JP3030409B2 - 触媒装置 - Google Patents

触媒装置

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JP3030409B2
JP3030409B2 JP5249124A JP24912493A JP3030409B2 JP 3030409 B2 JP3030409 B2 JP 3030409B2 JP 5249124 A JP5249124 A JP 5249124A JP 24912493 A JP24912493 A JP 24912493A JP 3030409 B2 JP3030409 B2 JP 3030409B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エンジンからの排気ガ
ス流路に設けられる触媒装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】車両の排気ガス流路には、エンジンから
排出される排気ガスを浄化する触媒装置が装着されてい
る。この触媒装置は、活性成分が塗布されたハニカム構
造の担体を容器で保持していて、この容器内で排気ガス
を浄化して大気中に排出している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、担体の断面
を見ると、排気ガス流路より担体の断面積の方が大き
く、容器内を流れる排気ガスは、担体中央において速く
て多く、外周側では遅くて少ない傾向にある。これに伴
い、担体の温度は、中央部で高く、外周側にいくほど温
度が低くなる。すると、担体の中央部が浄化効率の高い
活性温度に達していても、外周側は、未だ活性温度にあ
らず、また、外周側が活性温度にあるときには、中央部
の温度が高くなり過ぎてしまい、担体の温度分布の不均
一による浄化効率の低減や過剰な温度上昇によりSO2
が生成されてしまうという問題点がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、請求項1記載の
発明では、排気ガス流路上に設けられた触媒装置であっ
て、上記排気ガス流路と同一方向であり、同排気ガス流
路の中心線と略一致する中心線に対してねじれた方向に
延びる多数の排気通路を有する円筒状の触媒と、上記触
媒を上記中心線を中心として回転させる回転手段とを有
し、請求項2記載の発明では、請求項1の発明に排気温
度検出手段と、上記排気温度検出手段の出力によって上
記回転手段を制御する制御手段とを加え、請求項3記載
の発明では、請求項1記載の発明に、エンジンの負荷検
出手段と、上記負荷検出手段の出力によって上記回転手
段を制御する制御手段とを加えた。
【0005】
【作用】請求項1記載の発明によると、排気ガス流路と
同一方向であり、同排気ガス流路の中心線と略一致する
中心線に対してねじれた方向に延びる多数の排気通路を
有する円筒状の触媒が、回転手段によって中心線を中心
として回転され、触媒に導かれる排気ガスの速度が触媒
の外周側で速くなる。
【0006】請求項2記載の発明によると、触媒を回転
させる回転手段が、排気温度検出手段からの出力に応じ
て制御装置で制御され、請求項3記載の発明によると、
触媒を回転させる回転手段が、制御手段でエンジンの負
荷検出手段の出力に応じて制御される。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図1において、符号1は触媒装置を示し、この触媒
装置1は、エンジンEの排気マニホールド2Aに接続す
る排気ガス流路2に装着されていて、同流路2を流れる
排気ガスを浄化するものである。
【0008】触媒装置1は、排気ガス流路2に連通する
キャニスタ容器3に収納された触媒4、同触媒4を排気
ガス流路2の中心線と略一致する中心線Oを中心として
回転させる回転手段5、排気通路2内の排気ガスの温度
を検出する排気温度検出手段としての排温センサ6、エ
ンジンEの負荷を検出する負荷検出手段としてのレバー
ポジションセンサ(LPSセンサ)7とエンジン回転セ
ンサ(Neセンサ)8、及び制御手段としてのコントロ
ールユニット9とを備えている。
【0009】キャニスタ容器3はステンレス製であり、
図2に示すように、中央の膨張部3aに触媒4が配置さ
れている。膨張部3aの前後には、コーン部3bと、排
気ガス通路2に連通する排気流入口3cと図示しないマ
フラーにつながる排気流出口3dとが形成されている。
排気流入口3c側のコーン部3bには、排温センサ6が
固定されている。
【0010】排温センサ6は、容器3内に流れる排ガス
の温度を検出していて、その検出信号を図1に示すコン
トロールユニット9に送っている。触媒4は、図3に示
すように、金属製の基板4aの上にフェライト系のステ
ンレスとアルミニウムを含む合金により構成された波板
4bを重ね合わせ、波板4bを内側にして丸めて円筒状
に形成したもので、触媒として作用する活性成分が塗布
されている。基板4aと波板4bによって形成される排
気ガスが通過する多数の細い排気通路10は、中心線O
に対して角度θ傾けられており、巻き上げ時において中
心線Oに対して図3において左方から見た場合、反時計
方向に渦巻かれるようになっている。
【0011】触媒4は、金属製の筒11にワイヤメッシ
ュ12を介して圧入されていて、筒11の外周面11a
には、リングギヤ13が溶接固定されている。筒の外周
面11aと膨張部の内周面3eとの間には、ベアリング
14,15が介在していて触媒4を回転自在に支持して
いる。
【0012】なお、ここでは、基板4aと波板4bで触
媒4を構成したが、この他に、セラミック製でハニカム
構造の触媒(担体)を用いることでも構わないが、その
際には排気通路を捩じって形成する。
【0013】リングギヤ13には、回転手段5を構成す
るモータ16の出力軸16aに固定されたリングギヤ1
3より小径の駆動ギヤ17が噛合している。モータ16
は、ブラケット18を介してキャニスタ容器3に取付け
られている。モータ16は、図1に示すコントロールユ
ニット9に接続していて、コントロールユニット9から
発せられる駆動信号によって駆動や停止あるいは回転速
度等が制御される。本実施例において、モータ16は、
触媒4に形成された排気通路10のねじれ方向と同一方
向に、同触媒4を回転するように駆動される。
【0014】コントロールユニット9には、排温センサ
6やモータ16の他に、Neセンサ8や図示しない燃料
ポンプのレバー位置を検出するLPSセンサ7が接続し
ていて、各センサからの出力を取り込んでモータ16の
制御を行う。
【0015】この制御は、排気ガスの温度が一定以上に
なると、モータ16を駆動して触媒4を回転させ、一定
温度以下になるとモータ16の駆動を切るように制御す
るようになっている。この実施例における一定温度は、
触媒の最適温度相当の排気温度とされていて、コントロ
ールユニット9に設定記憶されている。
【0016】ここで、触媒4の浄化効率について述べ
る。本実施例で使用される触媒4は、図7に示すように
矢印Aで示す触媒温度範囲において、HC,CO,SO
2が高く浄化される特性を有している。この触媒温度範
囲を排気ガス浄化最適温度と称する。
【0017】このように構成された触媒装置1よると、
エンジンEが始動すると、各種センサが作動状態とな
り、エンジンEから排出される排気ガスの温度を排温セ
ンサ6が検出する。この時、排気温度が設定温度である
と、モータ16が起動されて駆動ギヤ17が回転して同
ギヤ17と噛合するリングギヤ13が固定された触媒4
が排気通路10の捩じれ方向に回転する。
【0018】すると、従来の触媒内における排気ガスの
流速と温度分布は、図6(a)に示すように、排気ガス
通路2と対向する中央部近傍において流速や温度も高
く、触媒の円周側に行くに従い流速や温度が低くなる傾
向にあったが、本実施例のように排気ガスが通過する触
媒の排気通路10を一方向にねじり、同方向に触媒4を
回転させると、図6(b)に示すように、触媒4の断面
方向における流速や温度が略均一化される。
【0019】これは、触媒4が回転すると、その円周側
の周速度が中央側より速くなるので円周側が負圧化さ
れ、排気上流から触媒4へ流れ込む排気ガスが円周側に
導かれることで、排気ガスの温度によって触媒が加熱さ
れるためと考えられる。
【0020】次に、第2の実施例について説明する。第
2の実施例は、第1の実施例においてベアリング14,
15で支持されている触媒4を、軸19と軸受20,2
1で回転自在に支持し、エンジン負荷に応じてモータ1
6を制御するものである。なお、第1の実施例と同一の
作用をする部材には、第1の実施例で用いた符号を付
し、その説明は省略する。
【0021】軸受20,21は、排気流入口3cと排気
流出口3dにそれぞれ配設された支持板22,23に固
定されていて、触媒4を貫通する軸19を支持してい
る。軸19は、触媒4の中心線Oにそって位置するよう
に、同触媒に固定されている。
【0022】ここで、本実施例の制御について説明す
る。排気温度を検出する排温センサ6、エンジン回転数
を検出するNeセンサ8、レバー位置を検出するLPS
センサ7及び駆動モータ16は、図1に示すコントロー
ルユニット9に接続されている。
【0023】コントロールユニット9は、図8に示すフ
ローチャートによって駆動モータ16の回転を制御す
る。先ず、排温センサ6によって排気温度Tgを検出
し、排気ガス浄化最適温度T0と比較して係数K1を決
定する。次に、LPSセンサ7からレバー位置L1を検
出し、設定値L0と比較して係数K2を決定する。次
に、Neセンサ8からエンジン回転数Neを検出し、決
定された係数K1,K2と予め設定されている係数K3
を乗じて触媒回転数Nsを決定して駆動モータ16を駆
動する。
【0024】このような構成によると、排温センサ6、
Neセンサ8とLPSセンサ7からの出力が大きくなる
に従い駆動モータ16の回転数が上がり、触媒4が軸1
9を中心に回転する。反対に、排気温度、エンジン回転
数が低くレバー開度が小さいと、駆動モータ16の回転
数が下がり、触媒4の回転が緩やかになる。つまり、排
気温度が高く、高回転、高負荷になるに従い触媒4が高
回転で回転されるので、高温な排気ガスが触媒の外周側
に導かれ、高速走行の大気流で冷却され易い触媒外周面
を加熱することができる。よって、触媒4の断面積にお
ける触媒温度の低下を相対的に低減することになり、浄
化効率の向上につながる。
【0025】第3の実施例は、触媒4を第1の実施例と
同様に、ベアリング14,15で膨張部3aの内周面3
eに回転自在に支持し、第2の実施例における軸19を
駆動軸としたものである。
【0026】軸19は、その一端19aのみを触媒4か
ら排気排出路3dに向かって突出するように同触媒4の
中心線O上に固定されている。この一端19aには、駆
動ギヤ17と噛合するギヤ24が固定されている。ギヤ
24は、駆動ギヤ17より小径とされていて、第1,第
2の実施例よりも、駆動モータ16の同一回転数におい
て高速で回転できる構成となっている。
【0027】駆動モータ16は、図示しない車両の固定
部等に固定されたブラケット25に固定されていて、排
気流出口3d側に配設されている。
【0028】このように、駆動ギヤ17とギヤ24を排
気流出口3d側に配置することで、することで、排気流
入口3cにおける排気ガスの流動抵抗が軽減でき、触媒
4への排気ガスの流れをスムースにすることができる。
【0029】なお、第1の実施例では、モータ16の制
御を排気ガスの温度をパラメータとしたが、これに限定
するものではなく、第2の実施例と同様、エンジン負荷
をパラメータとして用いることでも構わない。第3の実
施例おいても同様で、第1或いは第2の実施例に習って
モータ16の駆動を制御する。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、温度の低い触媒の外周
側へ排気ガスを強制的に導くことができるので、触媒の
温度分布を略均一にすることができ、浄化効率の向上と
共に、過剰な温度上昇によるSO2の生成を抑えること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の触媒装置を示す概略構成図である。
【図2】本発明の第1の実施例の要部である触媒と回転
手段の構成を示す側面断面図である。
【図3】触媒の構成を示す斜視図である。
【図4】本発明の第2の実施例の要部を示す側面断面図
である。
【図5】本発明の第3の実施例の要部を示す側面断面図
である。
【図6】(a)は従来の触媒装置の触媒内部における排
気ガスの流速と温度分布を示す図であり、(b)は本発
明の触媒装置の触媒内部における排気ガスの流速と温度
分布を示す図である。
【図7】本発明における触媒の特性和示す線図である。
【図8】触媒回転制御ルーチンのフローチャートであ
る。
【符号の説明】
1 触媒装置 2 排気ガス流路 4 円筒状触媒、 5 回転手段 6 排気温度検出手段 7 レバーポジションセンサ 8 エンジン回転検出センサ 7,8 エンジンの負荷検出手段 9 制御手段 10 排気通路 O 中心線

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排気ガス流路上に設けられた触媒装置であ
    って、上記排気ガス流路と同一方向であり、同排気ガス流路の
    中心線と略一致する 中心線に対してねじられた方向に延
    びる多数の排気通路を有する円筒状の触媒と、 上記触媒を上記中心線を中心として回転させる回転手段
    とを有することを特徴とする触媒装置。
  2. 【請求項2】排気温度検出手段と、上記排気温度検出手
    段の出力によって上記回転手段を制御する制御手段とを
    有することを特徴とする請求項1記載の触媒装置。
  3. 【請求項3】エンジンの負荷検出手段と、上記負荷検出
    手段の出力によって上記回転手段を制御する制御手段と
    を有することを特徴とする請求項1記載の触媒装置。
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DE29605508U1 (de) 1995-09-18 1996-06-20 Eder Gmbh Maschfab Franz Filter- oder Katalysatorvorrichtung
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KR20030047203A (ko) * 2001-12-08 2003-06-18 현대자동차주식회사 회전식 담체를 가지는 배기가스 정화장치 및 그 정화방법
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