(57)【要約】【課題】コンパクトな構成で腐食の可能性が低減された保温性能及び断熱性能を有する触媒コンバータを提供する。【解決手段】触媒コンバータ１０は、内燃機関からの排ガスを浄化する触媒担体１２と、触媒担体１２を収容する触媒収容管１１とを備えている。触媒収容管１１は、排ガス流入口１１ａが設けられ、該排ガス流入口１１ａからの距離が長くなるにしたがってその内径が増大する入口側コーン状部１１ｃと、内部に触媒担体１２が配置されている筒状部１１ｄと、排ガス流出口１１ｂが設けられ、該排ガス流出口１１ｂからの距離が長くなるにしたがってその内径が増大する出口側コーン状部１１ｅとを備えている。入口側コーン状部１１ｃの内側には、入口側コーン状部１１ｃよりも径の小さなコーン状内管１４がさらに設けられており、触媒担体１２の上流側において、入口側コーン状部１１ｃとコーン状内管１４との二重構造が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排ガスを浄化する触媒担体と、
前記触媒担体を収容する触媒収容管と、を備え、
前記触媒収容管は、
排ガス流入口が設けられ、該排ガス流入口からの距離が長くなるにしたがってその内径が増大する入口側コーン状部と、
内部に前記触媒担体が配置されている筒状部と、
排ガス流出口が設けられ、該排ガス流出口からの距離が長くなるにしたがってその内径が増大する出口側コーン状部と、を備え、
前記入口側コーン状部の内側には、該入口側コーン状部よりも径の小さなコーン状内管がさらに設けられており、
前記触媒担体の上流側において、前記入口側コーン状部と前記コーン状内管との二重構造が形成されていることを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項２】
前記入口側コーン状部の内周面と前記コーン状内管の外周面との間には、空間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。
【請求項３】
前記空間には、断熱材が設けられていることを特徴とする請求項２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、自動車等の内燃機関から排出される排ガスを浄化するための触媒コンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の内燃機関からの排ガスを浄化するための触媒コンバータは、触媒の排気浄化性能を維持するために高温状態に置かれることが望まれている。そこで、触媒コンバータは、触媒担体が収容されている収容管内の保温性を高めるために、例えば、特許文献１に示すような外管と内管とで構成された断熱構造を有している。
【０００３】
図６には、外管と内管との二重管で構成された触媒コンバータの概略構成を示す。図６に示すように、触媒コンバータ１００は、両端が縮径された筒状の触媒収容管１０１の内部に、円筒形状の触媒担体１０２を備えている。触媒担体１０２の外周には、触媒収容管１０１の内部に触媒担体１０２を安定して保持する。さらに、触媒収容管１０１の外側には、触媒収容管１０１と略同形状であり、触媒収容管１０１の径より大きな径を有する外管１０４が備えられている。
【０００４】
図６に示すように、外管１０４と触媒収容管１０１との間に空間が設けられていることにより、触媒収容管１０１内の断熱効果が高まり、収容管内の温度低下が抑えられるとともに、収容管の外側へ熱が伝達されることが抑えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２９５７１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図６に示す触媒コンバータ１００は、触媒収容管１０１の外側を外管１０４で覆う構造を取っているため、コンバータ全体の容積が大きくなり、占有スペースが増大してしまうという欠点がある。また、重量も増大してしまう。
【０００７】
また、内管を覆う外管を、図６に示す外管１０４を軸Ｘ方向に２つに割ったような断面半円形の２つの半体を組み合わせて構成するという方法もある。この場合、２つの半体をクランプ等で繋ぎ併せて内管を覆う構造を形成することになる。そのため、部品点数が増加してしまうという問題がある。また、内管（触媒収容管１０１）と外管１０４との接触部１００ａ及び１００ｂにおいて、継ぎ目の隙間から水や塩水などが入り込み、腐食が起こる可能性がある。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、よりコンパクトな構成で腐食の可能性が低減された触媒コンバータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかる触媒コンバータは、内燃機関からの排ガスを浄化する触媒担体と、前記触媒担体を収容する触媒収容管と、を備え、前記触媒収容管は、排ガス流入口が設けられ、該排ガス流入口からの距離が長くなるにしたがってその内径が増大する入口側コーン状部と、内部に前記触媒担体が配置されている筒状部と、排ガス流出口が設けられ、該排ガス流出口からの距離が長くなるにしたがってその内径が増大する出口側コーン状部と、を備え、前記入口側コーン状部の内側には、該入口側コーン状部よりも径の小さなコーン状内管がさらに設けられており、前記触媒担体の上流側において、前記入口側コーン状部と前記コーン状内管との二重構造が形成されていることを特徴としている。
【００１０】
上記の構成によれば、触媒担体の上流側において、触媒収容管内部の保温性が維持され、触媒収容管内部及び流入する排ガスの温度低下を抑えることができる。そのため、触媒担体の排気浄化性能を良好な状態に保持することが可能となる。さらに、上記の構成によれば、保温性を維持するための部材（すなわち、コーン状内管）を触媒収容管の内側に配置しているため、触媒収容管の外側全体を外管で覆う従来の構成と比較して触媒コンバータの小型化を図ることができる。
【００１１】
また、上記の構成によれば、排ガスの温度を高温状態に保つことが必要な排ガス流入口側に保温構造を形成しているので、触媒収容管の外側全体を外管で覆う従来の構成と比較して部品を小さくすることができ、コスト低減の効果も得られる。
【００１２】
なお、触媒収容管の外周であって排ガス流入口側に、該触媒収容管の径よりも大きな径を有するコーン状の管状部材を配置するという構成も考えられる。しかしながら、触媒収容管の外側にコーン状の管状部材を配置すると、コーン状の管状部材と触媒収容管との溶接箇所の隙間において腐食の問題が発生する可能性がある。そのため、コーン状の管状部材と触媒収容管との接触箇所の全て（すなわち、触媒収容管の全周）にわたって溶接を行う必要が生じ、製造コスト的に不利となる。
【００１３】
これに対して、本発明の触媒コンバータのような構成とすることにより、上記のような溶接箇所の隙間において起こり得る腐食の問題を回避できるとともに、触媒収容管の外側にコーン状の管状部材を配置する構成と比較して製造コストを低減させることができる。
【００１４】
本発明の触媒コンバータにおいては、前記入口側コーン状部の内周面と前記コーン状内管の外周面との間に、空間が設けられていることが好ましい。この構成によれば、触媒収容管内部の熱が外側へ伝わることを抑えるという断熱効果が得られる。
【００１５】
本発明の触媒コンバータにおける前記空間には、断熱材が設けられていることが好ましい。この構成によれば、断熱効果をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる触媒コンバータの外観を示す平面図である。
【図２】図１に示す触媒コンバータのＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示す触媒コンバータに備えられたコーン状内管を示す斜視図である。
【図４】図１に示す触媒コンバータの製造工程を説明する図である。
【図５】本発明の触媒コンバータの変形例を示す断面図である。
【図６】従来の触媒コンバータの構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１には、本実施の形態にかかる触媒コンバータ１０を示す。触媒コンバータ１０は、自動車に備えられ、内燃機関から排出された排ガスを浄化するための装置である。図１では、左側に触媒コンバータ１０の長手方向の形状を図示しており、右側に触媒コンバータ１０を排ガス流出口１１ｂ側から見た場合の形状を図示している。
【００１８】
図１に示すように、触媒コンバータ１０は、両端がテーパ形状に縮径する円筒状の触媒収容管１１を備え、該触媒収容管１１によってその外形が形成されている。触媒収容管１１は、その長手方向の一端部に内燃機関からの排ガスが流入する排ガス流入口１１ａを有している。触媒収容管１１の長手方向の他方の端部には、触媒収容管１１の内部を通過した排ガスが排出される排ガス流出口１１ｂが設けられている。
【００１９】
触媒収容管１１は、その形状によって、入口側コーン状部１１ｃ、筒状部１１ｄ、及び出口側コーン状部１１ｅという３つの部分に便宜上分けることができる。入口側コーン状部１１ｃは、その端部に排ガス流入口１１ａが設けられており、排ガス流入口１１ａから離れるにしたがってその内径が増大するテーパ形状を有している。筒状部１１ｄは、その内径が略一定の円筒形状を有している。出口側コーン状部１１ｅは、その端部に排ガス流出口１１ｂが設けられており、排ガス流出口１１ｂから離れるにしたがってその内径が増大するテーパ形状を有している。
【００２０】
なお、本実施の形態では、排ガス流入口１１ａ及び排ガス流出口１１ｂはどちらも、円筒形状の触媒収容管１１の主要部及び触媒担体１２の軸Ｘと同軸上になるような形状で構成されている。しかし、本発明はこのような構成には限定されず、排ガス流入口１１ａ及び排ガス流出口１１ｂの少なくとも何れかが、触媒収容管１１の主要部の軸とはずれた軸上に位置するような形状、あるいは、触媒収容管１１の主要部の軸と交差するような軸上に位置するような形状であってもよい。
【００２１】
続いて、触媒コンバータ１０の内部の構成について、図２を用いて説明する。
図２に示すように、触媒収容管１１の筒状部１１ｄの内部には、触媒成分を含む略円筒形状の触媒担体１２が配置されている。触媒担体１２については、触媒コンバータ１０の用途に応じて、一般的な触媒コンバータに含まれている従来公知の触媒担体の構成及び触媒成分を適宜選択すればよく、本発明では特に限定はされない。
【００２２】
触媒担体１２の外周面と触媒収容管１１の内周面との間には、触媒収容管１１の内部に触媒担体１２を安定して保持する。保持マット１３についても、本発明では特に限定されず、一般的な触媒コンバータに設けられている従来公知の保持マットを適用することができる。
【００２３】
また、図２に示すように、触媒収容管１１の入口側コーン状部１１ｃの内側には、入口側コーン状部１１ｃよりも径の小さなコーン状内管１４が備えられている。図３には、コーン状内管１４の形状を示す。コーン状内管１４は、内径が小さい側の端部に排ガス流入口１４ａを有するとともに、テーパ状に傾斜した側面１４ｂを有している。側面１４ｂの小径側の端部及び大径側の端部と隣接する部分には、互いに径の異なる筒状部１４ｃ及び１４ｄがそれぞれ設けられている。
【００２４】
コーン状内管１４は、触媒収容管１１の入口側コーン状部１１ｃよりわずかに内径が小さく、かつ、入口側コーン状部１１ｃと略相似の形状を有している。但し、コーン状内管１４の側面１４ｂにおいて、その内径は、入口側コーン状部１１ｃの対応する箇所の内径よりもさらに小さくなっている。これにより、入口側コーン状部１１ｃのテーパ状に傾斜した側面とコーン状内管１４の側面１４ｂとの間に、隙間（空間）１５が形成される。
【００２５】
図２に示すように、コーン状内管１４は、筒状部１４ｃの外周面が入口側コーン状部１１ｃの先端の筒状部分の内周面と接触し、かつ、筒状部１４ｄの外周面が筒状部１１ｄの内周面における入口側コーン状部１１ｃと隣接する領域と接触するようにして、触媒収容管１１の入口側コーン状部１１ｃの内側に嵌まり込んでいる。筒状部１４ｃ及び１４ｄの外周面と触媒収容管１１の内周面との接触部は、溶接されて固定されている。なお、溶接は、筒状部の複数個所にスポット溶接として施されていてもよいし、筒状部の全周にわたって施されていてもよい。
【００２６】
上記のような構成により、触媒コンバータ１０は、触媒担体１２の上流側（すなわち、触媒担体１２に対して排ガスが流れ込む側）において、入口側コーン状部１１ｃとコーン状内管１４との二重構造を形成している。
【００２７】
本実施の形態の触媒コンバータ１０は、上記のような構成を有することにより、触媒担体１２の上流側において、触媒収容管１１内部の保温性が維持され、触媒収容管１１内部及び流入する排ガスの温度低下を抑えることができる。そのため、触媒担体１２の排気浄化性能を良好な状態に保持することが可能となる。
【００２８】
さらに、本実施の形態の触媒コンバータ１０においては、入口側コーン状部１１ｃの内周面とコーン状内管１４の外周面との間に、隙間１５が設けられているため、触媒収容管１１内部の熱が外側へ伝わることを抑えるという断熱効果も得られる。なお、隙間１５内に断熱材１６を配置することにより、断熱効果をさらに高めることができる。
【００２９】
また、触媒コンバータ１０のように、触媒収容管１１の内部にコーン状内管１４を設ける構成によれば、図６に示すような触媒収容管１０１の外側を外管１０４で覆う構成と比較して、コンパクトな構成とすることができる。
【００３０】
さらに、触媒コンバータ１０では、保温効果を持たせることがより必要となる触媒担体１２の上流側のみを二重構造としているため、従来の触媒コンバータ１００における外管１０４と比較して、より少ない金属材料でコーン状内管１４を製造することができる。そのため、製造コストの低減にもつながる。
【００３１】
触媒収容管１１及びコーン状内管１４に用いられる材料としては、触媒コンバータを構成する触媒収容用の管状部材に一般的に使用される金属材料（例えば、ステンレス）であれば、特に限定されることなく用いることができる。また、触媒収容管１１及びコーン状内管１４の材料は、同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。
【００３２】
続いて、触媒コンバータ１０を製造する方法について、図４を参照しながら説明する。
図４の（ａ）〜（ｄ）では、スピニング加工を用いて触媒コンバータ１０を製造する方法を各工程順に示す。
【００３３】
先ず、図４（ａ）に示すように、触媒収容管１１の材料である管状部材の排ガス流入口１１ａ側をスピニング加工により縮径し、入口側コーン状部１１ｃを成形する。
次に、プレス加工またはスピニング加工により成形されたコーン状内管１４を、圧入により、図４（ｂ）に示すように触媒収容管１１の入口側コーン状部１１ｃの内側に嵌め込む。隙間１５内に断熱材を設ける場合には、例えば、断熱性のマットをコーン状内管１４外周に巻いた上で、コーン状内管１４を圧入により入口側コーン状部１１ｃ内に嵌め込む。そして、コーン状内管１４における傾斜面ではない筒状部分の外周面と触媒収容管１１の内周面との接触部を複数個所のスポット溶接により固定する。なお、この溶接工程は省略することもでき、コーン状内管１４を圧入によって触媒収容管１１内に単に嵌め込むだけでもよい。
【００３４】
続いて、図４（ｃ）に示すように、触媒収容管１１内に、排ガス流出口１１ｂから保持マット１３が巻かれた触媒担体１２を挿入し、触媒収容管１１の筒状部１１ｄ内に触媒担体１２及び保持マット１３を配置する。
【００３５】
最後に、図４（ｄ）に示すように、管状部材の排ガス流出口１１ｂ側をスピニング加工により縮径し、出口側コーン状部１１ｅを成形する。
以上の工程により、触媒コンバータ１０は製造される。
【００３６】
なお、上述したスピニング加工を用いた触媒コンバータの製造方法は、本発明の触媒コンバータを製造する方法の一例であり、本発明はこの製造方法に限定はされず、触媒コンバータを製造するために通常用いられる製造方法を適宜採用することができる。触媒コンバータの他の製造方法としては、例えば、プレス加工などが挙げられる。
【００３７】
続いて、本発明にかかる触媒コンバータの変形例について、図５を用いて説明する。
本実施形態の触媒コンバータ１０は触媒収容管１１を１つの管状部材で形成しているが、図５に示す触媒コンバータ４０は、触媒収容管４１が、第１部材４１ｃ、第２部材４１ｄ、及び第３部材４１ｅという３つの別々の部材で構成されている。
【００３８】
第１部材４１ｃは、主に入口側コーン状部に相当する部分を担う部材であり、径の小さな端部側に排ガス流入口４１ａが設けられている。第１部材４１ｃの内側には、コーン状内管４４が嵌め込まれている。コーン状内管４４は、本実施の形態のコーン状内管１４と同じものを用いることができる。第２部材４１ｄは、主に筒状部に相当する部分を担う部材であり、内部に保持マット４３が巻かれた触媒担体４２を収容している。第３部材４１ｅは、主に出口側コーン状部に相当する部分を担う部材であり、径の小さな端部側に排ガス流出口４１ｂが設けられている。
【００３９】
上記の構成により、触媒コンバータ４０は、触媒担体４２の上流側（すなわち、触媒担体４２に対して排ガスが流れ込む側）において、第１部材４１ｃとコーン状内管４４との二重構造を形成している。そして、第１部材４１ｃのテーパ状に傾斜した内周面とコーン状内管４４のテーパ状に傾斜した側面との間には、隙間（空間）４５が形成されている。
【００４０】
なお、図５に示す触媒収容管４１を構成する３つの部材４１ｃ、４１ｄ、及び４１ｅを製造する場合には、上述したスピニング加工を用いてもよいし、プレス加工、造管などの他の製造方法を用いてもよい。また、図５に示す触媒コンバータ４０を製造する場合には、３つの部材４１ｃ、４１ｄ、及び４１ｅを成形した後に、第１部材４１ｃ内にコーン状内管４４を嵌め込んで溶接した部材、及び、第２部材４１ｄ内に保持マット４３が巻かれた触媒担体４２を嵌め込んだ部材をそれぞれ製造する。その後、３つの部材４１ｃ、４１ｄ、及び４１ｅをそれぞれ溶接により結合させることにより、触媒コンバータ４０を製造することができる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態の例について説明した。但し、本発明は上述したような実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施し得る。また、異なる実施態様を適宜組み合わせて得られる構成についても、本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００４２】
１０…触媒コンバータ、１１…触媒収容管、１１ａ…排ガス流入口、１１ｂ…排ガス流出口、１１ｃ…入口側コーン状部、１１ｄ…筒状部、１１ｅ…出口側コーン状部、１２…触媒担体、１３…保持マット、１４…コーン状内管、１４ａ…排ガス流入口、１４ｂ…側面、１４ｃ…筒状部、１４ｄ…筒状部、１５…隙間（空間）、１６…断熱材、４０…触媒コンバータ、４１…触媒収容管、４１ａ…排ガス流入口、４１ｂ…排ガス流出口、４１ｃ…第１部材（入口側コーン状部）、４１ｄ…第２部材（筒状部）、４１ｅ…第３部材（出口側コーン状部）、４２…触媒担体、４３…保持マット、４４…コーン状内管、４５…隙間（空間）
【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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