(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒担体にＨＣトラップ剤のコーティングを施した、エンジンの排気を浄化する触媒コンバータにおいて、
前記触媒担体のセルを横断するようにスリットを形成したことを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項２】
前記スリットを触媒担体のガス流れ方向に複数配列した請求項１に記載の触媒コンバータ。
【請求項３】
前記複数のスリットを等間隔に配列した請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項４】
前記スリットを触媒担体の上流部に偏在させた請求項１または請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項５】
前記スリットを触媒担体の下流部に偏在させた請求項１または請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項６】
前記スリットを触媒担体の上流部と下流部に偏在させた請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項７】
前記スリットを触媒担体の中間部に偏在させた請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項８】
前記複数のスリットのうち、上流側のものの幅を下流側のものに比較して大とした請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項９】
前記複数のスリットのうち、下流側のものの幅を上流側のものに比較して大とした請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項１０】
前記複数のスリットのうち、上流側と下流側のものの幅をこれらの中間に位置するものよりも大とした請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項１１】
前記複数のスリットのうち、中間に位置するものの幅をその上流側または下流側に位置するものよりも大とした請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項１２】
前記複数のスリットは触媒担体外周の相対する位置から対向的に、かつセル内のガス流れに対して垂直に形成した請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項１３】
前記複数のスリットは触媒担体外周の相対する位置から対向的に、かつセル内のガス流れに対して傾斜して形成した請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項１４】
前記相対するスリットはガス流れ方向から見て互いに重畳しないように形成した請求項１２または請求央１３に記載の触媒コンバータ。
【請求項１５】
前記スリットを触媒担体の両側面を貫通するように形成した請求項１または請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項１６】
前記複数のスリットは触媒担体の外周から内側に向かって次第に幅が狭くなる形状に形成した請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項１７】
前記スリットは触媒担体の相対する位置から対向的に、かつガス流れ方向から見て互いに重畳しないように複数個を形成した請求項１６に記載の触媒コンバータ。
【請求項１８】
前記貫通したスリットは貫通方向から見て触媒担体の外周から内側に向かって次第に幅が広くなる形状に形成した請求項１５に記載の触媒コンバータ。
【請求項１９】
前記貫通したスリットは貫通方向から見て上下流方向に複数の頂部を有する屈曲形状に形成した請求項１５に記載の触媒コンバータ。
【請求項２０】
前記貫通したスリットは貫通方向から見て上流側に凸の湾曲形状に形成した請求項１５に記載の触媒コンバータ。
【請求項２１】
前記触媒担体には触媒金属を均一に担持させた請求項１または請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項２２】
前記触媒担体は触媒金属の担持量が上流部において大となるようにした請求項１または請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項２３】
前記触媒担体は触媒金属の担持量が下流部において大となるようにした請求項１または請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項２４】
前記触媒担体は触媒金属の担持量が中間部に比較して上流部と下流部において大となるようにした請求項１または請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項２５】
前記触媒担体は触媒金属の担持量が中間部に比較して上流部と下流部において小となるようにした請求項１または請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項２６】
前記触媒担体にはＨＣトラップ剤を均一に担持させた請求項１または請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項２７】
前記触媒担体はＨＣトラップ剤の担持量が上流部において大となるようにした請求項１または請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項２８】
前記触媒担体はＨＣトラップ剤の担持量が下流部において大となるようにした請求項１または請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項２９】
前記触媒担体はＨＣトラップ剤の担持量が中間部に比較して上流部と下流部において大となるようにした請求項１または請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項３０】
前記触媒担体はＨＣトラップ剤の担持量が中間部に比較して上流部と下流部において小となるようにした請求項１または請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項３１】
前記スリットを備えた触媒担体の上流側にＨＣトラップ触媒を隣接して配置した請求項１または請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項３２】
前記ＨＣトラップ触媒は、ガス流れ方向に分割された複数の触媒担体から構成した請求項３１に記載の触媒コンバータ。
【請求項３３】
前記触媒担体はセラミクスから構成した請求項１または請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項３４】
前記触媒担体には、下層側にＨＣトラップ剤を、上層側に触媒金属を、それぞれコーティングした請求項１または請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項３５】
前記ＨＣトラップ層は互いに特性が異なる複数の層からなる請求項３４に記載の触媒コンバータ。
【請求項３６】
前記ＨＣトラップ層にアルミナからなる断熱層を形成した請求項３４に記載の触媒コンバータ。
【請求項３７】
前記触媒金属層は互いに特性が異なる複数の層からなる請求項３４に記載の触媒コンバータ。
【請求項３８】
前記触媒担体のセル密度は６００以下である請求項１または請求項２に記載の触媒コンバータ。
【請求項３９】
前記触媒担体のセル密度は上流側に位置する他の触媒よりも小とする請求項３８に記載の触媒コンバータ。
【請求項４０】
前記ＨＣトラップ剤のコーティング量は２５０[ｇ／ｃｆ］以上である請求項１または請求項２に記載の触媒コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主としてエンジンの排気浄化に適用される触媒コンバータに関し、特にＨＣトラップ機能を有する触媒コンバータの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき課題】
三元触媒を備えた排気浄化システムではエンジン冷間運転時のＨＣの処理が課題となっている。触媒が活性温度に達するまでは低温条件下での燃焼時に排出されやすいＨＣを十分に浄化できないからである。この問題を解決するものとして、特開平９−８５０４９号にはＨＣトラップ剤を適用した浄化システムが提案されている。ＨＣトラップ剤は排気ガス中のＨＣを一時的に捕捉しておく機能を持っており、捕捉されたＨＣは温度上昇に伴いトラップ剤から脱離する。そこで前記システムでは三元触媒の上流側にＨＣトラップ剤を設け、三元触媒が活性温度に達するまでのＨＣの排出を抑制するようにしている。しかしながら、捕捉されたＨＣがトラップ剤から脱離を開始する温度に達しても、この時点では下流側の三元触媒がまだ十分に活性化していないため、ＨＣの排出を抑制する効果は十分ではない。
【０００３】
本発明の目的は、エンジン冷間運転時においてもＨＣの排出を確実に抑制することのできる触媒コンバータを提供することである。
【０００４】
【発明の概要】
本発明では、触媒担体にＨＣトラップ剤のコーティングを施した触媒コンバータにおいて、前記触媒担体のセルを横断するように１個以上のスリットを形成する。
【０００５】
触媒担体に形成したスリットはその前後で触媒担体内の伝熱を遮断する作用を有するため、スリット下流への熱伝導が抑制され触媒担体全体として温度上昇が遅くなる。すなわちＨＣが脱離するまでの時間が長くなるので、それだけＨＣの捕捉量を増大させることができる。一方、その間に触媒金属の温度が上昇して転化率が高くなるので、ＨＣ脱離時の処理効率も向上する。
【０００６】
他方、従来の触媒コンバータはハニカム状に形成された多数のセルの各々が担体の入口部から出口部にわたり連続しているためセル内のガスの流れは比較的整っており乱れは少ない。これに対して触媒担体にセルを横切るようにスリットを形成すると、このスリットにより流れ方向に分割されたセルに進入したガスはスリット部分で乱れを発生する。この乱れは、排気ガスがＨＣトラップ剤に接触する機会を増やすのでそれだけＨＣトラップ性能を向上させる。
【０００７】
また、スリットを持たない連続したセル構造の触媒コンバータでは、触媒担体の断面上でガス流路の流量分布および昇温性に偏りがあり、言い換えればセル毎にＨＣトラップ性能や転化率に偏りを生じるため触媒コンバータが本来有している性能を使いきることは難しい。これに対してスリットを設けた触媒担体では前記乱流作用により触媒担体の断面方向でのガス流量分布を均一化できるので制御性が向上し、触媒コンバータ本来の性能を十分に発揮させることが可能となる。
【０００８】
スリットを複数設けることにより前記効果をより高めることができ、また詳しくは実施形態として後述するが、複数のスリットのガス流れ方向の分布やスリットの形状に応じてそれぞれに固有の特性を設定することができる。触媒担体にコーティングする触媒金属やＨＣトラップ剤についても同様であり、その分布や層構造の設定に応じて種々の特性を与えることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による触媒コンバータを適用したエンジンシステムの一例を示している。図において１はエンジン、２はその吸気通路、３は排気通路である。４は排気通路３から排気ガスの一部を吸気通路２へと還流させるＥＧＲ通路、５は前記排気還流量を制御するＥＧＲ制御弁である。７は燃料噴射弁、８は点火プラグである。
【００１０】
９〜１１は排気通路３に介装された触媒コンバータである。これら３個の触媒コンバータ９〜１１は、基本的にはＣＯ，ＨＣの酸化機能とＮＯｘの還元機能を併有する三元触媒であり、これらのうち何れかまたは全部はゼオライト等のＨＣトラップ剤によりＨＣを一時的に捕捉しておく機能を備えたＨＣトラップ触媒として構成されている。
【００１１】
１２と１３はそれぞれ最上流の触媒コンバータ９の上流と下流にて排気ガスの空燃比もしくは酸素濃度を検出する排気ガスセンサ、１４は中段の触媒コンバータ１０の触媒温度を検出する温度センサである。
【００１２】
１５はエンジン回転速度や吸入空気量などの運転状態信号に基づいて空燃比および点火時期などを制御するコントローラであり、ＣＰＵおよびその周辺装置からなるマイクロコンピュータにより構成されている。
【００１３】
図２以下に、前記触媒コンバータ９〜１１に収装される触媒担体２１の実施形態を示す。本発明では、基本的には図２に示したように触媒担体２１のガス流れ（矢印方向）を横切るように１個以上のスリット２２を形成する。触媒担体２１をセラミクスから形成した場合には、その焼成後に研削によりスリット２２を加工する。図示したものではスリット２２を触媒の一側面側からガス流れに対して直交するように形成し、他側面側に非スリット部２３を残している。また隣接するスリット２２は互いに触媒担体２１の周囲に１８０度ずつ異なる角度で、かつガス流れ方向には等間隔に形成してスリットと非スリット部とが交互に配列するようにしている。
【００１４】
図３は、前記触媒担体２１にガス流路として形成されたセル２４の詳細であり、触媒担体２１を図２の矢印方向から見た通路断面の部分拡大図である。セル２４はハニカム状をなすように多数が形成されており、その表面には深層側にゼオライトなどのＨＣトラップ剤からなるＨＣトラップ層２５が、表層側に三元触媒として機能するＰｔ、Ｒｈ等の触媒金属層２６がコーティングにより形成されている。
【００１５】
図４は前記触媒コンバータ９〜１１における触媒担体２１の支持構造の一例を示している。図中の３４は触媒容器、３５はセラミクスファイバーあるいはアルミナファイバーなどからなる耐熱マットである。触媒担体２１はその外周部に巻回された耐熱マット３５を介して触媒容器３４内に固定される。この実施形態では、スリット２２の開放部分の外周を触媒担体２１と同一の線膨張係数を有する充填材３６で埋めてある。このように充填材３６を設けることにより、スリット２２を抜けてきた排気によりマット３５が風蝕されて摩耗する不具合を防止することができる。また、触媒担体２１と同一の線膨張係数を有する充填材３６を用いることにより、触媒担体２１の強度を確保できる。
【００１６】
図５は前記触媒担体２１の構成を最上流の触媒コンバータ９に適用した場合の効果を、スリットがない触媒担体との比較において示している。これはエンジンを冷間始動してからの経過時間に応じたエンジン回転数変化、触媒入口部でのＨＣ量変化、触媒温度変化、ＨＣトラップ収支を示している。エンジン始動直後は未着火燃料や不完全燃焼により定常アイドル運転時に比較すると多くのＨＣが燃焼室から排出される。このＨＣは大部分が触媒コンバータのＨＣトラップ層に捕捉され、その後ＨＣトラップ層の温度が１５０℃程度に達すると捕捉されたＨＣがＨＣトラップ層から脱離を開始する。このとき触媒金属層が３００℃程度の活性温度に達していれば脱離したＨＣは触媒反応により酸化処理される。
【００１７】
本発明では、触媒担体２１にスリット２２を設けたことにより担体内の伝熱が抑制されるため、スリットを持たない担体に比較して担体全体の温度上昇が遅れ、それだけＨＣトラップ層２５がＨＣ脱離温度に達するまでの時間も長くなる。このことは担体に捕捉されるＨＣ量を増大させるとともにＨＣ脱離が開始されるまでの触媒金属層２６の温度上昇量を大きくするのでＨＣの浄化性能も向上する。図にＡで示したのは前記ＨＣ脱離温度に達するまでの遅れ時間ｔｄの間のＨＣ捕捉量の差を示しており、ＨＣ脱離開始後のＢ領域とＣ領域との差が浄化性能の向上分を表している。つまり、脱離して浄化しきれなかったＨＣの処理量が、スリット２２を設けたことにより、Ｂ領域とＣ領域の差分だけ向上するのである。また、スリット２２の部分を排気ガスが通過するときの乱流の作用により触媒コンバータに担持したトラップ剤がより有効に利用されるので、ＨＣを捕捉する性能自体もスリットを持たないものより向上する。
【００１８】
特に、セル２４の深層側にＨＣトラップ層２５を、表層側に触媒金属層２６をそれぞれ積層した構成においては、スリット２２を伴うことにより、ＨＣトラップ層２５がＨＣ脱離温度に達するまでの時間を長くし、ＨＣ｀脱離が開始されるまでの触媒金属層２６の温度上昇量を大きくし、さらに前記乱流の作用によりＨＣトラップ層２５へのＨＣ捕捉効果を確保しつつ、触媒金属層２６の活性を均一にできるので高い浄化性能が発揮される。触媒金属層２６で生じる反応熱は既述したようにスリット２２より下流側への伝達が抑制されるので、下流側ＨＣトラップ層２５の温度上昇が遅くなりＨＣ捕捉性能が向上する。触媒金属層２６はスリット２２で仕切られた担体ブロック毎の熱容量が小さいので排気ガスの流入に伴い上流側から順に活性化しＨＣ脱離時の浄化性能を向上させる。
【００１９】
触媒担体２１に複数のスリット２２を垂直に形成した構成は、製造が比較的容易であることに加えて担体の強度確保の面で有利である。また、複数のスリット２２をガス流れ方向に等間隔に配列した構成においては、排温によらずスリット前後の触媒部分でのＨＣ捕捉時間を一定にしてＨＣトラップ性能を制御しやすい。スリット２２を設ける数は、ガス流の乱流化と伝熱の抑制という観点からは多くした方が有効である。
【００２０】
触媒担体２１内部の伝熱がスリット２２により抑制される作用はメタル担体であってもある程度は期待できるが、熱伝導率の比較的小さいセラミクス材料を担体として適用することでより顕著となる。セラミクス材はゼオライト等のＨＣトラップ剤との相性が良く、コーティングの強度が高いという利点もある。
【００２１】
ＨＣの捕捉量を増やすためにＨＣトラップ剤の担持量を増やすとセルの通路面積が小さくなりそれだけ排気抵抗が増大してしまう。この点、本発明では前述した乱流化および熱伝導抑制の効果によりＨＣトラップ性能が向上するのでセル密度を下げて排気抵抗の軽減を図ることも可能である。具体的には一般的な三元触媒のセル密度が９００以上であるのに対して、本発明では３００以下、少なくとも６００以下にすることが可能である。前記セル密度の単位は担体横断面の面積１平方インチあたりのセル数であり、当業者による取引上の常用単位である。また、ＨＣトラップ剤の担持量は、例えばセル密度が３００のとき３５０程度、セル密度が６００のとき２５０程度とする。前記担持量の単位はｇ／ｃｆすなわち触媒担体の見かけ上の容積１立方フィートあたりのグラム数であり、当業者による取引上の常用単位である。
【００２２】
図１に示したような複数の触媒コンバータ９〜１１を備えた排気浄化システムでは、下流側に位置する触媒コンバータ１０または１１について、そのセル密度を上流側のものよりも小さくして排気抵抗を低減することができる。下流側の触媒は昇温性が低く活性温度に達するまでに時間がかかるが、本発明の触媒コンバータの構成によればＨＣトラップ性能を十分に高められるので、排気浄化性能を確保しつつセル密度を粗くして排気抵抗を小さくできるのである。
【００２３】
前記と同様の効果は、複数の触媒担体を互いに隙間を空けてガス流れ方向に配列した構成においても得られるが、スリットを形成した本発明の構成の方が組立工数および個々の触媒担体の強度、耐久性の点で比較的有利である。
【００２４】
図６はスリット２２を触媒担体２１の上流部（図の左方が上流、以下同様。）に偏在させた実施形態である。この実施形態では複数のスリット２２のガス流れ方向の分布が上流側にて密となるように触媒担体２１にスリット２２を配列している。
【００２５】
この実施形態によれば、同数のスリット２２を等間隔で配列した場合に比較して、触媒担体２１の比較的上流側での乱流作用を促進して、ＨＣの捕捉、脱離性能を向上できる。スリット２２の密度が高い部分では触媒金属層２６の熱容量が小さくなるので、始動直後の排気温度が比較的低いエンジンであっても、前記乱流化の作用とあわせて、触媒金属層２６の触媒成分の昇温、活性をより早めることができ、ＨＣ脱離時の浄化性能を高められる。スリット２２よりも下流側については触媒担体への伝熱をより抑制してＨＣトラップ層２５の昇温を抑え、ＨＣトラップ性能を高められる。
【００２６】
図７はスリット２２を触媒担体２１の下流部に偏在させた実施形態である。この実施形態では複数のスリット２２のガス流れ方向の分布が下流側にて密となるように触媒担体２１にスリット２２を配列している。
【００２７】
この実施形態によれば、触媒担体２１の下流側の触媒金属層２６の昇温が遅い場合に、同数のスリット２２を等間隔で配列した場合に比較して触媒成分の活性を早く均一に高めることができる。始動直後の排気温度が比較的高いエンジンでは担体上流部のＨＣトラップ層２５の温度上昇を抑えつつＨＣトラップ性能を向上させることができる。排気温度が高い場合は、表層側の触媒金属層２６の昇温、活性はそれだけ速やかになるのでＨＣ脱離時の浄化性能も確保される。
【００２８】
図８はスリット２２を触媒担体２１の上流部と下流部に偏在させた実施形態である。この実施形態では複数のスリット２２のガス流れ方向の分布が上流側と下流側において密、中間部において疎となるように触媒担体２１にスリット２２を配列している。
【００２９】
この実施形態によれば、同数のスリット２２を等間隔で配列した場合に比較して、担体中間部の触媒金属層２６の熱容量が大きくなるので、担体中間部で触媒金属の温度が上昇しやすい場合に、当該中間部の触媒金属の温度上昇を抑制して触媒金属の活性を担体全域にわたり均一化することができる。上下流部においては乱流化および熱伝導抑制の作用によりＨＣのトラップおよび処理性能が向上する。
【００３０】
図９は１個以上のスリット２２を触媒担体２１の中間部に偏在させた実施形態である。すなわちこの実施形態では複数のスリット２２のガス流れ方向の分布が上流側と下流側において疎、中間部において密となるように触媒担体２１にスリット２２を配列している。
【００３１】
この実施形態によれば、前記図８の実施形態とは対称的に、担体中間部の触媒金属層２６の熱容量が比較的小さくなるので、中間部での触媒金属の昇温が遅い場合に、当該中間部の触媒金属の温度上昇を促して触媒金属の活性を担体全域にわたり均一化することができる。排気に直接晒されない下層側のＨＣトラップ層２５についてはスリット２２による伝熱抑制により温度上昇が抑えられる。
【００３２】
図１０は触媒担体２１に等間隔に形成した複数のスリット２２のうち上流部に位置するものの幅ｄを下流部のものよりも大とした実施形態である。
【００３３】
この実施形態によれば、スリット幅ｄを大にした上流部での排気の乱流化をより促進できると共に伝熱抑制作用も大にできる。始動直後の排温が高く、担体上流部でＨＣトラップ層２５が昇温しやすい場合に適合する。幅ｄの大きなスリット２２の部分ではそれだけガスの乱れが大きいことによりその下流側での担体横断面方向のガス流量分布が均一となるので、ＨＣトラップ性能、脱離ＨＣの浄化性能ともに向上する。
【００３４】
図１１は触媒担体２１に等間隔に形成した複数のスリット２２のうち下流部に位置するものの幅ｄを上流部のものよりも大とした実施形態である。
【００３５】
この実施形態によれば、スリット幅ｄを大にした下流部での排気の乱流化をより促進できると共に伝熱抑制作用も大にできる。担体下流部でＨＣトラップ層２５が昇温しやすい場合に本構成を適用することにより、担体全体でのＨＣトラップ層２５の昇温を抑えてＨＣトラップ性能を向上できる。
【００３６】
図１２は触媒担体２１に形成した複数のスリット２２のうち上流部と下流部に位置するものの幅ｄを中間部のものよりも大とした実施形態である。
【００３７】
この実施形態によれば、担体上流部と下流部で排気の乱流化をより促進できると共に伝熱抑制作用も大にできる。担体上流部と下流部でＨＣトラップ層２５が昇温しやすい場合に本構成を適用することにより、担体全体でのＨＣトラップ層２５の昇温を抑えてＨＣトラップ性能を向上できる。担体上流部で大きなガス乱れを発生させられるので、その下流側での担体横断面方向のガス流量分布が均一となり、ＨＣトラップ性能、脱離ＨＣの浄化性能が向上する。
【００３８】
図１３は触媒担体２１に形成した複数のスリット２２のうち中間部に位置するものの幅ｄを上流部および下流部のものよりも大とした実施形態である。
【００３９】
この実施形態によれば、担体中間部で排気の乱流化をより促進できると共に伝熱抑制作用も大にできる。担体中間部でＨＣトラップ層２５が昇温しやすい場合に本構成を適用することにより、担体全体でのＨＣトラップ層２５の昇温を抑えてＨＣトラップ性能を向上できる。
【００４０】
図１４は触媒担体２１の両側面から対向的に、かつセルに対して垂直にスリット２２を形成し、前記一対のスリットの中間に非スリット部２３を設けた実施形態である。
【００４１】
この実施形態によれば、非スリット部２３を設けたことにより触媒担体２１の強度を確保しやすい。
【００４２】
図１５は触媒担体２１の両側面から交互に、かつセルに対してガス流れの上流側に傾斜するように複数のスリット２２を形成した実施形態である。ガス流れ方向から見ると隣接するスリット２２どうしが部分的に重畳するように交互に配列している。
【００４３】
この実施形態によれば、傾斜したスリット２２により担体内側から外側へとガスが拡散しやすくなるので、担体外側部分にデッドボリューム部つまりガスの流れが少なくＨＣトラップ剤および触媒金属の機能を十分に生かせない部分が生じる場合に本構成を適用することにより、デッドボリューム部を少なくすることができる。
【００４４】
図１６は触媒担体２１の両側面から対向的に、かつセルに対してガス流れの上流側に傾斜するように複数のスリット２２を形成した実施形態である。この実施形態では、ガス流れ方向から見ると隣接するスリット２２どうしが重畳する部分はなく、非スリット部２３が中央部に残っている。
【００４５】
この実施形態によれば、図１５のものと同様に担体外側域のデッドボリューム部を減らしつつ、中央の非スリット部２３により触媒担体２１の強度を高めることができる。
【００４６】
図１７は、スリット２２を触媒担体２１の両側面を貫通するように形成した実施形態である。
【００４７】
この実施形態によれば、スリット２２の両側に非スリット部２３があるため触媒担体２１の強度を寄り高められる。また、この実施形態ではスリット２３の側面形状を上流側に頂部を向けた山形形状としてあるので、図１５または図１６のものと同様に担体外側域のデッドボリューム部を低減できる。
【００４８】
図１８は触媒担体２１の両側面から交互に形成したスリット２２の幅ｄを、担体内側に向かって狭くなるように楔状に形成した実施形態である。隣接するスリット２２どうしはガス流れ方向から見て一部が重畳している。
【００４９】
この実施形態によれば、担体外周域ほどスリット幅ｄが大となっているので、担体外周域のガス乱れをより促進してデッドボリューム部を減らすことができる。
【００５０】
図１９は図１８と同様の楔状のスリット２２を、隣接するスリット２２どうしがガス流れ方向から見て重畳しないように形成した実施形態である。
【００５１】
この実施形態によれば、図１８のものと同様に担体外側域のデッドボリューム部を減らしつつ、中央の非スリット部２３により触媒担体２１の強度を高めることができる。
【００５２】
図２０は触媒担体２１の両側面を貫通するようにスリット２２を形成した実施形態である。担体横断面上、各スリット２２の両側に非スリット部２３が残っている。また、各スリット２２はその幅ｄが中央部ほど大となるように多角形状に形成してある。
【００５３】
この実施形態によれば、スリット２２の中央の幅広部分により担体内側域でのガスの乱れが大きくなるので、担体内側部分にデッドボリューム部が生じる場合に本構成を適用することによりデッドボリューム部を少なくすることができる。また、スリット２２の両側に非スリット部２３があるので触媒担体２１の強度上も有利である。
【００５４】
図２１は触媒担体２１の両側面を貫通するように、かつガス流れの上下流方向に複数の頂部を有する屈曲形状にスリット２２を形成した実施形態である。
【００５５】
この実施形態によれば、屈曲したスリット形状により担体中央部でのガス流れを複雑化してその乱れをより大きくできるので、担体のデッドボリューム部を効果的に減らすことができる。また、スリット両側の非スリット部２３により担体強度を確保できる。
【００５６】
図２２は触媒担体２１の両側面を貫通するように、かつガス流れの上流方向に凸の湾曲形状にスリット２２を形成した実施形態である。
【００５７】
この実施形態によれば、図１７のものと同様に担体のデッドボリューム部を減らす効果が得られることに加えて、スリット２２が湾曲形状であって鋭角部分がないため、触媒担体２１が振動や衝撃力を受けたときに応力集中を起こしにくく、強度上有利である。
【００５８】
図２３〜図３２は、触媒担体２１にコーティングする触媒金属またはＨＣトラップ剤の担持量の分布に関する実施形態を示す。担持量とは触媒金属またはＨＣトラップ剤の密度または重量を意味する。また以下の説明または図では担持量が上下流方向に段階的に変化するように表しているが、これに限らず、担持量が連続的に変化するような構成とすることもできる。
【００５９】
図２３は、触媒担体２１の全体に均一に触媒金属Ｍ（ハッチング部）を担持した実施形態である。
【００６０】
この実施形態によれば、前述したスリットによるガス乱流化と担体内の伝熱抑制の効果により捕捉した多量のＨＣを高効率で処理でき、多くの場合に安定した排気浄化性能が得られる。
【００６１】
図２４は、触媒金属Ｍの担持量が触媒担体２１上流部において大となるようにした実施形態である。
【００６２】
この実施形態によれば、触媒入口部で早期に触媒活性を高められるので、始動直後の排温が低いエンジンであっても、ＨＣ脱離後の浄化性能を確保しやすい。また下流側のＨＣトラップ剤へのＨＣ捕捉量を低減してその全体量を減らすことができる。前述した触媒の早期活性により担体上流部の昇温が促進しても、スリット２２により伝熱が抑制されるので、ＨＣトラップ剤の量を減らしたとしても担体下流部でのＨＣ捕捉性能は確保できる。
【００６３】
図２５は、触媒金属Ｍの担持量が触媒担体２１の下流部において大となるようにした実施形態である。
【００６４】
この実施形態によれば、担体下流部での触媒活性と浄化が促進される。この担体下流部での温度上昇はスリット２２により上流側へ伝わることなく、上流部の担体温度は比較的低く抑えられ、ＨＣトラップ性能は確保される。
【００６５】
図２６は、触媒金属Ｍの担持量が触媒担体２１の中間部に比較して上流部と下流部において大となるようにした実施形態である。
【００６６】
この実施形態は、前記図２４と図２５の実施形態の特徴を併せ持っており、すなわち担体上流部と下流部とで触媒活性と浄化とが促進される。担体中間部の温度が上昇しやすい場合に本構成を適用することで、触媒全体を適切な温度条件下で機能させることができる。
【００６７】
図２７は、触媒金属Ｍの担持量が触媒担体２１の中間部に比較して上流部と下流部において小となるようにした実施形態である。
【００６８】
この実施形態では、担体中間部での触媒活性と浄化とが促進される。中間部よりも下流側への伝熱はスリット２２により抑制されるので、当該下流部の昇温を抑えてＨＣトラップ性能を確保できる。担体中間部の温度上昇が遅い場合に本構成を適用することで、触媒全体を適切な温度条件下で機能させることができる。
【００６９】
図２８は、触媒担体２１の全体に均一にＨＣトラップ剤Ｔを担持した実施形態である。
【００７０】
この実施形態によれば、前述したスリットによるガス乱流化と担体内の伝熱抑制の効果により多量のＨＣを安定して捕捉することができ、多くの場合に安定した排気浄化性能が得られる。
【００７１】
図２９は、ＨＣトラップ剤Ｔの担持量が触媒担体２１上流部において大となるようにした実施形態である。
【００７２】
この実施形態によれば、担体上流部でのＨＣトラップ剤の担持量を大としたことで担体上流部の熱容量が大きくなるので、始動直後の排温が高いエンジンの場合に、ＨＣ脱離のタイミングを遅らせて表層側の触媒金属の活性タイミングと合わせることができ、ＨＣ脱離時の浄化性能を向上できるとともに触媒全体の容量を小さくすることができる。
【００７３】
また、始動直後の排温が低いエンジンでは表層の触媒金属も活性化しにくいので、このように上流部にＨＣトラップ剤を集中させた構成とすることで触媒金属の活性タイミングにＨＣ脱離タイミングを合わせてＨＣ脱離時の浄化性能を向上させ、触媒容量を減じることが可能である。
【００７４】
前記何れの場合も、担体下流部にはスリット２２により伝熱が抑制されるので、当該下流部分のＨＣトラップ剤の量を相対的に減らしたとしてもＨＣトラップ性能は確保できる。
【００７５】
図３０は、ＨＣトラップ剤Ｔの担持量が触媒担体２１の下流部において大となるようにした実施形態である。
【００７６】
この実施形態によれば、ＨＣトラップ剤の担持量を大とした担体下流部の熱容量が大きくなるので、始動直後の排温が高いエンジンにおいて、スリット２２による伝熱抑制作用とあわせて担体下流部の温度上昇を遅らせることができ、これによりＨＣの脱離タイミングを触媒活性化のタイミングに合致するように遅らせることができる。
【００７７】
図３１は、ＨＣトラップ剤Ｔの担持量が触媒担体２１の中間部に比較して上流部と下流部において大となるようにした実施形態である。
【００７８】
この実施形態は、前記図２９と図３０の実施形態の特徴を併せ持っており、すなわち担体上流部と下流部の熱容量を大としてＨＣ脱離と触媒活性化のタイミングをコントロールすることができる。たとえば担体上流部と下流部が温度上昇しやすい場合に本構成を適用することで、触媒全体を適切な温度条件下で機能させることができる。
【００７９】
図３２は、ＨＣトラップ剤の担持量が触媒担体２１の中間部に比較して上流部と下流部において小となるようにした実施形態である。
【００８０】
この実施形態では、担体中間部の熱容量が大きくなり、ＨＣトラップ量が増大する。中間部よりも下流側への伝熱はスリット２２により抑制されるので、当該下流部の昇温を抑えてＨＣトラップ性能を確保できる。担体中間部の温度上昇が早い場合に本構成を適用することで、触媒全体を適切な温度条件下で機能させることができる。
【００８１】
図３３と図３４は担体の配列に関する実施形態である。図３３は、複数のスリット２２を備えた触媒担体２１の上流側にＨＣトラップ触媒２８を隣接して配置した実施形態である。
【００８２】
この実施形態によれば、ＨＣトラップ剤と触媒金属とを担持した触媒担体２１の上流側にＨＣトラップ触媒２８を隣接して配置したことにより、担体２１からの触媒反応熱の伝達を確実に遮断してＨＣトラップ触媒２８のＨＣトラップ性能を向上できる。
【００８３】
なおＨＣトラップ触媒２８に代えて三元触媒を適用した場合には、当該三元触媒が下流側触媒のＨＣ脱離タイミングよりも早期に活性化するように熱設計をしておくことにより、排気脈動により下流側から逆流してきた排気中の脱離ＨＣを触媒間の隙間部分で拡散しつつ上流側触媒にて浄化することができる。
【００８４】
図３４は、前記上流側のＨＣトラップ触媒２８をガス流れ方向に二分割された第１担体２８ａと２８ｂとから構成した実施形態である。
【００８５】
この実施形態によれば、前記図３３のものと同様な効果が得られることに加えて、上流側のＨＣトラップ触媒２８においても熱伝導抑制と乱流化の作用を得てＨＣトラップ性能をより向上させることができる。
【００８６】
上流側の分割構成の触媒として三元触媒を適用した場合には、図３３の場合と同様にその活性化のタイミングを適切に設定することにより排気脈動を利用して下流側触媒からの脱離ＨＣを処理できる。
【００８７】
図３５〜図３７は、ＨＣトラップ剤または触媒金属のコーティング層の構成に関する実施形態である。図３５は、ＨＣトラップ層２５を互いに特性が異なる複数の層２５ａと２５ｂから構成した実施形態である。図３６は、ＨＣトラップ層２５に隣接してアルミナ等からなる断熱層２９を形成した実施形態である。図３７は、触媒金属層２６を互いに特性が異なる複数の層２６ａと２６ｂから構成した実施形態である。前記触媒金属層２６ａと２６ｂの組み合わせとしては、例えば表層２６ａにＰｄを適用した場合には、深層２６ｂはＰｄ−Ｒｈ系、またはＰｔ−Ｒｈ系、または比較的低密度のＰｄ層とする。
【００８８】
これらの実施形態によれば、触媒担体やＨＣトラップ剤の特性による昇温性に応じてＨＣ脱離タイミングまたは触媒金属の活性タイミングを適切に制御することが可能となる。
【００８９】
なお、以上の各図はスリットの形成態様や触媒コンバータの構造を説明するための図面であり、スリットの幅、ピッチなどは説明の便宜のために実際とは異なる寸法または比率で描いてある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による触媒コンバータを適用したエンジンシステムの一例を示す概略構成図。
【図２】本発明による触媒担体の実施形態を示す形状説明図。
【図３】前記触媒担体のセル部分の詳細を示す横断面図。
【図４】本発明による触媒コンバータの担体支持構造の一例を示す縦断面図。
【図５】本発明による効果を、スリットがない従来の触媒担体との比較において示した特性線図。
【図６】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図７】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図８】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図９】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図１０】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図１１】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図１２】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図１３】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図１４】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図１５】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図１６】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図１７】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図１８】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図１９】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図２０】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図２１】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図２２】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図２３】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図２４】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図２５】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図２６】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図２７】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図２８】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図２９】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図３０】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図３１】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図３２】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図３３】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図３４】本発明による触媒担体の他の実施形態の側面図。
【図３５】本発明による触媒担体の他の実施形態のセル部詳細断面図。
【図３６】本発明による触媒担体の他の実施形態のセル部詳細断面図。
【図３７】本発明による触媒担体の他の実施形態のセル部詳細断面図。
【符号の説明】
１    エンジン
２    吸気通路
３    排気通路
９〜１１  触媒コンバータ
２１    触媒担体
２２    スリット
２３    非スリット部
２４    セル
２５    ＨＣトラップ層
２６    触媒金属層
２８    ＨＣトラップ触媒
２９    断熱層
３４    触媒容器
【図１】
0003882670.tif 000002
【図２】
0003882670.tif 000003
【図３】
0003882670.tif 000004
【図４】
0003882670.tif 000005
【図５】
0003882670.tif 000006
【図６】
0003882670.tif 000007
【図７】
0003882670.tif 000008
【図８】
0003882670.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003882670.tif 000011
【図１１】
0003882670.tif 000012
【図１２】
0003882670.tif 000013
【図１３】
0003882670.tif 000014
【図１４】
0003882670.tif 000015
【図１５】
0003882670.tif 000016
【図１６】
0003882670.tif 000017
【図１７】
0003882670.tif 000018
【図１８】
0003882670.tif 000019
【図１９】
0003882670.tif 000020
【図２０】
0003882670.tif 000021
【図２１】
0003882670.tif 000022
【図２２】
0003882670.tif 000023
【図２３】
0003882670.tif 000024
【図２４】
0003882670.tif 000025
【図２５】
0003882670.tif 000026
【図２６】
0003882670.tif 000027
【図２７】
0003882670.tif 000028
【図２８】
0003882670.tif 000029
【図２９】
0003882670.tif 000030
【図３０】
0003882670.tif 000031
【図３１】
0003882670.tif 000032
【図３２】
0003882670.tif 000033
【図３３】
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【図３４】
0003882670.tif 000035
【図３５】
0003882670.tif 000036
【図３６】
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【図３７】
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