JPH04103818A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的１ （産業上の利用分野） 本発明は、一般に自動車の排気ガスの浄化手段として排
気管の途中に介装されて使用される排気ガス浄化用触媒
を担持させるための金属製ハニカム体からなる排気ガス
浄化装置に関する。

更に詳しくは、耐熱性薄肉鋼板の平板状帯材と波板状帯
材とから構成される排気ガス浄化用触媒を担持させるた
めの金属製ハニカム体に対して、排気ガス流を均一な流
速分布のもとて通過させるようにし、ハニカム体内部の
排気ガスの不均一流速に基づく触媒反応の不均一やヒト
スポットの発生を解消した排気ガス浄化装置に関するも
のである。

Ｃ従来の技術） 従来、この種の排気ガス浄化装置は、一般に厚さ０．０
２〜Ｏ，１ｍｍ、耐熱性の薄肉鋼板の平板状帯材と前記
薄肉鋼板を波付加工した波板状帯材とを、例えば相互に
当接部を有するように重積し、これを一括渦巻状に巻回
積層して製作した軸方向に排気ガス通路のための多数の
網目状通気孔路（セル）を有する金属製のハニカム状積
層体（以下、金属製ハニカム体という。）と、前肥巻回
状ハニカム体を環装し固着するための両端が開口した筒
状の金属ケースとから構成されている。なお、該金属製
ハニカム体の壁面に排気ガス浄化用触媒（Ｐｔ、　Ｐｄ
、　Ｒｈなど）が担持されることはいうまでもないこと
である。

そして、前記巻回状ハニカム体と金属ケースは、排気ガ
ス自体の高温度及び排気ガスと浄化用触媒との発熱反応
などによる熱膨張や熱的応力に耐えるように、また自動
車走行時の振動などに耐え得るようにろう接などにより
強固に固着される。一方、金属製ハニカム体を構成する
平板状帯材と波板状帯材との当接部は、ろう接や瀉接な
ど種々の方法により固着される。

しかしながら、従来の金属製ハニカム体と金属ケースと
から構成される排気ガス浄化装置は、排気ガスと金属製
ハニカム体の壁面に担持された排気ガス浄化用触媒との
反応という観点からみると、改善の余地を残すものであ
る。

即ち、排気系における排気ガスの流速分布の不均一（円
筒形の排気管においては、中心部が最大の流速を有する
。）に基づき、触媒反応が不均一なものとなり、更に該
触媒反応の不均一に起因して金属製ハニカム体内部にヒ
ートスポット（ハニカム体中心部の局所的高温化）の発
生、並びに熱応力歪の局部的発生が生起する。

このため、この種の排気ガス浄化装置において、より排
気ガス浄化能に優れるとともに耐久性に優れたものが要
求されている。

従来から、金属製ハニカム体やセラミック系の触媒コン
バータ（モノリス型触媒）に対して排気ガス流がより灼
〜になるように調整する手段として種々のものが提案さ
れている。例えば、 （ｉ）メタル担体の上流側端面に、排気ガスをメタル担
体の外周方向に導くように中心部から外周部に向かって
漸次間隔が大きくなるようにした拡散部材を一体的に形
成する方式（実開昭６３−１４［）１１４号）、 （ｉｉ）排気ガス浄“代用触媒（モノリス型触媒）の前
面に、複数個の乱流生成用部材を格子状に設けた格子板
を配設する方式（実開昭６３−１５１９１７号）、 （ｉｉｉ）金属製ハニカム体の前後面に当接するように
、板材を格子状に配置した前側及び後側整流板を配設す
る方式（実開昭６４−８５２２号）、 などが提案されている。しかしながら、これら従来から
提案されている方式のものは、構造が複雑で製作コスト
が高くなり、かつその効果も十分なものではない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明者らは、前記した排気管系における排気ガスの流
速分布を、金属製ハニカム体の直前でより均一なものと
する方策について鋭意検討を加えた。その結果、金属製
ハニカム体の上流側前部または下流側後部に、金属製板
状体で、かつ該板状体の中心部位から外周部位にわたり
排気ガスの流過抵抗が小さくなるような孔を設けたもの
を配設することにより、排気ガスの流速分布をより均一
化するとともに排気系の消音にも効果的であることを見
い出し、本発明を完成するに至った。

〔発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明を概説すれば、本発明は、金属ケーシング内に少
な（とも１個の薄肉金属板の平板状帯材と波板状帯材を
相互に重積して製作した排気ガス浄化用触媒を担持する
ための金属製ハニカム体を配設してなる排気ガス浄化装
置において、前記金属製ハニカム体の排気ガス流の上流
側もしくは下流側に、中心部位より外周部位の排気ガス
の流過抵抗が小さくなるような孔を有する排気ガスを均
一ならしめる分散板を設けたことを特徴とする排気ガス
浄化装置に関するものである。

以下、本発明の構成ならびに実施態様について、図面に
基づいて更に詳しく説明する。なお、本発明は図示のも
のに限定されず、これらのものは例示と解すべきである
。

本発明の排気ガス浄化装置の概略を第１図に示す。第１
図は、本発明の排気ガス浄化装置（Ａ）の軸方向断面で
、金属ケーシング（２）内に、排気ガスの流れ方向にみ
て排気ガス分散板（３）、金属製ハニカム体］１）がこ
の順序で配設される。なお第１図には排気ガス分散板（
３）と金属製ハニカム体（１１が、所定のクリアランス
をもって対向配設されているが、両者を当接させてもか
まわない。

次に、本発明の排気ガス浄化装置ｆＡ）を構成する金属
製ハニカム体ｆｌ）について説明する。

金属製ハニカム体（１）の具体的なものが、第２図に示
されている。第２図のものは、耐熱性薄肉鋼板の平板状
帯材（ＩＩ）と波板状帯材（１２）とを重積したものを
、一括して渦巻状に巻回積層することにより製作した巻
回状のハニカム体（ＩＨ）である。

なお、平板状帯材けｌ）と波板状帯材（１２）を相互に
当接するように配置するとき、排気ガスの通路となる多
数の網目状通気孔路＋１３）　（セル）は自動的に形成
される。

前記平板状帯材として、例えばＦｅ−Ｃｒ２Ｏ％−八２
５％の耐熱性のステンレス鋼、あるいはこれに耐酸化性
を改善するために希土類を加えた耐熱性のステンレス鋼
などの厚さ０．０４ｍｍ、幅７５＋ａｍのものが、そし
て波板状帯材として前記平板状帯材を波形加工したもの
が使用される。各帯材に八！を含有したステンレス鋼を
用いると、熱処理により帯材表面にウィスカー状のＡｆ
ｆ２０３が析出し、これが排気ガス浄化用触媒を強固に
担持するので好ましいものである。

例えば、前記巻回状ハニカム体（１旧は、次のようにし
て製作される。

（イ）平板状帯材 Ｃｒ２Ｏ％、Ａｌ２５％の耐熱鋼の厚さ０．０５ｍｍ。

幅７５ｎ＋ｍの金属帯材を用いた。

（０）波板状帯材 前記平板状帯材と同種の耐熱鋼から、−組のフォーミン
グギアを用いて、山と出のピッチ幅が３．５ｍｍ、山の
高さが１．８ｍｍである波形の金属帯材を製作した。

前記平板状帯材と波板状帯材とを互に重積し、これを一
括渦巻状に巻回積層して外径７Ｄ＋＋ｍのハニカム体を
製作した。

本発明において、金属製ハニカム体（１）として、前記
巻回状ハニカム体［ＩＨ）のほかに、図示しないが放射
状ハニカム体（２Ｈ）　、伸開線状ハニカム体（３Ｈ）
、及びＳ字状ハニカム体（４Ｈ）などが使用される。

放射状ハニカム体（２Ｈ）とは、前記巻回状ハニカム体
ｆ　１．　Ｈ＋と同種のｍｌ熱性の薄肉鋼板を用いて製
作されるものである。これは、中心部（Ｃ）から、例え
ば中心角ａをもつように放射状に平板状帯材（Ｉ］）を
配置させ、この間に中心部から外周部にむけて順次、波
の高さか大きくなる波板状帯材（１２）を嵌挿し、固定
するように製作すればよい。

伸開状ハニカム体（３旧も、前記巻回状ハニカム体（Ｉ
Ｈ）と同種の耐熱性の薄肉鋼板を用いて製作される。こ
れは、中心部ｆｃ）から伸開線が延びるように平板状帯
材（１１）と波板状帯材（１２）とからなるエレメント
（Ｅ）の所望の個数を伸開させるようにして製作される
。

Ｓ字状ハニカム体（４Ｈ）も、前記巻回状ハニカム体（
ＩＩ（ｌと同種のＭ熱性の薄肉鋼板を用いて製作される
。例えば、平板状帯材（Ｉｌｌと波板状帯材（１２）を
交互に階層状に積層したものを、該積層体の上下両面上
に設定した二つの固定点を中心にして、平板状帯材と波
板状帯材とからなるエレメント（Ｅｌの夫々が、該二つ
の固定点を中心に逆向き方向になるように折曲加工して
製作される。

次に、本発明において最大の特徴としている、前記各種
の金属製ハニカム体（１）の上流側もしくは下流側に配
設される排気ガス分散板（３）について説明する・ 本発明の排気ガス分散板（３）は、排気ガス系において
排気ガスの有する流速分布の不均一性（排気管の中心部
位の最大流速、外周部位の最低流速という不均一性）を
矯正するために使用されるもので、その中心部位より外
周部位の排気ガス抵抗が小さ（なるような孔を穿設した
ものであればいずれでもよい。なお、排気ガス分散板（
３）は、前記したと同種の鋼材で製作されるが、これに
限定されない。また、その形状も、金属製ハニカム体（
１）の断面形状、例えば円形、長円形、レーストラック
形などに適合させたものであれば、どのようなものであ
ってもかまわない。

以下、本発明の排気ガス分散板（３）の具体例について
図面に基づいて説明するが、本発明はこれら図示のもの
に限定されない。

（実施例） （ｉ）第３図ものは、本発明の排気ガス分散板の第一実
施例である。

第３図に示される排気ガス分散板（３）は、中心部位か
ら外周部にわたり、同一形状の孔（３１）の形成密度が
粗がら密になるように増大させたものである。中心部位
から外周部位にわたり、孔（３１）の形成密度が連続的
に増大していくようにしてもよいし、段階的に増大して
いくようにしていってもよい。なお、孔（３１）の形成
は、排気ガスの背圧によるエンジン効率への影響を考慮
して、所望の形成密度に形成しなければならないことは
いうまでもないことである。

ｆｉｉ）第４図のものは、本発明の排気ガス分散板の第
二実施例である。

第４図に示される排気ガス分散板（３）は、中心部位か
ら外周部位にわたり孔の径が、即ち穴の面積が小から大
になるように、孔の径の大きさを増大させたものである
。中心部位から外周部にわたり、孔（３２）の径の大き
さが連続的に増大していくようにしてもよいし、段階的
に増大していくようにしていってもよい。このように孔
（３２）の径の大きさを変化させることにより、排気ガ
スの流速分布を灼−にするようにすればよい。

（ｉｉｉ）第５図のものは、本発明の排気ガス分散板の
第三実施例である。

第５図に示される排気ガス分散板（３）は、孔（３３）
の形成密度は第３図のように変化をつけるが、他の実施
例と相違して切り起し部（３４）を有するものである。

該切り起し部（３４）は、バーリング加工などにより形
成されればよく、その形成方法に制限を受けない。なお
、第６図は第５図Ｉ−Ｉ線断面図である。

この方式の排気ガス分散板（３）は、切り起し部（３４
）を含めて全表面に金属製ハニカム体と同様に排気ガス
浄化用触媒を担持させたとき、前記ｆｉ）　、　（ｉｉ
）のものより触媒担持量を多（することができ、金属製
ハニカム体をメインキャタライザーとするならばプレキ
ャタライザーの機能を持たせることができる。即ち、該
排気ガス分散板（３）をハニカム体の前面側（排気ガス
の上流側）に配置して予備的に排気ガスを浄化し、触媒
反応による発熱で排気ガス温度をある程度浄化するとと
もに、メインキャタライザーでの触媒反応に最適な温度
に排気ガスを昇温させることができる。

また、前記した切り起し部（３４）を有する排気ガス分
散板（３）は、他のものと比較して消音効果にすぐれる
ため、特に今後、排気ガス規制の強化が検討されている
二輪車用に好適なものとなる。

本発明において、排気ガス分散板に形成される孔の形状
、パターンは前記したものに限定されない。例えば、分
散板が円形であるとき、同一円周上の孔の形状を同一大
同形としく例えば扇形）、円形分散板の中心にいくほど
幅を狭くしてもよいし、あるいは孔の形状として扇形の
ものと長方形のものなどを組合わせてもよいことはいう
までもないことである。

〔発明の効果Ｊ 本発明の排気ガス浄化装置は、金属ケーシング内に固定
された金属製ハニカム体の排気ガスの上流側もしくは下
流側に、中心部位より外周部位にわたり排気ガスの流過
抵抗が小がら大になるように孔部を有する排気ガス分散
板を配設した構造のものである。前記した排気ガス分散
板の配設により、本発明の排気ガス浄化装置は、次のよ
うな優れた効果を奏する； （ｉ１本発明の金属製ハニカム体の前方部もしくは後方
部に配設される排気ガス分散板は、極めて容易に製作す
ることができるとともに、排気系統の排気ガス流速の不
均一性を均一化することができる。これにより金属製ハ
ニカム体内部における排気ガスと担持触媒との反応がよ
り均一化し、高い排気ガス浄化能を確保することができ
る。

また、金属製ハニカム体内部の均一な触媒反応により、
不均一な反応時にみられる局所的な高温化、即ちヒート
スポットの発生、これに基づく熱応力歪の局在を回避す
ることができるため、耐久性の優れた排気ガス浄化装置
が提供される。

（ｉｉｌ排気ガス分散板の全表面積を拡大させるように
切り起し部を有する孔部を形成するとともに、該分散板
にも排気ガス浄化用触媒を担持させて金属製ハニカム体
の前方部に配置する場合、金属製ハニカム体のメインキ
ャタライザーに対し本発明の排気ガス分散板をプレキャ
タライザーとすることができる。この態様により、メイ
ンキャタライザーとしての金属製ハニカム体の排気ガス
浄化能を更に高めることができる。

（ｉｉｉｌ排気ガス分散板は、排気ガス流速の均一化と
いう機能のほかに、排気系統の消音特性に優れているも
のである。この機能は、今後、排気ガス規制が強化され
ようとしている輪車などの排気ガス処理にも有用なもの
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の排気ガス浄化装置の軸方向断面口で
ある。 第２図は、金属製ハニカム体の正面図である。 第３区は、第一実施例の排気ガス分散板の正面図である
。 第４図は、第二実施例の排気ガス分散板の正面図である
。 第５図は、第三実施例の排気ガス分散板の拡大斜視図で
ある。 第６図は、第５図のＩ−Ｉ線断面図である。 八−・−排気ガス浄化装置 １、ＩＨ−・・金属製ハニカム体 ２−・−金属製ケーシング ３・・・排気ガス分散板 ３１．３２．３３・・・孔 特許■騨人

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．金属ケーシング内に少なくとも１個の薄肉金属板の
   平板状帯材と波板状帯材を相互に重積して製作した排気
   ガス浄化用触媒を担持するための金属製ハニカム体を配
   設してなる排気ガス浄化装置において、前記金属製ハニ
   カム体の排気ガス流の上流側もしくは下流側に、中心部
   位より外周部位の排気ガスの流過抵抗が小さくなるよう
   な孔を有する排気ガス分散板を設けたことを特徴とする
   排気ガス浄化装置。
2. ２．排気ガス分散板が、同一形の孔を中心部位から外周
   部位にわたり粗から密になるように孔の形成密度を傾斜
   させて設けたものである請求項第１項に記載の排気ガス
   浄化装置。
3. ３．排気ガス分散板が、中心部位から外周部位にわたり
   孔の面積が小から大になる孔を設けたものである請求項
   第１項に記載の排気ガス浄化装置。
4. ４．排気ガス分散板が、複数の形状パターンの孔を有す
   るとともに、少なくともその１種類の孔の面積が中心部
   位から外周部位にわたり小から大になる孔を設けたもの
   である請求項第１項に記載の排気ガス浄化装置。
5. ５．排気ガス分散板の孔が、切り起し部を有するもので
   あるか、または有さないものである請求項第１項に記載
   の排気ガス浄化装置。
6. ６．排気ガス分散板の孔が、バーリング加工により切り
   起し部を有するものである請求項第１項に記載の排気ガ
   ス浄化装置。
7. ７．排気ガス分散板が、金属製ハニカム体に当接させて
   配設するか、または所望の間隔をおいて配設されたもの
   である請求項第１項に記載の排気ガス浄化装置。
8. ８．金属製ハニカム体が、平板状帯材と波板状帯材とを
   相互に当接するように重積し、これを一括渦巻状に巻回
   積層して製作したものである請求項第１項に記載の排気
   ガス浄化装置。
9. ９．金属製ハニカム体が、平板状帯材と波板状帯材とを
   相互に当接するように階層状に重積して製作したもので
   ある請求項第１項に記載の排気ガス浄化装置。
10. １０．金属製ハニカム体が、ハニカム体の中心部から放
    射状に配置された平板状帯材の間に、波形形状が中心部
    から外周部に向けて順次大となる波板状帯材を固定した
    放射状のものである請求項第１項に記載の排気ガス浄化
    装置。
11. １１．金属製ハニカム体が、平板状帯材と波板状帯材と
    からなる浄化エレメントの所望の数をハニカム体の中心
    部から伸開線状に外側に伸開させた伸開状のものである
    請求項第１項に記載の排気ガス浄化装置。
12. １２．金属製ハニカム体が、平板状帯材と波板状帯材と
    を交互に重積した積層体を、該積層体の表面に設定され
    た少なくとも二つの固定点を中心に反対向きに折曲加工
    して平板状帯材と波板状帯材がＳ字状になるように折曲
    加工されたＳ字状のものである請求項第１項に記載の排
    気ガス浄化装置。
13. １３．排気ガス分散板が、ハニカム体より上流側に配設
    されるとともに、該分散板に排気ガス浄化用触媒が担持
    されたものである請求項第１項に記載の排気ガス浄化装
    置。