JP2009508049A - Exhaust gas purification components for purifying exhaust gas of internal combustion engines - Google Patents

Exhaust gas purification components for purifying exhaust gas of internal combustion engines Download PDF

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Abstract

排気ガス用の複数のフローダクト(2)が貫通する担体を有する、内燃機関内の排気ガスを浄化するために提案された排気ガス浄化コンポーネントである。フローダクトの壁(3)の少なくとも一部に酸素貯蔵能を有するコーティングが施されている。本発明によれば、担体の第1の区画領域(5、5’、5’’)は、酸素貯蔵能を有するコーティングが施されており、担体の第2の区画領域(6、6’、6’’)は、酸素貯蔵能を有するコーティングを施さずに作製されるか又は第1の領域(5、5’、5’’)と比較して酸素貯蔵能がかなり低いコーティングが施されている。  1 is an exhaust gas purification component proposed for purifying exhaust gas in an internal combustion engine having a carrier through which a plurality of flow ducts (2) for exhaust gas penetrate. At least a part of the wall (3) of the flow duct is provided with a coating having an oxygen storage capacity. According to the invention, the first compartment region (5, 5 ′, 5 ″) of the carrier is coated with an oxygen storage capacity and the second compartment region (6, 6 ′, 6 ″) is made without a coating having an oxygen storage capacity or a coating having a considerably lower oxygen storage capacity compared to the first region (5, 5 ′, 5 ″). Yes.

Description

本発明は、請求項1の前段に記載の特徴を有する、内燃機関の排気ガスを浄化するための排気ガス浄化コンポーネントに関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification component for purifying exhaust gas of an internal combustion engine, having the features described in the first part of claim 1.

内燃機関の排気ガスを浄化するために、排気ガス用の複数のフローダクトが貫通する円筒形の担体を排気部分に設けるのが一般的である。触媒で支援される排気ガスの浄化のために、ダクトには、通常、触媒活性コーティングが施されており、これにより、ダクト内を流れる排気ガスはコーティングと接触し、コーティングによって触媒され、排気ガス成分の転換プロセスが発生し得る。コーティングは、しばしば酸素貯蔵能を有する。これにより、特に、レドックス反応の触媒作用が可能になる。   In order to purify the exhaust gas of an internal combustion engine, it is common to provide a cylindrical carrier in the exhaust portion through which a plurality of exhaust gas flow ducts pass. For catalyst-assisted exhaust gas purification, the duct is usually provided with a catalytically active coating, whereby the exhaust gas flowing in the duct comes into contact with the coating and is catalyzed by the coating. A component conversion process may occur. The coating often has oxygen storage capacity. This makes it possible in particular to catalyze redox reactions.

特に、温度上昇に起因する応力は、排気ガス浄化コンポーネントを老化させ、それにともなって、排気ガス浄化コンポーネントの機能が低下する。酸素貯蔵能を有するコーティングが施された排気ガス浄化コンポーネントでは、老化が、酸素貯蔵機能の低下を伴う可能性がある。このような望ましくない老化が発生すると、対応する排気ガス浄化コンポーネントの信頼性が低下する。   In particular, the stress caused by the temperature rise causes the exhaust gas purification component to age, and accordingly, the function of the exhaust gas purification component decreases. In exhaust gas purification components with a coating having oxygen storage capability, aging can be accompanied by a decrease in oxygen storage capability. When such undesirable aging occurs, the reliability of the corresponding exhaust gas purification component decreases.

本発明の目的は、動作信頼度が改良された排気ガス浄化コンポーネントを提供することにある。   It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purification component with improved operational reliability.

前述目的は、請求項1に記載の特徴を有する排気ガス浄化コンポーネントによって達成される。   The object is achieved by an exhaust gas purification component having the features of claim 1.

本発明によれば、担体の第1の区画領域は、酸素貯蔵能を有するコーティングが施され、担体の第2の区画領域は、酸素貯蔵能を有するコーティングを施さずに作製されるか又は第1の領域と比較して酸素貯蔵能がかなり低いコーティングが施されている。   According to the invention, the first compartment region of the carrier is provided with a coating with oxygen storage capacity and the second compartment region of the support is made without a coating with oxygen storage capacity or the second compartment region. A coating with a considerably lower oxygen storage capacity compared to the region 1 is applied.

コーティングとしては、薄め塗膜と呼ばれる方式で具現化されるコーティングを使用するのが好ましい。所望の機能に応じて、コーティングは、細かく分散した触媒活性貴金属(特にプラチナ群の)を含有し得る。コーティングが酸素貯蔵能を有する場合、コーティングには酸素を貯蔵することができる材料、例えば、希土類元素の酸化物等が含まれる。当該材料は、この場合、コーティングが全面的に酸素貯蔵能を有するように、コーティング又は薄め塗膜内に均一に分散される。コーティングが全面的に酸素貯蔵能を有するようにコーティング内に均一に分散される、酸素貯蔵能を有する材料としては、酸化セリウムに基づく酸化物及び/又は酸化プラセオジミウムに基づく酸化物、若しくは混合された酸化物が特に好ましい。第1の領域については、酸素貯蔵能を有する材料がおよそ20%〜70%の割合でコーティング内に含まれることが好ましい。一方、第2の領域については、10%未満の含有率とすることが好ましい。しかしながら、第2の領域では、コーティングがそのような材料を全く含まなくてもよい、又はコーティングを全く施さなくてもよい。簡単のため、以下においては第1の領域及び第2の領域の実施形態は、高OSC領域、及び低OSC又は無OSC領域と呼ぶことにする(OSC=酸素貯蔵能)。   As the coating, it is preferable to use a coating embodied in a method called a thin coating film. Depending on the desired function, the coating may contain finely dispersed catalytically active noble metals (particularly of the platinum group). If the coating has oxygen storage capacity, the coating includes materials capable of storing oxygen, such as rare earth oxides. In this case, the material is evenly dispersed in the coating or dilute coating so that the coating has an overall oxygen storage capacity. Oxygen storage materials that are uniformly dispersed in the coating so that the coating is fully oxygen storage can include oxides based on cerium oxide and / or oxides based on praseodymium oxide, or mixed. Oxides are particularly preferred. For the first region, it is preferred that the material with oxygen storage capacity is included in the coating at a rate of approximately 20% to 70%. On the other hand, the content of the second region is preferably less than 10%. However, in the second region, the coating may not contain any such material or may have no coating applied. For simplicity, in the following, the embodiments of the first region and the second region will be referred to as a high OSC region and a low OSC or no OSC region (OSC = oxygen storage capacity).

担体の区画された領域にのみ高OSCコーティングが施される本発明に係る実施形態の中では、酸素貯蔵能を有する材料によって発生する化学的な転換は、主に又は完全に排気ガス浄化コンポーネントの当該領域に限定される。これにより、転換に関連する熱の放出もこの領域に限定され、結果として、排気ガス浄化コンポーネントの温度負荷は、少なくとも残りの領域では減少する。酸素貯蔵能は老化によって低下する可能性があるので、高OSC領域内の酸素貯蔵能を記録することにより排気ガス浄化コンポーネントの老化の程度を記録又は評価することも可能である。過度の老化又は急激な老化が検出された場合は、内燃機関の運用に介入して、これに歯止めをかけることができる。これにより、排気ガス浄化コンポーネントの耐用年数及び動作信頼度も向上する。   In embodiments according to the present invention in which only a defined area of the carrier is provided with a high OSC coating, the chemical transformation generated by the material with oxygen storage capacity is mainly or completely of the exhaust gas purification component. Limited to this area. Thereby, the heat release associated with the conversion is also limited to this region, with the result that the temperature load of the exhaust gas purification component is reduced, at least in the remaining region. Since the oxygen storage capacity can be reduced by aging, it is also possible to record or evaluate the degree of aging of the exhaust gas purification component by recording the oxygen storage capacity in the high OSC region. If excessive aging or rapid aging is detected, it is possible to intervene in the operation of the internal combustion engine and stop it. This also improves the service life and operational reliability of the exhaust gas purification component.

用途に応じて、排気ガス浄化コンポーネントの第1及び第2の領域として、種々の形状の領域を具現化することが可能である。例えば、担体の全長にわたり延在するが、その断面領域の全体にわたり延在するわけでない第1及び/又は第2の領域を実現することが可能である。一方で、担体の断面領域の全体にわたり延在するが、担体の全長にわたり延在するわけではない第1及び/又は第2の領域を実現することも可能である。   Depending on the application, various shaped regions can be implemented as the first and second regions of the exhaust gas purification component. For example, it is possible to realize a first and / or second region that extends over the entire length of the carrier, but not over its entire cross-sectional area. On the other hand, it is also possible to realize first and / or second regions that extend over the entire cross-sectional area of the carrier, but not over the entire length of the carrier.

本発明の一実施形態では、第1の領域及び/又は第2の領域は、担体の断面全体にわたり延在するが、軸方向については担体の範囲に関して制限される。この実施形態は特に浸漬/吸着コーティングにより製造するのが簡単である。   In one embodiment of the invention, the first region and / or the second region extend over the entire cross section of the carrier, but are limited in terms of the extent of the carrier in the axial direction. This embodiment is particularly simple to manufacture by dip / adsorption coating.

本発明の更なる改良形態では、第1の領域が第2の領域に隣接している。特に、高OSC領域は、担体の断面全体にわたり延在するとともに、断面全体にわたり同様に延在する低OSC領域又は無OSC領域と軸方向に隣接している。このように、接合部は明確に形成され、担体の軸方向に局限化されている。   In a further refinement of the invention, the first region is adjacent to the second region. In particular, the high OSC region extends across the entire cross-section of the carrier and is axially adjacent to the low OSC region or the non-OSC region that also extends over the entire cross-section. Thus, the joint is clearly formed and localized in the axial direction of the carrier.

本発明の更なる改良形態では、第1の高OSC領域が、担体の長さのより大きな部分にわたって延在する。この実施形態は、排気ガス浄化コンポーネントの機能に関する絶対値の点から見て高い酸素貯蔵能を必要とする排気ガス浄化コンポーネントの場合、特に有利となる。これは、例えば、三元触媒コンバータでのケースである。   In a further refinement of the invention, the first high OSC region extends over a larger part of the length of the carrier. This embodiment is particularly advantageous in the case of exhaust gas purification components that require a high oxygen storage capacity in terms of absolute values for the function of the exhaust gas purification component. This is the case, for example, with a three-way catalytic converter.

本発明の更なる改良形態では、第1の高OSC領域が、担体の入口端部から距離をおいた箇所から軸方向に担体の出口端部まで延在する。したがって、担体の入力端部、好ましくは円板状の領域は、OSCが低くなっている又はOSCを持たない。これにより、酸素を貯蔵する材料は、温度応力を、通常、特に受けやすい排気ガス浄化コンポーネントの入口領域での老化の進行が防止される。更に、酸素を貯蔵する材料によって生じる熱供給反応は、入口領域から軸方向を後方に向かって発生していく。一方で、OSCが低い又は無OSCを持たない入口領域の下流には、排気ガス浄化コンポーネントの機能に利用可能な酸素貯蔵能が十分に存在する。   In a further refinement of the invention, the first high OSC region extends axially from the distance from the inlet end of the carrier to the outlet end of the carrier. Thus, the input end of the carrier, preferably the disc-shaped region, has a low OSC or no OSC. This prevents the material storing oxygen from undergoing aging in the inlet region of the exhaust gas purification component, which is usually particularly susceptible to thermal stress. Further, the heat supply reaction caused by the oxygen storage material is generated from the inlet region toward the rear in the axial direction. On the other hand, there is sufficient oxygen storage capacity available for the function of the exhaust gas purification component downstream of the inlet region where the OSC is low or has no OSC.

本発明の更なる改良形態では、排気ガス浄化コンポーネントには、互いに距離をおいた少なくとも2つの第1(高OSC)領域が設けられる。円板形をした低OSC又は無OSC領域と高OSC領域とが軸方向に交互に繰り返し配置される場合は、排気ガス浄化コンポーネントとしての排気ガス触媒コンバータの機能にとって特に有利である。   In a further refinement of the invention, the exhaust gas purification component is provided with at least two first (high OSC) regions spaced from each other. When the disk-shaped low OSC or non-OSC region and the high OSC region are alternately and repeatedly arranged in the axial direction, it is particularly advantageous for the function of the exhaust gas catalytic converter as the exhaust gas purification component.

本発明の更なる改良形態では、排気ガス浄化コンポーネントが排気ガス触媒コンバータとして具現化される。触媒コンバータは、ここでは、非担持型の触媒コンバータとして参照されるタイプとすることも、担持型の触媒コンバータとして参照されるタイプとすることも可能である。本発明に係る排気ガス浄化コンポーネントの一実施形態は、三元触媒コンバータとすると特に有利となる。   In a further refinement of the invention, the exhaust gas purification component is embodied as an exhaust gas catalytic converter. The catalytic converter can be of the type referred to herein as a non-supported catalytic converter or of the type referred to as a supported catalytic converter. One embodiment of the exhaust gas purification component according to the invention is particularly advantageous when it is a three-way catalytic converter.

本発明の更なる改良形態では、排気ガス浄化コンポーネントが排気ガス粒子フィルタとして具現化される。これは、所謂ウォールフロータイプの粒子フィルタであることが好ましい。粒子フィルタのダクトは、ここでは、そのガス入口側及び/又はガス出口側に沿って触媒作用を及ぼすようにコーティングを施すことも、触媒コーティングを実質的に施さないとすることも可能である。   In a further refinement of the invention, the exhaust gas purification component is embodied as an exhaust gas particle filter. This is preferably a so-called wall flow type particle filter. The duct of the particle filter can here be coated so as to catalyze along its gas inlet side and / or gas outlet side, or it can be substantially uncoated.

本発明の更なる改良形態では、第1の領域内の酸素貯蔵能を有するコーティングの温度を記録するために温度記録手段が提供されている。このようにして、高OSCコーティングによって生じるレドックス反応に起因する温度変化を記録することが可能である。老化のせいでコーティングの機能が低下する場合は、コーティングの温度の記録を参照することで、その状態を検出することができる。特に、酸素を貯蔵する材料の改質プロセスでの前記変化は、酸素が貯蔵されると発生し、通常、実熱量を伴うので、コーティングの温度を記録することにより、前記変化を検出することが可能である。酸素貯蔵能を有するコーティングの酸素貯蔵能は、前記コーティングの温度の記録により、記録することが可能である。これにより、排気ガス浄化コンポーネントを診断することができる。老化によって引き起こされる、酸素を貯蔵するコーティングの機能の劣化は、温度を記録することにより検出できるからである。   In a further refinement of the invention, a temperature recording means is provided for recording the temperature of the coating with oxygen storage capacity in the first region. In this way, it is possible to record the temperature change due to the redox reaction caused by the high OSC coating. If the function of the coating is reduced due to aging, the condition can be detected by referring to a record of the temperature of the coating. In particular, the change in the process of modifying the material that stores oxygen occurs when oxygen is stored and usually involves a real amount of heat, so the change can be detected by recording the temperature of the coating. Is possible. The oxygen storage capacity of a coating having oxygen storage capacity can be recorded by recording the temperature of the coating. Thereby, the exhaust gas purification component can be diagnosed. This is because the deterioration of the function of the oxygen storing coating caused by aging can be detected by recording the temperature.

本発明の有利な実施形態については、図面に示してあり、以下に説明する。なお、前述した特徴及び以下に説明する特徴は、それぞれ指定された特徴の組合せで使用できるだけでなく、本発明の範囲を逸脱することなく他の組合せ又は単独でも使用可能である。   Advantageous embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are described below. It should be noted that the above-described features and the features described below can be used not only in the combination of the specified features, but also in other combinations or alone without departing from the scope of the present invention.

図1は、ハニカム体構造を備える排気ガス触媒コンバータとして具現化された排気ガス浄化コンポーネント1の略図である。排気ガス触媒コンバータ1は、ハニカム体自体が触媒活性材料で構成される非担持型の触媒コンバータとして参照されるものとして具現化することができるが、以下においては金属又はセラミック製の担体を備える担持型の排気ガス触媒コンバータが存在することを前提とする。担体には複数のフローダクト2が貫通しており、このフローダクト2の壁3の少なくとも一部分にはコーティングが施されている(詳細は図示せず)。ここでは、コーティングは、触媒活性コーティングであることが好ましい。矢印4で示された排気ガスの流れる方向に関して、排気ガス触媒コンバータ1の後部5には、高OSCコーティング、即ち、比較的高い酸素貯蔵能を有するコーティングが施されている。一方、後部5と比べてかなり短い入口端部領域6では、排気ガス触媒コンバータ1は、無OSC又は低OSCとなっている。ここで入口端部領域6には、コーティングを施さなくてもよいし、酸素貯蔵能を持たないコーティング又は酸素貯蔵能が比較的低いコーティングを施してもよい。製造技術上の理由からは、各領域5、6においてフローダクト2の壁3にコーティングがほぼ均一に塗布され、その範囲として排気ガス触媒コンバータ1の断面全体を含むことが好ましい。   FIG. 1 is a schematic diagram of an exhaust gas purification component 1 embodied as an exhaust gas catalytic converter with a honeycomb structure. The exhaust gas catalytic converter 1 can be embodied as being referred to as an unsupported catalytic converter in which the honeycomb body itself is made of a catalytically active material, but in the following, it is supported with a metal or ceramic carrier. It is assumed that there is an exhaust gas catalytic converter of the type. A plurality of flow ducts 2 pass through the carrier, and at least a part of the wall 3 of the flow duct 2 is coated (details are not shown). Here, the coating is preferably a catalytically active coating. With respect to the flow direction of the exhaust gas indicated by the arrow 4, the rear part 5 of the exhaust gas catalytic converter 1 is provided with a high OSC coating, that is, a coating having a relatively high oxygen storage capacity. On the other hand, in the inlet end region 6 that is considerably shorter than the rear portion 5, the exhaust gas catalytic converter 1 has no OSC or low OSC. Here, the inlet end region 6 may not be coated, or may be coated with a coating having no oxygen storage capability or a relatively low oxygen storage capability. For reasons of manufacturing technology, it is preferable that the coating is applied almost uniformly on the wall 3 of the flow duct 2 in each of the regions 5 and 6 and includes the entire cross section of the exhaust gas catalytic converter 1 as its range.

図1に示す、内燃機関の排気部分で第1の触媒排気ガス浄化コンポーネントとして機関の近傍に使用される触媒コンバータの実施形態は好ましいものである。そのような排気ガス浄化コンポーネントは、流入する排気ガスが高温になり得ることから、特にその入口領域で熱応力を受けやすい。反応しやすい排気ガス成分と触媒コンバータ内に貯蔵された酸素との反応、及び/又は酸素貯蔵材料自体の改質プロセスでの変化は、触媒コンバータでの熱応力を更に増大し得る。排気ガス浄化性能を得るために重要である入口端領域を過度の高温から保護するには、触媒コンバータの入口領域を低OSCにするか又は無OSCにする場合が有利となり得る。排気ガス触媒コンバータ1の入口端部領域6は、排気ガス触媒コンバータ1の全長のうちのおよそ5〜50mmにわたり(又はおよそ5〜50%にわたり)、低OSCにするか又は無OSCにするのが有利である。隣接する下流領域5は、均一に高OSCとすることが好ましい。   The embodiment of the catalytic converter shown in FIG. 1 used in the vicinity of the engine as the first catalytic exhaust gas purification component in the exhaust part of the internal combustion engine is preferred. Such exhaust gas purification components are particularly susceptible to thermal stresses in the inlet region since the inflowing exhaust gas can be hot. Reaction of the reactive exhaust gas components with oxygen stored in the catalytic converter and / or changes in the reforming process of the oxygen storage material itself can further increase the thermal stress in the catalytic converter. To protect the inlet end region, which is important for obtaining exhaust gas purification performance, from excessively high temperatures, it may be advantageous to have a low or no OSC catalytic converter inlet region. The inlet end region 6 of the exhaust gas catalytic converter 1 covers approximately 5 to 50 mm (or approximately 5 to 50%) of the entire length of the exhaust gas catalytic converter 1 and is low OSC or non-OSC. It is advantageous. Adjacent downstream regions 5 are preferably uniformly high OSC.

図2に、本発明に従って具現化される排気ガス浄化コンポーネント1の第2の有利な実施形態を示す。ここでは、図1の実施形態と対照的に、入口端部領域5が高OSCであり、隣接する下流側の領域6が低OSC又は無OSCとされている。排気ガス浄化コンポーネント1を機能させるのに酸素貯蔵能を高める必要がないない場合は、この実施形態が推奨される。この実施形態は、例えば、酸化触媒コンバータ又はすすフィルタとして具現化される排気ガス浄化コンポーネント1において実施され得る。入口端部の高OSC領域5は、特にこの場合は、診断領域としての役割を果たすことができ、高OSC領域5の酸素貯蔵能を繰り返し求めることで排気ガス浄化コンポーネント1の老化が判定される。排気ガス浄化コンポーネント1の入口端部領域5は、排気ガス浄化コンポーネント1の全長のうちのおよそ5〜50mmにわたり(又はおよそ5〜50%にわたり)、高OSCにすることが有利である。   FIG. 2 shows a second advantageous embodiment of an exhaust gas purification component 1 embodied according to the invention. Here, in contrast to the embodiment of FIG. 1, the inlet end region 5 is high OSC and the adjacent downstream region 6 is low OSC or no OSC. This embodiment is recommended when it is not necessary to increase the oxygen storage capacity in order for the exhaust gas purification component 1 to function. This embodiment can be implemented, for example, in an exhaust gas purification component 1 embodied as an oxidation catalytic converter or a soot filter. The high OSC region 5 at the inlet end can serve as a diagnostic region, particularly in this case, and the aging of the exhaust gas purification component 1 is determined by repeatedly determining the oxygen storage capacity of the high OSC region 5. . The inlet end region 5 of the exhaust gas purification component 1 is advantageously high OSC over approximately 5 to 50 mm (or approximately 5 to 50%) of the total length of the exhaust gas purification component 1.

図3に、本発明に従って具現化される排気ガス触媒コンバータ1の第3の有利な実施形態を示す。図1の実施形態とは対照的に、入口端部領域5’は後部領域5と同様に高OSCになっている。即ち、前記領域は、比較的高い酸素貯蔵能を有するコーティングによって具現化される。低OSC又は無OSCにされる中央領域6は、高OSC領域5’と5との間に配置される。低OSC又は無OSCにされる中央領域6は、排気ガス触媒コンバータ1の全長のおよそ20〜30%を占めるのが好ましい。したがって、排気ガス触媒コンバータ1は、最も重要な機能を存分に発揮できるように、全長のうちかなりの部分に高OSCコーティングを有する。   FIG. 3 shows a third advantageous embodiment of an exhaust gas catalytic converter 1 embodied according to the invention. In contrast to the embodiment of FIG. 1, the inlet end region 5 ′ has a high OSC as does the rear region 5. That is, the region is embodied by a coating having a relatively high oxygen storage capacity. The central region 6 to be made low OSC or no OSC is disposed between the high OSC regions 5 ′ and 5. The central region 6 that is made low or no OSC preferably occupies approximately 20-30% of the total length of the exhaust gas catalytic converter 1. Therefore, the exhaust gas catalytic converter 1 has a high OSC coating on a considerable part of the entire length so that the most important functions can be fully exhibited.

図4に、排気ガス触媒コンバータ1の更なる有利な実施形態を示す。この実施形態では、中央領域5だけが高OSCとなっている。一方、隣接する前部領域6と隣接する後部領域6’は、低OSC又は無OSCになっている。そのような実施形態は、酸素貯蔵能を比較的に低くする必要のある触媒排気ガス浄化コンポーネントにおいて特に有利である。全長にわたり酸素貯蔵能を均一的に減少させることで具現化されるコーティングと比較して、この実施形態は、一領域のみしか耐熱性が低下しないという点が有利である。中央領域5は、排気ガス触媒コンバータ1の全長のおよそ20〜60%を占めるのが好ましい。   FIG. 4 shows a further advantageous embodiment of the exhaust gas catalytic converter 1. In this embodiment, only the central region 5 has a high OSC. On the other hand, the adjacent front region 6 and the adjacent rear region 6 'are low OSC or no OSC. Such an embodiment is particularly advantageous in catalytic exhaust gas purification components where the oxygen storage capacity needs to be relatively low. Compared to a coating embodied by uniformly reducing the oxygen storage capacity over the entire length, this embodiment has the advantage that the heat resistance is reduced only in one region. The central region 5 preferably occupies approximately 20 to 60% of the total length of the exhaust gas catalytic converter 1.

図5に示した更に有利な実施形態では、高OSC領域5、5’、5’’、5’’’が、低OSC又は無OSC領域6、6’、6’’、6’’’と交互に配置されている。ここでは、図示したように、入口端部領域6を低OSC又は無OSCとすることが可能である。ただし、入口領域が酸素貯蔵能の高いコーティングを有する場合もまた有利となり得る。特に、セリウムを含有するコーティングは、水素の形成により、水蒸気シフト反応を触媒することができるので、そのようなケースでは、酸素貯蔵能の高い領域、及び酸素貯蔵能の低い又は酸素貯蔵能を持たない後続の領域で形成される水素を使用することが可能である。このように、排気ガス触媒コンバータ1の触媒機能を拡張することが可能である。各領域は、排気ガス触媒コンバータ1の全長のおよそ20%を占めるのが好ましい。個々の領域は、ほぼ同じ長さにすることも、それぞれ異なる長さにすることも可能である。   In a further advantageous embodiment shown in FIG. 5, the high OSC regions 5, 5 ′, 5 ″, 5 ′ ″ are replaced with low OSC or no OSC regions 6, 6 ′, 6 ″, 6 ′ ″. Alternatingly arranged. Here, as illustrated, the inlet end region 6 can be low OSC or no OSC. However, it may also be advantageous if the inlet region has a coating with a high oxygen storage capacity. In particular, cerium-containing coatings can catalyze the water vapor shift reaction by the formation of hydrogen, so in such cases, the region has a high oxygen storage capacity and has a low oxygen storage capacity or an oxygen storage capacity. It is possible to use hydrogen formed in no subsequent regions. In this way, the catalytic function of the exhaust gas catalytic converter 1 can be expanded. Each region preferably occupies approximately 20% of the total length of the exhaust gas catalytic converter 1. Individual regions can be approximately the same length or different lengths.

高OSCコーティングを備える第1の区画領域と、低OSC又は無OSCになっている第2の区画領域とを有する排気ガス浄化コンポーネントの発明の実施形態は、結果として排気ガス浄化コンポーネントの触媒機能を改良する。更に、本発明に係る実施形態を使用して、排気ガス浄化コンポーネントの老化を監視することができる。この目的のためには、酸素の貯蔵時に発生する、酸素貯蔵能を有する材料の改質プロセスでの変化の反応熱が記録可能なように、酸素貯蔵能を有するコーティングの温度は高OSC領域で記録される。酸素貯蔵能を有する材料内に酸素が貯蔵されると、前記材料は低酸素改質から高酸素改質に変化する。例えば、酸素貯蔵能を有する、酸化セリウムに基づく材料の場合、酸化セリウムは3値形式(Ce)から4値形式(CeO)に変化する。対応する酸素吸収反応が発熱という形で迅速に発生するので、酸素の貯蔵時には酸素貯蔵能を有するコーティングの温度が上昇する。したがって、温度上昇の性質により、改質プロセスで変化が発生したかどうか、それがどの程度であるかどうかを求めることができる。即ち、酸化貯蔵能を有する材料が有効かどうか、それがどの程度有効かどうかを判断することできる。触媒コンバータの老化(例えば温度上昇や汚染の結果として生じる)は、酸素貯蔵能の低下を通して明らかになるので、酸素貯蔵時に温度上昇を評価することにより、排気ガス浄化コンポーネントの老化の状態を評価し、診断を行うことが可能である。このためには、例えば、温度上昇の大きさを検出し、それを基準値と比較する。 Embodiments of the exhaust gas purification component having a first compartment region with a high OSC coating and a second compartment region that is low or no OSC results in the catalytic function of the exhaust gas purification component. Improve. In addition, embodiments according to the present invention can be used to monitor the aging of exhaust gas purification components. For this purpose, the temperature of the coating with oxygen storage capacity is in the high OSC region so that the reaction heat of the change in the process of reforming the material with oxygen storage capacity that occurs during storage of oxygen can be recorded. To be recorded. When oxygen is stored in a material having oxygen storage capacity, the material changes from low oxygen reforming to high oxygen reforming. For example, in the case of a material based on cerium oxide having oxygen storage capacity, cerium oxide changes from a ternary form (Ce 2 O 3 ) to a quaternary form (CeO 2 ). Since the corresponding oxygen absorption reaction occurs rapidly in the form of exotherm, the temperature of the coating with oxygen storage capacity increases during oxygen storage. Thus, depending on the nature of the temperature rise, it can be determined whether and how much a change has occurred in the reforming process. That is, it is possible to determine whether and how effective a material having oxidation storage ability is. Catalytic converter aging (eg, as a result of temperature rise or contamination) is manifested through a reduction in oxygen storage capacity, so assessing the temperature rise during oxygen storage assesses the aging status of the exhaust gas purification component. It is possible to make a diagnosis. For this purpose, for example, the magnitude of the temperature rise is detected and compared with a reference value.

酸素貯蔵能を有する材料に酸素が貯蔵される際に発生する温度上昇の性質及び結果は、ここでは、触媒ガス反応の発生により生じ得る温度上昇と明らかに異ならなければならない。前述第1のケースでは、酸素貯蔵能を有する材料の改質プロセスでの発熱変化が温度上昇の原因となるが、前述第2のケースでは、排気ガスコンポーネントの発熱反応が温度上昇の原因となる。酸素の貯蔵に伴って放出される反応熱は、コーティングそのものの中で直接作用し、その結果としてコーティングを急激に加熱するので、発熱ガス反応が発生しない場合でも温度上昇が発生する。一方、コーティングによって触媒されるガス反応は、コーティングを間接的に加熱し、特に、ガスの入口から少し距離を置いた、排気ガス浄化コンポーネントの領域で遅れて発生する。したがって、排気ガスの入口から少し離れたところで温度を記録すると、ガス酸化の結果としての温度上昇と、コーティング内の改質プロセスでの変化の結果としての温度上昇とを区別することが可能である。つまり、排気ガスの入口から少し離れた位置で温度を記録すると、その場所における酸素貯蔵能を求めることにより、排気ガス浄化コンポーネントを特に確実に監視することが可能である。内燃機関の運転モードが変化して、酸素が不足する排気ガス還元状態から酸素が過剰になる排気ガス酸化状態に移行したときに、すぐに発生する温度上昇を評価するのが好ましい。このように、ガス酸化によって引き起こされる温度効果を効果的に排除することができる。   The nature and result of the temperature increase that occurs when oxygen is stored in a material having oxygen storage capacity must here clearly differ from the temperature increase that can occur due to the occurrence of a catalytic gas reaction. In the first case, the exothermic change in the reforming process of the material having oxygen storage ability causes the temperature rise. In the second case, the exothermic reaction of the exhaust gas component causes the temperature rise. . The reaction heat released with the storage of oxygen acts directly in the coating itself, resulting in rapid heating of the coating, resulting in a temperature rise even when no exothermic gas reaction occurs. On the other hand, the gas reaction catalyzed by the coating heats the coating indirectly and occurs late, especially in the area of the exhaust gas purification component, which is a little away from the gas inlet. Thus, if the temperature is recorded at some distance from the exhaust gas inlet, it is possible to distinguish between a temperature increase as a result of gas oxidation and a temperature increase as a result of changes in the reforming process within the coating. . That is, if the temperature is recorded at a position slightly away from the exhaust gas inlet, the exhaust gas purification component can be particularly reliably monitored by determining the oxygen storage capacity at that location. It is preferable to evaluate the temperature rise that occurs immediately when the operation mode of the internal combustion engine changes to shift from an exhaust gas reduction state in which oxygen is insufficient to an exhaust gas oxidation state in which oxygen is excessive. In this way, the temperature effect caused by gas oxidation can be effectively eliminated.

酸素貯蔵能を有する材料に酸素が貯蔵される際に発生する改質プロセスでの変化の反応熱は、図1及び図3に示した実施形態に対応する、高OSCコーティングを最初から主に備える排気ガス浄化コンポーネントを使用して有利に記録することができる。温度の記録は、ここでは、高OSCコーティング内の一点のみで行うことも、軸方向及び/又は半径方向に互いを基準としてオフセットされた複数の点で実行することもできる。   The reaction heat of the change in the reforming process that occurs when oxygen is stored in a material with oxygen storage capability is primarily provided with a high OSC coating from the beginning, corresponding to the embodiment shown in FIGS. It can be advantageously recorded using an exhaust gas purification component. The temperature recording can here be performed at only one point in the high OSC coating or at a plurality of points offset relative to each other in the axial and / or radial direction.

酸素貯蔵能を備えたコーティングが最初から存在しない排気ガス浄化コンポーネントを監視するには、排気ガス浄化コンポーネントの比較的小さな区画された領域に、酸素貯蔵能を有するコーティングを局部的に施すことができる。この領域で発生する、酸素の貯蔵に関連する温度上昇を評価することにより、酸素貯蔵能を有するコーティングをほとんど備えていないコンポーネントに関しても監視及び診断を実行することができる。この点では、図2、図4、及び図5に示した変形例に従って排気ガス浄化コンポーネントを具現化することが有利である。   To monitor an exhaust gas purification component that does not have a coating with oxygen storage capability from the outset, a coating with oxygen storage capability can be applied locally to a relatively small compartment of the exhaust gas purification component. . By assessing the temperature rise associated with oxygen storage that occurs in this region, monitoring and diagnostics can be performed on components that have few coatings with oxygen storage capability. In this respect, it is advantageous to embody the exhaust gas purification component according to the variants shown in FIGS. 2, 4 and 5.

酸素貯蔵能を有する材料内に酸素が格納される際に発生する、改質プロセスでの変化の反応熱を記録するには、対応するコーティングを有する熱伝導接続部に温度センサーを配置するのが好ましい。温度センサーは、その感温領域を高OSCコーティングと熱伝達接触させて、排気ガス浄化コンポーネントに半径方向又は軸方向に導入することが好ましい。   In order to record the reaction heat of the change in the reforming process that occurs when oxygen is stored in a material with oxygen storage capacity, it is necessary to place a temperature sensor in the heat conduction connection with the corresponding coating. preferable. The temperature sensor is preferably introduced radially or axially into the exhaust gas purification component with its temperature sensitive region in heat transfer contact with the high OSC coating.

図6は、排気ガス浄化コンポーネント1の半径方向への温度センサー7の設置を示した略図である。ここでは、温度センサー7の感温領域を中心からずらして配置することができる。当然ながら、温度センサー7を長手方向のほぼ中心軸の高さに配置することも可能である。   FIG. 6 is a schematic diagram showing the installation of the temperature sensor 7 in the radial direction of the exhaust gas purification component 1. Here, the temperature sensitive region of the temperature sensor 7 can be shifted from the center. Of course, it is also possible to arrange the temperature sensor 7 substantially at the height of the central axis in the longitudinal direction.

図7は排気ガス浄化コンポーネント1の軸方向への温度センサー7の設置を示す略図である。温度センサー7を図示したような長手方向の中心軸の高さに位置決めする必要はない。センサーの軸は、長手方向の中心軸と平行に又は交差するように配置することも、長手方向の中心軸に対して角度を付けて配置することも可能である。   FIG. 7 is a schematic diagram showing the installation of the temperature sensor 7 in the axial direction of the exhaust gas purification component 1. It is not necessary to position the temperature sensor 7 at the height of the central axis in the longitudinal direction as shown. The axis of the sensor can be arranged parallel to or intersecting with the central axis in the longitudinal direction, or can be arranged at an angle with respect to the central axis in the longitudinal direction.

機能上の理由により、酸素貯蔵能を有するコーティングがほとんど施されていないか、又は酸素貯蔵能の低いコーティングが施されている排気ガス浄化コンポーネントでは、温度センサー又はその温感領域の直近にのみ高OSCコーティングを提供すること可能である。温度センサーの半径方向の設置形式に関する例示的な実施形態を、図8a〜図8dに断面図(図6の線A及びBに対応する)で示す。図8a及び図8cでは、領域5は、排気ガス浄化コンポーネント1の全長にわたって延在するが、断面の一部を占めるだけの領域であり、その領域5には温度センサー7が挿入され、高OSCコーティングが施されている。図8aでは、領域5は、温度センサー7の温感部(ここでは、先端部)を取り囲み、排気ガス浄化コンポーネント1の外部表面まで延在している。図8cでは、高OSC領域5は、温度センサー7の温感領域を半径方向に取り囲んでいるだけである。しかし、図8b及び図8dによれば、高OSC領域5は、軸方向には比較的に短くすることが好ましく、温度センサー7の周囲に存在するだけである。図8bでは、高OSC領域5は、排気ガス浄化コンポーネント1の中に入っているセンサー7全体を取り囲んでいる。図8dでは、高OSC領域5は、温度センサー7の温感先端部のみを取り囲んでいる。図8a〜図8dに示す実施形態を使用すると、酸素貯蔵能がかなり低いコーティング又は酸素貯蔵能を持たないコーティングが施された排気ガス浄化コンポーネントでも、当該コンポーネントの老化を監視することが可能である。   For functional reasons, exhaust gas purification components that have little or no oxygen storage capacity coating have high temperature only in the immediate vicinity of the temperature sensor or its thermal area. It is possible to provide an OSC coating. An exemplary embodiment for the radial installation type of the temperature sensor is shown in cross-sectional views (corresponding to lines A and B in FIG. 6) in FIGS. In FIGS. 8 a and 8 c, the region 5 extends over the entire length of the exhaust gas purification component 1, but only occupies a part of the cross section, in which the temperature sensor 7 is inserted, and the high OSC Coating is applied. In FIG. 8 a, the region 5 surrounds the temperature sensing part (here, the tip part) of the temperature sensor 7 and extends to the outer surface of the exhaust gas purification component 1. In FIG. 8 c, the high OSC region 5 only surrounds the warm region of the temperature sensor 7 in the radial direction. However, according to FIGS. 8 b and 8 d, the high OSC region 5 is preferably relatively short in the axial direction and only exists around the temperature sensor 7. In FIG. 8 b, the high OSC region 5 surrounds the entire sensor 7 contained in the exhaust gas purification component 1. In FIG. 8 d, the high OSC region 5 surrounds only the temperature sensitive tip of the temperature sensor 7. Using the embodiment shown in FIGS. 8a-8d, it is possible to monitor aging of an exhaust gas purification component with a coating that has a fairly low oxygen storage capacity or a coating that does not have oxygen storage capacity. .

図9a〜図9cに示すように、例えば、熱電対として具現化された温度センサー7を、監視対象の排気ガス浄化コンポーネント1に軸方向に導入することも同様に可能である。温度センサー7は、コンポーネントの全長にわたって均一に形成された高OSCコーティング(つまり、軸方向の領域)と熱伝達接触状態にすることが可能である。または、図示したように、前記温度センサー7は、その温感領域の直近にのみ存在する高OSCコーティングと熱伝達接触状態とすることができる。   As shown in FIGS. 9a to 9c, for example, it is also possible to introduce the temperature sensor 7 embodied as a thermocouple in the axial direction into the exhaust gas purification component 1 to be monitored. The temperature sensor 7 can be in heat transfer contact with a high OSC coating (ie, axial region) that is uniformly formed over the entire length of the component. Alternatively, as shown, the temperature sensor 7 can be in heat transfer contact with a high OSC coating that exists only in the immediate vicinity of the temperature sensitive region.

本発明に係る排気ガス浄化コンポーネントの第1の有利な実施形態を示す。1 shows a first advantageous embodiment of an exhaust gas purification component according to the invention. 本発明に係る排気ガス浄化コンポーネントの第2の有利な実施形態を示す。2 shows a second advantageous embodiment of an exhaust gas purification component according to the invention. 本発明に係る排気ガス浄化コンポーネントの第3の有利な実施形態を示す。3 shows a third advantageous embodiment of an exhaust gas purification component according to the invention. 本発明に係る排気ガス浄化コンポーネントの第4の有利な実施形態を示す。4 shows a fourth advantageous embodiment of an exhaust gas purification component according to the invention. 本発明に係る排気ガス浄化コンポーネントの第5の有利な実施形態を示す。5 shows a fifth advantageous embodiment of an exhaust gas purification component according to the invention. 本発明に係る排気ガス浄化コンポーネント用の温度センサーの第1の配置を側面図(左側)及び正面図(右側)で示す。A first arrangement of a temperature sensor for an exhaust gas purification component according to the present invention is shown in a side view (left side) and a front view (right side). 本発明に係る排気ガス浄化コンポーネント用の温度センサーの第2の配置を側面図で示す。2 shows a second arrangement of a temperature sensor for an exhaust gas purification component according to the invention in a side view. FIG. 本発明に係る排気ガス浄化コンポーネントの更なる有利な実施形態と、図6に従って配置された温度センサーを示す。7 shows a further advantageous embodiment of the exhaust gas purification component according to the invention and a temperature sensor arranged according to FIG. 本発明に係る排気ガス浄化コンポーネントの更なる有利な実施形態と、図6に従って配置された温度センサーを示す。7 shows a further advantageous embodiment of the exhaust gas purification component according to the invention and a temperature sensor arranged according to FIG. 本発明に係る排気ガス浄化コンポーネントの更なる有利な実施形態と、図6に従って配置された温度センサーを示す。7 shows a further advantageous embodiment of the exhaust gas purification component according to the invention and a temperature sensor arranged according to FIG. 本発明に係る排気ガス浄化コンポーネントの更なる有利な実施形態と、図6に従って配置された温度センサーを示す。7 shows a further advantageous embodiment of the exhaust gas purification component according to the invention and a temperature sensor arranged according to FIG. 本発明に係る排気ガス浄化コンポーネントの更なる有利な実施形態と、図7に従って配置された温度センサーを示す。Fig. 8 shows a further advantageous embodiment of the exhaust gas purification component according to the invention and a temperature sensor arranged according to Fig. 7; 本発明に係る排気ガス浄化コンポーネントの更なる有利な実施形態と、図7に従って配置された温度センサーを示す。Fig. 8 shows a further advantageous embodiment of the exhaust gas purification component according to the invention and a temperature sensor arranged according to Fig. 7; 本発明に係る排気ガス浄化コンポーネントの更なる有利な実施形態と、図7に従って配置された温度センサーを示す。Fig. 8 shows a further advantageous embodiment of the exhaust gas purification component according to the invention and a temperature sensor arranged according to Fig. 7;

Claims (9)

排気ガス用の複数のフローダクト(2)が貫通する担体を有する、内燃機関内の排気ガスを浄化するための排気ガス浄化コンポーネントであって、前記フローダクトの壁(3)の少なくとも一部に酸素貯蔵能を有するコーティングが施され、
前記担体の第1の区画領域(5、5’、5’’)は、酸素貯蔵能を有する前記コーティングが施され、前記担体の第2の区画領域(6、6’、6’’)は、酸素貯蔵能を有するコーティングを施さずに作製されるか又は前記第1の領域(5、5’、5’’)と比較して酸素貯蔵能が極度に低いコーティングが施されていることを特徴とする排気ガス浄化コンポーネント。
An exhaust gas purification component for purifying exhaust gas in an internal combustion engine, having a carrier through which a plurality of flow ducts (2) for exhaust gas pass, comprising at least a part of a wall (3) of the flow duct A coating with oxygen storage capacity is applied,
The first compartment region (5, 5 ′, 5 ″) of the carrier is coated with the oxygen storage capacity, and the second compartment region (6, 6 ′, 6 ″) of the carrier is It is made without a coating having an oxygen storage capacity, or a coating having an extremely low oxygen storage capacity compared to the first region (5, 5 ′, 5 ″) is applied. Features exhaust gas purification components.
前記第1の領域(5、5’、5’’)及び/又は前記第2の領域(6、6’、6’’)が、前記担体の断面全体にわたり延在し、軸方向については前記担体を構成する範囲内に制限されることを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化コンポーネント。   The first region (5, 5 ′, 5 ″) and / or the second region (6, 6 ′, 6 ″) extend over the entire cross section of the carrier, The exhaust gas purification component according to claim 1, wherein the exhaust gas purification component is limited to a range constituting the carrier. 前記第1の領域(5、5’、5’’)が、前記第2の領域(6、6’、6’’)に隣接することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の排気ガス浄化コンポーネント。   The first region (5, 5 ', 5 ") is adjacent to the second region (6, 6', 6"). Exhaust gas purification component. 前記第1の領域(5、5’、5’’)が、前記担体の長さのより大きな部分にわたって延在することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の排気ガス浄化コンポーネント。   4. The exhaust gas according to claim 1, wherein the first region (5, 5 ′, 5 ″) extends over a larger part of the length of the carrier. Purification component. 前記第1の領域(5、5’、5’’)が、前記担体の入口端部から距離をおいた箇所から、軸方向に前記担体の出口端部まで延在することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の排気ガス浄化コンポーネント。   The first region (5, 5 ', 5' ') extends from a location spaced from the inlet end of the carrier in an axial direction to the outlet end of the carrier. Item 5. The exhaust gas purification component according to any one of Items 1 to 4. 互いに距離をおいた少なくとも2つの第1の領域(5、5’、5’’)が設けられることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の排気ガス浄化コンポーネント。   5. Exhaust gas purification component according to any one of the preceding claims, characterized in that at least two first regions (5, 5 ', 5 ") spaced from each other are provided. 前記排気ガス浄化コンポーネント(1)が、排気ガス触媒コンバータとして具現化されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の排気ガス浄化コンポーネント。   The exhaust gas purification component according to any one of claims 1 to 6, wherein the exhaust gas purification component (1) is embodied as an exhaust gas catalytic converter. 前記排気ガス浄化コンポーネント(1)が、排気ガス粒子フィルタとして具現化されることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の排気ガス浄化コンポーネント。   The exhaust gas purification component according to any one of claims 1 to 7, wherein the exhaust gas purification component (1) is embodied as an exhaust gas particle filter. 温度記録手段(7)が、前記第1の領域(5、5’、5’’)の酸素貯蔵能を有する前記コーティングの温度を記録するために設けられることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の排気ガス浄化コンポーネント。   A temperature recording means (7) is provided for recording the temperature of the coating having oxygen storage capacity in the first region (5, 5 ', 5' '). The exhaust gas purification component according to any one of the above.
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