JPH03504262A - 加圧下でペレットを保持するスクリーン容器を備えた改良した触媒コンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 加圧下でペレットを保持するスクリーン容器を備えた改良した触媒コンバータ 発明の分野 本発明は、一般的に、触媒コンバータ、より詳細には、流れ通過ハウジング内に ペレットの集合体を有する型式の触媒コンバータに関する。

発明の背景 ペレット（又は「ビード」）の型式の自動車用触媒コンバータは、触媒、通常は 貴金属で被覆したセラミックペレットの床層（ｂｅｄ）をサンドイッチ構成にし て支持する鋼板構造が一般的である。典型的には、ペレットは床層を画成する！ 対の多孔鋼板保持器間に含まれている。床層は、高温のエンジン排気ガスが触媒 ペレット床層の上下を及びそれを貫通して通らなければならないようにするため にコンテナ内に配置される。次いで、排気ガスは低有害状態でコンバータから出 る。

特に、触媒コンバータが自動車エンジンでの必須装備になったために、多くの構 成のペレット床層及びコンテナハウジングが開発され、使用され、多くの改良が なされてきている。しかしながら、自動車用触媒コンバータは重大な問題を持ち 続けており、時として自動車産業において大きな費用となった欠陥品回収にまで 到ってしまったこともある。このような装置のより良い機能の達成のため及び長 くより信頼性ある寿命のために改良が必要である。

触媒コンバータは、好ましくは排気系に過度の背圧を加えないで、乱れた高温排 気流を残存させると共にガスの燃焼を完全にしなければならない。特に、高い動 作温度で使用した場合、セラミック製のペレットは排気流により攪拌され、渦巻 状態にされ、粉末になるまですり砕かれてしまうことがある。往々ペレットの流 動化と呼ばれるペレット床層のこの作用は触媒コンバータの動作にとって最も有 害である。

ペレットの流動化を阻止するための現在の触媒コンバータの設計上の主たる課題 は、ペレットの集合体（“ペレット床層”）を堅固な態様で支持することを含ん でいる。太い鋼鉄の植込みボルトによりビン止めした重いステンレス鋼の保持器 は床層の形態を固定にする。しかしながら、自動車の動作にとって開存の熱循環 及び振動は床層内でペレットが揺乱する余地を与える。時間の経過とともに、空 隙が生じ、ルーバが摩耗したペレットでつまってしまい、コンバータの才能が劣 化する。装置の変換効率は低下し、コンバータの寿命を縮める背圧の増加が生じ る。

現在の触媒コンバータの設計は、ペレットを高い信頼性で圧縮下で保持すると共 にペレット床層の流動化を防止する点で失敗している。このような失敗の１つの 例が上側の床層で往々極端な流動化を有するような周知の二重床層ペレットコン バータである。この設計は放棄された。自動車産業での数百万ドルに及ぶ欠陥品 回収計画は、触媒コンバータの問題を完全に解消するには現在の設計では無能で あることを証明している。このような問題はまだ解決されていない。

他の継続している触媒コンバータに関連した問題は過度の背圧がエンジン効率と 性能を減少させてしまうという事実である。排出制御表置することなく背圧を減 少することか継続した自動車産業での目標である。

更に他の関心事は、遅い「起動」によるエンジン動作の始動期間での許容できな い程度の排出の問題である。より速い起動（触媒コンバータが機能し始めること ）か望まれる。

改良した実際的な触媒コンバータの要求が自動車産業にとって常に切望されてい る。

発明の目的 従来技術の問題点及び欠点を解決する改良した触媒コンバータを提供することが 本発明の１つの目的である。

本発明の他の目的は、長期に渡る使用の間で寿命及び能率共に向上した触媒コン バータを提供することである。

本発明の更に他の目的は、ペレットの流動化に対する抵抗性が向上したコンバー タを提供することである。

本発明の他の目的は、ペレットの流動化を回避するかあるいはそれを最少にする ためにペレットの集合体を圧縮下で高い信頼性をもって保持するコンバータを提 供することである。

本発明の他の目的は、背圧を減少しかつ起動をより速くした触媒コンバータを提 供することである。

これら及び他の重要な目的は、以下の本発明の記載から明白となる。

発明の概要 本発明は、上述したものを含んだ従来技術のある問題点及び欠点を解決する改良 した触媒コンバータである。本発明の触媒コンバータは流れ通過ハウジング内に セラミックペレットのようなペレットの集合体を有する形式のものである。

現在の設計の失敗点を解決するために、本発明のコンバータは、ペレットを高温 ワイアメツシュすなわちスクリーンの容器に堅固に保持することによってペレッ トの集合体に対してペレット圧縮力を維持する。このようなスクリーン容器は、 その弾力性と、エンジンが全開状態にある際に触媒コンバータ内で見い出された 温度範囲に渡っての記憶とに主に寄与する。スクリーンに弾力性かあり、スクリ ーン容器内へペレットを充填するので容器はペレットの集合体を圧縮し、それら を圧縮下で堅固に保持する。

好ましくはコンバータのハウジングの内壁それ自体である剛性手段はスクリーン 容器の外壁に圧縮力を加える。ハウジングは好ましくはスクリーン容器を取り巻 き、その外部壁を内側に圧縮する。これによりペレットの集合体に対する圧力が 増大し、従ってペレットの流動化を阻止する上での助けとなる。

本発明の好適実施例は過度の背圧を回避しなおも良好なペレット圧力を維持する ように働く構成を含んでいる。このような構成において、ハウジングは管状壁と 、それぞれが流れ開口を備えた第１及び第２の対向したハウジング端部とを含み 、スクリーン容器及びそれが包囲するペレットの集合体は以下に記載するような 態様で管状となる。

管状のスクリーン容器は両端で対向した第１及び第２の縁部を備えた外側表面を 有し、第１の縁部はハウジングの第１の端部に近い管状壁と流れを制限するよう に係合している。管状ハウジング壁及びスクリーン容器外側表面は第１の縁部の 近くから第２の縁部まで伸びる容器の外側の流路を形成する。この構成は動作時 に低い背圧を与えるので、動作効率を向上させる。同様に、高信頼性の起動が与 えられる。

外側流路は、良好なガスの流れを与えるようにスクリーン容器の外側壁とハウジ ングとの間で充分な間隙を持たなければならない。未処理のガスはペレット集合 体を通過する前に自由に流れなければならず、また処理済のガスはペレット集合 体を通過した後に自由に流れなければならない。ペレット集合体（すなわち“床 層”）の厚味及びペレットの集合体の長さは、所望されたガス流れ特性、有害ガ ス濃度およびペレットの貴金属又は他の触媒の充填量の関数である。

このような管状構造体の極めて好ましい実施例においては、スクリーン容器は、 それがハウジングの第１の端部近くでハウジングの管状壁と係合しかつそのよう なスクリーンとハウジングとの保合が第１の縁部からある距離に渡って伸びその 区域でスクリーン容器の外側表面の横断面寸法を相当に減少する程度まで係合す ることによって圧縮される。これはスクリーン容器全体に渡ってペレットの集合 体に対する圧縮力を増大するように働く。

最も好ましくは、このようなスクリーンとハウジングとの保合は管状のベレット 集合体の厚味に少なくとも等しい第１の端部からの距離に渡って伸びる。これは 充分な圧縮を与え、かつまた未処理ガスは充分に処理されなかったガスか床層を 素通りすることを防止するようにペレットの集合体のあらゆる部分に渡って充分 な距離のガスの流れを与えるように働く。

ある極めて好ましい実施例においては、管状スクリーン容器にはテーパーが付け られる。その第１の縁部はその第２の縁部よりより大きな断面寸法を有する。こ の設計は構成を容易にすることに貢献する。同じ理由で、ハウジングは好ましく は円筒状とされ、ペレットの集合体は截頭円錐形となる。

ある好適実施例において、管状スクリーン容器は、管状のペレット集合体が第２ の縁部の近くて閉ざされるように靴下のような形状にされる。このため、ベレッ ト集合体を通る流れは集合体の横方向部分を通る半径方向の流れとなったり、あ るいは端部分を通る軸線方向の流れとなったりする。

このような最も好適な靴下状の構成においては、排気ガスは、靴下構造の外から 内側へあるいは内から外側への一方のいずれかの方向にハウジングを通って流れ ることができる。しかしながら、背圧は、一般的に、排気ガスが内側から外側に 、すなわち最初に開口端を通って靴下状構造の中央に向いそこからその構造体の 壁を通って半径方向かあるいはその端を通って軸線方向かのいずれかの流路とな る時にはより低くなる。

全開状態及び荷重下でのエンジンからの排気ガスが高温のハリケーンとなってい ることを考慮した場合、管状のベレット集合体は全てが圧縮下に保持された触媒 ペレットの大きな前面区域を呈することになる。均一な床層の深さが均一であり 、空隙が存在しないため、部材全体に流れを等しく分散できる。高温のスポット 域の発生は回避される。この装置は目詰りせず、流動化させない。

弾力性のあるスクリーン容器および全体構造はペレット床層のつぶれを回避する ように働く。

要約すれば、優れた流れ特性と信頼性が与えられ、有効な動作および総合的な触 媒コンバータの寿命が延長される。

図面の簡単な説明 第１図は、内部部分を示すため切欠部分を備えた本発明に従った好適な触媒コン バータの斜視図である。

第２図は切欠部分を備えた分解側面図である。

第３図はスクリーン容器とハウジング壁との保合区域の詳細を示す拡大部分断面 図である。

好適実施例の詳細な説明 図面は本発明の好適実施例に従った改良した触媒コンバータｌＯを示し、これは コンテナハウジング１４の内側にペレットの集合体１２を含んでいる。

コンテナハウジング１４は管状壁１６と、第１及び第２の対向するハウジング端 部１８および２０を含んており、これら端部はそれぞれ流れ開口２２および２４ を形成している。触媒コンバータ１０は、排気ガスが開０２２および２４のうち の一方に入り、ベレット集合体１２を通過して他方の流れ開口を通って出るよう に設計されている。

スクリーン容器２６はハウジング１４の内側に設けられ、ベレ、　ット集合体１ ２を包囲すると共にこれを画成するように働く。スクリーン容器２６およびベレ ット集合体１２の両者は形が靴下状となっている。すなわち、これらは管状の側 面域２８を有し、一端で開口し、他端で端部３０により閉ざされる。ベレット集 合体の管状城および端部は、ｆＪＦ気ガスが通らなければならない良好なペレッ ト集団量を与えるために相当の厚味（例えば３ｃｍ）となっている。

スクリーン容器２６は対向した第１及び第２の縁部３４および３６を存する管状 外側表面３２を存している。スクリーン容器２６はまた軸方向空隙の内側流路４ ０を形成する内側表面３８を有する。内側流路４０はスクリーン容器２６の長さ のほとんどに渡って伸びる。第１の縁部３４は第２の縁部３６の横断面寸法より も大きな横断面寸法を有する。スクリーン容器２６、特にその外側表面３２は形 が截頭円錐形であるか、管状ハウジング壁１６は円筒形である。

スクリーン容器２６の外側表面３２の第１の縁部３４はハウジング壁１６と流れ を禁止するように係合している。ベレット集合体１２は、ペレットがそれぞれ加 圧下で堅固に位置決めされて保持されるようにスクリーン容器２６によって圧縮 される。このような加圧下の状態はベレット集合体１２の密な充填およびスクリ ーン容器２６の弾性特性によって生じる。

第２図は、ベレット集合体１２を備えたスクリーン容器２６がハウジング１４に 挿入される前に、第１の縁部３４の横断面寸法（直径）が管状ハウジング壁１６ の内側直径よりも大きいということを示す。スクリーン容器２６がハウジング１ ４に挿入されると、スクリーン容器２６は、第１および３図に示されるように第 １の縁部３４の近くの端部において径方向内側に圧縮される。第１図の仮想線は スクリーン容器２６とハウジング壁１６との保合区域の端を表わしている。

管状壁１６はこのような保合区域でスクリーン容器２６を圧縮する剛性手段を与 える。スクリーン容器２６を包囲するハウジング壁１６と外側表面３２とのこの ような係合は、ベレット集合体１２の厚味を越えた距離に渡って第１の縁部３４ から延びる。この結果この位置の外側表面３２の外側寸法を相当に減少させ、こ れはベレット集合体１２に対する圧力を大きく増大させる。スクリーン容器２６ の弾性特性は、このような圧縮によって、付加的な圧力を与えるように働く。更 に、これはベレット集合体の流動化となってしまうペレットの振動および運動の 可能性を減少する。

管状ハウジング壁１６およびスクリーン容器２６の外側表面３２は一緒になって 外側流路４２を形成し、これは外側表面３２とハウジング壁１６との保合区域か らスクリーン容器２６の外側端部ての外側表面３２の第２の縁部３６まで連続し て延びる。外側表面３２、内側表面３８、内側流路４０および外側流路４２には テーパーか付けられている。スクリーン容器２６の径が小さくなければ、外側流 路４２は広くなる。

スクリーン容器２６は外側表面３２の第２の縁部３６でローケータ・リング４４ に固着されている。ローケータ・リング４４それ自体は、ガスかそれを通って第 ２のハウジング端部２０および流れ開口２４に容易に流れるように重いスクリー ン材料で作られる。ローケー・リング４４の外側縁部は管状ハウジング壁１６と 係合し、内側縁部はスクリーン容器の外側表面３２の第２の縁部３６と係合する 。

第１及び第２のハウジング端部１８及び２０はスクリーン容器２６の各端で空間 を与えるようにテーパーが付けられている。排気ガスは上述したようにいずれか の方向で触媒コンバータ１０を通って流れるようにされることができるが、第１ の端部１８から第２の端部２０に流れるようにすることが好ましい。

そのような流れの間で、排気ガスは流れ開口２２に入って近接した空間に流れる 。その点から排気ガスはスクリーン容器２６の環状の端部に入るか、あるいはよ り多くが内側流路４０に流れる。

１　次いで、このようなガスはスクリーン容器２６およびベレット集合体１２の 厚味を通って径方向に流れるか、あるいはスクリーン容器２６およびペレット集 合体の端部３０を通って軸線方向に流れる。外側流路４２に到達したガスは、次 いでローケータ・リング４４を通過して流れ開口２４に近接した空間に流れ、そ こから開口２４を通って触媒コンバータｌＯを出る。

触媒コンバータ１０は、好ましくは、触媒コンバータ技術における当業者に全て が周知なように例えば鋼鉄のような金属から作られる。スクリーン容器２６は、 触媒コンバータ内で高温に耐えることができかつ更にこのような温度で好ましい 弾性特性を呈する限り、広範囲の好ましいスクリーン材料から作られてもよい。

好ましい材料は商標名インコネル６０１によって知られる合金および＃３０４ス テンレスとして知られる他の合金を含んでいる。

最も好ましい形態にあっては、スクリーン材料の平方インチ毎に、交差する垂直 方向に伸びる０、　０３２インチの直径の１０本のより線が設けられている。

スクリーン容器を記載する上で本明細書で使用された用語“弾性（ｒｅｓｉｌｉ ｅｎｔ）　’とは、スクリーン材料が容易には永久的に変形しないがその代りに そのばね戻り特性のため増大する圧縮力（ｔｅｎｓｉｏｎ）を与えるということ を意味する。

スクリーン容器２６を構成する上で、通常のスクリーン加工方法か使用されても よい。例えば１インチ程毎に隔てられた間隔的スポット溶接を用いて継目が形成 されてもよい。

使用されたベレットは貴金属のような触媒材料を担う典型的なセラミック触媒コ ンバータベレットであってもよい。本発明は新規なベレット材料を含まない。

スクリーン容器２６は同心的な態様でハウジング１４内に装着されるが、高温で の使用の間に第１及び第２のハウジング端部１８及び２０間の位置でその長さに 沿っである程度たわんでもよい。

このようなたわみはペレット集合体１２に対する圧縮力を更に増大することに貢 献し、次いでスクリーン容器２６内でのベレットの堅固な集団を維持することに 貢献する。

本発明の原理が特定の実施例に関連して説明されたが、これらはただ単に例示と して説明されたにすぎず、発明の範囲を制限する意図がないことは明らかである 。

国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．ハウジングに触媒コンバータペレットの集合体を備えた型式の触媒コンバー タにおいて、上記ハウジング内に弾性スクリーンから作られた容器を設け、該ス クリーン容器は上記ペレットが圧縮下で所定位置に堅固に保持されるように上記 ペレット集合体を取り囲んで包み込みかつ圧縮するようにしたことを特徴とする 触媒コンバータ。
2. ２．上記ペレットがセラミックであることを特徴とする請求項１記載の触媒コン バータ。
3. ３．上記ペレット集合体に対する圧縮力を増大するために上記スクリーン容器を 圧縮する剛性手段を更に含んだこを特徴とする請求項１記載の触媒コンバータ。
4. ４．上記剛性圧縮手段が上記ハウジングであることを特徴とする請求項３記載の 触媒コンバータ。
5. ５．上記ハウジングがスクリーン容器を取り囲み、その外側寸法を減少すること を特徴とする請求項４記載の触媒コンバータ。
6. ６．−上記ハウジングは管状壁とそれぞれ流れ開口を備えた第１および第２の対 向したハウジング端部とを含んでおり、−上記スクリーン容器は管状であり、対 向した第１および第２の縁部を備えた外側表面を有し、かっ管状の集合体として ペレット集合体を画成しており、 −上記容器外側表面の上記第１の縁部は上記第１のハウジング端部の近くの上記 管状壁に対して流れを制限するように係合しており、 −上記管状ハウジング壁およびスクリーン容器外側表面は上記第１の縁部の近く から上記第２の縁部まで伸びる上記容器の外側に流路を形成するようになってお り、それによって背圧が動作時に低くなることを特徴とする請求項４記載の触媒 コンバータ。
7. ７．上記管状スクリーン容器は、それが上記第１のハウジング端部の近くの上記 管状壁と係合しかっそのような係合が上記第１の縁部からある距離に渡って延び て上記外側表面の横断面寸法を相当に減少して上記ペレット集合体に対する圧縮 力を増大するような程度に係合することによって圧縮されることを特徴とする請 求項６記載の触媒コンバータ。
8. ８．上記係合距離は上記ペレット集合体の厚味に少なくとも等しいことを特徴と する請求項７記載の触媒コンバータ。
9. ９．上記管状スクリーン容器にはテーパーが付けられ、上記第１の縁部は上記第 ２の縁部よりも横断面寸法が大であることを特徴とする請求項６記載の触媒コン バータ。
10. １０．上記管状スクリーン容器および管状ペレット集合体は上記第２の縁部の近 くで閉ざされ、それによって軸線方向の上記ペレットを通るあるガスの流れが可 能となるようにしたことを特徴とする請求項９記載の触媒コンバータ。