JPH11336535A - Catalyst structure - Google Patents

Catalyst structure

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Publication number
JPH11336535A
JPH11336535A JP14010698A JP14010698A JPH11336535A JP H11336535 A JPH11336535 A JP H11336535A JP 14010698 A JP14010698 A JP 14010698A JP 14010698 A JP14010698 A JP 14010698A JP H11336535 A JPH11336535 A JP H11336535A
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JP
Japan
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catalyst
exhaust gas
upstream
downstream
catalyst body
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP14010698A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Inohara
孝之 猪原
Kiyonori Sekiguchi
清則 関口
Shigeki Omichi
重樹 大道
Yoshimichi Ito
義通 伊藤
Shinya Hirota
信也 広田
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Toyota Motor Corp
Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make uniform the linear velocity distribution inside a catalyst structure for accelerating the activation of a catalyst, wherein the catalyst structure consists of a plurality of monolith catalyst pieces arranged in series in the exhaust gas flowing direction. SOLUTION: A catalyst structure 1 includes two catalyst pieces 2 and 3 consisting of honeycomb structure composed of bulkheads 21 and 31 of a constant thickness installed at a certain spacing in matrix arrangement formed from lines and columns and cell holes 22 and 32 partitioned by the bulkheads 21 and 31, and these catalyst pieces 2 and 3 are arranged adjoiningly in series in the exhaust gas flowing direction G inside an exhaust pipe 4, wherein the bulkhead 31 of the downstream catalyst 3 has one smaller number of lines and columns than those of the upstream catalyst 2. The positional relationship between the bulkheads 21 and 31 of the two catalysts 2 and 3 is such that the degree of positioning of the downstream bulkhead 31 within the cell holes 22 in the upstream catalyst 2 is greater in the central part of the cross-section of the exhaust gas flow in the exhaust pipe 4 and becomes smaller as going toward the periphery.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関から排出
される排ガスを処理するための触媒コンバータに用いら
れる触媒構造体に関する。
The present invention relates to a catalyst structure used in a catalytic converter for treating exhaust gas discharged from an internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、触媒コンバータは、触媒構造体
としてコージェライト等からなるハニカム構造体に白金
等の触媒を担持してなる触媒体(モノリス触媒)を用
い、この触媒構造体を排気管内に収納してなる。ここ
で、排ガスは、モノリス触媒の排ガス流れ方向に沿った
セル孔を流れるが、その流れは、セル孔内のガス流速
(以下、線速度という)が小さいために層流状態であ
る。
2. Description of the Related Art In general, a catalytic converter uses a catalyst (monolith catalyst) in which a catalyst such as platinum is supported on a honeycomb structure made of cordierite or the like as a catalyst structure, and this catalyst structure is placed in an exhaust pipe. It will be stored. Here, the exhaust gas flows through the cell holes along the exhaust gas flow direction of the monolith catalyst, and the flow is in a laminar flow state because the gas flow velocity (hereinafter, referred to as linear velocity) in the cell holes is small.

【0003】そのため、1個のモノリス触媒からなる触
媒構造体(一体型コンバータ)では、ガス流の中心付近
のガスはセル孔壁と接触する確率は低いために反応し難
く、セル孔の後半では触媒反応(特に酸化反応による発
熱反応)が起きにくく、触媒構造体の温度は上昇し難
い。この理由から、触媒コンバータにおいて、排ガス処
理する実質的な体積は小さく、浄化能力は低いことにな
る。
[0003] Therefore, in a catalyst structure (integrated converter) composed of one monolithic catalyst, the gas near the center of the gas flow is unlikely to react due to a low probability of contact with the cell hole wall, and the gas is difficult to react in the latter half of the cell hole. A catalytic reaction (especially an exothermic reaction due to an oxidation reaction) does not easily occur, and the temperature of the catalyst structure does not easily rise. For this reason, in the catalytic converter, the substantial volume of the exhaust gas treatment is small and the purification capacity is low.

【0004】そこで、触媒の浄化能力を向上させるため
の工夫として、モノリス触媒を排気管内の排ガス流れ方
向に沿って複数個直列に並べた触媒構造体が提案されて
いる。そのようなものとしては、例えば、特開平4−4
7113号公報や特開昭63−18123号公報に記載
のものがある。これらによれば、2個のモノリス触媒を
間隙を設けて直列に配列し、間隙で乱流を発生させるこ
とで、下流側モノリス触媒で効果的に触媒反応できると
されている。
Therefore, as a device for improving the purification ability of the catalyst, a catalyst structure in which a plurality of monolithic catalysts are arranged in series along the flow direction of exhaust gas in an exhaust pipe has been proposed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No.
No. 7113 and JP-A-63-18123. According to these, it is said that two monolith catalysts are arranged in series with a gap therebetween and turbulence is generated in the gap, so that a catalytic reaction can be effectively performed by the downstream monolith catalyst.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者等が上記各従来公報に基づき、モノリス触媒を2個直
列に並べた触媒構造体を試作し検討したところ、触媒が
活性する領域は、各モノリス触媒(特に上流側モノリス
触媒)の中心部に限られており、実質的にモノリス触媒
全体を利用するには至っていないことがわかった。この
ような活性化領域の偏りは、触媒構造体内の線速度分布
が不均一であることが原因であると考えられるが、上記
各従来公報においては、触媒構造体内の線速度分布につ
いては具体的な記載がない。
However, the inventors of the present invention have made a prototype of a catalyst structure in which two monolith catalysts are arranged in series based on each of the above-mentioned conventional publications, and have studied. It was found that the monolith catalyst was limited to the central part of the monolith catalyst (particularly the upstream monolith catalyst), and it was not possible to use substantially the entire monolith catalyst. It is considered that such a bias in the activation region is caused by the non-uniform linear velocity distribution in the catalyst structure. However, in each of the above-mentioned conventional publications, the linear velocity distribution in the catalyst structure is specifically described. There is no description.

【0006】そこで、この線速度分布について本発明者
等が調査検討した結果、排気管の排ガス流れ直角断面の
中心部では線速度が大きく、周辺部では線速度が小さい
ことがわかった。従って、排ガスは触媒構造体の中心部
を重点的に流れることから、周辺部の触媒活性が遅れた
り生じなかったりして、実質上のSV(空間速度)が大
きくなり、充分な浄化能力を得ることができない。
The present inventors have investigated and studied the linear velocity distribution, and as a result, it has been found that the linear velocity is high at the center of the cross section of the exhaust pipe perpendicular to the exhaust gas flow, and low at the peripheral part. Accordingly, since the exhaust gas mainly flows in the central part of the catalyst structure, the catalytic activity in the peripheral part is delayed or not generated, and the SV (space velocity) is substantially increased, and a sufficient purification capacity is obtained. Can not do.

【0007】本発明は上記問題点に鑑み、排ガス流れ方
向に沿って直列に配列された複数個のモノリス触媒から
なる触媒構造体において、触媒の活性化を促進すべく触
媒構造体内部の線速度分布を均一化することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention relates to a catalyst structure comprising a plurality of monolithic catalysts arranged in series along the flow direction of exhaust gas. The purpose is to make the distribution uniform.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】モノリス触媒を用いた触
媒構造体内部の線速度分布を均一化するにあたっては、
ハニカム構造体の隔壁の厚さまたは間隔を変えて、触媒
構造体内部の通気抵抗分布を制御することが考えられ
る。しかし、一般に、1つのハニカム構造体内では隔壁
は一定厚さ及び一定間隔にて形成されており、部分的に
厚さまたは間隔を変えた隔壁を形成することは、複雑な
製造方法が必要となる。
In order to make the linear velocity distribution inside the catalyst structure using a monolithic catalyst uniform,
It is conceivable to control the distribution of airflow resistance inside the catalyst structure by changing the thickness or the interval of the partition walls of the honeycomb structure. However, in general, the partition walls are formed at a constant thickness and a constant interval in one honeycomb structure, and forming the partition walls with a partially changed thickness or interval requires a complicated manufacturing method. .

【0009】本発明は、特殊な構造のハニカム構造体で
はなく、従来からの一定厚さ及び一定間隔にて形成され
た複数の隔壁により区画された複数のセル孔を有するハ
ニカム構造体からなる触媒体、いわゆるモノリス触媒
を、排気管内の排ガス流れ方向に沿って直列に複数個配
置してなる触媒構造体において、各モノリス触媒同士の
ハニカム隔壁の排ガス流れ方向からみた相対的な位置関
係を工夫することに着目してなされたものである。
The present invention is not a honeycomb structure having a special structure but a conventional honeycomb structure having a plurality of cell holes defined by a plurality of partition walls formed at a constant thickness and a constant interval. In a catalyst structure in which a plurality of media, that is, so-called monolithic catalysts are arranged in series along the exhaust gas flow direction in the exhaust pipe, the relative positional relationship between the monolithic catalysts when viewed from the exhaust gas flow direction of the honeycomb partition walls is devised. It is made by paying attention to this.

【0010】すなわち、請求項1記載の発明では、隣接
配置された2つの触媒体(2、3)における排ガス流れ
方向からみた隔壁(21、31)の相対的な位置関係
を、上流側触媒体(2)のセル孔(22)内に下流側触
媒体(3)の隔壁(31)が位置する度合が、排気管
(4)の排ガス流れ直角断面(以下本欄中、単に直角断
面という)の中心部では大きく、周辺部に行くに連れ小
さくなるように、規定したことを特徴としている。
That is, according to the first aspect of the present invention, the relative position of the partition walls (21, 31) in the two adjacently disposed catalyst bodies (2, 3) as viewed from the exhaust gas flow direction is determined by the upstream catalyst body. The degree to which the partition wall (31) of the downstream catalyst body (3) is located within the cell hole (22) of (2) depends on the cross section of the exhaust pipe (4) at right angles to the exhaust gas flow (hereinafter simply referred to as right angle cross section). Is characterized in that it is defined so as to be large at the center and smaller as it goes to the periphery.

【0011】それによって、隣接する両触媒体(2、
3)を排ガス流れ方向からみた場合、直角断面の中心部
では、上流側触媒体(2)のセル孔(22)を通過する
排ガス流れを遮るように下流側触媒体(3)の隔壁(3
1)が位置し、直角断面の周辺部に行くに連れ、両触媒
体(2、3)の隔壁(21、31)が、排ガス流れに対
して同一面に近づくように位置することができる。
As a result, the two adjacent catalyst bodies (2,
When 3) is viewed from the exhaust gas flow direction, the partition wall (3) of the downstream catalyst body (3) is arranged so as to block the flow of exhaust gas passing through the cell holes (22) of the upstream catalyst body (2) at the center of the perpendicular cross section.
As 1) is located and goes to the periphery of the right-angled cross section, the partition walls (21, 31) of both catalyst bodies (2, 3) can be positioned so as to approach the same plane with respect to the exhaust gas flow.

【0012】従って、本発明では、触媒構造体におい
て、直角断面の中心部では通気抵抗が大きく、直角断面
の周辺部では通気抵抗が小さくなるため、上記線速度分
布の偏りを是正し、均一な線速度分布を実現できる。よ
って、触媒構造体の全体に渡って活性化を促進させるこ
とができ、始動性能に優れた触媒コンバータを提供する
ことができる。
Therefore, according to the present invention, in the catalyst structure, the ventilation resistance is large at the center of the right-angled cross section, and small at the periphery of the right-angled cross section. A linear velocity distribution can be realized. Therefore, activation can be promoted over the entire catalyst structure, and a catalytic converter having excellent starting performance can be provided.

【0013】また、請求項2記載の発明では、各触媒体
(2、3)の開口率を、直角断面の面積のうち複数のセ
ル孔(21、31)の開口面積の占める比率であると定
義したとき、上流側触媒体(2)の開口率Aと下流側触
媒体(3)の開口率Bとによる開口率比B/Aを、0.
8〜1.2の範囲内としたことを特徴している。開口率
比B/Aをこのような範囲内としたのは、以下の理由に
よる。一般に、モノリス触媒の開口率は、排ガス流れを
阻害しないように、実用上ある程度(例えば60〜70
%)以下にはできず、隔壁の厚さをあまり薄くはできな
い。ここで、もしB/Aが違いすぎると、片方のモノリ
ス触媒の開口率が極端に大きくなるか、または、他方の
開口率が極端に小さくなる。
According to the second aspect of the present invention, the opening ratio of each catalyst body (2, 3) is defined as the ratio of the opening area of the plurality of cell holes (21, 31) to the area of the right-angled cross section. When defined, the aperture ratio B / A based on the aperture ratio A of the upstream catalyst body (2) and the aperture ratio B of the downstream catalyst body (3) is set to 0.
It is characterized by being in the range of 8 to 1.2. The reason why the aperture ratio B / A is set in such a range is as follows. In general, the opening ratio of the monolith catalyst is practically certain (for example, 60 to 70) so as not to hinder the exhaust gas flow.
%) Or less, and the thickness of the partition walls cannot be reduced too much. Here, if B / A is too different, the aperture ratio of one of the monolithic catalysts becomes extremely large, or the other one becomes extremely small.

【0014】そのため、開口率が極端に大きくなると、
隔壁を極端に薄くしたハニカム構造となり、モノリス触
媒の強度が実用レベルから外れてしまう。一方、開口率
が極端に小さくなると、隔壁が厚くなってモノリス触媒
の圧力損失が大きくなり、エンジン出力に悪影響を及ぼ
す。請求項2記載の発明では、比B/Aを上記範囲に規
定することにより、好適な強度及び圧力損失を有する触
媒構造体を提供できる。
Therefore, when the aperture ratio becomes extremely large,
The honeycomb structure has an extremely thin partition wall, and the strength of the monolith catalyst deviates from a practical level. On the other hand, when the opening ratio becomes extremely small, the partition wall becomes thick and the pressure loss of the monolith catalyst increases, which adversely affects the engine output. According to the second aspect of the present invention, by defining the ratio B / A within the above range, a catalyst structure having suitable strength and pressure loss can be provided.

【0015】また、請求項3記載の発明においては、上
流側及び下流側触媒体(2、3)の直角断面と平行な断
面の面積が同じであるとき、排ガス流れ方向における上
流側触媒体(2)の長さLと下流側触媒体(3)の長さ
Mとによる容積比M/Lを、0.3〜1.8の範囲内と
している。つまり比M/Lが違いすぎると片方の触媒体
が細長或いは薄型となったりして触媒体の強度が弱くな
る。本発明では、比M/Lを上記範囲に規定することに
より、実用的強度を有する触媒構造体を提供できる。
According to the third aspect of the present invention, when the upstream and downstream catalyst bodies (2, 3) have the same cross-sectional area parallel to the right-angle cross section, the upstream catalyst body (2, 3) in the exhaust gas flow direction. 2) The volume ratio M / L based on the length L and the length M of the downstream catalyst body (3) is in the range of 0.3 to 1.8. That is, if the ratio M / L is too different, one of the catalyst bodies becomes slender or thin, and the strength of the catalyst body becomes weak. In the present invention, by defining the ratio M / L in the above range, a catalyst structure having practical strength can be provided.

【0016】また、請求項4記載の発明では、上流側及
び下流側の両触媒体(2、3)の配置間隔が、どちらか
一方の触媒体の隔壁(21、31)間隔の10倍以下の
距離に制限されていることを特徴としている。両触媒体
が離れすぎると、下流側触媒体の隔壁が上流側触媒体の
セル孔を通過する排ガス流れを遮る効果が弱くなってし
まうが、本発明では、両触媒体(2、3)間の空隙を制
限することで、両触媒体がつながった形となるため、上
記効果を確実に実現できる。
According to the fourth aspect of the present invention, the interval between the upstream and downstream catalyst bodies (2, 3) is not more than 10 times the interval between the partition walls (21, 31) of one of the catalyst bodies. It is characterized by being restricted to the distance of. If the two catalysts are too far apart, the effect of the partition wall of the downstream catalyst blocking the flow of exhaust gas passing through the cell holes of the upstream catalyst will be weak. By restricting the voids, the two catalyst bodies are connected to each other, so that the above-described effect can be reliably achieved.

【0017】また、請求項5記載の発明では、上流側及
び下流側触媒体(2、3)における直角断面と平行な断
面の外周形状を同一形状且つ同一寸法とし、両触媒体
(2、3)の隔壁(21、31)を直角断面と平行な断
面において、それぞれ行と列で構成されるマトリクス状
に配列したものとし、更に、上流側触媒体(2)に比べ
て下流側触媒体(3)のマトリクス配列の行及び列の各
数を1つ多いか又は1つ少なくしたことを特徴としたも
のである。
According to the fifth aspect of the present invention, the outer peripheral shapes of the cross sections parallel to the right-angled cross section of the upstream and downstream catalyst bodies (2, 3) have the same shape and the same size, and both the catalyst bodies (2, 3) ) Are arranged in a matrix composed of rows and columns in a cross section parallel to the right-angled cross section, and the downstream catalyst body (2) is further compared with the upstream catalyst body (2). 3) The number of rows and columns of the matrix arrangement is increased by one or decreased by one.

【0018】本発明は、請求項1記載の発明の具体的手
段を提供するものであり、上記マトリクス配列を有する
両触媒体(2、3)を直列に配列させることで、上記隔
壁(21、31)の相対的な位置関係を実現することが
できる。また、請求項6記載の発明では、上流側及び下
流側触媒体(2、3)のうちどちらか一方の触媒体を変
位させることによって、隔壁(21、31)の相対的な
位置関係をずらす変位手段(6)を有することを特徴と
しており、触媒構造体の触媒の活性化度合またはエンジ
ン出力に応じて、触媒構造体全体の通気抵抗を変え、線
速度分布を変えることができる。具体的に変位手段
(6)は、請求項7記載の発明のようなものにできる。
The present invention provides specific means according to the first aspect of the present invention, wherein the catalysts (2, 3) having the matrix arrangement are arranged in series, whereby the partition walls (21, 2) are arranged. 31) can be realized. In the invention according to claim 6, the relative positional relationship between the partition walls (21, 31) is shifted by displacing one of the upstream and downstream catalyst bodies (2, 3). It is characterized by having a displacement means (6), and can change the ventilation resistance of the entire catalyst structure and the linear velocity distribution according to the degree of activation of the catalyst of the catalyst structure or the engine output. Specifically, the displacement means (6) can be the same as the invention according to claim 7.

【0019】なお、上記した括弧内の符号は、後述する
実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。
The symbols in parentheses above indicate the correspondence with specific means described in the embodiments described later.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】(第1実施形態)本第1実施形態
では、本発明の触媒構造体を、ガソリンもしくはディー
ゼルエンジンからの排気ガスを浄化する触媒コンバータ
に用いられるものとして説明する。本実施形態に係る触
媒構造体の構造を図1の模式図に示す。図1において、
(a)には本実施形態の触媒構造体1を示し、(b)に
は比較例として、上記課題の欄にて述べた上記従来公報
(特開平4−47113号公報)に基づいて本発明者等
が試作した触媒構造体100を示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) In a first embodiment, a catalyst structure of the present invention will be described as being used in a catalytic converter for purifying exhaust gas from a gasoline or diesel engine. The structure of the catalyst structure according to the present embodiment is shown in the schematic diagram of FIG. In FIG.
(A) shows the catalyst structure 1 of the present embodiment, and (b) shows, as a comparative example, the present invention based on the above-mentioned conventional gazette (Japanese Patent Laid-Open No. 4-47113) described in the above-mentioned subject column. 1 shows a catalyst structure 100 prototyped by the present inventors.

【0021】図1(a)に示す様に、本実施形態の触媒
構造体1は、排ガスを浄化するための触媒体2、3が、
排気管(コンバータシェル)4内の排ガス流れ方向(図
1(a)中、矢印Gにて示す)に沿って直列に2個配置
されてなる。触媒構造体1は排気管4内に固定配置され
た状態で、触媒コンバータとして構成される。以下、排
気管4の排ガス流れ上流側(図1(a)の左側)に位置
する触媒体2を上流側触媒体、下流側(図1(a)の右
側)に位置する触媒体3を下流側触媒体という。
As shown in FIG. 1A, a catalyst structure 1 according to the present embodiment comprises catalysts 2, 3 for purifying exhaust gas.
Two are arranged in series along the exhaust gas flow direction in the exhaust pipe (converter shell) 4 (indicated by an arrow G in FIG. 1A). The catalyst structure 1 is fixedly arranged in the exhaust pipe 4 and is configured as a catalytic converter. Hereinafter, the catalyst body 2 located on the exhaust gas flow upstream side (left side in FIG. 1A) of the exhaust pipe 4 is the upstream catalyst body, and the catalyst body 3 located on the downstream side (right side in FIG. 1A) is downstream. It is called the side catalyst.

【0022】ここで、図2は、図1(a)において排ガ
ス流れ方向Gから見た触媒構造体1の構成を示す模式図
であり、(a)は上流側触媒体2単体、(b)は下流側
触媒体3単体、(c)は両触媒体2、3を組み合わせた
構成、つまり触媒構造体1全体の構成を示す。各触媒体
2、3は、コージェライト等から金型成形された円柱状
のハニカム構造体からなり、軸方向を排ガス流れ方向G
と平行に配置されている。
Here, FIG. 2 is a schematic view showing the structure of the catalyst structure 1 viewed from the exhaust gas flow direction G in FIG. 1A, wherein FIG. 2A shows the upstream catalyst body 2 alone, and FIG. Represents the downstream catalyst body 3 alone, and (c) shows a configuration in which both catalyst bodies 2 and 3 are combined, that is, the overall configuration of the catalyst structure 1. Each of the catalyst bodies 2 and 3 is formed of a columnar honeycomb structure which is molded from cordierite or the like.
And are arranged in parallel.

【0023】本例では両触媒体2、3の形状関係は以下
の様である。図1に示す円柱の軸方向(排ガス流れ方向
G)における長さL、Mは両者同等である。また、図2
に示す様に、径方向断面(排気管4の排ガス流れ直角断
面と平行な断面)の外周形状は、両触媒体2、3で同一
の円形状で且つ同一寸法であり、両触媒体2、3の容積
も同等である。例えば、上記長さL、Mは共に約12c
m、上記径方向断面の面積は共に約110cm2 、上記
容積は共に約1.3リットルとできる。
In this embodiment, the shape relationship between the two catalyst bodies 2 and 3 is as follows. The lengths L and M in the axial direction (exhaust gas flow direction G) of the cylinder shown in FIG. 1 are the same. FIG.
As shown in the figure, the outer peripheral shape of the radial cross section (the cross section parallel to the cross section perpendicular to the exhaust gas flow of the exhaust pipe 4) is the same circular shape and the same size for both catalyst bodies 2, 3, and both catalyst bodies 2, 3 The volume of 3 is also equivalent. For example, the lengths L and M are both about 12c.
m, the area of the cross section in the radial direction is about 110 cm 2 , and the volume is about 1.3 liters.

【0024】また、図2に示す様に、両触媒体2、3は
共に、複数の隔壁21、31と、これら隔壁21、31
にて区画され排ガス流れ方向Gと平行な複数のセル孔2
2、32とを有する。各複数の隔壁21、31は、排ガ
ス流れ方向Gからみて、それぞれ一定厚さ(例えば0.
15〜0.17μm)及び一定間隔(つまり、一定のセ
ル孔ピッチ、例えば約1.3mm)に形成されており、
径方向断面において行と列で構成されるマトリクス状に
配列されている。
As shown in FIG. 2, both the catalyst bodies 2 and 3 have a plurality of partitions 21 and 31 and these partitions 21 and 31
A plurality of cell holes 2 defined in parallel with the exhaust gas flow direction G
2, 32. Each of the plurality of partition walls 21 and 31 has a constant thickness (for example, 0.1 mm) when viewed from the exhaust gas flow direction G.
15 to 0.17 μm) and at regular intervals (that is, at a constant cell hole pitch, for example, about 1.3 mm),
They are arranged in a matrix composed of rows and columns in a radial cross section.

【0025】ここで、各複数のセル孔22、32の内面
には、Pt等からなる排ガス浄化用の貴金属触媒が担持
されている。また、触媒体において径方向断面の面積の
うちセル孔の開口面積の占める比率すなわち開口率は、
本例では、上流側触媒体2の開口率A及び下流側触媒体
3の開口率B共に同等であり、適当なエンジン出力を得
ることが可能なレベル(例えば60〜70%程度)とし
ている。
Here, a noble metal catalyst made of Pt or the like for purifying exhaust gas is carried on the inner surface of each of the plurality of cell holes 22 and 32. The ratio of the opening area of the cell holes to the area of the radial cross section in the catalyst body, that is, the opening ratio,
In this example, the opening ratio A of the upstream catalyst body 2 and the opening ratio B of the downstream catalyst body 3 are the same, and are set to a level (for example, about 60 to 70%) at which an appropriate engine output can be obtained.

【0026】さらに、マトリクス状に配列された各隔壁
21、31において、上流側触媒体2の隔壁21はm行
及びn列、下流側触媒体3の隔壁31は上流側触媒体2
側よりも、行及び列が1つ多いか又は1つ少ない、つま
り、m±1行及びn±1列の配列構成としている。な
お、各触媒体2、3において、行と列が同数(m=n)
であってもよい。
Further, in each of the partitions 21 and 31 arranged in a matrix, the partitions 21 of the upstream catalyst 2 are arranged in m rows and n columns, and the partitions 31 of the downstream catalyst 3 are placed in the upstream catalyst 2.
The number of rows and columns is one more or one less than the side, that is, the arrangement configuration is m ± 1 rows and n ± 1 columns. In each of the catalyst bodies 2 and 3, the same number of rows and columns (m = n)
It may be.

【0027】従って、下流側触媒体3の隔壁31がm−
1行及びn−1行の配列であるときは、下流側触媒体3
は、上流側触媒体2よりも、隔壁31を厚くするか及び
/又は間隔(ピッチ)を狭くし、下流側触媒体3の隔壁
31がm+1行及びn+1行の配列であるときは、下流
側触媒体3は、上流側触媒体2よりも、隔壁31を薄く
するか及び/又は間隔(ピッチ)を広くすることとな
る。
Therefore, the partition wall 31 of the downstream catalyst body 3 is m-
When the arrangement is one row and n-1 rows, the downstream catalyst body 3
The thickness of the partition wall 31 is made thicker and / or the interval (pitch) is made narrower than that of the upstream catalyst body 2. When the partition walls 31 of the downstream catalyst body 3 are arranged in m + 1 rows and n + 1 rows, The catalyst body 3 makes the partition wall 31 thinner and / or makes the interval (pitch) wider than the upstream catalyst body 2.

【0028】なお実際には、各触媒体2、3のセル孔2
2、32は、約400個/平方インチ、例えば1平方イ
ンチ(約25.4cm×25.4cm)当たり20行及
び20列程度としているが、図2では、便宜上実際より
も少なく示してある。図2(a)に示す上流側触媒体2
は28行×28列、図2(b)に示す下流側触媒体3
は、上流側触媒体2よりも行及び列が1つ少ない27行
×27列のマトリクス配列としている。
In practice, the cell holes 2 of each of the catalyst bodies 2 and 3
The numbers 2, 32 are about 400 pieces / square inch, for example, about 20 rows and 20 columns per square inch (about 25.4 cm × 25.4 cm). However, in FIG. The upstream catalyst body 2 shown in FIG.
Is 28 rows × 28 columns, and the downstream catalyst body 3 shown in FIG.
Are arranged in a matrix of 27 rows × 27 columns, one row and one column smaller than the upstream catalyst body 2.

【0029】図2(c)は、各触媒体2、3を直列配列
した触媒構造体1を、排ガス流れ方向Gからみたものだ
が、図2(a)と図2(b)との2つを重ね合わせたも
のに相当する。両図を重ね合わせた結果生じる合成ピッ
チは、径断面中心部付近では狭く、周辺部で広くなる。
つまり、図1(a)の破線D1及びD2に示す様に、径
断面中心部では、上流側触媒体2のセル孔22を通過す
る排ガス流れを遮るように、下流側触媒体3の隔壁31
が位置し、周辺部に行くに連れ、両触媒体2、3の隔壁
21、31が、排ガス流れに対して同一面に近づくよう
に位置している。
FIG. 2C shows the catalyst structure 1 in which the catalyst bodies 2 and 3 are arranged in series as viewed from the exhaust gas flow direction G. FIG. 2A and FIG. Are equivalent to those obtained by superimposing. The composite pitch resulting from the superposition of both figures is narrow near the center of the radial cross section and wide at the periphery.
That is, as shown by dashed lines D1 and D2 in FIG. 1A, the partition wall 31 of the downstream catalyst body 3 is cut off at the center of the radial cross section so as to block the flow of exhaust gas passing through the cell holes 22 of the upstream catalyst body 2.
And the partition walls 21 and 31 of the catalyst bodies 2 and 3 are located closer to the same plane with respect to the flow of exhaust gas toward the peripheral portion.

【0030】ここで、この相対的な位置関係は、上述の
様に、上流側触媒体2に比べて下流側触媒体3のマトリ
クス配列の行及び列の各数を1つ多く又は1つ少なく
(本例では1つ少ない)することで、実現されている
が、この実現手段は、一定厚さ及び一定間隔で形成され
た隔壁を有し、径断面の外周形状が同一形状且つ同一寸
法である一対の触媒体の組合せにおいて、本発明者等が
鋭意検討した結果、独自に見いだしたものである。
Here, as described above, the relative positional relationship is such that the number of rows and columns in the matrix arrangement of the downstream catalyst 3 is one more or one less than that of the upstream catalyst 2 as described above. (In this example, one less), this realizing means has partition walls formed with a constant thickness and a constant interval, and the outer peripheral shape of the radial cross section is the same shape and the same size. The present inventors have made intensive studies on a combination of a certain pair of catalyst bodies, and as a result, have uniquely found them.

【0031】そして、この様に、上流側触媒体2のセル
孔22内に下流側触媒体3の隔壁31が位置する度合
が、径断面中心部では大きく(つまりピッチが狭く)、
径断面周辺部に行くに連れ小さく(つまりピッチが広
く)なっているため、ピッチが狭い中心部付近では通気
抵抗が大きくなり、ピッチが広い周辺部では通気抵抗が
小さくなる。
As described above, the degree to which the partition wall 31 of the downstream catalyst body 3 is located in the cell hole 22 of the upstream catalyst body 2 is large (that is, the pitch is narrow) at the center of the radial cross section.
Since the diameter becomes smaller toward the periphery of the radial cross section (that is, the pitch becomes wider), the ventilation resistance increases near the center where the pitch is small, and decreases in the periphery where the pitch is large.

【0032】また、もし、両触媒体2、3が離れすぎる
と、上流側触媒体2のセル孔22を通過してくる排ガス
流れを、下流側触媒体3の隔壁31によって遮る効果が
弱くなってしまうため、図1(a)に示す両触媒体2、
3の配置間隔Rは、両触媒体2、3のどちらか一方の隔
壁21、31間隔(セル孔22、32の1ピッチ)の1
0倍以下の距離に制限されている。なお、両触媒体2、
3は、従来のように間隙を設ける必要はなく、接触して
いてもよい。
If the two catalysts 2 and 3 are too far apart, the effect of blocking the flow of exhaust gas passing through the cell holes 22 of the upstream catalyst 2 by the partition walls 31 of the downstream catalyst 3 becomes weak. Therefore, both catalyst bodies 2 shown in FIG.
3 is one of the distance between the partition walls 21 and 31 of one of the catalyst bodies 2 and 3 (one pitch of the cell holes 22 and 32).
The distance is limited to 0 times or less. In addition, both catalyst bodies 2,
3 does not need to provide a gap as in the related art, and may be in contact.

【0033】ここで、図3は、本実施形態と図1(b)
に示す比較例との作用効果の違いを、排ガスの低温状態
における活性域の変化として示す図であり、(a)に本
実施形態、(b)に比較例を示す。比較例である触媒構
造体100は、上述のように、上記従来公報(特開平4
−47113号公報)に基づいて本発明者等が試作した
もので、等しい容積の触媒体(モノリス触媒)200、
300を排ガス流れ方向Gに沿って、間隙を設けて2個
直列に配列したものである。
Here, FIG. 3 shows this embodiment and FIG.
FIGS. 7A and 7B are diagrams showing a difference in the operation and effect from the comparative example shown in FIG. 7 as a change in an active region in a low temperature state of exhaust gas. FIG. 7A shows this embodiment, and FIG. As described above, the catalyst structure 100 of the comparative example is disclosed in the above-mentioned conventional publication (Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
No.-47113), which was prototyped by the present inventors and has a catalyst body (monolith catalyst) 200 having an equal volume.
Two 300s are arranged in series with a gap along the exhaust gas flow direction G.

【0034】排気管4内の排ガス流れは、もともと管の
排ガス流れ直角断面中心部が大きく周辺部が小さいた
め、本実施形態では、通気抵抗を上記構成としたことに
より、上記線速度分布の偏りが生じることがなく均一に
できる。そのため、図3(a)に示す様に、排ガスの加
熱による触媒構造体1の温度分布は、周辺部までの広範
囲にわたって均一な温度分布とでき、活性域は均一に拡
大していく。
Since the flow of the exhaust gas in the exhaust pipe 4 is originally large at the center in the cross section perpendicular to the flow of the exhaust gas in the pipe and small at the periphery, in the present embodiment, the above-described configuration of the ventilation resistance makes the linear velocity distribution unbalanced. Can be made uniform without generation of blemishes. Therefore, as shown in FIG. 3A, the temperature distribution of the catalyst structure 1 due to the heating of the exhaust gas can be made uniform over a wide range up to the peripheral portion, and the active region is expanded uniformly.

【0035】一方、図3(b)に示す様に、比較例にお
いては特開平4−47113号公報に記載されている通
り、下流側の触媒体300入口において新たに乱流を発
生することから、その入口面の温度は、上流側の触媒体
200の出口付近に比べて上昇し、下流側の触媒体30
0ではある程度均一に活性域が拡大できる。しかし、特
に上流側の触媒体200内では、上記線速度分布の偏り
によって、活性度の高い部分が中心部に偏り、周辺部に
行くに連れて活性度の低い部分、更には未活性域が生じ
る。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, in the comparative example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-47113, turbulence is newly generated at the inlet of the catalyst body 300 on the downstream side. The temperature of the inlet surface rises as compared with the vicinity of the outlet of the upstream catalyst body 200, and the temperature of the downstream catalyst body 30 rises.
At 0, the active area can be expanded to some extent uniformly. However, particularly in the upstream catalyst body 200, due to the bias of the linear velocity distribution, the high-activity portion is biased toward the center portion, and the low-activity portion toward the peripheral portion, and further the inactive region, Occurs.

【0036】このように、本実施形態では、触媒構造体
1において、排気管4の排ガス流れ直角断面の中心部付
近では排ガスが通り難く周辺部ではガスが通り易くなる
ため、上記中心部に偏った線速度分布を是正し、均一な
線速度分布を実現できる。よって、触媒構造体1の全体
に渡って活性化を促進させることができ、始動性能及び
排ガス処理能力に優れた触媒コンバータを提供すること
ができる。
As described above, in the present embodiment, in the catalyst structure 1, the exhaust gas is difficult to pass near the center of the exhaust pipe 4 at a cross section perpendicular to the exhaust gas flow, and the gas is easy to pass in the peripheral portion. The linear velocity distribution can be corrected and a uniform linear velocity distribution can be realized. Therefore, activation can be promoted over the entire catalyst structure 1, and a catalytic converter excellent in starting performance and exhaust gas processing ability can be provided.

【0037】次に、この線速度分布の均一化が、触媒構
造体1における触媒活性化に与える効果について、より
具体的に述べる。ここで、図4及び図5は、それぞれ本
実施形態の触媒活性効果を示す図であり、図4は、ガソ
リンエンジンの触媒コンバータに使用した場合、図5
は、ディーゼルエンジンの触媒コンバータに使用した場
合を表す。
Next, the effect of the uniformized linear velocity distribution on the activation of the catalyst in the catalyst structure 1 will be described more specifically. Here, FIGS. 4 and 5 are diagrams showing the catalytic activity effect of the present embodiment, respectively. FIG. 4 shows a case where the present invention is used for a catalytic converter of a gasoline engine.
Indicates a case where the catalyst is used for a catalytic converter of a diesel engine.

【0038】図4は、ガソリンエンジンの3元触媒に用
い、LA#4モードにて効果を調べた例であり、(a)
に活性効果の指標として経過時間に対する活性割合の推
移を示し、(b)にLA#4モードを示す。ここで、活
性割合(%)は、触媒構造体体積(コンバータ体積)に
占める活性域体積(触媒床温度が200℃以上である領
域の温度)の割合である。
FIG. 4 shows an example in which the effect is examined in the LA # 4 mode using the three-way catalyst of a gasoline engine.
Shows the transition of the activity ratio with respect to the elapsed time as an index of the activity effect, and (b) shows the LA # 4 mode. Here, the activity ratio (%) is a ratio of the active region volume (the temperature in the region where the catalyst bed temperature is 200 ° C. or higher) to the catalyst structure volume (converter volume).

【0039】比較例では、図3(b)に示した様に、触
媒構造体100の入口中心部を中心に温度は上昇し、触
媒構造体100全体が触媒活性するまでには時間がかか
るため、活性割合が20%を越えるのに約280sec
かかる。一方、本実施形態では、それよりも速く(約2
30sec)活性割合が20%を越えるため、コンバー
タの始動性に優れ、その分HCの排出を抑えエミッショ
ンの低減が図れる。
In the comparative example, as shown in FIG. 3B, the temperature rises around the center of the inlet of the catalyst structure 100, and it takes time for the entire catalyst structure 100 to become catalytically active. About 280 sec when the activity ratio exceeds 20%
Take it. On the other hand, in this embodiment, it is faster (about 2).
30 sec) Since the activity ratio exceeds 20%, the startability of the converter is excellent, and the emission of HC can be suppressed and the emission can be reduced accordingly.

【0040】図5は、スロットルレバー開度(縦軸)及
びエンジン回転状態(横軸)と、触媒構造体の活性状態
の割合との関係を示すものである。ここで、活性状態と
は、触媒構造体のうち触媒床温度が200℃以上の領域
の体積が、触媒構造体の全体積の80%を越える運転領
域である。図5中、片方向ハッチング部は比較例、クロ
スハッチング部は本実施形態により更に拡大された活性
状態の領域を示す。
FIG. 5 shows the relationship between the throttle lever opening (vertical axis) and the engine rotation state (horizontal axis) and the ratio of the active state of the catalyst structure. Here, the active state is an operation region in which the volume of the region of the catalyst structure where the catalyst bed temperature is 200 ° C. or more exceeds 80% of the total volume of the catalyst structure. In FIG. 5, a one-way hatched portion indicates a comparative example, and a cross-hatched portion indicates a region in an active state further enlarged according to the present embodiment.

【0041】なお、ディーゼルエンジンにおいては、排
ガス温度が200℃以下(100℃以上)という触媒活
性を生じない低温条件があるために、例えば、アイドリ
ング運転後の発進加速時には、高活性なPt系触媒を用
いても触媒の活性温度域が200℃以上であることか
ら、この活性状態となる運転領域でしか、エミッション
低減能力を発揮しない。図5に示す様に、本実施形態で
は、比較例に比べて、少ないスロットルレバー開度及び
少ないエンジン回転数にて、触媒構造体1を活性状態と
することができる。
In a diesel engine, since there is a low temperature condition in which the exhaust gas temperature is 200 ° C. or less (100 ° C. or more) and catalytic activity does not occur, for example, when starting and accelerating after idling operation, a highly active Pt-based catalyst is used. Even if is used, the active temperature range of the catalyst is 200 ° C. or higher, so that the emission reduction ability is exhibited only in the operating region where the catalyst is in the active state. As shown in FIG. 5, in the present embodiment, the catalyst structure 1 can be activated with a smaller throttle lever opening and a smaller engine speed than in the comparative example.

【0042】ところで、ディーゼルエンジンからの排ガ
ス中には、黒鉛等を含む煤成分からなるPM(浮遊粒
子)が存在するために、PMがモノリス触媒のセル孔壁
に付着して、ついには閉塞に至ることが本発明者等の試
験検討によりわかっている。また、本発明者等の試験検
討により、このPMの付着は、セル孔壁温度の低下時、
線流速の低下時に生じやすいことがわかっている。
By the way, since PM (suspended particles) composed of a soot component containing graphite and the like is present in the exhaust gas from the diesel engine, the PM adheres to the cell pore wall of the monolith catalyst, and finally becomes clogged. It is known from the examination and examination by the present inventors that this will be achieved. Further, according to tests and studies by the present inventors, this adhesion of PM occurs when the cell hole wall temperature decreases.
It is known that this is likely to occur when the linear flow velocity decreases.

【0043】ここで、図6(本実施形態)及び図7(比
較例)は、触媒構造体1、100をディーゼルエンジン
の触媒(酸化触媒)として使用したときの、触媒構造体
1、100内のPM堆積分布を示すものである。ここで
両図において、(b)は、(a)に示す触媒構造体1、
100の排ガス流れ方向直角断面(観察面P1、P2、
P3、P4)における各触媒構造体1、100の中心部
から周辺部までの径方向のPM堆積分布を、ハッチング
部として示したものである。なお、符号Kは触媒構造体
の排ガス流れ方向直角断面の中心線を示す。
Here, FIG. 6 (this embodiment) and FIG. 7 (comparative example) show the inside of the catalyst structure 1, 100 when the catalyst structure 1, 100 is used as a catalyst (oxidation catalyst) for a diesel engine. 3 shows the PM accumulation distribution of the sample. Here, in both figures, (b) shows the catalyst structure 1 shown in (a),
100 cross sections perpendicular to the exhaust gas flow direction (observation planes P1, P2,
P3, P4) shows the PM deposition distribution in the radial direction from the central part to the peripheral part of each catalyst structure 1, 100 as hatched portions. The symbol K indicates a center line of a cross section of the catalyst structure perpendicular to the exhaust gas flow direction.

【0044】本実施形態においては、触媒構造体1の周
辺部では排ガスが通り易いために、従来のモノリス触媒
に比べてセル孔壁温度が上昇することから、周辺部にお
けるPM堆積量は大幅に低減されている。この結果、モ
ノリス触媒全体を利用することができ、耐久性を向上さ
せる。このように、本実施形態は、このディーゼルエン
ジンにおけるPMによるセル孔閉塞を抑制する効果も奏
する。
In the present embodiment, since the exhaust gas easily flows in the peripheral portion of the catalyst structure 1, the cell hole wall temperature rises as compared with the conventional monolith catalyst, so that the amount of deposited PM in the peripheral portion is greatly increased. Has been reduced. As a result, the entire monolith catalyst can be used, and the durability is improved. As described above, the present embodiment also has an effect of suppressing cell hole blockage due to PM in the diesel engine.

【0045】以上述べてきたように、本実施形態によれ
ば、特殊な構造のハニカム構造体ではなく、従来からの
一定厚さ及び一定間隔にて形成された複数の隔壁を有す
る触媒体(モノリス触媒)2、3を2個直列に配置して
なる触媒構造体1において、各触媒体2、3同士の隔壁
21、31の行及び列の数を1つ異ならせるだけの簡単
な手法にて、上記隔壁の相対位置関係を実現でき、均一
な線速度分布を実現できる。
As described above, according to the present embodiment, instead of a honeycomb structure having a special structure, a catalyst body (monolith) having a plurality of partition walls formed at a certain thickness and at a certain interval is not used. In the catalyst structure 1 in which two catalysts 2 and 3 are arranged in series, a simple method is used in which the numbers of rows and columns of the partition walls 21 and 31 between the catalysts 2 and 3 are different from each other by one. Thus, the relative positional relationship between the partition walls can be realized, and a uniform linear velocity distribution can be realized.

【0046】また、本実施形態によれば、径方向断面積
が同一形状且つ同一寸法である両触媒体2、3におい
て、開口率A、Bを同等(すなわち開口率比B/Aを約
1.0)とし、円柱の軸方向長さL、Mを同等(すなわ
ち容積比M/Lを約1.0)としているため、強度及び
圧力損失が実用上好適なハニカム構造体からなる触媒構
造体を提供できる。なお、本発明者等の検討によれば、
開口率比B/Aは0.8〜1.2の範囲内、容積比M/
Lは0.3〜1.8の範囲内が好ましい。
According to the present embodiment, the opening ratios A and B are equal (that is, the opening ratio B / A is about 1) in the two catalyst bodies 2 and 3 having the same shape and the same cross-sectional area in the radial direction. .0) and the axial lengths L and M of the cylinders are equal (that is, the volume ratio M / L is about 1.0), so that the catalyst structure is made of a honeycomb structure having practically suitable strength and pressure loss. Can be provided. According to the study by the present inventors,
The opening ratio B / A is in the range of 0.8 to 1.2, and the volume ratio M /
L is preferably in the range of 0.3 to 1.8.

【0047】また、本実施形態によれば、両触媒体2、
3の配置間隔Rが、どちらか一方の触媒体の隔壁21、
31間隔の10倍以下の距離に制限されているため、両
触媒体2、3がつながった形となる。従って、図2
(c)に示す両触媒体2、3の隔壁21、31の配置関
係による線速度分布均一化の効果を、スムーズに発揮さ
せることができる。
According to the present embodiment, both catalysts 2
3, the spacing R of either one of the catalyst bodies,
Since the distance is limited to 10 times or less of the 31 interval, both catalyst bodies 2 and 3 are connected. Therefore, FIG.
The effect of uniformizing the linear velocity distribution due to the arrangement relationship of the partition walls 21 and 31 of the catalyst bodies 2 and 3 shown in (c) can be smoothly exerted.

【0048】(第2実施形態)本発明の第2実施形態に
係る触媒コンバータを図8に示す。本実施形態では、上
流側及び下流側触媒体2、3のうちどちらか一方の触媒
体を変位させることによって、隔壁21、31の相対的
な位置関係をずらす変位手段6を有することを特徴とし
ている。以下、主として、上記第1実施形態と異なる部
分について述べ、同一部分については、図中、同一符号
を付して説明を省略する。
(Second Embodiment) FIG. 8 shows a catalytic converter according to a second embodiment of the present invention. The present embodiment is characterized by having a displacement means 6 for displacing one of the upstream and downstream catalyst bodies 2 and 3 to shift the relative positional relationship between the partition walls 21 and 31. I have. Hereinafter, parts different from the first embodiment will be mainly described, and the same parts will be denoted by the same reference numerals in the drawings and description thereof will be omitted.

【0049】図8に示す様に、上流側触媒体2は、排気
管(コンバータシェル)4に固定部材5を介して固定さ
れており、下流側触媒体3は、上記変位手段6を介して
排気管4に固定されている。変位手段6は、例えばバイ
メタルや形状記憶合金等、排気管4内の排ガス温度の変
化に伴う熱膨張により伸縮する変形部材6aを1個以上
有している。
As shown in FIG. 8, the upstream catalyst body 2 is fixed to an exhaust pipe (converter shell) 4 via a fixing member 5, and the downstream catalyst body 3 is fixed via the displacement means 6. It is fixed to the exhaust pipe 4. The displacement means 6 has at least one deformable member 6a such as a bimetal or a shape memory alloy that expands and contracts due to thermal expansion accompanying a change in exhaust gas temperature in the exhaust pipe 4.

【0050】ここで、図9は図8におけるC矢視拡大図
であり、変位手段6の詳細を示すものである。変形部材
6aは、下流側触媒体3とは下流側触媒体3の外周に固
定設置された金属リング7に溶接され、排気管4とは排
気管4内壁に溶接されており、変形部材6aが熱膨張に
よって伸び、下流側触媒体3を排ガス流れ方向Gからみ
て、中心線Kの反時計回りに回転させるものとしてい
る。
Here, FIG. 9 is an enlarged view taken in the direction of arrow C in FIG. The deformable member 6 a is welded to the metal ring 7 fixedly installed on the outer periphery of the downstream catalyst body 3 with the downstream catalyst body 3, and is welded to the inner wall of the exhaust pipe 4 with the exhaust pipe 4. It extends by thermal expansion and rotates the downstream catalyst body 3 counterclockwise about the center line K when viewed from the exhaust gas flow direction G.

【0051】次に、変位手段6の作用について、図10
を参照して述べるが、図10に示す両触媒体2、3の隔
壁の配置関係は一例であり、これに限定されるものでは
ない。いま、入ガス温度、触媒コンバータの温度が低
く、触媒活性しない、あるいはし難い条件のとき、上流
側触媒体2と下流側触媒体3との位置関係は、図10
(a)に示す様に、上記図2(c)において、中心線K
の反時計回りに、下流側触媒体3を、外周におけるセル
孔ピッチ(隔壁間隔)に対して、1/2ピッチ分回転さ
せた配置となっている。
Next, the operation of the displacement means 6 will be described with reference to FIG.
However, the arrangement relationship of the partition walls of the catalyst bodies 2 and 3 shown in FIG. 10 is an example, and the present invention is not limited to this. Now, when the incoming gas temperature and the temperature of the catalytic converter are low and the catalyst is not activated or hardly activated, the positional relationship between the upstream catalyst body 2 and the downstream catalyst body 3 is as shown in FIG.
As shown in FIG. 2A, in FIG.
Counterclockwise, the downstream side catalyst body 3 is arranged to be rotated by a half pitch with respect to the cell hole pitch (partition space) on the outer periphery.

【0052】図10(a)においても、上流側触媒体2
のセル孔22内に下流側触媒体3の隔壁31が位置する
度合が、径断面中心部では大きく、径断面周辺部に行く
に連れ小さくなっており、ピッチが狭い中心部付近では
通気抵抗が大きくなり、ピッチが広い周辺部では通気抵
抗が小さくなっている。従って、触媒構造体1におい
て、均一な線速度分布を実現でき、活性化を促進でき
る。
FIG. 10A also shows that the upstream catalyst 2
The degree to which the partition wall 31 of the downstream-side catalyst body 3 is located in the cell hole 22 is large at the center of the radial cross section and becomes smaller toward the peripheral part of the radial cross section. It becomes large, and the ventilation resistance is small in the peripheral portion where the pitch is wide. Therefore, in the catalyst structure 1, a uniform linear velocity distribution can be realized, and activation can be promoted.

【0053】次に、エンジンの出力が大きい状態(エン
ジン回転数大、トルク大)では、変形部材6aが高温と
なって伸び、下流側触媒構造体3を回転させる。そし
て、両触媒構造体2、3の径方向断面における中心部付
近のセル孔22、32の位相を一致させるように調整し
て触媒コンバータの圧損低減を図り、エンジンのドライ
バビリティーを損ねないようにする。
Next, when the output of the engine is high (high engine speed and high torque), the deformable member 6a becomes hot and extends, causing the downstream catalyst structure 3 to rotate. Then, by adjusting the phases of the cell holes 22 and 32 near the center in the radial cross section of the two catalyst structures 2 and 3 to reduce the pressure loss of the catalytic converter, the drivability of the engine is not impaired. To

【0054】具体的には、上記図2(c)の状態から、
中心線Kの反時計回りに、下流側触媒構造体3を、外周
におけるセル孔の望ましくは1/2ピッチ分もしくは
(1/2+整数)ピッチ分の角度だけ回転させる。な
お、図10(b)は図2(c)の状態から1ピッチ分回
転させた例であり、図10(c)は図2(c)の状態か
ら3/2ピッチ分回転させた例である。
Specifically, from the state shown in FIG.
The downstream side catalyst structure 3 is rotated counterclockwise about the center line K by an angle corresponding to a desirable 1/2 pitch or (1/2 + integer) pitch of the cell holes on the outer periphery. Note that FIG. 10B is an example of rotation by one pitch from the state of FIG. 2C, and FIG. 10C is an example of rotation of 3/2 pitch from the state of FIG. is there.

【0055】このように、本実施形態によれば、変位手
段6によって、上記図2(c)に示す合成ピッチの分布
を変化させることにより、触媒の活性化度合やエンジン
出力の状態に応じて、ガス流の最も通りやすい部分、通
りにくい部分を移動させるように、触媒構造体1内の線
速度分布を変えることができる。この線速度分布の変更
は、変形部材6aの熱膨張による伸縮度合を予め考慮し
た設計を行なうことにより可能である。
As described above, according to the present embodiment, the displacement means 6 changes the distribution of the synthesized pitch shown in FIG. 2 (c), thereby changing the activation degree of the catalyst and the state of the engine output. In addition, the linear velocity distribution in the catalyst structure 1 can be changed so as to move the portion where the gas flow passes most easily and the portion where the gas flow hardly passes. This change in the linear velocity distribution can be achieved by designing in advance the degree of expansion and contraction due to thermal expansion of the deformable member 6a.

【0056】また、本実施形態は、さらにPMの脱離に
有効である。従来の触媒コンバータは、エンジン回転数
によって線速度分布(ガス流速分布)は相似形で変化し
ていたため、PM脱離が期待できる効果は、中心部付近
に限られていた。しかし、本実施形態では、線速度がも
っとも速くなる部分をコンバータ周辺部などへ移動させ
ることが可能なため、それまでに堆積していたPMを効
率よく吹き飛ばし、触媒性能を回復させることができ
る。
The present embodiment is more effective for removing PM. In a conventional catalytic converter, the linear velocity distribution (gas flow velocity distribution) changes in a similar manner depending on the engine speed, so that the effect that PM desorption can be expected is limited to the vicinity of the center. However, in this embodiment, since the portion where the linear velocity becomes the highest can be moved to the peripheral portion of the converter and the like, the PM that has accumulated up to that point can be efficiently blown off, and the catalyst performance can be recovered.

【0057】また、このような合成ピッチの位相ずれに
よる圧損低減の効果は、下流側触媒体3を、図2(c)
の状態から、マトリクス配列の行及び/又は列方向に、
(1/2+整数)ピッチ分移動させることによっても実
現できる。図11はエンジンの出力が大きい状態におけ
る合成ピッチの一例を示すもので、(a)はマトリクス
の行方向に1/2ピッチ分移動させた例であり、(b)
はマトリクスの行及び列方向にそれぞれ1/2ピッチ分
移動させた例である。
The effect of reducing the pressure loss due to the phase shift of the synthetic pitch is described in FIG. 2 (c).
From the state, in the row and / or column direction of the matrix array,
It can also be realized by moving by (1/2 + integer) pitch. 11A and 11B show an example of a synthetic pitch in a state where the output of the engine is large. FIG. 11A shows an example in which the matrix is moved by 行 pitch in the row direction of the matrix, and FIG.
Is an example in which the matrix is moved by ピ ッ チ pitch in the row and column directions, respectively.

【0058】なお、図8及び図9に示す変位手段6は下
流側触媒構造体3を変位させるものとしたが、上流側触
媒構造体2、または、触媒体2、3の双方を、変位手段
6により円周方向に回転、もしくは半径方向にずらすよ
うにしてもよい。 (他の実施形態)また、触媒構造体は、触媒体(モノリ
ス触媒)を、排気管内の排ガス流れ方向に沿って直列に
3個以上配置したものでもよい。この場合、隣接配置さ
れた2つの触媒体における排ガス流れ方向からみた隔壁
の相対的な位置関係が、上流側触媒体のセル孔内に下流
側触媒体の隔壁が位置する度合が、排気管の排ガス流れ
直角断面の中心部では大きく、周辺部に行くに連れ小さ
くなるように、規定されていれば良く、触媒構造体内部
の線速度分布を均一化できる。
The displacement means 6 shown in FIGS. 8 and 9 displaces the downstream catalyst structure 3, but the upstream catalyst structure 2 or both of the catalyst bodies 2, 3 are displaced by the displacement means. 6, it may be rotated in the circumferential direction or shifted in the radial direction. (Other Embodiments) The catalyst structure may be one in which three or more catalyst bodies (monolithic catalysts) are arranged in series along the exhaust gas flow direction in the exhaust pipe. In this case, the relative positional relationship of the partition walls viewed from the exhaust gas flow direction in the two catalyst bodies disposed adjacent to each other depends on the degree to which the partition wall of the downstream catalyst body is located in the cell hole of the upstream catalyst body. The linear velocity distribution inside the catalyst structure can be made uniform as long as it is specified so that it is large at the center of the cross section perpendicular to the exhaust gas flow and becomes smaller toward the periphery.

【0059】なお、本発明は、隣接配置された2つの触
媒体において、上記隔壁の相対的な位置関係を実現する
ように、両触媒体の隔壁厚さまたは隔壁間隔(セル孔
幅)を構成すればよく、その他の構成、両触媒体の断面
形状及び隔壁の配列形態等の構成は適宜設計変更しても
よい。例えば、上流側触媒体と下流側触媒体とで、排気
管の排ガス流れ直角断面と平行な断面の外周形状が、形
状や寸法が相違していてもよく、また、隔壁はマトリク
ス配列でなく、六角形のセル孔を形成するように配列さ
れていてもよい。これらの場合にも、両触媒体の隔壁厚
さまたは隔壁間隔(セル孔幅)を適宜規定すれば、上記
隔壁の相対的な位置関係を実現できる。
In the present invention, the partition wall thickness or the partition wall width (cell hole width) of the two catalyst bodies is set so as to realize the relative positional relationship of the partition walls in the two catalyst bodies arranged adjacent to each other. The configuration such as the other configuration, the cross-sectional shape of both catalyst bodies, the arrangement of the partition walls, and the like may be changed as appropriate. For example, in the upstream catalyst body and the downstream catalyst body, the outer peripheral shape of the cross section parallel to the cross section of the exhaust pipe at right angles to the exhaust gas flow may be different in shape and size, and the partition walls are not a matrix arrangement, They may be arranged so as to form hexagonal cell holes. In these cases, the relative positional relationship between the partition walls can be realized by appropriately defining the partition wall thickness or the partition wall width (cell hole width) of both catalyst bodies.

【0060】また、上記変位手段は、外部からの制御手
段を用いて、機械的に触媒体を変位させるようにしたも
のであってもよい。例えば、アクチュエータを用いて、
ステッピングモータにより、両触媒体2、3のうち少な
くとも一方を、中心線K回りに回転させるようにしても
よい。
Further, the displacement means may be a means for mechanically displacing the catalyst body using an external control means. For example, using an actuator,
At least one of the two catalyst bodies 2 and 3 may be rotated around the center line K by a stepping motor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】触媒構造体の構造模式図であり、(a)は本発
明の第1実施形態を示し、(b)は本発明者等の試作品
を示す。
FIG. 1 is a schematic structural view of a catalyst structure, (a) shows a first embodiment of the present invention, and (b) shows a prototype of the present inventors.

【図2】図1(a)において排ガス流れ方向から見た触
媒構造体の構成模式図であり、(a)は上流側触媒体単
体、(b)は下流側触媒体単体、(c)は触媒構造体全
体の構成を示す。
FIGS. 2A and 2B are schematic diagrams of the structure of the catalyst structure viewed from the exhaust gas flow direction in FIG. 1A, wherein FIG. 2A is a single upstream catalyst body, FIG. 2B is a single downstream catalyst body, and FIG. 1 shows the configuration of the entire catalyst structure.

【図3】排ガスの低温状態における活性域の変化を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing a change in an active region in a low temperature state of exhaust gas.

【図4】上記第1実施形態に係る触媒構造体を、ガソリ
ンエンジンの触媒コンバータに使用した場合の触媒活性
効果を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a catalytic activity effect when the catalyst structure according to the first embodiment is used for a catalytic converter of a gasoline engine.

【図5】上記第1実施形態に係る触媒構造体を、ディー
ゼルエンジンの触媒コンバータに使用した場合の触媒活
性効果を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a catalytic activity effect when the catalyst structure according to the first embodiment is used for a catalytic converter of a diesel engine.

【図6】上記第1実施形態における触媒構造体内のPM
堆積分布を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing PM in the catalyst structure according to the first embodiment.
It is a figure which shows a deposition distribution.

【図7】比較例における触媒構造体内のPM堆積分布を
示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a PM deposition distribution in a catalyst structure in a comparative example.

【図8】本発明の第2実施形態に係る触媒コンバータを
示す構造模式図である。
FIG. 8 is a schematic structural diagram illustrating a catalytic converter according to a second embodiment of the present invention.

【図9】図8におけるC矢視拡大図である。FIG. 9 is an enlarged view as viewed from an arrow C in FIG. 8;

【図10】上記第2実施形態の作用の一例を示す説明図
である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of the operation of the second embodiment.

【図11】上記第2実施形態の作用の他の例を示す説明
図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing another example of the operation of the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…触媒構造体、2…上流側触媒体、3…下流側触媒
体、4…排気管、6…変位手段、6a…変形部材、21
…上流側触媒体の隔壁、22…下流側触媒体の隔壁、3
1…上流側触媒体のセル孔、32…下流側触媒体のセル
孔。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Catalyst structure, 2 ... Upstream catalyst body, 3 ... Downstream catalyst body, 4 ... Exhaust pipe, 6 ... Displacement means, 6a ... Deformable member, 21
... Partition walls of upstream catalyst body, 22 ... Partition walls of downstream catalyst body, 3
1 ... cell hole of upstream catalyst body, 32 ... cell hole of downstream catalyst body.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大道 重樹 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 伊藤 義通 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 広田 信也 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued from the front page (72) Inventor Shigeki Omichi 14 Iwatani, Shimowakaku-cho, Nishio-shi, Aichi Pref.Japan Automobile Parts Research Institute (72) Inventor Yoshimichi Ito 14 Iwatani, Shimowakaku-cho, Nishio-shi, Aichi Pref. (72) Inventor Shinya Hirota 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 排ガスを浄化するための触媒体(2、
3)が、排気管(4)内の排ガス流れ方向に沿って直列
に複数個配置されてなり、 各々の前記触媒体(2、3)は、一定厚さ及び一定間隔
にて形成された複数の隔壁(21、31)と前記隔壁
(21、31)にて区画され前記排ガスが流れる複数の
セル孔(22、32)とを有するハニカム構造体により
構成された触媒構造体(1)において、 隣接配置された2つの前記触媒体(2、3)における前
記排ガス流れ方向からみた前記隔壁(21、31)の相
対的な位置関係は、 上流側触媒体(2)の前記セル孔(22)内に下流側触
媒体(3)の前記隔壁(32)が位置する度合が、前記
排気管(4)の排ガス流れ直角断面の中心部では大き
く、周辺部に行くに連れ小さくなるように、規定されて
いることを特徴とする触媒構造体。
1. A catalyst for purifying exhaust gas (2,
3) are arranged in series along the flow direction of the exhaust gas in the exhaust pipe (4), and each of the catalyst bodies (2, 3) is formed with a constant thickness and a constant interval. A catalyst structure (1) constituted by a honeycomb structure having partition walls (21, 31) and a plurality of cell holes (22, 32) defined by the partition walls (21, 31) and through which the exhaust gas flows; The relative positional relationship of the partition walls (21, 31) viewed from the exhaust gas flow direction in the two catalyst bodies (2, 3) disposed adjacent to each other is as follows: the cell hole (22) of the upstream catalyst body (2). The degree that the partition wall (32) of the downstream catalyst body (3) is located inside the exhaust pipe (4) is large at the center of the cross section of the exhaust pipe (4) at right angles to the exhaust gas flow, and becomes smaller toward the periphery. A catalyst structure characterized in that:
【請求項2】 前記各触媒体(2、3)の開口率は、前
記排気管(4)の排ガス流れ直角断面の面積のうち前記
複数のセル孔(22、32)の開口面積の占める比率で
あり、 前記上流側触媒体(2)の開口率Aと前記下流側触媒体
(3)の開口率Bとによる開口率比B/Aが、0.8〜
1.2であることを特徴とする請求項1に記載のハニカ
ム構造体。
2. An opening ratio of each of the catalyst bodies (2, 3) is a ratio of an opening area of the plurality of cell holes (22, 32) to an area of a cross section of the exhaust pipe (4) at right angles to an exhaust gas flow. And an opening ratio B / A based on the opening ratio A of the upstream catalyst body (2) and the opening ratio B of the downstream catalyst body (3) is 0.8 to 0.8.
The honeycomb structure according to claim 1, wherein the honeycomb structure is 1.2.
【請求項3】 前記上流側触媒体(2)と前記下流側触
媒体(3)とは、前記排気管(4)の排ガス流れ直角断
面と平行な断面の面積が同じであり、 前記排ガス流れ方向における前記上流側触媒体(2)の
長さLと前記下流側触媒体(3)の長さMとによる容積
比M/Lが、0.3〜1.8であることを特徴とする請
求項1または2に記載の触媒構造体。
3. The upstream catalyst body (2) and the downstream catalyst body (3) have the same area of a cross section parallel to a cross section of the exhaust pipe (4) at right angles to the exhaust gas flow. A volume ratio M / L of a length L of the upstream catalyst body (2) and a length M of the downstream catalyst body (3) in a direction is 0.3 to 1.8. The catalyst structure according to claim 1.
【請求項4】 前記上流側触媒体(2)と前記下流側触
媒体(3)との配置間隔が、前記両触媒体(2、3)の
どちらか一方の前記隔壁(21、31)間隔の10倍以
下の距離に制限されていることを特徴とする請求項1な
いし3のいずれか1つに記載の触媒構造体。
4. An arrangement interval between the upstream catalyst body (2) and the downstream catalyst body (3) is equal to an interval between the partition walls (21, 31) of one of the two catalyst bodies (2, 3). The catalyst structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the distance is limited to 10 times or less.
【請求項5】 前記上流側及び下流側触媒体(2、3)
は、前記排気管(4)の排ガス流れ直角断面と平行な断
面の外周形状が、同一形状且つ同一寸法であり、 前記上流側及び下流側触媒体(2、3)の前記隔壁(2
1、31)は、前記排気管(4)の排ガス流れ直角断面
と平行な断面において、それぞれ行と列で構成されるマ
トリクス状に配列されており、 前記マトリクス状に配列された前記隔壁(21、31)
において、前記上流側触媒体(2)側はm行及びn列、
前記下流側触媒体(3)側はm±1行及びn±1列の配
列構成となっていることを特徴とする請求項1ないし4
のいずれか1つに記載の触媒構造体。
5. The upstream and downstream catalyst bodies (2, 3).
In the exhaust pipe (4), the outer peripheral shape of a cross section parallel to a cross section perpendicular to the exhaust gas flow has the same shape and the same size, and the partition wall (2) of the upstream and downstream catalyst bodies (2, 3) has the same shape.
1, 31) are arranged in a matrix composed of rows and columns, respectively, in a cross section parallel to a cross section of the exhaust pipe (4) at right angles to the flow direction of the exhaust gas, and the partition walls (21) are arranged in the matrix. , 31)
In the above, the upstream catalyst body (2) side is m rows and n columns,
The said downstream side catalyst body (3) side has an m +/- 1 row and n +/- 1 column arrangement structure.
The catalyst structure according to any one of the above.
【請求項6】 前記上流側及び下流側触媒体(2、3)
のうちどちらか一方の触媒体を変位させることによっ
て、前記隔壁(21、31)の相対的な位置関係をずら
す変位手段(6)を有することを特徴とする請求項1な
いし5のいずれか1つに記載の触媒構造体。
6. The upstream and downstream catalyst bodies (2, 3).
6. A displacement means (6) for displacing one of the catalyst bodies to shift a relative positional relationship between the partition walls (21, 31). 4. The catalyst structure according to any one of the above.
【請求項7】 前記変位手段(6)は、前記排気管
(4)内の排ガス温度の変化に伴う熱膨張により変形す
る部材(6a)を備えたものであることを特徴とする請
求項6に記載の触媒構造体。
7. The displacement means (6) includes a member (6a) deformed by thermal expansion accompanying a change in exhaust gas temperature in the exhaust pipe (4). 3. The catalyst structure according to 1.
JP14010698A 1998-05-21 1998-05-21 Catalyst structure Withdrawn JPH11336535A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014148923A (en) * 2013-01-31 2014-08-21 Ngk Insulators Ltd Exhaust gas purification device
JP2015132256A (en) * 2013-12-13 2015-07-23 トヨタ自動車株式会社 Internal combustion engine catalyst device

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