JP2023090236A - 触媒コンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】浄化性能の向上を図った触媒の位置を良好に保持することを目的とする。【解決手段】触媒コンバータは、ケース部と、第１及び第２触媒と、第１及び第２保持部と、連結部とを備える。第１及び第２触媒はケース部の内部に配置され、第２触媒は第１触媒の下流側に位置する。第１保持部は、第１触媒とケース部の内周面との間に配置され、第１触媒を保持するよう促す第１保持力を生じる。第２保持部は、第２触媒とケース部の内周面との間に配置され、第２触媒を保持するよう促す第２保持力を生じる。連結部は、第１触媒と第２触媒とに挟持される。第２保持力は、第１保持力よりも大きい。【選択図】図１

Description

本開示は、触媒コンバータに関する。

特許文献１に記載されているように、筒状のケース部の内部にて２つの触媒が排気の流れ方向に沿って並んで配置されている、タンデム型の触媒コンバータが知られている。特許文献１の触媒コンバータは、上流側の金属担体と下流側の金属担体との間に、スクリュー等として構成されたスペーサが配置されている。

特開平６－２４１０３６号公報

ところで、環境規制に対応するため、触媒コンバータには、車両のエンジン始動後、より早期に触媒を活性温度まで到達させ、効果的に排気の浄化を行うようにすることが求められている。そして、これを実現するためには、例えば、触媒を小型化したり、触媒を形成する壁部を薄くしたりすること（以後、薄壁化）で、触媒の熱容量を低下させる必要がある。

しかし、触媒の小型化や薄壁化により、触媒の浄化性能は向上するものの、ケース部の内部における所定の位置に触媒を保持しておくのが困難になる恐れがある。

本開示の一態様では、浄化性能の向上を図った触媒の位置を良好に保持することを目的とする。

本開示の一態様は、触媒コンバータであって、ケース部と、第１触媒と、第２触媒と、第１保持部と、第２保持部と、連結部と、を備える。ケース部は、車両のエンジンからの排気の流路に配置可能な筒状である。第１触媒は、ケース部の内部に配置される。第２触媒は、ケース部の内部に配置される部位であって、第１触媒に対し排気の流れ方向の下流側に位置する部位である。第１保持部は、第１触媒とケース部の内周面との間に配置され、排気の流れ方向における予め定められた位置に第１触媒を保持するよう促す第１保持力を生じるよう構成される。第２保持部は、第２触媒とケース部の内周面との間に配置され、排気の流れ方向における予め定められた位置に第２触媒を保持するよう促す第２保持力を生じるよう構成される。連結部は、第１触媒と第２触媒とに挟持され、通気性を有する。第１触媒及び第２触媒は、第１及び第２条件の少なくとも一方を充足する。第１条件とは、第１触媒のサイズは、第２触媒のサイズよりも小さいとの条件である。第２条件とは、第１触媒の強度は、第２触媒の強度よりも低いとの条件である。第２保持力は、第１保持力よりも大きい。

上記構成によれば、浄化性能の向上に伴い小型化及び／又は低強度化がなされた第１触媒が、排気の流れ方向に変位しようとした場合に、該第１触媒を、連結部を介して第２触媒にて支持できる。このため、浄化性能の向上を図った触媒の位置を良好に保持できる。

本開示の一態様では、連結部は、クッション性を有してもよい。

上記構成によれば、連結部との当接により第１及び第２触媒に損傷が生じるのを抑制できる。

本開示の一態様では、連結部は、ケース部の内部の第１触媒と第２触媒との間の空間における、排気の流れが集中する領域に配置されてもよい。

上記構成によれば、第１及び第２触媒を通過する排気の流れが偏るのを抑制できる。このため、第１及び第２触媒に局所的に負荷がかかり、第１及び第２触媒が部分的に劣化するのを抑制できる。

触媒コンバータの軸線を含む断面図である。 連結部の変形例である。 連結部の変形例である。 連結部の変形例である。 連結部の変形例である。 連結部の変形例である。 変形例の連結部における軸線を含む断面図である。 変形例の連結部における軸線を含む断面図である。

以下、本開示の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本開示の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

［１．触媒コンバータ］
触媒コンバータ１は、車両に搭載され、車両のエンジンからの排気を浄化する（図１参照）。なお、エンジンとは、例えば、ガソリンエンジンであっても良いし、ディーゼルエンジンであっても良い。触媒コンバータ１は、タンデム型として構成されており、ケース部２と、第１及び第２触媒３、４と、第１及び第２保持部５、６と、連結部７とを備える。

［２．ケース部］
ケース部２は、一例として軸線１０に沿ってまっすぐに延びる円筒状に形成されている（図１参照）。ケース部２は、エンジンからの排気の流路に配置され、ケース部２の両端に位置する排気の入口２０及び出口２１は、それぞれ、排気管に接続される。

ケース部２は、軸線１０が排気の流れ方向１１と一致するように配置され、軸線１０に直交する断面（以後、単に断面とも記載）は円形であると共に、軸線１０は断面の中心を通過する。なお、ケース部２の形状はこれに限らず、例えば、ケース部２は湾曲した形状を有していても良いし、ケース部２の断面は多角形状であっても良い。

［３．第１及び第２触媒］
第１及び第２触媒３、４は、ケース部２の内部に配置され、排気の流れ方向１１に沿って並んで配置される（図１参照）。また、第１触媒３及び第２触媒４は、間隔を空けて配置され、第１触媒３は、排気の流れ方向１１の上流側（以後、単に上流側と記載）に位置し、第２触媒４は、排気の流れ方向１１の下流側（以後、単に下流側と記載）に位置する。

第１及び第２触媒３、４は、一例として円柱状であり、排気の流れ方向１１（換言すれば、軸線１０の方向）に延びるようにケース部２の内部に配置される。以後、第１及び第２触媒３、４における上流側に位置する底面を、上流底面３０、４０と記載し、下流側に位置する底面を、下流底面３１、４１と記載する。

第１及び第２触媒３、４は、上流底面から下流底面まで排気の流れ方向１１に延びる複数の排気の流路（以後、セルとも記載）を有しており、排気との接触によって排気中の環境汚染物質を改質又は捕集し、排気を浄化する。なお、第１及び第２触媒３、４は、一例として、ハニカム構造を有していても良い。

また、第１触媒３は第２触媒４よりも熱容量が低く、車両のエンジン始動時には、第１触媒３は早期に活性化温度に到達し、効果的に排気を浄化できる。また、第１触媒３の熱容量を第２触媒４よりも低くした結果、第１及び第２触媒３、４は、以下の第１及び第２条件を充足する。

すなわち、第１条件とは、第１触媒３のサイズは、第２触媒４のサイズよりも小さいとの条件である。なお、サイズとは、換言すれば外周面の面積であり、第１及び第２触媒３、４の軸線１０の方向の長さ（以後、単に長さと記載）と、第１及び第２触媒３、４の断面の径とにより定められる。本実施形態では、一例として、第１触媒３の長さは、第２触媒４の長さよりも短く、第１触媒３の断面の径は、第２触媒４の断面の径よりも小さい。なお、これに限らず、第１触媒３は、長さ又は径の一方が第２触媒４よりも小さいことにより、第２触媒４よりもサイズが小さくなっていても良い。

また、第２条件とは、第１触媒３の強度は、第２触媒４の強度よりも低いとの条件である。具体的には、第１触媒３は、第２触媒４に比べ、各セル及び外周面を形成する壁部が薄いため、第２触媒４よりも強度が低い。

なお、第１及び第２触媒３、４は、第１及び第２条件のうちの一方を充足することで、第１触媒３の熱容量が第２触媒４よりも低くなるよう構成されていても良い。

［４．第１及び第２保持部］
第１及び第２保持部５、６は、それぞれ、扁平なマット状の緩衝材として構成されており、第１及び第２触媒３、４の外周面を周回するように設けられる（図１参照）。第１保持部５は、第１触媒３の外周面とケース部２の内周面との間に配置され、第２保持部６は、第２触媒４の外周面と、ケース部２の内周面との間に配置される。

第１及び第２触媒３、４は、排気の背圧や車両の振動等により、排気の流れ方向１１の位置が変化する恐れがある。これに対し、第１保持部５は、第１触媒３に対し第１保持力を加え、第１触媒３における排気の流れ方向１１の位置が保持されるよう促す。第１保持力は、第１保持部５の面密度や、第１保持部５と第１触媒３とが当接する部分の面積（以後、接触面積）が大きくなるに従い、大きくなる。面密度とは、単位面積当たりの重量を意味する。

同様に、第２保持部６もまた、第２触媒４に対し第２保持力を加え、第２触媒４における排気の流れ方向１１の位置が保持されるよう促す。第２保持力もまた、第１保持力と同様、第２保持部６の面密度や、第２保持部６と第２触媒４との接触面積が大きくなるに従い大きくなる。

［５．連結部］
連結部７は、通気性を有する材料で構成されており、ケース部２の内部における第１触媒３と第２触媒４との間の空間（以後、中間空間２２）に配置され、これらの触媒に挟持される（図１参照）。連結部７は、第１触媒３の下流底面３１と、第２触媒４の上流底面４０とに当接する。

連結部７は、クッション性を有していても良く、一例として、ワイヤメッシュにより構成されていても良い。なお、ワイヤメッシュは、例えば、ステンレスにより構成されていても良い。また、ワイヤメッシュである連結部７の繊維が、第１触媒３の下流底面３１における複数のセルの開口と、第２触媒４の上流底面４０における複数のセルの開口とに進入した状態となるように、連結部７を配置しても良い。これにより、連結部７が下流底面３１と上流底面４０とに引っ掛かった状態となる。つまり、連結部７の一部が、第１及び第２触媒３、４のセルの内部に進入した状態になり、摩擦力により、連結部７が断面の方向にずれるのを抑制できる。換言すれば、連結部７により、第１及び第２触媒３、４が連結される。

この他にも、連結部７は、一例として、発泡金属等の多孔体により構成されていても良い。

また、連結部７は、中間空間２２における排気の流れが集中する領域に配置される。本実施形態では、ケース部２はまっすぐ延びる円筒状の形状を有しているため、ケース部２における断面の中央部は、排気の流れが集中し、排気の流速が相対的に高くなる。このため、一例として、連結部７は、円盤状に形成され、中間空間２２における断面の中央部に配置される。より詳しくは、連結部７は、断面の中心が軸線１０の位置と略一致するように中間空間２２に配置される。

無論、ケース部２の内部における排気の流れが集中する領域は、ケース部２の形状や、ケース部２の上流側に接続される排気管の形状等に応じて変化する。このため、連結部７の位置は、これらに応じて適宜定められ得る。また、排気の流れに関わらず、連結部７の位置が定められても良い。

［６．連結部の変形例］
連結部７における排気の流れが集中する部分の通気性を、他の部分の通気性よりも低くすることで、第１及び第２触媒３、４を通過する排気の流れの偏りを、より一層抑制するようにしても良い。

ここで、以下に説明する変形例においても、連結部７は、断面の中心が軸線１０の位置と略一致するように配置される。また、連結部７における断面の中央に位置する部分を中央部と記載すると共に、中央部を囲む部分を周縁部と記載する。

連結部７は、一例として、円錐台状に形成されていても良いし（図２参照）、軸線１０に平行な断面が略楕円形となるように形成されていても良い（図３参照）。これにより、連結部７に、相対的に厚みの大きい中央部７０、７２と、縁部に向かうに従いその厚みが低減する周縁部７１、７３とが形成される。

このため、中央部７０、７２では通気性が低くなると共に、周縁部７１、７３においては、縁部に向かうに従い通気性が徐々に高くなる。このため、上述したように、ケース部２における断面の中央部に排気の流れが集中する場合には、第１及び第２触媒３、４を通過する排気の流れがより一様化するよう、促すことができる。

また、例えば、ワイヤメッシュにより構成された円盤状の連結部７において、中央部のワイヤメッシュの密度を相対的に高くすると共に、周縁部のワイヤメッシュの密度を相対的に低くしても良い。また、例えば、多孔体として構成された円盤状の連結部７において、中央部の多孔度を相対的に低くすると共に、周縁部の多孔度を相対的に高くしても良い。なお、多孔度とは、物体が孔等の隙間を有する度合いを意味する。

これにより、中央部では通気性が低くなると共に、周縁部の通気性が高くなる。このため、第１及び第２触媒３、４を通過する排気の流れがより一様化するよう、促すことができる。

無論、連結部７における排気の流れが集中する部分は、ケース部２の形状や、ケース部２の上流側に接続される排気管の形状や、連結部７の位置等に応じて変化する。このため、ケース部２の形状や連結部７の位置等に応じて、連結部７の各部分の通気性が調整され得る。

この他にも、例えば、連結部７は、円柱部７４と、複数（一例として、２つ）の円筒部７５とを有していても良い（図４参照）。そして、円柱部７４は、軸線１０に沿って延びるように配置され、複数の円筒部７５は、円柱部７４を囲むように同心円状に配置されるようにしても良い。

さらに、連結部７は、円柱部７４と、複数（一例として３つ）の円筒部７５とを有すると共に、これらの部位を接続するように径方向に延びる複数の壁部７６を有していても良い（図５参照）。

また、連結部７は、軸線１０を周回する渦巻き状の壁部７７を有していても良い（図６参照）。

これらの構成によれば、連結部７を設けたことによる圧損の増加を抑制できる。

また、例えば、連結部７は、本体部７８と外周部７９とを備えていても良い（図７、８参照）。本体部７８は、第１触媒３の下流底面３１の全域と、第２触媒４の上流底面４０の全域とを覆う円盤状の部位である。また、外周部７９は、本体部７２を囲むように本体部７２の縁部に設けられる。

そして、外周部７９は、図７に示すように、連結部７が第１触媒３の下流底面３１に嵌合するよう上流側に突出していても良い。また、外周部７９は、第１触媒３の外周面とケース部２の内周面との間に挟持されても良い。なお、外周部７９は、上流側に替えて、下流側に同様にして突出していても良い。

この他にも、外周部７９は、図８に示すように、連結部７が第１触媒３の下流底面３１と第２触媒４の上流底面４０とに嵌合するよう、上流側及び下流側に突出していても良い。そして、外周部７９は、第１触媒３の外周面とケース部２の内周面との間に挟持されると共に、第２触媒４の外周面とケース部２の内周面との間に挟持されても良い。

このような構成によれば、連結部７の位置がずれるのを抑制できる。また、触媒コンバータ１の製造工程において、連結部７の位置決めが容易になり、連結部７を配置する作業が容易になる。

また、本体部７８及び外周部７９を有する連結部７においても、ワイヤメッシュにより構成されている場合には、同様にして、中央部のワイヤメッシュの密度を相対的に高くすると共に、周縁部のワイヤメッシュの密度を相対的に低くしても良い。また、該連結部７が多孔体により構成されている場合には、同様にして、中央部の多孔度を相対的に低くすると共に、周縁部の多孔度を相対的に高くしても良い。これにより、第１及び第２触媒３、４を通過する排気の流れがより一様化するよう、促すことができる。

［７．触媒コンバータの製造方法］
触媒コンバータの製造工程においては、ケース部２が形成される。また、第１触媒３の外周面を覆うように第１保持部５が設けられると共に、第２触媒４の外周面を覆うように第２保持部６が設けられる。そして、第１保持部５が設けられた第１触媒３と、第２保持部６が設けられた第２触媒４と、連結部７とが、まとめてケース部２の内部に配置される。これにより、第１触媒３の下流底面３１と第２触媒４の上流底面４０とにより、連結部７が挟持された状態となる。

具体的には、まず、第２保持部６が設けられた第２触媒４が入口２０からケース部２に圧入されても良い。そして、連結部７が上流底面４０と下流底面３１とに挟持された状態で、第１保持部５が設けられた第１触媒３が入口２０からケース部２に圧入され、これに伴い、連結部７を介して該第１触媒３により該第２触媒４がさらに圧入されても良い。その後、該第１触媒３が所定の位置まで圧入されると、該第２触媒４もまた所定の位置まで到達し、第１及び第２触媒３、４の圧入が完了する。

反対に、まず、第１保持部５が設けられた第１触媒３が出口２１からケース部２に圧入されても良い。そして、連結部７が下流底面３１と上流底面４０とに挟持された状態で、第２保持部６が設けられた第２触媒４が出口２１からケース部２に圧入され、これに伴い、連結部７を介して該第２触媒４により該第１触媒３がさらに圧入されても良い。その後、該第２触媒４が所定の位置まで圧入されると、該第１触媒３もまた所定の位置まで到達し、第１及び第２触媒３、４の圧入が完了する。

これにより、第１及び第２触媒３、４を、ケース部２の入口２０と出口２１とから別々に２回にわたって圧入する場合に比べ、作業負荷を低減できる。

［８．第１及び第２保持力］
上述したように、車両のエンジン始動時における第１触媒３の浄化性能を向上させるため、第１触媒３の熱容量を低下させた結果、第１触媒３は、サイズ及び強度において第２触媒４を下回っている。そして、これにより、第１保持力は、第２保持力よりも小さくなっている。

すなわち、第１触媒３は、第２触媒４よりも外周面の面積が小さい。このため、第１触媒３と第１保持部５との接触面積は、第２触媒４と第２保持部６との接触面積よりも小さくなり、これに起因して、第１保持力は第２保持力よりも小さくなっている。

ここで、接触面積が低下した第１触媒３にて十分な第１保持力を発生させるため、第１保持部５にて生じる単位面積当たりの第１保持力を高くすることが考えられる。しかし、このような措置を取ると、触媒コンバータ１の製造工程において、外周面に第１保持部５が設けられた第１触媒３をケース部２に圧入する際に必要な力（以後、圧入荷重）が大きくなる。

これに対し、第１触媒３は、熱容量の低下に伴い強度が低下しているため、圧入荷重が大きくなると、圧入時に第１触媒３が破損する恐れがある。このため、第１保持部５は、第１触媒３の圧入を可能とするため、単位面積当たりの第１保持力が低くなるように構成されている。その結果、第１保持部５は、第１触媒３の排気の流れ方向の位置を保持できず、第１触媒３は、排圧や車両の振動により下流側に変位する恐れがある。

一方、第２保持部６は、第１保持部５に比べ接触面積が大きく、第２保持部６における第２保持力は第１保持力よりも大きい。つまり、第１保持力の低下を第２保持部６にて補うよう構成されており、第２保持部６は、背圧や車両の振動により下流側に変位しようとする第２触媒４を支持しつつ、同様の要因により下流側に変位する第１触媒３を、連結部７を介して第２触媒４にて支持する。具体的には、第２保持力は、下流側に変位しようとする第１及び第２触媒３、４の排気の流れ方向の位置を保持できる程度の大きさを有する。

一例として、第２保持部６の面密度を、第１保持部５の面密度よりも高くすることで、第２保持力を大きくしても良い。無論、これに限らず、例えば、第２保持部６を構成する材料を適宜選択することで、第２保持力を大きくしても良い。

なお、第１触媒３は、サイズ及び強度のうちの一方において第２触媒４を下回っており、その結果、第１保持力が第２保持力よりも小さくなっていても良い。そして、第２保持部６は、同様にして第１及び第２触媒３、４の位置を保持できる程度の第２保持力を生じるよう構成されていても良い。

［９．効果］
（１）上記実施形態によれば、エンジン始動時の浄化性能を向上させるべく第１触媒３の熱容量を低下させた結果、第１触媒３は小型化及び低強度化されており、これにより、第１保持力が低下している。しかし、第１触媒３が排気の流れ方向１１に変位しようとした場合には、連結部７を介して第２触媒４にて第１触媒３が支持される。このため、浄化性能の向上を図った第１触媒３の位置を良好に保持できる。また、第１及び第２触媒３、４同士が接触し、これらの触媒に損傷が生じるのを抑制できる。また、連結部７を設けたことで、触媒コンバータ１の製造工程において、第１及び第２触媒３、４を、まとめてケース部２に圧入できる。このため、作業負荷を低減できる。

（２）また、連結部７は、ワイヤメッシュ等で構成され、クッション性を有する。このため、連結部７との当接により第１及び第２触媒３、４に損傷が生じるのを抑制できる。

（３）また、連結部７が排気の流れが集中する領域に配置されているため、第１及び第２触媒３、４を通過する排気の流れが偏るのを抑制できる。これにより、第１及び第２触媒３、４に局所的に負荷がかかり、第１及び第２触媒３、４が部分的に劣化するのを抑制できる。また、第１及び第２触媒３、４の浄化性能が向上する。

［１０．他の実施形態］
上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

１…触媒コンバータ、１０…軸線、１１…排気の流れ方向、２…ケース部、２２…中間領域、３…第１触媒、３１…下流底面、４…第２触媒、４０…上流底面、５…第１保持部、６…第２保持部、７…連結部。

Claims (3)

1. 触媒コンバータであって、
   車両のエンジンからの排気の流路に配置可能な筒状のケース部と、
   前記ケース部の内部に配置される第１触媒と、
   前記ケース部の内部に配置される部位であって、前記第１触媒に対し排気の流れ方向の下流側に位置する部位である第２触媒と、
   前記第１触媒と前記ケース部の内周面との間に配置され、前記排気の流れ方向における予め定められた位置に前記第１触媒を保持するよう促す第１保持力を生じるよう構成された第１保持部と、
   前記第２触媒と前記ケース部の内周面との間に配置され、前記排気の流れ方向における予め定められた位置に前記第２触媒を保持するよう促す第２保持力を生じるよう構成された第２保持部と、
   前記第１触媒と前記第２触媒とに挟持され、通気性を有する連結部と、を備え、
   前記第１触媒及び前記第２触媒は、第１及び第２条件の少なくとも一方を充足し、
   前記第１条件とは、前記第１触媒のサイズは、前記第２触媒のサイズよりも小さいとの条件であり、
   前記第２条件とは、前記第１触媒の強度は、前記第２触媒の強度よりも低いとの条件であり、
   前記第２保持力は、前記第１保持力よりも大きい
   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、
   前記連結部は、クッション性を有する
   触媒コンバータ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の触媒コンバータであって、
   前記連結部は、前記ケース部の内部の前記第１触媒と前記第２触媒との間の空間における、排気の流れが集中する領域に配置される
   触媒コンバータ。

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