JP4922589B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両等の排気管に触媒を設けてなる排気浄化装置に関するものである。

自動二輪車や自動四輪車等の車両では、排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）等を除去するため、排気管に触媒を設けている。下記特許文献１には、自動二輪車の排気管のうち、マフラーに触媒を設けた技術が開示されている。

特開昭６０−１７２２０号公報

図８は、触媒の一例を示す断面図である。触媒１００は、外筒１０２と、該外筒１０２内に設けられた触媒本体１０３とを有している。外筒１０２は、ステンレス等の金属製であり、触媒本体１０３は、ステンレス等によって形成されたハニカム構造体の表面に触媒金属を担持させたものである。触媒本体１０３は、外筒１０２の内面にロウ付けによって固着されている。

上記触媒１００を排気管１０１に固定する場合、触媒本体１０３の外周側に位置する外筒１０２の外面に溶接を施すと、外筒１０２と触媒本体１０３とのロウ付け部分が熱影響を受けやすくなる。そのため、外筒１０２の端部１０２Ａを触媒本体１０３よりも軸心Ｏ１方向に突出させるとともに、この突出部分に溶接Ｗ５を施すことによって、外筒１０２と触媒本体１０３とのロウ付け部分に熱が及ばないようにしている。

しかし、外筒１０２の端部１０２Ａを触媒本体１０３よりも突出させると、当該外筒１０２内には浄化に寄与しない無駄領域ができる。そのため、外筒１０２内の全体に触媒本体を設けた触媒よりも無駄領域の分だけ浄化性能に劣ることになる。

そこで、本発明は、外筒全体の長さを排気浄化のために有効に利用することができ、しかも、触媒を排気管に固定する際の熱影響が、外筒と触媒本体との接続部分に及ぶことを防止することができる、排気浄化装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、排気管の内部に触媒を設けてなる排気浄化装置において、前記触媒が、外筒と、該外筒の軸長方向に間隔をあけて該外筒内に設けられた複数の触媒本体と、を備えており、前記複数の触媒本体は、それぞれ、金属製のハニカム構造を有しており、前記外筒は、前記複数の触媒本体の軸長方向全長を覆っており、前記複数の触媒本体間に形成された空間の外周側に位置する前記外筒の外面が、前記排気管の内部に固定される被固定面とされており、排気流れ方向上流側の前記触媒本体は、排気流れ方向下流側の前記触媒本体より短く形成されており、前記排気管の内面に取付ブラケットが固定され、該取付ブラケットに前記被固定面が固定されており、前記取付ブラケットは、外側筒部と内側筒部と接続筒部とから一体に形成されており、前記内側筒部は前記被固定面に溶接固定され、前記外側筒部は、前記触媒本体間の前記空間の外周側に位置する前記排気管の内面に、溶接固定されていることを特徴とする。

上記のように、外筒内に複数の触媒本体を間隔をあけて設けると、一方の触媒本体を通過した排気ガスは、触媒本体間の空間で一旦混ぜ合わされた後、他方の触媒を通過するようになるため、触媒本体全体で均一に排気ガスを浄化することが可能となる。そのため、外筒内に複数の触媒を間隔をあけて設けた触媒は、同じ長さの外筒全体に１つの触媒本体を備えた触媒と比較して、触媒本体の量が少なくなるにも関わらず、略同じ性能を発揮する。

したがって、請求項１の本発明では、外筒全体の長さを浄化のために利用することができるとともに、外筒全体に１つの触媒本体を備えた触媒と略同様の性能を発揮することが可能となり、しかも、複数の触媒本体間の空間の外周側に位置する被固定面で、触媒を排気管に固定しているので、触媒を排気管に固定する際の熱影響が、外筒と触媒本体との接続部分に及ぶことを防止することができる。
また、排気流れ方向上流側の触媒本体が、排気流れ方向下流側の触媒本体より短く形成されているので、より高温の排気ガスが流通する排気流れ上流側の触媒本体の温度上昇をより促進して活性化し、浄化効率を向上させることができる。
また、排気管の内面形状と触媒の外面形状との形状に違いを取付ブラケットによって吸収することができ、排気管の内部形状に関わらず触媒を適切に固定することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、排気流れ方向上流側の前記触媒本体の排気上流端と前記外筒の排気上流端とが略一致し、排気流れ方向下流側の前記触媒本体の排気下流端と前記外筒の排気下流端とが略一致していることを特徴とする。

排気流れ方向上流側の前記触媒本体の排気上流端と前記外筒の排気上流端とが略一致し、排気流れ方向下流側の前記触媒本体の排気下流端と前記外筒の排気下流端とが略一致しているので、浄化に寄与しない無駄領域を削除し、外筒全体の長さを排気浄化のために有効に利用することができる。
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記間隔の長さは、排気流れ方向下流側の触媒本体の軸長方向長さより短くなっていることを特徴とする。

本発明によれば、外筒全体の長さを排気浄化のために有効に用いることができるとともに、触媒を排気管に固定する際の熱影響が外筒と触媒本体との接続部分に及ぶことを防止することができる。

図１は、本発明の実施形態にかかる排気浄化装置を示す平面図である。この排気浄化装置は２本の排気管１１を備え、該排気管１１は、例えば、Ｖ型２気筒エンジン１０の各気筒に接続されている。各排気管１１は、エンジンの各気筒に前端が接続された第１の管部１３と、該第１の管部１３の後端に接続された第２の管部１４とを備え、第２の管部１４は、内部に膨張室を形成したマフラーを構成している。

図２は、マフラー（第２の管部）１４を拡大して示す断面図である。該マフラー１４は、外筒体１６と、該外筒体１６の内側に配置された内筒体１７とによって外郭が構成され、内筒体１７の内部には、第１膨張室１８、第２膨張室１９、及び第３膨張室２０が形成されている。また、マフラー１４は、前後方向に向けて配置され、排気ガスは、マフラー１４内を前から後へＸ方向に流れるようになっている。

第１膨張室１８には、連結管体２１が取り付けられている。連結管体２１は、前部が第１膨張室１８から前方へ突出するとともに第１の管部１３（図１）に接続されている。連結管体２１の後部は、内筒体１７に支持板２３を介して支持されるとともに、外周面に多数の第１流通孔２１Ａを貫通して備えている。支持板２３には、周方向に複数の開口２３Ａが形成されている。したがって、第１の管部１３から流れる排気ガスは連結管体２１を通り、第１流通孔２１Ａを介して第１膨張室１８に流入し、支持板２３の開口２３Ａを介して支持板２３の後方に流れるようになっている。

第１膨張室１８と第２膨張室１９との間には、第１仕切り壁３５が設けられ、該第１仕切り壁３５には、触媒３０が貫通して設けられている。排気ガスは、第１膨張室１８から触媒３０を通過して第２膨張室１９に流入するようになっている。触媒３０について後述する。

第２膨張室１９と第３膨張室２０との間には第２仕切り壁２４が設けられ、第３膨張室２０の後端部は、後端壁２５で閉鎖されている。第２仕切り壁２４と後端壁２５とには、前後方向に延びる中間管体２６が貫通して設けられている。第３膨張室２０内において、中間管体２６は、第３仕切り壁２７によって閉塞されている。第３仕切り壁２７よりも前側で、第２膨張室１９内に位置する中間管体２６の外周面には、複数の第２流通孔２６Ａが形成され、第３仕切り壁２７よりも前側で、第３膨張室２０内に位置する中間管体２６の外周面には、複数の第３流通孔２６Ｂが形成され、第３仕切り壁２７よりも後側で、第３膨張室２０内に位置する中間管体の外周面には、複数の第４流通孔２６Ｃが形成されている。

第２膨張室１９内に流入した排気ガスは、第２流通孔２６Ａから中間管体２６内に流入し、第３流通孔２６Ｂから第３膨張室２０内に流入する。さらに、排気ガスは、第４流通孔２６Ｃから中間管体２６に流入するとともに、中間管体２６の後端開口から外部に放出されるようになっている。

図１に示すように、２本の排気管１１は、接続管２８によって相互に接続されており、該接続管２８の各端部は、図２に示すように、各排気管１１のマフラー１４における第１膨張室１８に接続されている。これにより、２本の排気管１１には略均等に排気ガスが流れるようになっている。

〔触媒の構成〕
図２に示すように、触媒３０は、円筒形の外筒３１と、該外筒３１内に配置された触媒本体３２，３３とからなる。外筒３１は、ステンレス等の金属製であり、軸心Ｏ１を前後方向（排気流れ方向Ｘ）に向けて配置されている。触媒本体３２，３３は、ステンレス等によって形成されたハニカム構造体の表面に触媒金属を担持させることによって構成されている。触媒本体３２，３３は、外筒３１にロウ付けによって固着されている。

触媒本体３２，３３は、外筒３１の軸心Ｏ１方向（軸長方向）に２つ並べて設けられており、両者の間には空間Ｓが形成されている。前側（排気流れ方向Ｘ上流側）の触媒本体３２は、同後側（下流側）の触媒本体３３よりも短く形成されている。前側の触媒本体３２の前端と外筒３１の前端とは略一致され、後側の触媒本体３３の後端と外筒３１の後端とは略一致されている。

前記触媒３０は、前記第１仕切り壁３５を介してマフラー１４内部に固定されている。すなわち、第１仕切り壁３５は、触媒３０をマフラー１４に固定する取付ブラケットとしても機能している。図３は、触媒３０の固定部分を拡大して示す断面図である。取付ブラケット（第１仕切り壁）３５は、マフラー１４の内筒体１７の内面に沿って配置された外側筒部３５Ａと、触媒３０の外筒３１の外面に沿って配置されるとともに外側筒部３５Ａに対して軸心Ｏ１方向及び半径方向にずれて配置された内側筒部３５Ｂと、外側筒部３５Ａと内側筒部３５Ｂとの隣接する端部を接続する傾斜した接続筒部３５Ｃとからなり、これらは一体に形成されている。

内筒体１７には、取付ブラケット３５の外側筒部３５Ａが重なった部分に、複数の貫通孔１７Ａが形成されており、この貫通孔１７Ａにプラグ溶接Ｗ１を施すことによって、外側筒部３５Ａが、内筒体１７の内面に固定されている。

触媒３０の外筒３１の外面は、取付ブラケット３５の内側筒部３５Ｂの後端に周方向複数箇所で隅肉溶接Ｗ２によって固定されている。外筒３１の外面の溶接Ｗ２された部分（被固定面３１Ａ）は、前後の触媒本体３２間の空間Ｓの外周側に位置している。

〔本実施形態の作用効果〕
したがって、本実施形態では次のような作用効果を奏する。
（１）２つの触媒本体３２，３３の間には空間Ｓが形成され、この空間Ｓの外周側に位置する外筒３１の外面（被固定面）３１Ａが、取付ブラケット３５を介してマフラー１４の内面に固定されているので、溶接Ｗ２の熱が、外筒３１と触媒本体３２，３３とのロウ付け部分に伝わり難くなり、ロウ付け部分への熱影響を少なくすることができる。

（２）前記触媒３０は、取付ブラケット３５を介してマフラー１４に固定されているので、マフラー１４の内部形状に、触媒３０の形状を合わせる必要は必ずしもなく、取付ブラケット３５で対応することができる。したがって、マフラー１４の内部形状にかかわらず、触媒３０を適切に固定することができる。

（３）従来技術のように、外筒内に１つの触媒本体を備えている場合、排気ガスは、最初から最後まで同じハニカムの目を流れることになる。そのため、触媒本体内の温度分布やガス分布等によっては、あるハニカムの目で浄化が終わっても、他のハニカムの目では浄化が進んでいないといった、バラツキが生じることがある。本実施形態の触媒３０は、２つの触媒本体３２，３３を間隔（空間Ｓ）をあけて配置しているので、前側の触媒本体３２を通過して浄化された排気ガスは、一旦空間Ｓで混ぜ合わされた後、更に、後側の触媒本体３３に流入し、再度浄化される。したがって、２つの触媒本体３２，３３を用いてバラツキ無く排気ガスを浄化することができ、浄化効率を向上することができる。

また、一般に、外筒の長さが同じで、その長さ全体に１つの触媒本体を設けたものと、２つの触媒本体３２，３３を空間Ｓをあけて設けたものとでは、略同じ性能を発揮する。したがって、本実施形態の触媒３０は、空間Ｓを備える分だけ触媒本体３２，３３の量を少なくすることができ、コスト低減を図ることができる。

（４）前記触媒３０は、マフラー１４の前部側に配置されているので、比較的高温の排気ガスを流通させることができ、触媒本体３０の温度上昇を促進して活性化を図ることができる。

（５）前記触媒３０は、前側の触媒本体３２を後側の触媒本体３３よりも短く形成しているので、より高温の排気ガスが流通する前側の触媒本体３２の温度上昇をより促進して活性化し、浄化効率を向上することができる。

〔参考の実施形態〕
図４は、参考の実施形態を示す平面図である。第１実施形態では、触媒３０をマフラー１４の膨張室１９内に設けた例を示したが、本実施形態では、マフラーに到る前の排気管１１内に触媒３０を配置した例を示している。本実施形態の排気管１１は、並列４気筒のエンジン１０に用いられる排気管１１であり、各気筒の排気口に接続される４本の第１の管部４１と、第１の管部４１を２本ずつに集合する２本の第１集合管４２と、各第１集合管４２に接続された２本の触媒管４３と、２本の触媒管４３を１本に集合する第２集合管４４と、第２集合管４４に接続される第２の管部４５と、を有し、第２の管部４５には、図示しない分岐管やマフラー等が接続されるようになっている。

前記触媒管４３の内部には、触媒３０が配置されている。本実施形態の触媒３０も、外筒３１と、外筒３１内部に設けられた２つの触媒本体３２，３３とからなっているが、２つの触媒本体３２，３３は略同じ長さであり、外筒３１の軸心方向の中央部に空間Ｓが形成されている。各触媒本体３２，３３は、それぞれ外周面の軸心Ｏ１方向の略中央に配置されたロウ箔７７によって外筒３１にロウ付けされている。

図５は、触媒３０の固定部分を拡大して示す断面図である。本実施形態では、第１実施形態のような取付ブラケット３５を用いておらず、直接排気管（触媒管４３）に触媒３０を取り付けている。触媒３０の空間部Ｓの外周側に位置する外筒３１の外面は、第１実施形態と同様に被固定面とされ、触媒管４３の被固定面に接する部分には、周方向複数箇所に貫通孔４３Ａが形成されている。そして、この貫通孔４３Ａにプラグ溶接Ｗ３を施すことによって触媒管４３に触媒３０が固定されている。したがって、本実施形態においても第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

〔第２実施形態〕
図６は、本発明の第２実施形態にかかる排気管１１を示す断面図である。本実施形態の排気管１１は膨張室を有するマフラーであり、このマフラー１１の内部に触媒３０を備えている。マフラー１１は、外筒体５１及び内筒体５２で外郭を構成し、外筒体５１の軸心方向両端は、前端壁５３及び後端壁５４で閉鎖されている。内筒体５２の内部には、第１膨張室５６、第４膨張室５７、第３膨張室５８、第２膨張室５９がこの順で前から配置され、各膨張室５６，５７，５８，５９は第１，第２，第３仕切り壁６０，６１，６２で仕切られている。

第１，第２，第３仕切り壁６０，６１，６２には、第１膨張室５６と第２膨張室５９とを連通する第１連通管６３が貫通し、第２仕切り壁６１には、第３膨張室５８と第４膨張室５７とを連通する第２連通管６４が貫通している。さらに、第２，第３仕切り壁６１，６２及び後端壁５４には、排出管６５が貫通し、該排出管６５は、一端部が第４膨張室５７内で開口するとともに、他端部が後端壁５４で開口している。第３仕切り壁６２には、第２膨張室５９と第３膨張室５８とを連通する連通孔（図示略）が形成されている。

内筒体５２の内部には、触媒３０が設けられている。触媒３０は、第１，第２，第３仕切り壁６０，６１，６２を貫通して設けられ、該仕切り壁６１，６２，６３によって直接的に支持されている。触媒３０の一端部は第１膨張室５６内に配置されており、当該一端部には、多数の流通孔７０Ａを外周面に形成した吐出管７０が取り付けられている。触媒３０の他端部は第２膨張室５９内に配置されており、該他端部には、Ｕ字状に湾曲した湾曲管７１の一端が接続されている。湾曲管７１の他端は、前端壁５３、第１，第２，第３仕切り壁６０，６１，６２を貫通して設けられた流入管７２に接続されている。

本実施形態のマフラー１１には、流入管７２の一端から排気ガスが流入する。そして、排気ガスは、湾曲管７１から触媒３０を経て、吐出管７０の流通孔７０Ａから第１膨張室５６に流入する。そして、排気ガスは、第１膨張室５６から第１連通管６３を介して第２膨張室５９に流入し、第２膨張室５９から連通孔（図示略）を介して第３膨張室５８に流入し、第３膨張室５８から第２連通管６４を介して第４膨張室５７に流入し、第４膨張室５７から排出管６５を介して外部に排出されるようになっている。

前記触媒３０は、外筒３１及び２つの触媒本体３２，３３からなり、２つの触媒本体３２，３３の間に空間Ｓが形成されている点で前述の第１，第２実施形態と同様である。排気流れ方向Ｘ上流側の触媒本体３２は、同下流側の触媒本体３３よりも短く形成されている。２つの触媒本体３２，３３間の空間Ｓの外周側に位置する外筒３１の外面は、被固定面とされ、第２仕切り壁６１に溶接で固定されている。

図７は、触媒３０の固定部分を示す拡大断面図であり、触媒３０の外筒３１は、第２仕切り壁６１に形成した孔６１Ａに貫通しており、該孔６１Ａの周縁は、排気流れ方向Ｘに折曲している。そして孔６１Ａの周縁と、外筒３１の外面（被固定面）３１Ａとは、周方向複数箇所で溶接Ｗ４によって固定されている。

本実施形態においても第１実施形態と同様の作用効果を奏する。また、本実施形態のように、マフラー１１内の複数の膨張室を区画する仕切り壁６１を貫通するように触媒３０を設けることによって、仕切り壁６１を取付ブラケットとして触媒３０を固定することができる。

〔他の実施形態〕
（１）上記実施形態では、触媒３０は、外筒３１内に２つの触媒本体３２，３３を設けたものとなっているが、３以上の触媒本体を設けたものでもよい。
（２）複数の触媒本体３２，３３は、同じ浄化性能（ハニカムの目の大きさ等）であってもよいし、異なってもよい。

本発明は、自動二輪車、自動四輪車等の車両や、作業機械、産業機械等の排気浄化装置として有効に利用することができる。

本発明の第１実施形態に係る排気管の平面図である。 同排気管の拡大断面図である。 触媒の固定部分を拡大して示す断面図（図２のIII部拡大断面図）である。 参考の実施形態に係る排気管の平面図である。 触媒の固定部分を拡大して示す断面図（図４のＶ部拡大断面図）である。 本発明の第２実施形態に係る排気管の断面図である。 触媒の固定部分を拡大して示す断面図（図６のVII部拡大断面図）である。 従来技術に係る排気管の断面図である。

１１ 排気管
３０ 触媒
３１ 外筒
３２ 触媒本体
３３ 触媒本体
３５ 第１仕切り壁（取付ブラケット）

Claims (3)

1. 排気管の内部に触媒を設けてなる排気浄化装置において、
   前記触媒が、外筒と、該外筒の軸長方向に間隔をあけて該外筒内に設けられた複数の触媒本体と、を備えており、
   前記複数の触媒本体は、それぞれ、金属製のハニカム構造を有しており、
   前記外筒は、前記複数の触媒本体の軸長方向全長を覆っており、
   前記複数の触媒本体間に形成された空間の外周側に位置する前記外筒の外面が、前記排気管の内部に固定される被固定面とされており、
   排気流れ方向上流側の前記触媒本体は、排気流れ方向下流側の前記触媒本体より短く形成されており、
   前記排気管の内面に取付ブラケットが固定され、該取付ブラケットに前記被固定面が固定されており、
   前記取付ブラケットは、外側筒部と内側筒部と接続筒部とから一体に形成されており、前記内側筒部は前記被固定面に溶接固定され、前記外側筒部は、前記触媒本体間の前記空間の外周側に位置する前記排気管の内面に、溶接固定されていることを特徴とする、排気浄化装置。
2. 排気流れ方向上流側の前記触媒本体の排気上流端と前記外筒の排気上流端とが略一致し、
   排気流れ方向下流側の前記触媒本体の排気下流端と前記外筒の排気下流端とが略一致していることを特徴とする、請求項１記載の排気浄化装置。
3. 前記間隔の長さは、排気流れ方向下流側の触媒本体の軸長方向長さより短くなっていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の排気浄化装置。

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