JP2020045897A - 触媒コンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】触媒の早期活性化を図る触媒コンバータを提供する。【解決手段】第１方向Ｐに沿って排気ガスＧが流れ、排気ガスＧを浄化する第１触媒担体１２と、第２方向Ｑに沿って排気ガスＧが流れ、第１触媒担体１２を通過した排気ガスＧを浄化する第２触媒担体１４と、第１方向Ｐと第２方向Ｑが交差するように、第１触媒担体１２と第２触媒担体１４を収容するアウタケース３０と、を備え、アウタケース３０は、第１触媒担体１２の外周面１２ａに対して隙間１６を空けて、排気ガスＧが流れる環状流路３５を形成する筒状部３１と、第１触媒担体１２を通過した排気ガスＧの一部を環状流路３５に導くガイド部３２と、第１触媒担体１２を通過した残りの排気ガスＧを第２触媒担体１４に向けるよう分岐させる分岐部３３と、を有し、ガイド部３２は、第１方向Ｐと直交する方向Ｘに対して、分岐部３３から第１方向Ｐ側（Ｙ側）に所定角度θで傾斜する。【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化に用いられる触媒コンバータの改良に関する。

触媒担持ハニカム構造体から排出した排ガスを触媒担持ハニカム構造体の外周面に沿って流通させて、触媒担持ハニカム構造体を暖気する構造が、例えば特許文献１に開示されている。

特許第５３６８９５９号公報

上記発明では、触媒担持ハニカム構造体から排出した排ガスが缶体の壁面と垂直にぶつかるため、排ガスを触媒担持ハニカム構造体の外周面に十分に向わせることができず、触媒担持ハニカム構造体からハニカムフィルタに直接流入する排ガスが多くなるおそれがある。その結果、ハニカムフィルタにおいて、触媒担持ハニカム構造体の外周面を通過した排ガスが通る部分と、触媒担持ハニカム構造体からハニカムフィルタに直接流入する部分とで、流量差が生じ、ハニカムフィルタ内で温度差が大きくなるおそれがある。

本発明は、第１方向に沿って排気ガスが流れ、排気ガスを浄化する第１触媒担体と、第２方向に沿って排気ガスが流れ、前記第１触媒担体を通過した排気ガスを浄化する第２触媒担体と、前記第１方向と前記第２方向が交差するように、前記第１触媒担体と前記第２触媒担体を収容するアウタケースと、を備え、前記アウタケースは、前記第１触媒担体の外周面に対して隙間を空けて、排気ガスが流れる環状流路を形成する筒状部と、前記第１触媒担体を通過した排気ガスの一部を前記環状流路に導くガイド部と、前記第１触媒担体を通過した残りの排気ガスを前記第２触媒担体に向けるよう分岐させる分岐部と、を有し、前記ガイド部は、前記第１方向と直交する方向に対して、前記分岐部から前記第１方向側に所定角度で傾斜する。

本発明によれば、第１触媒担体の外周面に沿った環状流路に排気ガスを十分に向わせることできる。

本発明の第１実施形態の触媒コンバータを示す側面図である。 上記触媒コンバータの背面図である。 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。 図２中Ｃ−Ｃ線に沿う断面図である。 図１中Ｄ−Ｄ線に沿う断面図である。 上記触媒コンバータのアウタケース内の排気ガスの流れを示す部分斜視図である。 本発明の第２実施形態の触媒コンバータを示す正面図である。 図８中Ｅ−Ｅ線に沿う断面図である。 上記第２実施形態の触媒コンバータの側面図である。 図１０中Ｆ−Ｆ線に沿う断面図である。

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実施形態の触媒コンバータを示す側面図、図２は触媒コンバータの背面図、図３は図１中Ａ−Ａ線に沿う断面図、図４は図１中Ｂ−Ｂ線に沿う断面図、図５は図２中Ｃ−Ｃ線に沿う断面図、図６は図１中Ｄ−Ｄ線に沿う断面図、図７は触媒コンバータのアウタケース内の排気ガスの流れを示す部分斜視図である。

図５に示すように、触媒コンバータ１０は、第１方向Ｐに沿って排気ガスＧが流れ、排気ガスＧを浄化する第１触媒担体１２と、第２方向Ｑに沿って排気ガスＧが流れ、第１触媒担体１２を通過した排気ガスＧを浄化する第２触媒担体１４と、第１方向Ｐと第２方向Ｑが交差するように、第１触媒担体１２と第２触媒担体１４を収容するアウタケース３０と、を備えている。

詳述すると、触媒コンバータ１０は、図１〜図５に示すように、排気タービンの排気出口部１に入口側フランジ１１を介して取り付けられており、排気ガスＧを浄化する第１触媒担体としてのＴＷＣ（三元触媒）１２の外周面１２ａに緩衝材１３を介して嵌合した金属製で筒状のインナケース２０と、このインナケース２０の一端開口部２１と入口側フランジ１１の排気入口１１ａとの間を接続する該排気入口１１ａから徐々に径が拡大する円錐面状をなすディフューザ部２５と、インナケース２０の他端開口部２２（つまり、ＴＷＣ１２の下流側端面１２ｃ）を包囲するように形成されると共に、ＴＷＣ１２の上流側端面１２ｂから入ってＴＷＣ１２を通過した排気ガスＧを浄化する第２触媒担体としてのＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）１４の外周面１４ａに緩衝材１５を介して嵌合した延長筒状部３７及び排気出口３９ａを有し、かつ、インナケース２０の外周面２０ａとの間に環状流路３５を構成する筒状部３１を有する金属製のアウタケース３０と、を備えている。

図４及び図５に示すように、ディフューザ部２５は、排気入口１１ａから徐々に径が拡大する円錐面状のディフューザ板２６を有している。このディフューザ板２６の一端２６ａは入口側フランジ１１の排気入口１１ａに溶接等で接合されており、他端２６ｂはインナケース２０の一端開口部２１とアウタケース３０の筒状部３１の一端３１ａとに挟まれた状態で溶接等で接合されている。また、インナケース２０は円筒状に形成されており、この円筒状のインナケース２０の内部に円筒状の緩衝材１３を介して円柱状のＴＷＣ１２が収容されている。

図２と図５に示すように、アウタケース３０は、インナケース２０の外周面２０ａ（ＴＷＣ１２の外周面１２ａ）に対して隙間１６を空けて、排気ガスＧが流れる環状流路３５を形成する筒状部３１と、ＴＷＣ１２を通過した排気ガスＧの一部を環状流路３５に導くガイド部３２と、ＴＷＣ１２を通過した残りの排気ガスＧをＧＰＦ１４に向けるよう分岐させる分岐部３３と、を有している。

アウタケース３０の筒状部３１は、インナケース２０の下流側部分の外周面２０ａとほぼ平行に延びており、所謂二重管構造として、インナケース２０の外周面２０ａとの間に環状流路３５を構成している。この環状流路３５は、ＴＷＣ１２の下流側端面１２ｃから排気ガスＧの排気主流が流れ出る分岐部３３の下方の隙間３６と全周に亘って連通しており、上記ＴＷＣ１２の下流側端面１２ｃの位置から逆に排気主流の上流に向かって円筒状に延びている。また、筒状部３１の一端３１ａは、インナケース２０の外周面２０ａにディフューザ板２６を介して溶接等で接合されており、上記環状流路３５の一端を封止している。

図５と図７に示すように、インナケース２０の外周面２０ａの環状流路３５を構成しない面（下側の面）は、隙間１６を介してＧＰＦ１４の上流側端面１４ｂに対向するように位置してＴＷＣ１２とＧＰＦ１４とが所謂Ｔ字型に配置され、ＴＷＣ１２を通過した排気ガスＧの一部は、環状流路３５に回り込んでＧＰＦ１４の上流側端面１４ｂに流れ込むようになっている。即ち、インナケース２０の他端開口部２２に対向するアウタケース３０の筒状部３１の他端側は、分岐部３３からガイド部３２に亘って湾曲形状に形成されていて、ＴＷＣ１２を通過した排気ガスＧの一部は湾曲形状のガイド部３２に沿って環状流路３５へと案内されるようになっている。また、ＴＷＣ１２を通過した主流の排気ガスＧは、分岐部３３の下方の排気主流が流れ出る隙間３６にて略９０°向きを変えて環状流路３５へ回り込むことなくＧＰＦ１４の上流側端面１４ｂに直接流れ込むようになっている。

さらに、図５に示すように、筒状部３１のガイド部３２は、第１方向Ｐと直交する方向Ｘに対して、分岐部３３から第１方向Ｐ側（図５中Ｙ側）に所定角度θ、例えばθ＝３°〜２０°の間で傾斜している。この所定角度θでガイド部３２が傾斜していることで、ＴＷＣ１２を通過した排気ガスＧがスムーズに環状流路３５へと案内されるようになっている。

アウタケース３０の延長筒状部３７は楕円筒状に形成されていて、その上端３７ａは、筒状部３１の他端側から略Ｌ字状に折り曲げられて楕円筒状に拡径された下端部３１ｂに溶接等で接合されている。また、延長筒状部３７の下端部３７ｂ側は、首部３８を介して排気出口３９ａに連通している。そして、楕円筒状の延長筒状部３７の内部に楕円筒状の緩衝材１５を介して楕円柱状のＧＰＦ１４が収容されている。

即ち、図３〜図６に示すように、ＴＷＣ１２は、第１流路断面積を有し、ＧＰＦ１４は、流路断面形状が楕円形状であって、且つ、ＴＷＣ１２の第１流路断面積よりも大きい第２流路断面積を有していて、ＧＰＦ１４は、第２方向Ｑから見たときに、楕円形状の長径の方向Ｒが第１方向Ｐに沿うように配置されている。

また、図４に示すように、ＧＰＦ１４の楕円形状の短径をＤａとし、環状流路３５の流路幅をＷとし、ＧＰＦ１４の長径をＤ１としたとき、Ｄａ≦Ｗ＋Ｄ１の関係を満たすように設定されている。

尚、図３に示すように、インナケース２０の外周面２０ａとアウタケース３０の筒状部３１との間で構成された環状流路３５の隙間は、複数のスペーサ３４を介して維持されている。また、図１に示すように、排気出口３９ａは首部３８の先端に溶接等で接合された出口側フランジ３９に形成されている。

以上第１実施形態の触媒コンバータ１０によれば、図５及び図７に示すように、ＴＷＣ１２を通過した排気ガスＧは、分岐部３３の下方の湾曲形状に沿って下流のＧＰＦ１４の上流側端面１４ｂへと案内され、ＧＰＦ１４を通過して首部３８から排気出口３９ａへと向かう。

一方、図７で破線で示すように、ＴＷＣ１２を通過した排気ガスＧの一部は、ガイド部３２の湾曲形状に沿って環状流路３５へと逆方向へ戻り、かつ、環状流路３５を周方向に流れて、インナケース２０とＧＰＦ１４との間の隙間１６側からＧＰＦ１４の上流側端面１４ｂへと向かう。即ち、ＴＷＣ１２を通過した排気ガスＧの一部が環状流路３５に回り込んでＧＰＦ１４に流れ込み、ＴＷＣ１２を通過した残りの排気ガスＧが環状流路３５を通過せずにＧＰＦ１４に流れ込む。

このように、インナケース２０の外周面２０ａ（ＴＷＣ１２の外周面１２ａ）に沿った環状流路３５に排気ガスＧを十分に向わせることでき、ＴＷＣ１２を通過した排気ガスＧの一部がガイド部３２の湾曲形状に沿って環状流路３５に回り込むため、ＴＷＣ１２が周囲から加熱される。従って、エンジンの始動後等に、ＴＷＣ１２が早期に温度上昇し、触媒の早期活性化が図れる。特に、ＴＷＣ１２の下流側部分が周囲から加熱されるので、ＴＷＣ１２の温度上昇に寄与する。

また、図５に示すように、インナケース２０の外周面２０ａの環状流路３５を構成しない下側の面は、隙間１６を介してアウタケース３０の延長筒状部３７に収容されて嵌合されたＧＰＦ１４の上流側端面１４ｂに対向するように位置され、ＴＷＣ１２の下流側端面１２ｃとＧＰＦ１４の上流側端面１４ｂとをＴ字型に配置し、ＴＷＣ１２を通過した排気ガスＧの一部を、環状流路３５に回り込ませてＧＰＦ１４の上流側端面１４ｂに流れ込むようにしたことにより、触媒配置の省スペース化を図ることができる。

さらに、図３、図５、図６に示すように、アウタケース３０の延長筒状部３７を楕円筒状に形成し、この楕円筒状の延長筒状部３７の内部に楕円柱状のＧＰＦ１４を収容したことにより、大容量のＧＰＦ１４を搭載することができ、厳しい排気規制に対応することができる。

図８は本発明の第２実施形態の触媒コンバータを示す正面図、図９は図８中Ｅ−Ｅ線に沿う断面図、図１０は触媒コンバータの側面図、図１１は図１０中Ｆ−Ｆ線に沿う断面図である。

この第２実施形態の触媒コンバータ１０′では、アウタケース３０の延長筒状部３７′を円筒状に形成し、この円筒状の延長筒状部３７′の内部に円筒状の緩衝材１５′を介して円柱状のＧＰＦ（第２触媒担体）１４′を収容してある点が、前記第１実施形態とは異なる。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実施形態の触媒コンバータ１０′によれば、図９に示すように、アウタケース３０の円筒状の延長筒状部３７′内に円柱状のＧＰＦ１４′を収容し、ＴＷＣ１２を隙間１６を介してＧＰＦ１４′の上流側端面１４ｂに対向するように位置させてＴＷＣ１２とＧＰＦ１４′とを所謂Ｔ字型に配置したことにより、前記第１実施形態と同様の作用・効果を奏する。

尚、前記各実施形態によれば、アウタケースの延長筒状部にＧＰＦを収容したが、上段側にＴＷＣを配置すると共に下段側にＧＰＦを配置した複合の触媒担体をアウタケースの延長筒状部内に収容するようにしても良い。

１０，１０′ 触媒コンバータ
１２ ＴＷＣ（第１触媒担体）
１２ａ 外周面
１４，１４′ ＧＰＦ（第２触媒担体）
１６ 隙間
３０ アウタケース
３１ 筒状部
３２ ガイド部
３３ 分岐部
３５ 環状流路
Ｐ 第１方向
Ｘ 第１方向と直交する方向
Ｑ 第２方向
Ｒ 第２触媒担体の楕円形状の長径の方向
Ｇ 排気ガス
θ 所定角度

本発明は、第１方向に沿って排気ガスが流れ、排気ガスを浄化する第１触媒担体と、第２方向に沿って排気ガスが流れ、前記第１触媒担体を通過した排気ガスを浄化する第２触 媒担体と、前記第１方向と前記第２方向が交差するように、前記第１触媒担体と前記第２触媒担体を収容するアウタケースと、を備え、前記アウタケースは、前記第１触媒担体の外周面に対して隙間を空けて、排気ガスが流れる環状流路を形成する筒状部と、前記第１触媒担体を通過した排気ガスの一部を前記環状流路に導くガイド部と、前記第１触媒担体を通過した残りの排気ガスを前記第２触媒担体に向けるよう分岐させる分岐部と、を有し、前記第１触媒担体の全体は、前記アウタケース内に設けられたインナケース内に収容され、前記インナケースと前記第１触媒担体との間に、緩衝材が配置され、前記ガイド部は、前記第１方向と直交する方向に対して、前記分岐部から前記第１方向側に所定角度で傾斜する。

Claims (5)

1. 第１方向に沿って排気ガスが流れ、排気ガスを浄化する第１触媒担体と、
   第２方向に沿って排気ガスが流れ、前記第１触媒担体を通過した排気ガスを浄化する第２触媒担体と、
   前記第１方向と前記第２方向が交差するように、前記第１触媒担体と前記第２触媒担体を収容するアウタケースと、を備え、
   前記アウタケースは、
   前記第１触媒担体の外周面に対して隙間を空けて、排気ガスが流れる環状流路を形成する筒状部と、
   前記第１触媒担体を通過した排気ガスの一部を前記環状流路に導くガイド部と、
   前記第１触媒担体を通過した残りの排気ガスを前記第２触媒担体に向けるよう分岐させる分岐部と、を有し、
   前記ガイド部は、前記第１方向と直交する方向に対して、前記分岐部から前記第１方向側に所定角度で傾斜することを特徴とする触媒コンバータ。
2. 請求項１記載の触媒コンバータであって、
   前記第１触媒担体を通過した排気ガスの一部が前記環状流路に回り込んで前記第２触媒担体に流れ込み、前記第１触媒担体を通過した残りの排気ガスが前記環状流路を通過せずに前記第２触媒担体に流れ込むことを特徴とする触媒コンバータ。
3. 請求項１又は２記載の触媒コンバータであって、
   前記アウタケースは、前記分岐部から前記ガイド部に亘って湾曲形状に形成されることを特徴とする触媒コンバータ。
4. 第１方向に沿って排気ガスが流れ、排気ガスを浄化する第１触媒担体と、
   第２方向に沿って排気ガスが流れ、前記第１触媒担体を通過した排気ガスを浄化する第２触媒担体と、
   前記第１方向と前記第２方向が交差するように、前記第１触媒担体と前記第２触媒担体を収容するアウタケースと、を備え、
   前記アウタケースは、
   前記第１触媒担体の外周面に対して隙間を空けて、排気ガスが流れる環状流路を形成する筒状部と、
   前記第１触媒担体を通過した排気ガスの一部を前記環状流路に導くガイド部と、
   前記第１触媒担体を通過した残りの排気ガスを前記第２触媒担体に向けるよう分岐させる分岐部と、を有し、
   前記第１触媒担体は、第１流路断面積を有し、
   前記第２触媒担体は、流路断面形状が楕円形状であって、且つ、前記第１流路断面積よりも大きい第２流路断面積を有し、
   前記第２触媒担体は、前記第２方向から見たときに、前記楕円形状の長径の方向が前記第１方向に沿うように配置されることを特徴とする触媒コンバータ。
5. 請求項４記載の触媒コンバータであって、
   前記第２触媒担体の楕円形状の短径をＤａとし、前記環状流路の流路幅をＷとし、前記第２触媒担体の長径をＤ１としたとき、
   Ｄａ≦Ｗ＋Ｄ１
   の関係を満たすことを特徴とする触媒コンバータ。

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