JP3720392B2 - 自動車等の排ガス触媒コンバータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、排ガスの本流方向にほぼ平行な平行溝の層を備えた触媒材のための配列基部を有する排ガス触媒コンバータ、並びにこのような装置の自動車への利用、又は触媒による後燃えのための固定装置としての利用に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
排ガス触媒コンバータは例えば、自動車の排ガス機構に組み込まれた部品であり、同コンバータ内において触媒による後燃えが生じる。後燃えによって汚染物質、即ち一酸化炭素、炭化水素及び窒素酸化物は分解、つまり二酸化炭素、窒素及び水に変換される。後燃えは多大に損失することなく常温始動中に排ガスの暖気物を利用するために、エンジンにできる限り接近して実施すべきであって、できる限り短い暖機相の後に運用温度（２５０〜７５０℃）に達する。周知のように、後燃えの利点につき、排ガス触媒コンバータのデザインはいわゆるモノリスであって、セラミック基板はハニカム構造となっている。このハニカム構造は複数の平行な溝によって形成されている。全ての溝は同一長を有さねばならないため、ハニカム構造はほぼ円筒形状を呈し、即ちハニカム構造の断面は全長に渡って同一寸法及び同一形状を有する。
【０００３】
自動車用エンジンに近接する空間は限られているため、周知のデザインの排ガス触媒コンバータを排ガス機構に対して構造上理想とされる状態に組み込むのは通常可能ではない。より良好な組込みを可能とするような手段が存在するか否かという疑問が生じる。本発明はそうした手段が実際に存在すると認識することに基づき、即ち周知の装置よりも可撓的な排ガス触媒コンバータを設計可能であるか否かという認識に基づく。触媒コンバータをより可撓的に形成することによって、例えば、エンジンの近接部に所定の障害物がある場合、触媒コンバータがエンジンからの排ガス通路のアウトレットに近接して固定され得るように形成可能となろう。
【０００４】
本発明による触媒コンバータは断面形状が可変であるため、基部には均一でない流れの場が確定されている。このこと自体は周知の排ガス触媒コンバータにおいて多大に不利な点となる。互いに開き、かつ互いに交差している溝を備えた溝機構の特別なデザインの点から（欧州特許出願公開第０４３３２２３号参照）、断面を横切ってガスの流れは徹底的に混合され、不均一な流れの結果である密度及び温度上の相違は絶え間なく均一にされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、可撓性を有し、かつ排ガスの流れを均一に保持し得る排ガス触媒コンバータを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、基部を有する排ガス触媒コンバータであって、基部は、インレットポートと、アウトレットポートと、インレットポートとアウトレットポートとの間に排ガスの本流方向と、を定義し、基部は、排ガスの本流方向における所定の長さと、横断面積と、横断面形状とを有し、横断面積及び横断面形状は基部の長さ方向に沿って不均一であり、基部はインレットポートに対して移動不能に固定された第一及び第二のセグメントを少なくとも含み、各セグメントは平行な溝を定義する第一及び第二の層を少なくとも有し、第一のセグメントにおける層は第二のセグメントにおける層に対して横断方向に延びており、各セグメントにおける溝は排ガスの本流方向に対して１０〜７０度の角度をなし、かつ第一の層の平行な溝は第二の層の平行な溝と交差することを特徴とする排ガス触媒コンバータを提供する。
【０００７】
【作用】
触媒コンバータは断面形状が可変であるため、基部には均一でない流れの場が確定されている。このこと自体は周知の排ガス触媒コンバータにおいて多大に不利な点となる。互いに開き、かつ互いに交差している溝を通過したガスの流れは断面を横切って徹底的に混合され、不均一な流れの結果である密度及び温度上の相違は絶え間なく均一にされる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明を具体化した一実施例を図１〜図５に従って説明する。
図１に示す排ガス触媒コンバータ１は基部１０及びハウジング４０を備えている。矢印２に示す清浄前のガスはポート２０より触媒コンバータ１内へ進入する。基部１０は複数のセグメント、即ち交互に並ぶセグメントＳＨ，ＳＶに分割されている。セグメントは、排ガスの本流方向１５にほぼ平行な層１３を形成する波形金属シート（Ｂｌｅｃｈ）又はホイル１１，１２から可撓的に形成されている。シート１１の波形は本流方向１５に対し１０〜７０度の角度をなす平行溝を両側に設けている。矢印１４はそのような溝の１つを介する流れの方向を示している。隣接する２個の層１３の溝は互いに開放され、交差している。層１３はセグメントＳＶにおいて垂直方向に、セグメントＳＨにおいて水平方向に延びている。
【０００９】
図２に示す触媒コンバータは図１に示す触媒コンバータよりも遥かに単純な形状を呈し、６つのセグメントＳＨ及びＳＶを有する。インレットポート２０における領域４２のセグメント及びアウトレットポート３０における領域４３のセグメントは角錐台形状を呈し、中央部４５においてはセグメントは立方形である。矢印３は清浄後の排ガスのアウトレットにおける流れを示している。
【００１０】
図３〜５において、障害物５１，５２を有する所定の空間５０に対し、本発明における触媒コンバータを設計する仮想例が示されている。空間５０は頂点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈを有する立方形によって規定されている。頂点Ｃ，Ｄ，Ｇ，Ｈにて規定される平面の背面には清浄前の排ガスのためのインレットポート２０が配置されることになる。インレットポート２０の位置は一点鎖線による円２１によって示されている。円３１は正面側におけるアウトレットポート３０の位置を示している。図４は図５におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った触媒コンバータの断面図である。図５は図４におけるＶ−Ｖ線に沿った断面図である。基部１０は４つの立方形セグメントＳＨ及びＳＶからなっている。矢１４はここでも溝を介する流れの方向を示している。
【００１１】
実施例において、層１３は波形の、即ち千鳥形に折り返された金属性フォイル形の素材からなっているものとする。しかし、基部１０を押出し成形されたセラミック材から製作することも可能である（欧州特許第０４４４１７２号を参照）。混合形態も理論上可能であって、セグメントの一部はセラミック材であり、他のセグメントは金属であってもよい。基部１０の壁は、例えば丸穴のような開口を有することも可能である。ＰＣＴ第９０／１０４９７号から周知であるように、比較的大きな菱形開口が用いられると、基部１０は渦パッキン形態を呈する。そのような渦パッキンにおいて、溝機構は本流方向１５に交差して全方向への流れを許容し、優れた混合能力を有するため、基部１０がセグメントに分割されていない時でも悪影響を及ぼすことはない。
【００１２】
図１に示す基部１０において、混合能力は異方性に基づく。従って、セグメントに分割し、隣接したセグメントの層１３を本流方向１５に対し垂直に、異なるように方向づけることが有利である。特に、隣接したセグメントＳＨ及びＳＶは互いに９０度の角度に配置された方向に延びるようにする。
【００１３】
基部１０の壁は特徴的な表面を増大させることによって触媒活性を向上させるために微細構造であると有利である。この意味で、表面構造は薄め塗膜の形状であるのがよい。
【００１４】
触媒コンバータ１は断面形状が可変であるため、基部１０には均一でない流れの場が確定されている。このこと自体は周知の排ガス触媒コンバータにおいて多大に不利な点となる。互いに開き、かつ互いに交差している溝を通過したガスの流れは断面を横切って徹底的に混合され、不均一な流れの結果である密度及び温度上の相違は絶え間なく均一にされる。
【００１５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、排ガス触媒コンバータが可撓性を有し、かつ排ガスの流れを均一に保持するという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による触媒コンバータの部分断面図である。
【図２】 本発明による触媒コンバータの第２実施例の斜視図である。
【図３】 触媒コンバータが障害物を備えた立方形空間に配置された状態を示す斜視図である。
【図４】 図３の平断面図である。
【図５】 図４のＶ−Ｖ線における縦断面図である。
【符号の説明】
１…排ガス触媒コンバータ、１０…基部、１３…層、１５…本流方向、２０…インレットポート、３０…アウトレットポート。
【産業上の利用分野】
本発明は、排ガスの本流方向にほぼ平行な平行溝の層を備えた触媒材のための配列基部を有する排ガス触媒コンバータ、並びにこのような装置の自動車への利用、又は触媒による後燃えのための固定装置としての利用に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
排ガス触媒コンバータは例えば、自動車の排ガス機構に組み込まれた部品であり、同コンバータ内において触媒による後燃えが生じる。後燃えによって汚染物質、即ち一酸化炭素、炭化水素及び窒素酸化物は分解、つまり二酸化炭素、窒素及び水に変換される。後燃えは多大に損失することなく常温始動中に排ガスの暖気物を利用するために、エンジンにできる限り接近して実施すべきであって、できる限り短い暖機相の後に運用温度（２５０〜７５０℃）に達する。周知のように、後燃えの利点につき、排ガス触媒コンバータのデザインはいわゆるモノリスであって、セラミック基板はハニカム構造となっている。このハニカム構造は複数の平行な溝によって形成されている。全ての溝は同一長を有さねばならないため、ハニカム構造はほぼ円筒形状を呈し、即ちハニカム構造の断面は全長に渡って同一寸法及び同一形状を有する。
【０００３】
自動車用エンジンに近接する空間は限られているため、周知のデザインの排ガス触媒コンバータを排ガス機構に対して構造上理想とされる状態に組み込むのは通常可能ではない。より良好な組込みを可能とするような手段が存在するか否かという疑問が生じる。本発明はそうした手段が実際に存在すると認識することに基づき、即ち周知の装置よりも可撓的な排ガス触媒コンバータを設計可能であるか否かという認識に基づく。触媒コンバータをより可撓的に形成することによって、例えば、エンジンの近接部に所定の障害物がある場合、触媒コンバータがエンジンからの排ガス通路のアウトレットに近接して固定され得るように形成可能となろう。
【０００４】
本発明による触媒コンバータは断面形状が可変であるため、基部には均一でない流れの場が確定されている。このこと自体は周知の排ガス触媒コンバータにおいて多大に不利な点となる。互いに開き、かつ互いに交差している溝を備えた溝機構の特別なデザインの点から（欧州特許出願公開第０４３３２２３号参照）、断面を横切ってガスの流れは徹底的に混合され、不均一な流れの結果である密度及び温度上の相違は絶え間なく均一にされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、可撓性を有し、かつ排ガスの流れを均一に保持し得る排ガス触媒コンバータを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、基部を有する排ガス触媒コンバータであって、基部は、インレットポートと、アウトレットポートと、インレットポートとアウトレットポートとの間に排ガスの本流方向と、を定義し、基部は、排ガスの本流方向における所定の長さと、横断面積と、横断面形状とを有し、横断面積及び横断面形状は基部の長さ方向に沿って不均一であり、基部はインレットポートに対して移動不能に固定された第一及び第二のセグメントを少なくとも含み、各セグメントは平行な溝を定義する第一及び第二の層を少なくとも有し、第一のセグメントにおける層は第二のセグメントにおける層に対して横断方向に延びており、各セグメントにおける溝は排ガスの本流方向に対して１０〜７０度の角度をなし、かつ第一の層の平行な溝は第二の層の平行な溝と交差することを特徴とする排ガス触媒コンバータを提供する。
【０００７】
【作用】
触媒コンバータは断面形状が可変であるため、基部には均一でない流れの場が確定されている。このこと自体は周知の排ガス触媒コンバータにおいて多大に不利な点となる。互いに開き、かつ互いに交差している溝を通過したガスの流れは断面を横切って徹底的に混合され、不均一な流れの結果である密度及び温度上の相違は絶え間なく均一にされる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明を具体化した一実施例を図１〜図５に従って説明する。
図１に示す排ガス触媒コンバータ１は基部１０及びハウジング４０を備えている。矢印２に示す清浄前のガスはポート２０より触媒コンバータ１内へ進入する。基部１０は複数のセグメント、即ち交互に並ぶセグメントＳＨ，ＳＶに分割されている。セグメントは、排ガスの本流方向１５にほぼ平行な層１３を形成する波形金属シート（Ｂｌｅｃｈ）又はホイル１１，１２から可撓的に形成されている。シート１１の波形は本流方向１５に対し１０〜７０度の角度をなす平行溝を両側に設けている。矢印１４はそのような溝の１つを介する流れの方向を示している。隣接する２個の層１３の溝は互いに開放され、交差している。層１３はセグメントＳＶにおいて垂直方向に、セグメントＳＨにおいて水平方向に延びている。
【０００９】
図２に示す触媒コンバータは図１に示す触媒コンバータよりも遥かに単純な形状を呈し、６つのセグメントＳＨ及びＳＶを有する。インレットポート２０における領域４２のセグメント及びアウトレットポート３０における領域４３のセグメントは角錐台形状を呈し、中央部４５においてはセグメントは立方形である。矢印３は清浄後の排ガスのアウトレットにおける流れを示している。
【００１０】
図３〜５において、障害物５１，５２を有する所定の空間５０に対し、本発明における触媒コンバータを設計する仮想例が示されている。空間５０は頂点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈを有する立方形によって規定されている。頂点Ｃ，Ｄ，Ｇ，Ｈにて規定される平面の背面には清浄前の排ガスのためのインレットポート２０が配置されることになる。インレットポート２０の位置は一点鎖線による円２１によって示されている。円３１は正面側におけるアウトレットポート３０の位置を示している。図４は図５におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った触媒コンバータの断面図である。図５は図４におけるＶ−Ｖ線に沿った断面図である。基部１０は４つの立方形セグメントＳＨ及びＳＶからなっている。矢１４はここでも溝を介する流れの方向を示している。
【００１１】
実施例において、層１３は波形の、即ち千鳥形に折り返された金属性フォイル形の素材からなっているものとする。しかし、基部１０を押出し成形されたセラミック材から製作することも可能である（欧州特許第０４４４１７２号を参照）。混合形態も理論上可能であって、セグメントの一部はセラミック材であり、他のセグメントは金属であってもよい。基部１０の壁は、例えば丸穴のような開口を有することも可能である。ＰＣＴ第９０／１０４９７号から周知であるように、比較的大きな菱形開口が用いられると、基部１０は渦パッキン形態を呈する。そのような渦パッキンにおいて、溝機構は本流方向１５に交差して全方向への流れを許容し、優れた混合能力を有するため、基部１０がセグメントに分割されていない時でも悪影響を及ぼすことはない。
【００１２】
図１に示す基部１０において、混合能力は異方性に基づく。従って、セグメントに分割し、隣接したセグメントの層１３を本流方向１５に対し垂直に、異なるように方向づけることが有利である。特に、隣接したセグメントＳＨ及びＳＶは互いに９０度の角度に配置された方向に延びるようにする。
【００１３】
基部１０の壁は特徴的な表面を増大させることによって触媒活性を向上させるために微細構造であると有利である。この意味で、表面構造は薄め塗膜の形状であるのがよい。
【００１４】
触媒コンバータ１は断面形状が可変であるため、基部１０には均一でない流れの場が確定されている。このこと自体は周知の排ガス触媒コンバータにおいて多大に不利な点となる。互いに開き、かつ互いに交差している溝を通過したガスの流れは断面を横切って徹底的に混合され、不均一な流れの結果である密度及び温度上の相違は絶え間なく均一にされる。
【００１５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、排ガス触媒コンバータが可撓性を有し、かつ排ガスの流れを均一に保持するという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による触媒コンバータの部分断面図である。
【図２】 本発明による触媒コンバータの第２実施例の斜視図である。
【図３】 触媒コンバータが障害物を備えた立方形空間に配置された状態を示す斜視図である。
【図４】 図３の平断面図である。
【図５】 図４のＶ−Ｖ線における縦断面図である。
【符号の説明】
１…排ガス触媒コンバータ、１０…基部、１３…層、１５…本流方向、２０…インレットポート、３０…アウトレットポート。
Claims (8)
- 基部（１０）を有する排ガス触媒コンバータにおいて、
前記基部（１０）は、インレットポート（２０）と、アウトレットポート（３０）と、前記インレットポート（２０）と前記アウトレットポート（３０）との間に排ガスの本流方向（１５）と、を定義し、
前記基部（１０）は、前記排ガスの本流方向（１５）における所定の長さと、横断面積と、横断面形状と、を有し、
前記横断面積及び前記横断面形状は、前記基部（１０）の前記長さ方向に沿って不均一であり、
前記基部（１０）は前記インレットポート（２０）に対して移動不能に固定された第一及び第二のセグメント（ＳＨ，ＳＶ）を少なくとも含み、
前記各セグメント（ＳＨ，ＳＶ）は、平行な溝を定義する第一及び第二の層（１３）を少なくとも有し、
前記第一のセグメント（ＳＨ）における層（１３）は前記第二のセグメント（ＳＶ）における層（１３）に対して横断方向に延びており、
前記各セグメント（ＳＨ，ＳＶ）における前記溝は前記排ガスの本流方向（１５）に対して１０〜７０度の角度をなし、かつ
前記第一の層（１３）の平行な溝は前記第二の層（１３）の平行な溝と交差することを特徴とする排ガス触媒コンバータ。 - 前記第一のセグメント（ＳＨ）の層（１３）と、前記第一のセグメント（ＳＨ）に隣接する前記第二のセグメント（ＳＶ）の層（１３）とは、互いに対して９０度の角度にて配置された方向に延びることを特徴とする請求項１に記載の排ガス触媒コンバータ。
- 前記層（１３）は波形又は千鳥形に折り返された、少なくとも部分的に金属性フォイル状の素材から製作されることを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス触媒コンバータ。
- 前記フォイル状の素材において開口が設けられることを特徴とする請求項３に記載の排ガス触媒コンバータ。
- 前記開口の点から基部（１０）は渦パッキンを形成することを特徴とする請求項４に記載の排ガス触媒コンバータ。
- 前記基部（１０）は少なくとも部分的に押出し成形されたセラミック材から製作されることを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス触媒コンバータ。
- 自動車からの排ガスの汚染物質を分解するための請求項１乃至６のいずれか１項に記載の排ガス触媒コンバータの使用方法。
- 触媒による後燃えのための固定装置としての請求項１乃至６のいずれか１項に記載の排ガス触媒コンバータの使用方法。
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