CN111140322A - 催化剂装置及排气净化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种催化剂装置及排气净化系统。本发明的目的在于，在设置于内燃机的排气通路的催化剂装置中，谋求催化剂物质的进一步的早期活性化。在排气通路中被照射微波的催化剂装置的催化剂层(43a)中包含有催化剂物质(101)和微波吸收体(102)。并且，在催化剂层(43a)中，微波吸收体(102)不经由其他物质地担载于催化剂物质(101)。
Description
技术领域
本发明涉及设置于内燃机的排气通路的催化剂装置及内燃机的排气净化系统。
背景技术
在专利文献1中公开了与催化转换器相关的技术，该催化转换器具有小容量的催化剂和配置于比该小容量的催化剂靠下游侧处的大容量的催化剂。在该专利文献1所记载的技术中，小容量的催化剂通过将包含由贵金属构成的催化剂物质及微波吸收体的催化剂涂层材料覆盖于陶瓷制的基材而形成。并且，利用设置于催化转换器的微波振荡器来对小容量的催化剂照射微波。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平5-222924号公报
发明内容
发明所要解决的课题
如上所述，已知有具有由包含催化剂物质和通过吸收微波而发热的微波吸收体的催化剂涂层材料形成的催化剂层的催化剂装置。当对构成为包含微波吸收体催化剂装置照射微波时，该微波吸收体通过吸收该微波而发热。由此，催化剂层的温度上升被促进，因此能够谋求该催化剂层所包含的催化剂物质的早期活性化。并且，在内燃机的排气净化系统中，通过在设置于排气通路的催化剂装置中使催化剂物质早期活性化，能够改善排气排放。
不过，在以往的催化剂装置中，除了催化剂物质及微波吸收体之外，一般还包含用于担载该催化剂物质的载体物质。这是为了通过使单体物质担载催化剂物质而以在催化剂层中扩散了的状态将催化剂物质保持于催化剂装置。并且，这样的构成中，载体物质的颗粒的大小与催化剂物质的颗粒相比非常大。因而，当通过微波的照射而微波吸收体发热时，由该微波吸收体产生的热首先向载体物质传递，之后经由该载体物质而向催化剂物质传递。若考虑这样的催化剂层中的从微波吸收体向催化剂物质的传热路径，则还有在催化剂装置中谋求催化剂物质的进一步的早期活性化的余地。
本发明鉴于如上所述的问题而完成，其目的在于，在设置于内燃机的排气通路的催化剂装置中，谋求催化剂物质的进一步的早期活性化。
用于解决课题的方案
本发明的第1方案的催化剂装置，设置于内燃机的排气通路，在所述排气通路中被照射微波，其中，该催化剂装置具有构成为包含催化剂物质和通过吸收微波而发热的微波吸收体的催化剂层，在所述催化剂层中，所述催化剂物质不经由其他物质地担载于所述微波吸收体。
本发明的催化剂装置是在内燃机的排气通路作为排气净化装置而设置的装置。催化剂装置具有催化剂层。催化剂层构成为包含催化剂物质和微波吸收体。催化剂物质是贵金属。在设置于内燃机的排气通路的催化剂装置中，当催化剂层所包含的催化剂物质活性化时，由该催化剂物质净化排气。微波吸收体是微波的吸收性能比催化剂层所包含的催化剂物质高的物质。对设置于内燃机的排气通路的催化剂装置照射微波。微波吸收体具有通过吸收照射到催化剂装置的微波而发热的性质。
并且，在本发明中，在催化剂层中，催化剂物质不经由其他物质地担载于微波吸收体。也就是说，在催化剂层中，在微波吸收体直接担载有催化剂物质。换言之，微波吸收体也具有作为载体物质的功能。
在设置于排气通路的催化剂装置具有如上所述构成的情况下，当通过向该催化剂装置照射微波而催化剂层所包含的微波吸收体发热时，由该微波吸收体产生的热向催化剂物质直接传递。这样一来，与由微波吸收体产生的热经由其他的载体物质而向催化剂物质传递的情况相比，催化剂物质的升温更被促进。因此，根据本发明，在设置于内燃机的排气通路的催化剂装置中，能够谋求催化剂物质的进一步的早期活性化。
在此，本发明的催化剂装置的催化剂层所包含的微波吸收体的颗粒的比表面积可以为40m2/g以上。在此，在以往的催化剂装置的催化剂层中，作为为了担载催化剂物质而使用的载体物质的一种的氧化锆(CZ)的颗粒的比表面积一般为40m2/g左右。因此，若微波吸收体的颗粒的比表面积为40m2/g以上，则能够使该微波吸收体直接担载催化剂物质。
本发明的第2方案的内燃机的排气净化系统具备：催化剂装置，是第1方案的催化剂装置，设置于内燃机的排气通路；及照射装置，在所述排气通路中向所述催化剂装置照射微波。
根据这样的排气净化系统，通过从照射装置向催化剂装置照射微波，能够谋求催化剂装置中的催化剂物质的进一步的早期活性化。
发明效果
根据本发明，在设置于内燃机的排气通路的催化剂装置中，能够谋求催化剂物质的进一步的早期活性化。
附图说明
图1是示出实施方式的内燃机的排气系统的概略构成的图。
图2是将催化剂装置中的相对于排气的流动方向垂直的方向的截面的一部分放大的图。
图3是将催化剂装置中的沿着排气的流动方向的方向的截面的一部分放大的图。
图4是用于说明实施方式的催化剂装置中的催化剂层的构成的示意图。
图5是示出在内燃机的冷启动时从照射装置向催化剂装置照射了微波时的该催化剂装置中的HC净化率Rp的时间推移的时间图。
图6是用于说明比较例的催化剂装置中的催化剂层的构成的示意图。
标号说明
1···内燃机
2···排气通路
4···催化剂装置
41··隔壁
42··小室
43··催化剂层
43a··第1催化剂层
43b··第2催化剂层
5···照射装置
10··ECU
101··催化剂物质
102、104··微波吸收体
103··载体物质
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的具体的实施方式进行说明。本实施例所记载的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等，只要没有特别记载，就并非旨在将发明的技术范围限定于此。
(排气系统的概略构成)
图1是示出本实施方式的内燃机的排气系统的概略构成的图。内燃机1是车辆驱动用的汽油发动机。在内燃机1连接有排气通路2。在排气通路2设置有催化剂装置4。该催化剂装置4是用于净化排气中的HC(烃)、CO(一氧化碳)及NOx(氮氧化物)的三元催化剂。此外，关于催化剂装置4的构成后述。另外，在排气通路2中的催化剂装置4的下游侧设置有温度传感器6。温度传感器6是用于检测从催化剂装置4流出的排气的温度的传感器。
另外，在排气通路2中的比催化剂装置4靠上游侧处设置有照射装置5。照射装置5是对催化剂装置4照射微波的装置。照射装置5具备微波振荡器及微波放射器。作为微波振荡器，例如可以使用半导体振荡器。并且，照射装置5使由微波振荡器产生的微波从微波放射器朝向催化剂装置4放射。此外，在本实施方式中，催化剂装置4相当于本发明的“催化剂装置”，照射装置5相当于本发明的“照射装置”。不过，本发明的“催化剂装置”不限于三元催化剂，也可以是单纯的氧化催化剂等。
另外，在内燃机1一并设置有电子控制单元(ECU)10。在ECU10电连接有设置于内燃机1的进气通路的节气门、内燃机1的燃料喷射阀等各种装置。并且，由ECU10控制这些装置。
另外，在ECU10电连接有温度传感器6。而且，在ECU10电连接有曲轴位置传感器11及加速器开度传感器12。并且，各传感器的检测值向ECU10输入。ECU10基于温度传感器6的检测值来推定催化剂装置4的温度。另外，ECU10基于曲轴位置传感器11的检测值来导出内燃机1的内燃机转速。另外，ECU10基于加速器开度传感器12的检测值来导出内燃机1的内燃机负荷。
而且，在ECU10电连接有照射装置5。ECU10通过控制照射装置5来执行微波照射处理。微波照射处理是对催化剂装置4照射预定频率的微波的处理。微波照射处理例如在像内燃机1的冷启动时那样产生了催化剂装置4的升温要求的情况下执行。在该情况下，微波照射处理中的预定频率作为适于催化剂装置4的升温的频率而基于实验等确定。
(催化剂装置)
在此，基于图2～图4对本实施方式的催化剂装置的概略构成进行说明。图2是将催化剂装置4中的相对于排气的流动方向垂直的方向的截面的一部分放大的图。图3是将催化剂装置4中的沿着排气的流动方向的方向的截面的一部分放大的图。图4是用于说明催化剂装置4中的催化剂层的构成的示意图。
催化剂装置4是具有在排气的流动方向上延伸的多个小室(cell)42的壁流型的三元催化剂。在催化剂装置4中，各小室42由隔壁41区划。如图2所示，在催化剂装置4中，在基材中的隔壁41上(即，小室42的壁面上)通过包含由贵金属构成的多个种类的催化剂物质的涂层材料而形成有催化剂层43。在此，作为催化剂物质，可以例示Pd(钯)、Rh(铑)。并且，在催化剂装置4中，由催化剂层43所包含的各催化剂物质来净化排气中的HC、CO及NOx。
而且，在催化剂层43中，除了上述的催化剂物质之外还包含有微波吸收体。微波吸收体是微波的吸收性能比催化剂层43所包含的各催化剂物质高的物质。另外，微波吸收体具有通过吸收从照射装置5对催化剂装置4照射出的预定频率的微波而发热的性质。
不过，在催化剂装置4的催化剂层43中，微波吸收体并非均匀地分布，而是仅分布于该催化剂层43的一些部分。详细而言，如图3所示，催化剂装置4的催化剂层43具有第1催化剂层43a及第2催化剂层43b。图3示出了在催化剂装置4的隔壁41上形成的催化剂层43中的第1催化剂层43a及第2催化剂层43b的分布。此外，在图3中，中空箭头表示在小室42内流动的排气的流动方向。
如上所述，催化剂装置4中，在沿着排气流延伸的区划小室42的隔壁41上形成有催化剂层43。并且，如图3所示，催化剂层43中，在作为沿着排气流位于上游侧的上游部分且位于直接暴露于在小室42内流动的排气的场所的排气接触部分(即，在将催化剂层43相对于隔壁41在垂直方向上一分为二的情况下不与该隔壁41接触的部分)形成有第1催化剂层43a。另外，在催化剂层43中的形成有第1催化剂层43a的部分以外的部分形成有第2催化剂层43b。也就是说，催化剂层43中，在形成有第1催化剂层43a的上游侧部分中的位于不直接暴露于在小室42内流动的排气的场所的非接触部分(即，在将催化剂层43相对于隔壁41在垂直方向上一分为二的情况下与该隔壁41接触的部分)、及沿着排气流位于比形成有第1催化剂层43a的部分靠下游侧处的下游侧部分，形成有第2催化剂层43b。
并且，在催化剂层43中，仅在第1催化剂层43a中包含有微波吸收体。即，在第2催化剂层43b中不包含微波吸收体。在此，基于图4对第1催化剂层43a及第2催化剂层43b的物质构成进行说明。
如上所述，在第1催化剂层43a中，除了催化剂物质101之外还包含有微波吸收体102。并且，在该第1催化剂层43a中，催化剂物质101不经由其他物质地担载于微波吸收体102。也就是说，在第1催化剂层43a中，在微波吸收体102直接担载有催化剂物质101。
另一方面，在不包含微波吸收体102的第2催化剂层43b中，包含有用于担载催化剂物质101的其他物质即载体物质103。并且，在第2催化剂层43b中，在载体物质103担载有催化剂物质101。在此，作为载体物质103，可以例示氧化锆(CZ)、氧化铝(Al2O3)。该载体物质103几乎不吸收微波，因此不作为微波吸收体发挥功能。
载体物质103的颗粒的比表面积为40m2/g以上。由此，通过使载体物质103担载催化剂物质101，能够以在第2催化剂层43b中扩散了的状态保持催化剂物质101。而且，在本实施方式中，不仅是载体物质103，第1催化剂层43a所包含的微波吸收体102的颗粒的比表面积也为40m2/g以上。由此，能够使微波吸收体102直接担载催化剂物质101，且能够以在第1催化剂层43a中扩散了的状态保持催化剂物质101。
(本实施方式的结构的效果)
接着，基于图5对本实施方式的催化剂装置的构成的效果进行说明。图5是示出在内燃机1的冷启动时从照射装置5向催化剂装置4照射了微波时的该催化剂装置4中的HC净化率Rp的时间推移的时间图。在图5中，实线L1表示本实施方式的催化剂装置4中的HC净化率Rp的推移，虚线L2表示比较例的催化剂装置中的HC净化率Rp的推移。此外，在图5中，横轴表示时间t。并且，在图5中，在正时t1，内燃机1启动并且从照射装置5向催化剂装置4的微波的照射开始。
在此，基于图6对在图5中利用虚线L2表示HC净化率Rp的推移的比较例的催化剂装置中的催化剂层的物质构成进行说明。图6是用于说明比较例的催化剂装置中的催化剂层的构成的示意图。在此，比较例的催化剂装置中的催化剂层与本实施方式的催化剂装置4同样，具有第1催化剂层及第2催化剂层。也就是说，在比较例的催化剂装置中的催化剂层中，第1催化剂层及第2催化剂层也分别分布于如图3所示的位置。不过，在比较例的催化剂装置中，第1催化剂层的物质构成与本实施方式的催化剂装置4中的第1催化剂层43a不同。
详细而言，如图6所示，在比较例的催化剂装置中的第1催化剂层中，除了催化剂物质101之外，还包含有微波吸收体104及载体物质103。这里的载体物质103是与本实施方式的催化剂装置4中的第2催化剂层43b所包含的载体物质103相同的物质。另一方面，微波吸收体104是与本实施方式的催化剂装置4中的第1催化剂层43a所包含的微波吸收体102不同的物质。并且，在比较例的催化剂装置中的第1催化剂层中，催化剂物质101担载于载体物质103。也就是说，催化剂物质101未直接担载于微波吸收体104。这是因为，微波吸收体104的颗粒的比表面积与载体物质103的颗粒的比表面积相比非常小，难以使该微波吸收体104担载催化剂物质101。
此外，比较例的催化剂装置中的第2催化剂层的物质构成与本实施方式的催化剂装置4中的第2催化剂层43b是同样的。也就是说，在比较例的催化剂装置中的第2催化剂层中，不包含微波吸收体104，且在该第2催化剂层中，催化剂物质101担载于载体物质103。
在上述这样的构成的比较例的催化剂装置中，在通过对该催化剂装置照射微波而第1催化剂层所包含的微波吸收体104发热的情况下，由该微波吸收体104产生的热首先向载体物质103传递。然后，该热经由载体物质103而向催化剂物质101传递。也就是说，由微波吸收体104产生的热难以向催化剂物质101直接传递。
相对于此，在本实施方式的催化剂装置4中，如上所述，在第1催化剂层43a中，在微波吸收体102直接担载有催化剂物质101。也就是说，在本实施方式的催化剂装置4中的第1催化剂层43a中，微波吸收体102的颗粒的比表面积与能够成为载体物质103的氧化锆(CZ)等物质的比表面积同等，因此该微波吸收体102也具有作为载体物质的功能。
并且，在这样在微波吸收体102直接担载有催化剂物质101的情况下，当通过向催化剂装置4照射微波而该微波吸收体102发热时，在第1催化剂层43a中，由该微波吸收体102产生的热不经由其他物质地向催化剂物质101直接传递。因而，在本实施方式的催化剂装置4的第1催化剂层43a中，与如比较例的催化剂装置那样由微波吸收体104产生的热经由其他物质(载体物质103)而向催化剂物质101传递的情况相比，催化剂物质101的升温更被促进。也就是说，在本实施方式的结构中，与比较例的构成相比，催化剂物质101的温度更迅速地上升。因此，能够谋求催化剂物质101的进一步的早期活性化。
如上所述，根据本实施方式的构成，在第1催化剂层43a中，与比较例的构成相比，能够使催化剂物质101更早期地活性化。因此，如图5所示，当在正时t1内燃机1启动并且从照射装置5向催化剂装置4的微波的照射开始后，本实施方式的催化剂装置4中的HC净化率(L1)与比较例的催化剂装置中的HC净化率(L2)相比迅速地上升。此外，这是因催化剂物质101的早期活性化而产生的倾向，因此不仅是HC净化率，CO净化率及NOx净化率也呈现同样的倾向。这样，根据本实施方式的构成，通过谋求催化剂物质101的进一步的早期活性化，能够改善内燃机1的排气排放。
(变形例)
此外，在本实施方式中，也可以在第1催化剂层43中除了微波吸收体102之外还包含有载体物质。在该情况下，在微波吸收体102及其他载体物质的双方担载催化剂物质101。不过，即使在这样的情况下，对于直接担载于微波吸收体102的催化剂物质101，由该微波吸收体102产生的热也向该催化剂物质101直接传递。因此，能够谋求催化剂物质101的进一步的早期活性化。
另外，在上述的实施方式中，对催化剂层43由第1催化剂层43a及第2催化剂层43b构成的情况进行了说明，但催化剂层43的构成不限于此。例如，也可以采用微波吸收体102均匀地分布于催化剂层43的整体的构成。另外，例如，还可以采用上述的实施方式中的第2催化剂层43b进一步被分割成各催化剂物质的含有比例互不相同的两个催化剂层的构成。
Claims (3)
1.一种催化剂装置，设置于内燃机的排气通路，在所述排气通路中被照射微波，其中，
所述催化剂装置具有构成为包含催化剂物质和通过吸收微波而发热的微波吸收体的催化剂层，
在所述催化剂层中，所述催化剂物质不经由其他物质地担载于所述微波吸收体。
2.根据权利要求1所述的催化剂装置，
所述微波吸收体的颗粒的比表面积为40m2/g以上。
3.一种内燃机的排气净化系统，具备：
催化剂装置，是权利要求1或2所述的催化剂装置，设置于内燃机的排气通路；及
照射装置，在所述排气通路中向所述催化剂装置照射微波。
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