JP3716585B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、三元触媒とNOx吸蔵触媒とを備える内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の排気浄化装置として、排気通路に、ストイキ運転時に効率良くHC、CO及びNOxを処理可能な三元触媒と、リーン運転時にNOxを吸収し、ストイキ又はリッチ運転時にNOxを放出してHCと反応させることにより還元処理するNOx吸蔵触媒とを備えるものがある(例えば特開平8−270440号公報参照)。
【0003】
ところで、三元触媒は、内燃機関のコールドスタート対策のため(コールドスタート時にも触媒転化効率を確保してHC低減を図るため)、排気温度の低下の少ない排気通路の比較的上流側(例えば排気マニホールド出口部)に配置するのがよく、特に燃焼室内に直接ガソリン燃料を噴射する直噴ガソリンエンジンでは、熱効率が良く排気温度が低くなるため、このように配置する必要がある。
【0004】
その一方、NOx吸蔵触媒は、高負荷時などに吸収材の熱劣化が問題となるなど、耐熱性に乏しいことから、排気通路の比較的下流側にいわゆる床下触媒として配置する必要がある。
従って、排気通路の上流側に三元触媒を配置し、下流側にNOx吸蔵触媒を配置する必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように排気通路の上流側に三元触媒を配置し、下流側にNOx吸蔵触媒を配置すると、ストイキ又はリッチ運転時にNOx吸蔵触媒からNOxを放出する際、この放出したNOxを還元するのに必要なHCが上流側の三元触媒によって浄化処理されてしまい、NOx吸蔵触媒によるNOxの還元処理が不十分となるという問題点があった。
【0006】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、ストイキ又はリッチ運転時に三元触媒下流側のNOx吸蔵触媒からNOxを放出する際に、十分なNOx還元処理性能を確保できるようにすることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1に係る発明では、排気通路に三元触媒を備え、その下流側に、リーン運転時にNOxを吸収し、ストイキ又はリッチ運転時にNOxを放出するNOx吸蔵触媒を備える内燃機関において、前記三元触媒の触媒担体の排気通路中心側のセル密度を、排気通路周辺側(外周側)のセル密度に比べて小さくしたことを特徴とする。
【0008】
このようにすることで、次のような作用が得られる。
三元触媒の触媒担体の中心側のセル密度を周辺側のセル密度に比べて小さくすれば、中心側での触媒表面積を小さくして、中心側での転化効率を低下させることができる。
一方、リーン運転とストイキ又はリッチ運転とを切換可能な内燃機関において、ストイキ又はリッチ運転に切換えるのは、加速時などで、比較的空気流量(従って排気流量)が多いときである。
【0009】
そして、排気流量が小さい時は、触媒の中心側と周辺側との流速差は小さく、排気が均一に流れるが、排気流量が大きい時は、触媒の中心側の流速が周辺側の流速に比べ極めて大きくなり、中心側を流れる割合が多くなる。
よって、三元触媒の中心側のセル密度を小さくして、中心側での転化効率を低下させておくことにより、排気流量が大となって、三元触媒の中心側を流れる割合が多くなるストイキ又はリッチ運転時に、三元触媒の転化効率を実質的に低下させることが可能となる。
【0010】
このため、ストイキ又はリッチ運転時に、NOx吸蔵触媒からNOxを放出した際に、上流側の転化効率が低下した三元触媒からある程度のHCが供給され、NOx還元処理性能を確保することが可能となる。
また、加速時などに、排気の多くが流れる触媒中心側のセル密度が小さいため、排気系の圧力損失も減少し、出力向上も図れる。
【0011】
請求項2に係る発明では、前記三元触媒の触媒担体は、平板と波板とを交互に積層してなり、波板の波のピッチを排気通路中心側のものについて排気通路周辺側のものより大きくして、セル密度を変化させたことを特徴とする。
請求項3に係る発明では、セル密度を排気通路中心側と排気通路周辺側とで2段階に変化させたことを特徴とする。
【0012】
請求項4に係る発明では、セル密度を排気通路中心側から排気通路周辺側へ連続的に変化させたことを特徴とする。
【0013】
【発明の効果】
請求項1に係る発明によれば、ストイキ又はリッチ運転時に三元触媒下流側のNOx吸蔵触媒からNOxを放出する際に、三元触媒の転化効率を低下させて、NOxの還元に必要なHCを供給することができ、十分なNOx還元処理性能を確保できるという効果が得られる。また、排気系の圧力損失を低減して、出力向上を図ることができるという効果も得られる。
【0014】
請求項2に係る発明によれば、セル密度を変化させる際に、波板の波のピッチを変えることで、簡単に実施できるという効果が得られる。
請求項3に係る発明によれば、セル密度を2段階に変化させることで、簡単に実施できるという効果が得られる。
請求項4に係る発明によれば、セル密度を連続的に変化させることで、NOx還元処理性能等を更に向上させることができるという効果が得られる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明を適用する自動車用内燃機関の排気系のシステム図である。
内燃機関1は、例えば燃焼室内に直接ガソリン燃料を噴射する直噴ガソリンエンジンであり、空燃比の制御により、少なくともリーン運転とストイキ運転とに切換可能である。具体的には、図4に走行パターン例を示すように、定常及び減速時にリーン運転を行い、加速時にストイキ運転に切換える。
【0016】
内燃機関1の排気通路2には、その比較的上流側(例えば排気マニホールド出口部)に三元触媒3が配置されている。三元触媒3は、ストイキ運転時に効率良くHC、CO及びNOxを処理可能である。
そして、排気通路2の比較的下流側(床下位置)にNOx吸蔵触媒4が配置されている。
【0017】
NOx吸蔵触媒4は、リーン運転時にNOxを吸収し、ストイキ運転時にNOxを放出してHCと反応させることにより還元処理するもので、特性上、NOxを吸収するときはHCが少ないほどよく、放出するときはHCが多いほど転化率が向上する。
すなわち、図5はある一定の流量、HC,NOx濃度である排気ガスの下で、NOx吸蔵触媒にNOxを吸収させたときの飽和吸収量を示した図であり、HC/NOxが小さい程、すなわちHCが少ない程、吸収量が向上することを示している。また、図6は上記の吸収したNOxをある一定時間転化できるNOx転化率について流入させるHC濃度を変化させたときの傾向を示した図であり、HC濃度が大きい程、NOx転化率が向上することを示している。
【0018】
ここにおいて、三元触媒3の触媒担持用のメタル担体は、例えば図2又は図3に示すように、共に一定の厚さ(例えば30〜50μm)のメタル箔材からなる平板11と波板12とを交互に積層して、同心円状に巻いたものであり、隣り合う平板11,11間で波板12の波のピッチ毎に、セル(小空間)が形成される。
【0019】
そして、波板12の波のピッチを排気通路中心側のものについて排気通路周辺側のものより大きくして、セル密度を変化させ、三元触媒3のメタル担体の中心側のセル密度を周辺側のセル密度に比べて小さく(粗く)してある。
この場合、図2に示すように、セル密度を中心側と周辺側とで2段階に変化させるようにしてもよいし、図3に示すように、セル密度を中心側から周辺側へ連続的に変化させるようにしてもよい。
【0020】
また、中心側のセル密度は、50〜200cpsi、周辺側のセル密度は、400〜1000cpsi程度が適当である(cpsi=セル・パー・スクエア・インチ)。
尚、メタル担体には、この例のように同心円状に巻くものと、S字状に巻くものとがあり、S字状に巻くものに適用してもよい。
【0021】
次に作用を説明する。
三元触媒3のメタル担体の中心側のセル密度を周辺側のセル密度に比べて小さくすれば、中心側での触媒表面積を小さくして、中心側での転化効率を低下させることができる。
一方、ストイキ運転に切換えるのは、加速時などで、比較的空気流量(従って排気流量)が多いときである。
【0022】
そして、図7に触媒での流速分布を示すように、排気流量が小さい時は、触媒の中心側と周辺側との流速差は小さく、排気が均一に流れるが、排気流量が大きい時は、触媒の中心側の流速が周辺側の流速に比べ極めて大きくなり、中心側を流れる割合が多くなる。
よって、三元触媒3の中心側のセル密度を小さくして、中心側での転化効率を低下させておくことにより、排気流量が大となって、三元触媒3の中心側を流れる割合が多くなるストイキ運転時に、三元触媒3の転化効率を実質的に低下させることが可能となる。
【0023】
このため、ストイキ運転時に、NOx吸蔵触媒4からNOxを放出した際に、三元触媒3からある程度のHCが供給され、NOx還元処理性能を確保することが可能となる。
すなわち、リーン運転時のように比較的排気流量が少なく触媒中の流速分布が均一な時は、三元触媒3でなるべくHCを転化して、下流側のNOx吸蔵触媒4での吸収性能を向上させ、ストイキ運転時のように比較的排気流量が多く触媒の中心流速が速い時には、三元触媒3でなるべくHCを転化せずに、下流側のNOx吸蔵触媒4へHCを供給し、NOx還元反応を促進させるのである。
【0024】
また、ストイキ運転を行う加速時などに、排気の多くが流れる触媒中心側のセル密度が小さいため、排気系の圧力損失も減少し、出力向上も図れる。
尚、セル密度を変化させる際に、平板11の間隔を変え、この間に入る波板12の波の高さを変化させるようにすることもできるが、波板12の波のピッチを変える方が比較的容易に実施できる。
【0025】
また、メタル担体を用いる場合、通電が可能であるので、ヒータ付き触媒(EHC)として構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態を示す内燃機関の排気系のシステム図
【図2】 三元触媒のセル構造の一例を示す図1のA−A断面図
【図3】 三元触媒のセル構造の他の例を示す図1のA−A断面図
【図4】 走行パターン例を示す図
【図5】 NOx吸蔵触媒のNOx吸収特性を示す図
【図6】 NOx吸蔵触媒のNOx還元特性を示す図
【図7】 触媒での流速分布を示す図
【符号の説明】
1 内燃機関
2 排気通路
3 三元触媒
4 NOx吸蔵触媒
11 平板
12 波板
Claims (4)
- 排気通路に三元触媒を備え、その下流側に、リーン運転時にNOxを吸収し、ストイキ又はリッチ運転時にNOxを放出するNOx吸蔵触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記三元触媒の触媒担体の排気通路中心側のセル密度を排気通路周辺側のセル密度に比べて小さくしたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記三元触媒の触媒担体は、平板と波板とを交互に積層してなり、波板の波のピッチを排気通路中心側のものについて排気通路周辺側のものより大きくして、セル密度を変化させたことを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置。
- セル密度を排気通路中心側と排気通路周辺側とで2段階に変化させたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の内燃機関の排気浄化装置。
- セル密度を排気通路中心側から排気通路周辺側へ連続的に変化させたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の内燃機関の排気浄化装置。
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JP31679197A JP3716585B2 (ja) | 1997-11-18 | 1997-11-18 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP31679197A JP3716585B2 (ja) | 1997-11-18 | 1997-11-18 | 内燃機関の排気浄化装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP31679197A Expired - Lifetime JP3716585B2 (ja) | 1997-11-18 | 1997-11-18 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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Families Citing this family (2)
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CN115045737A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-09-13 | 合肥神舟催化净化器股份有限公司 | 一种汽车尾气净化催化剂载体 |
-
1997
- 1997-11-18 JP JP31679197A patent/JP3716585B2/ja not_active Expired - Lifetime
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