JPH0586842A

JPH0586842A - エンジンの排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JPH0586842A
Application number: JP3246171A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Ihara; 和則井原; Hiroshi Murakami; 浩村上
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1991-09-25
Filing date: 1991-09-25
Publication date: 1993-04-06

Abstract

(57)【要約】【目的】エンジン冷間時においても早期に活性化を図
り得る触媒を提供する。【構成】本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、上
下２枚の平板および該平板間に配設された波板よりなる
メタル触媒担体とハニカム状のコーディライト担体とを
積層してメタルモノリス触媒を構成し、上記メタル触媒
担体に電極を設けて通電加熱するようになっている。従
って、エンジン冷間時においても活性化が可能であり、
又上記メタル触媒担体は上下に位置するセラミック製の
コーディライト担体自体によって確実に絶縁されるよう
になり、絶縁材の破損等による電流リークも生じない。
そして、加熱効率も高い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等のエンジンの
排気系に設けられる排気ガス浄化装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車等のエンジンの排気ガス
中には、空気中に排出すると公害等の原因となる有害物
質(例えばＨＣ,ＣＯx,ＮＯx等)が多く含まれているとこ
ろから、これら有害物質を当該排気ガス中から除去する
ために、エンジンの排気系途中に排気ガス浄化用の触媒
を設けることが行なわれている。このような排気ガス浄
化用触媒の構造としては、一端に排気ガス入口を有し、
他端に排気ガス出口を有する大径の触媒保持筒体内に触
媒担体を配置し、該触媒担体に触媒を担持させた構造の
ものが従来から良く知られている(例えば、実開昭５６
−１２７８１９号公報参照)。

【０００３】そして、上記触媒保持筒体内に配置される
担体としては、例えばハニカム状の多数の通路を有する
モノリス担体が一般に使用されており、触媒保持筒体の
入口側から流入した排気ガスは、当該モノリス担体中に
おいて拡散しつつ筒体の出口側に流出するところから、
担体中における排気ガス偏流のおそれはない。従って、
効果的な排気ガスの浄化が行なわれる。

【０００４】一方、触媒担体として、上記のような中心
となるモノリス担体に加えて更にメタルモノリス担体を
前後に組合せて使用することも行なわれている。

【０００５】そして、このように主たるモノリス触媒の
前部上流側に更にメタルモノリス触媒を配設した場合に
おいて、例えば同メタルモノリス触媒のメタル担体にア
ルミナ等の導電性部材をコーティングすることによって
通電可能な構造を実現し、上記メタル担体を通電により
発熱させることによってエンジン冷間時における当該触
媒のウォームアップ性能を向上させるようにすることも
行なわれている(例えば実開昭６３−６７６０号公報参
照)。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、該通電加熱
型の触媒構造を採用した場合、図１２に示すように例え
ば主モノリス触媒として第１、第２のツイン触媒５１,
５２を排気系３の第１の触媒保持筒体１１Ａ内上流側か
ら下流側に並べて配設し、さらにその排気通路４上流側
に第２の触媒保持筒体１１Ｂを設けて該筒体１１Ｂ内に
位置して通電型のメタルモノリス触媒５３を配設する構
成が採用されることも多い。なお、同図１２中におい
て、符号６１,６２は上記通電型メタルモノリス触媒５
３の正負通電電極、６３は同通電用電源である。

【０００７】従って、このような構成では、触媒部が排
気ガス上流側から下流側に３段直列に配置されることに
なり、非常に排圧が高くなり、エンジンの出力ロスが増
大する問題が生じるとともに、本来の主たる触媒である
第１、第２のモノリス触媒５１,５２の温度を所望温度
まで上昇させるのにはメタルモノリス触媒５３側の温度
を相当に高くしなければならず、消費電力が大きくなっ
てしまう問題がある。

【０００８】また、一般にメタル担体上にコーティング
した上記アルミナ層は、両者の間の熱膨張率の差によっ
て剥離が生じ易く、耐久性に欠ける欠点がある。さら
に、該メタルモノリス触媒の構造では、メタルフォイル
間に設けられる絶縁材の損傷が生じ易い。その結果、電
流のリークが生じ易い欠点もある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような
従来装置の各種の問題を解決することを目的としてなさ
れたもので、上下２枚の平板および該平板間に配設され
た波板よりなるメタル触媒担体とハニカム状のセラミッ
ク製担体とを積層してモノリス触媒を構成し、上記メタ
ル触媒担体に電極を設けて通電加熱するようにしたこと
を特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明のエンジンの排気ガス浄化装置では、上
下２枚の平板および該平板間に配設された波板よりなる
メタル触媒担体とハニカム状のセラミック製担体とを積
層してモノリス触媒を構成し、上記メタル触媒担体に電
極を設けて通電加熱するようになっている。

【００１１】従って、上記メタル触媒担体は上下に位置
するセラミック製担体自体によって確実に絶縁されるよ
うになり、絶縁材の破損等による電流リークは生じな
い。

【００１２】また、上記メタル触媒担体の発熱時におい
て、その熱の拡散をセラミック製担体が防止して確実に
断熱するようになり、加熱効率が大きく向上する。

【００１３】

【発明の効果】以上の結果、本発明のエンジンの排気ガ
ス浄化装置によると、従来のモノリス触媒自体を通電可
能な構造のものとすることができるようになり、触媒の
並設段数を少なくすることができる。従って、エンジン
の排圧を低くすることができ、出力ロスを低減すること
が可能となる。

【００１４】また、従来のように導電部材の剥離や絶縁
部材の損傷が生じないために、耐久性、信頼性が向上す
る。

【００１５】

【実施例】 (１) 第１実施例図１〜図５は、本発明の第１実施例に係るエンジンの排
気ガス浄化装置の構成を示している。

【００１６】先ず図１は、同装置のシステム構造を示し
ており、符号１は通電可能に形成された第１の触媒(詳
細は後述)、２は非通電型の一般的なモノリス触媒より
なる第２の触媒である。該第１、第２の触媒１,２はエ
ンジン排気系３の排気通路４途中に介設された断面方形
の触媒保持筒体１１の内部に位置して上流側から下流側
方向に相前後して並設されている。また、上記排気通路
４の上記第１、第２の触媒１,２の上流部にはエンジン
から排出される排気ガスの温度を検出するための排気温
センサ１０が設置されている。

【００１７】上記第１の触媒１は、図２および図３に具
体的に示すように、例えばセラミック製の方形ハニカム
構造体よりなるコーディライト担体１５,１５・・と、
導電性の金属部材よりなるメタル担体１６,１６・・と
を上下方向に交互に複数段に積層し、その外周囲部を例
えば無機系の耐熱性接着剤(例えばアロンセラミック)で
囲繞しコンバータ部と接合して固定されている。そし
て、該メタル担体１６,１６・・は、それぞれ上下２枚
の平板部材１６a,１６aと該平板部材１６a,１６a間に位
置し上下凸面部を接合して一体化された波板部材１６b
とのコルゲーション構造体によって成されており、全体
として上下方向蛇行状態に連続して配設され、一側部に
位置する各終端部には、筒体外部より電源電流供給用の
正負電極１２,１３の各リード線先端部が導入されて接
続されている。なお、コーディライト担体１５とメタル
担体１６との表面部には、貴金属(Ｐt,Ｐh,Ｐdなど)を
含有するアルミナ層が形成されている。

【００１８】そして、該正負電極１２,１３には、例え
ば図１に示すように電源制御手段５を介して直流電源６
が接続されており、電源制御手段５の作動状態(ＯＮ／
ＯＦＦ)によって電源６からの電源電流の供給状態(ＯＮ
／ＯＦＦ)が制御されるようになっている。

【００１９】一方、符号７は当該エンジンの運転状態を
電子的にコントロールするエンジンコントロールユニッ
トを示しており、該コントロールユニット７には、イグ
ニッションスイッチＩＧＳＷ８のＯＮ,ＯＦＦ信号、エ
ンジン回転数検出手段９のエンジン回転数検出手段デー
タＮ、上記排気温センサ１０の排気ガス温度検出データ
Ｔ等が各々入力されるようになっている。

【００２０】そして、該エンジンコントロールユニット
７は、それら各入力信号、入力データに基いて例えば図
４に示すような演算および制御動作を行なって、その出
力により上記電源制御手段５の作動状態(メタル担体１
６への通電状態)を当該エンジンの運転状態に対応して
適切にコントロールするようになっている。

【００２１】すなわち、図４のフローチャートの先ずス
テップＳ₁において、ドライバーにより上記イグニッシ
ョンスイッチＩＧＳＷ８がＯＮにされ、エンジンが始動
されると続いてステップＳ₂で同エンジンの回転数Ｎrpm
のモニターを開始する。

【００２２】そして、さらにステップＳ₃に進み、当該
モニターされたエンジンの回転数Ｎrpmが例えば設定ア
イドル回転数７００rpmよりも高くなっているか否かを
判定し、モニターされたエンジン回転数Ｎが設定アイド
ル回転数７００rpm以下の時(ＮＯ)は該設定アイドル回
転数７００rpmを越えるようになるまで、上記ステップ
Ｓ₁〜Ｓ₃の動作を繰り返す。

【００２３】一方、上記モニターされたエンジン回転数
Ｎが上記設定アイドル回転数７００rpmを越えてＹＥＳ
になると、ステップＳ₄に進んで上記電源制御手段５を
ＯＮ作動させて上記第１の触媒１のメタル担体１６,１
６・・に所定の電源電流を印加して発熱させる電流制御
を開始する。この結果、第１の触媒１は全体に加熱され
活性化が図られるとともに上記コーディライト担体１５
のハニカム部およびメタル担体１６のコルゲーション部
を通過する排気ガス自体を加熱して上記第２の触媒２側
に供給される排気ガスの温度をも速やかに上昇させて同
第２の触媒２の活性化を図る。

【００２４】次に、その上で更にステップＳ₅に進み、
上記排気温センサ１０の検出データに基いてエンジンか
らの排気ガス温度Ｔの上昇幅ΔＴをモニターし、同ΔＴ
が例えば１秒間に２０℃以上の上昇幅で上昇しているか
否かを判定し、ＹＥＳの十分な排気ガス温度の上昇状態
が確認できた時は、ステップＳ₇で、その温度値Ｔ自体
をモニターする。そして、さらにステップＳ₈で当該モ
ニター値Ｔが通常の触媒の活性化温度に対応した値４０
０℃以上となっているか否か判定し、十分に活性温度４
００℃以上に達しているとしてＹＥＳ判定がなされた時
は最終的にステップＳ₉に進んで上記電源制御手段５を
ＯＦＦ作動させ上記第１の触媒１への電流の供給をＯＦ
Ｆにして制御を終える。

【００２５】他方、ステップＳ₈でＮＯの時はＹＥＳと
なるまで、上記第１の触媒１の加熱による排気ガス昇温
動作を継続して第１、第２の触媒１,２の活性化を促進
して排気エミッションの悪化を可及的に防止する。

【００２６】この結果、本実施例のエンジンの排気ガス
浄化装置によると、例えば図５の特性グラフに示すよう
に、図１２の従来の構造のものに比べて昇期に触媒機能
の活性化を図ることが可能となる。

【００２７】なお、上記実施例では第１の触媒１のみを
メタル担体１６とコーディライト担体１５の積層による
通電型モノリス触媒構造に形成したが、例えば上記第２
の触媒２の方も第１の触媒１と同様のもので形成しても
良いことは言うまでもなく、そのようにすると、より活
性化が早くなるメリットを生じる。

【００２８】(２) 第２実施例また、単一の触媒１Ａとして上記第１実施例の第１の触
媒１と同様の通電型モノリス触媒構造を採用した場合に
おいて、例えば図６に示すように、当該触媒１Ａの上流
側前面部に例えば外部に触媒成分をコーティングしたカ
ンタル線(Ｎi−Ｃr／Ａlコート)又はニクロム線などよ
りなるヒータ線２０を追加設置し、その正負電極２１,
２２間に上記第１実施例と同様にして電源電流を印加し
て、当該触媒１Ａに供給される排気ガス自体を更に加熱
するようにすると、当該触媒１Ａの活性化は一層促進さ
れる。

【００２９】なお、上記ヒータ線２０外部に形成される
触媒層は、例えば上記ヒータ線２０の表面を酸化処理
し、その上でＡl₂Ｏ₃被膜を生成させ、その上面部に触
媒成分としての貴金属を有するγ−Ａl₂Ｏ₃コーティン
グ層を形成することによって実現する。

【００３０】(３) 第３実施例さらに、また上記第２実施例のように表面に触媒層を形
成したヒータ線２０を追加する場合、触媒が上記第１実
施例の場合と同様に第１の触媒１Ａと第２の触媒１Ｂと
の２組を有している場合には、図７に示すように通電型
第１の触媒１Ａの下流であって、かつ第２の触媒１Ｂの
上流側である図示位置(第１の触媒１Ａの後面)に同ヒー
タ線２０を設置するようにすると、第２の触媒１Ｂの早
期活性化に特に効果的である。

【００３１】(４) 第４実施例また、上記のヒータ線を設けるに際しては、例えば図８
に示すように多段状に積層した触媒層１c,１c・・間に
上記第３実施例同様のヒータ線３０を屈曲状態で配設
し、正負電極３１,３２間に電源電流を印加するように
してもよい。

【００３２】(５) 第５実施例また、上記図６の第２実施例のように通電型触媒１Ａの
前部に上記ヒータ線等の表面に触媒層を有するヒータ部
材を設ける場合において、当該ヒータ部材をたとえば図
９および図１１に示すように、例えば９０°間隔で触媒
保持筒体１１の外周側から半径方向に向けて外周面に同
様の触媒層を形成した４本のセラミック製棒状ヒータ４
１〜４４を挿入させた構造とし、該棒状ヒータ４１〜４
４によって通電型触媒１Ａに供給される排気ガスの温度
を高めるようにしてもよい。

【００３３】該構成による触媒１Ａの温度上昇特性と印
加電流との関係を示すと、図１１のようになる。本実施
例の棒状ヒータ４１〜４４は、セラミック製であるた
め、抵抗値が高く、小電流でも高い発熱特性を得ること
ができる。従って、低消費電力でありながら、高い触媒
活性化機能を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１実施例に係るエンジンの
排気ガス浄化装置のシステム図である。

【図２】図２は、同装置の要部である触媒部の断面図で
ある。

【図３】図３は、同図２の触媒部の一部拡大図である。

【図４】図４は、同装置のコントロールユニット部の制
御動作を示すフローチャートである。

【図５】図５は、同装置による触媒活性化作用を従来例
と対比して示す特性図である。

【図６】図６は、本発明の第２実施例に係るエンジンの
排気ガス浄化装置の構成を示す概略断面図である。

【図７】図７は、本発明の第３実施例に係るエンジンの
排気ガス浄化装置の構成を示す概略断面図である。

【図８】図８は、本発明の第４実施例に係るエンジンの
排気ガス浄化装置の構成を示す概略断面図である。

【図９】図９は、本発明の第５実施例に係るエンジンの
排気ガス浄化装置の構成を示す概略断面図である。

【図１０】図１０は、同装置の図９におけるＡ−Ａ線断
面図である。

【図１１】図１１は、同装置の触媒温度−印加電流特性
図である。

【図１２】図１２は、従来の排気ガス浄化装置の概略断
面図である。

【符号の説明】

１は第１の触媒、２は第２の触媒、３はエンジン排気
系、４は排気通路、１１は触媒保持筒体、１４は耐熱性
接着剤、１５はコーディライト担体、１６はメタル担
体、１６aは平板部材、１６bは波板部材である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上下２枚の平板および該平板間に配設さ
れた波板よりなるメタル触媒担体とハニカム状のセラミ
ック製担体とを積層してモノリス触媒を構成し、上記メ
タル触媒担体に電極を設けて通電加熱するようにしてな
るエンジンの排気ガス浄化装置。