JPH09137720A - マニホールドコンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温の排ガスが流れ込む金属触媒担体のセル
脱落を未然に防止し、金属触媒担体の耐久性を向上さ
せ、金属触媒担体の端面全域に可及的に排ガスが均等に
分布され得るマニホールドコンバータを提供することに
ある。 【解決手段】 エンジンの複数の排気ポートにそれぞれ
連設する複数の排気管５０と、これら排気管５０が集合
する集合容器５３と、この集合容器５３と連設する筒状
容器５４と、この筒状容器５４内に収納される金属触媒
担体５５とからなるマニホールドコンバータにおいて、
排気管５０の内壁には、排気管５０と集合容器５３との
接続部よりも上流側で接続部近傍の所定箇所に凸状部６
３が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のエンジン
の排気マニホールドに隣接して、排ガスを浄化するため
に配置されるマニホールドコンバータに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車の排気系には、排ガスを
浄化するため、例えば実開平６−４３１３号公報に開示
されるような触媒コンバータが配置されている。この種
の触媒コンバータを図１０を参照して説明する。このよ
うなエンジン直下に配置される触媒コンバータは、マニ
ホールドコンバータＭと称される。このマニホールドコ
ンバータＭは、複数の排気ポートからの排気を集合する
部分と、集合した排気を浄化する部分とからなる。

【０００３】図１０において、１は排気マニホールド
で、この排気マニホールド１は、エンジンの排気ポート
に固定されるフランジ２と、フランジ２に接続される複
数の排気管３と、排気管３を集合する集合容器４とから
構成されている。

【０００４】５は筒状容器で、この筒状容器５内には、
排ガスを浄化するための金属触媒担体６が収容されてい
る。この筒状容器５は、その一端部に排ガス流入口１０
を有するとともに他端部に排ガス流出口１１を有する。
排ガス流入口１０は排気マニホールド１の集合容器４に
連結されている。

【０００５】金属触媒担体６は、図１１に示すように、
金属製薄板からなる波板８と平板９とを巻回して形成さ
れている。このようなマニホールドコンバータＭでは、
排気管３からの排ガスは、集合容器４内に流入して金属
触媒担体６を通過する間に浄化され、排ガス流出口１１
から流出する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記マニホールドコン
バータＭの信頼性耐久試験において、金属触媒担体６の
端面、すなわち図１０のＡ−Ａ線に沿う断面における破
壊状況を検証したところ、図１１に示す黒ぬり部に、金
属製薄板が熱劣化して破壊するいわゆるセル脱落１２が
発生していることが確認された。

【０００７】発生の要因としては、金属触媒担体６の端
面における流速分布の確認結果より、排ガスの集中があ
げられている。排ガスの集中の原因は、排気管３の先端
部から金属触媒担体６の端面までの距離が短いこと、換
言すれば排気管３の出口が金属触媒担体６の端面に近い
ため排気分配が悪いことにある。このようなセル脱落１
２は金属触媒担体６の浄化性能の悪化を招くことも考え
られることから、その対策が急がれている。

【０００８】そこで、本発明の主たる目的は、高温の排
ガスが流れ込む金属触媒担体のセル脱落を未然に防止し
得るマニホールドコンバータを提供することにある。本
発明の他の目的は、金属触媒担体の耐久性が向上するマ
ニホールドコンバータを提供することにある。

【０００９】本発明のさらなる他の目的は、金属触媒担
体の端面全域に可及的に排ガスが均等に分布され得るマ
ニホールドコンバータを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明で
は、エンジンの複数の排気ポートにそれぞれ連設する複
数の排気管と、これら排気管が集合する集合容器と、こ
の集合容器と連設する筒状容器と、この筒状容器内に収
納される金属触媒担体とからなるマニホールドコンバー
タにおいて、前記排気管の内壁には、該排気管と前記集
合容器との接続部よりも上流側で該接続部近傍の所定箇
所に凸状部が設けられていることを特徴とするものであ
る。

【００１１】請求項２に記載の発明では、凸状部は、接
続部の近傍であって排ガス流路の屈曲点に設けられてい
ることを特徴とするものである。

【００１２】（作用）請求項１に記載の発明では、エン
ジンの排気ポートから排出された排ガスは排気管に流入
した後、排気管の内壁に沿った層流状の流れになる。

【００１３】この排ガスの層流状の流れの一部は、排気
管と集合容器との接続部の近傍に設けられた凸状部を流
下する間に乱されて排気管の内壁から離れた乱流となっ
て排気管の出口から流出する。このため、排気管から流
出した排ガスは、ほぼ均等に分配されるように金属触媒
担体の端面に流れ込む。

【００１４】金属触媒担体に流入した排ガスは、金属触
媒担体を通過する間に浄化され、排ガス流出口から排出
される。請求項２に記載の発明では、排気管に流入して
その内壁に沿った流れとなった排ガスは、排ガス流路の
屈曲点を通過すると、その一部が排気管の内壁から離れ
た流れとなるため、それによって排ガスの流れが乱され
るが、この排ガスの流れの乱れは、排ガス流路の屈曲点
に設けられた凸状部によりさらに助長されて乱流となる
ため、排ガスは金属触媒担体の端面に対してより均等に
分配される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るマニホールド
コンバータを、図面に示す発明の実施の形態を参照しな
がら説明する。図１において、５０は排気管で、エンジ
ンの排気ポートと連設するように、フランジ４８を介し
てエンジンブロックに固定される。５３は、排気管５０
を集合する集合容器である。５４は、筒状容器で、筒状
容器５４内には、排ガスを浄化するための金属触媒担体
５５が収容されている。

【００１６】金属触媒担体５５は、図１１に示す従来の
金属触媒担体６と同様に、金属製薄板からなる波板８と
平板９とを巻回して形成されている。この筒状容器５４
は、その一端部に排ガス流入口５９を有するとともに他
端部に排ガス流出口６０を有する。排ガス流入口５９は
集合容器５３に連結されている。このようなマニホール
ドコンバータＭでは、排気管５０から流出した排ガス
は、集合容器５３を通って筒状容器５４内の金属触媒担
体５５の端面に流れ込む。そして、金属触媒担体５５を
通過する間に浄化された後、排ガス流出口６０から流出
する。

【００１７】集合容器５３には、図１に示すように、排
気管５０と同数の連結孔６１が形成されていて、連結孔
６１の周囲には筒状に突き出た排気管受６２が形成され
ている。集合容器５３に対する排気管５０の接続は、排
気管５０の先端部を排気管受６２に嵌合した後、排気管
受６２と排気管５０との継目を溶接することによって行
われる。

【００１８】６３は排気管５０の管壁に内方に膨出する
ように形成された凸状部で、排気管受６２と排気管５０
との溶接部６４の上流側近傍の所定箇所に位置してい
る。凸状部６３を溶接部６４の上流側近傍に位置させる
理由は、次のとおりである。すなわち、排ガスは、排気
管５０に流入すると、その内壁に沿った流れとなって金
属触媒担体５５の端面の特定の部位に集中するため、こ
れを防止すべく凸状部６３によって排ガスの流れを乱す
ことにより金属触媒担体５５の端面の全域にわたって排
ガスがほぼ均等に分配されるようにするためである。

【００１９】また、この凸状部６３の位置は、溶接部６
４の近傍であって、排気管５０を流れる排ガスの流路の
屈曲点であることが好ましい場合が多い。凸状部６３を
排ガス流路の屈曲点に設ける理由は、この屈曲点では、
排ガスの一部が排気管５０の内壁から離れるため、それ
によって排ガスの流れが乱されるが、この排ガスの流れ
の乱れは、凸状部６３が屈曲点に位置することによって
一層助長されて乱流となるからである。

【００２０】なお、凸状部６３の形状、大きさ、数等に
ついては特に限定はなく、例えば、排気管５０の内壁の
周方向の全長にわたって伸びる環状突起でもよく、ある
いは、周方向の一部にのみ形成された単なる突部でもい
い。すなわち、設計したマニホールドコンバータＭの形
状に応じて前記触媒担体５５の端面に可及的均等に排気
が分散されるように凸状部６３の形状、大きさ、数が決
定される。

【００２１】また、凸状部６３はエンボッシングによっ
て形成するのが好ましい。成形容易であり、かつ、安価
に供給しうるからである。この凸状部６３の構造は、次
に述べるインク投影法による排気分配確認試験によって
決定される。すなわち、設計したマニホールドコンバー
タＭの金属触媒担体ｆの端面ｇでの排気分配状態をイン
ク投影法により確認し、その排気分配状態が片寄ってい
る場合は、排気管５０の前記箇所に排ガスの流れを乱す
ように凸状部６３を設ける。

【００２２】このインク投影法を詳述すると、この試験
方法は、図２に示すように、マニホールドコンバータＭ
の排ガス流入側と排ガス流出側とのそれぞれに二本の配
管ａ、ｂを接続する。そして、送気用の配管ａにブロア
ｃから空気を供給するとともにインクｄを高圧空気ｅに
よって噴射する。このようにしてインクが噴霧化した空
気を、マニホールドコンバータＭに流入させて金属触媒
担体ｆを通過させるものである。

【００２３】金属触媒担体ｆの端面ｇにおけるインクの
分布状況を知るため、金属触媒担体ｆの端面には、ガー
ゼが敷いてある。図３は、試験に供する供試品に用いる
マニホールドコンバータＭの内部を示すものである。こ
の供試品は、排気管５０を集合部に溶接したものであ
る。この供試品で、実地試験に先立ち前記インク試験を
行ったところ、図４に示すように、ガーゼ面にインク濃
度の濃淡が現れた。網目状部のＡｌが濃い部分、斜線部
のＢｌが中間濃度部分、無地部のＣｌが薄い部分であ
る。

【００２４】次いで、この供試品で排ガスを流下させる
実地試験を行ったところ、図５に示すように、黒塗り部
のＡ２に金属触媒担体が破損するセル脱落が見られ、斜
線部のＢ２にセル変形が見られた。図４のインク試験結
果と図５の実地試験結果との比較で明らかなように、実
地試験での不具合部と、インク試験でのガーゼ面のイン
ク濃淡分布とがほぼ一致していることがわかる。

【００２５】このことは、排ガス分布が偏って、排ガス
が大量に吹きつけられる箇所は損傷がひどく生じること
を意味している。そこで、この排ガス分布を改良するた
めに、図３のマニホールドコンバータＭに対策を施す。
この際、エキゾーストマニホールド部を大幅に変更する
ことなく排ガス分布を改良するために、排気管５０の集
合容器との接続部の上流側近傍の内壁に、粘土で凸状部
６３を形成する。そして、この凸状部６３の大きさ、形
状等は、上述の金属触媒担体の不具合状態を鑑みて、で
きるだけ排ガスが均一になるようにする。

【００２６】次いで、このように凸状部６３を形成した
マニホールドコンバータＭを用いてインク試験を行う。
そして、ガーゼのインク濃淡分布を観察して、排ガスの
配風状態を知る。そして、最適な配風状態を得るため
に、この凸状部６３の形状を種々変更して行くとともに
その都度インク試験を行い、最終形状を決定する。図７
はこの凸状部６３の最終形状のインク試験の結果であ
る。多少両側に配風される傾向にあるが大旨均一になっ
ている。

【００２７】なお、インク試験は、供試体は実物を用い
るが、配風は常温空気なので凸状部６３が粘土で形成さ
れいても何ら不都合なしに実際の排ガス流れが予測でき
る。そして、この凸状部６３の形状が決定されたら、そ
れに合わせてエンボッシング等の加工を排気管５０に施
して凸状部６３を形成する。図６は、対策を施したマニ
ホールドコンバータＭであり、図３のマニホールドコン
バータＭの一方の排気管５０の集合容器との接続部の上
流側直上内壁に、エンボス状の凸状部６３を形成したも
のである。

【００２８】この図６のマニホールドコンバータＭを用
いて行った実地試験の結果が、図８に示されている。図
８に示されるように、金属触媒担体ｆの端面ｇには、そ
の両側に黒色の変色部Ｃ２が生じたのみで、図３のマニ
ホールドコンバータＭに生じたセル脱落およびセル変形
は全く生じなかった。ちなみに、図９に示すように、横
断面形状が楕円であるマニホールドコンバータＭの筒状
容器の排ガス流入側の端面イ、筒状容器の中央部ロ、筒
状容器の排ガス流出側の端面ハの三カ所での筒状容器の
変形量を測定したところ、表１に示すような結果が得ら
れた。

【００２９】筒状容器の長径における変形量は図３と図
６とでは相違はないが、短径においては図６の方が変形
量が少ないことがわかる。

【表１】 次に、本発明の実施の形態の作用について述べる。エン
ジンの排気ポートから排出された排ガスは排気管５０に
流入した後、排気管５０の内壁に沿った層流状の流れに
なる。

【００３０】この排ガスの層流状の流れの一部は、排気
管５０と集合容器５３との溶接部６４の上流側近傍に設
けられた凸状部６３を流下する間に乱されて排気管５０
の内壁から離れた乱流となって排気管５０から集合容器
５３に流入する。このため、排気管５０から集合容器５
３に流入した排ガスは、ほぼ均等に分配されるように金
属触媒担体５５の端面に流れ込む。

【００３１】金属触媒担体５５に流入した排ガスは、金
属触媒担体５５を通過する間に浄化され、排ガス流出口
６０から排出される。凸状部６３が排ガス流路の屈曲点
に設けられている場合には、排ガスが、排ガス流路の屈
曲点を通過すると、その一部が排気管５０の内壁から離
れた流れとなるため、それによって排ガスの流れが乱さ
れるが、この排ガスの流れの乱れは、排ガス流路の屈曲
点に設けられた凸状部６３によりさらに助長されて乱流
となるため、排ガスは金属触媒担体５５の端面に対して
より均等に分配される。以上のように、本発明の実施の
形態では、排気管５０に凸状部６３を形成したので、排
ガスはこの凸状部６３によってその流れが乱されて乱流
となることにより金属触媒担体５５の端面の全域にわた
ってほぼ均等に分配され、一ヶ所に集中することがな
い。このため、金属触媒担体５５および触媒物質におけ
るセル脱落が極力抑制される。

【００３２】また、排ガスが金属触媒担体５５の端面の
一ヶ所に集中することなく、端面の全域にわたって流れ
るため、金属触媒担体５５の耐久性が向上する。さら
に、排ガスが金属触媒担体５５の端面全域を流れるた
め、金属触媒担体５５の端面全域を排ガスの浄化のため
に有効利用することができ浄化効率が向上する。

【００３３】

【発明の効果】請求項１に記載の発明では、排ガスはそ
の流れを凸状部により乱されるため、排気管の管壁に沿
って流れることがなく、ほぼ均等に分配されるように金
属触媒担体の端面に流れ込む。すなわち、排ガスは金属
触媒担体の端面の一ヶ所に集中することがないため、金
属触媒担体のセル脱落が未然に防止されることになる。

【００３４】また、排ガスが金属触媒担体の端面の一ヶ
所に集中することなく、端面の全域にわたって流れるた
め、金属触媒担体および触媒物質の耐久性が向上する。
さらに、排ガスが金属触媒担体の端面全域を流れるた
め、金属触媒担体の端面全域を排ガスの浄化のために有
効利用することができ浄化効率が向上する。その上、エ
キゾーストマニホールド形状を大きく変更することな
く、配風を可及的均一にできる。これにより、排気歪が
異なる自動車間の共用化が可能となる。

【００３５】請求項２に記載の発明では、凸状部の位置
が、排ガス流路の屈曲点に設定されているため、排ガス
の流れの乱れはさらに大きく、排ガスは金属触媒担体の
端面に対してより均等に分配されることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の発明の実施の形態を示すマニホールド
コンバータの一部を断面にした正面図である。

【図２】インク投影法による排気分配確認試験に使用す
る装置の概略説明図である。

【図３】図２の試験に使用される排気管と金属触媒担体
との関係を示す概略説明図である。

【図４】図３の試験結果を示す説明図である。

【図５】図４の試験結果を示す説明図である。

【図６】図２の試験に使用される排気管と金属触媒担体
との関係を示す概略説明図である。

【図７】図６の試験結果を示す説明図である。

【図８】図７の試験結果を示す説明図である。

【図９】マニホールドコンバータの筒状容器の変形試験
における測定個所を示す説明図である。

【図１０】従来のマニホールドコンバータを示す正面図
である。

【図１１】従来例の金属触媒担体の端面の破壊状況を示
す説明図である。

【符号の説明】

５０ 排気管 ５３ 集合容器 ５４ 筒状容器 ５５ 金属触媒担体 ５９ 排ガス流入口 ６０ 排ガス流出口 ６３ 凸状部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの複数の排気ポートにそれぞれ
   連設する複数の排気管（５０，５０，・・・）と、これ
   ら排気管（５０，５０，・・・）が集合する集合容器
   （５３）と、この集合容器（５３）と連設する筒状容器
   （５４）と、この筒状容器（５４）内に収納される金属
   触媒担体（５５）とからなるマニホールドコンバータに
   おいて、前記排気管（５０，５０，・・・）の内壁に
   は、該排気管（５０，５０，・・・）と前記集合容器
   （５３）との接続部よりも上流側で該接続部近傍の所定
   箇所に凸状部（６３）が設けられていることを特徴とす
   るマニホールドコンバータ。
2. 【請求項２】 前記凸状部（６３）は、前記接続部の近
   傍であって排ガス流路の屈曲点に設けられていることを
   特徴とする請求項１に記載のマニホールドコンバータ。