JPH05154389A - 排気ガス浄化用触媒構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】始動時などの低温時における浄化性能を一層向
上させる。 【構成】平板と波板を重ねてロール状に巻回されたハニ
カム体１とハニカム体を保持する外筒２とからなる排気
ガス浄化用触媒において、排気ガス流入側に表出するハ
ニカム体１の一端面１０は中央部ほど排気ガス流出側に
向かって凹む略円錐状の凹形状をなすことを特徴とす
る。一端面１０では中央部ほどガス流量が増大し、温度
上昇により初期の浄化性能が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関から排出され
る排気ガスを浄化する排気ガス浄化用触媒に関し、詳し
くはメタル担体からなる排気ガス浄化用触媒の構造の改
良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車エンジンなどからの排気ガスを浄
化する排気ガス浄化用触媒として、メタル担体に触媒金
属を担持したメタルハニカム触媒が知られている。この
種の排気ガス浄化用触媒は、箔状の平板と波板を巻回し
て形成されたハニカム体とハニカム体を保持する外筒と
よりなり多数のセルを有するメタル担体と、主としてハ
ニカム体の表面に活性アルミナなどの触媒担持層を介し
て担持された触媒金属とから構成されている。このメタ
ルハニカム触媒は担体が箔状の金属製であるため、モノ
リス担体などに比べて熱伝導率が高くかつ熱容量が小さ
いので早期に温度が上昇し、始動時の浄化性能に優れて
いる。

【０００３】また、排気通路内を流れる排気ガスの流速
は、通路壁との摩擦の影響により通路中央部分では大き
く通路壁に沿う部分では小さい分布が生じる。そのため
メタルハニカム触媒中を流れる排気ガスの流量は中央部
のセルほど多く、中央部の温度が一層早期に上昇すると
いう現象がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記メタ
ルハニカム触媒では、排気ガス流入側端面が平坦であ
り、中央部より少ないといえども通路壁側の外周部分の
セルに流入する排気ガス量はかなり多い。そのため始動
時などの低温時に外周部分を通過した排気ガスは、温度
の上昇が遅いために充分浄化されず、結果として浄化性
能の低下を招く。

【０００５】なお、実開昭６２−１５８１１７号公報に
は、排気ガスの流入側端面が中央部ほど上流側へ向かっ
て円錐状に突出し、流出側端面が円錐状に凹んだ形状の
メタルハニカム触媒が開示されている。この触媒によれ
ば、排気ガスは流入側端面のほぼ全面のセルに均一に流
入し、流量が均一化される。しかし流量が均一化される
と始動時の温度の上昇も均一化され、触媒金属の活性化
温度まで上昇するのに要する時間が長くなり始動時の浄
化性能が低下するという不具合がある。

【０００６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、始動時などの低温時における浄化性能を一
層向上させることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の排気ガス浄化用触媒構造は、平板と波板を重ねてロ
ール状に巻回されたハニカム体とハニカム体を保持する
外筒とよりなるメタル担体と、少なくともハニカム体に
担持された触媒金属と、からなる排気ガス浄化用触媒に
おいて、メタル担体の排気ガス流入側端面に表出するハ
ニカム体の一端面は中央部ほど排気ガス流出側に向かっ
て凹む略円錐状の凹形状をなすことを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明の排気ガス浄化用触媒構造では、メタル
担体の排気ガス流入側端面に表出するハニカム体の一端
面が、中央部ほど排気ガス流出側に向かって凹む略円錐
状の凹形状をなしている。すなわちハニカム体の流入側
一端面では、外周部のセルほど上流側に位置している。

【０００９】すると排気ガスは先ずハニカム体の外周部
のセルに流入するが、一つのセル内を通過可能なガスの
量には限度があり、そのセルを通過できなかったガスは
より下流側に位置するセルに流入する。そのセルを通過
できなかったガスは、さらに下流側に位置するセルに流
入する。したがって排気ガスは最も下流側に位置する中
央部に集まりやすく、中央部の排気ガス流量が増大す
る。これによりハニカム体は排気ガスの温度及び反応熱
で中央部の温度が特に早く上昇し、早期に触媒金属が活
性となるので、始動時などの低温時の排気ガス浄化性能
が向上する。

【００１０】

【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。 （実施例１）図１に本発明の一実施例の排気ガス浄化用
触媒構造と、その触媒を触媒コンバータ内に保持した状
態を示す。この排気ガス浄化用触媒は、ハニカム体１
と、ハニカム体１を保持した外筒２とからなるメタル担
体と、ハニカム体１の表面に形成された図示しない活性
アルミナ層と、活性アルミナ層に担持された白金及びロ
ジウムと、から構成され、触媒コンバータ３内に保持さ
れている。

【００１１】ハニカム体１は、Ｆｅ−２０Ｃｒ−５Ａｌ
−ＲＥＭ（Ｙ，Ｌａ等）などの耐熱鋼から５０μｍの厚
さに形成された箔状の平板と、その平板をコルゲート加
工して形成された波板とからなり、平板と波板とを重ね
てロール状に巻回して形成されている。このハニカム体
１は、一端面１０が中央部ほど軸方向内方へ凹む略円錐
状の凹形状をなし、他端面１１が中央部ほど軸方向外方
へ突出する略円錐状の凸形状をなしている。

【００１２】このハニカム体１は、平板と波板とを重ね
合わせ、図２に示すように巻回方向に対して角度をもた
せて中心部から外周部に向かって巻回することで形成で
きる。また、従来と同様に端面が平坦な円柱状に巻回し
た後、一端面１０の中央部を軸方向に押圧してずらすこ
とで形成することもできる。ハニカム体１は、平板と波
板とが重ねられて巻回された後、４×１０^-4Torrの真空
下、１３００℃で６０分加熱して拡散接合されて一体化
されている。そして最外周が軸方向両端部で外筒２とロ
ウ付け接合されて外筒２に保持されている。なお外筒２
には、例えばステンレス鋼製など従来と同様のものを用
いることができ、その板厚は従来と同様に通常１〜２ｍ
ｍ程度である。

【００１３】この排気ガス浄化用触媒は、ハニカム体１
の一端面１０が排気ガス通路の上流側に、他端面１１が
下流側に向かうように配置されて用いられる。これによ
り排気ガスは一端面１０で中央部に集まり、中央部の流
量が最も多くなる。したがって中央部の温度が速やかに
上昇し、始動初期の浄化性能が向上する。なお、触媒金
属の担持濃度に中央部ほど高くなるように分布を設けて
おけば、排気ガス流量の少ない外周部分で触媒金属が過
剰となるような不具合が防止され、触媒金属の効率の良
い利用が可能となる。 （実施例２）図３に本発明の第２の実施例の排気ガス浄
化用触媒構造を示す。この触媒構造は、実施例１と同様
に形成され長さだけが短いハニカム体１と、両端面が平
坦な円柱状の第二ハニカム体４と、両ハニカム体を保持
する外筒２とからなり、ハニカム体１と第二ハニカム体
４とが空間２０を隔てて軸方向に列設されていること以
外は実施例１と同様である。

【００１４】第二ハニカム体４は、ハニカム体１と同様
の平板及び波板からなり、同様に活性アルミナ層が形成
され触媒金属が担持されている。そして同様に平板と波
板は拡散接合され、外筒２に外側一端部のみがロウ付け
接合されている。またハニカム体１は、凹状の一端面１
０が表出し、凸状の他端面１１は外筒２内で第二ハニカ
ム体４に対向している。

【００１５】本実施例の触媒構造では、ハニカム体１が
排気ガス通路の上流側に、第二ハニカム体４が下流側と
なるように配置されて用いられる。したがってハニカム
体１では実施例１と同様に排気ガスは一端面１０の中央
部に集まりやすく、早期に温度が上昇する。そして触媒
金属の触媒作用による反応熱により、排気ガスはさらに
温度が上昇し、それは中央部に集中しているため放熱も
少ない。したがってハニカム体１を通過した排気ガスの
温度は極めて高くなっている。

【００１６】ところで本実施例のようなタンデム型触媒
構造の場合は、両ハニカム体の間の空間２０で排気ガス
は乱流となりやすい。したがってハニカム体１を通過し
た排気ガスは、中央部からの高温のガス流と外周部から
の低温のガス流がその空間で均一に混合され、平均的な
温度となって第二ハニカム体４に流入する。したがって
図７に示すような端面が平坦なハニカム体を２つ並べた
だけの従来のタンデム型触媒構造に比べて、下流側の第
二ハニカム体４に流入する排気ガス温度が上昇し、第二
ハニカム体４の温度の上昇も早くなって第二ハニカム体
４における浄化性能が向上する。

【００１７】すなわち、本実施例では上流側のハニカム
体１は始動初期の浄化性能と排気ガスの昇温に寄与し、
下流側の第二ハニカム体４が主となって浄化性能を維持
する。 （試験例）上記実施例２の触媒構造をもつタンデム型触
媒を、自動車エンジンの排気系にハニカム体１が上流側
となるように装着し、図３に示すようにそれぞれのハニ
カム体１，４の軸中心にありそれぞれ外側端面より１０
ｍｍの位置にあるＡ点及びＢ点の温度変化を始動直後か
ら時間を追って測定した。結果を図４に示す。なお、比
較のために図７に示す従来のタンデム型触媒について
も、同位置にあるＣ点及びＤ点の温度を同様に測定し、
結果を図４に示す。

【００１８】図４より明らかなように、実施例２の触媒
構造のハニカム体１は早期に温度が上昇している。そし
て第二ハニカム体４は約２０秒経過後から、従来に比べ
て昇温速度が向上している。これは上記したように、第
二ハニカム体４に流入する排気ガス温度が従来に比べて
高くなっていることによるものである。 （実施例３）図５に第３の実施例の触媒構造を示す。こ
の触媒構造は、ハニカム体１’の他端部１１’が平坦と
なっていること以外は実施例２と同様の構成である。こ
のハニカム体１’は、図６に示すように平板と波板とを
重ね、一端側のみを巻回方向に対して角度をもたせて中
心部から外周部に向かって巻回することで形成すること
ができる。

【００１９】この触媒構造も実施例２と同様の作用効果
を奏し、始動時などに優れた浄化性能を示す。

【００２０】

【発明の効果】すなわち本発明の排気ガス浄化用触媒構
造によれば、始動時などの低温条件における浄化性能が
向上するため、条件の変動とはほとんど無関係に安定し
た浄化性能が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の触媒構造を排気系に装着し
た状態を示す断面図である。

【図２】本発明の一実施例に用いられたハニカム体の製
造方法の説明図である。

【図３】本発明の第２の実施例の触媒構造の概略断面図
である。

【図４】排気ガス流入の経過時間と触媒内の温度の関係
を示すグラフである。

【図５】本発明の第３の実施例の触媒構造の概略断面図
である。

【図６】本発明の第３の実施例に用いられたハニカム体
の製造方法の説明図である。

【図７】従来の触媒構造の概略断面図である。

【符号の説明】

１：ハニカム体 ２：外筒
３：触媒コンバータ ４：第二ハニカム体 １０：一端面 １
１：他端面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板と波板を重ねてロール状に巻回され
   たハニカム体と該ハニカム体を保持する外筒とよりなる
   メタル担体と、少なくとも該ハニカム体に担持された触
   媒金属と、からなる排気ガス浄化用触媒において、 前記メタル担体の排気ガス流入側端面に表出する該ハニ
   カム体の一端面は中央部ほど排気ガス流出側に向かって
   凹む略円錐状の凹形状をなすことを特徴とする排気ガス
   浄化用触媒構造。