JPH0250290B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、触媒コンバータ、一層詳しくは、湾
曲横断面輪郭の触媒被覆金属基体を持つ触媒コン
バータに関する。 エンジンの燃焼排ガスに含まれる望ましくない
成分を除去するのに使用する触媒コンバータの製
造に際して、積重ね式セラミツク・ビードの代り
に、触媒で被覆し、排ガスを送る板金ハウジング
に収容したセラミツク・一体物、すなわち基体を
使用することが広く一般的となつている。セラミ
ツクは、脆いし、ハウジングを形成している薄板
金よりも膨張係数がかなり低いので、エンジン排
気系統の厳しい振動、温度環境で砕けることなく
セラミツク・一体物を支持し、そのシール保全性
を維持する配置が必要である。さらに、セラミツ
ク・一体物は通常ダイスを通して押出成形され、
その結果、横断面の変化毎に新しいダイスを必要
とする。 金属箔ハニカム基体がこのような問題を解決す
べく提案されているが、或る点で不完全である
し、製作または機能あるい両方の観点からそれ自
体の問題を提起している。たとえば、滑らかで波
形の金属箔のストリツプをらせん状に巻くことに
よつてハニカム基体を形成することは公知である
が、これは層間に相対的な伸縮あるいは摺動作用
が生じ、触媒を研摩してしまうという問題を提起
する。このような配置では、層の或る形態の機械
的補強または接合なしに金属支持体の保全性を維
持することが難しい。また、金属層支持体横断面
形状に設計上の融通性を与え、種々の空間配置に
合わせながらハウジング強度のための湾曲輪郭を
保つことができるようにするという別の重要な問
題を残している。これは、たとえば楕円形の低輪
郭横断面を、同じ面積でもつと高さを必要とする
円形の代りに望む場合などの或る種の車輛の下側
空間の要件に合わせる際に特に重要になる。さら
に、触媒被覆を塗布する最終工程に適するような
完全な金属層基体を形成する際の製造上の困難や
費用の問題もある。たとえば、ホイスカー被覆金
属箔が開発されているが、これは本出願人に譲渡
された米国特許第4318828号、同第4331631号に開
示されているように触媒被覆を保持するのに適し
ている。しかしながら、ホイスカーは金属酸化物
の成長したものであり、その結果、金属箔の隣接
層のベース金属間の密着性、したがつてその強力
な融接を妨げる治金学的、機械的な障壁を形成す
る。このような融接は触媒にとつて適切なハニカ
ム支持体を形成するのに普通必要なのである。 本発明はこのような問題を解決し、基体を形成
するのに箔を捲回する従来の方法からかなり進歩
している。本発明によれば、基体はモジユールの
積重体で構成され、これらのモジユールは、個々
に、間に通路を構成する接触層を有する折畳み金
属箔からなる。或る実施例では、モジユールは、
個々に、滑らかな箔シートと波形の箔シートを折
畳んで互いに差し込んで形成される。これらのシ
ートは一回だけ折畳み、波形シートの半分が滑ら
かなシートの半分と交互になつて隣接箔層間に一
列の通路を形成するように配置する要領で差し込
んである。別の実施例では、モジユールは、個々
に、ただ一枚の波形シートで形成してあるだけで
あり、このシートがジグザグ模様あるいはあや織
り模様の波形部を持ち、或る回数だけ折畳んで折
重ね、所望列の通路を得るようにしている。 基体モジユールは厚さ、長さが均一であるが幅
は色々であり、互いに重ね合わせて所望の基体横
断面の湾曲外形すなわち輪郭に一致させることが
できる。このようにして、それぞれの組立体は単
純なシヤトル式装置を用いて高速生産するのに適
している。一対の同形のシエルを有する薄板金リ
テナが重ね合わせたモジユールのために設けてあ
り、このリテナのシエルはその内面が所望の支持
体横断面輪郭に正確に一致しているが、モジユー
ルの自由積重高さはオーバーサイズとなる。した
がつて、リテナのシエルを相互に押圧し、衝合長
手方向縁に沿つて溶接したときにこれらシエルの
締付作用によつてモジユールに対して横断方向に
かなりの圧縮荷重がかけられる。リテナ・シエル
のこのような結合により、積重モジユールは相互
に摩擦保持される。こうして保たれる圧縮荷重
は、排気系統環境で出会うと予想される厳しい条
件の下に支持体箔層の相対的な摺動を防止するよ
うに決定される。さらに、リテナ・シエルはその
両端に内方に突出するフランジを備えており、こ
れらのフランジは積重モジユールの角隅を越えて
延びていて基体箔層とリテナの間のいかなる長手
方向運動をも確実に防ぐようになつている。こう
して、明らかなように、上記の新規な配置では、
前記のホイスカー被覆箔を使用することができ、
しかも、箔層を相互に溶接する必要がない。ま
た、こうしてできた予荷重ホイスカー被覆式金属
基体は、最終工程で適当な触媒を被覆するだけで
よく、その後に適当なコンバータ・ハウジングに
装填するかあるいは使用に供すればよい。 本発明のこれらおよびその他の目的、利点およ
び特徴は以下の説明および図面から一層明らかと
なろう。 図面を参照して、ここには、本発明によつて構
成した触媒コンバータが示してあり、これは内燃
機関の排ガスに含まれる望ましくない成分を除去
するのに使用することを意図している。この触媒
コンバータは、特に、自動車排気系統にすえ付け
るべく楕円形の低輪郭横断面を持つて使用され、
大雑把に言えば、第１―３図、第１０，１１図で
最も良くわかるように、リテナ・モノリス組立体
１２を囲むハウジング１０を包含する。このハウ
ジング１０は一対の同形の薄板金シエル１４をか
らなり、これらのシエルは半円筒形の端部１６と
中間半楕円形部１８とを有する。ハウジング・シ
エルの半楕円形部１８は組立体１２のモノリス・
リテナ２０の周縁に一致していてそれを直接接触
状態で受け入れるようになつている。一方、半円
筒形端部１６は組立体１２のモノリス２２の両端
で円筒形の入口、出口を構成するように協働し、
エンジンの排気パイプ系統（図示せず）にコンバ
ータを連結できるようにしている。さらに、ハウ
ジング・シエル１４は、その楕円形部１８の中間
に、半環状内側溝２４を形成してあり、この溝は
モノリス・リテナの中間部まわりに延びる割リン
グシール２６を受け入れるようになつている。割
リングシール２６は、たとえば、スリーエム社
（3M Company）のテクニカル・サーミツク製造
部門（Technical Ceramic Products Division）
から登録商標インテラム（Interam）の下に市販
されている弾性熱膨張性膨張物質で作つてある。
ハウジング・シエル１４は、各側面に縁に沿つ
て、外方突出のフランジ２８が形成してあり、こ
のフランジは一端から他端まで延びており、ハウ
ジング・シエルがリテナ・モノリス組立体１２ま
わりに一緒に押し付けられたとき、これらのフラ
ンジが合わさり、それを相互の密封結合させて完
全なコンバータ組立体とすることができる。処理
の目的で、合わさつたフランジ２８は、最初、複
数箇所でスポツト溶接して相互に保持し、その後
に、エツジ溶接３２によつて全長にわたつて恒久
的に固定し、シールする。 リテナ２０は第２，４，８図で最も良くわかる
ように一対の同形薄板金シエル３４からなり、一
方、後に詳しく説明するように保持されるモノリ
スまたは基体２２は金属箔モジユール３６からな
る。第５図で最も良くわかるように、モジユール
３６は、個々に、それぞれ滑らか金属箔、波形金
属箔からなる折畳み差し込み式シート３８，４０
で作つてある。これら２枚のシート３８，４０は
ただ１つの折畳み部４２，４４を有し、これらの
折畳み部はそれぞれ差し込みができるようになつ
ており、滑らかな箔シートの半分４６が波形箔シ
ートの半分４８と交互になつていて隣合つた箔層
の間に一列（すなわち、全体で２列）のまつすぐ
に抜ける通路５０を形成している。あるいは、本
出願人に譲渡された米国特許第4318888号に開示
されているようなジグザグあるいはあや織り模様
を持つ波形金属箔のただ１枚のシート４０′で
個々に形成することによつてモジユールを第６，
７図に示す形態３６′に構成してもよい。上記の
米国特許は参考資料として本明細書で援用する。
こうすることによつて、シート４０′をその波形
部が入れ子にならないように折重ねて２列の通路
５０′を形成することができる。ただし、モジユ
ールの厚さＴは第５図のモジユールと同じであ
る。さらに、第６図のモジユール構造では、あや
織り模様の波形部が多数の転回部を持つ通路５
０′を与えており、これらの転回部の数および角
度方向はより良好な熱、流体伝達作用を与えると
共に圧力低下を低く抑える（すなわち、より良好
なコンバータ効率を与える）ように変えることが
できる。 好ましくは、モジユール３６，３６′の構造で
用いる箔はホイスカー被覆金属箔であり、これは
本出願人に譲渡された前記の米国特許第4318828
号および同第4331631号に開示されているように
触媒被覆を保持するのに適していることがわかつ
ている。 モジユール３６，３６′は、厚さＴおよび長さ
Ｌが均一であるが、幅Ｗは異なつており、第８図
で最も良くわかるように互いに重ね合わせること
ができかつ第１０図に示すような所望の支持体横
断面の外形あるいは輪郭に一致させることができ
る。積重モジユールのために設けた２つのリテ
ナ・シエル３４はその内面を所望支持体横断面輪
郭に正確に一致させており、一方、モジユール３
６または３６′の自由、すなわち無荷重積重高さ
はオーバーサイズとなつており、リテナ・シエル
を対応する長手方向縁５２に沿つて両側面で互い
に係合させ、シーム溶接５２によつて恒久的に結
合させたときにリテナ・シエルの締付作用によつ
てモジユールに対して横断方向に所定の圧縮荷重
が加えられる。リテナ・シエルのこのような結合
で、積重モジユール３６または３６′は摩擦状態
で相互に保持される。こうして生じる圧縮荷重
は、排気系統で出会うと予想される厳しい条件下
で基体箔層の相対的な摺動を防ぐように決定され
る。こうすることによつて、金属箔基体層のいか
なる形態の機械的補強あるいは結合も不要にな
る。 たとえば、図示のコンバータの実際の構造で
は、モジユール３６は、1.12mmの波形素材と
0.051mmの平らな、すなわち滑らかな素材を用い
て約2.34mmの厚さＴとし、楕円の横断面形状の長
軸を約147mmとし、短軸を約76mmとし、或るケー
スでは長さＬを約90mmとし、別のケースでは長さ
Ｌを約114mmとし、これをテストしたところ、約
681〜908Kg（1500〜2000ポンド）の圧縮荷重でも
満足できることがわかつた（すなわち、通路がつ
ぶれたるほど箔の弾性係数を越えることがない）。
しかも、厳しい条件下で所望の保持機能を維持す
ることがわかつた。この結果は、第８図にアルフ
アベツトで示し、以下の支持体レイアウトチヤー
トによるモジユールの積重体で得た。

【表】

【表】 上記のチヤートでわかるように、これは、主と
して、長軸の両側に等しい幅Ａ―Ｏ，A′―O′の
対を位置させ、２対の同幅のモジユールＰ，P′お
よびＱ，Q′を中央の比較的固い波形スペーサ・
モジユール５６Ｒの両側に用い、必要なオーバー
サイズ（このケースでは、約５mmすなわち約７％
であるように決定してある）を得るようにしたこ
とによつて達成された。スペーサの目的のため
に、モジユールＲは、第９図で最も良くわかるよ
うに、0.051mmの平らなシート６０と1.12mm横方
向波形シート６２とで構成され、モジユール厚さ
Ｔが1.17mmとしている。しかしながら、モジユー
ル３６，３６′の厚さが所望のオーバーサイズに
合わせて変え得るという点でこのようなスペーサ
が本発明を実施するのに絶対必要であるわけでは
ないことは了解されたい。その故、基体層の相対
運動を防止すると共にリテナに相対的な基体層の
運動を確実に防止するために、リテナ・シエルは
その両端に内方突出フランジ５８を備え、積重モ
ジユールの角隅を覆つて延在している。 こうして、明らかなように、ホイスカー被覆箔
を使用するリテナ・モノリス組立体は完全に組立
た後に最終工程で適当な触媒によつて被覆するだ
けでよく、その後、コンバータ・ハウジングに装
着すればよい。さらに、図示した好ましい構造で
は、リテナ・モノリス組立体は貝穀式ハウジング
に装着する準組立体あるいはインサートとして作
用し、また、リテナそのものが両端に固着した適
当な入口、出口部を持つコンバータ・ハウジング
として作用し、排気系統にすえ付けるためのリテ
ナ・モノリス組立体を用いることが可能となる。
さらに、図示の触媒コンバータは楕円横断面輪郭
となつているが、本発明が湾曲輪郭を持つ他の横
断面形態のものにも応用できることは了解された
い。たとえば、モジユール３６または３６′のい
ずれかを持つ上記積重配置を使用し、そのモジユ
ールの幅Ｗあるいは厚さＴまたは両方、もしくは
数を変えることによつて、不規側な横断面輪郭や
円形横断面輪郭を持つ支持体を容易に構成するこ
とができる。また、対になつたモジユールを使用
した場合には、部品の共通性を利用し、リテナ支
持体組立体の製作、組立てを簡略化することがで
きる。 上記好ましい実施例は発明の一例を示すもので
あり、特許請求の範囲内で変更できることは了解
されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による構成した触媒コンバータ
の部分破断平面図；第２図は第１図のコンバータ
の部分破断側面図；第３図は第１図の３―３線に
沿つた端面図；第４図は第１図のコンバータ内に
あるリテナの展開斜視図；第５図は第１図のコン
バータ内の支持体を形成しているモジユールの一
実施例の拡大端面図；第６図は第１図のコンバー
タ内の支持体を形成するのに使用し得るモジユー
ルの別の実施例の拡大端面図；第７図は第６図の
７―７線に沿つた部分破断平面図；第８図は第４
図のリテナ内に第５図の支持体モジユールを組込
んだ状態を示し、リテナの上部シエルをずらして
示す拡大横断面図；第９図は第８図の９―９線に
沿つた拡大断面図；第１０図は第１図の１０―１
０線に沿つた拡大横断面図；及び第１１図は上部
ハウジング・シエルを展開して示す、第１図のコ
ンバータの斜視図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 触媒コンバータ用金属箔基体１２及びリテナ
   ２０に於て、該基体１２は複数のモジユール３６
   の積層体からなり、該モジユールは各々一枚の折
   りたたまれた滑らかな金属箔シート３８と一枚の
   折りたたまれた波板状の金属箔シート４０とを交
   互にはさみ込んで形成され、その接触表面４６，
   ４８同士の間には流路５０が形成され、前記シー
   トの各々は一端に折りたたみ部４２，４４を、他
   端には非結合端部を有し、前記コンバータ内にお
   いて一端には前記折りたたみ部を他端には前記非
   結合端部を有しつつ長手方向に延在し、かつカバ
   ー終端において終結し、前記滑らかなシートの
   各々の自由端部の一つは前記波板状のシートの折
   りたたみ部に挟み込まれて配置され、更に、前記
   モジユール３６は厚さは均一であるが種々の幅を
   有して前記積層体２２が所定の断面形状に正確に
   適合可能になされ、前記モジユール３６を積み重
   ねた際の厚さは前記所定形状よりオーバーサイズ
   であり前記積層体は圧縮荷重を付加されて前記所
   定の形状に完全に適合し、これにより、前記接触
   領域４６，４８は相対的なすべりに対して摩擦接
   触により保持され； 前記リテナ２０は前記積層体を前記所定形状に
   強制的に包囲し圧縮することにより該積層体に貫
   通したり結合したりすることなく保持し、更に、
   該シートの角部を囲むように延在してその折りた
   たみ部の終端に対して結合し、前記層の全てを該
   リテナに対して相対的に長手方向に移動すること
   を確実に防止することを特徴とする触媒コンバー
   タ用金属箔基体１２及びリテナ２０。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の金属箔基体１２
   及びリテナ２０において前記リテナ手段２０が前
   記積重体に圧縮荷重をかけ、前記所定輪郭に保持
   する一対の部分シエル３４を包含することを特徴
   とする金属箔基体。 ３ 特許請求の範囲第２項記載の金属箔支持体に
   おいて、前記シエル３４が長手方向に延びる衝合
   縁５２に沿つて互いに取付けてあり、前記シエル
   がその両端にフランジ５８を有し、これらのフラ
   ンジは前記モジユールの角隅を覆つて内方に伸び
   ていて前記モジユール３６の間の長手方向の運動
   を確実に防ぐようになつていることを特徴とする
   金属箔基体。