸素吸蔵材の総担持量よりも増量しているが、例えば触媒担体２１の形状を変更して当該触媒担体２１の内部流路の内面積を大きくすることにより特定部分２１ａにおける酸素吸蔵材の総担持量を増量することもできる。
【００５８】
すなわち、図８（ａ）に示すように、触媒担体１２１の他の部分１２１ｂにおける下流端部を段状に切り欠いて、特定部分１２１ａにおける内部流路を長く設定することにより当該特定部分１２１ａにおける内部流路の内面積を他の部分１２１ｂに対して広く設定し、これにより特定部分１２１ａにおける酸素吸蔵材の総担持量を増量するものであってもよい。また、図８（ｂ）に示すように、触媒担体２２１の下流端部を斜めに切断して、特定部分２２１ａにおける内部流路を長く設定することにより当該特定部分２２１ａにおける内部流路の内面積を他の部分２２１ｂに対して広く設定し、これにより特定部分２２１ａにおける酸素吸蔵材の総担持量を増量するものであってもよい。
【００５９】
また、上記実施形態では排気通路７が屈曲することにより触媒コンバータ３で排気ガスの偏流が生じるようになっているが、当該触媒コンバータ３で偏流が生じていればその具体的な構成は特に限定されるものではない。例えば、排気通路７が直線的に設けられるものであっても上流側コーン２２の上流端が触媒コンバータ３の軸心から外れた位置に開口することによっても触媒コンバータ３で排気ガスの偏流が生じる場合もある。
【００６０】
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】
【００６１】
【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背面図である。
【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】触媒担体を概念的に示す断面図である。
【図４】触媒担体における区分を示す説明図である。
【図５】（ａ）は従来の触媒コンバータにおける酸素吸蔵能の時間変化を示す図であり、（ｂ）は当実施形態の触媒コンバータにおける酸素吸蔵能の時間変化を示す図である。
【図６】実施例、比較例１および比較例２の酸素吸蔵能の時間変化を示すグラフである。
【図７】比較例３の酸素吸蔵能の時間変化を示すグラフである。
【図８】触媒担体の変形例を概念的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６２】
３  マニホールド触媒コンバータ
７  排気通路
８  酸素センサ
９  酸素センサ
１０  コントロールユニット
２１  触媒担体
２１ａ  特定部分
２１ｂ  他の区分部分
２２  上流側コーン
２３  下流側コーン
【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】
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