(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒担体を保持したケースと、一端に元太部が形成されると共に他端に先細部が形成されたインナーコーンと、一端に元太部が形成されると共に他端に先細部が形成されたアウターコーンと、フランジとを有し、前記インナーコーンの先細部とアウターコーンの先細部を互いに嵌合させて固定してフランジに取り付け、且つインナーコーンの元太部とアウターコーンの元太部とを予め設定された拡がり角度を持ったテーパ状に形成すると共に両テーパ部を締まり嵌め公差を持って嵌合させ、更に、アウターコーンの元太部にケースの端部を固定したことを特徴とする排気コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二重コーン構造の排気コンバータに於けるコーン部の熱膨張差を吸収することが出来、且つ熱膨張に伴う放射音を抑制し得るようにした排気コンバータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
排気コンバータは、エンジンの排気ガスに含まれている炭化水素や一酸化炭素等の有害ガスを水蒸気や炭酸ガスのように安定した化合物に転化して大気中に放出する機能を有するものである。この排気コンバータには高温の排気ガスが供給されて通過するため、熱により種々の影響を受けている。
【０００３】
このような排気コンバータとして、例えば実開平2-124215号に開示された技術（触媒コンバータ）がある。この技術について図２により説明する。図に於いて、排気ガスを浄化する貴金属を含有する触媒を保持した金属製の担体51は、筒状のケーシング52によって外周が支持されている。即ち、ケーシング52には周方向に複数のビード53が形成されており、このビード53によって担体51を支持すると共に栓溶接54によって互いに固定されている。
【０００４】
ケーシング52の両端部はフランジ55のボス55ａに圧入しており、更に、ケーシング52の外周部にアウターケーシング56が嵌合され、該アウターケーシング56の端部がフランジ55に固定されている。従って、ケーシング52とアウターケーシング56との間には空隙57が形成されており、ケーシング52に作用する熱が直接アウターケーシング56に伝達させることがなく、且つケーシング52が過度に冷却することを防止している。
【０００５】
上記の如く構成された触媒コンバータでは、排気ガスの大気による冷却を抑制して効率良く、排気ガスの浄化を行うことが出来る。また、排気ガスの熱によりケーシング52が熱膨張したとき、両端がフランジ55のボス55ａに沿って摺動することで、この熱膨張を逃がすことが出来る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記技術では、ケーシングの端部にフランジのボスを圧入させることで、両者の一体化をはかると共にケーシングに発生する熱膨張をボスに沿って摺動させて逃がすように構成している。
【０００７】
しかしケーシングの熱膨張をフランジのボスに沿った摺動という軸方向の移動によって吸収するため、ケーシングの摺動に伴って担体が軸方向に移動して一定の位置を維持し得なくなり、エミッション性能が安定しないという問題がある。
【０００８】
またケーシングは高温の排気ガスに曝されるため、他の部材に比較して熱膨張の度合いが大きい。このため、ケーシングの端部に対するフランジのボス部の圧入のための締め代が小さくなり、排気ガスの脈動や他の振動に起因してガタが生じ、放射音が発生するという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、排気ガスの影響を受けて熱膨張した場合であっても、この熱膨張を合理的に吸収することが出来、且つ熱膨張に起因する放射音の発生を防止し得るようにした排気コンバータ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排気コンバータは、触媒担体を保持したケースと、一端に元太部が形成されると共に他端に先細部が形成されたインナーコーンと、一端に元太部が形成されると共に他端に先細部が形成されたアウターコーンと、フランジとを有し、前記インナーコーンの先細部とアウターコーンの先細部を互いに嵌合させて固定してフランジに取り付け、且つインナーコーンの元太部とアウターコーンの元太部とを予め設定された拡がり角度を持ったテーパ状に形成すると共に両テーパ部を締まり嵌め公差を持って嵌合させ、更に、アウターコーンの元太部にケースの端部を固定したものである。
【００１１】
上記排気コンバータでは、インナーコーンとアウターコーンとが互いに先細部で嵌合して固定されると共にフランジに取り付けられており、また両者の元太部に予め設定された拡がり角度を持ったテーパ部が形成され、且つ両者が締まり嵌め公差を持って嵌合し、更に、アウターコーンの元太部に触媒担体を保持したケースの端部が固定されている。
【００１２】
従って、インナーコーンは先細部がアウターコーンの先細部に固定されるものの、元太部は、該元太部に形成されたテーパ部がアウターコーンの元太部に形成されたテーパ部に締まり嵌めされて拘束されるのみであり、テーパ角度に沿った方向への熱伸びが発生したとき、自由状態で伸びを許容することが出来る。
【００１３】
そしてアウターコーンよりもインナーコーンの方が熱影響を受け易いため、インナーコーンに発生する径方向の熱膨張はアウターコーンに拘束され、両者の元太部のテーパ部に於ける締まり嵌めの状態が維持され、ガタが発生することがない。従って、熱膨張に起因する放射音が発生することがない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、上記排気コンバータの好ましい実施形態について図を用いて説明する。図１は排気コンバータの構成を説明する部分断面図である。
【００１５】
図に於いて、排気コンバータＡは、ハニカム構造を持ったセラミック製の触媒担体１を有しており、該触媒担体１の外周に支持マット２が巻き付けられ、該支持マット２の外周に金属板をロール状に巻き付けて形成されたケース３を有している。
【００１６】
触媒担体１はハニカム構造を持ったセラミックからなり、該セラミックに予めエンジンからの排気ガスを浄化する貴金属を含む触媒が保持されており、接触した排気ガスに含まれる炭化水素や一酸化炭素等の極めて不安定で人体に対して有害なガスを水（水蒸気）や二酸化炭素等の安定した物質に変化させて排出する機能を有する。
【００１７】
支持マット２は触媒担体１とケース３の間に配置され、排気ガスの有する熱によってケース３が膨張したとき、この膨張に追従して触媒担体１を安定した状態で支持する機能を有するものである。この支持マット２は、予め設定された厚さや幅，長さ等、及び弾性や熱膨張率，断熱性等の諸条件を持って形成されており、触媒担体１の外周面に接触して巻き付けられる。
【００１８】
ケース３は触媒担体１及び支持マット２の気密を保持して支持する機能を有するものであり、エンジンから排出されて触媒担体１に供給された排気ガスが漏洩することを防止し得るように構成されている。
【００１９】
このケース３は、例えばステンレス鋼板等の耐熱性を有し且つ所定の強度と良好な加工性を有する金属板をロール状に成形すると共に支持マット２の外周に巻き付けて締め付けることで該支持マット２を圧縮し、ロール状の金属板の径が所定の値になったとき、重ね部を溶接して拘束することで、支持マット２から触媒担体１に力を作用させて該触媒担体１を支持するものである。
【００２０】
ケース３の端部には二重コーンＢが溶接等の手段によって気密性を維持した状態で固定されている。
【００２１】
二重コーンＢは、ケース３の端部に固定されるアウターコーン４と、アウターコーン４の内側に配置されて該アウターコーン４との間に空隙６を形成するインナーコーン５と、アウターコーン４に固定されて図示しない配管が接続されるフランジ７とによって構成されている。
【００２２】
アウターコーン４は概略テーパ状に形成されており、一端が元太部４ａとして形成されると共に他端が先細部４ｂとして形成されている。また元太部４ａにはケース３の端部と突き合わせされるフランジ部４ｃが形成され、先細部４ｂはフランジ７の取付孔７ａと嵌合し得るように筒状に形成されている。更に、元太部４ａには予め設定された拡がり角度（軸心８に対する角度θ）と内径寸法とを持ったテーパ部４ｄが形成されている。
【００２３】
インナーコーン５はアウターコーン４の内側に配置されて該アウターコーン４との間に空隙６を形成すると共に排気ガスの熱を遮蔽してアウターコーン４に対する熱影響を防ぐ機能を有するものである。このため、インナーコーン５は概略テーパ状に形成されており、一端が元太部５ａとして形成されると共に他端が先細部５ｂとして形成されている。また先細部５ｂはアウターコーン４の先細部４ｂの内径よりも僅かに小さい外径を持った筒状に形成されている。更に、元太部５ａには予め設定された拡がり角度（軸心８に対する角度θ）と外径寸法とを持ったテーパ部５ｄが形成されている。テーパ部５ｄの外径寸法はアウターコーン４のテーパ部４ｄの内径寸法に対し締まり嵌めの公差を有している。
【００２４】
フランジ７は排気コンバータＡを外部配管に接続する機能を有するものであり、取付孔７ａにアウターコーン４の筒状に形成された先細部４ｂを嵌合すると共に該先細部４ｂの外周との間を気密性を保持し得るように例えば溶接等の手段によって固定されて接続されている。
【００２５】
アウターコーン４とインナーコーン５は、夫々筒状に形成されたの先細部４ｂ，５ｂが嵌合し、この状態で溶接等の手段（ビード９）により固定されている。アウターコーン４とインナーコーン５との固定部位はビード９のみであり、元太部４ａ，５ａ側は溶接等の手段による固定はされず、アウターコーン４のテーパ部４ｄに対しインナーコーン５のテーパ部５ｄが締まり嵌めの公差を持って圧入することで保持されている。
【００２６】
アウターコーン４のテーパ部４ｄ及びインナーコーン５のテーパ部５ｄは予め設定された拡がり角度（軸心８に対する角度θ）を持って形成されており、且つ締まり嵌めの公差を持って形成されている。このため、アウターコーン４の先細部４ｂにインナーコーン５の先細部５ｂを嵌合し、両先細部４ｂ，５ｂの端部を一致させて溶接したとき、テーパ部４ｄはテーパ部５ｄに圧入されてテーパ部４ｄ，５ｄの面に対し締め代に対応した垂直方向の力を発生する。
【００２７】
上記の如く構成された二重コーンＢでは、排気ガスが通過する際に、該排気ガスが有する熱は主としてインナーコーン５に伝達される。このとき、インナーコーン５とアウターコーン４は両者の間に空隙６が構成されるため、該空隙６に対向する面では、熱は輻射により伝達されるため、大きな熱が伝達されることはない。また先細部５ｂ，先細部５ｂ及びテーパ部５ｄ，４ｄの直接接触する部位では伝導によりインナーコーン５からアウターコーン４に直接伝達される。
【００２８】
従って、インナーコーン５は排気ガスから直接多くの熱が伝達されて高温となり、アウターコーン４はインナーコーン５が熱に対する遮蔽材としての機能を有し、且つ該アウターコーン４が外気によって冷却されるため、インナーコーン５と比較すると低温となる。即ち、アウターコーン４とインナーコーン５とでは、到達する温度が異なり、熱膨張による変形量もインナーコーン５の方がアウターコーン４よりも大きくなる。
【００２９】
ここで、ある温度に於けるインナーコーン５の軸方向への膨張量をL1、径方向への膨張量をD1とし、同一温度に於けるアウターコーン４の軸方向への膨張量をL2、径方向への膨張量をD2とし、更に、インナーコーン５とアウターコーン４との摩擦係数をμとしたときのテーパ部４ｄ，５ｄに於ける両者の関係について考察する。
【００３０】
インナーコーン５，アウターコーン４の上記軸方向及び径方向の膨張量はテーパ部ではテーパ角度θに応じて、軸方向にはL1 sinθ、L2 sinθとなり、径方向にはD1 cosθ、D2 cosθとなる。従って、インナーコーン５とアウターコーン４の夫々の軸方向への膨張量の差と、径方向への膨張量の差が等しければ、テーパ部４ｄ，５ｄに於ける嵌合関係は実質的に変化せず、締まり嵌めの状態を維持することが可能である。
【００３１】
このとき、インナーコーン５のアウターコーン４に対する伸び量の差は、アウターコーン４のテーパ部４ｄに沿ってインナーコーン５のテーパ部５ｄが滑るように伸びることで吸収することが可能となる。
【００３２】
また前述したように、アウターコーン４よりもインナーコーン５の方が高温となり膨張量よりも大きくなる。従って、テーパ部４ｄ，５ｄの圧入により作用する力を０以上の力ｆとしたとき、テーパ部４ｄ，５ｄに於ける滑りに対する抵抗はｆ×μとなる。このため、摩擦係数μを１以下の数値に設定して０＜ｆ・μ＜ｆを満足させるようにすることで、締まり嵌めしたテーパ部５ｄをテーパ部４ｄに沿って滑らせることが可能である。
【００３３】
即ち、L1・ sinθ−L2・ sinθ＝D1・ cosθ−D2・ cosθ
を満足させる角度θを設定することで、テーパ部４ｄ，５ｄに於ける嵌合関係を維持すると共に、
０＜ｆ・μ＜ｆ
を満足させることで、インナーコーン５の熱による伸びがアウターコーン４の伸びよりも大きくとも、この差をテーパ部４ｄ，５ｄに於ける両者の嵌合状態を維持して吸収することが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係る排気コンバータは、アウターコーンとインナーコーンとがフランジに対応した先細部で互いに固定され、元太部では予め設定された角度をもって且つ締まり嵌めの公差を持って嵌合するため、排気ガスの熱は主としてインナーコーンに伝達される。またインナーコーンが熱の遮蔽材として機能すると共に両者の間に空隙が形成されるため、アウターコーンに大きな熱影響を与えることがない。また触媒担体はケースを介してアウターコーンに固定されるため、高温の排気ガスが流通した場合であっても触媒担体のフランジに対する位置が変化することがなく安定したエミッション性能を発揮することが出来る。
【００３５】
またアウターコーンとインナーコーンとがテーパ部の圧入により固定されるため、熱による伸びが生じた場合であっても、両者の嵌合関係を略同様の状態に維持することが出来る。即ち、インナーコーンの熱による伸びはテーパ部に沿って吸収される。このため、両者の間に隙間が形成されることがなく、ビビリによる放射音が発生することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】排気コンバータの構成を説明する部分断面図である。
【図２】従来の技術を説明する図である。
【符号の説明】
Ａ                      排気コンバータ
Ｂ                      二重コーン
１                      触媒担体
２                      支持マット
３                      ケース
４                      アウターコーン
４ａ，５ａ              元太部
４ｂ，５ｂ              先細部
４ｃ                    フランジ部
４ｄ，５ｄ              テーパ部
５                      インナーコーン
６                      空隙部
７                      フランジ
７ａ                    取付孔
８                      軸心
９                      ビード
【図１】
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【図２】
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