JP2016097333A

JP2016097333A - 触媒コンバータ

Info

Publication number: JP2016097333A
Application number: JP2014234565A
Authority: JP
Inventors: 史朗中嶋; Shiro Nakajima; 純子武井; Junko Takei
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2014-11-19
Filing date: 2014-11-19
Publication date: 2016-05-30

Abstract

【課題】触媒担体が支持される部位の強度を十分に確保できる触媒コンバータを提供すること。【解決手段】筒状のケース１５内に触媒担体１０を支持するキャップ３０を備える触媒コンバータ１であって、キャップ３０は、ケース外筒２０に結合されるケース側結合部３２と、触媒担体１０の外周に結合される担体側結合部３１と、ケース側結合部３２と担体側結合部３１とにわたって断面が触媒担体１０の中心線Ｏに傾斜して延びる傾斜部３３と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気などを浄化する触媒コンバータに関する。

特許文献１には、触媒を担持するメタル担体（触媒担体）と、メタル担体の外周に環状の間隙を持って配置される外筒と、メタル担体を外筒に支持するリング状の弾性保持部材と、を備える触媒コンバータが開示されている。

上記弾性保持部材は、その断面がＵ字形に湾曲したリング状をしており、その外周端が外筒に結合され、その内周端がメタル担体に結合されている。

触媒コンバータの作動時に、メタル担体が径方向に熱膨張、熱収縮する動きは、弾性保持部材が弾性変形することによって吸収される。

特開平４−２３５７１７号公報

しかしながら、このような従来の触媒コンバータにあっては、剛性が低い網目構造のメタル担体（ラスメタル担体）が用いられる場合に、メタル担体の弾性保持部材が結合される部位の強度が不足し、メタル担体を外筒内の所定位置に支持することができなくなるという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、触媒担体が支持される部位の強度を十分に確保できる触媒コンバータを提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、筒状のケース内に環状の間隙を持って触媒担体を支持するキャップを備える触媒コンバータであって、キャップは、ケースに結合されるケース側結合部と、触媒担体の外周に結合される担体側結合部と、ケース側結合部と担体側結合部とにわたって断面が触媒担体の中心線に傾斜して延びる傾斜部と、を有することを特徴とする触媒コンバータが提供される。

上記態様によれば、触媒担体とケースとの間に生じる熱膨張差は、キャップの傾斜部がケース側結合部及び担体側結合部に対して撓む弾性変形をすることによって吸収される。これにより、触媒担体は、キャップの担体側結合部が結合される部位に生じる応力が低減され、キャップに支持される部位の強度を十分に維持して確保することができる。

本発明の第１実施形態に係る触媒コンバータを示す縦断面図である。図１のII−II線に沿う触媒コンバータを示す横断面図である。メタル担体を示す斜視図である。触媒コンバータの一部を示す斜視図である。触媒コンバータの一部を示す縦断面図である。他の態様として触媒コンバータの一部を示す縦断面図である。本発明の第２実施形態に係る触媒コンバータを示す縦断面図である。本発明の第３実施形態に係る触媒コンバータを示す縦断面図である。図８のIX−IX線に沿う触媒コンバータを示す横断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１〜図５に示すように、触媒コンバータ１は、触媒を担持する触媒担体１０と、触媒担体１０を収容する筒状のケース１５と、を備える。ケース１５は、内燃機関の排気管（図示省略）に介装され、排気を触媒担体１０内を通過させるようになっている。

図中Ｏは、ケース１５及び触媒担体１０の中心線である。なお、「径方向」は触媒担体１０の中心線Ｏを中心とする放射方向を意味し、「軸方向」は中心線Ｏが延在する方向を意味する。

触媒コンバータ１は、触媒担体１０の表面に触媒を担持させる。触媒としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウムなどが用いられる。これにより、触媒コンバータ１では、排気中の未燃焼成分や窒素酸化物などが、窒素、二酸化炭素、水などの無害な物質へと酸化、還元することが促され、排気が浄化される。

図３に示すように、触媒担体１０（ラスメタル担体）は、網目状に形成された網目状金属箔（エキスパンドメタル）からなるメッシュ材１１と、同じく網目状金属箔を波形形状に加工したメッシュ材１２とを重ねて巻回して、略円筒状のハニカム形状に形成される。触媒担体１０は、軸方向に延びるハニカム流路６を有し、排気が軸方向に流れるようになっている。

なお、触媒担体１０は、上述した構成に限らず、網目を有さない薄板状に形成された金属箔によってハニカム形状に形成されるメタル担体であってもよい。

図１、図２に示すように、ケース１５は、触媒担体１０の外周に環状の間隙９を持って配置される円筒状のケース外筒２０と、ケース外筒２０の前後の開口端にそれぞれ接続される前後のケース流路筒１６と、を備える。ケース外筒２０及び各ケース流路筒１６は、金属材によって形成される。

前後のケース流路筒１６は、互いに同一形状をしている。ケース流路筒１６は、排気管に接続される鍔状のフランジ部１７と、ケース外筒２０の外周に結合される環状の端部１９と、フランジ部１７と端部１９との間で円錐筒状に延びる流路筒部１８と、を有する。前のケース流路筒１６（ディフユーザ）は、排気管から図１に矢印で示すように導かれる排気を触媒担体１０に流入させる入口流路７を形成している。後のケース流路筒１６は、触媒担体１０から流出する排気を矢印で示すように排気管へと導く出口流路８を形成している。

触媒コンバータ１は、ケース１５に触媒担体１０の前後端部をそれぞれ支持する筒状のキャップ３０を備える。前後のキャップ３０は、互いに同一形状をしている。キャップ３０は、金属材をプレス加工することによって筒状に形成される。

図４、図５に示すように、キャップ３０は、ケース外筒２０に結合されるケース側結合部３２と、触媒担体１０の外周に結合される担体側結合部３１と、ケース側結合部３２と担体側結合部３１とにわたって断面が延びる傾斜部３３（応力吸収部）と、を有する。キャップ３０は、傾斜部３３が担体側結合部３１及びケース側結合部３２に対して弾性変形することにより、ケース１５に対する触媒担体１０の熱膨張差を吸収するようになっている。

担体側結合部３１は、径方向に延びる円盤状に形成される円盤部３１Ａと、軸方向に延びる円筒状に形成される円筒部３１Ｂと、を有する。円盤部３１Ａは、触媒担体１０の前後端１０Ａ、１０Ｂに当接する。円筒部３１Ｂは、触媒担体１０の外周に溶接またはロー付けによって結合される。

ケース側結合部３２は、軸方向に延びる円筒状に形成される。ケース側結合部３２は、ケース外筒２０の内周に溶接またはロー付けによって結合される。

傾斜部３３は、その断面が中心線Ｏに傾斜して延びる円錐筒状に形成される。傾斜部３３の断面は、直線状に延び、その一端が担体側結合部３１の円筒部３１Ｂから曲折し、その他端がケース側結合部３２から曲折している。

キャップ３０は、担体側結合部３１、傾斜部３３、及びケース側結合部３２の板厚が略一定になるように形成される。

触媒コンバータ１は、ケース１５と触媒担体１０との間に介装される筒状の支持マット４０を備える。支持マット４０は、例えばセラミックスまたはグラスウールなどからなる断熱性を有する素材から構成される。触媒担体１０は、支持マット４０の内周に圧入され、支持マット４０の弾性復元力によってケース外筒２０に支持される。

次に、触媒コンバータ１の作用について説明する。

内燃機関の運転時、触媒コンバータ１では、前後のキャップ３０及び支持マット４０がケース外筒２０と触媒担体１０との間隙９を閉塞しているため、排気の全量が触媒担体１０を通過するように導かれ、触媒担体１０にて排気が浄化される。

触媒コンバータ１では、排気が浄化される際に生じる熱により、触媒担体１０の温度が上昇し、触媒担体１０がケース１５に対して熱膨張する。このとき、キャップ３０は、傾斜部３３がケース側結合部３２及び担体側結合部３１に対して曲折する弾性変形をして、ケース１５に対して触媒担体１０に生じる軸方向及び径方向の熱膨張差を吸収する。これにより、触媒担体１０の担体側結合部３１が結合される部位に生じる応力が小さく抑えられ、網目構造の触媒担体１０が損傷することが防止される。

支持マット４０は、ケース１５と触媒担体１０との間を断熱することにより、外気に晒されるケース１５により触媒担体１０の温度が下がることを抑制して、触媒効率を高める。さらに、支持マット４０がケース１５から受ける衝撃、振動を吸収することにより、触媒担体１０が損傷することが防止される。

なお、触媒コンバータ１は、上述した構成に限らず、支持マット４０を廃止してもよい。この場合に、ケース外筒２０と触媒担体１０との間に設けられる空間によって断熱効果が得られる。

また、図６に示すように、触媒コンバータ１の態様として、キャップ３０は、傾斜部３３の板厚がケース側結合部３２及び担体側結合部３１の板厚に対して小さく形成される構成としてもよい。

この場合に、薄板状の傾斜部３３が弾性変形することが促され、触媒担体１０の担体側結合部３１が結合される部位に生じる応力がさらに小さく抑えられ、触媒担体１０が損傷することが有効に防止される。

次に、第１実施形態の効果について説明する。

本実施形態のキャップ３０は、ケース外筒２０に結合されるケース側結合部３２と、触媒担体１０の外周に結合される担体側結合部３１と、ケース側結合部３２と担体側結合部３１とにわたって断面が触媒担体１０の中心線Ｏに傾斜して延びる傾斜部３３と、を有する。

上記構成に基づき、キャップ３０は、傾斜部３３がケース側結合部３２及び担体側結合部３１に対して弾性変形することにより、ケース１５に対する触媒担体１０の熱膨張差を吸収する。これにより、触媒担体１０は、担体側結合部３１が結合される部位に生じる応力が低減され、キャップ３０に支持される部位の強度を十分に維持して確保することができる。こうして、触媒コンバータ１では、触媒担体１０が損傷することが防止され、支持マット４０の面圧が低下しても、触媒担体１０が所定位置に支持される。この結果、触媒コンバータ１では、排気の通気抵抗が増えることが防止されるとともに、排気が触媒担体１０を迂回して流れることが防止されるため、排気の浄化性能が維持される。

また、本実施形態のキャップ３０は、ケース外筒２０と触媒担体１０との間隙９を塞ぐ筒状に形成され、傾斜部３３の板厚がケース側結合部３２及び担体側結合部３１の板厚に対して小さく形成される。

上記構成に基づき、キャップ３０が排気を触媒担体１０に導く機能を果たすため、ケース外筒２０と触媒担体１０との間隙９に介装される支持マット４０を廃止して構造の簡素化を図ることができる。

また、本実施形態のキャップ３０は、傾斜部３３の板厚がケース側結合部３２及び担体側結合部３１の板厚に対して小さく形成される。

この場合に、薄板状の傾斜部３３が弾性変形することにより、触媒担体１０の担体側結合部３１が結合される部位に生じる応力がさらに小さく抑えられ、触媒担体１０が損傷することが有効に防止される。

＜第２実施形態＞
次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。以下では、上記第１実施形態と異なる点を中心に説明し、上記第１実施形態の触媒コンバータ１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

上記第１実施形態に係る触媒コンバータ１は、キャップ３０がケース１５と別体で形成される。これに対して、第２実施形態に係る触媒コンバータ１００は、キャップ１３０がケース１１５と一体的に形成される点が相違する。

ケース１１５は、触媒担体１０の外周に環状の間隙９を持って配置される円筒状のケース外筒２０と、ケース外筒２０の前後の開口端にそれぞれ接続される前後のケース流路筒１１６と、を備える。

ケース流路筒１１６は、排気管に接続される鍔状のフランジ部１１７と、ケース外筒２０及び触媒担体１０の前後端に結合される筒状のキャップ１３０と、フランジ部１１７とキャップ１３０との間で円錐筒状に延びる流路筒部１１８と、を有する。

キャップ１３０は、ケース外筒２０に結合されるケース側結合部１３２と、触媒担体１０の外周に結合される担体側結合部１３１と、ケース側結合部１３２と担体側結合部１３１とにわたって断面が延びる傾斜部１３３と、を有する。

担体側結合部１３１は、径方向に延びる円盤状に形成される円盤部１３１Ａと、軸方向に延びる円筒状に形成される円筒部１３１Ｂと、を有する。円盤部１３１Ａは、触媒担体１０の前後端１０Ａ、１０Ｂに当接する。円筒部１３１Ｂは、触媒担体１０の外周に溶接またはロー付けによって結合される。

ケース側結合部１３２は、軸方向に延びる円筒状に形成される。ケース側結合部１３２は、ケース外筒２０の外周に溶接またはロー付けによって結合される。

傾斜部１３３は、その断面が中心線Ｏに傾斜して延びる円錐筒状に形成される。傾斜部１３３は、直線状に延び、その一端が担体側結合部１３１の円筒部１３１Ｂから曲折し、その他端がケース側結合部１３２から曲折している。

ケース流路筒１１６の流路筒部１１８は、担体側結合部１３１の円盤部１３１Ａに連接して形成される。

次に、触媒コンバータ１００の作用について説明する。

内燃機関の運転時、触媒コンバータ１００では、ケース１１５の一部として形成される筒状のキャップ１３０がケース外筒２０と触媒担体１０との間を閉塞しているため、排気の全量が触媒担体１０を通過するように導かれ、排気が浄化される。

排気が浄化される際に生じる熱によって触媒担体１０の温度が上昇し、触媒担体１０がケース１１５に対して熱膨張する。このとき、キャップ１３０は、傾斜部１３３がケース側結合部１３２及び担体側結合部１３１に対して曲折する弾性変形をして、ケース１１５に対して触媒担体１０に生じる軸方向及び径方向の熱膨張差を吸収する。これにより、触媒担体１０の担体側結合部１３１が結合される部位に生じる応力が小さく抑えられ、触媒担体１０が損傷することが防止される。

また、触媒コンバータ１００の態様として、キャップ１３０は、傾斜部１３３の板厚がケース側結合部１３２及び担体側結合部１３１の板厚に対して小さく形成される構成としてもよい。

次に、第２実施形態の効果について説明する。

本実施形態のキャップ１３０は、ケース１１５と一体に形成されるため、触媒コンバータ１００を構成する部品数が削減され、構造に簡素化が図れる。

本実施形態のキャップ１３０は、筒状のキャップ１３０がケース１１５の触媒担体１０に排気を導くケース流路筒１１６と一体に形成されるため、ケース流路筒１１６の形状が簡素化される。これにより、触媒コンバータ１００は、排気を触媒担体１０に円滑に導くことと、触媒担体１０との熱膨張差を吸収することと、を両立することができる。

＜第３実施形態＞
次に、図８、図９を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態の触媒コンバータ１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

第１実施形態に係る触媒コンバータ１は、触媒担体１０のまわりに筒状のキャップ３０が設けられる。これに対して、第３実施形態に係る触媒コンバータ２００は、触媒担体１０の複数（４個）に分割された梁状のキャップ２３０が設けられる点が相違する。

各キャップ２３０は、触媒担体１０の中心線Ｏを中心とする放射状に配置され、触媒担体１０の周方向について互いに一定の間隔を持つように配置される。

キャップ２３０は、帯状の金属板をプレス加工によりクランク状に折り曲げて形成される。キャップ２３０は、ケース外筒２０に結合されるケース側結合部２３２と、触媒担体１０の外周に結合される担体側結合部２３１と、ケース側結合部２３２と担体側結合部２３１とにわたって断面が延びる傾斜部２３３と、を有する。傾斜部２３３は、担体側結合部２３１とケース側結合部２３２とを結ぶ両持ち梁状に形成される。

担体側結合部２３１は、径方向に延びる端部２３１Ａと、軸方向に延びる中程部２３１Ｂと、を有する。端部２３１Ａは、触媒担体１０の前後端１０Ａ、１０Ｂに当接する。中程部２３１Ｂは、触媒担体１０の外周に溶接またはロー付けによって結合される。

ケース側結合部２３２は、軸方向に延びる片状に形成される。ケース側結合部２３２は、ケース外筒２０の内周に溶接またはロー付けによって結合される。

傾斜部２３３は、担体側結合部２３１とケース側結合部２３２とを結ぶ梁状に形成される。傾斜部２３３の断面は、直線状に延び、その一端が担体側結合部２３１の中程部２３１Ｂから曲折し、その他端がケース側結合部２３２から曲折している。

ケース１５と触媒担体１０との間には、支持マット４０が介装される。

次に、触媒コンバータ２００の作用について説明する。

内燃機関の運転時、触媒コンバータ２００では、ケース外筒２０と触媒担体１０との間隙９は、支持マット４０によって閉塞されているため、排気の全量が触媒担体１０を通過するように導かれ、排気が浄化される。

排気が浄化される際に生じる熱によって触媒担体１０の温度が上昇し、触媒担体１０がケース１５に対して熱膨張する。このとき、キャップ２３０は、傾斜部２３３が担体側結合部２３１及びケース側結合部２３２に対して弾性変形することにより、ケース１５に対する触媒担体１０の熱膨張差を吸収する。これにより、触媒担体１０の担体側結合部２３１が結合される部位に生じる応力が小さく抑えられ、触媒担体１０が損傷することが防止される。

次に、第３実施形態の効果について説明する。

本実施形態の触媒コンバータ２００は、触媒担体１０のまわりに配置される複数のキャップ２３０を備え、キャップ２３０の傾斜部２３３は担体側結合部２３１とケース側結合部２３２とを結ぶ梁状に形成される構成とした。

上記構成に基づき、キャップ２３０は、梁状の傾斜部２３３が撓む弾性変形をすることにより、触媒担体１０の熱膨張に追従する追従性を高められる。これにより、触媒担体１０の担体側結合部２３１が結合される部位に生じる応力が小さく抑えられ、触媒担体１０が損傷することが有効に防止される。

梁状のキャップ２３０は、第１実施形態に係る筒状のキャップ３０に比べて、触媒担体１０のハニカム流路６の開口端を覆う面積が小さく抑えられる。これにより、触媒担体１０は、キャップ２３０によって排気の流れが止められる部位が小さくなる。このため、触媒コンバータ２００は、排気に与える流路抵抗が低減されるとともに、浄化性能を高められる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１、１００、２００触媒コンバータ
９間隙
１０触媒担体
１５、１１５ケース
３０、１３０、２３０キャップ
３１、１３１、２３１担体側結合部
３２、１３２、２３２ケース側結合部
３３、１３３、２３３傾斜部

Claims

筒状のケース内に環状の間隙を持って触媒担体を支持するキャップを備える触媒コンバータであって、
前記キャップは、
前記ケースに結合されるケース側結合部と、
前記触媒担体の外周に結合される担体側結合部と、
前記ケース側結合部と前記担体側結合部とにわたって断面が前記触媒担体の中心線に傾斜して延びる傾斜部と、を有することを特徴とする触媒コンバータ。
請求項１に記載の触媒コンバータであって、
前記傾斜部は前記間隙を塞ぐ筒状に形成されることを特徴とする触媒コンバータ。
請求項１又は２に記載の触媒コンバータであって、
前記キャップは前記ケースと一体に形成されることを特徴とする触媒コンバータ。
請求項１から３のいずれか一つに記載の触媒コンバータであって、
前記傾斜部の板厚が前記ケース側結合部及び前記担体側結合部の板厚より小さく形成されることを特徴とする触媒コンバータ。
請求項１に記載の触媒コンバータであって、
前記触媒担体のまわりに配置される複数の前記キャップを備え、
前記傾斜部は前記担体側結合部と前記ケース側結合部とを結ぶ梁状に形成されることを特徴とする触媒コンバータ。