JP2002317627A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、軸心の利用により各部の接合が容
易となって生産性を高めることが可能となり、かつアイ
ドリング時から全開運転時までの幅広い排気ガスの流速
に対応でき、触媒担体全体の均一使用により耐久性を向
上させると共に、触媒劣化を防止することが可能な排気
ガス浄化装置を提供することにある。 【解決手段】 本発明は、排気ガス７の入口部８および
出口部９と、これら入口部８と出口部９との間に設けら
れる触媒担体１０とを備えた排気ガス浄化装置３におい
て、入口部８と出口部９との間にチャンバ部１１を設
け、入口部８および出口部９の軸心Ｃ１，Ｃ２を一致さ
せると共に、触媒担体１０を入口部８および出口部９の
軸心Ｃ１，Ｃ２とずらしてチャンバ部１１内に配置して
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車エンジン等
の内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための排
気ガス浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、自動車エンジン等の排気管の
途中には、排気ガスを浄化させるための排気ガス浄化装
置（触媒コンバータ）が設けられている。このような浄
化装置は、排気ガスの入口部および出口部と、これら入
口部と出口部との間に設けられる触媒担体とを備えてお
り、該触媒担体に十分な浄化性能を持たせるには、最も
高速に流れる中心位置の排気ガスと触媒とが所定時間に
わたり接触することが必要となる。その理由として、排
気管に沿って流れる排気ガスは、中心位置ほど高速で排
気管側ほど低速となる速度分布を持ち、浄化されると発
熱膨張する特性を有しているからである。

【０００３】従来の排気ガス浄化装置としては、例え
ば、実開昭６０−１８８８１２号に記載された構造があ
る。この従来例の構造は、排気ガスの流速が低い場合に
おいて効果を示すが、中速域になると出口部に近い部分
の触媒担体の触媒が主に使われ、高速域では全体が使わ
れるものの中心部で「吹き抜け」現象が起きてしまい、
浄化率を上げることが難しい。これは、先に入口部に近
い触媒担体のセルに排気ガスが流れ込むと、そこで浄化
されて発熱膨張するため、排気ガスの流れは触媒担体の
表面に沿って流れ、行き場を失って入口部から最も遠い
（出口部に近い）触媒担体に流れ込んで浄化されるから
である。したがって、上述した従来例の構造では、触媒
担体のうち、入口部から遠い（出口部に近い）部分のみ
が使用されるため、この部分の触媒の劣化が激しいと共
に、触媒担体に掛かる熱応力も偏在しており、触媒の耐
久性が著しく劣ってしまうという不具合を有していた。
また、排気ガスの高速域では全体が使用されるようにな
るが、触媒担体の径に対して長さが短いため、排気ガス
が十分浄化される前に触媒担体を通過するという「吹き
抜け」現象が容易に起ってしまう。

【０００４】そこで、これらの欠点を解消すべく、中速
域の改善には、例えば、実開昭６１−９７５２０号およ
び実開昭６１−１２３８１９号が提案され、高速域の改
善には、例えば、実開昭６３−６９７１７号が提案され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の浄化装置では、いずれも排気ガスの全ての流速
に対して効果を得ることは困難であった。すなわち、実
開昭６１−９７５２０号や実開昭６１−１２３８１９号
では、幅広い流速に対応させるために、ガイド板を設置
したり、あるいは入口部を変形させたりしているが、こ
のようにすると、設計が複雑になると共に、製作費が高
価になってしまう欠点を生じ、さらにエンジン性能と浄
化率とを両立させるには、より高度な設計および製作技
術が必要になる。また、実開昭６３−６９７１７号で
は、触媒担体を非対称の特別な形状に形成しているが、
このようにすると、触媒担体に熱応力が発生した時に非
常に不利な構造となるが、仮にこれを克服できたとして
も、非対称の特注品である触媒担体などの製造にはコス
トが嵩むと共に、ケースでの保持方法などに多額の費用
が必要になるという不具合を有している。さらに、上述
した従来の浄化装置のいずれも、「吹き抜け」現象を抑
えるために、触媒担体のメッシュを上げる簡便な方法が
採用されているが、この方法によると、エンジン性能を
低下させてしまうおそれがあった。

【０００６】一方、このような「吹き抜け」現象を抑え
るため、例えば、特開平６−２６４７３３号が提案され
ている。この従来例の複合型メタル担体の設置は、「吹
き抜け」現象を抑えるのに有効な方法であり、圧損を少
なくすると共に集中ガス流による触媒劣化を防止するな
どの効果を上げているが、アイドリング時や低速運転時
のような排気ガスの流速が低い時には、排気ガスの流量
不足となって触媒担体が触媒の活性温度に達するのに時
間が掛かってしまい、浄化することなく触媒担体を通過
することになる。また、この従来例では、複数個の触媒
担体を準備できるので、触媒担体のメッシュをいろいろ
工夫して改善することも可能となるが、一時的には最も
メッシュの小さい触媒担体に排気ガスを優先的に通すこ
とができたとしても、浄化されて発熱および膨張する
と、それまで排気ガスに触れないで冷えたままの次にメ
ッシュの小さい触媒担体に排気ガスが流れ込むようにな
るので、上記と同様に浄化することなく触媒担体を通過
してしまうことになる。しかも、複数個の触媒担体を準
備した場合は、これらを収納する大きなケースが必要に
なり、これに浄化に伴う発熱に対する熱応力に耐えうる
ような保持方法を採用することを考慮すると、この従来
例の技術における浄化装置も高価とならざるを得ないと
いう問題があった。

【０００７】さらに、上述した従来例では、排気ガスの
入口部および出口部の軸心が一致していないので、同時
工程で接合を行うためには、６軸ロボットを２台準備し
なければならず、過剰な設備投資が必要になる。また、
別々の工程で連続して接合を行う場合も、工程時間が２
倍となる他に、２機の回転装置も必要となるか、あるい
は持ち替えの工数が余分に発生してしまい、生産性が低
くなるという不具合を有していた。なお、将来規制の冷
機時からの排気ガス測定に対応するため、チャンバ部に
断熱材などを施す必要を生じるが、その時、従来例で
は、チャンバ部が大型になることから、断熱材料費が嵩
むと共に、十分な断熱効果が得られないおそれがあっ
た。

【０００８】本発明はこのような実状に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、軸心の利用により各部の接
合が容易となって生産性を高めることが可能となり、か
つアイドリング時から全開運転時までの幅広い排気ガス
の流速に対応でき、触媒担体全体の均一使用により耐久
性を向上させると共に、触媒劣化を防止することが可能
な排気ガス浄化装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記従来技術の有する課
題を解決するために、本発明においては、排気ガスの入
口部および出口部と、これら入口部と出口部との間に設
けられる触媒担体とを備えた排気ガス浄化装置におい
て、前記入口部と前記出口部との間にチャンバ部を設
け、前記入口部および前記出口部の軸心を一致させると
共に、前記触媒担体を前記入口部および前記出口部の軸
心とずらして前記チャンバ部内に配置している。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。

【００１１】図１〜図３は、本発明に係る排気ガス浄化
装置の第１実施形態を示している。四輪自動車のエンジ
ン（図示せず）の後流側には、図１に示す如く、エンジ
ンより排出された排気ガスを集めるエキゾーストマニホ
ールド１が設置されており、該エキゾーストマニホール
ド１により集められた排気ガスは、フロントパイプ２を
介して排気ガス浄化装置（触媒コンバータ）３に入り、
該排気ガス浄化装置３により浄化され、その後、センタ
パイプ４、マフラ５およびテールパイプ６を通って大気
に放出されるようになっている。

【００１２】上記排気ガス浄化装置３は、図２および図
３に示す如く、エンジン側にフロントパイプ２を介して
接続される排気ガス７の入口部８と、マフラ５側にセン
タパイプ４を介して接続される排気ガス７の出口部９
と、これら入口部８および出口部９の間に配設される触
媒担体１０とをそれぞれ備えており、入口部８と出口部
９との間には、触媒担体１０を収納配置するチャンバ部
１１が設けられている。本実施形態の触媒担体１０とし
ては、例えば、ハニカム構造のメタル担体またはセラミ
ックス担体のどちらを使用しても良い。

【００１３】本実施形態の排気ガス浄化装置３は、入口
部８、出口部９および触媒担体１０の相互の位置関係に
特徴を有しており、入口部８および出口部９の軸心Ｃ
１，Ｃ２は、互いに一致して配置されている。一方、触
媒担体１０の軸心Ｃ３は、入口部８および出口部９の軸
心Ｃ１，Ｃ２と一致しないようにずらして配置されてい
る。また、チャンバ部１１は、フロントパイプ２および
センタパイプ４の径よりも大径の円筒体を用いて形成さ
れており、両端部分は入口部８および出口部９側へ向か
って先細りする形状となっている。

【００１４】このため、上記触媒担体１０は、出口部９
側のチャンバ部１１内に位置し、かつ先端部分をやや上
方へ屈曲させているセンタパイプ４の先端開口部に外筒
１２を介して取付けられており、入口部８側に向かって
斜め上方へ傾斜して配置されている。したがって、本実
施形態では、触媒担体１０を出口部９側に直付け溶接な
どで配置可能となるため、触媒担体１０の保持作業を簡
易に行える。また、本実施形態では、触媒担体１０の排
気ガス７の流入口が入口部８および出口部９の軸心Ｃ
１，Ｃ２よりも上方位置で、入口部８側に臨んで配置さ
れており、本実施形態の触媒担体１０は、排気ガス７の
流速に関係なく、通常使用の触媒担体と同様に働き、エ
ンジン性能の低下を招かずに、排気ガス７の浄化効率を
上げることが可能な構造となっている。

【００１５】ここで、本発明の第１実施形態に係る排気
ガス浄化装置３の製造方法の具体例について説明する。
まず、触媒が担持された直径（φ）４３×長さ（ｌ）８
０ｍｍの触媒担体（メタルハニカム）１０を準備し、開
先加工が施された排気ガス７の出口部９におけるセンタ
パイプ４と触媒担体１０とを溶接で接合する。この時、
出口部９の軸心Ｃ２と触媒担体１０の軸心Ｃ３とが一致
しないようにする。次いで、チャンバ部１１の一方の半
身と、入口部８側のフロントパイプ２および触媒担体１
０を溶接した出口部９側のセンタパイプ４をそれぞれ溶
接治具にセットし、チャンバ部１１の他方の半身を被せ
てチャンバ部１１を溶接で接合する。

【００１６】そして、入口部８側に位置するフロントパ
イプ２および出口部９側に位置するセンタパイプ４の全
体を、その軸心Ｃ１，Ｃ２を中心として回転させる。そ
れと同時に、チャンバ部１１とフロントパイプ２との接
合位置、およびチャンバ部１１とセンタパイプ４との接
合位置に溶接機のトーチを当てる。この状態で、溶接治
具を一回転させると、本実施形態の排気ガス浄化装置３
が得られる（図２参照）。このため、本実施形態の排気
ガス浄化装置３では、排気ガス７の入口部８および出口
部９の軸心Ｃ１，Ｃ２を一致させたことにより、チャン
バ部１１との接合が同時工程で行えることになり、生産
性が高められている。

【００１７】次に、本発明の第１実施形態に係る排気ガ
ス浄化装置３の作用を、図４および図５で示す比較例と
比べながら説明する。この比較例の排気ガス浄化装置５
３では、本実施形態の排気ガス浄化装置３と異なり、外
筒と合わせて図示した触媒担体５０の軸心が入口部５１
および出口部５２の軸心と一致して配置されている。そ
の他、比較例の排気ガス浄化装置５３におけるフロント
パイプ５４、センタパイプ５５、チャンバ部５６、排気
ガス５７等は、本実施形態の排気ガス浄化装置３と同様
である。

【００１８】このような比較例の排気ガス浄化装置５３
では、図示しないエンジンより排出された排気ガス５７
が図５中の矢印で示すように入口部５１を通過してチャ
ンバ部５６内に入ると、チャンバ部５６の壁面側の排気
ガス５７を拡散させながら、触媒担体５０内に流れ込
む。排気ガス５７の流速は、入口部５１の中心位置ほど
高速であるため、触媒担体５０内に流れ込む排気ガス５
７が最も流速の高いものであり、触媒による十分な浄化
が行われる前に触媒担体５０を通過してしまう吹き抜け
が発生しやすく、浄化が不十分な状態で、排気ガス５７
は出口部５２からセンタパイプ５５等を経て大気に放出
されることになる。これを防ぐには、触媒担体５０の比
表面積を増やして、触媒と排気ガス５７との接触時間を
増加させる必要があり、触媒担体５０のメッシュ（単位
断面積当たりのセル数）を増加させるなどの方法が採ら
れている。しかし、排気ガス５７に対する触媒担体５０
の抵抗は、排気ガス５７の流速の２乗に比例して増大す
るため、最も流速の高い排気ガス５７が通過する触媒担
体５０のメッシュを増加させると、抵抗が一気に増大し
てエンジン性能の低下を招いてしまう結果となった。

【００１９】これに対して、本実施形態の排気ガス浄化
装置３では、図示しないエンジンより排出された排気ガ
ス７が図３中の矢印で示すように入口部８を経てチャン
バ部１１内に入るまでは比較例と同様に進む。しかし、
チャンバ部１１内の触媒担体１０と接触する付近では、
触媒担体１０の軸心Ｃ３が入口部８および出口部９の軸
心Ｃ１，Ｃ２とずれて配置されていることから、中心位
置の最も流速の高い排気ガス７は、触媒担体１０内に遮
られて大きく旋回し、その流速を低下させてから触媒担
体１０内に流れ込む。すなわち、排気ガス７は、チャン
バ部１１内で流速を平均化した後に触媒担体１０内に流
れ込むことになり、吹き抜けが発生しづらく、触媒によ
る十分な浄化が行われる。また、より高い浄化を目標に
して触媒担体１０のメッシュを増加させる場合でも、排
気ガス７の流速が平均化されていることから、触媒担体
１０の抵抗上昇が最小限で済むことになり、エンジン性
能の低下を防ぐと共に、排気ガス７の浄化効率を容易に
高めることが可能となる。

【００２０】このように構成された本発明の第１実施形
態に係る排気ガス浄化装置３では、比較例の排気ガス浄
化装置５３に比較して、次の効果が得られる。すなわ
ち、本発明の第１実施形態の具体的な実施例において
は、触媒担体１０に（φ）４３ｍｍ×（ｌ）８０ｍｍ×
（♯）１００のメタル担体を利用し、これにプラチナ・
ロジウム触媒１ｇ／Ｌ（Ｐｔ／Ｒｈ＝５／１）を担持す
ることにより、排気ガス浄化装置３とした。一方、比較
例においては、実施例と全く同じメタル担体の触媒担体
５０を用い、該触媒担体５０の軸心と入口部５１および
出口部５２の軸心とを一致させたものを排気ガス浄化装
置５３とした。次に、実施例および比較例のそれぞれの
排気ガス浄化装置３，５３を、６６０ｃｃのエンジンで
５速のミッションが搭載されている車両に交互に取付
け、１０−１５モード走行をシャーシにて行い、その時
の排気ガス量を測定して効果を確認した。その結果を下
記の表１に掲載した。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１から、排気ガスの浄化率を示す総炭化
水素（ＴＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素
（ＣＯ）の排出量は、いずれも実施例の方が比較例より
も少なく、十分な浄化が行われていることが判る。ま
た、エンジン性能を示す燃費については、２回とも実施
例の方が比較例よりも良く、エンジン性能の低下が起き
ていないことが判る。以上のことから、本実施形態の排
気ガス浄化装置３を自動車エンジン等の排気系に適用す
れば、エンジン性能の低下を招くことなく、排気ガス７
の浄化効率を向上させることができる。

【００２３】図６は、本発明に係る排気ガス浄化装置の
第２実施形態を示している。この第２実施形態の排気ガ
ス浄化装置２３が上記第１実施形態の排気ガス浄化装置
３と異なるのは、邪魔板１３がチャンバ部１１内に設け
られている点である。この邪魔板１３は、入口部８を通
過した排気ガス７が触媒担体１０に直接流れ込むのを阻
止するために設けられたものであり、入口部８付近のチ
ャンバ部１１の上部壁から斜め下方へ向かって延出して
配置されている。その他の構成は、上記第１実施形態と
同様である。本実施形態の排気ガス浄化装置２３によれ
ば、入口部８を通過する排気ガス７の全体が邪魔板１３
に遮られ、チャンバ部１１内を大きく旋回してその流速
が平均化されるため、上記第１実施形態よりもさらに高
い効果が得られる。

【００２４】図７は、本発明に係る排気ガス浄化装置の
第３実施形態を示している。この第３実施形態の排気ガ
ス浄化装置２３ａが上記第２実施形態の排気ガス浄化装
置２３と異なるのは、チャンバ部１１内に設ける邪魔板
１３ａが入口部８側に位置するフロントパイプ２の先端
部を斜め下方へ屈曲させることにより形成されている点
である。その他の構成は、上記第２実施形態と同様であ
る。本実施形態の排気ガス浄化装置２３ａによれば、上
記第２実施形態と同様の効果が得られる上、部品点数を
削減できる。

【００２５】図８は、本発明に係る排気ガス浄化装置の
第４実施形態を示している。この第４実施形態の排気ガ
ス浄化装置２３ｂが上記第２実施形態の排気ガス浄化装
置２３と異なるのは、チャンバ部１１内に設ける邪魔板
１３ｂがチャンバ部１１の上部壁から垂下して配置され
ている点である。その他の構成および効果は、上記第２
実施形態と同様である。

【００２６】図９は、本発明に係る排気ガス浄化装置の
第５実施形態を示している。この第５実施形態の排気ガ
ス浄化装置３３が上記第１実施形態の排気ガス浄化装置
３と異なるのは、ブラケット１４を利用して浄化率の高
い大径の触媒担体１０ａおよび外筒１２ａが保持されて
いる点である。このため、ブラケット１４の基端部は、
溶接にて出口部９側のセンタパイプ４の外周面に接合さ
れ、その先端部はチャンバ部１１内に突出して配置され
ており、触媒担体１０ａを支持する外筒１２ａは、溶接
にてブラケット１４の先端部に接合されている。その他
の構成および効果は、上記第１実施形態と同様である。

【００２７】図１０は、本発明に係る排気ガス浄化装置
の第６実施形態を示している。この第６実施形態の排気
ガス浄化装置４３が上記第５実施形態の排気ガス浄化装
置３３と異なるのは、軸心を基準として非対称形に形成
したチャンバ部１１ａが設けられている点である。すな
わち、チャンバ部１１ａは、より広い排気ガスの流速に
対応させるべく、上半部分が下半部分よりも大きく拡大
した円筒体を用いて形成されている。その他の構成およ
び効果は、上記第５実施形態と同様である。

【００２８】以上、本発明の実施の形態につき述べた
が、本発明は既述の実施形態に限定されるものではな
く、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形および変
更が可能である。例えば、既述の実施形態では、入口部
８側のフロントパイプ２および出口部９側のセンタパイ
プ４に丸パイプが用いられ、触媒担体１０およびチャン
バ部１１が円筒体状に形成されているが、パイプの断面
形状が楕円、三角形、四角形、多角形でも同様の効果が
得られ、触媒担体１０およびチャンバ部１１として楕円
体、直方体などの形状が異なっても、既述の実施形態と
同様の配置にあれば、同様の効果が得られる。また、触
媒担体１０は、その軸心が入口部８および出口部９の軸
心とずれて配置されていれば、斜め上方以外の斜め左右
方向や斜め下方に配置することも可能である。

【００２９】

【発明の効果】上述の如く、本発明に係る排気ガス浄化
装置は、排気ガスの入口部および出口部と、これら入口
部と出口部との間に設けられる触媒担体とを備え、前記
入口部と前記出口部との間にチャンバ部を設け、前記入
口部および前記出口部の軸心を一致させると共に、前記
触媒担体を前記入口部および前記出口部の軸心とずらし
て前記チャンバ部内に配置しているので、軸心の利用に
より各部の回転動作が可能となって、各部を同時工程で
容易に接合でき、生産性を高めることができると共に、
排気系の設計の際に熱応力や公差の予測が簡単になる。
また、本発明の排気ガス浄化装置によれば、アイドリン
グ時から全開運転時までの幅広い排気ガスの流速に対応
させ、かつ排気ガスの流速を均一化して通過させると共
に、触媒担体の全体を均一に使用し得るので、エンジン
性能を低下させることなく、排気ガスの浄化効率および
触媒担体の耐久性を向上させることができると共に、触
媒劣化を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る排気ガス浄化装置
が取付けられた状態を示す斜視図である。

【図２】本発明の第１実施形態に係る排気ガス浄化装置
の要部を拡大して示す縦断面図である。

【図３】本発明の第１実施形態に係る排気ガス浄化装置
内において、排気ガスの流れを説明する概念図である。

【図４】本発明の実施形態の比較例に係る排気ガス浄化
装置の要部を拡大して示す縦断面図である。

【図５】図４における排気ガス浄化装置内において、排
気ガスの流れを説明する概念図である。

【図６】本発明の第２実施形態に係る排気ガス浄化装置
内において、排気ガスの流れを説明する概念図である。

【図７】本発明の第３実施形態に係る排気ガス浄化装置
の要部を拡大して示す縦断面図である。

【図８】本発明の第４実施形態に係る排気ガス浄化装置
の要部を拡大して示す縦断面図である。

【図９】本発明の第５実施形態に係る排気ガス浄化装置
の要部を拡大して示す縦断面図である。

【図１０】本発明の第６実施形態に係る排気ガス浄化装
置の要部を拡大して示す縦断面図である。

【符号の説明】

２ フロントパイプ ３，２３，３３，４３ 排気ガス浄化装置 ４ センタパイプ ７ 排気ガス ８ 入口部 ９ 出口部 １０ 触媒担体 １１ チャンバ部 １２ 外筒 １３ 邪魔板 １４ ブラケット Ｃ１ 入口部の軸心 Ｃ２ 出口部の軸心 Ｃ３ 触媒担体の軸心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樋口 ルリ 静岡県浜松市高塚町300番地 スズキ株式 会社内 (72)発明者 玉巻 宏章 静岡県浜松市高塚町300番地 スズキ株式 会社内 Ｆターム(参考） 3G091 AB01 BA01 BA38 BA39 CA27 HA46 4D048 AA06 AA13 AA18 AB05 BA39X BB02 CA07 CC22 CC31 CC35

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気ガスの入口部および出口部と、これ
   ら入口部と出口部との間に設けられる触媒担体とを備え
   た排気ガス浄化装置において、前記入口部と前記出口部
   との間にチャンバ部を設け、前記入口部および前記出口
   部の軸心を一致させると共に、前記触媒担体を前記入口
   部および前記出口部の軸心とずらして前記チャンバ部内
   に配置したことを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 【請求項２】 前記触媒担体は、前記出口部に設けられ
   ていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化
   装置。
3. 【請求項３】 前記チャンバ部内には、前記入口部を通
   過した排気ガスが前記触媒担体に直接流れ込むのを阻止
   する邪魔板が設けられていることを特徴とする請求項１
   または２に記載の排気ガス浄化装置。
4. 【請求項４】 前記チャンバ部は、軸心を基準として非
   対称形に形成されていることを特徴とする請求項１また
   は２に記載の排気ガス浄化装置。