JPH06182220A - 排気ガス浄化用メタル担体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】メタル担体において昇温特性をさらに向上さ
せ、エンジン始動時の浄化性能を向上させる。 【構成】排気ガス流の最上流部の位置には、軸方向の長
さが短い複数個の小ハニカム体がそれぞれのハニカム通
路が互いにずれるように直列に列設されていることを特
徴とする。ハニカム通路内での排気ガス流の整流が充分
進まないうちに再び乱流となって次の小ハニカム体に流
入するので、熱伝達率が向上し昇温特性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車などの排気系に
装着され、排気ガス浄化用触媒として利用される排気ガ
ス浄化用メタル担体に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車エンジンからの排ガスを浄
化するための排ガス浄化用触媒として、セラミック製あ
るいは金属製のハニカム体に活性アルミナなどの担持層
を形成し、その担持層に白金やロジウムなどの触媒金属
を担持させたものが多く用いられている。ところが触媒
金属は、約３００℃より低い温度では触媒活性が得られ
ないという現実がある。そのためエンジン始動直後など
にはハニカム体の温度が低く、排気ガスの熱により約３
００℃以上に加熱されるまでの間は有害物質がほとんど
浄化されぬまま排出されるという問題があった。

【０００３】このような不具合を改善するために、セラ
ミックスより熱伝導率が高く昇温特性に優れた金属製の
メタル担体が主流となりつつある。また、例えば実開昭
６３−１４１６３２号公報や実開平２−８３３２０号公
報などには、排気ガス上流側に体積が小さく熱容量の小
さなメタルハニカム体を配置したタンデム型担体構造が
開示されている。このように上流側のハニカム体の熱容
量を小さくすることで、上流側のハニカム体の温度を速
やかに上昇させることができる。そして上流側のハニカ
ム体内の反応熱により、下流側のメインのハニカム体を
暖機することができる。またタンデム型とすることによ
り、低温活性の高い触媒金属を上流側の担体に多く担持
させるなど、触媒設計の自由度も向上する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】エンジン始動時の排気
ガス中のＨＣ，ＣＯなどを浄化するためには、ハニカム
体を早期に暖機することが必要である。上記した従来の
メタル担体では、上流側の熱容量の小さいハニカム体が
早期に昇温され、反応熱も加わってさらに温度の高くな
った排気ガスが下流側のハニカム体に流入し、下流側の
ハニカム体を昇温させる構造である。そして、上流側の
ハニカム体と下流側のハニカム体の間には空間部が設け
られ、上流側のハニカム体から出た温度の高い排気ガス
は空間部で乱流となって下流側のハニカム体に流入す
る。これにより下流側ハニカム体の昇温特性が向上す
る。

【０００５】ところがこの従来のメタル担体であって
も、空間部の乱流生成だけでは昇温特性が不十分であ
り、エンジン始動時の浄化性能が満足のいくものとはい
えなかった。本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、メタル担体において昇温特性をさらに向上
させ、エンジン始動時の浄化性能を一層向上させること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の排気ガス浄化用メタル担体は、平板と波板とで形成
され多数のハニカム通路を有するメタルハニカム体を両
端が開口した金属ケースに収納してなるメタル担体にお
いて、メタルハニカム体の排気ガス流の最上流部の位置
には、軸方向の長さが短い複数個の小ハニカム体がそれ
ぞれのハニカム通路が互いにずれるように直列に列設さ
れていることを特徴とする。

【０００７】複数の小ハニカム体は、メタルハニカム体
の一部を構成していてもよいし、小ハニカム体群と残り
の大ハニカム体との間に空間部を設けたタンデム構造と
することもできる。また、小ハニカム体どうしの間にも
それぞれ空間部を設けた構造とすることも好ましい。こ
のように空間部を設ければ、空間部による乱流化により
昇温特性が一層向上する。

【０００８】小ハニカム体の軸方向の長さは、５〜１５
ｍｍの範囲とするのが望ましい。小ハニカム体の軸方向
の長さが５ｍｍより短くなると製造が困難となり、１５
ｍｍより長くなると小ハニカム体内で排気ガス流が整流
されてしまうため充分な効果が得られない。

【０００９】

【作用】排気ガスは先ずハニカム体の入口側端面に衝突
して乱流化されてハニカム通路へ進入し、ハニカム通路
壁と衝突しながらハニカム通路を移動する。これにより
排気ガスの熱がハニカム体に伝達され、ハニカム体が昇
温されるのである。ところが本発明の発明者らは、ハニ
カム体内の排気ガス流の状態を鋭意研究した結果、図６
に示すように、排気ガスがハニカム体の入口から約１５
ｍｍ程度進入すると、ヌッセルド数（Ｎｕ）は減少し、
排気ガスからハニカム体への熱伝達量が急激に低下する
ことを見出した。これはハニカム通路内で排気ガス流が
整流されてほぼ層流となることを示している。層流とな
った排気ガスはハニカム通路壁と衝突する確率が小さ
く、熱が伝達されないままにハニカム体出口から排出さ
れてしまい昇温特性の向上が不十分となる。

【００１０】そこで本発明のメタル担体では、排気ガス
流の最上流部の位置に、軸方向の長さが短い複数個の小
ハニカム体がそれぞれのハニカム通路が互いにずれるよ
うに直列に列設された構成とした。このような構成とし
たことにより、第１の小ハニカム体から出た排気ガスは
まだ充分整流されていない状態、あるいは整流され熱伝
達率が低くなった直後に第２の小ハニカム体へ流入す
る。そして小ハニカム体どうしのハニカム通路は互いに
ずれているので、第１の小ハニカム体から流出した排気
ガスは第２のハニカム体の入口側端面と衝突し、再度乱
流化されて第２の小ハニカム体へ流入する。したがっ
て、小ハニカム体内の排気ガス流は確実に乱流となり、
排気ガスの熱が確実に伝達されるため小ハニカム体群の
昇温特性は極めて高くなる。

【００１１】これにより小ハニカム体群では早期に触媒
金属の活性温度域に到達し、エンジン始動時の浄化性能
が向上する。そして反応熱が加わってさらに昇温され、
その小ハニカム体群の熱は排気ガスを介して、あるいは
熱伝導により下流側のハニカム体に伝達され、下流側の
ハニカム体も早期に昇温されることとなる。

【００１２】

【実施例】以下、実施例及び比較例により具体的に説明
する。 （実施例１）図１に本発明の一実施例のメタル担体の概
略断面図を示す。このメタル担体は、軸方向の長さが５
ｍｍの小ハニカム体１が４個直列に列設された小ハニカ
ム体群１０と、小ハニカム体群１０と１０ｍｍの空間部
１２を隔てて同軸に配置された長さ９０ｍｍの大ハニカ
ム体２と、小ハニカム体群１０及び大ハニカム体２を収
納する外筒（ケース）３とから構成されている。

【００１３】以下、このメタル担体の製造方法を説明す
ることで、構成の詳細な説明に代える。Ａｌ含有フェラ
イト系合金からなる板厚５０μｍの箔を用い、それぞれ
平板と波板に加工した。そして平板と波板を重ね合わせ
てロール状に巻回し、直径８６ｍｍのハニカム体を形成
した。このハニカム体を輪切り状に切断し、長さ５ｍｍ
の４個の小ハニカム体１と長さ９０ｍｍの１個の大ハニ
カム体２をそれぞれ形成した。

【００１４】次にＳＵＳ４３０から形成された板厚１．
５ｍｍ，外径８９ｍｍ，長さ１２０ｍｍの円筒状外筒３
を用意し、４個の小ハニカム体１を一端部から、大ハニ
カム体２を他端部から挿入した。そして、耐熱性のＮｉ
系ロウ材４を用いて、高温高真空中で小ハニカム体１及
び大ハニカム体２と外筒３とをロウ付け接合し、本実施
例のタンデム型メタル担体を形成した。小ハニカム体１
は全周をロウ付け接合し、各小ハニカム体１は隙間な
く、かつ互いのハニカム通路がずれるように列設され
た。また大ハニカム体２は、小ハニカム体群１０に向か
う端面と反対側端面から３０ｍｍの範囲のみを片持ち状
にロウ付け接合し、熱伝導による外筒３への熱損失を極
力少なくした。

【００１５】次に、活性アルミナ、水、バインダーが混
合されたスラリーを用意し、このメタル担体をスラリー
中に浸漬し余分なスラリーを吹き払い、乾燥後焼成して
活性アルミナからなる触媒担持層を形成した。触媒担持
層の形成量は、小ハニカム体１及び大ハニカム体２とも
それぞれの容積１リットル当たり１００ｇである。その
後、ジニトロジアンミン白金水溶液と塩化ロジウム水溶
液を用い、常法により触媒担持層にＰｔとＲｈを担持さ
せた。この触媒金属の担持量は、小ハニカム体１の容積
１リットル当たりＰｔが１０．０ｇ、Ｒｈが０．４ｇで
あり、大ハニカム体２の容積１リットル当たりＰｔが
１．５ｇ、Ｒｈが０．４ｇである。

【００１６】上記したタンデム型メタル担体触媒を、排
気量２０００ｃｍ³ の実機エンジンの排気系に取り付け
た。このとき、小ハニカム体群１０が排気ガス流の上流
側に位置し、大ハニカム体２が下流側に位置するように
した。そして上記エンジンを、エンジン回転数１４００
ｒｐｍ、圧力−３６０ｍｍＨｇ、Ａ／Ｆ＝１４．５の一
定条件で運転し、上記タンデム型メタル担体触媒に排気
ガスを連続的に通過させた。そしてメタル担体触媒前後
のＨＣ濃度を始動時から６０秒間ほぼ連続的に測定し、
それらの値から時間ごとのＨＣ浄化率を求めた結果を図
５に示す。 （比較例）図４に示すように、小ハニカム体群１０の代
わりに、軸方向の長さが２０ｍｍの一体的な中ハニカム
体５を用いたこと以外は実施例と同様の構成である。

【００１７】このメタル担体は、中ハニカム体５が排気
系の上流側となるように配置され、実施例と同様にＨＣ
浄化率が測定された。結果を図５に示す。 （評価）図５より、実施例１のメタル担体は比較例に比
べて早期にＨＣ浄化率の上昇が生じていることがわか
り、実施例１のメタル担体は始動時の排気ガスの浄化に
有効であることが明らかである。 （実施例２）なお、実施例１では小ハニカム体群１０と
大ハニカム体２との間に空間部１２を設けたが、図２に
示すように複数の小ハニカム体１と大ハニカム体２とを
密接して配置し、空間部をなくすることもできる。 （実施例３）また、図３に示すように小ハニカム体１ど
うしの間にも空間部１３を設ければ、空間部１３により
乱流化が一層促進され昇温特性が一層向上する。

【００１８】

【発明の効果】すなわち本発明のメタル担体によれば、
排気ガスの熱を有効に上流側のハニカム体に伝達するこ
とができ早期昇温が達成できたため、エンジンコールド
始動時に排出されるＨＣやＣＯ等の未燃焼ガスの排出が
低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のメタル担体の概略断面図で
ある。

【図２】本発明の第２の実施例のメタル担体の概略断面
図である。

【図３】本発明の第３の実施例のメタル担体の概略断面
図である。

【図４】比較例のメタル担体の概略断面図である。

【図５】実施例と比較例のメタル担体の、始動後の経過
時間とＨＣ浄化率の関係を示すグラフである。

【図６】ハニカム通路の長さとハニカム通路壁への熱伝
達率との関係を示すグラフである。

【符号の説明】 １：小ハニカム体 ２：大ハニカム体 ３：外筒
（ケース） ４：ロウ材 ５：中ハニカム体 １２，１
３：空間部

フロントページの続き (72)発明者 飯田 清三 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 山岸 典生 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 梶 剛三 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 武井 久 静岡県小笠郡大東町千浜7800番地 キャタ ラー工業株式会社内 (72)発明者 大澤 克幸 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 馬場 直樹 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板と波板とで形成され多数のハニカム
   通路を有するメタルハニカム体を両端が開口した金属ケ
   ースに収納してなるメタル担体において、 前記メタルハニカム体の排気ガス流の最上流部の位置に
   は、軸方向の長さが短い複数個の小ハニカム体がそれぞ
   れの前記ハニカム通路が互いにずれるように直列に列設
   されていることを特徴とする排気ガス浄化用メタル担
   体。