JP2013108376A - 内燃機関の排気ガス浄化用の触媒装置並びにこれを組み込んだ排気系システム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、まず排気ガス浄化装置内を均等に排気ガスが通過するようにし、更には充分な排気ガス浄化反応を得るような温度上昇を図り得る触媒装置を案出することを技術課題としたものである。
【解決手段】 本発明の内燃機関の排気ガス浄化用の触媒装置１は、内燃機関の排気ガスＧを受け入れて、清浄、消音、冷却して外気に排出する排気系に組み込まれる触媒装置１であって、この触媒装置１は、管状の支持外筒１１と、この支持外筒１１内に支持されるハニカムタイプの触媒担体１２とを具え、この触媒担体１２は、排気ガスＧの受け入れ側端面形状を非平面形状としたことを特徴として成るものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化するための触媒装置並びにこれを組み込んだ排気系システムに関するものである。

自動車、自動二輪車をはじめとして内燃機関を搭載した車両、産業機器にあっては、内燃機関の排気ガスを浄化するための浄化装置が必須の構成要素となっており、更にその排気ガス浄化性能の向上に向けた技術開発が進められている。
ところで、排気ガスの浄化性能を向上させるには、一般的には触媒装置の担体を多段に排気系内に組み込むことが一つの対策として行われている。
一方小型の自動二輪車等では、排気系の装置自体、設置スペースが限定され、更に低コスト化が要求されており、自動車等に見られる一般的な上記手法を踏襲するだけでは、充分ではない。このようなことから、本出願人も、自動二輪車に適した排気ガス浄化装置の開発を鋭意進めており、特開２００８−３０８９９９等の特許出願により、自動二輪車に適した技術を開示している（特許文献１）。

特開２００８−３０８９９９公報

本発明も、このような研究開発の一環としてなされたものであって、小型の自動二輪車用であっても、浄化性能を充分に得るために更に個々の排気ガス浄化装置の見直しを行った結果、以下の排気ガス等の挙動を解明した。即ち筒状であって、触媒担体の形状をハニカム状とした排気ガス浄化装置にあっては、直径断面方向において中心と外側とでは、必ずしも排気ガスが均等に流れていないこと、また排気ガスの浄化効果を発揮させるために必須の、触媒における一定以上の温度上昇が、排気ガス浄化装置の支持外筒側では、支持外筒に排気ガスの熱が逃げがちであることに因み、温度分布が直径方向では均一でないことを究明した。
本発明は、このような排気ガス挙動等の究明を背景になされたものであって、まず排気ガス浄化装置内を均等に排気ガスが通過するようにし、更には充分な排気ガス浄化反応を得るような温度上昇を図り得る構成を案出することを技術課題としたものである。

請求項１記載の内燃機関の排気ガス浄化用の触媒装置は、内燃機関の排気ガスを受け入れて、清浄、消音、冷却して外気に排出する排気系に組み込まれる触媒装置であって、この触媒装置は、管状の支持外筒と、この支持外筒内に支持されるハニカムタイプの触媒担体とを具え、この触媒担体は、排気ガスの受け入れ側端面形状を非平面形状としたことを特徴として成るものである。

請求項２記載の内燃機関の排気ガス浄化用の触媒装置は、前記請求項１記載の要件に加え、前記排気ガスの受け入れ側端面形状の非平面形状とは、その中央部を排気ガスの流れ方向下流に向かって凹陥させるように形成した窪み形状であることを特徴として成るものである。

請求項３記載の内燃機関の排気ガス浄化用の触媒装置は、前記請求項１記載の要件に加え、前記排気ガスの受け入れ側端面形状の非平面形状とは、その中央部を排気ガスの流れ方向上流に向かって張り出すように形成した突出形状としたことを特徴として成るものである。

請求項４記載の内燃機関の排気ガス浄化用の触媒装置は、前記請求項１、２または３記載の要件に加え、前記触媒担体については、排気ガスの受け入れ側端面において、その周縁近くの部位を、支持外筒より排気ガス流れ方向上流側に張り出すように形成したことを特徴として成るものである。

請求項５記載の内燃機関の排気ガス浄化用の触媒装置を組み込んだ排気系システムは、エンジンの排気ガスを受け入れて、清浄、消音、冷却して外気に排出する、エキゾーストパイプとマフラーとを具えてなる排気系システムであって、前記請求項１、２、３または４のいずれかに記載された内燃機関の排気ガス浄化用の触媒装置が組み込まれていることを特徴として成るものである。

請求項６記載の内燃機関の排気ガス浄化用の触媒装置を組み込んだ排気系システムは、前記請求項５記載の要件に加え、前記内燃機関の排気ガス浄化用の触媒装置が組み込まれる位置については、エキゾーストパイプとマフラーとの接続部近くであることを特徴として成るものである。

まず請求項１、２、３、５記載の発明によれば、排気ガスが触媒担体の部位を通過するにあたり、触媒担体の排気ガス導入側端面が非平面状であるから、直径方向に見て流体粘性等により必ずしも均一な挙動をしていない排気ガスであっても、結果的にハニカム状の触媒担体に対し均整状態に通過する状態が得られる。これにより排気ガスと触媒担体に設けられた触媒機能材との間で充分な化学反応を生起させ、排気ガスの浄化機能を高める。

また請求項４記載の発明によれば、触媒担体は、排気ガス入り口側で充分加熱され触媒反応を奏するとともに、この際加熱された触媒機能材、触媒担体の熱は、支持外筒への熱伝導による、温度低下が生じることがなく、排気ガス浄化機能に充分な高温度を維持することができる。

また請求項６記載の発明によれば、排気ガスが導き出された比較的近くのエキゾーストパイプの終端部位に触媒装置が設けられているから、触媒装置の温度上昇が確実に得られ、排気ガスの浄化機能も充分に得られる。

本発明の内燃機関の排気ガス浄化用の触媒装置を具えた排気系装置と、それを取り付けた自動二輪車を示す一部破断側面図である。 同上内燃機関の排気ガス浄化用の触媒装置と、触媒装置を破断して示す縦断側面図及び斜視図である。 同上内燃機関の排気ガス浄化用の触媒装置の２つのタイプを示す断面図であり、併せ触媒担体の展開状態を示す。

本発明を実施するための形態は、以下述べる実施例をその一つとするものであると共に、この技術思想に基づく種々の改良した実施例も含むものである。

以下、本発明を図示の実施例に基づいて具体的に説明する。
まず図１の符号Ｍは、本発明の内燃機関の排気ガス浄化用の触媒装置並びにこれを組みつけた排気系システムを適用した一例である自動二輪車を示すものである。この自動二輪車Ｍは、内燃機関である４ストロークや２ストロークエンジン等を適用したエンジンユニットＥを駆動源とする共に、このエンジンユニットＥからの排気ガスＧの排出経路は、本発明の排気系システムによって構成される。具体的には、この排気系システムは触媒装置１を内装する消音器ユニット２と、その前段に設けられるエキゾーストパイプ３とにより構成され、本発明に係る触媒装置１は、一例として消音器ユニット２と、その前段に位置するエキゾーストパイプ３との接続部Ｚの近くに設けるものである。

以下触媒装置１について具体的に説明する。
この触媒装置１は、図１、２、３に示すように一例として短寸のパイプ状の支持外筒１１と、その内部に納められる触媒担体１２とを具えて構成される。この触媒担体１２は、図に示すようにいわゆるハニカムタイプのものであって、平板状の金属製のライナー１２ａに対し、フルート材１２ｂを一体としたものを螺旋状に巻き重ねた形状であり、ハニカム状のコアピースの表面に対して白金などの触媒機能材１３を担持させている。
そして本発明にあっては、触媒装置１は、触媒担体１２の形状に特徴を有する。触媒担体１２は、排気ガスＧの導入側においてその端面を平坦状とせずに、非平面状とするものであって、突出形状または窪み形状としている。まず図１、２ａ、２ｂに示すものは、触媒担体１２については、その排気ガスＧの導入側端面を、直径方向に見てその中央を排気ガスＧの流れ方向下流に向かって凹陥させた窪み部１２１を具えた窪み形状としたものである。また図２ｃに示すものは、排気ガスＧの導入側端面を直径方向に見て、その中央部を排気ガスＧの流れ方向上流に向かって張り出した突出部１２２を具えた突出形状としたものである。

一方このような触媒担体１２における排気ガスＧの流出側の形状については、図１、図２に示すように、平坦状とするほか、図３（ｂ）に示すように窪み部１２１が形成されているタイプにあっては、排気ガスＧの流出側に張り出すように後方張出部１２１Ａを形成し、また突出部１２２が形成されているタイプにあっては、排気ガスＧの流れ方向上流に向かって凹陥した後方窪み部１２２Ａを形成するものである。
因みに、このような触媒担体１２の形状の相違に対する平面展開した触媒担体ブランク１２Ａの形状は、図３に示すように後方たる排気ガスＧの流出側形状が平坦なタイプの場合には、異形台形状であり、後方張出部１２１Ａや後方窪み部１２２Ａが形成されている場合には、矩形状又は平行四辺形状を採る。この場合、矩形状の触媒担体ブランク１２Ａの場合、円筒状に巻き付けた後円胴状中心部を押し込むようにして形成する。

更に本発明の特徴として特許請求の範囲の第４項に記載するように、触媒担体１２は、その外周部位を触媒装置１の排気ガスＧの導入側において、支持外筒１１より更に排気ガスＧの流れ方向上流側に張り出して、外周露出部１５を形成するものである。言い換えれば、触媒担体１２の外周側は、排気ガスＧの導入側上流方向において、一部支持外筒１１が存在しない形状となっているものである。なお、図３においては、排気ガスＧの流出側にも外周露出部１５Ａを設けた実施例を示している。
なお、更に後段に配置される触媒装置１については、このような構成をとってもよいし、一般的な公知の構造をとってももちろん差し支えない。
そして上記本発明の触媒装置１は、消音器ユニット２とエキゾーストパイプ３との接続部Ｚ付近に設けて排気系システムを構成することが好ましい。

本発明は、以上述べたような構成を有するものであり、エンジンユニットＥの起動に伴って排気ガスＧが排気装置を通過するにあたり、図１に示す実施例では、まずエキゾーストパイプ３の終端近く、すなわち消音器ユニット２の前端近くにおいて、触媒装置１を通過する。このとき、触媒装置１における触媒担体１２の端面が非平坦状であることから、必ずしも排気ガスＧの挙動を分析しきれてはいないものの、結果的に触媒担体１２を通過する挙動としては、平均して触媒担体１２のハニカム状の通過孔を通過することが温度上昇の状態等の観察から確認されている。この結果触媒機能材１３に対し、均一に排気ガスＧが接触し、その排気ガスＧの有害成分の浄化がなされる。特に、排気ガスＧが比較的高温状態に維持されているエキゾーストパイプ３の終端近くにおいて触媒装置１が排気ガスＧに接触するときには、触媒機能材１３の反応が促進される温度環境が充分に得られ有効な浄化作用を受けるものである。

このとき更に加えて触媒担体１２は、図１から３に示すように一部排気ガスＧの導入側上流における部位が支持外筒１１より張り出した外周露出部１５を具えた状態となっており、この部位における触媒担体１２に加えられた排気ガスＧの熱は、支持外筒１１に逃げるように伝導して行かない。この結果、従来触媒担体１２の特に排気ガスＧの導入側周縁部において触媒反応に充分な温度上昇が得られなかった状態が解消され、排ガスの浄化機能がより高度に発揮される。

１ 触媒装置
１１ 支持外筒
１２ 触媒担体
１２Ａ 触媒担体ブランク
１２１ 窪み部
１２１Ａ 後方張出部
１２２ 突出部
１２２Ａ 後方窪み部
１２ａ ライナー
１２ｂ フルート材
１３ 触媒機能材
１５ 外周露出部
１５Ａ 外周露出部
２ 消音器ユニット
３ エキゾーストパイプ
Ｅ エンジンユニット
Ｍ 自動二輪車
Ｇ 排気ガス
Ｚ 接続部

Claims (6)

1. （触媒装置）
   内燃機関の排気ガスを受け入れて、清浄、消音、冷却して外気に排出する排気系に組み込まれる触媒装置であって、この触媒装置は、管状の支持外筒と、この支持外筒内に支持されるハニカムタイプの触媒担体とを具え、この触媒担体は、排気ガスの受け入れ側端面形状を非平面形状とした
   ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化用の触媒装置。
   
2. （触媒装置）
   前記排気ガスの受け入れ側端面形状の非平面形状とは、その中央部を排気ガスの流れ方向下流に向かって凹陥させるように形成した窪み形状である
   ことを特徴とする前記請求項１記載の内燃機関の排気ガス浄化用の触媒装置。
   
3. （触媒装置）
   前記排気ガスの受け入れ側端面形状の非平面形状とは、その中央部を排気ガスの流れ方向上流に向かって張り出すように形成した突出形状としたことを特徴とする前記請求項１記載の内燃機関の排気ガス浄化用の触媒装置。
   
4. （触媒装置）
   前記触媒担体は、排気ガスの受け入れ側端面において、その周縁近くの部位を、支持外筒より排気ガス流れ方向上流側に張り出すように形成したことを特徴とする前記請求項１、２または３記載の内燃機関の排気ガス浄化用の触媒装置。
   
5. （排気系システム）
   エンジンの排気ガスを受け入れて、清浄、消音、冷却して外気に排出する、エキゾーストパイプとマフラーとを具えてなる排気系システムであって、前記請求項１、２、３または４のいずれかに記載された内燃機関の排気ガス浄化用の触媒装置が組み込まれている
   ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化用の触媒装置を組み込んだ排気系システム。
   
6. （排気系システム）
   前記内燃機関の排気ガス浄化用の触媒装置が組み込まれる位置は、エキゾーストパイプとマフラーとの接続部近くであることを特徴とする前記請求項５記載の内燃機関の排気ガス浄化用の触媒装置を組み込んだ排気系システム。

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