JP2000274233A - 排気ガス浄化用触媒コンバータ - Google Patents

排気ガス浄化用触媒コンバータ

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JP2000274233A
JP2000274233A JP11078402A JP7840299A JP2000274233A JP 2000274233 A JP2000274233 A JP 2000274233A JP 11078402 A JP11078402 A JP 11078402A JP 7840299 A JP7840299 A JP 7840299A JP 2000274233 A JP2000274233 A JP 2000274233A
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cylinder
core
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insulator
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Toshihiro Takada
登志広 高田
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Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】コア及び内筒から成るメタル担体触媒と、イン
シュレータとして作用する外筒とが簡単に結合でき、コ
アの保温性に優れ、安価に製造できる二重パイプ構造の
触媒コンバータを提供することである。 【解決手段】金属製のコア12及び金属製の内筒10を
有するメタル担体触媒20と、該内筒の外周側に設けら
れその外周面との間でインシュレータ46を構成する金
属製の外筒30と、を含む排気ガス浄化触媒コンバータ
において、内筒10を外筒30よりも薄肉にした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の排気系に
配置され、排気ガスを浄化する排気ガス浄化用触媒コン
バータに関する。
【0002】
【従来の技術】自動車の排気ガスの浄化は大きな問題で
あり、様々な規制が設けられている。その一つとして、
欧米では欧州ステップ3や北米LEVがある。これらは
主に排気ガス中のNOxやHCの許容含有量に関するも
ので、そのために排気系中に触媒を配置する等の対策が
とられている。しかし、近年、欧州ステップ4や北米U
LEVのように更に厳しい規制が設けられている。HC
は特にエンジンの始動時に多く発生するので、この新し
い規制をクリアするには触媒の早期活性化が重要であ
る。
【0003】この点、従来は、通常エギゾーストマニホ
ールドの直下位置に触媒コンバータを搭載していた。例
えば、図5に示す触媒コンバータ60は、比較的厚い
(約1.5mm程度)円筒形状の内筒62の中空部に内筒
62よりも短い金属製のコア64を収納固定してメタル
担体触媒となし、内筒62の外周面上のコア64に対応
する範囲には、内筒62との間に環状空間が形成される
ように金属製の短い外筒66を取り付け、環状空間内に
断熱材68を充填することによりインシュレータ70を
構成していた。ここで、インシュレータ70は、コア6
4と内筒62との接合時に発生する熱の周辺への伝播を
防止し、またコア64を保温する等のために必要とされ
る。 上記構成になる触媒コンバータ60をフロントパ
イプの代わりに配置し、一端のフランジ72をエギゾー
ストマニホールド(図示せず)に、他端のフランジ74
をセンタパイプ(図示せず)にそれぞれ結合する。
【0004】一方、特開平9−108576号には、排
気系中に配置された二重筒構造の触媒コンバータ80が
開示されている。そこでは、図6に示すように、内筒8
2のほぼ全長に亘ってコア84を収納し、内筒82の外
側にこれとほぼ等しい長さの外筒86を被せて、その両
端部で内筒82に結合している。内筒82の両側にはデ
フューザ90,92が配置されている。
【0005】
【発明が解決すべき課題】しかし、図5に示した従来例
では、外筒66及びフランジ72,74を内筒62に取
り付けるために、外筒66の両端部66a,66bを内
筒62の外周面に溶接し、またフランジ72,74の中
空孔周縁を内筒62の端部62a,62bにそれぞれ溶
接していた(溶接箇所をWで表示)。この溶接作業は時
間と手間がかかり、そのためメタル担体触媒60の製造
コストが上昇していた。また、外筒66と内筒62とが
同じ肉厚とされているのでコア64の保温性が十分とは
言えず、さらに外筒66はコア64の周辺を覆っている
のみなのでインシュレータ70による断熱作用が十分と
は言い難かった。
【0006】また、図6に示した従来例では、内筒82
と外筒86とが同じ厚さのパイプ素材で形成され、外筒
86の小径前端部86aを内筒82の前端部82aに、
内筒82の大径後端部82bを外筒86の後端部86b
にそれぞれ溶接により結合している(溶接箇所をWで表
示)。この外筒86と内筒82との溶接による結合作業
も面倒である。また、外筒86と内筒82とが同じ肉厚
とされているので、コア84の保温性が十分とは言え
ず、さらに外筒86と内筒82とを溶接で結合する前に
行う両筒86,82の軸方向における相対位置調整が面
倒であった。
【0007】従って、本発明は、上記従来例における課
題を解決すること、即ちコア及び内筒から成るメタル担
体触媒の内筒と、この内筒の外側に内筒との間でインシ
ュレータを形成するために配置される外筒とを有する触
媒コンバータにおいて、外筒と内筒とを簡単かつ確実に
結合でき、しかもコアの保温性及び遮熱性が向上した触
媒コンバータを提供することを目的としてなされたもの
である。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、金属製のコア及び金属製の内筒を有す
るメタル担体触媒と、その内筒の外周側に設けられ内筒
の外周面との間でインシュレータを構成する金属製の外
筒と、を含む排気ガス浄化触媒コンバータにおいて、コ
アを収容保持する内筒を、インシュレータを構成する外
筒よりも薄肉とした。このようにすれば、コアの熱が内
筒によって奪われ難くなってコアの保温性及び遮熱性が
向上し、排気ガスの浄化作用が良好に維持される。
【0009】また、外筒の所定部分(例えば上流側端
部)にはエギゾーストマニホールドに接合されるフラン
ジを設け、内筒の上流側端部をこのフランジまで延在さ
せた。これにより、外筒の上流側端部と内筒の上流側端
部とを嵌合等により結合することが可能となり、溶接作
業が不要となるので、製造コストが低減される。
【0010】さらに、内筒の外周面には、メタル担体触
媒の下流側に位置する部分に封止作用のあるクッション
材を固定し、このクッション材の外周面は外筒の内周面
と摺動可能とした。この場合、内筒は外筒よりも短くす
ることが望ましい。これにより、内筒の下流側端部の外
周面を外筒の下流側端部の内周面で同軸状態に支持する
ことができ、外筒と内筒との溶接による接合が不要とな
るので、製造コストが低減される。また、コアの熱によ
り外筒及び内筒が熱膨張し、その膨張量が異なる場合で
も、クッション材により両筒の相対移動が許容されるの
で、応力が加わることがない。
【0011】なお、外筒は単一部材で構成することもで
きるが、上流側の第1の筒部材と下流側の第2の筒部材
を軸方向に結合して形成しても良い。このようにすれ
ば、外筒の下流側端部にもフランジを取り付けた場合
に、外筒、内筒、上流側フランジ及び下流側のフランジ
間の位置調整及び結合が容易になる。
【0012】
【実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図4に示すように、触媒コンバータ55
は、コア12及びインナパイプ(内筒)10を有するメ
タル担体触媒20と、二つの筒部材から成り内筒10と
の間でインシュレータシュレータ46を構成するアウタ
パイプ(外筒)30とを有し、内筒10が外筒30より
も肉厚が薄くされている。
【0013】この触媒コンバータ55は以下のようにし
て製造された。始めに「ロー付け処理」を行う。即ち、
図1に示すように、内径47mm、厚さ0.8mmで所定長
さの金属製の内筒10の中空部の軸方向中間部から右方
にはずれた部分に、外径47mm、長さ75mmのコア12
をロー付けにより取り付ける。内筒10の内径は、エギ
ゾーストマニホールドから延びるフロントパイプ(図示
せず)の内径にほぼ等しい。コア12は従来と同様、金
属製の波板と平板を重ねた後丸めることにより形成され
る。
【0014】次に「触媒化」を行う。即ち、図2に示す
ように、上記コア12を保持した内筒10を垂直状態に
たて、その下端部をスラリ14を収容したスラリタンク
16に垂直状態に設けた円筒状の支持部材18の中空部
に挿入する。支持部材18と内筒10の下端部との間は
シール部材22によりシールされている。吸上げ装置
(図示せず)によりタンク16内のスラリ14をコア1
2の上端面まで吸い上げてコア12内に充満させた後引
き、吸引吹き払いを行う。これにより、コア12はメタ
ル担体触媒20になる。
【0015】続いて「組み付け加工」を行う。詳述する
と、図3に示すように、スラリタンク16から外した内
筒10を水平状態にセットし、その外周側に同軸状に第
1の外筒32を配置する。この第1の外筒32の厚さは
1.5mmで、長さはその左端を内筒10の左端とそろえ
たとき、右端がメタル担体触媒20の右端面に達する程
度で、内径は内筒10の外周面との間に数mmの環状隙間
34が形成される程度である。この第1の外筒32の左
端部32aをスピニング加工または絞り加工等によりに
縮径して、その内周面を内筒10の左端部10aの外周
面に嵌合装着する。
【0016】一方、内筒10の外周面上のコア12より
も右方に伸びた部分に、環状のクッション部材36をス
ポット溶接により固定する。このクッション部材36の
長さは内筒10のコア12からの突出長さの三分の一程
度、厚さは上記環状隙間34の半分程度である。
【0017】最後に「パイプアッシ化」を行う。この工
程では、まず図4に示すように左端部10a,32aで
一体化された内筒10と第1の外筒32を水平状態に保
持し、第1の外筒32の右端部32bに第2の外筒38
を嵌合する。この第2の外筒38は、第1の外筒32と
同じ材料から作られ、その肉厚は1.5mmで、内径は右
端部32bの外径にほぼ等しくされている。第2の外筒
38の軸方向中間部をスピニング加工又は絞り加工によ
り縮径して、クッション部材36の外周面に当接させ
る。
【0018】この後、第1の外筒32に対する第2の外
筒38の軸方向の重なり量即ち外筒32の合計長さを調
整し、溶接W2により第2の外筒38の左端部38aを
第1の外筒32の右端部32bの外周面に接合する。こ
れにより、内筒10の外側にこれよりも長い外筒30が
同軸的に形成され、環状隙間34及び外筒30により、
メタル担体触媒20のコア12を保温するとともに遮熱
するインシュレータ46が構成される。
【0019】次に、左端部10a,32aで一体化され
た内筒10と外筒30を水平状態に保持し、溶接W2,
W3により第1の外筒32の縮径左端部32aの外周面
に左方のフランジ部52を、第2の外筒38の縮径右端
部38bに右方のフランジ部54をそれぞれ取り付け
る。左方及び右方のフランジ52,54はそれぞれ触媒
コンバータ55をエギゾーストマニホールド(図示せ
ず)及びセンタパイプに結合するために使用する。
【0020】本実施の形態によれば、以下の効果が得ら
れる。第1に、コア12及び内筒10からなるメタル担
体触媒20と、インシュレータ46を形成する外筒30
とが、左端部でも右端部でも溶接によることなく簡単な
方法で相互に結合できる。これは、内筒10の左端部1
0aを外筒30の第1の筒部材32の左端部32aまで
延ばし、第1の筒32の左端部32aをスピニング加工
により内筒10の左端部10aの外周面に嵌合装着する
と共に、内筒10の右端部10bは外筒30の第2の筒
38の右端部よりも短くして、クッション部材36を介
して外筒の第2の筒部材38により支持したことによ
る。その結果、外筒30と内筒10との結合及び外筒3
0へのフランジ52,54の取り付けに要する時間、手
間が削減でき、製造コストが低減できる。また、内筒1
0の右端部10bをフリーにしてクッション材36で支
持したので、内筒10と外筒30の長さが異なること及
び/又は内筒10及び外筒30の材質の違いに起因して
両筒30,10の伸縮量が異なった場合でも、外筒30
と内筒10との間に相対滑りが起こり、応力の発生を防
止する上で有効である。
【0021】第2に、内筒10に生ずる熱応力を抑制す
ることができる。これは、コア12及び内筒10が外筒
30により外気から遮断され両者間の温度差が小さくな
るとともに、内筒10の板厚を薄くしているからであ
り、これによって内筒10に生ずる熱応力が抑制され、
内筒10がコアに与えるダメージが減少する。
【0022】第3に、コア12の保温性及び周辺への遮
熱性が良好に維持される。これは、内筒10の肉厚を外
筒30のそれよりも薄くするとともに、内筒10のほぼ
全長に亘って環状空間34を設けて、軸方向に長いイン
シュレータ46を構成したことによる。なお、直接コア
12に接触してこれを保持する内筒10の肉厚を薄く
し、インシュレータ46として機能する外筒30の肉厚
を厚くした方が、コア12の保温性を保つ上で有効なの
は、内筒10が薄い方がコア12の熱が内筒10によっ
て奪われにくいからと考えられる。また、必要に応じて
環状隙間34内にセラミックウールなどの断熱材を注入
すれば、インシュレータ46による保温及び断熱効果が
より向上する。
【0023】第4には、上記第1乃至第3の効果が、従
来に比べて触媒コンバータ55の外径寸法を殆ど増大す
ることなく(図4と図5との比較から明らか)達成でき
る。これは、本実施の形態では外筒30を内筒10とほ
ぼ同じ長さとすることにより、図5の従来例では無駄に
なっていた外筒66の両側の空間を活用したによる。こ
れにより、エンジンの始動時に必要なスタート触媒の搭
載が困難な小型車両にもこの触媒コンバータを搭載する
ことが可能になった。第5には、外筒30を二つの筒部
材32,38で構成して、その重なり量を調整できるよ
うにしたので、外筒30、内筒10、クッション部材3
6、フランジ52,54相互間の位置調整が容易になっ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態におけるロー付け処理を示
す正面断面図である。
【図2】上記実施の形態の触媒化を示す正面断面図であ
る。
【図3】上記実施の形態の組付け加工を示す正面断面図
である。
【図4】上記実施例の形態におけるパイプアッシ化を示
す正面断面図である。
【図5】触媒コンバータの第1の従来例を示す正面断面
図である。
【図6】触媒コンバータの第2の従来例を示す正面断面
図である。
【符号の説明】
10:内筒 12:コア 20:メタル担体触媒 30:外筒 36:クッション部材 46:インシュレ
ータ 52,54:フランジ部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02B 77/11 F02B 77/11 D

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属製のコア及び金属製の内筒を有するメ
    タル担体触媒と、該メタル担体触媒の該内筒の外周側に
    設けられ、該内筒の外周面との間でインシュレータを構
    成する金属製の外筒と、を含む排気ガス浄化用触媒コン
    バータにおいて、 前記内筒は前記外筒よりも薄肉であることを特徴とする
    排気ガス浄化用触媒コンバータ。
  2. 【請求項2】前記外筒はエギゾーストマニホールドに接
    合されるフランジを有し、前記内筒の上流側端部は該フ
    ランジ内まで延在していることを特徴とする請求項1記
    載の排気ガス浄化用触媒コンバータ。
  3. 【請求項3】前記内筒の外周面には、前記メタル担体触
    媒の下流側に位置する部分に、封止作用のあるクッショ
    ン材が固定され、該クッション材の外周面は前記外筒の
    内周面と摺動可能とされていることを特徴とする請求項
    1又は2記載の排気ガス浄化用触媒コンバータ。
JP11078402A 1999-03-23 1999-03-23 排気ガス浄化用触媒コンバータ Pending JP2000274233A (ja)

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