JP2015055228A - 触媒コンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】メタル担体の変形を抑制した触媒コンバータを提供する。【解決手段】金属製の網目状箔を巻回して形成されたメタル担体５０を備えた触媒コンバータであって、メタル担体５０には、外周を軸方向に切断するスリット５３が周方向全周にわたって形成される。スリット５３を形成することで、メタル担体５０の変形を抑制することができる。更にスリット５３を形成するメタル担体５０の端部の一部は、径方向外側にある保持マット４０側に突出する突出部５４を形成する。メタル担体５０を保持マット４０によって保持した場合に、突出部５４が保持マット４０に刺さり、メタル担体５０と保持マット４０とが機械的に結合する。そのため、保持マット４０に対するメタル担体５０の軸方向への移動が抑制される。【選択図】図５

Description

本発明は触媒コンバータに関するものである。

従来、金属製の網目状のエキスパンドメタルを用いた筒状のメタル担体を備えた触媒コンバータが特許文献１に開示されている。

特開平４−１０４８３９６号公報

触媒コンバータに、温度が高い排気ガスが流入すると、排気ガスはメタル担体（エキスパンドメタル）の網目を通って径方向に拡散しつつ、軸方向に沿って流れる。

排気ガスはメタル担体で径方向に拡散されるが、軸方向における排気ガスの流速は均一ではなく、径方向内側の流速は径方向外側の流速よりも高くなる。従って、径方向内側のメタル担体の温度は、径方向外側のメタル担体の温度よりも高く、径方向内側のメタル担体の熱膨張量は、径方向外側のメタル担体の熱膨張量よりも大きい。

径方向内側のメタル担体が軸方向に沿って伸びると、熱膨張量に違いに起因して発生する応力によって、軸方向における中央付近のメタル担体が径方向内側に収縮して、メタル担体は変形する。このようにメタル担体が変形すると、メタル担体とメタル担体を保持する保持部材との間に隙間が生じ、メタル担体が保持部材に対して軸方向にずれるおそれがある。

本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、メタル担体の変形を抑制し、メタル担体が保持部材などに対して軸方向にずれることを抑制することを目的とする。

本発明のある態様に係る触媒コンバータは、金属製の網目状箔を巻回して形成されたメタル担体を備えた触媒コンバータであって、メタル担体には、メタル担体の外周を軸方向に切断するスリットが周方向に形成される。

この態様によると、周方向に沿ってスリットを形成することで、温度が高い例えば排気ガスが触媒コンバータに流入した場合でも、メタル担体の変形を抑制することができる。そのため、例えばメタル担体が保持マットに対して軸方向にずれることを抑制することができる。

触媒コンバータを備えるエンジンの吸排気系を示す図である。 本実施形態の触媒コンバータを説明する図である。 本実施形態のメタル担体を説明する図である。 メタル担体の正面概略図である。 スリットの拡大図である。 製造時におけるメタル担体を説明するための図である。 変形前後のメタル担体の外形を示す図である。

以下に、本発明の実施形態の触媒コンバータ１０について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施形態の触媒コンバータ１０を備えるエンジン２０の吸排気系の説明図である。

エンジン２０は、吸気管２１からの空気が導入され、この空気と燃料とを混合した混合気をシリンダ内で爆発的に燃焼させることにより回転エネルギーを発生する。燃焼後の排気は、マニホルド２２から排気管２３へと流れ、消音器２４を経由してエンドパイプ２５から排出される。

排気管２３には触媒コンバータ１０が備えられる。触媒コンバータ１０は、メタル担体５０を備え、メタル担体５０の表面に貴金属粒子等からなる触媒を担持させることにより、排気中の未燃焼成分や窒素酸化物等を、窒素、二酸化炭素、水等の無害な物質へと酸化、還元する。触媒としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等が用いられる。

図２は、本発明の実施形態の触媒コンバータ１０の説明図である。

触媒コンバータ１０は、略円筒形状のケース３０に、メタル担体５０が収装されて構成される。また、触媒コンバータ１０は、ケース３０とメタル担体５０との間に断熱性の保持マット４０を備える。

メタル担体５０は、網目状に形成された金属素材である網目状箔からなるメッシュ材５１と、網目状に形成された金属素材である網目状箔を波形形状に加工したメッシュ材５２とを重ねて巻回して、略円筒状のハニカム形状に形成される。ここで、ハニカム形状とは、図２に示すように、メッシュ材５１とメッシュ材５２との間を気体が流入可能なように隙間が形成された形状を意味する。メタル担体５０の最外周部は、メッシュ材５１のみを多重に巻回して形成される。なお、メタル担体５０の最外周部は、メッシュ材５２のみを多重に巻回して形成してもよい。

ここで、本実施形態のメタル担体５０の構造について図３を用いて説明する。

図３は、本発明の実施形態のメタル担体５０を構成するメッシュ材５１の説明図である。図３はメッシュ材５１の上面図を示した図である。

メッシュ材５１は、網目状箔（エキスパンドメタル）によって構成される。網目状箔とは、薄板の金属箔に等間隔に切断しながら、押し広げることにより規則正しい網目形状が形成されたものである。

図３に示すように、メッシュ材５１は、細線（ストランド）により連結され多数の菱形状の開口（以下、網目と言う。）を有する網目状箔として構成されている。この菱形状の開口は長目方向と短目方向を有する。メッシュ材５１は、メタル担体５０において、長目方向が排気の流れ方向（矢印で示す）となるように配向される。なお、メッシュ材５２は、この図３に示す網目状箔に、その溝方向が排気流れ方向となるように、さらに波形形状の凹凸が形成される。

メタル担体５０の外周には、図４に示すように周方向に沿ってスリット５３が形成されている。図４はメタル担体５０の概略正面図である。スリット５３は、全周にわたって形成され、メタル担体５０の外周を軸方向に切断する。スリット５３を設けることで、メタル担体５０は径方向内側では軸方向に連続しているが、径方向外側ではスリット５３によって２つに分断されている。本実施形態では１本のスリット５３が形成されているが、複数のスリット５３を形成してもよい。また、スリット５３の深さは、メタル担体５０における熱分布などに基づいて適宜設定される。

スリット５３を形成するメタル担体５０の端部の一部は、図５に示すように径方向外側、つまり保持マット４０側に曲げられ、保持マット４０側に突出する突出部５４を形成する。図５は、スリット５３の拡大図である。突出部５４を形成することで、メタル担体５０を保持マット４０によって保持した場合に、突出部５４が保持マット４０に刺さり、メタル担体５０と保持マット４０とが機械的に結合する。そのため、保持マット４０に対するメタル担体５０の軸方向への移動が抑制される。図５においては、スリット５３を形成する一方の端部にのみ突出部５４を形成したが、もう一方の端部にも突出部５４を形成してもよい。

ケース３０とメタル担体５０との間には断熱性の保持マット４０が備えられている。保持マット４０は、ケース３０の内側にメタル担体５０を保持する。

保持マット４０は、例えばセラミックスやグラスウール等からなる断熱性の素材から構成される。保持マット４０は、メタル担体５０を外周側から包み込んでメタル担体５０の形状を維持することにより、メタル担体５０を保持し、破損防止をする。

保持マット４０は、ケース３０とメタル担体５０との間を断熱することにより、外気に晒されるケース３０によりメタル担体５０の温度が下がることを抑制して、触媒効率を高める。

メタル担体５０は、その外周側に保持マット４０を備えた状態でケース３０に圧入され、保持マット４０の弾性によってメタル担体５０がケース３０内部に保持される。

次に、メタル担体５０の製造方法について図６を用いて説明する。図６は、製造時におけるメタル担体５０示す図である。

メタル担体５０は、図６に示すように、網目状に形成された金属素材である網目状箔からなるメッシュ材５１と、網目状に形成された金属素材である網目状箔を波形形状に加工したメッシュ材５２とを積層し、その一辺を始点として円筒形状に巻回される。なお、最外周においては、メッシュ材５１のみを多重巻きしている。

このとき、メッシュ材５１は、長目方向が排気の流れ方向（矢印で示す）に配向される。メッシュ材５２は、溝方向が排気流れ方向となるように配置される。

そして、メタル担体５０の外周に周方向に沿って切り込みを入れてスリット５３を形成し、スリット５３を形成するメタル担体５０の端部の一部を径方向外側に曲げて突出部５４を形成する。その後、ウォッシュコート等により貴金属からなる触媒を担持させる。

このようにして構成されたメタル担体５０は、図２に示すように、径方向外側に保持マット４０が備えられる。

このようにして保持マット４０が備えられたメタル担体５０を、ケース３０に圧入する。保持マット４０により、メタル担体５０をケース３０の内面に保持することができる。

なお、メタル担体５０の製造方法は、上記方法に限られず、例えばメッシュ材５１にスリット５３を形成した後に、メッシュ材５１とメッシュ材５２とを積層して円筒形状に巻回してもよい。

本実施形態の作用について説明する。

触媒コンバータ１０に流入した排気は、メッシュ材５１、５２の網目を通って径方向に拡散しつつ、軸方向に沿って流れる。排気は径方向に拡散するが、径方向内側の排気の流速は、径方向外側の排気の流速よりも高く、径方向内側のメタル担体５０は径方向外側のメタル担体５０よりも温度が高くなる。そのため、径方向内側のメタル担体５０は径方向外側のメタル担体５０と比較して、熱膨張量が大きくなる。

メタル担体５０の外周にスリット５３を形成していない場合には、図７に示すように、径方向内側のメタル担体５０が熱膨張により軸方向に沿って伸びると、これに伴って発生する応力によって、軸方向における中央付近のメタル担体５０が径方向内側に収縮し、メタル担体５０が変形する。図７においては、変形前のメタル担体５０の外形を実線で示し、変形後のメタル担体５０の外形を破線で示す。このようにメタル担体５０が変形すると中央付近のメタル担体５０と保持マット４０との間に隙間が生じ、保持マット４０によってメタル担体５０をケース３０の内面に保持することが困難となる。

本実施形態では、メタル担体５０の外周に周方向に沿ってスリット５３を形成することで、径方向内側のメタル担体５０が軸方向に沿って伸びた場合でも、径方向外側のメタル担体５０に発生する応力をスリット５３によって吸収し、メタル担体５０が径方向内側に収縮することを抑制する。

本発明の実施形態の効果について説明する。

メタル担体５０の外周に周方向に沿ってスリット５３を形成することで、排気が流入して径方向内側のメタル担体５０が軸方向に沿って伸びた場合でも、軸方向における中央付近のメタル担体５０が径方向内側に収縮することを抑制し、メタル担体５０が変形することを抑制することができる。これにより、メタル担体５０と保持マット４０との間に隙間が生じることを抑制し、保持マット４０に対してメタル担体５０が軸方向にずれることを抑制することができる。また、外周側のメタル担体５０の軸方向の伸びをスリット５３によって吸収することができる。

メタル担体５０の最外周部は、メッシュ材５１を多重巻きにして形成される。そのため、メタル担体０の剛性を高くし、排気が流入した場合に、保持マット４０の膨張による面圧によってメタル担体５０が変形することを抑制することができる。

スリット５３を形成するメタル担体５０の端部の一部を径方向外側に曲げて突出部５４を形成することで、突出部５４を保持マット４０に刺してメタル担体５０と保持マット４０とを機械的に結合し、メタル担体５０が保持マット４０に対して軸方向にずれることを抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１０ 触媒コンバータ
４０ 保持マット（保持部材）
５０ メタル担体
５３ スリット
５４ 突出部

Claims (3)

1. 金属製の網目状箔を巻回して形成されたメタル担体を備えた触媒コンバータであって、
   前記メタル担体には、前記メタル担体の外周を軸方向に切断するスリットが周方向に形成されることを特徴とする触媒コンバータ。
2. 請求項１に記載の触媒コンバータであって、
   前記メタル担体は、網目状の平箔と、網目状の波箔とを重ね合わせて巻回されて形成されたハニカム形状であり、
   前記メタル担体の最外周部は、前記平箔、前記波箔のいずれか一方が多重に巻かれて形成されることを特徴とする触媒コンバータ。
3. 請求項１または２に記載の触媒コンバータであって、
   前記メタル担体を外周側から保持する保持部材を備え、
   前記メタル担体は、前記スリットを形成する端部を前記保持部材側に突出させて形成する突出部を備えることを特徴とする触媒コンバータ。

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