(57)【要約】【課題】  本発明は、セル数、セル形状もしくはセル壁の厚さが略同一のハニカム担体において、排ガス流れが多く集中する部位の開口率を小さくするため、触媒層の厚みを相対的に大きくした排ガス浄化装置を提供する。【解決手段】  排ガス流路２０の下流に拡径された排ガス流路２１を設け、この拡径された排ガス流路２１に触媒層を備えたハニカム担体３を配置し、前記ハニカム担体３の排ガス流れが集中する領域で上流側の触媒層１１Ａと下流側の触媒層１１Ｂをオーバーラップさせ、他の部分と比較して触媒層に径方向の厚みを持たせ、開口率が他の部分と比較して小さくなる領域１１Ｃを形成した排ガス浄化装置。【選択図】        図１
2019022873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス流路の下流に拡径された排ガス流路を設け、この拡径された排ガス流路に触媒層を備えたハニカム担体を配置し、前記ハニカム担体の排ガス流れが集中する領域で上流側の触媒層と下流側の触媒層をオーバーラップさせ、他の部分と比較して触媒層に径方向の厚みを持たせ、開口率が他の部分と比較して小さくなる領域を形成したことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記触媒層が厚い領域は、前記ハニカム担体の軸方向の中心より上流側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記ハニカム担体の上流の排ガス流路と、前記ハニカム担体が配置された拡径された排ガス流路は、中心軸が同一で、かつそれぞれの断面は同心円であることを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記触媒層が厚い領域は、各流路ごとに軸方向に沿って径方向に隆起させて設けら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項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記触媒層は、触媒活性が相対的に高い触媒層をハニカム担体の上流側に設け、触媒活性が相対的に低い触媒層をハニカム担体の下流側に設け、触媒活性の高い触媒層を触媒活性の低い触媒層の上部に重なるようにして、前記径方向に触媒層の厚みを持たせた領域を形成したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス浄化性能を向上させることができる排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジンには、排ガス浄化性能を向上させるために排ガス浄化装置が用いられている。
特許文献１に記載されたハニカム構造体は、複数の隔壁によって２つの端面間を互いに並行して連通する複数のセルが形成されている。前記セルの連通する連通方向に垂直な面において、中心軸を含む中心部領域が第１の厚さを有する第１隔壁によって形成され、前記中心部領域の外側の外周部領域が、前記第１の厚さよりも厚い第２の厚さを有する第２隔壁によって形成されている。前記外周部領域の少なくとも一方向のセルピッチが前記中心部領域のセルピッチよりも大きく、前記中心部領域の前記セルが正方形セルであり、前記外周部領域を構成する前記セルが、前記中心部領域を構成する前記セルの１．００〜１．１０倍の開口率を有するハニカム構造体である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５７３０６３１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のハニカム構造体の先行技術によると、排ガス流れが多く集中するハニカム担体の中心部の開口率を外周部の開口率よりも小さくすることで、中心部領域と外周部領域とに排ガスを均一に流通させている。これによりハニカム担体全体を充分に活用した浄化が可能となり、排ガス浄化性能を向上させることができる。
しかしながら、ハニカム担体の中心部領域と外周部領域におけるセル数、セル形状もしくはセル壁の厚さが異なる構造では、ハニカム担体の製造工程が複雑である。
【０００５】
本発明は、セル数、セル形状もしくはセル壁の厚さが略同一のハニカム担体において、排ガス流れが多く集中する部位の開口率を小さくするため、触媒層の厚みを相対的に大きくした排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、排ガス流路の下流に拡径された排ガス流路を設け、この拡径された排ガス流路に触媒層を備えたハニカム担体を配置し、前記ハニカム担体の排ガス流れが集中する領域で上流側の触媒層と下流側の触媒層をオーバーラップさせ、他の部分と比較して触媒層に径方向の厚みを持たせ、開口率が他の部分と比較して小さくなる領域を形成したことにある。
【発明の効果】
【０００７】
（Ａ）  ハニカム担体への排ガス流れが集中する領域と、排ガス流れが集中する領域以外の領域におけるセル数、セル形状、もしくはセル壁の厚さが略同一であるため、ハニカム担体の製造が容易である。
（Ｂ）  触媒層が厚い領域は排ガス流れに対する抵抗となるため、集中領域の抵抗が大きくなる。そのため、非集中領域に排ガスが流入しやすくなる。
（ａ）その結果、排ガス流れの流速分布を均一にできる。そのため、外周部に担持された触媒層と排ガスの接触頻度が増える。よって、排ガスの浄化性能が向上する。
（ｂ）また、非集中領域をより均一に早く昇温でき、担持された貴金属を効率よく浄化に利用できる。よって、貴金属量を削減できる。
（ｃ）さらに、集中領域と非集中領域の触媒層の発熱を均一にできる。よって、触媒層の熱劣化による性能低下を抑制できる。
（Ｃ）ハニカム担体の上流側の端部である排ガス入口から流入した排ガスは、触媒層が厚い領域を通過して、触媒層の厚みが減少する領域で乱流となる。そのため、排ガスと触媒層の接触効率が高くなる。よって、浄化性能が向上する。
（Ｄ）排ガスの量は、およそ回転数に比例するため、回転数が高いほうが特に排ガスの量が多い。回転数が小さいため排ガスの量が少ない（流速が遅い）場合に対して、回転数が大きいため、排ガスの量が多い（流速が速い）場合の方が、排ガスは集中領域の抵抗の影響を受けやすい。そのため、回転数が大きいほど非集中領域に排ガスがより流入しやすい。よって、特に高回転域において、排ガスがハニカム担体を通過する時間が短い場合に、特に、（ａ）〜（ｃ）の効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態によるハニカム担体を備えた排ガス浄化装置を示し、（ａ）は概念図、（ｂ）はハニカム担体の排ガス流れ方向中心部の径方向の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態によるハニカム担体を示す概念図である。
【図３】ハニカム担体に流れ込む排ガスの流速分布を示す分布図である。
【図４】本発明のハニカム担体の排ガス流れ方向の断面図である。
【図５】本発明のハニカム担体の排ガス流れ方向中心部の径方向断面図である。
【図６】本発明のハニカム担体の排ガス流れ方向中心部以外の径方向断面図である。
【図７】本発明の他の実施の形態によるハニカム担体を備えた排ガス浄化装置を示し、（ａ）は概念図、（ｂ）はハニカム担体の排ガス流れ方向中心部の径方向の断面図である。
【図８】本発明の別の他の実施の形態によるハニカム担体を備えた排ガス浄化装置を示し、（ａ）は概念図、（ｂ）はハニカム担体の排ガス流れ方向中心部の径方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態によるハニカム担体を備えた排ガス浄化装置を図１ないし図６に示す図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
図１は自動車等の内燃機関の排ガス通路に設置された排ガス浄化装置を示したもので、１は排ガス流路２０である排気管２の途中に設置された排ガス浄化装置である。前記排気管２の排ガス流路２０の下流には拡径された筒状の拡径排ガス流路２１が設けられており、この拡径排ガス流路２１には、前記排ガス浄化装置１が設置されている。排ガス流路２０の導入口２０ａは拡径排ガス流路２１の中心軸と同一軸線上に設けられており、排ガス流路２０の排出口２０ｂも同一軸線上に配置されている。
【００１１】
前記排ガス浄化装置１は、図１（ｂ）および図２に示すように多数のセル１０ａを設けてなる担体１０の排ガス流れ方向中心部に、排ガス流れ方向に沿って、二種類の上流側触媒層１１Ａと、下流側触媒層１１Ｂを軸方向に担持させたハニカム担体３で構成されている。
【００１２】
図３は、ハニカム担体３に流れ込む排ガスの流速分布を示したものである。ハニカム担体３の開口率が一様な場合、点線Ｓ０で示すような流速分布となりハニカム担体３中央部における排ガスの流速分布が外周部に比べて高くなる。これに対して、本発明のように排ガス流れ方向中心部Ｌ＝ａ１において、外周部よりも中心部の開口率を小さくすることによって、実線Ｓ１で示すような流速分布となり中心部と外周部との流速分布差を低減できる。
【００１３】
図４は本発明のハニカム担体３の排ガス流れ方向の断面図を示したものである。Ｌ＝ａ１において中心部の上流側触媒層１１Ａと、下流側触媒層１１Ｂをオーバーラップさせて厚く形成したものである。このオーバーラップ部分１１Ｃは、上流側触媒層１１Ａが下流側触媒層１１Ｂの上層になるように積層されている。図５はハニカム担体３の排ガス流れ方向中心部Ｌ＝ａ１での径方向断面図を示したものである。開口率大の領域Ａ１の内側に、開口率小の領域Ｂ１を設ける断面構造となっている。図６はＬ＝ａ１以外の断面を示している。Ｌ＝ａ１以外は、開口率が一様な領域Ａ２で構成される。このＬ＝ａ１以外の開口率が一様な領域Ａ２では、前記開口率大の領域Ａ１と同じ開口の大きさでもよく、あるいは異なる大きさの開口で構成することもできる。
【００１４】
本発明におけるハニカム担体３の触媒層形成は、担体１０をその一端側から触媒スラリーに含浸することにより一端側の触媒層を形成し、次いで当該担体１０をその他端側から触媒スラリーに含浸することにより、他端側の触媒層を形成するという方法によって得られる。上記のような担体１０を反転させて両端から触媒層を形成する方法において、排ガス流れ方向中心部Ｌ＝ａ１でオーバーラップさせ、他の部分と比較して触媒層に厚みを持たせたことで開口率小とした領域Ｂ１を形成する。この領域Ｂ１は径方向中心部に配置する。外周部の開口率大の領域Ａ１については触媒層をオーバーラップさせることなく、連続的に形成させるものとする。すなわち、本発明は、排ガス流れ方向中心部Ｌ＝ａ１において、径方向外周部のＡ１（開口率大）の内側にＢ１（開口率小）を設けた排ガス触媒用の構造体である。
【００１５】
なお、上流側触媒層１１Ａと、下流側触媒層１１Ｂをオーバーラップさせて径方向に厚く形成させる触媒層が厚い領域１１Ｃは、前記ハニカム担体３の軸方向の中心より上流側に設けることが好ましい。前記触媒層が厚い領域１１Ｃは、各流路ごとに軸方向に沿って径方向に隆起させて設けられている。
上記実施の形態では、ハニカム担体３の上流の排ガス流路２０と、前記ハニカム担体３が配置された拡径された排ガス流路２１は、中心軸が同一で、かつそれぞれの断面は同心円になるように構成されている。前記上流側触媒層１１Ａと、下流側触媒層１１Ｂの触媒層は、触媒活性が相対的に高い触媒層（上流側触媒層１１Ａが相当する）をハニカム担体３の上流側に設け、触媒活性が相対的に低い触媒層（下流側触媒層１１Ｂが相当する）をハニカム担体３の下流側に設け、触媒活性の高い触媒層（上流側触媒層１１Ａが相当する）を触媒活性の低い触媒層（下流側触媒層１１Ｂが相当する）の上部に重なるようにして、前記径方向に触媒層の厚みを持たせた（触媒積層部分１１Ｃ）の領域１１ｆが形成されている。
【００１６】
上記実施の形態の作用を説明すると、排ガス流路２０の下流には拡径された拡径排ガス流路２１が設けられており、この拡径排ガス流路２１には、排ガス浄化装置１が設置されている（図１参照）。
排ガス浄化装置１は、排ガス流れ方向中心部に、排ガス流れ方向に沿って、二種類の上流側触媒層１１Ａと、下流側触媒層１１Ｂを軸方向に担持させたハニカム担体３で構成されている。ハニカム担体３には、径方向の中心部分で排ガス流れ方向中心部Ｌ＝ａ１において上流側触媒層１１Ａと、下流側触媒層１１Ｂをオーバーラップさせて上流側触媒層１１Ａを下流側触媒層１１Ｂの上に積層させて径方向に触媒層を厚く形成した触媒積層部分１１Ｃが形成されている（図４参照）。これにより、開口率が他の部分と比較して小さくなる領域Ｂ１を形成する（図５参照）。
こうして、排ガス流れ方向中心部Ｌ＝ａ１において、ハニカム担体３外周部の開口率よりも小さな開口率を有する中心部とで構成することにより、外周部の圧力損失が中心部に比べて小さくなり、中心部に集中する排ガスの流速分布を均一化でき、外周部に排ガスが流れやすくなる。これにより、外周部に担持されている触媒との接触機会が増え、外周部をより早く昇温、活性化することができるため、排ガス浄化性能の向上につながる。
【００１７】
前記触媒層が厚いオーバーラップ部分の触媒積層部分１１Ｃが設けられた領域１１ｆは、前記ハニカム担体３の軸方向の中心より上流側に設けられているので、開口率を小さくした領域Ｂ１のあるＬ＝ａ１を通過した際、排ガスは乱流となり、通過後の排ガスの触媒との接触効率が高くなるため、浄化性能は高くなる。
【００１８】
前記ハニカム担体３の上流の排ガス流路２０と、前記ハニカム担体３が配置された拡径された排ガス流路２１は、中心軸が同一で、かつそれぞれの断面は同心円であるので、排ガスが集中する集中領域の全周に、非集中領域が存在することになる。よって、非集中領域が偏っている場合に比べて、非集中領域、全体的に排ガスが流れやすくなる。
（ａ）その結果、排ガス流れの流速分布を均一にできる。そのため、外周部に担持された触媒層と排ガスの接触頻度が増える。よって、排ガスの浄化性能が向上する。
（ｂ）また、非集中領域をより均一に早く昇温でき、担持された貴金属を効率よく浄化に利用できる。よって、貴金属量を削減できる。
（ｃ）さらに、集中領域と非集中領域の触媒層の発熱を均一にできる。よって、触媒層の熱劣化による性能低下を抑制できる。
【００１９】
前記触媒積層部分１１Ｃが設けられて触媒層が厚い領域１１ｆは、各流路ごとに軸方向に沿って径方向に隆起させて設けられているので、管路抵抗が発生せず、集中領域の流速分布が極端の遅くなることを抑制でき、全体で均一になり易い効果が得られる。
【００２０】
前記触媒層は、触媒活性が相対的に高い触媒層１１Ａをハニカム担体３の上流側に設け、触媒活性が相対的に低い触媒層１１Ｂをハニカム担体３の下流側に設け、触媒活性の高い触媒層１１Ａを触媒活性の低い触媒層１１Ｂの上部に重なるようにして、前記径方向に触媒層の厚みを持たせた領域１１ｆを形成したので、触媒活性が相対的に高い触媒層１１Ａへの接触効率が高くなる。そのため、触媒活性が向上する。
【００２１】
図７及び図８は、本発明の他の実施の形態で、図１と同一部分は同符号を付して同一部分の説明は省略して説明する。
【００２２】
図７（ａ）（ｂ）は、排ガス流路２０２の導入口２０２ａが拡径排ガス流路２１２の端部に連結された排気管２２を示したもので、排ガス流路２０２の排出口２０２ｂは、排ガス流路２０２の導入口２０２ａと対称位置に設置されている。拡径排ガス流路２１２に設けられたハニカム担体３２は、開口率が他の部分と比較して小さくなる領域Ｂ１の中心を排ガス流路２０２の導入口２０２ａと同一軸線上に形成している（図７（ｂ）参照）。
これにより、排ガスの流れが多く集中する排ガス流路２０２の導入口２０２ａと同一軸線上に開口率が他の部分と比較して小さくなる領域Ｂ１を配置しているので、排ガスが開口率の大きい部分に分散されることから、効率良く触媒に触れることになり、排ガス浄化性能を向上することができる。
【００２３】
図８（ａ）（ｂ）は、排ガス流路２０３の導入口２０３ａが斜めに拡径排ガス流路２１３に連結された排気管２３を示したもので、排ガス流路２０３の排出口２０３ｂは、拡径排ガス流路２１３に同一軸線上に設置されている。拡径排ガス流路２１３に設けられたハニカム担体３３には、開口率が他の部分と比較して小さくなる領域Ｂ１の中心を排ガス流路２０３の導入口２０３ａの軸線と交叉するように軸線を配置している。開口率が他の部分と比較して小さくなる領域Ｂ１が中心より外れて内周面よりも僅かに中心側に配置されている（図８（ｂ）参照）。
これにより、排ガスの流れが多く集中する排ガス流路２０３の導入口２０３ａの軸線と軸線が交叉するように開口率が他の部分と比較して小さくなる領域Ｂ１を配置しているので、排ガスが開口率の大きい部分に分散されることから、効率良く触媒に触れることになり、排ガス浄化性能を向上することができる。
【００２４】
上記のように実際のエンジンレイアウトでは、ハニカム担体３の位置が排ガス導入口の中心とずれることが多いため、開口率が小さい領域Ｂ１の中心軸を排ガス導入口中心と合わせるように構成することで、排ガス浄化性能を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、上記の実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、上流側、下流側触媒層に含まれる触媒貴金属（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ）は、従来のゾーンコートと同様に、貴金属濃度を（上流側）≧（下流側）とすることも望ましい。また、本技術の適用はセラミック製のハニカム担体に限定されず、メタル製担体においても同様の効果を奏する。等、その他本発明の技術的範囲を変更しない範囲内で、適宜変更して実施し得ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００２６】
１  排ガス浄化装置
２  排気管
３  ハニカム担体
１０  担体
１０ａ  セル
１１Ａ  上流側触媒層
１１Ｂ  下流側触媒層
１１Ｃ  触媒積層部分
１１ｆ  触媒層が厚い領域
２０  排ガス流路
２０ａ  導入口
２０ｂ  排出口
２１  拡径排ガス流路
Ａ１  開口率大の領域
Ｂ１  開口率小の領域
Ａ２  開口率が一様な領域
【図１】
2019022873.tif 000003
【図２】
2019022873.tif 000004
【図３】
2019022873.tif 000005
【図４】
2019022873.tif 000006
【図５】
2019022873.tif 000007
【図６】
2019022873.tif 000008
【図７】
2019022873.tif 000009
【図８】
2019022873.tif 000010