JPH0610132Y2 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の目的〕 （産業上の利用分野） 本考案は、一般に自動車の排気ガスの浄化手段として排
気管の途中に介装される、排気ガス浄化用触媒を担持さ
せるための金属製ハニカムコア体と筒状金属ケースとか
ら構成される排気ガス浄化装置に関する。更に詳しく
は、本考案は過酷な条件下で使用されるこの種の排気ガ
ス浄化装置において、特に熱的応力による各構成部材間
の剥離や部材の割れ、破損を有効に防止することができ
る排気ガス浄化装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、この種の排気ガス浄化装置は、耐熱性の薄肉鋼板
からの平板状帯材と前記薄肉鋼板を波形成形した波板状
帯材とを、相互に当接部を有するように重積し、これを
一括渦巻状に巻回積層して製作した軸方向に排気ガス通
路のための多数の網目状通気孔路を有するハニカム状積
層体（以下、ハニカムコア体という。）と、両端が開口
した筒状の金属ケースから構成されている。

そして、前記ハニカムコア体と金属ケースとは、高温の
排気ガス自体からの伝達熱及び排気ガスと浄化用触媒と
の発熱反応により加熱され、この加熱に伴なう高温雰囲
気下における熱応力及び熱変形に耐え得るように、また
自動車走行時の振動などに耐え得るように、ハニカムコ
ア体と金属ケースの当接面の全面に亘りろう接などによ
り強固に固着される。従って、ハニカムコア体の熱は速
かに金属ケースに伝達して放熱されるため、ハニカムコ
ア体の外周面近傍ほど熱応力を大きく受ける結果となっ
ている。なお、ハニカムコア体を構成する平板状帯材と
波板状帯材の当接部は種々の方法により固着されること
はいうまでもないことである。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、前記したハニカムコア体と金属ケースと
から構成される従来の排気ガス浄化装置は、長期の使用
に耐えるものではない。特に、ハニカムコア体の軸方向
（即ち、排気ガスの流れ方向）において、前記した高い
温度雰囲気下における熱応力及び熱変形により、その最
外周面と金属ケースの内壁面との剥離が大きく、またハ
ニカムコア体を構成する平板及び／又は波板の剥離，ヒ
ビ割れ，破損も大きいという欠点がある。

これは、単純にハニカムコア体と金属ケースを強固に固
着すればよいという考え方に修正をせまるものである。
本考案者は、ハニカムコア体の最外周面と金属ケースの
内壁面の剥離，ハニカムコア体を構成する平板状と波板
状帯材との間の剥離，これら帯材のヒビ割れ、破損を長
期に亘り防止する方策について鋭意検討を加えた。

その結果、単一のハニカムコア体とするのでなく二個の
ハニカムコア体を拡径部を有する金属ケース内に離間し
て配置させるとともに、夫々のハニカムコア体の該金属
ケースの開口部近傍における外周面を該金属ケースの内
壁面に固着させた場合、離間部近傍の非固着部が軸方向
に伸縮可能であるため熱応力及び熱変形を極めて有効に
分散，緩和しうること、また二つのハニカムコア体を離
間させることにより形成される空間部、及びハニカムコ
ア体と金属ケースの拡径部に形成される空間部が排気ガ
スの流れに乱れを生じさせる効果を付与して浄化効率を
改善したり、ハニカムコア体外周面に対する断熱空間と
なって装置内の温度分布をより均一化して熱応力に基づ
く変形の偏在を防止しうることを見い出し、本考案を完
成するに至った。

〔考案の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本考案を概説すれば、本考案は、薄肉金属板の平板状帯
材と波板状帯材を相互に当接するように重積し、これを
一括渦巻状に巻回積層するかあるいは階層状に積層して
製作した軸方向に多数の網目状通気孔路を有するハニカ
ムコア体の二つを、両端が開口し、かつ拡径部を有する
筒状金属ケース内に離間させて固着してなる排気ガス浄
化装置において、夫々のハニカムコア体の前記金属ケー
スの開口部近傍における外周面が金属ケースの内壁面に
固着され、夫々のハニカムコア体の離間部近傍における
外周面が金属ケースの内壁面に当接していないものであ
ることを特徴とする排気ガス浄化装置に関するものであ
る。

以下、本考案の構成について詳しく説明する。

前記した如く、従来の排気ガス浄化装置は、一般に両端
が開口した筒状金属ケース内に一個のハニカムコア体を
填装し、ハニカムコア体の外周面と金属ケースの内壁面
を強固に固着して製造される。しかし、このような構造
の排気ガス浄化装置は長期の使用に耐え得るものではな
い。

特に、排気ガス浄化装置は熱応力及び熱変形（歪）を受
けやすく、これが耐久性を低下させる大きな要因であ
る。

即ち、排気ガス浄化装置は、運転・停止と負荷の高低に
よる加熱・冷却サイクルにより、その構成部材は大きな
熱応力及び熱変形を受けることはいうまでもなく、走行
中であっても同様である。

この点、走行中の状況を考察すると、排気ガス浄化装置
は、排気ガスの流量分布の相違（中央部の流量が周辺部
より多い）、及びハニカムコア体の表面部に担持された
排気ガス浄化用触媒（Pt,Pd,Rhなどの触媒）と排気ガス
との接触反応（発熱反応）により、ハニカムコア体の中
央部は周辺部より高温にさらされる。

前記したハニカムコア体内部の温度勾配をさらに詳しく
みると、ハニカムコア体の外周面とそれより少し内側の
部位間における温度勾配は、中央部近傍における同じ距
離間における温度勾配より著しく大きなものとなる。こ
のことは、ハニカムコア体の外周面が外気と接している
筒状金属ケースに固着されていることから、ハニカムコ
ア体から金属ケースとの固着当接面を介して伝達された
熱が外部へ放熱されるため、より一層、助長されること
となる。

従って、このことが起因して大きな熱応力による歪が生
じ、金属ケースの内壁面にハニカムコア体の最外周面が
ろう接などにより固着されていても、特にハニカムコア
体の軸方向において経時的に両者は剥離しようとする。
同様に、前記した熱応力にもとづく変形力（歪）により
金属ケースの内壁面にろう付けなどにより固着されてい
るハニカムコア体の外周面とそれより少し内側の部位間
において、ハニカムコア体を構成する平板状帯材と波板
状帯材との当接部の剥離、これら帯材のヒビ割れ、破損
などが生起する。

前記した剥離などを抑制ないし防止するためには、特に
ハニカムコア体の外周面近傍において熱応力に基づく変
形力（歪）の緩和策を講じる必要がある。

このため、本考案においては、両端が開口し、かつ開口
部の近傍部位を除いて拡径部を有する筒状金属ケース内
に、二個のハニカムコア体を所望の幅を離間させて配置
し、開口部近傍の両者の当接面をろう接などにより固着
し、ハニカムコア体の離間部近傍の非固着部を軸方向に
伸縮可能にするという技術的構成を採用する。

本考案において、前記したハニカムコア体と金属ケース
との両者の固着は、拡径部を有する金属ケースを用いて
いる関係上、次の態様により行なう。即ち、夫々のハニ
カムコア体の前記拡径部を有する金属ケースの内壁面へ
の固着は、夫々のハニカムコア体の金属ケースの開口部
近傍における外周面を金属ケースの開口部近傍の内壁面
に固着する。これにより、夫々のハニカムコア体の金属
ケースの開口部近傍のその他の部位の外周面は、金属ケ
ースの拡径部の内壁面とともに断熱効果を有する空隙部
を形成し、軸方向に伸縮可能となる。なお、本考案にお
いて、前記した断熱効果を有する空隙部の形成により、
金属ケースの内壁面に固着されないハニカムコア体部位
は、自動車走行時の振動により共振するようになるが、
耐振性のものにするために、前記空隙部にスペーサーを
適宜設けるようにしてもよいことはいうまでもないこと
である。

本考案の前記した構成の排気ガス浄化装置は、夫々のハ
ニカムコア体が所定の幅を離間させて断熱保温効果を持
つ拡径部を有する金属ケース内に配置され、かつ離間部
近傍が軸方向に伸縮可能となるように開口部近傍におい
てのみ固着されているため、特にハニカムコア体の外周
面近傍における大きな熱応力に基づく軸方向への変形を
効果的に吸収することができる。また、ハニカムコア体
間に形成される離間部により、排気ガスの流れに乱れを
生じさせる効果を付与することができ、これにより浄化
能力を均一化することができる。さらに、夫々のハニカ
ムコア体の外周面と金属ケースの拡径部間で形成される
空隙部は、断熱保温作用や排気ガスの混合（中心部の高
温ガスが周辺の空隙部の低温側へ回り込むことによ
る。）による金属ケース内の温度分布の均一化の機能を
果たし、これにより熱応力及び熱変形の局部的偏在が解
消されること、即ち排気ガス浄化装置の耐久性を向上さ
せることができる。

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明するが、本
考案は図示のものに限定されないことはいうまでもない
ことである。

第１図〜第２図は、本考案に係る排気ガス浄化装置の一
実施例を示すものであり、第１図は排気ガス浄化装置の
一部切欠斜視図を、また第２図は一部縦断面図を示す。

図示されるように、本考案に係る排気ガス浄化装置(1)
は、２個のハニカムコア体(2,2)が、両端が開口し、か
つ拡径部(31)を有する金属ケース(3)内に、所定の幅を
離間させて配置し、夫々のハニカムコア体(2,2)と金属
ケース(3)を固着することにより製造される。固着にお
いて、夫々のハニカムコア体(2,2)と金属ケース(3)の固
着は、第２図に示されるように夫々のハニカムコア体
(2,2)の該金属ケース(3)の開口部近傍における外周面を
ろう付けにより固着すればよく、これにより金属ケース
内にはハニカムコア体(2,2)間に離間部、ハニカムコア
体(2,2)と金属ケース(3)の拡径部(31)との間に断熱保温
効果を有する空隙部が形成される。また、前記した構成
により、かつ第１図より明らかのようにハニカムコア体
(2,2)の離間部近傍の外周面は金属ケース(3)の内壁面に
固着されないため、軸方向に伸縮可能となる。

前記ハニカムコア体(2)は、耐熱性の薄肉鋼板からなる
平板状帯材(21)と、該平板状帯材(21)を波形加工した波
板状帯材(22)を相互に当接部を有するように重積し、次
いで両者を一括渦巻状に巻回積層することにより製作さ
れる。この巻回積層により、排気ガスの通路となる多数
の網目状通気孔路(23)は自動的に形成される。

前記平板状帯材(21)として、例えばCr 20%,Al 5%の耐熱
鋼の厚さ0.05mm，幅30mmのものが、そして波板状帯材(2
2)として前記平板状帯材(21)を波形加工したものが使用
される。本実施例においては、これらの部材を巻回積層
して製作した軸方向長さの短かいハニカムコア体を二個
使用してハニカムコア体(2,2)とした。

第３図は、本考案の第二実施例になる排気ガス浄化用装
置の一部縦断面である。前記第一実施例のものと相違す
る点は、空隙部に排気ガス浄化用装置の耐振性を向上さ
せるために、スペーサーを設けている点である。該スペ
ーサーは、夫々のハニカムコア体(2,2)の離間部近傍の
外周面に固着し、金属ケース(3)の拡径部(31)の内壁面
に当接させるようにしておくと、ハニカムコア体(2,2)
の離間部近傍が軸方向に伸縮して熱応力に基づく軸方向
への歪を吸収するのを阻害しない。前記スペーサーは、
金属ケース(3)の拡径部(31)の内壁面に固着し、ハニカ
ムコア体(2,2)の離間部近傍の外周面に当接させてもよ
い。また、前記スペーサーはハニカムコア体(2,2)の離
間部近傍の外周面に、その円周方向に所定の間隔をもっ
て設けてもよいし、または全周に亘り設けてもよい。な
お、全周に亘り設ける場合、離間部の高温ガスが空隙部
にも流入することができるようにスペーサーに排気ガス
の流通孔を設けておくと、金属ケース内の温度分布をよ
り均一なものにすることができ、熱応力の歪の偏在を防
止することができる。

第４図は、本考案の第三実施例になる排気ガス浄化用装
置の一部縦断面図である。これは、前記した実施例のも
のと比較して、金属ケースの拡径部の形状が相違するだ
けである。

第５図は、本考案の第四実施例になる排気ガス浄化装置
の正面図である。これは、前記第一実施例のものと比較
して、ハニカムコア体として平板状帯材と波板状帯材を
階層状に積層して製作したものを用い、かつ金属ケース
として断面レーストラック形状のものを用いている点が
相違している。

〔考案の効果〕

本考案の排気ガス浄化装置は、二個のハニカムコア体を
所定の幅を離間させて、開口部を有し、かつ拡径部を有
する金属ケース内に配置し、夫々のハニカムコア体と金
属ケースとの固着を金属ケースの開口部近傍の部位で固
着して製作されるものである。これにより本考案の排気
ガス浄化装置において、金属ケース内部にはハニカムコ
ア体間に離間部、及びハニカムコア体外周面と金属ケー
スの拡径部との間に断熱保温効果を有する空隙部が形成
され、更にハニカムコア体の離間部近傍が軸方向に伸縮
可能となる。そして、前記した固着手段、空間部の形成
により本考案の排気ガス浄化装置には次のような優れた
効果を奏する。

(i)二個のハニカムコア体間に設けた離間部が、該離間
部近傍におけるハニカムコア体の軸方向への伸縮を可能
とするためハニカムコア体の軸方向の熱応力に基づく変
形（歪）を効果的に吸収することができる。このためハ
ニカムコア体と金属ケース間の剥離はもとより、特に熱
応力歪を集中的に受けるハニカムコア体の外周面近傍
（外周面とそれより少し内側の部位間）のハニカムコア
体を構成する平板状帯材と波板状帯材間の剥離、これら
部材のヒビ割れ、破損を効果的に防止することができ
る。

(ii)ハニカムコア体間に離間部を設けたことにより、排
気ガスの流れに乱れを生じさせる効果を付与することが
できるため、排気ガスの浄化をより均一に行なうことが
できる。

(iii)ハニカムコア体の外周部と金属ケースの拡径部間
に空隙部を設けたことにより、該空隙部が断熱及び保温
作用を果たし、これがため、ハニカムコア体の温度分布
が均一化される。また、前記した離間部と共同して高温
の排気ガス流を該空隙部に流入させることができるた
め、ハニカムコア体内の温度分布がより均一化される。
これは、排気ガス浄化装置の熱応力の偏在による耐久性
の低下を改善するうえで、重要な点である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の第一実施例の排気ガス浄化装置の一
部切欠斜視図であり、第２図は第一実施例の排気ガス浄
化装置の一部縦断面図である。第３図は第二実施例の排
気ガス浄化装置の一部縦断面図であり、第４図は第三実
施例の排気ガス浄化装置の一部縦断面図である。第５図
は第四実施例の排気ガス浄化装置の正面図である。 １…排気ガス浄化装置 ２…ハニカムコア体 ２１…平板状帯材 ２２…波板状帯材 ２３…網目状通気孔路 ３…金属ケース ３１…金属ケースの拡径部

Claims (6)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】薄肉金属板の平板状帯材と波板状帯材を相
   互に当接するように重積して製作した軸方向に多数の網
   目状通気孔路を有するハニカムコア体の二つを、両端が
   開口し、かつ拡径部を有する筒状金属ケース内に離間さ
   せて固着してなる排気ガス浄化用触媒を担持するための
   排気ガス浄化装置において、夫々のハニカムコア体の前
   記金属ケースの開口部近傍における外周面が金属ケース
   の内壁面に固着され、夫々のハニカムコア体の離間部近
   傍における外周面が金属ケースの内壁面に当接していな
   いものであることを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 【請求項２】ハニカムコア体が、平板状帯材と波板状帯
   材を相互に当接するように重積し、これを一括渦巻き状
   に巻回積層して製作したものである請求項１に記載の排
   気ガス浄化装置。
3. 【請求項３】ハニカムコア体が、平板状帯材と波板状帯
   材を階層状に積層して製作したものである請求項１に記
   載の排気ガス浄化装置。
4. 【請求項４】ハニカムコア体の離間部近傍における外周
   面に、該外周面に固着され、かつ金属ケースの拡径部の
   内壁面に当接するスペーサーを設けたものである請求項
   １に記載の排気ガス浄化装置。
5. 【請求項５】スペーサーが円周方向に所定の間隔をもっ
   て設けられたものである請求項４に記載の排気ガス浄化
   装置。
6. 【請求項６】スペーサーが円周方向に全周に亘り設けら
   れたものである請求項４に記載の排気ガス浄化装置。