JPH11294148A

JPH11294148A - 排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JPH11294148A
Application number: JP10099638A
Authority: JP
Inventors: Kunio Nakazato; 邦雄中里
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1998-04-10
Filing date: 1998-04-10
Publication date: 1999-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】触媒用の空間を別途に確保する必要なく排気
経路におけるエンジンの近傍位置に設けることができ、
排気ガスの浄化効率の向上を図ることができる排気ガス
浄化装置を得ること。【解決手段】エンジンの排気管の内壁面表面に触媒物
質を設け、壁面触媒部を構成する。これにより、排気通
路の通路内壁面を触媒担体とし、排気通路自体に触媒機
能を与える。この結果、触媒コンバータ専用の空間を別
途に確保する必要のない触媒を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガス浄化装置
に関し、特にエンジンの燃焼室から排出される排気ガス
を浄化する排気ガス浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、車両用エンジンの排気ガスを
浄化する方法として排気通路途中に触媒を設け、触媒内
に排気ガスを通過させて触媒反応によって排気ガスを浄
化する方法が一般的に用いられている。触媒は、その表
面積が広いほど浄化効率が高いため、より多くの排気ガ
スと接触できる触媒コンバータが用いられている。

【０００３】触媒コンバータは、多数のセルを備えたモ
ノリス形状又はハニカム形状を有するセラミック製やメ
タル製の触媒担体に触媒物質を担持させることによりよ
り多くの表面積を確保している。そして、通過する排気
ガスをより完全に浄化し、また、排気ガスの通過抵抗を
低減させるため等の理由から、その容積は大型なものと
なる。したがって、一般的に触媒コンバータは排気通路
の外形よりも大型となり、その配置をエンジンルーム内
に確保することが困難な場合は、エンジンルーム外、例
えば車両下面位置に配置されていた。

【０００４】一方、触媒は低温時において活性化せず、
通過する排気ガスを十分に浄化することができないとい
う特性を有している。したがって、触媒がエンジンルー
ム外に配置されると、触媒とエンジンとの距離が離れる
ためにエンジンから排出される排気ガスの熱がその距離
のために冷やされて触媒に伝わりにくい場合があり、冷
間始動時等においては触媒の活性化が遅れるという不具
合を有していた。

【０００５】特に、触媒の上流にターボチャージャ等の
過給機が接続されている場合には、過給機のハウジング
がエンジンから排出される排気ガスの熱を吸収してしま
うため、排気ガス温度が低下して触媒の活性化が遅れる
という不具合を有していた。

【０００６】そこで、このような問題を解決すべく従来
より種々の提案がなされており、例えば、第１の従来例
として、触媒コンバータ（主触媒）よりも小型の触媒コ
ンバータ（プリ触媒）を過給機の上流側に配置し、早期
に活性化させて排気ガスの浄化効率向上を図るものが提
案されている。図６は、第１の従来例を概略的に示す説
明図である。図示したように、エンジン装置１０１は、
エンジン本体１０２と、吸気通路１０３、排気通路１０
４を備えており、排気通路１０４には、上流側からプリ
触媒１３０、ターボ１０５、主触媒１０６が設けられて
いる。

【０００７】これによれば、エンジン本体１０２から排
出された排気ガスは、その熱をターボ１０５により奪わ
れることなくプリ触媒１３０に高温のまま伝えて、プリ
触媒１３０を早期に活性化させ、冷間始動時等の主触媒
１０６が活性化するまでの間の排気ガスの浄化を行わせ
て、浄化効率を向上させるものである。

【０００８】また、第２の従来例としては、冷間始動時
のみ過給機をバイパスするバイパス排気通路を設けその
バイパス排気通路に小型の触媒コンバータ（プリ触媒）
を配置して排気ガスの浄化を図るものが提案されてい
る。図７は、第２の従来例を概略的に示す説明図であ
る。図示したように、本エンジン装置は、排気通路１０
４に上流側からターボ１０５、主触媒１０６が設けら
れ、ターボ１０５をバイパスするバイパス通路１０８に
プリ触媒１３０が設けられている。

【０００９】そして、バイパス通路１０８の上流端に
は、排気ガスの流路をターボ１０５側か、プリ触媒１３
０側かを切り換える排気ガス流路切換弁１０９が設けら
れている。これによれば、冷間始動時等の場合には排気
ガス流路切換弁１０９によりエンジン１０２本体から排
出される排気ガスをバイパス通路１０８に導くことによ
って、プリ触媒１３０を早期に活性化させ、主触媒１０
６が活性化するまでの間の排気ガスの浄化を行わせて、
排気ガスの浄化効率を向上させるものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、車両の
エンジンルームがエンジン本体１０２や車両制御装置
（図示せず）、付帯機器等（図示せず）により殆ど埋め
尽くされ、エンジン本体１０２の近傍位置にプリ触媒１
３０を設けるための空間やバイパス通路１０８のための
空間を別途に確保することが困難な場合がある。

【００１１】そこで、本発明は、上記の問題を解決すべ
くなされたものであり、その目的は、触媒用の空間を別
途に確保する必要なく排気通路におけるエンジンの近傍
位置に設けることができ、排気ガスの浄化効率の向上を
図ることができる排気ガス浄化装置を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記不具合を解決するた
めに、本発明の請求項１に記載の排気ガス浄化装置は、
エンジンの排気通路の内壁面表面に触媒物質を設けた壁
面触媒部を備えていることを特徴とする。これにより、
排気通路の内壁面表面を直接の触媒担体として排気通路
自体に触媒機能を与える。したがって、従来のような触
媒担体を別途に設けた触媒コンバータ専用の空間を排気
通路の途中に別途に確保する必要がない。また、従来、
排気通路において排気ガスの通過抵抗となっていた触媒
担体を廃止することができ、エンジン出力への跳ね返り
を抑制することができる。

【００１３】請求項２に記載の排気ガス浄化装置は、前
記壁面触媒部は、排気通路の内壁面表面の一部に設けた
ことを特徴とする。これにより、壁面触媒部を触媒物質
の浄化機能が十分に発揮できる位置、例えば、エンジン
により近い位置に設けることができ、エンジンの熱をよ
り早く伝達することができる。したがって、壁面触媒部
の触媒物質を早期に活性化させることができ、排気ガス
を早期に浄化させることができる。これにより、排気ガ
スの浄化効率を向上させることができる。また、排気通
路の一部に設けることから、排気通路全体の製造を容易
化することができる。

【００１４】請求項３に記載の排気ガス浄化装置は、前
記排気通路には壁面触媒部の他に主たる触媒装置が設け
られており、壁面触媒部は触媒装置の上流側の排気通路
内壁面表面に設けられていることを特徴とする。これに
よれば、壁面触媒部は、触媒装置よりもエンジンに近い
上流側に位置することから、エンジンから排出される排
気ガスによって早期に暖められ早期活性化することがで
きる。

【００１５】従って、特に、冷間始動時等の触媒装置が
未活性状態である場合にも、早期に活性化してその浄化
機能を発揮することができ、触媒装置の浄化機能を補完
して排気ガスの浄化効率を向上させることができる。ま
た、壁面触媒部が触媒装置の浄化機能を補助することか
ら、触媒装置はその容積を小さなものとすることができ
る。尚、ここで、主たる触媒装置とは、従来より用いら
れている触媒装置であって特に限定されるものではな
く、例えば、別途に設けられた触媒担体に触媒物質を担
持させた触媒コンバータ等を示す。

【００１６】請求項４に記載の排気ガス浄化装置は、前
記触媒装置の上流側には過給機が設けられており、壁面
触媒部はエンジンの下流側で且つ過給機の上流側の内壁
面表面に設けられていることを特徴とする。これによれ
ば、排気ガスの熱を過給機に奪われることなく、その熱
を排気触媒部に伝達することができ、より早期に活性化
させることができる。従って、過給機の下流側に位置す
るために冷間始動時等に早期に活性化することができな
い触媒装置の浄化機能を補完することができ、排気ガス
の浄化効率を向上させることができる。

【００１７】請求項５に記載の排気ガス浄化装置は、前
記壁面触媒部は、排気通路を形成する排気マニホール
ド、排気管及び排気管の管路途中に装着される部材の少
なくとも１つの前記内壁面表面に設けたことを特徴とす
る。これにより、壁面触媒部の製造を容易に行うことが
でき、また、その設置箇所を壁面触媒部が最もその浄化
能力を発揮することができる位置に設けることができ
る。

【００１８】請求項６に記載の排気ガス浄化装置は、前
記壁面触媒部を設ける内壁面表面は、所定高さで突出す
る突出部を備えていることを特徴とする。これにより、
壁面触媒部の触媒物質が担持される表面積を拡大するこ
とができ、触媒物質と排気ガスとの接触面積を拡大する
ことができる。したがって、触媒反応の向上により排気
ガスの浄化効率を更に向上させることができる。

【００１９】請求項７に記載の排気ガス浄化装置は、前
記突出部は、円周方向に連続し排気通路の長手方向に所
定間隔をおいて突出して設けられていることを特徴とす
る。したがって、壁面触媒部が設けられる内壁面表面
は、突出部により排気通路の内壁面において略蛇腹形状
をなし、壁面触媒部の触媒物質が担持される表面積を拡
大することができる。したがって、触媒物質と排気ガス
との接触面積を拡大することができ、請求項６と同様の
作用を得ることができる。

【００２０】請求項８に記載の排気ガス浄化装置は、前
記突出部が円周方向に所定間隔をおいて突出し長手方向
に伸長して形成されていることを特徴とする。したがっ
て、壁面触媒部が設けられる内壁面表面は、突出部によ
り排気通路の内壁面において排気通路の管路方向に伸長
する長溝形状を形成する。したがって、壁面触媒部の触
媒物質が担持される表面積を拡大することができ、触媒
物質と排気ガスとの接触面積を拡大することができ、請
求項６と同様の作用を得ることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
に基づいて説明する。

【００２２】図１は、本実施の形態にかかるエンジン装
置を説明する概略説明図である。エンジン装置１は、車
両用エンジンであり、図示したように、エンジン本体２
と、エンジン本体２の吸気側に連通する吸気通路３、及
び排気側に連通する排気通路４を備え、ターボ５による
過給システムを採用している。排気通路４は、上流側か
ら順に排気マニホールド１０、第１排気管２０、ターボ
５、第２排気管４０、主触媒６を備えている。主触媒６
は従来より用いられている触媒コンバータと同様の構成
を有し、エンジンルーム外の例えば車両下面位置に配置
されている。

【００２３】図２は、排気マニホールド１０の構造を要
部断面にて説明する概略説明図である。排気マニホール
ド１０は、図示したように、その内壁面１１の形状が縦
断面が波形状をなし突出部１１ａを有する形状に形成さ
れている。そして、内壁面１１の全面には触媒物質５０
が担持され、触媒層５１によりコーティングされた壁面
触媒部５２が形成されている。これにより、排気マニホ
ールド１０は触媒機能を有し、排気マニホールド１０を
通過する排気ガスを浄化することができる。

【００２４】図３は、排気マニホールド１０の内壁面１
１に担持されている壁面触媒部５２の状態を断面図によ
り示した概略説明図である。壁面触媒部５２の触媒層５
１は、本実施の形態では３０〜１００μｍの厚さを有し
ており、触媒層５１を構成する触媒物質５０は白金系金
属により構成され、例えば、多孔質で大きな表面積を有
するアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）の表面に白金（Ｐｔ）、ロ
ジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）の少なくとも１つ
が含まれる貴金属が微粒子として分散している構造とな
っている。

【００２５】このように、内壁面１１の形状を波形状に
突出部１１ａを有するように形成した内壁面１１上に壁
面触媒部５２を形成したことによって、その有効表面積
をより大きく確保することができ、より多くの排気ガス
を接触させることができる。したがって、排気ガスの浄
化効率を更に向上させることができる。

【００２６】また、排気マニホールド１０は排気通路４
の中でエンジン本体２に最も近い上流位置にあるため、
より高温の排気ガスに晒される。したがって、最も早く
高温化し、壁面触媒部５２をより早く短時間で活性化す
ることができる。これにより、冷間始動時等の主触媒６
が未活性状態においても排気ガスを浄化することがで
き、主触媒の浄化機能を補完し、排気ガスの浄化効率を
向上させることができる。

【００２７】次に、第１排気管２０は、図１に示したよ
うに、排気マニホールド１０とターボ５との間を連通接
続し、その管路途中には触媒管３０が介在されている。
図４は、触媒管３０の構造を要部断面により説明する概
略図である。触媒管３０は、第１排気管２０とほぼ同じ
厚さを有する鋼管を加工することによって成形されてお
り、図示したように、大小の径が長手方向に所定間隔を
おいて交互に形成された略蛇腹形状をなしている。そし
て、触媒管３０の小さい方の内径は、第１排気管２０の
内径とほぼ同じ大きさに形成されている。

【００２８】また、触媒管３０の内壁面３１には、排気
マニホールド１０の内壁面１１と同様に全面に亘って触
媒物質が担持され、触媒層５１によりコーティングされ
た壁面触媒部５２が形成されている。図５は、触媒管３
０の内壁面３１に担持されている壁面触媒部５２の状態
を示した概略図である。このように、触媒管３０を略蛇
腹形状に形成することによって内壁面３１に突出部３１
ａを形成し、内壁面３１の表面積をより大きく確保する
ことができ、壁面触媒部５２の有効表面積をより拡大す
ることができる。したがって、多量の排気ガスと接触す
ることができ、排気ガスの浄化効率を更に向上させるこ
とができる。

【００２９】上記構成により、エンジン本体２の下流側
近傍位置に従来のような別個の触媒担体を有する触媒コ
ンバータ用の容積空間を確保する必要なく、容易に触媒
を設けることができる。また、触媒管３０を蛇腹形状と
したことによって、そのとりまわしを容易なものとする
ことができる。

【００３０】そして、触媒管３０をターボ５の上流側に
設けることにより、壁面触媒部５２の触媒物質５１を早
期に活性化させることができ、特に、冷間始動時におい
て主触媒の浄化機能を補完し、排気ガスの浄化効率を向
上させることができる。

【００３１】また、触媒管３０には、図４に示したよう
に、その外周囲を所定の間隙を介して囲繞するアウター
ブレード３２が設けられている。アウターブレード３２
は、触媒管３０が外気等によって冷却されるのを抑制し
て高温を保ち、活性化を維持させる役割を果たす。ま
た、アウターブレード３２の形状は、本実施の形態にお
いては略円筒形状をなしているが、他の形態として触媒
管３０と同様に蛇腹形状に形成しても良い。蛇腹形状と
したことによって、アウターブレード３２の曲げ加工を
容易にして、触媒管３０に合わせた形状に形成すること
ができるという作用を有する。

【００３２】触媒管３０の成形は、本実施の形態におい
ては、円筒形をなすシームレス鋼管を蛇腹形状を有する
型枠内に装てんした後に、鋼管内に高圧をかけて鋼管を
膨らませる方法によって行われる。また、他の方法とし
て、円筒形状をなす鋼管の内部に窒素ガスや水溶液、或
いはナイロン等の弾性体を充填した後、プレス型による
プレス成形や、平板を長手方向と交差する方向に伸長す
る波板形状にプレス後、加圧ローラ等により略円筒状に
曲げ癖を付け、接合部を溶接することによって成形して
も良い。

【００３３】触媒管３０の内壁面３１への触媒物質のコ
ーティングは、以下のようにして行われる。まず最初
に、触媒管３０の外壁面３３にシール剤を塗布してマ
スキングを施す。触媒管３０を治具により保持させた
状態で、触媒物質が原液の状態で貯留されているプール
内に沈めて原液の中に浸す。これにより、内壁面３１に
液状の触媒物質を付着させる。プールから取り出し外
壁面３３のシール剤を剥離した後、触媒管３０に高温で
焼き入れを行う。

【００３４】これにより、内壁面３１に付着している液
状の触媒物質を硬化させ、所定の厚さを有する触媒層を
形成することができる。また、〜の工程を複数回行
うことによって触媒層を複数層に形成することも可能で
ある。コーティングの他の方法としては、触媒管３０の
一方の開口部から管内に液状の触媒物質を流し込み、内
壁面上に付着させた後に焼き入れを行っても良い。これ
によれば、マスキングの塗布工程及び剥離工程を省略す
ることができる。尚、排気マニホールド１０の内壁面１
１への排気物質のコーティングも触媒管３０と同様にし
て行われる。

【００３５】本実施の形態の変形例として、排気マニホ
ールド１０の内壁面１１及び触媒管３０の内壁面３１の
形状を円周方向に所定間隔毎に凹凸して管路方向に連続
して伸長する縦溝形状に形成しても良い。このような縦
溝形状に形成した場合でも、排気ガスとの接触面積を大
きく確保することができ、排気ガスの浄化効率を向上さ
せることができる。

【００３６】また、本実施の形態の応用例として、壁面
触媒部５２を第１排気管２０の内壁面全面や第２排気管
４０の内壁面全面に形成しても良い。これにより、壁面
触媒部５２と排気ガスとの接触面積をより大きく確保す
ることができ、排気ガスの浄化効率を更に向上させるこ
とができる。

【００３７】上述の実施の形態は、ターボ５を備えた排
気システムについて説明しているが、ターボ５を装備し
ていないノンターボのエンジン装置にも用いることがで
きる。この場合にも、上述の実施の形態と同様に、従来
のような触媒コンバータ用の容積空間を確保する必要が
なく容易に触媒を設けることができ、排気通路４の内壁
面に形成された壁面触媒部５２の早期活性化による排気
ガスの浄化効率向上を図ることができる。

【００３８】尚、本発明は、上述の各実施の形態に限定
されるものではなく、発明の要旨内にて種々の変形が可
能である。例えば、排気マニホールド１０の内壁面１１
は凹凸がなくても良い。また、触媒管３０は上述した波
形状や蛇腹形状の例に限定されるものではなく、ねじり
溝形状等に形成しても良い。更に、触媒管３０の内壁面
３１に凹凸がない略円筒形状に形成しても良い。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る排気
ガス浄化装置によれば、排気通路の通路内壁面を触媒担
体とすることができ、排気通路自体に触媒機能を与える
ことができる。したがって、排気ガスを通過させるだけ
で浄化することができ、触媒コンバータ専用の空間を別
途に確保する必要のない触媒を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態を説明する概略説明図であ
る。

【図２】排気マニホールドの構造を説明する概略図であ
る。

【図３】排気マニホールドの内壁面に担持されている触
媒層の状態を示した概略図である。

【図４】触媒管の構造を説明する概略図である。

【図５】触媒管の内壁面に担持されている触媒層の状態
を示した概略図である。

【図６】第１の従来例を示す説明図である。

【図７】第２の従来例を示す説明図である。

【符号の説明】

１エンジン装置２エンジン本体４排気通路５ターボ６主触媒（触媒装置）１０排気マニホールド１１排気マニホールドの内壁面２０第１排気管３０触媒管３１触媒管の内壁面３２アウターブレード３３外壁面４０第２排気管５０触媒物質５１触媒層５２壁面触媒部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩ // Ｂ０１Ｊ 23/40 Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの燃焼室から排出される排気ガ
スを浄化する排気ガス浄化装置において、前記エンジンの排気通路の内壁面表面に触媒物質を設け
た壁面触媒部を備えていることを特徴とする排気ガス浄
化装置。
【請求項２】前記壁面触媒部は、前記排気通路の内壁
面表面の一部に設けたことを特徴とする請求項１に記載
の排気ガス浄化装置。
【請求項３】前記排気通路には前記壁面触媒部の他に
主たる触媒装置が設けられており、前記壁面触媒部は前
記触媒装置の上流側の前記内壁面表面に設けられている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化
装置。
【請求項４】前記触媒装置の上流側には過給機が設け
られており、前記壁面触媒部は前記エンジンの下流側で
且つ前記過給機の上流側の前記内壁面表面に設けられて
いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
排気ガス浄化装置。
【請求項５】前記壁面触媒部は、前記排気通路を形成
する排気マニホールド、排気管及び排気管の管路途中に
装着される部材の少なくとも１つの前記内壁面表面に設
けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の
排気ガス浄化装置。
【請求項６】前記壁面触媒部を設ける前記内壁面表面
は、所定高さで突出する突出部を備えていることを特徴
とする請求項１〜５のいずれかに記載の排気ガス浄化装
置。
【請求項７】前記突出部は、円周方向に連続し前記排
気通路の長手方向に所定間隔をおいて突出して設けられ
ていることを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化
装置。
【請求項８】前記突出部は、円周方向に所定間隔をお
いて突出し長手方向に伸長して形成されていることを特
徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化装置。