JP3710732B2 - 排ガス浄化用金属触媒担体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車エンジンなどの内燃機関から排出される排ガスを浄化するための排ガス浄化用金属触媒担体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、金属担体のハニカムコア体は、厚さ50μm程度の耐熱性のあるフェライト系ステンレス鋼などの帯状の金属薄平板(以下、単に平箔という)と、平箔をコルゲート加工した金属薄波板(以下、単に波箔という)とよりなる。そして平箔と波箔とを、全体として海苔巻き状をなすように交互に重ねて積層巻回して巻回型ハニカムコア体を形成したり、平箔と波箔とを交互に積層して積層型ハニカムコア体を形成したりしている。そして、このハニカムコア体を耐熱性のあるフェライト系ステンレス鋼などの金属で製造された外筒内に収納し、ハニカムコア体と外筒とを相互に接合し、コーティングによりハニカムコア体に浄化用触媒を担持させている。
【0003】
このような現行の担体においては、以下に述べるいくつかの問題点が指摘されている。図8(a)に示すように、第1に平箔M1と波箔M2とで形成される仕切り区分はいわゆるサインセルと呼称される形状である。このサインセルには波箔M2と平箔M1との接触部に90度以下の鋭角が形成される。そして、波箔M2及び平箔M1の表面に浄化用触媒M3を担持させた場合、この鋭角部に大きなコート溜りができることが確認されている。この場合、コート溜り部分において排ガスと直接接する表面部以外の肉厚部分に浄化能力はない。従って、高価な触媒の無駄を招くこと、コート溜り部分の占拠によりサインセルの実効面積が削減され、排ガスと触媒との接触機会が縮小され、結果的に浄化効率が低減することなどが悪影響として挙げられる。
【0004】
又、平箔M1と波箔M2との接合は線接触に近く、担体の全体としての強度上の問題もある。即ち、金属担体中央部と外周近傍部との昇温・冷却時の熱移動の時間差による熱歪の影響により、中央部近傍の平箔と波箔との接合が破壊されて、いわゆるフィルムアウト現象が発生し、金属担体の寿命を短くしてしまうのである。
【0005】
更に、担体の軸方向にストレートなセル柱の中を通過するだけの排ガスは担体による浄化を十分に受けていないのではないか、担体内で少しでも長く浄化機会を延ばしたいという声が大きくなってきている。これに応じて、例えば特開平5−138040号公報(以下従来例という)に対策が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来例では、金属担体の軸方向において複数に区画された各区画に、連続的に折り曲げ成形された波形が隣接する相互間で区画毎に成形のピッチをずらせて形成されていることを特徴としている。即ち、同公報の図5(1)に示されているごとく、1つの区画のセルを通過する排ガスBを隣接区画の2つのセルに分流させるとともに、その分流を金属担体通過中にミックスさせている。このミックスにより金属担体通過の排ガス温度が均一化されて、金属担体それ自体の温度の均一化も期待できるが、図2(2)及び図2(3)から容易に推測できるように、コーティング及び触媒担持によるセル断面積縮減による前述の諸々の問題の改善については見るものはない。平箔と波箔との接合も線接触のままで担体の寿命長期化にも進歩改善はない。加えて、波形の各部8は波板5をコルゲート加工,プレス加工することにより形成されているという趣旨が記載されているのみである。ここで、排ガス流の方向に隣接する各部8は、波の斜辺部においてスポット的に連続しているのみである。従って、昇温・冷却による膨張・収縮を原因とする応力がスポット的な連続部に集中して、この連続部が破壊されるおそれが多分にあり、長寿命の妨げになる。
【0007】
この発明は従来技術に存する前述の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は十分な浄化効果が約束できるとともに、長寿命化も同時に達成でき、かつ低コストで製造可能な金属担体を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明の金属担体のハニカムコア体は、一枚の帯状をなす金属薄板の長さ方向において、正六角形に近似の六角形(以下、単に六角形という)の対角線を基準とした1/2の形状の波、即ち三辺の長さが同一長さで且つ二辺の成す角度がそれぞれ略120度の一定の角度の波を、その天辺(各一辺)と同一長さの間隔を介在させながら連続形成し、かつ、前記波には金属薄板の巾方向において複数に区分されたバルジを形成して各バルジの両端を開放し、各バルジの天辺を連続させることに構成した波箔を積層し、排ガス流方向においてセルの断面形状が互いに干渉しあった六角柱であることを特徴とする。
【0009】
従ってセルの角部は略120°の角度で一定であり、鋭角部は介在しないので、図8(b)から明らかなように、鋭角の介在に起因する問題は一掃できる。又、相互に接触するセル同士は六角柱を形成する六面の中、対接する二面が接合面であり、接合面故に耐久性及び強度上の心配もほぼ皆無となる。担体軸方向に見て六角柱が互いに干渉しあっているので、排ガスの流れは軸方向の下流に行く程拡がりが期待できる。従って、排ガス温度の平均化により金属担体それ自体の温度の平均化も期待できる。しかも、各バルジの天辺を連続させたことにより、波の一部をスポット的に連続させた場合とは異なり、応力集中を抑制でき、長寿命化に寄与できる。
【0010】
各バルジが、隣接する他の部分に対して波の配列ピッチに対してほぼ1/2ピッチずれていれば、天辺の連続部分としてその幅の約半分を確保できて、長寿命化を達成できる。
【0011】
正六角形の対角線を基準とした1/2の形状の波の前記間隔部分には金属薄板の巾方向の端部に凹部を設け、前記ハニカムコア体をケース内に収容し、ケースには、ハニカムコア体の前記凹部を位置決めするための固定部材を設け、前記固定部材は、ハニカムコア体に形成された前記凹部に嵌合して該凹部をガイドし、前記波箔はその状態で積層される。そのため、ハニカムコア体を所定位置で保持できて、確実な排ガス浄化作用を得ることができる。
【0012】
また、部品として、固定部材のみが増えるのみの簡単な構成でハニカムコア体を固定できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【0014】
図1に示す波箔10は、その厚さ方向に積層されるようにしたものであって、ハニカムコア体2を構成するものである。この波箔10は、厚さ50μm以下で、10μm以上の耐熱性のあるフェライト系ステンレス鋼箔である。波11の形状は、図2に示すごとく六角形の対角線を基準にした同六角形の1/2の形状であり、その波11が六角形の一辺の長さ12に相当する間隔13をあけて連続配置されている。
【0015】
図1及び図3に示すように、波箔10の巾W1を5区画に分け、奇数番目の区画と、偶数番目の区画とで波11の配置位置を波11の天辺12の幅W2の1/2ずらせて、それぞれの区画に両端を開放したバルジ22,23を配置形成している。従って、2枚の波箔10を対向配置したときに形成される六角柱の俯瞰図である図5に実線で示した奇数番目の区画の六角柱に対し、偶数番目の区画の六角柱は天辺12の幅W2の1/2ピッチずれた位置に点線で示されている。従って、各バルジ22,23は、隣接する他の部分に対して波11の配列ピッチに対してほぼ1/2ピッチずれていることになる。
【0016】
波箔10の巾W1の両巾端部、即ち排ガスの流入側IN及び排出側OUTには、図1及び図4に示す如く波11〜11の間隔13部分に対して、例えば3m/m程度の長さに亘って切除した位置決め手段としての欠落溝14を設けている。
【0017】
多数枚の波箔10〜10により構成されるハニカムコア体2は、例えば図6において直線状に延長された1層目の波箔101に対し、2層目の波箔102は波の断面形状の凸方向が天地反転して波箔101と対向配置される。この対向配置した2枚の波箔を1組とし、この組の欠落溝14をこの欠落溝14に嵌合された位置決め手段を構成する固定部材としての溝案内板30でガイドしながら、各組を順次積層するとともに、ケース3に収容する。このようにして六角形断面セル柱が排ガス流方向において互いに干渉しあったハニカムコア体2とし、更にレーザービームにより所要箇所において波箔10を相互に、かつ波箔10とケース3とを溶接固定して排ガス浄化用金属触媒担体を得ることができる。
【0018】
以上、実施形態からもたらされる効果は下記の如くであり、その目的通り、高性能な浄化効果を約束でき、長寿命化も同時に達成できる金属担体を低コストで提供することができた。即ち、サインセルから六角形セルへの改善効果は図8(a)及び図8(b)により一目瞭然である。因みに、社団法人自動車技術会学術講演会前刷集No.101−98.ページ10の記述を引用すると、「厚さ100μm以下にコートされた割合が四角セル担体では66%であるのに対し、六角セル担体ではその割合が約90%であることがわかった。六角セル担体では、コート層厚さの均一性が大幅に改善されたといえる。」とある。従って、前記実施形態では、高価な触媒の無駄を省いて触媒薬代を低減させ、排ガス浄化接触表面積をプラスして浄化効率を向上させている。加えて、図3に示すように、六角柱セル同士の排ガス流方向における干渉により、排ガスの流れSに乱流を発生させ、排ガスと触媒との接触機会を増して浄化効果を更に向上させている。
【0019】
ハニカムコア体2の構造上の強度面、耐久寿命面では、従来例の排ガス流方向の接合部がスポット的であるものに対し、前記実施形態では、図3及び図4に一部斜線で表示しているように、バルジ22,23間の連続部が天辺12の幅W2の半分の面積を有するものである。従って、隣接するバルジ22,23部の接合部は大きな断面積を有することになり、その優位差はこれまた一目瞭然で、長寿命化を図ることができる。
【0020】
このハニカムコア体2の強度が向上する結果、波箔10の薄箔化が可能となる。この薄箔化によって排ガス透過面積比率を低下させずに個々のセルの断面積を小さくし、全体の排ガス流の透過量を少なくすることなく、ハニカムを密にすることで一つ一つのセルを通る排ガス量を少なくし、触媒効率を改善することで全体の排ガス流方向における短縮化が可能となる。従って、小型化が可能になり車両への搭載性に優れる。
【0021】
又、前記の薄箔化により排ガスの浄化性能を低下させずに排気抵抗を低減して、エンジン性能を向上させることが期待できる。
製造コスト面では、平箔を採用せず、1種類の波箔10しか使用しないため、優位性を保持し得るのは当然である。
【0022】
この発明は、前記実施形態以外にも以下のような態様で具体化できる。
(1) 前記実施形態では、溝案内板30を用いて波箔10の組み付けをガイドするようにしたが、この溝案内板30を使用することなく波箔10を相互に固定すること。このようにすれば、部品点数が少なくなる。
【0023】
(2) 前記実施形態では、直線状に延長された複数枚の波箔10を順次積層したが、1枚の波箔をハニカムが形成されるように螺旋状に巻回積層し、それをケース内に収容すること。
【0024】
【発明の効果】
以上実施形態で例示したように、この発明においては、十分な浄化効果が約束できるとともに、長寿命化も同時に達成でき、かつ低コストで製造可能であるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 波箔を示す斜視図。
【図2】 同じく一部拡大断面図。
【図3】 同じく積層状態を示す斜視図。
【図4】 同じく平面図。
【図5】 セルの干渉状態を示す正面図。
【図6】 波箔の組み付け状態を示す正面図。
【図7】 浄化装置を示す一部正面図。
【図8】 (a)は浄化触媒をコーティングした状態の従来構成を示す一部正面図、(b)は同じく実施形態を示す一部正面図。
【符号の説明】
2…ハニカムコア体、10…波箔、11…波、12…天辺、22,23…バルジ。
Claims (5)
- 一枚の帯状をなす金属薄板の長さ方向において、正六角形に近似の六角形(以下、単に六角形という)の対角線を基準とした1/2の形状の波、即ち三辺の長さが同一長さで且つ二辺の成す角度がそれぞれ略120度の一定の角度の波を、その天辺(各一辺)と同一長さの間隔を介在させながら連続形成し、かつ、前記波には金属薄板の巾方向において複数に区分されたバルジを形成して各バルジの両端を開放し、各バルジの天辺を連続させることにより波箔を構成し、このようにした波箔を積層して、排ガス流方向において断面形状が互いに干渉しあった六角柱のセルを有するハニカムコア体を構成したことを特徴とする排ガス浄化用金属触媒担体。
- 請求項1において、
各バルジは、隣接する他の部分に対して波の配列ピッチに対してほぼ1/2ピッチずれていることを特徴とした排ガス浄化用金属触媒担体。 - 請求項1または2において、
前記正六角形の対角線を基準とした1/2の形状の波の前記間隔部分には金属薄板の巾方向の端部に凹部を設けたことを特徴とする排ガス浄化用金属触媒担体。 - 請求項3において、
前記ハニカムコア体をケース内に収容し、ケースには、ハニカムコア体の前記凹部を位置決めするための固定部材を設けたことを特徴とする排ガス浄化用金属触媒担体。 - 請求項4において、
前記固定部材は、ハニカムコア体に形成された前記凹部に嵌合して該凹部をガイドし、前記波箔はその状態で積層されることを特徴とした排ガス浄化用金属触媒担体。
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