JP2009235931A - セラミックス触媒装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】排気管110から出力される排気ガスを浄化する触媒を担持したセラミックス製の触媒担体10と、この触媒担体10を保持する外筒13と、触媒担体10と外筒13との間に挟持される保持マット12とを備えたセラミックス触媒装置において、排気管110の端部110Aを触媒担体10に対して近接させて配置した。
【選択図】図1
Description
しかし、従来の構成から端部リングを取り外すと、排気ガスがマットに触れることが予測されるため、排気ガスのマットに対する影響を低減できる構成が望まれる。
また、排気管の端部は、排気管の位置決めを行う位置決め用部材と外筒との取付部よりも触媒担体側にしたので、排気管の端部を触媒担体により一層近づけることができ、マットに対して排気ガスが流れることを低減させることが期待できる。
また、マットの端部は、触媒担体の端部よりも排気ガス下流側にオフセットして配置されており、排気管の端部と触媒担体との距離は、上記オフセットの量よりも小さくたので、マットの保護が可能になると共に風食をも低減させることを期待することができる。
また、排気管の端部を、触媒担体に対して排気管が排気ガスで線膨張する分だけ離して配置したので、排気管の熱膨張による触媒担体への影響を回避することができる。
図1及び図2は、本発明の実施形態に係るセラミックス触媒装置1を備えた排気マフラ100の断面図である。この排気マフラ100は、自動二輪車のエンジンから延びる排気管110の後端に接続され、この排気管110を通った排気ガスを減圧して外部に排出するサイレンサとして機能する。
この排気マフラ100は、エンジンから延びる単一の排気管110が接続される筒状本体120を有し、この筒状本体120内に、セラミック製の触媒担体10を備えるセラミックス触媒装置(以下、触媒装置)1が支持される。
この筒状本体120は、この筒状本体120の外周面を構成する外筒121と、この外筒121内に挿入される内筒122と、これら筒部材121、122の前部開口及び後部開口を各々覆うように連結される略お椀状の前壁部123及び後壁部124とを備える。
この内筒122、前壁部123及び後壁部124とによって形成される内部空間は、複数枚(本例では2枚)の隔壁(以下、第1隔壁131、第2隔壁132という)を介して複数(本例では3つ)の膨張室(以下、第1膨張室A、第2膨張室B、第3膨張室Cという)に仕切られ、排気管110の端部110Aが筒状本体120の前壁部123を貫通して筒状本体120内に挿入される。
また、この位置決め用筒部材135の後端部135Bには、触媒装置1の外ケースを構成する外筒13が嵌め込まれて溶接等で接合される。排気管110は、この位置決め用筒部材135内で後方に向かって徐々に拡径する拡径部110Bを有し、この拡径部110Bの端部110Aが、位置決め用筒部材135よりも後方に位置する。すなわち、排気管110の端部110Aは、位置決め用筒部材135と外筒13との取付部137よりも後方に位置して外筒13内に入り込む。また、この排気管110の端部110Aは、触媒装置1内の触媒担体10と略同径に形成され、触媒担体10に近接配置される。
なお、筒状本体120の外筒121と内筒122との間にはグラスウール等の吸音材102が設けられ、また、後壁部124を構成する内側後壁部124Aと外側後壁部124Bとの間、及び、後壁部124を貫通するテールパイプ145の外周を覆う筒体125の内側にも吸音材102が設けられる。
また、第2隔壁132には、触媒装置1からずれた位置に、第1連通管141と第3連通管143とが貫通して固定され、また、第1隔壁131には、位置決め用筒部材135からずれた位置に第2連通管142が貫通して固定される。
第1連通管141は、第1膨張室Aと第2膨張室Bとを連通し、第2連通管142は、第2膨張室Bと第3膨張室Cとを連通する。また、第3連通管143は、一端が第2膨張室Bを横断して第1隔壁131を貫通して第3膨張室Cに開口すると共に、他端が第1膨張室Aを横断し、その後端に連結されたテールパイプ145が筒状本体120の後壁部124を貫通して第3膨張室Cと排気マフラ100外の空間とを連通する。
この筒状本体120の断面積は、この筒状本体120に挿入される排気管110よりも大きく形成されるため、排気ガスが各膨張室A〜Cに流入する際に減圧される。また、触媒装置1を排気マフラ100の筒状本体120内に配置したため、触媒装置1のレイアウトスペースが容易に確保される。また、触媒装置1を排気管110の端部110Aと同軸上に配置したため、排気管110の端部110Aから排出された排気ガスをその流れ方向を変えることなく触媒装置1に円滑に流入させることができる。
触媒担体10は、その軸線方向に沿って延びる貫通孔5をハニカム状に形成したハニカム構造体を基材とし、この基材の内側に、排気ガス成分を分解する白金、パラジウム、ロジウム等の触媒を担持している。すなわち、この触媒担体10は、白金、パラジウム、ロジウム等によって排気ガス中の炭化水素と一酸化炭素と酸化窒素とを酸化、還元反応によって除去する三元触媒として機能する。
ここで、この触媒担体10の断面形状、つまり、ハニカム構造体の断面形状は、真円断面を有する柱形状(円柱形状)に形成されている。なお、断面形状に楕円形状等の他形状を適用してもよい。
ここで、触媒担体10の基材となるセラミックスの好ましい例としてはコージェライト、ムライト、アルミナ、アルカリ土類金属のアルミネート、炭化ケイ素、窒化ケイ素等、或いはこれらの類似物を含む各種耐熱性セラミックスが挙げられる。また、基材の形状は、粉末状、顆粒状、粒状(球を含む)、ペレット状(円筒形や環状を含む)、タブレット状、ハニカム状等、いずれの形態であってもよく、好ましくはハニカム構造である。
また、保持マット12は、繊維が絡み合った集合体であるため、表面及び内部には微細な隙間が無数に形成される。このため、保持マット12は、比較的大きな弾性を有すると共に、表面の面粗度が粗くなり、表面の摩擦係数も比較的高いものとなる。ここで、保持マット12の材質は、耐熱性及び弾性を有するものであれば良く、アルミナ、ムライト、コージェライト、炭化珪素等のセラミックス材料の他に、繊維状の金属を集積したものやグラスウール等を用いることができる。
保持マット12を巻き付けた触媒担体10は、外筒13に圧入されることによって外筒13内に収容される。この場合、保持マット12は外筒13と触媒担体10との間で圧縮された状態で挟持されるため、保持マット12の弾性力及び摩擦力によって触媒担体10を外筒13に保持する保持力が生じる。従って、触媒担体10の外表面が、摩擦係数が比較的低いセラミックス面であっても、この保持マット12を用いることによって保持力を確保できる。
なお、保持マット12を巻き付けた触媒担体10を外筒13に収容する際、圧入以外の方法、例えば、キャニング或いは巻き締めを適用してもよい。キャニングする場合には、円筒を軸線方向に沿って複数の片に分割するように形成した分割片により、保持マット12が巻き付けられた触媒担体10を囲い、分割片どうしを接合して外筒13を形成する。また、巻き締めする場合には、保持マット12が巻き付けられた触媒担体10に板材を巻き付けて、板材の端部どうしを接合して外筒13を形成する。ここで、キャニング及び巻き締めの接合は、溶接、接着及びボルト止め等で行うことができる。
このように排気管端部110Aを触媒担体10に近接させて配置した構成では、排気管端部110Aから排出される排気ガスが、図4に矢印で示すように、その流れ方向に対して径方向に殆ど拡がることなく、触媒担体10に流入する。これにより、排気ガスによる保持マット12の腐食、つまり、保持マット12の風食を抑えることができる。仮に、排気管端部110Aから排出される排気ガスが、排気管端部110A直後で径方向に拡がって流れたとしても、触媒担体10の外径が排気管端部110Aの外径よりも大径に形成されているため、排気ガスを保持マット12に接触させることなく触媒担体10に流入させることができる。
また、本実施形態では、排気管端部110Aと触媒担体10とを同軸上に近接配置したので、排気管端部110Aからの排気ガスを触媒担体10により確実に流入させることができ、保持マット12の風食をより確実に抑えることができる。
しかも、本実施形態では、第1隔壁131に支持された位置決め用筒部材135に触媒装置1と排気管110とを位置決め支持するので、排気管端部110Aと触媒担体10とを精度良く位置合わせすることができる。従って、触媒容積の有効利用を図ることができ、触媒担体10の大径化を回避でき、触媒装置1を収容する排気マフラ100を小型化でき、マフラ形状の設計自由度を向上することができる。
さらに、保持マット12の排気管110側の端部を、触媒担体10の端部よりも排気ガス下流側にオフセットして配置し、排気管端部110Aと触媒担体10との距離L1を上記オフセットの量L2よりも小さくしたので、触媒担体10を排気管端部110Aに近づけると共に、保持マット12を排気管端部110Aから離すことができ、保持マット12の保護が可能になると共に風食をも低減させることを期待することができる。
この場合、排気マフラ100内のレイアウトスペースの制約等から、排気管端部110Aと外筒13とを偏心させて配置した場合に、上記保持マット12の巻き方だけで、排気管端部110Aと触媒担体10とが同軸上に並ぶようにレイアウトすることが可能になる。
また、上述の実施形態では、自動二輪車用の触媒装置に本発明を適用する場合を説明したが、これに限らず、それ以外のATV(不整地走行車両)に分類される三輪車両や四輪車両或いは自動車等に搭載され、排気管からの排気ガスを浄化する触媒装置に適用することができる。
10 触媒担体
12 保持マット
13 外筒
100 排気マフラ
110 排気管
110A 排気管端部
120 筒状本体
131 第1隔壁
132 第2隔壁
135 位置決め用筒部材(位置決め用部材)
141〜143 連通管
145 テールパイプ
L1 離間距離
L2 オフセット量
L3 偏心量
Claims (4)
- 排気管から出力される排気ガスを浄化する触媒を担持したセラミックス製の触媒担体と、この触媒担体を保持する外筒と、触媒担体と外筒との間に挟持されるマットとを備えたセラミックス触媒装置において、
前記排気管の端部を、前記触媒担体に対して近接させて配置したことを特徴とするセラミックス触媒装置。 - 前記排気管の端部は、前記排気管の位置決めを行う位置決め用部材と前記外筒との取付部よりも前記触媒担体側にあることを特徴とする請求項1に記載のセラミックス触媒装置。
- 前記マットの端部は、前記触媒担体の端部よりも排気ガス下流側にオフセットして配置されており、前記排気管の端部と前記触媒担体との間の距離は、前記オフセットの量よりも小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載のセラミックス触媒装置。
- 前記排気管の端部を、前記触媒担体に対して、前記排気管が排気ガスで線膨張する分だけ離して配置したことを特徴とする請求項1乃至3に記載のセラミックス触媒装置。
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