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JP2004076643A - Exhaust gas purification device - Google Patents

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JP2004076643A
JP2004076643A JP2002237291A JP2002237291A JP2004076643A JP 2004076643 A JP2004076643 A JP 2004076643A JP 2002237291 A JP2002237291 A JP 2002237291A JP 2002237291 A JP2002237291 A JP 2002237291A JP 2004076643 A JP2004076643 A JP 2004076643A
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JP
Japan
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catalyst
trap
exhaust gas
exhaust
way catalyst
Prior art date
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Application number
JP2002237291A
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Japanese (ja)
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JP3823896B2 (en
Inventor
Masaaki Ashida
芦田 雅明
Koichi Mori
森 浩一
Shunichi Mitsuishi
三石 俊一
Yoshinao Ukago
鵜篭 芳直
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】HC吸着剤を用いた排気浄化装置において、エンジンの冷間始動後に三元触媒が活性温度に達する前にHC吸着剤からHC脱離が開始されるため始動後に排出されやすいHCを十分に浄化することができない。
【解決手段】上流側に三元触媒(担体33)が、下流側にHCトラップ触媒(担体21)が位置するように前記各触媒を隣接して配置し、前記HCトラップ触媒の担体にそのセルを横断するようにスリット22を形成する。スリットがその前後で担体内の伝熱を遮断する作用を有するため、スリットよりも下流への熱伝導が抑制され、触媒担体全体として温度上昇およびHC脱離タイミングが遅くなる。この間に触媒金属の温度が上昇して転化率が高くなるので、HC脱離時の処理効率が向上すると共に、上流側三元触媒の転化効率も向上する。
【選択図】    図4
In an exhaust gas purification apparatus using an HC adsorbent, HC desorption from the HC adsorbent is started before the three-way catalyst reaches an activation temperature after the engine is cold started, so that HC which is easily exhausted after the start is sufficiently removed. Can not be purified.
The catalysts are arranged adjacent to each other such that a three-way catalyst (carrier 33) is located on an upstream side and an HC trap catalyst (carrier 21) is located on a downstream side. Is formed so as to traverse. Since the slit has a function of blocking heat transfer in the carrier before and after the slit, heat conduction to the downstream of the slit is suppressed, and the temperature rise and HC desorption timing of the catalyst carrier as a whole are delayed. During this time, the temperature of the catalyst metal rises and the conversion rate increases, so that the processing efficiency at the time of HC desorption is improved and the conversion efficiency of the upstream three-way catalyst is also improved.
[Selection diagram] Fig. 4

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は主としてエンジンの排気浄化に適用される排気浄化装置に関し、特にHCトラップ機能を有する排気浄化装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術と解決すべき課題】
三元触媒を備えた排気浄化システムではエンジン冷間運転時のHCの処理が課題となっている。触媒が活性温度に達するまでは低温条件下での燃焼時に排出されやすいHCを十分に浄化できないからである。この問題に対応するものとして、ゼオライト等のHC吸着剤により排気中のHCを一時的に吸着しておく機能を有するHCトラップ触媒を三元触媒に隣接して設けたシステムが知られている(特開平10‐317949号公報)。これはHCトラップ剤により、触媒金属が活性温度に達するまでのHCの排出を抑制しようとするものである。しかしながら、捕捉されたHCが吸着剤から脱離を開始する温度に達しても、この時点では通常は触媒金属がまだ十分に活性化していないため、HCの排出を抑制する効果は必ずしも十分ではない。
【0003】
【発明の概要】
本発明は、エンジンの排気系に、上流側に三元触媒が、下流側にHCトラップ触媒が位置するように前記各触媒を隣接して配置する。さらに、前記下流側に位置するHCトラップ触媒のハニカム状担体にはそのセルを横断するようにスリットを形成する。
【0004】
担体にスリットを形成したHCトラップ触媒の構成においては、スリットがその前後で担体内の伝熱を遮断する作用を有するため、スリットよりも下流への熱伝導が抑制され、触媒担体全体として温度上昇が遅くなる。すなわちHCが脱離するまでのタイミングも遅くなる。このようにしてHCトラップ触媒でのHC脱離タイミングが遅延する間に上流側に隣接する三元触媒の触媒金属の温度が上昇して転化率が高くなるので三元触媒の早期活性化と同等の効果が得られ、それだけ三元触媒を小型化し、またはその触媒金属の担持量を低減することができる。
【0005】
また、通常はHCトラップ剤から脱離したHCはHCトラップ触媒の触媒金属層にて浄化されるが、本発明のように上流側に隣接する三元触媒の昇温時間を確保してHCトラップ触媒でのHC脱離タイミングよりも早期に活性化させておくことで、排気の脈動によりHCトラップ触媒から三元触媒へと排気が逆流したときに、脱離HCをHCトラップ触媒のスリット部で拡散しつつ上流側三元触媒で確実に浄化することができる。
【0006】
なお、触媒担体にスリットを設けるとこのスリット部分でガス流れに乱れを生じる。この乱れは、排気ガスがHC吸着剤に接触する機会を増やすのでHCトラップ性能自体を向上させる。また、スリットを設けた構成では前記乱流作用により担体の断面方向でのガス流量分布を均一化できるので制御性が向上し、排気浄化装置本来の性能を十分に発揮させることが可能となる。
【0007】
HCトラップ触媒の下流側に隣接して三元触媒を、さらに他のHCトラップ触媒を配置した構成を付加してもよく、これによりそれぞれの構成に固有の有益な特性を与えることができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1は本発明による排気浄化装置を適用したエンジンシステムの一例を示している。図において1はエンジン、2はその吸気通路、3は排気通路である。4は排気通路3から排気ガスの一部を吸気通路2へと還流させるEGR通路、5は前記排気還流量を制御するEGR制御弁である。7は燃料噴射弁、8は点火プラグである。
【0009】
9と10は排気通路3に介装したHCトラップ触媒である。これら2個の触媒9,10は、CO,HCの酸化作用とNOxの還元作用を併有する三元触媒として機能すると共に、ゼオライト等のHC吸着剤によりHCを一時的に捕捉しておく機能を備えている。上流側に位置する触媒9は、排気通路の一部を構成する排気マニフォールド3aの出口部に取り付けてある。一方、下流側に位置する触媒10は上流側触媒9に対して排気管3bを介して離隔した位置に設ける。このエンジンシステムを車両に搭載した場合、前記下流側の触媒10は通常は車体床下またはエンジンオイルパンの高さに位置する。
【0010】
12と13はそれぞれ上流側触媒9の上流と下流にて排気ガスの空燃比もしくは酸素濃度を検出する排気ガスセンサ、14は下流側触媒10の触媒温度を検出する温度センサである。15はエンジン回転速度や吸入空気量などの運転状態信号に基づいて空燃比および点火時期などを制御するコントローラであり、CPUおよびその周辺装置からなるマイクロコンピュータにより構成されている。
【0011】
図2以下に、前記触媒9または10に収装されるスリット付き触媒担体21の実施形態を示す。本発明では、少なくとも上流側に位置する触媒9について、図2に示したように触媒担体21のガス流れ(矢印方向)を横切るように1個以上のスリット22を形成したものを適用する。図示したものではスリット22を触媒の一側面側からガス流れに対して直交するように形成し、他側面側に非スリット部23を残している。また隣接するスリット22は互いに触媒担体21の周囲に180度ずつ異なる角度で、かつガス流れ方向には等間隔に形成してスリットと非スリット部とが交互に配列するようにしている。
【0012】
図3は、前記触媒担体21にガス流路として形成されたセル24の詳細であり、触媒担体21を図2の矢印方向から見た通路断面の部分拡大図である。セル24はハニカム状をなすように多数を形成されている。セル24の表面には、深層側にゼオライトなどのHCトラップ剤からなるHCトラップ層25を、表層側に三元触媒として機能するPt、Rh等の触媒金属層26をコーティングにより形成してある。
【0013】
図4は前記触媒9の担体21の支持構造の一例を示している。図中33は三元触媒のハニカム状触媒担体、34は触媒容器、35はセラミクスファイバーあるいはアルミナファイバーなどからなる耐熱マットである。図中左方が上流側であり、矢印は排気の流れ方向を示している。HCトラップ触媒の触媒担体21は前記三元触媒担体33の下流側に隣接するように配置され、各担体33,21はそれぞれその外周部に巻回された耐熱マット35を介して触媒容器34内に固定される。この実施形態では、スリット22の開放部分および隣接する三元触媒担体33との隙間部分の外周を触媒担体21と同一の線膨張係数を有する充填材36で埋めてある。このように充填材36を設けることにより、スリット22を抜けてきた排気によりマット35が風蝕されて摩耗する不具合を防止することができる。また、触媒担体21と同一の線膨張係数を有する充填材36を用いることにより、触媒担体21の強度を確保している。
【0014】
エンジン始動直後は未着火燃料や不完全燃焼により定常アイドル運転時に比較すると多くのHCが燃焼室から排出される。このHCは大部分が触媒のHCトラップ層に捕捉され、その後HCトラップ層の温度が150℃程度に達すると捕捉されたHCがHCトラップ層から脱離を開始する。このとき触媒金属層が300℃程度の活性温度に達していれば脱離したHCは触媒反応により酸化処理される。
【0015】
本発明では、触媒担体21にスリット22を設けたことにより担体内の伝熱が抑制されるため、スリットを持たない担体に比較して担体全体の温度上昇が遅れ、それだけHCトラップ層がHC脱離温度に達するまでの時間も長くなる。このことは担体に捕捉されるHC量を増大させるとともにHC脱離が開始されるまでの各触媒9,10の触媒金属層の温度上昇量を大きくするのでHCの浄化性能も向上する。また、スリット22の部分を排気ガスが通過するときの乱流の作用により触媒コンバータに担持したトラップ剤がより有効に利用されるので、HCを捕捉する性能自体もスリットを持たないものより向上する。
【0016】
図1において排気マニフォールド3aの直後に位置する上流側触媒9においては、特にセル24の深層側にHCトラップ層25を、表層側に触媒金属層26をそれぞれ積層した構成により、スリット22を伴うことにより、HCトラップ層25がHC脱離温度に達するまでの時間を長くし、HCの脱離が開始されるまでの触媒金属層26の温度上昇量を大きくし、さらに前記乱流の作用によりHCトラップ層25へのHC捕捉効果を確保しつつ、触媒金属層26の活性を均一にできるので高い浄化性能が発揮される。触媒金属層26で生じる反応熱は既述したようにスリット22より下流側への伝達が抑制されるので、下流側HCトラップ層25の温度上昇が遅くなりHC捕捉性能が向上する。触媒金属層26は、スリット22で仕切られた担体ブロック毎の熱容量が小さいので排気ガスの流入に伴い上流側から順に活性化しHC脱離時の浄化性能を向上させる。
【0017】
前記三元触媒は排気マニフォールド3aの直後に位置するため昇温が早く、一方HCトラップ触媒はその下流側に位置するので昇温を遅らせてHC吸着性能を確保することができる。この構成において、HCトラップ触媒の熱容量をその上流側に位置する三元触媒よりも大とすることにより、HCトラップ触媒の昇温がさらに遅くなるので、HC脱離までの時間を遅らせつつ三元触媒の活性化を早めるという相反する要求を満足させることがより容易になる。
【0018】
次に、本発明の他の実施形態につき説明する。図5〜図12はそれぞれ本発明の第2〜第9の実施形態を模式的に表している。
【0019】
図5は前記HCトラップ触媒(担体)21の下流側に隣接して第2の三元触媒33aを設けたものである。前述したスリット付き担体21でのHC脱離遅延化によりその下流側に隣接する三元触媒33aの触媒金属の活性化が進むので、仮に上流側触媒で処理しきれないHCが放出されたとしてもこれを三元触媒33aの部分で確実に処理することができる。また、スリットでの乱流化により三元触媒33aでの触媒と排気との接触機会が増大するため、三元触媒としての昇温性および浄化性能も向上する。
【0020】
前記HCトラップ触媒21の熱容量を三元触媒33aよりも大とすることで、HCトラップ触媒21での昇温遅延化と三元触媒33aでの昇温促進という相反する要求を満たすことができる。さらに最上流に位置する三元触媒33の熱容量を下流側三元触媒33aよりも小とすることで、HCトラップ触媒の昇温を抑制しつつ、三元触媒33,33aの昇温および活性化をより促進することができる。または、下流側三元触媒33aの熱容量を上流側三元触媒33よりも小に設定すると、下流側三元触媒33aの活性化が早くなるので、上流側触媒で処理しきれないHCが発生したときの浄化性能を向上させることができる。
【0021】
図6は図5の構成において、第2の三元触媒33aの下流側に隣接して第2のHCトラップ触媒21aを設けたものである。この実施形態によれば、図5に示した実施形態による効果に加えて、第2のHCトラップ触媒21aを設けたことで、HC処理の確実性をより高めることができる。スリットによるガス乱流化により第2のHCトラップ触媒21aのHC吸着性能も向上する。
【0022】
図7は図6の第2のHCトラップ触媒(担体)21aに図2と同様にスリット22を形成したものである。この実施形態によれば、図6に示した実施形態による効果に加えて、HC脱離までの遅延時間およびガス接触機会をさらに増大してHC吸着量を増やし、触媒金属の活性化促進、転化効率の向上を図ることができる。
【0023】
図8は、図1の構成において床下位置の第2の触媒10として、上流側にHCトラップ触媒21bを、下流側に三元触媒33bをそれぞれ互いに隣接するように配置した構成である。この実施形態によれば、マニフォールド位置の第1の触媒9での前述した昇温抑制作用により、下流側に離隔している第2の触媒10にて高いHC吸着性能が得られる。また隣接する三元触媒33bにより、HCトラップ触媒21bの触媒金属層で処理しきれなかったHCの処理を行うことができる。
【0024】
図9は、図8の構成において、HCトラップ触媒(担体)21bに図2と同様にスリット22を形成したものである。この実施形態によれば、図8に示した実施形態による効果に加えて、スリット22での伝熱抑制作用とガス乱流化作用により、HCトラップ触媒21bのHC吸着性能をより高めることができる。
【0025】
図10は、図9の構成において、三元触媒33bの下流側に隣接してさらにHCトラップ触媒21cを配置した構成である。この実施形態によれば、上流側触媒にて処理しきれないHCが放出されたとしてもこれを確実に吸着および浄化することができる。
【0026】
図11は、図9の下流側HCトラップ触媒(担体)21cに図2と同様にスリット22を形成した構成である。この実施形態によれば、図10に示した実施形態による効果に加えて、下流側HCトラップ触媒21cでのHC吸着性能をより高めることができる。
【0027】
図12は、図9の構成において、下流側HCトラップ触媒担体21cの下流側に隣接してさらに三元触媒33cを配置した構成である。この実施形態によれば、図11に示した実施形態による効果に加えて、処理しきれないHCが生じたときの浄化性能をより高められる。特に、最下流の三元触媒33cは上流側に2個のスリット付きHCトラップ触媒21b、21cが位置してこれらが大きな伝熱抑制作用を発揮するため、触媒活性化の時間を十分に確保することができ、それだけ三元触媒としての性能を高めることができる。
【0028】
図13と図14は、マニホールド側触媒9と床下側触媒10とを接続する排気管3bの構造に関する実施形態である。図13は排気管3bの途中部分に可撓性を有する蛇腹状のフレキシブルチューブ3cを適用したもの、図14は配管3bの途中に各触媒9,10の相対回転を可能にする自在管継手3dを適用したものである。前記フレキシブルチューブ3cまたは自在管継手3dを適用することにより、エンジン運転時の触媒9と触媒10との間の相対運動を許容できることに加えて、フレキシブルチューブ3cまたは管継手3dが排気管3bの熱容量を大きくする作用を有することから、下流側のHCトラップ触媒の浄化性能を向上させるうえで有利になる。
【0029】
前記各実施形態では触媒9または10において隣接する複数の触媒担体同士を共通の容器に収容した構成を前提としているが、これに限らず、担体を個々に容器に収容してそれぞれを隣接配置した構成とすることもできる。ただし、共通容器に複数の担体を隣接配置した構成とすることにより、装置全体を小型化できることに加えて、隣接する担体間の隙間により排気ガスの乱流化作用が得られるので、HC吸着性能または触媒の転化効率を高められるという効果が得られる。
【0030】
なお、以上の各図はスリットの形成態様や触媒コンバータの構造を説明するための図面であり、触媒担体の大きさ、スリットの幅およびピッチなどは説明の便宜のために実際とは異なる寸法または比率で描いてある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による排気浄化装置を適用したエンジンシステムの一例を示す概略構成図。
【図2】本発明による排気浄化装置の第1の実施形態の触媒担体形状を示す説明図。
【図3】前記触媒担体のセル部分の詳細を示す横断面図。
【図4】前記触媒担体の支持構造の一例を示す縦断面図。
【図5】本発明の第2の実施形態の模式図。
【図6】本発明の第3の実施形態の模式図。
【図7】本発明の第4の実施形態の模式図。
【図8】本発明の第5の実施形態の模式図。
【図9】本発明の第6の実施形態の模式図。
【図10】本発明の第7の実施形態の模式図。
【図11】本発明の第8の実施形態の模式図。
【図12】本発明の第9の実施形態の模式図。
【図13】本発明の第10の実施形態の概略構成図。
【図14】本発明の第11の実施形態の概略構成図。
【符号の説明】
1  エンジン
2  吸気通路
3  排気通路
3a 排気マニフォールド
3b 排気管
3c フレキシブルチューブ
3d 管継手
9、10、19 HCトラップ触媒
17、18 三元触媒
21 HCトラップ触媒(担体)
22 スリット
24  セル
25  HCトラップ層
26  触媒金属層
33  三元触媒(担体)
34  触媒容器
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device mainly applied to exhaust gas purification of an engine, and more particularly to an improvement of an exhaust gas purification device having an HC trap function.
[0002]
[Conventional technology and problems to be solved]
In an exhaust gas purification system provided with a three-way catalyst, there is a problem of treating HC during cold operation of the engine. This is because HC that is easily discharged during combustion under low-temperature conditions cannot be sufficiently purified until the catalyst reaches the activation temperature. To cope with this problem, there is known a system in which an HC trap catalyst having a function of temporarily adsorbing HC in exhaust gas with an HC adsorbent such as zeolite is provided adjacent to a three-way catalyst ( JP-A-10-317949). This is intended to suppress HC emission until the catalyst metal reaches an activation temperature by using an HC trapping agent. However, even when the temperature of the trapped HC reaches the temperature at which desorption is started from the adsorbent, at this time, the effect of suppressing HC emission is not necessarily sufficient because the catalytic metal is usually not yet sufficiently activated. .
[0003]
Summary of the Invention
In the present invention, the catalysts are arranged adjacent to each other in the exhaust system of the engine such that the three-way catalyst is located upstream and the HC trap catalyst is located downstream. Further, a slit is formed in the honeycomb-shaped carrier of the HC trap catalyst located on the downstream side so as to cross the cell.
[0004]
In the configuration of the HC trap catalyst in which the slit is formed in the carrier, the slit has a function of blocking heat transfer in the carrier before and after the slit, so that heat conduction to the downstream of the slit is suppressed, and the temperature of the catalyst carrier as a whole rises. Slows down. That is, the timing until HC desorbs is also delayed. In this way, while the HC desorption timing in the HC trap catalyst is delayed, the temperature of the catalyst metal of the three-way catalyst adjacent on the upstream side rises and the conversion rate increases, so that it is equivalent to the early activation of the three-way catalyst. The effect described above can be obtained, so that the size of the three-way catalyst can be reduced or the amount of the catalyst metal carried can be reduced.
[0005]
Further, normally, the HC desorbed from the HC trap agent is purified by the catalytic metal layer of the HC trap catalyst. By activating the catalyst earlier than the HC desorption timing, when the exhaust gas flows backward from the HC trap catalyst to the three-way catalyst due to the pulsation of the exhaust gas, the desorbed HC is supplied to the slit portion of the HC trap catalyst. It can be reliably purified by the upstream three-way catalyst while diffusing.
[0006]
When a slit is provided in the catalyst carrier, the gas flow is disturbed at the slit. This turbulence increases the chance of the exhaust gas coming into contact with the HC adsorbent, thus improving the HC trap performance itself. Further, in the configuration having the slits, the gas flow distribution in the cross-sectional direction of the carrier can be made uniform by the turbulent flow action, so that the controllability is improved and the original performance of the exhaust gas purification device can be sufficiently exhibited.
[0007]
A configuration in which a three-way catalyst and further another HC trap catalyst are disposed adjacent to the downstream side of the HC trap catalyst may be added, so that each configuration can have unique beneficial characteristics.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows an example of an engine system to which an exhaust gas purification device according to the present invention is applied. In the figure, 1 is an engine, 2 is an intake passage, and 3 is an exhaust passage. Reference numeral 4 denotes an EGR passage for recirculating a part of the exhaust gas from the exhaust passage 3 to the intake passage 2. Reference numeral 5 denotes an EGR control valve for controlling the exhaust gas recirculation amount. 7 is a fuel injection valve, and 8 is a spark plug.
[0009]
Reference numerals 9 and 10 denote HC trap catalysts interposed in the exhaust passage 3. These two catalysts 9 and 10 function as a three-way catalyst having both an oxidizing action of CO and HC and a reducing action of NOx, and also have a function of temporarily trapping HC by an HC adsorbent such as zeolite. Have. The catalyst 9 located on the upstream side is attached to the outlet of the exhaust manifold 3a that forms a part of the exhaust passage. On the other hand, the catalyst 10 located on the downstream side is provided at a position separated from the upstream catalyst 9 via the exhaust pipe 3b. When this engine system is mounted on a vehicle, the catalyst 10 on the downstream side is usually located under the floor of the vehicle body or at the height of the engine oil pan.
[0010]
Reference numerals 12 and 13 denote exhaust gas sensors for detecting the air-fuel ratio or oxygen concentration of the exhaust gas upstream and downstream of the upstream catalyst 9, respectively. Reference numeral 14 denotes a temperature sensor for detecting the catalyst temperature of the downstream catalyst 10. Reference numeral 15 denotes a controller for controlling an air-fuel ratio, an ignition timing, and the like based on an operating state signal such as an engine rotation speed and an intake air amount, and is configured by a microcomputer including a CPU and its peripheral devices.
[0011]
FIG. 2 shows an embodiment of the catalyst carrier with slits 21 accommodated in the catalyst 9 or 10. In the present invention, at least the catalyst 9 located on the upstream side is formed by forming one or more slits 22 so as to cross the gas flow (in the direction of the arrow) of the catalyst carrier 21 as shown in FIG. In the drawing, the slit 22 is formed so as to be orthogonal to the gas flow from one side of the catalyst, and the non-slit portion 23 is left on the other side. Adjacent slits 22 are formed at an angle different from each other by 180 degrees around the catalyst carrier 21 and at equal intervals in the gas flow direction so that slits and non-slit portions are alternately arranged.
[0012]
FIG. 3 is a detail of the cell 24 formed as a gas flow path in the catalyst carrier 21, and is a partially enlarged view of a passage cross section of the catalyst carrier 21 viewed from the direction of the arrow in FIG. Many cells 24 are formed in a honeycomb shape. On the surface of the cell 24, an HC trap layer 25 made of an HC trapping agent such as zeolite is formed on the deep side by coating, and a catalytic metal layer 26 made of Pt, Rh or the like which functions as a three-way catalyst is formed on the surface side by coating.
[0013]
FIG. 4 shows an example of the support structure of the carrier 21 of the catalyst 9. In the figure, reference numeral 33 denotes a honeycomb catalyst carrier of a three-way catalyst, reference numeral 34 denotes a catalyst container, and reference numeral 35 denotes a heat-resistant mat made of ceramic fibers or alumina fibers. The left side in the figure is the upstream side, and the arrows indicate the flow direction of the exhaust gas. The catalyst carrier 21 of the HC trap catalyst is disposed adjacent to the downstream side of the three-way catalyst carrier 33, and each of the carriers 33 and 21 is placed in the catalyst container 34 via a heat-resistant mat 35 wound around the outer periphery thereof. Fixed to. In this embodiment, the outer periphery of the open portion of the slit 22 and the gap between the adjacent three-way catalyst carrier 33 is filled with a filler 36 having the same linear expansion coefficient as that of the catalyst carrier 21. By providing the filler 36 in this way, it is possible to prevent a problem that the mat 35 is worn away due to wind erosion due to exhaust gas that has passed through the slit 22. The use of the filler 36 having the same linear expansion coefficient as the catalyst carrier 21 ensures the strength of the catalyst carrier 21.
[0014]
Immediately after the start of the engine, a large amount of HC is discharged from the combustion chamber due to unignited fuel or incomplete combustion, as compared with during the steady idling operation. Most of this HC is trapped in the HC trap layer of the catalyst, and then when the temperature of the HC trap layer reaches about 150 ° C., the trapped HC starts to desorb from the HC trap layer. At this time, if the catalytic metal layer has reached an activation temperature of about 300 ° C., the desorbed HC is oxidized by a catalytic reaction.
[0015]
In the present invention, the provision of the slits 22 in the catalyst carrier 21 suppresses heat transfer in the carrier, so that the temperature rise of the entire carrier is delayed as compared with a carrier having no slit, and the HC trap layer is accordingly desorbed by HC. The time required to reach the separation temperature also increases. This increases the amount of HC trapped in the carrier and increases the amount of temperature rise of the catalytic metal layer of each of the catalysts 9 and 10 until the start of HC desorption, thereby improving HC purification performance. Further, since the trapping agent carried on the catalytic converter is more effectively used by the action of the turbulent flow when the exhaust gas passes through the slit 22, the performance of trapping HC is also improved as compared with the case without the slit. .
[0016]
In the upstream catalyst 9 located immediately after the exhaust manifold 3a in FIG. 1, the slit 22 is formed particularly by the configuration in which the HC trap layer 25 is laminated on the deep side of the cell 24 and the catalyst metal layer 26 is laminated on the surface side. This increases the time required for the HC trap layer 25 to reach the HC desorption temperature, increases the amount of temperature rise of the catalyst metal layer 26 until the desorption of HC is started, and further increases the amount of HC by the action of the turbulence. Since the activity of the catalytic metal layer 26 can be made uniform while ensuring the effect of trapping HC in the trap layer 25, high purification performance is exhibited. As described above, since the transfer of the reaction heat generated in the catalyst metal layer 26 to the downstream side of the slit 22 is suppressed, the temperature rise of the downstream HC trap layer 25 is slowed, and the HC trapping performance is improved. Since the catalyst metal layer 26 has a small heat capacity for each carrier block partitioned by the slit 22, the catalyst metal layer 26 is activated in order from the upstream side as the exhaust gas flows, thereby improving the purification performance at the time of HC desorption.
[0017]
Since the three-way catalyst is located immediately after the exhaust manifold 3a, the temperature rise is fast, while the HC trap catalyst is located on the downstream side, so that the temperature can be delayed to ensure the HC adsorption performance. In this configuration, by setting the heat capacity of the HC trap catalyst to be larger than that of the three-way catalyst located on the upstream side, the temperature rise of the HC trap catalyst is further delayed. It will be easier to satisfy the conflicting demands for faster catalyst activation.
[0018]
Next, another embodiment of the present invention will be described. 5 to 12 schematically show second to ninth embodiments of the present invention, respectively.
[0019]
FIG. 5 shows a configuration in which a second three-way catalyst 33a is provided adjacent to the downstream side of the HC trap catalyst (carrier) 21. Since the delay of HC desorption in the slitted carrier 21 promotes the activation of the catalytic metal of the three-way catalyst 33a adjacent to the downstream side, even if HC that cannot be completely processed by the upstream side catalyst is released. This can be reliably processed at the three-way catalyst 33a. Further, the chance of contact between the catalyst and the exhaust gas in the three-way catalyst 33a increases due to the turbulence in the slit, so that the temperature rise and purification performance of the three-way catalyst are also improved.
[0020]
By making the heat capacity of the HC trap catalyst 21 larger than that of the three-way catalyst 33a, it is possible to satisfy the conflicting requirements of delaying the temperature rise in the HC trap catalyst 21 and promoting the temperature rise in the three-way catalyst 33a. Further, by making the heat capacity of the three-way catalyst 33 located at the uppermost stream smaller than that of the downstream three-way catalyst 33a, the temperature rise and activation of the three-way catalysts 33, 33a are suppressed while the temperature rise of the HC trap catalyst is suppressed. Can be further promoted. Alternatively, if the heat capacity of the downstream three-way catalyst 33a is set smaller than that of the upstream three-way catalyst 33, the activation of the downstream three-way catalyst 33a is accelerated, and HC that cannot be completely processed by the upstream catalyst is generated. The purification performance at the time can be improved.
[0021]
FIG. 6 shows a configuration in which a second HC trap catalyst 21a is provided adjacent to the downstream side of the second three-way catalyst 33a in the configuration of FIG. According to this embodiment, in addition to the effects of the embodiment shown in FIG. 5, by providing the second HC trap catalyst 21a, the reliability of the HC treatment can be further improved. The HC adsorption performance of the second HC trap catalyst 21a is also improved by the gas turbulence caused by the slit.
[0022]
FIG. 7 shows a second HC trap catalyst (carrier) 21a of FIG. 6 in which a slit 22 is formed as in FIG. According to this embodiment, in addition to the effects of the embodiment shown in FIG. 6, the delay time until HC desorption and the chance of gas contact are further increased to increase the amount of adsorbed HC, to promote the activation and conversion of the catalytic metal. Efficiency can be improved.
[0023]
FIG. 8 shows a configuration in which the HC trap catalyst 21b is arranged on the upstream side and the three-way catalyst 33b is arranged on the downstream side so as to be adjacent to each other as the second catalyst 10 at the underfloor position in the configuration of FIG. According to this embodiment, a high HC adsorption performance can be obtained in the second catalyst 10 that is separated downstream from the first catalyst 9 in the manifold position by the above-described temperature increase suppression action. In addition, the adjacent three-way catalyst 33b can process HC that could not be completely processed by the catalytic metal layer of the HC trap catalyst 21b.
[0024]
FIG. 9 shows a configuration in which a slit 22 is formed in the HC trap catalyst (carrier) 21b in the configuration of FIG. According to this embodiment, in addition to the effects of the embodiment shown in FIG. 8, the HC adsorption performance of the HC trap catalyst 21 b can be further improved by the heat transfer suppressing action and the gas turbulence action at the slit 22. .
[0025]
FIG. 10 shows a configuration in which an HC trap catalyst 21c is further arranged adjacent to the downstream side of the three-way catalyst 33b in the configuration of FIG. According to this embodiment, even if HC that cannot be processed by the upstream catalyst is released, it can be surely adsorbed and purified.
[0026]
FIG. 11 shows a configuration in which a slit 22 is formed in the downstream HC trap catalyst (carrier) 21c in FIG. 9 similarly to FIG. According to this embodiment, in addition to the effects of the embodiment shown in FIG. 10, the HC adsorption performance of the downstream HC trap catalyst 21c can be further improved.
[0027]
FIG. 12 shows a configuration in which a three-way catalyst 33c is further arranged adjacent to the downstream side of the downstream HC trap catalyst carrier 21c in the configuration of FIG. According to this embodiment, in addition to the effects of the embodiment shown in FIG. 11, the purification performance when HC that cannot be processed is generated can be further enhanced. In particular, in the most downstream three-way catalyst 33c, two slit HC trap catalysts 21b and 21c are located on the upstream side and exert a large heat transfer suppressing action, so that sufficient time for catalyst activation is secured. Therefore, the performance as a three-way catalyst can be improved accordingly.
[0028]
FIGS. 13 and 14 show an embodiment relating to the structure of the exhaust pipe 3 b connecting the manifold side catalyst 9 and the underfloor side catalyst 10. FIG. 13 shows a case where a bellows-shaped flexible tube 3c having flexibility is applied to an intermediate part of the exhaust pipe 3b. FIG. 14 shows a universal pipe joint 3d which enables relative rotation of the catalysts 9 and 10 in the middle of the pipe 3b. Is applied. By applying the flexible tube 3c or the universal pipe joint 3d, the relative movement between the catalyst 9 and the catalyst 10 during the operation of the engine can be tolerated, and in addition, the flexible tube 3c or the pipe joint 3d increases the heat capacity of the exhaust pipe 3b. This is advantageous in improving the purification performance of the downstream HC trap catalyst.
[0029]
In each of the above embodiments, it is assumed that a plurality of catalyst carriers adjacent to each other in the catalyst 9 or 10 are housed in a common container. However, the present invention is not limited to this. It can also be configured. However, by adopting a configuration in which a plurality of carriers are arranged adjacent to each other in a common container, the entire apparatus can be reduced in size, and the turbulence of exhaust gas can be obtained due to the gap between the adjacent carriers. Alternatively, the effect of increasing the conversion efficiency of the catalyst can be obtained.
[0030]
In addition, each of the above drawings is a drawing for explaining the formation mode of the slit and the structure of the catalytic converter, and the size of the catalyst carrier, the width and the pitch of the slit, etc. are different from actual dimensions or dimensions for convenience of explanation. It is drawn in proportions.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an engine system to which an exhaust purification device according to the present invention is applied.
FIG. 2 is an explanatory view showing a catalyst carrier shape of the first embodiment of the exhaust gas purification apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing details of a cell portion of the catalyst carrier.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing an example of a support structure of the catalyst carrier.
FIG. 5 is a schematic view of a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic view of a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram of a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram of a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic view of a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic view of a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic view of an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic view of a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of an eleventh embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Intake passage 3 Exhaust passage 3a Exhaust manifold 3b Exhaust pipe 3c Flexible tube 3d Fittings 9, 10, 19 HC trap catalyst 17, 18 Three-way catalyst 21 HC trap catalyst (carrier)
22 Slit 24 Cell 25 HC trap layer 26 Catalyst metal layer 33 Three-way catalyst (carrier)
34 catalyst container

Claims (17)

エンジンの排気系に、上流側に三元触媒が、下流側にHCトラップ触媒が位置するように前記各触媒を隣接して配置し、
前記下流側に位置するHCトラップ触媒のハニカム状担体にそのセルを横断するようにスリットを形成したことを特徴とする排気浄化装置。
In the exhaust system of the engine, the respective catalysts are arranged adjacently so that the three-way catalyst is located on the upstream side and the HC trap catalyst is located on the downstream side,
An exhaust purification device, characterized in that a slit is formed in the honeycomb-shaped carrier of the HC trap catalyst located on the downstream side so as to cross the cell.
前記HCトラップ触媒の下流側に隣接してさらに三元触媒を設けた請求項1に記載の排気浄化装置。The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1, further comprising a three-way catalyst provided adjacent to a downstream side of the HC trap catalyst. 前記下流側三元触媒の下流側に隣接してさらにHCトラップ触媒を設けた請求項2に記載の排気浄化装置。3. The exhaust gas purification apparatus according to claim 2, further comprising an HC trap catalyst adjacent to the downstream side of the downstream three-way catalyst. 前記下流側HCトラップ触媒のハニカム状担体にそのセルを横断するようにスリットを形成した請求項3に記載の排気浄化装置。The exhaust purification device according to claim 3, wherein a slit is formed in the honeycomb-shaped carrier of the downstream HC trap catalyst so as to cross the cell. 前記隣接する三元触媒とHCトラップ触媒をエンジンの排気マニホールド付近に設けた請求項1に記載の排気浄化装置。2. The exhaust gas purification apparatus according to claim 1, wherein the adjacent three-way catalyst and HC trap catalyst are provided near an exhaust manifold of the engine. 前記HCトラップ触媒の熱容量をその上流側に位置する三元触媒よりも大とした請求項1に記載の排気浄化装置。2. The exhaust gas purification apparatus according to claim 1, wherein the heat capacity of the HC trap catalyst is larger than that of a three-way catalyst located on the upstream side thereof. 前記HCトラップ触媒の熱容量を、その下流側に位置する三元触媒よりも大とした請求項2に記載の排気浄化装置。The exhaust purification device according to claim 2, wherein the heat capacity of the HC trap catalyst is larger than that of a three-way catalyst located downstream thereof. 触媒の熱容量を、前記HCトラップ触媒、下流側三元触媒、上流側三元触媒の順に大とした請求項2に記載の排気浄化装置。The exhaust gas purifying apparatus according to claim 2, wherein the heat capacity of the catalyst is increased in the order of the HC trap catalyst, the downstream three-way catalyst, and the upstream three-way catalyst. 触媒の熱容量を、前記HCトラップ触媒、上流側三元触媒、下流側三元触媒の順に大とした請求項2に記載の排気浄化装置。The exhaust gas purifying apparatus according to claim 2, wherein the heat capacity of the catalyst is increased in the order of the HC trap catalyst, the upstream three-way catalyst, and the downstream three-way catalyst. 車両搭載状態で車両の床下高さ付近に位置するように、上流側にHCトラップ触媒が、下流側に三元触媒が位置するように前記各触媒を隣接して配置した請求項5に記載の排気浄化装置。6. The catalyst according to claim 5, wherein the HC trap catalyst is arranged on the upstream side and the three-way catalyst is arranged on the downstream side so that the catalysts are located near the height under the floor of the vehicle when the vehicle is mounted. Exhaust gas purification device. 前記三元触媒の下流側に隣接してさらにHCトラップ触媒を設けた請求項10に記載の排気浄化装置。The exhaust purification system according to claim 10, further comprising an HC trap catalyst adjacent to the downstream side of the three-way catalyst. 前記HCトラップ触媒のハニカム状担体にそのセルを横断するようにスリットを形成した請求項10または請求項11に記載の排気浄化装置。The exhaust purification device according to claim 10 or 11, wherein a slit is formed in the honeycomb-shaped carrier of the HC trap catalyst so as to cross the cell. 前記下流側HCトラップ触媒の下流側に隣接してさらに三元触媒を設けた請求項11に記載の排気浄化装置。The exhaust purification system according to claim 11, further comprising a three-way catalyst provided adjacent to the downstream side of the downstream side HC trap catalyst. 前記隣接するHCトラップ触媒と三元触媒とを互いに共通の触媒容器に収容した請求項1または請求項10に記載の排気浄化装置。The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1, wherein the adjacent HC trap catalyst and the three-way catalyst are housed in a common catalyst container. 前記HCトラップ触媒は、HC吸着剤を含むHCトラップ層が深層側に、触媒金属を含む触媒金属層が表層側となるように層状に形成した請求項1に記載の排気浄化装置。The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1, wherein the HC trap catalyst is formed in a layered manner such that an HC trap layer containing an HC adsorbent is located on a deep side and a catalytic metal layer containing a catalyst metal is located on a surface layer. 前記排気マニホールド付近に設けた触媒と床下位置に設けた触媒とを、可撓性を有する排気管を介して接続した請求項6に記載の排気浄化装置。7. The exhaust gas purification apparatus according to claim 6, wherein a catalyst provided near the exhaust manifold and a catalyst provided at a position below the floor are connected via a flexible exhaust pipe. 前記排気マニホールド付近に設けた触媒と床下位置に設けた触媒とを、途中に各触媒の相対運動を許容する自在管継手を備えた排気管を介して接続した請求項6に記載の排気浄化装置。7. The exhaust gas purifying apparatus according to claim 6, wherein a catalyst provided near the exhaust manifold and a catalyst provided at a position under the floor are connected via an exhaust pipe provided with a universal pipe joint that allows relative movement of each catalyst. .
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