JP4098648B2

JP4098648B2 - 触媒担体

Info

Publication number: JP4098648B2
Application number: JP2003063432A
Authority: JP
Inventors: 季之林; 勝文井上
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Calsonic Kansei Corp
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2023-03-10
Also published as: JP2004267933A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス中に含まれる有害成分を浄化する触媒コンバータに使用される触媒担体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の触媒担体としては、図９及び図１０に示すような特許文献１に開示されたものがある。
【０００３】
この触媒担体１は、図１０に示すように、平板２と波形状の波板３とを有し、この平板２及び波板３には長孔４がそれぞれ形成されている。そして、平板２及び波板３の一端側を重ね合わせた状態で巻回積層することによって、図９に示すようなハニカム形状の触媒担体１が形成される。具体的には、平板２と波板３との仕切りによって上流から下流へ向けて排気ガスを流す、一定断面積を持つ空洞状の担体セル５が、互いに平行をなすように、多数配列されている。このように形成された触媒担体１の各担体セル５の内壁面に触媒を担持する処理が施されている。
【０００４】
上記した触媒担体１において、排気ガスが担体セル５内を通過し、この通過の際に排気ガス内の有害成分が触媒に接触して浄化される。ここで、ガス流れ方向Ｐの直交方向に隣接する担体セル５間は、長孔４を介して連通しているので、排気ガスが担体セル５からこれに隣接する担体セル５に移動してガス流れが拡散され、排気ガス内の有害成分が触媒と接触する頻度が高められる。このような触媒担体１、長孔４を有さないものに較べて触媒浄化率の向上が図られている。
【０００５】
一方、他の従来の触媒担体６としては、図１１及び図１２に示すような特許文献２に開示されたものがある。この触媒担体６は、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、オフセット波板７の仕切りによって多数の担体セル８が形成され、且つ、この担体セル８がガス流れ方向Ｐの直交方向にオフセット状態で配置されている。この触媒担体６は、図１２（ａ）、（ｂ）に示す帯状のオフセット波板７を加工することによって形成される。
【０００６】
図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、オフセット波板７は、多数の台形状の山折れ部７ａ，７ｂが形成されており、この台形状の山折れ部７ａ，７ｂは、ガス流れ方向Ｐの直交方向Ｓに対し一定間隔に配置されていると共に、ガス流れ方向Ｐに沿って連続的で、且つ、山折れ部７ａと山折れ部７ｂとが交互にオフセットした状態で形成されている。そして、このような構成のオフセット波板７をＳ字状に連続的に折り返して重ね合わせることによってハニカム形状の触媒担体６が形成されている。具体的には、オフセット波板７の隣接する山折り部７ａ，７ｂの仕切りによって多数の一定断面積の担体セル８がガス流れ方向Ｐの直交方向Ｓに配列され、且つ、このように配列された担体セル８が山折り部７ａ，７ｂのオフセットによってガス流れ方向Ｐの直交方向にオフセット状態で配置される。また、このように形成された触媒担体６には触媒を担持する処理が施されている。
【０００７】
この触媒担体６では、排気ガスが触媒担体６中の担体セル８内を通過し、この通過の際に排気ガス内の有害成分が触媒に接触して浄化される。ここで、ガス流れ方向Ｐに沿って隣接された担体セル８間がガス流れ方向Ｐの直交方向Ｓにオフセットされているので、排気ガスが担体セル８からこれに隣接する下流の担体セル８に移動する際にガス流れが拡散され、排気ガス内の有害成分が触媒と接触する頻度が高められる。このようにして、担体セル８がガス流れ方向Ｐの直交方向Ｓにオフセットされていないものに較べて触媒浄化率の向上が図られている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１４３６９３号公報、第１頁、図２
【０００９】
【特許文献２】
特開２００１−９６１７０号公報、第１頁、図１
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示した触媒担体１及び図１１に示した触媒担体６では、共に隣接する担体セル間において排気ガスが流出入して排気ガスの拡散が促進されるため、触媒浄化率の向上が図られるが、いずれの場合にもヒートマスを下げる手段が講じられていない。一般に、触媒担体のヒートマスを下げることが触媒性能向上への鍵となっている。このような理由から、上記した従来の技術では、例え排気ガスの有害成分と触媒との接触頻度が高められても、ヒートマスを下げる対策が講じられていないため、触媒活性が抑制され触媒性能の更なる向上が図られないという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、排気ガスの触媒への接触頻度を高め、且つ、触媒活性を早めることによって触媒浄化率を飛躍的に向上させることができる触媒担体を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、セル形成プレートが積層状態に配置され、セル形成プレートの仕切りによって空洞状の多数の担体セルが形成され、セル形成プレートの表面に触媒がコーティングされた触媒担体において、セル形成プレートには、隣接する担体セル間を連通させる大径の開口孔と触媒の埋設された小径の閉塞用孔とが形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の触媒担体であって、セル形成プレートは平板と波板であり、この平板と波板とが交互に積層されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の触媒担体であって、波板は、ガス流れ方向に沿って配置される担体セルがガス流れ方向の直交方向にオフセット状態に配置されたオフセット波板であることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項２又は請求項３記載の触媒担体であって、平板と波板の少なくとも一方に、大径の開口孔と小径の閉塞用孔が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の触媒担体であって、大径の開口孔と小径の閉塞用孔は、平板に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項４又は請求項５記載の触媒担体であって、大径の開口孔と小径の閉塞用孔とは、ガス流れ方向に交互に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、担体セルに流入した排気ガスが大径の開口孔を介して隣接する担体セルに流入することからガス流れが拡散され、排気ガスの触媒への接触頻度が高められる。また、小径の閉塞用孔の部分は、セル形成プレートを構成する金属材料が存在しないため、ヒートマスを下げることができる。その結果、特にエンジン始動時における触媒の早期活性化および触媒性能向上を図ることができる。したがって、この発明によれば、触媒浄化率を飛躍的に向上させることができる。加えて、小径の閉塞用孔や大径の開口孔に金属材料が存在しないため、触媒担体の軽量化を図ることができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果が得られる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、請求項２の発明の効果に加え、排気ガスが担体セルからこれに隣接する下流の担体セルに移動する際にガス流れが拡散され、排気ガス内の有害成分が触媒と接触する頻度が高められる。このため、触媒の作用効率を高めることができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、請求項２及び請求項３の発明の効果に加え、排気ガスが担体セルからガス流れ方向の直交方向に隣接する担体セルに大径の開口孔を介して移動することによりガス流れが拡散され、排気ガス内の有害成分が触媒と接触する頻度が高められる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、請求項４の発明と同様の効果が得られる。
【００２３】
請求項６の発明によれば、請求項４及び請求項５の発明の効果に加え、ガス流れ方向に沿ってガス拡散位置とヒートマスの降下位置が交互に配置されるため、効率的な触媒浄化作用が期待できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る触媒担体の詳細を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００２５】
図１〜図７は本発明の触媒担体を適用した触媒コンバータの実施の形態を示している。なお、図１（ａ）は触媒コンバータ１０を排気ガスの流れ方向に沿って縦に切断した状態を示す断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図２はオフセット波板１４の斜視図、図３（ａ）は平板１３の触媒コーティング前の平面図、図３（ｂ）は平板１３の触媒コーティング後の斜視図、図４は担体セル１５を示す要部拡大図、図５は平板１３の開口率を説明する図、図６は平板１３に形成する閉塞用孔１３ａ及び開口孔１３ｂのウォッシュコート粘度と孔径との関係を調べた実験結果を示す図、図７は排気ガスの流れを説明する図である。
【００２６】
触媒コンバータ１０は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、排気ガスの流入口１１ａと流出口１１ｂを有するケーシング１１と、このケーシング１１内に内蔵され、触媒２０（図３（ｂ）及び図４参照。）が担持された触媒担体１２とを備えている。触媒担体１２は、セル形成プレートである平板１３とオフセット波板１４とが交互に積層され、平板１３とオフセット波板１４の仕切りによって多数の担体セル１５が形成されている。なお、平板１３とオフセット波板１４とは、拡散接合により一体となっている。多数の担体セル１５は、ガス流れ方向Ｐに沿って配置されているものがガス流れ方向Ｐの直交方向Ｓにオフセット状態で配置されていると共に積層方向Ｔに隣接するもの同士が連通されている。このような構造を有する触媒担体１２の作製手順を説明する。
【００２７】
まず、図３（ａ）に示すような平板１３を用意する。この平板１３は、触媒コーティングによって触媒２０で閉塞される小径の閉塞用孔１３ａと、触媒コーティングによっても閉塞されない大径の開口孔１３ｂとが適所に形成されている。平板１３のガス流れ方向Ｐの開口部分（閉塞用孔１３ａ及び開口孔１３ｂ）とそうでない板部分（金属材料部分）との比率は、図５に示すように、板部分が３０％以上になるように形成されている。つまり、板部分の各寸法をａ、ｃ、ｅ、ｇ、ｉとし、開口部分（閉塞用孔１３ａ及び開口孔１３ｂ）の寸法をｂ、ｄ、ｆ、ｈとし、（ａ＋ｃ＋ｅ＋ｇ＋ｉ）／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉ）≧０．３０となるように設定する。
【００２８】
また、触媒２０をコーティングした際に開口部分が閉塞されるか閉塞されないかは、触媒２０のウォッシュコート粘度に依存し、図６に示すような実験結果が得られた。平板１３に形成する閉塞用孔１３ａと開口孔１３ｂの径は、この図６に示す結果を基に設定してある。
【００２９】
オフセット波板１４は、図２に示すように、多数の台形状の山折れ部１４ａ，１４ｂが形成されている。この台形状の山折れ部１４ａ，１４ｂは、図４に示すように、ガス流れ方向Ｐの直交方向Ｓに対し一定間隔に配置されていると共に、ガス流れ方向Ｐに沿って連続的で、且つ、１つ置きに交互に所定寸法ｄだけオフセットした状態で形成されている。そして、このような構成のオフセット波板１４と平板１３を例えばＳ字状に連続的に折り返して積層状態に重ね合わせることによってハニカム形状の触媒担体１２が形成される。このようにして、図４に示すように、積層方向Ｔには平板１３とオフセット波板１４とが交互に配置され、平板１３及びオフセット波板１４の隣接する山折り部１４ａ，１４ｂの仕切りによって多数の担体セル１５が形成される。
【００３０】
このように形成された触媒担体（セル形成プレート）１２の表面には触媒２０をコーティングする処理が施され、この触媒コーティングによって図３（ｂ）に示すように小径の閉塞用孔１３ａが触媒２０によって閉塞される。具体的には、平板１３とオフセット波板１４とでなるセル形成プレートを触媒を含むウォッシュコートに浸漬し、焼成を行うことにより触媒担体１２が作製される。
【００３１】
このような構成の触媒担体１２を備えた触媒コンバータ１０においては、排気ガスが触媒担体１２中の担体セル１５内を通過し、この通過の際に排気ガス内の有害成分が触媒２０に接触して浄化される。ここで、触媒担体１２の担体セル１５は、ガス流れ方向Ｐに沿って配置されているものがガス流れ方向Ｐの直交方向Ｓにオフセットされているので、図７に示すように、排気ガスが担体セル１５からこれに隣接する下流の担体セル１５に移動する際にガス流れが拡散され、排気ガス内の有害成分が触媒と接触する頻度が高められる。また、図４に示すように、担体セル１５に流入した排気ガスが開口孔１４ｂを介して積層方向Ｔに隣接する担体セル１５に流入することからガス流れが拡散され、排気ガスの触媒２０への接触頻度が高められる。そして、平板１３の閉塞用孔１３ａの部分ではヒートマスが下がるため、触媒活性が早まる。以上より、排気ガスの触媒２０への接触頻度を高め、且つ、触媒活性を早めることができるため、触媒浄化率を飛躍的に向上させることができる。
【００３２】
この実施の形態では、閉塞用孔１３ａと開口孔１３ｂとは、ガス流れ方向Ｐに交互に形成されているため、ガス流れ方向Ｐに沿ってガス拡散位置とヒートマスの降下位置が交互に配置されており、効率的な触媒浄化作用が期待できる。
【００３３】
また、この実施の形態では、平板１３のガス流れ方向Ｐの開口部分（閉塞用孔１３ａ及び開口孔１３ｂ）とそうでない金属材料部分との長さの比率は、金属材料部分が３０％以上になるよう設定してあるので、所定の強度を維持しつつ触媒浄化作用の向上を図ることができる。
【００３４】
上記した実施の形態では、セル形成プレートは平板１３とオフセット波板１４であり、この平板１３とオフセット波板１４とが交互に積層されているが、セル形成プレートは積層状態で配置することにより多数の担体セル１５が形成できれば良く、セル形成プレートの種類、形状及び担体の成形方法を問わない。例えば、オフセット波板１４のみを使用して作製しても良い。具体的には、オフセット波板１４をＳ字状に連続的に折り返して重ね合わせることによって触媒担体を形成したり、オフセット波板１４を渦巻き状に巻回積層することによって触媒担体を形成したり、一定長さのオフセット波板１４を階層状に積み重ねることによって触媒担体を形成してもよい。また、上記した実施の形態のようにオフセット波板１４と平板１３とを重ね合わせて形成する場合にも上記した実施の形態で示した以外の積層方法で積層してもよい。
【００３５】
また、上記した実施の形態では、波板は、ガス流れ方向Ｐに配置される担体セル１５がガス流れ方向Ｐの直交方向Ｓにオフセット状態に配置されるオフセット波板１４であるが、オフセットしていない波板であってもよい。但し、オフセット波板１４であれば、上述したように排気ガスの拡散作用が期待できるため、触媒浄化率の向上に有効である。
【００３６】
さらに、上記した実施の形態では、平板１３側に閉塞用孔１３ａと開口孔１３ｂとを形成したが、オフセット波板１４側に形成してもよく、また、平板１３とオフセット波板１４の双方に形成してもよい。また、閉塞用孔１３ａ及び開口孔１３ｂがそれぞれ１種類の孔径であるが、少なくとも一方を２種類以上の孔径に形成してもよい。
【００３７】
また、上記した実施の形態に示した平板１３に形成される閉塞用孔１３ａと開口孔１３ｂとの配列パターンの他に、種々のパターンが考えられ、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような様々な配列パターンを採用することができる。
【００３８】
さらに、閉塞用孔１３ａと開口孔１３ｂの形状は、上述したような円形以外に、各種形状を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態を示す触媒コンバータの断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の実施の形態を示すオフセット波板の斜視図である。
【図３】（ａ）は本発明の実施の形態を示す平板の触媒コーティング前の平面図、（ｂ）は平板の触媒コーティング後の斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態における担体セルを示す要部拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態における平板の開口状態を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態における平板に形成する閉塞用孔及び開口孔の孔径とウォッシュコート粘度との関係を調べた実験結果を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態における排気ガスの流れを示す説明図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明に係る触媒担体に適用できる平板の各変形例を示す平面図である。
【図９】従来例の触媒担体の斜視図である。
【図１０】従来例の触媒担体の作製過程を示す斜視図である。
【図１１】（ａ）は他の従来の触媒コンバータを示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１２】（ａ）は従来の他のオフセット波板の斜視図、（ｂ）は担体セルの要部拡大正面図である。
【符号の説明】
１２触媒担体
１３平板（セル形成プレート）
１３ａ閉塞用孔
１３ｂ開口孔
１４オフセット波板（波板、セル形成プレート）
１５担体セル
２０触媒

Claims

セル形成プレート（１３、１４）が積層状態に配置され、前記セル形成プレート（１３、１４）の仕切りによって空洞状の多数の担体セル（１５）が形成され、前記セル形成プレート（１３、１４）の表面に触媒（２０）がコーティングされた触媒担体（１２）において、
前記セル形成プレート（１３、１４）には、隣接する前記担体セル（１５）間を連通させる大径の開口孔（１３ｂ）と触媒の埋設された小径の閉塞用孔（１３ａ）とが形成されていることを特徴とする触媒担体（１２）。
請求項１記載の触媒担体（１２）であって、
前記セル形成プレート（１３、１４）は平板（１３）と波板（１４）とでなり、前記平板（１３）と前記波板（１４）とが交互に積層されていることを特徴とする触媒担体（１２）。
請求項２記載の触媒担体（１２）であって、
前記波板（１４）は、ガス流れ方向に沿って配置される担体セル（１５）がガス流れ方向の直交方向にオフセット状態に配置されたオフセット波板（１４）であることを特徴とする触媒担体（１２）。
請求項２又は請求項３記載の触媒担体（１２）であって、
前記平板（１３）と前記波板（１４）の少なくとも一方に、前記大径の開口孔（１３ｂ）と前記小径の閉塞用孔（１３ａ）が形成されていることを特徴とする触媒担体（１２）。
請求項４記載の触媒担体（１２）であって、
前記大径の開口孔（１３ｂ）と前記小径の閉塞用孔（１３ａ）は、前記平板（１３）に形成されていることを特徴とする触媒担体（１２）。
請求項４又は請求項５記載の触媒担体（１２）であって、
前記大径の開口孔（１３ｂ）と前記小径の閉塞用孔（１３ａ）とは、ガス流れ方向に交互に形成されていることを特徴とする触媒担体（１２）。