(57)【要約】【課題】排気浄化性能を維持しつつ、排気に含まれるマンガン酸化物によるデポジットによってセルに目詰まりが生じてしまうことを抑制することができる排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置２０は触媒コンバータ２２を備えている。触媒コンバータ２２は、筒体３４，４４と筒体３４，４４の内部を排気流れ方向に延びる複数のセル３５，４５に区画する区画壁３６，４６とを有するハニカム構造体２２ａに触媒１５が担持されている。触媒コンバータ２２は、排気流れ方向における上流端２２ｕを含む上流部３１と、上流部３１よりも排気流れ方向において下流側に位置する下流部４１とを有している。上流部３１の各セル３５のうち、筒体３４の内周壁３４ａと区画壁３６とによって区画されたセル３５を除いた残余のセル３５の各々は、下流部４１の各セル４５よりも排気の通路断面積が大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置であって、
筒体と該筒体の内部を排気流れ方向に延びる複数のセルに区画する区画壁とを有するハニカム構造体に触媒を担持させてなる触媒コンバータを備え、
前記触媒コンバータは、排気流れ方向における上流側の端部を含む上流部と、前記上流部よりも排気流れ方向において下流側に位置する下流部とを有し、前記上流部の前記各セルのうち、前記筒体の内周壁と前記区画壁とによって区画されたセルを除いた残余のセルの各々は、前記下流部の各セルよりも排気の通路断面積が大きい
排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化装置は、触媒コンバータを備えている。この触媒コンバータは、排気流れ方向に延びる複数のセルを有するハニカム構造体を有し、このハニカム構造体には、排気を浄化する触媒が担持されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１４２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、機関燃料に含まれる添加剤の種類によっては、内燃機関から排出される排気中にマンガン酸化物が含まれる場合がある。このマンガン酸化物のうちＭｎ３Ｏ４は、互いに結合しやすい固着性を有するため、Ｍｎ３Ｏ４がデポジットとしてハニカム構造体に付着すると、デポジット同士が互いに結合してセルの入口を閉塞するような架橋構造、いわゆるブリッジが形成されるようになる。すなわち、セルの目詰まりが生じるようになる。なお、各セルの通路断面積を大きくすれば、こうした目詰まりの発生を抑制することはできるが、排気と触媒との接触面積が小さくなるため、排気浄化性能が低下することとなる。
【０００５】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気浄化性能を維持しつつ、排気に含まれるマンガン酸化物によるデポジットによってセルに目詰まりが生じてしまうことを抑制することができる排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置であって、筒体と該筒体の内部を排気流れ方向に延びる複数のセルに区画する区画壁とを有するハニカム構造体に触媒を担持させてなる触媒コンバータを備えている。この触媒コンバータは、排気流れ方向における上流側の端部を含む上流部と、上流部よりも排気流れ方向において下流側に位置する下流部とを有し、上流部の各セルのうち、筒体の内周壁と区画壁とによって区画されたセルを除いた残余のセルの各々は、下流部の各セルよりも排気の通路断面積が大きい。
【０００７】
上記構成によれば、排気通路から触媒コンバータに流入した排気は、まず触媒コンバータの上流端、すなわち上流部の上流端に接触する。ここで、上流部の各セルのうち、筒体の内周壁と区画壁とによって区画されたセルを除いた残余のセル（以下、有効セルという）の各々は下流部の各セルと比較して通路断面積が大きいため、上流部、下流部とも同じようにセルが形成されている構成と比較して、上述したようなブリッジは形成されにくい。よって目詰まりにまでは至りにくい。
【０００８】
また、上流部の各セルの内部に流入した排気中のＭｎ３Ｏ４の多くは、各セルを通過する間に触媒と反応してＭｎ３Ｏ４よりも結合しにくく脆い分子構造を有するＭｎＯに変化する。このため、ＭｎＯが排気と共に下流部の各セルの内部に流入しても、そのＭｎＯは下流部の内部に堆積しにくい。さらに、下流部では、各セルの通路断面積が上流部の有効セルと比較して小さいため、小さな容量で排気と触媒が接触する表面積を確保することができ、好適に排気の浄化を行うことができる。
【０００９】
したがって、上記構成によれば、排気浄化性能を維持しつつ、排気に含まれるマンガン酸化物によるデポジットによってセルに目詰まりが生じてしまうことを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る排気浄化装置と同排気浄化装置が設けられる内燃機関を示す模式図。
【図２】触媒コンバータの排気流れ方向に沿った断面を示す断面図。
【図３】（ａ）図１の３−３線に沿った断面図、（ｂ）図１の４−４線に沿った断面図。
【図４】第２実施形態に係る排気浄化装置の触媒コンバータの排気流れ方向の上流端を示す斜視図。
【図５】触媒コンバータの排気流れ方向の上流端を示す模式図。
【図６】比較例としての排気浄化装置において触媒コンバータの排気流れ方向の上流端にマンガン酸化物が堆積する様子を示す模式図。
【図７】第２実施形態の排気浄化装置において触媒コンバータの排気流れ方向の上流端にマンガン酸化物が堆積する様子を示す模式図。
【図８】第３実施形態に係る排気浄化装置において触媒コンバータの排気流れ方向に沿った断面を示す断面図。
【図９】触媒コンバータの排気流れ方向の上流端を示す模式図。
【図１０】第４実施形態に係る排気浄化装置の触媒コンバータの排気流れ方向に沿った断面を示す断面図。
【図１１】整流器の排気流れ方向の上流端を示す拡大断面図。
【図１２】触媒コンバータの排気流れ方向の上流端の変形例を示す模式図。
【図１３】触媒コンバータの排気流れ方向の上流端の変形例を示す拡大図。
【図１４】触媒コンバータの排気流れ方向の上流端の変形例を示す模式図。
【図１５】触媒コンバータの排気流れ方向の上流端の変形例を示す模式図。
【図１６】触媒コンバータの排気流れ方向の上流端の変形例を示す模式図。
【図１７】触媒コンバータの排気流れ方向の上流端の変形例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、排気浄化装置に係る第１実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。なお、以下の説明では、排気流れ方向における上流、排気流れ方向における下流を、それぞれ単に上流、下流と記載する。
【００１２】
図１に示すように、内燃機関１０の排気通路１１には、排気を浄化する排気浄化装置２０が設けられている。この排気浄化装置２０は、筒状の収容部２１ｂと、収容部２１ｂの上流端に接続された円錐状の流入部２１ａと、収容部２１ｂの下流端に接続された円錐状の流出部２１ｃとを備えている。流入部２１ａの上流端、流出部２１ｃの下流端は、それぞれ排気通路１１に接続されている。
【００１３】
収容部２１ｂには、円柱状の触媒コンバータ２２が収容されている。この触媒コンバータ２２は、同触媒コンバータ２２の上流側の端部である上流端２２ｕを含む上流部３１と、同触媒コンバータ２２の下流側の端部である下流端２２ｄを含む下流部４１とを備えている。上流部３１と下流部４１とは排気流れ方向において接続されている。
【００１４】
図２及び図３に示すように、触媒コンバータ２２は、円筒状の筒体３４，４４の内部が区画壁３６，４６によって格子状に区画されたハニカム構造体２２ａを有している。筒体３４，４４の内周壁３４ａ，４４ａ及び区画壁３６，４６の表面３６ｓ，４６ｓには、排気浄化用の触媒（三元触媒）１５が担持されている。このハニカム構造体２２ａは、筒体３４，４４の内周壁３４ａ，４４ａと区画壁３６，４６によって区画形成された空間である複数のセル３５，４５を有している。各セル３５，４５は、触媒コンバータ２２の上流端２２ｕから下流端２２ｄにわたり排気流れ方向に延びている。また、触媒コンバータ２２における排気流れ方向と直交する断面は、複数のセル３５，４５によりメッシュ状となっている。
【００１５】
図３（ａ）に示すように、触媒コンバータ２２の上流部３１に設けられている各セル３５のうち、筒体３４の内周壁３４ａと区画壁３６とによって区画されたセル３５を除いた残余のセル３５、すなわち区画壁３６のみによって区画されたセル３５（以下、有効セルという）はいずれも、通路断面積の大きさが互いに等しい。各有効セルは、排気流れ方向と直交する断面の形状（以下、セルの開口形状という）がいずれも正方形である。また、図３（ｂ）に示すように、触媒コンバータ２２の下流部４１においても、各有効セルの通路断面積の大きさは互いに等しく、開口形状はいずれも正方形である。そして、上流部３１の有効セルの各々は、下流部４１の有効セルを含む各セル４５のいずれよりも通路断面積が大きい。
【００１６】
次に、本実施形態の作用を説明する。
本実施形態によれば、排気通路１１から触媒コンバータ２２に流入した排気は、まず触媒コンバータ２２の上流端２２ｕ、すなわち上流部３１の上流端に接触する。ここで、上流部３１の有効セルは下流部４１の各セル４５と比較して通路断面積が大きいため、上流部３１、下流部４１とも同じようにセルが形成されている構成と比較して、上述したようなブリッジは形成されにくい。よって目詰まりにまでは至りにくい。
【００１７】
また、上流部３１の各セル３５の内部に流入した排気中のＭｎ３Ｏ４の多くは、各セル３５を通過する間に触媒１５と反応してＭｎ３Ｏ４よりも結合しにくく脆い分子構造を有するＭｎＯに変化する。このため、ＭｎＯが排気と共に下流部４１の各セル４５の内部に流入しても、そのＭｎＯは下流部４１の内部に堆積しにくい。さらに、下流部４１では、各セル４５の通路断面積が上流部３１の有効セルと比較して小さいため、小さな容量で排気と触媒１５が接触する表面積を確保することができ、好適に排気の浄化を行うことができる。
【００１８】
上述した排気浄化装置２０によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）排気浄化性能を維持しつつ、排気に含まれるマンガン酸化物によるデポジットによってセル３５，４５に目詰まりが生じてしまうことを抑制することができる。
【００１９】
（第２実施形態）
次に、排気浄化装置に係る第２実施形態について、図４〜図７を参照して説明する。以下では、上記第１実施形態と異なる構成を中心に説明する。
【００２０】
図４に示すように、本実施形態における排気浄化装置１２０では、排気流れ方向において上流端３６１ｕ，３６２ｕの位置が互いに異なる第１の区画壁３６１と第２の区画壁３６２によって上流部３１の区画壁３６が構成されている。第１の区画壁３６１の上流端３６１ｕは、第２の区画壁３６２の上流端３６２ｕよりも上流側に位置している。
【００２１】
図５では、第１の区画壁３６１が白抜きで図示され、第２の区画壁３６２が塗りつぶして図示されている。同図５に示すように、上流部３１の各セル３５の開口形状は、菱形である。そして、この菱形の１つの角を挟む２辺が第１の区画壁３６１によって構成され、これら２辺と対向する残りの２辺が第２の区画壁３６２によって構成されている。このように、各セル３５の一つ一つを区画する４つの壁のうち、隣接する２つの壁を構成する第１の区画壁３６１と残りの２つの壁を構成する第２の区画壁３６２とで、上流端３６１ｕ，３６２ｕの位置が排気流れ方向で異なるものとなっている。
【００２２】
次に、本実施形態の作用を説明する。
図６に示す比較例としての排気浄化装置１２０では、触媒コンバータ２２の上流端２２ｕに位置する区画壁３６１，３６２の上流端３６１ｕ，３６２ｕが全て、排気流れ方向において同じ位置にある。このため、本実施形態の触媒コンバータ２２と比較して、区画壁３６１の上流端３６１ｕと区画壁３６２の上流端３６２ｕとの間の距離が短い。したがって、触媒コンバータ２２の上流端２２ｕにおいてデポジットＰの堆積が進行すると、区画壁３６１，３６２の上流端３６１ｕ，３６２ｕにそれぞれ堆積したデポジットＰが互いに結合しやすい。したがって、本実施形態と比較して、デポジットＰがセル３５の入口を閉塞するようなブリッジが形成されやすい。
【００２３】
一方、図７に示すように、本実施形態では、区画壁３６１の上流端３６１ｕと区画壁３６２の上流端３６２ｕの位置が排気流れ方向において異なっているため、その分だけ区画壁３６１の上流端３６１ｕと区画壁３６２の上流端３６２ｕとの間の距離が長くなっている。このため、触媒コンバータ２２の上流端２２ｕへのデポジットＰの堆積が進行したとしても、区画壁３６１の上流端３６１ｕに堆積したデポジットＰと区画壁３６２の上流端３６２ｕに堆積したデポジットＰとが結合するまでには至りにくい。したがって、デポジットＰがセル３５の入口を閉塞するようなブリッジが形成されにくくなる。
【００２４】
また、区画壁３６１の上流端３６１ｕと区画壁３６２の上流端３６２ｕとの排気流れ方向における位置が異なっているため、同じ位置にある構成と比較して、上流部３１に排気が流入する際、触媒コンバータ２２の上流端２２ｕにおいて排気の流れに乱れが生じやすい。そして、こうした乱れが生じることにより、区画壁３６１，３６２の上流端３６１ｕ，３６２ｕに堆積したデポジットＰが、排気によって上流端３６１ｕ，３６２ｕから取り払われ、排気とともに各セル３５の内部へと流れ込みやすくなる。
【００２５】
上述した排気浄化装置１２０によれば、第１実施形態で得られる効果に加えて、以下の効果を奏することができる。
（２）上流部３１の各セル３５を区画する区画壁３６のうち、第１の区画壁３６１の上流端３６１ｕと第２の区画壁３６２の上流端３６２ｕの排気流れ方向における位置が異なっている。このため、堆積したデポジットがセル３５の入口を閉塞するようなブリッジが形成されにくく、セル３５に目詰まりが一層生じにくくなる。
【００２６】
（３）上流部３１の上流端に排気が流入する際に生じる排気の乱れにより、区画壁３６１，３６２の上流端３６１ｕ，３６２ｕに堆積したデポジットが上流端３６１ｕ，３６２ｕから取り払われて、各セル３５の内部へと流れ込むようになる。したがって、触媒コンバータ２２の上流端２２ｕにデポジットが堆積してしまうことを抑制することができる。
【００２７】
（第３実施形態）
次に、排気浄化装置に係る第３実施形態について、図８及び図９を参照して説明する。以下では、上記第１実施形態と異なる構成を中心に説明する。
【００２８】
図８及び図９に示すように、本実施形態の排気浄化装置２２０では、触媒コンバータ２２の上流部３１の内部を構成する各セル３５について、隣り合うセル３５の通路断面積の大きさが互いに異なっている。ただし、本実施形態の排気浄化装置２２０においても、上記第１実施形態の排気浄化装置２０と同様に、触媒コンバータ２２の上流部３１の有効セルの各々の通路断面積は、下流部４１の各セル４５の通路断面積よりも大きい。
【００２９】
次に、本実施形態の作用を説明する。
本実施形態の触媒コンバータ２２では、触媒コンバータ２２の上流端２２ｕに排気が流入する際に、通路断面積が比較的大きいセル３５と、通路断面積が比較的小さいセル３５とで、排気の流入する速さが異なるようになる。このため、触媒コンバータ２２の上流端２２ｕでは、排気の流れに乱れが生じるようになる。そして、こうした乱れが生じることにより、区画壁３６の上流端３６ｕに堆積したデポジットが、排気によって上流端３６ｕから取り払われ、排気とともに各セル３５の内部へと流れ込みやすくなる。
【００３０】
したがって、上述した排気浄化装置２２０によれば、第１実施形態で得られる効果に加えて、上記（３）に記載の効果と同等の効果を奏することができる。
（第４実施形態）
次に、排気浄化装置に係る第４実施形態について、図１０及び図１１を参照して説明する。以下では、上記第１実施形態と異なる構成を中心に説明する。
【００３１】
図１０に示すように、本実施形態の排気浄化装置３２０は、触媒コンバータ２２の上流に整流器５１を有している。整流器５１は触媒コンバータ２２とともに上記収容部２１ｂに収容されている。この整流器５１は、触媒コンバータ２２と同様に、円筒状の筒体５４の内部が区画壁５６によって格子状に区画され、排気流れ方向に延びる複数のセル５５を備えたハニカム構造を有している。
【００３２】
そして、図１１に示すように、整流器５１の上流端５１ｕにおいて、区画壁５６の上流端５６ｕは上流側ほど厚さが薄くなる尖った形状をなしている。
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００３３】
触媒コンバータ２２の上流に整流器５１を設ける本実施形態のような排気浄化装置３２０では、整流器５１の上流端５１ｕにデポジットが堆積するおそれがある。こうしてデポジットが堆積すると、整流器５１のセル５５に目詰まりが発生するおそれがある。
【００３４】
しかしながら、整流器５１の上流端５１ｕにおいて、区画壁５６の上流端５６ｕが尖った形状を有しているため、区画壁５６の上流端５６ｕの端面の表面積が小さくなっている。このため、区画壁５６の上流端５６ｕにはデポジットが堆積しにくい。
【００３５】
上述した排気浄化装置３２０によれば、第１実施形態で得られる効果に加えて、以下の効果を奏することができる。
（４）区画壁５６の上流端５６ｕにデポジットが堆積しにくくなるため、整流器５１の上流端５１ｕにデポジットが堆積してしまうことを抑制することができる。
【００３６】
なお、上述の実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・第３実施形態では、セル３５の開口形状が矩形である触媒コンバータ２２において、通路断面積の大きさが異なるセル３５を含む構成としたが、この構成をセル３５の開口形状が六角形である触媒コンバータ２２に適用することもできる。図１２は、こうした構成の一例として、図の左右方向において隣接する第１のセル群３５ａと、同じく図の左右方向において隣接し、通路断面積が第１のセル群３５ａよりも小さい第２のセル群３５ｂとが図の上下方向において交互に配列された構成を示している。こうした変形例によっても、上記第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
・また、上述したような通路断面積の大きさが異なるセルを含む構成を整流器５１に適用してもよい。
・第２実施形態では、各セル３５の一つ一つを区画する４つの壁のうち、隣接する２つの壁の上流端の位置と、残りの２つの壁の上流端の位置とを排気流れ方向において異ならせるようにした。これにかえて、図１３及び図１４に示すように、各セル３５の一つ一つを区画する４つの壁のそれぞれについて、排気流れ方向の位置が他の部位と異なる部位を設けるようにしてもよい。また、各セル３５の開口形状は菱形に限られない。例えば図１５に示すように、各セル３５の開口形状が六角形である場合にも、各セル３５の一つ一つを区画する六つの壁のそれぞれについて、排気流れ方向における位置が他の部位と異なる部位を設けることができる。なお、図１４、図１５では、区画壁３６の上流端３６ｕのうち、上流側に位置する部位が白抜きで図示され、同部位よりも下流側に位置する部位が塗りつぶして図示されている。
【００３８】
要するに、触媒コンバータ２２の上流端２２ｕにおいて、排気流れ方向における位置が他の部位と異なる部位が存在する構成であれば、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。また、こうした構成は、図１６に示すように、セル３５の開口形状が矩形である触媒コンバータ２２において通路断面積の大きさが異なるセル３５を含む場合や、図１７に示すように、セル３５の開口形状が六角形である触媒コンバータ２２において通路断面積の大きさが異なるセル３５を含む場合においても適用することができる。こうした構成によれば、第２実施形態と同様の効果に加え、第３実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、図１６、図１７では、区画壁３６の上流端３６ｕのうち、上流側に位置する部位が白抜きで図示され、同部位よりも下流側に位置する部位が塗りつぶして図示されている。
【００３９】
・また、触媒コンバータ２２の場合と同様に、整流器５１についても、その上流端５１ｕに排気流れ方向において他の部位と位置が異なる部位を設けるようにしてもよい。なおこの場合、触媒コンバータ２２の上流端２２ｕには、排気流れ方向における位置が他の部位と異なる部位を必ずしも設けなくてもよい。
【００４０】
・触媒コンバータ２２の形状は角柱状等、円柱状に限られない。
【符号の説明】
【００４１】
１０…内燃機関、１１…排気通路、１５…触媒、２０，１２０，２２０，３２０…排気浄化装置、２２…触媒コンバータ、２２ａ…ハニカム構造体、２２ｄ…下流端、２２ｕ…上流端、３１…上流部、３４，４４，５４…筒体、３４ａ，４４ａ…内周壁、３５，４５…セル、３６，４６，５６…区画壁、４１…下流部。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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