JP3214950U - 二段式背圧触媒コンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】ハニカム担体の圧力と温度を低下させてタービンブレードを破損せず、排気効率を改善する二段式背圧触媒コンバータを提供する。【解決手段】二段式背圧触媒コンバータは、本体１０、テールチューブ４０及びハニカム担体２０を有する。ハニカム担体は本体内に堅固に取り付けられ、吸気開口に対して比較的近接する第１のセクション２１及び排気開口に対して比較的近接する第２のセクション２２を有する。第１のセクションの開孔の密度は第２のセクションの開孔の密度よりも高い。このため、第１のセクションを通過するとき廃ガスは膨張に十分なスペースを有し、よって圧力及び温度がともに低下し、背圧や押し戻しの問題が解決される。テールチューブは本体内に堅固に取り付けられてバッフル４２を形成する。廃ガスはハニカム担体を通過した後にバッフルに当たって乱流を発生させ、ガスを減速させてガスを貴金属被膜と完全に反応させることができる。【選択図】図２

Description

本考案は、内燃機関の排気管の触媒コンバータに関し、特に車両用触媒コンバータに係わる。

触媒コンバータは、排気管内に装着される装置であり、触媒としてプラチナ、パラジウム、ロジウムなどの貴金属被膜を採用し、触媒機構により有毒ガスを低減する。有毒ガスを完全に変換させるために、先行技術は一般的にハニカム担体を使用して表面積を増加させて反応を完了させる。

従来から、触媒コンバータは、本体及びハニカム担体と組み合わされている。本体は、任意の形状とすることができる中空のチューブであり、ハニカム担体は本体に装着されている。ハニカム担体の断面は高密度格子型構造であり、前述の貴金属被膜はハニカム担体の開孔の壁に着膜される。

前述のハニカム担体の開孔の密度は各開孔の何所においても一定であり、一般的には１０００〜１２００ｃｐｓｉ（セル／平方インチ）である。このような高密度構造は以下のような欠点がある。

第１に、有毒ガスは開孔の高密度のためにハニカム担体を遅速で通過し、一方、この間にエンジンはまだ排気しており、それで背圧が発生し、ガスを押し戻すことさえある。よって、タービンブレードはガスの遅速流速度の結果である増加圧力によって生じる高温に因り破壊される。

第２に、上述の背圧は、低速での排気効率を低下させ、エンジンの出力効率に影響し、一方、この間にエンジンはまだ高速で作動している。

この欠点を解消するために、本考案は二段式背圧触媒コンバータを提供して、上述の問題を緩和又は回避せんとする。

本考案の主目的は担体の圧力及び温度を低下することができる二段式背圧触媒コンバータを提供することであり、よって高温に因りタービンブレードが破損されず、かつ排気効率が改善されるようにする。

二段式背圧触媒コンバータは本体、テールチューブ及びハニカム担体を備える。本体は中空であり、吸気開口及び排気開口を有する。テールチューブは本体の排気開口内に堅固に取り付けられ、かつ本体内に取り付けられて本体内にバッフルを形成する。ハニカム担体は本体内に堅固に取り付けられ、互いに接続される第１のセクション（前段）及び第２のセクション（後段）を有する。第１のセクションは第２のセクションに対して吸気開口に近接して配置され、第２のセクションは第１のセクションに対して排気開口に近接して配置される。第１のセクション及び第２のセクションはそれぞれ複数の開孔を有する。第１のセクションの開孔の密度は第２のセクションの開孔の密度よりも高い。

ハニカム担体は異なる密度の第１のセクション及び第２のセクションを有し、第１のセクションの開孔の密度は第２のセクションの開孔の密度よりも高い。したがって、廃ガスは圧力を低下しながら膨張させるのに十分な空間を有し、これにより背圧及び押し戻しガスの問題を解決し、第１のセクションに蓄積された圧力を解放する。さらに、本体内に取り付けられるテールチューブによって形成されるバッフルは有毒ガスが第２のセクションを通過するときに乱流を生成し、よって有毒ガスが第２のセクションに滞留して完全に変換されるのを可能にする。

本考案の他の目的、利点及び新規な特長は以下の詳細な説明から図面と併せて参照すれば一層明らかとなる。

図１は、本考案にしたがう二段式背圧触媒コンバータの第１の実施例の側面図である。 図２は、図１における二段式背圧触媒コンバータの部分断面側面図である。 図３は、図１における二段式背圧触媒コンバータのハニカム担体のセクション断面正面図である。 図４は、図１における二段式背圧触媒コンバータの部分断面側面図であり、廃ガスの流れを示す。 図５は、本考案にしたがう二段式背圧触媒コンバータの第２の実施例の側面図である。

以下、本考案にしたがう触媒コンバータをその好ましい実施例について図面を参照して詳述する。

図１及び図２を参照するに、本考案にしたがう二段式背圧触媒コンバータは本体１０と、ハニカム担体２０と、接続チューブ３０と、テールチューブ４０とを備える。

本体１０は中空であり、吸気開口及び排気開口を有する。好ましい実施例において、本体１０は互いに順次接続される膨張セクション１１、担体セクション１２及びテーパーセクション１３をさらに備える。膨張セクション１１の開口部は上記の吸気開口であり、膨張セクション１１の内径は吸気開口から担体セクション１２に向かって漸次増大する。テーパーセクション１３の開口は上記の排気開口であり、テーパーセクション１３の内径は担体セクション１２から排気開口に向かって漸次減少する。しかしながら、本体１０の内径は膨張セクション１１及びテーパーセクション１３がなくても実施可能であるのでこれに限定されることはなく、本体１０の内径は吸気開口から排気開口まで同じ大きさである。

ハニカム担体２０は本体１０の内壁に堅固に取り付けられている。具体的には、ハニカム担体２０は本体１０の担体セクション１２の内壁上に堅固に取り付けられている。ハニカム担体２０は互いに接続された第１のセクション（前段）２１及び第２のセクション（後段）２２を有する。第１のセクション２１は第２のセクション２２に対して吸気開口に近接して配置され、第２のセクション２２は第１のセクション２１に対して排気開口に近接して配置される。図２及び図３を参照するに、第１のセクション２１及び第２のセクション２２はそれぞれ複数の開孔２１１、２２１を有し、第１のセクション２１の開孔２１１の密度は第２のセクション２２の開孔２２１の密度よりも高い。

好ましい実施例において、第１のセクション２１の開孔２１１の密度は１００〜１５０ｃｐｓｉ、好ましくは１００ｃｐｓｉである。第２のセクション２２の開孔２２１の密度は６０〜１００ｃｐｓｉ、好ましくは６０ｃｐｓｉである。しかしながら、開孔２１１、２２１の密度は上記の範囲及び値に限定されるものではない。

さらに、好ましい実施例において、ハニカム担体２０の第１のセクション２１の長さは好ましくは第２のセクション２２の長さより短いが、これに限定されない。別法として、第１のセクション２１の長さ及び第２のセクション２２の長さは同等とすることができ又は第１のセクション２１の長さは第２のセクション２２の長さよりも長くてもよい。

さらに、有毒ガスを還元するための触媒としての貴金属被膜が第１のセクション２１の開孔２１１の内壁上及び第２のセクション２２の開孔２２１の内壁上に着膜される。好ましい実施例において、貴金属被膜は白金、パラジウム又はロジウムで作成されるが、これらに限定されない。また、本考案における開孔２１１、２２１の総表面積は従来のハニカム担体の全表面積よりも小さい。何故なら、第１のセクション２１の開孔２１１の密度及び第２のセクション２２の開孔２２１の密度は従来のハニカム担体の密度よりも小さいからである。したがって、開孔２１１、２２１の内壁上の貴金属被膜の濃度はより高いので従来のハニカム担体と同じ触媒効率を達成することができる。

接続チューブ３０はエンジンの排気開口に接続され、本体１０の吸気開口に連通している。具体的には、接続チューブ３０は膨張セクション１１に堅固に取り付けられているが、これに限定されるものではなく、接続チューブ３０及び膨張セクション１１は突合せ継手又は他の任意の手段によって接続することもできる。また、接続チューブ３０の壁を貫通して取付開孔３１が形成されて酸素センサを取り付けることができる。

テールチューブ４０は本体１０の排気開口に堅固に取り付けられ、外部環境と連通している。具体的には、テールチューブ４０は本体１０のテーパーセクション１３内に堅固に取り付けられている。テーパーセクション１３の内径はテールチューブ４０の外径よりも大きいので、テーパーセクション１３内に取り付けられるテールチューブ４０の一部はバッフル４２を形成している。また、テールチューブ４０の壁を貫通して取付開孔４１が形成されて酸素センサを取り付けることができる。さらに、図１を参照するに、好ましい実施例において、テールチューブ４０は直線チューブであることが好ましいが、これに限定されるものではない。第２の実施例において、図５を参照するに、テールチューブ４０Ａは上向きに湾曲したチューブであってもよい。

使用にあたり、本考案の二段式背圧触媒コンバータは排気管の中間部又は端部に取り付けられる。図４を参照するに、エンジンが作動しているとき、有毒ガスは接続チューブ３０から本体１０内に流入し、その後第１のセクション２１に進入し、本体１０の膨張セクション１１を通過した後の最初の時間に変換される。開孔２１１の密度が高く、開孔２１１の直径が小さいため、第１のセクション２１内におけるガスの流速が遅い。第１のセクション２１を通過した後、ガスは第２のセクション２２に進入し、ここで開孔２２１の直径はより大きくて第２の変換を行なう。このとき、ガスの流速は、第１のセクション２１において起こる第１の変換の流速に比べて速い。ガスが第２のセクション２２を通過した後、本体１０の内壁に比較的近傍のガスはテーパーセクション１３の内壁に沿って流れ、テーパーセクション１３内に取り付けられたテールチューブ４０の一部によって形成されるバッフル４２に衝突し、それでバッフル４２の近傍で乱流が発生する。乱気流はガスの流れを減速させ、次いでガスは第２のセクション２２に長く滞留して、ガスが変換される時間を延長する。このすべての後、ガスはテールチューブ４０を通過し、外部環境に排出される。また、本体１０がテーパーセクション１３を有しておらず、本体１０の内径が一定の大きさであるとしても、ガスは本体１０の内壁に沿って流れてバッフル４２に衝突し、乱気流を発生させる。

本考案の二段式背圧触媒コンバータが使用されるとき、第１のセクション２１を通過して変換された廃ガスは比較的大きな直径の開孔を有する第２のセクション２２に進入する。より大きな開孔は廃ガスによって圧力を解放し、流速を増加させ、背圧を低減し、低速での排出効率を高め、タービンブレードが高温によって破壊されるのを回避する目的を達成する。さらに、本考案の開孔の密度は従来技術の開孔の密度よりも低いので、本考案はより効率的に圧力を低減することができる。

本考案の幾つかの特徴及び利点が上記の説明において考案の構造及び特徴の細部と共に記載したが、この開示は単なる例示である。その変更は、特に部品の形状、サイズ及び配置の問題において実用新案登録請求の範囲が表明する用語の広い一般的な意味によって示される全範囲に亘り本考案の原理内で詳細に実行できる。

１０・・・本体
１１・・・膨張セクション
１２・・・担体セクション
１３・・・テーパーセクション
２０・・・ハニカム担体
２１・・・第１のセクション（前段）
２２・・・第２のセクション（後段）
２１１、２２１・・・開孔
３０・・・接続チューブ
３１、４１・・・取付開孔
４０、４０Ａ・・・テールチューブ
４２・・・バッフル

Claims (7)

1. 中空である本体を備え、前記本体は
   吸気開口と、
   排気開口とを有し、
   前記本体の前記排気開口内に堅固に取り付けられ、前記本体内に取り付けられて本体内にバッフルを形成するテールチューブと、
   前記本体内に堅固に取り付けられ、互いに接続される第１のセクション及び第２のセクションを有するハニカム担体とを備え、
   前記第１のセクションは前記第２のセクションに対して前記吸気開口に近接して配置され、前記第２のセクションは前記第１のセクションに対して前記排気開口に近接して配置され、
   前記第１のセクション及び前記第２のセクションはそれぞれ複数の開孔を有し、前記第１のセクションの前記開孔の密度は前記第２のセクションの前記開孔の密度よりも高いことを特徴とする二段式背圧触媒コンバータ。
2. 前記第１のセクションの長さは前記第２のセクションの長さよりも短いことを特徴とする請求項１に記載の二段式背圧触媒コンバータ。
3. 前記第１のセクションの前記開孔の密度は１００〜１５０ｃｐｓｉであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の二段式背圧触媒コンバータ。
4. 前記第１のセクションの前記開孔の密度は１００ｃｐｓｉであることを特徴とする請求項１乃至請求項３何れか１項記載の二段式背圧触媒コンバータ。
5. 前記第２のセクションの前記開孔の密度は６０〜１００ｃｐｓｉであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の二段式背圧触媒コンバータ。
6. 前記第２のセクションの前記開孔の密度は６０ｃｐｓｉであることを特徴とする請求項５記載の二段式背圧触媒コンバータ。
7. 前記本体は、
   担体セクションを有し、前記ハニカム担体は前記担体セクションに取り付けられ、前記本体は、
   前記担体セクションに接続されるテーパーセクションを有し、前記排気開口は前記テーパーセクション上に形成され、前記テールチューブは前記テーパーセクション内に取り付けられ、
   前記テーパーセクションの内径は前記担体セクションから前記排気開口に向かって漸次減少することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の二段式背圧触媒コンバータ。

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