КАТАЛИЗАТОР ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ
EXHAUST GASES CATALYST

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к катализатору отработавших газов для очистки отработавших газов, выпускаемых из двигателя внутреннего сгорания.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Катализатор для очистки отработавших газов, высвобождаемых из двигателя внутреннего сгорания, выполненный таким образом, что в основном материале сформировано сквозное отверстие, а каталитический слой расположен на внутренней поверхности стенок, образованной этим сквозным отверстием, описан в следующих документах предшествующего уровня техники.
[0003] Патентный документ 1 описывает каталитический преобразователь отработавших газов, выполненный таким образом, что носители катализатора размещены в корпусе в виде трех ступеней по направлению потока отработавших газов с соответствующими разделительными участками, размещенными между ними, при этом потеря давления в каждом из этих носителей катализатора задана так, чтобы увеличиваться по направлению к выходу с тем, чтобы отработавшие газы перемешивались на разделительных участках для распределения по всей площади, повышая благодаря этому эффективность очистки.
[0004] Патентный документ 2 описывает катализатор отработавших газов, выполненный таким образом, что участок катализатора с одной стороны элемента и участок катализатора с другой стороны элемента разнесены друг относительно друга так, чтобы не перекрывать друг друга, ограничивая тем самым увеличение потери давления, обусловленное перекрытием между участками катализатора.
[0005] Патентный документ 3 описывает катализатор отработавших газов, в котором толщина каталитического слоя уменьшается как от входной стороны, так и от выходной стороны сквозного отверстия по направлению к его центру так, чтобы снизить потери давления отработавших газов.
Перечень ссылок
Патентные документы
[0006] Патентный документ 1: японская патентная заявка №9-195757 (JP 9-195757 А).
Патентный документ 2: японская патентная заявка №2005-334801 (JP 2005-334801 А).
Патентный документ 3: японская патентная заявка №2011-212508 (JP 2011-212508 А).
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача, решаемая изобретением
[0007] В то же время, реакция очистки отработавших газов в катализаторе определяется скоростью реакции каждого компонента газа и скоростью диффузии отработавших газов. Обычно скорость реакции является лимитирующим показателем в низкотемпературном диапазоне до 400°С, в то время как скорость диффузии является лимитирующим показателем в диапазоне высоких температур свыше 500°С, т.к. скорость реакции возрастает в достаточной степени, что, однако, меняется в зависимости от вида драгоценных металлов в катализаторе, от количества их содержания и т.п.
[0008] Отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания, как правило, высвобождаются из каждого цилиндра последовательно, вследствие чего отработавшие газы пульсируют. Отработавшие газы также пульсируют, когда отработавшие газы проходят через внутреннюю часть (сквозное отверстие) катализатора. Поскольку поток отработавших газов возмущается пульсацией, диффузионная способность газов является высокой, что обеспечивает высокую эффективность очистки катализатором. Диффузионная способность газов показывает, что отработавшие газы диффундируют в каталитический слой.
[0009] Вместе с тем, в случае, когда количество впускаемого двигателем внутреннего сгорания воздуха большое, скорость потока отработавших газов становится большой, и поэтому скорость диффузии является недостаточной по отношению к количеству отработавших газов. Это вызывает обеспокоенность тем, что отработавшие газы не могут быть полностью очищены катализатором. Более того, с точки зрения уменьшения потери давления в катализаторе требуется, чтобы высокая результативность очистки достигалась катализатором, имеющим меньшую активностью основного материала.
[0010] Настоящее изобретение сделано для того, чтобы решить вышеупомянутую классическую задачу, и имеет целью предложить катализатор отработавших газов, который может обеспечить высокую результативность очистки.
Средства решения задачи
[0011] Для достижения вышеуказанной цели катализатор отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением включает в себя: основной материал, имеющий первую торцевую поверхность, вторую торцевую поверхность и множество внутренних поверхностей стенок, образованных множеством сквозных отверстий, проходящих сквозь основной материал от первой торцевой поверхности ко второй торцевой поверхности; а также множество каталитических слоев, сформированных на множестве внутренних поверхностей стенок, соответственно, причем каждое из сквозных отверстий имеет центральную ось; каждый из каталитических слоев подразделяется на первую область, пролегающую от первой торцевой поверхности по направлению ко второй торцевой поверхности на заданное расстояние, вторую область, пролегающую от второй торцевой поверхности по направлению к первой торцевой поверхности на заданное расстояние, и третью область, размещенную между первой областью и второй областью; при этом каталитический слой сформирован так, чтобы расстояние от центральной оси сквозного отверстия до внутренней поверхности каталитического слоя в первой области каталитического слоя было меньше, чем расстояние от центральной оси сквозного отверстия до внутренней поверхности каталитического слоя в третьей области каталитического слоя, но больше, чем расстояние от центральной оси сквозного отверстия до внутренней поверхности каталитического слоя во второй области каталитического слоя.
[0012] В такой конфигурации катализатор отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением выполнен таким образом, что третий участок каталитического слоя углублен в направлении основного материала по сравнению с первой областью и второй областью каталитического слоя с тем, чтобы сформировать углубленный участок. Это, соответственно, делает возможным возмущать поток отработавших газов, поступающий со стороны первой торцевой поверхности или стороны второй торцевой поверхности, чтобы пройти вдоль сквозного отверстия, обеспечивая тем самым улучшение диффузионной способности отработавших газов относительно каталитического слоя. В результате катализатор отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением может обеспечить высокую результативность очистки.
[0013] Кроме того, в катализаторе отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением в углубленном участке также сформирован каталитический слой. Соответственно, по сравнению со случаем, когда углубленный участок выполнен таким образом, что каталитический слой не образован в какой-то части, высокая результативность очистки может быть достигнута за счет основного материала с меньшей активностью.
[0014] Кроме того, в катализаторе отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением углубленный участок сформирован внутри основного материала. Соответственно, высокая результативность очистки может быть достигнута при низких затратах по сравнению со случаем, когда углубленный участок сформирован путем размещения носителей катализаторов в корпусе в виде трех ступеней по направлению потока отработавших газов с соответствующими разделительными участками, размещенными между ними.
[0015] В катализаторе отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением, когда первая торцевая поверхность является стороной впуска отработавших газов, а вторая торцевая поверхность является стороной выпуска отработавших газов, третья область находится ближе к первой торцевой поверхности, чем ко второй торцевой поверхности.
[0016] В такой конфигурации катализатор отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением выполнен таким образом, что углубленный участок в третьей области ближе к первой торцевой поверхности, как стороне впуска отработавших газов, чем ко второй торцевой поверхности. Соответственно, в момент запуска двигателя каталитический слой нагревается со стороны впуска отработавших газов, таким образом поток отработавших газов может быть возмущен на первой торцевой поверхности, где температура каталитического слоя выше, что делает возможным улучшение диффузионной способности отработавших газов на первой торцевой поверхности, как стороне впуска отработавших газов. В результате катализатор отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением может улучшить характеристику прогрева.
[0017] В катализаторе отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением, когда первая торцевая поверхность является стороной впуска отработавших газов, а вторая торцевая поверхность является стороной выпуска отработавших газов, третья область расположена ближе ко второй торцевой поверхности, чем к первой торцевой поверхности.
[0018] В такой конфигурации катализатор отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением выполнен таким образом, что углубленный участок в третьей области расположен ближе ко второй торцевой поверхности, как стороне выпуска отработавших газов, чем к первой торцевой поверхности. Соответственно, поток отработавших газов может быть возмущен на второй торцевой поверхности, что делает возможным улучшение диффузионной способности отработавших газов на второй торцевой поверхности, как стороне выпуска отработавших газов. В результате, в соответствии с настоящим изобретением, OSC характеристика (Oxygen Storage Capacity - кислород аккумулирующая способность) катализатора отработавших газов может быть улучшена.
Технический результат изобретения
[0019] В соответствии с настоящим изобретением возможно создать катализатор отработавших газов, который способен обеспечить высокую результативность очистки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0020] На фиг. 1 показано схематическое изображение катализатора отработавших газов по примеру осуществления настоящего изобретения (на фиг. 1 (а) представлен изометрический вид, а на фиг. 1 (b) представлен вид сбоку катализатора, представленного на фиг. 1 (а), если смотреть со стороны первой торцевой поверхности).
На фиг. 2 представлен фрагмент первой торцевой поверхности, представленной на фиг. 1 (b) в увеличенном виде.
На фиг. 3 показан разрез, выполненный по линии а-а на фиг. 2, иллюстрирующий структуру катализатора.
На фиг. 4 показан разрез, иллюстрирующий структуру катализатора отработавших газов по сравнительному примеру 1.
На фиг. 5 показан разрез, иллюстрирующий структуру катализатора отработавших газов по сравнительному по примеру 2.
На фиг. 6 показан разрез, иллюстрирующий структуру катализатора отработавших газов по сравнительному примеру 3.
На фиг. 7 приведена диаграмма, показывающая результаты измерения потери давления для катализатора отработавших газов согласно примеру осуществления настоящего изобретения и катализаторов отработавших газов по сравнительным примерам.
На фиг. 8 приведена диаграмма, показывающая результаты характеристики прогрева катализатора отработавших газов согласно примеру осуществления настоящего изобретения и катализаторов отработавших газов по сравнительным примерам.
На фиг. 9 приведена диаграмма, показывающая результаты измерения OSC характеристики катализатора отработавших газов согласно примеру осуществления настоящего изобретения и катализаторов отработавших газов по сравнительным примерам.
На фиг. 10 показан разрез для описания положения углубленного участка по примеру осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 11 приведен график, иллюстрирующий зависимость между длиной углубленного участка и потерей давления в катализаторе отработавших газов по примеру осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 12 приведен график, иллюстрирующий зависимость между длиной углубленного участка и OSC характеристикой в катализаторе отработавших газов по примеру осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 13 приведен график, иллюстрирующий зависимость между длиной углубленного участка и средними выбросами при измерении OSC характеристики в катализаторе отработавших газов по примеру осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 14 показан разрез для описания положения углубленного участка по примеру осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 15 приведен график, показывающий зависимость между положением центра углубленного участка и потерей давления в катализаторе отработавших газов по примеру примером осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 16 приведен график, показывающий зависимость между положением центра углубленного участка и OSC характеристикой катализатора в катализаторе отработавших газов по примеру осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 17 приведен график, показывающий зависимость между положением центра углубленного участка и временем прогрева катализатора в катализаторе отработавших газов по примеру осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 18 показан разрез, иллюстрирующий структуру катализатора отработавших газов по примеру осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 19 показан разрез, иллюстрирующий структуру катализатора отработавших газов по примеру осуществления настоящего изобретения.
ФОРМЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0021] Катализатор отработавших газов в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения будет описан ниже со ссылкой на чертежи. Следующий пример осуществления изобретения касается примера, в котором настоящее изобретение применяется в катализаторе отработавших газов для очистки отработавших газов, высвобождаемых из бензинового двигателя в качестве двигателя внутреннего сгорания. Отметим, что фиг. с 4 по 6, фиг. 10, фиг. 14, фиг. 18 и фиг. 19 представляют собой разрезы, выполненные по линии а-а на фиг. 2, каждый из которых иллюстрирует структуру катализатора.
[0022] Сначала описывается конфигурация катализатора отработавших газов в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
[0023] Катализатор 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения включает в себя основной материал 3 и каталитический слой 9, как показано на фиг. с 1 по 3.
[0024] Основной материал 3 включает в себя первую торцевую поверхность 3а, вторую торцевую поверхность 3b и внутренние поверхности 7 стенок, образованные сквозными отверстиями 5, проходящими через него от первой торцевой поверхности 3а до второй торцевой поверхности 3b. Множество сквозных отверстий 5 сформировано так, чтобы множество внутренних поверхностей 7 стенок было образовано множеством сквозных отверстий 5.
[0025] Основной материал 3 представляет собой монолитный ячеистый основный материал, изготовленный из термостойкой керамики такой, как, например, кордиерит. Основной материал 3 имеет наружный вид, сформированный, например, в форме цилиндра. Основной материал 3 сконфигурирован таким образом, чтобы его длина L в продольном направлении составляла около 105 мм, а его диаметр R составлял около 103 мм, например.
[0026] Сквозное отверстие 5 имеет центральную ось 5Х. Сквозное отверстие 5 может быть, например, сконфигурировано так, что форма поперечного сечения, перпендикулярного центральной оси 5Х, представляет собой прямоугольную форму, а расстояние между внутренними поверхностями 7 стенок, противоположными друг другу, составляет, например, около 950 мкм.
2
3
2
2
[0027] Каталитический слой 9 образован на каждой из множества внутренних поверхностей 7 стенок. Каталитический слой 9 выполнен из материала, содержащего оксид алюминия (AlO) в качестве носителя, платины (Pt) в качестве активного вещества, родия (Rh), оксида церия-циркония (CeO-ZrO) в качестве OSC вещества и т.п.
[0028] Как показано на фиг. 3, в направлении центральной оси 5Х сквозного отверстия 5 каталитический слой 9 подразделяется на первую область 9А, пролегающую от первой торцевой поверхности 3а в направлении второй торцевой поверхности 3b на заданное расстояние, вторую область 9В, пролегающую от второй торцевой поверхности 3b в направлении к первой торцевой поверхности 3а на заданное расстояние, и третью область 9С, размещенную между первой областью 9А и второй областью 9В. Каталитический слой 9 сформирован так, чтобы удовлетворять условию h3>h1>h2, где h1 обозначает расстояние от центральной оси 5Х сквозного отверстия 5 до внутренней поверхности 9m каталитического слоя 9 в первой области 9А, h2 обозначает расстояние от центральной оси 5Х сквозного отверстия 5 до внутренней поверхности 9m каталитического слоя 9 во второй области 9В, и h3 обозначает расстояние от центральной оси 5Х сквозного отверстия 5 до внутренней поверхности 9m каталитического слоя 9 в третьей области 9С.
[0029] То есть каталитический слой 9 сформирован таким образом, что расстояние h1 от центральной оси 5Х сквозного отверстия 5 до внутренней поверхности 9m каталитического слоя 9 в первой области 9А меньше расстояния h3 от центральной оси 5Х сквозного отверстия 5 до внутренней поверхности 9m каталитического слоя 9 в третьей области 9С, но больше, чем расстояние h2 от центральной оси 5Х сквозного отверстия 5 до внутренней поверхности 9m каталитического слоя 9 во второй области 9В.
[0030] Кроме того, каталитический слой 9 сформирован так, что внутренняя поверхность 9m углублена в третьей области 9С в направлении основного материала 3 по сравнению с первой областью 9А и второй областью 9В так, чтобы был сформирован углубленный участок 9n. Углубленный участок 9n сформирован кольцеобразно вдоль внутренней поверхности 7 стенок в направлении, перпендикулярном центральной оси 5Х сквозного отверстия 5.
[0031] Кроме того, каталитический слой 9 сформирован таким образом, что внутренняя поверхность 9m имеет разные высоты в первой области 9А и во второй области 9В.
[0032] В катализаторе 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения для того, чтобы удовлетворять условию h3>h1>h2, между внутренней поверхностью 7 стенок основного материала 3 и каталитическим слоем 9 в первой области 9А сформирован пассивный слой 11. Кроме того, в катализаторе 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения пассивный слой 12 и пассивный слой 13 сформированы между внутренней поверхностью 7 стенок и каталитическим слоем 9 во второй области 9В. Во второй области 9В и третьей области 9С пассивного слоя 11 нет. Пассивного слоя 12 и пассивного слоя 13 нет в первой области 9А и в третьей области 9С. Структура согласно настоящему примеру осуществления изобретения, которая удовлетворяет условию h3>h1>h2, именуется структура с углублением.
[0033] Каталитический слой 9 сформирован так, чтобы иметь толщину пленки, например, около 100 мкм. Пассивные слои 11, 12 и 13 сформированы так, чтобы иметь толщину пленки, например, около 40 мкм. Пассивные слои 11, 12, и 13 являются грунтовыми слоями каталитического слоя 9, и выполнены из материала, такого как оксид алюминия, который не способствует реакции очистки отработавших газов, например.
[0034] Продольная длина каталитического слоя 9 составляет, например, около 105 мм, то есть является такой же, что и длина L основного материала 3. Каждая из первой области 9А, второй области 9В и третьей области 9С сконфигурированы таким образом, что длина по направлению центральной оси 5Х сквозного отверстия 5 составляет, например, около 35 мм. Третья область 9С сконфигурирована без разрыва с первой областью 9А и второй областью 9В.
[0035] Третья область 9С, а именно углубленный участок 9n, выполнена таким образом, что ее центр вдоль направления центральной оси 5Х сквозного отверстия 5 расположен, например, в положении 50% расстояния от первой торцевой поверхности 3а до второй торцевой поверхности 3b, то есть общей длины основного материала 3. Длина углубленного участка 9n является длиной третьей области 9С.
[0036] Каталитический слой 9, каждый из пассивных слоев 11, 12, 13 и т.п. формируют таким образом: основной материал 3 погружают в раствор в состоянии, в котором торцевые поверхности основного материала 3 параллельны уровню жидкости раствора для того, чтобы образовать пленку на внутренней поверхности 7 стенок; а затем выполняется процесс спекания для отверждения этой пленки. Соответственно, каждый из пассивных слоев может быть селективно сформирован путем управления положением погружаемого в раствор основного материала 3. Здесь каталитический слой 9 имеет одинаковый состав по всей области, включая первую область 9А, вторую область 9В и третью область 9С.
[0037] В катализаторе 1 отработавших газов, сконфигурированном таким образом, углубленный участок 9n образован на внутренней поверхности 9m каталитического слоя 9. Это дает возможность внести возмущение в поток отработавших газов, поступающий со стороны первой торцевой поверхности 3а или со стороны второй торцевой поверхности 3b, чтобы двигаться дальше по сквозному отверстию 5, тем самым делая возможным улучшение диффузионной способности отработавших газов по отношению к каталитическому слою 9.
[0038] Далее будут описаны характеристики катализатора 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения со ссылкой на сравнительные примеры с 1 по 3.
[0039] Катализаторы отработавших газов согласно сравнительным примерам с 1 по 3 в основном имеют ту же конфигурацию, что и катализатор 1 отработавших газов по настоящему примеру осуществления изобретения, но отличаются в конфигурации в отношении расстояний h1, h2, h3 от центральной оси 5Х сквозного отверстия 5 до внутренней поверхности 9m каталитического слоя 9.
[0040] То есть, как показано на фиг. 4, в катализаторе 21 отработавших газов сравнительного примера 1, каталитический слой 9 сформирован таким образом, чтобы удовлетворять условию h1=h2=h3. Для того чтобы удовлетворять этому условию, в сравнительном примере 1 пассивный слой 11 сформирован между внутренней поверхностью 7 стенок и каталитическим слоем 9 по всей поверхности первой области 9А, второй области 9В и третьей области 9С. Структура по сравнительному примеру 1, которая удовлетворяет условию h1=h2=h3, называется плоскостной структурой.
[0041] Как показано на фиг. 5, в катализаторе 22 отработавших газов по сравнительному примеру 2, каталитический слой 9 сформирован таким образом, чтобы удовлетворить условию h1=h3>h2. Для того чтобы удовлетворять этому условию, в сравнительном примере 2 пассивный слой 12, пассивный слой 13 и пассивный слой 14 образованы между внутренней поверхностью 7 стенок и каталитическим слоем 9 селективно в пределах второй области 9В. Пассивные слои 12, 13 и 14 отсутствуют в первой области 9А и в третьей области 9С. Структура по сравнительному примеру 2, которая удовлетворяет условию h1=h3>h2, именуется одноступенчатой структурой. Пассивный слой 14 сформирован так, чтобы иметь толщину пленки около 40 мкм, аналогично, например, другим пассивным слоям. Пассивный слой 14 также сформирован таким же способом, что и другие пассивные слои.
[0042] Как показано на фиг. 6, в катализаторе 23 отработавших газов из сравнительному примеру 3, каталитический слой 9 сформирован таким образом, чтобы удовлетворить условию h1>h3>h2. Для того чтобы удовлетворять этому условию, в сравнительном примере 3 пассивный слой 12 и пассивный слой 13 сформированы между внутренней поверхностью 7 стенок и каталитическим слоем 9 во второй области 9В. Кроме того, в сравнительном примере 3 пассивный слой 12 сформирован между внутренней поверхностью 7 стенок и каталитическим слоем 9 в третьей области 9С. Пассивный слой 12 отсутствует в первой области 9А. Пассивный слой 13 отсутствует в первой области 9А и в третьей области 9С. Структура по сравнительному примеру 3 именуется двухступенчатой структурой.
[0043] На фиг. с 7 по 9 приведены графики, показывающие результаты измерения параметров отработавших газов, высвобождаемых из бензинового двигателя через катализаторы соответствующих структур. На фиг. с 7 по 9 структура с углублением соответствует примеру осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 3. Плоскостная структура соответствует сравнительному примеру 1, показанному на фиг. 4. Одноступенчатая структура соответствует сравнительному примеру 2, показанному на фиг. 5. Двухступенчатая структура соответствует сравнительному примеру 3, показанному на фиг. 6.
[0044] Кроме того, на фиг. с 7 по 9 пометка (In-1) указывает на случай, когда отработавшие газы поступали в сквозное отверстие 5 со стороны первой торцевой поверхности 3а, принимаемой в качестве стороны впуска отработавших газов, а пометка (In-2) указывает на случай, когда отработавшие газы поступали в сквозное отверстие 5 со стороны второй торцевой поверхности 3b, принимаемой в качестве стороны впуска отработавших газов.
[0045] Кроме того, на фиг. 7 потери давления (кПа) представляют собой разность между давлением отработавших газов на стороне одной торцевой поверхности и давлением отработавших газов на стороне другой торцевой поверхности в состоянии, в котором отработавшие газы поступают со стороны такой же торцевой поверхности.
[0046] Кроме того, на фиг. 8 время прогрева катализатора (сек) указывает временной интервал после того, как катализатор охлаждают до комнатной температуры за счет направления потока отработавших газов в другую магистраль, чтобы отработавшие газы не поступали в катализатор, до того, как катализатор не становится активным, когда отработавшие газы перенаправляют, чтобы поступать в каталитическую магистраль.
[0047] В данном случае время достижения 50%-ной степени очистки на фиг. 8 указывает время, проходящее до того, как степень очистки от углеводородов, содержащихся в отработавших газах, достигает 50%. Подобно этому, время достижения 70%-ной степени очистки указывает время, проходящее до того, как степень очистки от углеводородов, содержащихся в отработавших газах, достигает 70%.
[0048] Кроме того, на фиг. 9 OSC характеристика катализатора вычисляется следующим образом: обогащенный режим A/F (режим топливно-воздушной смеси, отношение воздух/топливо в котором выше, чем теоретическое отношение воздух/топливо) длится до тех пор, пока датчик O2, размещенный за катализатором, показывает богатый уровень; сразу после этого наступает обедненный режим A/F (состояние топливно-воздушной смеси, отношение воздух/топливо в которой ниже, чем теоретическое отношение воздух/топливо); вычисляют время, затраченное датчиком O2, размещенным за катализатором, чтобы начать показывать обедненный режим после того, как обедненный режим наступил; и OSC характеристику катализатора вычисляют по этому времени. Здесь пометка «ga10» указывает на случай, когда количество воздуха, потребляемого двигателем, составляет 10 г/сек, а пометка «ga30» указывает на случай, когда количество воздуха, потребляемого двигателем, составляет 30 г/сек. Количество потребляемого воздуха становится большим, когда увеличивается нагрузка на двигатель или когда увеличивается открытие дросселя.
[0049] Как показано на фиг. 7, потеря давления имеет тенденцию быть выше в случае (In-1), в котором сторона первой торцевой поверхности 3а является стороной впуска отработавших газов, в любой из одноступенчатой структуры, структуры с углублением и двухступенчатой структуры. Кроме того, в структуре с углублением потеря давления снижается как в случае, отмеченном «In-1», в котором сторона первой торцевой поверхности 3а является стороной впуска отработавших газов, так и в случае «In-2», в котором сторона второй торцевой поверхности 3b является стороной впуска отработавших газов, по сравнению с плоской структурой, одноступенчатой структурой и двухступенчатой структурой.
[0050] Как показано на фиг. 8, в любой из одноступенчатой структуры, структуры с углублением и двухступенчатой структуры, время прогрева катализатора меньше для случая «In-1 », в котором сторона первой торцевой поверхности 3а является стороной впуска отработавших газов, а потеря давления является большой. Здесь структура с углублением в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения демонстрирует потерю давления, которая меньше, чем при плоской структуре, одноступенчатой структуре и двухступенчатой структуре, но имеет превосходную характеристику прогрева. Это происходит потому, что диффузионная способность слоя 9 катализатора для газа повышается, и результативность очистки улучшается на стадии, когда катализатор получает тепло от отработавших газов и медленно нагревается от передней зоны стороны впуска газов.
[0051] Как показано на фиг. 9, в случае «ga10» с небольшим количеством потребляемого воздуха величина OSC не сильно варьируется. В противоположность этому, в случае «ga30» с большим количеством потребляемого воздуха, в любой из структур - одноступенчатой структуре, структуре с углублением и двухступенчатой структуре, случай «In-2», когда сторона второй торцевой поверхности 3b является стороной впуска отработавших газов, и потеря давления является низкой, показывает высокую величину OSC.
[0052] В этом исследовании, поскольку высвобождение кислорода из катализатора происходит со стороны передней зоны на стороне впуска газа, передняя часть катализатора на стороне впуска газа завершает реакцию в любой из структур, а структура без пассивного слоя в задней части катализатора на стороне выпуска газа уменьшает высвобождение кислорода соответственно скорости потока отработавших газов, и, таким образом, имеет большую OSC характеристику. Хотя структура с углублением (см. фиг. 3) имеет пассивный слой в задней части катализатора на стороне выпуска газа, OSC характеристика этого катализатора велика. Это означает, что диффузионная способность внутри катализатора повышается, так что количество выделяющегося кислорода увеличивается, и, таким образом, структура с углублением имеет большую величину OSC.
[0053] Исходя из вышесказанного, путем образования углубленного участка 9n внутри катализатора поток отработавших газов может быть возмущен, что позволяет увеличить диффузионную способность газа для диффузии отработавших газов в слой 9 катализатора, и повысить результативность очистки.
[0054] Далее будет описан результат действия катализатора 1 отработавших газов в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
[0055] Катализатор 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения сконфигурирован так, что третья область 9С слоя 9 катализатора углублена в направлении основного материала 3 по сравнению с первой областью 9А и второй областью 9В каталитического слоя 9 с тем, чтобы образовать углубленный участок 9n.Это делает возможным возмущение потока отработавших газов, поступающих со стороны первой торцевой поверхности 3а или стороны второй торцевой поверхности 3b через сквозное отверстие 5, тем самым обеспечивая улучшение диффузионной способности газов для диффузии отработавших газов в слой 9 катализатора. В результате катализатор 1 отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением может обеспечить высокую результативность очистки.
[0056] В катализаторе 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения, каталитический слой 9 также сформирован в углубленном участке 9n. Соответственно, высокая результативность очистки может быть достигнута за счет основного материала 3 с меньшей активностью по сравнению со случаем, когда углубленный участок выполнен так, чтобы не формировать каталитический слой в какой-либо части.
[0057] Поскольку углубленный участок 9n сформирован внутри основного материала 3, катализатор 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения может обеспечить высокую результативность очистки при низких затратах, по сравнению со случаем, когда углубленный участок сформирован путем размещения носителей катализаторов в корпусе в виде трех ступеней по направлению потока отработавших газов с соответствующими разделительными участками, размещенными между ними.
[0058] В катализаторе 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения внутренняя поверхность 9m каталитического слоя имеет разную высоту в первой области 9А каталитического слоя 9 и в его второй области 9В. Соответственно, по сравнению со случаем, когда внутренняя поверхность 9m каталитического слоя 9 не имеет разной высоты в первой области 9А каталитического слоя 9 и во второй его области 9В, поток отработавших газов может быть возмущен более существенный образом.
[0059] Катализатор 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения относится к случаю, когда длина углубленного участка 9n составляет 35 мм. Однако катализатор 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения не ограничивается этим, и длина углубленного участка 9n может быть изменена.
[0060] Кроме того, катализатор 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения относится к случаю, когда центр секции третьей области 9С, а именно углубленного участка 9n, находится в положении 50% длины основного материала 3 от первой торцевой поверхности 3а до второй торцевой поверхности 3n. Однако катализатор 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения не ограничивается этим, и положение углубленного участка 9n может быть изменено.
[0061] Далее будет описана секция углубленного участка 9n катализатора 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения, со ссылкой на фиг. 10-13.
[0062] На фиг. с 11 по 13 представлены графики, показывающие результаты измерений, выполненных так, что отработавшие газы, высвобождаемые из бензинового двигателя, поступали в соответствующие катализаторы, отличающиеся длиной углубленного участка 9n. Как показано на фиг. 10, измерения были проведены при использовании катализаторов, каждый из которых имел структуру, в которой центр секции углубленного участка 9n находился в положении 50% общей длины от первой торцевой поверхности 3а до второй торцевой поверхности 3b, и в котором длина углубленного участка 9n была задана как 10%, 34% или 60% от общей длины основного материала 3. Другие структуры, за исключением этой, являются по существу такими же, что и на фиг. 3. Характеристики этих образцов показаны на фиг. с 11 по 13. Каждая из характеристик была получена, когда отработавшие газы поступали в сквозное отверстие 5 со стороны первой торцевой поверхности 3а, принимаемой в качестве стороны впуска отработавших газов.
[0063] Как показано на фиг. 11, потери давления уменьшаются при увеличении длины углубленного участка 9n. Как показано на фиг. 12, OSC характеристика катализатора почти не меняется в зависимости от длины углубленного участка 9n. Как показано на фиг. 13, в случае «ga10» с небольшим количеством потребляемого воздуха, средний объем выбросов углеводорода при измерении OSC практически одинаковый при любом значении длины. С другой стороны, в случае «ga30» с большим количеством потребляемого воздуха, когда длина углубленного участка 9n составляет от 10% до 34% от общей длины, объем выбросов незначительно лучше. Тем не менее, когда длина углубленного участка 9n становится больше, объем выбросов резко изменяется в худшую сторону.
[0064] Исходя из вышесказанного, предпочтительно, чтобы длина углубленного участка 9n была около 30% по отношению к общей длине основного материала 3.
[0065] Далее будет описано положение углубленного участка 9n катализатора 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения, со ссылкой на фиг. с 14 по 17.
[0066] Фиг. с 15 по 17 представляют собой графики, показывающие результаты измерений, выполненных так, что отработавшие газы, высвобождаемые из бензинового двигателя, поступали в соответствующие катализаторы, отличающиеся расположением углубленного участка 9n. Как показано на фиг. 14, измерения проводились с использованием катализаторов, каждый из которых имел структуру, в которой центр углубленного участка 9n, имеющего длину 34% по отношению к общей длине основного материала 3, находился в положении 37%, 50% или 62% от общей длины основного материала 3 от первой торцевой поверхности 3а до второй торцевой поверхности 3b. Другие структуры, за исключением этой, являются по существу такими же, что и на фиг. 3. Характеристики этих катализаторов представлены на фиг. с 15 по 17. Каждая из характеристик была получена, когда отработавшие газы поступали в сквозное отверстие 5 со стороны первой торцевой поверхности 3а, принимаемой в качестве стороны впуска отработавших газов.
[0067] Как показано на фиг. 15, потеря давления становится выше при приближении центра секции углубленного участка 9n к стороне первой торцевой поверхности 3а. Это происходит потому, что при приближении центра секции углубленного участка 9n к стороне первой торцевой поверхности 3а, длина второй области 9В, где внутренняя поверхность 9m каталитического слоя 9 расположена ближе к центральной оси 5Х сквозного отверстия 5, чем в первой области 9А, становится больше. Как показано на фиг. 16, OSC характеристика катализатора возрастает при приближении центра секции углубленного участка 9n к стороне второй торцевой поверхности 3b. Как показано на фиг. 17, в отношении времени прогрева катализатора, как время достижения 50%-ной степени очистки, так и время достижения 70%-ной степени очистки сокращается при приближении центра секции углубленного участка 9n к стороне первой торцевой поверхности 3а, и характеристика прогрева улучшается.
[0068] Исходя из вышесказанного, углубленный участок 9n располагают на длине не менее чем 5%, но не более 60%, предпочтительно не менее 10%, но не более чем 50%, и более предпочтительно около 30% от общей длины основного материала 3, в пределах диапазона от 10% до 90%, предпочтительно от 20% до 80% от общей длины основного материала 3 от первой торцевой поверхности 3а до второй торцевой поверхности 3b. Это дает возможность улучшить диффузионную способность газа и повысить результативность очистки.
[0069] Далее более конкретно будет описано расположение углубленного участка 9n.
[0070] Как показано на фиг. 18, катализатор 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения сконфигурирован так, что когда сторона первой торцевой поверхности 3а является стороной впуска отработавших газов, а сторона второй торцевой поверхности 3b является стороной выпуска отработавших газов, третья область 9С слоя 9 катализатора, а именно углубленного участка 9n, ближе к стороне первой торцевой поверхности 3а, чем к стороне второй торцевой поверхности 3b. Более конкретно, например, центр углубленного участка 9n, имеющего длину 34% от общей длины основного материала 3, размещен в положении 37% от общей длины основного материала 3 от первой торцевой поверхности 3а до второй торцевой поверхности 3b. Другие структуры, кроме этой, являются по существу такими же, что и на фиг. 3.
[0071] Каталитическая активность во время запуска двигателя, то есть характеристика прогрева является одной из важных функций, также как и диффузионная способность газов. В момент запуска двигателя катализатор прогревается со стороны впуска газов. Соответственно, когда диффузионная способность газов увеличивается на стороне впуска газов, где температура катализатора выше, можно улучшить характеристику прогрева катализатора, как показано на фиг. 17.
[0072] В катализаторе 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения углубленный участок 9n в третьей области 9С находится ближе к стороне первой торцевой поверхности 3а как стороне впуска отработавших газов, чем к стороне второй торцевой поверхности 3b. Соответственно, в момент запуска двигателя, катализатор прогревается со стороны впуска отработавших газов, так что поток отработавших газов может быть возмущен на стороне первой торцевой поверхности 3а, где температура выше, что делает возможным улучшение диффузионной способности отработавших газов на стороне первой торцевой поверхности 3а как стороне впуска отработавших газов. В результате в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения может быть улучшена характеристика прогрева катализатора 1 отработавших газов.
[0073] Как показано на фиг. 19, катализатор 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения сконфигурирован так, что, когда сторона первой торцевой поверхности 3а является стороной впуска отработавших газов, а сторона второй торцевой поверхности 3b является стороной выпуска отработавших газов, третья область 9С слоя 9 катализатора, а именно углубленный участок 9n, находится ближе к стороне второй торцевой поверхности 3b, чем к стороне первой торцевой поверхности 3а. Более конкретно, например, центр углубленного участка 9n, имеющего длину 34% от общей длины основного материала 3, размещен в положении 62% от общей длины основного материала 3 от первой торцевой поверхности 3а до второй торцевой поверхности 3b. Другие структуры, кроме этой, являются по существу такими же, что и на фиг. 3.
[0074] В катализаторе 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения, углубленный участок 9n в третьей области 9С находится ближе к стороне второй торцевой поверхности 3b как стороне выпуска отработавших газов, чем к стороне первой торцевой поверхности 3а. Соответственно, поток отработавших газов может быть возмущен на стороне второй торцевой поверхности 3b, что делает возможным улучшение диффузионной способности отработавших газов на стороне второй торцевой поверхности 3b как стороне выпуска отработавших газов. В результате в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения, может быть улучшена OSC характеристика катализатора 1 отработавших газов, как было показано на фиг. 16.
[0075] Катализатор 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения относится к случаю, когда пассивный слой сформирован между внутренней поверхностью стенок и каталитическим слоем как один из способов удовлетворения условию h3>h1>h2. Однако катализатор 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения не ограничивается этим, и на внутренней поверхности 7 стенок основного материала 3 может быть выполнена ступень с тем, чтобы удовлетворить условию h3>h1>h2.
[0076] Катализатор 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения относится к случаю, когда использован пассивный слой, выполненный из материала, который не способствует реакции очистки отработавших газов, как один из способов удовлетворения условию h3>h1>h2. Однако катализатор 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения не ограничивается этим, и может быть использован каталитический слой, отличный по типу от каталитического слоя 9.
[0077] Кроме того, катализатор 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения относится к случаю, когда третья область 9С, служащая в качестве углубленного участка 9n, выполнена без разрыва как с первой областью 9А, так и со второй областью 9В в качестве участков каталитического слоя 9. Однако катализатор 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения не ограничивается этим, и другая область, имеющая отличную высоту от первой области 9А, второй области 9В, и третьей области 9С, может быть образована, по меньшей мере, между третьей областью 9С и первой областью 9А или между третьей областью 9С и второй областью 9В.
[0078] Катализатор 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения относится к случаю, когда форма поперечного сечения сквозного отверстия 5, перпендикулярного к центральной оси 5Х, представляет собой прямоугольную форму. Однако катализатор 1 отработавших газов в соответствии с настоящим примером осуществления изобретения не ограничивается этим, и форма поперечного сечения сквозного отверстия 5 может представлять собой другие формы такие, как круглая форма, шестиугольная форма или восьмиугольная форма.
[0079] Как описано выше, катализатор отработавших газов в соответствии с настоящим изобретением дает результат, заключающийся в достижении высокой результативности очистки, и пригоден как катализатор отработавших газов для очистки отработавших газов, высвобождаемых из двигателя внутреннего сгорания такого, как бензиновый двигатель или дизельный двигатель.
Описание ссылочных позиций
[0080] 1 - катализатор отработавших газов, 3 - основной материал, 3а - первая торцевая поверхность, 3b - вторая торцевая поверхность, 5 - сквозное отверстие, 5Х - центральная ось, 7 - внутренняя поверхность стенок, 9 - каталитический слой, 9А - первая область, 9В - вторая область, 9С - третья область, 9m - внутренняя поверхность, 9n - углубленный участок, 11, 12, 13, 14 - пассивный слой.