JP2019022873A - Exhaust gas purification device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排ガス浄化性能を向上させることができる排ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus capable of improving exhaust gas purification performance.
自動車用エンジンには、排ガス浄化性能を向上させるために排ガス浄化装置が用いられている。
特許文献1に記載されたハニカム構造体は、複数の隔壁によって2つの端面間を互いに並行して連通する複数のセルが形成されている。前記セルの連通する連通方向に垂直な面において、中心軸を含む中心部領域が第1の厚さを有する第1隔壁によって形成され、前記中心部領域の外側の外周部領域が、前記第1の厚さよりも厚い第2の厚さを有する第2隔壁によって形成されている。前記外周部領域の少なくとも一方向のセルピッチが前記中心部領域のセルピッチよりも大きく、前記中心部領域の前記セルが正方形セルであり、前記外周部領域を構成する前記セルが、前記中心部領域を構成する前記セルの1.00〜1.10倍の開口率を有するハニカム構造体である。
An exhaust gas purification device is used in an automobile engine in order to improve exhaust gas purification performance.
In the honeycomb structure described in
特許文献1に記載のハニカム構造体の先行技術によると、排ガス流れが多く集中するハニカム担体の中心部の開口率を外周部の開口率よりも小さくすることで、中心部領域と外周部領域とに排ガスを均一に流通させている。これによりハニカム担体全体を充分に活用した浄化が可能となり、排ガス浄化性能を向上させることができる。
しかしながら、ハニカム担体の中心部領域と外周部領域におけるセル数、セル形状もしくはセル壁の厚さが異なる構造では、ハニカム担体の製造工程が複雑である。
According to the prior art of the honeycomb structure described in
However, in the structure in which the number of cells, the cell shape, or the thickness of the cell wall in the central region and the peripheral region of the honeycomb carrier are different, the manufacturing process of the honeycomb carrier is complicated.
本発明は、セル数、セル形状もしくはセル壁の厚さが略同一のハニカム担体において、排ガス流れが多く集中する部位の開口率を小さくするため、触媒層の厚みを相対的に大きくした排ガス浄化装置を提供することを目的とする。 In the present invention, in a honeycomb carrier having substantially the same number of cells, cell shape, or cell wall thickness, the exhaust gas purification has a relatively large catalyst layer thickness in order to reduce the opening ratio of the portion where the exhaust gas flow is concentrated. An object is to provide an apparatus.
本発明は、上記課題を解決するため、排ガス流路の下流に拡径された排ガス流路を設け、この拡径された排ガス流路に触媒層を備えたハニカム担体を配置し、前記ハニカム担体の排ガス流れが集中する領域で上流側の触媒層と下流側の触媒層をオーバーラップさせ、他の部分と比較して触媒層に径方向の厚みを持たせ、開口率が他の部分と比較して小さくなる領域を形成したことにある。 In order to solve the above problems, the present invention provides an exhaust gas passage having a diameter expanded downstream of the exhaust gas passage, and disposing a honeycomb carrier provided with a catalyst layer in the enlarged exhaust gas passage, and the honeycomb carrier. In the region where the exhaust gas flow is concentrated, the upstream catalyst layer and the downstream catalyst layer are overlapped, and the catalyst layer has a radial thickness compared to other parts, and the opening ratio is compared with other parts This is because a region that becomes smaller is formed.
(A) ハニカム担体への排ガス流れが集中する領域と、排ガス流れが集中する領域以外の領域におけるセル数、セル形状、もしくはセル壁の厚さが略同一であるため、ハニカム担体の製造が容易である。
(B) 触媒層が厚い領域は排ガス流れに対する抵抗となるため、集中領域の抵抗が大きくなる。そのため、非集中領域に排ガスが流入しやすくなる。
(a)その結果、排ガス流れの流速分布を均一にできる。そのため、外周部に担持された触媒層と排ガスの接触頻度が増える。よって、排ガスの浄化性能が向上する。
(b)また、非集中領域をより均一に早く昇温でき、担持された貴金属を効率よく浄化に利用できる。よって、貴金属量を削減できる。
(c)さらに、集中領域と非集中領域の触媒層の発熱を均一にできる。よって、触媒層の熱劣化による性能低下を抑制できる。
(C)ハニカム担体の上流側の端部である排ガス入口から流入した排ガスは、触媒層が厚い領域を通過して、触媒層の厚みが減少する領域で乱流となる。そのため、排ガスと触媒層の接触効率が高くなる。よって、浄化性能が向上する。
(D)排ガスの量は、およそ回転数に比例するため、回転数が高いほうが特に排ガスの量が多い。回転数が小さいため排ガスの量が少ない(流速が遅い)場合に対して、回転数が大きいため、排ガスの量が多い(流速が速い)場合の方が、排ガスは集中領域の抵抗の影響を受けやすい。そのため、回転数が大きいほど非集中領域に排ガスがより流入しやすい。よって、特に高回転域において、排ガスがハニカム担体を通過する時間が短い場合に、特に、(a)〜(c)の効果を得られる。
(A) Since the number of cells, cell shape, or cell wall thickness in the region where the exhaust gas flow to the honeycomb carrier is concentrated and the region other than the region where the exhaust gas flow is concentrated are substantially the same, the honeycomb carrier can be easily manufactured It is.
(B) Since the region where the catalyst layer is thick becomes resistance to the exhaust gas flow, the resistance of the concentrated region is increased. Therefore, the exhaust gas easily flows into the non-concentrated area.
(A) As a result, the flow velocity distribution of the exhaust gas flow can be made uniform. For this reason, the contact frequency between the catalyst layer carried on the outer peripheral portion and the exhaust gas increases. Accordingly, the exhaust gas purification performance is improved.
(B) Further, the temperature of the non-concentrated region can be increased more uniformly and quickly, and the supported noble metal can be efficiently used for purification. Therefore, the amount of noble metal can be reduced.
(C) Furthermore, the heat generation of the catalyst layer in the concentrated region and the non-concentrated region can be made uniform. Therefore, it is possible to suppress a decrease in performance due to thermal deterioration of the catalyst layer.
(C) The exhaust gas flowing in from the exhaust gas inlet, which is the upstream end of the honeycomb carrier, passes through the region where the catalyst layer is thick and becomes turbulent in the region where the thickness of the catalyst layer decreases. Therefore, the contact efficiency between the exhaust gas and the catalyst layer is increased. Therefore, the purification performance is improved.
(D) Since the amount of exhaust gas is approximately proportional to the rotational speed, the higher the rotational speed, the greater the amount of exhaust gas. When the amount of exhaust gas is small (the flow rate is slow) because the rotation speed is small, the exhaust gas is affected by the resistance of the concentrated area when the amount of exhaust gas is large (the flow rate is fast) because the rotation number is large. Easy to receive. For this reason, the exhaust gas tends to flow into the non-concentrated region as the rotational speed increases. Therefore, the effects (a) to (c) can be obtained particularly when the time for the exhaust gas to pass through the honeycomb carrier is short, particularly in the high rotation range.
以下、本発明の実施の形態によるハニカム担体を備えた排ガス浄化装置を図1ないし図6に示す図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, an exhaust gas purification apparatus including a honeycomb carrier according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings shown in FIGS.
図1は自動車等の内燃機関の排ガス通路に設置された排ガス浄化装置を示したもので、1は排ガス流路20である排気管2の途中に設置された排ガス浄化装置である。前記排気管2の排ガス流路20の下流には拡径された筒状の拡径排ガス流路21が設けられており、この拡径排ガス流路21には、前記排ガス浄化装置1が設置されている。排ガス流路20の導入口20aは拡径排ガス流路21の中心軸と同一軸線上に設けられており、排ガス流路20の排出口20bも同一軸線上に配置されている。
FIG. 1 shows an exhaust gas purification device installed in an exhaust gas passage of an internal combustion engine such as an automobile.
前記排ガス浄化装置1は、図1(b)および図2に示すように多数のセル10aを設けてなる担体10の排ガス流れ方向中心部に、排ガス流れ方向に沿って、二種類の上流側触媒層11Aと、下流側触媒層11Bを軸方向に担持させたハニカム担体3で構成されている。
As shown in FIGS. 1B and 2, the exhaust
図3は、ハニカム担体3に流れ込む排ガスの流速分布を示したものである。ハニカム担体3の開口率が一様な場合、点線S0で示すような流速分布となりハニカム担体3中央部における排ガスの流速分布が外周部に比べて高くなる。これに対して、本発明のように排ガス流れ方向中心部L=a1において、外周部よりも中心部の開口率を小さくすることによって、実線S1で示すような流速分布となり中心部と外周部との流速分布差を低減できる。
FIG. 3 shows the flow velocity distribution of the exhaust gas flowing into the
図4は本発明のハニカム担体3の排ガス流れ方向の断面図を示したものである。L=a1において中心部の上流側触媒層11Aと、下流側触媒層11Bをオーバーラップさせて厚く形成したものである。このオーバーラップ部分11Cは、上流側触媒層11Aが下流側触媒層11Bの上層になるように積層されている。図5はハニカム担体3の排ガス流れ方向中心部L=a1での径方向断面図を示したものである。開口率大の領域A1の内側に、開口率小の領域B1を設ける断面構造となっている。図6はL=a1以外の断面を示している。L=a1以外は、開口率が一様な領域A2で構成される。このL=a1以外の開口率が一様な領域A2では、前記開口率大の領域A1と同じ開口の大きさでもよく、あるいは異なる大きさの開口で構成することもできる。
FIG. 4 shows a cross-sectional view of the
本発明におけるハニカム担体3の触媒層形成は、担体10をその一端側から触媒スラリーに含浸することにより一端側の触媒層を形成し、次いで当該担体10をその他端側から触媒スラリーに含浸することにより、他端側の触媒層を形成するという方法によって得られる。上記のような担体10を反転させて両端から触媒層を形成する方法において、排ガス流れ方向中心部L=a1でオーバーラップさせ、他の部分と比較して触媒層に厚みを持たせたことで開口率小とした領域B1を形成する。この領域B1は径方向中心部に配置する。外周部の開口率大の領域A1については触媒層をオーバーラップさせることなく、連続的に形成させるものとする。すなわち、本発明は、排ガス流れ方向中心部L=a1において、径方向外周部のA1(開口率大)の内側にB1(開口率小)を設けた排ガス触媒用の構造体である。
In forming the catalyst layer of the
なお、上流側触媒層11Aと、下流側触媒層11Bをオーバーラップさせて径方向に厚く形成させる触媒層が厚い領域11Cは、前記ハニカム担体3の軸方向の中心より上流側に設けることが好ましい。前記触媒層が厚い領域11Cは、各流路ごとに軸方向に沿って径方向に隆起させて設けられている。
上記実施の形態では、ハニカム担体3の上流の排ガス流路20と、前記ハニカム担体3が配置された拡径された排ガス流路21は、中心軸が同一で、かつそれぞれの断面は同心円になるように構成されている。前記上流側触媒層11Aと、下流側触媒層11Bの触媒層は、触媒活性が相対的に高い触媒層(上流側触媒層11Aが相当する)をハニカム担体3の上流側に設け、触媒活性が相対的に低い触媒層(下流側触媒層11Bが相当する)をハニカム担体3の下流側に設け、触媒活性の高い触媒層(上流側触媒層11Aが相当する)を触媒活性の低い触媒層(下流側触媒層11Bが相当する)の上部に重なるようにして、前記径方向に触媒層の厚みを持たせた(触媒積層部分11C)の領域11fが形成されている。
In addition, it is preferable to provide the
In the above embodiment, the exhaust
上記実施の形態の作用を説明すると、排ガス流路20の下流には拡径された拡径排ガス流路21が設けられており、この拡径排ガス流路21には、排ガス浄化装置1が設置されている(図1参照)。
排ガス浄化装置1は、排ガス流れ方向中心部に、排ガス流れ方向に沿って、二種類の上流側触媒層11Aと、下流側触媒層11Bを軸方向に担持させたハニカム担体3で構成されている。ハニカム担体3には、径方向の中心部分で排ガス流れ方向中心部L=a1において上流側触媒層11Aと、下流側触媒層11Bをオーバーラップさせて上流側触媒層11Aを下流側触媒層11Bの上に積層させて径方向に触媒層を厚く形成した触媒積層部分11Cが形成されている(図4参照)。これにより、開口率が他の部分と比較して小さくなる領域B1を形成する(図5参照)。
こうして、排ガス流れ方向中心部L=a1において、ハニカム担体3外周部の開口率よりも小さな開口率を有する中心部とで構成することにより、外周部の圧力損失が中心部に比べて小さくなり、中心部に集中する排ガスの流速分布を均一化でき、外周部に排ガスが流れやすくなる。これにより、外周部に担持されている触媒との接触機会が増え、外周部をより早く昇温、活性化することができるため、排ガス浄化性能の向上につながる。
Explaining the operation of the above-described embodiment, an
The exhaust
Thus, in the exhaust gas flow direction center portion L = a1, by configuring the center portion having an opening ratio smaller than the opening ratio of the
前記触媒層が厚いオーバーラップ部分の触媒積層部分11Cが設けられた領域11fは、前記ハニカム担体3の軸方向の中心より上流側に設けられているので、開口率を小さくした領域B1のあるL=a1を通過した際、排ガスは乱流となり、通過後の排ガスの触媒との接触効率が高くなるため、浄化性能は高くなる。
The
前記ハニカム担体3の上流の排ガス流路20と、前記ハニカム担体3が配置された拡径された排ガス流路21は、中心軸が同一で、かつそれぞれの断面は同心円であるので、排ガスが集中する集中領域の全周に、非集中領域が存在することになる。よって、非集中領域が偏っている場合に比べて、非集中領域、全体的に排ガスが流れやすくなる。
(a)その結果、排ガス流れの流速分布を均一にできる。そのため、外周部に担持された触媒層と排ガスの接触頻度が増える。よって、排ガスの浄化性能が向上する。
(b)また、非集中領域をより均一に早く昇温でき、担持された貴金属を効率よく浄化に利用できる。よって、貴金属量を削減できる。
(c)さらに、集中領域と非集中領域の触媒層の発熱を均一にできる。よって、触媒層の熱劣化による性能低下を抑制できる。
The
(A) As a result, the flow velocity distribution of the exhaust gas flow can be made uniform. For this reason, the contact frequency between the catalyst layer carried on the outer peripheral portion and the exhaust gas increases. Accordingly, the exhaust gas purification performance is improved.
(B) Further, the temperature of the non-concentrated region can be increased more uniformly and quickly, and the supported noble metal can be efficiently used for purification. Therefore, the amount of noble metal can be reduced.
(C) Furthermore, the heat generation of the catalyst layer in the concentrated region and the non-concentrated region can be made uniform. Therefore, it is possible to suppress a decrease in performance due to thermal deterioration of the catalyst layer.
前記触媒積層部分11Cが設けられて触媒層が厚い領域11fは、各流路ごとに軸方向に沿って径方向に隆起させて設けられているので、管路抵抗が発生せず、集中領域の流速分布が極端の遅くなることを抑制でき、全体で均一になり易い効果が得られる。
The
前記触媒層は、触媒活性が相対的に高い触媒層11Aをハニカム担体3の上流側に設け、触媒活性が相対的に低い触媒層11Bをハニカム担体3の下流側に設け、触媒活性の高い触媒層11Aを触媒活性の低い触媒層11Bの上部に重なるようにして、前記径方向に触媒層の厚みを持たせた領域11fを形成したので、触媒活性が相対的に高い触媒層11Aへの接触効率が高くなる。そのため、触媒活性が向上する。
In the catalyst layer, a
図7及び図8は、本発明の他の実施の形態で、図1と同一部分は同符号を付して同一部分の説明は省略して説明する。 7 and 8 show another embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description of the same parts is omitted.
図7(a)(b)は、排ガス流路202の導入口202aが拡径排ガス流路212の端部に連結された排気管22を示したもので、排ガス流路202の排出口202bは、排ガス流路202の導入口202aと対称位置に設置されている。拡径排ガス流路212に設けられたハニカム担体32は、開口率が他の部分と比較して小さくなる領域B1の中心を排ガス流路202の導入口202aと同一軸線上に形成している(図7(b)参照)。
これにより、排ガスの流れが多く集中する排ガス流路202の導入口202aと同一軸線上に開口率が他の部分と比較して小さくなる領域B1を配置しているので、排ガスが開口率の大きい部分に分散されることから、効率良く触媒に触れることになり、排ガス浄化性能を向上することができる。
Figure 7 (a) (b) is shows the exhaust
Thus, since the
図8(a)(b)は、排ガス流路203の導入口203aが斜めに拡径排ガス流路213に連結された排気管23を示したもので、排ガス流路203の排出口203bは、拡径排ガス流路213に同一軸線上に設置されている。拡径排ガス流路213に設けられたハニカム担体33には、開口率が他の部分と比較して小さくなる領域B1の中心を排ガス流路203の導入口203aの軸線と交叉するように軸線を配置している。開口率が他の部分と比較して小さくなる領域B1が中心より外れて内周面よりも僅かに中心側に配置されている(図8(b)参照)。
これにより、排ガスの流れが多く集中する排ガス流路203の導入口203aの軸線と軸線が交叉するように開口率が他の部分と比較して小さくなる領域B1を配置しているので、排ガスが開口率の大きい部分に分散されることから、効率良く触媒に触れることになり、排ガス浄化性能を向上することができる。
Figure 8 (a) (b) is intended to
Thus, since the
上記のように実際のエンジンレイアウトでは、ハニカム担体3の位置が排ガス導入口の中心とずれることが多いため、開口率が小さい領域B1の中心軸を排ガス導入口中心と合わせるように構成することで、排ガス浄化性能を向上することができる。
As described above, in the actual engine layout, the position of the
本発明は、上記の実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、上流側、下流側触媒層に含まれる触媒貴金属(Pt、Pd、Rh)は、従来のゾーンコートと同様に、貴金属濃度を(上流側)≧(下流側)とすることも望ましい。また、本技術の適用はセラミック製のハニカム担体に限定されず、メタル製担体においても同様の効果を奏する。等、その他本発明の技術的範囲を変更しない範囲内で、適宜変更して実施し得ることは言うまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the catalyst noble metals (Pt, Pd, Rh) contained in the upstream and downstream catalyst layers may be noble metals as in the conventional zone coat. It is also desirable that the concentration be (upstream side) ≧ (downstream side). Further, the application of the present technology is not limited to a ceramic honeycomb carrier, and the same effect can be obtained in a metal carrier. Needless to say, the present invention can be implemented with appropriate modifications within the scope not changing the technical scope of the present invention.
1 排ガス浄化装置
2 排気管
3 ハニカム担体
10 担体
10a セル
11A 上流側触媒層
11B 下流側触媒層
11C 触媒積層部分
11f 触媒層が厚い領域
20 排ガス流路
20a 導入口
20b 排出口
21 拡径排ガス流路
A1 開口率大の領域
B1 開口率小の領域
A2 開口率が一様な領域
DESCRIPTION OF
Claims (5)
The catalyst layer has a catalyst layer having a relatively high catalytic activity on the upstream side of the honeycomb carrier, a catalyst layer having a relatively low catalyst activity is provided on the downstream side of the honeycomb carrier, and a catalyst layer having a high catalyst activity is catalytically active. 5. The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1, wherein a region having a thickness of the catalyst layer in the radial direction is formed so as to overlap with an upper part of a catalyst layer having a low level.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017142790A JP2019022873A (en) | 2017-07-24 | 2017-07-24 | Exhaust gas purification device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2017142790A JP2019022873A (en) | 2017-07-24 | 2017-07-24 | Exhaust gas purification device |
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ID=65368757
Family Applications (1)
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JP2017142790A Pending JP2019022873A (en) | 2017-07-24 | 2017-07-24 | Exhaust gas purification device |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2019022873A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2581776B (en) * | 2019-02-19 | 2022-08-17 | Jaguar Land Rover Ltd | Catalytic converter core having first and second regions with different thermal inertia |
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2017
- 2017-07-24 JP JP2017142790A patent/JP2019022873A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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GB2581776B (en) * | 2019-02-19 | 2022-08-17 | Jaguar Land Rover Ltd | Catalytic converter core having first and second regions with different thermal inertia |
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