JP6622860B1 - 触媒コンバータ - Google Patents
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Abstract
【課題】優れた保持力を有する触媒コンバータを提供すること。【解決手段】筒状のケーシング内に第１の触媒担体と第２の触媒担体が配設され、第１の触媒担体および第２の触媒担体とケーシングとの間には、第１の触媒担体および第２の触媒担体の外周を囲むように保持部材が設けられ、第１の触媒担体と第２の触媒担体との間には、ケーシングの外側面に溶接される装着ボスを介して空燃比センサが配設される触媒コンバータであって、触媒コンバータの外径の大きさはケーシングの排気流路方向で略均一に形成され、ケーシングと、ケーシングの排気流路方向の上流および下流に夫々配置される配管とは、全周溶接により夫々互いに固着され、ケーシングの排気流路方向正面視でのケーシングの外周において、装着ボスの溶接される位置を０°とした時、全周溶接の夫々の終始点は３４５°から１５°の位置に設けられる、触媒コンバータである。【選択図】図４
Description
本発明は、触媒コンバータに関する。
エンジンの排気流路には、排気に含まれるＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘ等のガス成分を浄化したり、排気中の粒子状物質（以下、「ＰＭ」ともいう）を捕集して浄化する触媒コンバータが設けられる。この触媒コンバータは、排気を浄化する機能を有する柱状の触媒担体を、排気流路の一部となる管状のケーシング内に収容することによって構成される。
ところで、触媒コンバータにおいては、エンジン中の空燃比をコントロールする目的で、排気中の酸素濃度を測定する空燃比センサが導入される。例えばこの空燃比センサの導入は、空燃比センサ装着ボスを、触媒コンバータのケーシングを貫通した状態で溶接することで行われる（例えば、特許文献１参照）。
上記特許文献１では、管状のケーシングの内部に２つの触媒担体が収容されている２ベッドコンバータにおいて、ケーシングを前記２つの触媒担体の中間位置で縮径させ、その縮径筒部において一部平面を形成し、当該平面部において空燃比センサ装着ボスを導入する構造が開示されている。この触媒コンバータにおいては、縮径部を形成（ＭＩＤ成形）した後に両側から触媒担体を挿入し、さらにもう一度全体を縮径（キャニング）することで、ケーシングに保持力を付与している。
しかしながら、上記特許文献１の構造においては、縮径工程が複数回にわたることによる生産の長時間化や、縮径部に繰り返し応力がかかることにより、ひび割れが発生しやすくなることが懸念される。
ところで、空燃比センサ装着ボスのケーシングへの導入は、通常、キャニング後にケーシングにおける取付部に溶接することで行われる。このとき、周囲の溶接熱影響部にて熱膨張収縮によるひずみが生じるため、ケーシングが内部に保持している触媒担体から浮き上がり、触媒担体を支える面圧が低下する結果、その保持力が低下する。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、ＭＩＤ成形工程のない２ベッド触媒コンバータにおいて、ケーシングと上下流配管との溶接位置を適切に設定することによって、溶接における熱影響部のひずみを、ケーシングと上下流配管との嵌合若しくは突合せ溶接時のひずみにて相殺し、優れた保持力を有する触媒コンバータを提供することを目的とする。
（１） 本発明は、筒状のケーシング内（例えば、後述のケーシング４）に第１の触媒担体（例えば、後述のハニカム担体２ａ）と第２の触媒担体（例えば、後述のハニカム担体２ｂ）が配設され、前記第１の触媒担体および前記第２の触媒担体と前記ケーシングとの間には、前記第１の触媒担体および前記第２の触媒担体の外周を囲むように保持部材（例えば、後述のマット３）が設けられ、前記第１の触媒担体と前記第２の触媒担体との間には、前記ケーシングの外側面に溶接される装着ボス（例えば、後述の装着ボス６）を介して空燃比センサ（例えば、後述の空燃比センサ７）が配設される触媒コンバータ（例えば、後述の触媒コンバータ１）であって、前記触媒コンバータの外径の大きさは、前記ケーシングの排気流路方向（例えば、後述の排気流路方向１ａ）で略均一に形成され、前記ケーシングと、前記ケーシングの排気流路方向の上流および下流に夫々配置される配管とは、全周溶接により夫々互いに固着され、前記ケーシングの排気流路方向正面視での前記ケーシングの外周において、前記装着ボスの溶接される位置を０°とした時、前記全周溶接の夫々の終始点は３４５°から１５°の位置に設けられる、触媒コンバータを提供する。
（２） （１）の発明において、前記保持部材は、その両端が対向する合口部（例えば、後述の合口部３１）が、前記ケーシングの排気流路方向正面視での前記ケーシングの外周において、前記装着ボスの溶接される位置を０°とした時、１５°から１０５°若しくは２５５°から３４５°の位置に設けられていてもよい。
（１）の発明によれば、全周溶接の終始点近傍におけるひずみと、ボス装着部溶接により生じるケース端部の拡がりと、が相殺される。そのため、ケーシングの浮き上がりが小さくなり、保持力が向上する。従って（１）の発明によれば、従来よりも優れた保持力を有する触媒コンバータを提供できる。
（２）の発明によれば、全周溶接終点直前での膨張ひずみ箇所に対して、マット合口部を位置させることで面圧の均一化を図る。そのため、面圧の低下がさらに抑えられ、保持力がより向上する。従って（２）の発明によれば、さらに優れた保持力を有する触媒コンバータを提供できる。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る触媒コンバータ１の全体図である。触媒コンバータ１は、図示しないエンジンの排気通路に配置され、このエンジンから排出される排気を排気浄化触媒の作用下で浄化する。より具体的には、例えば触媒コンバータ１は、エンジンの排気通路のうちエンジン直下と呼称される区間内（例えば、エンジンが納められるエンジンルーム内の区間内）において、車両の搭載姿勢で縦、すなわちその排気流路方向１ａと鉛直方向とが略平行になるように設けられる。
ここで、排気流路方向１ａとは、後述する筒状のケーシング４の中心軸方向である。すなわち、この排気流路方向１ａは、ケーシング４における排気流路方向（排気の流れる方向）を意味する。
触媒コンバータ１は、円柱状のハニカム担体２と、このハニカム担体２に巻き付けられた帯状のマット３と、マット３が巻き付けられたハニカム担体２を収容する管状のケーシング４と、を備える。
ハニカム担体２は、流入側端部２３から流出側端部２４まで排気流路方向１ａに沿って延びる複数のセル２１と、これらセル２１を区画形成する隔壁２２とを備えた円柱状であり、各セル２１の両端部２３，２４には目封じが設けられていないフロースルー型のハニカム構造体である。隔壁２２には、排気浄化触媒が担持されている。流入側端部２３から各セル２１内に流入した排気は、各セル２１内を排気流路方向１ａに沿って流れる過程で排気浄化触媒の作用下で浄化される。
マット３は、帯状であり、繊維材と、繊維材同士を接続する無機バインダとを含んで構成される。繊維材には、アルミナ繊維、ムライト繊維、シリカ繊維、アルミナシリカ繊維、セラミックガラス繊維等の耐熱性を有する無機繊維が用いられる。また無機バインダには、例えばアルミナ粒子を含むものが用いられる。マット３は、円柱状のハニカム担体２の外周面に沿って巻き付けられる。巻きつけた後に合口部３ａ、すなわちマット端部付近の面圧が上昇するため、これを膨張部（全周溶接終点直前における膨張）４ｂと対応する位置に設定することで、膨張による面圧の低下を補填し、保持力を向上させることができる。
図２は、本実施形態の触媒コンバータ１に係るケーシング４の内部構造を示す断面図である。ケーシング４は筒状であり、外径の大きさは排気流路方向で略均一に形成され、上述のようにマット３が巻き付けられたハニカム担体２をその内部に収容する。ケーシング４は、マット３が巻き付けられた２つのハニカム担体２を保持し、その中間位置において空燃比センサ装着ボス取付用の孔部５を有する。すなわち、２つのハニカム担体２は、所定の間隔を保ってケーシング４に保持され、両者間に空燃比センサ７が挿入される空間を有する。
なお、ハニカム担体２をケーシング４内に挿入した時点において、ケーシング４の内径は、ハニカム担体２に巻き付けられた状態におけるマット３の外径よりもやや大きいが、ハニカム担体２の挿入後にケーシング４の縮径加工を行うことで、ケーシング４内でハニカム担体２が保持される。詳しくは、縮径されたケーシング４によりマット３が外周方向より圧縮され、ハニカム担体２の外周面にはマット３による面圧が作用し、これによりハニカム担体２はケーシング４の内部の規定の位置に保持されている。
孔部５は、ケーシング４の外周側面に設けられる孔部であり、空燃比センサ７はこれを通じて触媒コンバータ１内へ挿入される。孔部５には、ケーシング４内へ空燃比センサ７を導入するための冶具として、空燃比センサ装着ボス６が溶接により接着されている。
空燃比センサ装着ボス６は、空燃比センサ７をケーシング４内へ挿入するための冶具である。空燃比センサ装着ボス６の形状としては特に限定されないが、空燃比センサ装着ボス６が孔部５に嵌合する大きさの円筒形状の部位を備えていれば、溶接が容易に行えるため好ましい。
空燃比センサ７は排気中の空燃比を検知測定するセンサである。空燃比センサ７は排気中の煤の堆積や劣化等により、メンテナンスおよび交換の必要が生じやすい。そこで、空燃比センサ装着ボス６と空燃比センサ７には、互いに嵌合するねじ切り加工がされており、簡便に空燃比センサ７の取り外しが可能となっていることが好ましい。
図３は、本実施形態の触媒コンバータ１に係るケーシング４の排気流路方向１ａ正面視図である。
触媒コンバータ１は、排気系において上下流の配管と接続しており、その接続部は円筒の全周で嵌合若しくは突合せ溶接されている。ここで、触媒コンバータ１の排気流路方向正面視において、前記装着ボスの溶接される位置を０°としたとき、夫々の全周溶接の終始点は３４５°（−１５°）から１５°の位置に設けられる。これにより、全周溶接の終始点において、溶接熱影響部を収縮させることで、装着ボス溶接時に生じた膨張部４ａの膨張を相殺し、ケーシングの浮き上がりによる面圧の低下を緩和することができる。
触媒コンバータ１は、排気系において上下流の配管と接続しており、その接続部は円筒の全周で嵌合若しくは突合せ溶接されている。ここで、触媒コンバータ１の排気流路方向正面視において、前記装着ボスの溶接される位置を０°としたとき、夫々の全周溶接の終始点は３４５°（−１５°）から１５°の位置に設けられる。これにより、全周溶接の終始点において、溶接熱影響部を収縮させることで、装着ボス溶接時に生じた膨張部４ａの膨張を相殺し、ケーシングの浮き上がりによる面圧の低下を緩和することができる。
さらに、本発明の触媒コンバータ１は、マット３の両端が対向する合口部３ａが、排気流路方向１ａ正面視での前記ケーシングの外周において、前記装着ボスの溶接される位置を０°とした時に、１５°から１０５°若しくは２５５°（−１０５°）から３４５°（−１５°）に位置することが好ましい。これにより、全周溶接終点直前での膨張ひずみ箇所４ｂに対して、面圧が高くなるマット合口部３ａを位置させることで面圧の低下を補填し、保持力が向上する。
次に、本実施形態の触媒コンバータ１の製造方法について、簡単に説明する。
円筒状のケーシング４に、マット３を外周に巻きつけた２つのハニカム担体２を挿入し、夫々所定の位置に保持する。この時、２つのハニカム担体２の間には、空燃比センサを挿入できる空間が存在する。ケーシング４にはあらかじめ空燃比センサ装着ボス取付用の孔部５が形成されており、孔部５が２つのハニカム担体２の中間位置にくるように保持位置を決定する。
２つのハニカム担体２を保持した円筒状のケーシング４全体を、外側から専用のプレス機により円筒の半径方向に圧縮し、縮径させる。これにより、ケーシング４中でマット３が圧縮され、２つのハニカム担体２にマット３からの面圧が印加されることで、ケーシング４に保持力が付与される。
図４は、本実施形態の触媒コンバータ１に係るケーシング４の側面視における、膨張部の分布を示す展開図である。図４において、（ａ）は排気流路方向１ａ正面視における円筒状のケーシング４を表しており、円の周囲の番号は、円筒側面の４方向に対応する。また、（ｂ）に記載の４つの長方形は、前記番号に対応した側面方向からの側面視図である。なお、各側面視図の図中における上方向は、（ａ）に示す円筒の紙面手前方向に対応する。
本実施形態では、縮径加工されたケーシング４の孔部５に、空燃比センサ装着ボス６を溶接により取り付ける。溶接時には、空燃比センサ装着ボス６の溶接熱影響により、ケーシング４外周端部の前記装着ボス取付側方向において、外側方向へ膨れ上がるようなひずみが生じる（図４に示す膨張部４ａである。）。
本実施形態において面圧の測定は、タクタイルセンサーを用いて行う。ハニカム担体２にタクタイルセンサーを巻き付け、その後マット３を巻きつけてキャニングすることで、面圧測定が可能になる。
また本実施形態では、装着ボスを溶接したケーシング４を、排気系統における上下流の配管に接続する。この接続は、ケーシング４と配管とを全周嵌合若しくは突合せ溶接することにより行われる。この時、全周溶接であるため開始点と終了点はほぼ同一の位置となる。この点を溶接終始点８とする。嵌合若しくは突合せ溶接を行うと、特に溶接開始点周辺において、溶接施工後に時間経過とともに溶接熱影響部が冷却される結果、母材が溶接前よりも収縮することが知られている。そのため溶接終始点８を適切に設定することで、ボス溶接時に生じた溶接熱影響部の膨張を相殺し、膨張部４ａにおける前記面圧の低下を緩和することができるようになっている。
一方で、全周溶接に伴い、溶接方向８ａに沿って母材の肉が逃げる結果、全周溶接終点直前部分においては、外側方向へ膨れ上がるようなひずみが生じる。このひずみ箇所４ｂに対し、面圧が上昇するマット合口部３ａの位置を適切に設定することで、面圧の低下を緩和し、保持力を向上させることができる。
以上説明した本実施形態に係る触媒コンバータの効果をまとめると、以下に説明する通りである。
本実施形態に係る触媒コンバータ１は、２つの円柱状のハニカム担体２と、この２つのハニカム担体２に夫々巻き付けられた帯状のマット３と、マット３が巻き付けられた２つのハニカム担体２を収容する管状のケーシング４と、を備える。ケーシング４には、内部に収容した２つのハニカム担体の中間位置における管壁に空燃比センサ装着ボス６が溶接されており、さらにこの空燃比センサ装着ボス６を介して空燃比センサ７が装着される。
触媒コンバータ１は排気系統における上下流の配管と接続しており、その接続部は全周に嵌合若しくは突合せ溶接が施されている。触媒コンバータ１の排気流路方向１ａ正面視において、前記装着ボスの溶接される位置を０°としたとき、その夫々の全周溶接の溶接終始点８は３４５°（−１５°）から１５°の位置に設けられている。
これにより、ケーシング４の円筒端部に生じた空燃比センサ装着ボス６溶接時の膨張が、上下流の配管との嵌合若しくは突合せ溶接時の終始点近傍における収縮作用により緩和される。そのため、膨張部４ａにおいてマット３がハニカム担体２に加える面圧の低下が抑えられ、ケーシング４におけるハニカム担体２の保持力が向上する。
また、触媒コンバータ１において、マット３の両端が対向する合口部３ａは、排気流路方向１ａ正面視でのケーシング４の外周において、前記装着ボスの溶接される位置を０°とした時に、１５°から１０５°若しくは２５５°（−１０５°）から３４５°（−１５°）の範囲に位置する。
これにより、全周溶接終点直前の溶接時に膨張する部分に、面圧が増加しやすいマット合口部を位置させることで面圧の均一化が図られ、さらに保持力が向上する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。
１ 触媒コンバータ
１ａ 排気流路方向
２ ハニカム担体
３ マット
３ａ 合口部
４ ケーシング
４ａ，４ｂ 膨張部
５ 孔部
６ 空燃比センサ装着ボス
７ 空燃比センサ
８ 溶接終始点
１１ 上流配管
１２ 下流配管
１ａ 排気流路方向
２ ハニカム担体
３ マット
３ａ 合口部
４ ケーシング
４ａ，４ｂ 膨張部
５ 孔部
６ 空燃比センサ装着ボス
７ 空燃比センサ
８ 溶接終始点
１１ 上流配管
１２ 下流配管
Claims (2)
- 筒状のケーシング内に第１の触媒担体と第２の触媒担体が配設され、
前記第１の触媒担体および前記第２の触媒担体と前記ケーシングとの間には、前記第１の触媒担体および前記第２の触媒担体の外周を囲むように保持部材が設けられ、
前記第１の触媒担体と前記第２の触媒担体との間には、前記ケーシングの外側面に溶接される装着ボスを介して空燃比センサが配設される触媒コンバータであって、
前記触媒コンバータの外径の大きさは、前記ケーシングの排気流路方向で略均一に形成され、
前記ケーシングと、前記ケーシングの排気流路方向の上流および下流に夫々配置される配管とは、全周溶接により夫々互いに固着され、
前記ケーシングの排気流路方向正面視での前記ケーシングの外周において、前記装着ボスの溶接される位置を０°とした時、前記全周溶接の夫々の終始点は３４５°から１５°の位置に設けられる、触媒コンバータ。 - 前記保持部材は、その両端が対向する合口部が、前記ケーシングの排気流路方向正面視での前記ケーシングの外周において、前記装着ボスの溶接される位置を０°とした時、１５°から１０５°若しくは２５５°から３４５°の位置に設けられる、請求項１に記載の触媒コンバータ。
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP2018117464A JP6622860B1 (ja) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | 触媒コンバータ |
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