(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路の一部を構成するケース内に触媒担体をその外周に巻付けた担体保持マットを介して収納してなる排気浄化用の触媒コンバータにおいて、
前記担体保持マットの排気流れ方向上流側の端面に、異物トラップ用の凹みを設け、
この凹みを設けた部分の担体保持マットの残りの幅が、担体保持マットの巻付け方向の両端部の凹凸による嵌め合わせ部の凸部の幅より長くなるように、前記凹みの深さを設定したことを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項２】
前記異物トラップ用の凹みは、前記担体保持マットの排気流れ方向上流側の端面に、担体保持マットの巻付け方向の両端部の凹凸による嵌め合わせ部以外にて、担体保持マットの巻付け前の自然長の平板状態から存在し、
前記担体保持マットの巻付け方向の両端部の凹凸による嵌め合わせ部は、一方の端部から巻付け方向に突出する凸部と、他方の端部に前記凸部に対応させて形成した凹部とから構成したことを特徴とする請求項１記載の触媒コンバータ。
【請求項３】
前記触媒担体は鉛直方向又は鉛直方向に対して斜めに配置されており、
前記触媒担体の排気流れ方向上流側の端面より、前記担体保持マットの排気流れ方向上流側の端面を、排気流れ方向下流側に位置させたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の触媒コンバータ。
【請求項４】
内燃機関の排気通路の一部を構成するケース内に触媒担体をその外周に巻付けた担体保持マットを介して収納してなる排気浄化用の触媒コンバータにおいて、
前記担体保持マットの排気流れ方向上流側の端面に、担体保持マットの巻付け方向の両端部の凹凸による嵌め合わせ部以外にて、担体保持マットの巻付け前の自然長の平板状態から存在する、異物トラップ用の凹みを設け、
前記担体保持マットの巻付け方向の両端部の凹凸による嵌め合わせ部は、一方の端部から巻付け方向に突出する凸部と、他方の端部に前記凸部に対応させて形成した凹部とから構成したことを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項５】
内燃機関の排気通路の一部を構成するケース内に触媒担体をその外周に巻付けた担体保持マットを介して収納してなる排気浄化用の触媒コンバータにおいて、
前記触媒担体は鉛直方向又は鉛直方向に対して斜めに配置されており、
前記触媒担体の排気流れ方向上流側の端面より、前記担体保持マットの排気流れ方向上流側の端面を、排気流れ方向下流側に位置させ、
前記担体保持マットの排気流れ方向上流側の端面に、異物トラップ用の凹みを設けたことを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項６】
前記触媒担体は排気マニホールドの直下に近接して配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の触媒コンバータ。
【請求項７】
前記凹みは、凹溝であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の触媒コンバータ。
【請求項８】
前記凹溝は、Ｖ字状であることを特徴とする請求項７記載の触媒コンバータ。
【請求項９】
前記凹みを、担体保持マットを触媒担体に巻付けた状態で、周方向に略等間隔に配置されるよう、複数設けたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の触媒コンバータ。
【請求項１０】
前記凹みを、担体保持マットの排気流れ方向下流側の端面にも設けたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の触媒コンバータ。
【請求項１１】
前記触媒担体は、セラミックモノリス触媒担体であることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の触媒コンバータ。
【請求項１２】
前記触媒担体は、壁厚０．１ｍｍ以下の薄壁ハニカム構造であることを特徴とする請求項１１記載の触媒コンバータ。
【請求項１３】
排気マニホールドがパイプ溶接により形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１つに記載の触媒コンバータ。
【請求項１４】
触媒コンバータのケースがパイプ溶接により形成された排気マニホールドと一体に溶接されていることを特徴とする請求項１３記載の触媒コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化用の触媒コンバータに関し、特に溶接スパッタ等の異物から触媒担体を保護する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気浄化用の触媒コンバータは、一般的に、触媒を担持させた触媒担体の外周に担体保持マットを巻付け、この担体保持マットを介して排気通路の一部を構成するケース内に収納している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の触媒コンバータにあっては、製造段階で排気マニホールドをパイプ溶接などにより形成した場合の溶接スパッタ、鋳物の場合の残留鋳砂、加工の切り粉、更には内燃機関の使用過程において発生する金属酸化物等の異物が、触媒担体に達すると、触媒担体を通過できずに上流側端面にとどまり、この溶接スパッタ等の異物が動き回ることで、触媒担体の端面形状が変形してしまうという問題点があることがわかった。
【０００４】
かかる問題点は、セラミックモノリス触媒担体において、近年、排気浄化性能向上のため、ハニカム構造の薄壁・高セル密度化がなされ、触媒担体の強度が低下したことに起因して、顕著となったものである。
そこで、本発明者らは、溶接スパッタ等の異物が触媒担体の端面上で動き回らないように、担体保持マットにてトラップすることを考えた。ここで、特開２０００−２４０４４０号公報には、担体保持マットの巻付け方向の両端部の合わせ部での排気の抜け（バイパス）を防止するため、担体保持マットの巻付け前の自然長の平板状態で、巻付け方向の両端部付近に大きな溝を形成し、また巻付け方向の中央部付近に大きな切り込みを形成しておき、巻付ける際にマットを延ばして、前記溝の部分の鉤形部を嵌め合わせると同時に、復元力で密着させるようにしたものが開示されている。これにより、巻付け状態では、担体保持マットの上流側端面に大きな矩形の溝と、大きなＶ字状の溝とが形成されている。
【０００５】
しかしながら、このような担体保持マットでは、溝が大きく且つ深すぎるため、
（１）本来の保持力が低下して、触媒担体を確実に保持できなくなる
（２）マットの幅が極端に狭くなる箇所があるので、そこから排気の抜けを生じやすい
（３）マットの強度が低下して、自身の形状を保てず、これによって排気の抜けを生じたり、更にはマットの飛散を生じる
（４）スパッタ等が溝に入ったとしても、溝が大きいので、その中でスパッタ等が動き、マットを損傷させる
（５）嵌め合わせ具合や延ばしの程度により、最終的な溝の大きさが変化し、隙間が０になることもあり得る
という不具合を生じてしまう。
【０００６】
また、そもそも前記公報は、鉛直方向又は鉛直方向に対して斜めに配置される触媒コンバータや、排気マニホールド直下に近接して配置される触媒コンバータを開示していないため、これらの点からみても、スパッタ等のトラップを効果的に行えるものではない。
本発明は、このような実状に鑑み、担体保持マットを工夫することで、溶接スパッタ等の異物を、触媒担体の端面上で動き回らないように、確実にトラップすることのできる触媒コンバータを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１の発明では、内燃機関の排気通路の一部を構成するケース内に触媒担体をその外周に巻付けた担体保持マットを介して収納してなる排気浄化用の触媒コンバータにおいて、前記担体保持マットの排気流れ方向上流側の端面に、異物トラップ用の凹みを設け、この凹みを設けた部分の担体保持マットの残りの幅が、担体保持マットの巻付け方向の両端部の凹凸による嵌め合わせ部の凸部の幅より長くなるように、前記凹みの深さを設定したことを特徴とする。
【０００８】
請求項４（２）の発明では、内燃機関の排気通路の一部を構成するケース内に触媒担体をその外周に巻付けた担体保持マットを介して収納してなる排気浄化用の触媒コンバータにおいて、前記担体保持マットの排気流れ方向上流側の端面に、担体保持マットの巻付け方向の両端部の凹凸による嵌め合わせ部以外にて、担体保持マットの巻付け前の自然長の平板状態から存在する、異物トラップ用の凹みを設け、前記担体保持マットの巻付け方向の両端部の凹凸による嵌め合わせ部は、一方の端部から巻付け方向に突出する凸部と、他方の端部に前記凸部に対応させて形成した凹部とから構成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項５（３）の発明では、内燃機関の排気通路の一部を構成するケース内に触媒担体をその外周に巻付けた担体保持マットを介して収納してなる排気浄化用の触媒コンバータにおいて、前記触媒担体は鉛直方向又は鉛直方向に対して斜めに配置されており、前記触媒担体の排気流れ方向上流側の端面より、前記担体保持マットの排気流れ方向上流側の端面を、排気流れ方向下流側に位置させ、前記担体保持マットの排気流れ方向上流側の端面に、異物トラップ用の凹みを設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項６の発明では、前記触媒担体は排気マニホールドの直下に近接して配置されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項７の発明では、前記凹みは、凹溝であり、更に請求項８の発明では、前記凹溝は、Ｖ字状であることを特徴とする。
請求項９の発明では、前記凹みを、担体保持マットを触媒担体に巻付けた状態で、周方向に略等間隔に配置されるよう、複数設けたことを特徴とする。
請求項１０の発明では、前記凹みを、担体保持マットの排気流れ方向下流側の端面にも設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項１１の発明では、前記触媒担体は、セラミックモノリス触媒担体であり、更に請求項１２の発明では、壁厚０．１ｍｍ以下の薄壁ハニカム構造であることを特徴とする。
【００１３】
請求項１３の発明では、排気マニホールドがパイプ溶接により形成されており、更に請求項１４の発明では、触媒コンバータのケースがパイプ溶接により形成された排気マニホールドと一体に溶接されていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１〜請求項５の発明によれば、溶接スパッタ等の異物が触媒担体に達すると、その周囲の担体保持マットの端面上を動き回るときに、凹みに入り込み、これによりトラップされる。従って、溶接スパッタ等の異物が触媒担体の端面上を動き回ることによる触媒担体の破損を確実に防止できる。
【００１５】
特に請求項１の発明の場合、凹みを設けた部分の担体保持マットの残りの幅Ｗ１が、担体保持マットの巻付け方向の両端部の凹凸による嵌め合わせ部の凸部の幅Ｗ２より長くなるように、凹みの深さを設定してあるので、すなわち、凹みを設けたとしても、その部分（Ｗ１）は、排気の抜けを最も生じやすい部分（Ｗ２）よりは、排気の抜けを生じにくいので、十分な保持機能と排気の抜け防止とを達成できる。
【００１６】
特に請求項４（２）の発明の場合、巻付け状態で担体保持マットに余計な力がかからないので、十分な保持機能を維持でき、また形状を変化させないので、トラップ用の凹みの大きさがばらつくことがない。
【００１７】
特に請求項５（３）の発明の場合、触媒担体は鉛直方向又は鉛直方向に対して斜めに配置されているので、一旦、溶接スパッタ等の異物が凹みに入れば、抜け出ることはなく、確実にトラップすることができる。
また、触媒担体の上流側の端面より、担体保持マットの上流側の端面を、下流側に位置させることで、触媒担体の上流側の端面に対し、担体保持マットの上流側の端面が環状の溝をなすので、溶接スパッタ等の異物が担体保持マットの端面上に移動すれば、この部分が環状の溝となっているので、再び触媒担体の端面上に戻ることはなく、ここを動き回るうちに凹みにトラップされるので、トラップ効率をより向上させることができる。
請求項６の発明によれば、触媒担体は排気マニホールドの直下に近接して配置されているので、排気マニホールドからの溶接スパッタ等の異物を確実にトラップすることができる。
【００１８】
請求項７の発明によれば、前記凹みは凹溝であるので、簡単に製作でき、更に請求項８の発明によれば、前記凹溝はＶ字状であるので、一旦、溶接スパッタ等の異物が凹みに入れば、奥に入るほど狭くなるので、動きを封じ込めることができ、抜け出しや、マットの損傷を防止できる。
請求項９の発明によれば、前記凹みを、担体保持マットの巻付け状態で、周方向に略等間隔に配置されるよう、複数設けたので、トラップ効率をより高めることができ、またマットの巻付け位置によるトラップ効率の変化を防止することもできる。
【００１９】
請求項１０の発明によれば、前記凹みを、担体保持マットの排気流れ方向下流側の端面にも設けることで、マットの巻付け時に方向を考える必要がなくなり、巻付け作業が容易となる。
【００２０】
請求項１１の発明によれば、セラミックモノリス触媒担体に適用し、更に請求項１２の発明によれば、薄壁ハニカム構造のものに適用することで、より強度が低下しているものであるため、本発明の効果がより顕著となる。
請求項１３の発明によれば、パイプ溶接により形成された排気マニホールドに適用することで、より溶接スパッタが発生しやすいものであるため、本発明の効果がより顕著となり、更に請求項１４の発明によれば、パイプ溶接により形成された排気マニホールドと一体型の触媒コンバータに適用することで、触媒コンバータを分解して溶接スパッタの除去を行うことが困難なものであるため、本発明の効果が更に顕著となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示しており、エンジンのシリンダヘッド１に接続固定される排気マニホールド２の集合部の直下に、同図（ａ）のように鉛直方向、又は同図（ｂ）のように鉛直方向に対し斜めに、触媒コンバータ３が設けられ、触媒コンバータ３の出口側には排気管（フロントチューブ）４が接続固定される。
【００２２】
尚、図１の例はパイプ溶接により形成された排気マニホールド２と一体に触媒コンバータ３のケースを溶接により固着してあるが、排気マニホールド２と別体に触媒コンバータ３のケースを形成して、互いのフランジ部をボルト固定するようにしてもよい。
触媒コンバータ３のケースは、排気通路の一部を構成するもので、円筒状の主ケース１０と、その入口側及び出口側にそれぞれ溶接により連結される略円錐状のディフューザ１１，１２とからなる。
【００２３】
そして、主ケース１０内に、触媒担体１３を、その外周に巻付けた担体保持マット１４を介して、収納してある。１５は係止用ワッシャ部材である。
触媒担体１３は、円柱状の外形を有するハニカム構造のセラミックモノリス触媒担体であり、特にハニカム状隔壁を薄壁、例えば壁厚０．１ｍｍ以下、好ましくは２ミル（＝０．０６４ｍｍ）にして、高セル密度化を図ったものである。これは、従来一般的に用いられている壁厚８ミル（＝０．２２０ｍｍ）あるいは４ミル（＝０．１１０ｍｍ）の担体に比べて格段に薄壁である。担体表面には触媒がコーティングされている。
【００２４】
担体保持マット１４は、例えばセラミックファイバー、アルミナファイバーあるいはバーミュキュライトなどからなる非膨張性のインタラムマットであり、図２に示すように触媒担体１３の外周に巻付けられる。また、図３に担体保持マット１４の展開図を示すように、触媒担体１３に巻回する際の外周長に対応する長さＬと、触媒担体１３の排気流れ方向長さに対応する幅Ｗとを有している。
【００２５】
但し、触媒担体１３の外周に担体保持マット１４を巻付けた状態で、触媒担体１３の上流側端面と担体保持マット１４の上流側端面とが同一面になるのではなく、図２に示すように、担体保持マット１４の方が低くなり、触媒担体１３の回りに環状の溝が形成されるようにするのが望ましい。
また、担体保持マット１４の巻付け方向の両端部のうち、一方の端部には、排気流れ方向の幅中央部に矩形の凸部１６ａが形成され、他方の端部には、前記凸部１６ａに対応する位置に矩形の凹部１６ｂが形成されている。
【００２６】
従って、図２に示すように、触媒担体１３の外周に担体保持マット１４を巻回する際に、両端部の凸部１６ａと凹部１６ｂとを互いに嵌め合わせることで、両端部の合わせ部から排気が抜けるのを防止している。
ここにおいて、担体保持マット１４の排気流れ方向上流側の端面には、異物トラップ用の凹みとして、Ｖ字状の凹溝１７を形成してある。図４には凹溝１７の詳細図を示している。
【００２７】
凹溝１７の個数は１個でもよいが、ここでは、トラップ効率を高めるため、巻付け状態で１８０°間隔となるように、２個形成してある。もちろん、図５に示すように、更に多数、等間隔で形成してもよい。
Ｖ字状の凹溝１７の大きさは、図４に示すように、深さｄが１０〜２０ｍｍ程度で、開口部の大きさｓが８〜２０ｍｍ程度とする。またＶ字の交点部分にはマットがさけないようにアールＲを付けるが、このＲはトラップした溶接スパッタ等を封じ込めることができるよう２ｍｍ以下とするのが望ましい。
【００２８】
この場合、図３を参照し、少なくとも、Ｖ字状の凹溝１７を形成した部分の担体保持マット１４の排気流れ方向の残りの幅Ｗ１（＝Ｗ−ｄ）が、嵌め合わせ部の凸部１６ａの排気流れ方向の幅Ｗ２より大きくなるように、Ｖ字状の凹溝１７の深さｄを設定する。ここで、Ｗ２は最も排気の抜けを生じやすい部分の排気流れ方向の幅であり、この排気流れ方向の幅Ｗ２より大きく、Ｖ字状の凹溝１７を形成した部分の担体保持マット１４の残りの排気流れ方向の幅Ｗ１を確保することで、Ｖ字状の凹溝１７を形成しても排気の抜けが助長されたり、保持力が低下することはない。
【００２９】
尚、図６（ａ）に示すように、展開状態で排気流れ方向上流側の端面の他、下流側の端面にも凹溝１７を設けておけば、巻付け時に上流、下流の方向を考える必要はなくなり、組み付け作業が容易となる。この場合も、Ｗ１＞Ｗ２とするが、Ｖ字状の凹溝１７を形成した部分の担体保持マット１４の残りの排気流れ方向の幅Ｗ１は、Ｗ１＝Ｗ−２×ｄとなる。
【００３０】
また、図６（ｂ）に示すように、上流側と下流側に凹溝１７を形成しても、上流側と下流側の凹溝１７の位置をずらしておけば、Ｗ１＝Ｗ−ｄとなる。
また、図６（ｃ）に示すように、嵌め合い部の凹凸１６ａ，１６ｂを形成した場合は、図中のＷ２が基準となる。
以上の構成によれば、製造段階で排気マニホールド２をパイプ溶接などで形成した場合の溶接スパッタ、鋳物の場合の残留鋳砂、加工の切り粉、更には内燃機関の運転過程において発生する金属酸化物等の異物が、振動や熱疲労で落ちて、触媒コンバータ３の触媒担体１３上に達しても、担体保持マット１４の端面上に落ちれば、その端面上を動くうちに、Ｖ字状の凹溝１７内に入って、トラップされ、また一旦凹溝１７内に入れば、Ｖ字状で先すぼまりであるため、飛び出すことはなく、確実にトラップされる。
【００３１】
よって、担体保持マット１４の保持力の低下や排気の抜け等を生じることなく、溶接スパッタ等の異物を確実にトラップして、触媒担体１３の破損を防止することができる。
尚、触媒コンバータが鉛直方向に対して斜め置きの場合は、担体保持マットの上流側の端面上で、鉛直方向最下点となる位置の近傍に、凹溝が配置されるようにすると、より確実にトラップできる。
【００３２】
また、担体保持マットの厚さが十分ある場合は、異物トラップ用の凹みとして、Ｖ字状の凹溝に代え、円錐状の先すぼまりの穴を設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態を示す触媒コンバータの断面図
【図２】  触媒担体に担体保持マットを巻付けた状態の斜視図
【図３】  担体保持マットの展開図
【図４】  凹溝の詳細図
【図５】  他の実施形態を示す斜視図
【図６】  他の実施形態を示す展開図
【符号の説明】
１  エンジンのシリンダヘッド
２  排気マニホールド
３  触媒コンバータ
４  排気管
１０  主ケース
１１，１２  ディフューザ
１３  触媒担体
１４  担体保持マット
１５  係止用ワッシャ部材
１６ａ，１６ｂ  嵌め合わせ部の凸部及び凹部
１７  Ｖ字状の凹溝
【図１】
0003867513.tif 000002
【図２】
0003867513.tif 000003
【図３】
0003867513.tif 000004
【図４】
0003867513.tif 000005
【図５】
0003867513.tif 000006
【図６】
0003867513.tif 000007