JP3742147B2 - 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、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。
第一の製造方法は、特開平１−２４２１５２号公報に開示されるように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状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乍らコアを成形していくもので、この方法にあっても、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。
そして、斯かる金属触媒担体に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。
【０００５】
尚、金属触媒の担持処理として、白金等の金属触媒を含有するウォッシュコート溶液（例えば、γアルミナと添加剤及び金属触媒を成分とする溶液）を用いて、波板と平板の表面に触媒層（ウォッシュコート層と称する薄い塗膜）を形成する方法が広く用いられている。
【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では、波板と平板の二種類の金属製薄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。
更に又、いずれの製造方法にあっても、図１３に示すように波板１と平板３を多層に接合して形成されたセル５は三角形状となるため、表面張力により波板１と平板３の接合部７にウォッシュコート溶液が多く付着する。
【０００８】
そのため、触媒層９の厚さが不均一となって浄化性能に影響が生じ、又、金属触媒担体はセラミックス担体に比べ板厚が薄く表面積が大きいという利点があるものの、上述したように波板１と平板３の接合部７にウォッシュコート溶液が多く付着してしまうため、斯かる利点が十分に活かしきれていないのが実情であった。
【０００９】
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コストの低廉化を図ると共に、触媒層の均一化を可能とした内燃機関用の金属触媒担体と、斯かる金属触媒担体を用いることで、排ガスの浄化性能の向上を図った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、定尺に裁断した帯状の金属製薄板を順次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、山部と谷部が所定ピッチで連続する波板に成形すると共に、当該波板の山部又は谷部に、これらと反対方向に突出し、隣接する波板の谷部又は山部と同一形状に形成されてこれらに当接する位置決め部を設け、隣接する波板の山部と谷部を、上記各位置決め部を介して対向配置したことを特徴とする。
【００１１】
そして、請求項２に係る発明は、請求項１記載の金属触媒担体に於て、波板に、位置決め部と反対方向に突出し、隣接する波板の位置決め部に係合するストッパを設けたものである。
【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の金属触媒担体を収容し、当該金属触媒担体の両端部を保持部材で保持したもので、請求項４に係る発明は、斯かる請求項３記載の触媒コンバータに於て、保持部材が外筒内に挿着したディフューザであることを特徴とし、請求項５に係る発明は、請求項３記載の触媒コンバータに於て、保持部材が、外筒の端部に設けた環状のフランジである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、平板を用いることなく一枚の波板を順次積層することで金属触媒担体が形成され、この時、隣接する波板の谷部又は山部と同一形状に形成された各位置決め部が、隣接する波板の谷部と山部を対向配置させてセルを形成するが、各波板の山部と谷部の接合部は従来に比し広角となるため、金属触媒担体にウォッシュコート溶液を用いて金属触媒の担持処理を施しても、表面張力で多くのウォッシュコート溶液が各接合部に付着してしまうことがない。
【００１４】
又、請求項２に係る発明では、積層時にストッパが隣接する波板の位置決め部に係合して波板間の相対移動を防止する。
そして、請求項３に係る発明によれば、外筒内に収容された金属触媒担体を保持部材が保持して、外筒に対する金属触媒担体全体のズレや積層した波板相互のズレを防止することとなる。そして、請求項４に係る発明では、ディフューザが保持部材として機能し、その挿入側端部が金属触媒担体の両端部に夫々当接して、外筒に対する金属触媒担体全体のズレや積層した波板相互のズレを防止し、又、請求項５に係る発明では、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波板相互のズレを防止することとなる。
【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の一実施形態に係る内燃機関用の金属触媒担体を示し、当該金属触媒担体１１は、図２に示すように一枚の帯状の金属（例えば、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金）製の波板１３を定尺に裁断して、これを上下方向に順次積層した構造となっている。
【００１６】
而して、上記波板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、断面く字状の山部１５と谷部１７が所定ピッチで連続した波形形状に成形されている。
そして、図４及び図５に示すように山部１５には、谷部１７の方向にこれと同一形状からなる断面く字状の位置決め部１９が、各波板１３の左右両端側に夫々一つおきに設けられており、波板１３の積層時に、各位置決め部１９が夫々下側の波板１３の谷部１７に当接し乍ら、上側の波板１３の谷部１７の底部と下側の波板１３の山部１５の頂点を対向配置させて、両波板１３で形成されるセル２１が断面正方形形状となるように構成されている。
【００１７】
尚、上記位置決め部１９は、各波板１３の左右両端側に夫々２つおき或いは３つおきに設けてもよく、波板１３の積層時に、これらの位置決め部１９が夫々下側の波板１３の谷部１７に当接して、上側の波板１３の谷部１７の底部と下側の波板１３の山部１５の頂点を対向配置させればよい。
本実施形態に於ける波板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は定尺に裁断した複数枚の波板１３を上下方向に積層することで形成され、この時、図４乃至図６に示すように各位置決め部１９が、夫々、下側の波板１３の谷部１７に当接し乍ら、上側の波板１３の谷部１７の底部と下側の波板１３の山部１５の頂点を対向配置させて、両波板１３で断面正方形形状のセル２１を形成する。
【００１８】
従って、各波板１３の山部１５と谷部１７の接合部は、図１３に示す従来例に比し広角となるため、金属触媒担体１１にウォッシュコート溶液を用いて金属触媒の担持処理を施しても、表面張力でウォッシュコート溶液が各接合部に多く付着してしまうことがない。
【００１９】
図７は上記金属触媒担体１１を用いた請求項３及び請求項４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、２３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２５，２７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２５，２７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２５ａ，２７ａ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、積層した波板１３相互の接合及び金属触媒担体１１と外筒２３との間の接合を不要としたものである。
【００２０】
尚、外筒２３内に金属触媒担体１１を収容するには、筒状の外筒２３内に金属触媒担体１１を挿入する他、外筒２３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２９はこのように構成されているから、図７及び図８に示すようにディフューザ２５，２７の挿入側端部２５ａ，２７ａが、金属触媒担体１１の両端部１１ａ，１１ｂに夫々当接して、外筒２３に対する金属触媒担体１１全体のズレや積層した波板１３相互のズレを防止することとなる。
【００２１】
以上述べたように、本実施形態によれば、一枚の波板１３を単に積層していくだけであらゆる仕様の金属触媒担体１１が容易に製造でき、而も、各波板１３の山部１５と谷部１７の接合部は、図１３に示す従来例に比し広角となるため、表面張力でウォッシュコート溶液が各接合部に多く付着してしまうことがなく、この結果、図６に示すように触媒層３１の均一化が可能となった。
【００２２】
又、上記金属触媒担体１１を用いた図７の触媒コンバータ２９によれば、製造工程で、積層した波板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２３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。
【００２３】
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２９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、積層した波板１３がディフューザ２５，２７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。
【００２４】
そして、上述したように触媒層３１が均一に付着されるので、金属触媒担体１１の利点である表面積が大きいといった長所が十分に発揮されると共に、位置決め部１９による乱流効果と相俟って浄化性能が向上することとなった。
尚、上記実施形態では、ディフューザ２７の挿入側端部２７ａ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９に示すようにディフューザ２７の挿入側端部に環状のフランジ３２を内方に設けて、当該フランジ３２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。
【００２５】
図１０及び図１１は上記金属触媒担体１１を用いた請求項３及び請求項５に係る触媒コンバータの一実施形態を示し、この触媒コンバータ３３は、金属触媒担体１１を収容する外筒３５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３７を内方に設け、当該フランジ３７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２９と同様、上流側端部１１ａを外筒３５内に挿着したディフューザ２５の挿入側端部２５ａで保持したものである。
【００２６】
その他、図１０中、３９は外筒３５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３３によっても、上記触媒コンバータ２９と同様、金属触媒担体１１を構成する波板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と共に、触媒層３１が金属触媒担体１１に均一に付着して浄化性能が向上することとなる。
【００２７】
図１２は請求項１及び請求項２の一実施形態に係る金属触媒担体を形成する波板を示し、この波板４１は、図中、二点鎖線で示す上記波板１３に比し、成形した金属触媒担体のフィルムアウト現象をより確実に防止するため、積層する上側の波板４１の位置決め部１９に夫々係合して波板４１間の相対移動を防止するストッパ４３を谷部１７に設けたもので、ストッパ４３は山部１５や谷部１７と共に、ルーバーコルゲート加工によって位置決め部１９と同一形状を以って当該位置決め部１９と反対方向に突設されている。
【００２８】
本実施形態に於ける波板４１はこのように構成されており、金属触媒担体は定尺に裁断した複数枚の波板４１を上下方向に積層することで形成され、この時、上記各実施形態と同様、各位置決め部１９が、夫々、下側の波板４１の谷部１７に当接し乍ら、上側の波板４１の谷部１７の底部と下側の波板４１の山部１５の頂点を対向配置させて、両波板４１で断面正方形形状のセルを形成する。
【００２９】
従って、本実施形態によっても、上記波板１３と同様、山部１５と谷部１７の接合部は図１３に示す従来例に比し広角となるため、金属触媒担体にウォッシュコート溶液を用いて金属触媒の担持処理を施しても、表面張力でウォッシュコート溶液が各接合部に多く付着してしまうことがない。
又、積層時に各ストッパ４３が、夫々、上側波板４１の山部１５に当接し乍ら位置決め部１９の端部に係合して波板４１間の相対移動を防止するので、斯かる金属触媒担体を触媒コンバータに用いれば、上記各実施形態に比しより確実にフィルムアウト現象を防止することが可能となる。
【００３０】
尚、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ことは勿論であり、又、セルの形状も断面正方形形状に限定されるものではなく、山部や谷部の断面形状を代えて、積層した波板で例えば断面六角形状のセルを形成してもよい。
【００３１】
【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、平板を用いることなく、一枚の波板を単に積層していくだけであらゆる仕様の金属触媒担体が容易に製造できると共に、各波板の山部と谷部の各接合部に多くのウォッシュコート溶液が付着してしまうことがないため、従来に比し触媒層の均一化が可能となった。
【００３２】
従って、金属触媒担体の利点である表面積が大きいといった長所が十分に発揮されると共に、位置決め部による乱流効果と相俟って浄化性能が向上することとなった。
そして、上記金属触媒担体を用いた請求項３乃至請求項５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。
【００３３】
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。
【００３４】
更に、請求項２に係る金属触媒担体を用いた請求項３乃至請求項５に係る触媒コンバータにあっては、積層時に各ストッパが夫々位置決め部に係合して波板間の相対移動を防止するので、上記触媒コンバータに比しより確実にフィルムアウト現象を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の一実施形態に係る金属触媒担体の部分斜視図である。
【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IV−IV線断面図である。
【図５】図１のＸ方向矢視図である。
【図６】図１の金属触媒担体のセルの拡大正面図である。
【図７】図１に示す金属触媒担体を用いた請求項３及び請求項４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８】外筒内に収容された金属触媒担体端部の正面図である。
【図９】ディフューザの変形例を用いた請求項３及び請求項４の他の実施形態に係る触媒コンバータの要部断面図である。
【図１０】図１に示す金属触媒担体を用いた請求項３及び請求項５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１１】図１０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１２】請求項１及び請求項２の一実施形態に係る金属触媒担体を形成する波板の部分斜視図である。
【図１３】従来の金属触媒担体の波板と平板の接合部の拡大正面図である。
【符号の説明】
１１ 金属触媒担体
１３，４１ 波板
１５ 山部
１７ 谷部
１９ 位置決め部
２１ セル
２３，３５ 外筒
２５，２７ ディフューザ
２９，３３ 触媒コンバータ
３１ 触媒層
２９，３５ 外筒
３２，３７ フランジ
４３ ストッパ

Claims (5)

1. 定尺に裁断した帯状の金属製薄板を順次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、山部（１５）と谷部（１７）が所定ピッチで連続する波板（１３，４１）に成形すると共に、当該波板（１３，４１）の山部（１５）又は谷部（１７）に、これらと反対方向に突出し、隣接する波板（１３，４１）の谷部（１７）又は山部（１５）と同一形状に形成されてこれらに当接する位置決め部（１９）を設け、
   隣接する波板（１３，４１）の山部（１５）と谷部（１７）を、上記各位置決め部（１９）を介して対向配置したことを特徴とする内燃機関用の金属触媒担体。
2. 波板（４１）に、位置決め部（１９）と反対方向に突出し、隣接する波板（４１）の位置決め部（１９）に係合するストッパ（４３）を設けたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関用の金属触媒担体。
3. 外筒（２３，３５）内に、請求項１又は請求項２記載の金属触媒担体（１１）を収容し、当該金属触媒担体（１１）の両端部（１１ａ，１１ｂ）を保持部材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. 保持部材は、外筒（２３）内に挿着するディフューザ（２５，２７）であることを特徴とする請求項３記載の内燃機関用の触媒コンバータ。
5. 保持部材は、外筒（３５）の端部に設けた環状のフランジ（３７）であることを特徴とする請求項３記載の内燃機関用の触媒コンバータ。

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