JP2003056337A - 触媒用担体ユニット及び触媒コーティング方法 - Google Patents

触媒用担体ユニット及び触媒コーティング方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気浄化用の触媒を担持させるメタル担体2
と、これを収納する外筒3とからなる触媒用メタル担体
ユニット1(1A又は1B)において、外筒3内へのメ
タル担体2の圧入の容易化、更には同時触媒コーティン
グ、触媒タンデム化を実現可能とする。 【解決手段】 メタル担体ユニット1(1A又は1B)
における外筒3の一方の端部(排気流れ方向上流側)を
拡径して、その径で延在する拡径ストレート部4を形成
する。また、外筒3の一方の端部の拡径ストレート部4
の内径を外筒3の他方の端部の外径とほぼ等しくして、
同時触媒コーティング時又は車載時に複数のメタル担体
ユニット1A、1Bを連結可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気通
路に排気浄化用の触媒コンバータとして配置される触媒
用担体ユニットに関する。
【0002】
【従来の技術】触媒用担体ユニット、特にメタル担体ユ
ニットは、特開平11−210452号公報に示される
ように、金属製の平板と波板とを交互に積層してなる円
筒状の担体と、これを収納する金属製の外筒とからな
る。より具体的には、金属製の平板と波板とを交互に積
層して円筒状の担体を形成し、これを金属製の外筒に圧
入する。そして、この状態で熱処理して、平板と波板と
を拡散接合すると共に、これらを外筒の内周に接合して
いる。そして、この後に、前記担体に触媒をコーティン
グしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の触媒用担体ユニットにあっては、次のような
問題点があった。 (1)外筒の中に担体を圧入するのが容易ではない。 (2)担体と外筒とは、排気流れ方向下流側でのみ固着
し、高温となる排気流れ方向上流側をフリー状態にし
て、熱負荷を可及的に低減するのが望ましいが、排気流
れ方向上流側で、外筒を排気マニホールド側のディフュ
ーザに溶接する際に、外筒にディフューザの拡径部を被
せて溶接するので、溶接部と担体との距離が近くなり、
溶接部の裏側に出る溶接ビードで担体が固定されて、フ
リー状態でなくなってしまう恐れがあり、溶接作業が容
易ではない。
【0004】(3)排気浄化性能向上のため、複数の触
媒用担体ユニットを多段に組み合わせてタンデム触媒化
を行う場合に、同径の外筒同士を突き合わせ、この突き
合わせ部分を跨ぐように外周側に筒状のパッチを被せ、
このパッチを介して溶接するが、パッチが必要で、また
全周溶接を2箇所行う必要があるため、タンデム触媒化
が容易ではない。
【0005】(4)生産性向上のため、複数の触媒用担
体ユニットを多段に組み合わせて同時触媒コーティング
を行う場合に、触媒用担体ユニットを組み合わせにく
く、気密性の確保も難しいため、同時触媒コーティング
が困難である。本発明は、このような従来の問題点を解
決し得る触媒用担体ユニット及び触媒コーティング方法
を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】このため、請求項1の発
明では、排気浄化用の触媒を担持させる担体と、これを
収納する外筒とからなる触媒用担体ユニットにおいて、
前記外筒の一方の端部を拡径して、その径で延在する拡
径ストレート部を形成したことを特徴とする。請求項2
の発明では、前記外筒の一方の端部の前記拡径する部分
には、その内面にアールを付けることを特徴とする。
【0007】請求項3の発明では、前記一方の端部は、
排気流れ方向上流側であることを特徴とする。請求項4
の発明では、特に請求項3の発明において、前記担体と
前記外筒とは、排気流れ方向下流側で固着され、排気流
れ方向上流側はフリー状態であることを特徴とする。
【0008】請求項5の発明では、前記外筒の一方の端
部の前記拡径ストレート部の内径を前記外筒の他方の端
部の外径とほぼ等しくして、複数の触媒用担体ユニット
を連結可能としたことを特徴とする。請求項6の発明で
は、特に請求項5の発明において、前記複数の触媒用担
体ユニットを連結した状態で、車両に搭載することを特
徴とする。
【0009】請求項7の発明では、特に請求項6の発明
において、前記複数の触媒用担体ユニットの各担体には
それぞれ異なる触媒を担持させることを特徴とする。請
求項8の発明では、担体と、これを収納する外筒とから
なる触媒用担体ユニットに対し、前記担体に触媒をコー
ティングするに際し、前記外筒の一方の端部を拡径し
て、その径で延在する拡径ストレート部を形成し、かつ
前記外筒の一方の端部の前記拡径ストレート部の内径を
前記外筒の他方の端部の外径とほぼ等しくして、複数の
触媒用担体ユニットを連結可能としておき、複数の触媒
用担体ユニットを連結した状態で、複数の担体に触媒を
同時にコーティングすることを特徴とする。
【0010】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、触媒用担体ユ
ニットにおける外筒の一方の端部を拡径して、その径で
延在する拡径ストレート部を形成することで、外筒とデ
ィフューザとを溶接する際に、拡径ストレート部内にデ
ィフューザの端部を挿入して溶接することができるの
で、溶接部と担体との距離が遠くなり、溶接の影響が担
体に及ばないようにすることができる。
【0011】尚、担体ユニットを形成する際に外筒の中
に担体を圧入して形成する場合には、圧入の際に拡径ス
トレート部をガイドとすることができ、圧入作業の容易
化を図ることもできる。請求項2の発明によれば、外筒
の一方の端部の拡径する部分には、その内面にアールを
付けることで、圧入作業を更に容易にすることができ
る。
【0012】請求項3の発明によれば、前記一方の端部
(拡径ストレート部)を排気流れ方向上流側とするの
で、外筒と排気マニホールド側のディフューザとの溶接
が容易となり、更には、拡径ストレート部の存在で触媒
に流入する排気の分布の均一化を図り、排気浄化性能の
向上にも寄与できる。請求項4の発明によれば、担体と
外筒とは、排気流れ方向下流側で固着され、高温となる
排気流れ方向上流側ではフリー状態であるので、熱負荷
の低減を図ることができ、この場合に、排気流れ方向上
流側を拡径ストレート部とすることで、排気マニホール
ド側のディフューザとの溶接により、フリー状態でなく
なる恐れを解消できる。
【0013】請求項5の発明によれば、外筒の一方の端
部の拡径ストレート部の内径を外筒の他方の端部の外径
とほぼ等しくして、複数の触媒用担体ユニットを連結可
能とすることで、触媒タンデム化や同時触媒コーティン
グが容易となる。請求項6の発明によれば、複数の触媒
用担体ユニットを連結した状態で、車両に搭載すること
で、触媒タンデム化を実現でき、更に請求項7の発明に
よれば、複数の触媒用担体ユニットの各担体にはそれぞ
れ異なる触媒を担持させることで、触媒性能の多様化に
より、排気浄化性能を向上させることができる。
【0014】請求項8の発明によれば、複数の触媒用担
体ユニットを連結した状態で、複数の担体に触媒を同時
にコーティングすることで、同時触媒コーティングを容
易に実現でき、生産性を向上させることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1は本発明の一実施形態を示す
触媒用担体ユニットの概略断面図である。触媒用担体ユ
ニット(メタル担体ユニット)1は、図6(A)に示す
ような排気浄化用の触媒を担持させるため金属製の平板
2Aと波板2Bとを交互に積層してなる円筒状のメタル
担体2と、これを収納する金属製の外筒3とからなる。
【0016】また、外筒3における担体2の端面より突
出している両端部のうち、排気流れ方向上流側となる一
方の端部は、広口しぼりにより、拡径し、その径で延在
する拡径ストレート部4を形成してある。また、外筒3
の一方の端部の前記拡径する部分には、その内面に図示
R1のようにしぼり成形によるアールを付し、更にこれ
に続く部分にも図示R2のようにしぼり成形によるアー
ルを付してある。但し、図2に変形例を示すように、R
1のみ設け、R2はなくてもよい。
【0017】また、外筒3の一方の端部の拡径ストレー
ト部4の内径D1は、外筒3の他方の端部の外径D2と
ほぼ等しくしてある(D1≒D2)。担体2と外筒3と
の一体化に際しては、金属製の平板2Aと波板2Bとを
交互に積層して円筒状の担体2を形成し、この担体2の
排気流れ方向下流側となる部分の外周にろう箔材(図示
K)を巻いてから、この担体2を金属製の外筒3に圧入
する。このとき、拡径ストレート部4をガイドとするこ
とができ、また、前記アール(R1)により、圧入作業
の容易化を図ることができる。
【0018】そして、この圧入状態で、熱処理して、担
体2内部で平板2Aと波板2Bとを拡散接合すると共
に、ろう箔材により担体2の外周と外筒3の内周とを排
気流れ方向下流側となる部分(図示K部分)で固着す
る。この後、外筒3内の担体2に排気浄化用の触媒をコ
ーティングするが、これは次のような方法で行って、生
産性を向上させることができる。
【0019】図3に示すように、複数(この例では3
個)のメタル担体ユニット1A、1B、1Cを連結す
る。すなわち、メタル担体ユニット1Aの一方の端部の
拡径ストレート部4とは反対側の他方の端部に、メタル
担体ユニット1Bの一方の端部の拡径ストレート部4を
被せて嵌合することで、両者を連結する。同様にして、
メタル担体ユニット1Bとメタル担体ユニット1Cとを
連結する。このとき、各連結部の外周にテーピング(図
示T)を施すことで、触媒コーティング時の気密性を確
保する。
【0020】そして、複数連結したメタル担体ユニット
1A〜1Cを触媒コーティング装置にセットする。すな
わち、メタル担体ユニット1Aの一方の端部(拡径スト
レート部4)を上側にして、負圧吸引装置11に接続
し、メタル担体ユニット1Cの他方の端部を下側にし
て、触媒スラリー槽12内に浸漬する。そして、この状
態で、負圧により触媒スラリーを吸引することで、触媒
スラリーをメタル担体ユニット1A〜1Cの各外筒3内
の各担体2に付着させる。尚、この例では負圧吸引方式
で触媒スラリーを付着させるようにしているが、ポンプ
を用いて上側から下側へ触媒スラリーを供給する方式と
してもよい。
【0021】触媒スラリーを付着させた連結状態のメタ
ル担体ユニット1A、1Bは、例えば120℃で乾燥さ
せた後、例えば400℃にて焼成することで、触媒層を
得る。焼成工程で気密保持用のテープは焼損するため、
焼成工程後、容易に3個の触媒付きメタル担体ユニット
1A、1B、1Cに分割することができ、これにより3
個の触媒コンバータを同時に得ることができる。もちろ
ん、3個に限るものではなく、2個でもよいし、更に多
数のメタル担体ユニットを連結して、同時触媒コーティ
ングを行うこともできる。
【0022】セラミック担体の場合には触媒コーティン
グ後にカットする工法が採用できるが、メタル担体の場
合はコーティング後のカットが難しく、比較的小容量の
メタル担体を多数生産するような場合は、上記のような
同時触媒コーティング工法が特に有効である。触媒コー
ティング後のメタル担体ユニットは、次のようにして、
ディフューザと溶接する。
【0023】図4に示すように、排気マニホールド側の
ディフューザ21の拡径部外周に、メタル担体ユニット
1の外筒3の一方の端部の拡径ストレート部4を被せ、
外側から図示X1部分を全周溶接して、一体化する。こ
のとき、拡径ストレート部4の存在により、溶接部(X
1)と担体2との距離が遠くなるので、溶接の影響が担
体2に及ばないようにすることができる。すなわち、担
体2と外筒3とは、排気流れ方向下流側(図示K部分)
でのみ固着され、高温となる排気流れ方向上流側ではフ
リー状態となって、熱負荷を低減しているが、溶接箇所
が遠いので、フリー状態を維持することが容易となる。
【0024】また、メタル担体ユニット1の外筒3の他
方の端部には、出口側(フロントチューブ側)のディフ
ューザ22の拡径部を被せ、外側から図示X2部分を全
周溶接して、一体化する。こちら側は、担体2と外筒3
との固着側であるので、溶接による影響は特に考える必
要はない。次に触媒タンデム化を行う場合について説明
する。
【0025】図5に示すように、複数(この例では2
個)のメタル担体ユニット1A、1Bを連結する。すな
わち、メタル担体ユニット1Aの一方の端部の拡径スト
レート部4とは反対側の他方の端部に、メタル担体ユニ
ット1Bの一方の端部の拡径ストレート部4を被せて嵌
合することで、両者を連結する。そして、連結部の外側
から、図示X3部分を全周溶接して、一体化する。この
場合、従来の方法と比較すると、パッチが不要となり、
全周溶接も1箇所で済む利点がある。
【0026】そして、これを図4で説明したと同様に、
ディフューザ21、22と接続して、車両に搭載する。
このような触媒タンデム化を行う場合は、各メタル担体
ユニット1A、1Bの各担体3にはそれぞれ異なる触媒
を担持させることで、触媒性能の多様化により排気浄化
性能の向上を図ることができる。1つの例としては、一
方(1A)をPd/Rh触媒、他方(1B)をPt/R
h触媒とする。
【0027】また、触媒全体としての容量は増加させず
に排気浄化性能を向上するため、各担体ユニットの大き
さを小さくして、前記のようにそれぞれ異なる触媒を担
持させた複数の種類の担体ユニットを触媒タンデム化す
ることが考えられる。このように、容量を小さく抑えつ
つ、異なる担体をそれぞれ担持した複数の担体ユニット
を多数生産するような場合は、特に、図3に示すよう
な、複数のメタル担体ユニットを多数連結した同時触媒
コーティング工法を行うことが、生産性の向上にさらに
有効となる。
【0028】尚、以上では、拡径ストレート部を排気流
れ方向上流側としたが、担体圧入の容易化、同時触媒コ
ーティングや触媒タンデム化を目的とするのであれば、
拡径ストレート部を排気流れ方向下流側に配置してもよ
い。この場合は、触媒をより排気マニホールド近傍(高
温部)に配置できる利点がある。また、本実施形態にお
ける担体2は、断面形状が図6に示すように金属製の平
板2Aと波板2Bとを重ねて巻回した円、楕円あるいは
レーストラック型となるものでもよいし、単に金属製の
平板2Aと波板2Bとを積層した直方体形状の担体でも
よい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態を示す触媒用担体ユニッ
トの概略断面図
【図2】 変形例を示す触媒用担体ユニットの概略断面
【図3】 触媒用担体ユニットを連結して触媒コーティ
ングする方法を示す図
【図4】 ディフューザとの接続例を示す図
【図5】 触媒用担体ユニットを連結してタンデム触媒
化する例を示す図
【図6】 メタル担体の断面形状例を示す図
【符号の説明】
1 触媒用担体ユニット(メタル担体ユニット) 2 担体 3 外筒 4 拡径ストレート部 11 負圧吸引装置 12 触媒スラリー槽 21 排気マニホールド側のディフューザ 22 出口側のディフューザ
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) B01J 33/00 B01D 53/36 Z (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) 3G091 AB01 BA39 GA06 GA12 GA13 HA08 HA28 HA31 HA32 HA47 4D048 BB02 CA01 CC09 CC32 CC44 4G069 AA01 AA03 CA03 DA06 EA19 EE05

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排気浄化用の触媒を担持させる担体と、こ
    れを収納する外筒とからなる触媒用担体ユニットにおい
    て、 前記外筒の一方の端部を拡径して、その径で延在する拡
    径ストレート部を形成したことを特徴とする触媒用担体
    ユニット。
  2. 【請求項2】前記外筒の一方の端部の前記拡径する部分
    には、その内面にアールを付けることを特徴とする請求
    項1記載の触媒用担体ユニット。
  3. 【請求項3】前記一方の端部は、排気流れ方向上流側で
    あることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の触媒
    用担体ユニット。
  4. 【請求項4】前記担体と前記外筒とは、排気流れ方向下
    流側で固着され、排気流れ方向上流側はフリー状態であ
    ることを特徴とする請求項3記載の触媒用担体ユニッ
    ト。
  5. 【請求項5】前記外筒の一方の端部の前記拡径ストレー
    ト部の内径を前記外筒の他方の端部の外径とほぼ等しく
    して、複数の触媒用担体ユニットを連結可能としたこと
    を特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載
    の触媒用担体ユニット。
  6. 【請求項6】前記複数の触媒用担体ユニットを連結した
    状態で、車両に搭載することを特徴とする請求項5記載
    の触媒用担体ユニット。
  7. 【請求項7】前記複数の触媒用担体ユニットの各担体に
    はそれぞれ異なる触媒を担持させることを特徴とする請
    求項6記載の触媒用担体ユニット。
  8. 【請求項8】担体と、これを収納する外筒とからなる触
    媒用担体ユニットに対し、前記担体に触媒をコーティン
    グするに際し、 前記外筒の一方の端部を拡径して、その径で延在する拡
    径ストレート部を形成し、かつ前記外筒の一方の端部の
    前記拡径ストレート部の内径を前記外筒の他方の端部の
    外径とほぼ等しくして、複数の触媒用担体ユニットを連
    結可能としておき、 複数の触媒用担体ユニットを連結した状態で、複数の担
    体に触媒を同時にコーティングすることを特徴とする触
    媒コーティング方法。
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