(57)【要約】【課題】排気ガスの浄化性能の向上及び内燃機関の出力性能向上を効果的に発揮できる触媒コンバータを提供する。【解決手段】第１及び第２の触媒担体がハウジング内に排気ガス流れに対して直列配置された触媒コンバータにおいて、筒状の周壁１２と周壁１２の上流端を封止するとともに中央部分に排気ガス導入口１７が設けられた上壁１３と周壁１２の下流端を封止するとともに中央部分に排気ガス排出口１８が設けられた下壁１４を有するハウジング３１とを備えるとともに、第２触媒担体３１を排気ガス流入面３２が上壁１３に接する上流端移動位置Ｄと上壁１３から離れて上壁１３と排気ガス流入面３２との間にチャンバを形成する下流端移動位置Ｃとの間で軸方向に移動させる触媒担体移動手段４１とを備える。【選択図】図１
2010001748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス流入面から排気ガス排出面に亘って連続する多数のセルが形成され触媒体が担持された複数の触媒担体がハウジング内に排気ガス流れに対して直列配置された触媒コンバータにおいて、
前記ハウジングは、
筒状の周壁と該周壁の上流端を封止するとともに中央部に排気ガス導入口が設けられた上壁と前記周壁の下流端を封止するとともに中央部に排気ガス排出口が設けられた下壁を有し、
前記ハウジング内に嵌合固定された第１触媒担体と、
該第１触媒担体より上流側に配置されるとともに排気ガス流入面が上壁に接する上流端移動位置と該上壁から排気ガス流入面が離間する下流端移動位置との間で軸方向に移動可能に前記ハウジング内に嵌合保持された第２触媒担体と、
運転状態に応じて該第２触媒担体を上流端移動位置と下流端移動位置との間で軸方向に移動させる触媒担体移動手段と、
を備えることを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項２】
前記上壁は、
前記上流端移動位置に移動した第２触媒担体の排気ガス流入面と密接可能な形状であることを特徴とする請求項１に記載の触媒コンバータ。
【請求項３】
前記第２触媒担体は、
軸心方向に沿って前記排気ガス流入面から排気ガス排出面に貫通する連通孔を有することを特徴とする請求項１または２に記載の触媒コンバータ。
【請求項４】
前記連通孔は、
前記排気ガス導入口と同径で軸方向に延在することを特徴とする請求項３に記載の触媒コンバータ。
【請求項５】
前記連通孔は、
前記排気ガス導入口と対向して排気ガス流入面に開口して同径で軸方向に延在する第１連通孔と、
該第１連通孔の下流端から前記排気ガス排出面に移行するに従って漸次拡径するテーパ状の第２連通孔と、
を有することを特徴とする請求項３に記載の触媒コンバータ。
【請求項６】
前記触媒担体移動手段は、
前記排気ガスの温度を検知する排気ガス温度センサと、
前記第２触媒担体を前記上流端移動位置と前記下流端移動位置との間で移動させるアクチュエータと、
前記ガス温度センサの検知排気ガス温度に基づいて前記アクチュエータにより前記第２触媒担体を前記上流端移動位置と前記下流端移動位置との間で軸方向に移動させる制御装置と、
を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の触媒コンバータ。
【請求項７】
前記制御装置は、
前記排気ガス温度センサの所定温度以下の排気ガス温度検知に基づいて前記第２触媒担体を前記下流端移動位置に移動し所定温度以上の排気ガス温度検知に基づいて前記上流端移動位置に移動させることを特徴とする請求項６に記載の触媒コンバータ。
【請求項８】
前記触媒担体移動手段は、
内燃機関の運転負荷を判断する運転負荷検知手段と、
前記第２触媒担体を前記上流端移動位置と前記下流端移動位置との間で移動させるアクチュエータと、
該センサから入力された信号に基づいて前記第２触媒担体を前記上流端移動位置と前記下流端移動位置との間で軸方向に移動させる制御装置と、
を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の触媒コンバータ。
【請求項９】
前記制御装置は、
前記運転負荷検知手段の高運転負荷検知に基づいて前記第２触媒担体を前記上流端移動位置に移動し、低運転負荷検知に基づいて前記下流端移動位置に移動させることを特徴とする請求項６に記載の触媒コンバータ。
【請求項１０】
前記触媒担体移動手段は、
前記排気ガス排出時の排気音周波数を測定する排気音周波数検知センサと、
前記第２触媒担体を前記上流端移動位置と前記下流端移動位置との間で移動させるアクチュエータと、
前記排気音周波数検知センサの測定排気音周波数に基づいて前記アクチュエータにより前記第２触媒担体を前記上流端移動位置と下流端移動位置との間で軸方向に移動させる制御装置と、を備え、
該制御装置は、
前記ハウジング内に流入した前記排気ガスによる排気音を共鳴消音させる位置へ前記第２触媒担体を移動させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の触媒コンバータ。
【請求項１１】
前記触媒担体移動手段は、
前記排気ガス排出時の排気音周波数を測定する排気音周波数検知センサと、
該センサから入力された信号に基づいて前記第２触媒担体を前記上流端移動位置と下流端移動位置との間で軸方向に移動させる制御装置と、を備え、
該制御装置は、
前記ハウジング内に流入した前記排気ガスによる排気音を増音させる位置へ前記第２触媒担体を移動させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の触媒コンバータ。
【請求項１２】
前記第１触媒担体は、
前記第２触媒担体よりも前記セルの密度が小であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の触媒コンバータ。
【請求項１３】
前記第１触媒担体は、
前記第２触媒担体に対して転換効率が小であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の触媒コンバータ。
【請求項１４】
前記第１触媒担体の下流方向に前記ハウジング内に嵌合保持された第３触媒担体を更に備え、
前記第２触媒担体に対し第１触媒担体の転換効率が小であり、第１触媒担体に対し第３触媒担体の転換効率が小であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の触媒コンバータ。
【請求項１５】
前記第３触媒担体は、
内部に隔壁によって前記排気ガスの流入面から該排気ガスの流出面に亘って連続する多数のセルが形成された触媒担体であって、
前記第１〜第３触媒担体は、
前記第２触媒担体のセル密度に対して前記第１触媒担体のセル密度が小であり、該第１触媒担体のセル密度に対して前記第３触媒担体のセル密度が小であることを特徴とする請求項１４に記載の触媒コンバータ。
【請求項１６】
前記ハウジングに代えて該ハウジングに排気ガス導入口が設けられて、上流側ハウジングと、該上流側ハウジングに摺動可能に嵌合して排気ガス排出口が形成されるとともに第２触媒担体及び第１触媒担体を嵌合固定する下流側ハウジングとを備え、
前記触媒担体移動手段に代えて運転状態に応じて前記上流側ハウジングの上壁が前記第２触媒担体の排気ガス流入面に接する上流端移動位置と該第２触媒担体の排気ガス流入面から上壁が離間する下流端移動位置との間で軸方向に移動させる上壁移動手段と、を備えることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の触媒コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は触媒コンバータ、特に、複数の触媒担体を備える触媒コンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に設けられ、触媒を担持させた触媒担体を通過させることで排気ガス中の有害成分を浄化する触媒コンバータでは、排気ガスの温度に応じて排気ガスが通過する触媒担体の部分を制御することで、触媒の作用を効果的に発揮させる技術が知られている。
【０００３】
特許文献１として、１つの触媒担体にセルの密度が高い部分と低い部分とを設けることで触媒効果を発揮させる触媒コンバータが提案されている。この特許文献１で開示される触媒コンバータの概要を、図８に基づいて説明する。
【０００４】
図８は、触媒コンバータの縦断面図である。図示のように、触媒コンバータ１００は、軸方向中心部のセル密度を周縁部１０１Ｂのセル密度よりも低くした低セル密度部１０１Ａを有する触媒担体１０１と、低セル密度部１０１Ａからの排気ガスの流れを制御するために触媒担体１０１の下流側に配置されて圧縮バネ１０２Ａで触媒担体１０１の低セル密度部１０１を遮蔽する方向に付勢された制御弁１０２と、触媒担体１０１を収めるハウジング１０３とで構成されている。
【０００５】
この構成によると、排気ガスの温度が低いとき、またはエンジンの低回転時は、制御弁１０２が低セル密度部１０１Ａ方向に付勢する圧縮バネ１０２Ａによって、低セル密度部１０１Ａを遮蔽した状態を維持する。この部分への排気ガスの流入を遮断すれば、排気ガスはセル密度が高い周縁部１０１Ｂに流入することになる。一方、排気ガスの温度が高いとき、またはエンジンの高回転時は、制御弁１０２が低セル密度部１０１Ａから離間して低セル密度部１０１Ａを開放するように設定されているので、排気ガスがセル密度の低い中央部を流れ、セル密度の高い周縁部１０１Ｂへの排気ガスの流入が少なくなる。
【０００６】
従って、排気ガスの温度が低いときには、排気ガスをセル密度の高い周縁部１０１Ｂに流入させて触媒の暖機性を向上させて排気ガスの浄化を行うことができ、排気ガスの温度が高いときには、セル密度の高い周縁部１０１Ｂに高温の排気ガスを当てないようにして、この部分の熱劣化を防止することができる。
【０００７】
また、特許文献２として、触媒担体２つを直列的に配置した上で、排出口側の触媒担体を移動調節することによって触媒効果を発揮させる触媒コンバータが提案されている。この特許文献２で開示される触媒コンバータの概要を、図９に基づいて説明する。
【０００８】
図９は、触媒コンバータの縦断面図である。図示のように、触媒コンバータ２００は、筒状のハウジング本体部２０３及び、ハウジング本体部２０３の上流側に嵌合して排気ガス流入口２０１を形成する略コーン状の上部ハウジング部２０１Ａ及び、ハウジング本体部２０３の下流側に嵌合して排気ガス排出口２０２を形成する下部ハウジング部２０２Ａとを有するハウジング２１０と、ハウジング本体部２０３に嵌合して保持される上流側の第２触媒担体２０５と、第２触媒担体２０５と排気ガス排出口２０２との間で軸方向に移動可能に嵌合保持された下流側の第１触媒担体２０４と、この第１触媒担体２０４の軸方向移動を行う進退駆動部２０６とで構成されている。
【０００９】
この構成によると、排気ガスの温度が低いとき、またはエンジンの低回転時は、両触媒担体２０４、２０５を相互に近接配置させることで、第２触媒担体２０５によって第１触媒担体２０４の触媒体を活性化させることができる。一方、排気ガスの温度が高い、またはエンジンの高回転時は、両触媒担体２０４、２０５を相互に離間配置させることにより、この離間空間で排気ガスを整流することができる。従って、第１触媒担体２０４と第２触媒担体２０５との相対距離を調節することにより、第１触媒担体２０４における排気ガスの偏流を抑制して浄化性能を向上させることができる。
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−９２５１２号公報
【特許文献２】特開２００７−８３１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１に記載された触媒コンバータは、排気ガス導入口と触媒担体が近接しており、排気ガスを拡散するチャンバが積極的に付与されていないので、触媒コンバータ内に流入した排気ガスは、偏流のまま触媒担体を通過することとなる。従って、排気ガスの効率的な浄化という所期の効果を奏さないことが懸念される。更に、異なるセル密度部分が同心円状に配置された触媒担体を形成することは困難であるとともに、半径方向においてセル密度、即ち熱容量が異なることから、触媒コンバータの昇温及び冷却過程において熱膨張に差異が生じて耐久性の低下が懸念される。また触媒コンバータ内の限られたスペース内に熱膨張吸収手段を配設しなければならず、触媒コンバータの大型化が余儀なくされる。
【００１２】
また、特許文献２に記載された触媒コンバータは、排気ガス流出口方向の第１触媒担体を移動させるので、排気ガス流入口方向に嵌合保持された第２触媒担体による排気ガスの通過抵抗は常に一定であり、内燃機関の高回転時に排気ガスの排出能力が高まるものではない。従って、高回転時における内燃機関の出力性能の低下が懸念される。
【００１３】
従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、排気ガスの浄化性能の向上及び内燃機関の出力性能の向上を効果的に発揮できるとともに、コンパクトでかつ耐久性に優れた触媒コンバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明による触媒コンバータは、排気ガス流入面から排気ガス排出面に亘って連続する多数のセルが形成され触媒体が担持された第１及び第２の触媒担体がハウジング内に排気ガス流れに対して直列配置された触媒コンバータにおいて、前記ハウジングは、筒状の周壁と該周壁の上流端を封止するとともに中央部に排気ガス導入口が設けられた上壁と前記周壁の下流端を封止するとともに中央部に排気ガス排出口が設けられた下壁を有し、前記ハウジング内に嵌合保持された第１触媒担体と、排気ガス流入面が上壁に接する上流端移動位置と該上壁から排気ガス流入面が離間する下流端移動位置との間で軸方向に移動可能に前記ハウジング内に嵌合保持された第２触媒担体と、該第２触媒担体を上流端移動位置と下流端移動位置との間で軸方向に移動させる触媒担体移動手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
この発明によると、下流端移動位置に第２触媒担体が配置される場合は、排気ガス導入口からハウジング内に導入された排気ガスが上壁と第２触媒担体の排気ガス流入面との間に形成されるチャンバで拡散して排気ガス流入面全面から第２触媒担体内に注入し、かつ第２触媒担体に流入した排気ガスは、第２触媒担体内において整流及び浄化がなされた上で第１触媒担体に流入するので、効率的に排気ガスの浄化が行われる。また、上流端移動位置に第２触媒担体が配置される場合は、上流端移動位置において、ハウジングの上壁と接合しても排気ガスの流入が阻止されない第２触媒担体の排気ガス流入面の中央部分に排気ガスが集中して流入するので、第２触媒担体の排気ガス流入面の面全体に排気ガスが拡散することなく、第１触媒担体に排気ガスが流入する。従って、排気ガスの通過抵抗を低減して内燃機関の出力性能を向上させることができる。
【００１６】
更に、セル密度の均一な第１触媒担体及び第２触媒担体の使用により熱膨張の局所的な偏在がなく、各触媒担体の耐久性が向上するとともに、触媒コンバータのコンパクト化が得られる。
【００１７】
請求項２に記載の発明による触媒コンバータは、請求項１に記載の触媒コンバータにおいて、前記上壁は、前記上流端移動位置に移動した第２触媒担体の排気ガス流入面と密接可能な形状であることを特徴とする。
【００１８】
この発明によると、第２触媒担体の排気ガス流入面がハウジングの上壁と密接合する部分において、排気ガスの流入を阻止するので、請求項１に係る発明の目的を効果的に達成しうる。また、第２触媒担体の外側部を通過させないので、第２触媒担体の熱劣化を防止する。
【００１９】
請求項３に記載の発明による触媒コンバータは、請求項１または２に記載の触媒コンバータにおいて、前記第２触媒担体は、軸心方向に沿って前記排気ガス流入面から排気ガス排出面に貫通する連通孔を有することを特徴とする。
【００２０】
この発明によると、第２触媒担体が上流端移動位置に配置される場合、触媒コンバータ内に排気ガスが流入されると、排気ガスが連通孔に積極的に流入されるので、第２触媒担体における排気ガスの通過抵抗が低減し、排気ガスの排出能力を高めて内燃機関の出力性能の向上を図ることができる。
【００２１】
一方、下流端移動位置に第２触媒担体が配置される場合は、排気ガス導入口からハウジング内に導入された排気ガスが上壁と第２触媒担体の排気ガス流入面との間に形成されるチャンバで拡散して排気ガス流入面全面から第２触媒担体内に流入し、かつ第２触媒担体に流入した排気ガスは、第２触媒担体内において整流及び浄化がなされた上で第１触媒担体に流入するので、効率的に排気ガスの浄化が行われる。
【００２２】
請求項４に記載の発明による触媒コンバータは、請求項３に記載の触媒コンバータにおいて、前記連通孔は、前記排気ガス導入口と軸方向に同径で延在することを特徴とする。
【００２３】
この発明によると、第２触媒担体が上流端移動位置において排気ガス導入口から流入される排気ガスが、第２触媒担体の連通孔に遺漏なく積極的に流入された上で、第２触媒担体における排気ガスの通過抵抗が低減し、排気ガスの流速が速いまま第１触媒担体に流入されるので、内燃機関の出力性能の向上を達成しうる。
【００２４】
請求項５に記載の発明による触媒コンバータは、請求項３に記載の触媒コンバータにおいて、前記連通孔は、前記排気ガス導入口と対向して排気ガス流入面に開口して軸方向に同径で延在する第１連通孔と、該第１連通孔の下流端から前記排気ガス排出面に移行するに従って漸次拡径するテーパ状の第２連通孔とを有することを特徴とする。
【００２５】
この発明によると、第１連通孔及び第２連通孔から排出される排気ガスは、第２連通孔の内壁に沿って漸次膨張するので、第１触媒担体の排気ガス流入面における排気ガスの局所的流入を回避する。従って、整流された上で第１触媒担体の排気ガス流入面全面から第１触媒担体に排気ガスが流入するので、排気ガスの浄化効率を高めることができる。
【００２６】
請求項６に記載の発明による触媒コンバータは、請求項１〜５のいずれか１項に記載の触媒コンバータにおいて、前記触媒担体移動手段は、前記排気ガスの温度を検知する排気ガス温度センサと、該センサから入力された信号に基づいて前記第２触媒担体を前記上流端移動位置と前記下流端移動位置との間で軸方向に移動させる制御装置とを備えることを特徴とする。
【００２７】
また、請求項７に記載の発明による触媒コンバータは、請求項６に記載の触媒コンバータにおいて、前記制御装置は、前記排気ガス温度センサの所定温度以下の排気ガス温度検知に基づいて前記第２触媒担体を前記下流端移動位置に移動し所定温度以上の排気ガス温度検知に基づいて前記上流端移動位置に移動させることを特徴とする。
【００２８】
これら請求項６及び７の発明によると、排気ガス温度センサが検知した排気ガス温度に基づいて、制御装置が第２触媒担体を上流端移動位置と下流端移動位置との間で移動させることが可能となる。所定温度以下の排気ガス温度検知の場合は、第２触媒担体を下流端移動位置に配置して第２触媒担体で積極的に浄化するとともに、整流作用を高めることで浄化効率を向上させるとともに、所定温度以上の排気ガス温度検知の場合は、第２触媒担体を上流端移動位置に配置して排気ガスの通過抵抗を低減させて内燃機関の出力性能を向上させることが可能となる。
【００２９】
請求項８に記載の発明による触媒コンバータは、請求項１〜５のいずれか１項に記載の触媒コンバータにおいて、前記触媒担体移動手段は、内燃機関の運転負荷を判断する運転負荷検知センサと、該センサから入力された信号に基づいて前記第２触媒担体を前記上流端移動位置と下流端移動位置との間で軸方向に移動させる制御装置とを備えることを特徴とする。
【００３０】
また、請求項９に記載の発明による触媒コンバータは、請求項６に記載の触媒コンバータにおいて、前記制御装置は、前記運転負荷検知センサの高運転負荷検知に基づいて前記第２触媒担体を前記上流端移動位置に移動し、低運転負荷検知に基づいて前記下流端移動位置に移動させることを特徴とする。
【００３１】
これら請求項８及び９の発明によると、運転負荷検知センサが検知した運転負荷に基づいて、制御装置が第２触媒担体を上流端移動位置と下流端移動位置との間で移動させることが可能となる。低運転負荷を検知した場合は、第２触媒担体を下流端移動位置に配置して上壁と第２触媒担体の排気ガス流入面との間に形成されるチャンバ内で拡散して第２触媒担体による浄化効率を向上させるとともに、高運転負荷を検知した場合は、第２触媒担体を上流端移動位置に配置して排気ガスの通過抵抗を低減させて内燃機関の出力性能を向上させることが可能となる。
【００３２】
請求項１０に記載の発明による触媒コンバータは、請求項１〜５のいずれか１項に記載の触媒コンバータにおいて、前記触媒担体移動手段は、前記排気ガス排出時の排気音周波数を測定する排気音周波数検知センサと、該センサから入力された信号に基づいて前記第２触媒担体を前記上流端移動位置と下流端移動位置との間で軸方向に移動させる制御装置と、を備え、該制御装置は、前記ハウジング内に流入した前記排気ガスによる排気音を共鳴消音させる位置へ前記第２触媒担体を移動させることを特徴とする。
【００３３】
この発明によると、排気音周波数検知センサが検知した排気音の周波数に基づいて、制御装置が排気音を上壁と第２触媒担体の排気ガス流入面間に形成されるチャンバ容積で共鳴消音させる位置へ第２触媒担体を移動させるので、運転状態に応じた最適な消音作用が得られる。
【００３４】
請求項１１に記載の発明による触媒コンバータは、請求項１〜５のいずれか１項に記載の触媒コンバータにおいて、前記触媒担体移動手段は、前記排気ガス排出時の排気音周波数を測定する排気音周波数検知センサと、該センサから入力された信号に基づいて前記第２触媒担体を前記上流端移動位置と下流端移動位置との間で軸方向に移動させる制御装置と、を備え、該制御装置は、前記ハウジング内に流入した前記排気ガスによる排気音を増音させる位置へ前記第２触媒担体を移動させることを特徴とする。
【００３５】
この発明によると、排気音周波数検知センサが検知した排気音の周波数に基づいて、制御装置が排気音を増音させる位置へ第２触媒担体を移動させるので、上壁と第２触媒担体の排気ガス流入面に形成されるチャンバ容積により運転状態に応じた最適な増音作用が得られる。従って、第三者に対する排気音による報知効果を向上させることができる。
【００３６】
請求項１２に記載の発明による触媒コンバータは、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の触媒コンバータにおいて、前記第１触媒担体は、前記第２触媒担体よりも前記セルの密度が小であることを特徴とする。
【００３７】
この発明によると、セル密度を小とすることで、排気ガス通過時の通過抵抗が低減するので、特に、高負荷運転時または排気ガス温度が所定温度以上であるときの内燃機関の出力性能の向上を図ることができる。
【００３８】
請求項１３に記載の発明による触媒コンバータは、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の触媒コンバータにおいて、前記第１触媒担体は、前記第２触媒担体に対して転換効率が小であることを特徴とする。
【００３９】
この発明によると、低負荷運転時または排気ガス温度が所定温度以下の場合は、第２触媒担体において整流及び一次浄化が行われ、高負荷運転時または排気ガス温度が所定温度以上の場合は、有害物質の比較的少ない排気ガスが排出されるので、第２触媒担体と対比して第１触媒担体における触媒体の担持量を少なくすることができる。従って、製造コストを低減することができる。
【００４０】
請求項１４に記載の発明による触媒コンバータは、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の触媒コンバータにおいて、前記第１触媒担体の下流方向に前記ハウジング内に嵌合保持された第３触媒担体を更に備え、前記第２触媒担体に対し第１触媒担体の転換効率が小であり、第１触媒担体に対し第３触媒担体の転換効率が小であることを特徴とする。
【００４１】
この発明によると、３基の触媒担体を備えることで排気ガスの整流浄化作用を更に向上させるとともに、第３触媒担体における触媒体の担持量を少なくすることができる。従って、製造コストを低減することができる。
【００４２】
請求項１５に記載の発明による触媒コンバータは、請求項１４に記載の触媒コンバータにおいて、前記第３触媒担体は、内部に隔壁によって前記排気ガスの流入面から該排気ガスの流出面に亘って連続する多数のセルが形成された触媒担体であって、前記第１〜第３触媒担体は、前記第２触媒担体のセル密度に対して前記第１触媒担体のセル密度が小であり、該第１触媒担体のセル密度に対して前記第３触媒担体のセル密度が小であることを特徴とする。
【００４３】
この発明によると、３基の触媒担体を備えることで排気ガスの整流浄化作用を更に向上させるとともに、第３触媒担体のセル密度を小とすることで、排気ガス通過時の通過抵抗が低減するので、特に、高負荷運転時または排気ガス温度が所定温度以上であるときの内燃機関の出力性能の向上を図ることができる。
【００４４】
請求項１６に記載の発明による触媒コンバータは、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の触媒コンバータにおいて、前記ハウジングに代えて該ハウジングに排気ガス導入口が設けられて、上流側ハウジングと、該上流側ハウジングに摺動可能に嵌合して排気ガス排出口が形成されるとともに第２触媒担体及び第１触媒担体を嵌合固定する下流側ハウジングとを備え、前記触媒担体移動手段に代えて運転状態に応じて前記上流側ハウジングの上壁が前記第２触媒担体の排気ガス流入面に接する上流端移動位置と該第２触媒担体の排気ガス流入面から上壁が離間する下流端移動位置との間で軸方向に移動させる上壁移動手段と、を備えることを特徴とする。
【００４５】
この発明によると、下流端移動位置に上流側ハウジングが配置される場合は、排気ガス導入口からハウジング内に導入された排気ガスが上壁と第２触媒担体の排気ガス流入面との間に形成されるチャンバで拡散して排気ガス流入面全面から第２触媒担体内に注入し、かつ第２触媒担体に流入した排気ガスは、第２触媒担体内において整流及び浄化がなされた上で第１触媒担体に流入するので、効率的に排気ガスの浄化が行われる。また、上流端移動位置に上流側ハウジングが配置される場合は、上流端移動位置において、ハウジングの上壁と接合しても排気ガスの流入が阻止されない第２触媒担体の排気ガス流入面の中央部分に排気ガスが集中して流入するので、第２触媒担体の排気ガス流入面の面全体に排気ガスが拡散することなく、第１触媒担体に排気ガスが流入する。
【００４６】
また、ハウジングを軸方向に移動させる簡単な構成であるので、製造コストの低減を図ることができる。更に、簡単な構造であることから故障を生じる可能性も低く、装置に対する信頼性が確保できる。
【発明の効果】
【００４７】
この発明によると、下流端移動位置に第２触媒担体が配置される場合は、排気ガス導入口からハウジング内に導入された排気ガスが上壁と第２触媒担体の排気ガス流入面との間に形成されるチャンバで拡散して排気ガス流入面全面から第２触媒担体内に注入し、かつ第２触媒担体に流入した排気ガスは、第２触媒担体内において整流及び浄化がなされた上で第１触媒担体に流入するので、効率的に排気ガスの浄化が行われる。また、上流端移動位置に第２触媒担体が配置される場合は、第２触媒担体の排気ガス流入面の中央部分に排気ガスが集中して流入するので、第２触媒担体の排気ガス流入面の面全体に排気ガスが拡散することなしに、第１触媒担体に排気ガスが流入する。従って、排気ガスの通過抵抗を低減して内燃機関の出力性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
（第１実施の形態）
次に、触媒コンバータの実施の形態について図に基づいて説明する。
【００４９】
図１は、本実施の形態に係る触媒コンバータを模式的に示す断面図であり、図２は図１のＩ−Ｉ線断面図である。図示のように、触媒コンバータ１０は、ハウジング１１と、このハウジング１１に嵌合保持された第１触媒担体２１及び第２触媒担体３１とを備える。
【００５０】
ハウジング１１は、内燃機関の排気系に円筒状に形成された周壁１２と、周壁１２の上流端を封止するとともに、中央部分に、上流排気管１６から連通する排気ガス導入口１７が設けられた上壁１３と、周壁１２の下流端を封止するとともに、中央部分に、下流排気管１８に連通する排気ガス排出口１９が設けられた下壁１４とを備える。
【００５１】
第１触媒担体２１は、排気ガス流入面２２及び排気ガス排出面２３を有してハウジング１１のハウジング内壁１１Ａに嵌合固定される円柱状に形成されており、隔壁２４によって排気ガス流入面２２から排気ガス排出面２３に亘って連続する、排気ガス通路となる多数のセル２４Ａが形成されたハニカム状であり、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の触媒体が担持されている。
【００５２】
第２触媒担体３１は排気ガス流入面３２及び排気ガス排出面３３を有する円筒状に形成されており、隔壁３４によって排気ガス流入面３２から排気ガス排出面３３に亘って連続する、排気ガス通路となる多数のセル３４Ａが形成されたハニカム状であり、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の触媒体が担持されている。第２触媒担体３１の触媒体の担持量は、第１触媒担体２１の触媒体の担持量よりも所定量多く担持される。また、第２触媒担体３１のセル３４Ａは、第１触媒担体２１のセル２４Ａよりもセル１つ当たりの断面形状が小さく形成されているので、第１触媒担体２１よりセル密度が大に構成される。
【００５３】
第２触媒担体３１には、所定径ａを有するとともに軸心方向に排気ガス流入面３２から排気ガス排出面３３に亘って貫通する連通孔３５が形成されている。この所定径ａは、排気ガス流入口１７と同径となっており、後述するように第２触媒担体３１が上壁１３と密接する上流端移動位置において、排気ガス流入口１６から連通孔３５までが連続した円筒状中空部分を形成することとなる。
【００５４】
また第２触媒担体３１は、ハウジング１１に軸方向に移動自在に嵌合保持される円筒状の担体ケース３６に嵌合収容される。この担体ケース３６は、第２触媒担体３１を嵌合保持する円筒状の周面３７と、この周面３７の径方向に対向する２箇所に架設される一対のステー３８と、ハウジング内壁１１Ａと担体ケース３６の周面３７の間の間隙をシールするシールリング３９を備える。
【００５５】
図３（ａ）はシールリング３９の構造を示す断面図、図３（ｂ）はシールリング３９の断面斜視図である。図示のように、シールリング３９は第２触媒担体を収容する担体ケース３６の周面３７の外周に形成された断面凹状の環状凹部３７ａに嵌合周設される。このシールリング３９は、ハウジング１１の上壁１３方向の側部が開放されて排気ガスの取込口３９ａが設けられた断面逆Ｃ字形のチューブ状に形成されている。これにより、排気ガスが触媒コンバータ１０内に流入すると、排気ガス圧力がシールリング３９の取込口３９ａに流入してシールリング３９が膨張するので、ハウジング内壁１１Ａと担体ケース３６の周面３７との間の間隙がシールされる。シールリング３９は、例えば、ニッケル系合金等の耐熱材３９ｂを母材として形成した上でコーティング材３９ｃによって被覆加工を施してもよい。
【００５６】
第２触媒担体３１を嵌合収容した担体ケース３６は、触媒担体移動手段４１によって、軸方向にハウジング内壁１１Ａに沿って移動可能となるように構成されている。この触媒担体移動手段４１は、排気ガス温度センサ４２Ａと、運転負荷検知手段であるエンジン回転数検知センサ４２Ｂ、排気音周波数検知センサ４２Ｃとを備えるセンサ群４２と、このセンサ群４２からのデータを集積・解析するマップを組み込んだ制御装置であるＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）４３と、ＥＣＵ４３からの制御命令によってロッド４４Ａを駆動させるアクチュエータ４４を備える。
【００５７】
ロッド４４Ａは、上流排気管１６に穿孔された挿入孔１６Ａに、ロッドガイド１６Ｂを介して挿入され、第２触媒担体３１を嵌合収容する担体ケース３６が備えるステー３８に結合される。
【００５８】
上記構成によって、センサ群の各センサが検知したデータをＥＣＵ４３が集積・解析し、この解析結果に基づいてアクチュエータ４４にロッド４４Ａを駆動させる。このロッド４４Ａは、担体ケース３６が備えるステー３８に結合されているので、ロッド４４Ａの駆動により第２触媒担体３１が収容された担体ケース３６を軸方向にハウジング内壁１１Ａに沿って、排気ガス流入面３２が上壁１３に接する上流端移動位置と上壁１３から排気ガス流入面３２が離間して上壁１３と排気ガス流入面３２との間に排気ガスの分散を許容するチャンバが形成される下流端移動位置との間で移動させる。
【００５９】
次に、触媒コンバータ１０の作用について図に基づいて説明する。
【００６０】
図４（ａ）は、内燃機関が暖機の途上あるいは低負荷時におけるハウジング１１内での第２触媒担体３１の位置である下流端移動位置Ｃを、図４（ｂ）は、内燃機関の暖機後あるいは高負荷時におけるハウジング１１内での第２触媒担体３１の位置である上流端移動位置Ｄを示した断面図である。
【００６１】
図４（ａ）で示すように、排気ガス温度センサ４２Ａが排気ガスの温度を検知し、ＥＣＵ４３が、内燃機関が暖機の途上であると判断した場合、あるいは、エンジン回転数検知センサ４２Ｂがエンジンの回転数を検知し、ＥＣＵ４３が、内燃機関が低負荷段階であると判断した場合、ＥＣＵ４３はアクチュエータ４４を作動させて第２触媒担体３１が収容された担体ケース３６を、上壁１３と第２触媒担体３１の排気ガス流入面３２との間に形成されるチャンバで第２触媒担体３１の排気ガス流入面３２の面全体で流入可能となるように排気ガスを分散させるとともに、第１触媒担体２１の排気ガス流入面２２が、その面全体で、第２触媒担体３１の排気ガス排出面３３から排出される排気ガスを受け入れることが可能となる下流端移動位置Ｃに配置する。
【００６２】
内燃機関側からの排気ガスが上流排気管１６を介して触媒コンバータ１０のハウジング１１内に流入し、ハウジング１１内に流入した排気ガスは、上壁１３と第２触媒担体３１との間において、排気ガス流入面３２の流入面全域に広範に拡散して排気ガス流入面３２から第２触媒担体３１内に流入する。排気ガス流入面３２の連通孔３５及び外周のセル３４Ａを通過するとともに隔壁３４に担持された触媒体により浄化された排気ガスは、整流された上で第１触媒担体２１の排気ガス流入面２２に流入する。
【００６３】
排気ガスが上流排気管１６から連続的に流入されると、内燃機関始動後漸次温度が上昇し、所定の温度になると、第２触媒担体３１のセル３４Ａを形成する隔壁３４に担持された触媒体が活性化温度となって排気ガスの浄化効率が高まる。第２触媒担体３１を通過した排気ガスは、セル３４Ａを通過することで整流されて第２触媒担体３１の排気ガス排出面３３から排出される。この整流された１次浄化後の排気ガスは、続いて、第１触媒担体２１の排気ガス流入面２２に流入する。第２触媒担体３１は、排気ガスが整流された状態で排気ガス排出面３３の面全体で排気ガスを排出することが可能となるとともに、第１触媒担体２１の排気ガス流入面２２が、面全体で排気ガスを受け入れることが可能となる下流端移動位置Ｃに配置される。第２触媒担体３１と同様に、内燃機関始動後漸次温度が上昇した排気ガスが連続的に流入されると、第１触媒担体２１のセル２４Ａを形成する隔壁２４に担持された触媒体が活性化温度となって排気ガスの２次浄化が始まる。第１触媒担体２１の排気ガス排出面２３から排出された排気ガスは、２次浄化された状態で下流排気管１８へ流入する。
【００６４】
図４（ｂ）で示すように、排気ガス温度センサ９２Ａが排気ガスの温度を検知し、ＥＣＵ４３が、内燃機関が暖機された状態であると判断した場合、あるいは、エンジン回転数検知センサ４２Ｂがエンジンの回転数を検知し、ＥＣＵ４３が、内燃機関が高負荷段階であると判断した場合、ＥＣＵ４３はアクチュエータ４４を作動させて、第２触媒担体３１の排気ガス流入面３２を、担体ケース３６を介してハウジング１１の上壁１３に密接合する上流端移動位置Ｄに移動させる。前述のように、連通孔３５は上流排気管１６の排気ガス導入口１７と同径に形成されているので、連通孔３５を通過する排気ガスは触媒コンバータ１０内に連続して誘導される。
【００６５】
第２触媒担体３１は上流端移動位置Ｄに配置されて、排気ガス流入面３２が担体ケース３６を介して上壁１３と密接合して閉塞されているので、排気ガスは第２触媒担体３１のセル３４Ａを通過することなく、連通孔３５を通過して第１触媒担体２１の排気ガス流入面２２に流入する。
【００６６】
連通孔３５を通過する排気ガスは、通過抵抗が極めて小さくセル密度の小さい第１触媒担体２１の排気ガス流入面２２に流入する。第１触媒担体２１の隔壁２４に担持された触媒体が排気ガスを浄化するとともに、セル２４Ａを通過した排気ガスは整流されて下流排気管１８に流入する。
【００６７】
また、排気音周波数検知センサ４２Ｃが排気音の周波数を検知し、ＥＣＵ４３がその検知排気音周波数に基づいて、ＥＣＵ４３はアクチュエータ４４を作動させて、排気音を上壁１３と第２触媒担体３１の排気ガス流入面３２との間に形成されるチャンバ容積による共鳴効果により減衰させる位置に第２触媒担体５１を移動させる。
【００６８】
一方、排気音周波数検知センサ４２Ｃが検知した排気音の周波数を、ＥＣＵ４３がその検知排気音周波数に基づいて、ＥＣＵ４３はアクチュエータ４４を作動させて、上壁１３と第２触媒担体３１の排気ガス流入面３２との間に形成されるチャンバ容積となる共鳴効果により排気音を増音させる位置に第２触媒担体３１を移動させることもできる。
【００６９】
なお、排気音周波数の数値基準や、触媒コンバータ１０内における第２触媒担体５１の移動位置は、ＥＣＵ４３内のマップに保存されたデータによって制御するようにしてもよいし、運転者が好みの排気音をスイッチ等によって制御できるようにしてもよい。
【００７０】
以上のような構成とすることにより、内燃機関が暖機の途上あるいは低負荷段階の場合は、担体ケース３６に収容された第２触媒担体３１が、下流端移動位置Ｃに配置されることから、排気ガスは上壁１３と第２触媒担体３１との間において、排気ガス流入面３２の流入面全域に広範に拡散する。また、下流端移動位置Ｃは、第２触媒担体３１の排気ガス排出面３３から排出された排気ガスを、第１触媒担体２１においてその排気ガス流入面２２の面全体で流入する位置でもあるので、第１触媒担体２１の排気ガス流入面２２には、整流されかつ一次浄化された排気ガスが流入されることになる。この第１触媒担体２１のセル２４Ａに担持された触媒体の担持量は、第２触媒担体２１の触媒体の担持量よりも所定量減じられているが、排気ガスは第２触媒担体２１により一次浄化された状態で第１触媒担体２１に流入されるので、効率的に浄化作用が行われる。従って、未燃ガスの発生しやすい内燃機関の暖機途上あるいは低負荷段階の排気ガスを、効率的に浄化することができる。
【００７１】
また、第２触媒担体３１と第１触媒担体２１が近接するので、排気ガスの流入を受けた第２触媒担体２１の反応熱によって第１触媒担体２１が温められ、第１触媒担体２１に担持された触媒体が早期に活性化されるとともに、その触媒活性を維持させることができる。更には、第２触媒担体３１と対比して第１触媒担体２１に担持される触媒体の量を少なくすることができるので、製造コストを低減することができる。
【００７２】
一方、内燃機関が暖機後あるいは高負荷段階の場合は、第２触媒担体３１の排気ガス流入面３２は、担体ケース３６を介して上流端移動位置Ｄに配置されるとともに、連通孔３５は上流排気管１６の排気ガス導入口１７と同径に形成され、上流排気管１６から第２触媒担体３１を通過する位置まで延在しているので、上流排気管１６から流入する排気ガスは、通過抵抗を受けることなく第２触媒担体３１の連通孔３５を通過して、セル密度の小さい第１触媒担体２１の排気ガス流入面２２に流入する。従って、排気ガスの通過抵抗を低減して内燃機関の出力性能を向上させることができる。
【００７３】
また、高温化した排気ガスを連通孔３５に流入させることで、第２触媒担体３１を実質的に通過させることなしに排出できるので、第２触媒担体３１の熱劣化を防止して、長期間に亘って第２触媒担体３１の浄化性能を維持させることができる。
【００７４】
更に、排気音周波数が所定数値以上の場合は、排気音を共鳴効果により減衰させるので、消音効果の向上を図ることができる。一方、排気音周波数が所定数値以下の場合は、共鳴効果により排気音を増音させるので、第三者に対する報知効果の向上を図ることができる。
【００７５】
また、セル密度の均一な第１触媒担体及び第２触媒担体の使用により熱膨張の局所的な偏在がなく、各触媒担体の耐久性が向上するとともに、触媒コンバータのコンパクト化が得られる。
【００７６】
（第２実施の形態）
次に、触媒コンバータ１０の第２実施の形態について図に基づいて説明する。図５は、本実施の形態に係る触媒コンバータを模式的に示した断面図である。なお、図５において図１〜４と同様の要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７７】
図示のように、第２触媒担体５１は、排気ガス流入面５２において上流排気管１６の排気ガス導入口１７と対向する位置に、排気ガス導入口１７と同径の所定径ａを有するとともに軸方向に向かって延在する第１連通孔５５Ａと、第１連通孔５５Ａの下流端５５Ｂから排気ガス排出面５３方向に拡径するテーパ状の隔壁とからなる第２連通孔５５Ｃとを有する連通孔５５を備える。なお、図６で示すように、第２連通孔５５Ｃを、断面視で所定幅ｂを有する段差部５６を階段状に連続形成してもよい。
【００７８】
以上のような構成とすることにより、排気ガス流入面５２から流入して排気ガスが第１連通孔５５Ａ及び第２連通孔５５Ｃから排出される排気ガスは、第２連通孔５５Ｃの内壁に沿って漸次膨張し、排気ガス排出面５３において、第１触媒担体２１の排気ガス流入面２２の面全体に均一に流入可能となるように拡散される。従って、第１触媒担体２１の排気ガス流入面２２における排気ガスの局所的流入を回避して、排気ガス浄化効率を高めることができる。
【００７９】
（第３実施の形態）
次に、触媒コンバータ１０の第３の実施の形態について図に基づいて説明する。図７は、本実施の形態に係る触媒コンバータを模式的に示した断面図である。なお、図７において図１〜６と同様の要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００８０】
図示のように、ハウジング６１は排気ガス導入口に連通する排気管導入口６４Ａが上壁６３の中央部分に形成された上流側ハウジング６２と、排気ガス排出口に連通する下流排気管１８が下壁６６の中央部分に結合されるとともに上流側ハウジング６２に摺動自在に嵌挿された下流側ハウジング６５を備える。下流側ハウジング６５には、下流排気管１８方向に第１触媒担体２１と、上流排気管６４Ｂ方向に第２触媒担体３１とが嵌合固定される。また、下流側ハウジング６５の周縁６５Ａには、第１実施の形態と同様に、断面凹状の環状凹部（図示しない）が形成されてシールリング３９が嵌合周設される。
【００８１】
上流排気管６４Ｂは、上流側ハウジング６２に形成された筒状の排気管導入口６４Ａに嵌合挿入され、ハウジング上壁移動手段７１によって、上流側ハウジング６２は軸方向に下流側ハウジング６５の周縁６５Ａに沿って移動可能となるように構成されている。このハウジング上壁移動手段７１は、触媒担体移動手段４１と同様に、排気ガス温度センサ４２Ａと、運転負荷検知手段であるエンジン回転数検知センサ４２Ｂ、排気音周波数検知センサ４２Ｃとを備えるセンサ群４２と、このセンサ群４２からのデータを集積・解析するマップを組み込んだ制御装置であるＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）４３と、ＥＣＵ４３からの制御命令によってロッド４４Ａを駆動させるアクチュエータ４４を備える。
【００８２】
排気ガス温度センサ４２Ａが排気ガスの温度を検知し、内燃機関が暖機の途上であると判断した場合、あるいは、エンジン回転数検知センサ４２Ｂがエンジンの回転数を検知し、ＥＣＵ４３が、内燃機関が低負荷段階であると判断した場合、ＥＣＵ４３はアクチュエータ４４を作動させて、上流側ハウジング６２をその上壁６３と第２触媒担体３１の排気ガス流入面３２との間に、排気ガスの分散を許容するチャンバが形成される図７に示す下流端移動位置Ｃに移動させる。
【００８３】
一方、排気ガス温度センサ４２Ａが排気ガスの温度を検知し、内燃機関が暖機された状態であると判断した場合、あるいは、エンジン回転数検知センサ４２Ｂがエンジンの回転数を検知し、ＥＣＵ４３が、内燃機関が高負荷段階であると判断した場合、ＥＣＵ４３はアクチュエータ４４を作動させて、上流側ハウジング６２を上壁６３が第２触媒担体３１の排気ガス流入面３２に接する上流端移動位置Ｄに移動させる。
【００８４】
また、排気音周波数検知センサ４２Ｃが排気音の周波数を検知し、ＥＣＵ４３がその検知排気音周波数に基づいて、ＥＣＵ４３はアクチュエータ４４を作動させて、上壁６３と第２触媒担体の排気ガス流入面２２との間に形成されるチャンバ容積による排気音を、共鳴効果により減衰させる位置に上流側ハウジング６３を移動させる。
【００８５】
一方、排気音周波数検知センサ４２Ｃが検知した排気音の周波数を、ＥＣＵ４３がその検知排気音周波数に基づいて、ＥＣＵ４３はアクチュエータ４４を作動させて、上壁６３と第２触媒担体３１の排気ガス流入面３２との間に形成されるチャンバ容積による共鳴効果により排気音を増音させる位置に下流端ハウジング６５の上端６５Ｂを移動させる。
【００８６】
以上のような構成とすることにより、上流端ハウジング６２を軸方向に移動させる可能な簡単な構成であるので、製造コストの低減を図ることができる。更に、簡単な構造であることから故障を生じる可能性も低く、装置に対する信頼性が確保できる。
【００８７】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では、触媒担体を２個備えた場合について説明したが、第１触媒担体２１より更に下流方向に第３触媒担体を配置してもよい。この場合、第３触媒担体のセルを第１触媒担体２１のセル２４Ａよりも１つ当たりの容積を大きく形成したり、触媒体の担持量を第１触媒担体２１の触媒体担持量より所定量減じて形成したりしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明に係る第１実施の形態の断面模式図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ断面図である。
【図３】シールリング部分を示す図１のＡ部拡大図、断面図及び断面斜視図である。
【図４】触媒コンバータの作用動作状態を示す断面図である。
【図５】本発明に係る第２実施の形態の断面模式図である。
【図６】同じく、本発明に係る第２実施の形態の断面模式図である。
【図７】本発明に係る第３実施の形態の断面模式図である。
【図８】従来の触媒コンバータの概略を示す断面図である。
【図９】同じく、従来の触媒コンバータの概略を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０  触媒コンバータ
１１  ハウジング
１２  周壁
１３  上壁
２１  第１触媒担体
２２  排気ガス流入面
２３  排気ガス排出面
２４  隔壁
２４Ａ  セル
３１  第２触媒担体
３２  排気ガス流入面
３３  排気ガス排出面
３４  隔壁
３４Ａ  セル
３５  連通孔
３６  担体ケース
４１  触媒担体移動手段
４２  センサ群
４３  ＥＣＵ
４４  アクチュエータ
【図１】
2010001748.tif 000003
【図２】
2010001748.tif 000004
【図３】
2010001748.tif 000005
【図４】
2010001748.tif 000006
【図５】
2010001748.tif 000007
【図６】
2010001748.tif 000008
【図７】
2010001748.tif 000009
【図８】
2010001748.tif 000010
【図９】
2010001748.tif 000011