JP2014105683A - 触媒保持体 - Google Patents

Abstract

【課題】排気浄化用の触媒コンバータが高温化したときの放熱性を高める。
【解決手段】担体２とと排気管３との間に介在して担体２を保持する触媒保持体１として、放熱用の無機繊維マット１１及び排気の吹き抜け防止用の無機繊維マット１２を設けた。放熱用マット１１は、無機繊維よりも熱伝導率の高い材料を混入したものであり、担体２における排気の流れ方向に沿った中間部に接触する部位に配される。放熱用マット１１の外周面には、前記材料が表出している。放熱用マット１１は、温度が上昇するほど、排気管３との接触面の圧力が増大する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関等の排気を浄化する触媒の担体を保持するための保持体に関する。

一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）といった排気に含まれる有害物質を酸化／還元処理して無害化する三元触媒コンバータが公知である（例えば、下記特許文献を参照）。一般に、この種の触媒コンバータは、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属を、アルミナ等のコーティングを施すセラミック製の担体に担持させてなる。

触媒コンバータは、排気により加熱される上、酸化還元反応に伴う反応熱によっても昇温する。内燃機関を高負荷かつ高回転で運転しているときには、触媒コンバータに多量の排気が流入するため、触媒コンバータの温度が著しく高まり、触媒の性能を劣化させるおそれがある。そこで、従来より、触媒の高温化が懸念される状況では、燃料噴射量を増量して、触媒の温度を低下させるようにしている。

しかし、触媒の劣化を抑制する目的で燃料を余分に噴射することは、燃費の悪化に直結するため、決して好ましくはない。

特開２０１２−２１１５５７号公報

本発明は、触媒コンバータが高温化したときの放熱性を高めることを所期の目的としている。

上述した課題を解決するべく、本発明では、排気浄化用の触媒を担持する担体とこの担体を囲繞する排気管との間に介在して担体を保持するものであって、担体における排気の流れ方向に沿った中間部に接触する部位に配される、無機繊維よりも熱伝導率の高い材料を混入した放熱用の無機繊維マットと、前記放熱用マットの上流側または下流側に配される、前記材料を混入していない排気の吹き抜け防止用の無機繊維マットとを具備し、前記放熱用マットの外周面に前記材料が表出しており、かつ温度が上昇するほど放熱用マットと排気管との接触面の圧力が増大することを特徴とする触媒保持体を構成した。

放熱用の無機繊維マットは、触媒の温度が著しく高まったときに担体と排気管との双方に密着し、担体の特に中間部の放熱性を高める。並びに、吹き抜け防止用の無機繊維マットは、排気が担体と排気管との間隙を通過することを抑止する。

本発明によれば、触媒コンバータが高温化したときの放熱性を高めることができる。

本発明の一実施形態の触媒の担体、排気管及び触媒保持体を示す断面図。 同実施形態の担体及び触媒保持体を示す斜視図。 本発明の変形例の一を示す断面図。 本発明の変形例の一を示す断面図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態の触媒保持体１を採用した触媒コンバータを示す。本実施形態の触媒保持体１は、排気浄化用の触媒を担持する担体２と、この担体２を囲繞する排気管３との間に介在し、担体２を保持するとともに、担体２の排気管３に対する揺動や振動を防止するものである。

担体２及び排気管３は、既知の触媒コンバータと同様に構成することができる。即ち、担体２は、耐熱性を有するコージェライト等のセラミックの一体成形品である。図２に示すように、担体２は、円柱状の外形をなしており、その内部に多数の壁を格子状に張り巡らせることで、上流側から下流側に向けて延伸する多数のセルを形成してある。排気中の有害物質の酸化／還元を促進する貴金属類は、これらセルの内周面に塗布する。排気管３は、ステンレス系材料等の金属製の円筒体である。

触媒保持体１は、セラミックファイバやアルミナ等の無機繊維を素材としたマット１１、１２を主体とする。図１及び図２に示すように、マット１１、１２は、担体２をくるむような円筒状をなす。その上で、本実施形態の触媒保持体１は、放熱用の無機繊維マット１１と、排気の吹き抜け防止用の無機繊維マット１２とを具備している。

放熱用マット１１は、無機繊維よりも熱伝導率の高い材料１１１、典型的には金属を混入したものである。当該材料１１１の例として、ステンレス、銅、アルミニウム、マグネシウム等の熱伝導性のよい素材が挙げられる。

放熱用マット１１は、金属繊維や金属線（ワイヤ）、またはこれを編んで網状にしたメッシュ等１１１を無機繊維に含浸して作製する。換言すれば、無機繊維を積層して当該マット１１を形成する際に、金属繊維、金属線またはメッシュ等１１１を漉き混む。金属繊維、金属線またはメッシュ等１１１の体積分率（放熱用マット１１において占める割合）は、１５％〜５０％程度とすることが好ましい。

図２に示すように、放熱用マット１１に混入した金属等の材料１１１は、その一部が当該マット１１の外周面に表出する。同様に、図示しないが、この材料１１１の一部は、当該マットの内周面にも表出する。

また、放熱用マット１１は、高温によりその体積が膨張する。放熱用マット１１の熱膨張は、金属繊維、金属線またはメッシュ等１１１に起因したものであることもあれば、放熱用マット１１の基体となる無機繊維に起因したものであることもある。

吹き抜け防止用マット１２は、無機繊維よりも熱伝導率の高い金属等の材料１１１を混入せずに、無機繊維を積層して形成する。吹き抜け防止用マット１２の基体となる無機繊維の種類と、放熱用マット１１のそれとは、同一でもよいし、相異なっていてもよい。

図１に示すように、放熱用マット１１は、担体２における排気の流れ方向に沿った中間部に接触する部位に配される。これは、担体２の中間部が最も高温となることによる。これに対し、吹き抜け防止用マット１２は、放熱用マット１１の上流側及び下流側に配される。

触媒コンバータの温度が高くない状態では、放熱用マット１１の外周面が排気管３の内周面に必ずしも強く密着していない。だが、担体２が顕著に昇温し、触媒コンバータの温度が高くなった状態では、放熱用マット１１が膨張することから、放熱用マット１１の外周面が排気管３の内周面に、放熱用マット１１の内周面が担体２の外周面に、それぞれ強く密着することとなる。

既に述べた通り、放熱用マット１１は金属等の材料１１１を含有しており、しかも当該材料１１１が排気管３に接する外周面にも担体２に接する内周面にも露出していることから、当該材料１１１により担体２の特に中間部から排気管３への熱伝導が促進される。よって、内燃機関の高負荷運転中に昇温する担体２の最高温度を低下させることができる。ひいては、触媒の性能の劣化を食い止めることが可能となる。

また、吹き抜け防止用マット１２は、放熱用マット１１と比較して熱膨張率が低い代わりに、触媒コンバータの温度が高くない状態でも、排気管３の内周面と担体２の外周面との双方に密着している。吹き抜け防止用マット１２は、金属等の材料１１１を含まない分、稠密であることから、排気の吹き抜け防止用のシールとして機能する。即ち、排気が担体２内部を流通せずに担体２と排気管３との間隙を通過することを阻止する。

本実施形態では、排気浄化用の触媒を担持する担体２とこの担体２を囲繞する排気管３との間に介在して担体２を保持するものであって、担体２における排気の流れ方向に沿った中間部に接触する部位に配される、無機繊維よりも熱伝導率の高い材料１１１を混入した放熱用の無機繊維マット１１と、前記放熱用マット１１の上流側または下流側に配される、前記材料１１１を混入していない排気の吹き抜け防止用の無機繊維マット１２とを具備し、前記放熱用マット１１の外周面に前記材料１１１が表出しており、かつ温度が上昇するほど放熱用マット１１と排気管３との接触面の圧力が増大することを特徴とする触媒保持体１を構成した。

本実施形態によれば、放熱用マット１１が機能して、触媒コンバータが高温化したときの放熱性を高めることができる。触媒の劣化を抑制する目的で噴射する余分な燃料を削減できるため、燃費の良化に資する。

また、放熱用マット１１に混入している金属材料１１１が熱により伸長することから、高熱時の放熱用マット１１の体積膨張、つまりは排気管３と担体２とで挟まれる放熱用マット１１の圧縮率が十分に大きくなる。これにより、放熱用マット１１が担体２及び排気管３の双方に強く密接して接触面積が増大し、担体２の放熱効率をより一層高められる。

逆に、低温時には放熱用マット１１が収縮して、担体２から排気管３へ逃げる熱の量が少なくなる。従って、触媒の温度が下がり過ぎず、触媒による排気浄化能力を維持できる。

放熱用マット１１における金属材料１１１の体積分率を１５％〜５０％程度に設定していることで、放熱用マット１１の膨張の度合いを適切に制御でき、担体２を破損せずに保持できる。

また、触媒保持体１の一部、即ち中間部の放熱用マット１１の部分にのみ金属材料１１１を混入していることから、コストを抑制できる。

並びに、放熱用マット１１とは別に設けられた吹き抜け防止用マット１２が、担体２と排気管３との間隙を介した排気の吹き抜けを確実に防止する。金属材料１１１の混入した放熱用マット１１は、膨張により内部に微細な孔が拡開して排気を通過させるおそれがあるが、稠密さを恒常的に維持できる吹き抜け防止用マット１２がシールとして機能し、排気の吹き抜けが起こらない。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、放熱用マット１１の上流側及び下流側の双方に吹き抜け防止用マット１２を配していたが、図３に示すように、放熱用マット１１の上流側にのみ吹き抜け防止用マット１２を配してもよい。

あるいは、図４に示すように、放熱用マット１１の下流側にのみ吹き抜け防止用マット１２を配してもよい。このものによれば、強い排気の流れが当たる放熱用マット１１の上流側の端面が金属等の材料１１１により補強されるため、当該端面の風食が抑制されるという副効用を得られる。

その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の排気浄化用の触媒コンバータに適用できる。

１…触媒保持体
１１…放熱用の無機繊維マット
１１１…熱伝導率の高い材料
１２…排気の吹き抜け防止用の無機繊維マット
２…担体
３…排気管

Claims (1)

1. 排気浄化用の触媒を担持する担体とこの担体を囲繞する排気管との間に介在して担体を保持するものであって、
   担体における排気の流れ方向に沿った中間部に接触する部位に配される、無機繊維よりも熱伝導率の高い材料を混入した放熱用の無機繊維マットと、
   前記放熱用マットの上流側または下流側に配される、前記材料を混入していない排気の吹き抜け防止用の無機繊維マットとを具備し、
   前記放熱用マットの外周面に前記材料が表出しており、かつ温度が上昇するほど放熱用マットと排気管との接触面の圧力が増大する
   ことを特徴とする触媒保持体。

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