CN112566719B - 催化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能使废气的流动方向上的载体的强度均匀的催化装置。平板(52)和波纹板(54)具有多个孔(64)，在平板(52)和波纹板(54)被制成载体(42)之前的平坦状态下，多个孔(64)沿着与载体(42)的轴线方向平行的第1方向(D1)排列而形成多个第1列(66)，并且沿着与第1方向(D1)正交的第2方向(D2)排列而形成多个第2列(68)，在从第2方向(D2)观察时，彼此相邻的两个第2列(68)中的一个第2列(68)上的孔(64)与另一个第2列(68)上的孔(64)彼此的局部(64p)重叠。

Description

催化装置

技术领域

本发明涉及一种催化装置(catalyst device)，该催化装置将载体收装并支承于外筒，其中，载体通过将平板和波纹板重叠卷绕而形成且担载催化剂。

背景技术

具有内燃机的车辆具有排气装置，该排气装置用于使在内燃机的燃烧工序中产生的废气向车辆外部排出。排气装置具有净化废气的催化装置。在日本发明专利公开公报特开2014-147879号中，公开了一种用于机动二轮车所设置的小型内燃机的催化装置。该催化装置具有担载催化剂的载体和收装并支承载体的外筒。载体通过将金属箔状的平板和波纹板重叠卷绕而形成。平板与波纹板的接合位置和载体与外筒的接合位置靠近废气的上游侧。在日本发明专利公开公报特表2005-535454号中，公开了一种由分别具有孔的平坦形薄板(平板)和波形薄板(波纹板)形成的带孔蜂窝体(载体)。

发明内容

在带孔的载体中，具有孔的部分的强度比不具有孔的部分的强度低。如日本发明专利公开公报特表2005-535454号中所示，当在废气的流动方向上具有孔的部分和不具有孔的部分偏集分布时，由于随着排气而在载体中产生的热应力，有可能会使强度低的具有孔的部分(孔与孔之间的板材)发生屈曲。

本发明是考虑到这样的技术问题而作出的，其目的在于，提供一种能使废气的流动方向上的载体的强度均匀的催化装置。

本发明涉及一种催化装置，其具有载体和外筒，其中，

所述载体通过将金属箔状的平板和波纹板重叠卷绕而形成，且担载催化剂；

所述外筒在内部收装所述载体，并且以使所述载体的一端部朝向废气的上游侧且使所述载体的另一端部朝向废气的下游侧的方式来支承所述载体，

所述平板和所述波纹板具有多个孔，

在所述平板和所述波纹板被制成所述载体之前的平坦状态下，多个所述孔沿着与所述载体的轴线方向平行的第1方向排列而形成多个第1列，并且沿着与所述第1方向正交的第2方向排列而形成多个第2列，

在从所述第2方向观察时，彼此相邻的两个所述第2列中的一个所述第2列上的所述孔与另一个所述第2列上的所述孔彼此的局部重叠。

根据本发明，能高效地进行废气的净化，而不会使载体的强度下降。

附图说明

图1是机动二轮车的左视图。

图2是排气装置的左视图。

图3是催化剂收纳部的剖视图。

图4是将从上游侧观察到的催化装置简化后的示意图。

图5是将平板简化后的示意图。

图6是将在上游侧具有直径小的孔的平板简化后的示意图。

图7是用于说明钎焊部位的说明图。

图8是用于说明载体的制造方法的说明图。

具体实施方式

下面，列举优选的实施方式，并参照附图来详细地说明本发明所涉及的催化装置。

此外，在以下的说明中所使用的上游、下游是以废气的流动为对象的。

[1.排气装置14]

如图1所示，机动二轮车10具有作为用于行驶的驱动源的内燃机12。排气装置14与内燃机12连接。

如图2所示，排气装置14具有法兰16、上游侧排气管18、催化剂收纳部20、下游侧排气管22(图3)、隔热罩24和消声器26。上游侧排气管18通过法兰16而与内燃机12的气缸盖连接。催化剂收纳部20与上游侧排气管18的下游侧端部连接。关于催化剂收纳部20的结构，在下述[2]中对其进行说明。下游侧排气管22(图3)与催化剂收纳部20的下游侧端部连接。隔热罩24以覆盖下游侧排气管22的方式与催化剂收纳部20的下游侧端部连接。消声器26与下游侧排气管22及隔热罩24的下游侧端部连接。排气装置14通过一个以上的支承件28而被安装于车身的框架。通过该结构，从内燃机12排出的废气通过上游侧排气管18、催化剂收纳部20、下游侧排气管22、消声器26而被排出至外部。

[2.催化剂收纳部20]

如图3所示，催化剂收纳部20具有外锥形管30、隔热管32、上游侧内锥形管34、催化装置36和下游侧内锥形管38。外锥形管30与上游侧排气管18的下游侧端部连接。隔热管32与外锥形管30的下游侧端部连接。上游侧内锥形管34在比外锥形管30与上游侧排气管18的连接部位靠下游侧的位置与上游侧排气管18的下游侧端部连接，且位于外锥形管30的内部。催化装置36与上游侧内锥形管34的下游侧端部连接，且位于隔热管32的内部。关于催化装置36的结构，在下述[3]中对其进行说明。下游侧内锥形管38与催化装置36的下游侧端部连接，且位于隔热管32的内部。

[3.催化装置36]

如图3、图4所示，催化装置36具有载体42和外筒44。载体42是蜂窝结构的大致圆柱形状，通过将金属箔状的一个以上的平板52(图8)和将金属箔状的平板52成型为波纹状而成的一个以上的波纹板54(图8)重叠卷绕而形成。平板52(及波纹板54)由不锈钢形成，且具有从一个面贯通至另一个面的多个孔64(图5)。关于孔64，在下述[3.1]中对其进行说明。

载体42担载催化剂。例如，在载体42的状态下，平板52和波纹板54的表面被含有催化物质(铂、钯、铑等铂族元素等)的涂层覆盖。平板52与波纹板54彼此被接合。关于平板52与波纹板54的接合，在下述[3.2]中对其进行说明。

外筒44是具有比载体42的外径稍大的内径的圆筒。与平板52同样地，外筒44由不锈钢形成。外筒44在内部收装载体42。外筒44以载体42的一端部42a朝向废气的上游侧，载体42的另一端部42b朝向废气的下游侧的状态，来支承载体42。在由外筒44支承载体42的状态下，外筒44的轴线与载体42的轴线一致。如图3所示，将两者的轴线称为轴线A。载体42的外周面与外筒44的内周面彼此被接合。关于载体42与外筒44的接合，在下述[3.2]中对其进行说明。

[3.1.具有孔64的平板52]

使用图5来说明平板52。图5所示的平板52是被制成载体42之前的平坦状态。平板52是第1方向D1上的长度为L，第2方向D2上的长度为W(＞L)的大致矩形的金属箔状部件。第1方向D1与废气的流动方向及载体42的轴线方向(轴线A的延伸方向)平行。在图5中，将从纸面的自上而下的方向设为第1方向D1。第2方向D2与第1方向D1正交。在图5中，将纸面的由左向右的方向设为第2方向D2。平板52的第1方向D1的长度L成为载体42的轴线方向的长度。平板52的第2方向D2的长度W与载体42的直径有关。因此，长度L和长度W根据载体42的设计来确定。

平板52具有孔形成部60和包围孔形成部60的缘部62。平板52在孔形成部60上具有沿着第1方向D1和第2方向D2排列的多个孔64。将沿着第1方向D1的孔64的列称为第1列66。将沿着第2方向D2的孔64的列称为第2列68。在第1列66中，在将连接孔64的中心的线设为列的中心线66c时，以使各中心线66c成为等间隔的方式来配置各孔64。在第2列68中，在将连接孔64的中心的线设为列的中心线68c时，以使各中心线68c成为等间隔的方式来配置各孔64。

针对第1列66，以朝向第2方向D2的方式依次标注编号。从第2方向D2的一侧(或另一侧)观察，第n个第1列66上的各孔64与第n+1个第1列66上的各孔64交替排列。即，从第2方向D2的一侧(或另一侧)观察，在第n个第1列66上彼此相邻的两个孔64之间，配置有第n+1个第1列66的一个孔64，在第n+1个第1列66上彼此相邻的两个孔64之间，配置有第n个第1列66的一个孔64。

同样地，针对第2列68，以从第1方向D1的一侧朝向另一侧的方式依次标注编号。从第1方向D1的一侧(或另一侧)观察，第n个第2列68上的各孔64与第n+1个第2列68上的各孔64交替排列。即，从第1方向D1的一侧(或另一侧)观察，在第n个第2列68上彼此相邻的两个孔64之间，配置有第n+1个第2列68的一个孔64，在n+1个第2列68上彼此相邻的两个孔64之间，配置有第n个第2列68的一个孔64。

从第1方向D1观察，彼此相邻的两个(第n个与第n+1个)第1列66中，一个(第n个)第1列66上的孔64与另一个(第n+1个)第1列66上的孔64彼此分离。相对于此，从第2方向D2观察，彼此相邻的两个(第n个与第n+1个)第2列68中，一个(第n个)第2列68上的孔64与另一个(第n+1个)第2列68上的孔64彼此的局部64p重叠。重叠的局部64p的第1方向D1上的长度大于0，且为孔64的第2方向D2上的长度(例如直径2a)的20％以下。

在此，说明平板52的具体例。孔64的形状为圆形。孔64的半径a为4.0mm彼此相邻的第1列66的间隔i1(即第n个第1列66与第n+1个第1列66的间隔i1)为9.52mm。彼此相邻的两个孔64的端部之间的距离b为3mm。局部64p的长度为孔64的第1方向D1上的长度的10％以上。

此外，上述形状和数值为一例，也可以为其他的形状或数值。例如，孔64的形状也可以为椭圆，在该情况下，长轴和短轴中的任一方可以与第1方向D1或第2方向D2平行。

另外，配置于局部64p的区域的孔64的尺寸(例如直径2a)可以比配置于其他的区域的孔64的尺寸(例如直径2a)小。尤其，可以减小从上游侧、即作为载体42的一端部42a的第1端部52a侧起规定数字序号(第1个～第k个)第2列68中包含的孔64的尺寸。具体而言，在孔64为圆形的情况下，可以设定孔64的尺寸和配置，以使距离b＞半径a的关系成立。通过减小上游侧的孔64的尺寸，能提高对于载体42因废气的脉动而引起的振动(称为颤振)的耐久性。

对于在图6中示出的平板52而言，减小从作为上游侧的第1端部52a侧起第3个(第1个～第3个)第2列68中包含的孔64的大小。例如，孔64的半径a为3.4mm彼此相邻的第1列66的间隔i1为9.52mm。彼此相邻的两个孔64的端部之间的距离b为4.2mm。

波纹板54由将沿着第2方向D2延长平板52的形态的金属箔状部件加工为朝向第2方向D2的波纹形状而形成。在俯视观察时，波纹板54呈与平板52大致相同的外形。波纹板54的波纹形状是振幅递增、递减的形状，例如是正弦波形状。波纹板54具有与平板52相同配置的孔64。但是，波纹板54在第2方向D2上比平板52长，相应地，孔形成部60在第2方向D2上宽，从而孔64的数量较多。

当在平板52和波纹板54上形成孔64时，易于使在载体42中流动的废气产生紊流(涡流)。当废气产生紊流时，废气与催化剂接触的机会增加，因此能提高废气的净化效率。而且，当在平板52和波纹板54上形成孔64时，废气的流路实质上变长。当废气的流路变长时，废气与催化剂接触的机会增加，因此能提高废气的净化效率。

[3.2.各部件的接合]

使用图7来说明平板52与波纹板54的接合及载体42与外筒44的接合。图7表示图3所示的催化装置36中的各部件的接合范围。平板52与波纹板54及载体42与外筒44均通过钎焊而被接合。

在本实施方式中，将平板52与波纹板54的位于上游侧的钎焊的部位设为第1上游范围70，将载体42与外筒44的钎焊的部位设为第2上游范围72。第1上游范围70是从载体42的一端部42a的位置起，沿着轴线方向向下游侧扩展至距离为长度L1的位置的范围。第2上游范围72是从载体42的一端部42a的位置起，沿着轴线方向向下游侧扩展至距离为长度L2的位置的范围。长度L2比长度L1长。即，第2上游范围72比第1上游范围70向轴线方向的下游侧扩展得宽。

对于位于第1上游范围70的载体42而言，从中心至外周将平板52与波纹板54彼此钎焊在一起。在第1上游范围70中，包括平板52与波纹板54的各自的缘部62和第1个至规定数字序号的第2列68上的多个孔64。波纹板54所含的各波纹部分的大致顶点部位被钎焊于平板52。但是，对第1上游范围70中包含的平板52与波纹板54的所有的接触部位进行钎焊并不容易。因此，在本实施方式中，并非必须对所有的接触部位进行钎焊。

位于第2上游范围72的载体42与外筒44彼此被钎焊在一起。具体而言，载体42的外周面与外筒44的内周面被钎焊在一起。

催化装置36的振动越靠近上游侧则越大。如本实施方式所示，在第1上游范围70将平板52与波纹板54接合，在第2上游范围72将载体42与外筒44接合，据此，能有效地抑制载体42的振动。而且，由于各部件并非在载体42的全长范围进行接合，因此能防止由于各部件受热影响而伸缩导致载体42发生破损。

[4.催化装置36的制造方法]

如图8所示，一边用支承工具支承在波纹板54的双面上重叠平板52而成的层叠体50的中央部分C，一边使支承工具旋转而使中央部分C朝向一个方向R旋转，据此形成层叠体50从中心朝向径向重叠而成的载体42。此时，对平板52与波纹板54进行钎焊，而使载体42成为大致圆柱形状。

此外，层叠体50也可以为将多个平板52与多个波纹板54交替层叠而成的多层。另外，也可以如上述的日本发明专利公开公报特开2014-147879号所示那样，一边用支承工具支承层叠体50的端部，一边使支承工具向R方向旋转而形成载体42。

接着，将大致圆柱形状的载体42插入外筒44中，并对载体42与外筒44进行钎焊。

接着，将含有催化物质的粘性高的混合液配置于载体42的一端部42a侧，并使另一端部42b侧的气压比一端部42a侧的气压低而产生压差。于是，混合液被向另一端部42b侧吸引，因此从一端部42a侧浸入蜂窝状的载体42的内部。当混合液通过载体42的内部时，一边与平板52和波纹板54的表面接触，一边被向另一端部42b侧吸引。其结果，载体42的内表面(平板52与波纹板54的表面)被含有催化物质的涂层覆盖。

[5.从实施方式获得的技术方案]

下面，记载能从上述实施方式掌握的技术方案。

本发明涉及一种催化装置36，其具有载体42和外筒44，其中，

所述载体42通过将金属箔状的平板52和波纹板54重叠卷绕而形成，且担载催化剂；

所述外筒44在内部收装载体42，并且以使载体42的一端部42a朝向废气的上游侧，且使载体42的另一端部42b朝向废气的下游侧的方式支承载体42，

平板52和波纹板54具有多个孔64，

在平板52和波纹板54被制成载体42之前的平坦状态下，多个孔64沿着与载体42的轴线方向平行的第1方向D1排列而形成多个第1列66，并且沿着与第1方向D1正交的第2方向D2排列而形成多个第2列68，

在从第2方向D2观察时，彼此相邻的两个第2列68中的一个第2列68上的孔64与另一个第2列68上的孔64彼此的局部64p重叠。

根据上述结构，一个第2列68上的孔64和另一个第2列68上的孔64以从第2方向D2观察时彼此的局部64p重叠的方式配置。换言之，各第2列68沿着第1方向D1(废气的流动方向)互相重叠排列。于是，在从第2方向D2观察时，由于不存在没有孔64的部分，因此能使第1方向D1上的载体42的强度均匀。

在本发明中，可以为，局部64p的长度为孔64的第1方向D1上的长度的10％以上。

在从第2方向D2观察时，当使局部64p的长度为孔64的第1方向D1上的长度的10％以上时，在形成载体42的情况下，能更有效地抑制载体42的强度的不均化。

在本发明中，可以为，从一端部42a侧起算至规定数字序号的第2列68中包含的孔64的尺寸比规定数字序号之后的第2列68中包含的孔64的尺寸小。

此外，本发明所涉及的催化装置并不限于上述的实施方式，当然可以在不脱离本发明的主旨的范围内采用各种结构。

Claims (2)

1.一种催化装置(36)，其具有载体(42)和外筒(44)，其中，

所述载体(42)通过将金属箔状的平板(52)和波纹板(54)重叠卷绕而形成，且担载催化剂；

所述外筒(44)在内部收装所述载体(42)，并且以使所述载体(42)的一端部(42a)朝向废气的上游侧且使所述载体(42)的另一端部(42b)朝向废气的下游侧的方式来支承所述载体(42)，

所述催化装置(36)的特征在于，

所述平板(52)和所述波纹板(54)具有多个孔(64)，

在所述平板(52)和所述波纹板(54)被制成所述载体(42)之前的平坦状态下，多个所述孔(64)沿着与所述载体(42)的轴线方向平行的第1方向(D1)排列而形成多个第1列(66)，并且沿着与所述第1方向(D1)正交的第2方向(D2)排列而形成多个第2列(68)，

在从所述第2方向(D2)观察时，彼此相邻的两个所述第2列(68)中的一个所述第2列(68)上的所述孔(64)与另一个所述第2列(68)上的所述孔(64)彼此的局部(64p)重叠，

从所述一端部(42a)侧起算至规定数字序号的所述第2列(68)中包含的所述孔(64)的尺寸比所述规定数字序号之后的所述第2列(68)中包含的所述孔(64)的尺寸小。

2.根据权利要求1所述的催化装置(36)，其特征在于，

所述局部(64p)的长度为所述孔(64)的所述第1方向(D1)上的长度的10％以上。