JP2006161667A - 触媒コンバーター保持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒担体を容器に圧入する際に生ずる触媒担体保持材の変形によって厚みが薄くなる部位を減らすことによって、触媒担体保持材の保持力の低下を防ぎ、触媒担体保持材の飛散を防止する触媒コンバーター保持構造を提供する。
【解決手段】排ガスを浄化する触媒担体２１の周囲に巻回され、触媒担体２１に巻回された状態で容器２３に圧入挿入される触媒担体保持材２２であって、触媒担体保持材２２は、触媒担体２１との接触面２４において、触媒担体２１の軸方向に同じ長さを持ち、圧入方向の先端側の端面２１ａが、内側から外側に向けて圧入先端側に突出する傾斜面２１ａに形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、触媒コンバーターの保持構造に関する。

車両に搭載される排ガス浄化用触媒コンバーターは、通常、触媒を担持した触媒担体と、触媒担体を収容する筒型容器と、容器の内部で触媒担体を保持する触媒担体保持材で構成される。排ガス浄化用触媒コンバーターはエンジンに連結された排気管の途中に配設される。触媒担体には、白金等の触媒成分が担持されていて、担持された触媒により排ガスの浄化が行なわれる。触媒担体と容器の間には、その間から排ガスが洩れ出ることを防止し、また、自動車の走行中の振動による触媒担体と容器の衝突により触媒担体が損傷することを防止するために、通常、繊維マットからなる触媒担体保持材が配置されている。

上記の触媒コンバーターの製造は、通常、以下のとおりに行なわれる。まず、触媒を担持した触媒担体の周囲に、触媒担体保持材であるマットを巻き付け、次いで、これを筒型容器に、容器の片側の末端から圧入する。しかし、このような触媒コンバーターの組み立て作業において、筒型容器と触媒担体保持材との間に摩擦力が生じる。そのため、圧入荷重を受けている触媒担体が多く圧入され、触媒担体保持材と触媒担体とが所定の位置からずれてしまうという不具合が生じることがあった。

そこで、触媒担体保持材と触媒担体とのずれを防止するために、触媒担体保持材と触媒担体への接触面にアクリル系接着剤によって接着する方法が開示されている（特許文献１参照）。
特開２００３−５６３３９号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示されている方法によって容器への圧入にともなう触媒担体保持材と触媒担体のずれを防止することはできるが、容器と触媒担体保持材との間に生じる摩擦力により、触媒担体保持材の断面が圧入方向に変形し、触媒担体と触媒担体保持材の両端部にずれを生じる。また、このずれ量を考慮して、あらかじめ触媒担体保持材の幅を触媒担体全長よりも短くするといった対処がなされているが、触媒担体保持材端部のずれによって厚みが薄くなった部位は排ガスにより飛散し、触媒担体保持材の保持力が低下する。さらに、エンジンが飛散した触媒担体保持材を吸い込み、ボアを傷つけエンジン破損に至ったり、飛散した触媒担体保持材が排気管下流に配置されるディーゼルパティキュレートフィルターを詰まらせて、排ガスの浄化能力を低下させるおそれがあった。

本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、触媒担体を容器に圧入する際に生ずる触媒担体保持材の変形によって厚みが薄くなる部位を減らすことによって、触媒担体保持材の保持力の低下を防ぎ、触媒担体保持材の飛散を防止することを目的としている。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、排ガスを浄化する触媒担体（２１）の周囲に巻回され、前記触媒担体（２１）に巻回された状態で容器（２３）に圧入挿入される触媒担体保持材（２２）であって、前記触媒担体保持材（２２）は、前記触媒担体（２１）との接触面（２４）において、触媒担体（２１）の軸方向に同じ長さを持ち、圧入方向の先端側の端面（２１ａ）が、内側から外側に向けて前記圧入先端側に突出する傾斜面（２１ａ）に形成されることを特徴とする。

本発明によれば、触媒担体保持材を巻回した状態の触媒担体を容器に圧入挿入する際に生ずる触媒担体保持材の変形を補正し、触媒担体の保持力の向上を図るとともに、触媒担体保持材の飛散を防止することができる。

以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明による触媒担体保持材を有する触媒コンバーターのディーゼルエンジンの排ガス浄化システムに適用した例を示す。エンジン１の排ガスを浄化する排ガス浄化システム１０は、排気管１１と、触媒コンバーター２０とを有する。排ガスは排気管１１を通じ、触媒コンバーター２０に送られる。触媒コンバーター２０は、エンジン１に連結された排気管１１の途中に配設され、エンジン１から排出される排ガスを浄化する。また、触媒コンバーター２０の下流には、ディーゼルパティキュレートフィルター１２が配設される。

図２は、本発明による触媒コンバーターの触媒保持構造を示すものである。図２（Ａ）は触媒担体２１に触媒担体保持材２２を巻回した状態の平面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）をＸ−Ｘで切断したときの断面図を示す。図２（Ｃ）は、触媒担体２１に触媒担体保持材２２を巻回した状態で、容器２３に軸線方向Ａから圧入して得られた触媒コンバーター２０を示す。

触媒担体２１は、円柱状に形成され、断面にハニカム構造を有する。触媒担体２１は、セラミックで形成される。触媒担体２１は、白金（Ｐｔ）等の触媒金属を担持し、担持された触媒が排ガスと接触することによりガス成分を浄化する。

触媒担体保持材２２は、アルミナ繊維等の無機質繊維から形成された無機繊維マットである。触媒担体保持材２２は、触媒担体２１の周囲に巻回すために長方形に切断加工される。さらに、触媒担体保持材２２は、一方の端面に庇状の傾斜面２２ａを有し、他方の端面に傾斜面２２ａと平行な傾斜面２２ｂを有する。したがって、触媒担体保持材２２の断面は平行四辺形となる。なお、触媒担体２１と触媒担体保持材２２との間は圧入によるずれを防止するために接着されている。

図３は、触媒担体保持材１２２の端面が触媒担体１２１の端面１２１ａと平行であるときに触媒担体１２１を圧入する際に触媒担体保持材１２２と容器１２３との接触面１２５における摩擦抵抗Ｆにより触媒担体保持材１２２の断面形状が変形する様子を示すものである。図３（Ａ）は圧入前、図３（Ｂ）は圧入途中、図３（Ｃ）は圧入完了時を示している。図３（Ｄ）は、圧入後の触媒担体保持材１２２の断面図であり、触媒担体１２１の圧入により生ずる触媒担体保持材１２２のずれ量ｓとその端面角度θを示す。

図４は、圧入時の触媒担体保持材１２２のずれ量ｓと触媒担体保持材１２２の充填密度との関係を示すグラフである。図４のグラフは、縦軸をずれ量ｓ（単位：ｍｍ）とし、横軸を充填密度（単位：ｇ/ｃｍ³）としている。図４のグラフは、触媒担体保持材の充填密度が高いほどずれ量ｓが増加することを示している。充填密度は使用する無機繊維マットによって決定されるため、図４のグラフから充填密度を入力値として触媒担体保持材１２２のずれ量ｓを得ることができる。したがって、圧入時の触媒担体保持材１２２のずれ量ｓと触媒担体保持材１２２の厚さから端面角度θを算出することができる。なお、上述のずれ量ｓは触媒担体１２１を容器１２３に圧入する際の圧入速度に依存しない。また、触媒担体保持材１２２の保持力は、この充填密度から求めることができる。

なお、図２（Ｂ）に示すように触媒担体保持材２２と触媒担体２１の外周の接触面２４は、触媒担体２１の外周面と全面で接する。したがって、触媒担体保持材２２の軸線方向の長さは、傾斜面２２ａの突出量すなわち触媒担体保持材２２の充填密度から図４のグラフによって得られる触媒担体保持材２２のずれ量に、触媒担体２１の軸方向の長さを加算したものとなる。また、触媒担体保持材２２の円周方向の長さは、触媒担体２１の円周の長さと等しくなる。さらに、触媒担体保持材２２の端面は、上述の方法により充填密度から算出する端面角度で傾斜面が形成される。

このように切断加工された触媒担体保持材２２は、図２（Ｂ）で示すように圧入方向先端側において、傾斜面２２ａの内周面すなわち触媒担体２１との接触面側で触媒担体端面２１ａと一致し、そこから斜めに突出し、かつ、容器２３との接触面２５において突出量が最大となるように、触媒担体２１の外周に巻回される。触媒担体保持材２２は、触媒担体２１に巻回された状態で容器２３に圧入されることによって、図２（Ｃ）に示すように容器２３と触媒担体２１の間に配置される。このとき、触媒担体２１の外径と容器２３の内径から、適正な面圧で触媒担体２１を保持するように触媒担体保持材２２の厚さを設定する。

容器２３は、円筒形状に形成され、触媒担体２１を触媒担体保持材２２とともに収装する。容器２３は、鉄製鋳物、ステンレスで形成される。

次に、触媒担体２１を触媒担体保持材２２とともに容器２３に圧入する圧入工程における作用について説明する。

触媒担体保持材２２が巻回された状態の触媒担体２１は、容器２３に圧入する際に接触面２５の摩擦力によって、触媒担体保持材２２の断面で圧入方向Ａの反対方向に変形が生じる。このずれの量は、上述の通り触媒担体保持材２２の充填密度から導き出される。そこで、触媒担体保持材２２の端面に有する傾斜面２２ａの突出量の最大量をこのずれ量と等しくなるように傾斜面２２ａを形成し、さらに、触媒担体保持材２２と容器２３との接触面２５においてその突出量が最大となるように形成する。このようにして触媒担体２１を容器２３の所定位置まで圧入すると、接触面２５との摩擦力によって生ずる触媒担体保持材２２のずれが触媒担体保持材２２の両端面の傾斜面２１ａ、２１ｂにより相殺され、図２（Ｃ）に示すように触媒担体保持材２２の端面はそれぞれ触媒担体２１の端面２１ａ、２１ｂと略同一面を形成する。

一方、従来の構造の触媒コンバーター２２０を図６に示す。触媒担体保持材２２２の軸方向の長さは、容器２２３と触媒担体保持材２２２との接触面２２５において圧入時に生ずる摩擦力によるずれを考慮して、図６（Ａ）で示すように、触媒担体２２１の軸方向の長さよりも１０ｍｍ程度短くする。そして、図６（Ａ）で示す触媒担体保持材２２２を巻回した状態の触媒担体２２１を容器２２３に圧入すると、触媒担体保持材２２２の端面２２２ａ、２２２ｂは接触面２２５において生じる摩擦力により、触媒担体保持材２２２の断面が変形し、図６（Ｂ）に示す傾斜面を形成する。このとき、触媒担体保持材２２２の傾斜面を形成する部分２２２ｃ、２２２ｄは触媒担体２２１を保持することができないため、触媒担体保持材２２２全体の保持力が低下する。なお、傾斜部２２２ｃは、端面２２２ａ、触媒担体２２１と触媒担体保持材２２２との接触面２２４及び端面２２２ａと接触面２２４との交線から触媒担体２２１の端面２２１ａと平行な面に囲まれる部分である。また、傾斜部２２２ｄは、端面２２２ｂ、触媒担体保持材２２２と容器２２３との接触面２２５及び端面２２２ｂと接触面２２５との交線から触媒担体２２１の端面２２１ｂと平行な面に囲まれる部分である。

さらに、触媒コンバーター２２０をエンジン１に接続される排気管１１の途中に配置すると、高温高圧の燃焼排ガスにより、図６（Ｃ）に示すように傾斜部２２２ｃ、２２２ｄの触媒担体保持材２２２が飛散する。したがって、この飛散した触媒担体保持材２２２をエンジン１が吸い込むと破損の要因となる。さらに、触媒コンバーター２２０の下流にディーゼルパティキュレートフィルター１２が配設される場合には、飛散した触媒担体保持材２２２がディーゼルパティキュレートフィルター１２を詰まらせて、排ガスの浄化能力を低下させる要因となる。

本実施形態によれば、圧入後は触媒担体２１と容器２３の間に配置される触媒担体保持材２２の端面が触媒担体２１の端面２１ａ、２１ｂと略同一面を形成し、触媒担体２１をその全長にわたって保持できるため保持力が向上する。これにより、触媒担体保持材２２を補強するために使用するワッシャやキャップを廃止することができ、部品点数を減らすことができ、コストを低減することができる。

また、本実施形態によれば、触媒担体圧入後に図６（Ｂ）に示される傾斜部は形成されないため、触媒担体保持材２２の飛散を防止できる。したがって、飛散した触媒担体保持材２２をエンジン１が吸い込むことによるエンジン１の破損を防止することができ、さらに、飛散した触媒担体保持材２２が下流に配設されたディーゼルパティキュレートフィルター１２に詰まって排ガスの浄化能力が低下することを防止できる。

（第２実施形態）
図５は、本発明による触媒コンバーターの保持構造の第２実施形態を示す図である。

なお、以下に示す各実施形態では前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。

触媒担体保持部材２２の傾斜面２２ａの先端が図２（Ｂ）に示すような形状である場合、触媒担体２１を容器２３に圧入する際に、触媒担体保持部材２２と容器２３との接触面２５において生じる摩擦力によって引っかかるおそれがある。そこで、この引っかかりを防ぐために、図５に示すように傾斜面２２ａの先端部に触媒担体２１の端面２１ａと平行になるように平行面２２ｃを形成する。

このように、傾斜面２２ａの先端部に平行面２２ｃを形成することにより、触媒担体２１を容器２３に圧入する際に、傾斜面２２ａの先端部が容器２３との接触面２５に引っかかることを抑えることができる。また、圧入時における触媒担体保持部材２２の変形量との関係から、この平行面２２ｃは触媒担体保持部材２２の厚さに対して３分の１程度の厚さを有することが望ましい。なお、この場合に圧入後に触媒担体保持材２２の圧入側端面２１ａではわずかに突部を形成するが、触媒担体２１の保持力は維持され、飛散する触媒担体保持材２２もわずかである。また、その他の構成については第１実施形態と同様である。

本実施形態によれば、触媒担体２１を容器２３に圧入する際に傾斜面２２ａの先端部が容器２３の内周面に引っかかることを防ぎ、圧入工程における作業の効率化を図ることができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

内燃機関の排ガス浄化装置の構成を示す図である。 本発明による触媒コンバーターの保持構造の第１実施形態を示す図である。 触媒担体を容器に圧入した際に触媒担体保持材がずれる様子を示す図である。 触媒担体を容器に圧入した際の触媒担体保持材のずれ量と充填密度との関係を表すグラフである。 本発明による触媒コンバーターの保持構造の第２実施形態を示す図である。 従来の触媒コンバーターの保持構造を示す図である。

符号の説明

１ エンジン
１１ 排気管
２０ 触媒コンバーター
２１ 触媒担体
２２ 触媒担体保持材
２３ 容器

Claims (9)

1. 排ガスを浄化する触媒担体の周囲に巻回され、触媒担体に巻回された状態で容器に圧入挿入される触媒担体保持材であって、
   前記触媒担体保持材は、前記触媒担体との接触面において前記触媒担体の軸方向に同じ長さを持ち、圧入方向の先端側の端面が、内側から外側に向けて前記圧入方向先端側に突出する傾斜面に形成されることを特徴とする触媒担体保持材。
2. 前記圧入方向先端側傾斜面は、前記容器と前記触媒担体保持材との接触面で突出量が最大となる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の触媒担体保持材。
3. 前記圧入方向先端側傾斜面の先端の一部に前記触媒担体の端面と平行な面を有する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の触媒担体保持材。
4. 前記平行面が前記触媒担体保持材の略３分の１の厚さを有する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の触媒担体保持材。
5. 前記圧入方向先端側の端面と反対側の端面が、前記圧入方向先端側傾斜面と略同じ傾斜面に形成される、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の触媒担体保持材。
6. 前記圧入方向先端側の端面と反対側の端面が、前記圧入方向先端側傾斜面と平行に形成される、
   ことを特徴とする請求項５に記載の触媒担体保持材。
7. 触媒担体と、
   前記触媒担体の周囲に巻回される触媒担体保持材と、
   前記触媒担体と前記触媒担体保持材を収装する容器を備え、
   前記触媒担体及び前記触媒担体保持材を前記容器に対して軸方向に圧入してなる排ガス浄化触媒コンバーターにおいて、
   前記触媒担体保持材が請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の触媒担体保持材である、
   ことを特徴とする排ガス浄化触媒コンバーター。
8. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の触媒担体保持材を前記触媒担体に巻回する結合工程と、
   前記結合工程により前記触媒担体保持材と結合した前記触媒担体を容器に圧入する圧入工程と、
   からなる排ガス浄化触媒コンバーターの製造方法。
9. 前記圧入工程において前記触媒担体保持材の圧入方向先端側の端面が前記触媒担体端面と略同一面となるように容器に圧入する、
   ことを特徴とする請求項８記載の排ガス浄化触媒コンバーターの製造方法。

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