JP2019199851A - 排気浄化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】外筒と内筒間の高温ガス層で触媒担体を保温できる排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気ガスＧの入口側に位置する入口側フランジ１１と出口側に位置する出口側フランジ１２間に触媒コンバータ２０を有した排気浄化装置１０において、触媒コンバータ２０は、上流端部３１が入口側フランジ１１の排気ガス入口１１ａに溶接されると共に、下流端部３２が出口側フランジ１２の排気ガス出口１２ａに溶接された外筒３０と、上流端部４１が外筒３０の上流側に隙間なく保持され、下流端部４２が外筒３０の下流側に隙間Ｔを有して配置され、内部に排気ガスＧを浄化する触媒担体２１が収容された内筒４０とを備え、内筒４０の下流端部４２に、外筒３０との間に隙間Ｔを有した開口端４３を形成し、排気ガス入口１１ａから流入した排気ガスＧを内筒４０の開口端４３から外筒３０と内筒４０との間の上流側に対流させて排気ガスＧによる高温ガス層Ｈを形成した。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の排気経路に設けられる排気浄化装置に関する。
この種の排気浄化装置として、例えば、特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１に開示されたものは、内筒と、この内筒の外周に設けられる外筒とを備え、一方の端部と他方の端部でそれぞれ内筒と外筒が周状に溶接され、一方の端部と他方の端部との間に内筒の外周面と外筒の内周面とが離間して空隙が形成され、この空隙が空気層を構成する断熱排気流通管であり、また、筒部に排気浄化体（触媒担体）が収容されている。
特開２０１６−１１３９６９号公報
しかしながら、前記従来の排気浄化装置では、触媒担体を収容した内筒を保持する外筒は、外気と接するため、積極的に熱交換され、冷えるのが早い。また、触媒担体の温度が下がると、排気ガスを浄化できないことから、触媒担体の温度を保つためにエンジンを動作させる必要があり、エンジンを動作させることで、燃費やエミッションが悪くなる。
そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、外筒と内筒との間に下流側より排気ガスを流入させて高温ガス層を形成して、触媒担体を保温することができる排気浄化装置を提供することを目的とする。
本発明は、排気ガスが流入する触媒コンバータを有した排気浄化装置において、前記触媒コンバータは、前記排気ガスの入口となる上流端部と前記排気ガスの出口となる下流端部を有する外筒と、上流端部が前記外筒内の上流側に隙間なく保持され、下流端部が前記外筒内の下流側に所定の隙間を有して配置され、内部に前記排気ガスを浄化する触媒担体が収容された内筒と、を備え、前記外筒の上流端部から前記内筒の内部に流入して該内筒の下流端部から排出された前記排気ガスを前記所定の隙間から前記外筒と前記内筒との間の上流側に対流させて前記排気ガスによる高温ガス層を形成したことを特徴とする。
本発明によれば、中空２重管構造の外筒と内筒との間に下流側より排気ガスを流入させて高温ガス層を形成することができるため、触媒担体を保温することができる。また、内筒を薄肉化することができ、これにより、ヒートマスが下げられるため、ライトオフ性能を向上させることができる。
本発明の第１実施形態の排気浄化装置を示す断面図である。 図１中Ａ−Ａ線に沿う断面図である。 図１中Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。 （ａ）は図３中Ｃ−Ｃ線に沿う断面図、（ｂ）は変形例の図３中Ｃ−Ｃ線に沿う断面図である。 （ａ）は上記排気浄化装置のシールマットの継ぎ目部の接合前の状態を示す斜視図、（ｂ）は同シールマットの継ぎ目部の接合後の状態を示す斜視図である。 （ａ）は上記シールマットの他の例の継ぎ目部の接合前の状態を示す斜視図、（ｂ）は同シールマットの継ぎ目部の接合後の状態を示す斜視図である。 （ａ）は上記シールマットの別の例の継ぎ目部の接合前の状態を示す斜視図、（ｂ）は同シールマットの継ぎ目部の接合後の状態を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態の排気浄化装置を示す断面図である。 本発明の第３実施形態の排気浄化装置を示す断面図である。 本発明の第４実施形態の排気浄化装置を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１実施形態の排気浄化装置を示す断面図、図２は図１中Ａ−Ａ線に沿う断面図、図３は図１中Ｂ−Ｂ線に沿う断面図、図４（ａ）は図３中Ｃ−Ｃ線に沿う断面図、図４（ｂ）は変形例の図３中Ｃ−Ｃ線に沿う断面図、図５（ａ）は同排気浄化装置のシールマットの継ぎ目部の接合前の状態を示す斜視図、図５（ｂ）は同シールマットの継ぎ目部の接合後の状態を示す斜視図である。
図１に示すように、排気浄化装置１０は、排気ガスＧの入口側に位置する金属製の入口側フランジ１１と排気ガスＧの出口側に位置する金属製の出口側フランジ１２との間に触媒コンバータ２０を有しており、入口側フランジ１１を上側に配置すると共に、出口側フランジ１２を下側に配置した車両の床面に対して垂直（起立）の縦置きタイプである。
触媒コンバータ２０は、上流端部３１が入口側フランジ１１の排気ガス入口１１ａに溶接により固着されると共に、下流端部３２が出口側フランジ１２の排気ガス出口１２ａに溶接により固着された金属製の外筒３０と、上流端部４１が外筒３０の上流側に隙間なく保持され、下流端部４２が外筒３０の下流側に隙間を有して配置され、内部に排気ガスＧを浄化する触媒担体２１が収容された金属製の内筒４０と、を備えている。
外筒３０は、上流端部３１から下流端部３２にかけて、円筒状の小径部３３と円錐筒状のテーパ部３４と大径円筒状の基部３５と円錐筒状のテーパ部３６及び円筒状の中径部３７とを有し、大径円筒状の基部３５内に内筒４０を収容している。尚、大径円筒状の基部３５は、両側に位置する円錐筒状のテーパ部３４，３６に溶接により固着されている。また、円錐筒状のテーパ部３６の下流端部３６ｂと円筒状の中径部３７の上流端部３７ａも溶接により固着されている。
図１、図２に示すように、内筒４０は円筒状に形成してあり、その上流端部４１側と外筒３０の大径円筒状の基部３５の上流端部３５ａ側との間の全周にシールマット（断熱部材）４５を介在させて内筒４０の上流端部４１側をスライド自在にシールしてある。この断熱部材としてのシールマット４５は、内筒４０を保持可能な面圧（弾性力）を有し、低熱伝導率のものである。さらに、図２と図５（ａ），（ｂ）に示すように、シールマット４５の継ぎ目部４５ａの長さは、シールマット４５の横幅よりも長くなるように形成してある。即ち、図５（ａ），（ｂ）に示すように、シールマット４５の継ぎ目部４５ａの形状は、相対向する端面側がクランク状に形成されていて、シールマット４５の横幅よりも長さを長く形成してある。これにより、排気ガスＧが漏れにくくなっている。尚、シールマット４５の継ぎ目部４５ａの形状は、クランク状に限らず、図６（ａ），（ｂ）に示すシールマット４５の継ぎ目部４５ｂのように、相対向する端面側を凹凸状に形成したり、図７（ａ），（ｂ）に示すシールマット４５の継ぎ目部４５ｃのように、相対向する端面側を斜めの傾斜面状に形成しても良い。
また、図１、図３、図４（ａ）に示すように、内筒４０の下流端部４２側を外筒３０の円錐筒状のテーパ部３６の上流端部３６ａ側に排気ガスＧがバイパスできるように、外筒３０の大径円筒状の基部３５の下流端部３５ｂと内筒４０の下流端部４２とを複数の中間部材４７を介して部分的に溶着することで固着してある。これにより、内筒４０の下流端部４２に、外筒３０の大径円筒状の基部３５の下流端部３５ｂとの間に所定の隙間Ｔを有した開口端４３が形成される。そして、入口側フランジ１１の排気ガス入口１１ａから流入した排気ガスＧを内筒４０の開口端４３から外筒３０と内筒４０の大径円筒状の基部３５との間の上流側に対流させることにより排気ガスＧによる高温ガス層Ｈが形成される。さらに、所定の隙間Ｔの断面積の合計は、外筒３０と内筒４０との間の断面積の８０％〜９０％以内になるように設定されている。
尚、図４（ｂ）に示すように、内筒４０の下流端部４２側を外筒３０の大径円筒状の基部３５の下流端部３５ｂ側から部分的に内側に突出させた突出部３５ｃに排気ガスＧがバイパスできるように溶着することで固着するようにしても良い。さらに、図１に示すように、内筒４０には、保持部材２２を介して排気ガスＧを浄化する触媒担体２１が取り付けられている。
以上第１実施形態の排気浄化装置１０によれば、中空２重管構造の外筒３０の大径円筒状の基部３５と内筒４０との間に、下流側の内筒４０の開口端４３より排気ガスＧを流入させて高温ガス層Ｈを形成することができるため、自動車のエンジンが停止した際は、触媒コンバータ２０の触媒担体２１の周囲には、温度の高い高温ガス層Ｈが存在するため、触媒担体２１が保温される。
また、内筒４０の板厚を薄肉化することができるため、触媒担体２１の触媒の早期活性が可能となり、これにより、ヒートマスが下げられるため、ライトオフ性能を向上させることができる。
さらに、排気浄化装置１０は、入口側フランジ１１を上側に、出口側フランジ１２を下側にそれぞれ配置した縦置きタイプであるため、大径円筒状の基部３５と内筒４０との間に下流側の内筒４０の開口端４３より排気ガスＧが回り込み易い。
図８は本発明の第２実施形態の排気浄化装置を示す断面図である。
この第２実施形態の排気浄化装置１０Ａは、外筒３０の内筒４０に対向する円錐筒状のテーパ部３４と大径円筒状の基部３５及び円錐筒状のテーパ部３６の外側を断熱遮熱部材３８で覆った点が前記第１実施形態の排気浄化装置１０と異なる。尚、他の構成は、前記第１実施形態と同様であるため、同一構成部分には、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
この第２実施形態の排気浄化装置１０Ａでは、外筒３０の内筒４０に対向する外側を断熱遮熱部材３８で覆ったことにより、自動車のエンジン停止時の触媒担体２１の保温性を更に高めることができる。
図９は本発明の第３実施形態の排気浄化装置を示す断面図である。
この第３実施形態の排気浄化装置１０Ｂは、内筒４０の下流端部４２に先端側が円錐筒状で基部側が円筒状の延長筒部４４を取り付け、この延長筒部４４の下流端部４４ｂ側を外筒３０の円錐筒状のテーパ部３６の下流端部３６ｂ側に排気ガスＧがバイパスできるように複数の中間部材４７を介して部分的に溶着することで固着した点が前記第１実施形態の排気浄化装置１０と異なる。尚、他の構成は、前記第１実施形態と同様であるため、同一構成部分には、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
この第３実施形態の排気浄化装置１０Ｂでは、排気ガスＧによる高温ガス層Ｈの容積を前記第１実施形態のものよりも大きくしたことにより、自動車のエンジン停止時の触媒担体２１の保温性を更に高めることができる。
図１０は本発明の第４実施形態の排気浄化装置を示す断面図である。
この第４実施形態の排気浄化装置１０Ｃは、外筒３０の内筒４０に対向する円錐筒状のテーパ部３４と大径円筒状の基部３５及び円錐筒状のテーパ部３６の外側を断熱遮熱部材３８で覆った点が前記第３実施形態の排気浄化装置１０Ｂと異なる。尚、他の構成は、前記第３実施形態と同様であるため、同一構成部分には、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
この第４実施形態の排気浄化装置１０Ｃでは、外筒３０の内筒４０に対向する外側を断熱遮熱部材３８で覆ったことにより、自動車のエンジン停止時の触媒担体２１の保温性をより一段と高めることができる。
尚、前記各実施形態によれば、記内筒の下流端部側を外筒に前記排気ガスがバイパス可能になるように複数の中間部材を介して部分的に溶着したが、内筒の下流端部側を外筒に排気ガスがバイパス可能になるように複数の断熱部材を介して部分的に固着するようにしても良い。
また、前記各実施形態によれば、内筒の上流端部側と外筒の上流端部側との間の全周に断熱部材を介在させて内筒の上流端部側をスライド自在にシールしたが、内筒の下流端部側と外筒の下流端側の間に断熱部材を点在させて、内筒の下流端部側をスライド自在に保持するようにしても良い。
さらに、前記各実施形態によれば、入口側フランジと出口側フランジとの間に排気浄化装置を設けた縦置きのタイプについて説明したが、横置きのタイプでも良く、さらに、片側にしかフランジがないタイプや両側にフランジがないタイプでも前記各実施形態を適用できることは勿論である。
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 排気浄化装置
２０ 触媒コンバータ
２１ 触媒担体
３０ 外筒
３１ 上流端部（排気ガスの入口）
３２ 下流端部（排気ガスの出口）
３８ 断熱遮熱部材
４０ 内筒
４１ 上流端部
４２ 下流端部
４５ シールマット（断熱部材）
４５ａ，４５ｂ，４５ｃ 継ぎ目部
４７ 中間部材
Ｇ 排気ガス
Ｔ 所定の隙間
Ｈ 高温ガス層
本発明は、排気ガスが流入する触媒コンバータを有した排気浄化装置において、前記触媒コンバータは、前記排気ガスを浄化する触媒担体を保持する内筒と、前記内筒の外周を囲むように隙間をあけて配置される外筒と、を備え、前記内筒は、前記外筒の排気ガスの流れ方向の両端部に固定され、前記内筒及び前記外筒の前記排気ガスの流れ方向下流側において固定された一端部に設けられた開口端を通じて、前記触媒担体を通過した排気ガスを前記内筒及び前記外筒の前記隙間に流入させるようにしたことを特徴とする。
外筒３０は、上流端部３１から下流端部３２にかけて、円筒状の小径部３３と円錐筒状のテーパ部３４と大径円筒状の基部３５と円錐筒状のテーパ部（円錐筒状部）３６及び円筒状の中径部３７とを有し、大径円筒状の基部３５内に内筒４０を収容している。尚、大径円筒状の基部３５は、両側に位置する円錐筒状のテーパ部３４，３６に溶接により固着されている。また、円錐筒状のテーパ部３６の下流端部３６ｂと円筒状の中径部３７の上流端部３７ａも溶接により固着されている。
また、図１、図３、図４（ａ）に示すように、内筒４０の下流端部４２側を外筒３０の円錐筒状のテーパ部３６の上流端部３６ａ側に排気ガスＧがバイパスできるように、外筒３０の大径円筒状の基部３５の下流端部（一端部）３５ｂと内筒４０の下流端部（一端部）４２とを複数の中間部材４７を介して部分的に溶着することで固着してある。これにより、内筒４０の下流端部４２に、外筒３０の大径円筒状の基部３５の下流端部３５ｂとの間に所定の隙間Ｔを有した開口端４３が形成される。そして、入口側フランジ１１の排気ガス入口１１ａから流入した排気ガスＧを内筒４０の開口端４３から外筒３０と内筒４０の大径円筒状の基部３５との間の上流側に対流させることにより排気ガスＧによる高温ガス層Ｈが形成される。さらに、所定の隙間Ｔの断面積の合計は、外筒３０と内筒４０との間の断面積の８０％〜９０％以内になるように設定されている。
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 排気浄化装置
２０ 触媒コンバータ
２１ 触媒担体
３０ 外筒
３５ａ 上流端部
３５ｂ 下流端部（一端部）
３６ 円錐筒状のテーパ部（円錐筒状部）
３８ 断熱遮熱部材
４０ 内筒
４１ 上流端部
４２ 下流端部（一端部）
４３ 開口端
４５ シールマット（断熱部材）
４５ａ，４５ｂ，４５ｃ 継ぎ目部
４７ 中間部材
Ｇ 排気ガス
Ｔ 所定の隙間
Ｈ 高温ガス層

Claims (8)

  1. 排気ガスが流入する触媒コンバータを有した排気浄化装置において、
    前記触媒コンバータは、
    前記排気ガスの入口となる上流端部と前記排気ガスの出口となる下流端部を有する外筒と、
    上流端部が前記外筒内の上流側に隙間なく保持され、下流端部が前記外筒内の下流側に所定の隙間を有して配置され、内部に前記排気ガスを浄化する触媒担体が収容された内筒と、
    を備え、
    前記外筒の上流端部から前記内筒の内部に流入して該内筒の下流端部から排出された前記排気ガスを前記所定の隙間から前記外筒と前記内筒との間の上流側に対流させて前記排気ガスによる高温ガス層を形成したことを特徴とする排気浄化装置。
  2. 請求項１記載の排気浄化装置であって、
    前記内筒の下流端部側を前記外筒に前記排気ガスがバイパス可能になるように複数の中間部材を介して部分的に溶着したことを特徴とする排気浄化装置。
  3. 請求項１記載の排気浄化装置であって、
    前記所定の隙間の断面積の合計は、前記外筒と前記内筒との間の断面積の８０％〜９０％以内であることを特徴とする排気浄化装置。
  4. 請求項１記載の排気浄化装置であって、
    前記内筒の上流端部側と前記外筒との間の全周に断熱部材を介在させて該内筒の上流端部側をスライド自在にシールしたことを特徴とする排気浄化装置。
  5. 請求項１記載の排気浄化装置であって、
    前記内筒の下流端部側を前記外筒に前記排気ガスがバイパス可能になるように複数の断熱部材を介して部分的に固着したことを特徴とする排気浄化装置。
  6. 請求項４記載の排気浄化装置であって、
    前記断熱部材の継ぎ目部の長さを該断面部材の横幅よりも長くなるように形成したことを特徴とする排気浄化装置。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の排気浄化装置であって、
    前記内筒を収容した前記外筒を車両の床面に対して垂直の縦置きに配置したことを特徴とする排気浄化装置。
  8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の排気浄化装置であって、
    前記外筒の前記内筒に対向する外側を断熱遮熱部材で覆ったことを特徴とする排気浄化装置。
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