(57)【要約】【課題】排気ガスの浄化性能及び内燃機関始動後早期に触媒活性温度まで昇温させる昇温性に優れる排気ガス浄化用触媒担体を提供する。【解決手段】内部に隔壁１４によって排気ガス流入面１１から排気ガス流出面１２に亘って連続する多数のセル１５が形成された触媒担体１０の排気ガス流入面１１に環状で排気ガス流入面１１を径方向に内側部１１ａと外側部１１ｂに区分する環状に切り欠かれた環状凹部１７を形成し環状凹部１７の排気流入面１１側を閉塞部材２１によって閉塞して環状の空隙部１６を形成する。排気ガス流入面１１の内側部１１ｂを囲む空隙部１６によって空気による環状の断熱層が形成され、内燃機関始動後早期に触媒担体１０を触媒活性温度まで昇温させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、内部に隔壁によって排気ガス流入面から排気ガス流出面に亘って連続する多数のセルが形成された触媒担体において、
上記排気ガス流入面を径方向に内側部と外側部に区分する、排気ガス流入面側が閉塞された環状の空隙部によって形成された断熱層を備えたことを特徴とする排気ガス浄化用触媒担体。
【請求項２】
上記空隙部は、上記排気ガス流入面の上記径方向に内側部と外側部に区分する部位に沿って環状に連続する所定深さの環状凹部を形成し、該環状凹部の排気ガス流入面側の開口部を閉塞部材によって閉塞して形成したことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化用触媒担体。
【請求項３】
上記環状凹部は、上記排気ガス流入面の上記径方向に内側部と外側部に区分する部位における隣接するセル間の隔壁を上記排気ガス流入面から所定深さ切り欠いて形成したことを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化用触媒担体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排気ガス浄化用触媒担体に関し、特に内燃機関の排気通路に設けられ内部に隔壁によって排気ガス流入面から排気ガス流出面に亘って連続する多数のセルが形成された排気ガス浄化用触媒担体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用排気ガス浄化触媒装置は、内燃機関の排気通路の途中に膨出形成された外筒内に、排気ガス流れ方向に連続する多数のガス通路となるセルが形成されたハニカム状で隔壁にＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の触媒物質が一様に担持された触媒担体が収容配置される。
【０００３】
内燃機関始動とともに内燃機関側からの排気ガスが排気通路から触媒担体内へ流入する。すると、排気ガスの熱で触媒担体の隔壁が加熱されて、所定温度にまで達すると隔壁に担持された触媒物質が活性温度となり、排気ガスの有害物質を浄化する反応を開始し、排気ガスの浄化を行う。
【０００４】
一方、内燃機関始動後早期に接触担体の壁面に坦持された触媒物質を活性温度まで昇温させる、いわゆる低温活性化の向上が要求される。
【０００５】
この低温活性化向上の手段として、触媒担体を排気ガス流れ方向に複数に分割して、最上流側に配置される第１触媒担体の熱容量の低減を図ることで第１触媒担体の昇温性を向上させるものがある。しかし、第１触媒担体の熱容量の低減には体積を小さくする必要があり、径方向の寸法を縮小すると排気ガスの流れに圧力損失が生じる。また、排気ガスの流れ方向の長さを短縮すると十分な量の触媒物質が保持されず、十分な排気ガスの浄化が得られない事態が発生することが懸念される。
【０００６】
このような不具合を解決する排気ガス浄化用触媒担体として特許文献１がある。この特許文献１の排気ガス浄化用触媒装置を図８及び図８のＩＩ−ＩＩ線断面を示す図９を参照して説明する。
【０００７】
内燃機関の排気通路１０１の途中に膨出形成された外筒１０２内に、隔壁１０７によって排気ガス流入面１０５から排出ガス流出面１０６に亘って連続する多数のセル１０８が形成されハニカム状の触媒担体１０４が収容配置される。触媒担体１０４の隔壁１０７には触媒物質が一様に担持される。この触媒担体１０４の排気ガス流入面１０５に、中心軸から所定距離離間した部位に環状で排気ガス流入面１０５に開口部１０９ａを有して所定深さに切り欠き形成された空隙部１０９によって断熱層を形成する。この空隙部１０９によって触媒担体１０４の排気ガス流入面１０５が、径方向に空隙部１０９から中心軸に近い内側部１０５ａと、空隙部１０９の周囲の外側部１０５ｂとに区分される。
【０００８】
内燃機関の始動後に排気通路１０１からの排気ガスが排気ガス流入面１０５から流入される。この排気ガスが流入する際、排気通路１０１内を流れる排気ガスは中央部が周囲に対して流速が速く、排気ガス流入面１０５の内側部１０５ａに流入しやすいため、排気ガスにより内側部１０５ａにおける隔壁１０７の温度は外側部１０５ｂの隔壁１０７の温度に比べて高くなる。排気ガスが排気通路１０１から連続的に流入されると、内燃機関始動後漸次温度が上昇し、所定の温度になると触媒担体１０４の内側部１０５ａの隔壁１０７に担持された触媒物質が活性化温度となって排気ガスの浄化作用が始まる。排気ガス浄化が始まると、この排気ガスの浄化作用の反応熱により更に触媒担体１０４の隔壁１０７の温度が上昇して排気ガスの温度より高くなり、機関運転中は随時排気ガスが触媒担体１０４内に供給されて触媒物質による浄化作用が行われる。
【０００９】
ここで、触媒担体１０４の排気ガス流入面１０５の内側部１０５ａの周囲に空隙部１０９による断熱層が形成されているため、内側部１０５ａから外側部１０５ｂへの熱が伝導されにくく、内燃機関始動後早期に内側部１０５ａの隔壁１０７を触媒活性化温度まで昇温させることができる。
【００１０】
【特許文献１】特開平７−２５１０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記特許文献１によると、触媒担体１０４の排気ガス流入側面１０５に空隙部１０９からなる断熱層を形成することによって、触媒担体１０４の径方向の寸法を確保して排気ガスの流れによる圧力損失の増加を伴うことなく内燃機関始動後早期に触媒担体１０４の隔壁１０７を触媒活性化温度まで昇温させることができる。
【００１２】
しかし、断熱層を形成する環状の空隙部１０９の開口部１０９ａが排気ガス流入側面１０５に形成されることから、内燃機関始動に伴う高温の排気ガスが開口部１０９ａから空隙部１０９内に流れ込みやすく、内側部１０５ａに流入する排気ガス流量が低下するとともに、空隙部１０９に流れ込む排気ガスによって空隙部１０９による断熱効果が低下して内燃機関始動後早期に触媒担体１０４の隔壁１０７を触媒活性化温度まで昇温させる昇温性が鈍くなることが懸念される。また、空隙部１０９に導入された排気ガスは触媒担体１０４の隔壁１０７、即ち隔壁１０７に坦持された触媒物質との接触量が低下して浄化性能の低下が懸念される。
【００１３】
従って、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、排気ガスの浄化性能及び内燃機関始後早期に触媒活性温度まで昇温させる昇温性に優れる排気ガス浄化用触媒担体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成する請求項１に記載の排気ガス浄化用触媒担体は、内燃機関の排気通路に設けられ、内部に隔壁によって排気ガス流入面から排気ガス流出面に亘って連続する多数のセルが形成された触媒担体において、上記排気ガス流入面を径方向に内側部と外側部に区分する、排気ガス流入面側が閉塞された環状の空隙部によって形成された断熱層を備えたことを特徴とする。
【００１５】
この発明によると、環状で排気ガス流入面を径方向に内側部と外側部に区分する環状の空隙部によって形成された空気による断熱層を備えることから、排気ガス流入面の内側部から外側部への熱が伝達されにくく、内燃機関始動後早期に内側部における隔壁を触媒活性化温度まで昇温できる。特に、断熱層を形成する環状の空隙部の排気ガス流入側面側が閉塞されることから内燃機関始動に伴う高温の排気ガスが空隙部内に流れ込むことがなく空隙部による安定した断熱機能が維持される。これにより、排気ガス流入面の内側部に流入する排気ガス流量が確保できて内燃機関始動後早期に排気ガス流入面の内側部における隔壁を触媒活性化温度まで昇温させることができる。更に排気ガスが排気ガス流入面から排気ガス流出面に亘って連続形成される各セル内を全長に亘って流れ、隔壁に担持された触媒物質との接触が十分に行われて浄化性能が向上する。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１の排気ガス浄化用触媒担体において、上記空隙部は、上記排気ガス流入面の上記径方向に内側部と外側部に区分する部位に沿って環状に連続する所定深さの環状凹部を形成し、該環状凹部の排気流入面側の開口部を閉塞部材によって閉塞して形成したことを特徴とする。
【００１７】
本発明によると、排気ガス流入面に環状で所定深さの環状凹部を形成し、この環状凹部の排気流入面側を閉塞部材によって閉塞することによって空隙部が容易に形成できる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項２の排気ガス浄化用触媒担体において、上記環状凹部は、上記排気ガス流入面の上記径方向に内側部と外側部に区分する部位における隣接するセル間の隔壁を上記排気ガス流入面から所定深さ切り欠いて形成したことを特徴とする。
【００１９】
この発明によると、排気ガス流入面を径方向に内側部と外側部に区分する部位におけるセル間の隔壁を切り欠くことにより、簡単に環状凹部を形成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、環状で排気ガス流入面を径方向に内側部と外側部に区画する排気ガス流入面側が閉塞された環状の空隙部によって形成された断熱層を備えることから、内燃機関始動後早期に内側部における隔壁を触媒活性化温度まで昇温できる。更に、排気ガスが排気ガス流入面から排気ガス流出面に亘って連続形成される各セル内を全長に亘って流れ、隔壁に担持された触媒物質との接触が十分に行われて浄化性能が向上する
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る排気ガス浄化用触媒担体の実施の形態を図１乃至図７を参照して説明する。
【００２２】
図１は、排気ガス浄化触媒装置１の全体構成を示す断面図、図２は触媒担体の斜視図、図３は図２のＩ−Ｉ線断面の要部拡大図、図４は触媒担体の製造工程を模式的に示す工程図、図５、図６、図７はそれぞれ図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）におけるＡ矢視要部拡大図、Ｂ矢視要部拡大図、Ｃ矢視要部拡大図である。
【００２３】
排気ガス浄化触媒装置１は、図１に示すように内燃機関の排気通路２の途中に円筒状に膨出形成された外筒３内に、隔壁１４によって排気ガス流入面１１から排気ガス排出面１２に亘って連続する多数のセル１５が形成されたハニカム状で隔壁１４にＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の触媒物質が一様に坦持された触媒担体１０が収容配置される。
【００２４】
触媒担体１０は、例えばセラミック製であって図２に斜視図を示すとともに図３に図２のＩ−Ｉ線断面の要部拡大図を示すように、内部に各連結部１３において格子状に連結する各隔壁１４によって排気ガス流入面１１から排気ガス流出面１２に亘って中心軸Ｌの延在方向に連続する多数のガス通路となる断面矩形のセル１５が形成された円柱状に形成される。
【００２５】
この触媒担体１０の排気ガス流入面１１に、中心軸Ｌから所定距離離間した部分に環状で中心軸Ｌに沿って所定深さａに切り欠かれた環状凹部１７を形成し、環状凹部１７の排気ガス流入面１１側の開口部２０を閉塞部材２１によって閉塞した空隙部１６によって空気層による環状の断熱層を形成する。この空隙部１６からなる断熱層によって触媒担体１０の排気ガス流入面１１を半径方向に空隙部１６から中心軸Ｌに近い内側部１１ａと、空隙部１６の周囲である外側部１１ｂとに区分される。
【００２６】
この空隙部１６を備えた触媒担体１０の製造工程を図４に示す工程図及び図５乃至図７を参照して説明する。
【００２７】
図４（ａ）に断面を示し、図４（ａ）のＡ矢視要部拡大図を図５に示すように、セラミック製で内部に各連結部１３において格子状に連結する各隔壁１４によって排気ガス流入面１１から排気ガス流出面１２に亘って中心軸Ｌの延在方向に連続する多数のガス通路となる断面矩形のセル１５が形成された円柱状の触媒担体素材３０を準備する。
【００２８】
この触媒担体素材３０の排気ガス流入面１１に、中心軸Ｌから所定距離Ｒ離間した部位に環状で所定深さａの環状凹部１７を切り欠き形成して排気ガス流入面１１を径方向に内側部１１ａと外側部１１ｂとに区分する。この環状凹部１７は図５に破線で示すように、中心軸Ｌからほぼ所定距離Ｒだけ離間した排気ガス流入面１１を径方向に内側部１１ａと外側部１１ｂに区分する部位における隣接するセル１５ａ間の隔壁１４ａを排気ガス流入面１２から所定深さａに亘って切り欠くことによって環状に連続して形成される。この環状凹部１７によって排気ガス流入面１１が環状凹部１７から中心軸Ｌに近い内側部１１ａと環状凹部１７の周囲である外側部１１ｂに区分される。
【００２９】
この環状凹部１７が切り欠き形成された触媒担体素材３０の断面図を図４（ｂ）に示し、図４（ｂ）のＢ矢視要部拡大図を図６に示す。
【００３０】
この触媒担体素材３０に形成される環状凹部１７は、連結部１３を残して隣接するセル１５ａの間の隔壁１４ａのみを排気ガス流入面１１から所定深さａだけ切り欠くことにより、内周面１８が内側部１１ａ側の外周を形成する隔壁１４及び連結部１３によって周方向に連続する環状に形成され、外周面１９が同様に外側部１１ｂの内周を形成する隔壁１４及び連結部１３によって内側面１８と対向して周方向に連続する環状に形成される。
【００３１】
触媒担体素材３０に形成された環状凹部１７の排気ガス流入面１１に開口する開口部２０、即ち内側部１１ａの外周を形成する隔壁１４及び連結部１３の排気ガス流入面１１側の端部と外側部１１ｂの内周を形成する隔壁１４及び連結部１３の排気ガス流入面１１側の端部との間を図４（ｃ）及び図４（ｃ）のＣ矢視要部拡大図を示す図７にハッチングで示すように充填材等の閉塞部材２１によって閉塞して環状の空隙部１６が形成されて触媒担体１０となる。
【００３２】
次に上記のように構成された排気ガス浄化触媒装置１の作用を説明する。
【００３３】
図１において内燃機関の始動とともに、内燃機関側からの排気ガスが排気通路１を介して排気ガス流入面１１から触媒担体１０内に流入する。この排気ガスが流入する際、排気ガスは中央部が外周部に対して流速が速いため、排気ガス流入面１１の内側部１１ａに流入しやすく、排気ガスにより内側部１１ａにおける隔壁１４の温度は外側部１１ｂにおける隔壁１４の温度に比べて高くなる。排気ガスが排気通路１から連続的に流入されると、内燃機関始動後漸次温度が上昇し、所定の温度になると、触媒担体１０の内側部１１ａの隔壁１４に担持された触媒物質が活性化温度となって排気ガスの浄化が始まる。排気ガス浄化が始まると、この排気ガスの浄化作用の反応熱により更に触媒担体１０の隔壁１４の温度が上昇して排気ガスの温度より高くなり、機関運転中は随時排気ガスが触媒担体１０内に供給されて触媒物質による浄化作用が行われる。
【００３４】
ここで、触媒担体１０の排気ガス流入面１１の内側部１１ａの周囲に排気ガス流入面１１側が閉塞部材２１によって閉塞された環状凹部１７によって形成された空隙部１６により空気による環状の断熱層が形成されているため、内側部１１ａから外側部１１ｂへの熱が伝達されにくく、内燃機関始動後早期に内側部１１ａにおける隔壁１４を触媒活性化温度まで昇温できる。特に、断熱層を形成する環状の空隙部１６の排気ガス流入面１１側が閉塞部材２１によって閉塞されることから、内燃機関始動に伴う高温の排気ガスが空隙部１６内に流れ込むことがなく空隙部１６による安定した断熱機能が維持され、更に内側部１１ａにおける排気ガス流量が確保でき内燃機関始動後早期に触媒担体１０の隔壁１４を触媒活性化温度まで効率的に昇温させることができる。
【００３５】
また、空隙部１６に排気ガスが導入されることなく、かつ空隙部１６を隣接するセル１５間を連結するように隔壁１５を切り欠いて形成することにより内側部１１ａ側のセル１５と外側部１１ｂ側のセル１５及び空隙部１６とが区画され、セル１５間の排気ガスの移動が阻止されて排気ガスが排気ガス流入面１１から排気ガス流出面１２に亘って連続形成される各セル１５内を全長に亘って流れ、隔壁１４に担持された触媒物質との接触が十分に行われて浄化性能が向上する。
【００３６】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では断面形状が矩形のセルを備えた触媒担体を例に説明したが断面六角形状等の断面矩形以外のセルを備えた触媒担体を有する排気ガス浄化触媒装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態に係り、排気ガス浄化触媒装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】触媒担体の斜視図である。
【図３】図２のＩ−Ｉ線断面の要部拡大図である。
【図４】触媒担体の製造工程を模式的に示す工程図である。
【図５】図４の（ａ）におけるＡ矢視要部拡大図である。
【図６】図４の（ｂ）におけるＢ矢視要部拡大図である。
【図７】図４の（ｃ）におけるＣ矢視要部拡大図である。
【図８】従来の排気ガス浄化触媒装置の全体構成を示す断面図である。
【図９】図８のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１          排気ガス浄化触媒装置
２          排気通路
３          外筒
１０        触媒担体
１１        排気ガス流入面
１１ａ      内側部
１１ｂ      外側部
１２        排気ガス流出面
１３        連結部
１４        隔壁
１５        セル
１６        空隙部
１７        環状凹部
２０        開口部
２１        閉塞部材
３０        触媒担体素材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2009183832.tif 000008
【図７】
2009183832.tif 000009
【図８】
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【図９】
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