(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外筒に収納したレーシングトラック型メタル担体に遮熱板保持材を外嵌し、更に遮熱板を外筐とした触媒コンバータであって、
上記メタル担体は上面及び下面に平面部を有し側面に曲面部を有し、上記遮熱板保持材は横断面が馬蹄型であり且つ上記曲面部及び上記平面部の一部に外嵌され、
上記メタル担体の上流側及び下流側に上記遮熱板で形成されたディフューザ部が配設され、その上面側及び／又は下面側に導風口を備え、
横断面において、上記遮熱板保持材の平面部の幅Ｌ２が、上記メタル担体の平面部の端から全横幅Ｌ１の１／５以下までの長さであることを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項２】
上記導風口の面積が、上記メタル担体平面部の片面の面積の１／４０以上１／５以下であ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】
上記導風口は、上記メタル担体の軸方向中央部に設けられて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の触媒コンバータ。
【請求項４】
上記導風口が円形且つ全て同一面積であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に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、触媒コンバータに係り、特に、コンバータの遮熱板の保持構造に関し、例えば、自動車のエンジンなどから排出される排気ガスの浄化手段として好適に使用できる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用エンジンの排気流路等に配設される触媒コンバータとして、メタル担体を外筒（コンテナ）に収納し、これを筒状の遮熱板の一方から圧入して成るものが知られている。この場合、図１に示すように、周辺部品の熱害対策及び遮熱板を緩衝状態で保持するために、外筒と遮熱板の間隙全体に保持材（断熱材など）を充填する構造がとられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、レーシングトラック形状等の平面部（ストレート部）を有するメタル担体の全面に保持材を巻回する（担体と遮熱板の間に挟む込む）と、排気温度及び触媒反応熱による熱膨張によって、ストレート部が外側に膨張し、この膨らみにより内部のセル切れが発生するという問題点があった。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、熱膨張によるセルの亀裂を防止し、周辺部品への熱害が少ない触媒コンバータを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、メタル担体の曲面部と所定の平面部に遮熱板保持材を配設し、更にメタル担体の上流側及び下流側に導風口を備える遮熱板を配設することにより、上記課題が解決することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明の触媒コンバータは、外筒に収納したレーシングトラック型メタル担体に遮熱板保持材を外嵌し、更に遮熱板を外筐とした触媒コンバータであって、
上記メタル担体は上面及び下面に平面部を有し側面に曲面部を有し、上記遮熱板保持材は横断面が馬蹄型であり且つ上記曲面部及び上記平面部の一部に外嵌され、
上記メタル担体の上流側及び下流側に上記遮熱板で形成されたディフューザ部が配設され、その上面側及び／又は下面側に導風口を備え、
横断面において、上記遮熱板保持材の平面部の幅Ｌ２が、上記メタル担体の平面部の端から全横幅Ｌ１の１／５以下までの長さであることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の触媒コンバータについて詳細に説明する。
本触媒コンバータは、レーシングトラック型メタル担体を外筒に収容し、遮熱板保持材を外嵌し、更に遮熱板を外筐として成る。
ここで、上記の外筒付きレーシングトラック型メタル担体は、上面及び下面に平面部を有し側面に曲面部を有する。かかるメタル担体の構成材料としては、例えば、ステンレス鋼板などを挙げることができる。また、メタル担体には、特に限定はされないが、代表的にＰｄ／Ｒｈ、Ｐｔ／Ｐｄ／Ｒｈ及びＰｔ／Ｒｈなどの触媒を担持することができる。
【０００８】
また、本発明の触媒コンバータは、担体（外筒）の曲面部及び平面部（ストレート部）の一部に、横断面が馬蹄型（Ｕ字型）である上記遮熱板保持材を外嵌して成る。このように、担体平面部の大部分に上記遮熱板保持材を配設しない構造とすることにより、担体平面部の放熱が促進されて担体の温度が低下するので、熱膨張によるセルの亀裂が防止される。また、上記遮熱板保持材としては、断熱材や緩衝材などを用いることが望ましく、代表的にはアルミナ繊維、セラミック繊維、ガラス繊維を例示できる。更に、上記遮熱板保持材は、メタル担体や遮熱板の種類、大きさ、平面部と曲面部の比率などにより多少の差があるが、２．０〜６．０ｍｍ程度の厚さであることが望ましい。更にまた、この遮熱板保持材はマット状構造を有することが望ましい。
【０００９】
更に、上記遮熱板保持材は、その横断面において、上記遮熱板保持材の平面部の幅Ｌ２が、上記メタル担体（外筒）の平面部の端から全横幅Ｌ１の１／５以下までの長さとなるように外嵌される（図３）。これは、上述のように担体平面部の放熱により担体の温度を低下させるには、担体平面部に遮熱板保持材を配設しない構造とするのがよいが、曲面部のみに遮熱板保持材を配設すると遮熱板の保持力が大きく低下するためである。
【００１０】
また、上記遮熱板保持材及び上記メタル担体平面部には、遮熱板を巻回して外筐とする。この際、上記メタル担体の上流側及び／又は下流側には、導風口を備える遮熱板が形成される。例えば、図４（ｂ）に示すような導風口を設けることができる。これより、メタル担体の放熱効率が向上し、遮熱板保持材を配設しないメタル担体平面部の温度が低下し易くなるので、セルの膨張・亀裂を抑制できる。また、熱源となるメタル担体が効果的に冷却され、遮熱板の温度が低下するので周辺部品の熱害を防止できる。
なお、上記遮熱板としては、例えばＡｌ板、Ａｌめっき鋼板などを例示できる。
【００１１】
更に、上記導風口の面積は、上記メタル担体平面部の片面の面積の１／４０以上１／５以下であることがメタル担体の放熱効率の面から好適である。１／４０未満ではメタル担体から十分な放熱が行えず１／５超にしても更なる効果が少ない。
更にまた、上記導風口は、上記メタル担体の軸方向中央部に設けることがメタル担体の放熱効率の面から好適である。なお、「軸方向中央部」とは、メタル担体を流通する排ガスの流れ方向の延長線上であってメタル担体の横幅Ｌ０のほぼ中間を示す。また、導風口の縦方向（前後）の位置は特に限定されないが、メタル担体から１０〜４０ｍｍが望ましい。
また、上記導風口の形状及び大きさは特に限定されないが、円形且つ全て同一面積であることが生産性の面から好適である。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００１３】
（実施例１）
表１及び図２に示すように、板厚が３０μｍのＡｌ−Ｃｒ鋼板からなる平板及び波板を巻回してセルを形成し、これに板厚Ｔが２ｍｍである板を外筒として用い、長さＬ４が１５４ｍｍ、幅Ｌ０が１１６．４ｍｍ、厚さＬ３が７０ｍｍ、曲面部の半径Ｒが３５ｍｍ、及び上面及び下面の担体平面部（Ｌ１×Ｌ４）の幅Ｌ１が４６．４ｍｍであるレーシングトラック型の外筒付きメタル担体（担体−１）を形成した。次いで、このメタル担体に、公知の方法によりＰｄ／Ｒｈ金属触媒を担持させて触媒化した。その後、図３に示すように、このメタル担体の外側にアルミナ繊維からなる厚さｔ１が４ｍｍであるマット状の遮熱板保持材を、外筒付きメタル担体の曲面部及び遮熱板保持材平面部の幅Ｌ２が４．６４ｍｍとなるように外嵌した。
本実施例では、外筒付きメタル担体の平面部に外嵌される遮熱板保持材の幅（横断面における４箇所のＬ２）をメタル担体平面部（外筒平面部）の幅Ｌ１の１／１０とした。
また、図４に示すように、上流側及び下流側のディフューザ部の両面且つ担体の上下流軸方向中央部に、直径φが２ｃｍである導風口（本例ではメタル担体平面片側部分の面積（Ｌ１×Ｌ４）の１／２３）を合計４つ有する、厚さｔが１ｍｍのＡｌめっき鋼板からなる遮熱板で覆い、本例の触媒コンバータを得た。
【００１４】
得られた触媒コンバータをエンジンに取付け、触媒前方より１ｍ／ｓｅｃの風を導入して、触媒入口温度が９２０℃にて１０分間保持した後、エンジンを停止させて３０分間放置の繰り返しを３００サイクル行う耐久試験を実施した。
触媒担体に関して平面部の最大膨らみ量を耐久前後の差（耐久試験後Ｌ３−耐久試験前Ｌ３）より測定した結果、０．３ｍｍであった。
【００１５】
（実施例２）
Ｌ２を９．２８ｍｍ、即ち、メタル担体の平面部に外嵌される遮熱板保持材の横幅（図３に示す４箇所のＬ２）を担体平面部の幅Ｌ１の１／５とした以外は、実施例１と同様の工程を採用して、本例の触媒コンバータを得た。
また、実施例１と同様の耐久試験の結果、平面部の最大膨らみ量は０．４ｍｍであった。
【００１６】
（実施例３）
導風口の直径φを３ｃｍ、即ち、メタル担体平面片側部分の面積（Ｌ１×Ｌ４）の１／１０とした以外は、実施例２と同様の工程を採用して、本例の触媒コンバータを得た。
また、実施例１と同様の耐久試験の結果、平面部の最大膨らみ量は０．３ｍｍであった。
【００１７】
（実施例４）
導風口の直径φを５ｃｍ、即ち、メタル担体平面片側部分の面積（Ｌ１×Ｌ４）の１／３．６とした以外は、実施例２と同様の工程を採用して、本例の触媒コンバータを得た。
また、実施例１と同様の耐久試験の結果、平面部の最大膨らみ量は０．３ｍｍであった。
【００１８】
（比較例１）
メタル担体の外周全面に遮熱板保持材を巻回した以外は、実施例１と同様の工程を採用して、本例の触媒コンバータを得た。
なお、本例でのＬ２（図３に示す４箇所のＬ２）は２３．２ｍｍであり、メタル担体の平面部に外嵌される遮熱板保持材の横幅がメタル担体の１／２となる。
また、実施例１と同様の耐久試験の結果、平面部の最大膨らみ量は６．８ｍｍであった。
【００１９】
（比較例２）
Ｌ２を１５．５ｍｍ、即ち、メタル担体の平面部に外嵌される遮熱板保持材の横幅（図３に示す４箇所のＬ２）を担体平面部の幅Ｌ１の１／３とした以外は、実施例１と同様の工程を採用して、本例の触媒コンバータを得た。
また、実施例１と同様の耐久試験の結果、平面部の最大膨らみ量は２．３ｍｍであった。
【００２０】
（比較例３）
Ａｌめっき鋼板からなる遮熱板に導風口を全く設けない以外は、実施例２と同様の工程を採用して、本例の触媒コンバータを得た。
また、実施例１と同様の耐久試験の結果、平面部の最大膨らみ量は４．５ｍｍであった。
【００２１】
（比較例４）
導風口の直径φを１ｃｍ、即ち、メタル担体平面片側部分の面積（Ｌ１×Ｌ４）の１／８９．４とした以外は、実施例２と同様の工程を採用して、本例の触媒コンバータを得た。
また、実施例１と同様の耐久試験の結果、平面部の最大膨らみ量は３．１ｍｍであった。
【００２２】
（実施例５）
長さＬ４が１５７ｍｍ、幅Ｌ０が１７４ｍｍ、厚さＬ３が９８ｍｍ、曲面部の半径Ｒが４９ｍｍ、及び幅Ｌ１が７６ｍｍであるレーシングトラック型のメタル担体（担体−２）を用い、遮熱板保持材平面部の幅Ｌ２が７．６ｍｍである以外は、実施例１と同様の工程を採用して、本例の触媒コンバータを得た。
なお、本例では遮熱板保持材平面部の幅Ｌ２は上記担体平面部の幅Ｌ１の１／１０であり、導風口の直径φはメタル担体平面片側部分の面積（Ｌ１×Ｌ４）の１／３８．４である。
また、実施例１と同様の耐久試験の結果、平面部の最大膨らみ量は０．４ｍｍであった。
【００２３】
（実施例６）
Ｌ２を１５．２ｍｍ、即ち、メタル担体の平面部に外嵌される遮熱板保持材の横幅（図３に示す４箇所のＬ２）を担体平面部の幅Ｌ１の１／５とした以外は、実施例５と同様の工程を採用して、本例の触媒コンバータを得た。
また、実施例１と同様の耐久試験の結果、平面部の最大膨らみ量は０．６ｍｍであった。
【００２４】
（実施例７）
導風口の直径φを３ｃｍ、即ち、メタル担体平面片側部分の面積（Ｌ１×Ｌ４）の１／１６とした以外は、実施例６と同様の工程を採用して、本例の触媒コンバータを得た。
また、実施例１と同様の耐久試験の結果、平面部の最大膨らみ量は０．５ｍｍであった。
【００２５】
（実施例８）
導風口の直径φを５ｃｍ、即ち、メタル担体平面片側部分の面積（Ｌ１×Ｌ４）の１／６とした以外は、実施例６と同様の工程を採用して、本例の触媒コンバータを得た。
また、実施例１と同様の耐久試験の結果、平面部の最大膨らみ量は０．５ｍｍであった。
【００２６】
（比較例５）
メタル担体の外周全面に遮熱板保持材を巻回した以外は、実施例５と同様の工程を採用して、本例の触媒コンバータを得た。
なお、本例でのＬ２（図３に示す４箇所のＬ２）は３８ｍｍであり、メタル担体の平面部に外嵌される遮熱板保持材の横幅がメタル担体の１／２となる。
また、実施例１と同様の耐久試験の結果、平面部の最大膨らみ量は７．６ｍｍであった。
【００２７】
（比較例６）
Ｌ２を２５．３ｍｍ、即ち、メタル担体の平面部に外嵌される遮熱板保持材の横幅（図３に示す４箇所のＬ２）を担体平面部の幅Ｌ１の１／３とした以外は、実施例６と同様の工程を採用して、本例の触媒コンバータを得た。
また、実施例１と同様の耐久試験の結果、平面部の最大膨らみ量は４．１ｍｍであった。
【００２８】
（比較例７）
Ａｌめっき鋼板からなる遮熱板に導風口を全く設けない以外は、実施例６と同様の工程を採用して、本例の触媒コンバータを得た。
また、実施例１と同様の耐久試験の結果、平面部の最大膨らみ量は５．３ｍｍであった。
【００２９】
（比較例８）
導風口の直径φを１ｃｍ、即ち、メタル担体平面片側部分の面積（Ｌ１×Ｌ４）の１／１４９．２とした以外は、実施例６と同様の工程を採用して、本例の触媒コンバータを得た。
また、実施例１と同様の耐久試験の結果、平面部の最大膨らみ量は４．７ｍｍであった。
【００３０】
各実施例及び比較例で用いた担体を表に示し、得られた触媒コンバータの仕様及び最大膨らみ量の測定結果を表２に示す。
【００３１】
【表１】
0004250903.tif 000002
【００３２】
【表２】
0004250903.tif 000003
【００３３】
表２より、実施例１〜８で得られた触媒コンバータは、メタル担体の平面部の膨張量が少ないことがわかる。一方、Ｌ２／Ｌ１が１／５以下でないとき（比較例１、２、５及び６）は、メタル担体の平面部の膨張量が増大することがわかる。また、導風口を設けないとき（比較例３及び７）は、膨張量が大きいことがわかる。更に、導風口面積に対するメタル担体平面部面積の倍率が４０以上であるとき（比較例４及び８）は、膨張量が大きいことがわかる。
【００３４】
以上、本発明を好適実施例により詳細に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形が可能である。
例えば、触媒コンバータが所望の強度を有する範囲内で導風口を複数設けることができる。また、本触媒コンバータは複数個連結して使用できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、メタル担体の曲面部と所定の平面部に遮熱板保持材を配設し、更にメタル担体の上流側及び下流側に導風口を備える遮熱板を配設することとしたため、熱膨張によるセルの亀裂を防止し、周辺部品への熱害が少ない触媒コンバータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の触媒コンバータの一例を示す概略図である。
【図２】メタル担体の一例を示す概略図である。
【図３】触媒コンバータの一例を示す斜視図である。
【図４】触媒コンバータの一例を示す断面図及び上面図である。
【図５】Ｌ２の長さと耐久後のＬ３の膨らみ量との関係を示すグラフである。
【図６】導風口面積の割合と耐久後のＬ３の膨らみ量との関係を示すグラフである。
【図１】
0004250903.tif 000004
【図２】
0004250903.tif 000005
【図３】
0004250903.tif 000006
【図４】
0004250903.tif 000007
【図５】
0004250903.tif 000008
【図６】
0004250903.tif 000009