JP3961609B2 - 内燃機関用触媒コンバータの金属触媒担体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気系に装着する触媒コンバータの金属触媒担体に関する。
【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レーシングトラック形状のコアを成形した後、波板と平板の相対移動をなくすためにこれらを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したり、コアを外筒内に収納して、波板と平板及びコアと外筒との当接部分を拡散接合等によって接合させるものである。
【０００４】
尚、ここでレーシングトラック形状とは、対向する２つの直線部分とこれらを連結して対向する２つの半円部分からなる陸上競技のトラック形状に類似する略楕円形状をいう。
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をロー付け等によって接合したり、コアを外筒内に収納して波板と平板及びコアと外筒との当接部分を拡散接合等によって一体的に接合している。
【０００５】
そして、この後、コアに金属触媒の担持処理が施されている。
尚、今日、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）を成形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は、波板と平板の二種類の金属製薄板を多層に接合してコアが成形されているが、波板は高温の排ガスによる熱応力を吸収できるものの、平板は熱応力を吸収し難いため、波板と平板の接合箇所に応力歪みが発生してコアの破断や脱落を引き起こす虞があり、又、平板を使用することでコアの重量が重くなってしまう欠点があった。
【０００７】
又、波板と平板とのロー付け，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９に示すように波板１と平板３を接合して成形されたセル５は三角形状となるため、表面張力によって波板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触媒コンバータの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、上述の如く波板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て排ガスの浄化性能の向上を図った内燃機関用触媒コンバータの金属触媒担体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多重に巻回して断面レーシングトラック形状に成形されたコアを外筒内に収納した内燃機関用触媒コンバータの金属触媒担体であって、前記金属製薄板は、断面く字状の山部と谷部が所定ピッチで連続する波板に成形され、前記山部に、これと反対方向に突出し、巻回時に外側に巻回される波板の谷部が当接する断面く字状の位置決め部が成形されると共に、前記谷部に、位置決め部と反対方向に突出し、巻回時に外側に巻回される波板の位置決め部の端部に係合可能なストッパが位置決め部と同一形状を以って成形されてなり、コアは、波板が並列して積層されたストレート部に於て、外側の波板の谷部の底部と内側の波板の山部の頂点とが位置決め部を介して対向配置されて断面正方形形状のセルが成形され、位置決め部の端部に前記ストッパが係合して、積層された波板間の相対移動が防止されていることを特徴とする。
【００１１】
そして、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関用触媒コンバータの金属触媒担体に於て、前記外筒は、一対の半割れ外筒を接合して成形され、その周壁に、コアの外周から突出するストッパが係合するビード部が、周方向に亘って外方へ突設されていることを特徴としている。
【００１２】
（作用）
請求項１に係る発明によれば、一枚の波板を巻回して断面レーシングトラック形状のコアを成形していく際に、波板を湾曲させるコアのアール部で円周長差を吸収し乍ら、波板を並列的に積層するストレート部に於て、外側の波板の谷部の底部と内側の波板の山部の頂点を位置決め部を介して対向配置させれば、断面正方形形状のセルが成形されることとなる。
【００１３】
そして、本発明に係る金属触媒担体を用いた触媒コンバータを内燃機関の排気系に装着することで排ガスの浄化が図られるが、ストッパが、外側に巻回される波板の位置決め部の端部に係合して波板間の相対移動を防止する。
又、請求項２に係る発明によれば、コアの外周から外方へ突出するストッパが外筒のビード部に係合して、コアと外筒とのズレを防止することとなる。
【００１４】
【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の一実施形態に係る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製（例えば、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金製）の波板１３を多重に巻回して成形された断面レーシングトラック形状のコア１５を、外筒１７内に組み付けた構造となっている。
【００１５】
而して、上記波板１３は、図３に示すように一枚の帯状の金属製薄板をルーバーコルゲート加工して、断面く字状の山部１９と谷部２１が所定ピッチで連続する波形形状に成形されている。
そして、図３乃至図５に示すように山部１９には、谷部２１の方向に当該谷部２１と同一形状からなる断面く字状の位置決め部２３が、各波板１３の左右両端に沿って夫々一つおきに設けられており、図２の如く波板１３を巻回してコア１５を成形していく際に、波板１３を湾曲させるアール部Ｒで円周長差を吸収し乍ら、波板１３を並列的に積層するストレート部Ｓで、巻回する波板１３の谷部２１を内側に巻回された波板１３の位置決め部２３に当接させることで、外側の波板１３の谷部２１の底部と内側の波板１３の山部１９の頂点が夫々対向配置されて、両波板１３で成形されるストレート部Ｓに断面正方形形状のセル２５が成形されるようになっている。
【００１６】
尚、上記位置決め部２３は、各波板１３の左右両端に沿って夫々２つおき或いは３つおきに設けてもよく、波板１３の巻回時に、コア１５のストレート部Ｓでこれらの位置決め部２３を夫々内側の波板１３の谷部２１に当接させて、外側の波板１３の谷部２１の底部と内側の波板１３の山部１９の頂点を対向配置させればよい。
【００１７】
又、積層された波板１３間の相対移動を防止してコア１５のフィルムアウトを防止するため、波板１３には、巻回時に外側の波板１３の位置決め部２３の端部に係合可能なストッパ２７が一端側の谷部２１に所定の間隔を開けて設けられており、当該ストッパ２７は山部１９や谷部２１と共に、ルーバーコルゲート加工によって位置決め部２３と同一形状を以って当該位置決め部２３と反対方向に突設されている。
【００１８】
そして、上述の如き波板１３の巻回時に、アール部Ｒで円周長差を吸収し乍ら、ストレート部Ｓで各ストッパ２７を図５の如く外側の波板１３の山部１９に当接させて位置決め部２３の端部に係合させることで、当該ストッパ２７が積層された波板１３間の相対移動を防止するようになっている。
又、上述の如く波板１３を巻回してコア１５を成形していくと、成形されたコア１５の外周から複数のストッパ２７が外方へ突出してしまうが、本実施形態では、斯かるストッパ２７を積極的に利用することで、コア１５と外筒１７とのロー付けや拡散接合による接合を不要としている。
【００１９】
即ち、図１に示すように外筒１７は上下一対の半割れ外筒１７ａ，１７ｂを接合して構成されているが、その周壁には、コア１５の外周から突出するストッパ２７に対応して１本のビード部２９が周方向に亘って外方へ突設されており、両半割れ外筒１７ａ，１７ｂ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に当たり、図６の如くビード部２９にストッパ２７を係合させてコア１５を外筒１７内に組み付けることで、コア１５と外筒１７とのズレ防止が図られている。
【００２０】
そして、従来と同様、外筒１７のコア１５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、図６に示すように外筒１７の上流側（エンジン側）と下流側に夫々ディフューザ３１，３３を取り付けることで、本実施形態に係る金属触媒担体１１を用いた触媒コンバータ３５が製造されるが、図示するようにディフューザ３１，３３の挿入側端部３１ａ，３３ａの板厚でコア１５の両端部の周縁部を夫々保持することで、積層した波板１３相互のズレやコア１５と外筒１７のズレがより確実に図れることとなる。
【００２１】
このように本実施形態に係る金属触媒担体１１は、アール部Ｒで円周長差を吸収し乍ら、波板１３を断面レーシングトラック形状に巻回することでコア１５が成形され、この時、コア１５のストレート部Ｓに於て、図５に示すように巻回する波板１３の谷部２１を内側に巻回された波板１３の位置決め部２３に当接させれば、外側の波板１３の谷部２１の底部と内側の波板１３の山部１９の頂点が夫々対向配置されて、両波板１３で成形されるストレート部Ｓに断面正方形形状のセル２５が成形されるので、図７に示すように各波板１３の山部１９と谷部２１の接合部は図９に示す従来例に比し広角となり、この結果、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せず、均一化した触媒層３７が成形されることとなる。
【００２２】
そして、上記金属触媒担体１１を用いた触媒コンバータ３５を内燃機関の排気系に装着することで排ガスの浄化が図られるが、上記ストッパ２７が、外側に巻回される波板１３の位置決め部２３の端部に係合して波板１３間の相対移動を防止すると共に、コア１５の外周から外方へ突出する複数個のストッパ２７が外筒１７のビード部２９に係合してコア１５と外筒１７とのズレを防止し、又、ディフューザ３１，３３がコア１５の両端部の周縁部を保持して、コア１５と外筒１７のズレを防止することとなる。
【００２３】
従って、本実施形態によれば、平板を用いることなく、一枚の波板１３を巻回していくだけで金属触媒担体１１のコア１５が容易に製造でき、而も、金属触媒担体１１を構成する波板１３同士やコア１５と外筒１７とのロー付け，拡散接合等による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可能となってコストの低廉化が図れると共に、触媒層３１がコア１５に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、又、位置決め部２３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。
【００２４】
而も、本実施形態に係る金属触媒担体１１によれば、従来の如き平板が不要となるため軽量化が図れ、その結果、金属触媒担体１１が低熱容量となって触媒コンバータ３５の昇温時間が短縮できると共に、熱応力の吸収に優れ破断を引き起こす虞もないし、コア１５のフィルムアウトやコア１５と外筒１７とのズレが生ずることもない。
【００２５】
そして、本実施形態では、上述したようにコア１５のストレート部Ｓの構造に特徴をもたせ、アール部Ｒのセル形状は断面正方形形状に成形されていないが、ディフューザ３１を介して触媒コンバータ３５内に導入された排ガスの殆どがストレート部Ｓを流下していくため、触媒コンバータ３５の浄化性能が損なわれる虞はないし、又、多くの排ガスが流下するストレート部Ｓでコア１５のフィルムアウトが防止されているため、コア１５の耐久性の点でも何等問題はない。
【００２６】
尚、上記実施形態では、波板１３の一端側の谷部２１に所定の間隔を開けてストッパ２７を設けたため、外筒１７の周壁に、コア１５の外周から突出する複数のストッパ２７に対応して１本のビード部２９を周方向に亘って突設したが、波板１３の両端側の谷部２１にストッパ２７を設けてもよく、この場合には、図８に示す金属触媒担体１１-1のように、一対の半割れ外筒１７-1ａ，１７-1ｂからなる外筒１７-1の周壁に、コア１５-1の外周から突出するストッパ２７に対応して２本のビード部２９-1を周方向に亘って突設すればよい。
【００２７】
而して、斯かる実施形態によっても、上記実施形態と同様、所期の目的を達成することが可能である。
又、図６に示すように、上述した実施形態では、ディフューザ３１，３３の挿入側端部３１ａ，３３ａの板厚でコア１５の両端部の周縁部を夫々保持したが、既述したように、コア１５の外周から外方へ突出する複数個のストッパ２７が外筒１７のビード部２９に係合してコア１５と外筒１７とのズレを防止するため、ディフューザ３１，３３による保持は必ずしも必要なものではなく、触媒コンバータの製造に当たり、ディフューザを外筒１７の外周に装着してもよい。
【００２８】
更に又、ストッパ２７とビード部２９との係合によるコア１５と外筒１７とのズレ防止に代え、ディフューザ３１，３３によるコア１５の保持でコア１５と外筒１７とのズレ防止を図ってもよく、斯かる実施形態によっても、上記各実施形態と同様、所期の目的を達成することが可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１に係る発明によれば、平板を用いることなく、一枚の波板を巻回していくだけで金属触媒担体のコアが容易に製造でき、而も、金属触媒担体を構成する波板同士の接合やコアと外筒とのロー付けや拡散接合等による接合が不要となるため、従来に比し製造が容易となってコストの低廉化が図れると共に、触媒層がコアに均一に付着されるので、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、又、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。
【００３０】
又、本発明によれば、従来の如き平板が不要となるため軽量化が図れ、その結果、金属触媒担体が低熱容量となって触媒コンバータの昇温時間が短縮できると共に、熱応力の吸収に優れ破断を引き起こす虞もないし、コアのフィルムアウトが生ずることがない。
そして、請求項２に係る発明によれば、ストッパとビード部との係合によってコアと外筒とのズレが生ずることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】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の全体斜視図である。
【図２】コアの成形方法を示す説明図である。
【図３】図１の金属触媒担体のコアを成形する金属製薄板の部分斜視図である。
【図４】波板の巻回方法の説明図である。
【図５】図１のＡ部の拡大正面図である。
【図６】図１に示す金属触媒担体を用いた触媒コンバータの要部断面図である。
【図７】コアのストレート部の拡大正面図である。
【図８】請求項１及び請求項２の他の実施形態に係る金属触媒担体の全体斜視図である。
【図９】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】
１１，１１-1 金属触媒担体
１３ 波板
１５，１５-1 コア
１７，１７-1 外筒
１９ 山部
２１ 谷部
２３ 位置決め部
２５ セル
２７ ストッパ
２９，２９-1 ビード部
３５ 触媒コンバータ
３７ 触媒層

Claims (2)

1. 一枚の帯状の金属製薄板を多重に巻回して断面レーシングトラック形状に成形されたコア（１５，１５-1）を外筒（１７，１７-1）内に収納した内燃機関用触媒コンバータの金属触媒担体（１１，１１-1）であって、
   前記金属製薄板は、断面く字状の山部（１９）と谷部（２１）が所定ピッチで連続する波板（１３）に成形され、前記山部（１９）に、これと反対方向に突出し、巻回時に外側に巻回される波板（１３）の谷部（２１）が当接する断面く字状の位置決め部（２３）が成形されると共に、前記谷部（２１）に、位置決め部（２３）と反対方向に突出し、巻回時に外側に巻回される波板（１３）の位置決め部（２３）の端部に係合可能なストッパ（２７）が位置決め部（２３）と同一形状を以って成形されてなり、
   コア（１５，１５-1）は、波板（１３）が並列して積層されたストレート部（Ｓ）に於て、外側の波板（１３）の谷部（２１）の底部と内側の波板（１３）の山部（１９）の頂点とが位置決め部（２３）を介して対向配置されて断面正方形形状のセル（２５）が成形され、位置決め部（２３）の端部に前記ストッパ（２７）が係合して、積層された波板（１３）間の相対移動が防止されていることを特徴とする内燃機関用触媒コンバータの金属触媒担体。
2. 前記外筒（１７，１７-1）は、一対の半割れ外筒（１７ａ，１７ｂ，１７-1ａ，１７-1ｂ）を接合して成形され、その周壁に、コア（１５，１５-1）の外周から突出するストッパ（２７）が係合するビード部（２９，２９-1）が、周方向に亘って外方へ突設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触媒コンバータの金属触媒担体。

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