CN101050717A - 排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机动车用内燃发动机的排气净化装置，其比以往的现行市售车更能提高排气净化能力，同时降低机动车用内燃机的排出气体的排气阻力，并且降低贵金属使用量。作为解决方法使用了：排气系统的结构，其在发动机盖体(3)内使来自各气缸的排气系统集合、并缩短了从各气缸到第一催化转化器(4)的长度；以及催化剂，其减薄载体涂料层且在载体涂料层内设置有空隙。

Description

排气净化装置
技术领域
本发明涉及一种机动车用内燃发动机的排气净化装置，该机动车用内燃发动机的排气净化装置的排气净化能力比以往的机动车用内燃发动机的排气净化装置高，并实现了低排气压。
背景技术
图6是市售车X所使用的机动车用内燃发动机的排气净化装置的立体图。市售车X的机动车用内燃发动机100b的排气净化如下述那样进行。在图6所示的排气净化装置108b中，从气缸体101内的各气缸排出的排气，通过发动机盖体102以及与各气缸相连的排气管集合而成的排气歧管103b，被送至配置在底盘下的催化转化器109，使排气得到净化。
在催化转化器109中保持有催化剂106b、107b。图7(a)和(b)分别是保持在催化转化器中的车辆用排气净化催化剂的立体图以及内部结构的剖面放大图。如图7(b)所示，图7(a)所示的机动车用排气催化剂110是在陶瓷制或金属制的所谓蜂窝结构111的载体113上，涂布/烧结载体涂料层114而制作成的，该载体涂料层114载置着具有催化功能的铂(下面简称“Pt”)、钯(下面简称“Pd”)以及铑(下面简称“Rh”)这样的贵金属。各蜂窝室112是由载体113和载体涂料层114形成的。通过使排气通过这样的排气催化剂110的蜂窝室112中，排气中所含的NMOG(NonMethane Organic Gas：非甲烷有机气体)、Nox等被净化掉。
为了减少对环境的负荷，对机动车用内燃发动机(下面简称“发动机”)的排气中残留的NMOG(Non Methane Organic Gas：非甲烷有机气体)、Nox等有害物质的限制一年比一年严格。例如，美国加利福尼亚州所设定的PZEV(Partial Zero Emission Vehicle：部分零排放车辆)是最严格的限制之一，现行市售车中能满足上述限制的车很少。因此，需求排气净化能力比以往高的发动机排气净化装置。
为了对应于上述那样的机动车的排气的有害物质限制，一直以来都在谋求发动机的排气净化装置的净化能力的提高。以往，为了增加排气与催化剂106b、107b(参照图6)的载体涂料层114(参照图7(b))接触的面积，而专门进行了如下所述的改良。即，通过增大排气催化剂110中的蜂窝结构的蜂窝室112的数目(参照图7(b))，即增大催化剂106b、107b的蜂窝室密度以及增加载体涂料层114中的贵金属量，从而发动机的排气净化装置的排气净化能力得到提高(参照图6和图7(b))。
其结果是，例如，在对市售车X进行改良之后的搭载有排气量2.4升发动机的试验车Y的情况下，保持在催化转化器中的两个催化剂的蜂窝室数分别为900、600。另外，在试验车Y的情况下，每一台使用12g的贵金属。
另外，在专利文献1中，为了提高催化剂的净化效率，提出了如下的方法：在所述载体涂料层中设置空隙，并使排气的在催化剂中的扩散能力以及与催化剂的接触面积增大，从而提高催化剂的净化效率。
专利文献1：日本特开2004-330025号公报
但是，为了提高排气净化装置的排气净化能力，若如以往那样仅提高催化剂的蜂窝室密度，则排气阻力升高从而排气压力升高，所以存在发动机的输出降低的问题。另外，增加保持在催化转化器中的催化剂的贵金属载置量时，存在相应地机动车的制造成本上升的问题。
另外，在将上述的专利文献1所公开的在载体涂料层中设置有空隙的催化剂使用在以往的发动机的排气净化装置中时，对降低NMOG的排出具有一定的效果。但是，对降低NOx的排出的效果是有限的。对此，本说明书在后面叙述。
发明内容
本发明鉴于上述的以往发动机的排气净化装置的问题而完成的，其课题在于提供一种比以往的现行市售车更能提高排气净化能力，同时降低排气的排气压力并且降低贵金属使用量的发动机的排气净化装置。
用于解决上述的课题的第一技术方案的发明，是一种具有接合在机动车用内燃发动机上的第一催化转化器以及接合在所述第一催化转化器之后的第二催化转化器的机动车用内燃发动机的排气净化装置，其特征在于：具有整个气缸的排气系统在内部集合、在侧面上具有单一的排气出口的发动机盖体，所述第一催化转化器配置在所述发动机盖体的紧后方，所述第一催化转化器与所述发动机盖体通过单一的排气管接合在一起，分别保持在所述第一催化转化器和所述第二催化转化器中的催化剂的耐热温度为800℃以上。
用于解决上述的课题的第二技术方案的发明，是根据第一技术方案所述的机动车用内燃发动机的排气净化装置，其特征在于：分别保持在所述第一催化转化器和所述第二催化转化器上的催化剂的载体中所形成的、载置贵金属的载体涂料层的厚度为0.2mm以下。
用于解决上述的课题的第三技术方案的发明，是根据第二技术方案所述的机动车用内燃发动机的排气净化装置，其特征在于：所述载体涂料层由两层构成，将各个层具有空隙的催化剂保持在第一和第二催化转化器中。
根据第一技术方案的发明，由于被送至排气净化装置中的催化转化器的排气温度比以往的发动机高，所以与以往的排气净化装置相比，能够在较高的温度下使催化转化器工作。其结果是产生如下效果：即使减少催化剂的蜂窝室数，也能够提高排气净化装置的排气净化能力，降低发动机的排气的排气阻力并且降低载置在催化剂上的高价的贵金属量。
根据第二技术方案的发明，通过减薄所述载体涂料层，该层中的贵金属的密度变高，所以产生提高了排气净化装置中的催化转化器的排气净化能力的效果。其结果是，能够提高第一技术方案的发明的效果。
根据第三技术方案的发明，在排气净化装置中的催化转化器中，催化剂的蜂窝室内的排气的扩散能力得以提高，并且排气与所述载体涂料层的接触面积有所增大，所以产生提高了排气净化装置中的催化转化器的排气净化能力的效果。其结果是，能够进一步提高第二技术方案的发明的效果。
附图说明
图1是第一和第二实施方式的机动车用内燃发动机的排气净化装置的立体图。
图2是试验车Y所使用的机动车用内燃发动机的排气净化装置的立体图。
图3是第一实施方式的排气净化装置所使用的催化剂的剖面放大图。
图4是表示与发动机的排气中的残留NMOG量有关的第一和第二实施方式的排气净化装置的实施例和比较例的试验结果的图。
图5是表示与发动机的排气中的残留NOx量有关的第一和第二实施方式的排气净化装置的实施例和比较例的试验结果的图。
图6是市售车X所使用的机动车用内燃发动机的排气净化装置的立体图。
图7(a)和(b)分别是保持在催化转化器中的发动机的排气净化催化剂的立体图以及内部结构的剖面放大图。
标号说明
1 机动车用内燃发动机(发动机)
2 气缸体
3 发动机盖体
4 第一催化转化器
5 第二催化转化器
6、7 排气管
8 排气出口
9a、9b 催化剂
10 载体
11 载体涂料层
11a 载体涂料层(边部分)
11b 载体涂料层(角部分)
12 第一载体涂料层
13 第二载体涂料层
14 多孔结构体
15 空隙
16 蜂窝室
17 贵金属
20 排气净化装置
具体实施方式
首先，对第一实施方式和第二实施方式的结构进行说明。然后，对第一实施方式和第二实施方式的作用以及效果进行说明。
<第一实施方式的结构>
下面，参照图1至图3对本实施方式的结构进行说明，首先，对本实施方式的发动机的排气净化装置的结构进行说明。图1是试验车Z所使用的本实施方式的发动机的排气净化装置的立体图。在该图中，构成本实施方式的发动机1的排气净化装置20的部分是：发动机盖体3；第一催化转化器4，其在内部保持催化剂9a，接合在发动机的紧后方；第二催化转化器5，其在内部保持催化剂9b，在排气系统中连接在第一催化转化器4之后；以及排气管6、7。
发动机盖体3是这样的部件：使密封垫介于中间而固定在内部具有发动机气缸部分的气缸体2的上部，形成各气缸的上部结构，发动机盖体3组装有未图示的吸气排气门以及凸轮轴等。在发动机盖体3上，形成有发动机的各气缸的上部壁，并在内部形成有自各气缸排气门部相连的排气管。发动机盖体3的特征点是：将上述的自各气缸排气门部相连的排气管全都在内部集合从而形成单一的空间，形成有在侧面的突出部3a上设置的单一的排气出口8。在以往的发动机盖体的情况下，各气缸的排气管不在内部集合，针对每个气缸的排气管都在侧面上设置排气出口，本发明与其不同。
发动机盖体3是通过铸造而制造的。上述的发动机盖体3内的排气管集合结构，是使用模芯而形成的。
排气管6是由单根管的L字形管构成的，并将发动机盖体3和第一催化转化器4连接起来。通过使用该单根管的排气管6，从而与排气歧管103b(参照图6)相比，能够缩短从各气缸到第一催化转化器4的排气管长度。在排气歧管103b的情况下，例如如果是四缸发动机，则由于集合四根排气管，所以排气管的长度需要为预定以上，例如200mm以上。但是，排气管6不会受到这样的限制。因此，能够使管的长度比排气歧管103b短。在本实施方式的排气管6的情况下，管长为200mm以下。其结果是，第一催化转化器4被配置在发动机1的紧后方。经由排气管7而与第一催化转化器4连接起来的第二催化转化器5，被配置在机动车的底盘下。
将这样的试验车Z的排气系统的结构设置在发动机盖体3内的目的是：缩短气缸体2内的各气缸与第一催化转化器4的距离，从而抑制排气的散热，升高第一催化转化器4的温度。由此，能够使保持在第一催化转化器4中的催化剂9a在更有活性的状态即较高温度下工作，使催化剂9a的排气净化能力提高。
在图6所示的上述的市售车X的排气系统中，从发动机盖体102排出的排气通过排气歧管103b，被送往配置在底盘下的催化转化器109。其结果是，从发动机盖体102到催化转化器109之间的排气的散热大。因此，无法提高催化剂106b的温度，不能充分发挥催化剂106b的排气净化能力。
图2是试验车Y所使用的发动机的排气净化装置的立体图。试验车Y的排气净化装置108a，是本实施方式的试验车Z的排气净化装置20的比较例。在试验车Y的发动机100中，从气缸体101内的各气缸排出的排气，通过发动机盖体102以及将自各气缸相连的排气管进行集合的排气歧管103a，被送至保持有催化剂106a的第一催化转化器104以及在排气系统中连接在第一催化转化器104之后的第二催化转化器105。在第二催化转化器105中保持有催化剂107a。此时，第一催化转化器104位于排气歧管103a的紧后方，所以发动机盖体102与第一催化转化器104的距离比较短，但比图1的试验车Z的排气净化装置20长。排气歧管103a的管长比200mm长。试验车Y的从发动机盖体102到第一催化转化器104之间的排气的散热比图6的市售车X的从发动机盖体102到催化转化器109散热小。但是，与图1的试验车Z的排气净化装置20相比，试验车Y的排气系统的排气的散热大。因此，无法使保持在试验车Y的第一催化转化器104中的催化剂106a的温度，提高到保持在图1所示的本实施方式的试验车Z的对应的第一催化转化器4中的催化剂9a那样高。试验车Z的排气净化装置20的结构是对试验车Y的排气净化装置108a的结构进行了改良的结构。
在图1所示的试验车Z的排气净化装置20的第一催化转化器4和第二催化转化器5中，分别保持有催化剂9a、9b。在图2所示的试验车Y的排气净化装置108a的情况下，分别保持在第一催化转化器104和第二催化转化器105中的催化剂106a、107a的蜂窝室数为900、600，但催化剂9a、9b的蜂窝室数可以比此减少。因此，能够使排气净化装置20的排气压力降低。因为通过将上述的第一催化转化器4配置在距发动机1本体比较近的位置上的结构以及后述的催化剂的改良，使得作为排气净化装置20的整体，其排气净化能力有所提高，从而催化剂9a、9b的蜂窝室数的减少是可能的。
图3是本实施方式的试验车Z的排气净化装置所使用的催化剂的剖面放大图。图1所示的试验车Z的排气净化装置20所使用的催化剂9a以及9b都是图3所示的结构的催化剂。各蜂窝室16的载体涂料层11，是具有催化功能的部分，形成在催化剂的蜂窝结构的载体10上。角部分的载体涂料层11b形成为比边部分的载体涂料层11a厚。边部分上的载体涂料层11a的厚度平均为0.06mm，角部分上的载体涂料层11b的厚度平均为0.15mm。角部分的载体涂料层11b的厚度为0.2mm以下。该载体涂料层11，比保持在市售车X的催化剂106b、107b(参照图6)以及保持在试验车Y的第一催化转化器104和第二催化转化器105中的催化剂106a、107a(参照图2)的载体涂料层薄约30％。
图1所示的催化剂9a、9b的载体涂料层11，由形成在载体10上的第一载体涂料层12以及形成在第一载体涂料层12上的第二载体涂料层13两层构成(参照图3)。第一以及第二载体涂料层12、13都由主要成分为氧化铝、氧化锆和氧化铈构成的多孔结构体14形成。在多孔结构体14中载置有Pt、Pd和Rh中的一种以上的贵金属17。贵金属17具有催化功能。
在形成第一和第二载体涂料层12、13各自的层的多孔结构体14中，形成有空隙15(参照图3)，其中所述第一和第二载体涂料层12、13构成图1所示的催化剂9a、9b的载体涂料层11。这里，所谓空隙是指在层中存在空间。空隙15的直径为0.004mm±0.002mm。第一和第二载体涂料层12、13的体积空隙率，每一层都为约20％。但是，体积空隙率并不限定于约20％。在本实施方式中，各层的体积空隙率优选为10％以上且60％以下。载体涂料层11中的空隙15具有促进排气的扩散的作用，具有提高催化剂9a、9b的排气净化能力的效果。另外，由于空隙15，载置在与载体10接近的部分的多孔结构体14中的贵金属17也露出到蜂窝室16中，有助于排气净化反应。因此，整体上作为催化剂而起作用的贵金属17的比例升高。在保持在图2所示的试验车Y的第一催化转化器104和第二催化转化器105中的催化剂106a、107a的载体涂料层中，没有形成空隙15。
烧结的氧化铝作为形成构成载体涂料层11的第一和第二载体涂料层12、13各自的层的多孔结构体14(参照图3)的一部分，该氧化铝在高温下稳定，并且表面面积大。因此作为催化剂而起作用的贵金属17被广泛分散并载置在多孔结构体14中。因此，在载体涂料层11中，作为催化剂而起作用的贵金属17的比例变得比较高。因此，催化剂9a、9b的排气净化能力比较高。
另外，构成多孔结构体14的氧化铈，具有基于其中所含的铈离子的价数增减的氧化还原能力。因此，当在排气中残留过剩的氧气时，氧化铈与过剩的氧气的氧原子相结合，降低排气中的氧气分压。另外，在排气中的氧气较少时，结合在氧化铈上的氧原子游离出来，从而提高了排气中的氧气分压。构成多孔结构体14的氧化铈的上述的作用，在如理想发动机那样在理论空气燃料比下进行空气燃料比控制时，对排气中的氧气分压的极端的变动进行缓冲。其结果是，能够同时除去排气中的还原性的烃和一氧化氮，以及氧化性的氮氧化物，维持排气中的氧气分压。构成多孔结构体14的氧化锆具有提高氧化铈的热稳定性的作用。通过该氧化锆的作用，载体涂料层11的多孔结构体14即使长时间在高温下使用，也能够维持上述的氧化铈的氧化/还原能力。
构成载体涂料层11的第一载体涂料层12(参照图3)，与图1所示的第一催化转化器4中的催化剂9a和第二催化转化器5中的催化剂9b共同的在上述的多孔结构体14中载置有钡(下面称为“Ba”)以及作为贵金属17的Pd。此时，Ba具有提高Pd的高温稳定性、并且防止Pd粒子的粗大化的效果。
构成载体涂料层11的第二载体涂料层13(参照图3)，图1所示的第一催化转化器4中的催化剂9a和第二催化转化器5中的催化剂9b所载置的贵金属17不同。载置在催化剂9a的第二载体涂料层13的多孔结构体14中的贵金属17为Rh。载置在催化剂9b的第二载体涂料层13的多孔结构体14中的贵金属17为Pt和Rh。
保持在本实施方式的试验车Z的排气净化装置20上的催化剂9a、9b的载体涂料层11，如上所述比试验车Y的载体涂料层薄约30％。因此，载置在催化剂9a、9b的载体涂料层11中的贵金属17的密度比试验车Y中所使用的催化剂106a、107a的载体涂料层高。因此，催化剂9a和9b的排气净化能力比试验车Y中所使用的催化剂106a、107a有所提高。另外，由于载体涂料层11变薄，所以催化剂9a和9b的各个蜂窝室16的开口率变高。因此，催化剂9a和9b的排气阻力比试验车Y中所使用的催化剂有所降低。
图3所示的载体涂料层11按照下面的顺序制作。首先，制作浆料(slurry)：将上述的多孔结构体14的原料粉末、贵金属成分和热分解性或可燃性的球体形状的成形体分散在溶剂(例如水)中。作为上述成形体，可以使用树脂泡沫和活性炭等。在该浆料中浸渍作为载体10的堇青石(cordierite)制的蜂窝基体材料，并取出、干燥后进行烧结，由此在载体10上形成第一载体涂料层12。这里，对上述的浆料的浓度进行适当调整，以形成预定的载体涂料层厚。上述的成形体通过烧结而分解，结果在载体涂料层12中形成空隙15。重复进行同样的工序，由此在已经形成的载体涂料层12上形成具有空隙15的载体涂料层13。通过这样的顺序制作的催化剂的构成材料的耐热温度都高，所以具有800℃以上的耐热性。
由于本实施方式具有上述的排气系统的结构(参照图1)，所以被送至第一催化转化器4(参照图1)的排气温度比市售车X和试验车Y都高。因此，对于排气净化催化剂而言，必须具有800℃以上的耐热性。
<第二实施方式的结构>
接下来对第二实施方式的结构进行说明。本实施方式的排气系统的结构与第一实施方式的试验车Z相同。即，图1所示的发动机盖体3、排气管6和7、以及第一和第二催化转化器4和5的各自的结构与配置同第一实施方式是共同的。但是，第二实施方式的结构的排气净化用的催化剂与图2所示的设验车Y的催化剂106a、107a相同，载体涂料层的厚度不变薄。另外，在载体涂料层上不形成空隙。因此，本实施方式的排气净化装置是这样的装置：在图1所示的排气净化装置20中，将催化剂9a、9b分别置换为图2所示的排气净化装置108a的催化剂106a、107a。本实施方式是仅产生图1所示的排气净化装置20的排气系统的结构所引起的效果的结构。
<第一实施方式和第二实施方式的作用以及效果>
下面，对第一和第二实施方式的发动机1的排气净化装置20的作用以及效果进行说明。下面，作为对发动机的排气净化装置的排气净化能力进行判定的对象的有害物质为NMOG和NOx。另外，排气净化能力按下述的三个参数为基准进行判定。其一是，考虑冷机起动行驶相对于实际行驶时的行驶距离的比例，对在冷机起动时行驶了单位距离期间的排气中的实际残留有害物质量进行补正的值为CT(mg/km)。另一是，考虑完全暖机行驶相对于实际行驶时的行驶距离的比例，对在完全暖机时行驶了单位距离期间的排气中的实际残留有害物质量进行补正的值为CS(mg/km)。还有一个是，考虑暖机后再起动行驶相对于实际行驶时的行驶距离的比例，对在暖机后再起动时行驶了单位距离期间的排气中的实际残留有害物质量进行补正的值为HT(mg/km)。将这三种参数的和CT+CS+HT作为实际行驶过程中的有害物质排出量的基准，对排气净化装置20的排气净化能力进行判定。即，CT+CS+HT的值越低，排气净化装置的排气净化能力越高。
图4是表示与发动机的排气中的残留NMOG量有关的第一和第二实施方式的排气净化装置的实施例以及比较例的试验结果的图。图5是表示与发动机的排气中的残留NOx量有关的第一和第二实施方式的排气净化装置的实施例和比较例的试验结果的图。
在图4和图5中，第一实施方式的实施例(下面称为“实施例1”)为排气净化装置G。第二实施方式的实施例(下面称为“实施例2”)为排气净化装置H。实施例1的排气净化装置G与图1所示的试验车Z所使用的排气净化装置20相对应。比较例1至6分别为排气净化装置A至F。比较例1的排气净化装置A与图2所示的试验车Y所使用的排气净化装置108a相对应。在保持于比较例1的排气净化装置A的第一催化转化器104和第二催化转化器105中的催化剂106a、107a上所形成的载体涂料层，比保持在实施例1的排气净化装置G上的催化剂9a、9b的载体涂料层11(参照图3)厚，是在其层内没有形成空隙的以往类型。这些催化剂106a、107a与实施例1的排气净化装置G所使用的催化剂相比，蜂窝室数多，贵金属载置量也多。
通过图4和图5的结果，实施例1的排气净化装置G以及实施例2的排气净化装置H的NMOG和NOx的净化能力，比试验车Y所使用的比较例1的排气净化装置A明显提高。另外，如从图4和图5可知那样，实施例1的排气净化装置G与比较例1的排气净化装置A相比，保持在第一催化转化器4和第二催化转化器5中的催化剂9a、9b的排气压力低，并且贵金属载置量少。
比较例2的排气净化装置B是在比较例1的排气净化装置A中将催化剂的贵金属载置量从12g减少到4g而成的。从比较例2的图4和图5的结果可知，在比较例1的试验车Y(参照图2)中所使用的排气净化装置A中，为了不使排气净化能力降低，不能减少保持在第一催化转化器104和第二催化转化器105中的催化剂106a、107a的贵金属载置量。
图4和图5中的比较例3至6的排气净化装置C至F，是与比较例1的排气净化装置A相同、与图2所示的试验车Y相同、具有带排气歧管103a的排气系统的结构。但是，保持在比较例3至6的排气净化装置C至F的第一催化转化器104和第二催化转化器105中的催化剂，具有实施例1的排气净化装置G所使用的图3所示的改良了的载体涂料层11，蜂窝室数也与实施例1的排气净化装置G相同。比较例3至6的排气净化装置C至F的不同点为载置在催化剂中的贵金属载置量，其在4g～12g的范围内变化。根据这些结果，即使是与图2所示的试验车Y相同、带排气歧管103a的排气系统的结构，如果使用具有实施例1的排气净化装置G所使用的图3所示的改良了的载体涂料层11的催化剂，也能够通过增加催化剂中的贵金属载置量，来减少NMOG的排出(参照图4)。但是，在与图2所示的试验车Y相同、带排气歧管103a的排气系统的结构中，使用具有实施例1的排气净化装置G所使用的图3所示的改良了的载体涂料层11的催化剂，即使增加催化剂中的贵金属载置量，也无法减少NOx的排出(参照图5)。
从以上的结果可知，要想同时减少排气中残留的NMOG量和NOx量，采用图1所示的减掉排气歧管103a的第一实施方式和第二实施方式的试验车Z的排气系统的结构是不可欠缺的。进而，通过采用第一实施方式的排气净化装置20中所采用的上述的改良了的催化剂9a、9b(参照图1和图3)，能够减少蜂窝室数从而降低排气压力，并减少保持在第一催化转化器4和第二催化转化器5中的催化剂9a、9b的贵金属载置量。
图1所示的减掉排气歧管的第一实施方式和第二实施方式的排气系统的结构的效果，对为了提高被送至第一催化转化器4的排气温度的情况进行了说明。实际上催化剂温度的测定结果如下述那样。表1是对比较例1的试验车Y的排气净化装置A(参照图2)和实施例1的排气净化装置G(参照图1)的各自的第一催化转化器104、4的温度进行比较的表。
                            表1
  排气系统   冷机起动20秒后   暖机再起动20秒后
  试验车Y的排气净化装置(比较例1)   410℃   359℃
  试验车Z的排气净化装置(实施例1)   442℃   402℃
从表1中可知，实施例1的试验车Z的排气系统的第一催化转化器的温度比比较例1的试验车Y的第一催化转化器的温度高30℃以上。由上述的第一和第二实施方式的排气净化装置的结构引起的排气净化的效果，是由该第一催化转化器4的温度上升引起的。
从以上的结果可以得出下述内容。根据本发明的第一实施方式和第二实施方式的排气净化装置，能够提高排气净化能力，同时降低排气压力，并且减少载置在催化剂中的贵金属量。以往难以兼具提高排气净化能力与降低排气压力或减少载置在催化剂中的贵金属量的效果，但根据本发明就能实现。这里，降低排气压力能够提高发动机的输出，有助提高机动车的商品价值。
本发明的实施方式并不局限于实施例1和实施例2的形态。例如，在实施例1中，将保持在排气净化装置A的第一催化转化器4和第二催化转化器5中的催化剂9a、9b的蜂窝室数分别设为400和350，另外将催化剂9a、9b的贵金属载置量设为4g，只要催化剂9a、9b的蜂窝室数以及催化剂9a、9b的贵金属载置量在不违反本发明的主旨的范围内就可以进行变化。

Claims (3)

1.一种机动车用内燃发动机的排气净化装置，该机动车用内燃发动机的排气净化装置具有接合在机动车用内燃发动机上的第一催化转化器以及接合在所述第一催化转化器之后的第二催化转化器，其特征在于：
具有整个气缸的排气系统在内部集合、在侧面上具有单一的排气出口的发动机盖体；
所述第一催化转化器配置在所述发动机盖体的紧后方；
所述第一催化转化器与所述发动机盖体通过单一的排气管接合在一起；
分别保持在所述第一催化转化器和所述第二催化转化器中的催化剂的耐热温度为800℃以上。
2.根据权利要求1所述的机动车用内燃发动机的排气净化装置，其特征在于：分别保持在所述第一催化转化器和所述第二催化转化器中的催化剂的载体上所形成的、载置贵金属的载体涂料层的厚度为0.2mm以下。
3.根据权利要求2所述的机动车用内燃发动机的排气净化装置，其特征在于：所述载体涂料层由两层构成，将各个层具有空隙的催化剂保持在第一和第二催化转化器中。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104879206A (zh) * 2014-02-27 2015-09-02 马自达汽车株式会社 发动机的排气装置
CN107427826A (zh) * 2015-03-27 2017-12-01 丰田自动车株式会社 废气净化用催化剂
CN108883398A (zh) * 2016-04-13 2018-11-23 丰田自动车株式会社 排气净化催化剂、排气净化方法和排气净化系统

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4834041B2 (ja) 2008-08-04 2011-12-07 本田技研工業株式会社 排ガス浄化装置
KR20100064876A (ko) * 2008-12-05 2010-06-15 현대자동차주식회사 배기가스 필터 시스템
JP5232258B2 (ja) 2011-02-25 2013-07-10 本田技研工業株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP5525493B2 (ja) * 2011-08-10 2014-06-18 本田技研工業株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US9266092B2 (en) 2013-01-24 2016-02-23 Basf Corporation Automotive catalyst composites having a two-metal layer
JP7026530B2 (ja) 2018-02-22 2022-02-28 エヌ・イーケムキャット株式会社 排ガス浄化用三元触媒

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3441381A (en) * 1965-06-22 1969-04-29 Engelhard Ind Inc Apparatus for purifying exhaust gases of an internal combustion engine
US3896616A (en) * 1972-04-21 1975-07-29 Engelhard Min & Chem Process and apparatus
US5220789A (en) * 1991-03-05 1993-06-22 Ford Motor Company Integral unitary manifold-muffler-catalyst device
JPH0760117A (ja) * 1993-08-30 1995-03-07 Honda Motor Co Ltd 排気ガス浄化用触媒
DE59709173D1 (de) * 1996-05-23 2003-02-27 Scambia Ind Developments Ag Sc Auspuffkrümmer mit Katalysator
US5881554A (en) * 1998-03-23 1999-03-16 Ford Global Technologies, Inc. Integrated manifold, muffler, and catalyst device
JP3489048B2 (ja) * 2000-02-01 2004-01-19 日産自動車株式会社 排気ガス浄化用触媒
JP2002355561A (ja) * 2001-03-26 2002-12-10 Mazda Motor Corp 排気ガス浄化用触媒、及び排気ガス浄化方法
EP1340541A1 (en) * 2002-02-28 2003-09-03 Corning Incorporated Structured catalysts incorporating thick washcoats and method of preparation thereof
US6936561B2 (en) * 2002-12-02 2005-08-30 Corning Incorporated Monolithic zeolite coated structures and a method of manufacture
EP1547675A1 (en) * 2003-12-24 2005-06-29 Corning Incorporated Coated microstructures and methods of coating same

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104879206A (zh) * 2014-02-27 2015-09-02 马自达汽车株式会社 发动机的排气装置
US10047674B2 (en) 2014-02-27 2018-08-14 Mazda Motor Corporation Exhaust device for engine
CN107427826A (zh) * 2015-03-27 2017-12-01 丰田自动车株式会社 废气净化用催化剂
CN107427826B (zh) * 2015-03-27 2021-01-12 丰田自动车株式会社 废气净化用催化剂
CN108883398A (zh) * 2016-04-13 2018-11-23 丰田自动车株式会社 排气净化催化剂、排气净化方法和排气净化系统
CN108883398B (zh) * 2016-04-13 2021-10-12 丰田自动车株式会社 排气净化催化剂、排气净化方法和排气净化系统

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