JP3645660B2 - 内燃機関用の金属触媒担体とこれを用いた触媒コンバータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用の金属触媒担体とこれを用いた触媒コンバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の排気系には、排ガスを浄化する触媒コンバータが装着されているが、この種の触媒コンバータに用いる触媒担体として、昨今、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系フェライトステンレス箔材（２０Ｃｒ−５Ａｌ−Ｌａ−Ｆｅ）等の金属製薄板からなる金属触媒担体が広く用いられている。
【０００３】
そして、金属触媒担体の製造方法として、従来、以下の如き製造方法が知られている。
先ず、第一の製造方法は、金属製薄板からなる帯状の波板と平板を交互に重ね、これらを多重に巻回して断面円形或いは断面楕円形状のコアを形成した後、波板と平板の相対移動をなくすため、波板と平板の当接部分をレーザー溶接又はロー材でロー付けし、或いは又、コア全体を真空状態で加熱して波板と平板を拡散接合させるものである。
【０００４】
又、第二の製造方法は、金属製薄板からなる帯状の波板と平板を定尺に裁断してこれらを交互に積層してコアを成形していくものであり、そして、第三の製造方法は、金属製薄板からなる帯状の波板をつづら折りし乍ら、定尺に裁断した平板を各折り目毎に挿入してコアを成形していくもので、これらの方法にあっても、波板と平板の相対移動をなくすために波板と平板の当接部分がロー付け等によって接合される。
【０００５】
そして、斯かる金属触媒担体に貴金属触媒の担持処理を施した後、これを外筒内に接合（ロー付け等）して触媒コンバータが製造されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の金属触媒担体は、波板と平板を多層に接合して排ガスが通過するセルが形成されているが、平板を使用する分だけ重量が重く、又、波板は高温の排ガスによる熱応力を吸収できるが、平板は熱応力を吸収し難く、更に波板と平板の接合箇所に応力歪みが発生して破断や脱落を引き起こす虞があった。
【０００７】
又、波板と平板との溶接，ロー付け，拡散接合等の接合作業は面倒で、コストが嵩むといった欠点が指摘され、而も、これらの接合が不十分であると、フィルムアウトが発生して金属触媒担体の破損に繋がる虞も指摘されている。
【０００８】
そして、いずれの製造方法に於ても、波板と平板の２種類の金属製薄板が必要となると共に、第二の積層式の製造方法にあっては、波板と平板を何十枚も定尺に裁断しなければならず、又、第三のつづら折り構造の金属触媒担体にあっては、各折り目毎に平板を挿入しなければならないため作業が煩雑であった。
尚、特開平１−２３６９４８号公報には、図１４に示すように一枚の帯状の金属製薄板１に、所定の長さに亘って波板部３と平板部５を交互に連続させて形成し、波形部３と平板部５をその境界部でつづら折りして多重に積層した金属触媒担体７が開示されている。
【０００９】
然し乍ら、斯かる金属触媒担体７にあっては、仕様毎に波形部３と平板部５の長さを変更しなければならず、又、依然として波板と平板の接合作業が必要であると共に、その接合箇所に応力歪みによる破断や脱落の虞等があった。
本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、製造に当たり金属製薄板の接合を不要として製造が容易でコストの低廉化を図った内燃機関用の金属触媒担体と、斯かる金属触媒担体を使用することで応力歪みによる破断や脱落等の虞がなく、長期に亘って排ガスの浄化性能を維持することのできる内燃機関用の触媒コンバータを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するため、請求項１に係る発明は、一枚の帯状の金属製薄板をつづら折りして積層した内燃機関用の金属触媒担体に於て、上記金属製薄板を、複数の同一の長さまたは長さの異なる数種の山部と谷部とからなる波形形状に形成すると共に、これら山部と谷部を、排ガスの流れ方向に対し斜め方向へずらして隣接，配置して、積層された金属製薄板同士の山部と谷部が同位相とならないようにしたものである。
【００１１】
そして、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の金属触媒担体に於て、山部は、排ガスの流れ方向に対し斜め方向へ、所定の規則性を以ってずらして順次隣接，配置されていることを特徴としている。
【００１２】
又、請求項３に係る内燃機関用の触媒コンバータは、外筒内に、請求項１又は請求項２記載の金属触媒担体を収容し、当該金属触媒担体の両端部の周縁部を、外筒内に挿着したディフューザの挿入側端部の板厚で保持したことを特徴とする。
そして、請求項４に係る発明は、外筒内に、請求項１又は請求項２記載の金属触媒担体を収容し、当該金属触媒担体の上流側端部の周縁部を、外筒内に挿着したディフューザの挿入側端部の板厚で保持し、金属触媒担体の下流側端部の周縁部を、ディフューザの挿入側端部または外筒の後端側に設けた環状のフランジで保持したことを特徴としている。
【００１３】
（作用）
請求項１及び請求項２に係る発明によれば、一枚の金属製薄板を所定の形状につづら折りして積層することで金属触媒担体が形成され、この時、積層された金属製薄板相互の山部と谷部が同位相とならず、対向する山部同士が当接して目つぶれを防止し乍らセルを形成する。
【００１４】
そして、請求項３に係る発明によれば、ディフューザが保持部材として機能し、その挿入側端部が外筒内に収容された金属触媒担体の両端部の周縁部に夫々当接して、外筒に対する金属触媒担体全体のズレや積層した薄板相互のズレを防止し、又、請求項４に係る発明では、ディフューザの挿入側端部と共に、ディフューザや外筒に設けた環状のフランジが、外筒に対する金属触媒担体全体のズレや積層した薄板相互のズレを防止する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は請求項１及び請求項２の第一実施形態に係る内燃機関用の金属触媒担体で、当該金属触媒担体１１は、図２に示すように帯状に裁断した一枚の金属（例えば、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金）製の薄板１３がつづら折りされて、上下方向に積層した構造となっている。
【００１６】
而して、上記薄板１３は、図３に示すようにルーバーコルゲート加工によって、同一の長さＬからなる複数の山部１５と谷部１７が、夫々、排ガスＧの流れ方向に対し斜め方向へ１／２Ｌ宛ずれて順次隣接，配置された波形形状に形成されており、本実施形態は、斯様に複数の山部１５と谷部１７を斜め方向へ所定の規則性を以って順次配置することで、図４の如くつづら折りして積層された薄板１３相互の山部１５と谷部１７が同位相とならず、対向する山部１５同士が当接してセルの目つぶれが生じないようになっている。
【００１７】
尚、図４に示すように上記山部１５と谷部１７は同一の長さＬを以って成形され、そして、排ガスＧの流れ方向に対し斜め方向へ１／２Ｌ宛ずれて順次配置されているため、薄板１３の両端部に配置された略半数の山部１５′と谷部１７′は、他の山部１５や谷部１７の１／２Ｌの長さとされている。
その他、図１中、１９は金属触媒担体１１を収容する外筒、そして、図３に於て、符号２０で表示する太線部分は山部１５や谷部１７を区画する平坦部である。
【００１８】
本実施形態に於ける薄板１３はこのように構成されており、図２に示すように金属触媒担体１１は一枚の薄板１３を所定の外形形状につづら折りして上下方向に積層することで形成され、この時、図４に示すように積層された薄板１３相互の山部１５と谷部１７が同位相とならず、対向する山部１５同士が当接して目つぶれを防止し乍らセルを形成する。
【００１９】
図５は上記金属触媒担体１１を用いた請求項３に係る内燃機関用の触媒コンバータの一実施形態を示し、図中、１９は金属触媒担体１１を収容する断面楕円形状の金属製の外筒で、その両端部にディフューザ２１，２３が夫々挿入，溶着されている。
そして、本実施形態では、上記ディフューザ２１，２３を金属触媒担体１１の保持部材として機能させ、その挿入側端部２１ａ，２３ａの板厚で金属触媒担体１１の上流側（エンジン側）端部１１ａと下流側端部１１ｂの周縁部を夫々保持して、積層した薄板１３相互の接合及び金属触媒担体１１と外筒１９との間の接合を不要としたものである。
【００２０】
尚、外筒１９内に金属触媒担体１１を収容するには、筒状の外筒１９内に金属触媒担体１１を挿入する他、外筒１９を断面略Ｕ字状の一対の半割れ外筒として、両半割れ外筒で金属触媒担体１１を包み込んで、その接合部分を溶接する等の方法が採られる。
本実施形態に係る触媒コンバータ２５はこのように構成されているから、図５及び図６に示すように上記ディフューザ２１，２３の挿入側端部２１ａ，２３ａが金属触媒担体１１の両端部１１ａ，１１ｂに夫々当接して、外筒１９に対する金属触媒担体１１全体のズレや積層した薄板１３相互のズレを防止することとなる。
【００２１】
既述したように、従来、一枚の波板をつづら折りして金属触媒担体を成形するには、折り目毎に平板を挿入してセルを形成しなければならず、又、斯かる波板を一枚で巻回したり積層していくと、波板の山部と谷部が同位相となる部分が存在するため、山部と谷部が重なり合ってセルの目つぶれや表面積の減少が生じて、通気抵抗や触媒による排気浄化作用が著しく悪化してしまう欠点があった。
【００２２】
そして、その対策としては、二枚の波板を逆向きで合わせて巻回したり、積層の場合は一枚宛逆位相となるように裏返す必要があったが、本実施形態によれば、一枚の薄板１３を単につづら折りしていくだけであらゆる仕様の金属触媒担体１１が製造でき、而も、従来のように折り目毎に平板を挿入してセルを形成していく必要もないため、金属触媒担体１１が容易に製造でき、そして、製造された金属触媒担体１１にセルの目つぶれが発生することもない。
【００２３】
又、上記金属触媒担体１１を用いた図５の触媒コンバータ２５によれば、製造工程で、積層した薄板１３同士の接合（ロー付け，拡散接合，レーザー溶接）や金属触媒担体１１と外筒１３との接合が不要となるため、従来に比し容易に製造することができコストの低廉化が可能となる。
【００２４】
而も、上記金属触媒担体１１にあっては、平板が不要となるため軽量化が図れ、その結果、触媒コンバータ２５が低熱容量となって昇温時間が短縮できると共に、熱応力の吸収に優れ破断や脱落を引き起こす虞もないし、積層した薄板１３がディフューザ２１，２３で保持されて相対移動が防止されるため、フィルムアウト現象が生ずることもない。
【００２５】
尚、上記実施形態では、ディフューザ２３の挿入側端部２３ａの板厚で金属触媒担体１１の下流側端部１１ｂを保持したが、図７に示す請求項４の第一実施形態の如く、ディフューザ２３の挿入側端部に環状のフランジ２６を内方に設けて、当該フランジ２６で金属触媒担体１１の下流側端部１１ｂの周縁部を保持させてもよい。
図８及び図９は上記金属触媒担体１１を用いた請求項４の第二実施形態に係る触媒コンバータを示し、この触媒コンバータ２７は、金属触媒担体１１を収容する外筒２９の後端側に、金属触媒担体１１の保持部材として環状のフランジ３１を内方に設け、当該フランジ３１で金属触媒担体１１の下流側端部１１ｂを保持すると共に、上記触媒コンバータ２５と同様、上流側端部１１ａを外筒２９内に挿着したディフューザ２１の挿入側端部２１ａで保持したものである。
【００２６】
その他、図８中、３３は外筒２９の後端側の外周に溶着したディフューザである。
而して、本実施形態に係る触媒コンバータ２７によっても、上記触媒コンバータ２５と同様、金属触媒担体１１を構成する薄板１３同士の接合や金属触媒担体１１と外筒２９との接合が不要となるため、従来に比し容易に製造することができコストの低廉化が可能となる。
【００２７】
図１０は外筒１９内に収容された請求項１及び請求項２の第二実施形態に係る金属触媒担体を示し、当該金属触媒担体３５は、帯状に裁断した一枚の金属製の薄板３７が垂直方向につづら折りされて横方向に積層された構造となっている。
【００２８】
而して、上記薄板３７は、図１１に示すようにルーバーコルゲート加工によって、薄板３７の送り方向（矢印Ａ方向）へ連続して成形された各谷部３９に、同一の長さＭからなる山部４１が、夫々、排ガスＧの流れ方向に対し斜め方向へその長さＭ宛ずれて順次隣接，配置された波形形状に形成されており、本実施形態も、斯様に複数の山部４１を斜め方向へ所定の規則性を以って順次配置することで、図１２の如くつづら折りして積層された薄板３７相互の山部４１と谷部３９が同位相とならず、対向する山部４１同士が当接してセルの目つぶれが生じないようになっている。
【００２９】
尚、図１１に示すように本実施形態では、総ての山部４１は同一の長さＭに設定されている。又、図１１中、符号４３で表示する太線部分は山部４１や谷部３９を区画する平坦部である。
本実施形態の薄板３７はこのように構成されており、図１０に示すように金属触媒担体３５は一枚の当該薄板３７を垂直方向につづら折りしてこれを横方向に積層することで製造され、この時、図１２に示すように積層された薄板３７相互の山部４１と谷部３９が同位相とならず、対向する山部４１同士が当接して目つぶれを防止し乍らセルを形成する。
【００３０】
このように、本実施形態によっても、一枚の薄板３７を単につづら折りしていくだけで金属触媒担体３５が製造でき、而も、従来のように折り目毎に平板を挿入してセルを形成していく必要もないため、金属触媒担体３５が容易に製造でき、又、製造された金属触媒担体３５にセルの目つぶれが発生することもない。
尚、上記各薄板１３，３７等に代え、図１３に示す請求項１及び請求項２の第三実施形態に係る薄板４５の如く、長さの異なる数種の山部４７，４９，５１，５３を、排ガスの流れ方向に対し斜め方向へその長さ分宛ずらして規則的に隣接，配置し、これをつづら折りして金属触媒担体や触媒コンバータを形成してもよい。
【００３１】
又、図示しないが上記実施形態に代え、請求項１の一実施形態の如く山部と谷部の配置を不規則として、積層された金属製薄板同士の山部と谷部が同位相とならないようにしてもよい。
更に又、金属触媒担体を収容する触媒コンバータの外筒は、断面楕円形状に限定されるものではなく、断面円形状や断面矩形状の外筒を用いてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１及び請求項２に係る発明によれば、一枚の薄板を単につづら折りしていくだけであらゆる仕様の金属触媒担体が製造でき、而も、従来のように折り目毎に平板を挿入してセルを形成していく必要もないため、金属触媒担体が容易に製造でき、又、製造された金属触媒担体にセルの目つぶれが発生することもない。
【００３３】
そして、上記金属触媒担体を用いた請求項３及び請求項４に係る触媒コンバータによれば、製造工程で、積層した薄板同士の接合（ロー付け，拡散接合，レーザー溶接）や金属触媒担体と外筒との接合が不要となるため、従来に比し製造が容易でコストの低廉化が図れることとなる。
而も、これらの発明に係る触媒コンバータにあっては、平板が不要となるため軽量化が可能となり、その結果、低熱容量となって昇温時間が短縮できると共に、熱応力の吸収に優れ破断や脱落を引き起こす虞もないし、積層した薄板が保持部材で保持されて相対移動が防止されるため、フィルムアウト現象が生ずることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 外筒内に収容された請求項１及び請求項２の第一実施形態に係る金属触媒担体の端部の正面図である。
【図２】 図１に示す金属触媒担体の製造方法を示す説明図である。
【図３】 図１の金属触媒担体を形成する薄板の部分斜視図である。
【図４】 図１の金属触媒担体の製造時に於ける薄板の積層状態を示す説明図である。
【図５】 請求項３の一実施形態に係る触媒コンバータの要部断面図である。
【図６】 外筒内に収容された金属触媒担体の端部の正面図である。
【図７】 請求項４の第一実施形態に係る触媒コンバータの要部断面図である。
【図８】 請求項４の第二実施形態に係る触媒コンバータの外筒内に収容した金属触媒担体の側面図である。
【図９】 図８に示す外筒と金属触媒担体の下流側端部の正面図である。
【図１０】 外筒内に収容された請求項１及び請求項２の第二実施形態に係る金属触媒担体の端部の正面図である。
【図１１】 図１０の金属触媒担体を形成する薄板の部分斜視図である。
【図１２】 図１０の金属触媒担体の製造時に於ける薄板の積層状態を示す説明図である。
【図１３】 請求項１及び請求項２の第三実施形態に係る金属触媒担体の製造に用いる薄板の一部平面図である。
【図１４】 従来の金属触媒担体の製造工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１１，３５ 金属触媒担体
１１ａ 上流側端部
１１ｂ 下流側端部
１３，３７，４５ 薄板
１５，１５′，４１，４７，４９，５１，５３ 山部
１７，１７′，３９ 谷部
１９，２９ 外筒
２１，２３ ディフューザ
２５，２７ 触媒コンバータ
２６，３１ フランジ

Claims (4)

1. 一枚の帯状の金属製薄板（１３，３７，４５）をつづら折りして積層した内燃機関用の金属触媒担体に於て、上記金属製薄板（１３，３７，４５）を、複数の同一の長さまたは長さの異なる数種の山部（１５，１５′，４１，４７，４９，５１，５３）と谷部（１７，１７′，３９）とからなる波形形状に形成すると共に、これら山部（１５，１５′，４１，４７，４９，５１，５３）と谷部（１７，１７′，３９）を、排ガスの流れ方向に対し斜め方向へずらして隣接，配置して、積層された金属製薄板（１３，３７，４５）同士の山部（１５，１５′，４１，４７，４９，５１，５３）と谷部（１７，１７′，３９）が同位相とならないようにしたことを特徴とする内燃機関用の金属触媒担体。
2. 山部（１５，１５′，４１，４７，４９，５１，５３）と谷部（１７，１７′，３９）は、排ガスの流れ方向に対し斜め方向へ、所定の規則性を以ってずらして順次隣接，配置されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用の金属触媒担体。
3. 外筒（１９，２９）内に、請求項１又は請求項２記載の金属触媒担体（１１，３５）を収容し、当該金属触媒担体（１１，３５）の両端部（１１ａ，１１ｂ）の周縁部を、外筒（１９）内に挿着したディフューザ（２１，２３）の挿入側端部（２１ａ，２３ａ）の板厚で保持したことを特徴とする内燃機関用の触媒コンバータ。
4. 外筒（１９，２９）内に、請求項１又は請求項２記載の金属触媒担体（１１，３５）を収容し、当該金属触媒担体（１１，３５）の上流側端部（１１ａ）の周縁部を、外筒（１９）内に挿着したディフューザ（２１）の挿入側端部（２１ａ）の板厚で保持し、金属触媒担体（１１，３５）の下流側端部（１１ｂ）の周縁部を、ディフューザ（２３）の挿入側端部（２３ａ）または外筒（２９）の後端側に設けた環状のフランジ（２６，３１）で保持したことを特徴とする内燃機関用の触媒コンバータ。

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