JP3260400B2 - 排気ガス浄化用触媒体 - Google Patents

排気ガス浄化用触媒体

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気ガス中
に含まれる一酸化炭素(Co )、窒素酸化物(NOx
)、炭化水素(HC)等の有害ガスを、酸化還元して
浄化する触媒体に関するものである。
【0002】
【従来技術および解決しようとする課題】帯状平板と帯
状波板とを交互に重ね、これを渦巻状に巻回してコア部
を形成した従来の排気ガス浄化用触媒体では、図8に図
示されるように、中心円筒部01の周面より岐出した帯状
平板02が1回転する間に、該中心円筒部01の周面と帯状
平板02との間の間隔が比例的に拡大したいわゆるアルキ
メデス渦巻線(r=a・θなる極方程式で表わされる渦
巻線)に前記帯状平板02の巻始め部02aが一致するよう
に、帯状波板03の巻始め部03aは、その高さが順次一定
の高さずつ高く形成されていた。そして、触媒体の中心
は、高温の排気ガスが流れて高温に加熱され易いところ
に、中心円筒部01の周面から岐出された帯状平板巻始め
部02aは、中心円筒部01の周面からの間隔が狭く、かつ
帯状波板巻始め部03aの高さが低いため、これらの巻始
め部02a、03aに熱が集中して発生し、その結果、触媒
体の中心部が著しく高温になって損傷し易い。また触媒
体の中心部には、前記したように、帯状平板巻始め部02
a、帯状波板巻始め部03aが密に配列されて、排気ガス
の流動抵抗が高くなる欠点があった。
【0003】さらに、実開平2−133429号公報に
は、帯状平板と帯状波板とを重ねたものを複数枚用意
し、これを渦巻状に巻回した排気ガス浄化用触媒体が記
載されている。しかし、この排気ガス浄化用触媒体で
は、複数枚の帯状平板の先端部を円筒状に巻回して中心
円筒部を形成したものとなっていないため、帯状平板と
帯状波板とを重ねた厚さの厚いものを、排気ガス浄化用
触媒体の中心部で弯率半径を小さくして弯曲することが
極めて困難であって、中心部で、帯状波板の頂部とこれ
に隣接する他の重ねた帯状平板を密接させることは、実
際では殆ど不可能であり、その結果、中心部で帯状平板
と帯状波板を全て安定して保持することができず、また
均質な製品を能率良く生産することができない欠点があ
った。
【0004】
【課題を解決するための手段および効果】本発明は、こ
のような難点を克服した排気ガス浄化用触媒体の改良に
係り、請求項1記載の発明は、帯状平板と帯状波板とを
交互に重ねた状態で渦巻状に巻回してなる排気ガス浄化
用触媒体において、前記帯状平板および帯状波板を重ね
たものを複数枚用意し、該複数枚の帯状平板の先端部を
円筒状に巻回して中心円筒部を形成し、該中心円筒部の
周面より、岐出個所を変えて、前記複数枚の帯状平板を
渦巻状に岐出させたことを特徴とするものである。請求
項1記載の発明は、前述したように構成されているた
め、触媒体中心部の帯状平板および帯状波板の配置密度
が高くなるのが防止され、触媒体中心部の異常高温化と
流動抵抗の増大が未然に阻止される。また、帯状平板と
帯状波板を重ねたものの、触媒体中心部における曲げ加
工が無理なく容易に遂行されて生産性が高く、しかも、
該触媒体中心部の隣接する帯状平板と帯状波板とが隙間
なく確実に密接して、内燃機関の振動や車両の走行に伴
なう振動・衝撃に対し、これらが安定して確実に保持さ
れ、長い使用期間に亘り高い排気ガス浄化性能が維持さ
れるとともに耐久性が高い。さらに、請求項2記載のよ
うに発明を構成することにより、排気ガス浄化用触媒体
の中心部近傍を略均一な密度でもって帯状平板と帯状波
板を配置することができ、局部的な異常高温化と流動抵
抗の増加を避けることができる。さらにまた、請求項3
記載のように発明を構成することにより、触媒体中心部
の異常高温化と流動抵抗の増大をより一層確実に阻止し
て、触媒体の性能と耐久性とをより一層向上させること
ができる。
【0005】
【実 施 例】以下図1ないし図3に図示された本発明
の一実施例について説明する。1は、オフロード用自動
二輪車(図示されず)に搭載される2サイクル内燃機関
で、2サイクル内燃機関1の排気ポート2にマフラー3
の上流端が一体に接続され、該マフラー3内には、触媒
体10が配設されている。またマフラー3は、その上流側
の排気管部4と、該排気管部4の下流端に接続されると
ともに下流に向って径が漸次大きくなった拡管部5と、
該拡管部5の下流端に接続された径が略一定の円筒状部
6と、該円筒状部6の下流端に接続されるとともに下流
に向って径が漸次小さくなった縮管部7とよりなってい
る。
【0006】さらにマフラー3の拡管部5内と円筒状部
6内とに支持ステー8、9がそれぞれ嵌着され、支持ス
テー8の中心部に案内管20が嵌合されるとともに、支持
ステー9の中心部にテールパイプ22が嵌合され、案内管
20の上流端は排気管部4に向って開口しているととも
に、案内管20の下流部21は拡大して、その下流端は触媒
体10の上流端と嵌着され、テールパイプ22の上流部23も
拡大してその上流端は触媒体10の下流端は嵌着されると
ともにテールパイプ22の下流端は縮管部7の下流端に嵌
着されている。
【0007】しかして触媒体10では、図2および図3に
図示されるように、帯状平板12と帯状波板14とを交互に
重ね、該帯状平板12、帯状波板14を渦巻状に巻回してコ
ア部11を形成し、中心円筒部16の周面より3枚の帯状平
板12a、12b、12cを中心角120 °の周方向間隔毎に渦
巻状に岐出し、前記中心円筒部16の周面より岐出する例
えば帯状平板12aの先端部13aと、次に岐出する帯状平
板12bの先端部13bとの間すなわち中心角120 °の周方
向の間の帯状波板14aの先端部15aの高さが岐出部17か
ら離れるに従って順次高くなるように、帯状波板14a、
14b、14cの先端部15a、15b、15cを形成し、これよ
り外周部分の帯状波板14a、14b、14cの高さを一定に
している(図3参照)。さらにまたコア部11の外周に外
筒18が一体に嵌着されており、触媒体10では、外筒18内
のコア部11の内部空間中を排気ガスが中心円筒部16の中
心線と平行な方向へ流れるようになっている。
【0008】しかも帯状平板12および帯状波板14は、そ
れ自身が触媒作用を有する金属板であり、これら帯状平
板12、帯状波板14の接合部にロー材を介在させておき、
コア部11を外筒18内に嵌合した後、触媒体10を加熱し
て、ロー材を溶融させることにより、帯状平板12、帯状
波板14の接合部にロー接を施すようになっている。
【0009】また帯状平板12および帯状波板14は、それ
自身が触媒作用を有しない例えば、Ce-Fe-Al 系フェ
ライトステンレス製金属板であってもよく、この場合に
は、この金属板の表面に酸化被膜を形成し、帯状平板1
2、帯状波板14を渦巻状に巻回してコア部11を形成した
後、活性アルミナ、アルミナ系バインダ、水を攪拌して
なるスラリーに、コア部11を浸漬し、乾燥してから焼成
することにより、触媒体10を構成してもよい。
【0010】さらに案内管20の上流開口端の直径は約20
mmで、その部分における拡管部5の内径は約50mmに設定
されており、案内管20の開口面積はその部分の拡管部5
の横断面積の約16%の値になっている。さらにまたテー
ルパイプ22はマフラー3の縮管部7の下流端より後方へ
長く突出し、縮管部7の下流端に接するとともにテール
パイプ22の下流突出部(図示されず)に第2マフラー24
の上流部25が嵌着されている。
【0011】図1ないし図3に図示された実施例は前記
したように構成されているので、2サイクル内燃機関1
の排気ポート2より排出されてマフラー3内を通過する
排気ガスは、その拡管部5にて膨張するとともに外周部
から熱を奪われる前に、案内管20の上流開口より案内管
20内に流入するため、マフラー3の長手方向中央部より
下流側に配置されている触媒体10内にも高温の排気ガス
が導入され、たとえ、冷機始動時においても、触媒体10
は良好な浄化機能を保持することができる。
【0012】また直径の大きな触媒体10を横断面積の狭
い拡管部5に配置せずに、それより後方の横断面積の広
い円筒状部6に配置したため、マフラー3の拡管部5、
円筒状部6、縮管部7による排気の動的効果を充分に維
持させて、出力低下を未然に阻止できる。
【0013】さらに酸化反応により高熱に加熱される触
媒体10を径の大きな円筒状部6の略中央部にこの円筒状
部6に直接接触させずに案内管20、テールパイプ22およ
び支持ステー8、支持ステー9を介して支持させたた
め、マフラー3、特に円筒状部6が高温に加熱されるこ
とを阻止でき、マフラー3の表面に断熱構造を施す必要
性をなくして、コストダウンを図ることができる。
【0014】さらにまた触媒体10においては、中心円筒
部16の周面より3枚の帯状平板12a、12b、12cを中心
角120 °の周方向間隔毎に渦巻状に岐出し、前記中心円
筒部16の周面より岐出する例えば帯状平板12aの先端部
13aと、次に岐出する帯状平板12bの先端部13bとの間
すなわち中心角120 °の周方向の間の帯状波板14aの先
端部15aの高さが岐出部17から離れるに従って順次高く
なるように、帯状波板14a、14b、14cの先端部15a、
15b、15cを形成したため、帯状波板14a、14b、14c
および先端部15a、15b、15cの配置密度、すなわちコ
ア部11の中心部分の密度を従来のものに比べて大幅に低
下することをができ、その結果、放熱されにくくて高温
に加熱され易いコア部11の中心部分の温度の異常上昇
を、確実に阻止して、破損を未然に避けることができ
る。
【0015】次にマフラーの上流側の排気管が長くて、
排気ガスが触媒に達する前に、排気ガス温度が低下して
充分な浄化機能を発揮できない場合には、図4ないし図
5に図示する他の実施例を適用すればよい。2サイクル
内燃機関1の排気ポート2に排気管取付け部30の排気通
路31が連通するように、2サイクル内燃機関1に排気管
取付け部30を取付け、該排気通路31に制御弁32を開閉自
在に設け、制御弁32より排気通路31の上流部分からバイ
パス通路33を形成する。また排気管取付け部30には、2
サイクル内燃機関1内を通過する冷却水の温度を検出
し、或る温度以下の場合には制御弁32を閉塞し、或る温
度以上の場合に制御弁32を開放するサーモスタット34が
付設されている。さらに排気管取付け部30には、排気管
35の上流端が結合され、該排気管35は、多数の小孔36を
設けた内管37と、それよりも径の大きな外管38とよりな
り、内管37内は排気通路31に連通するとともに、内管37
および外管38で囲まれた環状通路39はバイパス通路33に
連通し、該環状通路39に触媒40が設けられている。さら
にまた排気管35の下流端は連結部41を介して前記マフラ
ー3と同じ構造のマフラー42に接続されている。
【0016】図4ないし図5に図示の実施例は前記した
ように構成されているので、冷機始動時では、冷却水温
度が低くて、制御弁32が閉じており、2サイクル内燃機
関1より排出された排気ガスはバイパス通路33から環状
通路39内に流入し、該環状通路39内の触媒40に接して酸
化還元され、確実に浄化される。また始動してから所要
時間経過すると、2サイクル内燃機関1が暖められると
ともに、排気管35も充分に加熱され、サーモスタット34
の動作で閉塞状態の制御弁32が開放され、大部分の排気
ガスが内管37内を通過してマフラー42内に流入し、マフ
ラー42内では、図1ないし図3に図示の実施例と同様な
浄化作用が行なわれる。そして、始動時に比べて大量の
排気ガスが排出される通常の運転状態では、排気ガス大
部分は流動抵抗の大きな環状通路39を流れずに流動抵抗
の小さな内管37内を通過するために、動力損失が少な
く、大きな出力を発生することができる。
【0017】さらに図4ないし図5に図示の実施例で
は、内管37に多数の小孔36を設けたが、図6ないし図7
に図示するように、内管37に小孔36を設けず、内管37と
外管38とが連結部41に嵌合される部分の間の連結部41に
小孔36を設けてもよく、該実施例では、冷機始動時に、
全排気ガスを触媒40が存在する環状通路39に通過させる
ようにした例である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の2サイクル内燃機関の排気ガス浄化装
置の一実施例を図示した一部縦断側面図である。
【図2】図1のII−II線に沿って截断した横断面図であ
る。
【図3】前記実施例における触媒体のコア部の製造途中
の説明図である。
【図4】本発明の他の実施例における冷機始動時の一部
縦断側面図である。
【図5】図4に図示の実施例における通常の運転時の一
部縦断側面図である。
【図6】本発明のさらに他の実施例における冷機始動時
の一部縦断側面図である。
【図7】図6に図示の実施例における通常の運転時の一
部縦断側面図である。
【図8】従来の2サイクル内燃機関の排気ガス浄化用触
媒の横断面図である。
【符号の説明】
1…2サイクル内燃機関、2…排気ポート、3…マフラ
ー、4…排気管部、5…拡管部、6…円筒状部、7…縮
管部、8,9…支持ステー、10…触媒体、11…コア部、
12…帯状平板、13…先端部、14…帯状波板、15…先端
部、16…中心円筒部、17…岐出部、18…外筒、20…案内
管、21…下流部、22…テールパイプ、23…上流部、24…
第2マフラー、25…上流部、30…排気管取付け部、31…
排気通路、32…制御弁、33…バイパス通路、34…サーモ
スタット、35…排気管、36…小孔、37…内管、38…外
管、39…環状通路、40…触媒体、41…連結部、42…マフ
ラー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 21/00 - 38/74 B01D 53/86,53/94 B21D 47/00 F01N 3/10 F01N 3/28 301

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 帯状平板と帯状波板とを交互に重ねた状
    態で渦巻状に巻回してなる排気ガス浄化用触媒体におい
    て、前記帯状平板および帯状波板を重ねたものを複数枚用意
    し、該複数枚の帯状平板の先端部を円筒状に巻回して中
    心円筒部を形成し、該 中心円筒部の周面より、岐出個所
    を変えて、前記複数枚の帯状平板を渦巻状に岐出させた
    ことを特徴とする排気ガス浄化用触媒体。
  2. 【請求項2】 前記中心円筒部の周面より岐出する帯状
    平板先端部と次に岐出する帯状平板先端部との間の帯状
    波板先端部の高さが岐出部から離れるに従って順次高く
    なることを特徴とする前記請求項1記載の排気ガス浄化
    用触媒体。
  3. 【請求項3】 前記中心円筒部の周面より前記帯状平板
    先端部が岐出する周方向岐出間隔が略一定であることを
    特徴とする請求項2記載の排気ガス浄化用触媒体。
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