| 【発明の名称】 |
触媒容器 |
| 【発明者】 |
【氏名】盛永 規義
【氏名】須田 尚吾
【氏名】荻田 保
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| 【要約】 |
【課題】触媒担体２を保持する保持マット１０から生じる揮発成分を浄化可能な構造とした触媒容器３を提供する。
【解決手段】触媒容器３内に触媒担体２を収納し、この触媒担体２の周囲にはバインダを含む保持マット１０を配置して触媒担体２を保持する触媒容器３において、保持マット１０よりも下流の触媒容器３と触媒担体２の間隙をシールする一方、前記保持マット１０の上流では保持マット１０から触媒担体２の排気ガス流入端２ａまでを連通させる。また保持マット１０よりも下流の触媒容器３内に保持マット１０から生じる揮発成分を浄化するサブ触媒１２を配置する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】排気ガスの流入口と排気ガスの流出口を備え、排気路に設置される触媒容器内に触媒担体を収納し、この触媒担体の周囲にはバインダを含む保持マットを配置して触媒担体を保持するとともに、触媒容器と触媒担体との間隙をシールしてなる触媒容器において、前記保持マットよりも下流の触媒容器と触媒担体の間隙をシールする一方、前記保持マットの上流では保持マットから触媒担体の排気ガスの流入口端までを連通させて、前記保持マットから生じる揮発成分が触媒担体を通過するようにしたことを特徴とする触媒容器。
【請求項２】排気ガスの流入口と排気ガスの流出口を備え、排気路に設置される触媒容器内に触媒担体を収納し、この触媒担体の周囲にはバインダを含む保持マットを配置して触媒担体を保持するとともに、触媒容器と触媒担体との間隙をシールしてなる触媒容器において、前記保持マットよりも下流の触媒容器内にサブ触媒を配置して、保持マットから生じる揮発成分がサブ触媒を通過するようにしたことを特徴とする触媒容器。
【請求項３】排気ガスの流出口の近傍を径小に形成して排気ガスの後流集合部を設け、この後流集合部にサブ触媒を設けた請求項２に記載の触媒容器。
【請求項４】サブ触媒を帯状に形成し触媒担体の外周面に巻着して、保持マットの下流側に配置した請求項２に記載の触媒容器。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の排気系に装備されるモノリス触媒の触媒容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関から排出される排気ガス等を浄化するため排気路に設けられるモノリス触媒は、図５に示されるように、例えば円筒形に形成されたセラミック等からなる触媒担体３１が、その周囲に設けた帯状の保持マット３２に保持されて金属製等のケース３３に収容されている。この基本的な構造はいわゆる三元触媒であっても酸化触媒であっても同様である。
【０００３】前記保持マット３２はアルミナ等の素材からなり、かつバインダによりシート状に成形され、排気ガス浄化装置の製造時には触媒担体３１を包み込むようにその外周に配置され、触媒担体３１と共に金属製ケース３３内に挿入されて触媒担体３１を保持し、さらには保持マット３２は、触媒担体３１から排気ガスが漏出しないようにシールする機能を果たす。
【０００４】図５では矢印で示す方向に排気ガスが流れるが、金属製ケースの上流側の入口３４から流入した排気ガスは触媒担体３１内を通過してそれに担持されている触媒物質により浄化され、下流側の出口３５から流出する。このとき保持マット３２に含まれるバインダには揮発性の有機剤、特にＨＣが含まれており、これらは３００℃程度の温度で揮発する。すなわちバインダは、モノリス触媒の製造時においては保持マット３２の保形のために使用されるが、モノリス触媒が排気路に設置された後は内燃機関の運転時に、触媒担体３１及びその周囲が高温となり、殆どのバインダは揮発する。
【０００５】このバインダから生じるＨＣ等を含む揮発性ガスは、図５において矢印３６で示されされるように保持マット３２から流出し、出口３５から浄化された排気ガスと共に排気路に排出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらバインダに含まれるＨＣは、その自動車では排出量が厳しく規制されているものであるが、上記ような構造のモノリス触媒では触媒担体３１を通過した排気ガス中に、バインダからのＨＣが添加される結果となる。
【０００７】またモノリス触媒の下流側にはＨＣセンサ等が設けられ、これらのセンサにより検知される排気ガスの成分であるＨＣの量は、電気信号としてエンジンコントロール用電子制御装置に送られ、内燃機関の各種制御、すなわち燃料噴射量、吸入空気量、またはバルブタイミング等を制御するための基礎となり得る。
【０００８】したがって正確な排気ガスの成分が検出されない場合は、内燃機関の運転に影響を及ぼすことになる。特に理論空燃比が保持できなくなると、三元触媒の機能を十分に発揮できなくなりエミッションの悪化を招く。
【０００９】以上の事態は排気ガスの規制が厳しい状況下では看過できない問題であり、解決手段を講じる必要がある。本発明はかかる事情に鑑みてされたものであり、触媒担体を保持する保持マットから生じる揮発成分を浄化可能な構造とした触媒容器を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明はこの課題を解決するた次のような構成とした。第１の発明は、排気ガスの流入口と流出口を備え、排気路に設置される触媒容器内に触媒担体を収納し、この触媒担体の周囲にはバインダを含む保持マットを配置して触媒担体を保持するとともに、触媒容器と触媒担体との間隙をシールしてなる触媒容器において、前記保持マットよりも下流の触媒容器と触媒担体の間隙をシールする一方、前記保持マットの上流では保持マットから触媒担体の排気ガスの流入口端までを連通させて、前記保持マットから生じる揮発成分が触媒担体を通過するようにしたことを特徴とする。
【００１１】第２の発明は、排気ガスが流入口と流出口を備え、排気路に設置される触媒容器内に触媒担体を収納し、この触媒担体の周囲にはバインダを含む保持マットを配置して触媒担体を保持するとともに、触媒容器と触媒担体との間隙をシールしてなる触媒容器において、前記保持マットよりも下流の触媒容器内にサブ触媒を配置して、前記保持マットから生じる揮発成分がサブ触媒を通過するようにしたことを特徴とする。
【００１２】第２の発明では、排気ガスの流出口の近傍を径小に形成して排気ガスの後流集合部を設け、この後流集合部にサブ触媒を設けることができる。またサブ触媒を帯状に形成し触媒担体の外周面に巻着して、保持マットの下流側に配置することが可能である。このようにすればサブ触媒が小型化でき、容積及び熱容量が小さい効率的なものにできる。
【００１３】本発明の各構成要素について詳説する。ここで触媒容器とは、排気ガスに含まれるＨＣ、ＣＯまたはＮＯｘを酸化または還元する反応を促進する触媒物質を担持したセラミック等からなる触媒担体を内包し、触媒担体とともに排気路に配設されてモノリス触媒を構成するものである。
【００１４】また前記触媒担体は、触媒物質を担持したセラミック等からなり、ペレット状のものや排気ガスが通過できるように、多孔構造となっているであるハニカムタイプのもの等がある。
【００１５】前記バインダは、アルミナ等からなる繊維をシート状にして保持マットを形成するために使用されるもので有機物質を含む。前記保持マットとは、排気ガス浄化装置の触媒担体を包み込むようにその触媒担体と触媒容器の間に配置され、触媒担体を保持するものである。
【００１６】サブ触媒は、保持マットから生じる揮発成分を浄化するために設けられ、浄化された排気ガス中に揮発成分、特にＨＣを混入させないように保持マットより下流側に設ける酸化触媒である。パラジウム（Ｐｄ）触媒、白金（Ｐｔ）触媒またはロジウム（Ｐｈ）触媒等を用いることができるが、比較的低温域から浄化能力を発揮し、酸化触媒として安定している等の理由からパラジウム（Ｐｄ）触媒が適している。サブ触媒は暖気性を良くするために容積が小さく、熱容量も小さいものを用いるのが好ましい。
【００１７】第１の発明では保持マットから生じる揮発成分は、触媒容器と触媒担体の間隙がシールされているので触媒担体よりも下流に流出することはなく、触媒容器中で上流側（入口側）に流れ、触媒が担持されている触媒担体内を通過するので、揮発成分が排気ガスとともに浄化される。
【００１８】第２の発明では、保持マットよりも下流の触媒容器内にサブ触媒を配置して、保持マットから生じる揮発成分がサブ触媒を通過するようにしたので、この揮発成分は浄化されてから排気ガスとともに排出される。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の触媒容器について図面を参照して説明する。
（実施の形態１）図１は、実施の形態１の触媒容器の内部構造を示す概略図である。円筒形で、ハニカム構造のセラミック触媒担体２をベースとし、この触媒担体２の軸方向に多数形成した通路内壁面に白金（Ｐｔ）等の触媒物質を担持している。この触媒担体２は金属製の筒状の触媒容器３に収納されている。触媒容器３の軸方向の両側面には、排気ガスの流入口４及び流出口５をそれぞれ形成する裁頭円錐形の排気ガス流入管路４ａ及び排気ガス流出管路５ａが接続されている。これらの排気ガス流入管路４ａ及び排気ガス流出管路５ａは、図示しない内燃機関の排気路において、矢印で示すような排気ガスの流れに沿って、排気ガス流入管路４ａ側が上流になるように配置される。
【００２０】また前記触媒担体２の破損の防止と、排気ガスが触媒担体内２を通過しないで流出口５側に漏出するのを防ぐために、触媒担体２と触媒容器３の間の間隙部６には保持マット１０が設けられている。この保持マット１０はアルミナを含む繊維をバインダを用いて接着し帯状したものからなる。また保持マット１０は円筒形の触媒担体２の外周に巻着され、触媒容器３内に触媒担体２と共に挿入されこれを筒状容器３内で保持しつつ、前記間隙部６をシールする。 なお、触媒容器３と保持マット１０の間には、さらに金網状のパッキン等である図示しない緩衝剤を設けてもよい。
【００２１】触媒容器３内では保持マット１０の上流側は触媒担体２の排気ガスの流入端２ａに連通する通路７が確保されているが、保持マット１０の下流側における触媒担体２と触媒容器３の間には、これらの空隙８をシールする環状の平板であるシール部材９が設けられている。このシール部材９は触媒担体２の後端面２ｂと触媒容器３の後端面３ａの間に挟持されるようにして、筒状の触媒容器３の全周にわたって配設される。
【００２２】上記のような構造の触媒容器３内では、排気ガス流入管路４ａから流入した排気ガスは触媒担体２内を通過して浄化され、排気ガス流出管路５ａ側へ流れる。このとき保持マット１０が触媒容器３と触媒担体２の間隙部６をシールしているから排気ガスはその間隙部６から下流側に漏れることなく触媒担体２内を通過する。
【００２３】一方、モノリス触媒１が図示しない内燃機関の排気路に設置されてこれに排気ガスが流入すると、排気ガスの温度及び排気ガスの成分の酸化反応により触媒担体２は高温になる。この熱は保持マット１０に伝導し保持マット１０内のバインダが揮発する。この揮発成分はＨＣ等を含むが前記シール部材９によってそのまま排気ガス流出管路５ａ側に流出せず、前記通路７を経由して触媒担体２内を通過する。よってＨＣ等の有機材を含む揮発成分は触媒担体２を通過することで浄化されてから排出されることになる。
（実施の形態２）図２は、実施の形態２の触媒容器の内部構造を示す概略図である。ここでは前記実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００２４】触媒容器３内では、保持マット１０よりも下流側にサブ触媒１２を配置している。このサブ触媒１２はパラジウム（Ｐｄ）触媒であり、薄い円盤状に形成されて触媒容器３の下流側でその軸方向に沿った全断面にわたって配設されている。
【００２５】保持マット１０からの揮発成分は、上流側に流れて通路７を経由して触媒担体２内を通過することで浄化されるか、または下流側に流れてサブ触媒１２を通過して浄化される。
【００２６】また触媒担体２とサブ触媒１２の間の触媒容器３内には、保持マット１０から流出する揮発ガスをサブ触媒１２の中央に案内するガイド板１１が設置されている。このガイド板１１は、サブ触媒１２の前方において揮発ガスの流れを軸方向の中央方向に転換させるように、揮発ガスの流れに対して斜め方向に配置されており、揮発ガスをサブ触媒１２の中央に集中的に流入させる。このようにすれば温度が低くなり触媒の機能が悪い外側よりも、暖気性向上が容易で効率的な働きをしやすい中央部に揮発ガスを流して浄化効果を高めることができる。
（実施の形態３）図３は、実施の形態３の触媒容器の内部構造を示す概略図である。ここでは前記実施の形態１及び２と同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００２７】触媒容器３内では、保持マット１０よりも下流の触媒容器３内にサブ触媒１２を配置している。触媒容器３の下流には、裁頭円錐形の排気ガス流出管路５ａが形成されて、排気ガスの流出口５の近傍を径小にして排気ガスの後流集合部を設けているが、サブ触媒１２はこの後流集合部に設けられている。このようにすればガイド板１１を設けなくても揮発ガスをサブ触媒１２の中央に集中させることができ、さらにはサブ触媒１２を小型とし、容積及び熱容量を小さくして効率的なものとしている。
（実施の形態４）図４は、実施の形態２の触媒容器の内部構造を示す概略図である。ここでは前記実施の形態１から３と同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００２８】触媒容器３内では、保持マット１０よりも下流の触媒容器３内にサブ触媒１２を配置している。このサブ触媒１２は帯状に形成され、触媒担体２の外周に巻着した保持マット１０の下流側に、この保持マット１０と連続するように触媒担体２の外周面に巻着するように設けられている。このようにしてサブ触媒１２を必要最小限の大きさとし、容積及び熱容量を小さくして効率的なものとしている。
【００２９】上述したように本発明の触媒容器では、触媒担体を保持する保持マットから生じる揮発ガスを、必ずこれを浄化する触媒を通過してから排出するようにしたので、触媒担体を通過した排気ガスに揮発ガスが混入して排出されることがない。そのためＨＣ等の排出量を増加させることがなく、モノリス触媒の下流に設置したＨＣセンサ等による排気ガスの成分検出に影響を与え、内燃機関の制御が正確に行われないといった事態を防止できる。
【００３０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、モノリス触媒の触媒担体を保持する保持マットから生じる揮発成分中の有機物を浄化できるので、より優れた排気浄化が可能な排気浄化装置を得ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年２月２９日（２０００．２．２９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８９２４４
【弁理士】
【氏名又は名称】遠山 勉 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２４１３２２（Ｐ２００１−２４１３２２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年９月７日（２００１．９．７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−５４１９９（Ｐ２０００−５４１９９） |
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