JPH10159545A - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジン始動時における触媒コンバータの早
期昇温と高浄化性能とを併有しかつエンジン暖機後の浄
化性能にも優れ構造が簡易な内燃機関の排ガス浄化装置
を提供する。 【解決手段】 排気経路の最上流側に配置された第１触
媒コンバータと，下流側に配置された，第１触媒コンバ
ータ以上の容量を持つ第２触媒コンバータとを有する。
第１触媒コンバータは，エンジン冷間時に第１触媒コン
バータに流入するアイドリング時の排ガス温度が第１触
媒の活性化温度よりも高くなる位置に取り付けられる。
エンジン冷間時の排出ガス流量をＱ１，エンジン暖機後
の排出ガス流量をＱ２とし，第１触媒コンバータを構成
する第１触媒担体の容量をＶ１，排気経路に介設された
触媒担体の総容量をＶＶとしたとき，Ｑ１／Ｖ１の値が
Ｑ２／ＶＶの値の４倍以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，自動車等の内燃機関の排ガス浄
化装置に関するものであり，特にエンジン冷間時の触媒
コンバータの早期活性化による排ガス浄化能力の向上に
関する。

【０００２】

【従来技術】自動車の排ガス浄化装置として，従来か
ら，白金，ロジウム，パラジウム等の貴金属又はその他
の触媒金属を担持した触媒コンバータが用いられてい
る。この排ガス浄化装置は，ＨＣ（炭化水素），ＣＯ
（一酸化炭素），ＮＯｘ（窒素酸化物）等の排ガスの有
害成分を酸化又は還元させることによって排ガスを浄化
する。

【０００３】特に，エンジン始動直後では，ＨＣ及びＣ
Ｏの排出量が多いにもかかわらず，排ガス温度が低く，
触媒金属が活性温度（通常２５０〜４００℃以上）に達
しないため，排ガス浄化装置による有害成分の浄化がほ
とんどされないという問題がある。

【０００４】そこで，従来，特開平７−７６６号公報に
は，排ガス浄化装置を第１の浄化器と第２の浄化器とに
分け，第１の浄化器の熱容量を小さくし，第２の浄化器
の幾何学的表面積を大きくすることにより，高い排ガス
浄化率を保持することが提案されている。

【０００５】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記従来の排
ガス浄化装置においては，単に，第１触媒担体の単位体
積当たりの熱容量を小さくしても，第１触媒担体の総熱
容量が大きい場合に，第１触媒コンバータが昇温するま
で多くの時間を要するおそれがある。逆に，第１触媒担
体の総熱容積が過小の場合には，第１触媒コンバータが
昇温した後であっても，十分な浄化性能を発揮しないお
それがある。更に，第１触媒担体の容積及び総熱容量を
適度に設計したとしても，エンジンから排出される排ガ
ス量との適合がされていないと，十分な浄化性能を発揮
しないおそれがある。

【０００６】本発明はかかる従来の問題点に鑑み，エン
ジン始動時における触媒コンバータの早期昇温と高浄化
性能とを併有し，かつエンジン暖機後の浄化性能にも優
れた，構造が簡易な，内燃機関の排ガス浄化装置を提供
しようとするものである。

【０００７】

【課題の解決手段】請求項１の発明は，内燃機関の排気
経路に介設された排ガス浄化装置において，上記排ガス
浄化装置は，上記排気経路の最上流側に配置された第１
触媒コンバータと，上記第１触媒コンバータよりも下流
側の排気経路に配置された，上記第１触媒コンバータ以
上の容量を持つ少なくとも１つの第２触媒コンバータと
を有しており，上記第１，第２触媒コンバータには，排
ガスを浄化するための第１，第２触媒を担持した第１，
第２触媒担体が設けられ，上記第１触媒コンバータは，
エンジン冷間時に上記第１触媒コンバータに流入するア
イドリング時の排ガス温度が，上記第１触媒の活性化温
度よりも高くなる位置に取り付けられ，かつ，上記エン
ジン冷間時における上記排ガス浄化装置へのアイドリン
グ時の排ガス流量をＱ１，エンジン暖機後における上記
排ガス浄化装置へのアイドリング時の排ガス流量をＱ２
とし，上記第１触媒担体の容量をＶ１，上記排ガス浄化
装置に設けた全ての触媒担体の総容量をＶＶとしたと
き，Ｑ１／Ｖ１の値がＱ２／ＶＶの値の４倍以上である
ことを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置である。

【０００８】本発明の排ガス浄化装置は，触媒コンバー
タの早期活性を，排ガスが与える熱量とコンバータ容量
との相関（システム）として捉えて，排出エミッション
の量と排ガス浄化能力とのバランスを図っている。

【０００９】即ち，上記排ガス浄化装置において，第１
触媒コンバータは，エンジン冷間時に第１触媒コンバー
タに流入するアイドリング時の排ガスの温度が第１触媒
の活性化温度よりも高くなる位置に配置されている。そ
のため，エンジン冷間時においても，確実に第１触媒が
活性化されて，高い浄化性能を発揮することができる。
また，第１触媒が活性化した後には，その反応熱により
後続の第２触媒を連続して即座に昇温活性させる。その
ため，エンジン暖機後には，第１，第２触媒を含む全触
媒により十分な浄化能力を持続することができる。

【００１０】上記エンジン冷間時とは，エンジン始動時
からエンジン冷却水がある値Ｔｗ（例えば８０〜９０
℃）に上昇するまでの，アドリング時のエンジン回転数
が高く（例えば８００ｒｐｍ以上）設定された期間をい
う。また，上記エンジン暖機後とは，エンジン冷却水が
ある値Ｔｗ（例えば８０〜９０℃）に達した後の，アド
リング時のエンジン回転数が低く設定された状態（例え
ば８００ｒｐｍ以下）をいう。

【００１１】上記第１触媒コンバータは，本排ガス浄化
装置に設けられた全触媒コンバータの中で排気経路の最
上流側に介設されている。排気経路の最上流側とは，排
気経路において内燃機関に最も近い部分をいう。

【００１２】一方，上記第２触媒コンバータは，第１触
媒コンバータよりも下流側の排気経路に，１又は２以上
介設されている。この第２触媒コンバータは，それぞれ
第１触媒コンバータ以上の容量（体積）を有している。
そのため，触媒担体の総容量（総体積）ＶＶの低下し過
ぎを抑制することができ，これにより，エンジン暖機後
の浄化能力を高く維持することが出来る。

【００１３】また，エンジン冷間時に排ガス浄化装置に
流入する排ガスの流量をＱ１，エンジン暖機時に排ガス
浄化装置に流入する排ガスの流量をＱ２，第１触媒担体
の容量（体積）をＶ１，排ガス浄化装置に設けた全触媒
担体の総容量（総体積）をＶＶとし，これらが上記の関
係にあるよう構成している。ここに，排ガス浄化装置に
設けた全触媒担体の総容量（総体積）とは，第１，第２
触媒担体を含み，他の触媒担体を有する場合には，該他
の触媒担体も併せた容量（体積）をいう。

【００１４】ここで，Ｑ１／Ｖ１は，エンジン冷間時に
第１触媒担体の単位体積に与える排ガス熱量の指標とな
る。なぜならば，エンジン冷間時には大部分の排ガスの
熱エネルギーが第１触媒担体の昇温に費やされるからで
ある。

【００１５】また，Ｑ２／ＶＶは，エンジン暖機後の全
触媒担体の単位体積に与える排ガス熱量の指標となる。
なぜならば，エンジン暖機後には，第１，第２触媒担体
を含む全触媒担体が，第１，第２触媒を含むすべての触
媒の活性化温度以上に暖まっている。そのため，排ガス
の熱エネルギーの大部分は，全触媒担体の活性化温度の
維持に費やされるからである。

【００１６】従って，Ｑ２／ＶＶに対するＱ１／Ｖ１の
比は，エンジン冷間時に第１触媒担体の単位体積に与え
る排ガス熱量が，全触媒の活性化温度の維持に必要な排
ガス熱量の何倍に設定するかを示すことになる。

【００１７】そこで，本発明においては，Ｑ２／ＶＶに
対するＱ１／Ｖ１の比を４倍以上と大きくすることによ
り，エンジン冷間時に，第１触媒担体の単位体積当たり
の排ガスの熱量を，集中的に増加させることができる。
それ故，エンジン冷間時の第１触媒担体の昇温速度を集
中的に早めて，第１触媒担体に担持されている第１触媒
をすばやく昇温活性させることができる。一方，Ｑ１／
Ｖ１の値が，Ｑ２／ＶＶの値の４倍未満の場合には，第
１触媒担体に担持されている第１触媒の昇温活性が遅延
し，十分な浄化能力を発揮することが困難となる。

【００１８】また，Ｑ２／ＶＶは，エンジン暖機後の全
触媒の浄化能力を表す指標となる。その理由は，Ｑ２／
ＶＶが小さいほど単位流量の排ガスを浄化する触媒担体
の容量が大きくなるからである。従って，エンジン暖機
後の浄化能力を高く維持するためには，単に第１触媒担
体の容量Ｖ１を小さくするだけでなく，第２触媒担体の
容量Ｖ２を大きくして，触媒担体の総容量ＶＶを過度に
低くさせないことが必要である。従って，Ｑ２／ＶＶの
値を大きくすることにより，エンジン暖機後の全触媒担
体の浄化能力を高めることができる。

【００１９】また，請求項２の発明のように，上記排ガ
ス浄化装置に設ける触媒担体は，排ガス通路を構成する
隔壁の厚さが０．１３ｍｍ以下のセラミック製触媒担体
であることが好ましい。これにより，第１触媒担体の熱
伝導率及び熱容量を低くすることができる。そのため，
第１触媒担体の排気通路上流側を集中的に早期に昇温さ
せて，第１触媒の早期昇温活性化を図ることができる。

【００２０】また，請求項３の発明のように，上記第１
触媒は，第１触媒担体における排気経路の上流側に，上
記第１触媒担体における排気経路の下流側よりも高い濃
度で担持されていることが好ましい。これにより，エン
ジン冷間時に最初に昇温する第１触媒担体の排気経路の
上流側端部において，集中的かつ効果的に触媒反応を起
こすことができ，エンジン冷間時における排ガスの浄化
性能を更に高くすることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】

実施形態例１ 本発明の実施形態例にかかる排ガス浄化装置について，
図１〜図４を用いて説明する。本例は，自動車のエンジ
ンの排気経路に介設された排ガス浄化装置である。排ガ
ス浄化装置１は，図１に示すごとく，エンジン５の排気
経路の最上流側に配置された第１触媒コンバータ１０
と，第１触媒コンバータ１０よりも下流側の排気経路に
配置された，第１触媒コンバータ以上の容量を持つ第２
触媒コンバータ２０とを有している。

【００２２】第１触媒コンバータ１０には，排ガスを浄
化するための第１触媒を担持した第１触媒担体１１が設
けられている。第２触媒コンバータ２０には，排ガスを
浄化するための第２触媒を担持した第２触媒担体２１が
設けられている。第１触媒コンバータ１０は，エンジン
冷間時に第１触媒コンバータに流入するアイドリング時
の排ガス温度が第１触媒の活性化温度（約３００℃）よ
りも５０℃以上高くなる位置に取り付けられている。

【００２３】エンジン冷間時のアイドリング時の排出ガ
ス流量Ｑ１は，約４６２００リットル／時間である。第
１触媒担体の容量（体積）Ｖ１は５００ｃｃ，第２触媒
担体の容量（体積）Ｖ２は１１００ｃｃである。これら
の値から，第１，第２触媒担体１１，２１の総容量（総
体積）ＶＶは１６００ｃｃとなる。また，Ｑ１／Ｖ１の
値は９２４００，Ｑ２／ＶＶの値は１１６２５となり，
Ｑ１／Ｖ１の値はＱ２／ＶＶの値の７．９倍となる。

【００２４】また，排ガス浄化装置１は，エンジン５の
運転状態を制御する内燃機関制御手段３を有している。
該内燃機関制御手段３は，エンジン５のアイドリング回
転数，エンジン冷間時における点火時期を制御する。

【００２５】次に，上記排ガス浄化装置の詳細について
説明する。図２に示すごとく，第１触媒コンバータ１０
は，第１触媒担体１１と，第１触媒担体１１を収容する
外筒１９と，第１触媒担体１１と外筒１９との間の空隙
に配設された保持材１８とよりなる。

【００２６】図２に示すごとく，第１触媒担体１１は，
低熱膨張係数のコージェライト系セラミック（２ＭｇＯ
・２Ａｌ₂ Ｏ３・５ＳｉＯ₂ ）よりなる薄肉体により構
成されている。第１触媒担体１１は，直径７６ｍｍ，長
さ１１０ｍｍの円柱形状であり，その内部にはハニカム
状の多数の通気セルが形成されている。また，通気セル
の壁厚は０．０８〜０．１３ｍｍである。通気セルの壁
面には，排ガス中の有害成分を浄化するための第１触媒
１１１，１１２が担持されている。

【００２７】第１触媒１１１は，第１触媒担体１１の排
気経路の上流側領域に担持されている。他方の第２触媒
１１２は，第１触媒担体１１の排気経路の下流側領域に
担持されている。上流側領域及び下流側領域の幅Ａ，Ｂ
は，２５ｍｍ，８５ｍｍである。第１触媒１１１，１１
２は，いずれも白金（Ｐｔ）及びロジウム（Ｒｈ）の混
合物である。一方の第１触媒１１１は，約４．４ｇ／リ
ットルのＰｔと，約０．８８ｇ／リットルのＲｈとから
なる。他方の第２触媒１１２は，約１．５ｇ／リットル
のＰｔと，約０．３ｇ／リットルのＲｈとからなる。

【００２８】第１触媒１１１，１１２の担持に当たって
は，まず，第１触媒担体１１をγ−Ａｌ₂ Ｏ₃ を含有し
たスラリー中に浸漬し，焼成する。次いで，Ｐｔ，Ｒｈ
を所定量溶解した２種類の触媒水溶液中に，第１触媒担
体１１における上記上流側領域及び上記下流側領域を別
々に浸漬し，再度焼成する。これにより，第１触媒担体
の上流側領域及び下流側領域に上記の所定量の第１触媒
が担持される。

【００２９】外筒１９は，フェライト系耐熱ステンレス
鋼（ＳＵＳ４３０）よりなり，内径８５ｍｍ，幅１２５
ｍｍ，板厚１．５ｍｍである。

【００３０】保持材１８は，加熱膨張物質を含まず，排
気浄化時における第１触媒担体１１の外周部１１０の外
周温度において相変態しない材料である。かかる材料と
しては，７２重量％のＡｌ₂ Ｏ₃ と，２８重量％のＳｉ
Ｏ₂ とからなるアルミナ繊維を用いる。１本のアルミナ
繊維の直径は，２〜４μｍである。また，保持材１８
は，第１触媒担体に組み付ける前にあっては，厚み１５
ｍｍ，かさ密度０．０８ｇ／ｃｍ³ であり，組み付けた
後にあっては，厚み４．５ｍｍ，かさ密度０．２７ｇ／
ｃｍ³ である。

【００３１】外筒１９には，その上流側及び下流側の端
部に，上流側フランジ１９５及び下流側フランジ１９６
を有している。上流側フランジ１９５，下流側フランジ
１９６は，フェライト系耐熱ステンレス鋼（ＳＵＳ４３
０）からなり，内径７３ｍｍ，外径９８ｍｍ，板厚６ｍ
ｍである。

【００３２】また，第２触媒コンバータ２０は，図１に
示すごとく，排気経路における第１触媒コンバータ１０
の下流側に配置されている。第２触媒コンバータ２０
は，スターキャタリスト用の外筒２９内に，ワイヤネッ
ト又はセラミックファイバーマットを介して，第２触媒
担体２１を保持固定している。外筒２９の下流側フラン
ジ２９６は，排気管２７に設けた取付フランジ２７１に
対して連結固定されている。

【００３３】図１に示すごとく，排ガス浄化装置１は，
エキゾストマニホルド６と，排気管２７との間に連結固
定されている。エキゾストマニホルド６の取付フランジ
６１と第１触媒コンバータ１０の上流側フランジ１９５
との間，第１触媒コンバータ１０の下流側フランジ１９
６と第２触媒コンバータ２０の上流側フランジ２９５と
の間，及び第２触媒コンバータ２０の下流側フランジ２
９６と排出管２７の取付フランジ２７１との間は，図示
されていないガスケットを介してボルトにより連結固定
されている。

【００３４】第１触媒コンバータ１０は，エンジン冷間
時に第１触媒コンバータに流入するアイドリング時の排
ガス温度が第１触媒１１１，１１２の活性化温度よりも
５０℃高くなる位置，即ち，エキゾストマニホルド６か
ら略８００ｍｍ以内の位置に配置されている。

【００３５】エンジン５の排気量は２２００ｃｃであ
る。エキゾストマニホルド６は，エンジン５より導出さ
れる４本のマニホルド６０と連結している。

【００３６】次に，本例の作用及び効果について説明す
る。エンジン５を始動させてアイドリング状態とした場
合，エンジン冷間時においては，エンジン５の始動より
約１０〜１５秒後に，第１触媒コンバータ１０は，エン
ジン５より排出される排ガスから熱を受けて，４００〜
５００℃に急速に昇温される。その理由は，以下のよう
に考えられる。

【００３７】まず，従来の排ガス浄化装置に比べて，上
記Ｑ１／Ｖ１の値がＱ２／ＶＶの値に比べて７．９倍と
大きいこと，換言すれば，エンジン冷間時に，集中的に
単位体積当たりの第１触媒担体１１に与える熱量を増大
させているためである。また，第１触媒コンバータ１０
は，薄壁のモノリスより構成されているため，比較的熱
容量が小さいためである。

【００３８】更に，第１触媒コンバータ１０は，エキゾ
ストマニホルド６に隣接する位置に配置されているた
め，特に，従来のようにエキゾストマニホルド６から遠
く離れた車両床下に配置されていた排ガス浄化装置に比
べて，排ガスの持つエネルギーを多く受け取ることがで
きるためである。以上の理由により，エンジン始動より
約１０〜１５秒後で第１触媒担体１１に担持される第１
触媒１１１，１１２が活性化され，排ガスの浄化が効率
的に行われると考えられる。

【００３９】（実験例）次に，７５ＦＴＰモード（アメ
リカ連邦テスト法に準拠，０〜６０秒）を走行したとき
の，排ガス浄化装置のＴＨＣ浄化率及びＴＨＣ排出量を
測定した。ＴＨＣ（トータルＨＣ）浄化率は，７５ＦＴ
Ｐモードの瞬間にエンジンより排出されたＨＣ量に対す
る，第１及び第２触媒コンバータにより浄化されたＨＣ
の比率である。ＴＨＣ排出量は，排ガス浄化装置から排
出されたＨＣを０秒から積算した値である。

【００４０】測定に際して，表１，表２に示すごとく，
第１触媒担体の容量Ｖ１，第１，第２触媒担体の総容量
ＶＶ，及び第１，第２触媒の総担持量を変えて，排ガス
浄化装置を製造し，これらを試料１〜６（本発明），試
料Ｃ１〜Ｃ３（比較例）とした。得られた排ガス浄化装
置をエンジンの排気経路に取り付けた。そして，エンジ
ン冷間時の第２触媒コンバータへの排ガス流量Ｑ１，エ
ンジン暖機時の第１触媒コンバータへの排ガス流量Ｑ
２，エンジン冷間時の点火時期及びエンジン回転数を変
えて，ＴＨＣ浄化率及びＴＨＣ排出量を測定した。

【００４１】これらの測定結果を，表１，表２，図３，
図４に示した。表１には，試料１〜６，Ｃ１〜Ｃ３につ
いての，Ｑ１，Ｑ２，Ｖ１，ＶＶ，Ｑ１／Ｖ１，Ｑ２／
ＶＶ，（Ｑ１／Ｖ１）／（Ｑ２／ＶＶ）の値を示した。
表４には，排ガス浄化装置の総Ｐｔ担持量，エンジン冷
間時の点火時期及びエンジン回転数，ＴＨＣ浄化率，及
びＴＨＣ排出量を示した。図３には，Ｑ２／ＶＶに対す
るＱ１／Ｖ１の比と，ＴＨＣ浄化率及びＴＨＣ排出量と
の関係を示した。図４には，試料３，Ｃ３の排ガス浄化
装置についての，エンジン始動開始後６０秒までの間の
ＴＨＣ浄化率及びＴＨＣ排出量の変化を例示した。

【００４２】上記の測定結果より，図３より知られるよ
うに，Ｑ２／ＶＶに対するＱ１／Ｖ１の比が４．３倍以
上の場合（試料１〜６）には，Ｑ２／ＶＶに対するＱ１
／Ｖ１の比が３．５倍以下の場合（試料Ｃ１〜Ｃ３）よ
りも，ＴＨＣ浄化率が１５％以上向上し，ＴＨＣ排出量
が２０〜３０％低減することがわかる。

【００４３】また，図４より，エンジン始動後約１０〜
１５秒経過後に，試料３（本発明）のＴＨＣ浄化率が著
しく高くなるが，試料Ｃ３（比較例）の場合には殆ど浄
化性能を示さなかった。このことから，第１触媒担体に
担持された第１触媒が，エンジン始動後早期に活性化さ
れ，排ガスの浄化が効率的に行われていることがわか
る。これは，図２，図４に示すごとく，エンジン冷間時
に最初に昇温する第１触媒担体の排気経路の上流側に
は，Ｐｔ濃度が高い第１触媒１１１が担持されているた
め，より集中的にかつ効果的に触媒反応が行われるため
であると考えられる。

【００４４】しかも，第１触媒を活性化した後には，そ
の反応熱で後続の第２触媒担体２１をも早期に昇温活性
させ，十分な浄化能力を発揮することができる。その理
由は，本例の排ガス浄化装置は，単に第１触媒担体１１
の容量Ｖ１を小さくしただけではなく，第２触媒担体２
１の容量Ｖ２を大きくしている。そのため，触媒担体の
総容量ＶＶの低下し過ぎを回避して，エンジン暖機後の
浄化能力を高く維持することができるからであると考え
られる。以上により，本例の排ガス浄化装置は，エンジ
ン始動直後から高い排ガス浄化性能を発揮することがわ
かる。

【００４５】また，図３より知られるように，Ｑ２／Ｖ
Ｖに対するＱ１／Ｖ１の比が４．３倍以上の場合（試料
１〜６）には，ＴＨＣ浄化率が高く，ＴＨＣ排出量が低
いのは，図４に示すごとく，エンジン冷間時に，集中的
に第１触媒担体の単位体積当たりに与える排ガスの熱量
を増大させることにより，本発明（試料３）の第１触媒
はエンジン始動後約１０〜１５秒で活性するためである
と考えられる。しかし，比較例（試料Ｃ３）の第１触媒
は，エンジン始動後約３０秒近くまで活性しない。

【００４６】従って，本発明のＴＨＣ排出量は，第１触
媒が活性するエンジン始動後約１５秒近くまでは従来よ
りも多くなるが，エンジン始動後約１５秒以降は大幅に
減少し最終的には２０〜３０％の低減効果が得られる。

【００４７】

【表１】

【００４８】

【表２】

【００４９】表１，表２及び図３，図４より，第１触媒
担体活性前の不必要なＨＣ及びＣＯの排出の抑制しつ
つ，第１触媒担体を早期に昇温活性させるには，エンジ
ン冷間時のアイドリング回転数が１２００ｒｐｍ以上１
６００ｒｐｍ以下が好ましいことがわかる。

【００５０】更に，エンジン冷間時に早期に昇温し，し
かも触媒が活性化した後に十分な浄化能力を発揮するた
めには，第１触媒担体の容量は１００ｃｃ以上８００ｃ
ｃ以下が好ましいことがわかる。よって，Ｑ２／ＶＶに
対するＱ１／Ｖ１の比は，４．３以上３０．０以下であ
ることが好ましいことが分かる。

【００５１】また，エンジン冷間時の点火時期は，ＡＴ
ＤＣ２°以上ＡＴＤＣ５°以下であることが好ましい。
これにより，第１触媒コンバータに流入する排ガス温度
の上昇とエンジンの安定性との両立を図ることができ
る。また，内燃機関のシステム構成を大幅に変更するこ
となく，容易に第１触媒コンバータに流入する排ガスの
温度を上昇させることができる。以上より，本例の排ガ
ス浄化装置は，エンジン始動時における第１触媒コンバ
ータの早期活性と高浄化性とを併有し，かつエンジン暖
機後の浄化性能も優れ，構造が簡易である。

【００５２】なお，本実施形態例においては，排ガス浄
化装置は，第１触媒コンバータと第２触媒コンバータと
の２つとしたが，第２触媒コンバータ２０よりも更に下
流側において，他の第２触媒コンバータを設けてもよ
い。また，本実施形態例においては，第１触媒担体に担
持する第１触媒はＰｔとＲｈとしたが，第１触媒をＰｄ
等の貴金属を用いてもよい。また，第１触媒担体の排気
経路の上流側に担持されるＰｄの濃度は６．０ｇ／リッ
トル以上としてもよい。

【００５３】また，本実施形態例においては，第１触媒
担体としてセラミックを用いている。そのため，第１触
媒担体の熱伝導率を低くすることができる。その結果，
第１触媒担体の排気経路の上流側を集中的に昇温させる
ことができる。

【００５４】セラミック製触媒担体の排ガス通路を構成
する隔壁の厚みは，０．１２ｍｍ以下であることが好ま
しい。これにより，熱伝導率と熱容量とを低くして，セ
ラミック製触媒担体の排気経路の上流側を，更に集中的
に昇温させることができる。

【００５５】第１触媒担体に担持される第１触媒は，白
金，ロジウム，及びパラジウムのグループから選ばれる
１種又は２種以上であることが好ましい。これにより，
第１触媒コンバータの熱劣化を抑制できる。

【００５６】第１触媒が白金である場合には，第１触媒
担体における上流側領域に担持される白金の担持濃度は
３ｇ／リットル以上であることが好ましい。また，第１
触媒がパラジウムである場合には，上記上流側領域に担
持されるパラジウムの担持濃度は６ｇ／リットル以上で
あることが好ましい。これにより，エンジン冷間時に最
初に活性化温度に達する上流側領域において，その触媒
反応を触媒反応熱により加速的に拡げ，優れた浄化能力
を発揮させることができる。

【００５７】また，本実施例においては，上記排ガス浄
化装置に設ける第１触媒担体はセラミック製触媒担体と
したが，メタル製触媒担体としても良い。これにより第
１触媒担体のメッシュ化又は薄肉化を実現できる。具体
的には，メタル製触媒担体の排ガス通路を構成するメタ
ル管の厚みは，０．０７ｍｍ以下であることが好まし
い。これにより，第１触媒担体の熱容量を低くすること
ができる。そのため，第１触媒担体の排気経路の上流側
を早期に昇温させて，第１触媒の早期昇温活性化を図る
ことができる。

【００５８】実施形態例２ 本例においては，図５に示すごとく，第１触媒コンバー
タ１００が，３つの第１触媒担体１２，１３，１４から
なるタンデム構造を有している。第１触媒担体１２，１
３，１４に担持されている第１触媒は，いずれもＰｔと
Ｒｈとの混合物からなる。その他は，実施形態例１と同
様である。本例においても，実施形態例１と同様に，エ
ンジン始動後早期に高い触媒活性を得ることができた。

【００５９】実施形態例３ 本例の排ガス浄化装置は，図６に示すごとく，Ｙ字状に
分岐した内燃機関の排気経路に設けられている。即ち，
排ガス浄化装置は，Ｙ字状の排気経路の分岐部に設けた
第１浄化部１０１と第２浄化部１０２，及び合流部に第
３浄化部１０３とからなる。

【００６０】エンジン５１としては，Ｖ８エンジンを用
いる。エンジン５１からは，２方向にマニホルド２６及
びエキゾストマニホルド２６１が導出されている。２本
のエキゾストマニホルド２６１は，それぞれ第１，第２
浄化部１０１，１０２を介して，２つに分岐した排気管
２７０の上流側と連結している。エキゾストマニホルド
２６１，第１，第２浄化部１０１，１０２及び排気管２
７０の連結構造は，実施形態例１と同様である。また，
排気管２７０の下流側は１つの合流して，その合流点２
７２の下流側に，第３浄化部１０３を設けている。

【００６１】エンジン冷間時に第１，第２浄化部１０
１，１０２に，それぞれ流入する排ガスの流量Ｑ１ａ，
Ｑ１ｂは共に約３９６００リットル／時間，エンジン暖
機後に第１，第２浄化部１０１，１０２に流入する排ガ
スの流量Ｑ２ａ，Ｑ２ｂは共に約１８６００リットル／
時間である。

【００６２】また，第１，第２浄化部１０１，１０２に
は，それぞれ第１触媒コンバータ１０，及び第２触媒コ
ンバータ２０が設けられている。第１，第２触媒コンバ
ータ１０，２０には，第１，第２触媒を担持した第１，
第２触媒担体１１，２１が設けられている。第１，第２
浄化部１０１，１０２の双方に設けた，第１触媒担体１
１の容量Ｖ１はいずれも２００ｃｃであり，第２触媒担
体２１の容量Ｖ２はいずれも８００ｃｃである。また，
第３浄化部１０３には，容量Ｖ３が１０００ｃｃの第２
触媒担体が設けられている。この第３浄化部１０３は，
第２触媒コンバータ２０と同様に第２触媒担体及び第２
触媒を設けている。

【００６３】排気経路に介設されたすべての触媒担体，
即ち第１，第２触媒担体の総容量をＶＶとしたとき，Ｖ
Ｖ＝２００×２＋８００×２＋１０００＝３０００ｃｃ
となる。また，Ｑ１／Ｖ１は第１触媒担体に与える熱量
の指標であるから，Ｑ１＝Ｑ１ａ＝Ｑ１ｂ＝３９６００
リットル／時間と定義し，このときＱ１／Ｖ１＝１９８
０００となる。一方，Ｑ２／ＶＶは全触媒担体に与える
熱量の指標であるから，Ｑ２＝Ｑ２ａ＋Ｑ２ｂ＝３７２
００リットル／時間と定義し，このときＱ２／ＶＶ＝１
２４００となる。従って，Ｑ１／Ｖ１の値は，Ｑ２／Ｖ
Ｖの値の１６．０倍となる。

【００６４】本例の排ガス浄化装置においても，実施形
態例１と同様にエンジン始動時における触媒コンバータ
の早期活性と高浄化性とを併有し，かつエンジン暖機後
の浄化性能も優れ，構造が簡易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１における，排ガス浄化装置の配置
場所を示す説明図。

【図２】実施形態例１の排ガス浄化装置の断面説明図。

【図３】実験例２における，（Ｑ１／Ｖ１）／（Ｑ２／
ＶＶ）と，ＴＨＣ浄化率及びＴＨＣ排出量との関係を示
す説明図。

【図４】実験例１における，第１触媒コンバータの浄化
性能を示す線図。

【図５】実施形態例２の排ガス浄化装置の断面説明図。

【図６】実施形態例３における，排ガス浄化装置の説明
図。

【符号の説明】

１．．．排ガス浄化装置， １０．．．第１触媒コンバータ， １１，１２，１３，１４．．．第１触媒担体， １８．．．保持材， １９．．．外筒， １０１．．．第１浄化部， １０２．．．第２浄化部， １０３．．．第３浄化部， ２０．．．第２触媒コンバータ， ２１．．．第２触媒担体， ２６．．．エキゾストマニホルド， ２７，２７０．．．排気管， ３．．．内燃機関制御手段， ５，５１．．．エンジン，

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気経路に介設された排ガス
   浄化装置において，上記排ガス浄化装置は，上記排気経
   路の最上流側に配置された第１触媒コンバータと，上記
   第１触媒コンバータよりも下流側の排気経路に配置され
   た，上記第１触媒コンバータ以上の容量を持つ少なくと
   も１つの第２触媒コンバータとを有しており，上記第
   １，第２触媒コンバータには，排ガスを浄化するための
   第１，第２触媒を担持した第１，第２触媒担体が設けら
   れ，上記第１触媒コンバータは，エンジン冷間時に上記
   第１触媒コンバータに流入するアイドリング時の排ガス
   温度が，上記第１触媒の活性化温度よりも高くなる位置
   に取り付けられ，かつ，上記エンジン冷間時における上
   記排ガス浄化装置へのアイドリング時の排ガス流量をＱ
   １，エンジン暖機後における上記排ガス浄化装置へのア
   イドリング時の排ガス流量をＱ２とし，上記第１触媒担
   体の容量をＶ１，上記排ガス浄化装置に設けた全ての触
   媒担体の総容量をＶＶとしたとき，Ｑ１／Ｖ１の値がＱ
   ２／ＶＶの値の４倍以上であることを特徴とする内燃機
   関の排ガス浄化装置。
2. 【請求項２】 請求項１において，上記第１触媒担体
   は，排ガス通路を構成する隔壁の厚さが０．１３ｍｍ以
   下のセラミック製触媒担体であることを特徴とする内燃
   機関の排ガス浄化装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において，上記第１触媒
   は，第１触媒担体における排気経路の上流側に，上記第
   １触媒担体における排気経路の下流側よりも高い濃度で
   担持されていることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化
   装置。