(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒シェルの内部にモノリス型の触媒担体が収容されてなり排気管に接続される触媒コンバータであって、
環状に形成されていて外周部が上記触媒シェルの端面に固定され内周部が上記触媒担体の前後動を阻止するよう上記触媒シェルよりも内側に突出した金属製の担体保持プレートを備え、
上記担体保持プレートの内周部と上記触媒担体の端面外周部との間に、該触媒担体を担体保持プレートに対して弾性的に保持する耐熱性を有する弾力部材が設けられていて、
上記担体保持プレートの内径が上記弾力部材の内径と同一に若しくは該弾力部材の内径よりも小さく形成され、
上記担体保持プレートに周方向に延びる複数のスリットが周方向に間隔をおいて形成され、
上記担体保持プレートのスリットの少なくとも一部が上記弾力部材に面しており、
上記担体保持プレートの外周部が上記触媒シェルと排気管との間に挟持されることを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項２】
請求項１に記載されている触媒コンバータにおいて、
上記担体保持プレートの外周部に上記触媒シェルと排気管とを結合するための複数のボルト孔が周方向に間隔をおいて形成されていて、
上記スリットが、上記ボルト孔よりも内周側において相隣るボルト孔間を周方向に延びていることを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項３】
請求項１に記載されている触媒コンバータにおいて、
上記担体保持プレートの内周縁に、前後方向に延出し上記弾力部材をその内周側から上記触媒シェルに保持する延出部が当該内周縁の全周にわたって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４】
請求項２又は請求項３に記載されている触媒コンバータにおいて、
上記弾力部材が金属製の網状部材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】
【産業上の利用分野】
本発明は、触媒コンバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エンジンの排気管に接続される触媒コンバータにおいては、その触媒シェルの内部に収容した触媒担体が前後に又は径方向（上下左右）に移動しないように保持する担体保持手段が必要になる。これは、セラミック製のモノリス型触媒担体の場合、外力によって振動して触媒シェルに衝突すると破損し易いからである。
【０００３】
このような担体保持手段の一例は実開平３−１１０１２１号公報に記載されている。すなわち、この公報には、１つの触媒シェルの内部に前後に並ぶ２つの触媒担体を備えてなる触媒コンバータにおいて、各触媒担体の外周面と触媒シェルとの間にワイヤメッシュによる保持部材を介在せしめて触媒担体の径方向の移動を阻止すること、両触媒担体の間に前後方向の弾性を有する環状の金属製シールドリングを配置して各触媒担体の前後動を阻止すること、各触媒担体の外端部にシールドリングとストッパ材とを設けて前後動を阻止すること等が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、触媒シェルの端面に外周部を固定し内周部を触媒シェルの内側に突出させてなる環状の金属製担体保持プレートに関して、以下の問題を解決することにある。
【０００５】
すなわち、上記担体保持プレートの場合、その外周部は上記触媒シェルの端面と排気管の端面との間に排気ガスの洩れがないように挟持される一方、触媒シェルの内側に突出した内周部が触媒担体をそれが前後に移動しないよう保持することになる。
【０００６】
しかし、上記担体保持プレートは、高温の排気ガスに晒される内周部と、外気に晒され或いは排気管や触媒シェルに熱を奪われる外周部との熱膨張の差が比較的大きいことから、熱歪みが大きくなり、局部的に大きな応力が集中してクラックを発生し易く、特に上記内周部においてその傾向が強い。このようなクラックは上記触媒シェルと排気管との接続部からの排気ガスの洩れの要因となる。
【０００７】
そうして、このような問題は、触媒コンバータを自動車エンジンの排気マニホールドに直結する場合に、排気ガス温度が高いことから特に顕著となる。また、触媒シェルと排気管とをボルトによって結合する場合、そのボルトの本数が多い方が排気ガスの洩れを防止する上で好ましいものであるところ、それによって上記担体保持プレートの拘束力が高いものになるため、上記熱歪みを該プレートの変形によって逃がすことが難しくなり、逆に上記クラックを招き易くなって排気ガスの洩れを防止する上で不利になってしまう。
【０００８】
これに対して、上記環状の担体保持プレートの幅を狭くして該プレートを変形し易いものにすることが考えられるが、そのことは触媒シェル内側への上記内周部の突出量が少なくなることを意味し、触媒担体の保持の上で不利になる。さらに、担体保持プレートの幅を狭くすると、触媒シェルと排気管とによる該担体保持プレートの拘束力が弱まり或いはシール性が弱まる。また、上記触媒担体を担体保持プレートにワイヤネット等の弾力部材を介して保持することが、該触媒担体の振動等による破損を防止する上で好ましいものであるところ、上記突出量が少なくなると上記弾力部材を介しての触媒担体の保持にも不利になる。さらに、このような弾力部材を設ける場合、上記担体保持プレートの内周部に弾力部材を高温の排気ガスから保護する役割を果たさせることができるにも拘らず、上記突出量が少なくなると、その保護機能が犠牲になってしまう。
【０００９】
さらに、上記弾力部材は排気ガスの熱によって膨張するものの、触媒担体と担体担持プレートとによって挾まれているため、該膨張による変形が抑えられ弾性定数が増大する傾向にある。この弾力部材の弾性定数が過度に増大した場合には、触媒担体が前後に振動しようとする際にこれを弾性的に保持することができず、触媒担体の破損（特に弾力部材に接触している周縁の角部の破損）を招き易くなる。
【００１０】
【課題を解決するための手段及びその作用】
本発明者は、上記課題については、上記担体保持プレートに上記熱歪みを吸収するスリットを形成することによって極めて簡単に解決することを見出だし、さらに、そこから種々の具体的な研究・検討を重ね、以下に説明する請求項１〜４の各発明を完成するに至ったものである。
【００１１】
＜請求項１に係る発明＞
この発明は、触媒シェルの内部にモノリス型の触媒担体が収容されてなり排気管に接続される触媒コンバータであって、
環状に形成されていて外周部が上記触媒シェルの端面に固定され内周部が上記触媒担体の前後動を阻止するよう上記触媒シェルよりも内側に突出した金属製の担体保持プレートを備え、
上記担体保持プレートの内周部と上記触媒担体の端面外周部との間に、該触媒担体を担体保持プレートに対して弾性的に保持する耐熱性を有する弾力部材が設けられていて、
上記担体保持プレートの内径が上記弾力部材の内径と同一に若しくは該弾力部材の内径よりも小さく形成され、
上記担体保持プレートに周方向に延びる複数のスリットが周方向に間隔をおいて形成され、
上記担体保持プレートのスリットの少なくとも一部が上記弾力部材に面しており、
上記担体保持プレートの外周部が上記触媒シェルと排気管との間に挟持されることを特徴とする。
【００１２】
ここに、上記排気管は、エンジンの排気マニホールドを含む。もちろん、該排気マニホールドに接続される排気管であってもよい。この点は、特にことわりがない限り、後述する他の発明においても同様である。
【００１３】
（作用）
当該発明においては、上記担体保持プレートに形成されたスリットの拡大・縮小によって該プレートの内周部の熱膨張が吸収される。すなわち、プレートの内外の熱膨張差が吸収される。ここに、当該スリットが周方向に延びていることは、内外の熱膨張差を吸収する上で有利に働く。
【００１４】
上記スリットによって上記熱膨張差を吸収することができるということは、当該担体保持プレートを幅の狭いものにする必要がない、従って、触媒担体の保持に有利になる、ということである。すなわち、当該担体保持プレートを幅の狭いものにする必要がないから、触媒担体の前後動を確実に阻止することが可能になり、触媒コンバータの運搬、排気管への接続などにおける該触媒コンバータの取扱いが容易になる。
【００１５】
また、上記担体保持プレートと弾力部材とによって触媒担体が弾性的に保持されるため、触媒コンバータの取扱い時及び排気管への接続後における触媒担体の振動等による破損を防止することができる。そうして、上記担体保持プレートの内径が上記弾力部材の内径と同一に若しくは該弾力部材の内径よりも小さく形成されているから、弾力部材が高温の排気ガスに晒されることが少なくなり、該弾力部材の熱劣化を防止することができる。
【００１６】
また、担体保持プレートはその内周部が触媒コンバータの内方へ大きく突出しているから、排気ガスによって熱せられ易くなるが、該プレートにはスリットが設けられているため、該プレートのクラックの発生は防止される。
【００１７】
しかして、上記弾力部材は排気ガスの熱によって膨張するものの、触媒担体と担体担持プレートとによって挾まれているため、該膨張による変形が抑えられ弾性定数が増大する傾向にあるが、当該発明の場合、該弾力部材の一部が上記担体保持プレートのスリット内に膨出することができるから、上記弾性定数の過度の増大を防止することができる。すなわち、上記弾性定数が過度に増大した場合には、触媒担体が前後に振動しようとする際にこれを弾性的に保持することができず、触媒担体の破損（特に弾力部材に接触している周縁の角部の破損）を招き易くなるが、当該発明によれば、弾力部材の弾性定数の増大を防止することができるから、上記触媒担体の破損を防止する上で有利になるものである。
【００１８】
特に、上記担体保持プレートの内周縁に上記弾力部材をその内周側から保持する延出部を設けた場合には、該延出部が当該弾力部材の内方への膨出変形を拘束することになるが、そうであっても当該発明によれば上記弾力部材の弾性定数の過度の上昇を抑えることができる。
【００１９】
＜請求項２に係る発明＞
この発明は、上記請求項１に記載されている触媒コンバータにおいて、
上記担体保持プレートの外周部に上記触媒シェルと排気管とを結合するための複数のボルト孔が周方向に間隔をおいて形成されていて、
上記スリットが、上記ボルト孔よりも内周側において相隣るボルト孔間を周方向に延びていることを特徴とする。
【００２０】
（作用）
当該発明において、上記ボルト孔に対応する部位にスリットを設けていないのは、当部位ではボルト孔からボルトを介して担体保持プレートの熱が放たれるため、必ずしもスリットが必要にならないためであり、また、スリットとボルト孔とがラップしないことによって、該担体保持プレートの強度を確保する上で有利になる。
【００２１】
また、上記触媒シェルが担体保持プレートと共に排気管に対して複数の箇所において締結された場合には、該担体保持プレートは当該締結部においてその熱膨張による変形が規制され、クラックを発生し易くなるものであり、特にその締結箇所が多くなるに従ってその傾向が大きくなるが、当該発明では先に説明したスリットの作用によりそれが防止される。
【００２２】
＜請求項３に係る発明＞
この発明は、上記請求項１に記載されている触媒コンバータにおいて、
上記担体保持プレートの内周縁に、前後方向に延出し上記弾力部材をその内周側から上記触媒シェルに保持する延出部が当該内周縁の全周にわたって形成されていることを特徴とする。
【００２３】
（作用）
当該発明の場合、上記担体保持プレートの延出部が上記弾力部材を保持するから、該弾力部材の脱落防止を図ることができるとともに、該延出部が弾力部材を高温の排気ガスに晒されることから保護し、該弾力部材の熱劣化を防止することができる。
【００２４】
また、この発明の如く延出部を設けた場合には、それだけ担体保持プレートの内周部が排気ガスによって熱せられ易くなってその内外の熱膨張差が大きくなる傾向にあるが、それにも拘らず当該延出部が担体保持プレートのリブとして働き内周側の熱膨張を拘束しようとする。このことは、一見、熱膨張差を少なくする上で効果的のようであるが、実際には当該熱膨張の拘束が逆に担体保持プレートに局部的に大きな応力集中を招く結果となり、特にプレート本体部と延出部との角部に応力集中を招く結果となる。しかし、当該発明においては、担体保持プレートにはスリットが設けられているため、該スリットが上記応力集中を緩和しクラック発生を防止する。
【００２５】
よって、当該発明の場合、担体保持プレートの熱によるクラックの発生防止しながら、触媒担体の振動による破損の防止、弾力部材の脱落の防止、並びに該弾力部材の熱劣化の防止を図ることができる。
【００２６】
＜請求項４に係る発明＞
この発明は、上記請求項２又は請求項３に記載されている触媒コンバータにおいて、
上記弾力部材が金属製の網状部材であることを特徴とする。
【００２７】
（作用）
当該発明の場合、弾力部材が金属製であるから耐熱性を確保する上で有利になり、また、それが網状部材であるから触媒担体を弾性的に保持する上で有利になる。
【００２８】
上記各請求項に記載されている触媒コンバータにおいては、
上記触媒シェルを上記排気管としての自動車エンジンの排気マニホールドに直結することができる。上記排気マニホールドに直結される触媒コンバータにあっては、エンジンから排出された直後の温度が極めて高い排気ガスに晒され、また、エンジン振動や排気脈動の影響も大きくなるが、先に説明したように担体保持プレートのクラックの発生等の不具合を防止することができるから、このように排気マニホールドに直結される触媒コンバータであっても有効である。
【００２９】
また、請求項３では、担体保持プレートに弾力部材を保持する延出部が設けられているが、上記排気管の端面内周部に、上記担体保持プレートを越えて上記弾力部材の内周面の部位に延出し該弾力部材を内側から上記触媒シェルに保持する延出部を、当該内周部の全周にわたって形成するようにしてもよい。これにより、請求項３の発明と同様の作用が得られ、さらに、担体保持プレートが上記排気管の延出部によって高温の排気ガスから保護されるため、その熱によるクラックの発生を防止する上で有利になる。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、担体保持プレートが周方向に延びる複数のスリットを周方向に間隔をおいて備えているから、触媒担体の保持機能を犠牲にすることなく、担体保持プレートの内外の熱膨張差を上記スリットによって吸収し、該プレートのクラックの発生及びそれに伴う排気ガスの洩れを長期間にわたって防止することができ、また、担体保持プレートの内周部と触媒担体の端面外周部との間に弾力部材が設けられていて、上記担体保持プレートの内径が上記弾力部材の内径と同一に若しくは該弾力部材の内径よりも小さく形成されているから、担体保持プレートのクラックの発生を防止しながら触媒担体の破損を防止する上で有利になるとともに、上記弾力部材の熱劣化を防止することができ、しかも、担体保持プレートのスリットの少なくとも一部が上記弾力部材に面しているから、弾力部材の弾性定数の過度の増大を防止して触媒担体の破損を防止することができる。
【００３１】
請求項２に係る発明によれば、上記請求項１に記載されている触媒コンバータにおいて、担体保持プレートのボルト孔よりも内周側においてスリットが相隣るボルト孔間を周方向に延びているから、担体保持プレートの必要強度を確保しながら、該プレートの熱歪みによるクラックの発生を防止することができる。
【００３２】
請求項３に係る発明によれば、上記請求項１に記載されている触媒コンバータにおいて、担体保持プレートの内周縁に上記弾力部材をその内周側から触媒シェルに保持する延出部を当該内周縁の全周にわたって形成しているから、担体保持プレートのクラックの発生を防止しながら、弾力部材によって触媒担体の振動による破損を確実に防止することができるとともに、該弾力部材の脱落及び熱劣化を防止することができる。
【００３３】
請求項４に係る発明によれば、上記請求項２又は請求項３に記載されている触媒コンバータにおいて、弾力部材が金属製の網状部材であるから、耐熱性を確保及び触媒担体の弾性保持に有利になる。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００３５】
（構造）
図１において、１は自動車のエンジン、２はその排気マニホールド、３は該排気マニホールド２に直結された第１触媒コンバータ（プリキャタ）である。４は第２触媒コンバータ（メインキャタ）であって、上記第１触媒コンバータ３に対して排気管５によって接続されている。
【００３６】
上記第１触媒コンバータ３の具体的な構造は図２に示されている。同図において、１１は円筒状に形成された金属製の触媒シェルであり、内部に触媒を担持してなるセラミックス製のモノリス型（ハニカム）の触媒担体１２が収容されている。触媒シェル１１の前端及び後端には排気マニホールド２及び排気管５に接続するためのフランジ１１ａ，１１ｂが形成されている。
【００３７】
上記触媒担体１２は、触媒シェル１１に対して外周囲の全周にわたって設けられた弾力部材１３によって径方向に弾性的に保持されているとともに、前端と後端とが触媒シェル１１に対して各々担体保持プレート１４，１５及び弾力部材１６，１７を介して前後方向に弾性的に保持されている。また、上記触媒シェル１１の外周囲には保護カバー１８が設けられていて、該保護カバー１８は触媒シェル１１に対して固定されている。
【００３８】
上記弾力部材１３，１６，１７は、いずれもスチールネット（ワイヤメッシュ）によって形成されたものであるが、前後の弾力部材１６，１７は外周囲の弾力部材１３よりも網目が細かいものであって、その弾性定数も大きい。上記担体保持プレート１４，１５はいずれも金属製であって、且つ環状に形成されている。前端の担体保持プレート１４は上記触媒シェル１１の前端面に固定されており、後端の担体保持プレート１５は触媒シェル１１の内部後端の段部に当てられている。
【００３９】
上記前端の担体保持プレート１４の具体的な形状は図３及び図４に示されている。この担体保持プレート１４には、図３に示すように、その外周部の５か所に外側へ張り出した張出し部が周方向に等間隔をおいて形成されていて、各張出し部には排気マニホールド２と第１触媒コンバータ３とを締結するためのボルト孔２１が形成されている。そして、担体保持プレート１４における上記ボルト孔２１よりも内周側の部位に、相隣るボルト孔２１，２１の間を周方向に延びるスリット２２が５か所に形成されている。また、担体保持プレート１４の上記ボルト孔２１とスリット２２との間の部位には後述する金属ガスケットのビードが当接する後方へ若干凹んだビード用環状凹部２３が形成されている。
【００４０】
ここに、担体保持プレート１４の内径をａ、スリット２２の内周縁の径をｂ、該スリット２２の外周縁の径をｃ、担体保持プレート１４の外径をｄとすれば、ｂ≧１．３ａ，ｃ≦１．５ａ，ｄ≧１．７ａの寸法設定を採用することが当該担体保持プレート１４の強度を確保する上で好適である。
【００４１】
さらに、担体保持プレート１４の内周縁には図４に示すようにその全周にわたって後方へ突出し上記前端の弾力部材１６を内側から上記触媒シェル１１に保持する環状の延出部２４が形成されている。
【００４２】
図４に上記排気マニホールド２と第１触媒コンバータ３との接続構造を具体的に示すように、触媒シェル１１の前フランジ１１ａと排気マニホールド２の集合部のフランジ２ａとは、上記担体保持プレート１４及び金属ガスケット２７を介してボルト２５によって締結されている。金属ガスケット２７には後方へ突出したビード２７ａが全周にわたって形成されていて、該ビード２７ａは担体保持プレート１４の上記環状凹部２３に押し当てられている。
【００４３】
また、上記担体保持プレート１４のスリット２２は、その外周部が触媒シェル１１の端面に面しているとともに、その内周部が弾力部材１６に面している。延出部２４は弾力部材１６を内周側から覆い且つ該弾力部材１６を触媒シェル１１に保持している。
【００４４】
後端の担体保持プレート１５も突出方向は逆になるが上記前端の担体保持プレート１４と同様の延出部２６を備え、後端の弾力部材１７をその内周側から保持している。
【００４５】
（作用効果）
従って、上記実施例においては、触媒担体１２は、担体保持プレート１４，１５と弾力部材１６，１７とによって、さらに外周囲の弾力部材１３によって触媒シェル１１に弾性的に保持され、振動による破損が防止される。また、上記担体保持プレート１４，１５の延出部２４，２６がそれぞれ前後の弾力部材１６，１７を保持するから、これら弾力部材１６，１７の脱落防止を図ることができるとともに、該延出部２４，２６が弾力部材１６，１７を高温の排気ガスに晒されることから保護し、その熱劣化を防止することができる。
【００４６】
そうして、担体保持プレート１４に形成されたスリット２２の拡大・縮小によって該プレート１４の内外の熱膨張差が吸収される。そして、スリット２２によって上記熱膨張差を吸収することができるから、当該担体保持プレート１４を幅の狭いものにする必要がなく、触媒担体１２を確実保持することができる。また、ボルト孔２１においては、ボルト２５を介して担体保持プレート１４の熱が放たれる。
【００４７】
よって、上記担体保持プレート１４は熱による応力集中が少なくなってクラックの発生が防止され、当該触媒コンバータ３は長期間使用しても排気ガスの洩れを生ずることがない。
【００４８】
（他の実施例）
図５は触媒コンバータ接続構造の変形例を示すものであり、この例は排気マニホールド３２に延出部３２ｂが設けられている点に特徴がある。
【００４９】
すなわち、本例の担体保持プレート３１はスリット３３を備えているものの、先の実施例のような延出部は備えておらず、該担体保持プレート３１の内径は弾力部材１６の内径と同一になっている。そうして、排気マニホールド３２の後端面の内周縁に、上記担体保持プレート３１を越えて上記弾力部材１６の内周面の部位に突出し該弾力部材１６を内側から上記触媒シェル１１に保持する延出部３２ｂが当該内周部の全周にわたって形成されているものである。
【００５０】
従って、本例の場合も、先の実施例と同様に排気管３２の延出部３２ｂによって弾力部材１６を高温の排気ガスから保護することができるとともに、担体保持プレート３１についても高温の排気ガスから保護することができ、その熱によるクラックの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車のエンジンの排気系を示す正面図
【図２】触媒コンバータの縱断面図
【図３】担体保持プレートの正面図
【図４】触媒コンバータと排気マニホールドの接続部を示す縱断面図
【図５】触媒コンバータと排気マニホールドの接続部の他の例を示す縱断面図
【符号の説明】
１  自動車のエンジン
２，３２  排気マニホールド
３  触媒コンバータ
４  触媒コンバータ
５  排気管
１１  触媒シェル
１２  触媒担体
１３，１６，
１７  弾力部材
１４，１５，
３１  担体保持プレート
１８  保護カバー
２１  ボルト孔
２２  スリット
２３  ビード用環状凹部
２４，２６，
３２ｂ  延出部
２５  ボルト
【図１】
0003579918.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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