JP2007278101A - 排気ガス浄化用触媒コンバータ装置 - Google Patents

排気ガス浄化用触媒コンバータ装置 Download PDF

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Abstract

【課題】排気ガス浄化能力を従来の自動車用内燃エンジンの排気ガス浄化用触媒コンバータ装置より向上させあるいは損なうことなく、自動車用内燃エンジンの排気ガスの排気抵抗を下げかつ貴金属使用量を低減できる自動車用内燃エンジンの排気ガス浄化用触媒コンバータ装置をを提供する。
【解決手段】エンジン本体に近い位置に配置される第1触媒コンバータ２と自動車の床下に配置される第２触媒コンバータ３を有する触媒コンバータ装置１において、第1および第２触媒コンバータ２、３のそれぞれに保持される触媒４，５の担体上に形成されるウォッシュコート層の厚さを薄くして０．２mm以内とするとともにこのウォッシュコート層内部に空隙を形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用内燃エンジン（以下「エンジン」という）の排気ガス浄化用に用いる触媒コンバータ装置に関する。詳細には、エンジンの排気圧力を下げかつ担持される貴金属量を減少させたエンジンの排気ガス浄化に用いる排気ガス浄化用の触媒コンバータ装置に関する。
図７は、市販車Ｘのエンジンの排気系統の構造を示す斜視図である。市販車Ｘのエンジン１００ａの排気ガスの浄化は、次のように行われる。図７のシリンダブロック１０１内の各気筒から排出された排気ガスが、エンジンヘッドブロック１０２及び各気筒から繋がる排気管が集合するエキゾーストマニホールド１０３を通って、床下に配置される触媒コンバータ１０９に送られ、排気ガスが浄化される。
触媒コンバータ１０９には触媒１０６ｂ、１０７ｂが保持されている。図８（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ触媒コンバータに保持されるエンジンの排気ガス浄化用の触媒の斜視図及び内部構造の断面拡大図である。図８（ａ）に示すエンジンの排気ガス触媒１１０は、図８（ｂ）のように、セラミック製あるいは金属製のいわゆるハニカム構造１１１の担体１１３上に、触媒機能を有する白金（以下Ｐｔという）、パラジウム（以下Ｐｄいう）及びロジウム（以下Ｒｈという）のような貴金属を担持するウォッシュコート層１１４が塗布・焼成されて作製されたものである。各セル１１２は、担体１１３及びウォッシュコート層１１４により形成されている。このような排気ガス触媒１１０のセル１１２中を排気ガスが通ることによって、排気ガス中に含まれる、ＮＭＯＧ（Non Methane Organic Gas）やＮＯｘ等が浄化されている。
環境に対する負荷を少なくするため、自動車の内燃エンジンの排気ガス中に残留するＮＭＯＧ（Non Methane Organic Gas）やＮＯｘ等の有害物質に対する規制は年々厳しくなっている。たとえば、米国カリフォルニア州が設定している、ＰＺＥＶ（Partial Zero Emission Vehicle）は最も厳しい規制の一つであり、現行市販車の中でこの規制を満たしているものは少ない。そのため、排気ガス浄化能力が従来よりも高いエンジンの触媒コンバータ装置が求められている。
前記したような自動車の排気ガスの有害物質規制に対応するため、従来からエンジンの触媒コンバータ装置の浄化能力の向上がなされている。従来は、排気ガスが触媒１０６ｂ、１０７ｂ（図７参照）のウォッシュコート層１１４（図８（ｂ）参照）と接触する面積を増やすために、専ら次のような改良がなされている。すなわち、触媒中のハニカム構造のセル１１２の数を増やすこと（図８（ｂ）参照）、すなわち触媒１０６ｂ、１０７ｂのセル密度を高くすることおよびウォッシュコート層１１４中の貴金属量を増やすことでエンジンの触媒コンバータ装置の排気ガス浄化能力の向上がなされてきた（図７および図８（ｂ）参照）。その結果、たとえば、市販車Ｘを改良した排気量２．４リッタエンジンを搭載するテスト車Ｙの場合、セル数が９００とセル数が６００の２つの触媒が使用されており、１台あたり１２ｇの貴金属が使用されている。
また、特許文献１では、触媒の排気ガス浄化能力を向上させるために、前記ウォッシュコート層中に空隙を設け、排気ガスの触媒中での拡散能及び触媒との接触面積を増大させて、排気ガス浄化能力を向上させた触媒が開示されている。
特開２００４−３３００２５号公報
しかしながら、触媒コンバータ装置の排気ガス浄化能力を高めるために、従来のように単に触媒のセル密度を高くするのは、排気抵抗が高くなって排気の圧力が高くなるため、エンジンの出力が制限を受けるという問題がある。また、触媒コンバータ装置の触媒に担持される貴金属の量を増やすのは、その分自動車の製造コストが上がるという問題がある。
特許文献１に開示されている触媒によれば、触媒コンバータ装置の排気ガス浄化能力を向上させることが可能である。しかし、特許文献１は、前記触媒をエンジンに適用した場合に、エンジンの排気圧力を下げかつ使用する貴金属量を減少させることが可能であることを開示あるいは示唆しているものではない。
本発明は、前記した従来のエンジンの排気ガス浄化用の触媒コンバータ装置の問題に鑑み、排気ガス浄化能力を従来のエンジンの排気ガス浄化用の触媒コンバータ装置より向上させ、かつ、エンジンの排気ガスの排気抵抗を下げ、かつ、貴金属使用量を低減できるエンジンの排気ガス浄化用触媒コンバータ装置を提供することを課題とする。
エンジンの後に結合される第１触媒コンバータと前記第１触媒コンバータの後に結合される第２触媒コンバータよりなり、前記第１触媒コンバータと前記第２触媒コンバータのそれぞれに排気ガス浄化用触媒が保持されるエンジンの触媒コンバータ装置であって、前記第１触媒コンバータと前記第２触媒コンバータのそれぞれに保持される排気ガス浄化用触媒の担体上に形成されるウォッシュコート層の厚さが０．２mm以下であり、このウォッシュコート層が２層よりなり、前記２層からなるウォッシュコート層の各層が空隙を有すること、を特徴とする。
請求項１にかかる発明によれば、触媒コンバータ装置の触媒中のウォッシュコート層の空隙及び厚さの作用によって、触媒の浄化能力を向上させあるいは損なうことなく、エンジンの排気圧力を下げることができるとともに触媒に担持される高価な貴金属量を減少させることができる。
以下図１乃至図６（ａ）及び（ｂ）を参照して、本実施形態について説明する。まず、本実施形態のエンジンの排気ガス浄化用の触媒コンバータ装置の構成について説明する。図１は、本実施形態のエンジンの排気ガス浄化用の触媒コンバータ装置の斜視図である。図１において、本実施形態のエンジンの排気ガス浄化用の触媒コンバータ装置１は、第１触媒コンバータ２及びその後に排気管６を介して結合されている第２触媒コンバータ３よりなる。触媒コンバータ装置１は、エンジンの各気筒の排気系が、エキゾーストマニホールド等により集合された部分の直後に連結される。第１触媒コンバータ２は、エンジンの燃焼が行われる本体に比較的近い位置に配置される。一方、第２触媒コンバータ３は、自動車の床下に配置される。第１触媒コンバータ２と第２触媒コンバータ３には、それぞれ触媒４、触媒５が保持されている。
図１に示す触媒コンバータ装置１は、図７に示す市販車Ｘ用の触媒コンバータ１０９と相違し、触媒４を保持する第1触媒コンバータ２と触媒５を保持する第２触媒コンバータ３の２つの分離した触媒コンバータより構成されている。また、触媒コンバータ１０９は自動車の床下に配置されるのに対して、本実施形態の触媒コンバータ装置１を構成する第1触媒コンバータ２は、前記したように比較的エンジン本体に近い位置に配置される。このような相違により、次の作用が生まれる。本実施形態の触媒コンバータ装置１を用いた場合、エンジン本体から第1触媒コンバータ２までの排気管等を短くし、図７に示す市販車Ｘ用の触媒コンバータ１０９に比べて、第1触媒コンバータ２をよりエンジン本体に近い位置に配置することができる。そのため、図７に示す市販車Ｘ用の触媒コンバータ１０９に比べて、エンジン本体から第1触媒コンバータ２までの間における、エンジン本体から排気される排気ガスの熱放散を少なくし、より高い温度の排気ガスを第1触媒コンバータに送ることができる。その結果、第1触媒コンバータ２に保持される触媒４をより高温で働かせ、その排気ガス浄化能力を高めることができる。
図７に示す市販車Ｘの触媒コンバータ１０９の触媒１０６ｂ、１０７ｂのセル数は、前記したようにそれぞれ９００、６００である。しかし、本実施形態の触媒コンバータ装置１の触媒４、５の場合、そのセル数を市販車Ｘの触媒コンバータ１０９の触媒１０６ｂ、１０７ｂよりも減少させることが可能である。したがって、触媒コンバータ装置１の排気圧力を低下させることができる。触媒４、５のセル数の減少は、前記した第1触媒コンバータ２をエンジン本体に比較的近い位置に配置する構造および後記する触媒の改良により、触媒コンバータ装置１全体として、その排気ガス浄化能力が向上したために可能になっている。
図１に示す触媒４、５はともに、図８に示す排気ガス触媒１１０と同様、ハニカム構造の触媒である。図２は、本実施形態の触媒コンバータ装置を構成する第１触媒コンバータ及び第２触媒コンバータにそれぞれ保持される触媒のハニカム構造の担体及びこの担体上に形成されているウォッシュコート層の断面図である。図１に示す触媒コンバータ装置１に用いられている触媒４、５は、ともに図２に示す構造の触媒である。各セル１６のウォッシュコート層１１は、触媒のハニカム構造体の担体１０上に形成されている。コーナ部分のウォッシュコート層１１ｂは、辺部分のウォッシュコート層１１ａより厚くなっている。辺部分でのウォッシュコート層１１ａの厚さは平均０．０６mmであり、コーナ部でのウォッシュコート層１１ｂの厚さは平均０．１５mmである。コーナ部でのウォッシュコート層１１ｂの厚さは、０．２mm以下である。この、ウォッシュコート層１１は、図７に示す市販車Ｘの触媒コンバータ１０９の触媒１０６ｂ、１０７ｂのウォッシュコート層よりも、約３０％薄くなっている。
図１に示す触媒コンバータ装置１の触媒４、５のウォッシュコート層１１は、担体１０上に形成されている第１ウォッシュコート層１２および第１ウォッシュコート層１２上に形成されている第２ウォッシュコート層１３の２層よりなる（図２参照）。第１および第２ウォッシュコート層１２、１３は、ともに主成分が酸化アルミニウム（以下「アルミナ」という）、酸化ジルコニウム（以下「ジルコニア」という）および酸化セリウム（以下「セリア」という）からなる多孔質構造体１４でできている。多孔質構造体１４中にＰｔ、ＰｄおよびＲｈの１種以上の貴金属１７が担持されている。貴金属１７は、触媒機能を有する。
図１に示す触媒コンバータ装置１の触媒４、５のウォッシュコート層１１を構成する第１および第２ウォッシュコート層１２、１３のそれぞれの層を形成する多孔質構造体１４中には、空隙１５が形成されている（図２参照）。ここで、空隙とは、層中に空間が存在することを意味する。一方、図７に示す市販車Ｘの触媒１０６ｂ、１０７ｂのウォッシュコート層には、空隙は形成されていない。
空隙１５の径は、０．００４mm±０．００２mmである。第１ウォッシュコート層１２および第２ウォッシュコート層１３の各層の体積空隙率は、いずれの層も約２０％である。ただし、体積空隙率は約２０％に限定されるものではない。本実施形態において、各層の体積空隙率は、１０％以上かつ６０％以下が望ましい。ウォッシュコート層１１中の空隙１５は、排気ガスの拡散を促進する作用を有し、触媒４，５の排気ガス浄化能力を高める効果がある。また、空隙１５により、担体１０に近い部分の多孔質構造体１４に担持されている貴金属１７もセル１６に露出しており、排気ガス浄化反応に寄与する。したがって、全体として触媒として機能する貴金属１７の割合が高くなっている。
図１に示す触媒コンバータ装置１の触媒４、５のウォッシュコート層１１を構成する第１および第２ウォッシュコート層１２、１３のそれぞれの層を形成する多孔質構造体１４（図２参照）の一部である焼成されたアルミナは、高温で安定であり、また表面積が大きい。そのために触媒として機能する貴金属１７は、広く多孔質構造体１４中に分散されて担持されている。したがって、ウォッシュコート層１１中で触媒として機能する貴金属１７の割合は比較的高くなっている。
また、多孔質構造体１４を構成するセリアは、その中に含まれるセリウムイオンの価数の増減に基づく酸化還元能力を有している。そのため、排気ガス中に酸素ガスが過剰に残留する場合、セリアは過剰な酸素ガスの酸素原子と結合して、排気ガス中の酸素分圧を低下させる。また、排気ガス中の酸素ガスが少ない場合には、セリアに結合している酸素原子は遊離して、排気ガス中の酸素分圧を高める。このような多孔質構造体１４を構成するセリアの作用は、ストイキエンジンのように理論空燃比で空燃比制御が行われる場合には、排気ガス中の酸素分圧の極端な変動を緩衝するものである。その結果、排気ガス中の還元性の炭化水素および一酸化窒素並びに酸化性の窒素酸化物を同時に除去可能な排気ガス中の酸素分圧が維持される。多孔質構造体１４を構成するジルコニアは、セリアの熱安定性を高める作用を有する。このジルコニアの作用により、ウォッシュコート層１１の多孔質構造体１４が長時間、高温で使用された場合でも、前記したセリアの酸化・還元能力が維持される。
ウォッシュコート層１１を構成する第１ウォッシュコート層１２（図２参照）は、図１に示す第１触媒コンバータ２中の触媒４と第２触媒コンバータ３中の触媒５で共通であり、前記した多孔質構造体１４にバリウム（以下「Ｂａ」という）および貴金属１７としてＰｄが担持されている。この場合、ＢａはＰｄの高温安定性を高め、かつ、Ｐｄ粒子の粗大化を防ぐ効果がある。
ウォッシュコート層１１を構成する第２ウォッシュコート層１３（図２参照）は、図１の第１触媒コンバータ２中の触媒４と第２触媒コンバータ３中の触媒５では、担持されている貴金属１７が相違している。触媒４の第２ウォッシュコート層１３の多孔質構造体１４に担持されている貴金属１７は、Ｒｈである。触媒５の第２ウォッシュコート層１３の多孔質構造体１４に担持されている貴金属１７は、ＰｔとＲｈである。
本実施形態の触媒コンバータ装置１に保持されている触媒４，５のウォッシュコート層１１は、前記したように市販車Ｘのウォッシュコート層よりも約３０％薄くなっている。そのため、触媒４，５のウォッシュコート層１１に担持されている貴金属１７の密度は、市販車Ｘに使用されている触媒１０６ｂ、１０７ｂのウォッシュコート層に比べて高い。したがって、触媒４，５の排気ガス浄化能力は、市販車Ｘに使用されている触媒１０６ｂ、１０７ｂに比べて向上している。また、ウォッシュコート層１１が薄くなったため、触媒４，５の各セル１６の開口率が高くなっている。したがって、触媒４，５の排気抵抗は、テスト車Ｙに使用されている触媒に比べて低下している。
図２に示すウォッシュコート層１１は次の手順で作製される。まず、前記した多孔質構造体１４の原料粉末と貴金属成分と熱分解性あるいは可燃性の球体形状の成形体を溶媒（例えば、水）中に分散させたスラリーを作製する。前記成形体としては、発泡性樹脂および活性炭等が使用される。当該スラリー中に担体１０となるコージェライト製のハニカム基材を浸漬し、引き上げ、乾燥後、焼成することにより、担体１０上に第１ウォッシュコート層１２が形成される。ここで、前記したスラリーの濃度は、所定のウォッシュコート層厚になるように適宜調整される。前記した成形体は焼成により分解するため、第１ウォッシュコート層１２中に空隙１５が形成される。同様な工程が繰り返されることにより、既に形成された第１ウォッシュコート層１２上に空隙１５を有する第２ウォッシュコート層１３が形成される。このような手順により作製された触媒は、構成材料すべての耐熱温度が高いため、８００℃以上の耐熱性を有する。
以下、本実施形態のエンジンの触媒コンバータ装置１の作用及び効果について説明する。以下、エンジンの触媒コンバータ装置の排気ガス浄化能力について判定する対象の有害物質は、ＮＭＯＧ及びＮＯｘとする。また、排気ガス浄化能力は、次の３つのパラメータを基準として判定する。一つは、冷機始動時に単位距離を走行したときの排気ガス中の実際の残留有害物質量を、実走行時の走行距離に対して冷機始動走行の割合を考慮して補正した値、ＣＴ（mg／km）である。一つは、完全暖気時に単位距離を走行したときの排気ガス中の実際の残留有害物質量を、実走行時の走行距離に対して完全暖気走行の割合を考慮して補正した値、ＣＳ（mg／km）である。もう一つは、暖気後再始動時に単位距離を走行したときの排気ガス中の実際の残留有害物質量を、実走行時の走行距離に対して暖気後再始動走行の割合を考慮して補正した値、ＨＴ（mg／km）である。これら３種のパラメータの和、ＣＴ＋ＣＳ＋ＨＴを実走行における有害物質排出量の基準として、本実施形態の触媒コンバータ装置１の実施例および比較例の排気ガス浄化能力を判定する。すなわち、ＣＴ＋ＣＳ＋ＨＴの値が低いほど、触媒コンバータ装置の排気ガス浄化能力が高いことになる。
図７に示す市販車Ｘに用いられている触媒コンバータ１０９と図１に示す本実施形態の触媒コンバータ装置１とを同一のエンジンで比較した場合、ＣＴ＋ＣＳ＋ＨＴの値はＮＭＯＧ及びＮＯｘのいずれについても触媒コンバータ１０９の方が高い。これは、前記した触媒コンバータの構造の違いおよび触媒のウォッシュコート層の違いによる２つの要因によるものである。以下本実施形態で採用している前記した触媒４，５のウォッシュコート層１１の効果について説明する。
本実施形態の触媒コンバータ装置１について、２種類のエンジンの排気系統の構造を用いて排気ガス浄化能力の試験を実施した。試験に使用した１つのエンジンの排気系統の構造（以下「Ｇタイプの排気構造」という）は、図３に示す排気系統の構造である。図３は、テスト車Ｙに用いられるエンジンの排気系統の構造を示す斜視図である。このエンジン１００のＧタイプ排気構造では、シリンダブロック１０１の各気筒から排出される排気ガスが、エンジンヘッドブロック１０２およびエキゾーストマニホールド１０３を通って、触媒コンバータ装置１０８に送られる。触媒コンバータ装置１０８は、前記した本実施形態の触媒コンバータ装置１と同じ構造であり、触媒１０６ａが保持される第１触媒コンバータ１０４と触媒１０７ａが保持される第２触媒コンバータ１０５を有する。
試験に使用した他の1つのエンジンの排気系統の構造は、図４に示す排気系統の構造（以下「Ｈタイプ」の排気構造という）である。図４は、テスト車Ｚのエンジンに用いられる排気系統の構造を示す斜視図である。テスト車ＺのＨタイプの排気構造は、テスト車ＹのＧタイプの排気構造を改良したものである。図４に示すテスト車Ｚのエンジン２０１では、シリンダブロック２０２内の各気筒から排出される排気ガスが、エンジンヘッドブロック２０３内で集合され単一の空間を形成する排気系統を通り、エンジンヘッドブロック２０３の側面に形成された突出部２０３ａの排気出口２０８で結合される単一管の排気管２０６を通って、排気ガスが触媒コンバータ装置２１０に送られる。触媒コンバータ装置２１０は、前記した本実施形態の触媒コンバータ装置１と同じ構造であり、触媒２０９ａを保持する第１触媒コンバータ２０４及び触媒２０９ｂを保持する第２触媒コンバータ２０５を有する。
Ｈタイプの排気構造の場合、Ｇタイプの排気構造のエキゾーストマニホールド１０３（図３参照）よりも短い単一管の排気管２０６により、エンジンヘッドブロック２０２と第１触媒コンバータ２０４が結合されている。そのため、各気筒から触媒コンバータ装置２１０の間での排気ガスの熱放散を、Ｇタイプの排気構造よりも少なくすることができる。その結果、図４のＨタイプの排気構造によれば、図３のＧタイプの排気構造に比べて、第１触媒コンバータ２０４の触媒２０９ａの温度を高くすることができる。Ｈタイプの排気構造では、Ｇタイプの排気構造よりもさらに活性な状態で触媒２０９ａを機能させることができる。したがって、触媒コンバータ装置２１０の排気ガス浄化能力を高めることができるのである。
初めに、Ｇタイプの排気構造での試験における、本実施形態の触媒コンバータ装置の効果について説明する。図５（ａ）及び（ｂ）は、Ｇタイプの排気構造での触媒コンバータ装置の排気ガス浄化能力を比較した結果を示す図である。図５（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ排気ガス中の残留ＮＭＯＧ量及びＮＯｘ量について比較した結果を示す図である。図５（ａ）及び（ｂ）において、本実施形態の実施例（以下「実施例」という）である触媒コンバータ装置は、触媒コンバータ装置Ｃである。比較例１は、図３に示すテスト車Ｙの触媒コンバータ装置１０８に対応する触媒コンバータ装置Ａである。比較例１の触媒コンバータ装置Ａは、実施例の触媒コンバータ装置Ｃと同様な構造であり、第1触媒コンバータ１０４および第２触媒コンバータ１０５を有する。しかし、これらの触媒コンバータに保持される触媒１０６ａ、１０７aは市販車Ｘに搭載されているものと同様であり、形成されているウォッシュコート層が、本実施形態のウォッシュコート層１１よりも厚く、また空隙１５（図２参照）が形成されていない従来型のものである。また比較例２は、比較例１の触媒コンバータ装置Ａで保持される触媒の貴金属担持量を減らしたものである触媒コンバータ装置Ｂである。
図５（ａ）及び（ｂ）の結果からわかるように、比較例１の触媒コンバータ装置Ａと比べて、実施例の触媒コンバータ装置Ｃは触媒のセル数が半分で、かつ、担持される貴金属量が３分の１であるが、排気ガス中の残留ＮＭＯＧ量及び残留ＮＯｘ量はともに比較例１の触媒コンバータ装置Ａと同等のレベルである。このことから、実施例の触媒コンバータ装置Ｃによれば、比較例１の触媒コンバータ装置Ａと排気ガス浄化能力は同等であるが、排気抵抗を下げることができかつ担持される貴金属量を３分の１にできるという効果が得られる。
比較例２の触媒コンバータ装置Ｂの結果より（図５（ａ）及び（ｂ）参照）、比較例１の触媒コンバータ装置Ａにおいて、貴金属担持量を３分の１にした場合、排出ガス中の残留ＮＭＯＧ量及び残留ＮＯｘ量が増加する。したがって、比較例１の触媒コンバータ装置Ａで、排気器ガスの浄化能力を低下させることなく、触媒の貴金属担持量を減少させることはできない。実施例である触媒コンバータ装置Ｃで、触媒のセル数を減少させたにもかかわらず、比較例１に比べて排気器ガスの浄化能力を低下させることなく貴金属担持量を３分の１にできたのは、本実施形態のウォッシュコート層１１の厚さの作用及びウォッシュコート層１１に形成されている空隙の作用によるものである。
また、実施例の触媒コンバータ装置Ｃにおいて、用いられている触媒のセル数及び貴金属担持量を増やせば、Ｇタイプの排気構造において、比較例１の触媒コンバータ装置Ａよりも排気ガス浄化能力を高めることは十分可能である。
次に、Ｈタイプの排気構造での試験における、実施例の触媒コンバータ装置の効果について説明する。図６（ａ）及び（ｂ）は、Ｈタイプの排気構造における触媒コンバータ装置の排気ガス浄化能力を比較した結果を示す図である。図６（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ排気ガス中の残留ＮＭＯＧ量及び残留ＮＯｘ量について比較した結果を示す図である。図６（ａ）及び（ｂ）において、実施例は、触媒コンバータ装置Ｃである。また、比較例１は、前記した触媒コンバータ装置Ａである。比較例３は、比較例１の触媒コンバータ装置Ａでセル数を減らしたものである触媒コンバータ装置Ｄである。
図６（ａ）及び（ｂ）の結果からわかるように、実施例の触媒コンバータ装置Ｃは、比較例１の触媒コンバータ装置Ａと比べて、触媒のセル数が半分でかつ貴金属担持量が３分の１であるが、排気ガス中の残留ＮＭＯＧ量及び残留ＮＯｘ量はともに同等のレベルである。このことから、実施例の触媒コンバータ装置Ｃによれば、Ｈタイプの排気構造においても比較例１の触媒コンバータ装置Ａと排気ガス浄化能力は同等であるが、排気抵抗を下げることができ、かつ、担持される貴金属量を３分の１にできるという効果が得られる。
また、Ｈタイプの排気構造で比較例１の触媒コンバータ装置Ａで触媒のセル数を半分にした比較例３の触媒コンバータ装置Ｄでは、実施例の触媒コンバータ装置Ｃよりも明らかに排気ガス中の残留ＮＭＯＧ量及びＮＯｘ量が多い。実施例の触媒コンバータ装置Ｃと比較例３の触媒コンバータ装置Ｄの違いは貴金属担持量とウォッシュコート層である。貴金属担持量が多い方（触媒コンバータ装置Ｄ）が通常は排気ガス浄化能力が高いはずである。したがって、実施例の触媒コンバータ装置Ｃの効果は本実施形態のウォッシュコート層１１の厚さの作用及びウォッシュコート層１１に形成されている空隙の作用によるものである。
実施例の触媒コンバータ装置Ｃの排気ガス浄化能力は、Ｇタイプの排気構造よりもＨタイプの排気構造で向上している（図５（ａ）及び（ｂ）並びに図６（ａ）及び（ｂ）参照）。これは、前述したように排気系統の構造に起因してＨタイプの排気構造では、触媒コンバータ装置２１０の第１触媒コンバータ２０４の温度が高いためである。
また、実施例の触媒コンバータ装置Ｃにおいて保持される触媒のセル数及び貴金属担持量を増やせば、Ｈタイプの排気構造においても、テスト車Ｙに用いられている比較例１（図３参照）の触媒コンバータ装置Ａよりも、排気ガス浄化能力を高めることは十分可能である。
以上述べたＧタイプ及びＨタイプの排気構造での試験結果より、本実施形態に対応する触媒コンバータ装置Ｃは、テスト車Ｙに用いられている触媒コンバータ装置Ａと比べて排気圧力が低くかつ貴金属担持量が減少しているが、排気ガス浄化能力は同等である。この効果は、触媒コンバータ装置Ｃに用いられている触媒のウォッシュコート層１１によるものである。
従来は、エンジンの触媒コンバータ装置の排気ガス浄化能力を向上させるには、触媒コンバータ装置内の触媒のセル数及び貴金属担持量を増やすことが通常行われていた。しかし、本実施形態の実施例である触媒コンバータ装置Ｃによれば、触媒コンバータ装置の排気ガス浄化能力を向上させるとともに、触媒コンバータ装置に保持される触媒のセル数及び貴金属担持量を減少させることが可能である。したがって、本実施形態の触媒コンバータ装置１は、触媒コンバータ装置の排気ガス浄化能力を向上させる効果とともに、エンジンの排気圧力を下げて、かつ、エンジンの出力を高め、かつ、貴金属使用による自動車のコストを下げる効果がある。
実施例では、第１及び第２触媒コンバータに保持される触媒のセル数をそれぞれ４００及び３５０、また触媒コンバータ装置の貴金属担持量を４ｇとしたが、請求項１に記載の発明は、これらに限定されるものではない。請求項１にかかる発明の趣旨に反しない範囲で、セル数及び触媒コンバータ装置の貴金属担持量は変化させることが可能である。
本実施形態のエンジンの排気ガス浄化用の触媒コンバータ装置の斜視図である。 本実施形態の触媒コンバータ装置を構成する第１触媒コンバータ及び第２触媒コンバータにそれぞれ保持される触媒のハニカム構造の担体及びこの担体上に形成されているウォッシュコート層の断面図である。 テスト車Ｙのエンジンに用いられる排気系統の構造を示す斜視図である。 テスト車Ｚのエンジンに用いられる排気系統の構造を示す斜視図である。 Ｇタイプの排気構造での触媒コンバータ装置の排気ガス浄化能力を比較した結果を示す図であり、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ排気ガス中の残留ＮＭＯＧ量及びＮＯｘ量について比較した結果を示す図である。 Ｈタイプの排気構造における触媒コンバータ装置の排気ガス浄化能力を比較した結果を示す図であり、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ排気ガス中の残留ＮＭＯＧ量及び残留ＮＯｘ量について比較した結果を示す図である。 市販車Ｘのエンジンの排気系統の構造を示す斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ触媒コンバータに保持されるエンジンの排気ガス浄化用の触媒の斜視図及び内部構造の断面拡大図である。
符号の説明
１ 触媒コンバータ装置
２ 第１触媒コンバータ
３ 第２触媒コンバータ
４，５ 触媒
６ 排気管
１０ 担体
１１ ウォッシュコート層
１１ａ ウォッシュコート層（辺部分）
１１ｂ ウォッシュコート層（コーナ部分）
１２ 第1ウォッシュコート層
１３ 第２ウォッシュコート層
１４ 多孔質構造体
１５ 空隙
１６ セル
１７ 貴金属

Claims (1)

  1. 自動車用内燃エンジンの後に結合される第１触媒コンバータと前記第１触媒コンバータの後に結合される第２触媒コンバータよりなり、前記第１触媒コンバータと前記第２触媒コンバータのそれぞれに排気ガス浄化用触媒が保持される自動車用内燃エンジンの触媒コンバータ装置であって
    前記第１触媒コンバータと前記第２触媒コンバータのそれぞれに保持される排気ガス浄化用触媒の担体上に形成されるウォッシュコート層の厚さが０．２mm以下であり、
    前記ウォッシュコート層が２層よりなり、
    前記２層からなるウォッシュコート層の各層が空隙を有すること、
    を特徴とする自動車用内燃エンジンの排気ガス浄化用触媒コンバータ装置。
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