JP2009174343A - 吸着部材付き触媒コンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】 吸着部材の耐久性を向上できる吸着部材付き触媒コンバータ１の提供。
【解決手段】 制御部１３は、吸着部材２ｂの離脱終了後は、メイン管５の弁Ｖ１を開く一方、バイパス管６の弁Ｖ２を閉じた状態とすることで、エンジンａ１からの排気の全量をメイン管５に流入させることとした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、吸着部材付き触媒コンバータに関する。

従来、排気中の炭化水素を吸着・離脱可能な吸着部材と、この吸着部の下流側に連通した状態で配置され、排気を浄化可能な触媒担体とを収容した吸着部材付き触媒コンバータの技術が公知になっている（特許文献１参照）。
特開２００６−１９４２３１号公報

しかしながら、従来の発明にあっては、特に、排気がメイン管とバイパス管に分岐した後、触媒担体の上流側で再び合流する場合に、大きな排気騒音が発生する虞があった。
この結果、センタマフラやリアマフラに大きな設計変更を必要とし、排気系の大型化やコストアップに繋がるという問題点あった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、消音機能を有する吸着部材付き触媒コンバータを提供することである。

請求項１記載の発明では、排気中の炭化水素を吸着・離脱可能な吸着部材と、この吸着部の下流側に連通した状態で配置され、排気を浄化可能な触媒担体とを収容した本体と、エンジンからの排気を触媒担体に導くメイン管と、上記メイン管の上流側から分岐してエンジンからの排気を吸着部材に導くバイパス管と、上記メイン管とバイパス管に流入する排気ガスの流通態様を弁の開閉動作により変更可能な制御部を備える吸着部材付き触媒コンバータにおいて、上記本体内に排気騒音を低減可能な消音手段を備えることを特徴とする。

請求項１記載の発明では、本体内に排気騒音を低減可能な消音手段を備えるため、本体内を排気が通過する際に発生する排気騒音を消音手段によって低減できる。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

以下、実施例１を説明する。
図１は実施例１の排気系を示す全体図、図２は実施例１の吸着部材付き触媒コンバータを示す側面図、図３〜６は実施例１の作用を説明する図、図７は実施例１の効果を説明する実験結果を示す図である。

先ず、全体構成を説明する。
図１に示すように、実施例１の自動車の排気系は、エンジンａ１と、触媒コンバータａ２と、吸着部材付き触媒コンバータ１と、センタマフラａ３と、リアマフラａ４が接続管ｂ１（エキゾーストマニホールド）、ｂ２、ｂ３、ｂ４を介して連結されている。

触媒コンバータａ２は、公知のものと同様に筒状の本体内に図示を省略する金属触媒担体またはセラミックス製触媒担体が採用される他、エンジンａ１側から流入した排気中の有害成分（ＨＣ、ＣＯ、Ｎｏｘ等）を無害成分（ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ等）に浄化して下流側へ排出するものである。
そして、この触媒コンバータａ２の下流側には、後述する吸着部材付き触媒コンバータ１が設けられている。

図２に示すように、吸着部材付き触媒コンバータ１は、吸着部２及び触媒部３等を有する本体４と、メイン管５と、バイパス管６等が備えられている。
吸着部２は、金属製で円筒状のシェル７ａ内に収容されている。
具体的には、シェル７ａの上流側端部は略お碗状のエンドプレート７ｂで閉塞される他、その内部には略皿状のバッフルプレート7c,7dが離間して介装され、これにより、シェル７ａ内に２つの室R1,R2が形成されている

そして、２枚のバッフルプレート7c,7dを貫通した状態で吸着部２が設けられている。

吸着部２は、金属製で円筒状の外筒２ａと、この外筒２ａに収容された吸着部材２ｂとから構成されている。
なお、吸着部材２ｂは、公知のものと同様に軸方向へ貫通形成されたセル（図示せず）の表面にゼオライト等の吸着材をコーティングしてなるものが採用されている。
また、バッフルプレート７ｃにおける後述するメイン管５の貫通部位には、所定の隙間８が形成されている。
また、シェル７ａの下流側端部には、金属製で円筒状のシェル９が連通接続され、さらに、このシェル９の下流側端部には後述する触媒部３の外筒３ａが連通接続されている。
これにより、バッフルプレート７ｄと触媒担体３ｂとの間に室Ｒ３が形成される他、吸着部材２ｂは室R1,R3に臨んだ状態で配置されている。

触媒部３は、金属製で円筒状の外筒３ａと、この外筒３ａに収容された円柱状の触媒担体３ｂとから構成されている。
触媒担体３ｂは、前述した触媒コンバータａ２の触媒担体と同様に、公知の金属触媒担体またはセラミックス製触媒担体が採用されている。
外筒３ａの下流側端部には、下流側へ行くにつれて縮径されたディフューザ１０が連通接続されると共に、このディフィーザ１０の下流側端部には接続管ｂ３と連通接続するためのフランジ１１が固定されている。

メイン管５の上流側端部には、接続管ｂ２と連通接続するためのフランジ１２が固定される一方、下流側端部はエンドプレート７ｂ、バッフルプレート7c,7dを貫通して室Ｒ３に連通接続されている。

バイパス管６の上流側端部は、メイン管５の上流側から分岐した状態で連通接続される一方、下流側端部はエンドプレート７ｂから室Ｒ１に連通接続されている。

さらに、メイン管５とバイパス管６における分岐位置の下流側には、弁V1,V2が設けられると共に、これら両弁V1,V2の開閉動作は制御部１３によって制御されている。
なお、実施例１の両弁V1,V2は軽量・安価なバタフライ弁が採用されている。

また、制御部１３は、エンジンコントロールユニット１４（ＥＣＵ１４）に電気的に接続されている。
さらに、制御部１３は、吸着部材２ｂ及び触媒担体３ｂの表面温度または下流側雰囲気温度を検出するための温度センサ15,16にも電気的に接続されている。
その他、前述した金属製の構成部材の接合部同士は図示を省略する溶接等により固定されている。

次に、作用を説明する。
<排気の浄化作用について>
このように構成された吸着部材付き触媒コンバータ１では、制御部１３がＥＣＵ１４からのエンジンａ１の稼働状態と各温度センサ15,16の検出結果に基づいて、エンジンａ１の始動開始から下記表１のように各弁V1,V2の開閉動作を制御する。

（１）エンジン始動時から吸着部材が離脱温度となるまで
先ず、エンジン始動時から排気の温度が上昇して、吸着部材２ｂが離脱温度となるまでは、メイン管５の弁Ｖ１を閉じる一方、バイパス管６の弁Ｖ２を開いた状態とする。
なお、吸着部材２ｂの離脱温度は一般的に２５０℃（＝温度センサ１５の検出結果）以上である。

これにより、図３に示すように、排気（図中破線で図示）の全量をバイパス管６から室Ｒ１に流入させた後、吸着部材２ｂを通過させる。
その後、吸着部材２ｂを通過して室Ｒ３に流入した排気を触媒担体３ｂに通過させた後、下流側へ排出する。
この際、吸着部材２ｂでは通過する排気中の炭化水素を吸着する。
また、排気の温度は低温であるため、触媒コンバータａ２の触媒担体及び触媒担体３ｂは機能しない（表１参照）。

従って、エンジン始動時において、触媒コンバータａ２の触媒担体及び触媒担体３ｂが機能していない間に排気中の炭化水素が大気放出されるのを防止できる。

（２）吸着部材の離脱温度から触媒担体が活性温度になるまで
次に、吸着部材２ｂが離脱温度となって触媒担体３ｂが活性温度になるまでは、メイン管５の弁Ｖ１を開く一方、バイパス管６の弁Ｖ２を閉じた状態とする。
なお、触媒担体３ｂの活性温度は一般的に３５０℃以上（＝温度センサ１６の検出結果）である。

これにより、図４に示すように、排気（図中破線で図示）の全量をメイン管５から室Ｒ３に流入させた後、さらに触媒担体３ｂを通過させて下流側へ排出する。
この際、触媒コンバータａ２の触媒担体は活性温度になっており、排気中の炭化水素は触媒コンバータａ２の触媒担体によって浄化できるようになっている（表１参照）。

（３）触媒担体が活性温度になってから吸着部材が離脱を終了するまで
次に、触媒担体３ｂが活性温度になってから吸着部材２ｂが離脱を終了するまでは、両弁V1,V2を共に開いた状態とする。
なお、吸着部材２ｂの離脱終了は、弁Ｖ２を開いてから所定時間後とする。あるいは、室Ｒ２に炭化水素濃度を測定するセンサを設けて検出したり、公知のようにＥＣＵ１４からの信号を基に吸着部材２ｂに残留する炭化水素量を推測して判定するようにしても良い。

これにより、図５に示すように、バイパス管６とメイン管５の両方に排気を流入させて、触媒担体３ｂに通過させた後、下流側へ排出する。
この際、吸着部材２ｂでは吸着していた炭化水素を離脱させて下流側へ排出する。
また、触媒担体３ｂでは、バイパス管６とメイン管５を介して通過する排気中の前述した炭化水素を含む有害成分を無害成分に浄化した後、下流側へ排出する（表１参照）。

（４）吸着部材が離脱を終了した後
次に、吸着部材２ｂが離脱を終了した後は、メイン管５の弁Ｖ１を開く一方、バイパス管６の弁Ｖ２を閉じた状態とする。

これにより、図６に示すように、排気（図中破線で図示）の全量をメイン管５から室Ｒ３に流入させた後、触媒担体３ｂに通過させて下流側へ排出する。
この際、吸着部材２ｂの炭化水素は完全に離脱した初期状態となる。
また、触媒担体３ｂでは、バイパス管６とメイン管５を介して通過する排気中の有害成分を無害成分に浄化した後、下流側へ排出する（表１参照）。

従って、排気がバイパス管６を介して吸着部材２ｂを通過することがなく、吸着部材２ｂの耐久性を向上できる。
また、吸着部材２ｂのゼオライト等のコーティング量や触媒担体３ｂの触媒量を減らすことができ、単体コストを低く抑えることができる。
また、吸着部材２ｂの離脱終了後の車両通常走行時において、通気抵抗が比較的大きい吸着部材２ｂに排気を通過させる必要がなく、排気抵抗を軽減して出力向上に貢献できる。

次に、前述した（１）〜（４）の場合における時間（Time）と炭化水素の排出量（HC Emission）の関係図を実験等を通じて得られた結果を図７に示す。
図７に示すように、実施例１の発明品は、上述した（３）で触媒担体３ｂが活性状態になる前に排出される炭化水素の排出量を低く抑えることができる。

<消音作用について>
実施例１では前述したように、室Ｒ１と室Ｒ２がバッフルプレート７ｃの隙間８を介して連通状態となっている。

そして、前述した（１）、（３）で排気がバイパス管６に流入する際に、室Ｒ２に流入した排気騒音のエネルギーを隙間８を介して室Ｒ２に進入させて共鳴させることにより、室Ｒ２を共鳴室として機能させることができ、排気騒音を低減できる。
ここで、室Ｒ２の共鳴の周波数は室Ｒ２の容積等の設定により適宜設定できる。
例えば、メイン管５とバイパス管６に排気が分岐して再び合流する前述の（３）の場合において、透過音による排気騒音が大きくなると思われるため、この特性に合わせて設定する。

あるいは、共鳴室はエンジン始動開始直後やアイドリング運転時等のエンジンが２０００ｒｐｍ以下の低回転時に発生する所謂こもり音の発生を低減するのに好適であり、この状況はバイパス管６に排気が流入する前述の（１）の場合において、条件が一致するため、この特性に合わせて設定する。

さらに、実施例１では、排気がバイパス管８から室Ｒ１に流入する際や、メイン管５から室Ｒ３に流入する際に、拡張作用による排気騒音のエネルギー減衰により消音性能を向上できる。

次に、効果を説明する。
以上、説明したように、実施例１の発明では、本体４内に室Ｒ２を備えるため、本体４内を排気が通過する際に発生する排気騒音を低減できる。

また、室Ｒ２はバイパス管に排気が流入した際に機能するため、特に、排気がメイン管５とバイパス管６に分岐した後、触媒担体３ｂの上流側で再び合流する場合に発生する排気騒音を低減できる。

また、室Ｒ２を共鳴室としたため、比較的簡単なチューニングで排気騒音を低減できる。
加えて、共鳴室はエンジン始動開始直後やアイドリング運転時等のエンジンが低回転時に発生しやすい所謂こもり音の発生を低減するのに好適であるが、この状況はバイパス管６に排気が流入する条件と一致し易く好適となる。

以上、実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、実施例１では、吸着部２と触媒部３を別体で構成して連通接続したが、共用の筒状の本体４にこれらを収容することもできる。

また、実施例１では、吸着部材２ｂや触媒担体３ｂの温度を温度センサ15,16によって直接検出したが、その他の各種センサを用いて検出したり、ＥＣＵ１４からの情報に基づいて推測しても良い。

実施例１の排気系を示す全体図である。 実施例１の吸着部材付き触媒コンバータを示す側面図である。 実施例１の作用を説明する図である。 実施例１の作用を説明する図である。 実施例１の作用を説明する図である。 実施例１の作用を説明する図である。 実施例１の効果を説明する実験結果を示す図である。

符号の説明

ａ１ エンジン
ａ２ 触媒コンバータ
ａ３ センタマフラ
ａ４ リアマフラ
ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４ 接続管
Ｒ１、Ｒ２ 室
Ｖ１、Ｖ２ 弁
１ 吸着部材付き触媒コンバータ
２ 吸着部
２ａ 外筒
２ｂ 吸着部材
３ 触媒部
３ａ 外筒
３ｂ 触媒担体
４ 本体
５ メイン管
６ バイパス管
７ａ 外筒
７ｂ エンドプレート
７ｃ、７ｄ バッフルプレート
８ 隙間
９ シェル
１０ ディフィーザ
１１、１２ フランジ
１３ 制御部
１４ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
１５、１６ 温度センサ

Claims (3)

1. 排気中の炭化水素を吸着・離脱可能な吸着部材と、この吸着部の下流側に連通した状態で配置され、排気を浄化可能な触媒担体とを収容した本体と、
   エンジンからの排気を触媒担体に導くメイン管と、
   前記メイン管の上流側から分岐してエンジンからの排気を吸着部材に導くバイパス管と、
   前記メイン管とバイパス管に流入する排気ガスの流通態様を弁の開閉動作により変更可能な制御部を備える吸着部材付き触媒コンバータにおいて、
   前記本体内に排気騒音を低減可能な消音手段を備えることを特徴とする吸着部材付き触媒コンバータ。
2. 請求項１記載の吸着部材付き触媒コンバータにおいて、
   前記消音手段はバイパス管に排気が流入した際に機能することを特徴とする吸着部材付き触媒コンバータ。
3. 請求項１記載の吸着部材付き触媒コンバータにおいて、
   前記消音手段を共鳴室としたことを特徴とする吸着部材付き触媒コンバータ。

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