JP2019082128A - 触媒コンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】材質が異なったケースの構成部材間の溶接部に生じる熱歪みを緩和できる触媒コンバータを提供する。【解決手段】保持マット１６が介設された状態で触媒担体１１を内部に収容するケースの構成部材として、第１部材１３と、第１部材１３とは材質が異なり、且つ第１部材１３に溶接された第２部材１４と、を備える触媒コンバータにおいて、ケースにおける第１部材１３と第２部材１４との溶接位置１７が、同ケースにおける保持マット１６に接触している部分に位置するようにした。【選択図】図２

Description

本発明は、触媒担体を内部に収容するケースが、材質の異なる部材を溶接することで形成された触媒コンバータに関する。

内燃機関の排気通路に設置される触媒コンバータとして、特許文献１に見られるように、触媒担体を内部に収容するケースが複数の部材を溶接して形成されたものがある。

特開平９−３２４６２３号公報

上記のような触媒コンバータのケースを、材質の異なる複数の部材により構成することがある。こうしたケースを採用する触媒コンバータでは、内燃機関の運転中に排気の熱を受けてケースが高温となった際に、部材間の線膨張差による歪み（熱歪み）がケースの溶接部に発生する。そのため、ケースの構成部材間の溶接強度を、熱歪みによる割れ等が生じないだけの高い強度とする必要があり、生産性の低下や製造コストの増加を招く要因となっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、材質が異なったケースの構成部材間の溶接部に生じる熱歪みを緩和できる触媒コンバータを提供することにある。

上記課題を解決する触媒コンバータは、触媒が担持された触媒担体と、触媒担体を内部に収容するケースと、触媒担体とケースとの間に介設された保持マットと、ケースを構成する部材である第１部材と、同じくケースを構成する部材であって第１部材とは材質が異なり、且つ同第１部材に溶接された第２部材と、を備える。そして、同触媒コンバータのケースにおける第１部材と第２部材との溶接位置が、同ケースにおける保持マットに接触している部分に位置するようにしている。

上記のように構成された触媒コンバータでは、ケースを構成する第１部材、第２部材の溶接部が保持マットにより覆われて、排気に直接曝されないようになる。そのため、内燃機関の運転中の溶接部の温度上昇が抑えられる。したがって、上記触媒コンバータによれば、材質が異なったケースの構成部材間の溶接部に生じる熱歪みを緩和できる。

触媒コンバータの一実施形態の側面図。 同触媒コンバータにおける触媒担体の収容部の断面図。 同触媒コンバータのケースを構成する第１部材及び第２部材の溶接部の拡大断面図。

以下、触媒コンバータの一実施形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明では、触媒コンバータにおいて、内燃機関への設置時にその内部を通る排気の流れ方向上流側を同触媒コンバータの排気流入側と呼び、同排気の流れ方向下流側を同触媒コンバータの排気流出側と呼ぶ。

図１に示すように、触媒コンバータ１０は、円筒形の触媒担体１１と、その触媒担体１１を内部に収容するケース１２と、を備えている。触媒担体１１は、ハニカム構造をなした金属又はセラミクス製の一体構造物の表面に活性アルミナなどをコーティングし、少量の触媒物質（白金、ロジウム、パラジウムなど）を担持したものとなっている。

こうした触媒担体１１を収容したケース１２は、第１部材１３、第２部材１４、及び第３部材１５の３つの部材を溶接により一体に接合することで形成されている。第２部材１４は、ケース１２における触媒担体１１を収容する部分を構成し、触媒担体１１の外径よりも若干大きい内径を有した円管形をなしている。これに対して、第１部材１３はケース１２における第２部材１４よりも排気流入側の部分を構成し、排気流入側から排気流出側に向かって内径が拡大するコーン形状をなしている。さらに、第３部材１５は、ケース１２における第２部材１４よりも排気流出側の部分を構成し、排気流入側から排気流出側に向かって内径が縮小するコーン形状をなしている。

こうしたケース１２の構成部材のうちの第２部材１４及び第３部材１５は、フェライト系ステンレスにより形成されている。これに対して、第１部材１３は、フェライト系ステンレスよりも高温疲労強度が高いオーステナイト系ステンレスにより形成されている。なお、第１部材１３の材料であるオーステナイト系ステンレスは、第２部材１４及び第３部材１５の材料であるフェライト系ステンレスよりも、大きい線膨張係数を有している。

図２に示すように、触媒コンバータ１０における触媒担体１１とケース１２の第２部材１４との間の部分には、アルミナ繊維により形成された保持マット１６が介設されている。保持マット１６は、触媒担体１１とケース１２との間で圧縮された状態で設置されており、ケース１２の内部において触媒担体１１を保持する役割を果たしている。また、アルミナ繊維からなる保持マット１６は、触媒担体１１やケース１２よりも熱伝導率が低く、触媒担体１１からケース１２への熱伝達を抑える断熱材としての機能も兼ね備えている。

また、同図に示すように、触媒コンバータ１０のケース１２において第１部材１３と第２部材１４とは、第２部材１４の排気流入側の部分を第１部材１３の排気流出側の部分に挿入した状態で、第１部材１３の排気流出側の端部を全周に亘って第２部材１４に溶接することで、一体に接合されている。なお、本実施形態の触媒コンバータ１０では、第１部材１３の排気流出側の端部が、第２部材１４の内部に設置された保持マット１６の排気流入側の端の位置よりも排気流出側に位置した状態で、第１部材１３と第２部材１４とが接合されている。そのため、本実施形態の触媒コンバータ１０のケース１２における第１部材１３と第２部材１４との溶接位置１７は、ケース１２における保持マット１６に接触している部分に位置している。

これに対して、触媒コンバータ１０のケース１２において、第２部材１４と第３部材１５とは、第２部材１４の排気流出側の部分を第３部材１５の排気流入側の部分に挿入した状態で、且つ第３部材１５の排気流入側の端部を全周に亘って第２部材１４に溶接することで、一体に接合されている。なお、ケース１２における第２部材１４と第３部材１５との溶接位置１８は、同ケース１２における保持マット１６に接触している部分よりも排気流出側の部分に位置している。

続いて、以上のように構成された本実施形態の触媒コンバータ１０の作用、効果を説明する。
本実施形態の触媒コンバータ１０のケース１２は、上述のように材質の異なる第１部材１３及び第２部材１４を溶接して形成されている。こうした触媒コンバータ１０のケース１２における第１部材１３と第２部材１４との溶接部には、温度変化に応じて両部材の線膨張差による歪み（熱歪み）が発生する。そうした熱歪みは、溶接部に亀裂を発生させる要因となる。

これに対して本実施形態の触媒コンバータ１０では、上述したように、第１部材１３と第２部材１４との溶接位置１７がケース１２における保持マット１６に接触している部分に位置している。すなわち、第１部材１３及び第２部材１４の溶接部が断熱材である保持マット１６により覆われており、排気に直接曝されないようになっている。そのため、第１部材１３及び第２部材１４の溶接部における内燃機関の運転中の温度上昇が抑えられる。したがって、本実施形態の触媒コンバータ１０によれば、材質が異なったケース１２の構成部材間の溶接部に生じる熱歪みを緩和できる。なお、こうした溶接部の熱歪みの抑制は、新たな部材を追加することなく、溶接位置の変更だけで達成されている。

ところで、保持マットを介して触媒担体をケース内に保持した構成の触媒コンバータでは、触媒担体の前後の排気の差圧により、ケース内での保持マット及び触媒担体の位置がずれてしまうことがある。従来の触媒コンバータでは、保持マットの面比重を高めることで、こうした差圧による位置ずれを防止していたが、そのために保持マットの材料の量が多くなっていた。

これに対して図３に示すように、本実施形態の触媒コンバータ１０では、第２部材１４の内周面１９における第１部材１３及び第２部材１４の溶接位置１７の部分には、溶接中の金属の溶融凝固によってミミズ腫れのように盛り上がった溶接ビード２０が形成されている。本実施形態の触媒コンバータ１０では、第２部材１４の内周面１９における保持マット１６と接触する部分に、こうした溶接ビード２０が形成されるため、この溶接ビード２０による内周面１９の盛り上がりにより、保持マット１６の位置ずれが抑えられる。そのため、保持マット１６の面比重をあまり高めずとも、すなわち保持マット１６をより少ない材料で形成しても、上記のような差圧による位置ずれを抑えられる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、触媒コンバータ１０のケース１２の３つの構成部材のうち、第１部材１３の材質のみが異なり、第２部材１４及び第３部材１５の材質は同じとなっていた。第３部材１５の材質を、第２部材１４とは異なる材質としてもよい。そうした場合、ケース１２における保持マット１６と接触している部分に、第２部材１４と第３部材１５との溶接位置１８が位置するようにすれば、第２部材１４と第３部材１５との溶接部に生じる熱歪みを緩和可能となる。

・上記実施形態の触媒コンバータ１０では、３つの部材を溶接してのケース１２を形成していたが、ケース１２の構成部材の数を２つ、或いは４つ以上としてもよい。そうした場合においても、ケース１２の構成部材の中に材質の異なる部材が存在しており、且つそれら材質の異なる部材の溶接位置がケース１２における保持マット１６と接触している部分に位置していれば、溶接した部材間の線膨張差により溶接部に発生する熱歪みを緩和可能である。

１０…触媒コンバータ、１１…触媒担体、１２…ケース、１３…第１部材、１４…第２部材、１５…第３部材、１６…保持マット、１７…（第１部材１３、第２部材１４の）溶接位置、１８…（第２部材１４、第３部材１５の）溶接位置、２０…溶接ビード。

Claims (1)

1. 触媒物質が担持された触媒担体と、前記触媒担体を内部に収容するケースと、前記触媒担体と前記ケースとの間に介設された保持マットと、前記ケースを構成する部材である第１部材と、同じく前記ケースを構成する部材であって前記第１部材とは材質が異なり、且つ同第１部材に溶接された第２部材と、を備える触媒コンバータであって、
   前記ケースにおける前記第１部材と前記第２部材との溶接位置が、同ケースにおける前記保持マットに接触している部分に位置している
   触媒コンバータ。