(57)【要約】      （修正有）【課題】貴金属の使用量を増加させることなく、触媒の脆化による活性低下を抑制することのできる排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気通路上に設けられ、排気を浄化するための触媒５３と、この触媒５３の周囲に設けられ吸湿性能を有する物質から構成された保持部材５４とを備えたことを特徴とする。【選択図】図４
2013108431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路上に設けられ、排気を浄化するための触媒と、この触媒の周囲に設けられ吸湿性能を有する物質から構成された保持部材とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記触媒が、少なくともその表面が疎水性能を有する物質によりコートされたものである請求項１記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路上に設けられる排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、排気通路上に設けられる排気浄化装置として、燃焼室より排出された排気を浄化するための三元触媒が知られている。この三元触媒は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属を担持したアルミナがコーティングされたものであり、排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯX）等の主な有害物質は、三元触媒を通過することにより、炭化水素を水と二酸化炭素に、一酸化炭素を二酸化炭素に、窒素酸化物を窒素に、それぞれ酸化または還元される。ここで、内燃機関の燃焼時に発生し、排気に含まれる水は、内燃機関の運転時には、三元触媒が高温に保たれているため水蒸気（気体）となるが、内燃機関の停止時には、内燃機関が低温になるとともに三元触媒も低温となるため、前述した水蒸気が凝縮して水（液体）となる。
【０００３】
ところで、排気には、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物の他に副次的に含まれる二酸化硫黄や三酸化硫黄等の硫黄酸化物（ＳＯX）も存在するが、これらの硫黄酸化物が前述した凝縮した水と反応すると、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）が発生する。特に、実使用条件下においては、頻繁に内燃機関の運転／停止が繰り返され、三元触媒が低温かつ凝縮水が存在する状態となることが多いため、硫黄酸化物は容易に硫酸となる。
【０００４】
この硫酸は、三元触媒に用いられているアルミナ等の酸化物を徐々に硫酸塩化し、脆化させるものであることが知られており、脆化された触媒は活性が低下することが問題となっている。そのため、一般的には、このような脆化を見越して触媒の貴金属の使用量を予め増やしているが、貴金属の使用量の増加によってコストが高くなるという問題がある。
【０００５】
一方、このような貴金属の使用量を増やすことなく上述した脆化の問題を解消しようとするものとして、排気通路における触媒の上流に吸水部材を配置したものも考えられている（例えば、特許文献１または２を参照）。ところが、このようなものであると、吸水部材が排気通路を塞ぐように配置されているため、排気の流れを妨げるおそれがある。特に、冷間始動時には吸水部材が水分を吸収したままの状態にあるため、この吸水部材によって排気の流れが悪くなるだけでなく、触媒の暖機に時間を要し、一時的に浄化性能が低下したり、背圧が増加することによって燃費が悪化したりする等の懸念がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１４３９４０号公報
【特許文献２】特開２００８−２６１２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、貴金属の使用量を増加させることなく、触媒の脆化による活性低下を抑制することのできる排気浄化装置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】
【０００８】
本発明は、以上のような課題を解決するために、次のような構成を採用したものである。すなわち、本発明に係る排気浄化装置は、排気通路上に設けられ、排気を浄化するための触媒と、この触媒の周囲に設けられ吸湿性能を有する物質から構成された保持部材とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
このようなものであれば、例えば内燃機関の停止後等に発生する凝縮水は、排気通路の壁面を伝って、触媒の周囲に配された保持部材により吸収される。そのため、触媒側に流れ込む水を従来よりも少なくすることができ、触媒の浄化性能を低下させる硫酸の発生を抑制することができる。したがって、従来のように触媒に用いられる貴金属の使用量を予め増加させておく必要がなくなり、低コストな排気浄化装置を提供することができる。また、内燃機関の始動後、排気により触媒を暖機しつつ、保持部材に吸収された水分も蒸発させることが可能となり、触媒内の水分を排気とともに排出できる。
【００１０】
さらに、本発明は、保持部材が触媒の周囲に設けられているので、従来のような吸水部材を触媒の上流に配置した場合に生じ得る問題、すなわち、排気の流れが悪くなったり、触媒の暖機に時間を要し一時的に浄化性能が低下したり、背圧が増加することによって燃費が悪化したりする等の問題をも生じない。また、触媒を周囲からしっかりと保持することもできる。
【００１１】
また、前記触媒が、少なくともその表面が疎水性能を有する物質によりコートされたものであれば、排気浄化性能低下を更に防止でき、触媒の貴金属使用量も低減することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、以上のような構成であるから、貴金属の使用量を増加させることなく、触媒の脆化による活性低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態の内燃機関の構成を示す図。
【図２】同実施形態の排気浄化装置の構成を示す図。
【図３】同実施形態の排気浄化装置を横断面で示す図。
【図４】同実施形態の排気浄化装置を縦断面で示す図。
【図５】同実施形態の排気浄化装置の横断面を拡大して示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１に、一気筒の構成を概略的に示すこの実施形態における内燃機関１００は、例えば自動車に搭載される火花点火式のものである。内燃機関１００の吸気系１には、アクセルペダルの踏み込み量に応じて作動するスロットルバルブ１１を設けており、スロットルバルブ１１の下流にはサージタンク１３を有する吸気マニホルド１２を取り付けている。サージタンク１３には吸気管圧力を検出するための圧力センサ７１を配している。サージタンク１３より下流の吸気系１には、吸気ポートに向けて燃料を噴射するインジェクタ３が取り付けてある。インジェクタ３の燃料噴射バルブは、後述する電子制御装置４により開閉を制御される。
【００１６】
排気系５には、排気マニホルド５１を取り付け、排気ガス浄化用の排気浄化装置５２を装着している。排気浄化装置５２は、図１〜図５に示すように、排気通路上に設けられており、より具体的には排気通路の一部をなす外管５０の内側に取り付けられている。この排気浄化装置５２は、排気を浄化するための触媒５３と、この触媒５３の周囲に設けられ吸湿性能を有する物質から構成された保持部材５４とを備えてなる。
【００１７】
触媒５３は、図１〜図５に示すように、その表面が疎水性能を有する物質によりコートされたものであり、具体的には、担体基材５５と、担体基材５５の表面に形成された触媒コート層５６と、触媒コート層５６の表面に形成された疎水性コート層５７とを備えたものである。担体基材５５は、コーディエライトやメタル等から形成されたハニカム構造のものであり、従来のものと同様である。触媒コート層５６は、アルミナやセリア等の多孔質酸化物よりなる担体に白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属を担持したものであり、従来のものと同様である。疎水性コート層５７の材質としては、例えばゼオライトや窒化ケイ素等、触媒コート層で用いられるアルミナやセリア等に比べて疎水性が高く耐熱性の高いものであればどのようなものであってもよい。本実施形態においては、疎水性コート層５７として、ゼオライトの一種であり、触媒コート層５６との付着性に優れるとともに、疎水性が特に高いシリカライトを用いている。疎水性コート層５７の厚さは、２０μｍより小さいと疎水効果が小さくなるとともに、８０μｍより大きいと触媒コート層５６での浄化活性が低下するため、２０μｍ〜８０μｍが好ましい。
【００１８】
保持部材５４は、図１〜図４に示すように、触媒５３の周囲全体を包み持つように保持する筒状のものであり、外管５０と触媒５３との間に形成される隙間を埋めるように配されている。保持部材５４の両端部は、排気通路内に露出している。すなわち、保持部材５４の上流側の端部は、排気通路内における排気浄化装置５２の上流側に露出しているとともに、保持部材５４の下流側の端部は、排気通路内における排気浄化装置５２の下流側に露出している。保持部材５４は、厚み方向に弾性変形可能な素材により形成されたものであり、無機質の繊維を含んでいる。保持部材５４は、例えばシリカゲル等の吸湿材によって表面処理を施されたものである。なお、この保持部材５４の繊維は、表面処理工程に耐えられるとともに、排気浄化装置５２の高い運転温度に耐えられるものであればどのようなものであってもよい。
【００１９】
そして、排気浄化装置５２の上流位置にフロント空燃比センサ５８を、またその下流位置にはリアＯ2センサ５９をそれぞれ配置している。フロント空燃比センサ５８及びリアＯ2センサ５９は、排気ガスに接触して反応することにより、排気ガス中の酸素濃度に応じた電圧信号を出力する。
【００２０】
シリンダ２上部に形成される燃焼室の天井部には、吸気バルブ２１、排気バルブ２２及び点火プラグ２３が配置される。
【００２１】
電子制御装置４は、内燃機関１００の運転を制御するもので、中央演算装置４１、記憶装置４２、入力インターフェース４３、出力インターフェース４４などを有するコンピュータシステムである。
【００２２】
入力インターフェース４３には、圧力センサ７１から出力される吸気圧信号ａ、エンジン回転数を検出するための回転数センサ７２から出力される回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ７３から出力される車速信号ｃ、スロットルバルブ１１の開度を検出するためのスロットルセンサ７４から出力されるスロットル開度信号ｄ、冷却水の温度を検出するための水温センサ７６から出力される水温信号ｆ、フロント空燃比センサ５８から出力される上流側空燃比信号ｇ、リアＯ2センサ５９から出力される下流側空燃比信号ｈなどが入力される。一方、出力インターフェース４４からは、インジェクタ３に対して燃料噴射信号ｎ、点火プラグ２３に対して点火信号ｍなどが出力される。
【００２３】
中央演算装置４１は、記憶装置４２にあらかじめ格納されているプログラムを実行し、運転に必要な各種情報を上記の各センサａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｆ、ｇ、ｈから取得し、燃料噴射量や点火時期などを制御する。
【００２４】
このような内燃機関１００は、運転後に停止されると、内燃機関１００の温度が低下することにより排気中の水蒸気が冷却され、排気通路上に凝縮水が発生する。特に、排気通路における排気浄化装置５２の上流側で発生した水は、排気通路の壁を伝って排気浄化装置５２へと流れ込む。その際、排気浄化装置５２の保持部材５４の端部が前記排気通路に露出しており、保持部材５４が前記排気通路の壁に沿って配されているので、前記水は、排気浄化装置５２の保持部材５４に吸収される。
【００２５】
また、排気浄化装置５２の触媒５３が配置されている箇所に水が流れ込んだ場合であっても、触媒５３の表面の疎水性コート層５７によって水がはじかれ、この水が触媒コート層５６に吸着された硫黄酸化物と反応することなく排気浄化装置５２の保持部材５４側または排気浄化装置５２の下流側へと排出される。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態の排気浄化装置５２は、排気通路上に設けられ、排気を浄化するための触媒５３と、この触媒５３の周囲に設けられ吸湿性能を有する物質から構成された保持部材５４とを備えているので、内燃機関１００の停止後に発生する凝縮水は、排気通路の壁面を伝って、上流側の端部が排気通路内に露出している保持部材５４により吸収される。そのため、触媒５３側に流れ込む水を従来よりも少なくすることができ、触媒５３の浄化性能を低下させる硫酸の発生を抑制することができる。したがって、従来のように触媒５３に用いる貴金属の使用量を予め増加させておく必要がなくなり、低コストな排気浄化装置５２を提供することができる。また、保持部材５４の内周が触媒５３に接触しているため、内燃機関１００の始動後、排気により触媒５３を暖機しつつ、保持部材５４に吸収されていた水分も蒸発させることが可能となり、触媒５３内の水分を排気とともに排出できる。
【００２７】
さらに、本実施形態の排気浄化装置５２は、保持部材５４が触媒５３の周囲に設けられているので、従来のような吸水部材５４を触媒５３の上流に配置した場合に生じ得る問題、すなわち、排気の流れが悪くなったり、触媒５３の暖機に時間を要し一時的に浄化性能が低下したり、背圧が増加することによって燃費が悪化したりする等の問題も生じない。
【００２８】
また、保持部材５４が吸湿材によって表面処理されたものであり、このような表面処理を施していない場合に比べて繊維表面の摩擦係数が大きくなるため、触媒５３をしっかりと保持することもできる。すなわち、保持部材５４が表面処理を施されたものであるため、触媒５３の保持性能が向上する。
【００２９】
特に、保持部材５４として弾性変形可能なマット状の素材を用いているので、外管５０の内周と触媒５３の外周との間を密接に埋めることができる。したがって、保持部材５４は、触媒５３の外管５０への組み付けを容易にしたり、触媒５３が熱で膨張し変形した際の当該触媒５３と外管５０との間の隙間の縮小に対応したりすることができる。
【００３０】
また、前記触媒５３が、その表面が疎水性能を有する物質によりコートされたものであるので、この疎水性コート層５７の働きによって、水が触媒コート層５６まで浸入することを防止または抑制できる。したがって、従来のものと比べて、触媒５３の貴金属上における水と硫黄酸化物との反応を抑制できる、言い換えれば、触媒コート層５６を形成するアルミナやセリア等の塩基性物質上に吸着した硫黄酸化物が水と反応して硫酸が生成されることを抑制できる。したがって、触媒５３が硫酸塩化し脆化されることを防ぐことができる。
【００３１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
【００３２】
保持部材は、触媒の周囲に設けられるものであればどのようなものであってもよく、上述したような連続的なものに限られず、円周方向及び／または長手方向に間欠的に配されるものであってもよい。
【００３３】
触媒や保持部材の材質は、上述した実施形態のものに限られず種々変更可能である。
【００３４】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の排気浄化装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
５３…触媒
５４…保持部材
【図１】
2013108431.tif 000003
【図２】
2013108431.tif 000004
【図３】
2013108431.tif 000005
【図４】
2013108431.tif 000006
【図５】
2013108431.tif 000007