JP3782596B2

JP3782596B2 - 排ガス浄化用断熱型メタル担体

Info

Publication number: JP3782596B2
Application number: JP35324898A
Authority: JP
Inventors: 雅幸糟谷; 裕一岡崎; 卓三加古; 篤比古今井; 史雄三治; 洋平山
Original assignee: Nippon Steel Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-12-11
Filing date: 1998-12-11
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2018-12-11
Also published as: JP2000179332A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車エンジン等の内燃機関から排出される排ガスを浄化する触媒を担持するためのメタル担体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車排ガス浄化用の触媒装置には排ガスの初期浄化能が優れていて排気抵抗の小さいメタル担体が使用されることが多くなっている。メタル担体は、金属平箔と金属平箔を長さ方向に波形形状の塑性加工した金属波箔とを重ね合せて、これを例えば渦巻状に巻き回して円筒形のハニカム体を構成し、このハニカム体を金属外筒等のケーシングに組み込んだ上で相互に接合したものが知られており、上記ハニカム体に触媒を担持して自動車排ガス浄化装置として使用している。
【０００３】
例えば、メタル担体は、耐熱性ステンレス鋼箔からなるハニカム体を金属製の外筒内に組み込んで製造されている。ハニカム体は、主として厚さ５０μｍ程度の帯状の平箔と、該平箔を波付け加工した帯状の波箔とを重ねて巻き回し、渦巻状にして製造される。渦巻状に巻回された円筒状のメタルハニカム体は、円柱の軸方向に多数の通気孔を有している。そして、この通気孔に触媒を担持させて触媒コンバータとしている。
【０００４】
触媒担体を自動車エンジンの排ガス系に搭載固定して使用するとき、エンジン稼働中は振動を受けるとともに、排ガス及び触媒反応により加熱される。メタル担体が加熱される際、排ガスの流速が大きいメタルハニカム体半径方向中心部が最も大きな入熱を受ける。一方、外筒は外気にさらされているため温度が低く、これに接しているメタルハニカム体外周部は外筒に熱を奪われる。また、ハニカム体の外周部は排ガス流速が小さいために入熱量も少ないので、ハニカム体外周部は中心部に比較して温度が低い。排ガスの触媒反応は触媒温度が高いほど進行するため、温度の低いハニカム体外周部は触媒反応効率がハニカム体中心部より低くなる。
【０００５】
また、ハニカム体の中心部と外周部との温度差、及びハニカム体と外筒との温度差により、メタルハニカム体の内部全体あるいはメタルハニカム体と外筒との接合部に、熱膨張差による応力が集中して、破断や座屈あるいは剥離などが生じるようになる。更にエンジン始動時や加速時には急速に加熱され、ブレーキ時や停車時には急速に冷却され、急加熱−急冷の熱サイクルが走行時に繰り返される。このような熱サイクルに伴って、メタル担体は膨張と収縮を繰り返す。急速加熱・冷却される際には、ハニカム体中心部とハニカム体外周部、外筒との間の温度差により、熱膨張差による応力が集中し、同様に破断、座屈、剥離などが生じるようになる。
【０００６】
ハニカム体から外筒へ流れる熱損失を低減するため、ハニカム体と外筒との間に断熱材を挿入する方法が知られている。また、ハニカム体の最外周部の何層かのセルに断熱物質を充填し、もって熱遮断を行う方法が特開平５−７５４３０号公報に開示されている。
【０００７】
特開平４−２３５７１７号公報においては、ハニカム体外周部と外筒との間に空間部を設け、ハニカム体と外筒との間はリング状弾性保持部材によって弾性変形自在に保持する方法が開示されている。ハニカム体と外筒との間に空間部を設けることでハニカム体から外筒への熱流を遮断し、かつハニカム体と外筒との間の熱膨張差をリング状弾性保持部材の弾性変形によって吸収し、熱応力の発生を防止している。特開平９−２６２４３８号公報では、上記に加え、ハニカム体と外筒との間の空間部を減圧することによって熱遮断を強化している。
【０００８】
特開昭６１−１７９４３６号公報、特開平９−１０８５７６号公報においては、ハニカム体を収容する内側の円筒部と、更にその外側に外側の円筒部を設け、内側の円筒部と外側の円筒部との間に空間部を設けて熱の流出を遮断する方法が開示されている。
【０００９】
特開平８−１９６９１７号公報においては、メタルハニカム体と外筒の双方が両端に縮径部を有し、該縮径部においてハニカム体と外筒とが密着し、縮径部間の拡径部においてはハニカム体と外筒との間に空間を有するメタル担体が開示されている。
【００１０】
実公平６−１０１３２号公報においては、両端に縮径部を有する外筒に２個のハニカム体がガス流れ方向に直列に配置され、各ハニカム体の一端が外筒の縮径部内壁面に固着された排気ガス浄化装置が開示されている。外筒の縮径部に固着された部分以外については、ハニカム体と外筒との間には空間部が存在する。外筒と固着されない側のハニカム体の端部は、外筒と固定せずに自由状態におくか、あるいはスペーサーによって保持される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ハニカム体と外筒との間に断熱材を充填する方法においては、断熱材を使用することによるコストの増加が避けられない。長期間の使用において劣化しない断熱材を選択する必要もある。また、ハニカム体最外周部のセルに断熱材を充填する方法においては、本来排気ガスを浄化するためのセルをつぶすこととなり、また断熱材を充填してもハニカム体の箔を介しての熱伝導は残るので断熱効果も十分とはいえない。
【００１２】
ハニカム体と外筒との間に空間部を設け、両者をリング状弾性保持部材で結合する方法においては、加熱−冷却のサイクルの繰り返しによってリング状弾性保持部材が変形を繰り返しても破損しない保持部材を選択する必要があり、かかるリング状弾性保持部材の製造、及び該保持部材によるハニカム体と外筒との接合に伴うコストの増加が避けられない。
【００１３】
ハニカム体の外側に２重の円筒部を設ける方法においては、内側の円筒はハニカム体と接しているため、エンジン始動時にハニカム体から内側の円筒に熱を奪われ、始動初期のハニカム体の温度上昇を遅らせるという問題を解決することができない。また、２重の円筒部を設けるため、コストアップを避けることもできない。
【００１４】
ハニカム体と外筒の双方の両端に縮径部を設け、縮径部において両者を密接させる方法においては、ハニカム体の最外周部のセルがつぶされるので排ガス浄化に寄与するセルが減少するという問題があり、更に外筒の縮径部によってハニカム体の拡径部両端が拘束されているため、加熱時のハニカム体と外筒の熱膨張差が開放されず、熱応力が発生するという問題もある。
【００１５】
両端に縮径部を有する外筒に２個のハニカム体を直列に接続する方法においては、外筒と接合しない側のハニカム体が外筒に保持されないため、振動によってハニカム体の寿命が短縮するという問題がある。スペーサーによって外筒とハニカム体との間を保持する方法を採用すると、スペーサー設置に伴うコストアップを避けることができない。
【００１６】
本発明は、これらの問題点を解決し、コストアップとならず、ハニカム体のセルを無駄にせず、ハニカム体と外筒との熱膨張差を解消して熱応力の発生を防止しながら、ハニカム体から外筒への熱損失を防止できるメタル担体を提供することを目的とする。
【００１７】
また、熱ロスの低減したハニカム体外周部のセルへの排ガス供給量を増大し、排ガス浄化性能を向上したメタル担体を提供することを他の目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とするところは、
（１）金属製平箔と該平箔にコルゲート加工を施した波箔とを交互に巻き回したハニカム体と、両端に縮径部を有する金属製外筒よりなり、該外筒の排ガス出側端面の縮径部の内面とハニカム体の外面を、ハニカム体軸方向の長さの 1/10 以上の長さで接合し、該外筒の排ガス入り側端面の縮径部の内面とハニカム体の外面を、該ハニカム体軸方向の長さの１／１００以上の長さで摺動可能に接し、両縮径部間における外筒の内面とハニカム体の外面を非接触とし、両縮径部間における外筒の内面とハニカム体の外面との間に空気断熱層を設けることを特徴とする排ガス浄化用メタル担体。
（２）金属製平箔と該平箔にコルゲート加工を施した波箔とを交互に巻き回したハニカム体と、両端に縮径部を有する金属製外筒よりなり、該外筒の排ガス出側端面の縮径部の内面とハニカム体の外面とを接合し、該外筒の排ガス入り側端面の縮径部の内面とハニカム体の外面とを摺動可能に接し、両縮径部間における外筒の内面とハニカム体の外面を非接触とし、両縮径部間における外筒の内面とハニカム体の外面との間に空気断熱層を設けた排ガス浄化用メタル担体において、
前記外筒の内面に面する前記ハニカム体外周部の箔以外を構成する箔の表面に多数の通気孔を有することを特徴とする排ガス浄化用メタル担体。
（３）前記空気断熱層の間隔を１ｍｍ〜５ｍｍとすることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の排ガス浄化用メタル担体。
（４）前記ハニカム体の排ガス入り側端面形状を凸形状とし、排ガス出側端面形状を凹形状とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排ガス浄化用メタル担体。
（５）前記ハニカム体の上流部に、整流用ハニカム体を配設することを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の排ガス浄化用メタル担体。
である。
【００１９】
本発明においては、図１に示すように、金属製の外筒２は両端に縮径部３、４を有し、縮径部の内径はハニカム体１の外径と略等しくする。金属製外筒の排ガス出側端面の縮径部４の内面とハニカム体１の外面とをろう付け、ないしは拡散接合によって接合する。外筒の排ガス入り側端面の縮径部３の内面とハニカム体１の外面とは摺動可能に接している。ハニカム体はハニカム体の軸に垂直方向の応力に対してはハニカム体両端において外筒の両縮径部に支持される。また、ハニカム体の軸に平行な方向の応力に対しては排ガス出側の接合部７によって外筒２に支持されている。一方、ハニカム体１と外筒２との温度差に伴う熱膨張差が発生しても、ハニカム体１が排ガス入り側端面の縮径部３において摺動可能となっているため、熱応力を発生することがない。
【００２０】
外筒２の両端の縮径部ではさまれた胴部５については、外筒内周部とハニカム体外周部との間には空間部（空気断熱層）６が存在するので、この空間によってハニカム体１から外筒２への熱伝導が妨げられ、ハニカム体からの熱ロスを低減することができる。ハニカム体と外筒との間に空間部６があるため、定常運転中のハニカム体からの熱ロスが低減できるだけでなく、エンジン始動時においても熱容量の大きい外筒２がハニカム体１に接していないためにハニカム体１の温度上昇が速く、エンジン始動後いち早く排ガスの浄化を開始することができる。
【００２１】
本発明においては、リング状弾性保持部材やスペーサーを用いることなくハニカム体を外筒によって支持することができるので、コストを上昇させることなく上記機能を確保することができる。また、ハニカム体外周部に縮径部を設けたりセルに断熱材を充填することがないので、ハニカム体のセルの全体を排ガスの浄化に用いることができる。
【００２２】
本発明においては、更にハニカム体外周部のセル内の排ガス流速を増大し、ハニカム体外周部を有効に排ガス浄化に用いることができる。従来のようにハニカム体の外周部からの熱ロスが大きいメタル担体においては、たとえハニカム体外周部のセル内排ガス流速を増大したとしても、ハニカム体外面からの熱損失が大きいために触媒の温度が十分に上昇せず、結局は効率良くハニカム体外周部セルによって排ガス浄化を行うことができなかった。これに対し、本発明においてはハニカム体１と外筒２との間に空間部６を有するためにハニカム体外周面からの熱ロスが少ないので、ハニカム体外周部のセル内排ガス流速を増大すれば、外周部においても十分に効率の高い排ガス浄化を行うことが可能になった。
【００２３】
図２に示すように、ハニカム体１を構成する箔の表面に多数の通気孔１４を形成することにより、ハニカム体の隣合うセル間での排ガスの流通が可能になる。その結果、ハニカム体排ガス入り側ではハニカム体中心部のセルに流れる排ガスが多くても、ハニカム体内部で排ガスが中央のセルから外周部のセルに移動し、ハニカム体半径方向に排ガス流速を均一化し、ハニカム体外周部のセルを有効に利用することができる。箔の表面の通気孔１４は、ハニカム体外面に面する箔の表面には設けない。これにより、排ガスがハニカム体外面からハニカム体と外筒との間の空間部６に流出することを防止できる。
【００２４】
図３に示すように、ハニカム体１の排ガス入り側端面の形状を凸形状とすると、該端面を平面とした場合と比較してハニカム体半径方向の排ガス流速分布を均一化し、外周部のセル内排ガス流速を増大することができる。これによっても上記と同様ハニカム体外周部セルの排ガス浄化効率を向上することができる。
【００２５】
図４に示すように、排ガス浄化用のハニカム体１の上流側に整流用ハニカム体１１を配設することにより、同じようにハニカム体半径方向の排ガス流速分布を均一化し、排ガス浄化用ハニカム体外周部のセル内排ガス流速を増大することができる。これによって上記と同じ効果を得ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明のメタル担体は、図１に示すように、ハニカム体１が金属製の外筒２内に組み込まれている。ハニカム体１は、耐熱性ステンレス鋼からなる帯状の平箔と、この平箔を波付け加工した帯状の波箔とを重ねて巻き回し、渦巻状にして製造される。渦巻状に巻回された円筒状のハニカム体１は、平箔と波箔との接触部の全部又は一部を接合し、円柱の軸方向に多数のセルを有している。
【００２７】
ハニカム体１の材料としては、耐熱性合金元素としてＡｌ３〜１０％、Ｃｒ１５〜２５％を含有するフェライト系ステンレス鋼、例えば２０％Ｃｒ−５％Ａｌ−Ｆｅ鋼が採用される。また外筒２用の材料としては、ハニカム体１ほどの耐熱性は要求されないので、Ａｌ等の耐熱性合金元素を含有しないステンレス鋼を採用してもよい。
【００２８】
外筒２はその両端に縮径部３、４を有する。縮径部の内径はハニカム体１の外径と略等しい。ハニカム体１を外筒２に組み込み、排ガス出側端部においてハニカム体外面と外筒縮径部４の内面の相接している部分を接合する。接合は、ろう付けないしは拡散接合によって行うことができる。排ガス入り側端部においては、ハニカム体外面ともう一方の縮径部３の内面とが相接する。縮径部３の内径をハニカム体１の外径と同等か若干大きくすることにより、ハニカム体１は縮径部３において摺動可能に保持される。外筒の両縮径部にはさまれた胴部５は、その内径がハニカム体外径よりも大きく、ハニカム体と外筒とを組合わせた状態で両者の間に空間部６が形成される。
【００２９】
排ガス出側を接合部７とし、排ガス入り側を摺動部８とするのは以下の理由からである。即ち、排ガス出側を接合部７にする理由は、排ガスに直接さらされる入り側のハニカム体１あるいは外筒２の温度変化に対し、出側のハニカム体あるいは外筒の温度は変化が少なく、熱応力が入り側に比べて発生しにくいため、及び出側を接合部にすればハニカム体の保持寿命が入り側を接合して保持する場合に比べて格段に向上するからである。また、排ガス入り側を摺動部８とする理由は、温度変化が激しく発生する入り側の外筒とハニカム体で発生する熱歪を外筒とハニカム体を非接合にすることで軸方向、径方向ともに開放する必要があるからである。さらに、ハニカム体を摺動可能で外筒内面と接する理由は、ハニカム体の振動を外筒の両端の接触面で抑えて防止し、ハニカム体の保持寿命をさらに延ばすとともに、触媒コート時に空間部６への触媒浸入を防止することができるからである。
【００３０】
ハニカム体１を外筒２によって十分に支持するためには、外筒両端の縮径部におけるハニカム体との接触部を確保する必要がある。排ガス出側端部においては、外筒縮径部４内面とハニカム体１外面とのメタル担体軸方向接触長さを、ハニカム体１長さの１／１０以上とすることにより、ハニカム体１を強固に外筒２によって支持することができる。接合は、ろう付けあるいは固体拡散接合等の手段を用いて行う。
【００３１】
一方、排ガス入り側端部においては、排ガスの流れる方向に垂直な応力に対してハニカム体１を支持できればよいので、常温においてハニカム体１外面と外筒縮径部３の内面とがわずかでも接していれば本発明の機能を発揮することができる。ハニカム体１と外筒２との製作精度、組立精度を考慮すると、外筒の縮径部３内面とハニカム体１外面とのメタル担体軸方向接触長さがハニカム体長さの１／１００以上であれば目的を達成することができる。
【００３２】
上記の両縮径部の長さ条件を満足し、かつ上記ハニカム体１と外筒２とが接しない空間部６の面積をできるかぎり広くとることで、ハニカム体と外筒との間の断熱効果を得ることができる。
【００３３】
両縮径部の間の胴部５におけるハニカム体１と外筒２との間の間隔は、狭すぎると断熱効果が十分ではなく、本発明の効果が十分には発揮できない。一方、該間隔を大きくしようとすると、メタル担体を収容する部位のスペースからメタル担体の外径は制約されるため、結局ハニカム体１の直径を小さくせざるをえず、排ガス浄化性能を十分に発揮できなくなる。胴部５における外筒内面とハニカム体外面との間の間隔を１ｍｍ〜５ｍｍとすることにより、本発明の効果を最も良好に発揮することができる。
【００３４】
メタル担体が接続される排気管の内径はハニカム体外径に比較して小さいので、ハニカム体の上流側には排気管からの径拡大部９、下流側には径縮小部１０を設ける。径拡大部９、径縮小部１０とメタル担体の外筒２とはそれぞれ別個に製造し、外筒２にハニカム体１を組み込んだ後に外筒の縮径部端部と径拡大部９、径縮小部１０とを接合することができる。もちろん、外筒２と径拡大部９、あるいは外筒２と径縮小部１０を一体に製作し、これにハニカム体を組み込むことも可能である。
【００３５】
通常のメタル担体触媒コンバータにおいては、排気管から径拡大部９を経てハニカム体排ガス流入側端面に到達した排ガスの流速分布は、径拡大部９で十分に広がることができず、ハニカム体入り側端部において、ハニカム体中心部の排ガス流速が速く、ハニカム体周辺部の流速は遅い。本発明においてはハニカム体周辺部における外部への熱ロスが減少しているので、ハニカム体周辺部へも十分な流速の排ガスを供給することができれば、周辺部セルでも高い温度が確保されてハニカム体全体が均一な浄化能力を有することとなり、排ガス浄化効率を一層増大することが可能になる。
【００３６】
本発明では、図２に示すように、ハニカム体１を構成する箔の表面に多数の通気孔１４を形成することにより、ハニカム体の隣合うセル間での排ガスの流通が可能になる。その結果、ハニカム体排ガス入り側ではハニカム体中心部のセルに流れる排ガスが多くても、ハニカム体内部で排ガスが中央のセルから外周部のセルに移動し、ハニカム体半径方向に排ガス流速を均一化し、ハニカム体外周部のセルを有効に利用することができる。箔の表面の通気孔１４は、ハニカム体外面に面する箔の表面には設けない。これにより、排ガスがハニカム体外面からハニカム体と外筒との間の空間部６に流出することを防止できる。
【００３７】
従来、ハニカム体の排ガス流入側端面形状として平面が採用されていたが、本発明においては更に、図３に示すように、ハニカム体排ガス流入側端面を凸形状とすることにより、ハニカム体外周部セルにおける排ガス流速を増大することができる。凸形状としては、円錐状、ドーム状等の形状から選択することができる。ハニカム体端面形状を凸形状とすることにより、端面の中心部は径拡大部の空間部１２内に入り込み、これによって径拡大部内における排気ガス流れが影響を受け、ハニカム体の外周部のセルにも排気ガスが十分に供給されるようになったものと考えられる。
【００３８】
以上述べてきたハニカム体は触媒反応を起こさせるためのハニカム体１であり、以後整流用ハニカム体１１と区別するためにメインハニカム体１とよぶ。
【００３９】
本発明においては、図４に示すようにメインハニカム体１の上流に整流用ハニカム体１１を配設することにより、メインハニカム体１の排ガス流速分布を均一化し、ハニカム体外周部セルの排ガス流速を増大することができる。これにより、本発明においてはハニカム体周辺部における外部への熱ロスが減少しているので、周辺部セルでも高い温度が確保されてハニカム体全体が均一な浄化能力を有することとなり、排ガス浄化効率を一層増大することが可能になる。整流用ハニカム体１１は排ガスの整流化が目的なので、熱ロスを防ぐために極力その厚みを薄くする。整流用ハニカム体１１の形状としては、図５（ａ）に示す平面形状、同図（ｂ）に示すドーム形状、同図（ｃ）に示す円錐形状等を採用することができる。
【００４０】
整流用ハニカム体１１の形状毎の整流化効果は、平面形状よりもドーム形状、円錐形状の方が優れた効果を有する。ドーム形状、円錐形状の場合は、整流用ハニカム体の排ガス流入側端面が凸形状となるので、該端面の中央部は径拡大部の空間部１２内に入り込み、これによって径拡大部内における排気ガス流れが影響を受け、整流用ハニカム体の外周部のセルにも排気ガスが十分に供給されるようになったものと考えられる。更に、整流用ハニカム体１１の排ガス出側端面形状が凹形状となるため、整流用ハニカム体１１とメインハニカム体１との間には十分な空間部１３が形成され、この空間部１３において排ガスが混合するためにメインハニカム体入り側における排ガスの流速が均一化されるものと考えられる。また、整流用ハニカム体１１の剛性も、平面形状よりもドーム形状、円錐形状の方が優れている。
【００４１】
本発明の排気ガス流入側の端面が凸形状を有するメインハニカム体１、あるいは整流用ハニカム体１１の端面形状は、ハニカム体の中心部を通る断面の外縁部における表面の接線と、排気ガス流路と直交する線との間の角度θは６０°以下とすることが好ましい。６０°を超えると、第１に整流用ハニカム体の平箔と波箔との軸方向の重なり代（ラップ代）が少なくなり、半径方向の圧縮及び引張力に対抗するハニカム剛性が低下する。そのため、ハニカム体が熱や応力によって容易に変形したり、排ガスの脈動で振動したりして破壊しやすくなり、耐久性が圧下する。また第２に、径拡大部とハニカム体の外周部との空間が狭くなり、排気ガスが外周部へ供給されにくくなるため、整流化効果が低下するからである。
【００４２】
上記角度θは、より好ましくは２０°〜４５°とする。２０°未満では半径方向の熱応力が解放されにくくなるために耐久性の向上効果が低減すると同時に、凸型が偏平に近くなるため、凸型の形状効果が低下し、整流化効果が薄まるからである。またθを４５°以下とすることでハニカム体の耐久性、整流化効果ともに最良の結果を得ることができる。
【００４３】
【実施例】
自動車のエンジンマニホールドのすぐ下流側に配置するメタル担体触媒コンバーターにおいて本発明を実施した。ハニカム体は、いずれも厚み２０μｍのステンレス鋼平箔と該平箔をコルゲート加工した波箔とを巻き回し、該平箔と波箔との接触部をろう付け接合することによって形成した。ハニカム体（メインハニカム体）１は、幅１００ｍｍのステンレス鋼平箔と波箔とを円筒形に巻き回し、直径１００ｍｍ、長さ１００ｍｍの円筒形に成形した。外筒２は、厚み１．５ｍｍのステンレス製円筒を用い、両端に内径１００ｍｍの縮径部、中央に内径１０６ｍｍの胴部を有する。排ガス入り側縮径部長さは１０ｍｍ、排ガス出側縮径部長さは３０ｍｍ、胴部の長さは６０ｍｍである。
【００４４】
整流用ハニカム体１１については、厚み３０μｍのステンレス鋼平箔と波箔とを巻き回して円筒形のハニカム体とし、次いで前記ハニカム体を該ハニカム体の中心線に直交する面で複数に切断し、該切断したハニカム体の外周に厚み１．５ｍｍのステンレス鋼の外筒を配し、次いで該切断したハニカム体を凹治具と凸治具とでプレスすることにより該ハニカム体の一方の面は凸型の形状とし他方の面は凹型の形状とし、その後に該平箔と波箔との接触部をろう付け接合することによって形成した。
【００４５】
本発明例１においては、図１に示すように、排ガス出側縮径部４におけるハニカム体１との接触部長さは２５ｍｍとし、ろう付けによって外筒２とハニカム体１を接合した。排ガス入り側縮径部３においては、ハニカム体１と縮径部３とは長さ５ｍｍにわたって接触している。
【００４６】
本発明例２を図２に示す。ハニカム体１と外筒２との接続は本発明例１と同様である。ハニカム体１を構成する平箔及び波箔には予め直径２ｍｍの通気孔１４を１個／ｃｍ²の密度で配置し、この平箔と波箔とを巻き回してハニカム体とした。ハニカム体の最外周の平箔には通気孔は設けていない。その他の条件は本発明例１と同様である。
【００４７】
本発明例３は、図６に示す形状のハニカム体１に、更に本発明例２と同様の通気孔１４を配設した平箔と波箔とを用いたものである。本発明例３のハニカム体１は、排ガス入り側端面が凸形状、出側端面が凹形状をなし、端面の円錐形の陵線と、排気ガス流路と直交する線との間の角度θは３０度である。その他の条件は本発明例１と同様である。
【００４８】
本発明例４を図７に示す。本発明例３と同様のメインハニカム体１と外筒２との組合わせの排ガス上流側に、厚み１０ｍｍの整流用ハニカム体１１を配置した。整流用ハニカム体１１の排ガス入り側端面、出側端面は円錐形をなし、端面の円錐形の陵線と、排気ガス流路と直交する線との間の角度θは４５度である。本発明例に用いる径拡大部９は、整流用ハニカム体１１を収容するために円筒部の長さが他の発明例に比較して長くなっている。径拡大部９と外筒２との間を溶接接合することにより、整流用ハニカム体１１はメタル担体内に収容される。
【００４９】
比較例として、外筒２に内径１００ｍｍの円筒を用いたメタル担体を採用した。ハニカム体１の外周部全体において外筒と接触している。
【００５０】
本発明例１〜４及び比較例をエンジンの排気ガス系に設置し、メタル担体の昇温特性、降温特性、浄化性能の比較を行った。昇温特性、降温特性は、ハニカム体の外周部から２層内側のハニカム体長さ中央部の温度を測定し、昇温特性についてはコールドスタート後５０秒における当該部の温度により、降温特性については排ガス流入停止１０分後の当該部の温度により評価した。浄化性能については、エンジン始動時のメタル担体の初期浄化性能を調査するために、ＨＣ５０％浄化率到達時間によって評価した。
【００５１】
評価結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】

【００５３】
昇温特性評価における外周部のハニカム体温度について、本発明例は比較例に対していずれも昇温速度が速く、本発明例の中では本発明例４、３、２、１の順で昇温特性が良好であった。本発明のハニカム体と外筒との間の断熱効果によって昇温速度が上昇し、更に本発明例２、３、４においてはハニカム体外周部排ガス流速向上対策効果が上乗せされ、一層の昇温速度の上昇が実現した。
【００５４】
降温特性については、本発明例はいずれも比較例に対して良好であった。本発明のハニカム体と外筒との間の断熱効果によるものである。
【００５５】
ＨＣ浄化性能については、本発明例４が最も優れており、以下本発明例３、２、１の順で、比較例が最も悪い成績であった。
【００５６】
【発明の効果】
本発明は、外筒内周面とハニカム体外周面との間に空気断熱層が存在し、この空気断熱層の面積を広くすることができるので、この空気断熱層によってハニカム体から外筒への熱伝導が妨げられ、ハニカム体からの熱ロスを低減することができる。定常運転中のハニカム体からの熱ロスが低減できるだけでなく、エンジン始動時においてもハニカム体の温度上昇が速く、エンジン始動後いち早く排ガスの浄化を開始することができる。
【００５７】
本発明においては、リング状弾性保持部材やスペーサーを用いることなくハニカム体を外筒によって支持することができるので、コストを上昇させることなく上記機能を確保することができる。また、ハニカム体外周部に縮径部を設けたりセルに断熱材を充填することがないので、ハニカム体のセルの全体を排ガスの浄化に用いることができる。
【００５８】
本発明においては、ハニカム体の断熱効果に加え、外筒の内面に面する前記ハニカム体外周部の箔以外を構成する箔の表面に多数の通気孔を有することにより、ハニカム体外周部のセル内の排ガス流速を増大し、ハニカム体外周部を更に有効に排ガス浄化に用いることができる。
さらに、ハニカム体外周部の排ガス流速増大手段として、ハニカム体排ガス入り側端部を凸形状とする方法、ハニカム体排ガス入り側に整流用ハニカム体を配置する方法を採用することができる。これらの相乗効果により、ハニカム体外周部の昇温特性を更に向上し、定常運転時においてもハニカム体外周部の温度を高温に保ち、メタル担体の浄化性能を向上することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のメタル担体の断面図である。
【図２】本発明のメタル担体の断面図である。
【図３】本発明のメタル担体の断面図である。
【図４】本発明のメタル担体の断面図である。
【図５】本発明の整流用ハニカム体の断面図であり、（ａ）は平面形状、（ｂ）はドーム形状、（ｃ）は円錐形状のものを示す。
【図６】本発明のメタル担体の断面図である。
【図７】本発明のメタル担体の断面図である。
【符号の説明】
１ハニカム体（メインハニカム体）
２外筒
３縮径部（排ガス入り側）
４縮径部（排ガス出側）
５胴部
６空間部
７接合部
８非接合部（摺動部）
９径拡大部
１０径縮小部
１１整流用ハニカム体
１２、１３空間部
１４通気孔
１５外筒

Claims

金属製平箔と該平箔にコルゲート加工を施した波箔とを交互に巻き回したハニカム体と、両端に縮径部を有する金属製外筒よりなり、該外筒の排ガス出側端面の縮径部の内面とハニカム体の外面を、ハニカム体軸方向の長さの 1/10 以上の長さで接合し、該外筒の排ガス入り側端面の縮径部の内面とハニカム体の外面を、該ハニカム体軸方向の長さの１／１００以上の長さで摺動可能に接し、両縮径部間における外筒の内面とハニカム体の外面を非接触とし、両縮径部間における外筒の内面とハニカム体の外面との間に空気断熱層を設けることを特徴とする排ガス浄化用メタル担体。
金属製平箔と該平箔にコルゲート加工を施した波箔とを交互に巻き回したハニカム体と、両端に縮径部を有する金属製外筒よりなり、該外筒の排ガス出側端面の縮径部の内面とハニカム体の外面とを接合し、該外筒の排ガス入り側端面の縮径部の内面とハニカム体の外面とを摺動可能に接し、両縮径部間における外筒の内面とハニカム体の外面を非接触とし、両縮径部間における外筒の内面とハニカム体の外面との間に空気断熱層を設けた排ガス浄化用メタル担体において、
前記外筒の内面に面する前記ハニカム体外周部の箔以外を構成する箔の表面に多数の通気孔を有することを特徴とする排ガス浄化用メタル担体。
前記空気断熱層の間隔を１ｍｍ〜５ｍｍとすることを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス浄化用メタル担体。
前記ハニカム体の排ガス入り側端面形状を凸形状とし、排ガス出側端面形状を凹形状とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排ガス浄化用メタル担体。
前記ハニカム体の上流部に、整流用ハニカム体を配設することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の排ガス浄化用メタル担体。