JP2017201163A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態の排気ガス浄化装置1は、図1〜図5に示されるように、第一流入側端面11から第一流出側端面12まで延びる複数のセル13を区画形成する格子状の隔壁14を有する第一ハニカム基材15、及び、第一ハニカム基材15に担持された触媒を有し、セル13の両端がそれぞれ開口してなるハニカム触媒体10と、第二流入側端面21から第二流出側端面22まで延びる複数のセル23を区画形成する格子状の隔壁24を有する第二ハニカム基材25、及び、第二流入側端面21及び/または第二流出側端面22におけるセル23の開口部を予め規定された配設基準に従って目封止して配設された複数の目封止部26を有する目封止ハニカム構造体20と、ハニカム触媒体10及び目封止ハニカム構造体20をそれぞれ収容可能に形成され、排気ガス流入部31及び浄化ガス排出部32を有する金属製の缶体30とを主に備えている。
本実施形態の排気ガス浄化装置1に使用されるハニカム触媒体10は、図1〜図3に示すように、円柱状の構造を呈し、第一流入側端面11から第一流出側端面12に至る複数のセル13を区画形成する多孔質素材の格子状の隔壁14を有する第一ハニカム基材15を備えており、上記の目封止ハニカム構造体20のように、複数の目封止部26によってセル13の両端が塞がれていない、いずれの端面11,12がそれぞれ開口している。ここで、ハニカム触媒体10の直径D1に対するハニカム触媒体10の中心軸方向(図1における一点鎖線A参照。)の長さL1の比(=L1/D1)の値が、0.1〜0.6の範囲となるように設定されている。この比は、0.15〜0.35の範囲であることが更に好ましく、0.2〜0.3の範囲であることが特に好ましい。
図4及び図5は、排気ガス浄化装置1に使用される目封止ハニカム構造体20の第二流入側端面21(図4)及び第二流出側端面22(図5)を示す平面図であり、本実施形態において目封止ハニカム構造体20は、円柱状の構造を呈するものである。目封止ハニカム構造体20の大きさは、例えば、中心軸方向の長さL2が50〜200mmのものが挙げられる。また、目封止ハニカム構造体20の直径D2は、80〜180mmであるものが好適である。
本実施形態の排気ガス浄化装置1における目封止ハニカム構造体20の第二流入側端面21及び/または第二流出側端面22のセル23を目封止する目封止部26の配設基準として、図4及び図5に示すように、所謂「市松模様(またはチェッカーボードパターン)」のように第二流入側端面21の全面に亘って格子状に目封止部26を配設し(第一パターンP1)、一方、第二流出側端面22の端面中心領域Cに限定して同様の配設基準で目封止部26を配設したもの(第二パターンP2)を例示した。しかしながら、本発明の排気ガス浄化装置1において、端面中心領域C及び端面外周領域Oの間で圧力損失に差を生じさせることができ、かつ排気ガスEGが流れ込み易い端面中心領域Cの圧力損失を端面外周領域Oよりも大きなものであれば、目封止部26の配設基準は特に限定されるものではない。
上記の実施例及び比較例に係る排気ガス浄化装置を、排気量2.0リットルの直噴式ガソリンエンジンを搭載した乗用車の排気系にそれぞれ装着する。その後、シャシダイナモによる車両試験として、国際調和排ガス試験モード(WLTC)の運転条件に従って運転した際の排気ガス中の一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、及び窒素酸化物(NOx)のエミッションを測定し、エミッション値を得た。得られたエミッション値を、基準となる比較例1の値と対比し、一酸化炭素、炭化水素、及び窒素酸化物の全ての成分の値が20%以下であるものを“A”とし、5〜20%の範囲のものを“B”とした。なお、表2において、浄化率の測定に係る評価項目を“浄化率(CO,HC,NOx)”を表している。
実施例及び比較例に係る排気ガス浄化装置を、排気量2.0リットルの直噴式ガソリンエンジンを搭載した乗用車の排気系に装着する。その後、シャシダイナモによる車両試験として、国際調和排ガス試験モード(WLTC)の運転条件に従って運転した際の排気ガス中のPM排出個数を欧州EURO6規制案に沿った方法に基づいて測定する。ここで、PM排出個数が3×1011個/km以下のものを“A”とし、3×1011〜6×1011個/kmの範囲のものを“B”とした。
排気量2.0リットルの直噴式ガソリンエンジンの台上試験において、始めに、排気系にセル密度:93セル/cm2、隔壁厚さ:0.076mm、ハニカム径:105.7mm、ハニカム長さ:114mmのフロースル型のハニカム構造体を装着する。このときのエンジンフルロード運転時の圧力損失を測定し、これを圧力損失の基準値とする。実施例及び比較例に係る排気ガス浄化装置を同様に排気量2.0リットルの直噴式ガソリンエンジンを搭載した乗用車の排気径に装着し、上記と同条件のエンジンフルロード運転時の圧力損失を測定した。その後、予め測定された圧力損失の基準値に対して、圧力損失の増加量が5kPa未満の場合を“A”、圧力損失の増加量が10kPa未満の場合を“B”とした。
上記の(1)浄化率(CO,HC,NOx)、(2)PM排出個数、及び(3)圧力損失における各評価において、全ての評価がAである場合は、総合評価“A”とし、一つでもBがある場合は、総合評価“B”とした。上記(1)〜(4)に係る評価結果をまとめたものを下記表2に示す。なお、比較例1については評価を省略している。また、上記(1)〜(4)の評価において、“A”は「優良」、“B”は「可」を示し、Bの評価であっても実用上の十分な性能を有することを示す。
表2に示すように、ハニカム触媒体及び目封止ハニカム構造体を同一とし、目封止部を第三パターンP3〜第六パターンP6とそれぞれ異なる配設基準で配した実施例1〜4の排気ガス浄化装置は、浄化率、PM排出個数、及び圧力損失がいずれも“A”の評価であり、総合評価もAであった。すなわち、本発明の排気ガス浄化装置において、先に提案した第三パターンP3〜第六パターンP6に係る目封止部の配設基準は、いずれも良好な浄化効率、低いPM排出個数、及び低圧力損失の効果を有することが示された。一方、第一パターンP1及び第二パターンP2の組み合わせ(実施例5)、及び第二流入側端面及び第二流出側端面の中心をいずれも第二パターンP2の組合わせ(実施例6)の場合、Bの評価が得られた。
ハニカム触媒体の直径D1に対する中心軸方向の長さL1の比(=L1/D1)が0.1〜0.6の範囲から外れる場合、及び目封止ハニカム構造体の中心軸方向の長さL2に対するハニカム触媒体の中心軸方向の長さL1の比(=L1/L2)が0.1〜0.5の範囲から外れた排気ガス浄化装置(実施例7,8)の場合、浄化率(CO,HC,NOx)の評価が“B”となった。本発明に規定されたL1/D1が0.1〜0.6、及び、L1/L2が0.1〜0.5の範囲の排気ガス浄化装置(実施例9,10)の場合、浄化率(CO,HC,NOx)の評価が“A”となった。排気ガス浄化装置に使用されるハニカム触媒体の長さ及び直径の関係、ハニカム触媒体及び目封止ハニカム構造体の長さの関係が浄化率(CO,HC,NOx)に影響を及ぼすことが確認された。
ハニカム触媒体の隔壁厚さが127μmの排気ガス浄化装置(実施例11)の場合、浄化率(CO,HC,NOx)の評価が“B”となった。一方、隔壁厚さが101μmの排気ガス浄化装置(実施例12)の場合、浄化率(CO,HC,NOx)の評価が“A”となった。ハニカム触媒体の隔壁厚さが浄化率(CO,HC,NOx)の値に影響を及ぼすことが確認された。
ハニカム触媒体の隔壁の気孔率が、目封止ハニカム構造体の隔壁の気孔率より大きい排気ガス浄化装置(実施例13)の場合、圧力損失が大きくなることが確認された。上流側のハニカム触媒体に対して、下流側の目封止ハニカム構造体の方が気孔率が小さいと、排気ガスの通気性が損なわれ、圧力損失が大きくなると考えられる。
担体間の距離が本発明で規定した30mmの排気ガス浄化装置(実施例14)の場合、浄化効率が低下することが確認され、一方、担体間の距離が上記範囲内の排気ガス浄化装置(実施例15)の場合、良好な浄化効率を示すことが確認された。すなわち、ハニカム触媒体と目封止ハニカム構造体との間の担体間の距離を上記範囲内とすることが好適である。
目封止ハニカム構造体の触媒担持量が120g/Lを超える排気ガス浄化装置(実施例16)の場合、圧力損失が大きくなることが確認され、一方、目封止ハニカム構造体の触媒担持量が120g/L以下の排気ガス浄化装置(実施例17)の場合、良好な圧力損失を示すことが確認された。
実施例6の排気ガス浄化装置の缶体の内部に、円筒状の整流部を取設した別例構成の排気ガス浄化装置(実施例18)の場合、実施例6と比較して、PM排出個数の評価がBからAにアップした。すなわち、整流部の追加によってPM排出個数の改善が認められるとともに、浄化率及び圧力損失に影響を及ぼすことがなく、それぞれAの評価を維持することが認められた。そのため、総合評価として、実施例18の排気ガス浄化装置はAとなった。
Claims (12)
- 第一流入側端面から第一流出側端面まで延びる複数のセルを区画形成する格子状の隔壁を有する第一ハニカム基材、及び、前記第一ハニカム基材に担持された触媒を有し、前記セルの両端がそれぞれ開口してなるハニカム触媒体と、
第二流入側端面から第二流出側端面まで延びる複数のセルを区画形成する格子状の隔壁を有する第二ハニカム基材、及び、前記第二流入側端面及び/または前記第二流出側端面における前記セルの開口部を予め規定された配設基準に従って目封止して配設された複数の目封止部を有する目封止ハニカム構造体と、
前記ハニカム触媒体及び前記ハニカム触媒体の下流の位置に前記目封止ハニカム構造体をそれぞれ収容可能に形成され、前記ハニカム触媒体の前記第一流入側端面と相対する位置に流入口が設けられ、浄化対象の排気ガスが流入する排気ガス流入部及び前記目封止ハニカム構造体の前記第二流出側端面と相対する位置に排出口が設けられ、浄化後の浄化ガスを排出する浄化ガス排出部を有する缶体と
を備え、
前記目封止ハニカム構造体は、
前記第二流入側端面及び前記第二流出側端面の少なくともいずれか一方の端面中心領域における圧力損失が、前記端面中心領域の周囲に位置する端面外周領域の圧力損失と比べて大きくなるように設計されている排気ガス浄化装置。 - 前記端面中心領域は、
前記流入口を前記第二流入側端面に垂直に投影した領域を含み、
前記端面中心領域の中心領域面積は、
前記第二流入側端面と前記ハニカム触媒体を挟んで対向する前記排気ガス流入部の前記流入口の流入口断面積と同一または前記流入口断面積より大きく設定されている請求項1に記載の排気ガス浄化装置。 - 前記端面中心領域の前記セルの開口率と前記端面外周領域の前記セルの開口率が異なる請求項1または2に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記目封止ハニカム構造体は、
1または複数の角柱状の内側ハニカムセグメントと、
前記内側ハニカムセグメントを取り囲む複数の角柱状の外側ハニカムセグメントと
を備え、
前記内側ハニカムセグメントにおける前記第二流入側端面及び/または前記第二流出側端面は、前記端面中心領域に相当し、
前記外側ハニカムセグメントにおける前記第二流入側端面及び/または前記第二流出側端面は、前記端面外周領域に該当する請求項1〜3のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。 - 前記目封止部の前記配設基準は、
前記第二流入側端面及び/または前記第二流出側端面における前記セルをそれぞれ一つおきに交互に目封止し、格子状に前記目封止部を配設した構造、及び、前記第二流入側端面における前記セルの断面積と、前記第二流出側端面における前記セルの断面積とがそれぞれ異なるように前記目封止部を配設した構造の少なくともいずれか一方である請求項1〜4のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。 - 前記第一ハニカム基材の隔壁の気孔率は、
前記第二ハニカム基材の隔壁の気孔率より小さく設定されている請求項1〜5のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。 - 前記目封止ハニカム構造体の中心軸方向の長さに対する前記ハニカム触媒体の中心軸方向の長さの比の値が、0.1〜0.5である請求項1〜6のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記ハニカム触媒体の直径に対する前記ハニカム触媒体の中心軸方向の長さの比の値が、0.1〜0.6である請求項1〜7のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記目封止ハニカム構造体は、
前記第二ハニカム基材に担持された触媒を有し、
前記ハニカム触媒体の前記第一ハニカム基材に担持される前記触媒の単位体積当たりの担持量が、200〜400g/Lであり、
前記目封止ハニカム構造体の前記第二ハニカム基材に担持される前記触媒の単位体積当たりの担持量が、10〜120g/Lである請求項1〜8のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。 - 前記第一ハニカム基材の隔壁厚さが、50.8〜101.6μmの範囲である請求項1〜9のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記ハニカム触媒体と前記目封止ハニカム構造体との間の距離が、1〜20mmである請求項1〜10のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記缶体の前記排気ガス流入部及び前記ハニカム触媒体の前記第一流入側端面の間に設けられ、外周壁に複数の孔部が穿設された円筒状の整流部を更に備え、
前記流入口に対向する前記整流部の一端から取り込まれた前記排気ガスの前記ハニカム触媒体及び前記目封止ハニカム構造体の軸方向に直交する方向への流れを調整する請求項1〜11のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
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