JP3294036B2 - ハニカム触媒コンバータ - Google Patents
ハニカム触媒コンバータInfo
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- JP3294036B2 JP3294036B2 JP01043695A JP1043695A JP3294036B2 JP 3294036 B2 JP3294036 B2 JP 3294036B2 JP 01043695 A JP01043695 A JP 01043695A JP 1043695 A JP1043695 A JP 1043695A JP 3294036 B2 JP3294036 B2 JP 3294036B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
- F01N3/28—Construction of catalytic reactors
- F01N3/2839—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
- F01N3/2853—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration using mats or gaskets between catalyst body and housing
- F01N3/2857—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration using mats or gaskets between catalyst body and housing the mats or gaskets being at least partially made of intumescent material, e.g. unexpanded vermiculite
-
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- F01N13/14—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having thermal insulation
-
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- F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
- F01N2330/02—Metallic plates or honeycombs, e.g. superposed or rolled-up corrugated or otherwise deformed sheet metal
-
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- F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
- F01N2330/06—Ceramic, e.g. monoliths
Description
使用されるハニカム触媒コンバータに関するものであ
る。
ス内に収められたハニカム触媒と、ハニカム触媒の外周
面とメタルケースの内周面との間に設けたハニカム触媒
をメタルケース内に保持する把持部材とを具えてなるハ
ニカム触媒コンバータは、自動車用排ガス浄化システム
に広く使用されており、実開昭56−67314号公
報、実開昭55−130012号公報、実開昭62−1
71614号公報等に開示されている。
い、自動車メーカー各社は、触媒活性を高めるために、
排ガス温度の高いエンジン直近への触媒コンバータの配
置あるいはエンジン排気温度の高温化を指向している。
また、CO2規制、燃費規制等に伴い、高速域での燃焼
を理論空燃比に近づけると、高速時の排気ガスの温度が
上昇する等、触媒コンバータの使用条件は年々熱的な厳
しさを増している。そのため、上述したような使用条件
下では触媒コンバータの外表面が高温となり、周囲へ様
々な熱害をもたらす。これを解消するため、メタルケー
スの外側に熱遮蔽を目的としてメタル製カバーを取り付
ける例が多くなってきている。
いて、触媒コンバータ20は、内燃機関からの排気ガス
が通される多数の流路を内部に形成したハニカム構造体
に触媒を担持させたハニカム触媒21を、メタルケース
22内に収納して構成されている。収納にあたっては、
セラミック繊維マットよりなる把持部材23を、ハニカ
ム触媒21の外周面とメタルケース22の内周面との間
に圧縮状態で配置する。この把持部材23の少なくとも
一方の端部、本例では両端部には、排気ガス流による把
持部材23の飛散を防止するため、ステンレスワイヤー
ネット製のシール部材24を設けている。
ルケースカバー25を設け、メタルケース22とメタル
ケースカバー25との間に空気断熱層26を形成してい
る。必要に応じて、メタルケース22とメタルケースカ
バー25との間には断熱材を設けることもできる。そし
て、メタルケース22およびメタルケースカバー25の
両端部には、排気管との接続に供するフランジ27を設
けている。メタルケース22およびメタルケースカバー
23とフランジ27との接続は、溶接等の手段を用いる
ことができる。
触媒コンバータ20では、メタルケースカバー25が存
在するため、メタルケース22が外気と接しないので冷
却されにくい。そのため、メタルケース22が高温とな
り膨張し、メタルケース22とハニカム触媒21との間
に空隙が発生し、その結果把持部材23の保持力が低下
する問題があった。また、把持部材23として優れた性
能を有し広く一般に使用されている膨張性把持材は耐熱
性が低いため、上述したようにより高温下で触媒コンバ
ータを使用しようとすると、把持部材23が膨張性を失
いやはり保持力が低下する問題があった。そのため、従
来の触媒コンバータ20では、ハニカム触媒21がエン
ジン振動や走行振動等によりメタルケース22内で遊動
し、ハニカム触媒21の摩耗や破損が発生する問題があ
った。
高温下で使用してもハニカム触媒をメタルケース内に長
期にわたって安定に保持することができるハニカム触媒
コンバータを提供しようとするものである。
ンバータは、メタルケースと、該メタルケースの両端に
設けた接続用フランジと、前記メタルケース内に収めら
れたハニカム触媒と、該ハニカム触媒の外周面と前記メ
タルケースの内周面との間に設けた前記ハニカム触媒を
前記メタルケース内に保持する膨張性セラミック繊維か
らなる把持部材とを具え、ハニカム触媒を側面のみで保
持してなるハニカム触媒コンバータにおいて、前記ハニ
カム触媒の入口側および出口側におけるメタルケースの
内側に、前記フランジにその一端を固定するとともに触
媒側の他端を自由端としたメタル製の円筒を前記メタル
ケースと接触しないように設け、さらに、前記円筒の触
媒側自由端を前記ハニカム触媒の端面の最外周部に近接
して設けたことを特徴とするものである。
入口側および出口側を、メタルケースの内側に円筒を設
けた二重構造とすることで、把持部材に通じる外側メタ
ルケースの部分に直接高温の排気ガスを接触させない構
造とすることができる。一方、把持部材と接触するメタ
ルケースの部分は二重構造としないことで、メタルケー
ス全体が外気により直接冷却され、メタルケースの表面
温度を低くできる。そのため、周囲への熱害も防止でき
るとともに、メタルケースの膨張を小さくでき、把持部
材の温度上昇による熱劣化を防止することができる。そ
の結果、保持力低下によるハニカム触媒のメタルケース
内での遊動がなくなり、ハニカム触媒の摩耗、破損を確
実に防止することができる。
スの表面温度が低くでき、メタルケースの外側に遮熱カ
バーを必要とせず、その分ハニカム触媒の外径を大きく
できる。そのため、排気ガスのハニカム触媒通過時の圧
力損失を小さくすることができる。さらに、ハニカム触
媒の外径が大きくなるにつれて、体積も大きくなり、浄
化性能をも向上することもできる。
例の構成を示す図である。図1に示す例において、触媒
コンバータ10は、内燃機関から排ガスが通される多数
の流路を内部に形成したハニカム構造体に触媒を担持さ
せたハニカム触媒1を、メタルケース2内に収納して構
成されている。収納にあたっては、セラミック繊維マッ
ト等の膨張性セラミック繊維よりなる把持部材3を、ハ
ニカム触媒1の外周面とメタルケース2の内周面との間
に圧縮状態で配置する。この把持部材3の少なくとも一
方の端部、本例では両端部には、排気ガス流による把持
部材3の飛散を防止するため、ステンレスワイヤーネッ
ト製あるいはステンレスワイヤーネットの外周をセラミ
ック繊維で被覆した構造のシール部材4を設けている。
口側および出口側のメタルケース2の内側にメタル製の
円筒5を設け、二重構造とした点である。二重構造を形
成する際、本例では、メタルケース2と円筒5との間に
空気断熱層6を設けている。必要に応じて、メタルケー
ス2と円筒5との間に断熱材を設けることもできる。
端部2a、5aには、排気管との接続に使用するフラン
ジ7を設けている。メタルケース2および円筒5とフラ
ンジ7との接続には、溶接等の手段を用いることができ
る。
と反対側の端部5bは、メタルケース2と接触しない構
造としている。そのため、高温の排気ガスが直接接触す
ることにより高温となる円筒5の熱がメタルケース2に
伝導することが抑制されその結果触媒コンバータの外表
面温度を低減でき、周囲への熱害をなくすことができ
る。なお、ハニカム触媒1を構成する触媒担体としての
ハニカム構造体は、コージェライト等のセラミック製で
も、ステンレス等のメタル製でも、いずれでも良好に使
用することができる。
図6に示す構造の従来例のハニカム触媒コンバータとを
準備し、コンバータ外表面温度の影響、把持部材のメタ
ルケース側温度の影響、加熱振動試験の結果、圧力損失
の測定結果の点で両者を比較した。
排ガスを模擬したプロパンガスを燃料としたバーナを使
用して、燃焼エア流量を2Nm3/min.の一定とし
て、ハニカム触媒コンバータの入口温度を変化させた時
のコンバータ最外側表面の温度を測定して比較した。結
果を図2に示す。図2の結果から、本発明例は従来例と
比較して数10℃低く、メタルケースカバー無しで熱害
を防止することが可能となることがわかった。また、把
持部材のメタルケース側温度の影響は、上述した例と同
条件の時の把持部材3(23)とメタルケース2(2
2)との間を測定して比較した。結果を図3に示す。図
3の結果から、本発明例は従来例と比較してほぼ200
℃低く、メタルケースの膨張および把持部材の温度劣化
の両方とも小さいことがわかった。
でプロパンガスを燃料としたバーナにより加熱し、振動
を与えて実施した。振動条件は、加速度:60G、周波
数:185Hzと一定にして、入口ガス温度を800
℃、900℃、1000℃とステップアップし、異常の
有無を観察した。結果を図4に示す。図4の結果から、
本発明例および従来例とも800℃では異常は認められ
なかったが、従来例は900℃でハニカム触媒のコンバ
ータ軸方向へのズレが発生する異常が認められた。一
方、本発明例は、900℃、1000℃でも異常は認め
られなかった。
のハニカム触媒コンバータに、常温空気8Nm3/mi
n.を流したときの圧力損失を測定して比較した。な
お、従来例におけるハニカム触媒を構成するハニカム構
造体のサイズは、直径:90mm、長さ:90mmで、
セル構造は、壁厚:6mil、セル数:平方インチ当た
り400個であった。一方、本発明例では、最外径が従
来例と同じ直径120mmにおいて、ハニカム構造体の
サイズは、直径:105mm、長さ:90mmで、セル
構造は従来例と同じであった。結果を図5に示す。図5
の結果から、本発明例の方が従来例に比較して良好な圧
力損失を示すことがわかった。
によれば、ハニカム触媒の入口側および出口側の少なく
とも一方を、メタルケースの内側に円筒を設けた二重構
造としているため、把持部材に通じる外側メタルケース
の部分に直接高温の排気ガスを接触させない構造とでき
るとともに、把持部材と接触するメタルケースの部分は
二重管構造としないため、メタルケース全体が外気と直
接触れ冷却され、メタルケースの表面温度を低くでき
る。そのため、周囲への熱害も防止できるとともに、メ
タルケースの膨張を小さくでき、把持部材の温度上昇に
よる熱劣化を防止することができる。その結果、保持力
低下によるハニカム触媒のメタルケース内での遊動がな
くなり、ハニカム触媒の摩耗、破損を確実に防止するこ
とができる。
を示す図である。
を示すグラフである。
グラフである。
フである。
フである。
示す図である。
4 シール部材、5 円筒、6 空気断熱層、7 フラ
ンジ、10 ハニカム触媒コンバータ
Claims (5)
- 【請求項1】メタルケースと、該メタルケースの両端に
設けた接続用フランジと、前記メタルケース内に収めら
れたハニカム触媒と、該ハニカム触媒の外周面と前記メ
タルケースの内周面との間に設けた前記ハニカム触媒を
前記メタルケース内に保持する膨張性セラミック繊維か
らなる把持部材とを具え、ハニカム触媒を側面のみで保
持してなるハニカム触媒コンバータにおいて、前記ハニ
カム触媒の入口側および出口側におけるメタルケースの
内側に、前記フランジにその一端を固定するとともに触
媒側の他端を自由端としたメタル製の円筒を前記メタル
ケースと接触しないように設け、さらに、前記円筒の触
媒側自由端を前記ハニカム触媒の端面の最外周部に近接
して設けたことを特徴とするハニカム触媒コンバータ。 - 【請求項2】前記ハニカム触媒がセラミック製である請
求項1記載のハニカム触媒コンバータ。 - 【請求項3】前記ハニカム触媒がメタル製である請求項
1記載のハニカム触媒コンバータ。 - 【請求項4】前記二重構造のメタルケースと円筒との間
が空間である請求項1〜3のいずれか1項に記載のハニ
カム触媒コンバータ。 - 【請求項5】前記二重構造のメタルケースと円筒との間
に断熱材を設けた請求項1〜3のいずれか1項に記載の
ハニカム触媒コンバータ。
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