JP2002533603A - 内燃機関に使用する触媒コンバータおよびその製造方法 - Google Patents
内燃機関に使用する触媒コンバータおよびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
内燃機関からの排気ガスを浄化するための触媒コンバータ(10)は、非発泡性支持マット材(14)により取り囲まれた周囲表面を有するモノリシックセラミック基体(12)を含む。金属シェル(16)は、マット材(14)および基体(12)に近接し、それらを囲む幅広部分(18)を含む。金属シェル(16)はさらに、金属シェルの幅広部分(18)の外面と重複し、そこに取り付けられる、好ましくは三角形の、狭い幅の部分(20)も含む。金属シェルの幅広部分および幅の狭い部分(18,20)が組み合わさって、巻き付けられた基体(12)に圧縮力を作用させる。
Description
【０００１】 本出願は、Locker等による「内燃機関に使用する触媒コンバータおよびその製
造方法」と題する、1998年12月18日に出願された米国仮特許出願第60/112,932号
の恩典を主張する。
造方法」と題する、1998年12月18日に出願された米国仮特許出願第60/112,932号
の恩典を主張する。
【０００２】 発明の背景 １．発明の分野 本発明は、排気ガスを浄化するための触媒コンバータに関し、より詳しくは、
オートバイの内燃機関からの排気ガスを浄化するための触媒コンバータに関する
。
オートバイの内燃機関からの排気ガスを浄化するための触媒コンバータに関する
。
【０００３】 ２． 関連技術の説明 自動車とオートバイの排気ガスは、従来、高温に耐えられるセラミック体上に
支持された触媒により浄化されている。好ましい触媒支持構造体は、ガスが流動
できる寸法であり、セラミックの薄壁により制限された、塞がれていない多数の
平行チャネルを含むハニカム形状である。これらのチャネルは、浮遊されて運ば
れる粒状物質により詰まらずにチャネルを自由に通過できるのであれば、どのよ
うな形状および寸法を有していてもよい。そのような好ましい構造体の例として
は、Bagleyの米国特許第3,790,654号およびHollenbachの米国特許第3,112,184号
に記載されている薄壁セラミックハニカム構造体が挙げられる。
支持された触媒により浄化されている。好ましい触媒支持構造体は、ガスが流動
できる寸法であり、セラミックの薄壁により制限された、塞がれていない多数の
平行チャネルを含むハニカム形状である。これらのチャネルは、浮遊されて運ば
れる粒状物質により詰まらずにチャネルを自由に通過できるのであれば、どのよ
うな形状および寸法を有していてもよい。そのような好ましい構造体の例として
は、Bagleyの米国特許第3,790,654号およびHollenbachの米国特許第3,112,184号
に記載されている薄壁セラミックハニカム構造体が挙げられる。
【０００４】 セラミックハニカム触媒支持体は、熱い排気ガスとの接触および排気ガス中に
含まれる未燃焼炭化水素および一酸化炭素の触媒による酸化から生じる高温に露
出される。それに加えて、そのような支持体は、自動車のエンジンが始動されて
、停止されるかまたはアイドリングとスロットルの全開との間で循環していると
きに、急激な温度上昇と降下に耐えなければならない。そのような作動条件には
、セラミックハニカム触媒支持体が、熱膨張係数に略逆比例する特性である、高
い耐熱衝撃性を有することを必要とする。
含まれる未燃焼炭化水素および一酸化炭素の触媒による酸化から生じる高温に露
出される。それに加えて、そのような支持体は、自動車のエンジンが始動されて
、停止されるかまたはアイドリングとスロットルの全開との間で循環していると
きに、急激な温度上昇と降下に耐えなければならない。そのような作動条件には
、セラミックハニカム触媒支持体が、熱膨張係数に略逆比例する特性である、高
い耐熱衝撃性を有することを必要とする。
【０００５】 触媒コンバータ用のセラミック支持体は、一般的に、酸化アルミニウム、酸化
ケイ素、酸化マグネシウム、ケイ酸ジルコニウム、コージエライト、または炭化
ケイ素のような脆い防火性材料から形成される。これらのセラミック材料から製
造される支持体の典型的なハニカム形状のために、非常に小さな機械的応力によ
ってさえも亀裂が生じたり、破壊されてしまうことがある。それらの脆さの観点
から、そのような支持体のための触媒コンバータハウジング、または缶（can ）
を開発する多大な努力が行われてきた。
ケイ素、酸化マグネシウム、ケイ酸ジルコニウム、コージエライト、または炭化
ケイ素のような脆い防火性材料から形成される。これらのセラミック材料から製
造される支持体の典型的なハニカム形状のために、非常に小さな機械的応力によ
ってさえも亀裂が生じたり、破壊されてしまうことがある。それらの脆さの観点
から、そのような支持体のための触媒コンバータハウジング、または缶（can ）
を開発する多大な努力が行われてきた。
【０００６】 例えば、Ten Eyckの米国特許第4,863,700号には、壊れやすいセラミックモノ
リス触媒が、モノリスの周りに巻き付けられたセラミック繊維の断熱層、および
金属製ハウジングとセラミック繊維層との間に配置された発泡性材料の層により
、金属製ハウジング内に弾性的に搭載された触媒コンバータシステムが開示され
ている。
リス触媒が、モノリスの周りに巻き付けられたセラミック繊維の断熱層、および
金属製ハウジングとセラミック繊維層との間に配置された発泡性材料の層により
、金属製ハウジング内に弾性的に搭載された触媒コンバータシステムが開示され
ている。
【０００７】 多くの用途、特に、オートバイの小さなエンジンを含む用途において、触媒コ
ンバータを搭載する空間はわずかしかない。この問題に対する解決手段の１つは
、追加の触媒コンバータハウジングを提供するというよりもむしろ、今ある排気
系部材の内部に触媒コンバータを搭載することであって、そのような位置の１つ
は、膨張室およびマフラーを備えた熱ガス室内（hot gas chamber）にある。
ンバータを搭載する空間はわずかしかない。この問題に対する解決手段の１つは
、追加の触媒コンバータハウジングを提供するというよりもむしろ、今ある排気
系部材の内部に触媒コンバータを搭載することであって、そのような位置の１つ
は、膨張室およびマフラーを備えた熱ガス室内（hot gas chamber）にある。
【０００８】 そのコンバータをマフラーの内側に設置することは、マフラー内のコンバータ
は、標準的な発泡性マットを好ましい熱環境（＜550℃）内に維持するのに十分
に効率的に冷却できない点で複雑である。特に、マフラーのような断熱された熱
ガス室内に閉じ込められるために、そのようなコンバータは熱を大気中に効率的
に消散させることができない。さらに、そのような用途において、熱い排気ガス
は、触媒コンバータを通って流動するだけでなく、そのハウジングの周りにも流
動する。その結果、そのような用途において、触媒コンバータのハウジングアセ
ンブリ（すなわち、コンバータを熱ガス室内の正確な位置に維持するハウジング
）の温度は一般に900℃に到達する。さらに、かなりの濃度のガス状生燃料およ
び生油が一般的に排気ガス流中に見られ、燃料の豊富な排気ガスにより、コンバ
ータ内で極度の発熱が生じ、温度が1100℃ほど高くなる。標準的なひる石ベース
の発泡性マットは、一般的に、約750℃より高い温度に露出された場合、膨張す
る能力を失う。特に、発泡性マットは、そのような高温に露出されたときに、化
学的結合水を失う。化学的結合水を失うと、セラミック触媒支持体を保持するた
めの適切な搭載圧力を提供できないほどその材料の発泡性が損なわれる。これに
より、セラミック触媒の、排気ガス流および乗物の振動により生じる軸方向力お
よび他の力に耐える能力が損なわれる。したがって、発泡性マットは、内部に搭
載されたオートバイ用コンバータのためのうまくいきそうなオプションを提供し
ない。
は、標準的な発泡性マットを好ましい熱環境（＜550℃）内に維持するのに十分
に効率的に冷却できない点で複雑である。特に、マフラーのような断熱された熱
ガス室内に閉じ込められるために、そのようなコンバータは熱を大気中に効率的
に消散させることができない。さらに、そのような用途において、熱い排気ガス
は、触媒コンバータを通って流動するだけでなく、そのハウジングの周りにも流
動する。その結果、そのような用途において、触媒コンバータのハウジングアセ
ンブリ（すなわち、コンバータを熱ガス室内の正確な位置に維持するハウジング
）の温度は一般に900℃に到達する。さらに、かなりの濃度のガス状生燃料およ
び生油が一般的に排気ガス流中に見られ、燃料の豊富な排気ガスにより、コンバ
ータ内で極度の発熱が生じ、温度が1100℃ほど高くなる。標準的なひる石ベース
の発泡性マットは、一般的に、約750℃より高い温度に露出された場合、膨張す
る能力を失う。特に、発泡性マットは、そのような高温に露出されたときに、化
学的結合水を失う。化学的結合水を失うと、セラミック触媒支持体を保持するた
めの適切な搭載圧力を提供できないほどその材料の発泡性が損なわれる。これに
より、セラミック触媒の、排気ガス流および乗物の振動により生じる軸方向力お
よび他の力に耐える能力が損なわれる。したがって、発泡性マットは、内部に搭
載されたオートバイ用コンバータのためのうまくいきそうなオプションを提供し
ない。
【０００９】 約1200℃ほど高い温度に露出できるセラミック繊維マットは、発泡体に対する
代替物となる。これらのマットにより生じる力は完全に、触媒コンバータを缶内
に取り付ける最中に経験する圧縮から生み出される。それ自体、キャニング（ca
nning）の形態は、これらの繊維ベースのマットにとって重要である。
代替物となる。これらのマットにより生じる力は完全に、触媒コンバータを缶内
に取り付ける最中に経験する圧縮から生み出される。それ自体、キャニング（ca
nning）の形態は、これらの繊維ベースのマットにとって重要である。
【００１０】 詰め物載置は、過去に用いられてきたキャニング方法の１つである。最初に、
基体にマットを巻き付け、押し込まれるときにマットを圧縮する円錐装置中にそ
の基体を挿入する。次いで、巻き付けられた基体を圧縮円錐体から、コンバータ
シェルとして機能する円筒管中に排出する。この作業を行う過程で、マットは、
缶と基体との間の非常に狭い寸法間隙内に維持されて、効果的とならなければな
らない。許容される繊維ベースのマット間隙嵩密度（ＧＢＤ）は一般的に、0.55
±0.05ｇ／ｃｃである。この詰め物載置に特有な問題には以下のことがある：(1
)大きすぎて、基体の把持圧が不十分となり、一般的に、乗物の運転中に巻き付
けられた基体が滑り落ちる間隙；および(2)マットが損傷し、最終的に、ガス浸
蝕に導かれる、過剰に圧縮されたマット。
基体にマットを巻き付け、押し込まれるときにマットを圧縮する円錐装置中にそ
の基体を挿入する。次いで、巻き付けられた基体を圧縮円錐体から、コンバータ
シェルとして機能する円筒管中に排出する。この作業を行う過程で、マットは、
缶と基体との間の非常に狭い寸法間隙内に維持されて、効果的とならなければな
らない。許容される繊維ベースのマット間隙嵩密度（ＧＢＤ）は一般的に、0.55
±0.05ｇ／ｃｃである。この詰め物載置に特有な問題には以下のことがある：(1
)大きすぎて、基体の把持圧が不十分となり、一般的に、乗物の運転中に巻き付
けられた基体が滑り落ちる間隙；および(2)マットが損傷し、最終的に、ガス浸
蝕に導かれる、過剰に圧縮されたマット。
【００１１】 詰め物載置に関連する追加の問題には以下のことがある：(1)マット基礎重量
における変動は約10％であり、これのみで、上述した許容されるＧＢＤ範囲から
外れる；(2)基体の直径の変動性；および(3)マット／基体がその中に配置される
、金属シェル管の直径の変動性。許容差が積み重なる問題が許容されたとしても
、そのような高い間隙嵩密度での、これら繊維ベースのマットを用いた詰め物載
置は、せいぜい不十分なプロセスである。このマットは、完成した管中に入れら
れる前に、詰めるための円錐体内に「過剰に圧縮され」なければらなず、そのた
めに、ある程度の二次元弾性が失われる（繊維の損傷のために）。さらに、マッ
トに作用する剪断力により、基体とシェルとの間のある部分が、詰め物搭載部分
の頂部で間隙から「漏れ」出すことが観察された。間隙からマットがある程度こ
のように失われることにより、基体を適所に保持する圧縮力が望ましいよりも低
くなってしまう。
における変動は約10％であり、これのみで、上述した許容されるＧＢＤ範囲から
外れる；(2)基体の直径の変動性；および(3)マット／基体がその中に配置される
、金属シェル管の直径の変動性。許容差が積み重なる問題が許容されたとしても
、そのような高い間隙嵩密度での、これら繊維ベースのマットを用いた詰め物載
置は、せいぜい不十分なプロセスである。このマットは、完成した管中に入れら
れる前に、詰めるための円錐体内に「過剰に圧縮され」なければらなず、そのた
めに、ある程度の二次元弾性が失われる（繊維の損傷のために）。さらに、マッ
トに作用する剪断力により、基体とシェルとの間のある部分が、詰め物搭載部分
の頂部で間隙から「漏れ」出すことが観察された。間隙からマットがある程度こ
のように失われることにより、基体を適所に保持する圧縮力が望ましいよりも低
くなってしまう。
【００１２】 800℃を超える作業温度でさえも熱ガス室内にしっかりと搭載されたままであ
る触媒コンバータが引き続き必要とされている。
る触媒コンバータが引き続き必要とされている。
【００１３】 発明の概要 本発明は、内燃機関からの排気ガスを浄化するための触媒コンバータに関する
。このコンバータは、非発泡性支持マット材により取り囲まれた周囲表面を有す
るモノリシックセラミック基体を有する。金属シェルが、マット材および基体に
近接し、これらを囲む幅広部分を含む。金属シェルはさらに、金属シェルの幅広
部分の外面に重複し、これに取り付けられる、好ましくは三角形の、幅の狭い部
分も含む。金属シェルの幅広部分および幅の狭い部分が組み合わさって、巻き付
けられた基体に圧縮力を作用させる。
。このコンバータは、非発泡性支持マット材により取り囲まれた周囲表面を有す
るモノリシックセラミック基体を有する。金属シェルが、マット材および基体に
近接し、これらを囲む幅広部分を含む。金属シェルはさらに、金属シェルの幅広
部分の外面に重複し、これに取り付けられる、好ましくは三角形の、幅の狭い部
分も含む。金属シェルの幅広部分および幅の狭い部分が組み合わさって、巻き付
けられた基体に圧縮力を作用させる。
【００１４】 本発明はまた、オートバイの触媒コンバータを形成する現在の方法、すなわち
、詰め物載置に付きものの問題および欠点を克服する方法に関する。一般的に、
これらの触媒コンバータを製造する方法は最初に、モノリシックセラミック基体
を非発泡性支持マット材内に包み込む工程を含む。その後、包まれた基体を、該
基体に実質的に一致する金属シェル中に挿入する。この金属シェルは、幅広取り
囲み部分および幅の狭い延在する取付部分、好ましくは、三角形の取付部分を含
む。次いで、金属シェルは、金属シェルの幅広部分がマット材および基体に近接
し、それらを囲み、かつ幅の狭い部分が金属シェルの幅広部分の外面に重複する
ように、基体の周りに圧縮的に閉じられる。最後に、金属シェルの幅の狭い重複
部分の内面が、圧縮応力を保持するように金属シェルの幅広部分の外面に固定さ
れる。
、詰め物載置に付きものの問題および欠点を克服する方法に関する。一般的に、
これらの触媒コンバータを製造する方法は最初に、モノリシックセラミック基体
を非発泡性支持マット材内に包み込む工程を含む。その後、包まれた基体を、該
基体に実質的に一致する金属シェル中に挿入する。この金属シェルは、幅広取り
囲み部分および幅の狭い延在する取付部分、好ましくは、三角形の取付部分を含
む。次いで、金属シェルは、金属シェルの幅広部分がマット材および基体に近接
し、それらを囲み、かつ幅の狭い部分が金属シェルの幅広部分の外面に重複する
ように、基体の周りに圧縮的に閉じられる。最後に、金属シェルの幅の狭い重複
部分の内面が、圧縮応力を保持するように金属シェルの幅広部分の外面に固定さ
れる。
【００１５】 発明の詳細な説明 図１Ａおよび１Ｂは、本発明による、内燃機関からの排気ガスを浄化するため
の触媒コンバータの２つの斜視図を示す。図１Ａは閉じられていないコンバータ
を示し、図１Ｂは完成した閉じられているコンバータを示す。コンバータ10を形
成する方法を以下に説明する。最初に、モノリシックセラミック基体12を非発泡
性支持マット材14内に包み込む。その後、包まれた基体12を、基体12に実質的に
一致する金属シェル16中に挿入する。特に、金属シェル16は、幅広の取り囲み部
分18および幅の狭い取付部分20を含む。金属シェル16は基体12の周りに圧縮的に
閉じられ、それによって、金属シェルの幅広部分は、マット材14および基体12に
近接し、それらを囲む。幅の狭い部分20は、金属シェルの幅広部分18の外面と重
複する。
の触媒コンバータの２つの斜視図を示す。図１Ａは閉じられていないコンバータ
を示し、図１Ｂは完成した閉じられているコンバータを示す。コンバータ10を形
成する方法を以下に説明する。最初に、モノリシックセラミック基体12を非発泡
性支持マット材14内に包み込む。その後、包まれた基体12を、基体12に実質的に
一致する金属シェル16中に挿入する。特に、金属シェル16は、幅広の取り囲み部
分18および幅の狭い取付部分20を含む。金属シェル16は基体12の周りに圧縮的に
閉じられ、それによって、金属シェルの幅広部分は、マット材14および基体12に
近接し、それらを囲む。幅の狭い部分20は、金属シェルの幅広部分18の外面と重
複する。
【００１６】 キャニングの止血帯巻付け法(tourniquet wrap method)が、触媒コンバータを
圧縮的に閉じるのに適している。手短に言えば、コンバータの金属シェルが、金
属シェル16の周囲を囲む金属製外被内に包み込まれる。金属製外被は、マット材
14および基体12の周りに金属シェル16を所望の標的マット圧縮まで圧縮的に閉じ
るために、反対方向に引っ張られる反対にあるストラップを備える。
圧縮的に閉じるのに適している。手短に言えば、コンバータの金属シェルが、金
属シェル16の周囲を囲む金属製外被内に包み込まれる。金属製外被は、マット材
14および基体12の周りに金属シェル16を所望の標的マット圧縮まで圧縮的に閉じ
るために、反対方向に引っ張られる反対にあるストラップを備える。
【００１７】 一旦このシェルがマット材14および基体12の周りに圧縮的に閉じられたら、金
属シェルの幅の狭い部分20の内面が金属シェルの幅広部分18の外面に固定されて
、圧縮応力を保持する。許容される固定方法としては、幅の狭い部分の幅広部分
への溶接が挙げられる。
属シェルの幅の狭い部分20の内面が金属シェルの幅広部分18の外面に固定されて
、圧縮応力を保持する。許容される固定方法としては、幅の狭い部分の幅広部分
への溶接が挙げられる。
【００１８】 まだ図１Ａおよび１Ｂを参照する。そのように形成された触媒コンバータ10は
、非発泡性支持マット材14により取り囲まれた周囲表面を有するモノリシックセ
ラミック基体12を含む。金属シェルの幅広の取り囲み部分18および金属シェルの
幅の狭い延在する取付部分20を含む金属シェル16が、マット材14および基体12を
囲む。具体的には、金属シェルの幅広の取り囲み部分18は、基体12およびマット
材14に近接し、これらを囲み、一方で、金属シェルの幅の狭い延在部分20は、金
属シェルの幅広部分18の外面と重複し、これに取り付けられる。これらの金属シ
ェル部分が組み合わさって、巻き付けられた基体に圧縮力を作用させる。
、非発泡性支持マット材14により取り囲まれた周囲表面を有するモノリシックセ
ラミック基体12を含む。金属シェルの幅広の取り囲み部分18および金属シェルの
幅の狭い延在する取付部分20を含む金属シェル16が、マット材14および基体12を
囲む。具体的には、金属シェルの幅広の取り囲み部分18は、基体12およびマット
材14に近接し、これらを囲み、一方で、金属シェルの幅の狭い延在部分20は、金
属シェルの幅広部分18の外面と重複し、これに取り付けられる。これらの金属シ
ェル部分が組み合わさって、巻き付けられた基体に圧縮力を作用させる。
【００１９】 本発明のある実施の形態において、金属シェルの幅広部分18は、基体12の長さ
と等しいかまたはそれより大きい幅を示す。つらに、マット材14は、それによっ
て、基体12の周囲表面の一部が各々の端部で被覆されないような長さを示す。こ
の止血帯ラップ形成技法およびそのように形成された触媒コンバータは、詰め物
載置された触媒コンバータよりも優れた数多くの利点を提供する。触媒コンバー
タを調整された力まで止血帯巻き付けすることにより、マット基準重量における
不均一性並びに基体の直径の変動性が補われる。
と等しいかまたはそれより大きい幅を示す。つらに、マット材14は、それによっ
て、基体12の周囲表面の一部が各々の端部で被覆されないような長さを示す。こ
の止血帯ラップ形成技法およびそのように形成された触媒コンバータは、詰め物
載置された触媒コンバータよりも優れた数多くの利点を提供する。触媒コンバー
タを調整された力まで止血帯巻き付けすることにより、マット基準重量における
不均一性並びに基体の直径の変動性が補われる。
【００２０】 図１Ｃおよび１Ｄは、本発明による、内燃機関からの排気ガスを浄化するため
の触媒コンバータ10の別の実施の形態の２つの斜視図を示す。図１Ｃは閉じられ
ていないコンバータを示し、図１Ｄは完成して閉じられているコンバータを示す
。この実施の形態は、幅の狭い延在部分が矩形の実施の形態について上述した方
法と同じ方法により形成される。この実施の形態のそのように形成された触媒コ
ンバータは、前に実施の形態のように、金属シェルの幅広の取り囲み部分18を含
む金属シェル16を含む。しかしながら、この実施の形態において、マット材14お
よび基体12を囲む、金属シェルの幅の狭い延在する取付部分21は三角形である。
この三角形の幅の狭い延在する取付部分21は、金属シェルの幅広部分18の外面と
重複し、これに取り付けられる。金属シェル16、基体12、およびマット材14の他
の全ての特徴は、先に論じたものと同様である。
の触媒コンバータ10の別の実施の形態の２つの斜視図を示す。図１Ｃは閉じられ
ていないコンバータを示し、図１Ｄは完成して閉じられているコンバータを示す
。この実施の形態は、幅の狭い延在部分が矩形の実施の形態について上述した方
法と同じ方法により形成される。この実施の形態のそのように形成された触媒コ
ンバータは、前に実施の形態のように、金属シェルの幅広の取り囲み部分18を含
む金属シェル16を含む。しかしながら、この実施の形態において、マット材14お
よび基体12を囲む、金属シェルの幅の狭い延在する取付部分21は三角形である。
この三角形の幅の狭い延在する取付部分21は、金属シェルの幅広部分18の外面と
重複し、これに取り付けられる。金属シェル16、基体12、およびマット材14の他
の全ての特徴は、先に論じたものと同様である。
【００２１】 図１Ｅは、本発明による、内燃機関からの排気ガスを浄化するための触媒コン
バータ10の好ましい実施の形態を示す。図１Ｃの実施の形態と比較して、触媒コ
ンバータの唯一の追加の特徴は、幅の狭い三角形の取付部分と重複し、それに取
り付けられる、金属シェルの幅広部分18の外面の縁が面取り縁23を有することで
ある。面取り縁により、金属シェルの重複した幅広の取り囲み部分および幅の狭
い取付部分を含む触媒コンバータの部分の下で、缶の厚さがよりゆるやかに増加
する。この面取り縁は唯一の追加の特徴であり、先に詳述された同様の部分は、
触媒コンバータ10の部分に用いられたものと同じ参照番号により同定される。
バータ10の好ましい実施の形態を示す。図１Ｃの実施の形態と比較して、触媒コ
ンバータの唯一の追加の特徴は、幅の狭い三角形の取付部分と重複し、それに取
り付けられる、金属シェルの幅広部分18の外面の縁が面取り縁23を有することで
ある。面取り縁により、金属シェルの重複した幅広の取り囲み部分および幅の狭
い取付部分を含む触媒コンバータの部分の下で、缶の厚さがよりゆるやかに増加
する。この面取り縁は唯一の追加の特徴であり、先に詳述された同様の部分は、
触媒コンバータ10の部分に用いられたものと同じ参照番号により同定される。
【００２２】 金属シェルの幅広の面取り縁および三角形の幅の狭い部分を含む、そのように
形成された触媒コンバータについて、それらを含まないコンバータと比較すると
、ある利点が考えられる。それらの利点としては以下のことが挙げられる：(1)
三角形の幅の狭い部分は、矩形の幅の狭い部分よりも柔軟性であり、したがって
、基体12の理想的な円柱外形において局部的な偏差がより少ない包まれた基体に
一致する；(2)金属シェルの幅広部分に面取り縁を含めることにより、金属シェ
ルの幅広取り囲み部分および幅の狭い取付部分を含む触媒コンバータの重複した
部分の下にある缶の厚さがよりゆるやかに増加する；(3)重複した「金属シェル
の幅広の取り囲み部分および三角形の幅の狭い部分」における金属シェルの曲率
が、等しくないにしろ、金属シェルの残りの部分の曲率により近くなり、したが
って、この重複部分内のマットのマット密度が、マットの残りの部分により示さ
れるマット密度と実質的に等しくなる；(4)そのように形成された触媒コンバー
タが、金属がわずかに少なくなり、したがって、わずかにより軽くなる；(5)幅
の狭い部分を幅広部分の外面に固定するのに必要とされる溶接の量が減少し、さ
らに、三角形の幅の狭い取付部分上に鋭角が存在しないために、溶接がより容易
になる；(6)包まれた基体の周りに金属シェルを圧縮的に閉じることが、表面積
のより少ない幅の狭い取付部分が金属シェルの幅広部分の外面に沿って滑るとき
にわずかしか摩擦が生じないためにより容易である。
形成された触媒コンバータについて、それらを含まないコンバータと比較すると
、ある利点が考えられる。それらの利点としては以下のことが挙げられる：(1)
三角形の幅の狭い部分は、矩形の幅の狭い部分よりも柔軟性であり、したがって
、基体12の理想的な円柱外形において局部的な偏差がより少ない包まれた基体に
一致する；(2)金属シェルの幅広部分に面取り縁を含めることにより、金属シェ
ルの幅広取り囲み部分および幅の狭い取付部分を含む触媒コンバータの重複した
部分の下にある缶の厚さがよりゆるやかに増加する；(3)重複した「金属シェル
の幅広の取り囲み部分および三角形の幅の狭い部分」における金属シェルの曲率
が、等しくないにしろ、金属シェルの残りの部分の曲率により近くなり、したが
って、この重複部分内のマットのマット密度が、マットの残りの部分により示さ
れるマット密度と実質的に等しくなる；(4)そのように形成された触媒コンバー
タが、金属がわずかに少なくなり、したがって、わずかにより軽くなる；(5)幅
の狭い部分を幅広部分の外面に固定するのに必要とされる溶接の量が減少し、さ
らに、三角形の幅の狭い取付部分上に鋭角が存在しないために、溶接がより容易
になる；(6)包まれた基体の周りに金属シェルを圧縮的に閉じることが、表面積
のより少ない幅の狭い取付部分が金属シェルの幅広部分の外面に沿って滑るとき
にわずかしか摩擦が生じないためにより容易である。
【００２３】 図２は、その中に触媒コンバータ10が挿入された熱ガス室22の一部を示す。従
来の熱ガス室は、膨張室と、排気管が、排気管よりも大きい断面積を有するチャ
ンバハウジング中に入り込んでいるマフラーとを備えている。断面積がより大き
いことにより、熱い排気ガスが膨張し、音が消される区域を提供できる。調整さ
れた力まで基体を止血帯ラップする上述したプロセスにより、変動する外径を有
する缶を備えたコンバータが得られ、したがって、コンバータの端部の寸法を変
更することが、コンバータの挿入前に予め設定された位置24で熱ガス室中に挿入
できる不変の製品の直径を提供するために必要である。
来の熱ガス室は、膨張室と、排気管が、排気管よりも大きい断面積を有するチャ
ンバハウジング中に入り込んでいるマフラーとを備えている。断面積がより大き
いことにより、熱い排気ガスが膨張し、音が消される区域を提供できる。調整さ
れた力まで基体を止血帯ラップする上述したプロセスにより、変動する外径を有
する缶を備えたコンバータが得られ、したがって、コンバータの端部の寸法を変
更することが、コンバータの挿入前に予め設定された位置24で熱ガス室中に挿入
できる不変の製品の直径を提供するために必要である。
【００２４】 本発明の触媒コンバータの利点は、金属シェルの端部の寸法を、以下に示す様
式で容易に変更できることにある。ここで、図３Ａおよび３Ｂを参照する。その
ように形成された触媒コンバータ10の寸法を変更する２つの実施の形態が示され
ている。
式で容易に変更できることにある。ここで、図３Ａおよび３Ｂを参照する。その
ように形成された触媒コンバータ10の寸法を変更する２つの実施の形態が示され
ている。
【００２５】 この寸法規制を効果的にするために、そのように形成された触媒コンバータ10
は、マット材14の端部を越えて延在する幅広の取り囲み部分18を含む金属シェル
16を有する。前述した圧縮的閉塞および固定工程の後に、前記方法は、簡単に言
うと、マット材14を越えて延在する金属シェル部分中に入る所定の直径を有する
寸法変更手段、この実施の形態においては寸法変更プラグ26を挿入し、マット材
を越えて延在する金属シェルの寸法を圧縮的に変更する各工程を含む。
は、マット材14の端部を越えて延在する幅広の取り囲み部分18を含む金属シェル
16を有する。前述した圧縮的閉塞および固定工程の後に、前記方法は、簡単に言
うと、マット材14を越えて延在する金属シェル部分中に入る所定の直径を有する
寸法変更手段、この実施の形態においては寸法変更プラグ26を挿入し、マット材
を越えて延在する金属シェルの寸法を圧縮的に変更する各工程を含む。
【００２６】 図３Ａの実施の形態において、圧縮寸法変更工程では、金属シェル16の端部を
取り囲み、減少する内径を示す外部寸法変更リング28を使用する。外部寸法変更
リング28は、矢印30により示されるように、触媒コンバータ10の長さに対して平
行な方向に滑動される。滑動の際に、外部寸法変更リング28は、金属シェルを寸
法変更プラグ26に接触させるように圧縮する。これらのプラグとリングは、上述
した熱ガス室中への挿入のために、金属シェルを所定の所望の直径に圧縮するよ
うに形成されている。圧縮寸法変更後、寸法変更プラグは取り除かれる。
取り囲み、減少する内径を示す外部寸法変更リング28を使用する。外部寸法変更
リング28は、矢印30により示されるように、触媒コンバータ10の長さに対して平
行な方向に滑動される。滑動の際に、外部寸法変更リング28は、金属シェルを寸
法変更プラグ26に接触させるように圧縮する。これらのプラグとリングは、上述
した熱ガス室中への挿入のために、金属シェルを所定の所望の直径に圧縮するよ
うに形成されている。圧縮寸法変更後、寸法変更プラグは取り除かれる。
【００２７】 図３Ｂの実施の形態において、圧縮寸法変更工程では、矢印34の方向に、金属
シェル16の端部を寸法変更プラグ26に接触させるように圧縮する寸法変更口部32
を使用する。ここでも、プラグおよび口部は、金属シェルを所定の直径に圧縮す
るように形成されている。前と同様に、寸法変更プラグは、圧縮寸法変更後に取
り除かれる。
シェル16の端部を寸法変更プラグ26に接触させるように圧縮する寸法変更口部32
を使用する。ここでも、プラグおよび口部は、金属シェルを所定の直径に圧縮す
るように形成されている。前と同様に、寸法変更プラグは、圧縮寸法変更後に取
り除かれる。
【００２８】 コンバータの端部の寸法を変更する代わりの方法が、図４Ａおよび４Ｂに示さ
れている。簡単に言うと、この実施の形態は、代わりの寸法変更手段を挿入する
工程を含む。具体的には、寸法変更プラグ26の代わりに、寸法変更挿入リング36
が用いられる。圧縮閉塞は、外部寸法変更リング28または寸法変更口部32のいず
れかを使用して前述したのと同様に行われる。図４Ａおよび４Ｂに関する同様な
部分は、図３Ａおよび３Ｂにおけるのと同じ参照番号により同定される。先の実
施の形態における寸法変更プラグ26とは異なり、寸法変更挿入リング36は、以下
に説明される理由のために、圧縮後に取り除かれない。
れている。簡単に言うと、この実施の形態は、代わりの寸法変更手段を挿入する
工程を含む。具体的には、寸法変更プラグ26の代わりに、寸法変更挿入リング36
が用いられる。圧縮閉塞は、外部寸法変更リング28または寸法変更口部32のいず
れかを使用して前述したのと同様に行われる。図４Ａおよび４Ｂに関する同様な
部分は、図３Ａおよび３Ｂにおけるのと同じ参照番号により同定される。先の実
施の形態における寸法変更プラグ26とは異なり、寸法変更挿入リング36は、以下
に説明される理由のために、圧縮後に取り除かれない。
【００２９】 別の実施の形態において、寸法変更挿入リングは、金属シェルを越えて延在す
る延在部分、例えば、円錐形延在部を含んでも差し支えない。圧縮後、円錐形延
在部を有するこの挿入リングは、触媒コンバータ中に挿入されたままとなってお
り、例えば、排気管に取り付けることができる。
る延在部分、例えば、円錐形延在部を含んでも差し支えない。圧縮後、円錐形延
在部を有するこの挿入リングは、触媒コンバータ中に挿入されたままとなってお
り、例えば、排気管に取り付けることができる。
【００３０】 ここで、図５Ａおよび５Ｂを参照すると、本発明による触媒コンバータの別の
実施の形態が示されている。図５Ａは圧縮されていない状態を示し、図５Ｂは圧
縮された状態を示している。触媒コンバータ10は、図４Ａおよび４Ｂに示したよ
うに、そのように形成された触媒コンバータ10の形状のままであり、熱い排気ガ
スへの露出からマット材を保護するマット保護リング36として機能する寸法変更
挿入リング36をコンバータが備えていることを除いて、図１Ａおよび１Ｂに示し
たコンバータに類似している。それゆえ、図５Ａおよび５Ｂに関する同様な部分
は、図１Ａおよび１Ｂに詳述された触媒コンバータの部材について用いたものと
同じ参照番号により同定される。
実施の形態が示されている。図５Ａは圧縮されていない状態を示し、図５Ｂは圧
縮された状態を示している。触媒コンバータ10は、図４Ａおよび４Ｂに示したよ
うに、そのように形成された触媒コンバータ10の形状のままであり、熱い排気ガ
スへの露出からマット材を保護するマット保護リング36として機能する寸法変更
挿入リング36をコンバータが備えていることを除いて、図１Ａおよび１Ｂに示し
たコンバータに類似している。それゆえ、図５Ａおよび５Ｂに関する同様な部分
は、図１Ａおよび１Ｂに詳述された触媒コンバータの部材について用いたものと
同じ参照番号により同定される。
【００３１】 上述した寸法変更挿入リング36は、図１Ｃおよび１Ｄに詳述した実施の形態の
形成に用いることができ、さらに、上述したように、そのように形成された触媒
コンバータの形状のままでいることができる。
形成に用いることができ、さらに、上述したように、そのように形成された触媒
コンバータの形状のままでいることができる。
【００３２】 本発明への使用に適したセラミックハニカム基体は、例えば、米国特許第3,88
5,977号または米国再発行特許第27,747号に開示されているような、この目的に
従来用いられている任意のセラミック材料から形成してもよい。ハニカム基体は
一般的に、金属シェル内に設置する前に、触媒含有ウォッシュコートにより処理
される。このウォッシュコートは一般的に、アルミナまたはマグネシアのような
耐火性酸化物、およびスカンジウム、イットリウム等のような１つ以上の触媒元
素を含有する。好ましくは、高い機械的結着性、低いガス流抵抗および高い幾何
学表面積を有する押出コージエライトセラミック基体が、前記基体として用いら
れる。このセラミック基体の重要なパラメータの１つは、機械的結着性、特に、
半径方向強度である。典型的なコージエライトハニカム基体は、ハニカムに対し
て著しい損傷が生じる前に、4826.5ｋＰａ（700ｐｓｉ）より大きい半径方向圧
力に容易に耐えることができる。
5,977号または米国再発行特許第27,747号に開示されているような、この目的に
従来用いられている任意のセラミック材料から形成してもよい。ハニカム基体は
一般的に、金属シェル内に設置する前に、触媒含有ウォッシュコートにより処理
される。このウォッシュコートは一般的に、アルミナまたはマグネシアのような
耐火性酸化物、およびスカンジウム、イットリウム等のような１つ以上の触媒元
素を含有する。好ましくは、高い機械的結着性、低いガス流抵抗および高い幾何
学表面積を有する押出コージエライトセラミック基体が、前記基体として用いら
れる。このセラミック基体の重要なパラメータの１つは、機械的結着性、特に、
半径方向強度である。典型的なコージエライトハニカム基体は、ハニカムに対し
て著しい損傷が生じる前に、4826.5ｋＰａ（700ｐｓｉ）より大きい半径方向圧
力に容易に耐えることができる。
【００３３】 本発明への使用に適したマット材は、単純な非膨張セラミック材である、形成
されたセラミック繊維材料から構成される。許容される非膨張セラミック繊維材
料としては、ミネソタ州、ミネアポリスの３Ｍ社より商標「ＮＥＸＴＥＬ」およ
び「ＳＡＦＦＩＬ」として販売されているもの、またはニューヨーク州、ナイア
ガラフォールのユニファクス社(Unifax Co.)より商標「ＣＣ−ＭＡＸ」および「
ＦＩＢＥＲＭＡＸ」として販売されているもののようなセラミック材料が挙げら
れる。
されたセラミック繊維材料から構成される。許容される非膨張セラミック繊維材
料としては、ミネソタ州、ミネアポリスの３Ｍ社より商標「ＮＥＸＴＥＬ」およ
び「ＳＡＦＦＩＬ」として販売されているもの、またはニューヨーク州、ナイア
ガラフォールのユニファクス社(Unifax Co.)より商標「ＣＣ−ＭＡＸ」および「
ＦＩＢＥＲＭＡＸ」として販売されているもののようなセラミック材料が挙げら
れる。
【００３４】 金属シェル16の適切な材料は、車体下の塩、温度および腐食に耐えられるどの
ような材料からも構成されるが、ＳＳ−４０９、ＳＳ−４３９、および最近では
ＳＳ−４４１を含むフェライト系ステンレス鋼が一般的に好ましい。材料の選択
は、ガスの種類、最高温度等に依存する。
ような材料からも構成されるが、ＳＳ−４０９、ＳＳ−４３９、および最近では
ＳＳ−４４１を含むフェライト系ステンレス鋼が一般的に好ましい。材料の選択
は、ガスの種類、最高温度等に依存する。
【００３５】 本発明は上述した実施の形態に制限されず、本発明の意図した範囲または精神
から逸脱せずに、当業者により様々な変更および改変が行われてもよいことが理
解されよう。
から逸脱せずに、当業者により様々な変更および改変が行われてもよいことが理
解されよう。
【図１Ａ】 閉じられていない、本発明の触媒コンバータ装置の実施の形態の１つの斜視図
【図１Ｂ】 閉じられた、本発明の触媒コンバータ装置の実施の形態の１つの斜視図
【図１Ｃ】 本発明の別の実施の形態の斜視図
【図１Ｄ】 本発明の別の実施の形態の斜視図
【図１Ｅ】 閉じられていない形態にある、本発明の触媒コンバータ装置のさらなる実施の
形態の斜視図
形態の斜視図
【図２】 熱ガス室内に配置された触媒コンバータの断面図
【図３Ａ】 本発明により、触媒コンバータの大きさを変更する方法を示す側方断面図
【図３Ｂ】 本発明により、触媒コンバータの大きさを変更する方法を示す側方断面図
【図４Ａ】 本発明により、触媒コンバータの大きさを変更する別の実施の形態を示す側方
断面図
断面図
【図４Ｂ】 本発明により、触媒コンバータの大きさを変更する別の実施の形態を示す側方
断面図
断面図
【図５Ａ】 閉じられていない、本発明の触媒コンバータ装置の別の実施の形態の１つの斜
視図
視図
【図５Ｂ】 閉じられた、本発明の触媒コンバータ装置の別の実施の形態の１つの斜視図
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｂ０１Ｄ 53/86 Ｂ０１Ｊ 33/00 Ｇ Ｂ０１Ｊ 33/00 Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｃ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＥ，ＡＬ，Ａ Ｍ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ， ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，Ｈ Ｕ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ， ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，Ｎ Ｚ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 シュミット，ポール エス アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14814 ビッグ フラッツ ダウニング ストリ ート 2867 Ｆターム(参考） 3G091 AB01 BA07 BA39 GA06 GB01X GB01Z GB10X GB10Z GB17X GB17Z HA27 HA28 HA29 HA31 4D048 BA01X BA03X BA10X BA18X BA41X BB02 BB18 CA01 CA08 CC04 CC38 4G069 AA08 BA01B BA06B BA13A BA13B BC39B BC40B EA19 EA26 ED03 EE01 FA01 FB66 FB70
Claims (18)
- 【請求項１】 内燃機関からの排気ガスを浄化するための触媒コンバータに
おいて、 非発泡性材料から構成された支持マット材により取り囲まれた周囲表面を有す
るモノリシックセラミック基体、および 前記マット材および基体に近接し、それらを囲む幅広囲い部分と、該幅広囲い
部分の外面と重複し、それに取り付けられた幅の狭い延在取付部分とから構成さ
れた金属シェルであって、前記金属シェルの部分が組み合わさって、前記マット
材および基体に圧縮力を作用させている金属シェル、 を有することを特徴とするコンバータ。 - 【請求項２】 前記金属シェルの幅広囲い部分が、前記基体の長さと等しい
かまたはそれよりも大きい幅を示すことを特徴とする請求項１記載のコンバータ
。 - 【請求項３】 前記マット材が、それによって、前記基体の周囲表面の一部
が各々の端部で覆われない長さを示すことを特徴とする請求項１記載のコンバー
タ。 - 【請求項４】 前記幅の狭い延在取付部分が三角形であることを特徴とする
請求項１記載のコンバータ。 - 【請求項５】 重複されている前記幅広囲い部分の外面が、面取り縁を示す
ことを特徴とする請求項１記載のコンバータ。 - 【請求項６】 内燃機関からの排気ガスを浄化するための触媒コンバータを
製造する方法であって、 モノリシックセラミック基体を非発泡性支持マット材内に包み、 該包まれた基体に一致する金属シェル中に該包まれた基体を挿入し、ここで、
該金属シェルは幅広囲い部分および幅の狭い延在取付部分から構成されており、 該金属シェルの幅広囲い部分が、前記基体およびマット材に近接し、これらを
囲み、該金属シェルの幅の狭い延在取付部分が該幅広囲い部分の外面の一部と重
複するように、該金属シェルを該基体に周りに圧縮的に閉じ、 該金属シェルの幅の狭い延在取付部分の内面を、該金属シェルの幅広囲い部分
の外面に取り付けて、圧縮応力を保持する、 各工程を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項７】 前記幅の狭い延在取付部分が三角形であることを特徴とする
請求項６記載の方法。 - 【請求項８】 重複されている前記幅広囲い部分の外面が、面取り縁を示す
ことを特徴とする請求項６記載の方法。 - 【請求項９】 内燃機関からの排気ガスを浄化するための触媒コンバータに
おいて、 少なくとも１つの露出された端部部分を有する非発泡性支持マット材により取
り囲まれた周囲表面を有するモノリシックセラミック基体、 前記マット材に近接し、これを囲み、それを越えて延在する幅広囲い部分、お
よび該幅広囲い部分の外面と重複し、これに取り付けられた幅の狭い延在取付部
分から構成された金属シェルであって、該金属シェルの部分が組み合わさって、
前記マット材および基体に圧縮力を作用させている金属シェル、および 前記マット材を越えて延在し、該マット材の露出された端部部分を実質的に覆
う前記金属シェルの内面を取り囲むマット保護リングマット、 を備えていることを特徴とするコンバータ。 - 【請求項１０】 前記金属シェルの幅広囲い部分が前記マット材の各々の端
部を越えて延在し、前記マット保護リングマットが、該マット材を越えて延在す
る金属シェルの部分の各々の内面を取り囲むことを特徴とする請求項９記載のコ
ンバータ。 - 【請求項１１】 前記幅の狭い延在取付部分が三角形であることを特徴とす
る請求項９記載のコンバータ。 - 【請求項１２】 重複されている前記幅広囲い部分の外面が、面取り縁を示
すことを特徴とする請求項９記載のコンバータ。 - 【請求項１３】 前記マット材が、それによって、前記基体の周囲表面の一
部が各々の端部で覆われない長さを示すことを特徴とする請求項９記載のコンバ
ータ。 - 【請求項１４】 前記金属シェルの幅広囲い部分が、前記基体の長さと等し
いかまたはそれよりも大きい幅を示すことを特徴とする請求項９記載のコンバー
タ。 - 【請求項１５】 内燃機関からの排気ガスを浄化するための触媒コンバータ
を製造する方法であって、 モノリシックセラミック基体を非発泡性支持マット材内に包み、 該包まれた基体に一致する金属シェル中に該包まれた基体を挿入し、ここで、
該金属シェルが、前記マット材の端部を越えて延在する幅広囲い部分および幅の
狭い延在取付部分から構成されており、 該金属シェルの幅広囲い部分が、前記マット材および基体に近接し、これらを
囲い、該金属シェルの幅の狭い延在取付部分が該幅広囲い部分の外面に重複する
ように、該金属シェルを該基体の周りに圧縮的に閉じ、 該金属シェルの幅の狭い延在取付部分の内面を、該金属シェルの幅広囲い部分
の外面に固定して、圧縮応力を保持し、 前記マット材を越えて延在する金属シェルの部分中に所定の直径を有する寸法
変更手段を挿入し、該マット材を越えて延在する金属シェルの寸法を圧縮的に変
更する、 各工程を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項１６】 前記金属シェルの幅広囲い部分が前記マット材の端部の各
々を越えて延在し、前記寸法変更工程が第２の端部についても繰り返されること
を特徴とする請求項１５記載の方法。 - 【請求項１７】 前記幅の狭い延在取付部分が三角形であることを特徴とす
る請求項１５記載のコンバータ。 - 【請求項１８】 重複されている前記幅広囲い部分の外面が、面取り縁を示
すことを特徴とする請求項１５記載のコンバータ。
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