CN103362615A - 废气净化用催化剂转换装置以及跨骑式车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够提高生产性，并且能够提高发动机性能及废气净化性能的废气净化用催化剂转换装置。由保持衬垫(81)的厚度、从压入夹具(105)中通过时的保持衬垫过盈量、以及压入到保持筒(82)内之后的保持衬垫过盈量，来设定催化剂保持体(80)的外径(D1)，使得组装时的保持衬垫(81)的体积密度为0.25g/cm3以上且不足0.51g/cm3，并且，通过无膨胀无机纤维片形成保持衬垫(81)，且求出使催化剂保持体(80)相对于保持筒(82)在轴向上移动的推压力(F)，且以能够得到超过该推压力(F)的保持力(R)的方式，使卷绕在催化剂保持体(80)上的保持衬垫(81)的沿着催化剂保持体(80)的长度方向的长度(L2)设定得比保持衬垫(81)在催化剂保持体(80)上的卷绕直径(D1)长。

Description

废气净化用催化剂转换装置以及跨骑式车辆
技术领域
本发明涉及一种使在载体上载持有催化剂的催化剂保持体经由保持衬垫而保持在金属制筒状部件内的废气净化用催化剂转换装置、以及具有该废气净化用催化剂转换装置的跨骑式车辆。
背景技术
在发动机的排气装置上设置有催化剂转换装置，该催化剂转换装置具有对废气中所含有的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物进行净化的催化剂。
作为这种催化剂转换装置而具有如下的装置，该装置将在载体上载持有催化剂的催化剂保持体经由保持衬垫而保持在设于排气管或消音器上的金属制筒状部件内，并且，该装置通过插入到催化剂保持体与金属制筒状部件之间的保持衬垫的过盈量，而使催化剂保持体被保持。
在上述催化剂转换装置所具有的保持衬垫中，具有一种由氧化铝纤维层以及陶瓷纤维层的双层而构成的衬垫(参照专利文献1)，另外，在催化剂转换装置的组装方法中具有如下的方法，通过有机片将保持衬垫卷绕在催化剂保持体上，然后再压入至金属制筒状部件内(例如，参照专利文献2)。
在先技术文献
专利文献1：日本特开2004-204819号公报
专利文献2：日本专利第3527966号公报
专利文献1中，在形成了双层中的一层之后，在该层上形成另一层而形成一体片，但是，与由单一的层构成的保持衬垫的成形相比其工序增加，导致生产性降低。另外，专利文献2中，将有机片卷绕在保持衬垫的外侧，因此，由于其工序增加，生产性的降低成为课题。
如上所述，在将保持衬垫做成双层或者在保持衬垫的基础上使用有机片的情况下，供保持衬垫插入至催化剂保持体与金属制筒状部件之间的间隙会减少，因此，为了能够得到保持衬垫的规定的过盈量，若使金属制筒状部件的内径相同，则需要缩小催化剂保持体的外径。
若缩小催化剂保持体的外径，则催化剂表面积减少，另外，废气通路的流路阻力会增大。由此，废气净化性能以及发动机性能会受到影响。
发明内容
本发明是鉴于上述情况提出的，其目的在于，提供一种能够提高生产性，并能提高发动机性能及废气净化性能的废气净化用催化剂转换装置。
为了解决上述课题，本发明提供一种废气净化用催化剂转换装置，其以使在圆筒状的陶瓷蜂窝载体上载持有催化剂的催化剂保持体80，经由保持衬垫81保持在将该催化剂保持体80外侧覆盖的金属制筒状部件82内的方式组装，其特征在于，
由所述保持衬垫81的厚度、在卷绕于所述催化剂保持体80上的所述保持衬垫81从将所述催化剂保持体80压入至所述金属制筒状部件82内的压入夹具105中通过时的保持衬垫过盈量、以及压入到所述金属制筒状部件82内之后的保持衬垫过盈量，来设定所述催化剂保持体80的外径D1，使得在不超过所述催化剂保持体80的规定的单体容许强度的范围内，组装时的所述保持衬垫81的体积密度为0.25g/cm3以上且不足0.51g/cm3，并且，
通过无膨胀无机纤维片形成所述保持衬垫81，且由在排气管61内或消音器62内使用所述废气净化用催化剂转换装置63时作用于所述催化剂保持体80的上游侧和下游侧的废气的压力差P、和基于施加在所述催化剂保持体80上的振动而造成的外力，来求出使所述催化剂保持体80相对于所述金属制筒状部件82在轴向上移动的下述催化剂保持体推压力F，且以能够得到超过该催化剂保持体推压力F的保持力R的方式，使卷绕在所述催化剂保持体80上的所述保持衬垫81的沿着所述催化剂保持体80的长度方向的长度L2设定得比所述保持衬垫81在所述催化剂保持体80上的卷绕直径D1长。
F＝G×M+P×S
其中，
G：使用时的催化剂保持体的振动的加速度，
M：催化剂保持体的质量，
P：使用时的作用于催化剂保持体的上游侧和下游侧的废气的压力差，
S：催化剂保持体的受压面积
根据该结构，通过使保持衬垫的体积密度为0.25g/cm3以上且不足0.51g/cm3的范围、和由无膨胀无机纤维片构成的保持衬垫进行组合，而能够导出在考虑了催化剂保持体的强度、刚性和催化剂保持体、金属制筒状部件、保持衬垫的生产性的基础上的催化剂保持体的最佳尺寸，并且，通过基于使保持衬垫中的沿着催化剂保持体的长度方向的长度增长而导致的保持衬垫与催化剂保持体之间、和与金属制筒状部件之间的接触面积增加，从而提高了将催化剂保持体保持的保持力。因此，能够使保持衬垫的过盈量缩小，并能够使催化剂保持体的外径增加。其结果是，能够谋求形成陶瓷蜂窝载体的蜂窝的肋的密度和厚度的最优化，并能够谋求催化剂表面积的增加以及流路阻力的降低，从而能够使废气净化性能及发动机性能提高，并且，通过过盈量的减少而能够容易且高效率地进行压入作业，从而能够提高生产性。
在上述结构中也可以为，在所述使用时将所述催化剂保持体80保持的保持力R是，由以最高使用温度并加热规定时间而弹性衰减后的所述保持衬垫81的在最高使用温度下的摩擦系数μ、根据所述最高使用温度下的所述保持衬垫81的过盈量而产生的所述保持衬垫81的表面压力CP、和所述金属制筒状部件82或所述催化剂保持体80与所述保持衬垫81之间的接触面积A而求出的。根据该结构，通过在进行了规定时间的加热且弹性衰减之后测定保持衬垫的摩擦系数，而能够使保持衬垫的摩擦系数接近对使用寿命进行了设想的值，并且，能够以因高温曝晒而降低了的更准确的保持力R的下限值为基础，使与催化剂保持体的轴向长度对应的保持衬垫长度最优化。
另外，在上述结构中可以为，所述保持衬垫81的长度L2相对于所述催化剂保持体80的长度方向的长度L1仅缩短了规定长度α。根据该结构，能够使保持衬垫的端部与催化剂保持体的端部相比不在轴向上突出，由此，当将卷绕在保持衬垫上的催化剂保持体压入至金属制筒状部件内时，能够以保持衬垫不会碍事的方式进行压入作业。
另外，在上述结构中也可以为，使废气净化用催化剂转换装置63焊接在收纳于所述消音器62内部的排气管61的下游端部。根据该结构，能够将消音器形成得较细，而能防止向跨骑式车辆的侧方突出。
另外，在上述结构中也可以为，使从长度不同的多种所述催化剂保持体80中选择的催化剂保持体80安装在所述消音器62上。根据该结构，通过使催化剂保持体的外径一致而能够共用压入夹具等，并能进一步提高生产性。
发明效果
本发明由保持衬垫的厚度、在卷绕于催化剂保持体上的保持衬垫从将催化剂保持体压入至金属制筒状部件内的压入夹具中通过时的保持衬垫过盈量、以及压入到金属制筒状部件内之后的保持衬垫过盈量，来设定催化剂保持体的外径，使得在不超过催化剂保持体的规定的单体容许强度的范围内，组装时的保持衬垫的体积密度为0.25g/cm3以上且不足0.51g/cm3，并且，通过无膨胀无机纤维片形成保持衬垫，且由在排气管内或消音器内使用废气净化用催化剂转换装置时作用于催化剂保持体的上游侧和下游侧的废气的压力差、和基于施加在催化剂保持体上的振动而造成的外力，来求出使催化剂保持体相对于金属制筒状部件在轴向上移动的下述催化剂保持体推压力F，且以能够得到超过该催化剂保持体推压力F的保持力的方式，使卷绕在催化剂保持体上的保持衬垫的沿着催化剂保持体的长度方向的长度设定得与保持衬垫在催化剂保持体上的卷绕直径相比较长，因此，通过使保持衬垫的体积密度为0.25g/cm3以上且不足0.51g/cm3的范围、和由无膨胀无机纤维片构成的保持衬垫进行组合，而能够导出在考虑了催化剂保持体的强度、刚性和催化剂保持体、金属制筒状部件、保持衬垫的生产性的基础上的催化剂保持体的最佳尺寸，并且，通过基于使保持衬垫中的沿着催化剂保持体的长度方向的长度增长而导致的保持衬垫与催化剂保持体之间、和与金属制筒状部件之间的接触面积增加，从而提高了保持催化剂保持体的保持力。因此，能够使保持衬垫的过盈量缩小，并能够使催化剂保持体的外径增加。其结果是，能够谋求形成陶瓷蜂窝载体的蜂窝的肋的密度和厚度的最优化，并能够谋求催化剂表面积的增加以及流路阻力的降低，从而能够使废气净化性能及发动机性能提高，并且，通过过盈量的减少而能够容易且高效率地进行压入作业，从而能够提高生产性。
F＝G×M+P×S
其中，
G：使用时的催化剂保持体的振动的加速度，
M：催化剂保持体的质量，
P：使用时的作用于催化剂保持体的上游侧和下游侧的废气的压力差，
S：催化剂保持体的受压面积
另外，在使用时将催化剂保持体保持的保持力是，由以最高使用温度并加热规定时间而弹性衰减后的保持衬垫的在最高使用温度下的摩擦系数、根据最高使用温度下的保持衬垫的过盈量而产生的保持衬垫的表面压力、和金属制筒状部件或催化剂保持体与保持衬垫之间的接触面积而求出的，因此，通过在进行了规定时间的加热且弹性衰减之后测定保持衬垫的摩擦系数，而能够使保持衬垫的摩擦系数接近对使用寿命进行了设想的值，并且，能够以因高温曝晒而降低了的更准确的保持力的下限值为基础，使与催化剂保持体的轴向长度对应的保持衬垫长度最优化。
另外，保持衬垫的长度相对于催化剂保持体的长度方向的长度仅缩短了规定长度，因此，能够使保持衬垫的端部与催化剂保持体的端部相比不在轴向上突出，由此，当将卷绕在保持衬垫上的催化剂保持体压入至金属制筒状部件内时，能够以保持衬垫不会碍事的方式进行压入作业。
另外，废气净化用催化剂转换装置焊接在收纳于消音器内部的排气管的下游端部，因此，能够将消音器形成得较细，而能防止向跨骑式车辆的侧方突出。
另外，从长度不同的多种催化剂保持体中选择的催化剂保持体安装在消音器上，因此，通过使催化剂保持体的外径一致而能够共用压入夹具等，并能进一步提高生产性。
附图说明
图1是表示具有本发明的废气净化用催化剂转换装置的二轮摩托的左视图。
图2是表示排气消声装置的侧视图。
图3是表示排气管的后部的剖视图。
图4是表示催化剂转换装置的剖视图。
图5是表示催化剂转换装置的制造工序的作用图。
图6是表示催化剂转换装置的压入工序的作用图。
图7是表示保持衬垫的表面压力与体积密度的关系的图表。
图8是表示催化剂保持体的高温保持力与保持衬垫的轴向长度的关系的图表。
附图标记说明
10 二轮摩托车(跨骑式车辆)
61 排气管
62 消音器
63 催化剂转换装置
80 催化剂保持体
81 保持衬垫
82 保持筒(金属制筒状部件)
105 压入夹具
A 保持衬垫的接触面积
CP 保持衬垫的表面压力
D1 催化剂保持体的外径、保持衬垫的卷绕直径
F 推压力(催化剂保持体推压力)
G 振动的加速度
L1 催化剂保持体的轴向长度
L2 保持衬垫的轴向长度(卷绕在催化剂保持体上的保持衬垫的沿着催化剂保持体的长度方向的长度)
M 质量
P 压力差
R 保持力
S 催化剂保持体的受压面积
μ 摩擦系数。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。此外，在说明中，前后左右及上下的这些方向的记载如无特别记载则为与相对于车身的方向相同。另外，各图中所示的附图标记FR表示车身前方，附图标记UP表示车身上方，附图标记LE表示车身左方。
图1是表示具有本发明的废气净化用催化剂转换装置的二轮摩托车的左视图。
二轮摩托车10具有以能够通过配置在车辆前部的把手11而转向的方式设置的前轮12、配置在前轮12的后方的作为驱动源的发动机13、配置在发动机13的后方并通过发动机13而驱动的后轮14、和配置在前轮12及后轮14的彼此之间的上方的座椅15，该二轮摩托车10是驾驶员跨坐在该座椅15上的方式的跨骑式车辆。
二轮摩托车10的车身架40具有：以能够转向的方式将前叉16支承的头管41，该前叉16对前轮12进行支承；从头管41向车辆后方朝后下方延伸的主车架42；从主车架42的后部向车辆后方朝后上方延伸的左右一对的座椅横梁43、43(仅示出近前侧的附图标记43)；和从主车架42的后部向下方延伸的左右一对的枢轴支承板44、44(仅示出近前侧的附图标记44)。
将后轮14轴支承的摆臂18以摆动自如的方式轴支承在枢轴支承板44、44上。在摆臂18的后部与座椅横梁43的后部之间架设有后减震单元19。
二轮摩托车10被树脂制的车身罩20覆盖。车身罩20具有：将车辆的前面覆盖的前罩21；从前罩21的后部连续设置到车辆后部并将车辆的侧面覆盖的左右一对的侧罩22、22(仅示出近前侧的附图标记22)；在发动机13的上方将车辆的上部覆盖的上罩25；和将枢轴支承板44覆盖的枢轴支承板罩27。
前轮12的上方被前挡泥板28覆盖，把手11的中央部被把手罩盖26覆盖，后轮14的上方被后挡泥板29覆盖。
发动机13通过发动机支撑件(未图示)以悬挂在主车架42上的方式支承，是使气缸轴线沿车辆前后方向大致水平地延伸的单缸发动机，从车辆后侧起依次具有曲轴箱52、汽缸体53、和汽缸头55。变速器(未图示)一体设置在曲轴箱52内。变速踏板56设置在曲轴箱52上。
在曲轴箱52的左侧面上突出有发动机13的输出轴31，在设置在该输出轴31上的驱动链轮32与设置在后轮14上的从动链轮33之间卷挂有链条34，从而使后轮14被驱动。
在发动机13的下面，安装有沿着车宽方向延伸的脚踏板支撑件47，在该脚踏板支撑件47的两端设置有左右一对的驾驶员用脚踏板48、48(仅示出近前侧的附图标记48)。
在汽缸头55的上方，设置有与汽缸头55的进气口连接的节气阀体17。
在形成于汽缸头55下面的排气口55A上，连接有排气消声装置60，该排气消声装置60从与配置有链条34的车辆左侧为相反侧的车辆右侧通过，并向车辆后方延伸。
图2是表示排气消声装置60的侧视图。
如图1及图2所示，排气消声装置60具有与排气口55A连接并向后方延伸的排气管61、和与排气管61连接并将从排气管61中通过的高温且高压的废气减压并排出到外部的消音器62。排气管61的后部延伸到消音器62内，对废气进行净化的催化剂转换装置63设置在排气管61的后部并收纳在消音器62内。
排气消声装置60经由设置在排气管61上的前部悬挂部64和设置在消音器62上的后部悬挂部65，并通过螺栓等而固定在车身侧。
消音器62是多级膨胀式的消音器，具有形成为与排气管61相比大径的圆筒状的主体箱66，并通过多个分隔壁67A、67B及后壁68而使主体箱66的内部空间被分隔成多个膨胀室X、Y、Z。前侧的膨胀室X与后侧的膨胀室Y由从中央的膨胀室Z通过并将分隔壁67A、67B贯穿的第一连通管69连通，膨胀室Y与膨胀室Z由将分隔壁67B贯穿的第二连通管70连通，膨胀室Z由将分隔壁67B及后壁68贯穿的尾管71而与消音器62的外侧连通。
在主体箱66的前部形成有锥形部66B，该锥形部66B随着接近连接有排气管61的上游端66A侧而成为小径。
废气从排气管61流入至膨胀室X，并从第一连通管69通过而流入至膨胀室Y，然后将流动方向反转而从第二连通管70通过并流入至膨胀室Z，并再次将流动方向反转而从尾管71通过并排出到外部。
图3是表示排气管61的后部的剖视图。
如图2及图3所示，排气管61通过焊接而将多根管接合，而形成为前后延伸的一根的管状。
排气管61具有构成废气流动的上游侧的排气管上游部61A、和与该排气管上游部61A的下游端连接的排气管下游部61B。
排气管上游部61A具有：排气口连接部72，该排气口连接部72具有与排气口55A连接的凸缘；从排气口连接部72向催化剂转换装置63侧延伸的管部73；从管部73延伸并与催化剂转换装置63连接的下游锥形管部74；和以在与管部73之间开有间隙的状态下将管部73的后部从外侧覆盖的外管75。排气管下游部61B具有催化剂转换装置63、和与催化剂转换装置63的下游侧连接的锥形管88及管89。
排气管上游部61A的下游锥形管部74具有：嵌合在管部73的后端73A的外周面上的前侧连接部74A；与催化剂转换装置63连接的后侧连接部74B；和在前侧连接部74A及后侧连接部74B彼此之间随着靠近下游侧的后侧连接部74B侧而扩径的锥形部74C。此外，附图标记121是在将前侧连接部74A焊接到管部73上时产生的焊道。
外管75在上游端具有缩径后的端部75A，并焊接而固定有与管部73的外周面嵌合的端部75A。外管75的下游端位于管部73的后端73A的附近。此外，附图标记122是在将端部75A焊接到管部73上时产生的焊道，附图标记123是在将消音器62的主体箱66的上游端66A焊接到外管75的外周面75B上时产生的焊道。
消音器62的锥形部66B及外管75的内侧的空间是膨胀室X(参照图2)的一部分。
在管部73的外周面上的与外管75相比上游侧，焊接有截面半圆状的加强板76。前部悬挂部64从外侧焊接在管部73、加强板76及外管75上而固定。此外，附图标记124是在将前部悬挂部64焊接到管部73、加强板76及外管75上时产生的焊道。
图4是表示催化剂转换装置63的剖视图。
如图3及图4所示，催化剂转换装置63由圆筒状的催化剂保持体80、卷绕在催化剂保持体80的外周上的保持衬垫81、和经由保持衬垫81将催化剂保持体80保持在内部的保持筒82构成。即，催化剂保持体80仅通过保持衬垫81的过盈量而在轴向上不偏移地被保持。
催化剂转换装置63与排气管上游部61A相比形成为大径，从排气管上游部61A流入至催化剂转换装置63中的废气被催化剂保持体80净化，并且使压力被缓和。
催化剂保持体80由陶瓷制的陶瓷蜂窝载体、和载持在该陶瓷蜂窝载体的各细孔的壁上的作为将废气成分净化的催化剂的铂、铑及钯而构成，该陶瓷蜂窝载体在其圆筒状的外轮廓的内部，形成为具有沿着轴线方向延伸的多个细孔的蜂窝状的多孔结构体而使内部的表面积变大。作为载体而使用有多孔材质的陶瓷，因此容易载持铂、铑及钯。在此，作为陶瓷材质的优选例，可以使用包含堇青石(cordierite)、莫来石(Mullite)、氧化铝、碱土族金属的铝酸盐、碳化硅、氮化硅等、或者它们的类似物的各种耐热性陶瓷。
保持衬垫81是将陶瓷制的纤维压缩或集聚而形成为长尺寸的衬垫状的无膨胀无机纤维片，其卷绕在催化剂保持体80的外表面上，并夹持在催化剂保持体80与保持筒82之间。保持衬垫81是缠绕有纤维的集合体，因此具有较大的弹性。在此，保持衬垫81的材质只要是具有耐热性及弹性的即可，也能使用将纤维状金属集聚的材质或玻璃棉等。例如，在热膨胀性的保持衬垫中，若在高温环境下长期间使用，则容易发生弹性衰减，保持衬垫的过盈量也容易降低，但在由上述无膨胀无机纤维片构成的保持衬垫81中，即使长时间处在高温环境下也能保持很大的弹性，而能抑制保持衬垫的过盈量的降低。
催化剂保持体80的长度方向(轴向)的长度L1形成得与卷绕在催化剂保持体80上的状态下的保持衬垫81的长度方向的长度(沿着催化剂保持体80的长度方向的长度)L2相比较大。这是因为，保持衬垫81的端部与催化剂保持体80的端部相比不会在轴向上突出，由此，能够以保持衬垫81不会碍事的方式进行压入作业。
保持筒82的材质使用强度及耐热性高的金属，例如，能够使用铁素体类不锈钢那样的钢材。保持筒82的全长与催化剂保持体80的全长相比较长。
如图4所示，排气管上游部61A的下游锥形管部74的后侧连接部74B以嵌合在保持筒82的内周部上的方式焊接。此外，附图标记125是在将后侧连接部74B与保持筒82焊接时产生的焊道。
催化剂保持体80在外周卷绕有保持衬垫81的状态下被压入并组装在保持筒82内。在此，D1是催化剂保持体80的外径，D2是保持筒82的内径。
如图3所示，在保持筒82的下游端83A的内周部，嵌合并焊接有随着靠近排气的下游侧而变成小径的锥形管88。在锥形管88的下游端连接有后端封闭的管89，废气从形成在管89的外周面上的多个小孔89A中通过而流入至膨胀室X(参照图2)。
如图2所示，催化剂转换装置63与径向相比在轴向上形成得较长，但是由于通过消音器62的主体箱66将周围覆盖，所以，即使是细长的催化剂转换装置63也能充分地确保强度。另外，由于催化剂转换装置63是细长的，所以能够将消音器62在径向上小型化，即使是在配置空间中没有富余的跨骑式车辆，也可以容易地配置排气消声装置60。
另外，由于将催化剂转换装置63收纳在主体箱66内，所以能够保护配置在消音器62周围的零件不受催化剂转换装置63的辐射热的影响。进一步地，由于将独立的催化剂保持体80(参照图3)配置于在主体箱66的上游侧形成为小径的锥形部66B上，所以能够将消音器62小型化，并且能够以废气的热量将催化剂保持体80迅速活性化。
在此，对排气消声装置60的制造工序进行说明。
在图2中，排气消声装置60在将具有催化剂转换装置63的排气管下游部61B和排气管上游部61A连接之后，通过将主体箱66连接而组装。
图5是表示催化剂转换装置的制造工序的图。
首先，通过涂布装置100将催化剂组合物的溶液涂布在圆筒状的基材上，并通过加热炉101进行烧制，由此，使催化剂组合物固定在基材上，而形成催化剂体80。涂布及烧制的工序实施一次或多次。接着，在压入工序中，使保持衬垫81卷绕到催化剂体80上，并使催化剂体80及保持衬垫81从与下游端83A(参照图3)压入至保持筒82中，从而完成催化剂转换装置63(参照图3)。之后，在图3中，在催化剂转换装置63的下游端83A的内周部上，嵌合并焊接与管89一体焊接的锥形管88。另外，在此，涂布及烧制的工序作为在压入工序之前进行的工序而进行了说明，但并不限定于此，也可以为，仅在压入工序之后的工序或者在压入工序的前后两方的工序中来进行涂布及烧制。
如上所述，催化剂转换装置63不用测量催化剂保持体80的外径、保持衬垫81的厚度、保持筒82的内径，而是通过以规定的尺寸公差而生产的零件来组装。通过这样无测量地组装各生产零件，消除了测量工序，因此能够提高生产性。
如图3所示，作为将排气口连接部72(图2)、管部73、下游锥形管部74、外管75、加强板76及前部悬挂部64预先一体焊接而形成的小组件90，来准备排气管上游部61A。在形成有小组件90的阶段，检查有无焊道121、122、123、124(参照图2)及加强板76的焊接部的背面焊道，如有必要，可除去背面焊道。
接着，小组件90的下游锥形管部74的后侧连接部74B嵌合并焊接在保持筒82的前端部84A上。
在通过焊道125将小组件90与催化剂转换装置63焊接之后，使排气管上游部61A的后部及催化剂转换装置63插入到消音器62的主体箱66内，使主体箱66的上游端66A嵌合在外管75的外周面75B上并通过焊道123而焊接。
图6是表示催化剂转换装置63的压入工序的作用图。此外，在右侧表示左侧图中所示的范围Q的放大图。
在压入工序中，将保持筒82竖起，将压入夹具105与保持筒82的上端抵接，将卷绕有保持衬垫81的催化剂保持体80从上插入至设置于该压入夹具105上的下部收拢的锥形孔105a中，并将催化剂保持体80及保持衬垫81压入至保持筒82内。这时，锥形孔105a的下端部105b的内径D3是成为锥形孔105a的最小径的部分，与保持筒82的内径D2相比较小，因此，当催化剂保持体80及保持衬垫81从该下端部105b通过时，保持衬垫81的体积密度(填充密度)与向保持筒82压入后的体积密度相比变大，并在整个工序中成为最大。
保持衬垫81的体积密度是保持衬垫81的每单位体积的重量，体积密度＝W/CL(g/cm3)。
其中，W是保持衬垫的单位面积重量(单位为g/cm2)，CL是催化剂保持体与保持筒的间隙(单位为cm)。
需要由以上的情况来决定成为间隙(缝隙)CL(参照图4)的催化剂保持体80的外径D1，其中，该间隙CL为，不会在上述压入中使保持衬垫81发生损伤且不会使催化剂保持体80发生破损的保持筒82的内径、与催化剂保持体80的外径D1之间的间隙。若上述间隙CL被决定，则与保持衬垫81的初始厚度相对的压入后的过盈量也被决定，且保持衬垫81的压入后的体积密度也被决定。
图7是表示保持衬垫的表面压力与体积密度的关系的图表。图表的纵轴是压入后的保持衬垫的表面压力，横轴是压入后的保持衬垫的体积密度(单位为g/cm3)。
图中的CU1是表示保持衬垫压缩后的体积密度与表面压力的关系的曲线，随着体积密度的增加，表面压力也增加。
为了使保持衬垫的表面压力在催化剂保持体的强度以下的范围内，需要使其设为不足表面压力CP1。表面压力为CP1时的体积密度是0.51g/cm3，必须使体积密度不足0.51g/cm3。
而且，若保持筒的内径被决定，则以满足上述体积密度的方式，求出催化剂保持体的最大外径及外径的中央值。在该计算中考虑到了催化剂保持体的外径、保持筒的内径及保持衬垫的厚度及单位面积上的产品公差幅度。
进一步地，由上述所求得的催化剂保持体的最大外径及外径的中央值，并基于催化剂保持体的外径、保持筒的内径、保持衬垫的单位面积的产品的公差幅度，而求出压入中的体积密度的正规分布曲线CU2、和压入后的体积密度的正规分布曲线CU3。
在压入中的正规分布曲线CU2上，+4σ的值成为0.51g/cm3。另外，在压入后的正规分布曲线CU3上，-4σ的值成为0.25g/cm3，该值成为体积密度的下限值。
作为由通过上述步骤而使外径被决定的催化剂保持体、保持衬垫及保持筒构成的催化剂转换装置，以下这样地来验证，在将体积密度下限值为0.25g/cm3的装置实际组装至排气消声装置内并运转发动机时，催化剂保持体是否相对于保持筒位移，即将催化剂保持体保持的保持力是否充分。
在图4所示的排气管61中，在与催化剂保持体80相比上游侧的空间131、和与催化剂保持体80相比下游侧的空间132中，当发动机运转过程中时，在空间131中作用有压力P1，而在空间132中作用有比压力P1低的压力P2，其结果是，在催化剂保持体80上如白色箭头135所示地，会产生将催化剂保持体80向下游侧推压的推压力F。另外，在发动机运转过程中轴向的振动会沿催化剂保持体80传递，因此，通过该振动使催化剂保持体80在轴向上移动的外力包含在上述推压力F中。
即，推压力F(单位为N)通过F＝G×M+P×S来求出。
其中，G是发动机运转时的催化剂保持体80的振动的加速度(单位为m/s2)，M是催化剂保持体80的质量(单位为kg)，P是发动机运转时的催化剂保持体80的前后的压力差P(＝P1-P2)(单位为Pa)，S是催化剂保持体80的受压面积(单位为m2)。所使用的催化剂保持体80的外径D1例如是40mm，轴向长度L1例如是60mm、75mm、90mm。另外，保持衬垫81的长度方向的长度(轴向长度)L2例如是L2＝(L1-α)mm，若规定长度α＝10mm，则L2＝50mm、65mm、80mm。
另一方面，在催化剂保持体80与保持衬垫81之间、或者在保持衬垫81与保持筒82之间，如箭头136所示地会产生将催化剂保持体80保持在保持筒82内的保持力R。该保持力R包含会导致如下情况发生的因素，该情况为，在发动机运转时催化剂保持体在最高温度(例如900℃)的环境下曝晒规定时间(例如100小时)之后的保持衬垫81的弹性衰减、和基于高温时的催化剂保持体与保持筒之间的间隔扩大而造成的保持力的降低。
保持力R通过R(N)＝μ×CP×A来求出。
其中，μ是催化剂保持体80与保持衬垫81之间、或者保持衬垫81与保持筒82之间的摩擦系数，CP是保持衬垫的表面压力(单位为Pa)，A是保持衬垫81与保持筒82(或催化剂保持体80)之间的接触面积(单位为m2)。
上述推压力F与保持力R相等，优选为，若保持力R比推压力F大，则催化剂保持体80被保持在保持筒82内。
这样，通过对在考虑了发动机运转后的基础上的催化剂保持体的位移进行验证，而能够确认到，即使体积密度的下限值是0.25g/cm3也能将催化剂保持体保持。
如上所述，将保持衬垫81卷绕到催化剂保持体80上时的保持衬垫81的内径、即卷绕直径，是与催化剂保持体80的外径D1相等的D1，另外，若将卷绕在催化剂保持体80上的保持衬垫81的沿着催化剂保持体80的长度方向的长度L2作为轴向长度L2，则在卷绕直径D1与轴向长度L2中，轴向长度L2较大(D1＜L2)。通过具有这种关系，而能够使上述保持衬垫81的接触面积A与以往相比增大，并能够将保持力R确保得更大。图8表示上述保持衬垫81的轴向长度L2与保持力R的关系。
图8是表示催化剂保持体的高温保持力R与保持衬垫的轴向长度L2的关系的图表。图表的纵轴表示高温(发动机运转时的最高温度条件)时的保持力R，横轴表示保持衬垫的轴向长度L2(单位为mm)。图表中的实线是从实施例1(L2＝50mm)、实施例2(L2＝65mm)、实施例3(L2＝80mm)的过盈量下限值(体积密度下限值0.25g/cm3)上的数据穿过的直线，图表中的虚线是从实施例1～实施例3的过盈量中央值(体积密度中央值0.35g/cm3)上的数据穿过的直线。另外，图表中的画有斜线的区域是催化剂保持体推压力F。此外，实施例1～实施例3的催化剂保持体的外径相同(D1＝40mm)。
过盈量下限值及过盈量中央值上的高温保持力R与催化剂保持体推压力F相比较大，并且随着轴向长度L2变长而逐渐变大。由此，通过与催化剂保持体的外径即保持衬垫的卷绕直径D1相比使轴向长度L2增大，而作为保持力R变得有利，能够在确保规定的保持力R的同时缩小过盈量。
如上述图2、图4、图6及图7所示，在以使在圆筒状的陶瓷蜂窝载体上载持有催化剂的催化剂保持体80，经由保持衬垫81保持在作为将该催化剂保持体80外侧覆盖的金属制筒状部件的保持筒82内的方式组装的废气净化用催化剂转换装置63中，由保持衬垫81的厚度、在卷绕于催化剂保持体80上的保持衬垫81从将催化剂保持体80压入至保持筒82内的压入夹具105中通过时的保持衬垫过盈量、以及压入到保持筒82内之后的保持衬垫过盈量，来设定催化剂保持体80的外径D1，使得在不超过催化剂保持体80的规定的单体容许强度的范围内，组装时的保持衬垫81的体积密度为0.25g/cm3以上且不足0.51g/cm3，并且，通过无膨胀无机纤维片形成保持衬垫81，且由在排气管61内或消音器62内使用催化剂转换装置63时作用于催化剂保持体80的上游侧和下游侧的废气的压力差P、和基于施加在催化剂保持体80上的振动而造成的外力，来求出使催化剂保持体80相对于保持筒82在轴向上移动的下述催化剂保持体推压力F，且以能够得到超过该催化剂保持体推压力F的保持力R的方式，使卷绕在催化剂保持体80上的保持衬垫81的沿着催化剂保持体80的长度方向的长度(轴向长度)L2设定得与保持衬垫81在催化剂保持体80上的卷绕直径D1相比较长。
F＝G×M+P×S
其中，G是使用时的催化剂保持体的振动的加速度，M是催化剂保持体的质量，P是使用时的作用于催化剂保持体的上游侧和下游侧的废气的压力差，S是催化剂保持体的受压面积。
根据该结构，通过使保持衬垫81的体积密度为0.25g/cm3以上且不足0.51g/cm3的范围、和由无膨胀无机纤维片构成的保持衬垫81进行组合，而能够导出在考虑了催化剂保持体80的强度、刚性和催化剂保持体80、保持筒82、保持衬垫81的生产性的基础上的催化剂保持体80的最佳尺寸，并且，通过基于使保持衬垫81中的沿着催化剂保持体80的长度方向的长度增长而导致的保持衬垫81与催化剂保持体80之间、和与保持筒82之间的接触面积增加，从而提高了保持催化剂保持体80的保持力。因此，能够使保持衬垫81的过盈量缩小，并能够使催化剂保持体80的外径D1增加。其结果是，能够谋求形成陶瓷蜂窝载体的蜂窝的肋的密度和厚度的最优化，并能够谋求催化剂表面积的增加以及流路阻力的降低，从而能够使废气净化性能及发动机性能提高，并且，通过过盈量的减少而能够容易且高效率地进行压入作业，从而能够提高生产性。另外，相对于产品零件的偏差，也能进行以上下限保证品质的无测量的压入作业。
另外，在使用时将催化剂保持体80保持的保持力R是，由以最高使用温度并加热规定时间而弹性衰减后的保持衬垫81的在最高使用温度下的摩擦系数μ、根据最高使用温度下的保持衬垫81的过盈量而产生的保持衬垫81的表面压力CP、和保持筒82或催化剂保持体80与保持衬垫81之间的接触面积A而求出的，因此，通过在进行了规定时间的加热且弹性衰减之后测定保持衬垫81的摩擦系数μ，而能够使保持衬垫81的摩擦系数μ接近对使用寿命进行了设想的值，并且，能够以因高温曝晒而降低了的更准确的保持力R的下限值为基础，使与催化剂保持体80的轴向长度对应的保持衬垫长度最优化。
另外，保持衬垫81的长度L2相对于催化剂保持体80的长度方向的长度L1仅缩短了规定长度α，因此，能够使保持衬垫81的端部与催化剂保持体80的端部相比不在轴向上突出，由此，当将卷绕在保持衬垫81上的催化剂保持体80压入至保持筒82内时，能够以保持衬垫81不会碍事的方式进行压入作业。
另外，如图1以及图2所示，因为催化剂转换装置63焊接在收纳于消音器62内部的排气管61的下游端部，所以能够将消音器62形成得较细，而能防止向作为跨骑式车辆的二轮摩托车10(参照图1)的侧方突出。
另外，因为催化剂转换装置63使从长度不同的多种催化剂保持体80中选择的催化剂保持体80安装在消音器62上，所以通过使催化剂保持体80的外径D1一致而能够共用压入夹具105等，并能进一步提高生产性。
上述实施方式仅表示本发明的一种方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够任意变形及应用。
例如，在上述实施方式中，如图2所示，将催化剂转换装置63配置在消音器62的内侧，但并不限定于此，也可以将催化剂转换装置63仅设置在排气管的中途。
而且，本发明并不限于适用于二轮摩托车10的情况，还能适用于汽车等车辆、通用机械、工业机械、发电装置、热交换装置。

Claims (5)

1.一种废气净化用催化剂转换装置，其以使在圆筒状的陶瓷蜂窝载体上载持有催化剂的催化剂保持体(80)，经由保持衬垫(81)保持在将该催化剂保持体(80)外侧覆盖的金属制筒状部件(82)内的方式组装，其特征在于，
由所述保持衬垫(81)的厚度、在卷绕于所述催化剂保持体(80)上的所述保持衬垫(81)从将所述催化剂保持体(80)压入至所述金属制筒状部件(82)内的压入夹具(105)中通过时的保持衬垫过盈量、以及压入到所述金属制筒状部件(82)内之后的保持衬垫过盈量，来设定所述催化剂保持体(80)的外径(D1)，使得在不超过所述催化剂保持体(80)的规定的单体容许强度的范围内，组装时的所述保持衬垫(81)的体积密度为0.25g/cm3以上且不足0.51g/cm3，并且，
通过无膨胀无机纤维片形成所述保持衬垫(81)，且由在排气管(61)内或消音器(62)内使用所述废气净化用催化剂转换装置(63)时作用于所述催化剂保持体(80)的上游侧和下游侧的废气的压力差(P)、和基于施加在所述催化剂保持体(80)上的振动而造成的外力，来求出使所述催化剂保持体(80)相对于所述金属制筒状部件(82)在轴向上移动的下述催化剂保持体推压力(F)，且以能够得到超过该催化剂保持体推压力(F)的保持力(R)的方式，使卷绕在所述催化剂保持体(80)上的所述保持衬垫(81)的沿着所述催化剂保持体(80)的长度方向的长度(L2)设定得比所述保持衬垫(81)在所述催化剂保持体(80)上的卷绕直径(D1)长，
F＝G×M+P×S
其中，
G：使用时的催化剂保持体的振动的加速度
M：催化剂保持体的质量
P：使用时作用于催化剂保持体的上游侧和下游侧的废气的压力差
S：催化剂保持体的受压面积。
2.根据权利要求1所述的废气净化用催化剂转换装置，其特征在于，在所述使用时将所述催化剂保持体(80)保持的保持力(R)是，由以最高使用温度并加热规定时间而弹性衰减后的所述保持衬垫(81)的在最高使用温度下的摩擦系数(μ)、根据所述最高使用温度下的所述保持衬垫(81)的过盈量而产生的所述保持衬垫(81)的表面压力(CP)、和所述金属制筒状部件(82)或所述催化剂保持体(80)与所述保持衬垫(81)之间的接触面积(A)而求出的。
3.根据权利要求1或2所述的废气净化用催化剂转换装置，其特征在于，所述保持衬垫(81)的长度(L2)相对于所述催化剂保持体(80)的长度方向的长度(L1)仅缩短了规定长度(α)。
4.一种跨骑式车辆，其特征在于，使在权利要求3中所述的废气净化用催化剂转换装置(63)焊接在收纳于所述消音器(62)内部的排气管(61)的下游端部。
5.根据权利要求4所述的跨骑式车辆，其特征在于，使从长度不同的多种所述催化剂保持体(80)中选择的催化剂保持体(80)安装在所述消音器(62)上。
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