JPS6128809B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、触媒装置による排気ガス浄化装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

触媒により排気ガス有害成分を反応させ浄化す
る場合、一酸化炭素，炭化水素の酸化には酸素が
必要であるが、窒素酸化物の還元には酸素がある
と還元反応が進行しない。しかし、この排気ガス
中の有害三成分である炭化水素，一酸化炭素，窒
素酸化物を同時に低減できる三元触媒が既に提案
されている。この触媒の有害成分の浄化率は、第
３図に示すように空燃比がおよそ14.7前後の時、
害三成分を同時に、最も効率良く浄化し、空燃比
が14.7よりリツチになると窒素酸化物の浄化率が
良くなり、リーンになると炭化水素，一酸化炭素
の浄化率が良くなる。

ところで、これら有害成分の浄化率の変化は、
排気ガス中の酸素の割合が密接に関係してくる。
すなわち酸素が排気ガス中に、ある値を越えて含
有していると酸化反応は進行するが還元反応が進
行しにくくなり、酸素が少なくなると還元反応に
は有利だが、酸化反応は進まなくなる。この４者
割合が最も適正となり有害三成分を最も効果的に
浄化できるのは、空燃比がおよそ14.7のところで
ある。

しかし、排気ガス中の有害成分の発生は、運転
状態によつても異なり、例えば低負荷時には窒素
酸化物濃度は低く、炭化水素，一酸化炭素濃度は
高く、反対に高負荷時には窒素酸化物濃度が高
く、炭化水素，一酸化炭素濃度が低くなるという
ように変化している。

従つて、運転状態の変化に伴つて変化する排気
ガス中の酸素，炭化水素，一酸化炭素，窒素酸化
物の割合に応じて、上述の三元触媒の特徴を活用
する構成としなければならない。

ところで、また酸素の排気ガスの浄化に対する
役割を考慮した排気ガス浄化装置の先行技術例と
しての特開昭50―42220号公報には、密閉状の外
部ハウジング内の中心部に内側面と間隙をおいて
一端より導入される排気ガスの窒素酸化物の還元
触媒床を設けると共に、その外周の上記間隙に空
気層またはケーシングを介して一酸化炭素，炭化
水素の酸化触媒床を形成してこれらを、還元触媒
床の他端で連通し、この連通部から反転して上記
酸化触媒床へと逆方向に流れる排気ガス中に、上
記連通部と対向する遮板に衝突して分散される２
次空気を導入するようにした排気ガス浄化装置が
開示されている。

なお、先行技術例である特開昭52―114379号公
報には、排気管の塗中に三元触媒よりなる第１触
媒床と第２触媒床とを直線上に位置するように設
けた排気ガス浄化装置が記載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、前記の排気浄化装置では、前記酸化
触媒床への２次空気の導入は、ポンプにより行わ
れるようになるためその導入量は、機関の運転状
態の変化に伴い前記したように変化する排気ガス
中の一酸化炭素，炭化水素の発生割合に対応させ
ることが困難であるうえ、ポンプを、使用すると
構造が複雑で不経剤であり、かつ排気ガスは浄化
されている間に外部ハウジング内で反転して逆方
向に流れるようになつているため、大きな抵抗を
受けるなどの問題がある。

本発明は、このような問題点を解消した排気ガ
ス浄化装置を目的とするのである。

〔問題点を解決するための手段〕

そして、本発明は、上記の目的を達成するた
め、次のような構成を有する。すなわち、排気管
の途中に三元触媒よりなる第１触媒床と第２触媒
床とを混合部を挾んで直線上に位置するように設
け、第１触媒床への排気通路に内筒を設けて排気
通路を同心状に区分けし、外周触媒部に排気ガス
を導く外周の通路に排気管内の排気脈動により２
次空気を導入させる装置を設けて酸化雰囲気を形
成し、外周触媒部で一酸化炭素，炭化水素を酸化
させ、中心部で窒素酸化物を還元し、さらに混合
物で混合された排気ガスを、第２触媒床で酸化，
還元を行うようにしたものである。

そして、２次空気の導入量は、第２触媒床での
酸化，還元を効率よく行うための雰囲気にするよ
うに決定される。

〔作 用〕

本発明は、排気管の途中に三元触媒よりなる第
１触媒床と第２触媒床とを混合部を挾んで直線上
に位置するように設け、第１触媒床への排気通路
に内筒を設けて排気通路を同心状に区分けし、外
周触媒部に排気ガスを導く外周の通路に排気管内
の排気脈動により２次空気を導入する装置を設け
て酸化雰囲気を形成し、外周触媒部で一酸化炭
素，炭化水素を酸化させ、中心部で窒素酸化物を
還元するように構成されている。

したがつて、排気管内を流れる排気ガスは、三
元触媒で構成された第１触媒床の外周触媒部と中
心触媒部へそれぞれ分流する。そして低負荷時に
は、外周触媒部は排気脈動によつて２次空気が導
入され、主として酸化を行なう酸化雰囲気とな
り、一酸化炭素，炭化水素が酸化され、一方、中
心触媒部は、外周触媒部の反応熱によつて高温に
保持されると共に２次空気が導入されないので、
主として還元を行なう還元雰囲気となり、窒素酸
化物が還元される。

第１触媒床の外周触媒部と中心触媒部とから流
出した排気ガスは混合部で混合して、三元触媒で
構成された第２触媒床に流入し、排気ガス中の酸
素量に見合つた酸化，還元がそれぞれ行なわれ、
一酸化炭素，炭化水素および窒素酸化物の三成分
が浄化される。

一方、高負荷時には、濃度の高い窒素酸化物、
濃度の低い一酸化炭素，炭化水素からなる排気ガ
スが、三形触媒で構成された第１触媒床に流入す
る。そして排気脈動効果が低くなつて２次空気の
吸入率が減少するにもかかわらず適量の２次空気
気が導入され、外周触媒部での酸化反応を減退さ
せることなく中心触媒部で高濃度の窒素酸化物を
還元する。そして混合部を介して第２触媒床に流
入した排気ガス中の三成分は、再度酸化，還元を
行なわれ浄化が達成される。

しかも、第１触媒床，混合部，第２触媒床が直
線上に位置するように設けられているので、排気
ガスへの抵抗が少なくエンジンの動力損失が小さ
い。

本発明によれば、排気脈動によつて２次空気の
導入が行なわれ、しかもエンジン運転状態に応じ
て２次空気の吸入率が変化するので、三元触媒に
よる三成分浄化が有効に行なわれ、従つて、窒素
酸化物が大気中の水分と化合して有害な硝酸が生
成される恐れが少ない。また２次空気導入装置に
はポンプを必要としないので構造が簡単となる。

〔実施例〕 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。図において１は排気管で、その途中にテーパ
部２，３で連結された拡張部４を設け、上流側排
気管１ａの端部付近より拡張部４に至る間におい
て排気管１とテーパ部２の内部に、同心で相似な
形状の内筒５を、放射状のステー６，７により支
持して設けている。拡張部４内には、三元触媒よ
りなる第１触媒床８と第２触媒床９とが直線上に
位置するように設けられ、その中間に混合部１０
が形成されている。なお、第１触媒床８は、半径
方向にはガスが互いに混合しない例えばハニカム
構造のものが望ましい。

更に排気管１ａの端部外周に環状室１１が形成
され、排気管１ａには多数の２次空気導入口１２
が設けられ、該環状室１１は管１３を通り、チエ
ツクバルブ１４およびエアクリーナ１６を介して
大気に連通し、排気管内の排気脈動により２次空
気を排気管と内筒５の間の通路１５内に導入する
ようにしている。

そして、排気管を流れる排気ガスは、触媒コン
バータに入る前に排気管と内筒５との間の通路１
５を通るものと、内筒５内を通るものとに分かれ
る。

そして低負荷時には、通路１５を通る排気ガス
に排気の脈動効果によりチエツクバルブ１４，管
１３などを介して２次空気が、脈動的に導入口１
２より導入されてよく混合した後、第１触媒床８
の外周部８ａに流入し、ここで２次空気中の酸素
により排気ガス中の一酸化炭素，炭化水素が酸化
されると共に、窒素酸化物も或る程度還元され
る。そして余剰の酸素は酸化物および他の成分と
共に下流の混合部１０に流入する。一方、内筒５
内を通る排気ガスは第１触媒床８の中心部８ｂに
流入し、２次空気の供給を受けないので、ここで
は窒素酸化物が一酸化炭素，炭化水素により還元
されると共に、一酸化炭素，炭化水素も或る程度
酸化される。そして余剰の一酸化炭素，炭化水素
は混合部１０に流入する。

即ち、第１触媒床８は外周部８ａが主として酸
化を行なう酸化雰囲気となり、中心部８ｂが主と
して還元を行なう還元雰囲気となつて、排気ガス
中の三成分を共に減少することができる。この
時、外周部８ａの酸化反応熱により中心部８ｂを
高温に保持することができるため、中心部８ｂで
の触媒の反応性を高めることができる。

そして、外周部８ａと中心部８ｂから混合部１
０に流入した排気ガスは、混合部１０で混合して
更に下流の三元触媒で構成された第２触媒床９に
流入する。ここでは、酸化と還元が行なわれる
が、酸素の存在の多少により主として酸化か、ま
たは主として還元かが行われ、それぞれ一酸化炭
素，炭化水素または窒素酸化物の三成分が浄化さ
れる。そして三元触媒で構成された第１触媒床８
と第２触媒床９とが、排気ガスが通過する際に段
階的に三成分をそれぞれ反応処理するので、充分
な浄化効果を上げることができる。

しかして、前記したように機関の運転状態に応
じて触媒装置に流入する排気ガス中の各成分は変
化する。即ち低負荷時は、炭化水素，一酸化炭素
濃度が高く、窒素酸化物濃度は低い、ところが低
負荷時では、排気管内の排気脈動効果が大きく２
次空気の吸入率（２次空気量／吸入空気量）が増
大し、従つて、排気ガス中の高濃度に発生した炭
化水素，一酸化炭素を充分酸化処理することがで
き、更に余つた酸素が酸化されなかつた炭化水
素，一酸化炭素を混合物で混合し、三元触媒の浄
化効率のよい雰囲気で第２触媒床９でさらに酸化
させることができる。

一方、高負荷時では、排気ガスは窒素酸化物の
濃度が高く、炭化水素，一酸化炭素濃度の低いも
のになるが、排気脈動効果も低くなつて２次空気
の吸入率が減少し、炭化水素，一酸化炭素に見合
つたものになり、第１触媒床８の外周部８ａに酸
素が及んでも、還元反応を減退させることなく高
濃度の窒素酸化物を外周部８ａで充分還元するこ
とができると共に、低濃度の炭化水素，一酸化炭
素の酸化も行なわれる。また中心部８ｂにおいて
も還元，酸化が行なわれる。更に第１触媒床で酸
化未了の炭化水素，一酸化炭素および還元未了の
窒素酸化物は、混合部１０で混合し、三元触媒の
浄化効率のよい雰囲気で第２触媒床９で再度酸化
および還元反応を行い、浄化することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたところから明らかなように、本発明
によれば、２次空気は、機関の運転状態に応じて
上流側の三元触媒より成る第１触媒床の外周触媒
部に排気管内の排気ガス脈動効果により脈動的に
導入されるので、２次空気導入にポンプを要する
ことがなく、従つて、構造が簡単になるうえ、排
気ガスによく混合するので排気ガス中の、一酸化
炭素，炭化水素が外周部の触媒により効果的に除
かれると共に、窒素酸化物は２次空気が導入され
ない中心部で還元されるので、三成分を共に減少
することができ、しかも、中心部の前記還元反応
は、外周の酸化反応部の反応熱により一段と助長
され、また、運転状態の変化により生ずる排気ガ
ス中の炭化水素，一酸化炭素の濃度の高低および
窒素酸化物の濃度の高低に応じて２次空気供給率
も増減するので、三元触媒との対応で排気ガス中
のこれらの有害三成分を有効に浄化することがで
きる。

しかも、第１触媒床においての余剰の炭化水
素，一酸化炭素および窒素酸化物が、それぞれ第
２触媒床で再び酸化および還元されるから、排気
ガスの浄化は一層促進され、従つて、窒素酸化物
が大気中の水分と化合して有害な硝酸が生成され
る恐れが少ない。排気ガスは、その浄化が直線上
に位置する第１触媒床，第２触媒床を逆流するよ
うな屈曲をすることなく流れる間において行われ
るので、この間において受ける抵抗ひいてはエン
ジンの動力損失が小さいなど所期の目的を達成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２
図は第１図のＡ―Ａ断面図、第３図は有害成分浄
化率と空燃比の関係を示すグラフである。 １…排気管、２，３…テーパ部、４…拡張部、
５…内筒、６，７…ステー、８…第１触媒床、９
…第２触媒床、１０…混合部、１１…還状室、１
２…２次空気導入口、１３…管、１４…チエツク
バルブ、１５…通路、１６…エアクリーナ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 排気管の塗中に三元触媒よりなる第１触媒床
   と第２触媒床とを混合部を挾んで直線上に位置す
   るように設け、第１触媒床への排気通路に内筒を
   設けて排気通路を同心状に区分けし、外周触媒部
   に排気ガスを導く外周の通路に排気管内の排気脈
   動により２次空気を導入させる装置を設けて酸化
   雰囲気を形成し、外周触媒部で一酸化炭素，炭化
   水素を酸化させ、中心部で窒素酸化物を還元し、
   さらに混合部で混合された排気ガスを、第２触媒
   床で酸化、還元を行うようにしたことを特徴とす
   る内燃機関の排気ガス浄化装置。