JP2021137720A - 排ガス浄化触媒 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガスの浄化性能と吹き抜け抑制の向上を図り、車両振動に強い構造とする。【解決手段】排ガス浄化触媒Ｃは３つの排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３からなる。各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は周壁１の内部に複数のセル３が複数のセル壁２に囲まれた各区画内に形成され、周壁１の両端面で開口される。複数のセル３は断面形状の大きさの異なる少なくとも２種類のセル３１、３２からなり、かつ３つの排ガスフィルタのうち２つの排ガスフィルタＦ１とＦ２、Ｆ２とＦ３は断面形状の大きさの異なるセル３１、３２が相反するレイアウトで整列される。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスに含まれる粒子状物質や、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）などの有害ガス成分の浄化に用いる排ガス浄化触媒に関する。

一般に、自動車の排出ガス中の有害成分を浄化するために、触媒コンバーターが用いられる。この種の触媒コンバーターは、自動車側に要求される有害成分除去率、排気効率などの要求特性ごとにどのような要求特性に対しても可及的に応じられる能力特性を有することが望まれる。かかる能力特性を出せるようにした触媒コンバーターが特許文献１により提案されている。

特許文献１は自動車用触媒コンバーターに関するもので、この自動車用触媒コンバーターは、コンバーターケーシング本体内に配される触媒担体がセラミックス製連続気泡三次元骨格構造を有する多孔体で構成される。この触媒担体は複数に分割され、各分割単位触媒担体が比表面積の異なるものになっている。そして、適用される自動車の排気効率要求特性や排気ガス中の有害成分の除去効率要求特性に応じられるように、上記分割単位触媒担体が組み合わされる。このようにすることで、自動車側に求められる一定の排気効率に対する一定の浄化効率を有するような要求特性に適正に応じる能力特性を有する触媒コンバーターを提供することができる。また、この特許文献１には、個々の分割単位触媒担体の間に空間を設けた触媒コンバーターが提案されている。このような空間を設けることにより、排出ガスの流れをいったん整流し、次の分割単位触媒担体にスムーズに移行させ、必要以上に排気効率を阻害しないようにしてある。

また従来より、内燃機関の排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）などの有害物質を浄化するために、排ガスフィルタに、貴金属触媒や酸化吸蔵能（ＯＳＣ）を有するセリア−ジルコニア固溶体などからなる助触媒が被覆されたものが知られている。
この排ガスフィルタでは、エンジン始動後から徐々に排気管内の排気ガス温度が上がり、ある温度に達してから、浄化反応が開始する。このため、環境温度の低いＣｏｌｄスタートや電動化車両などにおけるエンジン間欠運転停止後は、触媒反応が進まず、充分な浄化性能が得られないまま、未浄化ガスが外部に排出される、という課題がある。加えて、高速運転時では、エンジンアウトガスが高流量となり、触媒温度が低い外周付近においては、未浄化ガスが吹き抜けする、という課題がある。また、高流量であるため、触媒温度が高い中心付近においても、排ガス浄化速度が追い付かずに吹き抜けする、という課題もある。

このような課題を解決するため、高セル化(セル数増加)、薄壁化、ゾーンコートなどにより、排ガスの接触面積を大きくすることにより、触媒浄化性能の維持及び高効率化を図るのが、従来の対策方法である。また、この種の技術として、セル密度の大きさを上流と下流で変える方法や異なる形状のセルを配列する方法なども提案されている。

特開昭６３−１３８１１３号公報

ところで、特許文献１の自動車用触媒コンバーターでは、複数の多孔体が用いられており、車両側の要求性能を満足させるには、複数の多孔体の組み合わせが必要である。このため、それぞれの多孔体の有害成分除去率、排気効率のテータが必要になる他、車両によってはその要求性能を満足させることが複雑で、困難である、という課題がある。また、各触媒担体が離されて設置されると、触媒温度が下がって排ガス浄化効率が下がり、さらには車両振動に対する強度が弱い、という課題がある。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、この種の排ガス浄化触媒において、車両側に要求される有害成分除去率、排気効率などの要求特性を容易に満足させながら、排ガスの浄化性能と吹き抜け抑制の向上を図ること、併せて車両振動に強い構造とすること、などを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の排ガス浄化触媒は、
筒状の周壁と、前記周壁の内部に複数のセル壁が形成され、前記複数のセル壁により囲まれて、前記周壁の軸方向に延び、前記周壁の両端面に開口される複数のセルとを有する３つ以上の排ガスフィルタを備え、
前記３つ以上の排ガスフィルタはそれぞれ、前記複数のセルが断面形状の大きさの異なる少なくとも２種類のセルからなり、かつ前記３つ以上の排ガスフィルタのうち２つ以上の排ガスフィルタは前記断面形状の大きさの異なるセルが相反するレイアウトで配置され、
前記各排ガスフィルタ間相互で前記断面形状の大きさの異なるセルを連通して接続される、
ことを要旨とする。

本発明の排ガス浄化触媒によれば、車両側に要求される有害成分除去率、排気効率などの要求特性を容易に満足させながら、排ガスの浄化性能と吹き抜け抑制の向上を図ることができ、併せて車両の振動に強い構造とすることができる、という本発明独自の格別な効果を奏する。

本発明の一実施の形態に係る排ガス浄化触媒の全体構成を示す図（（ａ）は同排ガス浄化触媒の外観を示す斜視図（ｂ）は同排ガス浄化触媒全体の概略構成を示す斜視図） 同排ガス浄化触媒の上流側の端面又は軸方向所定の位置の断面を示す図（（ａ）は上流側の排ガスフィルタの端面又は軸方向所定の位置の断面を示す図（ｂ）は上流側の排ガスフィルタに接続される中間の排ガスフィルタの端面又は軸方向所定の位置の断面を示す図） 同排ガス浄化触媒の作用を示す図（（ａ）は排ガス浄化触媒の各排ガスフィルタ間の排ガスの流れを示す斜視図（ｂ）は上流側の排ガスフィルタ、中間の排ガスフィルタ間の排ガスの流れを示す図）） 同排ガス浄化触媒の各排ガスフィルタの端面又は軸方向所定の位置の断面における複数のセルのレイアウトを示す図（（ａ）は上流側の排ガスフィルタの端面又は軸方向所定の位置の断面における複数のセルのレイアウトを示す図（ｂ）は中間の排ガスフィルタの端面又は軸方向所定の位置の断面における複数のセルのレイアウトを示す図） 同排ガス浄化触媒の各排ガスフィルタの端面又は軸方向所定の位置の断面における複数のセルのレイアウトを示す図 本発明の他の実施の形態に係る排ガス浄化触媒の上流側の端面又は軸方向所定の位置の断面を示す図（（ａ）は上流側の排ガスフィルタの端面又は軸方向所定の位置の断面の構成を示す図（ｂ）は上流側の排ガスフィルタに接続される中間の排ガスフィルタの端面又は軸方向所定の位置の断面の構成を示す図） 同排ガス浄化触媒の各排ガスフィルタの端面又は軸方向所定の位置の断面における複数のセルのレイアウトを示す図 本発明のさらに他の実施の形態に係る排ガス浄化触媒の上流側の端面又は軸方向所定の位置の断面を示す図（（ａ）は上流側の排ガスフィルタの端面又は軸方向所定の位置の断面の構成を示す図（ｂ）は上流側の排ガスフィルタに接続される中間の排ガスフィルタの端面又は軸方向所定の位置の断面の構成を示す図）

本発明の一実施の形態に係る排ガス浄化触媒Ｃは、図１に示すように、周壁１の内部に複数のセル壁２により囲まれて周壁１の軸方向に延び、周壁１の両端面に開口される複数のセル３を有する３つ以上の排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３を備える。この３つ以上の排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は、図２に示すように、複数のセル３が断面形状の大きさの異なる少なくとも２種類のセル３１、３２からなる。また、この３つ以上の排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３のうち２つ以上の排ガスフィルタＦ１とＦ２、Ｆ２とＦ３は断面形状の大きさの異なるセル３１，３２が相反するレイアウトで配列される。そして、３つ以上の排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は、同心上に単列に配置され、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の相互に対向する端面間が断面形状の大きさの異なるセル３１、３２を相互に連通されて接触された状態で連結され、ストレートフローになっている。
このようにして、車両側の要求特性に容易に応じ、排ガスの浄化性能と吹き抜け抑制の向上を図り、併せて車両の振動に強い構造にする。

図１、図２に示すように、この排ガス浄化触媒Ｃは３つ以上の排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３を備える。これらの排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３はそれぞれ、筒状の周壁１と、複数のセル３とを有し、複数のセル３は、周壁１の内部に複数のセル壁２が形成され、複数のセル壁２により囲まれて、周壁１の軸方向に延び、周壁１の両端面に開口される。これら３つ以上の排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３はそれぞれ、複数のセル３が断面形状の大きさの異なる少なくとも２種類のセル３１、３２からなる。そして、この３つ以上の排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３のうち２つ以上の排ガスフィルタＦ１とＦ２、Ｆ２とＦ３は断面形状の大きさの異なるセル３１、３２が相反するレイアウトで配置される。このようにして各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３が同心上に配列され、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間相互で断面形状の大きさの異なるセル３１、３２が連通されて接続される。
なおここで、セル３の断面形状とは、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３を軸方向に対して直角に断面した場合の各セル３の断面形状で、セル３の内周形状と言い換えることもできる。

図３に示すように、この排ガス浄化触媒Ｃでは、エンジンの運転により排ガスが排ガス浄化触媒Ｃに流入されると、排ガスは３つ以上の排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３を通過する。すなわち、排ガスは各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３毎に断面形状の大きさの異なる各セル３１、３２を通過する。排ガスは各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の各セル３１、３２毎に流速が変動して、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３内で滞留する排ガスが増加し、浄化性能が高められる。特に、エンジンの高速運転領域では、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間で排ガスの乱流を起こして排ガスの流速を遅くし、排ガスの吹き抜けを抑制する。さらに、この排ガス浄化触媒Ｃは、３つ以上の排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３が同心上に配列され、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間相互で断面形状の大きさの異なるセル３１、３２が連通されて接続される。かかる各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間の接続により、この排ガス浄化触媒Ｃを強度の高い強い構造にすることができる。

したがって、この排ガス浄化触媒Ｃによれば、車両側に要求される有害成分除去率、排気効率などの要求特性を容易に満足させながら、排ガスの浄化性能と吹き抜け抑制の向上を図ることができ、併せて車両の振動に強い構造とすることができる。

この排ガス浄化触媒Ｃにおいてはまた、図２に示すように、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の少なくとも２種類のセル３は、一方が大きなセル３１で、他方が複数の小さなセル３２からなる。大きなセル３１は周壁１内において複数のセル壁２により均等に区画される区画のうち大きなセル３１を配置するための複数の区画内にそれぞれ、所定の大きな断面積で形成される。複数の小さなセル３２は周壁１内において複数のセル壁２により均等に区画される区画のうち複数の小さなセル３２を配置するための区画内にそれぞれ、大きなセル３１と同じ断面形状の範囲を複数の小さなセル３２に分割して形成される。このようにして各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間相互で大きなセル３１と複数の小さなセル３２が交互に連通される。

このようにすることにより、エンジンの運転により排ガスが排ガス浄化触媒Ｃに流入されると、図３に示すように、排ガスは３つ以上の排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３を通過する。すなわち、排ガスは各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間で大きいセル３１と小さいセル３２とを交互に通過する。排ガスが各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間で大小のセル３１、３２を交互に通過する過程で排ガスは流速が変化して各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３内で滞留され、浄化性能を高めることができる。また、排ガスは各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間で大小のセル３１、３２を交互に通ることで、排気効率が良くなり、排ガスの吹き抜けを抑制することができる。

この排ガス浄化触媒Ｃにおいてはまた、図４に示すように、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の少なくとも２種類のセル３は、一方が大きなセル３１で、他方が複数の小さなセル３２からなり、周壁１の両端面において、一方と他方はそれぞれ、線対称に整列される。

このようにして大きなセル３１同士、複数の小さなセル３２同士が線対称に整列される。これにより、これらのセル３１、３２が周壁１内で規則性をもって広がっているので、触媒温度を均一化傾向にすることができ、また、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の強度を高めて車両振動に対する性能を向上させることができる。

この排ガス浄化触媒Ｃにおいてはまた、図２に示すように、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の各セル壁２は均一な幅で周壁１の軸方向に向けて延び、複数のセル３が均等に整列され、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間相互でセル壁２及び各セル３が連続して接続される。

このようにして、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は、図１、図２に示すように、均一な幅で周壁１の軸方向に向けて延びるセル壁２により各セル３が均等に並べられ、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間相互でセル壁２及び各セル３が連続して接続される。これにより、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間相互に接着強度を高め、車両振動に対する強度を上げることができる。

この排ガス浄化触媒Ｃにおいてはまた、図５に示すように、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の少なくとも２種類のセル３は、一方が大きなセル３１で、他方が複数の小さなセル３２からなり、周壁１の両端面において、一方と他方は一方を他方が囲むように配置される。

このようにして各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は大きいセル３１が小さいセル３２に囲まれることで、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の中央に排ガスが流れにくいセル３２を存在させつつ、大きいセル３１と小さいセル３２を規則的に並べることができる。これにより、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３において触媒温度が均一化するようになり、排ガス浄化反応の偏りを抑制することができ、局所的な昇温による触媒劣化も抑制することができる。また、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３が外側で排ガスの浄化速度を上げながら、吹き抜けを抑制する構造になって、浄化性能をさらに上げることができる。

この排ガス浄化触媒Ｃにおいてはまた、図２に示すように、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の少なくとも２種類のセル３は、一方が大きなセル３１で、他方が複数の小さなセル３２からなる。一方は断面形状が多角形又は円形に形成される。他方の断面形状は一方の断面形状を等分割して形成される。このようにして各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間相互で大きなセル３１と複数の小さなセル３２が交互に連通される。

このようにして各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の少なくとも２種類のセル３は、一方が大きなセル３１で、他方が複数の小さなセル３２からなる。一方のセル３１は断面形状が多角形又は円形で 、他方のセル３２は一方の断面形状を等分割して形成され、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間相互で大きなセル３１と複数の小さなセル３２が交互に連通される。排ガスが大小のセル３１、３２を通過する過程で流速が変化されて排ガスを滞留させることができる。また、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間相互で大きいセル３１に複数の小さなセル３２が一致するように配置されるので、排ガスの流れに余計な抵抗になることがなく、排気効率を上げることができる。

また、この実施の形態の説明で用いる図は、この排ガス浄化触媒Ｃの各部を、それぞれの一例として、より具体的に示している。

図１、図２に示すように、この排ガス浄化触媒Ｃは３つの排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３からなる。各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は周壁１が円筒状に形成される。複数のセル壁２は円筒状の周壁１の内部に格子状に形成され、周壁１の軸方向に延ばされる。複数のセル３は円筒状の周壁１の内部に複数のセル壁２に囲まれた各区画内に形成され、周壁１の両端面で開口される。複数のセル３は断面形状の大きさの異なる少なくとも２種類のセル３１、３２からなり、かつ３つの排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３のうち２つの排ガスフィルタＦ１とＦ２、Ｆ２とＦ３は断面形状の大きさの異なるセル３１、３２が相反するレイアウトで整列される。この場合、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は円筒状の周壁１の内部に複数のセル壁２が縦方向（言い換えれば、垂直方向）のセル壁２と複数の横方向（言い換えれば、水平方向）のセル壁２とを直交されて格子状に形成される。複数の縦方向のセル壁２と複数の横方向のセル壁３とにより囲まれた各区画は周壁１の軸方向に対して直交する断面形状が正方形をなし、各区画の断面形状が各セル壁２の断面形状とともに周壁１の両端面に現れる。これら正方形の区画内に断面形状の大きさの異なる２種類のセル３１、３２が形成され、周壁１の両端面で開口される。３つの排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３のうち、２つの排ガスフィルタＦ１、Ｆ３は共通で、２種類のセル３１、３２が同じレイアウトで整列される。他の１つの排ガスフィルタＦ２は共通の２つの排ガスフィルタＦ１、Ｆ３とは異なり、２種類のセル３１、３２が共通の２つの排ガスフィルタＦ１、Ｆ３とは正反対のレイアウトで整列される。そして、これらの排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は共通の排ガスフィルタＦ１、Ｆ３が同心上両端に配置され、これら共通の排ガスフィルタＦ１，Ｆ３間に他の１つの排ガスフィルタＦ２が配置されて、全体として同心上に一列に配列される。これらの排ガスフィルタＦ１とＦ２、Ｆ２とＦ３は各排ガスフィルタＦ１とＦ２との間、Ｆ２とＦ３との間相互で断面形状の大きさの異なるセル３１、３２が連通されて接続される。

各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は、図２に示すように、２種類のセル３の一方が大きなセル３１で、他方が複数の小さなセル３２からなる。大きなセル３１は周壁１内において複数のセル壁２により均等に区画される区画のうち大きなセル３１を配置するための複数の区画内にそれぞれ、所定の大きな断面積で形成される。複数の小さなセル３２は周壁１内において複数のセル壁２により均等に区画される区画のうち複数の小さなセル３２を配置するための区画内にそれぞれ、大きなセル３１と同じ断面形状の範囲を複数の小さなセル３２に分割して形成される。かくして各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間相互で大きなセル３１と複数の小さなセル３２が交互に連通される。

各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は、図４に示すように、周壁１の両端面において、大きなセル３１と複数の小さなセル３２がそれぞれ、線対称に整列される。この場合、周壁１内に複数の縦方向のセル壁２と複数の横方向のセル壁２とにより形成された複数の区画全体が周壁１内において断面四角形になっており、この断面四角形の各対角線を線対称軸ａ１、ａ２とする。この線対称軸ａ１、ａ２を中心にしてその両側に配列される各区画に大きなセル３１と複数の小さなセル３２が大きなセル３１同士、複数の小さなセル３２同士が線対称となるように形成される。

各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は、図２に示すように、各セル壁２が均一な幅で周壁１の軸方向に向けて延び、複数のセル３が均等に整列され、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間相互でセル壁２及び各セル３が相互に対接し連続して接続される。この場合、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の周壁１の両端面において、複数の横方向のセル壁２と複数の縦方向のセル壁２の断面形状がそれぞれ同一の位置に均一の長さ、幅で現れる。そして、各セル壁２により区画される各区画内に形成された２種類のセル３１、３２がそれぞれ均一の大きさで開口される。かくして各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間相互で各セル壁２及び各セル３が相互に対接し連続して接続される。

各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は、図５に示すように、周壁１の両端面において、２種類のセル３、すなわち、大きなセル３１と複数の小さなセル３２が大きなセル３１を複数の小さなセル３２が囲むように配置される。この場合、周壁１の内部において複数の縦方向のセル壁２と複数の横方向のセル壁２とにより囲まれた各区画が断面正方形状になっているので、大きなセル３１と複数の小さなセル３２は、基本的に、複数の小さなセル３２が大きなセル３１に対して上下左右の４方向から取り囲むように、配置される。また、大きなセル３１が四隅の区画にある場合は、複数の小さなセル３２は大きなセル３１に対して上下方向いずれか一方、及び左右方向いずれか一方から取り囲むように配置される。さらに、大きなセル３１が上下二隅の区画の中間にある場合は、複数の小さなセル３２は大きなセル３１に対して上下方向いずれか一方又は左右方向いずれか一方、及び左右方向又は上下方向から取り囲むように配置される。

各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は、大きなセル３１の断面形状が多角形又は円形に形成され、複数の小さなセル３２の断面形状が大きいセル３１の断面形状を等分割して形成される。このようにして各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間相互で大きなセル３１と複数の小さなセル２が交互に連通される。図２に示すように、この場合、大きなセル３１は所定の大きな断面積を有する断面正方形に形成される。複数の小さなセル３２は大きいセル３１の断面正方形を等分割して、複数の小さな断面四角形にして形成される。つまり、複数の小さなセル３２は各セル壁２により囲まれる各区画内に大きいセル３１の断面形状と同じ正方形で同じ断面積の範囲内を等分割されて、複数の小さな断面四角形にして形成される。ここで複数の小さなセル３２は、断面積の大きい断面正方形の１個の大きなセル３１に対して、断面積の小さな断面四角形状、すなわち、断面正方形又は断面長方形のセル３２を２ｎ個（この場合、ｎ≧１、各セル３２の大きさは同じとする。）１セットとして、形成される。ここでは、複数の小さなセル３２のための各区画に大きいセル３１の断面形状と同じ正方形で同じ断面積の範囲内を４つの断面正方形又は断面長方形に分割される。これにより、４つの小さな断面正方形又は断面長方形のセル３２が形成される。また、この場合、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の長さは任意で、一定でもよく不定でもよい。かくして各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間相互で大きなセル３１と複数の小さなセル３２が交互に連通される。

以上から、排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３のうち、２つの排ガスフィルタＦ１、Ｆ３は複数のセル３がレイアウトＡにより整列され、他の１つの排ガスフィルタＦ２は複数のセル３がレイアウトＢにより整列される。図２に示すように、レイアウトＡは、周壁１内に複数の区画が複数の縦方向のセル壁２と横方向のセル壁２とにより碁盤目状に仕切り形成されて、複数の縦方向の区画列と、複数の横方向の区画列とを備える。大きなセル３１、複数の小さなセル３２は各縦方向の区画列及び各横方向の区画列において交互に、かつ相互に隣接する各縦方向の区画列間で及び相互に隣接する各横方向の列間で互い違いになるように形成される。この場合、最上部の左端の区画が複数の小さなセル３２で始まる（以下、セル構造Ａという。）。これに対してレイアウトＢは、レイアウトＡと同様に、周壁１内に複数の区画が碁盤目状に形成されて、複数の縦方向の区画列と、複数の横方向の区画列とを備える。大きなセル３１、複数の小さなセル３２は各縦方向の区画列及び各横方向の区画列に、レイアウトＡとは相反するレイアウトで形成される。この場合、最上部の左端の区画が大きなセル３１で始まる（以下、セル構造Ｂという。）。

なお、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の周壁１及び各セル３の内周面には排気浄化用の触媒が担持され、触媒コートが施される。

このようにしてこの排ガス浄化触媒Ｃは、各セル３の断面積の大きさを排ガス浄化触媒Ｃの長手方向の途中２箇所で変更し、つまり、３つの排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間で大きいセル３１と複数の小さなセル３２とを反対に入れ替えて、排ガスの接触頻度を高くするセル構造として構成される。この場合、２つの共通の排ガスフィルタＦ１、Ｆ３は２種類のセル３１、３２が図２（ａ）に示すレイアウトＡからなるセル構造Ａで、他の１つの排ガスフィルタＦ２は２種類のセル３１、３２が図２（ｂ）に示すレイアウトＢからなるセル構造Ｂになっている。

この排ガス浄化触媒Ｃでは、図３に示すように、エンジンの始動により、排ガスはまず上流側の排ガスフィルタＦ１の図３中、左側端部の入口から流入される。この場合、排ガスフィルタＦ１の入口をなす一方の端面に大小のセル３１、３２が混在されていることで、排ガスはまず通気抵抗の小さい各大きいセル３１から優先的に流入され、上流側の排ガスフィルタＦ１の各大きいセル３１を通過する。続いて、これらの排ガスは中間の排ガスフィルタＦ２の端部から通気抵抗の大きい各複数の小さなセル３２に流入され、中間の排ガスフィルタＦ２を通過する。そして、これらの排ガスは下流側の排ガスフィルタＦ３の端部から通気抵抗の小さい各大きいセル３１に流入され、下流側の排ガスフィルタＦ３を通過して排出される。このように上流側の排ガスフィルタＦ１に流入された排ガスは、セル構造Ａを有する上流側の排ガスフィルタＦ１、セル構造Ｂを有する中間の排ガスフィルタＦ２、セル構造Ａを有する下流側の排ガスフィルタＦ３を順次通過する。このようにすることで、排ガスの流速が各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３毎に変動する。つまり、これらの排ガスは上流側の排ガスフィルタＦ１の各セル３１内を早い流速で通過し、中間の排ガスフィルタＦ２の各セル３２内を遅い流速で通過し、下流側の排ガスフィルタＦ３の各セル３１内を早い流速で通過する。このような排ガスの流速の変動により、各セル３１、３２内で滞留する排ガスが増加し、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３において触媒コートに対する接触頻度が高くなる。その結果、排ガスに対して高い浄化性能が確保される。特に、高速運転時の高流量域では、排ガスの流速が急激に早くなるため、上流側の排ガスフィルタＦ１と中間の排ガスフィルタＦ２との間で排ガスの乱流を起こして排ガスの流速を遅くし、排ガスの吹き抜けを抑制する。各複数の小さなセル３２での流速抑制は有効となる。なお、すべてのセルの大きさが一定の場合は、セルの大きさが小さくとも乱流は起こらず、排気効率を考慮すると吹き抜け対策とはならない。また、低温域でも排ガスの触媒コートに対する接触頻度が高くなるので、浄化反応が促進され、この触媒内部温度が高くなり、浄化性能は維持される。

一方、セル構造Ａを有する上流側の排ガスフィルタＦ１の各複数の小さなセル３２は、セル構造Ｂを有する中間の排ガスフィルタＦ２の各大きいセル３１に接続されている。このセル構造Ｂを有する中間の排ガスフィルタＦ２の各大きいセル３１はセル構造Ａを有する下流側の排ガスフィルタＦ３の各複数の小さいセル３２に接続されている。このため、中間の排ガスフィルタＦ２の各大きいセル３１の作用により、上流側の排ガスフィルタＦ１の各複数の小さいセル３２からも排ガスの流入が促進される。これにより、上流側の排ガスフィルタＦ１の各複数の小さいセル３２から流入された排ガスは、上流側、中間、下流側の各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の各セル３２、３１、３２を効率よく流れる。この場合も同様に、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３での排ガスの流速の変動により、各セル３２、３１内で滞留する排ガスが増加し、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３において触媒コートに対する接触頻度が高くなる。その結果、排ガスに対して高い浄化性能が確保される。

また、この排ガス浄化触媒Ｃでは、断面積の大きいセル３１と小さいセル３２が、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の中心から外周まで、及び上流側の排ガスフィルタＦ１のセル３入口から下流側の排ガスフィルタＦ３のセル３出口まで、交互に並んでいることで、排ガス浄化触媒Ｃ全体として排ガス浄化反応の偏りがなく、局所的な昇温による触媒劣化などが起こりにくい。

さらに、この排ガス浄化触媒Ｃでは、上流側、中間、下流側の各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間に空間がなく、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の各大きいセル３１と各複数の小さいセル３２が接触されている。このようにしたことで、触媒温度や排気抵抗が下がることがなく、排ガスの浄化効率や燃費が向上する。

そして、この排ガス浄化触媒Ｃでは、上流側、中間、下流側の各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の各セル壁２が周壁１内で直交され、上流側の排ガスフィルタＦ１の上流側の入口から下流側の排ガスフィルタＦ３の下流側の出口まで連続的に揃えられている。このようにしたことで、各セル壁２同士の接着強度が高められ、車両振動などに対する各セル３の機械的強度が確保される。

以上説明したように、この排ガス浄化触媒Ｃは３つの排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３からなる。各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は円筒状の周壁１の内部に複数のセル壁２が縦方向のセル壁２と複数の横方向のセル壁２とを直交されて格子状に形成される。複数の縦方向のセル壁２と複数の横方向のセル壁２とにより囲まれた各区画は周壁１の軸方向に対して直交する断面形状が正方形をなし、各区画の断面形状が各セル壁２の断面形状とともに周壁１の両端面に現れる。これら正方形の区画内に断面形状の大きさの異なる２種類のセル３１、３２が形成され、周壁１の両端面で開口される。３つの排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３のうち、２つの排ガスフィルタＦ１、Ｆ３は共通で、２種類のセル３１、３２が同じレイアウトで整列される。他の１つの排ガスフィルタＦ２は共通の２つの排ガスフィルタＦ１、Ｆ３とは異なり、２種類のセル３１、３２が共通の２つの排ガスフィルタＦ１、Ｆ３とは正反対のレイアウトで整列される。かくして、３つの排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は２つの共通の排ガスフィルタＦ１、Ｆ３が同心上両端に配置され、これら共通の排ガスフィルタＦ１、Ｆ３の間に他の１つの排ガスフィルタＦ２が配置されて、全体として同心上に一列に配列される。そして、これらの排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間相互で断面形状の大きさの異なるセル３１、３２を連通されて接続される。このようなセル構造により、排ガスは各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３毎に断面形状の大きさの異なる各セル３１、３２を通過する。これにより、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の各セル３１、３２毎に排ガスの流速が変動して、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３内で滞留する排ガスが増加し、浄化性能を高めることができる。特に、エンジンの高速運転領域では、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間で排ガスの乱流を起こして排ガスの流速を遅くし、排ガスの吹き抜けを抑制することができる。さらに、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の接続方式により、この排ガス浄化触媒Ｃを強度の高い強い構造にすることができる。したがって、この排ガス浄化触媒Ｃの構造によれば、車両側に要求される有害成分除去率、排気効率などの要求特性を容易に満足させながら、排ガスの浄化性能と吹き抜け抑制の向上を図ることができ、併せて車両の振動に強い構造とすることができる。

各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は、２種類のセル３の一方が大きなセル３１で、他方が複数の小さなセル３２からなる。大きなセル３１は周壁１内において複数のセル壁２により均等に区画される区画のうち大きなセル３１を配置するための複数の区画内にそれぞれ、所定の大きな断面積で形成される。複数の小さなセル３２は周壁１内において複数のセル壁２により均等に区画される区画のうち複数の小さなセル３２を配置するための区画内にそれぞれ、大きなセル３１と同じ断面形状の範囲を複数の小さなセル３２に分割して形成される。かくして各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間相互で大きなセル３１と複数の小さなセル３２が交互に連通される。このようにすることにより、排ガス浄化触媒Ｃに流入された排ガスが各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間で大小のセル３１、３２を交互に通過する過程で、排ガスは流速が変化し各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３内で滞留されるので、浄化性能を高めることができる。また、排ガスは各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間で大小のセル３１、３２を交互に通ることで、排気効率が良くなり、排ガスの吹き抜けを抑制することができる。

各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は、周壁１内に複数の縦方向のセル壁２と複数の横方向のセル壁２とにより形成された複数の区画全体が周壁１内において断面四角形になっている。この断面四角形の各対角線を線対称軸ａ１、ａ２とし、この線対称軸ａ１、ａ２を中心にしてその両側に配列される各区画に大きなセル３１と複数の小さなセル３２が大きなセル３１同士、複数の小さなセル３２同士が線対称となるように形成される。このようにして周壁１内に大きいセル３１、複数の小さなセル３２が規則性をもって広がっているので、触媒温度を均一化傾向にすることができ、また、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の強度を高めて車両振動に対する性能を向上させることができる。

各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は、周壁１の両端面において、複数の横方向のセル壁２と複数の縦方向のセル壁２の断面形状がそれぞれ同一の位置に均一の長さ、幅で現れる。そして、各セル壁２により区画される区画内に形成された２種類のセル３１、３２がそれぞれ均一の大きさで開口される。かくして各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間相互で各セル壁２及び各セル３が相互に対接し連続して接続される。このようにすることにより、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間相互で接着強度を高め、車両振動に対する強度を上げることができる。

各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は、周壁１の内部において複数の縦方向のセル壁２と複数の横方向のセル壁２とにより囲まれた各区画が断面正方形状になっている。大きなセル３１と複数の小さなセル３２は、基本的に、複数の小さなセル３２が大きなセル３１に対して上下左右の４方向から取り囲むように、配置される。また、大きなセル３１が四隅の区画にある場合は、複数の小さなセル３２は大きなセル３１に対して上下方向いずれか一方、及び左右方向いずれか一方から取り囲むように配置される。さらに、大きなセル３１が上下二隅の区画の中間にある場合は、複数の小さなセル３２は大きなセル３１に対して上下方向いずれか一方又は左右方向いずれか一方、及び左右方向又は上下方向から取り囲むように配置される。このようにすることで、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の中央に排ガスが流れにくいセル３２を存在させつつ、大きいセル３１と小さいセル３２を規則的に並べることができる。これにより、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３において触媒温度が均一化するようになり、排ガス浄化反応の偏りを抑制することができ、局所的な昇温による触媒劣化を抑制することができる。また、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３が外側で、排ガスの浄化速度を上げながら、吹き抜けを抑制する構造になって、浄化性能をさらに上げることができる。

各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３の２種類のセル３は、一方が大きなセル３１で、他方が複数の小さなセル３２からなる。一方のセル３１は断面形状が多角形又は円形で、他方のセル３２は一方のセル３１の断面形状を等分割して形成され、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間相互で大きなセル３１と複数の小さなセル３２が交互に連通される。排ガスが大小のセル３１、３２を通過する過程で流速が変化されて排ガスを滞留させることができる。また、各排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３間相互で大きいセル３１に複数の小さなセル３２が一致するように配置されるので、排ガスの流れに余計な抵抗になることがなく、排気効率を上げることができる。

なお、この実施の形態では、２種類のセル３１、３２の一方は断面正方形で、他方を一方の断面正方形を等分割して４つの小さな断面四角形としたが、一方の断面形状を四角形以外の多角形又は円形とし、他方を一方の断面形状を等分割して形成してもよい。図６に一方を断面六角形に、他方を一方の断面形状を６つに等分割して６つの小さな六角形に分割形成した場合を例示している。この場合も、周壁１の両端面において、一方と他方をそれぞれ、線対称に整列することができる。また、各セル壁が均一な幅で周壁の軸方向に向けて延び、複数のセル３を均等に整列して、各排ガスフィルタ間相互でセル壁及び各セルを連続して接続することができる。さらに、図７に示すように、一方が大きなセル３１で、他方が複数の小さなセル３２からなり、周壁の両端面において、一方を他方が囲むように配置することができる。また、図８に一方を断面三角形に、他方を一方の断面形状を４つに等分割して４つの小さな三角形に分割形成した場合を例示している。この場合も、周壁の両端面において、一方と他方をそれぞれ、線対称に整列することができる。また、各セル壁が均一な幅で周壁の軸方向に向けて延び、複数のセル３を均等に整列し、各排ガスフィルタ間相互でセル壁及び各セルを連続して接続することができる。さらに、一方が大きなセル３１で、他方が複数の小さなセル３２からなり、周壁の両端面において、一方を他方が囲むように配置することができる。このようにしても上記実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

また、この実施の形態では、排ガス浄化触媒Ｃ全体を、上流側の排ガスフィルタＦ１、中間の排ガスフィルタＦ２、下流側の排ガスフィルタＦ３の３つの排ガスフィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３で構成したが、４つ又はそれ以上の排ガスフィルタで構成してもよい。この場合でも、上記実施の形態と同様に構成することで、上記実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

さらに、この実施の形態では、複数のセル３が断面形状の大きさの異なる２種類のセル３１、３２からなるものとしたが、複数のセル３を断面形状の大きさの異なる３種類又はそれ以上のセルで構成してもよい。この場合でも、上記実施の形態と同様に構成することで、上記実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

Ｃ 排ガス浄化触媒
Ｆ１ 排ガスフィルタ
Ｆ２ 排ガスフィルタ
Ｆ３ 排ガスフィルタ
１ 周壁
２ セル壁
３（３１、３２） セル
ａ１ 線対称軸
ａ２ 線対称軸

Claims (6)

1. 筒状の周壁と、前記周壁の内部に複数のセル壁が形成され、前記複数のセル壁により囲まれて、前記周壁の軸方向に延び、前記周壁の両端面に開口される複数のセルとを有する３つ以上の排ガスフィルタを備え、
   前記３つ以上の排ガスフィルタはそれぞれ、前記複数のセルが断面形状の大きさの異なる少なくとも２種類のセルからなり、かつ前記３つ以上の排ガスフィルタのうち２つ以上の排ガスフィルタは前記断面形状の大きさの異なるセルが相反するレイアウトで配置され、
   前記各排ガスフィルタ間相互で前記断面形状の大きさの異なるセルを連通して接続される、
   ことを特徴とする排ガス浄化触媒。
2. 各排ガスフィルタの少なくとも２種類のセルは、一方が大きなセルで、他方が複数の小さなセルからなり、前記大きなセルは周壁内において複数のセル壁により区画される前記大きなセルを配置するための複数の区画内にそれぞれ、所定の大きな断面積で形成され、前記複数の小さなセルは周壁内において複数のセル壁により区画される前記複数の小さなセルを配置するための区画内にそれぞれ、前記大きなセルと同じ断面形状の範囲を複数の小さなセルに分割して形成され、各排ガスフィルタ間相互で前記大きなセルと前記複数の小さなセルが交互に連通される請求項１に記載の排ガス浄化触媒。
3. 各排ガスフィルタの少なくとも２種類のセルは、一方が大きなセルで、他方が複数の小さなセルからなり、周壁の両端面において、前記一方と前記他方はそれぞれ、線対称に整列される請求項１又は２に記載の排ガス浄化触媒。
4. 各排ガスフィルタの各セル壁は均一な幅で周壁の軸方向に向けて延び、複数のセルが均等に整列され、前記各排ガスフィルタ間相互で前記セル壁及び前記各セルが連続して接続される請求項１乃至３のいずれかに記載の排ガス浄化触媒。
5. 各排ガスフィルタの少なくとも２種類のセルは、一方が大きなセルで、他方が複数の小さなセルからなり、周壁の両端面において、前記一方と前記他方は前記一方を前記他方が囲むように配置される請求項１乃至４のいずれかに記載の排ガス浄化触媒。
6. 各排ガスフィルタの少なくとも２種類のセルは、一方が大きなセルで、他方が複数の小さなセルからなり、前記一方は断面形状が多角形又は円形に形成され、前記他方の断面形状は前記一方の断面形状を等分割して形成され、前記各排ガスフィルタ間相互で前記大きなセルと前記複数の小さなセルが交互に連通される請求項１乃至５のいずれかに記載の排ガス浄化触媒。

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