JP2005076541A - 触媒コンバーター及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モノリス型触媒担体を保持して構成される触媒コンバーターに於いて、加工性を向上させると共に排気ガスの流れを円滑にする。
【解決手段】触媒コンバーターＡは、モノリス型触媒担体１を収容する筒部１０ａと筒部１０ａの端部に形成されたコーン部１０ｂとを設けた本体１０と、端部に円錐状にフレア加工されたフレア部１１ｂを形成した排ガス管１１とを有し、本体１０のコーン部１０ｂの端部に接合部１０ｃを形成し、この接合部１０ｃを排ガス管１１のフレア部１１ｂに挿入して結合する。接合部１０ｃの角度がフレア部１１ｂの円錐角度に略等しく、接合部１０ｃの内径が排ガス管１１の内径よりも大きいことが好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、筒型の容器にモノリス型触媒担体を収容すると共に該容器の両端をコーン状に成形して排ガス管と接続し得るように構成した触媒コンバーターと、この触媒コンバーターを製造するための方法に関し、特に、前記コーンの端部と排ガス管とを合理的に接続し得るようにしたものである。

エンジンの排気管の途中にモノリス型触媒担体を保持した触媒コンバーター配置しておき、エンジンから排出された排気ガスをモノリス型触媒担体に接触させて排気ガス中の有害成分を浄化することが行われている。

触媒コンバーターは、排気管の直径よりも大きい直径を持ったモノリス型触媒担体を保持する円筒部と、この円筒部の両端側に形成され大径側が該円筒部の径に応じた寸法を有し且つ小径側が排気管の直径に応じた直径を持ったパイプ状部を有するロート部或いはコーン部（以下「コーン部」という）と、を有して構成されている。そして各コーン部の小径側の端部にエンジンからの排気管，消音器への排気管を溶接等の手段で溶接することで排気系の配管が構成されている。このように、触媒コンバーターは中央の円筒部と該円筒部の両端側に形成されたパイプ状部を有するコーン部とからなる特殊な外形を有するため、該触媒コンバーターの形状や製造方法について多くの提案がなされている。

そのなかで、特許文献１に記載された技術は、筒状の素材にモノリス触媒を挿入した後、素材の開口部をダイス型絞り加工装置によって絞り加工することで、筒部とコーン部，パイプ状部を一体的に形成したものである。この触媒コンバーターでは、溶接による接合部を有しないため、検査を省略することが可能となり、製造コストを低減すると共に作業環境を良好な状態に保持することが出来る。

また特許文献２に記載された技術は、筒部と、端部にパイプ状部を有するコーン部と、を夫々フランジを設けた異なる部品として形成しておき、筒部に触媒担体を挿入した後、筒部のフランジとコーン部のフランジを当接させた状態で溶接した触媒コンバーターに関するものである。この技術では、筒部及びコーン部の構造が簡単で、且つ溶接部が筒部とコーンとの嵌合ではなく両者のフランジの当接によることから、寸法公差が大きくとも確実な溶接を実現することが出来る。

また特許文献３に記載された技術は、細長い管状ボディを有し、この管状ボディに中央部分を支持マットで囲まれた触媒基体を配置した後、管状ボディを半径方向に圧縮することで支持マットに押圧され、これにより、触媒基体を管状ボディ内の所定位置に保持し得るようにしたものである。管状ボディの両端部は部分的に球形状に成形されており、この球形状の端部に、端部が球形状に形成されたブッシングが取り付けられている。この技術では、管状ボディの両端部、及びブッシングが球形状に形成されることから、環状ボディの軸心に対するブッシングの軸心の方向性を設定する際の自由度が高く、管状ボディに対し、上流側のブッシング及び下流側のブッシングの取付角度を所望の角度（方向）に設定することが出来る。

特開平０９−１１２２５９号公報 特開平１０−２９９４７０号公報 特開昭６４−０６０７１１号公報

上記各特許文献に記載された技術は夫々有用である。しかし、これらの技術でも全く問題がないわけではなく、特許文献１に記載された技術では、コーン部の小径側の端部をパイプ状に成形し、このパイプ状部の端部に排気管が接合されるが、触媒担体の直径に対応させた直径を持つ筒状の素材をプレス加工或いはスピニング加工によって、端部にパイプ状部を持ったコーン部を成形するのでは、変形率が高いため、割れや変形が発生する虞があり、多くのプレス型を必要とし、或いは加工用ローラーの反復数が多くなって加工に要する時間が大きくなるという問題がある。

またパイプ状部の直径寸法の精度や真円度を保証することが困難であることから、該パイプ状部の端部に排気管を挿入する構造の結合が行われる。このため、パイプ状部の内部に、挿入された排気管の端面による段差が形成され、排気ガスがコーン部から排気管に流れる際に段差に起因するガス流の乱れが生じ、これに伴ってガス圧が高くなるという問題が生じる。

また上記特許文献２に記載された技術では、筒状部とコーン部を溶接によって接合することが必須となり、溶接に要する工数や、溶接部の検査に要する工数が余分になるという問題が生じる。

また特許文献３に記載された技術では、管状ボディの両端にブッシングを取り付ける際に互いの方向性の設定に対する自由度が高すぎるため、予め設定されている角度に設定するには治具を必要とし、作業性が劣ることになるという問題がある。

本発明の目的は、加工性を向上し、且つコーン部と該コーン部に接合される排気管との間に段差を生じさせることがなく、従って、排気ガスの流れを乱すことのない触媒コンバーターと、この触媒コンバーターを製造するための製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係る触媒コンバーターは、モノリス型触媒担体を収容する筒部と該筒部の端部に形成されたコーン部とを設けた本体と、端部が円錐状にフレア加工された排ガス管と、を有し、前記本体に設けたコーン部の端部に接合部を形成すると共に該接合部を前記排ガス管の端部に形成された円錐状のフレア加工部に挿入して結合したものである。

上記触媒コンバーターに於いて、本体に設けたコーン部の端部に形成された接合部の角度が前記排ガス管の端部に形成されたフレア加工部の円錐の角度に略等しいことが好ましく、且つ本体に設けたコーン部の端部に形成された接合部の内径が、排ガス管の内径よりも大きいことが好ましい。

また本発明に係る触媒コンバーターの製造方法は、筒状の素材の内部にモノリス型触媒担体を挿入した後該筒状の素材の端部をコーン状に絞り加工して形成された本体と、端部を円錐状にフレア加工された排ガス管と、を有し、前記本体のコーン状に絞り加工された端部を排ガス管の円錐状の端部に挿入して結合することを特徴とするものである。

本発明に係る触媒コンバーターでは、コーン部の端部を、排ガス管の端部にフレア加工によって形成された円錐状部分に挿入して結合することで、排ガス管の端部をコーン部の外周面側に配置することが出来る。このため、排ガス管の端部が排ガスの流通路に露出することがなく、触媒コンバーターのコーン部と排ガス管との間に段差が形成されることがない。このため、排ガスは乱れを生じることなく排ガス管に流入することが可能となり、ガス圧が高くなることを防止出来る。

特に、コーン部の端部に於ける排ガス管との接合部の角度を排気管の端部に形成されたフレア部の角度と略等しくすることによって、コーン部の小径側の端部をパイプ状に形成することなく、排ガス管の端部に形成されたフレア部に挿入したとき、コーン部の外周面とフレア部の内周面とが全面的に接触し、両者の間に隙間が形成されることがない。このため、溶接等の手段による良好な結合状態を確保することが出来る。

またコーン部の端部と排ガス管のフレア部とが互いに略等しい角度を持った円錐状に形成されることから、コーン部の小径側の端部をフレア部に挿入したとき、両者の軸心は正確に一致することとなり、溶接等の手段により結合する際の作業性を劣化させることがない。

またコーン部の小径側の端部がパイプ状に形成されることなく、単なるテーパ状に形成されるため、コーン部をプレス加工或いはスピニング加工により成形する際に、多数の成形型を不要とし、或いは加工用ローラーの反復回数を減らすことが可能となり、この結果、加工に要する時間の短縮化をはかることが出来る。

またコーン部の結合部である小径側の内径が、排ガス管の内径よりも大きいため、コーン部から排ガス管にかけて角度の略等しい連続したテーパ面が形成されることとなり、この結合部がコーン部から排ガス管に流通する排ガスの障害となることがない。

また本発明に係る製造方法では、本体を構成する筒状の素材の内部にモノリス型触媒担体を挿入した後、該モノリス型触媒担体の両端側をコーン状に絞り加工した端部を、端部をフレア加工して円錐状に形成した排ガス管に挿入することで、両者を隙間なく面接触させることが可能であり、溶接等の手段で確実に結合することが出来る。

本発明に係る触媒コンバーターは、触媒担体を保持した筒部の両端側に形成されたコーン部の端部をフレア加工によって円錐状に成形された排ガス管の端部に挿入して結合させたものであり、コーン部の端部が排ガス管のフレア加工による円錐部に挿入されることによって、排ガスの流路内に排気管の端面が臨むことによる段差を形成することなく、この段差に起因するガス圧の上昇を防止し得るようにしたものである。

本発明に於いて、筒部の寸法やコーン部の寸法、排ガス管の寸法等は特に限定するものではなく、適用すべきエンジンの仕様に応じて設定される。また材質も限定するものではなく、通常の触媒コンバーターを構成する材料と同様のものを用いることが可能である。

触媒担体を保持する筒部の形状は円筒状或いは楕円状に形成することが可能であり、コーン部の小径側の端部は円形に形成される。このため、筒部が楕円状である場合、コーン部に於いて楕円から円形に形成されることが好ましい。

また本発明の触媒コンバーターは、コーン部の小径側の端部をパイプ状に形成することなく、排ガス管の端部を形成されたフレア部の円錐の角度と略等しいテーパ状に形成しておくことで成形形状を単純化し、これにより、加工の合理化をはかると共に、該コーン部の端部を排ガス管のフレア加工した端部に挿入することによって、コーン部の外周面とフレア部の内周面を隙間なく良好な状態で接触し得るように構成したものである。

フレア部の円錐角度は特に限定するものではなく、コーン部から排ガス管にかけて構成される排ガスの流通路に於ける抵抗等の条件を考慮して設定することが好ましい。そしてコーン部の小径側の端部こ形成される結合部の角度をフレア部の角度と略等しく設定しておくことで、該結合部をフレア部に挿入したとき、両者は略密接することが可能となる。従って、コーン部の結合部の外周面とフレア部の内周面との間に隙間が形成されることがなく、両者の間を隅肉溶接することによって排ガスが漏れることのない確実な結合を実現することが可能である。

更に、本発明の触媒コンバーターは、コーン部の小径側の端部である結合部の内径を排ガス管の内径よりも大きくすることによって、コーン部からフレア部を経て排ガス管に至る経路を連続したテーパ面によって構成することで、排ガスの流通に障害を与えることのないように構成したものである。

コーン部に形成された結合部の内径は排ガス管の内径よりも大きければ特に限定するものではない。しかし、排ガス管の端部に形成されたフレア部の長さや開口端部の直径に応じて設定することが好ましい。

また本発明に係る触媒コンバーターの製造方法は、予め設定された径と長さを持った筒状の素材を用意し、この素材の内部にモノリス型触媒担体を挿入した後、端部をコーン状に絞り加工し、コーン状に絞り加工された端部を排ガス管の円錐状の端部に挿入して結合したものである。

素材をコーン状に成形する工程は、少なくとも一方は内部に触媒担体を挿入した後行われるが、他方は必ずしも素材に触媒担体を挿入した後に行う必要はなく、円筒状の素材の一方側の端部を予めコーン状に成形しておき、その後、触媒担体の挿入し更に素材の他方側をコーン状に成形しても良い。またコーン状に絞り加工する場合、プレス加工であっても良く、スピニング加工であっても良い。

以下、触媒コンバーターの第１実施例について図を用いて説明し、合わせて製造方法について説明する。図１は本実施例に係る触媒コンバーターの構成を説明する模式図である。図２は本体と排ガス管との展開状態を説明する図である。

先ず、図１により本実施例に係る触媒コンバーターの構成について説明する。触媒コンバーターＡは、外周にクッション材となるマット２を巻き付けたモノリス型触媒担体１を円筒状或いは楕円筒状（本実施例では円筒状）の本体１０の筒部１０ａの内部に挿入して構成されている。

本体１０に於ける筒部１０ａの両端側には夫々コーン部１０ｂが形成されており、一方のコーン部１０ｂは図示しないエンジン側（上流側）に配置され、他方のコーン部１０ｂは図示しない消音器側(下流側）に配置されている。筒部１０ａとコーン部１０ｂは１本の筒状の素材から一体的に形成されている。

各コーン部１０ｂの小径側の端部は、排ガス管１１を接合するための接合部１０ｃとして形成されている。この接合部１０ｃは、コーン部１０ｂの角度に関わらず、排ガス管１１のフレア部１１ｂの角度と略等しい角度を持って形成されており、開口部１０ｄの径は排ガス管１１の内径よりも大きい値を持って形成され、且つ長さは排ガス管１１のフレア部１１ｂの長さよりも短く形成されている。

排ガス管１１は、予め設定された内径と長さを有するパイプを素材とし、本体１１ａの一方側の端部を一般的な塑性加工法であるフレア加工によって円錐状に成形したフレア部１１ｂを有している。

排ガス管１１に形成されたフレア部１１ｂの角度は特に限定するものではない。しかし、内部を流通する排ガスの流れを阻害することのない角度としては約３０度〜約６０度の範囲であることが好ましい。この角度は、適用すべき排気系のレイアウトに応じて適宜設定することが可能である。

次に、上記本体１０と排ガス管１１とによって触媒コンバーターＡを製造する方法について説明する。先ず、本体１０の筒部１０ａに外周にマット２を巻き付けた触媒担体１を挿入して略中央に位置させる。その後、本体１０の両端部分を絞り加工してコーン部１０ｂを形成する。

コーン部１０ｂを形成する方法としては、プレスによる成形方法、スピニングによる成形方法が一般的であり、通常行われる成形方法である。本実施例ではスピニング加工によって本体１０の両端部にコーン部１０ｂを成形している。コーン部１０ｂの成形と同時に、接合部１０ｃの成形を行う。この成形方法もプレスによる方法、スピニングによる方法があり、何れも好ましく用いることが可能である。しかし、接合部１０ｃの成形方法はコーン部１０ｂの成形方法と同一の方法で行うことが好ましい。

上記の如くして、内部に触媒担体１を保持した本体１０を加工することが可能である。

本体１０の加工と並行して排ガス管１１を加工する。この加工は、所定の内径と長さを持った素材の一方側の端部をフレア加工することによってフレア部１１ｂを成形することで行われる。

次に、本体１０の接合部１０ｃを排ガス管１１のフレア部１１ｂに挿入する。このとき、接合部１０ｃの外周面とフレア部１１ｂの内周面とは互いに略密着状態となる。従って、接合部１０ｃの外周面とフレア部１１ｂの端面とによって構成された隅部１２に全周にわたって連続隅肉溶接することで、本体１０と排ガス管１１を気密性を保持して一体化させた触媒コンバーターＡを製造することが可能である。

次に、第２実施例に係る触媒コンバーターＢの構成について図３により説明する。尚、図に於いて前述の第１実施例と同一の部分及び同一の機能を有する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

本体１０は第１実施例の本体１０と同様に形成されている。即ち、本体１０は予め設定された寸法を持った断面が円形或いは楕円形の筒体として形成されており、筒部１０ａに収容した触媒担体（図示せず）の長手方向の両側にコーン部１０ｂが形成されると共に、該コーン部１０ｂの端部に結合部１０ｃが形成されている。また結合部１０ｃの開口部１０ｄの径は、排ガス管１２の内径よりも大きい値を有している。

本実施例に於いて、本体１０の結合部１０ｃの先端部分に延長部１０ｅが形成されている。この延長部１０ｅは、結合部１０ｃのテーパ角度（排ガス管１２のフレア部１２ｂの円錐角度と略等しい角度）よりも小さい角度を持ったテーパ状に形成されている。即ち、延長部１０ｅでは直径の縮小率が結合部１０ｃに於ける直径の縮小率よりも小さくなるように構成されている。

排ガス管１２は、予め設定された内径と長さを持ったパイプからなり、本体１２ａの一方側の端部をフレア加工することで円錐状のフレア部１２ｂを形成して構成されている。本実施例に於いて、フレア部１２ｂの先端に該フレア部１２ｂの円錐角度よりも小さい角度を持った延長部１２ｃが形成されている。

排ガス管１２の延長部１２ｃの内径は本体１０の延長部１０ｅの外径よりも大きい値を持って形成されており、本体１０の延長部１０ｅを排ガス管１２の延長部１２ｃに挿入したとき、本体１０の結合部１０ｃの外周面と排ガス管１２の延長部１２ｃの内周面とを隙間なく良好な状態で接触させることが可能なように構成されている。

また、本体１０の延長部１０ｅを排ガス管１２の延長部１２ｃに挿入したとき、本体１０の延長部１０ｅの端面に面した部位に、排ガス管１２のフレア部１２ｂの内周面によって構成されるリング状のポケット１３が形成されている。

上記の如く構成された触媒コンバーターＢでは、触媒担体から排ガス管１２に流通する排ガスの流れに対する抵抗を軽減してガス圧の上昇を防止すること可能である。

本発明に係る触媒コンバーターは、自動車用エンジンから排出される排ガスに含まれる有害成分を除去する装置として有用である。

第１実施例に係る触媒コンバーターの構成を説明する模式図である。 本体と排ガス管との展開状態を説明する図である。 第２実施例に係る触媒コンバーターの要部の構成を説明する図である。

符号の説明

Ａ，Ｂ 触媒コンバーター
１ モノリス型触媒担体
２ マット
１０ 本体
１０ａ 筒部
１０ｂ コーン部
１０ｃ 接合部
１０ｄ 開口部
１０ｅ 延長部
１１，１２ 排ガス管
１１ａ，１２ａ 本体
１１ｂ，１２ｂ フレア部
１２ｃ 延長部
１３ ポケット

Claims (4)

1. モノリス型触媒担体を収容する筒部と該筒部の端部に形成されたコーン部とを設けた本体と、端部が円錐状にフレア加工された排ガス管と、を有し、前記本体に設けたコーン部の端部に接合部を形成すると共に該接合部を前記排ガス管の端部に形成された円錐状のフレア加工部に挿入して結合したことを特徴とする触媒コンバーター。
2. 前記本体に設けたコーン部の端部に形成された接合部の角度が前記排ガス管の端部に形成されたフレア加工部の円錐の角度に略等しいことを特徴とする請求項１に記載した触媒コンバーター。
3. 前記本体に設けたコーン部の端部に形成された接合部の内径が、排ガス管の内径よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載した触媒コンバーター。
4. 筒状の素材の内部にモノリス型触媒担体を挿入した後該筒状の素材の端部をコーン状に絞り加工して形成された本体と、端部を円錐状にフレア加工された排ガス管と、を有し、前記本体のコーン状に絞り加工された端部を排ガス管の円錐状の端部に挿入して結合することを特徴とする触媒コンバーターの製造方法。
   

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