(57)【要約】  【課題】  熱膨張による不具合を触媒担体に発生させない触媒コンバータを提供する。  【解決手段】  モノリス状の触媒担体２と、触媒担体２を収容するハウジング４と、触媒担体２の外周面に巻き付けられた保持部材３と、を備え、触媒担体２は保持部材３を介してハウジング４の内周面に保持された内燃機関の触媒コンバータ１において、触媒担体２の排気上流側端部１１の外周面に作用する保持面圧が触媒担体２の排気上流側端部１１以外の他の外周面に作用する保持面圧よりも相対的に大きくなっている。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス浄化用の触媒が担持されたモノリス状の触媒担体と、触媒担体を収容する略筒状のハウジングと、触媒担体の外周面に巻き付けられた保持部材と、を備え、触媒担体は保持部材を介してハウジングの内周面に保持され、ハウジングの一端側から排気を導入し、ハウジングの他端側から触媒の作用により浄化された排気を排出する内燃機関の触媒コンバータにおいて、
触媒担体の排気上流側端部の外周面に作用する保持面圧が触媒担体の前記排気上流側端部以外の他の外周面に作用する保持面圧よりも相対的に大きくなっていることを特徴とする内燃機関の触媒コンバータ。
【請求項２】
触媒担体の排気上流側端部の外周面において、保持部材は触媒担体の排気上流側端まで巻き付けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒コンバータ。
【請求項３】
触媒担体を保持するハウジング内周面は、ハウジングの一端側が排気上流側に向かって縮径するテーパ面となるよう形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の触媒コンバータ。
【請求項４】
保持部材は、触媒担体がハウジングに収容保持された際に、触媒担体の排気上流側端部に巻き付けられる部分の面比重が触媒担体の排気下流側端部に巻き付けられる部分の面比重よりも相対的に大きくなるよう形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の触媒コンバータ。
【請求項５】
保持部材は、触媒担体がハウジングに収容保持される前の状態において、触媒担体の排気上流側端部に巻き付けられる部分の厚さが触媒担体の排気下流側端部に巻き付けられる部分の厚さよりも相対的に厚肉となるよう形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の触媒コンバータ。
【請求項６】
触媒担体はセラミックス触媒担体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の触媒コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の触媒コンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気系に配設して、排気中の有害な成分を無害な成分に変換する触媒コンバータとしては、排気ガス浄化用の触媒が担持されたモノリス状の触媒担体と、触媒担体を収容する略筒状のハウジングと、触媒担体の外周面に巻き付けられ、触媒担体の外周面とハウジングの内周面との隙間を埋める保持部材と、を備え、ガラスウールマット等からなる上記保持部材を介して触媒担体がハウジングの内周面に保持された構造のものが従来から知られている（例えば、特許文献１等を参照）。
【特許文献１】特開平９−２０１５１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような触媒コンバータにおいては、触媒担体をセラミックス製とすると、排気ガスが導入される排気上流側と、排気ガスが排出される排気下流側との間で温度偏差が生じた場合、すなわち排気通流方向に沿った触媒担体の軸方向で温度偏差が生じた場合、触媒担体の排気上流側端部が触媒担体の排気下流側端部より大きく熱膨張することに起因して、触媒担体の排気上流側端部に亀裂等が生じる虞がある。
【０００４】
また、上述した従来の触媒コンバータは、排気ガスが導入される排気上流側の部分の端面において、排気ガスの導入経路の湾曲形状等により触媒担体の排気上流側端部の端面の一部分に偏って排気が導入された場合に、すなわち触媒担体の半径方向で温度偏差が生じた場合に、排気が偏って導入された部分と、それ以外の部分とで温度上昇が異なるものとなり、触媒担体の排気上流側端部に亀裂等の不具合が生じる虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明は、モノリス状の触媒担体と、触媒担体を収容する略筒状のハウジングと、触媒担体の外周面に巻き付けられた保持部材と、を備え、触媒担体は保持部材を介してハウジングの内周面に保持された内燃機関の触媒コンバータにおいて、触媒担体の排気上流側端部の外周面に作用する保持面圧が触媒担体の前記排気上流側端部以外の他の外周面に作用する保持面圧よりも相対的に大きくなっていることを特徴としている。これによって、排気が導入されることによって温度が上昇する触媒担体の排気上流側端部の触媒担体半径方向の熱膨張が抑制される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、熱応力が相対的に大きくなる触媒担体の排気上流端部の触媒担体半径方向の熱膨張が抑制されるので、触媒担体の熱膨張により、触媒担体に亀裂等の不具合が生じてしまうことを防止することができ、総じて触媒担体の耐久性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】
【０００７】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００８】
図１及び図２は、本発明の第１実施形態を示している。図１は本発明に第１実施形態における触媒コンバータ１を模式的に示した説明図であり、図２は触媒担体２（後述）と保持部材３（後述）との相関を模式的に示した説明図である。
【０００９】
触媒コンバータ１は、内燃機関の排気通路（図示せず）に配設されるものであって、図１に示すように、排気ガス浄化用の触媒が担持されたモノリス状でセラミックス製の触媒担体２と、触媒担体２を収容保持する金属製のハウジング４と、触媒担体２の外周面に巻き付けられた膨張率の小さい保持部材３とから大略構成されている。尚、この図１においては、本来はハウジング４内に収容保持されている触媒担体２及び保持部材３を、便宜上、ハウジング４との位置関係（上下左右）を維持した状態で、ハウジング４の上方（図１における上方）に記載している。
【００１０】
ハウジング４は、一端側となり排気が導入される略筒状の排気導入部５と、他端側となり排気が排出される略筒状の排気排出部６と、排気導入部５と排気排出部６との間に位置する略円筒形状で全長Ｌ0の円筒部７とを有し、全体としても略筒状となっている。
【００１１】
円筒部７の内周面は触媒担体２を保持するハウジング内周面に相当するものであって、円筒部７の排気上流側端部８の内周面は、排気上流側に向かって縮径するテーパ面に形成されている。詳述すると、円筒部７は、円筒部７の排気上流側端９から排気下流側に向かってＬ1までの範囲Ｐでその内周面がテーパ状に形成され、それ以外の範囲では略一定の内径となるよう形成されている。
【００１２】
触媒担体２は、ハニカム状に多数の微細孔が貫通した全長Ｌ0の略円柱形状を呈するものであって、その外周面が、保持部材３を介してハウジング４の円筒部７の内周面に、所定の保持面圧でもって保持されている。尚、この触媒担体２には、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）等を触媒成分として担持させることで、触媒としての機能が付与される。
【００１３】
保持部材３は、ランダムにガラス繊維が集まった厚さが略一定で、所定の面比重Ａ（ｇ／ｍ2）となるマット状のガラスウールであって、図１及び図２に示すように、触媒担体２の軸方向長さＬ0よりも所定量だけ短いＬ2の幅で触媒担体２に巻き付けられている。詳述すれば、触媒担体２の排気下流側端部１０の外周面には、保持部材３が巻き付けられておらず、触媒担体２の排気上流側端から触媒担体２の軸方向に沿った長さＬ2の範囲で、触媒担体２に保持部材３が巻き付けられている。つまり、触媒担体２の排気上流側端部１１の外周面においては、保持部材２が触媒担体２の排気上流側端まで巻き付けられている。ここで、面比重とは保持部材１ｍ2あたりの保持部材３の重さを表すものであり、この第１実施形態において保持部材３の面比重は一定となっている。
【００１４】
この第１実施形態では、触媒担体２がハウジング４の円筒部７内に収容保持された際に、円筒部７のテーパ面によって、保持部材３の上記範囲Ｐに対応する部分の圧縮量が相対的に大きくなり、保持部材３の排気上流側の面比重が、保持部材の排気下流側の面比重よりも相対的に大きくなる。換言すれば、触媒担体２がハウジング４の円筒部７内に収容保持された状態では、保持部材３の排気上流側端部１２の面密度が保持部材３の排気下流側端部１３の面密度よりも相対的に大きくなる。すなわち、この第１実施形態においては、触媒担体２がハウジング４の円筒部７内に収容保持された状態で、触媒担体２の排気上流側端部１１の外周面に作用するハウジング４からの保持面圧が触媒担体２の排気上流側端部１１以外の他の外周面に作用するハウジング４からの保持面圧よりも相対的に大きくなっている。
【００１５】
このような第１実施形態においては、触媒担体２の排気上流側端部１１の外周面に作用する保持面圧が触媒担体２の排気上流側端部１１以外の他の外周面に作用する保持面圧よりも相対的に大きくなっているので、温度上昇しやすい触媒担体２の排気上流側端部１１の触媒担体半径方向の熱膨張が抑制され、触媒担体２の熱膨張、すなわち熱応力に起因する亀裂等の不具合を防止することができ、ひいては触媒コンバータ１の耐久性（製品寿命）を向上させることができる。
【００１６】
以下、本発明の他の実施形態について説明する。尚、上述した第１実施形態と同一構成の部位及び同一の寸法スケール（例えばＬ1等）には、同一の符号を付し説明を省略する。また、後述する比較例についても、既出の構成と同一構成の部位及び同一の寸法スケール（例えばＬ1等）には、同一の符号を付し説明を省略する。
【００１７】
図３及び図４は、本発明の第２実施形態を示している。図３は本発明に第２実施形態における触媒コンバータ２１を模式的に示した説明図であり、図４は触媒担体２と保持部材２３（後述）との相関を模式的に示した説明図である。
【００１８】
この第２実施形態における触媒コンバータ２１は、ハウジング４の円筒部２２の形状と触媒担体２の外周面に巻き付けられた膨張率の小さい保持部材２３の構造のみが上述した第１実施形態と異なっている。
【００１９】
すなわち、この第２実施形態における円筒部２２の内周面には、上述した第１実施形態のようにテーパ面は形成されておらず、円筒部２２は、その軸方向の全長に亙って略一定の内径となるよう形成されている。
【００２０】
また、保持部材２３は、排気上流側と排気下流側とではその面比重が異なるよう形成されている。すなわち保持部材２３は、触媒担体２がハウジング４に収容保持される前の状態で、触媒担体２の排気上流側端部１１に巻き付けられる部分の面比重が触媒担体２の排気下流側端部１０に巻き付けられる部分の面比重よりも相対的に大きくなるよう形成されている。詳述すると、保持部材２３は、触媒担体２がハウジング４に収容保持される前の状態で、触媒担体２の排気上流側端から排気下流側に向かってＬ1までの範囲Ｑでは面比重Ａ（ｇ／ｍ2）となっており、触媒担体２の排気上流側端からＬ1以上離れた範囲Ｒでは上記範囲Ｑの面比重よりも小さい面比重Ｂ（ｇ／ｍ2）となっている。つまり、保持部材２３は、触媒担体２がハウジング４の円筒部２２内に収容保持された状態で、上記範囲Ｑの面比重が上記範囲Ｒの面比重よりも相対的に大きくなる。換言すれば、触媒担体２がハウジング４の円筒部２２内に収容保持された際に、保持部材２３の排気上流側端部２４の面密度が保持部材２３の排気下流側端部２５の面密度よりも相対的に大きくなる。そのため、この第２実施形態においても、触媒担体２がハウジング４の円筒部２２内に収容保持された状態では、触媒担体２の排気上流側端部１１の外周面に作用する保持面圧が触媒担体２の排気上流側端部１１以外の他の外周面に作用する保持面圧よりも相対的に大きくなっている。
【００２１】
従って、このような第２実施形態における触媒コンバータ２１においても、上述した第１実施形態と同様に、触媒担体２の排気上流側端部１１の外周面に作用するハウジング４からの保持面圧が触媒担体２の排気上流側端部１１以外の他の外周面に作用するハウジング４からの保持面圧よりも相対的に大きくなっているので、温度上昇しやすい触媒担体２の排気上流側端部１１の触媒担体半径方向の熱膨張が抑制され、触媒担体の熱膨張、すなわち熱応力に起因する亀裂等の不具合を防止することができる。
【００２２】
次に、図５を用いて本発明の第３実施形態における触媒コンバータ３１について説明する。この第３実施形態は、上述した第２実施形態の触媒コンバータ２１と略同一構成となっているが、保持部材３２（後述）の構成が上述した第２実施形態の保持部材２３と異なっている。
【００２３】
すなわち、図５に示すように、第３実施形態における保持部材３２は、触媒担体２がハウジング４に収容保持される前の状態において、触媒担体２の排気上流側端部１１に巻き付けられる部分の厚さが触媒担体２の排気下流側端部１０に巻き付けられる部分の厚さよりも相対的に厚肉となるよう形成されている。詳述すれば、保持部材３２は、排気上流側から排気下流側に向かって、その肉厚が漸次薄肉となるよう形成されており、触媒担体２がハウジング４の円筒部２２内に収容保持された状態では、触媒担体２の排気上流側端部１１の外周面に作用する保持面圧が触媒担体２の排気上流側端部１１以外の他の外周面に作用する保持面圧よりも相対的に大きくなっている。尚、図５は、上述した第２実施形態の図４に相当する説明図である。また、この第３実施形態において、保持部材３２の面比重は一定となっている。
【００２４】
従って、この第３実施形態における触媒コンバータ３１においても、上述した第１及び第２実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００２５】
次に、図６を用いて本発明の第４実施形態における触媒コンバータ４１について説明する。この第４実施形態は、上述した第２実施形態の触媒コンバータ２１２と略同一構成となっているが、保持部材４２の構成が上述した第２実施形態の保持部材２３と異なっている。
【００２６】
すなわち、図６に示すように、第４実施形態における保持部材４２は、触媒担体２がハウジング４に収容保持される前の状態において、触媒担体２の排気上流側端部１１に巻き付けられる部分の厚さが触媒担体２の排気下流側端部１０に巻き付けられる部分の厚さよりも相対的に厚肉となるよう形成されているものの、上述した第３実施形態の保持部材３２とは異なり、円筒部２２の排気上流側端から排気下流側に向かってＬ1までの範囲Ｑに巻き付けられる保持部材４２の排気上流側端部４３の肉厚が、円筒部２の排気上流側端から排気下流側に向かってＬ1以上離れた範囲に巻き付けられる保持部材４２の排気下流側端部４４の肉厚よりも相対的に厚肉となるよう形成されている。さらに言えば、円筒部２２の排気上流側端から排気下流側に向かってＬ1までの範囲に巻き付けられる保持部材４２の肉厚は略一定であり、円筒部２２の排気上流側端から排気下流側に向かってＬ1以上離れた範囲に巻き付けられる保持部材４２の肉厚も略一定である。尚、図６は、上述した第２実施形態の図４に相当する説明図である。また、この第４実施形態において、保持部材４２の面比重は一定となっている。
【００２７】
このような第４実施形態においても、触媒担体２がハウジング４の円筒部２２内に収容保持された状態では、触媒担体２の排気上流側端部１１の外周面に作用する保持面圧が触媒担体２の排気上流側端部１１以外の他の外周面に作用する保持面圧よりも相対的に大きくなるため、上述した第１及び第２実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００２８】
次に、上述した第１〜第４実施形態の各触媒コンバータ１，２１，３１，４１における、バーナースポーリング実験を行った結果について説明する。
【００２９】
バーナースポーリング実験は、図７に示すように、各触媒コンバータ１，２１，３１，４１の一端側に、冷却用の２次エアを導入可能な通路５１を接続し、かつこの通路５１にバーナー５２により加熱された空気を流し込めるようにすることで行った。より具体的には、図８に示すように、冷機状態の触媒コンバータに対して、バーナー５２で加熱した空気を流し込み、１分間で暖機状態（９００℃）となるまで触媒担体２の入口温度、すなわち触媒担体２の排気上流側端面温度を上昇させ、暖機状態を３分間維持したのち、２次エアを導入して２分間で冷機状態となるまで触媒担体２の入口温度を冷却し、冷機状態を１分間維持したのち、１分間で暖機状態となるまで触媒担体２の入口温度をを加熱し、暖機状態を１分間維持したのち、２次エアを導入して３０秒間で冷機状態となるまで触媒担体２の入口温度を急冷却した。尚、バーナースポーリング実験において、触媒コンバータに導入された空気は、触媒担体２を通過して、ハウジング４の排気排出部６から排出されるものとする。
【００３０】
このようなバーナースポーリング実験を行った結果、上述した第１〜第４実施形態における各触媒コンバータ１，２１，３１，４１においては、最も熱影響を受ける触媒担体の排気上流側端部においても、触媒担体２の熱膨張、すなわち熱応力に起因する亀裂等の不具合が発生することはなかった。
【００３１】
一方、上述した第２〜第４実施形態で用いたハウジング４、すなわち円筒部２２の内径が全長に亙って一定のハウジング４に、上述した第１実施形態のように保持部材３が巻き付けられた触媒担体２（図２を参照）を収容保持した第１比較例においては、触媒担体２の排気上流側端部１１に熱応力による亀裂等の不具合の発生が見られる結果となった。
【００３２】
また、上述した第２〜第４実施形態で用いたハウジング４に、図９に示すように保持部材６１が巻き付けられた触媒担体２を収容保持した第２比較例においては、触媒担体２の排気上流側端部１１に、熱応力による不具合の発生が見られる結果となった。尚、この第２比較例は、保持部材６１が触媒担体２の排気上流側端からＬ1の範囲には巻き付けられていないものであり、保持部材６１の面比重は、上述した第１実施形態の保持部材３の面比重と同じＡ（ｇ／ｍ2）である。
【００３３】
つまり、上述した第１〜第４実施形態のように、触媒担体２の排気上流側端部１１の保持面圧を相対的に高めることで、触媒担体１１に不具合が生じにくい触媒コンバータを得られることができるのである。
【００３４】
尚、本発明に係る触媒コンバータは、上述した各実施形態の触媒コンバータに限定されるものではなく、ハウジング内に触媒担体が収容保持された状態において、触媒担体の排気上流側端部の保持面圧が、触媒担体の排気上流側端部以外のの保持面圧よりも相対的に高くなるように、ハウジング内周面の形状や保持部材の形状及び性状（面比重）を設定して組み合わせたものであればよい。
【００３５】
また、保持部材３，２３，３２，４２は、マット状のガラスウールに限定されるものではなく、膨張率の小さい金属繊維からなるいわゆるワイヤーメッシュであってもよい。
【００３６】
そして、上記各実施形態における保持部材３，２３，３２，４２の面比重は、ハウジング４及び触媒担体２の寸法に応じて予め実験適合によって設定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る触媒コンバータを模式的に示す説明図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る触媒コンバータの触媒担体と保持部材との相関を模式的に示す説明図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る触媒コンバータを模式的に示す説明図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る触媒コンバータの触媒担体と保持部材との相関を模式的に示す説明図。
【図５】本発明の第３実施形態に係る触媒コンバータの触媒担体と保持部材との相関を模式的に示す説明図。
【図６】本発明の第４実施形態に係る触媒コンバータの触媒担体と保持部材との相関を模式的に示す説明図。
【図７】バーナースポーリング実験の概要を模式的に示す説明図。
【図８】バーナースポーリング実験の概要を模式的に示す説明図。
【図９】第２比較例における触媒担体と保持部材との相関を模式的に示す説明図。
【符号の説明】
【００３８】
１…触媒コンバータ
２…触媒担体
３…保持部材
４…ハウジング
７…円筒部
【図１】
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【図２】
2005264769.tif 000004
【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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