JP2020020284A

JP2020020284A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2020020284A
Application number: JP2018143305A
Authority: JP
Inventors: 久永　徹; Toru Hisanaga; 徹久永; 大輔菅谷; Daisuke Sugaya; 智行五十嵐; Tomoyuki Igarashi; 下野園　均; Hitoshi Shimonosono; 均下野園
Original assignee: Marelli Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2018-07-31
Publication date: 2020-02-06

Abstract

【課題】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。【解決手段】排ガスＧが流通する触媒コンバータ２０を有した排気浄化装置において、触媒コンバータは、両端部が排ガスの入口側フランジと排ガスの出口側フランジにそれぞれ接続された外筒３０と、両端部が外筒の内側にマット材４５ａ、４５ｂを介して隙間なく保持され、内部に触媒担体２１が収納された内筒４０とを備え、内筒と外筒との間に空気層Ｔを形成し、内筒は外筒と非接触で配置される。【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に関する技術は種々提案されている（例えば、特許文献１）。

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、筒部には排気浄化体(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、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が、外気と接するため、積極的に熱交換されて冷えるのが早いという不都合がある。

また、触媒担体の温度が下がると、排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る。そのため、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という問題がある。

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、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、排ガスが流通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、両端部が前記排ガスの入口側フランジと前記排ガスの出口側フランジにそれぞれ接続された外筒と、両端部が前記外筒の内側にマット材を介して隙間なく保持され、内部に触媒担体が収納された内筒と、を備え、前記内筒と前記外筒との間に空気層を形成し、前記内筒は前記外筒と非接触で配置されることを特徴とする排気浄化装置である。

本発明によれば、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ができる。

本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置を示す断面図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。図１のＢ−Ｂ線断面図である。本発明の第２実施形態に係る排気浄化装置を示す断面図である。本発明の第３実施形態に係る排気浄化装置を示す模式的断面図である。本発明の第４実施形態に係る排気浄化装置を示す模式的断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１〜図３を参照して、第１実施形態に係る排気浄化装置１０について説明する。

図１は、第１実施形態に係る排気浄化装置１０を示す断面図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る排気浄化装置１０は、排ガス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を有している。

なお、排気浄化装置１０は、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を下側に配置した所謂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とを有している。

なお、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。

内筒４０は円筒状に形成され、排ガスＧの入口１１ａ側には、拡径部としての上流端部４１が設けられ、排ガスＧの出口１２ａ側には、前記拡径部より小径の縮径部としての下流端部４２が設けられている。

図１に示すように、内筒４０には、保持部材２２を介して排ガスＧを浄化する触媒担体２１が取り付けられている。

内筒４０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側との間の全周には、マット材（断熱部材）４５ａが設けられてシールされている（図２参照）。

また、内筒４０の下流端部４２側と縮径部としての下流端部４２側との間の全周には、マット材（断熱部材）４５ｂが設けられてシールされている。

マット材４５ａ、４５ｂは、例えば弾性および断熱性を有し、アルミナを５０％以上成分として含むフェルト状のアルミナシリカやセラミックウール等で構成される。

より具体的には、マット材４５ａ、４５ｂとして、繊維構成のアルミナファイバ（Ａｌ_２Ｏ_３：ＳｉＯ_２＝７２：２８ｗｔ％）を用いることができる。なお、ＧＢＤ（繊維圧壊限界）は、０．２〜０．５の範囲で使用するとよい。

上記アルミナファイバは、繰り返し形状追従性及び面圧劣化に対する耐久性が強い所謂ダンピング機能を有している。

また、上記アルミナファイバは、無機バインダ粒子等を添加することにより、繊維間摩擦係数を増大させ、保持力の向上と、繊維ズレによる保持力ロスの低減を図ることができる。

さらに、上記アルミナファイバは、優れた高耐熱性、高耐風食性等を備えている。

このように、上記アルミナファイバは、本実施の形態に係る排気浄化装置１０におけるマット材４５ａ、４５ｂに適した機能、性能を備えている。

そして、マット材４５ａ、４５ｂの介在により、内筒４０と外筒３０との間に密閉された空気層Ｔが形成される。

この空気層Ｔは、触媒コンバータ２０が排ガスＧ等によって暖められた際に、内筒４０からの輻射熱によって加熱される。これにより、エンジンが止まった際に、触媒担体２１は、加熱されて比較的温度の高い空気層Ｔによって保温される。

また、内筒４０と外筒３０とは、空気層Ｔを介して非接触とされているので、熱伝導によって空気層Ｔの熱が逃げることを抑制することができる。また、触媒コンバータ２０を保持する部位が、直接外気と触れないので、より保温効果を向上することができる。

なお、内筒４０は、外筒３０に対して摺動可能に設けることができる。これにより、内筒４０や外筒３０の加熱、冷却に伴う膨張や収縮を、内筒４０の外筒３０に対する摺動で吸収することができる。

以上述べたように、第１の実施の形態に係る排気浄化装置１０によれば、マット材（断熱部材）４５ａ、４５ｂの介在により、内筒４０と外筒３０との間に密閉された空気層Ｔ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、温度の高い空気層Ｔが存在するので、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（触媒の低温活性）を向上させることができる。

さらに、外筒３０には直接排ガスＧが当たらないので、外筒３０は比較的温度が低い。そのため、外筒３０の周囲に配置する遮熱板を小型化したり、或いは遮熱板自体を省くことができ、排気浄化装置１０を小型化することができる。

（第２実施形態）
図４を参照して、第２実施形態に係る排気浄化装置１０Ａについて説明する。

なお、第２実施形態に係る排気浄化装置１０Ａにおいて、第１実施形態に係る排気浄化装置１０と同様の構成については、同一符号を付して重複した説明は省略する。

第２実施形態に係る排気浄化装置１０Ａでは、第１実施形態に係る排気浄化装置１０の保持部材２２に代えて、マット材（断熱部材）１４５ａ、１４５ｂによって触媒担体２１を保持している。

より具体的には、図４に示すように、マット材（断熱部材）１４５ａ、１４５ｂは、触媒担体２１を挟むようにして、触媒担体２１の両端部に配置されている。これにより、触媒担体２１の保温性をより高めることができる。

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ので、ライトオフ性能（触媒の低温活性）を向上させることができる。さらに、外筒３０には直接排ガスＧが当たらないので、外筒３０は比較的温度が低い。そのため、外筒３０の周囲に配置する遮熱板を小型化したり、或いは遮熱板自体を省くことができ、排気浄化装置１０Ａを小型化することができる。

（第３実施形態）
図５を参照して、第３実施形態に係る排気浄化装置１０Ｂについて説明する。

なお、第３実施形態に係る排気浄化装置１０Ｂにおいて、第１実施形態に係る排気浄化装置１０と同様の構成については、同一符号を付して重複した説明は省略する。

第３実施形態に係る排気浄化装置１０Ｂが、第１実施形態に係る排気浄化装置１０と異なる点は、触媒担体２１の側面と対向する側の密閉空気層Ｔ１の幅Ｗ１は、他の部位（入口側および出口側）の密閉空気層Ｔ２の幅Ｗ２より薄く形成されている（即ち、Ｗ２＞Ｗ１の関係となっている）点である。

このように、密閉空気層Ｔ１を比較的狭くすることにより、排気浄化装置１０Ｂの径を小さくすることができ、小型化に資することができる。

（第４実施形態）
図６を参照して、第４実施形態に係る排気浄化装置１０Ｃについて説明する。

なお、第４実施形態に係る排気浄化装置１０Ｃにおいて、第１実施形態に係る排気浄化装置１０と同様の構成については、同一符号を付して重複した説明は省略する。

第４実施形態に係る排気浄化装置１０Ｃが、第１実施形態に係る排気浄化装置１０と異なる点は、内筒４０Ａの厚みＤ２が、外筒３０Ａの厚みＤ１より薄くなるように設計されている点である。

即ち、例えば、外筒３０Ａの厚みＤ１は約１．２〜１．５ｍｍ程度、内筒４０Ａの厚みＤ２の厚みは約０．８〜１．２ｍｍ程度に選定される。

また、外筒３０Ａと内筒４０Ａの両端部側には空気層Ｔ１０を閉塞するマット材４５ａ、４５ｂが配置されている。

第４実施形態に係る排気浄化装置１０Ｃは、このような構成により、熱伸びに対する耐性を高めることができる。

また、内筒４０Ａの板厚を薄肉化しているため、触媒担体２１の触媒の早期活性が可能となり、ヒートマスが下げられるので、ライトオフ性能（触媒の低温活性）をより向上させることができる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…排気浄化装置
１１…入口側フランジ
１１ａ…排ガス入口
１２…出口側フランジ
１２ａ…排ガス出口
２０…触媒コンバータ
２１…触媒担体
３０、３０Ａ…外筒
３１…上流端部
３２…下流端部
４０、４０Ａ…内筒
４１…上流端部
４２…下流端部
４３…開口端
４５ａ、４５ｂ、１４５ａ、１４５ｂ…マット材(断熱部材)
Ｇ…排ガス
Ｔ、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１０…空気層

Claims

排ガスが流通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、
両端部が前記外筒の内側にマット材を介して隙間なく保持され、内部に触媒担体が収納された内筒と、を備え、
前記内筒と前記外筒との間に密閉空気層を形成し、
前記内筒は前記外筒と非接触で配置されることを特徴とする排気浄化装置。
前記内筒は、
前記排ガスの入口側に位置する拡径部と、前記排ガスの出口側に位置する縮径部と、前記拡径部と前記縮径部との間に位置し前記触媒担体を収納する担体収納部と、
を備え、
前記マット材は、前記拡径部と前記縮径部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
前記内筒は、前記外筒に対して摺動可能に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項２の何れか１項に記載の排気浄化装置。
前記マット材は、前記触媒担体を挟むように位置していることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の排気浄化装置。
前記マット材は、アルミナを５０％以上成分とすることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の排気浄化装置。
前記触媒担体の側面と対向する側の前記密閉空気層の幅は、他の部位の前記密閉空気層の幅より薄いことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の排気浄化装置。
前記内筒の厚みは、前記外筒の厚みより薄くなるように選定されていることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の排気浄化装置。