廢氣淨化裝置的製作方法

2023-09-10 06:45:00 1

專利名稱：廢氣淨化裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種廢氣淨化裝置的技術，其氧化包含在廢氣中的各組分。
廢氣淨化裝置，S卩，廢氣濾清裝置，設置在連接於柴油機並且將從柴油機排放的廢 氣引導至車輛的外部的排氣通道中。廢氣淨化裝置具有氮氧化物(N0x)吸附催化劑，以及 微粒過濾器。NOx吸附催化劑可以設置在過濾器的上遊。在下文中將該微粒過濾器稱為過濾為。 當溫度保持在預定水平，並且廢氣包含大量氧氣，即，在低空燃比的氣氛中時，N0x 吸附催化劑吸附包含在流入排氣通道中的廢氣中的氮氧化物(N0x);而當溫度保持在預定 水平，並且廢氣幾乎不包含氧氣，即，在高空燃比的氣氛中時，將吸附的氮氧化物排出，並且 通過減少諸如包含在廢氣中的一氧化碳(CO)和碳氫化合物(HC)這樣的作用劑來減少和淨 化廢氣。 基於相同的原理，該N0x吸附催化劑還吸附硫氧化物(S0X)，其是在當燃料或者發 動機燃油中含有的硫組分通過內燃機的燃燒而氧化的時候所發生的。 然而，由於硫氧化物(S0X)隨著時間的流逝在N0x吸附催化劑中生成更加穩定的 硫酸鹽，所以硫氧化物的排放比氮氧化物的排放更加困難，並且硫氧化物趨於在NOx吸附 催化劑中殘餘為硫酸鹽。如果殘餘硫酸鹽的量增加，那麼能夠吸附氮氧化物的面積減小，並 且難以足夠地吸附、減少並且淨化廢氣中含有的氮氧化物。因此，為了長時間穩定地淨化廢 氣中含有的氮氧化物，N0x吸附催化劑需要強行地排出吸附的硫氧化物。為了從N0x吸附催 化劑強行地排出硫氧化物，需要將N0x吸附催化劑的溫度增加到能夠排出硫氧化物的值。
過濾器具有收集廢氣中含有的顆粒物的功能。過濾器的收集性能在收集顆粒物之 後變低。因此，過濾器必須燃燒所收集的顆粒物。為了燃燒所收集的顆粒物，需要將過濾器 加熱到能夠燃燒該顆粒物的溫度。 作為增加過濾器溫度的裝置，例如，氧化催化劑單元設置在排氣系統中的N0x吸
附催化劑和過濾器的上遊。例如，氧化催化劑單元具有氧化催化劑，其中諸如貴金屬的催化
活性物質由蜂窩載體攜帶。當廢氣通過氧化催化劑的時候，促進了氧化，即，諸如廢氣中含
有的碳氫化合物(HC)和一氧化碳(C0)這樣的還原組分的燃燒，並且廢氣溫度上升，而且可
以根據需要增加位於氧化催化劑單元的下遊的過濾器和N0x吸附催化劑的溫度。 然而，由經過氧化催化劑單元而增加的廢氣的溫度在到達位於氧化催化劑單元的
下遊的過濾器和N0x吸附催化劑之前下降。因此，為了將過濾器和N0x吸附催化劑的溫度
增加到預定值，需要將廢氣中含有的還原組分的量控制為預定值。出於這個目的，已經提出
了在氧化催化劑單元的上遊設置一種結構，其控制廢氣中含有的還原組分。 作為該機構的實例，閥，即，用於添加還原劑的還原劑添加閥設置在氧化催化劑單
元的上遊。當還原劑添加閥排出還原劑的時候，廢氣中含有的還原劑的量增加，並且廢氣的
溫度由於氧化催化劑的氧化反應而增加。 已知氧化催化劑單元具有兩種氧化催化劑，以有效地且確定地將還原劑氧化。在 該已知的氧化催化劑單元中，被上遊氧化催化劑加熱的廢氣被運送到下遊氧化催化劑，從而促進了下遊氧化催化劑的活性，並且氧化了還原組分。還提出了一種不同類型的氧化催 化劑單元。在該氧化催化劑單元中，兩種氧化催化劑中的含有具有低氧化力的金屬的一種 氧化劑位於上遊，而含有具有高氧化力的金屬的另一種氧化劑位於所述含有具有低氧化力 的金屬的氧化劑的下遊(參見日本專利申請.K0KAI公開No. 2001-9275)。
然而，在具有兩種氧化催化劑的結構中，在廢氣中含有的還原組分之中的一種易 於氧化的，即，易於燃燒的，還原組分在上遊氧化催化劑中被氧化(燃燒)，而難於燃燒的還 原組分難以在下遊氧化催化劑中氧化(燃燒)。因此，在下遊氧化催化劑中難以增加廢氣的 溫度。 結果，通過氧化催化劑單元的廢氣的溫度在通過上遊氧化催化劑之後立即達到最 大，並且在此後趨於減小。換句話說，通過下遊氧化催化劑的廢氣的溫度從最大值下降。
如上所述，希望通過氧化催化劑單元的廢氣的溫度足夠高，以增加位於下遊的過 濾器和N0x吸附催化劑的溫度。 因此，需要足夠地增加上遊氧化催化劑中的廢氣的溫度。上遊氧化催化劑中的溫 度增加通過假設過濾器和N0x吸附催化劑的溫度減少來計算。因此，需要將上遊氧化催化 劑的催化力的總和設定為大於下遊氧化催化劑的催化力的總和。 然而，假設下遊中的溫度減少，氧化催化劑的溫度必須增加為極高。因此，上遊和 下遊氧化催化劑的溫度可能上升為超出耐熱溫度。如果氧化催化劑被加熱為超過耐熱溫 度，則性能變差，並且氧化(燃燒)力下降。 即使氧化催化劑的氧化(燃燒)力下降，也需要將廢氣中的還原組分的量增加為 極高，以將廢氣的溫度增加到希望的值。具體地，如果將碳氫化合物(HC)用作還原組分，燃 料效率下降。此外，存在一個問題，即，在氧化催化劑中未氧化的還原組分的量增加，並且排 放到車輛外部的未氧化的還原組分的量增加。 即使在日本專利申請KOKAI公開No. 2001-9275所公開的結構中，上遊催化劑具有 大容量，並且下遊催化劑具有小容量，但是含有具有低氧化力金屬的上遊催化劑與含有具 有高氧化力金屬的下遊催化劑之間的關係是不明確的。因此，沒有解決上述問題。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種廢氣淨化裝置，其能夠有效地增加在具有氧化力 的催化劑單元的存在側上廢氣的溫度，防止催化劑單元變質，並且因而能夠解決上述提到 的問題。 根據本發明的一方面，設置在引導來自發動機的廢氣的排氣通道的路徑中的廢氣 淨化裝置包括位於廢氣的上遊的上遊催化劑，其具有氧化力，並且將廢氣中含有的各組分 氧化；以及位於所述上遊催化劑的下遊的下遊催化劑，其具有比上遊催化劑的總氧化力更 強的氧化力，並且將廢氣中含有的各組分氧化。 根據本發明的優選的方面，下遊催化劑至少包括作為催化活性物質的銠。 根據本發明的優選的方面，上遊催化劑至少包括作為催化活性物質的鈀。下遊催
化劑包括作為催化活性物質的鉑、鈀和銠。 根據本發明的優選的方面，下遊催化劑中的催化活性物質的含量大於上遊催化劑 中的催化活性物質的含量。
根據本發明的優選的方面，下遊催化劑的與廢氣的接觸面積大於上遊催化劑的與 廢氣的接觸面積。 考慮到上面提到的情況，上遊催化劑的總氧化力小於下遊催化劑的總氧化力。因 此，該廢氣淨化裝置能夠有效地將在存在具有氧化力的催化劑單元的一側上的廢氣的溫度 增加到預定溫度，並且防止催化劑單元變差。 本發明的其他目的和優點將在下面的說明書中提出，並且部分從說明書中將顯而 易見，或者可以通過本發明的實踐而得知。本發明的目的和優點可以通過下文中特別指出 的儀器和組合來實現和獲得。


包括在並且構成了說明書的一部分的附圖示出了本發明的實施例，並且與上面給
出的總體描述以及下面給出的實施例的詳細說明一起，用於說明本發明的原理。
圖1是根據本發明第一實施例的具有廢氣淨化裝置的排氣系統的示意性視圖； 圖2是圖1所示的廢氣淨化裝置的放大的剖視圖； 圖3是沿著圖2中的線F3-F3截取的上遊氧化催化劑的橫截面的一部分的剖視 圖； 圖4是根據本發明第二實施例的廢氣淨化裝置的剖視圖； 圖5是沿著圖4的線F5-F5截取的上遊氧化催化劑的橫截面的一部分的剖視圖； 以及 圖6是沿著圖4的線F6-F6截取的下遊氧化催化劑的橫截面的一部分的剖視圖。
具體實施例方式
將參考附圖1至3描述根據本發明第一實施例的廢氣淨化裝置。本實施例使用一 種氧化催化劑作為具有氧化力的實例。可以使用能夠氧化各組分的任何催化劑。組分的實 例是未燃燒的碳氫化合物(HC)，即，本實施例中的未燃燃料。 在本實施例中，廢氣淨化裝置60併入在連接於未示出的車輛的柴油機10的排氣 系統30中。 圖1是示出連接於柴油機10的吸入系統20以及連接於柴油機10的排氣系統30 的示意性視圖。 柴油機10具有氣缸體ll，氣缸蓋12等。氣缸體11包括氣缸13。每個氣缸13都 包括在氣缸13中可滑動的活塞14。活塞14通過連接杆16連接於曲軸15。
氣缸蓋12固定到氣缸體11的甲板表面。與氣缸13相對的那部分氣缸蓋12具有 凹入到與氣缸13相對的那側的凹腔。由該凹腔、氣缸13以及活塞14限定的空間形成了燃 燒室14。 氣缸蓋12具有吸入口 18和排出口 19，該吸入口 18和排出口 19向燃燒室開口 。 氣缸蓋12設置有注入器5，以將燃料注入到燃燒室17中。 吸入系統20將空氣供給到燃燒室17。該吸入系統20設置有連接於吸入口 18的 吸入管和空氣濾清器。 排氣系統30將從柴油機IO排出的廢氣引導至車輛的外部。排氣系統30具有N0x吸附催化劑40、過濾器50、廢氣淨化裝置60、渦輪增壓器廢氣輪機70等。本發明所提到的 上遊和下遊是沿著由附圖中的箭頭G所表示的廢氣的流動方向所定義的。
渦輪增壓器廢氣輪機70位於排出口 19的下遊。廢氣淨化裝置60位於廢氣輪機 70的下遊。廢氣輪機70和廢氣淨化裝置60通過第一管件31而連接並且相通。後面將詳 細描述廢氣淨化裝置60。 第一管件31設置有第一廢氣溫度傳感器32、第一氧氣濃度傳感器33以及燃料添 加注入器34。具體地，第一廢氣溫度傳感器32和第一氧氣濃度傳感器33直接位於廢氣淨 化裝置60之前，並且就在在廢氣流入廢氣淨化裝置60之前，分別檢測廢氣中的氧氣的溫度 和濃度。燃料添加注入器34可以將燃料添加到廢氣淨化裝置60。 NOx吸附催化劑40位於廢氣淨化裝置60的下遊。廢氣淨化裝置60和NOx吸附催 化劑40通過第二管件35而連接並相通。NOx吸附催化劑40具有通過還原反應來淨化包含 在廢氣中的氮氧化物(NOx)的功能。N0x吸附催化劑40具有吸附包含在廢氣中的硫氧化物 (SOx)的特性。當達到預定溫度的時候，N0x吸附催化劑40將吸附的S0x排出。這裡提到 的預定溫度是NOx吸附催化劑40開始排出SOx的溫度。 第二管件35設置有第二廢氣溫度傳感器36。該第二廢氣溫度傳感器36剛剛位 於NOx吸附催化劑40之前，並且就在在廢氣流入到NOx吸附催化劑40之前，檢測廢氣的溫 度。 過濾器50位於NOx吸附催化劑40的下遊。該過濾器50和NOx吸附催化劑40通 過第三管件37而連接且相通。過濾器50具有收集包含在廢氣中的顆粒物的作用。在收集 了一定量的顆粒物之後，過濾器50需要被加熱到預定溫度，以將收集的顆粒物燃燒。這裡 提到的預定溫度是足夠高以能燃燒在過濾器50中的顆粒物的溫度。 第三管件37設置有第三廢氣溫度傳感器38，和第二氧氣濃度傳感器39。第三廢 氣溫度傳感器38檢測流入過濾器50的廢氣的溫度。第二氧氣濃度傳感器39檢測流入到 過濾器50的廢氣中的氧氣的濃度。 第四廢氣溫度傳感器6設置在過濾器50的下遊。具體地，第四廢氣溫度傳感器6 剛剛位於過濾器50之後，並且在廢氣通過過濾器50之後，檢測廢氣的溫度。
第一到第四廢氣溫度傳感器32、36、38和6，第一和第二氧氣濃度傳感器33和39， 以及燃料添加注入器34連接於控制單元80。控制單元80基於第一到第四廢氣溫度傳感器 32、36、38和6、以及第一和第二氧氣濃度傳感器33和39的檢測結果，檢測排氣通道中的廢 氣狀態，並且基於檢測結果控制燃料添加注入器34的操作。控制單元80基於第一和第二 氧氣濃度傳感器33和39的檢測結果，計算每個部分中的廢氣狀態。這裡提到的廢氣狀態 的計算是為了確定是稀狀態還是濃狀態。 在圖1中，局部省略了表示控制單元80與第一到第四廢氣溫度傳感器32、36、38
和6、第一和第二氧氣濃度傳感器33和39，以及燃料添加注入器34的連接的線。 本發明中所提到的排氣通道是將從排出口 19排出的廢氣引導至車輛的外部的路
徑，並且廢氣G在其內部流動。在本實施例中，排氣通道包括第一到第三管件、NOx吸附催化
劑40、廢氣淨化裝置60、以及過濾器50。換句話說，廢氣淨化裝置60設置在排氣通道200
的路徑中。 接下來，將說明廢氣淨化裝置60。圖2是圖l所示的廢氣淨化裝置60的放大的剖視圖。如圖2所示，廢氣淨化裝置60包括外殼61、上遊氧化催化劑62、以及下遊氧化催化 劑63。外殼61是圓柱體的，並且其上遊端與第一管件31連接且相通。外殼61的下遊端與 第二管件35連接且相通。 上遊氧化催化劑62容置並且固定於外殼61中。下遊氧化催化劑63容置並且固 定於外殼61中，並且位於上遊氧化催化劑62的下遊。上遊氧化催化劑62和下遊氧化催化 劑63具有氧化力，S卩，促進在流入外殼61的廢氣中含有的碳氫化合物(HC)的氧化(燃燒) 的功能。碳氫化合物是本發明中所提到的各組分的一個實例。本發明所提到的各組分是其 氧化被氧化催化劑促進的組分。 圖3是沿著圖2中的線F3-F3截取的上遊氧化催化劑62的橫截面的一部分的剖 視圖。圖3示出了沿著與廢氣的流動交叉的方向截取的上遊氧化催化劑62的橫截面的剖 視圖的一部分，即，沿著與上遊到下遊的方向交叉的方向截取的上遊氧化催化劑62的一部 分。如圖3所示，上遊氧化催化劑62包括，例如，由陶瓷或者金屬製成的蜂窩載體64，以及 催化活性物質65。在本發明中，催化活性物質指的是能夠激活廢氣中的組分的氧化的物質。
載體64具有相同形狀的巢室66。該巢室66以規定的間隔均勻的設置在載體64 上。如圖2所示，巢室66從上遊氧化催化劑62的上端62a線性延伸到下端62b，穿過載體 64。 如圖3所示，催化活性物質65至少包括鈀。在本實施例中，希望催化活性物質65 不包括銠。希望催化活性物質65包括除了銠之外的鉑族元素。具體地，例如，在本實施例 中，催化活性物質65中包括的催化金屬是鉑和鈀。 催化活性物質65基本均勻的設置在每個窩巢66的整個內部區域上。通過上遊氧 化催化劑62攜帶的催化活性物質65中包括的催化金屬並不限於鉑和鈀。催化活性物質65 可以至少包括鈀，並且希望包括不含有銠的貴金屬。圖3所示的窩巢是放大的，而實際上更 小。當通過廢氣淨化裝置60的時候，廢氣G在每個窩巢66中流動。此時，廢氣G與催化活 性物質65接觸，並且廢氣G中的未燃的碳氫化合物(HC)被氧化。該未燃的碳氫化合物是 本發明所提到的各組分中的一種。 下遊氧化催化劑63的結構大致與上遊氧化催化劑62的結構相同。因此，圖3共 同用於說明下遊氧化催化劑63的結構。在圖3中，說明下遊氧化催化劑63的附圖標記置 於括號內。 下遊氧化催化劑63包括載體67，以及催化活性物質68。該載體67的長度與上遊 氧化催化劑62的載體64的長度不同。如圖2所示，上遊氧化催化劑62的載體64的長度 是Ll，而下遊氧化催化劑63的載體67的長度是L2。 L2大於Ll。 下遊氧化催化劑63的載體67的橫截面形狀與圖3所示的上遊氧化催化劑62的 載體64的橫截面形狀相同。因此形成在下遊氧化催化劑63的載體67上窩巢69的橫截面 積與上遊氧化催化劑62的相同，並且每單位面積的窩巢69的密度與上遊氧化催化劑62的 相同。因此，下遊氧化催化劑63的容量大於上遊氧化催化劑62的容量。
下遊氧化催化劑63的催化活性物質68可以至少包括銠，作為催化金屬。在本實施 例中，催化活性物質68包括含有銠的鉑族元素，作為催化金屬的一個實例。具體地，例如， 催化活性物質68中含有的催化金屬是鉑、鈀和銠。催化活性物質68基本均勻的設置在每 個窩巢69的整個內部區域上。下遊氧化催化劑63的每單位容積的載體67攜帶的催化活性物質68的量大於上遊氧化催化劑62的每單位容積的載體64攜帶的催化活性物質65的 量。當廢氣G通過廢氣淨化裝置60的時候，廢氣G通過窩巢69。此時，廢氣G接觸催化活 性物質65，並且廢氣G中的未燃的碳氫化合物被氧化。廢氣G基本上接觸窩巢66和69的 整個內部區域。 如上所述，由於上遊氧化催化劑62和下遊氧化催化劑63的橫截面形狀是相同的， 並且下遊氧化催化劑63的長度L2大於上遊氧化催化劑62的長度Ll，所以窩巢69的總的 內部區域大於每個窩巢66的總的內部區域。因此，廢氣G與下遊氧化催化劑中的催化活性 物質68之間的接觸面積大於廢氣G與上遊氧化催化劑中的催化活性物質65之間的接觸面 積。在本實施例中，催化活性物質65和68的表面積形成了接觸面積。這裡提到的表面積 是指暴露到外部的部分的面積。 下遊氧化催化劑63中含有的催化活性物質68的量大於上遊氧化催化劑62中含 有的催化活性物質65的量。 在上面的結構中，下遊氧化催化劑63的氧化力大於上遊氧化催化劑62的氧化力。 本發明中提到的氧化力是能夠促進各組分氧化(燃燒)的能力。在本實施例中，由於未燃 的碳氫化合物用作為各組分的一個實例，所以本實施例中所提到的氧化力是能夠促進未燃 的碳氫化合物的氧化的能力。 如上所述，氧化力由催化活性物質的種類、催化活性物質的量，以及廢氣與催化劑
中的催化活性物質之間的接觸面積來確定。隨著氧化力的增加，促進了各組分的氧化，並且
廢氣的溫度增加。催化活性物質的量是指在本發明中的催化活性物質的含量。 由於包含銠作為催化活性物質，所以氧化力大於不包含銠的催化劑的氧化力。隨
著催化活性物質的含量的增加，氧化力增加。隨著廢氣與催化劑中的催化活性物質之間的
接觸面積的增加，氧化力增加。 在本實施例中，將確定氧化力的上面三種因素設定為在下遊氧化催化劑63中的 比在上遊氧化催化劑62中的大，並且下遊氧化催化劑63的氧化力大於上遊氧化催化劑62 的氧化力。 接下來，將給出強行排出由NOx吸附催化劑40吸附的硫氧化物(SOx)，並且燃燒由
過濾器50收集的顆粒物的操作的說明，來作為排氣系統的操作的實例。 例如，基於柴油機10的工作狀態，控制單元80計算由NOx吸附催化劑40吸附的
硫氧化物(SOx)的量，並且檢測由過濾器50收集的顆粒物的量。這裡提到的工作狀態是指
廢氣狀態。 當控制單元80確定需要從NOx吸附催化劑40強行排出硫氧化物(SOx)，並且需 要燃燒在過濾器50中的顆粒物的時候，控制單元80驅動燃料添加注入器34，並且注入燃 料。這增加了在流入廢氣淨化裝置60的廢氣中的未燃碳氫化合物的量。僅僅根據需要從 NOx吸附催化劑40強行排出硫氧化物(SOx)與需要燃燒在過濾器50中的顆粒物的判斷中 的一個，控制單元80就可以驅動燃料添加注入器34，並且注入燃料。通過上遊氧化催化劑 62促進了在流入廢氣淨化裝置60中的廢氣中的碳氫化合物中的易氧化部分的氧化。這增 加了廢氣的溫度。 沒有被上遊氧化催化劑62氧化(燃燒)的碳氫化合物殘留在通過上遊氧化催化 劑62的廢氣中。流經上遊氧化催化劑62的廢氣流入到下遊氧化催化劑63中。
由於下遊氧化催化劑63的氧化力大於上遊氧化催化劑62的氧化力，所以殘留在 流入下遊氧化催化劑63的廢氣中的未氧化(未燃)的碳氫化合物被下遊氧化催化劑63氧 化。因此，通過下遊氧化催化劑63的廢氣的溫度，即，通過廢氣淨化裝置60的廢氣的溫度， 進一步增加。 通過如上所述的廢氣淨化裝置60的操作，通過廢氣淨化裝置60的廢氣的溫度在 通過下遊氧化催化劑63之後立即達到最大。 N0x吸附催化劑40和位於下遊的過濾器50的溫度通過被廢氣淨化裝置60加熱的 廢氣而增加，並且N0x吸附催化劑40的溫度達到能夠排出硫氧化物的溫度。或者，過濾器 50的溫度達到顆粒物燃燒的溫度。結果，由N0x吸附催化劑40吸附的硫氧化物(S0x)被排 出，並且由過濾器50收集的顆粒物燃燒。 燃料添加注入器34的操作，即，燃料注入量和時間被調整為滿足廢氣狀態，其是 通過由第一到第四廢氣溫度傳感器32、36、38和6所檢測的溫度，以及由第一和第二氧氣濃 度傳感器33和39所檢測的氧氣濃度而獲得的。 在如上構造的廢氣淨化裝置60中，由於下遊氧化催化劑63的氧化力大於上遊氧 化催化劑62的氧化力，所以通過廢氣淨化裝置60的廢氣的溫度就在通過下遊氧化催化劑 63之後逐漸增加到最大。 結果，可以防止在上遊氧化催化劑62和下遊氧化催化劑63中的過度的溫度增加， 並且可以防止上遊氧化催化劑62和下遊氧化催化劑63變質。 由於防止了上遊氧化催化劑62和下遊氧化催化劑63變質，所以可以防止由變質 引起的氧化力的下降，並且可以防止過度的燃料注入。 此外，在本實施例中，將用於確定氧化力的三種因素，S卩，催化活性物質的種類、廢 氣與催化活性物質之間的接觸面積，以及催化活性物質的含量設定為在下遊氧化催化劑63 中的大於在上遊氧化催化劑62中的。具體地，下遊氧化催化劑63至少包括作為催化活性物 質的銠、包含比在上遊氧化催化劑62中的催化活性物質更多的催化活性物質、並且具有比 催化活性物質65的表面積，S卩，與廢氣G接觸的面積，大的催化活性物質68的表面積，即， 與廢氣G接觸的面積。 然而，本發明並不局限於上述。只要下遊氧化催化劑的氧化力大於上遊氧化催化 劑的氧化力就沒有問題。例如，即使上遊氧化催化劑62中的催化活性物質的含量大於下遊 氧化催化劑63中的催化活性物質的含量，只要通過在下遊氧化催化劑63中提供銠，並且將 廢氣G與下遊氧化催化劑中的催化活性物質之間的接觸面積設定為大於廢氣G與上遊氧化 催化劑中的催化活性物質之間的接觸面積，使下遊氧化催化劑的氧化力增加為大於上遊氧 化催化劑的氧化力，就沒有問題。 此外，即使在上遊氧化催化劑和在下遊氧化催化劑中的氧化活性物質的含量相 同，只要例如通過將下遊氧化催化劑中的氧化活性物質的含量設定為大於上遊氧化催化劑 中的氧化活性物質的含量，使下遊氧化催化劑的氧化力增加為大於上遊氧化催化劑的氧化 力，就沒有問題。 換句話說，沒有任何的組合問題，其中下遊氧化催化劑的氧化力大於上遊氧化催 化劑的氧化力。 接下來，將參考圖4到圖6來說明根據第二實施例的廢氣淨化裝置。具有與第一實施例中的各部件相同的功能的部件被給予相同的附圖標記，並且將省略其說明。
本實施例與第一實施例的不同之處在於在下遊氧化催化劑63和在上遊氧化催化 劑62中的窩巢的相對密度，S卩，每單位面積的窩巢的相對數目。其他的情況與第一實施例 中的相同。將詳細說明不同的情況。 圖4是本實施例的廢氣淨化裝置60的剖視圖。圖5是示出了沿著圖4所示的線 F5-F5截取的上遊氧化催化劑62的橫截面的一部分的剖視圖。圖6是示出了沿著圖4所示 的線F6-F6截取的下遊氧化催化劑63的橫截面的一部分的剖視圖。 如圖5所示，上遊氧化催化劑62具有相同形狀的窩巢66，其以規定的間隔均勻地 布置在載體64上。如圖6所示，下遊氧化催化劑63具有相同形狀的窩巢69，其以規定的間 隔均勻地布置在載體67上。在本實施例中，下遊氧化催化劑63中的窩巢的密度高於上遊 氧化催化劑62中的窩巢的密度。例如，上遊氧化催化劑62中的窩巢的密度是400cpsi(窩 巢每平方英尺)，並且下遊氧化催化劑63中的窩巢的密度是600cpsi。附圖中示出的窩巢 66和69是放大的，它們實際上更小。附圖中簡化了催化活性物質68和65，它們實際上如 圖3所示設置。 在本實施例中，上遊氧化催化劑62的橫截面積與下遊氧化催化劑63的橫截面積 相同。這裡提到的上遊氧化催化劑62的橫截面積是在橫截面外周的內部的面積，並且包括 各窩巢之間的空間。下遊氧化催化劑63的橫截面積是在橫截面外周的內部的面積，並且包 括各窩巢之間的空間。 由於下遊氧化催化劑63中的窩巢的密度高於上遊氧化催化劑62中的窩巢單位密 度，所以形成在下遊氧化催化劑63中的窩巢66的數目大於形成在上遊氧化催化劑62中的 窩巢69的數目，並且在下遊氧化催化劑63中的廢氣G與催化活性物質68之間的接觸面積 比在上遊氧化催化劑62中的大。此外，催化活性物質65和68可以與第一實施例中的一樣， 並且它們均勻的設置在窩巢66和69的整個內部區域上。 如上所述，在本實施例中，下遊氧化催化劑63中的窩巢的密度比上遊氧化催化劑 62中的大。結果，通過下遊氧化催化劑63的廢氣更容易接觸催化活性物質。換句話說，進 一步促進了廢氣中的碳氫化合物的氧化。因此，與上遊氧化催化劑62的氧化力相比，進一 步增加了下遊氧化催化劑63的氧化力。 此外，上遊氧化催化劑62中的窩巢的密度比下遊氧化催化劑63中的低。總的來 說，具有高密度窩巢的載體更容易塞滿顆粒物。因此，具有比下遊氧化催化劑63的窩巢密 度低的窩巢密度的上遊氧化催化劑62位於下遊氧化催化劑63的上遊，以燃燒上遊氧化催 化劑62中的廢氣G中含有的一定量的顆粒物。 結果，在流入下遊氧化催化劑63的廢氣G中含有的顆粒物的量減少，並且防止了 下遊氧化催化劑63塞滿顆粒物。這解決了廢氣由於顆粒物的塞滿而難以在下遊中流動的 問題。 除了第一實施例中的作用以外，下遊氧化催化劑63中的窩巢的密度比上遊氧化 催化劑62中的高，並且下遊氧化催化劑63被加熱到比上遊氧化催化劑62更高的溫度。因 此，即使下遊氧化催化劑63塞滿顆粒物，該顆粒物也能夠通過下遊氧化催化劑63而被燃燒。 除了第一實施例中的效果之外，本實施例還防止了顆粒物的塞滿，並且可以進一步促進碳氫化合物的氧化(燃燒)。下遊氧化催化劑63的每單位容積的催化活性物質的量 可以增加為比上遊氧化催化劑62中的大。進一步增加了下遊氧化催化劑63的氧化力。
接下來，將給出根據本發明的第三實施例的廢氣淨化裝置的說明。具有與第一實 施例中的部件相同的功能的部件給予相同的附圖標記，並且將省略其說明。在本實施例中， 由上遊氧化催化劑62和下遊氧化催化劑63攜帶的催化活性物質與第一實施例中的不同。 與第一實施例中的不同，上遊氧化催化劑62和下遊氧化催化劑63的長度Ll和L2是相同 的。其他情況與第一實施例中的相同。下文中將說明不同的情況。 在本實施例中，上遊氧化催化劑62中含有的催化活性物質65與下遊氧化催化劑 63中含有的催化活性物質68是同一種類。下遊氧化催化劑63中含有的催化活性物質68 的量大於上遊氧化催化劑62中含有的催化活性物質65的量。 如果上遊氧化催化劑62和下遊氧化催化劑63包含同一種類的活化組分，則上遊 氧化催化劑62可以包括作為催化金屬的銠。例如，催化活性物質65和68可以包括如第一 實施例說明的鉑、鈀和銠。 如果氧化催化劑包括兩種或者兩種以上的催化活性物質，則在下遊氧化催化劑63 中含有的催化活性物質68中的各組分，例如，作為催化貴金屬的鉑、鈀和銠的比率與在上 遊氧化催化劑62中含有的催化活性物質65中的各組分的比率相同。 此外，在本實施例中，上遊氧化催化劑62的載體64和下遊氧化催化劑63的載體 67的結構相同。因此，上遊氧化催化劑62和下遊氧化催化劑63之間的差異是這些催化劑 中含有的活性物質的量之間的差異。這裡提到的相同的結構是指載體的形狀是相同的，例 如沿著窩巢的延伸的方向垂直切割的橫截面形狀是相同的，以及窩巢延伸方向的長度L1 和L2是相同的。 在本實施例中，下遊氧化催化劑63中含有的催化活性物質68的量大於上遊氧化 催化劑62中含有的催化活性物質65的量，並且下遊氧化催化劑63的氧化力大於上遊氧化 催化劑62的氧化力。因此，本實施例可以提供與第一實施例相同的作用和效果。
在第三實施例中，如第一實施例，載體67的長度L2大於載體64的長度Ll ，並且廢 氣G與下遊氧化催化劑63中的催化活性物質68之間的接觸面積大於廢氣G與上遊氧化催 化劑62中的催化活性物質65之間的接觸面積。此外，如第二實施例，下遊氧化催化劑63 中的窩巢的密度比上遊氧化催化劑62中的大。 此外，在第一到第三實施例中，上遊和下遊氧化催化劑62和63在載體64和67的 窩巢66和69的整個內部區域上均勻的設置有催化活性物質65和68。因此，本發明提到的 接觸面積是催化活性物質65和68的表面積，即，接觸廢氣的面積。然而，本發明並不局限 於上面。例如，載體64和67可以由具有氧化力的物質製成。在這種情況下，本發明提到的 接觸面積是載體64和67的接觸廢氣的面積。 簡而言之，本發明提到的接觸面積是具有氧化力的氧化催化劑的部分，以及接觸 廢氣的部分的面積。 因此，在第一到第三實施例中，如果將下遊氧化催化劑63的接觸面積，即，本發明 提到的接觸面積，設定為大於上遊氧化催化劑62的接觸面積，則可以將具有氧化力並且可 以接觸廢氣的那部分下遊氧化催化劑的面積設定為大於具有氧化力並且可以接觸廢氣的 那部分上遊氧化催化劑的面積。
本發明並不局限於上述實施例。在不脫離其精神與實質特徵的情況下，本發明可 以通過變更組成元素來實施。此外，本發明也可以通過適當地組合上述實施例中公開的組 成元素而以其他的特定形式來實施。例如，可以刪除各實施例中公開的一些組成元素。不 同實施例的組成元素可以適當地結合。 本領域技術人員將容易想到其他的優點和修正。因此，本發明在其更廣泛的方面 並不局限於這裡示出和描述的具體細節和代表性實施例。因此，在不脫離所附權利要求及 其等同所限定的整個發明內容的精神或者範圍的情況下，可以做各種修正。
權利要求
一種廢氣淨化裝置，其設置在引導來自發動機的廢氣的排氣通道的路徑中，其特徵在於包括位於廢氣的上遊的上遊催化劑，該上遊催化劑具有氧化力，並且將廢氣中含有的各組分氧化；以及位於所述上遊催化劑的下遊的下遊催化劑，該下遊催化劑具有比所述上遊催化劑的總氧化力更強的氧化力，並且將廢氣中含有的各組分氧化。
2. 根據權利要求1所述的廢氣淨化裝置，其特徵在於，所述下遊催化劑至少包括銠作 為催化活性物質。
3. 根據權利要求2所述的廢氣淨化裝置，其特徵在於，所述上遊催化劑至少包括鈀作 為催化活性物質，並且所述下遊催化劑包括鉑、鈀和銠作為催化活性物質。
4. 根據權利要求1所述的廢氣淨化裝置，其特徵在於，所述下遊催化劑中的催化活性 物質的含量大於所述上遊催化劑中的催化活性物質的含量。
5. 根據權利要求1所述的廢氣淨化裝置，其特徵在於，所述下遊催化劑的與廢氣的接 觸面積大於所述上遊催化劑的與廢氣的接觸面積。
全文摘要
本發明涉及一種廢氣淨化裝置，包括上遊氧化催化劑(62)，其具有氧化力並且被構造成使廢氣(G)中的未燃HC氧化；以及位於上遊氧化催化劑(62)的下遊的下遊氧化催化劑(63)，其具有比上遊氧化催化劑(62)的氧化力高的氧化力，並且被構造成使廢氣(G)中的未燃HC氧化。
文檔編號B01J23/44GK101732992SQ20091022432
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月17日 優先權日2008年11月17日
發明者信原惠, 岡田公二郎, 川島一仁, 恆川希代香, 田代圭介, 畠道博, 菊池誠二 申請人:三菱自動車工業株式會社