(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気経路中に配置される触媒コンバータであって，該触媒コンバータは，担体と，該担体を収納する外筒と，両者の間に設けられた弾力性を有する中間部材と，
該中間部材の端部と上記外筒との間に配置される，排気ガスが中間部材に対し流入することを防止するためのリテーナとにより構成されてなり，
上記リテーナと上記外筒とは別部材により作製され，かつ両者は非接合状態に接触しており，
かつ上記中間部材は，上記担体の全周全てを上記外筒内に保持し，上記中間部材は上記担体の軸方向長さよりも長く，上記リテーナは上記中間部材の弾性力により外筒に対し押付けられていることを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項２】
請求項１において，上記リテーナは，少なくともエンジン排気経路の上流側に設けてあることを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項３】
請求項１または２において，上記リテーナの内径は，触媒コンバータの使用温度条件において，上記担体の外径より常に小さいことを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において，上記リテーナは，上記中間部材の端部を覆うように，断面Ｌ字状に形成してあることを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいすれか一項において，上記外筒は，その長手方向に縮小する円錐状のテーパ部を有し，一方リテーナは上記テーパ部の内面に対して摺動可能に接触する外側面を有することを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項において，上記中間部材はＡｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２組成であり，かつＡｌ２Ｏ３の含有率が７０重量％以上であるアルミナ繊維であることを特徴とする触媒コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，自動車エンジンの排気経路中に設置される触媒コンバータに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来，自動車エンジンの排気経路中に設置された触媒コンバータとしては，例えば，特開昭５８−１６５５１６号に見られるように，担体と，該担体を収納する外筒と，両者の間に設けられた弾力性を有する中間部材とにより構成されている。なお，上記担体としては，一般にセラミック製のハニカム担体が使用されている。また，上記外筒は耐熱性の金属材料よりなる。
【０００３】
上記セラミック製のハニカム担体の表面には，自動車エンジンより排出される排気ガス中に含まれるＣＯ，ＨＣおよびＮＯｘ等の有害成分を無害な気体あるいは水に変換するためのＰｔやＲｈ，Ｐｄ等の貴金属触媒が担持されてある。
上記担体の材料としては，一般にコージェライト系セラミック（２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 ）が使用されており，この材料は金属製の外筒よりも熱膨張係数が小さい。
【０００４】
従って，自動車エンジンより排気ガスが流入することにより，触媒コンバータが加熱された場合には，上記セラミック製のハニカム担体と金属製の外筒との熱膨張差を原因として，上記コンバータの径方向において，上記担体と外筒との間の間隔の増大が発生する。上記中間部材は，この間隔の増大を吸収できるような弾性力を有しており，該中間部材により，上記セラミック製のハニカム担体は，外筒の内部に保持されてある。
【０００５】
ところで，上記中間部材は，高温（８００℃程度）の排気ガスに直接晒された場合には飛散するおそれがある。
そこで，従来，例えば特開昭５６−４７６１９号に示されるごとく，リテーナを上記外筒に対し接合し，これを中間部材に対する排気ガス遮蔽板とし，該リテーナによって上記中問部材を保護していた。
【０００６】
【解決しようとする課題】
近年，エンジン始動直後から排気ガスを浄化可能とするため，触媒コンバータをエンジンの燃焼室のより近くに配置しようとする傾向が強くなっている。これは，エンジン始動前の冷えた状態から，触媒の反応温度である３００℃〜３５０℃以上の温度に，上記触媒を担持した担体を迅速に昇温させる為である。
しかし，上述のごとき目的から，例えばエキゾーストマニホールド直下等のエンジンの燃焼室のより近傍に上記触媒コンバータを配置した場合には，エンジン高負荷時に流入する排気ガスの最高温度は８００〜９００℃以上にもなる。
【０００７】
ところで，上述したごとく，上記リテーナは排気ガスによる中間部材の飛散防止作用を担っている。即ち，上記リテーナには，排気ガスが直接あたることとなる。
従って，上述したようなエンジン高負荷時，上記リテーナには８００℃以上の高温の排気ガスが直接吹付ることとなる。一方，上記リテーナの接合された上記外筒は外気温度で冷却されており，よって，リテーナと外筒との間には大きな温度差が生じる。
【０００８】
そして，上記リテーナは，外筒または該外筒に設けられたフランジに対し，機械的に接合されてあった。または，上記外筒またはフランジに対し一体成形されてあった。
従って，上記リテーナと上記外筒との間には温度差が生じ，これと共に両者の熱膨張に差が発生する。従って，両者の間に熱応力が発生し，該熱応力のために上記リテーナが変形することがあった。
このような変形が生じた場合には，上記リテーナがもろい担体を圧迫し，担体を破壊したり，リテーナの取付位置がずれ，中間部材が排気ガスに対し露出し，この露出した部分において，排気ガスによる中間部材の飛散が生じるおそれがあった。
【０００９】
本発明は，かかる問題点に鑑み，中間部材へ排気ガスが流入することがなく，また中間部材の飛散が発生せず，更にリテーナが変形し担体を損傷させることのない触媒コンバータを提供しようとするものである。
【００１０】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，エンジンの排気経路中に配置される触媒コンバータであって，該触媒コンバータは，担体と，該担体を収納する外筒と，両者の間に設けられた弾力性を有する中間部材と，
該中間部材の端部と上記外筒との間に配置される，排気ガスが中間部材に対し流入することを防止するためのリテーナとにより構成されてなり，
上記リテーナと上記外筒とは別部材により作製され，かつ両者は非接合状態に接触しており，
かつ上記中間部材は，上記担体の全周全てを上記外筒内に保持し，上記中間部材は上記担体の軸方向長さよりも長く，上記リテーナは上記中間部材の弾性力により外筒に対し押付けられていることを特徴とする触媒コンバータにある。
【００１１】
本発明の作用につき，以下に説明する。
本発明にかかる触媒コンバータにおいては，上記リテーナと上記外筒とが別部材として構成されており，かつ，両者は非接合状態に接触している。このため，両者の間に熱膨張差が生じても熱応力は発生せず，従って，リテーナが変形することはない。
【００１２】
よって，上記リテーナは常時，中間部材の端面を完全に被覆することができ，上記中間部材が直接排気ガスに晒されることもなく，上記中間部材の飛散も発生しない。
また，上記リテーナに熱応力が発生せず，従って，リテーナの変形もなく，よって該リテーナから担体に対し過剰な力が作用することが防止され，上記担体の損傷も発生しない。
このため，本発明の触媒コンバータは，従来品と比較して，よりエンジンに近い排気経路の上流側に取り付けることが可能となる。従って，触媒を担持した担体の昇温性が高まり，エンジン始動直後より排気ガスを効率良く浄化することが可能となる。
【００１３】
以上のごとく，本発明においては，中間部材へ排気ガスが流入することがなく，またこの中間部材の飛散が発生せず，更にリテーナが変形し担体を損傷させることのない触媒コンバータを提供することができる。
【００１４】
次に，請求項２の発明のように，上記リテーナは，少なくともエンジン排気経路の上流側に設けてあることが好ましい。
これにより，上流側から吹き込む高温の排気ガスにより中間部材が飛散することを防ぐことができる。
なお，下流側では，排気ガスが担体を通ることにより整流され，排気ガスの流れにおいて径方向の旋回速度成分が少なくなっている。このような状態の排気ガスに中間部材を晒しても飛散が起こらない場合がある。この場合には，下流側のリテーナは無くても良い。
【００１５】
次に，請求項３の発明のように，上記リテーナの内径は，触媒コンバータの使用温度条件において，上記担体の外径より常に小さいことが好ましい。
これにより，上記触媒コンバータの使用温度条件において，リテーナとハニカム担体の重なり部分を確保することができ，上記中間部材が排気ガスに晒されることを確実に防止することができる（図１参照）。
【００１６】
次に，請求項４の発明のように，上記リテーナは，上記中間部材の端部を覆うように，断面Ｌ字状に形成してあることが好ましい。
これにより，上記Ｌ字状となった部分が整流板として働き，リテーナに吹き込む排気ガスの流れをリテーナの内周面に沿った方向にて担体に吹き込むよう導くことができる。よって，中間部材へ排気ガスが吹き込むことを確実に防止することができる。
【００１７】
次に，請求項５の発明のように，上記外筒は，その長手方向に縮小する円錐状のテーパ部を有し，一方リテーナは上記テーパ部の内面に対して摺動可能に接触する外側面を有することが好ましい。
上記中間部材は弾性体であり，該中間部材より発生した弾性力はリテーナを保持する軸方向の力となる。
【００１８】
それ故，上記弾性力は上記円錐状のテーパ部により，略筒状である触媒コンバータの中心軸に対する向心力に変換され，この向心力によりリテーナの径方向の偏心が抑えられる。
これにより，リテーナと担体とを確実に重ねることができ，上記中間部材に排気ガスが吹き込むことを防止することができる。
【００１９】
次に，請求項６の発明のように，上記中間部材はＡｌ2 Ｏ3 ・ＳｉＯ2 組成であり，かつＡｌ2 Ｏ3 の含有率が７０重量％以上であるアルミナ繊維であることが好ましい。
上記アルミナ繊維は，その耐熱温度が１３００℃以上であり，この温度程度までは繊維に結晶化が殆ど発生せず，担体を保持するだけの弾性力を維持することができる（実施形態例３参照）。
それ故，より高温雰囲気に触媒コンバータが設置された場合においても，担体のがたつき発生がなく，安定に保持することができる。
【００２０】
なお，上記Ａｌ2 Ｏ3 の含有率の上限は９５％とすることが好ましい。含有率が，この値より多い場合には，アルミナ繊維の製造に際して，純度を高めるための精錬工程が複雑となり，製造コストが増大するおそれがある。
【００２１】
なお，従来の中間部材は，通常Ａｌ2 Ｏ3 が略５０重量％含有されたセラミック繊維が用いられることが多かった。このようなセラミック繊維は，８５０℃程度の温度にて結晶化が発生し，セラミック繊維の弾性力が低下することがあった。この場合には，中間部材が担体及びリテーナを保持することができず，これらが外筒の内部でがたつくおそれがあった。
【００２２】
そして，リテーナががたつき，その位置を変えた場合には，上記中間部材に排気ガスが吹き込むおそれがあり，上記中間部材の飛散するおそれがある。また，上記担体は脆いセラミック等にて構成されていることが多く，外筒内部でがたついた場合には，割れ，欠け等の損傷が発生するおそれがあった。
上記アルミナ繊維を使用することにより，このような問題の発生を防止することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例にかかる触媒コンバータにつき，図１〜図５を用いて説明する。
図１，図２に示すごとく，上記触媒コンバータ１は，担体１０と，該担体１０を収納する外筒１１と，両者の間に設けられた弾力性を有する中間部材１２と，該中間部材１２の端部１２０と上記外筒１１との間に配置される，排気ガスが中間部材１２に対し流入することを防止するためのリテーナ２とにより構成されている。
【００２４】
上記リテーナ２と上記外筒１１とは別部材により作製され，かつ両者は非接合状態に接触しており，また，上記リテーナ２は上記中間部材１２の弾性力により外筒１１に対し押付けられている。
【００２５】
そして，図１に示すごとく，上記リテーナ２の内径ｄは，触媒コンバータ１の使用温度条件において，上記担体１０の外径Ｄより常に小さい。
また，図２に示すごとく，上記リテーナ２は，上記中間部材１２の端部１２０を覆うように，断面Ｌ字状に形成してある。また，上記外筒１１は，その長手方向に縮小する円錐状のテーパ部１１０を有し，一方リテーナ２は上記テーパ部１１０の内面１１９に対して摺動可能に接触する外側面２１９を有する
【００２６】
以下，上記触媒コンバータ１につき詳細に説明する。
本例の触媒コンバータ１は，図３に示すごとく，自動車エンジン３の排気経路であるエキゾーストマニホールド３６に装着されている。
上記担体２は直径７１ｍｍ，長さ６０ｍｍ，壁厚が０．０８〜０．１３ｍｍの薄肉セラミック製モノリスであり，低熱膨張係数のコージェライト系セラミック（２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 ）よりなる。
また，上記担体２の表面には，エンジン３の排気ガスの有害成分を浄化するための触媒が担持されている。
【００２７】
上記中間部材１２は，Ａｌ2 Ｏ3 が７２ｗｔ％，ＳｉＯ2 が２８ｗｔ％であるアルミナ繊維（ムライトファイバ）よりなり，一本の繊維径は２〜４μｍ，外筒に組付ける前の厚さは１５ｍｍ，かさ密度は０．０８ｇ／ｃｍ3 であった。また，これを外筒に組付けた後の厚さは４．５ｍｍ，かさ密度は０．２７ｇ／ｃｍ3 であった。
【００２８】
上記外筒１１は，板厚が１．５ｍｍのフェライト系耐熱ステンレス鋼板を，半分割された円筒形状にプレス成形した成形品である。そして，上記担体１０及び中間部材１２を覆う外壁となる，触媒コンバータ１の中央部分を構成する径拡大部は，内径８０ｍｍ，軸長７５ｍｍである。一方，触媒コンバータ１に排気ガスが流入する上流側，流出する下流側における開口部１８，１９は，内径７０ｍｍ，軸長１０ｍｍである。
【００２９】
そして，上記径拡大部１７と開口部１８，１９との間にはそれぞれテーパ部１１０が設けてある。
なお，図２に示すごとく，上記テーパ部１１０は円錐状であって，排気ガスの流れの方向に対するテーパ角度は略６０度である。
【００３０】
上記リテーナ２は，触媒コンバータ１の開口部１８，１９に設けてあり，フェライト系耐熱ステンレス鋼からなる。その内径（図１におけるｄ）は６７ｍｍ，外径は７７ｍｍ，板厚が１．５ｍｍである。
また，上記リテーナ２は，外筒１１の径拡大部１７と開口部１８，１９との間にそれぞれ配置されている。そして，上記テーパ部１１０において中間部材１２の端面１２０より作用する弾性力により保持され，上記外筒１１とは特に接合されていない。
【００３１】
次に，上記触媒コンバータ１のエンジン３の排気経路中への配置状態につき説明する。本例の触媒コンバータ１は，図３に示すごとく，上記触媒コンバータ１は，エンジン３に設けられたエキゾーストマニホルド３６に対し配置される。そして，図４に示すごとく，上記触媒コンバータ１の，排気ガス流れの下流側には，１３００ｃｃの容量を有するスタートキャタリスト２１が配置される。
上記スタートキャタリスト２１は，スタートキャタリスト用の外筒２１１内にワイヤネットあるいはセラミックファイバマットを介して，保持固定される。
【００３２】
次に，上記触媒コンバータ１の組付け行程を図５を用いて説明する。
まず，上記中間部材１２をバインダ（例えば，エポキシ樹脂）を用いて担体１０の外周形状と同形状に圧縮成形し，その後担体１０の外周に巻く。
次に，上記リテーナ２を中間部材１２の端面１２０に押しあてる。
次に，上記担体１０，中間部材１２，リテーナ２を，組付後には外筒１１を構成することができる半円筒鋼板１１１，１１２にて挟み込む。
【００３３】
この時，上記リテーナ２が中間部材１２の端面１２０を覆うよう配置されるため，該中間部材１２の端面を半円筒鋼板１１１，１１２で噛むことなく，該半円筒鋼板１１１，１１２を組付けることができる。
最後に，上記半円筒鋼板１１１，１１２を，排気ガスの漏れが無いよう隙間なく線溶接し，外筒１１となす。
以上により，触媒コンバータ１を得た。
【００３４】
次に，本例における作用効果につき説明する。
本例にかかる触媒コンバータ１はエキゾーストマニホルド３６に配置されており，このため，特にエンジン３の高負荷時には非常に高温の排気ガスが流入することとなる。従って，上記リテーナ２は上記高温の排気ガスにより，高い温度に保持される。
一方，上記外筒１１は外気温度により冷却されるため，上記リテーナ２よりは低い温度に保持される。
従って，上記リテーナ２と外筒１１との間には大きな温度差が生じ，よって，熱膨張差が生じる。
【００３５】
しかし，本例においては，リテーナ２と外筒１１とが別部品であり，しかも両者の間は接合されておらず従って両者の間に熱膨張差が生じても応力が発生することはない。
従って，上記リテーナ２の変形が防止され，よって，従来見られた上記リテーナ２の変形による担体１０の損傷，また中間部材１２の排気ガスによる飛散が防止できる。
これにより，本例は９００℃以上の高温排気ガスが流入する環境でも使用可能な触媒コンバータ１である。
【００３６】
また，図２に示すごとく，上記リテーナ２は，上記中間部材１２の端部１２０を覆うように，断面Ｌ字状に形成してある。
これにより，上記Ｌ字状となった部分が整流板として働き，リテーナ２に吹き込む排気ガスの流れをリテーナ２の内周面に沿った方向にて担体１０に吹き込むよう導くことができる。よって，中間部材１２へ排気ガスが吹き込むことを確実に防止することができる。
【００３７】
また，図１に示すごとく，触媒コンバータ１の使用温度条件において，リテーナ２の内径ｄは担体の外径Ｄより常に小さくなるよう構成してある。これにより，リテーナ２と担体１０とに重なり部分を確保でき，中間部材１２が排気ガスに晒されることを確実に抑えることができる。
【００３８】
なお，本実施形態例では，上流側，下流側の２カ所にリテーナ２をそれぞれ設けたが，担体１０の整流作用により，排気ガスの流れが中間部材１２を飛散させない程度まで弱められる場合には，リテーナ２を上流側に一つ設けた構成としてもよい。
【００３９】
実施形態例２
本例は，図６，図７に示すごとく，本発明にかかるリテーナ２９を有する低コスト型触媒コンバータ４である。
図６に示すごとく，本例の触媒コンバータ４は，担体１０と，該担体１０を収納する外筒４１と，両者の間に設けられた弾力性を有する中間部材１２と，該中間部材１２の端部１２０と上記外筒４１との間に配置される，排気ガスが中間部材１２に対し流入することを防止するためのリテーナ２９とよりなる。
【００４０】
上記リテーナ２９と上記外筒４１とは別部材により作製され，かつ両者は非接合状態に接触している。また，上記リテーナ２９は上記中間部材１２の弾性力により外筒４１に対し押付けられている。
なお，上記リテーナ２９は，エンジン排気経路の上流側にのみ設けてある。
【００４１】
上記担体１０は，実施形態例１と同様の形状，構成，材料よりなる。
上記外筒４１は，板厚１．５ｍｍのフェライト系耐熱ステンレス鋼板を略円筒形状にプレス成形した成形品である。
上記プレス成形の工程は，まず，ステンレス鋼板を片端のみが絞られた円筒形状に成形し，後述の触媒コンバータの組付工程中にもうもう一端を同じ形状に絞らり，径大部で内径８０ｍｍ，軸長７０ｍｍ，開口部において７０ｍｍ，軸長１０ｍｍとする。
【００４２】
上記リテーナ２９は，板厚１．５ｍｍのフェライト系耐熱ステンレス鋼から，内径６７ｍｍ，外径７７ｍｍの円環形状に打抜き成形された成形品である。
なお，本例のリテーナ２９は円環形状だが，半割された円環形状の成形品を二つつき合わせてリテーナ２９を構成させてもよい。
また，上記中間部材１２は，実施形態例１と同様の材料よりなる。
【００４３】
次に，上記触媒コンバータ４の組付け行程を図７を用いて説明する。
まず，上記中間部材１２をバインダ（例えば，エポキシ樹脂）を用いて担体１０の外周形状と同様の形状に圧縮成形し，その後担体１０の外周に巻く。
次に，上記リテーナ２を中間部材１２の一方の端面１２０に押しあてる。
【００４４】
次に，図７に示すごとく，上記リテーナを押しあてた端面とは反対側の端面１２０から，上記担体１０，中間部材１２，リテーナ２０５を共に外筒４１の内部へ圧入する。
その後，上記外筒４１の未成形の端部をリテーナ２９の上部から，内径６７ｍｍとなるように絞り加工する。以上により，触媒コンバータ４を得た。
その他は実施形態例１と同様である。
【００４５】
本発明によれば，円環状のリテーナ２９をエンジン排気経路の上流側のみに設け，構成部品が４個という低コストな構成の触媒コンバータ４を得ることができる。
その他は，実施形態例１と同様の作用効果を有する。
【００４６】
実施形態例３
本例は，図８，図９に示すごとく，実施形態例１及び実施形態例２において中間部材に使用したアルミナ繊維の性能につき説明する。
上記アルミナ繊維の組成は，Ａｌ2 Ｏ3 が７２ｗｔ％，ＳｉＯ2 が２８ｗｔ％である。
上記アルミナ繊維を２５℃及び１０００℃の温度環境下で，所定のかさ密度まで圧縮した。圧縮する前の厚さは１５ｍｍ，かさ密度は０．０８ｇ／ｃｍ3 であり，上述の実施形態例において，外筒内に組付けられる前の状態に相当する。
【００４７】
上記アルミナ繊維の単位面積当たりに作用する弾性力，即ち面圧と上記アルミナ繊維の圧縮後の厚さとの間の関係を図８に示した。
なお，上記面圧の測定は，圧縮に伴い変化する弾性力をセラミック製の圧縮棒により高温雰囲気炉の外部にセットされたロードセルに伝達することにより行なった。
【００４８】
同図によれば，アルミナ繊維の面圧は，２５℃の場合，１０００℃の場合，いずれも同程度である。
即ち，上記アルミナ繊維の面圧は，温度が変化しても変わらず安定していることが分かった。
【００４９】
次に，上記アルミナ繊維のＸ線回折結果を図９に示した。
同図によれば，上記アルミナ繊維の回折結果は２５℃の場合，１０００℃の場合，いずれも同形状である。これにより，上記アルミナ繊維が２５℃，１０００℃のいずれの場合においても，その結晶構造が変化しないことを示している。
【００５０】
以上により，上記アルミナ繊維を上記中間部材として使用した場合には，あらゆる温度環境下，特に９００℃以上の高温雰囲気においても，担体を安定して保持することができることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１における，触媒コンバータの断面説明図。
【図２】実施形態例１における，触媒コンバータの要部断面説明図。
【図３】実施形態例１における，触媒コンバータのエンジンへの取付説明図。
【図４】実施形態例１における，触媒コンバータとスタートキャタリストの一部断面図。
【図５】実施形態例１における，触媒コンバータの展開図。
【図６】実施形態例２における，触媒コンバータの断面説明図。
【図７】実施形態例２における，触媒コンバータの組付説明図。
【図８】実施形態例３における，アルミナ繊維の面圧とアルミナ繊維の圧縮後の厚さとの間の関係を示す説明図。
【図９】実施形態例３における，アルミナ繊維のＸ線回折強度分布の説明図。
【符号の説明】
１，４．．．触媒コンバータ，
１０．．．担体，
１１，４１．．．外筒，
１２．．．中間部材，
１２０．．．端部，
２，２９．．．リテーナ，
１１０．．．テーパ部，
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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