JPH0542626U - 内燃機関用の排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】冷間始動時の昇温時間が短かく、しかも長期間
の使用における触媒活性の劣化の少ない触媒コンバータ
方式の排ガス浄化装置を得る。 【構成】排ガス浄化装置１は、上流側のコーディエライ
ト製のセラミック質ハニカム２と、下流側のＦｅ−Ｃｒ
−Ａｌ系合金製の金属質ハニカム３と、これらに挟まれ
た電熱式加熱装置４とが容器５内に設けられている。上
記セラミック質ハニカム２及び金属質ハニカム３にはと
もに触媒が担持されている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、内燃機関の冷間始動時における排ガス浄化効果を向上させるための 触媒コンバータ方式の排ガス浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

内燃機関の排ガス浄化を目的として、排ガス通路に三元触媒コンバータを装着 し、酸素センサによる空燃比制御を行なう排ガス浄化装置が多く用いられている 。しかし、現在排ガス浄化装置で使用されている触媒は約３５０℃以上の温度に ならないと充分な活性状態とならないため、内燃機関の冷間始動時においては排 ガスがほとんど浄化されないまま排出されているのが現状である。 この冷間始動時の排ガス浄化効率を上げるためには、触媒コンバータをできる だけ急速に加熱・昇温し触媒活性を高める必要がある。その手段としては、触媒 担体を金属で形成し、この金属質触媒担体に直接通電して発熱させる方法と、電 熱式加熱装置を触媒担体の上流側に付設し、この電熱式加熱装置に通電して触媒 担体を加熱する方法とが知られている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

上記従来技術において、第１の方法は、触媒担体の熱容量が大きいために消費 電力が非常に大きくなるという問題があり、配線コード等の通電用部材やバッテ リーの負荷増大への対策が必要となり好ましくない。また第２の方法では、電熱 式加熱装置の熱の一部が触媒コンバータの容器へと逃げるため、昇温速度が十分 でないという問題がある。また、両者に共通して、長期間の使用中に触媒の活性 が次第に低下してくるが、この活性低下にともなって、冷間始動時の活性も大き く低下してしまうという問題もある。 本考案は、上記課題を解決するためになされ、冷間始動時の昇温時間が短かく 、しかも長期間の使用における触媒活性の劣化の少ない触媒コンバータ方式の排 ガス浄化装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するための手段として、本考案は、電熱式加熱装置を備えた触 媒コンバータ方式の内燃機関用の排ガス浄化装置において、触媒を担持したセラ ミック質モノリス状担体を前記電熱式加熱装置に対し上流側に設け、かつ、触媒 を担持した金属質モノリス状担体を前記電熱式加熱装置に対し下流側に設けたこ とを特徴とする排ガス浄化装置を要旨とする。

【０００５】

【作用】

本考案で用いる金属質モノリス状担体は、少なくとも冷間始動時の流速の排ガ ス浄化に応じた触媒担持量を有していればよい。一方、本考案で用いるセラミッ ク質モノリス状担体は、少なくとも通常運転時における高い流速の排ガス浄化に 応じた触媒担持量を金属質モノリス状担体の触媒担持量との合計で有していれば よい。これらの触媒担持量は、通常、各担体のモノリス形状や長さ等によって調 節される。

【０００６】 本考案の排ガス浄化装置によって冷間始動時に高い排ガス浄化効率が得られ、 また、長期間にわたって触媒の活性を維持することができる理由は次のように考 えられる。冷間始動時においては、電熱式加熱装置の上流側に設けたセラミック 質モノリス状担体は熱伝導率が比較的小さいので断熱体としての効果を有し、上 流側のセラミック質モノリス状担体よりも下流側の金属質モノリス状担体への熱 の伝達を有利にする。また、下流側に設けた金属質モノリス状担体は熱伝導率が 比較的大きいので伝熱体としての効果を有し、速やかに金属質モノリス状担体全 体に加熱されるよう熱伝達を有利にする。その結果、下流側に設けた金属質モノ リス状担体は触媒が活性状態となる温度に短時間で達し、排ガスを浄化できる状 態となる。冷間始動時は通常運転時に比べて排ガス流速が低いので、少なくとも 金属質モノリス状担体に担持された触媒が活性状態となれば始動時の排ガスを浄 化することが可能となる。

【０００７】 一方、通常運転時においては排ガス流速が高くなるため、下流側の金属質モノ リス状担体のみでは充分な排ガス浄化ができないが、この時点では既に上流側の セラミック質モノリス状担体の温度も充分に高くなっているので、両方の担体の 触媒が同時に活性状態となっており充分に排ガスを浄化することができる。また 、長期間の使用による触媒活性の低下は、上流側のセラミック質モノリス状担体 に比較して下流側の金属質モノリス状担体では少ないので、冷間始動時の排ガス 浄化効率を高く維持することができる。

【０００８】 ここで、電熱式加熱装置としては、蛇行状、またはらせん状を呈したリボン状 のヒータエレメントが触媒コンバータの容器壁面に設けられた通電用端子部に接 続された構造のものが用いられるが、その他に格子状、多孔体状等のヒータエレ メントを用いることもできる。また、ヒータエレメントの材質はＦｅ−Ｃｒ−Ａ ｌ系合金などの金属が用いられるが、窒化珪素等のセラミックスを用いることも できる。

【０００９】 セラミック質モノリス状担体の材質としては、コーディエライト、アルミナ、 β−スポジューメン、ムライト、リン酸ジルコニウム、窒化珪素等のセラミック スを用いることができるが、熱伝導率と熱膨張係数が小さく、触媒担持能力にす ぐれたコーディエライトが最も好ましい。 金属質モノリス状担体の材質としては、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金などの金属が 用いられ、これらはヒータエレメントに用いた金属と同じであってもよい。また 、金属質モノリス状担体は、熱伝導率の小さいセラミックスよりなる断熱材を介 して触媒コンバータの容器内に収納し固定するのが好ましい。

【００１０】 セラミック質モノリス状担体及び金属質モノリス状担体の触媒コンバータ容器 内への固定は、ワイヤーメッシュ等の弾性体を用いて行なうと、熱による膨張や 変形、または振動等に対して安定しているので好適である。 電熱式加熱装置のヒータエレメント端面と金属質モノリス状担体の端面との間 隔が３ｍｍより小さい場合は、ヒータエレメントが変形を起こした場合に金属質 モノリス状担体との接触による電気的短絡を引き起こし、正常な加熱機能を損な う恐れがあるので好ましくない。一方、前記間隔が７ｍｍより大きい場合は、金 属質モノリス状担体への熱伝達が不十分となり、昇温に長い時間を要したり、担 持した触媒の活性を十分に高めることができなくなるので好ましくない。

【００１１】 また、この排ガス浄化装置は内燃機関の排ガス出口に直結して設置して用いる が（マニバータ仕様）、設置スペースの制限等の問題により、内燃機関から離れ た排ガス管の途中に設置して用いることもできる（床下仕様）。また、この触媒 コンバータの活性をさらに向上させる目的で、セラミック質モノリス状担体の上 流側に二次エアーの打込み用ポートを設けることも可能である。

【００１２】

【実施例】

以下に、本考案による床下仕様の排ガス浄化装置を図１に基づいて説明する。 なお、図中の白抜き矢印は排ガスの流れる方向を示す。本考案の排ガス浄化装置 １は、コーディエライト製のセラミック質ハニカム２と、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合 金製の金属質ハニカム３と、これらに挟まれた電熱式加熱装置４とが、耐熱性金 属製の触媒コンバータの容器５に収納されている。前記セラミック質ハニカム２ 及び前記金属質ハニカム３には、ともにＰｔ／Ｐｄ触媒が担持されている。また 、前記金属質ハニカム３は断熱用のグラスファイバー材６で周囲を取り囲まれて おり、さらにワイヤーメッシュ７を用いて前記容器５に固定されている。前記セ ラミック質ハニカム２は、ワイヤーメッシュ８を用いて前記容器５に固定されて いる。前記電熱式加熱装置４には、蛇行したリボン状のヒータエレメント９が組 み込まれており、前記容器５に設けられた通電用端子部１０、１１を介して通電 される様になっている。前記ヒータエレメント９の端面と前記金属質ハニカム３ の端面との間隔ｄは３〜７ｍｍとなる様に調整されている。

【００１３】 この様に構成された排ガス浄化装置１を、前記セラミック質ハニカム２が前記 電熱式加熱装置４に対して上流側となるように内燃機関の排ガス管の途中に設置 し、通電用端子部１０、１１にバッテリーからの配線コードを接続した。 まず、内燃機関の始動前に１５秒間、５ｋＷの電力にて電熱式加熱装置４に通 電してヒータエレメント部の温度を８００℃まで昇温させた。その後、内燃機関 を始動させることにより排ガス浄化装置１内に排ガスを流入させた。この時の下 流側の金属質ハニカム３の中心部（電熱式加熱装置４側の端面より２５ｍｍ下流 側の位置）における昇温特性を、比較例として上流側、下流側共にセラミック質 ハニカムを用いた場合と併せて図２に示す。この図より明らかなように本実施例 の排ガス浄化装置では、触媒が充分な活性状態となる温度（約３５０℃以上）に 達するまでの時間が比較例に比べて約５秒短かいので、内燃機関の始動時に必要 な消費電力を少なくすることができた。

【００１４】 また、本考案の排ガス浄化装置では、まず上流側のセラミック質ハニカム２の ところで排ガスが予熱され、次いで下流側の金属質ハニカム３のところでその温 度を低下させることなく高温状態を保ったまま触媒反応を進行させることにより 、内燃機関の冷間始動時においても高い排ガス浄化効率を得ることができた。 さらに、本考案の排ガス浄化装置を長期間使用した場合においても、電熱式加 熱装置４および金属質ハニカム３の上流側にセラミック質ハニカム２を設けたこ とにより、下流側の金属質ハニカム３に担持した触媒の活性維持が長期間にわた って可能になった。また、最上流側に電熱式加熱装置を備えた従来の排ガス浄化 装置に比較して、電熱式加熱装置４の通電用端子部１０、１１への排ガス中のカ ーボン粒子の付着等によって起こるヒータエレメントの電気的短絡による発熱不 良がなくなり、電熱式加熱装置の耐久性も向上させることができた。

【００１５】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、触媒を担持したセラミック質モノリス 状担体を電熱式加熱装置の上流側に設け、かつ、触媒を担持した金属質モノリス 状担体を前記電熱式加熱装置の下流側に設けたので、内燃機関の冷間始動時にお いては金属質モノリス状担体に担持された触媒の活性を短時間に高めることがで きるとともに、使用中におけるその触媒活性の劣化を少なくできるので、長期間 にわたって高い浄化効率を持つ内燃機関用の排ガス浄化装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の排ガス浄化装置の構成を示す断面図
である。

【図２】 本考案の排ガス浄化装置の昇温特性を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１‥‥‥排ガス浄化装置 ２‥‥‥セラミック質ハニカム ３‥‥‥金属質ハニカム ４‥‥‥電熱式加熱装置 ５‥‥‥触媒コンバータ容器 ｄ‥‥‥ヒータエレメントと金属質ハニカムとの間隔

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 電熱式加熱装置を備えた触媒コンバータ
   方式の内燃機関用の排ガス浄化装置において、触媒を担
   持したセラミック質モノリス状担体を前記電熱式加熱装
   置に対し上流側に設け、かつ、触媒を担持した金属質モ
   ノリス状担体を前記電熱式加熱装置に対し下流側に設け
   たことを特徴とする排ガス浄化装置。
2. 【請求項２】 前記電熱式加熱装置のヒータエレメント
   端面と、これに対面する前記金属質モノリス状担体の端
   面との間隔が３ｍｍ以上、かつ、７ｍｍ以下であること
   を特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化装置。