JP2002054431A - 触媒コンバータ及びその製造方法 - Google Patents

触媒コンバータ及びその製造方法

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JP2002054431A
JP2002054431A JP2000246607A JP2000246607A JP2002054431A JP 2002054431 A JP2002054431 A JP 2002054431A JP 2000246607 A JP2000246607 A JP 2000246607A JP 2000246607 A JP2000246607 A JP 2000246607A JP 2002054431 A JP2002054431 A JP 2002054431A
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Japan
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casing
catalyst carrier
binder
lid member
catalytic converter
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JP2000246607A
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English (en)
Inventor
Naoki Kachi
直樹 可知
Hidetoshi Ito
秀俊 伊藤
Takeshi Ouchi
健 大内
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ケーシング8内に収容される触媒担体10を
初期状態から確実に保持固定する。 【解決手段】 触媒担体10はバインダーの結合力によ
り圧縮された状態に維持された保持材12が巻き付けら
れ、ケーシング8内に収容される。そして、ケーシング
8の一端部16とこの一端部を覆う排気マニホールド4
の出口側端部6とを摩擦圧接工法により接合する際に発
生する熱でバインダーを熱分解する。これによって、保
持材12の厚みが復元し、所定の初期面圧で触媒担体1
0をケーシング8内で保持固定することができ、初期の
触媒担体10のずれが防止され、触媒担体10の破損を
確実に防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の触媒コ
ンバータ及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、触媒の性能及び触媒の反応速度を
向上させるために、モノリスタイプの触媒担体のセル壁
を極薄にして、幾何学的表面積を増大させ排気ガスとの
接触を多くすると共に、上記セル壁の温度上昇を敏速に
した、触媒担体をケーシング内に収容保持するといった
要請がある。このようにセル壁が極薄の触媒担体は、従
来より緊密にケーシングに対して保持されていないと、
振動等で破損する虞があるので、確実にケーシング内に
保持して触媒担体を保護する必要がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セル壁
が極薄の触媒担体を単にケーシング内に挿入すると、モ
ノリスタイプの触媒担体は、外径寸法を精度良く仕上げ
ることが困難であるため、ケーシング内周面に触媒担体
の外周面が過度に押し付けられ、触媒担体が破損してし
まう虞がある。
【0004】また、ケーシング内径に対して僅かに小さ
い外径寸法で触媒担体を形成し、ケーシングの内周面と
触媒担体との間に熱膨張性の保持材を介装して触媒担体
をケーシング内に保持させようとすると、保持材の熱膨
張により触媒担体が圧縮されて破損する虞がある。
【0005】そこで、非熱膨張性の保持材を触媒担体に
巻き付けた後に、無理なくケーシング内に挿入すること
が考えられている。
【0006】特開平9−946号公報に開示されている
技術では、非熱膨張性のアルミナ質繊維からなり、有機
バインダーの結合力で圧縮された状態に維持された保持
材を触媒担体に巻き付けてケーシングに挿入し、加熱す
ることにより有機バインダーを除去して、保持材の厚み
を非圧縮状態の厚みに復元させ、触媒担体をケーシング
内に保持している。
【0007】しかし、特開平9−946号公報に記載さ
れたような構成では、有機バインダーが除去される前
に、大きな排気圧力が作用すると触媒担体が排気下流側
へ保持材と共にずれてしまう虞があるため、組立後、排
気ガスを流す前に、別途ケーシングに熱を加えて有機バ
インダーを熱分解し、保持材を初期の厚みに復元させて
十分な保持力で触媒担体をケーシング内に保持する必要
があり、生成性が悪いという問題がある。
【0008】
【課題を解決するための手段】そこで、請求項1に記載
の発明は、略筒状のケーシング内に、保持材を介して触
媒担体が収容保持され、上記ケーシングの一端部とこの
一端部の開口を覆う蓋部材の端部とが摩擦圧接工法によ
り接合された触媒コンバータの製造方法において、バイ
ンダーの結合力により圧縮された状態に維持された上記
保持材を上記触媒担体と共に上記ケーシング内に収容
し、上記ケーシングと上記蓋部材との摩擦圧接により発
生する熱で上記バインダーを除去することを特徴として
いる。これによって、摩擦圧接工法によりケーシングと
蓋部材とを接合した際に、圧縮した状態に保持材を維持
するバインダーが除去されるので、初期状態から所定面
圧で触媒担体がケーシング内に保持される。
【0009】また、摩擦圧接による熱によりバインダー
が除去されるので、上記バインダーを除去するために改
めてケーシングを加熱する必要もない。
【0010】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、上記ケーシングと上記蓋部材との摩擦
圧接により発生する熱で上記バインダーが除去されるこ
とによって、上記保持材により所定の初期面圧で上記触
媒担体が上記ケーシング内に保持されるよう、上記ケー
シングの一端部は、上記一端部の端面から上記ケーシン
グの軸方向に沿った所定長さの範囲で、肉厚が外周側に
所定量厚肉となるよう形成されていることを特徴として
いる。蓋部材と摩擦圧接工法により接合されるケーシン
グの一端部を最適形状とすることで、バインダーを除去
するために好適な温度に保持材を加熱することができ
る。
【0011】請求項3に記載の発明は、請求項1または
2に記載の発明において、上記ケーシングと上記蓋部材
との摩擦圧接により発生する熱によって、上記保持材が
1000°C以上1200°C未満の範囲で加熱される
ことを特徴としている。
【0012】請求項4に記載の発明は、バインダーの結
合力により圧縮された状態に維持された保持材を介し
て、ケーシング内に触媒担体が収容保持され、上記ケー
シングの一端部とこの一端部の開口を覆う蓋部材の端部
とが摩擦圧接工法により接合された触媒コンバータにお
いて、上記ケーシングと上記蓋部材との摩擦圧接により
発生する熱によって上記バインダーが除去されることを
特徴としている。
【0013】請求項5に記載の発明は、請求項1〜4の
いずれかに記載の発明において、上記蓋部材は排気マニ
ホールドであることを特徴としている。
【0014】
【発明の効果】この発明によれば、摩擦圧接による熱に
よってバインダーが除去され、所定面圧でモノリスタイ
プの触媒担体がケーシング内で保持されるので、初期状
態からケーシング内での触媒担体のずれが防止され、触
媒担体の破損を確実に防止することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面に
基づいて詳細に説明する。
【0016】図1は、本発明が適用される触媒コンバー
タ2全体の構成を示している。この触媒コンバータ2
は、自動車用内燃機関の排気マニホールド4の出口部分
に装着されているものであって、蓋部材である排気マニ
ホールド4の出口側端部6に摩擦圧接工法により接合さ
れたケーシング8と、ケーシング8内に収容され円柱状
なすセラミックス製のモノリスタイプの触媒担体10
と、触媒担体10の外周面とケーシング内周面との間に
介装された非熱膨張性の無機繊維をマット状に集積して
なる保持材12と、から大略構成されている。
【0017】ケーシング8は、一定内径の円筒状をなす
入口側の円筒部14と、略円錐形状をなす出口側の円錐
部16とからなり、排気マニホールド4の出口側端部6
に接合されるケーシング8の一端部、すなわち触媒担体
10が収容保持された円筒部14の入口側端部18は全
周に亙って厚肉に形成されている。
【0018】図2を用いて詳述すると、円筒部14の入
口側端部18の外径は、排気マニホールド4の出口側端
部6の外径と略同一径であるが、円筒部14の入口側端
部18端面の肉厚T1は、排気マニホールド4の出口側
端部6の肉厚T2よりも大きく設定されている。
【0019】円筒部14の肉厚は、この入口側端部18
端面から円筒部軸方向に沿った所定長さLの範囲までは
肉厚T1となり、所定長さLの範囲を超えると入口側端
部18の肉厚T1よりも薄肉となる肉厚T3となってい
る。
【0020】保持材12は、触媒担体10の外周に巻き
付けられ、触媒担体10と共に円筒部14に挿入される
際には、有機バインダーの結合力で圧縮された状態に維
持されている。すなわち、保持材12は、含浸塗布され
た有機バインダーの結合力によって、触媒担体10と共
に円筒部12に挿入される際には、非圧縮状態である初
期状態の保持材12の厚みよりも薄い状態に維持されて
いる。
【0021】そして、円筒部14の入口側端部18と排
気マニホールド4の出口側端部6との摩擦圧接に伴って
発生する熱を利用して有機バインダーを熱分解し、保持
材12の厚みを復元させている。
【0022】このように構成された触媒コンバータ2
は、円筒部14の入口側端部18と排気マニホールド4
の出口側端部6との摩擦圧接による接合に伴って発生す
る熱を利用して有機バインダーを熱分解し、保持材12
を初期状態の厚みとなるよう復元させて触媒担体10を
所定の初期面圧でケーシング8内に保持することができ
るので、初期の触媒担体10のずれが防止され、ケーシ
ング8内で、ケーシング8と触媒担体10が接触するこ
とによって生じる触媒担体10の破損を確実に防止する
ことができる。
【0023】そして、有機バインダーを除去するため
に、別途、円筒部14を加熱する工程を必要としないた
め、製造工程の簡略することができ製造コストを低減す
ることができる。
【0024】尚、円筒部14の入口側端部18は、図3
に示す第2実施例のように、円筒部14の入口側端部1
8端面の外径が、排気マニホールド4の出口側端部5の
外径と略同一外径となるよう、入口側端部18外周面を
この入口側端部18端面から円筒部軸方向に沿った所定
長さLの範囲でテーパ状に形成し、かつ入口側端部18
端面の半径方向の幅、すなわち入口側端部端面の肉厚T
1を排気マニホールド4の出口側端部6の肉厚T2よりも
大きくなるよう構成してもよい。
【0025】また、摩擦圧接工法を用いる利点として
は、円筒部14の入口側端部18と排気マニホールド4
の出口側端部6との接合面にボルト固定用フランジを設
ける必要がないため、車載性が向上すると共に、コスト
的にも有利となる点がある。触媒コンバータを使用する
際には、触媒を可及的速やかに暖機することが要求され
るため、触媒担体上流側の熱容量を小さくすることが望
ましく、上記ボルト固定用フランジが廃止されることは
この点においても有利である。
【0026】ここで、触媒担体10上流側の熱容量を小
さくし、かつ所期の初期面圧で触媒担体10をケーシン
グ8内に保持固定するための円筒部14の入口側端部1
8及び排気マニホールド4の出口側端部6の各寸法の最
適化を検討した。
【0027】図4に示すように、触媒担体10を円筒部
14内に保持固定するために必要な初期面圧を速やかに
確保するためには、有機バインダーが含浸した保持材1
2を1000°C以上で加熱する必要がある。一方、保
持材12に用いられる無機繊維は、通常、1200°C
以上に加熱すると劣化してしまい所期の面圧で触媒担体
10をケーシング8内に保持固定することができなくな
る。
【0028】そこで、上述した第1及び第2実施例にお
ける円筒部14の入口側端部18及び排気マニホールド
4の出口側端部6の各種寸法の最適化を検討した結果を
表1に示す。尚、表中に記載した到達温度とは、ケーシ
ング8と排気マニホールド4の出口側端部6とを摩擦圧
接した際の円筒部14の入口側端部18端面から10m
m離れた円筒部14外周面の温度であり、この到達温度
をもって保持材12の加熱温度、すなわち有機バインダ
ーの加熱温度とした。
【0029】
【表1】
【0030】この結果、円筒部14の入口側端部18及
び排気マニホールド4の出口側端部6の各種寸法は、具
体的には、T1=10±2mm、T2=5±1mm、L=
30±5mmに設定することが望ましいことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される触媒コンバータの全体断面
図。
【図2】図1のA部拡大図。
【図3】本発明の第2実施例にして、図1のA部に相当
する部分の拡大図。
【図4】温度別のバインダーの焼失率を示す特性図。
【符号の説明】
4…排気マニホールド 6…出口側端部 8…ケーシング 10…触媒担体 12…保持材 14…円筒部 16…円錐部 18…入口側端部
───────────────────────────────────────────────────── 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) B23K 20/12 B23K 20/12 G F01N 7/18 F01N 7/18 B21D 53/84 B // B21D 53/84 B23K 101:12 B23K 101:12 B01D 53/36 B (72)発明者 大内 健 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 Fターム(参考) 3G004 AA01 BA06 FA04 GA02 GA06 3G091 AA02 AA28 AB01 BA10 BA39 GA06 GB01X GB01Z GB10X GB16Z GB17X GB19Z HA03 HA27 HA28 HA29 HA31 HB01 4D048 BB02 BB11 BB18 BC10 CA01 4E067 EA07 EB00 4G069 AA03 AA08 AA15 CA03 EA09 EA19 ED03 EE01

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 略筒状のケーシング内に、保持材を介し
    て触媒担体が収容保持され、上記ケーシングの一端部と
    この一端部の開口を覆う蓋部材の端部とが摩擦圧接工法
    により接合された触媒コンバータの製造方法において、 バインダーの結合力により圧縮された状態に維持された
    上記保持材を上記触媒担体と共に上記ケーシング内に収
    容し、 上記ケーシングと上記蓋部材との摩擦圧接により発生す
    る熱で上記バインダーを除去することを特徴とする触媒
    コンバータの製造方法。
  2. 【請求項2】 上記ケーシングと上記蓋部材との摩擦圧
    接により発生する熱で上記バインダーが除去されること
    によって、上記保持材により所定の初期面圧で上記触媒
    担体が上記ケーシング内に保持されるよう、上記ケーシ
    ングの一端部は、上記一端部の端面から上記ケーシング
    の軸方向に沿った所定長さの範囲で、肉厚が外周側に所
    定量厚肉となるよう形成されていることを特徴とする請
    求項1に記載の触媒コンバータの製造方法。
  3. 【請求項3】 上記ケーシングと上記蓋部材との摩擦圧
    接により発生する熱によって、上記保持材が1000°
    C以上1200°C未満の範囲で加熱されることを特徴
    とする請求項1または2に記載の触媒コンバータの製造
    方法。
  4. 【請求項4】 バインダーの結合力により圧縮された状
    態に維持された保持材を介して、ケーシング内に触媒担
    体が収容保持され、上記ケーシングの一端部とこの一端
    部の開口を覆う蓋部材の端部とが摩擦圧接工法により接
    合された触媒コンバータにおいて、 上記ケーシングと上記蓋部材との摩擦圧接により発生す
    る熱によって上記バインダーが除去されることを特徴と
    する触媒コンバータ。
  5. 【請求項5】 上記蓋部材は排気マニホールドであるこ
    とを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の触媒コ
    ンバータ及びその製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015059455A (ja) * 2013-09-18 2015-03-30 アイシン高丘株式会社 触媒ケース一体型排気マニホルド及びその製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015059455A (ja) * 2013-09-18 2015-03-30 アイシン高丘株式会社 触媒ケース一体型排気マニホルド及びその製造方法

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