(57)【要約】【課題】少なくとも２個のモノリス型触媒担体を直列に配列した触媒コンバーターに於いて、円筒材を用いたケーシングに平坦面からなるセンサーの取付座を形成すると共に排気ガスによる保持材に対する衝撃を低減させる。【解決手段】触媒コンバーターＡは、外周にマット２を巻き付けた少なくとも２個のモノリス型触媒担体１を直列に配列してケーシング１０に収容して構成され、円筒材からなるケーシング１０の両端側に収容部１１を形成し、該収容部１１の間にプレス加工により縮径部１２、センサーを取り付ける取付座１３を形成する。取付座１３は、縮径部１２よりも外側でケーシング１０の外径よりも内側にあり、円形部分と平坦部との接続部位は半径が１０ｍｍ乃至２５ｍｍの範囲の曲面に形成され、ケーシング１０の外径と縮径部１２とを接続する線の軸線に対する角度は３０度乃至４５度の範囲に設定されている。またモノリス型触媒担体１と縮径部１２との間隔が５ｍｍよりも小さい。【選択図】　　　　図１
2004092461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に保持材を配置した少なくとも２個のモノリス型触媒担体を直列に配列してケーシングに収容した触媒コンバーターであって、円筒材からなるケーシングに於ける直列方向に隣接したモノリス型触媒担体の間にプレス加工により縮径部を形成すると共に該縮径部にセンサーを取り付けるための平坦部を形成したことを特徴とする触媒コンバーター。
【請求項２】
前記平坦部は、縮径部に於ける最小径部よりも外側でケーシングの外径よりも内側にあり、且つ縮径部の断面に於ける円形部分と平坦部との接続部位は半径が１０ｍｍ乃至２５ｍｍの範囲の曲面に形成され、ケーシングの軸方向の断面に於けるケーシングの外径と縮径部の最小径部とを接続する線の軸線に対する角度は３０度乃至４５度の範囲に形成されていることを特徴とする請求項１に記載した触媒コンバーター。
【請求項３】
前記モノリス型触媒担体とケーシングに於ける縮径部との間隔が５ｍｍよりも小さい寸法であることを特徴とする請求項１又は２に記載した触媒コンバーター。
【請求項４】
円筒状のケーシング材に縮径部と平坦部を成形するに際し、複数の割型をリング状に組み合わせたプレス装置を用い、前記分割型の一部を交換することによって平坦部の位置を変更することを特徴とする触媒コンバーターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のモノリス型触媒担体を直列に配列して保持するケーシングにセンサーを取り付けるための座を形成した触媒コンバーターと、この触媒コンバーターを製造するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
少なくとも２個のモノリス型触媒担体を直列に配列してケーシング内に収容して構成した触媒コンバーターが提供されている。この触媒コンバーターは、２個のモノリス型触媒担体の外周に保持材を巻き付けると共に、両者を予め設定された寸法離隔させた状態でケーシングに保持されている。
【０００３】
特に、モノリス型触媒担体の外周に保持材が巻き付けられるため、２個のモノリス型触媒担体を離隔させたとき、中間部位にモノリス型触媒担体の外径よりも大きい径を持った空間が形成され、排気ガスの円滑な流れが阻害される虞が生じる。このため、前記中間部位の径をモノリス型触媒担体の外径と略等しい値として排気ガスの円滑な流れを阻害しないように縮径部が形成される。
【０００４】
上記触媒コンバーターに於いて、２個のモノリス型触媒担体の間に形成された空間部分に酸素センサーを配置して内部の酸素濃度を検出し得るように構成されており、ケーシングに於ける縮径部にセンサーを取り付けるための取付座が形成されている。
【０００５】
触媒コンバーターとして、周囲にフランジを設けてプレス成形された一対のケーシング部品を有し、このケーシング部品にモノリス型触媒担体を収容した後、フランジを溶接して構成するクラムシェルタイプと呼ばれるものがある。このタイプでは、ケーシング部品を成形する際に、モノリス型触媒担体の間に対応する位置に平坦面からなるセンサーの取付座を成形しておくことが出来、センサーの取り付けを容易に行うことが出来る。
【０００６】
しかし、上記クラムシェルタイプの触媒コンバーターでは、ケーシング部品にフランジが必要なため材料歩留りの問題が生じる。この問題を解決するために、円筒材を用い、この円筒材をスピニング加工することで、モノリス型触媒担体の収容部や縮径部を成形したケーシングを有する触媒コンバーターが提案されている（特開２００１−３４２８２６号、同２００２−０３８９３６号等）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記円筒材をスピニング加工してケーシングを成形する場合、この加工法が回転を必須とするため、２個のモノリス型触媒担体の中間部位に平坦面からなるセンサーの取付座を形成することが出来ないという問題がある。このため、センサーをケーシングの中間部位に於ける半径と略等しい曲面に加工することが必要となり、収容するモノリス型触媒担体の寸法が変わる毎にセンサーも変える必要が生じ、該センサーの種類が増加して管理工数が増大するという問題が生じている。
【０００８】
またケーシングの内部を流れる排気ガスがモノリス型触媒担体の外周に巻き付けたクッション材に与える影響を考慮していないことが多く、排気ガスがクッション材に対して衝突して劣化させることがあるという問題もある。
【０００９】
本発明の目的は、円筒材を用いたケーシングを有するにも関わらず、平坦面からなるセンサーの取付座を形成すると共に排気ガスによる保持材に対する衝撃を低減させた触媒コンバーターと、この触媒コンバーターを製造するための製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る触媒コンバーターは、外周に保持材を配置した少なくとも２個のモノリス型触媒担体を直列に配列してケーシングに収容した触媒コンバーターであって、円筒材からなるケーシングに於ける直列方向に隣接したモノリス型触媒担体の間にプレス加工により縮径部を形成すると共に該縮径部にセンサーを取り付けるための平坦部を形成したものである。
【００１１】
上記触媒コンバーターでは、直列方向に隣接したモノリス型触媒担体の間にプレス加工によって縮径部と平坦部を形成することによって、ケーシング内に於ける排気ガスを円滑に流すことが出来、且つ平坦部をセンサーの取付座として機能させることが出来る。このため、モノリス型触媒担体の寸法が変化しても、センサーの種類を増加させる必要がなく、管理工数を増加させることがない。
【００１２】
上記触媒コンバーターに於いて、平坦部は、縮径部に於ける最小径部よりも外側でケーシングの外径よりも内側にあり、且つ縮径部の断面に於ける円形部分と平坦部との接続部位は半径が１０ｍｍ乃至２５ｍｍの範囲の曲面に形成され、ケーシングの軸方向の断面に於けるケーシングの外径と縮径部の最小径部とを接続する線の軸線に対する角度は３０度乃至４５度の範囲に形成されていることが好ましい。
【００１３】
上記触媒コンバーターでは、成形により発生するエッジを滑らかとし、デフォームの発生を最小限に抑えることが出来る。またデフォームが発生した場合であっても、該デフォームに対する保持材の干渉を避けることが出来る。
【００１４】
上記触媒コンバーターに於いて、モノリス型触媒担体とケーシングに於ける縮径部との間隔が５ｍｍよりも小さい寸法であることが好ましい。触媒コンバーターをこのように構成することによって、上流側のモノリス型触媒担体から出た排気ガスが下流側のモノリス型触媒担体に移る際の流れを円滑にすることが出来る。このため、排気ガスが下流側のモノリス型触媒担体の外周に巻き付けられた保持材を直撃することを防止出来る。
【００１５】
また本発明に係る触媒コンバーターの製造方法は、円筒状のケーシング材に縮径部と平坦部を成形するに際し、複数の割型をリング状に組み合わせたプレス装置を用い、前記分割型の一部を交換することによって平坦部の位置を変更することを特徴とするものである。
【００１６】
上記触媒コンバーターの製造方法では、円筒状のケーシング材を複数の割型をリング状に組み合わせたプレス装置でプレス加工することによって、円筒状の素材であるにも関わらず、縮径部に平坦部を形成することが出来る。特に、プレス装置が複数の割型によって構成されるため、該割型の一部を交換することで、平坦部の寸法や形状を変更することが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、上記触媒コンバーター、及び該触媒コンバーターの製造方法の好ましい実施形態について説明する。図１は本実施例に係る触媒コンバーターの構成を説明する模式断面図である。図２は縮径部を形成したケーシングを説明する図である。図３はケーシングの縮径部の断面図である。図４は取付部の構成を説明する拡大図である。図５はプレス装置の構成例を説明する図である。
【００１８】
先ず、図１により本実施例に係る触媒コンバーターの構成について説明する。触媒コンバーターＡは、外周にクッション材となるマット２を巻き付けた２個のモノリス型触媒担体１を直列に配列すると共に、両者を所定寸法離隔させて円筒状或いは楕円筒状（本実施例では円筒状）のケーシング１０の内部に挿入されている。また端部（本実施例では両端部）には、夫々筒部３ａ，４ａとコーン部３ｂ，４ｂとが連続して形成された案内部材３，４が配置されている。一方の案内部材３は図示しないエンジン側（上流側）に配置され、他方の案内部材４は図示しない消音器側（下流側）に配置されている。
【００１９】
ケーシング１０は、所定の厚さと長さを持った金属板を予め設定された断面形状と内径寸法とを持った筒状に形成されている。このケーシング１０の端部（本実施例では両端部分）には、夫々案内部材３，４が配置され、夫々の筒部３ａ，４ａがケーシング１０の端部に挿入されると共に、外周面がケーシング１０の内周面に密接している。またケーシング１０と案内部材３，４の筒部３ａ，４ａとが全周溶接されて互いに固着し、これにより触媒コンバーターＡが構成されている。
【００２０】
ケーシング１０は、両端側から夫々モノリス型触媒担体１を収容する収容部１１が形成され、収容部１１の間に縮径部１２が形成されている。収容部１１は、収容すべきモノリス型触媒担体１の長さに対応する長さを持って形成されており、縮径部１２は、内径がモノリス型触媒担体１の外径と略等しい値に形成されている。また縮径部１２の軸方向の長さは、図示しないセンサーを取り付けるのに必要な寸法等の条件に応じて予め設定されている。
【００２１】
縮径部１２にセンサーを取り付けるための平坦面からなる取付座１３が形成されている。取付座１３には穴１３ａが形成されると共に該穴１３ａにナット１４が嵌合され、更に、ナット１４の全周が溶接されている。従って、センサーをナット１４に螺合することで、該センサーを触媒コンバーターＡに取り付けることが可能である。
【００２２】
また取付座１３は、縮径部１２に於ける最小径部よりも外側で、且つ収容部１１の外径よりも内側に形成される。更に、取付座１３にナット１４を固着したとき、該ナット１４の隅部１４ａが収容部１１の外径の範囲内に納まるように、取付座１３の軸心１５からの距離はナット１４の径と厚さによって規定される。
【００２３】
図３に示すように、縮径部１２の軸心１５に直交する断面に於いて、取付座１３を構成する平坦面は縮径部１２の円周に対し半径ｒが１０ｍｍ〜２５ｍｍの範囲の曲面によって接続されている。また図４（ａ）に示すように、軸心１５に沿った断面に於いて、収容部１１の内径と縮径部１２の最小径部の内径とのなす角αは３０度〜４５度の範囲で設定されている。
【００２４】
取付部１３を上記の如く形成することによって、図４（ｂ）に示すエッジ１６を滑らかに成形することが可能であり、デフォームの発生を最小限に抑えることが可能である。またデフォームが発生した場合であっても、該デフォームに対する保持材の干渉を避けることが可能となる。
【００２５】
本件発明者等の実験では、滑らかなエッジ１６を形成してデフォームの発生を抑える取付座１３と縮径部１２の円周とを接続する曲線の半径は１０ｍｍ以上であれば問題はなかった。また取付座１３を縮径部１２を構成する円周上に形成するという条件から最大でもｒ＝２５ｍｍである。
【００２６】
本実施例では、取付座１３と縮径部１２の円周とを接続する曲線の半径ｒを１５ｍｍに設定している。この寸法は縮径部１２の円部分の半径に対応させて上記範囲で適宜設定し得る値である。
【００２７】
また収容部１１の内径と縮径部１２の最小径部の内径とのなす角度αは、３０度〜４５度の範囲であれば、エッジ１６の滑らかさやデフォームの発生に問題はなかった。特に、角度αが４５度よりも大きい場合、取付座１３にナット１４を溶接する際に、溶接トーチを接近させることが困難になるという問題が生じる虞があり、３０度よりも小さい場合、ナット１４の隅部１４ａを収容部１１の内側に位置させるために必要となる縮径部１２の軸心１５に沿った方向の長さが長くなるという問題が生じる虞がある。
【００２８】
従って、取付座１３と縮径部１２の円周とを接続する曲線の半径ｒを１０ｍｍ〜２５ｍｍの範囲に設定し、収容部１１の内径と縮径部１２の最小径部の内径とのなす角αを３０度〜４５度の範囲で設定することで、滑らかなエッジ１６を実現すると共にデフォームの発生を減少させ、或いはなくすことが可能となる。
【００２９】
またケーシング１０の収容部１１に外周にマット２を巻き付けたモノリス型触媒担体１を収容した触媒コンバーターＡに於いて、図４（ａ）に示すように、取付座１３とモノリス型触媒担体１との間の間隔ｄは５ｍｍ以下に形成されている。この間隔ｄは、限りなく小さいことが好ましい。しかし、取付座１３が縮径部１２の最小径部よりも外側に位置するため、縮径部１２とモノリス型触媒担体１との間にほとんど隙間が生じていない場合であっても、取付座１３に対応する部位では間隔ｄが形成されることになる。
【００３０】
上記間隔ｄを５ｍｍ以下にすることによって、上流側のモノリス型触媒担体１から流出した排気ガスは、安定した流れの条件を維持して下流側のモノリス型触媒担体１に流入することが可能であり、排気ガスの一部が縮径部１２とモノリス型触媒担体１との間の隙間から侵入してマット２を直撃して該マット２を損傷する虞を軽減することが可能である。
【００３１】
次に、上記触媒コンバーターＡを製造するためのプレス装置の構成を図５により説明し、合わせて製造手順を説明する。
【００３２】
本製造方法に於いて、触媒コンバーターＡを構成するモノリス型触媒担体１，マット２，案内部材３，４は予め所定の工程で製造され、夫々触媒コンバーターＡの製造ラインに供給される。
【００３３】
ケーシング１０は、予め収容部１１の径に対応させた径を持った円筒材を素材２０とし、この素材２０に於ける縮径部１２に対応する部分をプレス装置Ｂによってプレスすることで、縮径部１２と取付座１３が成形される。
【００３４】
プレス装置Ｂは、図５に示すように、縮径部１２と取付座１３の内形を規定する内型２１と、該内型２１の周囲に配置された複数の割型２２ａ〜２２ｈとによって構成されている。そして、同図（ａ）に示すように内型２１に素材２０を装着して各割型２２ａ〜２２ｈを内型２１側に移動させて素材２０を押圧することで、プレス部位に縮径部１２と取付座１３を成形することが可能である。
【００３５】
特に、ケーシング１０の素材２０の径を変えることなく、縮径部１２の最小径部からの取付座１３の高さを変えるような場合には、取付座１３を形成するための割型２２ａ〜２２ｃを目的の取付座１３を成形するのに最適な割型に交換することで、所望の形状と高さを持った取付座１３を成形することが可能となる。
【００３６】
各割型２２ａ〜２２ｈによって素材２０をプレス加工して縮径部１２及び取付座１３を成形する場合、各割型２２ａ〜２２ｈの外径をテーパ状に形成して拘束しておき、内面が各割型２２ａ〜２２ｈのテーパに対応したテーパを形成したリング部材を軸方向に摺動させることで、各割型２２ａ〜２２ｈを素材の中心方向に移動させ、この移動過程で素材２０を成形して図２に示すケーシング１０を成形することが可能である。
【００３７】
その後、ケーシング１０の収容部１１に、外周にマット２を巻き付けたモノリス型触媒担体１を収容して保持し、更に、ケーシング１０の両端部分に案内部材３，４の筒部３ａ，４ａを挿入し、ケーシング１０の端面と案内部材３，４の筒部３ａ，４ａの外周面との交差部分の全周にわたって溶接して、ケーシング１０と案内部材３，４を固着することで、触媒コンバーターＡを製造することが可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係る触媒コンバーターでは、隣接したモノリス型触媒担体の間にプレス加工によって縮径部と平坦部を形成することによって、ケーシング内に於ける排気ガスを円滑に流すことが出来、且つ平坦部をセンサーの取付座として機能させることが出来る。このため、モノリス型触媒担体の外周に巻き付けたマットに衝撃を与えることがなく、且つモノリス型触媒担体の寸法が変化しても、センサーの種類を増加させる必要がなく、管理工数を増加させることがない。
【００３９】
また平坦部を、縮径部に於ける最小径部よりも外側でケーシングの外径よりも内側にあり、且つ縮径部の断面に於ける円形部分と平坦部との接続部位は半径が１０ｍｍ乃至２５ｍｍの範囲の曲面に形成され、ケーシングの軸方向の断面に於けるケーシングの外径と縮径部の最小径部とを接続する線の軸線に対する角度は３０度乃至４５度の範囲に形成することによって、プレス成形により発生するエッジを滑らかとし、デフォームの発生を最小限に抑えることが出来る。またデフォームが発生した場合であっても、該デフォームに対する保持材の干渉を避けることが出来る。
【００４０】
またモノリス型触媒担体とケーシングに於ける縮径部との間隔が５ｍｍよりも小さい寸法にすることによって、上流側のモノリス型触媒担体から出た排気ガスの下流側のモノリス型触媒担体に移る際の流れを円滑にし、下流側のモノリス型触媒担体の外周に巻き付けられたマットを直撃することがない。
【００４１】
また本発明に係る触媒コンバーターの製造方法では、円筒状のケーシング材を複数の割型をリング状に組み合わせたプレス装置でプレス加工することによって、円筒状の素材であるにも関わらず、縮径部に平坦部を形成することが出来る。特に、プレス装置が複数の割型によって構成されるため、該割型の一部を交換することで、平坦部の寸法や形状を変更することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係る触媒コンバーターの構成を説明する模式断面図である。
【図２】縮径部を形成したケーシングを説明する図である。
【図３】ケーシングの縮径部の断面図である。
【図４】取付部の構成を説明する拡大図である。
【図５】プレス装置の構成例を説明する図である。
【符号の説明】
Ａ　　　　　　　　　　触媒コンバーター
Ｂ　　　　　　　　　　プレス装置
１　　　　　　　　　　モノリス型触媒担体
２　　　　　　　　　　マット
３，４　　　　　　　　案内部材
３ａ，４ａ　　　　　　筒部
３ｂ，４ｂ　　　　　　コーン部
１０　　　　　　　　　　ケーシング
１１　　　　　　　　　　収容部
１２　　　　　　　　　　縮径部
１３　　　　　　　　　　取付座
１３ａ　　　　　　　　　穴
１４　　　　　　　　　　ナット
１４ａ　　　　　　　　　隅部
１５　　　　　　　　　　軸心
１６　　　　　　　　　　エッジ
２０　　　　　　　　　　素材
２１　　　　　　　　　　内型
２２ａ〜２２ｈ　　　　　　割型
【図１】
2004092461.tif 000003
【図２】
2004092461.tif 000004
【図３】
2004092461.tif 000005
【図４】
2004092461.tif 000006
【図５】
2004092461.tif 000007