JP3932798B2 - メタル担体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガス浄化用の触媒コンバータに用いられるメタル担体、特に金属製の平板と波板を積層して構成するメタル担体に関する。
【0002】
【従来の技術】
排気ガス浄化用の触媒コンバータとして、特開平6−312141号公報のように、金属製の波板と平板とを重ねて巻回したメタル担体が知られている。このメタル担体は、波板と平板に形成されたスリットを境界として前段部と後段部とに分けられている。波板と平板に形成されたスリットはそれぞれが波板と平板の巻回方向に形成され、且つこれらスリットが互いに対応した位置に形成されることで、前段部と後段部とを形成している。また、前段部と後段部との間にはスリットの形成によって僅かに残された連結部が存在し、前段部と後段部は完全に分離されることなく、連結部を介して連結された状態を維持するようになっている。さらに、前段部と後段部を互いに周方向へ捻じることで脆弱な連結部を塑性変形させており、これにより、前段部内のセル通路と後段部内のセル通路との間にずれを形成し、前段部を通過した排気ガスが後段部に流入するときにスリットの部位において乱流を生起させて、排気浄化性能を向上させている。
【0003】
また、実開平6−29621号公報のようなメタル担体も知られている。このメタル担体は、波板と平板を巻回して構成され、排気流れ方向において前段部、中段部、後段部が形成されている。前段部と中段部との間、及び中段部と後段部との間にはそれぞれ空間部が形成されるが、これら空間部は、波板と平板とにその巻回方向に延びる2条のスリットを形成することで構成されている。また、2条のスリットは担体の最外周部を構成する部分を除いて形成されており、前段部、中段部、後段部が1つのメタル担体として一体となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、排気浄化性能を向上させるためには、メタル担体内を通過する排気に対して乱流を積極的に生起させ、排気ガスが触媒に接触する機会を増やすことが有効である。しかしながら、先に説明した前者のメタル担体にあっては、乱流による排気浄化性能の向上が、前段部と後段部との間に形成されるスリットの部分のみでしか得ることができないので、排気浄化性能を更に向上させようとすると、例えば、スリットの幅を広げたり、スリットの数を増加させることをしなければならない。
【0005】
しかしながら、スリットの数を増やすと、波板と平板にはその巻回方向に延びるスリットを数多く併設することになり、また、担体を更に多段化する構成となり、金属板を波形加工する時や、平板と波板を巻回する時、あるいは乱流を生起させるために各担体部分を捻じる際に、歪みや亀裂等を生じる可能性がある。さらに、スリットの前後で担体をその周方向へ捻じることで乱流を生起させるため、スリットの数を増やして排気浄化性能を高めようとした場合、各段を捻じる回数が増加して、生産性が悪くなる。
【0006】
また、スリットの幅を広げて排気ガスの乱流をより強化させて排気浄化性能を向上させようとすると、担体の開口率が高くなり浄化性能の向上は図ることができるが、例えば、高圧の排気ガスが一度に通過しようとしたような場合には、スリットを横断している連結部の強度が不足して、排気ガスの圧力に耐えられず座屈してしまう可能性がある。
【0007】
一方、先に説明した後者のメタル担体にあっては、排気流れ方向の担体全体の長さを変えずにスリットの数を増やして乱流が形成される空間部を多数形成すると、その分だけ担体を構成する部分の幅が狭くなるので、金属板同士、つまり、波板と平板との溶接代の幅が狭くなり、やはり高圧の排気ガスの圧力がかかった場合に、その溶接部分が剥がれてしまう可能性もある。
【0008】
本発明では、このような事情に鑑みてなされたものであり、金属製の波板と、金属製の平板とを積層したメタル担体において、担体内で排気ガスの流れを乱流化させて排気浄化性能を向上させ、しかも、生産性の良い触媒コンバータを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、第1の発明にかかるメタル担体は、金属製の平板と波板を積層して平板と波板との間に排気ガスが通過するセル通路を形成したメタル担体において、波板は、セル通路方向に対して直交する方向に長い複数のスリット孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つセル通路方向から見たときに、各孔列を構成するそれぞれのスリット孔と、このスリット孔に隣接する孔列を構成するそれぞれのスリット孔との間に、所定の間隙を有すると共に、スリット孔の長手方向の長さは孔列方向において前記所定の間隙よりも長いものとした。
【0010】
第2の発明にかかるメタル担体は、金属製の平板と波板を積層して平板と波板との間に排気ガスが通過するセル通路を形成したメタル担体において、波板は、セル通路方向に対して直交する方向に長い複数のスリット孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つ互いに隣接する孔列間で各孔列を構成するそれぞれのスリット孔はセル通路方向から見て互いに重なり合わずそれらのスリット孔の間に所定の間隙を有すると共に、スリット孔の長手方向の長さは孔列方向において前記所定の間隙よりも長いものとした。
【0011】
第3の発明にかかるメタル担体は、第1または第2の発明において、平板にも孔が形成されるものとした。
【0012】
第4の発明にかかるメタル担体は、第1から第3までのいずれか1つの発明において、平板は複数の孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つセル通路方向から見たときに、各孔列を構成するそれぞれの孔と、この孔に隣接する孔列を構成するそれぞれの孔との間に、所定の間隙を有するものとした。
【0013】
第5の発明にかかるメタル担体は、第1から第3までのいずれか1つの発明において、平板は複数の孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つ互いに隣接する孔列間で各孔列を構成するそれぞれの孔はセル通路方向から見て互いに重なり合わないものとした。
【0014】
第6の発明にかかるメタル担体は、金属製の平板と波板を積層して平板と波板との間に排気ガスが通過するセル通路を形成したメタル担体において、平板は、セル通路方向に対して直交する方向に長い複数のスリット孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つセル通路方向から見たときに、各孔列を構成するそれぞれのスリット孔と、このスリット孔に隣接する孔列を構成するそれぞれのスリット孔との間に、所定の間隙を有すると共に、スリット孔の長手方向の長さは孔列方向において前記所定の間隙よりも長いものとした。
【0015】
第7の発明にかかるメタル担体は、金属製の平板と波板を積層して平板と波板との間に排気ガスが通過するセル通路を形成したメタル担体において、平板は、セル通路方向に対して直交する方向に長い複数のスリット孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つ互いに隣接する孔列間で各孔列を構成するそれぞれのスリット孔はセル通路方向から見て互いに重なり合わずそれらのスリット孔の間に所定の間隙を有すると共に、スリット孔の長手方向の長さは孔列方向において前記所定の間隙よりも長いものとした。
【0016】
第8の発明にかかるメタル担体は、第1から第7までのいずれか1つの発明において、孔列を構成する各孔と隣接する孔列とは異なる孔列を構成する各孔との組み合わせのうち、少なくとも1組の孔はセル通路方向から見て互いに重なりあうものとした。
【0018】
【発明の作用・効果】
第1または第2あるいは第6または第7の発明によれば、セル通路方向から見たときに、各孔列を構成するそれぞれのスリット孔と、このスリット孔に隣接する孔列を構成するそれぞれのスリット孔との間に、所定の間隙を有する、または、セル通路方向から見て互いに重なり合わないものとしたので、波板または平板に孔を設ける際、あるいは波板であれば波板加工する際、波板あるいは平板に歪みや亀裂が生じない。また、各セル通路内を通過する排気ガスが隣接するセル通路へスリット孔を介して出入りするので、排気ガスの流れが乱流化されて排気浄化性能が向上できる。さらに、スリット孔の長手方向の長さを前記間隙よりも長いものとしたので、セル通路を通過する排気ガスの流れが乱流化する機会をさらに増やすことができる。
【0019】
第3あるいは第4、第5の発明によれば、波板に加えて平板にも孔を設けたため、セル通路内で乱流化する機会が増加するので排気浄化性能がさらに向上する。とりわけ第4、第5の発明によれば、セル通路方向から見たときに、各孔列を構成するそれぞれの孔と、この孔に隣接する孔列を構成するそれぞれの孔との間に、所定の間隙を有している、または、セル通路方向から見て互いに重なり合わないものとしたので、平板に孔を設ける際、波板と平板とを積層して巻回するような際でも平板に歪みや亀裂が生じない。
【0020】
第8の発明によれば、孔列を構成する各孔と隣接する孔列とは異なる孔列を構成する各孔とが、セル通路方向から見て重なり合う構成としたので、各セル通路内を通過する排気ガスが隣接するセル通路へ出入りする頻度が高まり、従って、排気ガスの流れが乱流化される割合が高くなるので、排気浄化性能が確実に向上できる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明を適用するメタル担体の一実施形態である。図1に示すようなハニカム構造のメタル担体1は、図示しない金属製の触媒ケース内に担体保持材を介して組み込まれ、内燃機関から排出される排気ガス中の有害物質を除去するために内燃機関下流の排気通路内に設けられる。特に、メタル担体はセラミック担体に比べると熱容量が低いため、排気ガスの熱により温められやすく、触媒が活性化するのが早い。したがって排気通路途中の内燃機関に比較的近い位置に設置されることが多い。
【0023】
メタル担体1は、図2のように、金属製の平板2と金属製の平板を波形に成形した波板3とを重ね合わせて巻回し、平板2と波板3との間に多数の略三角形のセル通路4を有している。ここでは、メタル担体1は平板2と波板3とを積層して巻回した円筒形となっているが、メタル担体の形状は、楕円形またはレーストラック型、あるいは、単に平板2と波板3とを何重にも積層しただけの直方体の担体でも構わない。
【0024】
メタル担体1は、ステンレスとアルミニウムを含む合金の帯状金属製平板に複数の孔5を設けた平板2と、ステンレスとアルミニウムを含む合金の帯状金属製平板に複数の孔5を設けた後、波形成形した波板3とから構成されるが、平板2と波板3に形成された本実施形態に係る孔5については、その説明を後述する。
【0025】
メタル担体1のセル通路4は内燃機関の排気ガスが通過するようになっており、一端に排気ガスの流入口を有し、他端から排気ガスが排出される構成になっている。セル通路4の内面には触媒が担持させてあり、排気ガスがセル通路を通過する際に有害物質が浄化される。
【0026】
ここで、平板及び波板に対して孔を設けないメタル担体を考えると、担体の一端から流入した排気ガスは、それぞれのセル通路を、他のセル通路を通過する排気ガスの影響を受けることなく流れ、他端から排出されることになる。このような、孔の設けられていない波板および平板を用いたメタル担体では、セル通路が長いと、排気ガスの流れがセル通路内で層流化してしまい、排気ガス中の有害物質と触媒成分とが接触する機会が少なくなり排気浄化性能が低下してしまうおそれがある。
【0027】
これに対して、波板3にあるいは平板2に孔を設けた場合、あるいは、波板3と平板2の両方に孔を設けた場合には、各孔がセル通路とそのセル通路に隣接するセル通路との間に排気ガスが通過できる流路を形成することになるため、排気ガスは隣接するセル通路間を自由に移動できるようになる。排気ガスはメタル担体流入口から流入し、セル通路4を通過する途中で存在する各孔5を通過して隣接するセル通路へと流れることが可能であるので、排気ガスの流れは隣接するセル通路同士で影響し合いセル通路4内で乱流状態となる。排気ガスの流れが乱流状態になると、排気ガス中の有害物質が触媒と接触する機会が増えるので、排気浄化性能を向上させることができる。
【0028】
そこで、波板に図3のような構成の孔を設けた比較例を考えた。この比較例においては、セル通路を通過する排気ガスが、波板3に設けられた孔と出会う機会を増加させ、セル通路4内で乱流状態を多く発生できるように、孔5の形状をセル通路4方向と直交する方向に長いスリット孔6形状とし、そして、複数のスリット孔6からなる孔列7を形成した。また、波板3に形成されたスリット孔列7を構成する各スリット孔6の端部位置については、図3中の5Aに囲まれた部分のように隣接するスリット孔6がセル通路4方向から見て重なった構成とした。
【0029】
しかしながら、この比較例においてはスリット孔列7を形成した後、波形3に成形する際やあるいは平板2と積層して巻回する際に波板3のスリット孔6の周辺に裂け目、切れ目や捻じれ等が発生してしまうという問題が生じた。
【0030】
そこで、本発明の実施形態1では、平板2および波板3に形成する孔列を図4のような構成とした。以下にその構成を詳しく述べる。各孔はセル通路4方向に対して直交する方向に長いスリット孔6として、平板2および波板3は複数のスリット孔6から構成される孔列8を複数列有したものとした。スリット孔H1の長手方向長さL1は、隣接する孔列81を構成する最も近いスリット孔H2との間に形成される所定の間隙L2の3倍程度で、所定の間隙L2に比べて十分に大きくしてある。スリット孔6の孔列8は、セル通路4方向に対して直交しており、複数の孔列8はセル通路4方向に一定の間隔をもった平行列群になっている。そして、隣接する孔列8を構成する各スリット孔6同士は、5Bの部分に示すようにセル通路4方向から見て重ならないように設けられている。また、ある孔列81を構成するスリット孔と、このスリット孔が構成する孔列81には隣接しない1列先の孔列82のスリット孔がセル通路4方向から見て重なるように設けられている。
【0031】
したがって、波板3に波型加工をする際や平板2あるいは波板3を積層して巻回する際でも波板3のスリット孔6の周囲に裂け目、切れ目あるいは捻じれ等が発生することを防止できる上に、排気ガスがセル通路4内で乱流を生じるので、排気ガス中の有害物質が触媒と反応する機会が増加し排気浄化性能を向上させることができる。
【0032】
また、前記の平板2および波板3に形成する孔列8がセル通路4方向から見て重ならないようというものは実施形態2の図5中5Cの部分に示すような構成も含まれているものとする。すなわち、5Cのように隣接する孔列を構成している最も近いスリット孔の端同士がセル通路4方向の直線上で接するように設けられている場合も含まれるものとする。
【0033】
したがって、実施形態2では、すべてのセル通路4にスリット孔6が存在するので、排気ガスがセル通路4を通過する際に確実に排気の乱流状態を生じるので、実施形態1の効果に加えて、さらに排気浄化性能を向上させることができる。
【0034】
また、図6に記載の本発明の別の実施形態3では、ある孔列91を構成するスリット孔H3と、孔列91に隣接する孔列92を構成しているスリット孔6のうちH3に最も近い位置に設けられているスリット孔H4との間に、セル通路4と直交する方向、つまりスリット長手方向に所定の間隙L3を有している。その所定の間隙L3部分をセル通路4方向から見たときに、孔列91、および92とは異なり、且つこれらの孔列91、および92のどちらにも隣接しない孔列94、つまり孔列92に隣接する孔列93ではなく、孔列92の1列先の孔列94を構成しているスリット孔H5が前記所定の間隙部分L3と重なるように設けられている。
【0035】
したがって実施形態3では実施形態2と同様、セル通路4方向から見てスリット孔6が存在する構成となるので、排気ガスがセル通路4を通過する際に確実に排気の乱流状態を生じ触媒との反応機会を与えるので、排気浄化性能を向上させることができる。
【0036】
図6に示すように、すべてのスリット孔がH3、H4、H5の関係を持っているので、スリット孔6がセル通路4方向から見たすべての場所で存在することになる。つまり、平板2と波板3を積層して形成されるすべてのセル通路4の途中に必ず1つ以上のスリット孔6が存在し、隣接するセル通路4と繋がる構造となる。したがって、波板3または平板4に孔を設ける際、波板3と平板2とを積層して巻回する際、あるいは波板3であれば波板加工する際、波板3あるいは平板2に歪みや亀裂がさらに生じにくい上に、各セル通路4途中で必ず排気ガスが乱流状態となる機会が存在するので、各セル通路4にて確実に排気浄化性能を向上することができる。
【0037】
以上説明した各実施形態では、平板2と波板3の両板にスリット孔6を設け、さらに、スリット孔6の配置を上記のような配置で設けることとしたが、波板3のみ、または平板2のみに上記のような配置のスリット孔6を形成した担体1でもスリット孔の周囲に裂け目、切れ目あるいは捻じれ等が発生することを防止しかつ排気の乱流状態を生じ、排気浄化性能を向上させることが可能なことは明白である。
【0038】
また、平板2に対しても、波板3同様な配置でスリット孔6を設ける構成としたが、平板2については波形成形の工程が無いため、波板3と積層して巻回する際でも裂け目、切れ目あるいは捻じれ等は波板に比較して発生しにくい。したがって、平板2については隣接する孔列のスリット孔6がセル通路4方向から見て互いに重なることを許して比較的自由にスリット孔6を設けたものでも、切れ目あるいは捻じれ等を発生することは少ない。
【0039】
また、円筒形に巻回した後に、波板3と平板2とを接合してメタル担体を得るが、接合の方法としては、ロウ材や溶接治具等を用いることが一般的である。しかしながら、このような方法だと、波板3および平板2にスリット孔6を設けているため、孔の部分を避けつつ接合できる部分を考慮しなければならないので、生産性が落ちる可能性がある。したがって、本発明による担体の場合は、高真空下あるいは非酸化雰囲気下で高温加熱することにより接合する拡散接合が好ましい。
【0040】
エンジン性能等の条件で排気浄化性能の特性を変更しようとした場合を考えると、排気ガス流れの乱流化による排気性能向上を図った従来の多段のメタル担体においては、各メタル担体段の幅あるいは断面の大きさを変更したり、段と段との間の空間の容積を変更したりしなければならず、触媒コンバータ自体の大きさを変更しなければならなくなる場合等も考えられるため、非常にコストがかかる可能性がある。
【0041】
しかしながら、本発明の実施形態で挙げているメタル担体においては、排気浄化性能を変更する場合であっても、孔5の位置ならびに数を変更するだけで排気浄化性能を変更できる。したがって、浄化性能の特性を変化させる際でも、生産性の良いコストを抑えた変更が可能になるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のメタル担体の一実施形態を示す図。
【図2】本発明のメタル担体の一実施形態を示す構成図。
【図3】メタル担体を構成する金属板の孔位置の比較例。
【図4】メタル担体を構成する金属板の孔位置の実施形態1。
【図5】メタル担体を構成する金属板の孔位置の実施形態2。
【図6】メタル担体を構成する金属板の孔位置の実施形態3。
【符号の説明】
1 メタル担体
2 平板
3 波板
4 セル通路
5 孔
5A 比較例中の孔位置関係を示す部分
5B 実施形態1中の孔位置関係を示す部分
5C 実施形態2中の孔位置関係を示す部分
6 スリット孔
7 比較例中の孔列
8、81、82 実施形態1中の孔列
91、92、93 実施形態3中の孔列
H1、H2 実施形態1中のスリット孔
H3、H4、H5 実施形態3中のスリット孔
L1 実施形態1中のスリット孔長さ
L2 実施形態1中のスリット孔間の間隙
L3 実施形態3中のスリット孔間の間隙
Claims (8)
- 金属製の平板と波板を積層して平板と波板との間に排気ガスが通過するセル通路を形成したメタル担体において、
波板は、セル通路方向に対して直交する方向に長い複数のスリット孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つセル通路方向から見たときに、各孔列を構成するそれぞれのスリット孔と、このスリット孔に隣接する孔列を構成するそれぞれのスリット孔との間に、所定の間隙を有すると共に、スリット孔の長手方向の長さは孔列方向において前記所定の間隙よりも長い
ことを特徴とするメタル担体。 - 金属製の平板と波板を積層して平板と波板との間に排気ガスが通過するセル通路を形成したメタル担体において、
波板は、セル通路方向に対して直交する方向に長い複数のスリット孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つ互いに隣接する孔列間で各孔列を構成するそれぞれのスリット孔はセル通路方向から見て互いに重なり合わずそれらのスリット孔の間に所定の間隙を有すると共に、スリット孔の長手方向の長さは孔列方向において前記所定の間隙よりも長い
ことを特徴とするメタル担体。 - 平板にも孔が形成される
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のメタル担体。 - 平板は複数の孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つセル通路方向から見たときに、各孔列を構成するそれぞれの孔と、この孔に隣接する孔列を構成するそれぞれの孔との間に、所定の間隙を有する
ことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のメタル担体。 - 平板は複数の孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つ互いに隣接する孔列間で各孔列を構成するそれぞれの孔はセル通路方向から見て互いに重なり合わない
ことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のメタル担体。 - 金属製の平板と波板を積層して平板と波板との間に排気ガスが通過するセル通路を形成したメタル担体において、
平板は、セル通路方向に対して直交する方向に長い複数のスリット孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つセル通路方向から見たときに、各孔列を構成するそれぞれのスリット孔と、このスリット孔に隣接する孔列を構成するそれぞれのスリット孔との間に、所定の間隙を有すると共に、スリット孔の長手方向の長さは孔列方向において前記所定の間隙よりも長い
ことを特徴とするメタル担体。 - 金属製の平板と波板を積層して平板と波板との間に排気ガスが通過するセル通路を形成したメタル担体において、
平板は、セル通路方向に対して直交する方向に長い複数のスリット孔から構成される孔列をセル通路方向と交わる方向に複数列備え、且つ互いに隣接する孔列間で各孔列を構成するそれぞれのスリット孔はセル通路方向から見て互いに重なり合わずそれらのスリット孔の間に所定の間隙を有すると共に、スリット孔の長手方向の長さは孔列方向において前記所定の間隙よりも長い
ことを特徴とするメタル担体。 - 孔列を構成する各孔と隣接する孔列とは異なる孔列を構成する各孔との組み合わせのうち、少なくとも1組の孔はセル通路方向から見て互いに重なりあう
ことを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載のメタル担体。
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