JPH057921U - モノリス型触媒コンバ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 モノリス型触媒コンバ−タのハニカムの熱劣
化を解消する。 【構成】 本考案に係るモノリス型触媒コンバ−タは、
セル表面に触媒を担持させたハニカム１のその入口６か
ら出口７までの長さを、ハニカム１の出口温度をハニカ
ム１の熱劣化許容限界温度となる寸法に設定したもので
ある。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はモノリス型触媒コンバ−タに関し特にハニカムに改良を施したモノリ ス型触媒コンバ−タに関する。

【０００２】

【従来の技術】

触媒コンバ−タは、大別して２〜４ｍｍ程度の球状あるいは円柱状のハニカム に触媒成分を担持させたペレット型と、セラミックや薄い耐熱金属板で多数のガ ス流通口（セル）を有して触媒担持用のハニカムを成形し、そのハニカムの表面 に触媒を担持させた後にこれを触媒収容用の容器内に収容したモノリス型に分類 されている。モノリス型はウォ−ムアップ性、耐摩耗性、背圧、搭載性、軽量等 の点でペレット型と比較すると格段に優れているため、最近では触媒コンバ−タ としてモノリス型が主流を占めている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

触媒コンバ−タの取付け位置によって排気ガスシステムを分類すると、エンジ ンの排気マニホ−ルドの直ぐ後ろに触媒コンバータを取付けるようにしたＭＣタ イプ（マニホ−ルドコンバ−タ）、車両の床下に触媒コンバータを取付けるよう にしたＵＦＣタイプ（アンダ−フロアコンバ−タ）、排気マニホ−ルドの直ぐ後 ろ及び車両の床下にそれぞれ触媒コンバータを取付けるようにしたＭＣ−ＵＦＣ タイプに区別できるが、各タイプにはそれぞれ次のような欠点があり、現行排気 法規制を上回るアメリカの９３年以降のＨＣ規制をクリアする上で大きな障害と なっている。

【０００４】 (A) ＭＣタイプではエンジンに近いために触媒コンバ−タが排気熱によってエ ンジン始動後早期に活性温度に達し、排気ガスの浄化に非常に有効になるという 反面、入口排気ガスの温度が高温のため、熱による浄化性能の劣化が大きく、性 能を長期間維持できない。

【０００５】 (B) ＵＦＣタイプでは、エンジンから遠いため熱による性能劣化は少ないが、 エンジン始動時、触媒コンバ−タが活性温度に達するのにかなり時間がかかり、 その間、排気は全く浄化されていないので、排気ガスの浄化の点でかなり不利と なる。

【０００６】 (C) ＭＣタイプとＵＦＣタイプを組合わせたＭＣ−ＵＦＣタイプはコストが高 く、基本的にＭＣタイプのもつ熱による浄化性能の劣化は解決されていない。

【０００７】 なお関連技術には、モノリス型の触媒コンバ−タにおける排気ガスの分散性を 改善するために、ハニカムを排気ガス流れ方向において適当に複数分割し、各ハ ニカム間に適当な間隔をあけるようにした「モノリス触媒コンバ−タ」（実開昭 58-180318号）がある。

【０００８】 本考案の目的は、モノリス型触媒コンバ−タのハニカムの熱劣化を解消するこ とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために本考案に係るモノリス型触媒コンバ−タは、セル表 面に触媒を担持させたハニカムのその入口から出口までの長さをハニカムの出口 温度をその熱劣化許容限界温度とする寸法に設定したものである。

【００１０】

【作用】

ハニカムの入口から出口までの長さを、ハニカム出口温度がハニカムの熱劣化 許容限界温度となる寸法に定めるとハニカムの熱劣化は起こらない。

【００１１】 つまり本考案は従来例（実開昭 58-180318号）のように、ハニカムに対する排 気の分散性を改善してハニカムの特定部（中心部）での溶損の確率を下げるよう にしたものとは異なり、ハニカムの長さに起因した、すなわち触媒反応熱の影響 に起因した熱劣化は防止される。

【００１２】

【実施例】

以下に本考案の好適一実施例を添付図面に基づいて説明する。

【００１３】 図７は、従来のモノリス型触媒コンバ−タをＭＣタイプに設置した場合のハニ カムの温度分布を示している。低回転・軽負荷ではハニカムの最高温度も低く触 媒反応に対して何等問題は生じないが、高回転・高負荷時のハニカムの温度は、 その入口Ａ点から排気ガス下流側のＣ点までの間においてどんどん上昇し、入口 からある距離離れたＣ点で熱劣化許容限界温度に達し、Ｃ点以降Ｄ点まではその 温度は熱劣化許容限界温度をさらに越えて上昇し、Ｅ点で再度熱劣化許容限界温 度を下回るようになる。つまり、Ｃ点の温度は、Ｃ点前の触媒反応温度の影響を 強く受けて上昇し、Ｄ点の温度はＣ点までの触媒反応温度の影響を強く受けて上 昇していることがわかる。これは高回転・高負荷の場合に限らず低回転・軽負荷 の場合も顕著であり（試験結果はハニカムの入口から１〜１．５インチ（約４ｃ ｍ）の範囲内にＣ点が分布すると報告されている）、本出願人等は、これらの結 果から、熱による浄化性能の劣化が大きく性能を長期間維持できないというモノ リス型触媒コンバ−タの欠点を解消するためには、ハニカムの入口から出口まで の長さを、ハニカムの出口温度がハニカムの熱劣化許容限界温度となるように短 くし（上記試験結果に対応するとハニカムの入口から出口までの長さは１〜１． ５インチ（約４ｃｍ）未満となる）、熱劣化許容限界温度以上となってしまう部 分を切り離す方法が有効であることを見い出した。

【００１４】 図１乃至図３は、ハニカム１の熱劣化許容限界温度に基づきハニカム１を短く した本考案の基本的例を示すものである。

【００１５】 すなわち図１には入口６から出口７までの長さをハニカムの熱劣化許容限界温 度に対応させて短くしたハニカム１をコンバ−タ容器２の中央に設けたモノリス 型の触媒コンバ−タ３が、図２には、コンバ−タ容器２の出入口側に上記ハニカ ム１…をそれぞれ設けた触媒コンバ−タ４が、そして図３には、出入口側の他に その中間にハニカム１…を設けた触媒コンバ−タ５が示されている。いずれの例 にあってもハニカム１の長さはその入口６から出口７までの長さＬをハニカム１ の出口温度がその熱劣化許容限界温度となるような寸法としている。また図２， 図３のように同一のコンバ−タ容器２に複数のハニカム１…を設け、排気の浄化 率を上げる場合は、互いに隣接しているハニカム１，１間に適宜な間隔をあけ、 ハニカム１に対する排気ガスの分散性はもとより、上流側のハニカム１の触媒反 応熱の影響がそのまま次のハニカム１に及ぼされることのないようにしている。 つまり、図８に示すように、一つのコンバ−タ容器２に複数個のハニカム１ａ… を設ける場合は、上流側のハニカム１ａの出口７を出た排気ガスが次のハニカム １ｂの入口６に入るまに排気ガスの温度がコンバ−タ容器２の入口温度まで低下 しているようハニカム間の間隔を適宜設定し、下流側のハニカム１ｂ…の異常な 温度上昇を防止する。

【００１６】 次に排気マニホ−ルドや排気管に関連させて説明する。

【００１７】 ＭＣ−ＵＦＣタイプの場合は、基本的にはアイドリングを含めた軽負荷、低回 転域をＭＣタイプで賄い、中・高負荷，中・高回転の両域をＵＦＣタイプで賄う 。このため、図４に示す如く、エンジン直後の排気マニホ−ルド８に図１乃至図 ３の触媒コンバ−タ３，４，５のいずれかを取付け、車両の床下に別のモノリス 型の触媒コンバ−タ９を取り付ける。排気マニホ−ルド８に取付けた触媒コンバ −タ３は、スタ−タコンバ−タとして機能する。この触媒コンバ−タ３のハニカ ム１は、中・高負荷，中・高回転域では排気ガスの流速の増加に伴って触媒反応 が生じないため、排気抵抗がかなり小さい。したがってこの例ではアイドリング 時を含む軽負荷・低回転では排気マニホ−ルド６ごとに排気浄化を行い、それ以 外の負荷ではＵＦＣタイプとして設けられた別のモノリス型の触媒コンバ−タ９ で排気浄化を行う。つまり、従来のＭＣの浄化率（新品時）を１００％とした場 合、スタ−タコンバ−タ１個の浄化率を３０％位の能力をもつようにすれば、現 存のＭＣと同等な浄化率とすることが可能である。なおＵＦＣタイプとしては従 来のモノリス型触媒コンバ−タが使用できることは勿論であるが万が一のハニカ ム１の熱劣化を回避するために、軽負荷・低回転域用のハニカム１を取り除いた 構造の触媒コンバ−タ５を使用することも可能である。

【００１８】 図５および図６は、スタ−タコンバ−タとしての触媒コンバ−タ４又は触媒コ ンバータ５を排気マニホ−ルド８の集合部１０、その集合部１０の直ぐ後の排気 管１１に取付けるようにしたものである。この場合触媒コンバ−タ４を集合部１ ０の下流に取り付けることは、排気マニホ−ルド８ごとに取付けるのとは排気浄 化能力の点で相違したものとなるため、適正な浄化率を得るためには触媒コンバ −タ４を複数段に設けるか、又はハニカムを適正に増設して排気浄化能力を適正 なものとして排気浄化能力を全体として調節する。

【００１９】 このようにスタ−タコンバ−タとしての触媒コンバ−タ４は、エンジンを冷 間から始動した場合、後方の触媒コンバ−タ９が活性温度に上昇するまでの間、 その間を補い、触媒コンバ−タ４により排気ガス温度を上げることができるの で燃費のためにアイドルの点火タイミングを最良に設定してエンジン回転を低下 させても触媒コンバ−タ４による排気ガス温度の昇温機能により触媒コンバ−タ ９を早期に活性化温度として浄化率を安定させるという機能を発揮する。

【００２０】 なお本考案に係る触媒コンバ−タをＭＣタイプとする場合は、図３の触媒コン バータ５を使用する。この場合、アイドリングを含めた軽負荷から高負荷域及び 低回転から高回転域の全運転域を１つの触媒コンバ−タ５でカバ−するために、 アイドリングを含めた軽負荷、低回転域においてその出口温度が第１ハニカム１ ａの熱劣化許容限界温度となるように形成された第１ハニカムの下流に、かつそ の第１ハニカム１ａを出た排気ガスの温度が中負荷・中回転域における触媒の下 限の活性温度となる位置にその入口を位置させて第２ハニカム１ｂを設け、その 第２ハニカム１ｂの下流にかつ、その第２ハニカム１ａを出た排気ガスの温度が 高負荷・高回転域における触媒の下限の活性温度となる位置に、その入口を位置 させて第３ハニカム１ｃを設ける。第２ハニカム１ｂ，第３ハニカム１ｃの長さ Ｌ₂ ，Ｌ₃ も、ハニカムの出口温度が各負荷・回転において熱劣化許容限界温度 となるように長さが設定される。このように第１ハニカム１ａ〜第３ハニカム１ ｃの長さ，及びハニカム間の相互間隔を設定すると、第１ハニカム１ａ〜第３ハ ニカム１ｃは、各負荷・回転において熱劣化なくセルに反応生成物が付着するよ うなこともない。このため排気ガスの浄化は長期に亘って良好に継続され、その 信頼性、耐久性は飛躍的に向上する。また負荷・回転の増加による流速の増加に よって上流側のハニカムは触媒反応が起きなくなるため、触媒浄化システム全体 としての排気抵抗は大巾に減少する（例えば高負荷・高回転では、排気流速が高 まり、その流速によって第１ハニカム１ａ，第２ハニカム１ｂでは触媒反応がお きず、排気ガスは第１ハニカム１ａ，第２ハニカム１ｂを抵抗なく通過する）。 なお各負荷・回転域を担当するハニカム１ａ〜１ｃが、触媒反応による熱劣化 許容限界温度の制限を受け、その排気浄化能力が各負荷・回転域において不十分 となるような場合は、それら第１〜第３ハニカム１ａ〜１ｃの前後に上記間隔を あけて新たに第１ハニカム１ａ，第２ハニカム１ｂ、第３ハニカム１ｃを設置す るようにしても構わない。

【００２１】

【考案の効果】

以上説明したことから明らかなように本考案によれば次の如き優れた効果を発 揮する。

【００２２】 (1) セル表面に触媒を担持させたハニカムのその入口から出口までの長さを、ハ ニカムの出口温度をハニカムの熱劣化許容限界温度とする寸法としたので、ハニ カムの熱劣化を完全になくすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係るモノリス型触媒コンバ−タを示す
断面図である。

【図２】同じくモノリス型触媒コンバ−タを示す断面図
である。

【図３】同じくモノリス型触媒コンバ−タを示す断面図
である。

【図４】本考案に係るモノリス型触媒コンバ−タの取付
け状態を示す図である（ＭＣ−ＵＦＣタイプ）。

【図５】本考案に係るモノリス型触媒コンバ−タの取付
け状態を示す図である（ＭＣ−ＵＦＣタイプ）。

【図６】本考案に係るモノリス型触媒コンバ−タの取付
け状態を示す図である（ＭＣ−ＵＦＣタイプ）。

【図７】従来のモノリス型触媒コンバ−タのハニカムの
温度分布を示す図である。

【図８】ハニカムの温度分布−ハニカムの長さ−ハニカ
ム間の間隔との関係を示す図である。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ ハニカム ６ ハニカムの入口 ７ ハニカムの出口

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】 セル表面に触媒を担持させたハニカムの
   その入口から出口までの長さがハニカムの出口温度をそ
   の熱劣化許容限界温度となる寸法に設定したことを特徴
   とするモノリス型触媒コンバ−タ。