JP2002514707A - 触媒コンバータ、特にディーゼルエンジンまたは希薄燃焼エンジン用触媒コンバータ - Google Patents
触媒コンバータ、特にディーゼルエンジンまたは希薄燃焼エンジン用触媒コンバータInfo
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Abstract
Description
する。多くの国で環境に関する法律が厳しさを増していることに照らして、排気
ガスを浄化する触媒コンバータは、自動車の内燃機関およびその動作モードに、
より正確に適合されなければならない。
コールドスタート段階での汚染物質排出レベルを下げるために、以下のような触
媒コンバータを用いることが知られている。すなわちこの触媒コンバータは単位
体積当り最低限レベルの熱容量しか有していない第1のゾーンを有し、このため
このゾーンは急速に加熱し、触媒反応を引起こし、かつその状況で発生する熱エ
ネルギのために、さらに下流に配置される触媒コンバータの部分を加熱する。そ
のような触媒コンバータの例はWO 92/02716に記載されている。
びEP 0 705962 A1にも記載されている。3つの明細書すべてに共
通するのは、第1のゾーンは第2のゾーンよりも表面積が小さく、それにより実
質的に熱容量の減少が達成されていることである。
体だけでなく、多くの排気システムは2つのハニカム体を有し、うち一方は断面
積当りの通路の数が少なく、そのため熱容量レベルが低い、という構造を含んで
いる。
いうのが近年の開発の一般的な傾向である。この理由は重量を減らすことの他に
、単位体積当り最大限の表面積を得るとともに、排気システム内で望ましい最小
限の圧力降下を特に達成するためである。
適用されたものであるが、排気ガスと燃料の混合が化学量論的に可能な限り正確
に規制される従来のエンジン設計に関する。
エンジン、すなわちかなり多量の空気で、特に直接ガソリン噴射で動作するエン
ジンに安易に移すことはできない。この場合、排気ガス中の大量の空気のために
、化学量論的動作を含む際よりも、動作において実質的に低温となってしまう。
したがって、内燃機関のコールドスタート後は、触媒変換効果に必要な動作温度
が可能な限り速く達成されるのが望ましいが、その後の動作および特にアイドル
段階で、状況によっては触媒コンバータが触媒変換効果に必要な動作温度以下に
冷却されてしまうような低温排気ガスが発生し、その後の負荷段階では、汚染物
質がまず周囲に排出されてしまうことが認められるであろう。
動作温度に達するが、より低温の排気ガスを含むその後の段階で再びその温度を
失わないような、ディーゼルエンジンおよび希薄燃焼エンジンに特に好適な排気
ガス浄化のための触媒コンバータを提供することである。
開発は従属の請求項で明らかにされている。
られる通常は熱容量の低いゾーンの下流に、ハニカム体の単位体積当り特に高レ
ベルの熱容量を備えた第2のゾーンを提供するステップである。その場合は、か
なり改良された排気ガス浄化の値が達成されることで、開発の傾向に反して、重
量増およびわずかに大きな圧力降下が許容される。
のハニカム体を有し、それは接触活性材料で被覆され、かつ排気ガスがそこを流
れる互いに壁で分離された通路を有する。コンバータは排気ガスの流れる方向に
連続して第1のゾーンおよび第2のゾーンを有し、第1のゾーンはハニカム体の
単位体積ごとの熱容量が第2のゾーンよりも低い。その場合、第2のゾーンは少
なくともリットルケルビン当り800ジュール(J/lk)、好ましくは少なく
とも900ジュールの特に高い熱容量を有する。第2のゾーンの高い熱容量の効
果は、低温の排気ガスを含むときに、一定の時間、触媒反応を維持できる熱を蓄
えられることにある。
急速に加熱し、有害排気ガス成分、特に炭化水素および一酸化炭素を触媒変換し
始める。この反応は発熱性があり、蓄熱を始める第2のゾーンに対し急速な加熱
効果を支持する。触媒コンバータの第1のゾーンの表面積はコールドスタート段
階での変換効果に対して実質的に十分であり、そのため第2のゾーンでの緩やか
な温度上昇は汚染物質排出に関して何ら不利益にはならない。その代わりに低温
排気ガスを含んで動作するその後の段階では、第2のゾーンは蓄熱によって触媒
反応を維持し続けることができるが、第1のゾーンは熱容量が低いために、必要
な変換温度以下に急速に冷却される。次に続くより高温の排気ガスを含む段階で
は、発熱性反応が非常に急速に再び第1のゾーンに移り、それにより第2のゾー
ンは再び加熱され、新たに蓄熱が可能となる。エンジンの動作モードが変動する
とき、すなわち市街地の運転およびそれに対応するテストサイクルで特に起こる
ようなときでさえ、その手順は全般的に排気ガス浄化活動に均等な効果をもたら
す。
多くの方法がある。熱容量は坦体構造の壁の厚みを増すことおよび/または被覆
の厚みを増すことにより達成される。さらに第1のゾーンに対して断面積当りの
セルの数を増すことが可能であることが認められるであろう。
やや離れて配置することができる2つの個別のハニカム体を含み、この場合、第
2のハニカム体は第1のハニカム体よりも厚い壁を持つ。この発明に従うと、シ
ート状金属層からねじ曲げ、積み重ね、または巻かれたハニカム体の場合、第1
のゾーンは被覆なしで0.06mm未満、好ましくは0.04mm未満の平均的
な壁の厚みを有するべきであり、第2のゾーンは被覆なしで平均で0.06mm
より厚い、好ましくは0.08mmより厚い、特に0.11mmの壁の厚みを有
する。製造手順上および/または機械的な理由のために、異なるシート状金属層
、特に平坦なシート状金属層および波形のシート状金属層が異なる厚さであるこ
とがおそらくは必要となるため、ここではシート状金属層の平均的な厚みが述べ
られている。しかしながら、ゾーン内のシート状金属層はすべて同じ厚みで作ら
れるのが特に好ましい。通常用いられるステンレス鋼の熱容量が高レベルである
ため、金属ハニカム体向けには従来はほとんど考慮されていなかったのだが、0
.08mmを超えるシート状金属の厚みは、排気ガスの温度が急激に降下しても
、シート状金属層上の被覆の形で存在するセラミック薄め塗膜を一定の時間、動
作温度に保つことが可能な、かなりの熱量を蓄えることができる。
触媒コンバータ内で異ならせて、第1のゾーンでは、被覆を含めた壁の総厚みを
0.08mm未満とし、第2のゾーンの総厚みを0.1mm、好ましくは0.1
2mmより大きくしてもよいことが認められるであろう。特にずっと同じ厚みの
坦体材料を含むモノリシックハニカム体に対しては、これは熱容量が異なる2つ
のゾーンを提供することが可能となる方法である。
触媒コンバータ効果に十分な表面積を有するためには、第1のゾーンは軸方向の
長さが10から60mm、好ましくは20から50mmでなければならない。し
かしながら全般的には、第2のゾーンは第1のゾーンの軸方向の長さの少なくと
も2倍なければならない。少なくとも360cpsi(平方インチ当りセル)と
いう数字が両方のゾーンに望ましいと判明している。
参照することにより、以下により詳細に説明される。
ニカム体は軸方向の長さaの第1の軸ゾーン1と軸方向の長さbの第2の軸ゾー
ン2を有する。内燃機関、特にディーゼルエンジンまたは希薄燃焼エンジンから
の排気ガスは、流れの方向Sにハニカム体6を通って流れる。ハニカム体6は、
ゾーン1、ゾーン2が異なる熱容量を有するモノリシックハニカム体であり得る
が、共通の管状ケーシング7に置かれるゾーン1、ゾーン2の2ゾーンに2つの
別のハニカム体を含むような配列も可能なことが指摘されねばならない。この実
施例に従うと、ハニカム体は各々4および5で示される平坦なシート状金属層お
よび波形のシート状金属層から構成される。金属層は反対方向にともにねじ曲げ
られ、排気ガスが流れることができる通路3を形成する。好ましい実施例では第
1のゾーン1のすべての金属シートの厚みは約0.03mmであるが、第2のゾ
ーン2では約0.11mmである。これは被覆された第2のゾーンに900J/
lkを超える熱容量を与える。
下での効果的な排気ガス浄化を可能にするが、この発明に記載の構成は単純で、
コスト面で有利であり、重量と圧力降下の点でごく軽微な不利益があるのみであ
る。
Claims (12)
- 【請求項1】 内燃機関、特にディーゼルエンジンまたは希薄燃焼エンジン
からの排気ガスを浄化する触媒コンバータであって、触媒活性材料で被覆されか
つ、排気ガスがそこを流れることができ互いに壁(4、5)で分離される通路(
3)を有する少なくとも1つのハニカム体(6)を含み、コンバータは流れの方
向(S)に連続して第1のゾーン(1)および第2のゾーン(2)を有し、第1
のゾーン(1)は第2のゾーン(2)よりもハニカム体(6)の単位体積当りの
熱容量が低く、前記触媒コンバータは、 第2のゾーン(2)はリットルケルビン当り少なくとも800ジュール(J/
lk)、好ましくは少なくとも900ジュールの熱容量を有することを特徴とす
る、触媒コンバータ。 - 【請求項2】 ハニカム体(6)が、通路(3)の壁を形成する、少なくと
も部分的に組立てられたシート状金属層(4、5)から巻かれ、重ねられ、また
はねじ曲げられ、 また第1のゾーン(1)のシート状金属層(4、5)は被覆なしで平均して0
.06mm未満、好ましくは0.04mm未満の厚みであり、第2のゾーンでは
被覆なしで平均して0.06mmより多く、好ましくは0.08mmより多く、
特に0.11mmの厚みであることを特徴とする、請求項1に記載の触媒コンバ
ータ。 - 【請求項3】 被覆を含めた壁(3)の厚みが第1のゾーン(1)では0.
08mmより小さく、第2のゾーン(2)では0.1mm、好ましくは0.12
mmより大きいことを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の触媒コンバ
ータ。 - 【請求項4】 第1のゾーン(1)と第2のゾーン(2)とが2つの独立し
たハニカム体によって形成されることを特徴とする、請求項1、2または3に記
載の触媒コンバータ。 - 【請求項5】 第1のゾーン(1)と第2のゾーン(2)とがモノリシック
ハニカム体(6)の中に形成されることを特徴とする、請求項1、2または3に
記載の触媒コンバータ。 - 【請求項6】 第1のゾーン(1)と第2のゾーン(2)とが異なる厚みの
被覆によって形成されることを特徴とする、請求項3に記載の触媒コンバータ。 - 【請求項7】 第2のゾーン(2)の軸方向の長さ(b)が、第1のゾーン
(1)の軸方向の長さ(a)の少なくとも2倍の長さであることを特徴とする、
請求項1から6のいずれかに記載の触媒コンバータ。 - 【請求項8】 第1のゾーン(1)の軸方向の長さ(a)が10から60m
m、好ましくは20から50mmであることを特徴とする、請求項1から7のい
ずれかに記載の触媒コンバータ。 - 【請求項9】 ディーゼルエンジン、特に自動車の排気システムに取付けら
れることを特徴とする、請求項1から8のいずれかに記載の触媒コンバータ。 - 【請求項10】 希薄燃焼エンジン、特に直接ガソリン噴射を伴う自動車の
排気システムに取付けられることを特徴とする、請求項1から9のいずれかに記
載の触媒コンバータ。 - 【請求項11】 断面積当りの通路の数が、第1のゾーン(1)および第2
のゾーン(2)でほぼ等しく、特に360cpsi(平方インチ当りセル)より
大きいことを特徴とする、請求項1から10のいずれかに記載の触媒コンバータ
。 - 【請求項12】 単位体積当りの比表面積が、第1のゾーン(1)および第
2のゾーン(2)において実質的に等しいことを特徴とする、請求項1から11
のいずれかに記載の触媒コンバータ。
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