JP2003155927A - 触媒容器 - Google Patents

触媒容器

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JP2003155927A
JP2003155927A JP2001353594A JP2001353594A JP2003155927A JP 2003155927 A JP2003155927 A JP 2003155927A JP 2001353594 A JP2001353594 A JP 2001353594A JP 2001353594 A JP2001353594 A JP 2001353594A JP 2003155927 A JP2003155927 A JP 2003155927A
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catalyst
catalyst carrier
diameter portion
temperature
carrier
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JP2001353594A
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English (en)
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Isamu Nakada
勇 中田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、冷間始動後の触媒担体の早
期昇温と高負荷時の過熱による触媒担体の劣化抑止とを
両立することのできる触媒容器を提供する。 【解決手段】 本発明の触媒容器2は、内燃機関の排気
通路上に配設され、内部に触媒担体3を収納させるもの
で、上流側の排気通路に接続される拡径部2aと、下流
側排気通路に接続される縮径部2cと、拡径部2a及び
縮径部2cの間に位置し、触媒担体3を収納させる担体
収納部2bとを有しており、少なくとも拡径部2aが、
空気層6、液相-固相間で相変化する相変化材からなる
相変化層8、及び、断熱材からなる断熱層9を内側から
外側に向けて配置させた多層構造を有していることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気通
路上に配設され、内部に排気浄化触媒を収納する触媒容
器に関する。 【0002】 【従来の技術】内燃機関の排気ガスは排気浄化触媒によ
って浄化された後に大気に放出される。排気浄化触媒は
排気通路上に配設され、通常は触媒担体とこの触媒担体
を収納する触媒容器とからなる。触媒容器は筒状の形態
を有しており、排気通路の一部を構成する。触媒担体
は、所定の活性化温度にまで達しないと十分な排気浄化
性能を発揮しないので、冷間始動直後の触媒担体がまだ
活性化温度に達していない間の排気浄化性能は十分では
ない。このため、冷間始動直後により早期に触媒担体を
活性化温度まで昇温させる工夫が種々検討されている。
例えば、特開2000-73751号公報には、触媒容器の一部を
二重壁構造とし、触媒容器の内部から外部への熱の放出
を抑止し、触媒担体がより早期に昇温されるようにした
排気浄化触媒が記載されている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した公報
に記載の排気浄化触媒によると、冷間始動直後の触媒担
体の早期暖気という観点からは効果を発揮し得るが、高
速高負荷時には触媒容器の二重壁構造によって触媒担体
の温度が高くなり、触媒担体の劣化を促進させてしまう
という問題があった。従って、本発明の目的は、冷間始
動後の触媒担体の早期昇温と高負荷時の過熱による触媒
担体の劣化抑止とを両立することのできる触媒容器を提
供することにある。 【0004】 【課題を解決するための手段】本発明の触媒容器は、内
燃機関の排気通路上に配設され、内部に触媒担体を収納
させるもので、上流側の排気通路に結合する拡径部と、
下流側排気通路に結合する縮径部と、拡径部及び縮径部
の間に位置し、触媒担体を収納させる担体収納部とを有
しており、少なくとも拡径部が、空気層、液相-固相間
で相変化する相変化材からなる相変化層、及び、断熱材
からなる断熱層を内側から外側に向けて配置させた層構
造を有していることを特徴としている。 【0005】 【発明の実施の形態】本発明の触媒容器の一実施形態に
ついて、以下に説明する。本実施形態の触媒容器の断面
図を図1に示す。 【0006】本実施形態の触媒容器2を有する排気浄化
触媒1は、車両の床下部に配置された、いわゆる床下触
媒であるが、本発明の触媒容器は床下触媒に対してのみ
使用可能なのではなく、他の位置にある排気浄化触媒に
対して使用することも可能である。排気浄化触媒1は、
主として触媒容器2と触媒担体3とからなる。本実施形
態の触媒担体3は通常の排気浄化触媒と同様のものであ
るので、これについての詳しい説明は省略する。 【0007】触媒容器2は、その内部が排気通路の一部
を形成するが、上流側の排気通路に結合される拡径部2
a、下流側の排気通路に結合される縮径部2c、及び、
この拡径部2aと縮径部2cの間に位置する担体収納部
2bとからなる。拡径部2aは、円形断面を有し、か
つ、その内径を上流側から下流側に向けて拡径させてお
り、後述する多層構造を有している。縮径部2cは、円
形断面を有し、かつ、その内径を上流側から下流側に向
けて縮径させており、後述する多層構造を有している。
担体収納部2bは、その内径が一定の円筒形状を有して
おり、その内部に円柱状の外形を有する触媒担体3を収
納している。触媒容器2の形状をこのような形状とする
ことで、排気ガスの流れをできるだけスムーズにし、か
つ、通気抵抗が小さくなるようにしている。 【0008】拡径部2a及び縮径部2cは、上述したよ
うに多層構造を有している。図1には断面しか示してい
ないが、本実施形態ではこれらの多層構造は触媒容器2
の全周にわたって形成されている。拡径部2a及び縮径
部2cの多層構造は同一構造であるため、ここでは拡径
部2aにおける多層構造を例に説明し、縮径部2cに関
しては図中に同一の符号を用いることでその詳しい説明
を省略する。 【0009】拡径部2a−担体収納部2b−縮径部2c
を連続して形成している筒体4の拡径部2a部分の内側
には、厚さの薄い板材を円錐筒の一部を切り取った形状
とした薄板5が結合されている。筒体4と薄板5とは薄
板5の両縁部で結合されており、薄板5の両縁部以外で
は筒体4と薄板5とは接触されておらず空気層6が形成
されている。 【0010】一方、拡径部2a−担体収納部2b−縮径
部2cを連続して形成している筒体4の拡径部2a部分
の外側には、円錐筒の一部を切り取った形状とした外板
7が結合されている。筒体4と外板7とは外板7の両縁
部で結合されており、外板7の両縁部以外では筒体4と
外板7とは接触されておらず、その内部に相変化材(以
下、PCM:Phase Change Materialとも言う)8及び
断熱材9が配置されている。PCM8−断熱材9の順に
内側から配設されている。PCM8が相変化層を形成
し、断熱材9が断熱層を形成している。 【0011】PCM8は、車両非使用時の完全に冷えた
状態が固相であり、車両使用時に排気ガス温度が高くな
ると液相に変化する物質である。その相変化温度は、触
媒担体3の活性化温度以上で、かつ、過熱によって触媒
担体3の劣化を促進してしまう温度以下である。その相
変化温度は300℃〜700℃の間に設定されるのが好
ましく、触媒担体3の種類に応じてこの範囲内の任意の
場所に設定される。断熱材9は、通常断熱材として使用
される材質から適宜選択される。 【0012】なお、拡径部2aがこのように形成させる
ことによって、内側から薄板5を、外側から外板7を筒
体4に結合させるだけで多層構造を形成させることがで
き、触媒容器2の製造を容易にしている。筒体4への薄
板5や外板7の結合は、筒体4の拡径部2a対応部分
に、薄板5を下流側から、外板7を上流側からそれぞれ
近づけて接触部分で溶接(ろう付けでも良い)するだけ
である。なお、このとき、筒体4と外板7との間にPC
M8及び断熱材9を介在させておく必要があるのは言う
までもない。縮径部2cに関しても同様である。 【0013】上述した構造の触媒容器2を用いると、冷
間始動後の暖気時には、空気層6が断熱層として機能
し、排気ガスの熱が排気浄化触媒1の外部に逃げにくく
なる。特に、薄板5はその板厚が比較的薄く(筒体4よ
りも薄く)されており、薄板5自体の温度を上昇させる
のに余計な熱を排気ガスから吸収しなくて済むようにな
っている。薄板5自体は、空気層6を形成させるために
設けられており、触媒容器2の強度は筒体4の板厚等で
確保している。この結果、冷間始動直後は断熱層として
機能する空気層6と熱容量の少ない薄板5とによって排
気ガスの温度低下を抑止し、より早期に触媒担体3の温
度を上昇させることができる。 【0014】一方、暖気が終了した後は、徐々に空気層
6の温度も上昇し、この空気層6や薄板5及び筒体4の
結合部を経由した熱が伝導によってPCM8に達し、P
CM8が蓄熱層として機能して蓄熱する。特に、高速高
負荷時などは排気ガスの温度が非常に高くなるが、この
ような場合は、PCM8が相変化し、排気ガスの温度を
ほぼ一定(PCM8の相変化温度近傍、即ち、触媒担体
3が活性な温度で過熱劣化しない温度)に維持する。即
ち、PCM8は、蓄熱層として機能すると共に、高速高
負荷時には排気ガスから熱を吸収して相変化し、排気ガ
ス温度を触媒担体3を過熱劣化させない温度に維持させ
る。 【0015】このとき、PCM8の外側には断熱材9が
配設されているため、蓄熱された熱が外部に放出される
のが防止され、蓄熱した熱が無駄にならないようになさ
れている。また、この断熱材9は、外部への熱害(周辺
部品の過熱や、床下から熱気の放出など)を抑止する役
目もある。さらに、エンジン停止時には、触媒担体3の
温度をその前後から保温することになり、次回始動時に
より早期に触媒担体3を活性化温度とするのに役立つ。 【0016】さらに、軽負荷運転が持続する場合など、
排気ガスの温度が低い状態が続く場合がある。このよう
なときも、PCM8が熱を放出し、排気ガスの温度をあ
る程度高め、触媒担体3の温度が活性化温度以下となる
のを抑止できる。PCM8が液相化しているようであれ
ば、固相に移行するまでは排気ガスの温度をPCM8の
相変化温度、即ち、触媒担体3が活性な温度に維持する
ことができる。PCM8は相変化するので、その熱容量
は大きく、その調温幅は比較的大きく有利である。 【0017】本発明の触媒容器は、上述した実施形態に
限定されるものではない。例えば、上述した実施形態で
は、薄板5及び外板7を筒体4に結合させることで多層
構造を実現した。このような構造とすると製造が容易で
あるので好ましいが、このような構造以外で上述した多
層構造を実現しても良い。また、上述した実施形態で
は、縮径部2cも同様な多層構造とした。このようにし
た方が触媒担体3の保温という観点からは好ましいが、
本発明では少なくとも上流側の拡径部2aが上述した多
層構造とされていればよい。排気ガスの温度低下を抑止
して触媒担体3を早期に昇温するという観点からは、上
流側(排気ガス温が高い側)の拡径部2aを多層構造と
する方が効果がある。 【0018】 【発明の効果】本発明の触媒容器によれば、内側に空気
層を形成させることによって、内部に収納する触媒担体
を冷間始動後に早期に昇温させることができる。また、
高負荷時には相変化材で熱を吸収して相変化材を相変化
させて排気ガス温を下げつつ、一定の温度(触媒担体の
活性な温度)に維持させることができる。また、排気ガ
ス温が低くなるような場合には相変化材で蓄熱した熱を
放出して触媒担体の温度低下による浄化性能低下を抑止
することができる。さらに、相変化材で蓄熱した熱は再
始動時における触媒担体の早期活性化にも寄与する。な
お、断熱材は、相変化材で蓄熱したを無駄に放出するの
を抑止するとともに、周囲への熱外を抑止する。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の触媒容器の一実施形態を用いた排気浄
化触媒の断面図である。 【符号の説明】 1…排気浄化触媒、2…触媒容器、2a…拡径部、2b
…担体収納部、2c…縮径部、3…触媒担体、4…筒
体、5…薄板、6…空気層、7…外板、8…PCM(相
変化材)、9…断熱材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3G004 AA01 BA06 DA14 DA15 EA05 FA07 3G091 AA02 AB01 BA03 BA04 BA10 BA39 CA10 FB02 FB03 FC07 FC08 HB01 4D048 CA07 CC51 CC63

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 内燃機関の排気通路上に配設され、内部
    に触媒担体を収納させる触媒容器において、 上流側の排気通路に結合する拡径部と、 下流側排気通路に結合する縮径部と、 前記拡径部及び前記縮径部の間に位置し、触媒担体を収
    納させる担体収納部とを有しており、 少なくとも前記拡径部が、空気層、液相-固相間で相変
    化する相変化材からなる相変化層、及び、断熱材からな
    る断熱層を内側から外側に向けて配置させた層構造を有
    していることを特徴とする触媒容器。
JP2001353594A 2001-11-19 2001-11-19 触媒容器 Pending JP2003155927A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009502717A (ja) * 2005-07-26 2009-01-29 ザ・ボーイング・カンパニー エアロゲルおよび相変化材料の複合材
KR101807753B1 (ko) * 2015-05-21 2017-12-11 이태형 발전기 또는 가스엔진히트펌프용 점화 착화 타입 초저공해 가스엔진 및 그의 제어 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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