(57)【要約】【課題】触媒コンバータの中心を貫通するバイパス通路を流れる排気ガスの熱がハニカム体に伝達されることに起因する様々な問題を防止又は未然回避することができる触媒コンバータを提供する。【解決手段】触媒コンバータは、円筒状ケース２０に収容された触媒担持用ハニカム体１０と、そのハニカム体１０の中心部を貫通するバイパス通路Ｂとを備える。バイパス通路Ｂとそれを取り囲むハニカム体１０との境界域には、第１内管２１及び第２内管２２から構成される二重内管が設けられている。第１内管２１と第２内管２２との間には、当該二重内管の上流側端部を封止することで上流側からの排気ガスの進入を不能とした中空断熱層２７が確保されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延びる多数の通気孔路を有する触媒担持用ハニカム体と、そのハニカム体の中心部を軸方向に貫通する中心部通路とを備えた触媒コンバータであって、
前記中心部通路とそれを取り囲む前記ハニカム体との境界域には、前記中心部通路を区画形成する第１の内管及びその第１の内管を間隔を隔てて包囲する第２の内管から構成される二重内管が設けられ、前記第１内管と第２内管との間には、当該二重内管の上流側端部又はその近傍を封止することで上流側からの排気ガスの進入を不能とした中空断熱層が確保されていることを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項２】
前記二重内管の上流側端部又はその近傍には、前記第１内管と第２内管とを全周にわたって連結する全周連結部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】
前記二重内管の下流側端部又はその近傍には、前記第１内管と第２内管とを連結することなく、第１及び第２内管間の間隔保持及び下流側から中空断熱層への排気ガス進入防止に役立つ環状スペーサ部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。
【請求項４】
前記触媒コンバータは、前記ハニカム体を収容する円筒状ケースを更に備えており、
ハニカム体の内周面をその下流側端部及び上流側端部のうちの一方において前記第２内管の外周面に対し連結し、且つ、ハニカム体の外周面をその下流側端部及び上流側端部のうちの他方において前記円筒状ケースの内周面に対し連結することにより、前記ハニカム体が円筒状ケースと二重内管との間に保持されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか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、エンジンの排気ガス浄化装置の一種である、又は、排気ガス浄化装置の排気経路の一部に配設して用いられる触媒コンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気ガス浄化用触媒を担持するハニカム体を備えた排気ガス浄化装置が知られている。例えば特許文献１は、薄肉金属板の平板状帯材と波板状帯材とを重積しこれを一括渦巻状に巻回積層して製作した軸方向に多数の網目状通気孔路を有する触媒担持用ハニカムコア体であって、その巻回中心部に円筒状中空部を形成してなるハニカムコア体（つまり軸直交断面が円環状をなすハニカムコア体）を開示する。通常、かかるハニカムコア体の円筒状中空部内には金属円筒（パイプ）が配設されると共に、当該ハニカムコア体は円筒状金属ケース内に装填されて触媒コンバータを構成する。そして、触媒コンバータの実車搭載時には、ハニカムコア体の中心を貫通する前記パイプは、エンジンからの排気ガスにハニカムコア体を迂回させるためのバイパス通路として利用される。
【０００３】
ところで、従来の触媒コンバータでは、単一のパイプによって構成されたバイパス通路を排気ガスが流れるとき、排気ガスの熱が当該パイプ及びそれを取り囲むハニカムコア体に多量に伝達されることで様々な問題を生じていた。例えば、パイプ壁を介して伝達される熱により、ハニカムコア体の内周部と外周部とで熱分布の不均等（即ち径方向への過大な熱勾配）が生まれ、それに起因してハニカムコア体内では周方向の引っ張り応力が生じ、その結果、巻回積層状態にある金属帯材が切れて箔状に欠け落ちたり、帯材の一部が位置ズレを起こして脱落したりすることがあった。また、パイプ壁を介してハニカムコア体に伝達される熱により、触媒物質（例えば貴金属触媒）が高温劣化することもあった。更には、排気熱によって過度に熱膨張したパイプと円筒状金属ケースとの間でハニカムコア体を圧迫して破損したり、パイプ自体に亀裂を生じたりすることがあった。
【０００４】
【特許文献１】実公平７−３３８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、触媒コンバータの中心を貫通するバイパス通路を流れる排気ガスの熱がハニカム体に伝達されることに起因する様々な問題を防止又は未然回避することができる触媒コンバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、軸方向に延びる多数の通気孔路を有する触媒担持用ハニカム体と、そのハニカム体の中心部を軸方向に貫通する中心部通路とを備えた触媒コンバータであって、前記中心部通路とそれを取り囲む前記ハニカム体との境界域には、前記中心部通路を区画形成する第１の内管及びその第１の内管を間隔を隔てて包囲する第２の内管から構成される二重内管が設けられ、前記第１内管と第２内管との間には、当該二重内管の上流側端部又はその近傍を封止することで上流側からの排気ガスの進入を不能とした中空断熱層が確保されていることを特徴とする触媒コンバータである。
【０００７】
請求項１によれば、触媒コンバータの中心部通路を区画形成する第１内管及びその第１内管を間隔を隔てて包囲する第２内管から構成される二重内管により、中心部通路とそれを取り囲むハニカム体との境界域、即ち中心部通路の周囲には、中空断熱層（例えば空気層）が確保される。そして、その中空断熱層は、二重内管の上流側端部又はその近傍を封止することで上流側からの排気ガスの進入を不能とされている。このため、中心部通路を高温の排気ガスが流れたときでも、その周囲に確保された中空断熱層によって中心部通路からハニカム体への熱伝達が緩和される。従って、ハニカム体の内周部と外周部とで不均等な熱分布（つまり径方向での過大な熱勾配）が生じ難く、仮にそのような熱分布（熱勾配）に起因してハニカム体内で周方向への引っ張り応力が生じたとしても、その周方向引っ張り応力は過大化しないため、ハニカム体の破損を防止することができる。また、中空断熱層によって中心部通路からハニカム体への熱伝達が緩和されるので、ハニカム体に担持された触媒物質の高温劣化を防止することができる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の触媒コンバータにおいて、前記二重内管の上流側端部又はその近傍には、前記第１内管と第２内管とを全周にわたって連結する全周連結部が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２によれば、二重内管の上流側端部又はその近傍において第１内管と第２内管とを全周にわたって連結する全周連結部は、二重内管の上流側端部又はその近傍を封止して上流側から中空断熱層内への排気ガスの進入を不能とする封止手段として機能し、中空断熱層の断熱性能維持に貢献する。また、全周連結部を介して第１内管と第２内管とを相互連結しているため、両内管の軸方向又は長手方向に沿った範囲内における両内管の連結箇所が、全周連結部に対応する一円周に沿った一箇所だけに限定される。このため、第１内管内に高温の排気ガスが流れて第１内管が第２内管に比べて大きく熱膨張するような場合でも、第１内管は第２内管に拘束されること無く、軸方向に無理なく熱膨張することができる。それ故、第１内管と第２内管との間の熱膨張量の差に基づく熱応力集中の発生を回避でき、熱応力集中による二重内管の破損を防止することができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２に記載の触媒コンバータにおいて、前記二重内管の下流側端部又はその近傍には、前記第１内管と第２内管とを連結することなく、第１及び第２内管間の間隔保持及び下流側から中空断熱層への排気ガス進入防止に役立つ環状スペーサ部が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３によれば、環状スペーサ部は、二重内管の下流側端部又はその近傍に設けられることで前記全周連結部から軸方向に所定距離を隔てて位置し、全周連結部と共に第１及び第２内管間の間隔保持に貢献する。また、環状スペーサ部は、二重内管の下流側端部又はその近傍に位置して中空断熱層の下流側開口部をほぼ塞ぎ得るため、触媒コンバータの下流側の排気ガスが逆流して中空断熱層へ進入するのを極力防止することができる。更に環状スペーサ部は、第１内管と第２内管とを連結しないもの、即ち二重内管の下流側端部又はその近傍における第１内管と第２内管との非連結状態を維持するものである。このため、環状スペーサ部の配設にもかかわらず、両内管の軸方向又は長手方向に沿った範囲内における両内管の連結箇所が前記全周連結部に対応する一円周に沿った一箇所だけに限定されるという構造が維持され、請求項２で言及したような作用効果（熱応力集中の回避）が保たれる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の触媒コンバータにおいて、前記触媒コンバータは、前記ハニカム体を収容する円筒状ケースを更に備えており、ハニカム体の内周面をその下流側端部及び上流側端部のうちの一方において前記第２内管の外周面に対し連結し、且つ、ハニカム体の外周面をその下流側端部及び上流側端部のうちの他方において前記円筒状ケースの内周面に対し連結することにより、前記ハニカム体が円筒状ケースと二重内管との間に保持されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４によれば、二重内管の第１内管を高温の排気ガスが流れ、それを取り囲むハニカム体に熱が伝達されてハニカム体の内周部と外周部との間で熱勾配又は熱較差が生じた場合でも、ハニカム体の内周面は下流側端部（又は上流側端部）において第２内管に連結されているだけなので、ハニカム体の内周部と第２内管とは互いに拘束されること無く軸方向に熱膨張できる。同様に、ハニカム体の外周面は上流側端部（又は下流側端部）において円筒状ケースに連結されているだけなので、ハニカム体の外周部と円筒状ケースとは互いに拘束されること無く軸方向に熱膨張できる。それ故、触媒コンバータの中心軸線に対して同心円状の配置関係にある、第２内管、ハニカム体の内周部、ハニカム体の外周部及び円筒状ケースの四者間で大きな熱勾配又は熱較差が生じたとしても、ハニカム体の内部や連結部位には熱応力集中がなく、ハニカム体の破損が防止される。
【００１４】
また、ハニカム体の内周面をその下流側端部及び上流側端部のうちの一方において第２内管の外周面に対し連結するときには、ハニカム体の外周面をその下流側端部及び上流側端部のうちの他方において円筒状ケースの内周面に対し連結するという具合に、ハニカム体の内周面側連結位置と外周面側連結位置とを軸方向にずらしている。それ故、上記熱応力集中の回避作用を維持しながらも、円筒状ケースと二重内管との間にハニカム体を安定的に保持することができる。
【００１５】
（付記）請求項１〜４において、「前記ハニカム体が、薄肉金属板の平板状帯材と波板状帯材とを重積しこれを一括渦巻状に巻回積層して製作すると共にその巻回中心部に円筒状中空部を形成してなる軸方向に延びる多数の通気孔路を有する触媒担持用ハニカム体であること」は好ましい。このようなハニカム体では平板状帯材等が渦巻状の積層構造を構築し、ハニカム体の内周部と外周部とで各階層を構成する帯材の独立性が高まる（つまり各階層間での相互拘束性が弱まる）ので、請求項４に記載したような構成に基づく作用効果がより効果的に発揮される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の触媒コンバータによれば、その中心部通路とそれを取り囲むハニカム体との境界域に第１及び第２の内管からなる二重内管を設けて中空断熱層を確保し、中心部通路からハニカム体への熱伝達を緩和することにより、ハニカム体内での不均等な熱分布を回避してハニカム体の破損を防止できると共に、ハニカム体に担持された触媒物質の高温劣化を防止することができる。
【００１７】
更に上述のように、二重内管における第１及び第２内管間の連結構造や、円筒状ケースと二重内管との間におけるハニカム体の保持構造を工夫することにより、触媒コンバータの各部における熱応力集中を回避して、触媒コンバータの破損を未然防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。図１及び図２に示すように、触媒コンバータは、触媒担持用ハニカム体１０と、そのハニカム体１０を収容する円筒状ケース２０と、前記ハニカム体１０の中心部を軸方向に貫通する二重内管（２１，２２）とを備えている。
【００１９】
触媒担持用ハニカム体１０は、金属製あるいはセラミックス製のいずれでもよいが、その中心部に二重内管（２１，２２）を配置するための円筒状中空部を形成し易いという点で、金属製のハニカム体であることが好ましい。金属製のハニカム体１０は、例えば、耐熱性薄肉鋼板の平板状帯材１１と、耐熱性薄肉鋼板を波形に機械加工して得た波板状帯材１２とを相互当接させながら重積すると共に、その重積した帯材１１，１２を巻回案内棒を用いて一括渦巻状に巻回し、その後に巻回案内棒を中心から抜き取ることによって得られる。こうして得られたハニカム体１０は、軸方向に延びる多数の網目状通気孔路１３を有すると共に、その巻回中心部に円筒状中空部を有してなる略円柱形状をなす。尚、ハニカム体１０には所定の触媒物質が担持される。
【００２０】
円筒状ケース２０は、例えばステンレス鋼で作られた円筒状部材である。円筒状ケース２０の内径は前記ハニカム体１０の外径よりも若干大きく、且つ、円筒状ケース２０の軸方向長（全長）は前記ハニカム体１０の軸方向長よりも大きく設定されており、円筒状ケース２０の内部にハニカム体１０を収容することができる。
【００２１】
二重内管（２１，２２）は、第１の内管２１及びその第１内管２１を所定間隔を隔てて包囲する第２の内管２２から構成されている。第１及び第２内管２１，２２はいずれも、ストレート円筒パイプ状のステンレス鋼管からなる。第１及び第２内管２１，２２の全長は円筒状ケース２０の全長にほぼ等しく、第２内管２２の半径は第１内管２１の半径よりも大きい。
【００２２】
この触媒コンバータでは、第１内管２１、第２内管２２及び円筒状ケース２０は、それらに共通の中心軸線Ｌを中心として同心円状に配置される（図１参照）。そして、円筒状ケース２０の内周面と第２内管２２の外周面との間には、前記ハニカム体１０の収容空間が区画形成される。また、最中心部分に配置される第１内管２１は、ハニカム体１０の中心部を軸方向に貫通する中心部通路としてのバイパス通路Ｂを区画形成する。そして、バイパス通路Ｂとハニカム体１０との境界域には、二重内管（２１，２２）が配置されると共に、第１内管２１と第２内管２２との間には、両内管２１，２２の半径差にほぼ等しい間隔が全周にわたり確保される。
【００２３】
図２に示すように、二重内管（２１，２２）の上流側端部には、第１内管２１の外周面と第２内管２２の内周面とを全周にわたって連結する全周連結部２３が設けられている。この全周連結部２３は、ステンレス製の上流側リング２４と、そのリング２４の内周面と第１内管２１の外周面との間に設けられた環状ロウ付け部２５と、リング２４の外周面と第２内管２２の内周面との間に設けられた環状ロウ付け部２６とから構成されている。つまり、第１内管２１の上流側端部外周面と第２内管２２の上流側端部内周面とは、内側の環状ロウ付け部２５、上流側リング２４及び外側の環状ロウ付け部２６を介して全周連結されている。なお、この全周連結部２３は、二重内管（２１，２２）の上流側の環状開口を封止して、上流側からの排気ガスが二重内管に進入するのを阻止する封止手段としての役目も果たす。従って、第１内管２１と第２内管２２との間には、全周連結部２３によって上流側からの排気ガスの進入を不能とした中空断熱層２７が確保される。尚、本実施形態では、中空断熱層２７は空気層として存在する。
【００２４】
他方、二重内管（２１，２２）の下流側端部には、上記全周連結部２３のような内管間連結部は存在しない。その代わり、二重内管（２１，２２）の下流側端部には、第１内管２１の外周面と第２内管２２の内周面とを連結しない構成の環状スペーサ部２８が設けられている。この環状スペーサ部２８は、前記上流側リング２４と同形同寸であるステンレス製の下流側リング２９と、そのリング２９の内周面と第１内管２１の外周面との間に設けられた環状ロウ付け部３０とから構成されている。つまり、第１内管２１の下流側端部外周面には、環状ロウ付け部３０を介して下流側リング２９が取り付けられている。下流側リング２９の外周面と第２内管２２の下流側端部内周面との間には、環状の隙間Ｃ（非ロウ付け部）が僅かに確保されており、下流側リング２９と第２内管２２とは非連結状態にある。環状スペーサ部２８は、全周連結部２３から軸方向に所定距離を隔てて位置することで、全周連結部２３と共に第１及び第２内管２１，２２間の間隔保持に貢献する。また、環状スペーサ部２８は、二重内管の下流側端部にあって中空断熱層２７の下流側の環状開口をほぼ塞ぐため、触媒コンバータ下流側の排気ガスが逆流して中空断熱層２７へ進入するのを極力防止する働きをする。
【００２５】
本実施形態では、第１内管２１と第２内管２２とが上流側端部の全周連結部２３のみで相互連結され、下流側端部の環状スペーサ部２８によっては連結されない。このため、両内管２１，２２の軸方向又は長手方向に沿った範囲内における両内管２１，２２の連結箇所は、全周連結部２３に対応する一円周に沿った一箇所だけに限定される。
【００２６】
また図２に示すように、ハニカム体１０の上流側端部外周面は、環状ロウ付け部３１を介して円筒状ケース２０の内周面に対して全周連結されており、又、ハニカム体１０の下流側端部内周面は、環状ロウ付け部３２を介して第２内管２２の外周面に対して全周連結されている。上流側の環状ロウ付け部３１（ハニカム体の外周面側連結位置）と下流側の環状ロウ付け部３２（ハニカム体の内周面側連結位置）とは軸方向にずれているので、上記二箇所の環状ロウ付け部３１，３２だけでの保持にもかかわらず、ハニカム体１０は円筒状ケース２０と二重内管（２１，２２）との間に安定的に保持される。
【００２７】
尚、上記各ロウ付け部（２５，２６，３０，３１，３２）で用いられる金属（ロウ材）としては、例えば銅合金があげられる。また、使用可能なロウ付け方法としては、真空炉中ロウ付けを例示できる。
【００２８】
本実施形態によれば、以下のような作用及び効果を得ることができる。
【００２９】
第１内管２１及び第２内管２２から構成される二重内管により、バイパス通路Ｂとそれを取り囲むハニカム体１０との境界域には、全周連結部２３によって上流側の環状開口が封止された中空断熱層２７が確保される。故に、バイパス通路Ｂを高温の排気ガスが流れたときでも、その周囲に確保された中空断熱層２７によってバイパス通路Ｂからハニカム体１０への熱伝達が緩和され、ハニカム体１０の内周部と外周部とで不均等な熱分布（つまり径方向での過大な熱勾配）が生じ難い。従って、熱分布（熱勾配）に起因してハニカム体１０内で周方向への引っ張り応力が生じたとしても、その周方向引っ張り応力は過大化せず、ハニカム体１０を構成している金属製帯材１１，１２が切れて箔状に欠け落ちたりすること（ハニカム体の破損）を防止することができる。また、ハニカム体１０への熱伝達が緩和されるため、ハニカム体１０に担持された触媒物質の高温劣化を防止することができる。
【００３０】
第１及び第２内管２１，２２の軸方向又は長手方向に沿った範囲内における両内管の連結箇所が、全周連結部２３に対応する一円周に沿った一箇所だけに限定されているため、第１内管２１内に高温の排気ガスが流れて第１内管２１が第２内管２２に比べて大きく熱膨張するような場合でも、第１内管２１は第２内管２２に拘束されること無く、軸方向に無理なく熱膨張することができ、両内管２１，２２間の熱膨張量の差に基づく熱応力集中を回避できる。もし仮に、両内管２１，２２の軸方向又は長手方向に沿った範囲内における両内管の連結箇所が二箇所以上あるとき（例えば全周連結部２３のみならず環状スペーサ部２８においても全周連結がある場合）には、第１内管２１の軸方向熱膨張が二つの連結箇所によって阻害され、応力集中を招いてしまう。この点、本実施形態によれば、両内管２１，２２の軸方向連結箇所を一箇所のみとしているので、上述のような熱応力集中は起きず、熱応力集中による二重内管（２１，２２）の破損を防止することができる。
【００３１】
更に本実施形態によれば、第１内管２１を高温の排気ガスが流れ、それを取り囲むハニカム体１０に熱が伝達されてハニカム体１０の内周部と外周部との間で熱勾配又は熱較差が生じたとしても、ハニカム体１０の内周面は下流側の環状ロウ付け部３２を介して第２内管２２に全周連結されているだけなので、ハニカム体１０の内周部（特に最内周に並ぶ通気孔路１３群を構成する金属製帯材１１，１２）と第２内管２２とは互いに拘束されること無く軸方向に熱膨張できる。同様に、ハニカム体１０の外周面は上流側の環状ロウ付け部３１を介して円筒状ケース２０に全周連結されているだけなので、ハニカム体１０の外周部（特に最外周に並ぶ通気孔路１３群を構成する金属製帯材１１，１２）と円筒状ケース２０とは互いに拘束されること無く軸方向に熱膨張できる。それ故、触媒コンバータの中心軸線Ｌに対して同心円状の配置関係にある、第２内管２２、ハニカム体１０の内周部、ハニカム体１０の外周部及び円筒状ケース２０の四者間で大きな熱勾配又は熱較差が生じたとしても、ハニカム体１０の内部や連結部位に熱応力が集中することはなく、ハニカム体１０の破損を防止することができる。
【００３２】
（変更例）本発明の実施形態を以下のように変更してもよい。
上記実施形態では、環状スペーサ部２８の主要部を構成する下流側リング２９を、その内周側の環状ロウ付け部３０を介して第１内管２１の外周面上に固定したが、これに代えて図３に示すように、下流側リング２９を、その外周側の環状ロウ付け部３３を介して第２内管２２の内周面上に固定してもよい。この場合、下流側リング２９及び環状ロウ付け部３３により、環状スペーサ部２８が構成される。
【００３３】
円筒状ケース２０と二重内管（２１，２２）との間にハニカム体１０を保持する際の取付け方法として、図２に示すロウ付け態様に代えて、図３に示すようなロウ付け態様を採用してもよい。即ち、ハニカム体１０の上流側端部内周面を、環状ロウ付け部３４を介して第２内管２２の外周面に対して全周連結すると共に、ハニカム体１０の下流側端部外周面を、環状ロウ付け部３５を介して円筒状ケース２０の内周面に対して全周連結してもよい。この場合も、上流側の環状ロウ付け部３４（ハニカム体の内周面側連結位置）と下流側の環状ロウ付け部３５（ハニカム体の外周面側連結位置）とが軸方向にずれているので、上記二箇所の環状ロウ付け部３４，３５だけでの保持にもかかわらず、ハニカム体１０は円筒状ケース２０と二重内管（２１，２２）との間に安定的に保持される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】触媒コンバータの概略正面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線での拡大断面図。
【図３】変更例における図２相当の断面図。
【符号の説明】
【００３５】
１０…触媒担持用ハニカム体、１３…ハニカム体の網目状通気孔路、２０…円筒状ケース、２１…第１の内管、２２…第２の内管（２１及び２２は二重内管を構成する）、２３…全周連結部（封止手段）、２７…中空断熱層、２８…環状スペーサ部、Ｂ…中心部通路としてのバイパス通路、Ｃ…環状の隙間（非ロウ付け部）、Ｌ…中心軸線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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