JP2002309931A

JP2002309931A - 排気ガス用浄化装置、及びこれを用いた排気ガスの浄化方法

Info

Publication number: JP2002309931A
Application number: JP2001114862A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kawai; 眞河合; Haruhiko Murakami; 春彦村上; Hiroaki Tamamaki; 宏章玉巻; Ruri Higuchi; ルリ樋口
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2001-04-13
Filing date: 2001-04-13
Publication date: 2002-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】安価なコストで、短時間のうちに触媒を活性
化させることができる排気ガス用浄化装置、及びこれを
用いた排気ガスの浄化方法を提供する。【解決手段】エンジンから排出された排気ガス３３が
流れ込む排気ガス流入管１１の端部２１と、この端部２
１に設けられた触媒保持容器２３と、該触媒保持容器２
３内に収納保持され、排気ガス３３を浄化する触媒２７
と、前記触媒保持容器２３を外方から覆うように触媒保
持容器２３から間隔を隔てて配設された隔壁２９と、こ
れらの排気ガス流入管１１の端部２１、触媒保持容器２
３、触媒２７、及び隔壁２９を収納し、排気ガス流出管
１３に連通するように形成された外壁３１とを備えた排
気ガス用浄化装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガス用浄化装
置、及びこれを用いた排気ガスの浄化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０に示すように、従来の排気ガス用
浄化装置２０１は、排気ガス流入管２０３と排気ガス流
出管２０５との間に触媒コンバータ２０７が直列的に配
列された構造となっている。この触媒コンバータ２０７
に収納保持された触媒２０９は、所定の温度以上で活性
化し、浄化性能や脱臭性能を十分に発揮するようにな
る。前記浄化装置２０１によれば、エンジンから排出さ
れた排気ガス２１１は、排気ガス流入管２０３を介して
触媒コンバータ２０７に送り込まれ、該触媒コンバータ
２０７を通過して浄化及び脱臭されたのち、そのまま排
気ガス流出管２０５に送り込まれる。

【０００３】しかしながら、この浄化装置２０１では、
昇温した排気ガス２１１はそのまま下流側の排気ガス流
出管２０５に流れてしまうため、触媒２０９の全体が昇
温して所定の活性化温度に達するまでには、エンジンを
始動させてから長時間がかかった。

【０００４】一方、従来の触媒コンバータには、ハニカ
ム等の担体に触媒成分を塗布した触媒そのものを分割し
て使用し、排気ガスの流れを途中で変えるように隔壁や
制御弁を設けているものがある。しかし、触媒は薄壁で
構成されているため、その加工は困難であり、また、触
媒の内部に隔壁を介装して二分する方法（特開平９−１
２５９３２号）や、触媒の中心部に排気ガス流入管を配
設する方法（特開平８−２９６４３３号）、及び触媒の
端面を凹凸にする方法（特開平４−１７１２１３号）で
は、多大なコストアップを招くおそれがあった。また、
特開平９−１２５９３２号に記載された技術では、排気
ガス流入管の直径に対して、かなり大きな触媒でないと
効果が発揮できなかった。

【０００５】さらに、触媒は排気ガスと直接に接触する
と共に、エンジンと直接的に接続されているため、エン
ジンの振動、排気脈動、熱膨張及び熱衝撃等に耐える必
要がある。しかし、特開平８−２９６４３３号に記載さ
れた技術のように、触媒の中心部が空洞に形成されてい
る場合や、特開平４−１７１２１３号に記載された技術
のように触媒の端面が凹凸に形成されている場合は、こ
れらの触媒を保持する構造が複雑になって、振動や排気
脈動等による耐久性の確保が困難であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記課題を
解決し、安価なコストで、短時間のうちに触媒を活性化
させることができる排気ガス用浄化装置、及びこれを用
いた排気ガスの浄化方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る排気ガス用
浄化装置は、前記目的を達成するため、エンジンから排
出された排気ガスが流れ込む排気ガス流入管の端部と、
この端部に設けられた触媒保持部材と、該触媒保持部材
内に収納保持され、排気ガスを浄化する触媒と、前記触
媒保持部材を外方から覆うように触媒保持部材から間隔
を隔てて配設された隔壁と、これらの排気ガス流入管の
端部、触媒保持部材、触媒、及び隔壁を収納し、排気ガ
ス流出管に連通するように形成された外壁とを備えてい
る。

【０００８】前記排気ガス用浄化装置によれば、エンジ
ンから排出された排気ガスは、エギゾーストマニホール
ド等を介して排気ガス流入管から触媒に流れ込む。ここ
で、触媒は所定の活性化温度に達しないと、その浄化性
能及び脱臭性能を十分に発揮しない。エンジン始動時に
おいては、まだ排気ガスの温度が低いため、この活性化
温度に到達していない。こののち、排気ガスは、触媒か
ら排出されると前記隔壁によって触媒保持部材を包み込
むように流れるため、暖かい排気ガスと、触媒保持部材
及び排気ガス流入管の端部との間で熱交換が起こり、触
媒が触媒保持部材と排気ガス流入管の端部を介して暖め
られる。このようにして、触媒の温度がどんどん上昇す
るため、短時間で触媒の活性化温度に到達することにな
り、エンジンを始動させてからすぐに浄化性能及び脱臭
性能を十分に発揮するようになる。なお、前記隔壁の内
面側に断熱材を配設すれば、更に効果的に触媒の温度を
上昇させることができる。

【０００９】また、本発明に係る排気ガス用浄化装置の
一態様では、前記排気ガス流入管の外径と触媒保持部材
の外径とを略同一寸法に形成している。前記したよう
に、本発明によれば、触媒機能を向上させることができ
るため、触媒保持部材の外径を従来よりも小さく抑える
ことができる。よって、隔壁を設けても、外壁の外径を
従来とほぼ同じ寸法に形成することができるため、周囲
の部品等の配置を変えなくても、従来と同じ部位に設置
することができる。

【００１０】さらに、本発明に係る排気ガス用浄化装置
は、エンジンから排出された排気ガスが流れ込む排気ガ
ス流入管の端部と、この端部に設けられた触媒保持部材
と、該触媒保持部材内に収納保持され、排気ガスを浄化
する触媒と、前記触媒保持部材から車幅方向（左右方
向）に間隔を隔てて配設された排気ガス流出管の端部
と、これらの排気ガス流入管の端部、触媒保持部材、触
媒、及び排気ガス流出管の端部を収納した外壁と、該外
壁内の空間を排気ガス流入管側と排気ガス流出管側とに
隔てて形成し、双方の空間を連通する開口部が設けられ
た縦壁とを備えている。前記浄化装置によれば、排気ガ
ス流入管と排気ガス流出管とを左右に並設しているた
め、上下方向の高さが小さい。よって、自動車のアンダ
ーフロアなどのようにスペースに制約がある部位にも好
適に配設することができる。

【００１１】さらに、本発明に係る排気ガス用浄化装置
の一態様では、前記排気ガス流入管側の空間を形成する
縦壁及び外壁の内面側に断熱材を設けている。この浄化
装置では、断熱材を配設しているため、触媒保持部材か
ら排出された排気ガスによって触媒の熱交換を更に効率
よく行うことができる。

【００１２】なお、本発明に係る排気ガスの浄化方法
は、前述した本発明の浄化装置を用い、排気ガス流入管
を介して触媒から排出された排気ガスを、触媒保持部材
と排気ガス流入管の端部とを包み込むように流し、この
のち、排気ガス流出管に流している。この浄化方法によ
れば、前述したように、触媒から排出された排気ガスに
よって触媒が熱せられ、触媒の温度がどんどん上昇する
ため、短時間で触媒の活性化温度に到達することにな
り、エンジンを始動させてからすぐに浄化性能及び脱臭
性能を十分に発揮するようになる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の
実施の形態に係る排気ガス用浄化装置１が配設された排
気ガス系統３の一形態を示す斜視図である。この排気ガ
ス系統３においては、エギゾーストマニホールド５、エ
ギゾーストパイプ７、マフラー９が直列に接続されてお
り、エギゾーストパイプ７は、排気ガス流入管１１、浄
化装置１、排気ガス流出管１３から構成され、マフラー
９の後部にはテールパイプ１５が取り付けられている。
図外のエンジンから排出された排気ガスは、エギゾース
トマニホールド５と排気ガス流入管１１を介して浄化装
置１に入り、該浄化装置１内で浄化及び脱臭され、排気
ガス流出管１３、マフラー９を介してテールパイプ１５
から外気に放出される。

【００１４】［第１の実施の形態］前記排気ガス用浄化
装置１を拡大した断面図を図２に示す。排気ガス流入管
１１の端部２１は円錐台状に広がって形成されており、
該端部２１の後方側には、排気ガス流入管１１よりも外
径が大きく形成された円筒状の触媒保持容器２３が配設
されている。該触媒保持容器２３の内部には触媒２７が
収納保持されており、この触媒２７はハニカム壁によっ
てハニカム構造に構成されている。また、ハニカム壁
は、圧損を減らすため、極力薄いものが用いられている
が、その一方で、エンジンによる振動、排気脈動、膨張
及び熱衝撃等に耐えるため、一定の厚みが必要となる。
よって、その圧損を見込んで触媒２７の径を排気ガス流
入管１１の径よりやや大きめに形成している。また、触
媒保持容器２３の外方には、有底円筒状に形成された隔
壁２９が配設され、これらの触媒保持容器２３、隔壁２
９、及び排気ガス流入管１１の端部２１が、円筒状に形
成された外壁３１によって覆われている。

【００１５】前記構造を有する浄化装置１による作用を
説明する。まず、エンジンの始動初期においては、まだ
触媒２７が冷えているため、排気ガス流入管１１を介し
て触媒２７に流入された排気ガス３３は、該触媒２７で
あまり浄化されずに排出される。こののち、排気ガス３
３は、図２の矢印に示すように、隔壁２９と触媒保持容
器２３との間に形成されたガス流路３５を通って排気ガ
ス流入管１１側に進み、外壁３１に突き当たり、隔壁２
９と外壁３１との間に形成された別のガス流路３７を通
って排気ガス流出管１３側に進み、こののち、排気ガス
流出管１３に流れ込む。

【００１６】ここで、触媒保持容器２３から出た暖かい
排気ガス３３は、図２の矢印のように、触媒保持容器２
３と排気ガス流入管１１の端部２１とを包み込むように
流れるため、触媒２７が前記端部２１と触媒保持容器２
３とを介して排気ガス３３の熱によって昇温される。そ
して、担体に塗布された触媒の活性化温度に達すると触
媒２７内で排気ガス３３は十分に浄化及び脱臭され、ま
た、浄化の際の酸化反応等による発熱によって通過する
前よりも高温となって、触媒保持容器２３や排気ガス流
入管１１の端部２１と熱交換を行う。この際に、排気ガ
ス流入管１１を通過する排気ガス３３は、排気ガス流入
管１１に熱を奪われることがないため、より高温となっ
て触媒２７を通過し、さらに触媒２７を暖める。このよ
うな繰り返しが引き続いて起こるため、より短時間で昇
温させて、触媒２７の性能を十分に発揮させることがで
きる。

【００１７】ここで、活性化温度について簡単に説明を
する。図３は、触媒として、γ−Ａｌ₂Ｏ₃を主体とする
ウオッシュコートにＰｔ／Ｒｈを５／１の割合で担持し
たものを用いた場合の触媒のライトオフ性能を示す曲線
であり、触媒の入口ガス温度に対する排気ガス中の総炭
化水素の浄化率を示している。通常、図３に示すライト
オフ温度（Ｔ₅₀）は、浄化率が５０％に達する入口ガス
温度で表されるが、本明細書で用いた「活性化温度」と
は、図３中に丸で囲ったＳ部における時点の入口ガス温
度（浄化の始まる温度）を示している。

【００１８】なお、触媒の活性化温度や該活性化温度に
到達する時間は、その触媒の種類等によって異なる。一
般的に、触媒として、γ−Ａｌ₂Ｏ₃を主体とするウオッ
シュコートにＰｔ，Ｐｄ，Ｒｈなどの白金族元素を担持
したものを用いた場合、活性化温度は、浄化する目的物
質が総炭水水素（ＴＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素
酸化物（ＮＯx）によって幅があるが、１５０〜３００
℃である。また、この活性化温度に達する時間は、従来
は９〜１５秒であったものが、本発明によれば８〜１１
秒となる。よって、本発明に用いることができる触媒に
は、例えば、前記白金族元素のうちの１種を担持したも
の、中心となる１種の他に２〜３種の白金族元素を補助
的に加えたもの、及びこれらにＦｅやＣｕなどの通常の
金属を加えたものなどがある。

【００１９】以上のように、本発明によれば、触媒２７
を加工する必要がなく、最も単純な形状を有する触媒２
７を最も単純な方法によって保持する触媒保持容器２３
によっても十分な浄化効果及び脱臭効果を得ることがで
きる。

【００２０】［第２の実施の形態］図４は、自動車のア
ンダーフロアーに配設する浄化装置４１を後方側から見
た背面図である。この浄化装置４１の外壁形状は、上下
方向に押し潰したような楕円状に形成されており、排気
ガス流出管４３と排気ガス流入管４５とは異なる軸芯を
もって配設されている。即ち、図３の左側には排気ガス
流出管４３が配設され、右側には排気ガス流入管４５が
配設されている。

【００２１】図４の断面図を図５に示す。外壁４７の車
幅方向の中央には、車両前後方向に沿って縦壁４９が配
設されており、該縦壁４９の前端部には、左右を連通す
るように開口部５１が形成されている。また、排気ガス
流入管４５側の外壁４７の内側、及び縦壁４９の内側に
は断熱材５３が設けられており、排気ガス流入管４５と
略同一径の触媒保持容器５５が排気ガス流入管４５の端
部に配設されている。

【００２２】この排気装置４１によれば、排気ガス５９
は、排気ガス流入管４５を介して触媒保持容器５５内の
触媒５７から排出され、該触媒保持容器５５と外壁４７
との間、及び、触媒保持容器５５と縦壁４９との間に形
成されたガス流路６１を通って、排気ガス流出管４３に
流れ込む。ここで、触媒５７から出た暖かい排気ガス５
９は、触媒保持容器５５と流入管４５の端部とを包み込
むように流れ、また、外壁４７と縦壁４９の断熱材５３
による相乗効果も加わって、触媒５７の温度を従来より
も短時間で上昇させて、触媒５７の活性化温度に早く達
成させることができる。

【００２３】

【実施例】次いで、本発明を実施例によって更に具体的
に説明する。図６に示すように、本発明に係る排気ガス
用浄化装置１と、比較例として従来構造の浄化装置２０
１とを用いてそれぞれの排気ガス温度を測定した。測定
部位は、触媒入口７１，２７１、触媒出口７３，２７
３、及び排気ガス流入管７５，２７５内（排気ガス温度
の測定）とした。また、触媒は、γ−Ａｌ₂Ｏ₃を主体と
するウオッシュコートにＰｔ／Ｒｈを５／１の割合で担
持したものを用いたため、活性化温度は約２５０℃であ
る。前記の測定結果を図７と図８のグラフに示す。これ
らのグラフに示すように、触媒入口７１，２７１及び触
媒出口７３，２７３の双方において、排気ガスを流し始
めた直後、即ち、時間が９秒（従来は１１秒）に達した
ときに、触媒が活性化して排気ガスの浄化が開始したた
め、比較例よりも本発明例の方が急激な温度上昇をする
ことが判明した。また、やや時間が経った後（約６０秒
後）も、本発明例の方が比較例よりも高い温度を維持す
ることができることが判明した。さらに、実効的には、
触媒全体が作用し始める時間は、触媒出口のガス温度が
排気ガス温度を超える時で判断することができる。図７
と図８に示すように、この作用し始める時間は、本発明
では約２５秒、比較例では約４０秒となって、活性化温
度に達する時間を短縮できると共に、本発明によれば、
触媒の実効時間を短縮し、触媒の性能を十分に発揮させ
ることができることが判明した。

【００２４】なお、本発明は、前述した実施の形態に示
すものに限定されることなく、本発明の技術思想に基づ
いて種々の変更及び変形が可能である。例えば、図９に
示すように、排気ガス流入管７７と略同一径の触媒保持
容器７９内に触媒８１を収納保持し、その周囲を隔壁８
３及び外壁８５によって覆った浄化装置８７としても良
い。この場合は、図１０に示す従来の浄化装置２０１と
ほぼ同じ外径寸法に抑えることができるため、浄化装置
８７の周囲に配設された部品等の配置を変えることな
く、従来の設置場所にそのまま取り付けることができ
る。なお、外径寸法が図２に示した浄化装置１より小さ
くなるが、浄化性能及び脱臭性能は十分に規定値を満足
する。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、触媒を通過した暖かい
排気ガスが触媒を包み込むように流れるため、触媒が活
性化して浄化機能及び脱臭機能を十分に発揮する活性化
温度に短時間に達成することができる。よって、エンジ
ンを始動させてから排気ガスが十分に浄化及び脱臭され
るまでの時間が従来よりも大幅に短縮され、環境保護に
多大なる貢献をする。また、加工の困難な触媒を成形時
のまま利用するできるため、後加工によるコストアップ
を招かず、触媒保持部材への保持方法も通常レベルのも
ので十分な耐久性を保つことができる。さらに、触媒を
保持するために複雑な方法を採用する必要がなく、浄化
装置を製造する際の生産性が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る浄化装置を備えた排気系統を示す
斜視図である。

【図２】第１の実施形態に係る浄化装置を示す、図１の
Ａ−Ａ線による断面図である。

【図３】触媒のライトオフ性能のグラフであり、触媒の
入口温度に対する排気ガス中の総炭化水素の浄化率を示
している。

【図４】第２の実施形態に係る浄化装置を示す背面図で
ある。

【図５】図４のＢ−Ｂ線による断面図である。

【図６】本図のうち、（ａ）は実施例における本発明例
の浄化装置の温度測定部位を示す断面図であり、（ｂ）
は実施例における比較例の浄化装置の温度測定部位を示
す断面図である。

【図７】実施例の結果のグラフであり、触媒入口におけ
る温度と時間との関係を示している。

【図８】実施例の結果のグラフであり、触媒出口におけ
る温度と時間との関係を示している。

【図９】本発明に係る浄化装置の変形例を示す断面図で
ある。

【図１０】従来の浄化装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１，４１，８７排気ガス用浄化装置３排気ガス系統５エギゾーストマニホールド７エギゾーストパイプ９マフラー１１，４５，７７排気ガス流入管１３，４３排気ガス流出管１５テールパイプ２１排気ガス流入管の端部２３，５５，７９触媒保持容器２７，５７，８１触媒２９，８３隔壁３１，４７，８５外壁３３，５９排気ガス３５，３７，６１ガス流路４１浄化装置４９縦壁５１開口部５３断熱材７１触媒入口７３触媒出口７５排気ガス流入管内

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者玉巻宏章静岡県浜松市高塚町300番地スズキ株式会社内 (72)発明者樋口ルリ静岡県浜松市高塚町300番地スズキ株式会社内Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AB01 BA03 BA04 CA27 EA17 FA01 FA04 FB02 FC07 GA02 GA06 GB00X GB06W GB17X HA26 HA46 4D048 AA06 AA13 AA18 AB05 BA03X BA30X BA31Y BA33X BA35Y BA36Y BA41X BB02 CA01 CA07 CC08 CC25 CC53

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンから排出された排気ガスが流れ
込む排気ガス流入管の端部と、この端部に設けられた触
媒保持部材と、該触媒保持部材内に収納保持され、排気
ガスを浄化する触媒と、前記触媒保持部材を外方から覆
うように触媒保持部材から間隔を隔てて配設された隔壁
と、これらの排気ガス流入管の端部、触媒保持部材、触
媒、及び隔壁を収納し、排気ガス流出管に連通するよう
に形成された外壁とを備えたことを特徴とする排気ガス
用浄化装置。
【請求項２】前記排気ガス流入管の外径と触媒保持部
材の外径とを略同一寸法に形成したことを特徴とする請
求項１に記載の排気ガス用浄化装置。
【請求項３】エンジンから排出された排気ガスが流れ
込む排気ガス流入管の端部と、この端部に設けられた触
媒保持部材と、該触媒保持部材内に収納保持され、排気
ガスを浄化する触媒と、前記触媒保持部材から車幅方向
に間隔を隔てて配設された排気ガス流出管の端部と、こ
れらの排気ガス流入管の端部、触媒保持部材、触媒、及
び排気ガス流出管の端部を収納した外壁と、該外壁内の
空間を排気ガス流入管側と排気ガス流出管側とに隔てて
形成し、双方の空間を連通する開口部が設けられた縦壁
とを備えたことを特徴とする排気ガス用浄化装置。
【請求項４】前記排気ガス流入管側の空間を形成する
縦壁及び外壁の内面側に断熱材を設けたことを特徴とす
る請求項３に記載の排気ガス用浄化装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか一に記載された
浄化装置を用い、排気ガス流入管を介して触媒から排出
された排気ガスを、触媒保持部材と排気ガス流入管の端
部とを包み込むように流したのち、排気ガス流出管に流
すようにしたことを特徴とする排気ガスの浄化方法。