JP4188675B2

JP4188675B2 - 触媒コンバータの排ガスセンサ取付構造

Info

Publication number: JP4188675B2
Application number: JP2002367680A
Authority: JP
Inventors: 慎介三木; 誠八河野; 久世良
Original assignee: Mazda Motor Corp; Tokyo Roki Co Ltd
Current assignee: Mazda Motor Corp; Tokyo Roki Co Ltd
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: JP2004197662A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気ガスを浄化する触媒コンバータへの排ガスセンサの取付構造に関し、エンジンの排気浄化の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、エンジンの排気通路には、エンジンで発生した排気ガス中に含まれるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）等の有害成分を触媒物質に接触させて排気ガスを浄化する触媒コンバータが備えられる。
【０００３】
このような触媒コンバータにＯ_２センサを取り付けて内部の酸素濃度を検出することによって、触媒コンバータの浄化性能の劣化を判定することがあり、その場合のＯ_２センサの取付構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図６に示すように、この触媒コンバータＡは、円筒状のケーシング（ハウジング）Ｂ内に一対の円柱状の触媒担体Ｃ１，Ｃ２を所定の間隔を隔てて直列に収納している。そして、両触媒担体Ｃ１，Ｃ２間にＯ_２センサＤを取り付ける場合において、上流側触媒担体Ｃ１の下流端部と下流側触媒担体Ｃ２の上流端部とに対応するケーシングＢの部位にそれぞれ径方向内側への絞縮部Ｂ１，Ｂ２が設けられると共に両絞縮部Ｂ１，Ｂ２間に適宜長さの円筒面部Ｂ３が設けられており、この円筒面部Ｂ３にＯ_２センサＤがセンサ取付用ボス（台座）Ｅを介して取り付けられている。また、ケーシングＢの内周面と両触媒担体Ｃ１，Ｃ２の外周面との間隙にそれぞれ保持部材（保持マット）Ｆ，Ｆが介装されている。
【０００５】
このようにしてＯ_２センサＤを両触媒担体Ｃ１，Ｃ２に近接配置させることにより、酸素濃度を精度よく検出することが可能となる。しかも、ケーシングＢに上記絞縮部Ｂ２を設けることにより、下流側触媒担体Ｃ２における保持部材Ｆ方向への高温の排気ガスの流通が効果的に抑制され、保持部材Ｆは高温の排気ガスから良好に保護される。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−７３７５５号公報（第２〜第３頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エンジンの冷間始動時のように排気ガスの温度が比較的低い場合、ウォームアップ用途に上流側触媒担体を備えることがある。これは、排気ガスによって例えば熱容量の小さい上流側触媒担体をいち早く昇温させ、早期に活性状態となった上流側触媒担体における触媒反応によって昇温した排気ガスを下流側触媒担体へ流入させ、その結果、熱容量の大きい下流側触媒担体をも速やかに活性状態に到達させようとするものである。つまり、冷間始動時においても両触媒担体は略一体に速やかに活性状態となり、触媒コンバータは良好な浄化性能を発揮するようになる。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載の取付構造では、ケーシングＢに絞縮部Ｂ１，Ｂ２を設けた上で、両絞縮部Ｂ１，Ｂ２間に設けた円筒面部Ｂ３にＯ_２センサＤを取り付けることから、上流側触媒担体Ｃ１と下流側触媒担体Ｃ２とを比較的離間して配置せざるを得ない。その結果、この場合には、上流側触媒担体Ｃ１を通過して下流側触媒担体Ｃ２に流入する図中矢印で示す排気ガスに無視できない温度低下が生じ、触媒コンバータＡとしては良好な浄化性能を維持することができなくなるおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明は、以上の現状に鑑み、触媒コンバータへの排ガスセンサの取り付けに際し、ケーシング内に収納された一対の触媒担体の離間間隔がいたずらに長くなることのない取付構造を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。
【００１１】
まず、請求項１に記載の発明は、円筒状のケーシング内に一対の円柱状触媒担体を所定の間隔を隔てて直列に収納してなるエンジン排気通路用触媒コンバータへの排ガスセンサ取付構造に関するもので、上記両触媒担体はその外周面に巻き付けられた保持部材を介してケーシングの内面に支持されていると共に、下流側触媒担体の上流端部に対応するケーシングの部位に径方向内側への絞縮部が設けられており、かつ、該ケーシングにおける上流側触媒担体の下流端部に対応する部位と上記絞縮部との間に下流側に向かって径が次第に小さくなる円錐面部が設けられており、該円錐面部に排ガスセンサが取り付けられていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、ケーシングに上記絞縮部を設けたことにより、下流側触媒担体における保持部材方向への高温の排気ガスの流通が効果的に抑制される。その結果、この保持部材は、流入する高温の排気ガスのサイクリックなアタックから良好に保護されるため、その耐久性が向上する。したがって、下流側触媒担体はケーシング内の所定位置に長期にわたり安定して支持されるようになる。
【００１３】
その上で、本発明は、一対の触媒担体間に排ガスセンサを取り付ける場合において、上記円錐面部に着目している。従来であると、両触媒担体の離間箇所に対応するケーシングの部位において一対の絞縮部間に円筒面部を形成し、この円筒面部に排ガスセンサを取り付けるところ、この発明によれば、上記円錐面部の触媒コンバータの軸線方向に沿った寸法を適宜設定することにより、従来に比較して両触媒担体の離間間隔を短縮しつつ該円錐面部への排ガスセンサの取り付けが可能となる。その結果、例えばウォームアップ用途としての上流側触媒担体によって昇温された排気ガスは、その温度低下が抑制されつつ下流側触媒担体に流入する。したがって、特にエンジンの冷間始動時のように排気ガスの温度が低い場合であっても、両触媒担体は略一体に速やかに活性状態に到達し、触媒コンバータは良好な浄化性能を発揮することが可能となる。
【００１６】
そして、請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の取付構造において、ケーシングにおける上流側触媒担体の上流端部に対応する部位に絞縮部が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、上記下流側触媒担体における保持部材に加え、上流側触媒担体における保持部材も流入する高温の排気ガスから良好に保護される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
図１及び図２に示す本発明の実施の形態に係る触媒コンバータ１はエンジンの排気通路に備えられており、円筒状のケーシング２内に一対の円柱状の上流側触媒担体３と下流側触媒担体４とを所定の間隔Ｌを隔てて直列に収納する。また、両触媒担体３，４の外周面にはそれぞれ保持部材５，５が巻き付けられている。また、ケーシング２の周囲は概ねアウタシェル６によって覆われている。そして、両触媒担体３，４の離間箇所に、ケーシング２内の排気ガス、より具体的には上流側触媒担体３を通過した排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ_２センサ７が取り付けられている。
【００２０】
上記構成により、矢印ａで示すように図示しない上流側の排気管からこの触媒コンバータ１に流入した排気ガスは、両触媒担体３，４を通過することによって浄化されたのち、矢印ｂで示すように図示しない下流側の排気管を介して例えばサイレンサ方向へ排出される。その過程で、上流側触媒担体３を通過した排気ガス中の酸素濃度がＯ_２センサ７によって検出され、その検出信号に基いて上流側触媒担体３の劣化が判定される。
【００２１】
金属製のケーシング２は、その上流端部に溶接等によって固設された排気管取付用フランジ部材１１と上流側の排気管に固設された触媒取付用フランジ部材とのボルト締結を介して上流側の排気管に連結される一方、下流端部に溶接等によって固設された下流側に向かって次第に径が小さくなるコーン部材１２を介して下流側の排気管に連結されている。
【００２２】
このケーシング２における上流側触媒担体３の上流端部に対応する部位に径方向内側への加工程度の大きい絞縮部１３が設けられると共に、この絞縮部１３から上流側に向かって径が次第に小さくなるコーン部１４が設けられており、かつ、上流側触媒担体３の下流端部に対応する部位に上記絞縮部１３より加工程度の小さい絞縮部１５が設けられている。
【００２３】
一方、ケーシング２における下流側触媒担体４の上流端部に対応する部位に上記絞縮部１５より加工程度の大きい絞縮部１６が設けられると共に、両絞縮部１５，１６間に下流側に向かって径が次第に小さくなる円錐面部１７が設けられており、かつ、下流側触媒担体４の下流端部に対応する部位に適宜加工程度の絞縮部１８が設けられており、この絞縮部１８を介して上記コーン部材１２が嵌合の上、固設されている。
【００２４】
上流側及び下流側触媒担体３，４はいずれも断面ハニカム状のセラミック製モノリス体であって、白金等の貴金属成分を含む触媒物質を担持している。両触媒担体３，４のうち上流側触媒担体３は、下流側触媒担体４に比較して触媒コンバータ１の軸線方向の長さが短くされている。
【００２５】
保持部材５，５はセラミックファイバ等をマット状に成形したものであって、図２及び図３に示すように、これらの保持部材５，５は両触媒担体３，４の外周面にそれぞれ巻き付けられて、固有の耐熱性を有しつつ両触媒担体３，４をケーシング２内の所定位置に保持する。
【００２６】
図１及び図３に示すように、金属製のアウタシェル６は略同心状にケーシング２の大半部分を覆うもので、上流側及び下流側部分はケーシング２に概ね沿ったコーン状とされており、かつ、その外周面には適宜位置を縦横に走る溝状凹部が設けられている。そして、アウタシェル６とケーシング２との間隙には、適宜位置に断熱部材２１…２１が介装されており、このような構成によってケーシング２側から外方への熱放射が低減される。
【００２７】
両触媒担体３，４の離間箇所つまり上記円錐面部１７に、上流側触媒担体３を通過した排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ_２センサ７が取り付けられている。本実施の形態におけるＯ_２センサ７は、高温の触媒反応による上流側触媒担体３の溶損やこの触媒担体３に担持された触媒物質の劣化等に起因する浄化能力の低下を判定するためのものであり、周知の構成のものが適用可能である。
【００２８】
なお、図１に示すように、Ｏ_２センサ７の一方の先端部はアウタシェル６から突出すると共に、アウタシェル６に立設されたカバー部材２２によって保護されている。
【００２９】
本発明の特徴部分であるケーシング２へのＯ_２センサ７の取付構造につき、図４を用いて説明する。ケーシング２に設けられた両絞縮部１５，１６間の円錐面部１７の概ね中央位置、つまりやや上流側触媒担体３寄りの位置に、図例上、上下に細長いＯ_２センサ７をその軸方向が触媒コンバータ１の軸線方向と略直交する向きで取り付けるための取付孔が穿設され、この取付孔に雌ネジ部を有するセンサ取付用ボス３１が溶接により固定されている。そして、センサ取付用ボス３１の雌ネジ部に、Ｏ_２センサ７が比較的下端部寄りに設けられた雄ネジ部３２を介して螺合することにより、下端部の検出部３３はケーシング２内の所定箇所つまり両触媒担体３，４の離間箇所に位置する。また、検出部３３からの検出信号は、Ｏ_２センサ７の上端部に接続された信号線３４を介して外部へ取り出される。
【００３０】
次に、この触媒コンバータ１の作用を説明すると、上流側から該触媒コンバータ１に流入する排気ガスは例えばエンジンの冷間始動時のように比較的低温であっても、まず長さが短いため熱容量の小さい上流側触媒担体３を速やかに昇温させる。早期に活性状態となった上流側触媒担体３における触媒反応によって流入した排気ガスは昇温され、次いで下流側触媒担体４に流入する。その結果、上流側触媒担体３より長さが長いため熱容量の大きい下流側触媒担体４も速やかに活性状態に到達するようになる。つまり、冷間始動時においても両触媒担体３，４は一体に速やかに活性状態となるから、排気エミッションの良好な低減が実現される。
【００３１】
また、上流側触媒担体３を通過した排気ガス中の酸素濃度をＯ_２センサ７で検出することにより、上流側触媒担体３の浄化性能の劣化を判定することができる。
【００３２】
その上で、ケーシング２における上流側触媒担体３の上流端部に対応する部位に加工程度の大きい絞縮部１３を設けたから、排気管から流入してこの触媒担体３の保持部材５方向へ流入する排気ガスの流通が抑制される。保持部材５は良好な耐熱性を有しているものの、高温の排気ガスのサイクリックなアタックに長期間曝されると消耗することがあるが、上記構成としたことにより、保持部材５の耐久性が向上する。したがって、上流側触媒担体３はケーシング２内の所定位置に長期にわたり安定して支持されるようになる。
【００３３】
また、下流側触媒担体４の上流端部に対応する部位にも加工程度の大きい絞縮部１６が設けられているから、上流側触媒担体３を通過して下流側触媒担体４の保持部材５方向へ流入する高温の排気ガスの流通が抑制される結果、前述したと同様、保持部材５の耐久性が向上する。
【００３４】
そして何よりも、ケーシング２へのＯ_２センサ７の取り付けに際し、該Ｏ_２センサ７をケーシング２の円錐面部１７に取り付けたから、従来のように円筒面部に取り付ける場合に比較して両触媒担体３，４の離間間隔は間隔Ｌに短縮される。すなわち、該Ｏ_２センサ７のセンサ取付用ボス３１も含めた触媒コンバータ１の軸線方向の取付寸法Ｓは固定値であるとすると、ケーシング２にこの寸法Ｓに見合う円筒面部を設けて該円筒面部にＯ_２センサ７を取り付ける従来の構造においては、図４に符号ＩＩで示す鎖線のように、上流側触媒担体３の下流端部に対応する部位の絞縮部がこの触媒担体３の下流端部に干渉し、該下流端部が損傷するおそれが生じる。この不具合を回避するためには、符号ＩＩＩで示す鎖線のように、該触媒担体３を干渉なきよう適宜位置まで上流側へ移動させて配置させねばならず、これにより両触媒担体３，４の離間間隔Ｌ′は本実施の形態における離間間隔Ｌより長大化することになるのである。
【００３５】
このようにして、上流側触媒担体３を通過した排気ガスの温度低下が抑制されつつ下流側触媒担体４に流入することとなり、特に冷間始動時の下流側触媒担体４の速やかな活性状態への到達が実現され、ひいては触媒コンバータ１としての浄化性能の向上が図られる。
【００３６】
また、ケーシング２へのＯ_２センサ７の取付構造として、図５に示すものがある。これはＯ_２センサ７をその軸方向がケーシング２における円錐面部１７と略直交する向きで、より詳しくは円錐面部１７の母線と略直交する向きで取り付けたものである。
【００３７】
なお、前記実施の形態では、ケーシング２における上流側触媒担体３の下流端部に対応する部位には加工程度の小さい絞縮部１５が設けられていたが、この部位から上流側触媒担体３に巻き付けられた保持部材５方向へ流入する排気ガスが少ない場合には、絞縮部１５の形成を省略してもよい。
【００３８】
また、ケーシング２における下流側触媒担体３の上流端部に対応する部位に設けられた絞縮部１６の加工程度は大きいが、この縮径部１６の形成加工を二段階で形成してもよい。これにより、一段階で絞縮部１６を形成する場合に比較して、ケーシング２におけるしわ等の不具合の発生が効果的に軽減される。
【００３９】
そして、本発明における排ガスセンサは前述したＯ_２センサ７の他にＮＯｘセンサ等も含む。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、触媒コンバータへの排ガスセンサの取り付けに際し、ケーシング内に収納された一対の触媒担体の離間間隔がいたずらに長くなることのない取付構造が提供され、例えばエンジンの冷間始動時においても触媒コンバータの良好な浄化性能が発揮される。本発明は、エンジンの排気浄化の技術分野に広く好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る触媒コンバータの斜視図である。
【図２】アウタシェルを省略した触媒コンバータの縦断面図である。
【図３】図２のＹ−Ｙ線による断面図である。
【図４】Ｏ_２センサの取付構造を示す要部断面図である。
【図５】Ｏ_２センサの別なる取付構造を示す要部断面図である。
【図６】従来技術におけるＯ_２センサの取付構造を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１触媒コンバータ
２ケーシング
３上流側触媒担体
４下流側触媒担体
７Ｏ_２センサ（排ガスセンサ）
１３絞縮部
１６絞縮部
１７円錐面部

Claims

円筒状のケーシング内に一対の円柱状触媒担体を所定の間隔を隔てて直列に収納してなるエンジン排気通路用触媒コンバータへの排ガスセンサ取付構造であって、上記両触媒担体はその外周面に巻き付けられた保持部材を介してケーシングの内面に支持されていると共に、下流側触媒担体の上流端部に対応するケーシングの部位に径方向内側への絞縮部が設けられており、かつ、該ケーシングにおける上流側触媒担体の下流端部に対応する部位と上記絞縮部との間に下流側に向かって径が次第に小さくなる円錐面部が設けられており、該円錐面部に排ガスセンサが取り付けられていることを特徴とする触媒コンバータの排ガスセンサ取付構造。
ケーシングにおける上流側触媒担体の上流端部に対応する部位に絞縮部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の触媒コンバータの排ガスセンサ取付構造。