JP2005194999A

JP2005194999A - 自動車用アンダーフロア触媒装置

Info

Publication number: JP2005194999A
Application number: JP2004311515A
Authority: JP
Inventors: Sang-Bum Kim; 相範金
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2003-12-31
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2005-07-21
Also published as: CN1637240A; US20050180899A1; KR100590958B1; DE102004063233B4; DE102004063233A1; KR20050070885A

Abstract

【課題】フロントフランジとエンジン排気パイプとの連結作業を触媒装置側からできるようにし、フランジ構造をコンパクト化し、さらに触媒担体内における排気ガスの流動分布を均一にして触媒装置の浄化性能を向上させる自動車用アンダーフロア触媒装置を提供する。
【解決手段】浄化機能を有する触媒が担持されたハニカム構造の触媒担体と、触媒担体を保持するマットと、触媒担体からの排気ガスの洩れを防止するシール材と、触媒担体及びマットを包むシェルと、さらにその周囲を覆うカバーと、エンジン排気パイプと連結するフロントフランジと、を含んでなる自動車用触媒装置において、フロントフランジは、フランジ部とパイプ部で構成される長さが下端部において上端部より長く形成され、フランジ部の接合面が傾斜している構造である。触媒担体は、一体化された一つの密着構造であり、かつその断面が円形形状とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用アンダーフロア触媒装置、さらに詳細にはエンジンの排気パイプとの連結作業が容易となり、かつコンパクト化された自動車用アンダーフロア触媒装置に関するものである。

自動車用アンダーフロア触媒装置は、その特性上、騒音の発生と高温による熱膨張、排気ガスによる腐食など厳しい条件下に装着されているものであって、このような環境を克服するための対策が次々と提案されてきた。例えば、熱膨張によりシュラウドや外筒が破損するのを防止する円筒状の触媒コンバータ〔特許文献１参照〕、前後ディフューザを溶接等で一体にする作業を省いてコストダウンが図れ、また、断熱および防音の効果が向上し、かつ熱膨張の差を吸収することができる触媒コンバータ〔特許文献２参照〕、触媒コンバータケースに取付け用フランジを取付けて、重量及びコストを下げ、必要な剛性をもたせ、確実に放射音の低減する触媒コンバータ用カバー〔特許文献３参照〕、ケーシングにプロテクタをボルトで取付けることにより構成部品の種類を増やすことなくケーシング内部のシール性を確保した触媒コンバータ〔特許文献４参照〕などの提案がある。

特開２００２−９７９４２号公報特開平１１−２７０３３５号公報特開平１１−５０８３９号公報特開平７−１８０５４４号公報

このような自動車用アンダーフロア触媒装置の代表的な形態を図９〜１１に示した。その構造をみると、浄化機能のある触媒が担持されたハニカム構造からなる２個の触媒担体１１０と、触媒担体１１０を保持する２個のマット１２０と、触媒担体からの排気ガスの洩れを防止する４個のシール材１３０とから構成され、触媒担体１１０とマット１２０はシェル１４０、さらに高熱を遮断し、衝撃を防止するカバー１５０で覆われ、車両の長さ方向前後端部は、フロントフランジ１６０、リヤフランジ１７０となっている。フロントフランジ１６０は、フランジ部１６１及びパイプ部１６２とからなり、エンジン排気パイプ２００と連結される。

自動車用アンダーフロア触媒装置１００は、小型で且つ高性能であることはもちろん、触媒材が予熱されて約３５０℃以上にならないと排気ガス浄化性能を発揮できないことから外部への熱損失を少くできるようにエンジンに出来るだけ近くに設置されることが好ましい。

ところが、従来の自動車用アンダーフロア触媒装置の構造は、フロントフランジ１６０におけるフランジ部１６１とエンジン排気パイプ２００とを連結する時、図１２に示したように、エンジン排気パイプ２００側から作業工具３００を使って作業していた。このため、車両部品、例えばパワーステアリングギアボックス、スタビライザバー、ドライブシャフトなどがあることも考慮すると、フロント側に作業空間として約２００ｍｍ以上必要となってエンジンに接近出来ずに熱損失が生じていた。また触媒担体１１０が分離されて間隔があるために、シェル１４０やカバー１５０が大きくなり、さらにマット１２０の前後に適用されるシール材１３０の部品点数がさらに２個必要となるなど原価上昇を招く原因となっていた。

また、触媒担体１１０の断面形状が楕円形であって、排気ガスの流動分布が均一ではなく、排気ガスの浄化にも不利な構造となって、それを補完するために容積が増すなど価額競争力の面からも不利であった。さらに、図１３に示したように、シェル１４０及びカバー１５０の結合が堅固ではないために別途の熔接作業が必要となるなどの問題点もあった。

上記のような問題点を解決するため、本発明の目的は、フロントフランジとエンジン排気パイプとの連結作業を触媒装置側からできるようにし、さらにフランジ構造をコンパクト化してエンジンに接近できるようにし、さらに触媒担体内における排気ガスの流動分布を均一にして触媒装置の浄化性能を向上させて原価低減に寄与できる自動車用アンダーフロア触媒装置（以降、単に「触媒装置」と記す。）を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の触媒装置は、浄化機能を有する触媒が担持されたハニカム構造の触媒担体と、触媒担体を保持するマットと、触媒担体からの排気ガスの洩れを防止するシール材と、触媒担体及びマットを包むシェルと、さらにその周囲を覆うカバーと、エンジン排気パイプと連結するフロントフランジと、を含んでなる自動車用触媒装置において、フロントフランジは、フランジ部とパイプ部で構成される長さが下端部において上端部より長く形成され、フランジ部の接合面が傾斜している構造である。触媒担体は、一体化された密着構造であり、かつその断面が円形形状とすることができる。

フロントフランジは、エンジン排気パイプと締結するための固定手段をもち、フロントフランジのフランジ部とパイプ部は、一体に成型されることができる。シェルとカバーは、シェルの両側面のコーナー部をカバーで包み込んでクリンチング構造で固定される。

そして本発明の触媒装置のフロントフランジは、車両の前方にパワーステアリングギアボックス、スタビライザバー、ドライブシャフトのそれぞれに隣接して配置されることができる。

発明の効果として、触媒装置がエンジンに接近して取付けることが可能になり、触媒担体を触媒活性温度まで早く上昇させることができ、さらに触媒担体内の排気ガスの流れが均一になり、排気ガスと触媒との接触がよくなり浄化性能が向上されて、同等な目標性能を保ちながらも体積を縮小することができるようになり、最終的には原価低減を達成することができる。

以下、図面を参照し、本発明の構成について詳細に説明する。ここに挙げる図面およびその説明は、本発明の実施の形態を説明するための例であり、これにより本発明を限定するものではない。
図１は、本発明による触媒装置を示す斜視図であり、図２はその正面図、図３はその側面図である。

触媒装置１０は、エンジンからの排気ガスを浄化する装置であって、図１〜３に示されているように、通常車両の長さ方向にエンジン排気パイプに連結され、触媒担体１１、触媒担体１１を保持するマット１２、触媒担体からの排気ガスの洩れを防止するシール材１３、触媒担体１１とマット１２を包むシェル１４、高熱を遮断し、かつ衝撃を抑えるためのカバー１５、エンジン排気パイプ２００と連結するフロントフランジ１６、及びリヤフランジ１７とから構成される。また、触媒担体１１は、浄化機能のある触媒が担持されたハニカム構造となっている。

上記のように構成された触媒装置１０において、触媒担体１１の好ましい形態は、二つの構成を一体に密着させた構造で、それを保持するマット１２もまた一つになって、シール材１３は触媒担体１１の両側にそれぞれ１個づつ形成されており、また、触媒担体１１断面形状は円形である。

触媒担体１１の構造を分離構造から一体に密着させた構造に変更することで、シェル１４、カバー１５の大きさも小さくすることができ、さらにマット１２とシール材１３の部品点数を減らすことができる。触媒担体１１の断面形状を円形にすることで、内部を流れる排気ガスの流動分布が均一となり、例えば、図４に示されたように改善前の楕円形断面構造の均一指数が０．８７７であったものが、円形断面構造にすることで０．９７２となった。これは、触媒装置１０の予熱効果はもちろん、排気ガスの浄化にも有利である。

図５は、触媒装置１０の熱変形量を示す図であり、触媒担体１１の体積が改善前の楕円形断面構造の１．８Ｌから円形断面構造にすることで１．５２Ｌに縮小して実施でき、熱変形の側面からも約６０％（０．８５７９→０．２７５４：最大変形量）の改善効果があって、耐久性の改善側面からも有利である。

触媒担体１１の断面積が縮小されることによる背圧上昇の問題は、図６に示されたように、流動抵抗の小さいセル／薄い壁（ｌｏｗｃｅｌｌ／ｔｈｉｎｗａｌｌ）のハニカム構造の触媒担体１１を用いることで背圧を同等にすることができる。

フロントフランジ１６は、フランジ部１６ａとパイプ部１６ｂとで構成されるが、これらはそれぞれ別のものを接続させてもよいが、鍛造で一体成型されていることが好ましい。

フロントフランジ１６は、図７に示されたようにパイプ部１６ｂの下端の長さを上端の長さより相対的に長くして、パイプ部１６ｂの先端が傾斜構造を成すようになって、フランジ部１６ａが上下方向に傾斜（例えば、約２０度傾斜）して取り付けられる。この結果、フロントフランジ１６とエンジン排気パイプ２００との締結作業は、触媒装置１０側から作業工具３００を挿入して、例えばボルト及びナットにより実施することができ、触媒装置１０をエンジンに約２００ｍｍ程度接近して装着できるようになる。同時に、フロントフランジ１６は、車両の前方にパワーステアリングギアボックス、スタビライザバー、ドライブシャフトのそれぞれに隣接するよう配置されることが可能になる。

触媒装置１０がエンジンに接近されると、それだけ熱は有効に利用され、触媒担体１１に温度の高い排気ガスが流れ、触媒効果が向上する。従って、従来より安価な触媒でも目的を達成できるようになり、例えば、従来の白金（Ｐｔ）からパラジウム（Ｐｄ）に変更して同等な浄化性能が実現できるため、究極的には原価低減効果が得られるようになる。

シェル１４とカバー１５は、図８に示したようにシェル１４の両側面のコーナー部をカバー１５で包みながら折って固定するクリンチング方式であって、クリンチング部を固く固定することにより、付加的な熔接を省くことができるようになる。

具体的に説明すると、従来は図１３に示されたようにシェル１４０の両側面に直線３区間（シェルの前方／中央／後方の直線区間）にのみカバー１５０をクリンチングしており、外部からの衝撃があったときクリンチング固定部１５１が拡開してシェル１４０から離脱して、振動により騒音が生じるなどの問題点があり、熔接などの追加的な補完策が要求されていた。本発明では、シェル１４の両側面のコーナー部をカバー１５の固定部１５ａによりクリンチングする堅固な構造であるため、追加的な補完策がなくともよい。

従って、上記のような構成からなる本発明による触媒装置は、フロントフランジ１６と排気パイプ２００との連結作業位置を触媒装置１０側から作業可能なフランジ構造に変更し、エンジンへの接近を可能にすることにより、触媒担体１１を触媒活性温度まで早く上昇させることができると共に、触媒担体１１断面を楕円形形状から円形形状にして排気ガスの流動分布を均一にすることにより、排気ガスと触媒との接触がよくなり浄化性能が向上されて、同等な目標性能を保ちながらも体積を減らすことができるようになり、最終的には原価低減を達成することができる。

本発明による自動車用アンダーフロア触媒装置を示す斜視図である。本発明による自動車用アンダーフロア触媒装置を示す正面図である。本発明による自動車用アンダーフロア触媒装置を示す側面図である。自動車用アンダーフロア触媒装置の排気流動分布の均一指数を示すグラフである。自動車用アンダーフロア触媒装置の熱変形量を示す図である。自動車用アンダーフロア触媒装置のエンジン回転数に対する背圧を示す図である。本発明による自動車用アンダーフロア触媒装置におけるフロントフランジと排気パイプとの連結作業を示す図である。本発明による自動車用アンダーフロア触媒装置におけるシェル及びカバーの結合構造を示す図である。従来の自動車用アンダーフロア触媒装置を示す斜視図である。従来の自動車用アンダーフロア触媒装置を示す正面図である。従来の自動車用アンダーフロア触媒装置を示す側面図である。従来の自動車用アンダーフロア触媒装置におけるフロントフランジとエンジン排気パイプとの連結作業を示す図である。従来の自動車用アンダーフロア触媒装置におけるシェル及びカバーの結合構造を示す図である。

符号の説明

１０；アンダーフロア触媒装置
１１、１１０；触媒担体
１２、１２０；マット
１３、１３０；シール材
１４、１４０；シェル
１５、１５０；カバー
１５ａ、１５１；クリンチング固定部
１６、１６０；フロントフランジ
１６ａ、１６１；フロントフランジにおけるフランジ部
１６ｂ、１６２；フロントフランジにおけるパイプ部
１７、１７０；リヤフランジ
１８；パワーステアリングギアボックス
２００；エンジン排気パイプ
３００；作業工具

Claims

浄化機能を有する触媒が担持されたハニカム構造の触媒担体と、前記触媒担体を保持するマットと、前記触媒担体からの排気ガスの洩れを防止するシール材と、前記触媒担体及び前記マットを包むシェルと、さらにその周囲を覆うカバーと、エンジン排気パイプと連結するフロントフランジと、を含んでなる自動車用触媒装置において、
前記フロントフランジは、フランジ部とパイプ部で構成される長さが下端部において上端部より長く形成され、前記フランジ部の接合面が傾斜している構造であることを特徴とする自動車用アンダーフロア触媒装置。
前記触媒担体が、一体化された密着構造であり、かつその断面が円形形状であることを特徴とする請求項１に記載の自動車用アンダーフロア触媒装置。
前記フロントフランジが、エンジン排気パイプと締結するための固定手段をもつことを特徴とする請求項１に記載の自動車用アンダーフロア触媒装置。
前記シェルと前記カバーが、前記シェルの両側面のコーナー部を前記カバーで包み込んでクリンチング構造で固定されていることを特徴とする請求項１に記載の自動車用アンダーフロア触媒装置。
前記フロントフランジが、車両の前方にパワーステアリングギアボックスに隣接するよう配置されることを特徴とする請求項１に記載の自動車用アンダーフロア触媒装置。
前記フロントフランジが、車両の前方にスタビライザバーに隣接するよう配置されることを特徴とする請求項１に記載の自動車用アンダーフロア触媒装置。
前記フロントフランジが、車両の前方にドライブシャフトに隣接するよう配置されることを特徴とする請求項１に記載の自動車用アンダーフロア触媒装置。
前記フロントフランジが、そのフランジ部とパイプ部が一体成型されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の自動車用アンダーフロア触媒装置。