JP2019085955A - 触媒コンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】排気タービン過給機のバイパス流路の延長上に触媒端面が設けられてその触媒端面にバイパス流路から流出した排気ガスが触媒端面に入射する入射角を鋭角とした場合において、排気ガスの熱を触媒に対して効率よく伝えることができる触媒コンバータを提供すること。【解決手段】上流コーン部１３の拡張流路部１３２と触媒端面１１１との間には、排気ガス受部２１が設けられている。排気ガス受部２１は、触媒収納ケース１２の周方向全域にわたって設けられている。排気ガス受部２１は、触媒収納ケース１２の上流開口端部１２１から拡張流路部１３２の流路内側へ、拡張流路部１３２から離間するとともに触媒端面１１１との間に空間部２１１が形成されるように延びている。触媒端面１１１に当たって跳ね返った排気ガスのガス流は、排気ガス受部２１に当たって受け止められる。【選択図】 図２

Description

本発明は、触媒コンバータに関する。

車両等の内燃機関（エンジン）において、その排気系には触媒コンバータが設けられる。触媒コンバータは、円柱状をなす触媒と、触媒を収納する触媒収納ケースと、排気ガスを前記触媒へ導く上流コーン部とを備えており、触媒の中心軸線方向に排気ガスを通過させることによって排気ガスが浄化される。排気系に排気タービン過給機（ターボチャージャ）が設けられる場合には、その下流側に触媒コンバータが設けられる。

排気タービン過給機は、エンジン始動直後のファーストアイドル時において冷えた状態にある。そのような排気タービン過給機を排気ガスが通過すると、タービンインペラや内部の流路等によって熱が奪われる。この場合、触媒コンバータへ供給される排気ガスは、触媒を活性化させるのに十分とはいえない温度となっているおそれがある。

そこで、排気タービン過給機のタービンハウジングに、タービンを避けて流通するバイパス流路を設けた構成が提案されている。エンジン始動直後の段階では、バイパス流路に排気ガスを流すと、温度低下が抑制された状態の排気ガスが触媒コンバータに供給されることにより、触媒が活性化温度に至る時間が早められ、排気ガスの浄化能力を向上させることができる。この場合に、触媒端面に対する排気ガスの入射角を垂直とすると、触媒の排気ガス通路が中心軸線方向に沿って形成されているために排気ガスが触媒の下流側へ抜けやすくなってしまい、触媒に熱が伝わりにくくなるというおそれがある。それを避けるため、排気ガスの入射角は鋭角となるように設定される（例えば特許文献１参照）。

特開２０１７−８２７６２号公報

上記特許文献１のように、排気ガスの入射角を鋭角とした場合、排気ガスは触媒端面に当たって跳ね返り、それによるガス流が生じる。その跳ね返った排気ガスは上流コーン部の内面に当たるため、外気に接する当該上流コーン部を通じて排気ガスの熱が外に放出されてしまうこととなる。その放熱によって、排気ガスの熱が奪われてしまい、その熱を効率よく触媒に対して伝えることができない。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、排気タービン過給機のバイパス流路の延長上に触媒端面が設けられてその触媒端面にバイパス流路から流出した排気ガスが触媒端面に入射する入射角を鋭角とした場合において、排気ガスの熱を触媒に対して効率よく伝えることができる触媒コンバータを提供することを主たる目的とする。

上記課題を解決するため、第１の発明の触媒コンバータでは、
触媒を収納する触媒収納ケースと、
触媒端面よりも狭く形成され、排気ガスを前記触媒へ導く上流流路部と、前記上流流路部の下流側に設けられ、前記上流流路部が拡張されて前記触媒収納ケースの上流開口端部に接続される拡張流路部とを有する上流コーン部と、
を備え、
バイパス流路と、前記バイパス流路の流路出口の延長上に設けられた排気出口とを有する排気タービン過給機が前記上流コーン部の取付け対象とされ、
前記上流コーン部は、前記流路出口の延長上に前記触媒端面が配置されて、前記流路出口から流出した排気ガスの前記触媒端面への入射角が鋭角をなすように形成された触媒コンバータであって、
前記拡張流路部と前記触媒端面との間において、少なくとも、排気ガスの入射方向を傾斜させた側とは反対側となる入射反対部位に設けられ、前記触媒端面に当たって跳ね返った排気ガスのガス流を受け止める排気ガス受部を備えており、
前記排気ガス受部は、前記触媒収納ケースの前記上流開口端部から前記拡張流路部の流路内側へ、前記拡張流路部から離間するとともに前記触媒端面との間に空間部が形成されるように延びていることを特徴とする。

触媒コンバータの触媒端面には、排気タービン過給機のバイパス流路から流出した排気ガスが、入射角を鋭角にした状態で当たる。この場合に、第１の発明によれば、排気ガスが触媒端面に当たって跳ね返ったガス流は、排気ガス受部によって当たって受け止められ、上流コーン部の拡張流路部に当たることが抑制される。そのため、外気に接する上流コーン部の拡張流通部を通じて排気ガスの熱が外に放出されてしまうことが抑制され、その熱を効率よく触媒に伝えることができる。

第２の発明では、第１の発明の触媒コンバータにおいて、
前記排気ガス受部の内縁部は、前記触媒端面の側に向けられていることを特徴とする。

第２の発明によれば、排気ガス受部に当たった排気ガスの跳ね返り流は、排気ガス受部により触媒端面の側へ誘導される。そのため、排気ガス受部に当たった排気ガスの跳ね返り流を、排気ガスの主流へ円滑に復帰させることができる。

第３の発明では、第１の発明又は第２の発明の触媒コンバータにおいて、
前記排気ガス受部は、前記触媒収納ケースの前記上流開口端部の周方向に沿って設けられ、
前記排気ガス受部の内縁部は、前記入射反対部位から周方向に沿って前記傾斜側へ向かうにつれて前記触媒端面からの高さが低くなるように設定されていることを特徴とする。

排気ガスの跳ね返り流は、入射反対部位では比較的大きな流れとなり、そこから傾斜側へ向かうにつれて小さな流れとなる。大きな流れを受け止める必要があるほど、排気ガス受部の高さを高くして、より大きな空間部を形成する必要がある。その点、第３の発明によれば、入射反対部位における高さが最も高くなるように設定されているため、跳ね返り流をより確実に受け止めることができる。また、入射方向の傾斜側へ向かうにしたがって高さが低くなるように設定されているため、排気ガス受部が上流コーン部の拡張流通部と触媒端面との間に設けられても、拡張流通部の設計自由度が排気ガス受部の存在によって影響を受けるおそれを低減できる。

第４の発明では、第１の発明乃至第３の発明のうちいずれか１つの触媒コンバータにおいて、
前記触媒端面の垂直方向から見た平面視における前記排気ガス受部の幅は、前記触媒収納ケースの前記上流開口端部の周方向に沿って徐々に小さくなるように形成されていることを特徴とする。

第４の発明によれば、入射反対部位における幅が最も長くなるように設定されているため、跳ね返り流をより確実に受け止めることができる。また、入射方向の傾斜側へ向かうにしたがって高さが低くなるように設定されているため、排気ガス受部が上流コーン部の拡張流通部と触媒端面との間に設けられても、拡張流通部の設計自由度が排気ガス受部の存在によって影響を受けるおそれを低減できる。

第５の発明では、第１の発明乃至第４の発明のうちいずれか一つの触媒コンバータにおいて、
前記排気ガス受部は、前記触媒収納ケースの周方向全域にわたって設けられていることを特徴とする。

第５の発明によれば、排気ガスの跳ね返り流が周方向の全域で排気ガス受部によって受け止められるため、跳ね返り流が上流コーン部の拡張流路部に当たることをさらに抑制し、排気ガスの熱をより効率よく触媒に伝えることができる。

第６の発明では、第５の発明の触媒コンバータにおいて、
前記排気ガス受部の内縁部によって形成される開口部は、前記バイパス流路の前記流路出口から流出して前記触媒端面に当たる排気ガスの主流を流入させる大きさを有していることを特徴とする。

第６の発明によれば、排気ガス受部が周方向全域にわたって設けられた場合でも、触媒端面に向けられた排気ガスの主流の流れが排気ガス受部の存在によって悪化するおそれを低減できる。

第７の発明では、第１の発明乃至第６の発明のうちいずれか１つの触媒コンバータにおいて、
前記排気ガス受部には、当該排気ガス受部の内外を連通するスリットが設けられ、
前記スリットは、
前記排気ガス受部の外側に設けられた外側スリット部と、
前記排気ガス受部の内側に、前記外側スリット部と位置をずらして設けられた内側スリット部と、
前記外側スリット部と前記内側スリット部とを連通し、前記外側スリット部から流入した排気ガスが前記内側スリット部に向けて流通するスリット流通部と、
を備えていることを特徴とする。

第７の発明によれば、上流側から排気ガス受部に至った排気ガスは、スリットを通じて排気ガス受部を通過し、排気ガス受部の下流側へ流通する。そのため、排気ガス受部の存在によって排気ガスの流れが悪化するおそれを低減できる。また、上側スリット部と内側スリット部との位置がずれているため、スリットが設けられていても、排気ガス受部は破棄ガスの跳ね返り流を受け止めることができる。

触媒コンバータを示す断面図。 排気ガス受部を拡大した拡大断面図。 排気ガス受部の平面図。 排気ガスの流れを説明するための拡大断面図。 従前の排気ガスの流れを説明するための拡大断面図。 スリットが設けられた排気ガス受部の別例を示す平面図。 図６におけるＢ−Ｂ断面図。 排気ガス受部の別例を示す平面図。 排気ガス受部の別例を示す平面図。

以下、本発明を具体化した一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、自動車用の触媒コンバータであって、その上流側の取付対象が、バイパス流路を備えた排気タービン過給機（ターボチャージャ）である場合に具体化されたものである。

はじめに、図１及び図２を参照して触媒コンバータ１０の基本構成について説明する。図１に示すように、触媒コンバータ１０は、触媒１１と、触媒収納ケース１２と、上流コーン部１３と、下流コーン部１４とを有している。

触媒１１は、円柱状をなすように形成されたセラミック製又は金属製の触媒担体に、白金やパラジウム等の触媒成分を担持させたものである。触媒担体は、その中心軸線方向に排気ガスが流通する多数の排気ガス通路がハニカム状に配置したハニカム構造を有している。

触媒収納ケース１２は、その内部に触媒１１を収納するものである。触媒収納ケース１２は、高耐熱性を有するステンレス鋼等の金属を素材とする板金製であり、円筒状をなすように継ぎ目なく一体に形成されている。触媒収納ケース１２は中心軸線方向の両端部に、それぞれ上流開口端部１２１及び下流開口端部１２２を有している。ケース内部において、触媒１１と触媒収納ケース１２の内面との間にはシール部材１２３が設けられ、そのシール部材１２３によって触媒１１の周方向全域が触媒収納ケース１２の内部に保持されている。シール部材１２３は、アルミナ繊維等の耐熱性繊維によって円筒状に成形されたものである。

上流コーン部１３は、触媒収納ケース１２の上流側に設けられている。上流コーン部１３は、高耐熱性を有するステンレス鋼等の金属を素材とする板金製であり、筒状をなすように継目なく一体に成形されている。上流コーン部１３は、上流流路部１３１と、拡張流路部１３２とを有している。

上流流路部１３１は、排気タービン過給機Ｔから流出した排気ガスが流入し、これを触媒１１へ導く流路である。上流流路部１３１が有する流路の流路断面は円形状をなすように成形され、触媒１１の横断面よりも相対的に小さく形成されている。上流流路部１３１の上流端部には、排気入口１３３が設けられている。排気入口１３３は、エンジンや排気タービン過給機Ｔ等とともにエンジンルーム内に触媒コンバータ１０を効率的に配置させるべく、触媒１１の触媒端面１１１に対して傾斜して設けられている。排気入口１３３には、排気タービン過給機Ｔの排気出口Ｔｅと連結するために用いられる入口フランジ１３４が設けられている。

拡張流路部１３２は、上流流路部１３１の下流側に設けられ、上流流路部１３１を流通した排気ガスが触媒１１に至る前に流通する流路である。拡張流路部１３２は、上流流路部１３１の側から下流側にかけて、流路断面が上流流路部１３１の流路断面よりも拡張されている。拡張流路部１３２の下流接続端部１３５は円形状をなすように形成され、触媒収納ケース１２の上流開口端部１２１よりも大きな径を有している。この下流接続端部１３５は、図２にも示すように、触媒収納ケース１２の上流開口端部１２１の外側に、当該上流開口端部１２１の外周面と当接した状態で被せられている。上流コーン部１３は拡張流路部１３２の下流接続端部１３５において触媒収納ケース１２の上流開口端部１２１に溶接されており、この溶接によって上流コーン部１３と触媒収納ケース１２とが接合されて一体化されている。

上流コーン部１３の上流流路部１３１及び拡張流路部１３２は、排気タービン過給機Ｔにおけるバイパス流路Ｒの流路出口Ｒｅの延長上に、触媒１１が有する触媒端面１１１が配置されるように形成されている。加えて、これら上流流路部１３１及び拡張流路部１３２は、バイパス流路Ｒの流路出口Ｒｅから流出した排気ガス（図１に矢印で示す。）の触媒端面１１１への入射角θは、鋭角をなすように形成されている。

下流コーン部１４は、触媒収納ケース１２の下流側に設けられている。下流コーン部１４は、高耐熱性を有するステンレス鋼等の金属を素材とする板金製であり、筒状をなすように継目なく一体に成形されている。下流コーン部１４は、下流流路部１４１を有している。

下流流路部１４１は、触媒１１を通過して流出する排気ガスが流入し、これをさらに下流側へ導く流路である。下流流路部１４１の上流接続端部１４２は円形状をなすように形成され、触媒収納ケース１２の下流開口端部１２２よりも大きな径を有している。この上流接続端部１４２は、触媒収納ケース１２の下流開口端部１２２の外側に、当該下流開口端部１２２の外周面と当接した状態で被せられている。下流コーン部１４はその上流接続端部１４２において触媒収納ケース１２の下流開口端部１２２に溶接されており、この溶接によって下流コーン部１４と触媒収納ケース１２とが接合されて一体化されている。

以上の構成を有することにより、排気入口１３３から触媒コンバータ１０に流入した排気ガスは、上流流路部１３１及び拡張流路部１３２を流通した後、触媒端面１１１から触媒１１の排気ガス通路に流入する。触媒１１の排気ガス通路を通過して浄化された排気ガスは、触媒１１の下流側から流出し、下流流路部１４１を流通した後、触媒コンバータ１０の下流側に流れる。

また、エンジン始動直後においては、排気タービン過給機Ｔにおけるバイパス流路Ｒの流路出口Ｒｅから流出した排気ガスが触媒コンバータ１０に流入する。その場合に、触媒端面１１１が流路出口Ｒｅの延長上に設けられているため、流入した排気ガスは、矢印で示すように触媒端面１１１に向かって直線的に流れ、かつ触媒端面１１１に対する排気ガスの入射角θが鋭角となっている。

以上の基本的構成に加えて、本実施形態の触媒コンバータ１０は、エンジン始動直後に、鋭角をなす入射角θで排気ガスが触媒端面１１１に当たって跳ね返って生じた排気ガス流を受ける排気ガス受部２１が設けられている。この排気ガス受部２１について、図２及び図３を参照して更に詳しく説明する。なお、図２における排気ガス受部２１の断面は、図３におけるＡ−Ａ線断面を示したものである。

排気ガス受部２１は、高耐熱性を有するステンレス鋼等の金属を素材とする板金製であり、後述する形状をなすように成形されている。図２に示すように、排気ガス受部２１は、上流コーン部１３の拡張流路部１３２と触媒端面１１１との間に設けられている。

排気ガス受部２１は、当該排気ガス受部２１を触媒収納ケース１２に取り付けるための取付筒部２２を有している。取付筒部２２は円筒状をなすように形成され、触媒収納ケース１２の上流開口端部１２１が有する径よりも大きく、上流コーン部１３の拡張流路部１３２の下流接続端部１３５が有する径よりも小さく形成されている。取付筒部２２は、触媒収納ケース１２の上流開口端部１２１と拡張流路部１３２の下流接続端部１３５との間に、両者と当接しつつ挟まれた状態で設けられている。上流コーン部１３が拡張流路部１３２の下流接続端部１３５において触媒収納ケース１２に溶接される場合に、取付筒部２２も併せて溶接されている。この溶接によって、上流コーン部１３と、取付筒部２２と、触媒収納ケース１２とが接合され、排気ガス受部２１が取り付けられている。

排気ガス受部２１は、取付筒部２２の上流側端部の周方向全域から、拡張流路部１３２の流路内側へ向かって延びている。流路内側へは、拡張流路部１３２から離間しつつ上流側に向かって斜めに延びるとともに、触媒端面１１１との間には空間部２１１が形成されるように延びている。そのため、排気ガス受部２１は触媒収納ケース１２の周方向全域にわたって設けられ、排気ガス受部２１によって触媒端面１１１との間に形成された空間部２１１も、周方向の全域にわたって設けられている。図２及び図３に示すように、排気ガス受部２１が流路内側へ延びた先の内縁部２１２は、その略全域にわたって触媒端面１１１の側に向くように形成されている。

図３に示すように、触媒端面１１１の垂直方向から見た平面視において、延びた先の内縁部２１２により円形状をなす開口部２１３が形成されている。開口部２１３の位置と大きさは、図２に示すように、排気タービン過給機Ｔにおけるバイパス流路Ｒの流路出口Ｒｅから流出して触媒端面１１１に当たる排気ガスの主流Ｇａを流入させるのに十分な大きさを有するように設定されている。例えば、開口部２１３の大きさとしては、上流コーン部１３の上流流路部１３１において、流路断面が最も小さい部位における流路断面よりも大きく形成されていることが好ましい。

前記平面視において、排気ガス受部２１がその外縁部２１４から径方向に沿った内縁部２１２まで延びる幅Ｌは、排気ガスの触媒端面１１１への入射方向を傾斜させた側の部位（以下、傾斜側部位２１５という。）とは反対側となる部位（以下、入射反対部位２１６という。）において、最も長く設定されている。すなわち、幅Ｌは、入射反対部位２１６から、周方向に沿って徐々に小さくなるように形成されている。そのため、開口部２１３は、排気ガス受部２１の外縁部２１４によって形成される円の中心よりも、排気ガスの入射方向を傾斜させた側へオフセットされた位置に設けられている。

図２に示すように、排気ガス受部２１は、その内縁部２１２が、入射反対部位２１６から周方向に沿って傾斜側部位２１５へ向かうにつれて、触媒端面１１１からの高さＨが低くなるように設定されている。そのため、排気ガス受部２１の内縁部２１２は、触媒端面１１１からの高さＨが、入射反対部位２１６において最も高く設定され、周方向に沿って傾斜側部位２１５へ向かうにつれて低くなり、当該傾斜側部位２１５において最も低くなっている。

上記のように排気ガス受部２１の幅Ｌや高さＨが設定されているのは、排気ガスが触媒端面１１１に当たって跳ね返ったガス流が、入射反対部位２１６では比較的大きな流れとなり、そこから傾斜側部位２１５へ向かうにしたがって小さな流れとなるからである。大きな流れを受け止める必要があるほど、排気ガス受部２１の幅Ｌを広くかつ内縁部２１２の高さＨを高くして、より大きな空間部２１１を形成する必要がある。そのため、上記のように幅Ｌや高さＨが設定されていることにより、排気ガス受部２１によって形成される空間部２１１は、入射反対部位２１６において最も広く形成され、そこから周方向に沿って徐々に小さくなっている。

以上の構成を備えた排気ガス受部２１を備えていることにより、触媒１１に供給される排気ガスの流れは次のとおりとなる。排気タービン過給機Ｔにおけるバイパス流路Ｒの流路出口Ｒｅから流出した排気ガスは、鋭角の入射角θとなる入射方向から触媒端面１１１に向かって流れる。入射角θが鋭角となっているため、触媒端面１１１に至った排気ガスは、図４に示すように、触媒端面１１１に当たって跳ね返り、その跳ね返りのガス流（跳ね返り流）Ｇｂ，Ｇｃが生じる。その跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃは、触媒端面１１１に排気ガスの主流Ｇａが当たる部分の周囲に広がる。

上流コーン部１３の拡張流路部１３２と触媒端面１１１との間に排気ガス受部２１が設けられているため、跳ね返った排気ガスの跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃは、排気ガス受部２１によって形成された空間部２１１に至る。その後、跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃは、排気ガス受部２１に当たって受け止められる。さらに、跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃは、排気ガス受部２１が延びる流路内側に向かって誘導され、排気ガスの主流Ｇａに戻される。この場合において、排気ガス受部２１の内縁部２１２は、触媒端面１１１の側に向けられているため、跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃは触媒端面１１１の側に誘導されつつ排気ガスの主流Ｇａに戻される。そのため、跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃの主流Ｇａへの復帰を円滑に行える。

跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃの中でも、排気ガスの入射方向が傾斜する側とは反対側へ向かう跳ね返り流Ｇｂは、比較的大きな流れとなる。その場合でも、入射反対部位２１６では、排気ガス受部２１の内縁部２１２の幅Ｌが最も長く、かつ高さＨについても最も高く設定されているため、当該反対側へ向かう跳ね返り流Ｇｂは排気ガス受部２１によって確実に受け止められる。

この流れに対し、図５に比較例として示すように、排気ガス受部２１が設けられていない従前の触媒コンバータ５０では、触媒端面１１１に当たって跳ね返って生じた跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃは、上流コーン部１３の拡張流路部１３２の内面に当たる。そうすると、上流コーン部１３の拡張流路部１３２を通じて排気ガスの熱が外部に放出されてしまうこととなる。その放熱によって排気ガスの熱が奪われてしまい、その熱を効率よく触媒１１に対して伝えることができない。

その点、図４に示すように、本実施形態の触媒コンバータ１０では、跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃは排気ガス受部２１に当たって受け止められるため、外気に接する上流コーン部１３の拡張流路部１３２に当たることが抑制される。そのため、上流コーン部１３の拡張流路部１３２から外部へ排気ガスの熱が放出されることが抑制される。その結果、拡張流路部１３２からの放熱によって排気ガスの熱が奪われてしまうことも抑制され、その熱を効率よく触媒１１に対して伝えられる。

以上詳述した本実施形態の触媒コンバータ１０によれば、以下に示す作用効果を得ることができる。

（１）上流コーン部１３の拡張流路部１３２と触媒コンバータ１０における触媒端面１１１との間には、排気ガス受部２１が設けられている。排気ガス受部２１は、拡張流路部１３２から離間するとともに、触媒端面１１１との間に空間部２１１が形成されるように延びている。そのため、排気タービン過給機Ｔにおけるバイパス流路Ｒの流路出口Ｒｅから流出した排気ガスが、入射角θを鋭角として触媒端面１１１に当たった場合に、それによって跳ね返った排気ガスの跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃは、排気ガス受部２１に当たって受け止められる。そのため、跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃが拡張流路部１３２に当たることが抑制され、ひいては、外気に接する拡張流路部１３２を通じて排気ガスの熱が外に放出されてしまうことが抑制される。その結果、排気ガスの熱を効率よく触媒１１に伝えることができる。

（２）排気ガス受部２１の内縁部２１２は、触媒端面１１１の側に向けられている。そのため、排気ガス受部２１に当たって受け止められた排気ガスの跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃは、排気ガス受部２１によって触媒端面１１１の側へ誘導される。これにより、排気ガス受部２１に当たった排気ガスの跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃを、排気ガスの主流Ｇａへ円滑に復帰させることができる。

（３）排気ガスの跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃが比較的大きな流れとなる入射反対部位２１６において、排気ガス受部２１の幅Ｌを最も広くかつ内縁部２１２の高さＨを最も高くして、より大きな空間部２１１が形成されている。そのため、跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃの大きな流れをより確実に受け止めることができる。また、傾斜側部位２１５へ向かうにつれて、排気ガス受部２１の幅Ｌや高さＨが低くなるように設定されているため、排気ガス受部２１が上流コーン部１３の拡張流路部１３２と触媒端面１１１との間に設けられても、拡張流路部１３２の設計自由度が排気ガス受部２１の存在によって影響を受けるおそれを低減できる。

（４）排気ガス受部２１は、触媒収納ケース１２及び取付筒部２２の周方向全域にわたって設けられている。これにより、排気ガスの跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃが周方向の全域で排気ガス受部２１によって受け止められる。そのため、跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃが上流コーン部１３の拡張流路部１３２に当たることをさらに抑制し、排気ガスの熱をより効率よく触媒１１に伝えることができる。

（５）排気ガス受部２１の内縁部２１２によって形成される開口部２１３は、バイパス流路Ｒの流路出口Ｒｅから流出して触媒端面１１１に当たる排気ガスの主流Ｇａを流入させるだけの大きさを有している。そのため、排気ガス受部２１が周方向全域にわたって設けられた場合でも、触媒端面１１１に向けられた排気ガスの主流Ｇａの流れが排気ガス受部２１の存在によって悪化するおそれを低減できる。

なお、触媒コンバータ１０の構成は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば以下のように実施してもよい。

（ａ）上記実施の形態において、排気ガス受部２１に当該排気ガス受部２１が延びる周方向に沿って、図６及び図７に示すように、排気ガス受部２１の内側の空間部２１１と、外側との間を連通するスリット３１を形成してもよい。排気ガス受部２１の幅方向において、スリット３１を形成する本数は、図示のように複数本であってもよいし、これと異なり１本だけであってもよい。

図７に示すように、板金製の排気ガス受部２１は、一つのスリット３１ごとに、外側スリット部３２と、内側スリット部３３と、スリット流通部３４とを有するように成形されている。外側スリット部３２は、排気ガス受部２１の上流側となる外面に設けられ、内側スリット部３３は、排気ガス受部２１の下流側となる内面に設けられている。外側スリット部３２と内側スリット部３３とは、排気ガス受部２１の幅方向の位置をずらして設けられており、両者の間がスリット流通部３４を通じて連通している。外側スリット部３２と内側スリット部３３とが位置をずらして設けられているため、外側スリット部３２を外側から見た場合には、当該外側スリット部３２の奥に第１底部３５が設けられている。また、内側スリット部３３を内側から見た場合にも、当該内側スリット部３３の奥に第２底部３６が設けられている。

スリット３１がこのような構成を有するため、図７に示すように、上流側から排気ガス受部２１に至った排気ガスは、矢印Ｇｄで示すように、スリット３１を通じて排気ガス受部２１を通過し、排気ガス受部２１の下流側へ流通する。そのため、排気ガス受部２１の存在によって排気ガスの流れが悪化するおそれを低減できる。そうすると、排気ガス受部２１の設置領域を拡張し、排気ガスの跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃを排気ガス受部２１の内側に滞留させて、排気ガスの熱をより効率よく触媒１１に伝えることができる。

そして、スリット３１が形成されていても、内側スリット部３３の奥に第２底部３６が設けられていることから、排気ガス受部２１にあたった排気ガスの跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃが、排気ガス受部２１の上流側へ抜けることを抑制できる。そのため、跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃは、排気ガス受部２１が延びる流路内側に向かって誘導され、排気ガスの主流Ｇａに戻される。したがって、上記実施の形態と同様、跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃが拡張流路部１３２に当たることが抑制され、排気ガスの熱を効率よく触媒１１に伝えられる。

なお、周方向に延びるスリット３１は、図示したように、その延びる範囲の全体に設けられるのではなく、周方向に沿って多数の細かなスリット３１が形成された構成を採用してもよい。

（ｂ）上記実施の形態では、排気ガス受部２１の内縁部２１２が触媒端面１１１に向けられるように形成されている。これに代えて、触媒端面１１１と平行に延びる構成としたり、触媒１１の上流側に向けて傾斜させたままの構成としたりしてもよい。この構成でも、流路内側に延びる排気ガス受部２１によって、排気ガスの跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃを受け止めて、拡張流路部１３２に当たることを抑制できる。また、排気ガス受部２１は上流側に向けて斜めに延びているため、跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃを排気ガスの主流Ｇａに戻すよう誘導することもできる。

（ｃ）上記実施の形態では、排気ガス受部２１の内縁部２１２が、その周方向全域にわたって触媒端面１１１に向けられるように形成されている。これに代えて、図８に示すように、入射反対部位２１６を含む一部の所定範囲だけ、内縁部２１２が触媒端面１１１に向けられた先端傾斜部２１７を形成してもよい。

（ｄ）上記実施の形態では、排気ガス受部２１は、取付筒部２２の上流側端部の周方向全域に設けられているが、所定の範囲にのみ設けられた構成を採用してもよい。例えば、図８に示すように、入射反対部位２１６を起点として９０度ずつの範囲とし、取付筒部２２の半円分だけ設けられたり、図９に示すように、入射反対部位２１６を起点として１８０度未満の範囲で設けられたりしてもよい。なお、排気ガス受部２１の設置範囲を所定範囲に限定する場合でも、排気ガスの跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃは入射反対部位２１６で最も大きく発生するため、入射反対部位２１６を含む所定範囲であることが必須となる。

また、上記実施の形態では、排気ガス受部２１の内縁部２１２は、触媒端面１１１からの高さＨが、入射反対部位２１６から周方向に沿って傾斜側部位２１５へ向かうにつれて低くなるように設定されている。これに代えて、内縁部２１２の当該高さＨを均一にしてもよい。

さらに、上記実施の形態では、触媒端面１１１の垂直方向から見た平面視における排気ガス受部２１の幅Ｌは、入射反対部位２１６において最も長く、そこから周方向に沿って徐々に小さくなるように形成されている。これに代えて、例えば図９に示すように、排気ガス受部２１の幅Ｌを均一にしてもよい。

ここで、排気ガス受部２１を設ける所定範囲、内縁部２１２の高さＨや幅Ｌは、排気ガスの入射角θ、排気ガスの流入量、排気ガスの主流Ｇａが触媒端面１１１に当たる位置、入射反対部位２１６かそこから離れた部位か等の各種要素が考慮されて設定される。これらの要素は、自動車の排気量やエンジンルーム内における触媒コンバータ１０の配置上の制約に基づくものである。

例えば、排気ガスの入射角θが小さくなるほど、触媒端面１１１にあたった排気ガスの跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃの流れは大きくなる傾向がある。そのため、排気ガス受部２１を設ける所定範囲を広くしたり、内縁部２１２の高さＨを高くしたり、内縁部２１２の幅Ｌを長くしたりすることが好ましい。逆に、排気ガスの入射角θが大きくなるほど、触媒端面１１１にあたった排気ガスの跳ね返り流Ｇｂ，Ｇｃの流れは小さくなる傾向がある。その場合、排気ガス受部２１を設ける所定範囲を狭くしたり、内縁部２１２の高さＨを低くしたり、内縁部２１２の幅Ｌを短くしたりしてもよい。

（ｅ）上記実施の形態では、排気ガス受部２１の取付筒部２２は、触媒収納ケース１２と上流コーン部１３の拡張流路部１３２との間に介在されている。これに代えて、触媒収納ケース１２における上流開口端部１２１の外側に拡張流路部１３２の下流接続端部１３５が設けられ、内側に取付筒部２２が設けられた構成を採用してもよい。また、上記実施の形態のように、触媒収納ケース１２の上流開口端部１２１の外側に拡張流路部１３２が設けられるのではなく、上流開口端部１２１の内側に拡張流路部１３２が設けられた構成を採用してもよい。この場合に、排気ガス受部２１の取付筒部２２は、触媒収納ケース１２と上流コーン部１３の拡張流路部１３２との間に介在させてもよいし、拡張流路部１３２の下流接続端部１３５の内側に設けられた構成を採用してもよい。もっとも、上記実施形態の構成は、触媒収納ケース１２における上流開口端部１２１の外側で、排気ガス受部２１の取付筒部２２と拡張流路部１３２の下流接続端部１３５を一度に溶接して接合させることができる点で好適となる。

（ｆ）上記実施の形態では、排気ガス受部２１の内縁部２１２によって形成される開口部２１３は、触媒端面１１１の垂直方向から見た平面視において、円形状をなすように形成されている。これに代えて、四角等の多角形状であったり、楕円形状であったりしてもよい。

（ｇ）上記実施の形態では、自動車用の触媒コンバータ１０を例としたが、二輪車、船舶及び航空機等、自動車以外の内燃機関に設けられる触媒コンバータに適用してもよい。

１０…触媒コンバータ、１１…触媒、１１１…触媒端面、１２…触媒収納ケース、１２１…上流開口端部、１３…上流コーン部、１３１…上流流路部、１３２…拡張流路部、２１…排気ガス受部、２１１…空間部、２１２…内縁部、２１３…開口部、２１６…入射反対部位、３１…スリット、３２…外側スリット部、３３…内側スリット部、３４…スリット流通部、Ｒ…バイパス流路、Ｒｅ…流路出口、Ｔ…排気タービン過給機、Ｔｅ…排気出口。

Claims (7)

1. 触媒を収納する触媒収納ケースと、
   触媒端面よりも狭く形成され、排気ガスを前記触媒へ導く上流流路部と、前記上流流路部の下流側に設けられ、前記上流流路部が拡張されて前記触媒収納ケースの上流開口端部に接続される拡張流路部とを有する上流コーン部と、
   を備え、
   バイパス流路と、前記バイパス流路の流路出口の延長上に設けられた排気出口とを有する排気タービン過給機が前記上流コーン部の取付け対象とされ、
   前記上流コーン部は、前記流路出口の延長上に前記触媒端面が配置されて、前記流路出口から流出した排気ガスの前記触媒端面への入射角が鋭角をなすように形成された触媒コンバータであって、
   前記拡張流路部と前記触媒端面との間において、少なくとも、排気ガスの入射方向を傾斜させた側とは反対側となる入射反対部位に設けられ、前記触媒端面に当たって跳ね返った排気ガスのガス流を受け止める排気ガス受部を備えており、
   前記排気ガス受部は、前記触媒収納ケースの前記上流開口端部から前記拡張流路部の流路内側へ、前記拡張流路部から離間するとともに前記触媒端面との間に空間部が形成されるように延びていることを特徴とする触媒コンバータ。
2. 前記排気ガス受部の内縁部は、前記触媒端面の側に向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。
3. 前記排気ガス受部は、前記触媒収納ケースの前記上流開口端部の周方向に沿って設けられ、
   前記排気ガス受部の内縁部は、前記入射反対部位から周方向に沿って前記傾斜側へ向かうにつれて前記触媒端面からの高さが低くなるように設定されてい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。
4. 前記触媒端面の垂直方向から見た平面視における前記排気ガス受部の幅は、前記触媒収納ケースの前記上流開口端部の周方向に沿って徐々に小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の触媒コンバータ。
5. 前記排気ガス受部は、前記触媒収納ケースの周方向全域にわたって設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の触媒コンバータ。
6. 前記排気ガス受部の内縁部によって形成される開口部は、前記バイパス流路の前記流路出口から流出して前記触媒端面に当たる排気ガスの主流を流入させる大きさを有していることを特徴とする請求項５に記載の触媒コンバータ。
7. 前記排気ガス受部には、当該排気ガス受部の内外を連通するスリットが設けられ、
   前記スリットは、
   前記排気ガス受部の外側に設けられた外側スリット部と、
   前記排気ガス受部の内側に、前記外側スリット部と位置をずらして設けられた内側スリット部と、
   前記外側スリット部と前記内側スリット部とを連通し、前記外側スリット部から流入した排気ガスが前記内側スリット部に向けて流通するスリット流通部と、
   を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の触媒コンバータ。

Images