JP2014148924A - 排ガス浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ハニカム触媒体10と、ハニカムフィルタ30と、ハニカム触媒体10及びハニカムフィルタ30が収納される筒状の缶体50と、を備え、ハニカムフィルタ30が、片側目封止セル22bと両端開口セル22aとが、第二隔壁21を隔てて隣接して配置されたものであり、缶体50の胴部51が、胴部51の内径が一定の大きさのストレート形状であり、缶体50の胴部51の内部に、ハニカム触媒体10とハニカムフィルタ30とが、ハニカム触媒体10の第一流出端面12からハニカムフィルタ30の第二流入端面31までの間隔が60mm以下で、且つ、ハニカム触媒体10の第一セル2の延びる方向P1とハニカムフィルタ30の第二セル22の延びる方向P2とのなす角度αが2〜16°となるように配置されてなる排ガス浄化装置100。
【選択図】図1
Description
図1に示すように、本発明の排ガス浄化装置の一の実施形態は、ハニカム触媒体10と、ハニカムフィルタ30と、ハニカム触媒体10及びハニカムフィルタ30が収納される筒状の缶体50と、を備えた排ガス浄化装置100である。図1は、本発明の排ガス浄化装置の一の実施形態の構成を模式的に示す断面図であり、缶体に流入する排ガスの流れ方向に平行な断面を示す。図1に示すように、本実施形態の排ガス浄化装置100は、ハニカム触媒体10とハニカムフィルタ30とが、筒状の缶体50内に収納されたものである。
図1に示すように、缶体50は、本実施形態の排ガス浄化装置100における筐体(別言すれば、外装)であり、この缶体50がエンジン排気マニホルドに接続可能に構成されている。即ち、缶体50は、エンジン排気マニホルドの出口側に接続される流入口52、及びハニカム触媒体10及びハニカムフィルタ30を通過したガスG3を流出する流出口53を有している。そして、この缶体50の胴部51の内部に、ハニカム触媒体10及びハニカムフィルタ30が収納されている。本実施形態の排ガス浄化装置100により排ガスを浄化する際には、缶体50の流入口52を、エンジン排気マニホルドの出口側に接続する。そして、この缶体50の流入口52から流入した排ガス(ガスG0)を、缶体50内に収納されたハニカム触媒体10及びハニカムフィルタ30によって浄化する。上述したように、缶体50の胴部51は、胴部51の内径が一定の大きさのストレート形状である。
図2〜図4に示すように、ハニカム触媒体10は、筒状の第一ハニカム構造体4と、第一ハニカム構造体4の第一隔壁1に担持された第一触媒7と、を備えたものである。第一ハニカム構造体4が、複数の第一セル2を区画形成する多孔質の第一隔壁1、及び最外周に配置された第一外周壁3を有する。第一触媒7は、多孔質の第一隔壁1の表面、及び第一隔壁1に形成された細孔の内部の少なくとも一方に担持されている。
図5〜図7に示すように、ハニカムフィルタ30は、筒状の第二ハニカム構造体24と、目封止部28と、第二ハニカム構造体24の第二隔壁21に担持された第二触媒27と、を備えたものである。第二ハニカム構造体24が、複数の第二セル22を区画形成する多孔質の第二隔壁21、及び最外周に配置された第二外周壁23を有する。目封止部28は、複数の第二セル22のうちの一部の第二セル22の第二流入端面31側又は第二流出端面32側の一方の端部を封止するものである。ハニカムフィルタ30は、上記目封止部28によって片側の端部が塞がれた片側目封止セル22bと、第二セル22内の流路が塞がれていない両端開口セル22aとが、第二隔壁21を隔てて隣接して配置されたものである。第二触媒27は、多孔質の第二隔壁21の表面、及び第二隔壁21に形成された細孔の内部の少なくとも一方に担持されている。
次に本発明の排ガス浄化装置の製造方法について、図1に示すような本実施形態の排ガス浄化装置100を製造する方法を例に説明する。
[ハニカム触媒体の作製]
実施例1の排ガス浄化装置に使用するハニカム触媒体を作製した。具体的には、まず、セラミック原料を含有する成形原料を用いて、ハニカム成形体を成形するための坏土を調製した。セラミック原料として、コージェライト化原料を用いた。コージェライト化原料に、分散媒、有機バインダ、分散剤、造孔材を添加して、成形用の坏土を調製した。分散媒の添加量は、コージェライト化原料100質量部に対して、30質量部とした。有機バインダの添加量は、コージェライト化原料100質量部に対して、6質量部とした。造孔材の添加量は、コージェライト化原料100質量部に対して、1質量部とした。得られたセラミック成形原料を、ニーダーを用いて混練して、坏土を得た。
ハニカム触媒体にて説明した方法と同様の方法で、ハニカムフィルタ用の第二ハニカム構造体を作製した。
実施例1において作製したハニカム触媒体及びハニカムフィルタを、流入口、胴部、及び流出口を有する缶体の内部に収納し、拡管部および狭管部をスピニング加工によって形成して、実施例1の排ガス浄化装置を製造した。
「第一セルの延びる方向と第二セルの延びる方向とのなす角度(°)」、「間隔t(mm)」、「ハニカム触媒体とハニカムフィルタの配置」、及び「目封止部の位置」を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様の方法で、排ガス浄化装置を作製した。即ち、ハニカム触媒体、ハニカムフィルタ、及び缶体の構成は、実施例1と同じで、ハニカム触媒体とハニカムフィルタとの配置(即ち、傾き、間隔、及び目封止部の位置)を変えて排ガス浄化装置を作製した。なお、「配置C」の場合においては、缶体50の流入口52から流入するガスG0の流れ方向P3と、第一セル2の延びる方向P1とのなす角度βが、ハニカム触媒体の第一セルの延びる方向P1とハニカムフィルタの第二セルの延びる方向P2とのなす角度の1/2となるように配置した。
「第一セルの延びる方向と第二セルの延びる方向とのなす角度(°)」、「間隔t(mm)」、「ハニカム触媒体とハニカムフィルタの配置」、及び「目封止部の位置」を表2に示すように変更した以外は、実施例1と同様の方法で、排ガス浄化装置を作製した。即ち、ハニカム触媒体、ハニカムフィルタ、及び缶体の構成は、実施例1と同じで、ハニカム触媒体とハニカムフィルタとの配置(即ち、傾き、間隔、及び目封止部の位置)を変えて排ガス浄化装置を作製した。なお、「配置C」の場合においては、缶体50の流入口52から流入するガスG0の流れ方向P3と、第一セル2の延びる方向P1とのなす角度βが、ハニカム触媒体の第一セルの延びる方向P1とハニカムフィルタの第二セルの延びる方向P2とのなす角度の1/2となるように配置した。
「第一セルの延びる方向と第二セルの延びる方向とのなす角度(°)」、「間隔t(mm)」、及び「ハニカム触媒体とハニカムフィルタの配置」を表2に示すように変更した以外は、実施例1と同様の方法で、排ガス浄化装置を作製した。即ち、比較例13においては、ハニカム触媒体、ハニカムフィルタ、及び缶体の構成は、実施例1と同じで、ハニカム触媒体とハニカムフィルタとを、それらのセルの延びる方向がガスの流れ方向P3に対して、それぞれ平行となるように直列に配置して、排ガス浄化装置を作製した。比較例13においては、実施例1〜36、及び比較例1〜12の「間隔t」と同じ間隔となるように、複数の排ガス浄化装置を作製した。比較例13の排ガス浄化装置は、以下の「圧力損失の上昇評価」、及び「粒子状物質の排出個数変化」において、評価の基準となる排ガス浄化装置である。即ち、実施例1〜36、及び比較例1〜12の排ガス浄化装置についての評価を行う際に、「間隔t」が同じ値となる比較例13の排ガス浄化装置が、当該評価の基準となる。また、比較例13の各排ガス浄化装置を作製する際には、実施例1〜36、及び比較例1〜12の排ガス浄化装置に合わせて、「目封止部の位置」を決定した。このため、表2の「目封止部の位置」の欄には、「流入端面又は流出端面」と記す。
実施例1〜36、及び比較例1〜13の排ガス浄化装置に大気圧(1atm)、室温(20℃)の空気を流量12m3/分で流し、圧力損失の上昇評価を行った。実施例1〜36、及び比較例1〜12の排ガス浄化装置の圧力損失と、「間隔t」が同じ値で且つ「目封止部の位置」が同じとなるように構成された比較例13の排ガス浄化装置の圧力損失とを、以下のA〜Dの評価基準で、評価した。
A:基準の比較例13の排ガス浄化装置の圧力損失を100%とした場合に、評価対象の排ガス浄化装置の圧力損失が、102%以下である。
B:基準の比較例13の排ガス浄化装置の圧力損失を100%とした場合に、評価対象の排ガス浄化装置の圧力損失が、102%を超え、104%以下である。
C:基準の比較例13の排ガス浄化装置の圧力損失を100%とした場合に、評価対象の排ガス浄化装置の圧力損失が、104%を超え、106%以下である。
D:基準の比較例13の排ガス浄化装置の圧力損失を100%とした場合に、評価対象の排ガス浄化装置の圧力損失が、106%を超える。
排気量2.0Lの4気筒のディーゼルエンジン車をシャーシダイナモ上で走行させ、実施例1〜36、及び比較例1〜13の排ガス浄化装置の粒子状物質の排出個数変化の評価を行った。具体的には、排気量2.0Lの4気筒のディーゼルエンジン車のエンジン排気マニホルドの出口側に、排ガス浄化装置を設置し、欧州NEDCモードで運転し、排ガス中の、排出個数(個/km)を測定した。実施例1〜36、及び比較例1〜12の排ガス浄化装置について、「間隔t」が同じ値で且つ「目封止部の位置」が同じとなるように構成された比較例13の排ガス浄化装置を基準として、以下のA〜Dの評価基準で、評価した。
A:基準の比較例13の排ガス浄化装置の排出個数と比較して、評価対象の排ガス浄化装置の排出個数が、40%超低下する。
B:基準の比較例13の排ガス浄化装置の排出個数と比較して、評価対象の排ガス浄化装置の排出個数が、20%超、40%以下低下する。
C:基準の比較例13の排ガス浄化装置の排出個数と比較して、評価対象の排ガス浄化装置の排出個数が、2%超、20%以下低下する。
D:基準の比較例13の排ガス浄化装置の排出個数と比較して、評価対象の排ガス浄化装置の排出個数の低下が2%以下である。評価対象の排ガス浄化装置の排出個数が、基準の比較例13の排ガス浄化装置の排出個数を上回る場合を含む。
表1及び表2に示すように、実施例1〜36の排ガス浄化装置は、圧力損失の上昇評価、及び粒子状物質の排出個数変化の評価において、共に良好な結果を得ることができた。特に、実施例9〜11及び13〜15の排ガス浄化装置は、圧力損失の上昇評価、及び粒子状物質の排出個数変化の評価が、共に「A」であり、特に良好な結果を得ることができた。実施例1〜8の排ガス浄化装置は、「第一セルの延びる方向と第二セルの延びる方向とのなす角度(°)」が小さいため、浄化性能の向上が少し低めであった。また、「間隔t(mm)」が比較的に広い、実施例7、8、12、16、17などの排ガス浄化装置は、圧力損失の上昇が比較的に大きく、浄化性能の向上も少し低めであった。また、「第一セルの延びる方向と第二セルの延びる方向とのなす角度(°)」が大きくなるに従って、圧力損失の上昇評価が悪くなる傾向が確認された(例えば、実施例18〜36を参照)。実施例1〜36の結果により、本発明の排ガス浄化装置は、ディーゼルエンジン用の排ガス浄化装置として好適に使用できることが確認された。
実施例1と同様の方法で、第一ハニカム構造体を作成し、得られた第一ハニカム構造体の第一隔壁に、三元触媒を担持した。三元触媒としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)およびロジウム(Rh)を主成分とするものを用いた。触媒の担持量としては、170g/Lとした。上述したように、三元触媒を担持した第一ハニカム構造体をハニカム触媒体として用い、第二ハニカム構造体の隔壁の厚さを0.15mmとした以外は、実施例1と同様の方法で、排ガス浄化装置を作製した。即ち、実施例37の排ガス浄化装置は、ハニカムフィルタ、及び缶体の構成が、実施例1と同様であり、また、ハニカム触媒体及びハニカムフィルタの缶体の内部への配置状態も、実施例1と同様である。表3に、実施例37の排ガス浄化装置の、「第一セルの延びる方向と第二セルの延びる方向とのなす角度(°)」、「間隔t(mm)」、「ハニカム触媒体とハニカムフィルタの配置」、及び「目封止部の位置」を示す。
「第一セルの延びる方向と第二セルの延びる方向とのなす角度(°)」、「間隔t(mm)」、「ハニカム触媒体とハニカムフィルタの配置」、及び「目封止部の位置」を表3に示すように変更した以外は、実施例37と同様の方法で、排ガス浄化装置を作製した。即ち、ハニカム触媒体、ハニカムフィルタ、及び缶体の構成は、実施例37と同じで、ハニカム触媒体とハニカムフィルタとの配置(即ち、傾き、間隔、及び目封止部の位置)を変えて排ガス浄化装置を作製した。
「第一セルの延びる方向と第二セルの延びる方向とのなす角度(°)」、「間隔t(mm)」、「ハニカム触媒体とハニカムフィルタの配置」、及び「目封止部の位置」を表4に示すように変更した以外は、実施例37と同様の方法で、排ガス浄化装置を作製した。即ち、ハニカム触媒体、ハニカムフィルタ、及び缶体の構成は、実施例37と同じで、ハニカム触媒体とハニカムフィルタとの配置(即ち、傾き、間隔、及び目封止部の位置)を変えて排ガス浄化装置を作製した。
「第一セルの延びる方向と第二セルの延びる方向とのなす角度(°)」、「間隔t(mm)」、及び「ハニカム触媒体とハニカムフィルタの配置」を表4に示すように変更した以外は、実施例37と同様の方法で、排ガス浄化装置を作製した。即ち、比較例26においては、ハニカム触媒体、ハニカムフィルタ、及び缶体の構成は、実施例37と同じで、ハニカム触媒体とハニカムフィルタとを、それらのセルの延びる方向がガスの流れ方向P3に対して、それぞれ平行となるように直列に配置して、排ガス浄化装置を作製した。比較例26においては、実施例37〜72、及び比較例14〜25の「間隔t」と同じ間隔となるように、複数の排ガス浄化装置を作製した。比較例26の排ガス浄化装置は、以下の「圧力損失の上昇評価」、及び「粒子状物質の排出個数変化」において、評価の基準となる排ガス浄化装置である。即ち、実施例37〜72、及び比較例14〜25の排ガス浄化装置についての評価を行う際に、「間隔t」が同じ値となる比較例26の排ガス浄化装置が、当該評価の基準となる。また、比較例26の各排ガス浄化装置を作製する際には、実施例37〜72、及び比較例14〜25の排ガス浄化装置に合わせて、「目封止部の位置」を決定した。このため、表4の「目封止部の位置」の欄には、「流入端面又は流出端面」と記す。
排気量2.0Lの4気筒の直噴ガソリンエンジンを設置したエンジンダイナモ装置を用いて、実施例37〜72、及び比較例14〜26の排ガス浄化装置の圧力損失の上昇評価を行った。具体的には、排気量2.0Lの4気筒の直噴ガソリンエンジンのエンジン排気マニホルドの出口側に、排ガス浄化装置を設置し、エンジン回転数:5500rpm、フルスロットル(WOT:Wide−Open Throttle)の状態における圧力損失を測定した。実施例37〜72、及び比較例14〜25の排ガス浄化装置の圧力損失と、「間隔t」が同じ値で且つ「目封止部の位置」が同じとなるように構成された比較例26の排ガス浄化装置の圧力損失とを、以下のA〜Dの評価基準で、評価した。
A:基準の比較例26の排ガス浄化装置の圧力損失を100%とした場合に、評価対象の排ガス浄化装置の圧力損失が、102%以下である。
B:基準の比較例26の排ガス浄化装置の圧力損失を100%とした場合に、評価対象の排ガス浄化装置の圧力損失が、102%を超え、104%以下である。
C:基準の比較例26の排ガス浄化装置の圧力損失を100%とした場合に、評価対象の排ガス浄化装置の圧力損失が、104%を超え、106%以下である。
D:基準の比較例26の排ガス浄化装置の圧力損失を100%とした場合に、評価対象の排ガス浄化装置の圧力損失が、106%を超える。
排気量2.0Lの4気筒の直噴ガソリンエンジン車をシャーシダイナモ装置上で走行させ、実施例37〜72、及び比較例14〜26の排ガス浄化装置の粒子状物質の排出個数変化の評価を行った。具体的には、排気量2.0Lの4気筒の直噴ガソリンエンジン車のエンジン排気マニホルドの出口側に、排ガス浄化装置を設置し、欧州NEDCモードで運転し、排ガス中の、排出個数(個/km)を測定した。実施例37〜72、及び比較例14〜25の排ガス浄化装置について、「間隔t」が同じ値で且つ「目封止部の位置」が同じとなるように構成された比較例26の排ガス浄化装置を基準として、以下のA〜Dの評価基準で、評価した。
A:基準の比較例26の排ガス浄化装置の排出個数と比較して、評価対象の排ガス浄化装置の排出個数が、40%超低下する。
B:基準の比較例26の排ガス浄化装置の排出個数と比較して、評価対象の排ガス浄化装置の排出個数が、20%超、40%以下低下する。
C:基準の比較例26の排ガス浄化装置の排出個数と比較して、評価対象の排ガス浄化装置の排出個数が、2%超、20%以下低下する。
D:基準の比較例26の排ガス浄化装置の排出個数と比較して、評価対象の排ガス浄化装置の排出個数の低下が2%以下である。評価対象の排ガス浄化装置の排出個数が、基準の比較例26の排ガス浄化装置の排出個数を上回る場合を含む。
表3及び表4に示すように、実施例37〜72の排ガス浄化装置は、圧力損失の上昇評価、及び粒子状物質の排出個数変化の評価において、共に良好な結果を得ることができた。一方、比較例14〜25の排ガス浄化装置は、粒子状物質の排出個数変化の評価が、全て「D」であり、捕集性能は実質的に略変化なし又は悪化する結果となった。このような結果により、本発明の排ガス浄化装置は、直噴ガソリンエンジン用の排ガス浄化装置としても好適に使用できることが確認された。
Claims (6)
- ハニカム触媒体と、ハニカムフィルタと、前記ハニカム触媒体及び前記ハニカムフィルタが収納される筒状の缶体と、を備え、
前記ハニカム触媒体が、第一流入端面から第一流出端面まで延びる複数の第一セルを区画形成する多孔質の第一隔壁及び最外周に配置された第一外周壁を有する筒状の第一ハニカム構造体と、前記第一ハニカム構造体の前記第一隔壁に担持された第一触媒と、を備え、
前記ハニカムフィルタが、第二流入端面から第二流出端面まで延びる複数の第二セルを区画形成する多孔質の第二隔壁及び最外周に配置された第二外周壁を有する筒状の第二ハニカム構造体と、複数の前記第二セルのうちの一部の第二セルの前記第二流入端面側又は前記第二流出端面側の一方の端部を封止する目封止部と、前記第二ハニカム構造体の前記第二隔壁に担持された第二触媒と、を備え、
前記ハニカムフィルタの前記一部の第二セルが、前記第二流入端面側又は前記第二流出端面側の一方の端部が前記目封止部によって塞がれた片側目封止セルであり、且つ、前記ハニカムフィルタの前記一部の第二セル以外の残りの第二セルが、前記第二流入端面及び前記第二流出端面が前記目封止部によって塞がれていない両端開口セルであり、前記ハニカムフィルタは、前記片側目封止セルと前記両端開口セルとが、前記第二隔壁を隔てて隣接して配置されたものであり、
前記缶体が、エンジン排気マニホルドの出口側に接続される流入口と、前記ハニカム触媒体及び前記ハニカムフィルタが収納される胴部と、前記流入口から流入したガスを流出する流出口と、を備え、
前記缶体の前記胴部が、前記胴部の内径が一定の大きさのストレート形状であり、
前記胴部の内部に、前記ハニカム触媒体と前記ハニカムフィルタとが、前記ハニカム触媒体の前記第一流入端面が、前記缶体の前記流入口側に位置し、前記ハニカムフィルタの前記第二流出端面が、前記缶体の前記流出口側に位置し、前記ハニカム触媒体の前記第一流出端面から前記ハニカムフィルタの前記第二流入端面までの間隔が60mm以下で、且つ、前記ハニカム触媒体の前記第一セルの延びる方向と前記ハニカムフィルタの前記第二セルの延びる方向とのなす角度が2〜16°となるように配置されてなる排ガス浄化装置。 - 前記缶体の前記流入口から流入するガスの流れ方向に対して、前記ハニカム触媒体の前記第一セルの延びる方向が傾き、且つ前記ハニカムフィルタの前記第二セルの延びる方向が平行となるように、前記胴部の内部に、前記ハニカム触媒体と前記ハニカムフィルタとが配置されてなる請求項1に記載の排ガス浄化装置。
- 前記缶体の前記流入口から流入するガスの流れ方向に対して、前記ハニカム触媒体の前記第一セルの延びる方向が平行となり、且つ前記ハニカムフィルタの前記第二セルの延びる方向が傾くように、前記胴部の内部に、前記ハニカム触媒体と前記ハニカムフィルタとが配置されてなる請求項1に記載の排ガス浄化装置。
- 前記缶体の前記流入口から流入するガスの流れ方向に対して、前記ハニカム触媒体の前記第一セルの延びる方向と、前記ハニカムフィルタの前記第二セルの延びる方向とがそれぞれ傾くように、前記胴部の内部に、前記ハニカム触媒体と前記ハニカムフィルタとが配置されてなる請求項1に記載の排ガス浄化装置。
- 前記ハニカム触媒体は、筒状に形成された前記第一外周壁の延びる方向に対して、前記第一セルの延びる方向が傾くように前記第一隔壁が配置されたものである請求項1〜4のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置。
- 前記ハニカムフィルタは、筒状に形成された前記第二外周壁の延びる方向に対して、前記第二セルの延びる方向が傾くように前記第二隔壁が配置されたものである請求項1〜5のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置。
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