WO2010128570A1 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１に、機械的強度や耐熱強度等の強度面に優れると共に、第２に、材料コストや製造コスト等のコスト面等にも優れ、第３に、更に排気ガス浄化性能も向上し、第４に、消音性能向上にも寄与する、排気ガス浄化装置を提案する。 【解決手段】この排気ガス浄化装置４は、二輪自動車等の自動車エンジンの排気ガス１中に含有された有害物質２を除去，減少させる。そして、ワイヤメッシュ構造の触媒担体６を備えており、触媒担体６は、筒状をなし、酸化触媒７が付着，被覆されると共に、マフラ－５内にサイレンサー構造８と共に組み込まれている。そして触媒担体６は、マフラ－５内部の区画壁９にて貫通，保持されており、一端が閉塞され他端が開放された円筒状をなし、帯状に連続した各層１１のメッシュ素材が、内部空間１３を存しつつ巻回成形されてなる。排気ガス１は、触媒担体６の内側から外側へ又は外側から内側へと流れる。

Description

排気ガス浄化装置

　本発明は、排気ガス浄化装置に関する。すなわち、自動車エンジン等の排気ガス中に含有された有害物質を除去，減少させる、排気ガス浄化装置に関するものである。

　《技術的背景》
　二輪自動車エンジン，その他の自動車エンジンの排気ガス中には、一酸化炭素ＣＯ，炭化水素ＨＣ，酸化窒素ＮＯ，炭素粒子ＰＭ等が含有されている。
　そこで、このような有害物質を、そのまま外気へと排出すると、人体や環境を汚染し有害である。もって公害防止のため、このような有害物質を除去，減少すべく、排気ガスの排気管には、排気ガス浄化装置が設けられている。
　エンジンからの排気ガスは、排気管に介装された排気ガス浄化装置を経由して、外気へと排出されている。

　《従来技術》
　この種の排気ガス浄化装置としては、従来、セラミックス製で高密度多孔質の触媒担体や、金属製ハニカムコアを用いた触媒担体が、代表的に使用されていた。
　セラミックス製の高密度多孔質よりなる触媒担体では、薄壁にて、流れ方向に多数の通気孔が区画形成されていた。金属製ハニカムコアよりなる触媒担体では、極薄セル壁にて、流れ方向に多数のセル空間が区画形成されていた。
　そして、この種従来例の排気ガス浄化装置では、このような触媒担体の薄壁やセル壁に、白金Ｐｔ等の酸化触媒が付着，被覆せしめられていた。
　もって、酸化触媒の触媒作用により、通気孔やセル空間を通過して流れる排気ガス中の有害物質を、除去，減少させていた。すなわち、一酸化炭素や炭化水素を酸化，燃焼させ、酸化窒素を二酸化窒素に酸化させ、炭素粒子を酸化，燃焼させていた。
先行技術文献
特許文献

　このような排気ガス浄化装置としては、例えば、次の特許文献１，特許文献２に示されたものが挙げられる。
特開平５−１７９９３８号公報 特開２００４−１９７６６７号公報

　ところで、この種従来例の排気ガス浄化装置については、次の課題が問題点として指摘されていた。
　まず、セラミックス製の触媒担体を用いた浄化装置については、走行振動に対する機械的強度不足や、加熱，冷却の繰り返しによる熱疲労に起因した耐熱強度不足が、指摘されていた。特に二輪自動車の場合は、走行振動が大きいと共に、至近距離のエンジンからの高温の排気ガスに晒される関係上、このような強度不足が顕著化していた。
　又、金属箔がろう付けされた構造よりなる金属ハニカムコア製の触媒担体を用いた浄化装置については、上述と同様に熱疲労に起因した耐熱強度不足や、金属箔とろう材との熱膨張率の相違に基づく加熱破壊の虞れや、極薄のセル壁の溶損による耐熱強度不足、等が指摘されていた。更に金属ハニカムコアは、コスト負担が嵩む等、材料コスト面にも問題が指摘されていた。
　更に、セラミックス製の触媒担体を用いた浄化装置や、金属ハニカムコア製の触媒担体を用いた浄化装置共に、有害物質の除去率、排気ガスの浄化効率の低さについても、問題が指摘されていた。

　《本発明について》
　本発明の排気ガス浄化装置は、このような実情に鑑み、上記従来例の課題を解決すべくなされたものである。
　そして本発明は、第１に、強度面に優れると共に、第２に、コスト面等にも優れ、第３に、更に排気ガス浄化性能も向上し、第４に、消音性能向上にも寄与する、排気ガス浄化装置を提案することを、目的とする。

　《請求項について》
　このような課題を解決する本発明の技術的手段は、次のとおりである。まず、請求項１については次のとおり。
　請求項１の排気ガス浄化装置は、自動車エンジンの排気ガス中に含有された有害物質を除去，減少させるものであり、ワイヤメッシュ構造の触媒担体を備えると共に、マフラーに組み込まれている。
　そして該触媒担体は、筒状をなし、酸化触媒が付着，被覆されており、排気ガスが該触媒担体を経由して流れること、を特徴とする。
　請求項２については、次のとおり。請求項２の排気ガス浄化装置では、請求項１において、該触媒担体は、該排気ガス中に含有された一酸化炭素および炭化水素を、触媒反応に基づき酸化，燃焼させて除去，減少させると共に、酸化窒素を二酸化窒素に酸化させて除去，減少させること、を特徴とする。
　請求項３については、次のとおり。請求項３の排気ガス浄化装置では、請求項１において、該触媒担体は、該排気ガス中に含有された炭素粒子を、触媒反応に基づき酸化，燃焼させて除去，減少させること、を特徴とする。
　請求項４については、次のとおり。請求項４の排気ガス浄化装置では、請求項１において、該触媒担体は、二輪自動車の排気管に設けられた該マフラー内に、そのサイレンサー構造と共に組み込まれている。
　そして該触媒担体は、該マフラー内部の区画壁にて、該マフラー軸と同軸方向に配設，貫通保持されており、一端が閉塞され他端が開放された円筒状をなし、金属製のワイヤが網目状に配されたワイヤメッシュ構造よりなる。
　該酸化触媒は、ワイヤメッシュ構造に基づき単位容積当たりの外表面積が広く確保された該触媒担体の各ワイヤに、付着，被覆されている。該排気ガスは、該触媒担体の内側から外側へ又は外側から内側へと流れ、もって分散，減速，乱流化されつつ、該酸化触媒に衝突し十分に接触して流れること、を特徴とする。

　請求項５については、次のとおり。請求項５の排気ガス浄化装置では、請求項４において、該触媒担体は、多層構造よりなると共に、隣接する各層間のメッシュ密度が疎密に異なっている。
　そして該触媒担体は、帯状に連続した各層のワイヤメッシュ素材が、内部空間を存しつつ円筒状に巻回成形されると共に、各層間は接合されておらず、最外層の巻回終端部がその内側層にスポット溶接されていること、を特徴とする。
　請求項６については、次のとおり。請求項６の排気ガス浄化装置では、請求項４において、該触媒担体は、内部空間にペレット触媒が導入されている。
　そして該ペレット触媒は、個別単位化された粒塊状をなし、セラミックス等の結合材の少なくとも外表面に、該酸化触媒が付着，被覆されてなる。もって、該排気ガスの流量，有害物質の含有量，有害物質の浄化率等を勘案して、補足的に必要量が導入されること、を特徴とする。
　請求項７については、次のとおり。請求項７の排気ガス浄化装置では、請求項４において、該マフラーは、そのケース容器が内外２層構造よりなる。
　そして内側層が、熱伝導率の低いセラミックス材よりなると共に、外側層が、アラミド繊維にフェノール樹脂を付着，含浸させたプリプレグよりなる。もって、該触媒担体の組み込みによる重量増に対応した軽量化が図られていること、を特徴とする。

　請求項８については、次のとおり。請求項８の排気ガス浄化装置では、請求項４において、該排気ガスが外側から内側へと流れる該触媒担体の開放された下流側他端に、ハニカムコアが連設配設されている。
　そして該ハニカムコアは、該触媒担体と同軸の円形よりなると共に、そのセル壁に酸化触媒が付着，被覆されている。
　もって該排気ガスは、該触媒担体での酸化，燃焼により高温化されると共に、該触媒担体で攪拌，分散，乱流化されてから、該ハニカムコアを経由して流れ、もって層流化されつつ該ハニカムコアに付着，被覆された該酸化触媒に接触して、含有された有害物質が確実に酸化，燃焼されること、を特徴とする。
　請求項９については、次のとおり。請求項９の排気ガス浄化装置では、請求項４において、ハニカムコアが配設されている。
　そして該ハニカムコアは、該マフラー内部の該触媒担体より下流側の区画壁にて、該マフラー軸と同軸方向に配設，貫通保持され、そのセル壁に酸化触媒が付着，被覆されている。
　もって該排気ガスは、該触媒担体での酸化，燃焼により高温化されると共に、該触媒担体で攪拌，分散，乱流化されてから、該ハニカムコアを経由して流れ、もって層流化されつつ該ハニカムコアに付着，被覆された該酸化触媒に接触して、含有された有害物質が確実に酸化，燃焼されること、を特徴とする。

　《作用等について》
　本発明は、このような手段よりなるので、次のようになる。
　（１）二輪自動車等のエンジンからの排気ガスは、マフラーへと供給される。
　（２）マフラーには、排気ガス浄化装置とサイレンサー構造とが、組み込まれている。
　（３）まず、排気ガス浄化装置は、ワイヤメッシュ多層構造の触媒担体、更にはハニカムコアを備えており、酸化触媒が付着，含浸されている。
　（４）そこで排気ガスは、触媒担体を、内側から外側へ又は外側から内側へと流れ、更にはハニカムコアのセル中を流れることにより、含有された有害物質が除去，減少される。
　（５）又排気ガスは、サイレンサー構造にて消音される。
　（６）さてそこで、本発明の排気ガス浄化装置によると、次のようになる。第１に、走行振動や加熱と冷却が繰り返されても、触媒担体のフレキシブルな弾性構造に基づき、優れた耐震動性能，機械的強度と、耐熱疲労性能，耐熱強度とを発揮する。
　（７）第２に、ワイヤメッシュ構造の触媒担体を採用したので、材料コストが軽減される。又、巻回成形してスポット溶接することにより、触媒担体は簡単容易に製造される。更に、触媒担体やハニカムコアは、従来よりのサイレンサー構造に準じて、マフラーに簡単容易に組み込まれる。
　（８）ところで二輪自動車では、排気ガスが高温のままマフラーに供給されるので、触媒性能，浄化性能が特にスムーズに発揮される。又、マフラーのケース容器に、アラミド繊維・フェノール樹脂のプリプレグとセラミックス材との２層構造を採用すると、触媒担体組み込みによる重量増がカバーされる。
　（９）第３に、この触媒担体は、単位容積当たりの外表面積が広く、もって酸化触媒も、広い外表面積，接触面積を備えており、しかも排気ガスは、触媒担体を分散，減速，乱流化されつつ流れる。
　これらにより排気ガスは、酸化触媒に万べんなく衝突し十分に接触して流れるので、触媒反応が確実に進行するようになる。この点は、ペレット触媒を併用すると、確実化する。更にこの点は、酸化触媒付のハニカムコアを併用すると、一段と確実化する。
　（１０）第４に、触媒担体を流れる排気ガスは、分散，屈曲，湾曲や、膨張，圧力低下や、反射，音波逆位相化、相互衝突，相互干渉しつつ流れることにより、消音される。
　（１１）さてそこで、本発明の排気ガス浄化装置は、次の効果を発揮する。

　《第１の効果》
　第１に、機械的強度に優れ、耐熱強度にも優れる等、強度面に優れている。すなわち、本発明の排気ガス浄化装置は、筒状に巻回された層間が接合されていない構造の触媒担体を、採用してなる。もって走行振動や加熱冷却が繰り返されても、優れた耐振動性能，機械的強度や、耐熱疲労性能，耐熱強度を発揮する。
　前述したこの種従来例の排気ガス浄化装置で指摘されていた、走行振動に対する機械的強度不足や、熱疲労による耐熱強度不足は、解消される。二輪自動車の場合は、特に走行振動が大きいと共に、至近距離のエンジンからの高温の排気ガスに晒される関係上、機械的強度や耐熱強度に優れる意義は大きい。

　《第２の効果》
　第２に、コスト面等にも優れている。すなわち、本発明の排気ガス浄化装置では、まずａ．ワイヤメッシュ多層構造の触媒担体を採用したので、前述したこの種従来例の排気ガス浄化装置に比し、材料コスト負担が軽減される。ｂ．この触媒担体は、巻回とスポット溶接により簡単容易に製造でき、製造コスト面に優れている。
　更にｃ．この触媒担体は、マフラーを利用して容易に組み込まれる。そこで、前述したこの種従来例に比し、全体的に部品点数が削減されると共に、全体構造も簡素化され、この面からも製造コストが削減される。又、マフラーのケース容器をセラミックス材と所定プリプレグの２層構造とすることによって、触媒担体の組み込みによる重量増に対して、簡単容易にコスト面にも優れつつ対応可能となる。
　そして二輪自動車の場合は、スペース的制限もあり、マフラーに排気ガス浄化装置を組み込むことにより、全体的に一段とコンパクト化，コストダウン化される意義は、特に大である。

　《第３の効果》
　第３に、排気ガスの浄化性能が向上する。すなわち、本発明の排気ガス浄化装置の触媒担体は、単位容積当たりの外表面積が広く、これに付着，被覆される酸化触媒も、極めて広い外表面積，接触面積となる。しかも排気ガスは、分散，減速，乱流化され、酸化触媒に十分に接触して流れるので、触媒反応が確実に進行するようになる。
　前述したこの種従来例の排気ガス浄化装置のように、排気ガスが、通気孔やセル空間内のみを単に直線的に高速で流れていたのに比し、触媒反応が一段と活発化する。従って本発明によると、一酸化炭素，炭化水素，酸化窒素，炭素粒子等の有害物質の除去率が向上し、排気ガスの浄化効率に極めて優れており、高価な酸化触媒の使用量，担持量が少なくて済むようになる。
　又、ペレット触媒を併用すると、このような除去率向上が確実化される。更に、酸化触媒付のハニカムコアを併用すると、除去率向上が一段と確実化する。
　特に、二輪自動車の場合は、スペース的に大型の排気ガス浄化装置を設けることは困難であり、もってこの種従来例の排気ガス浄化装置を大型化することによって浄化性能向上を図ることは困難であったことに鑑み、本発明の浄化性能向上の意義は特に大きい。

　《第４の効果》
　第４に、消音性能向上にも、寄与可能である。すなわち、本発明の排気ガス浄化装置において、排気ガスは、分散，屈曲，湾曲や、膨張，圧力低下や、反射，音波逆位相化や、相互衝突，相互干渉しつつ流れ、もって消音される。
　すなわち、この排気ガス浄化装置は、排気ガス浄化を目的としてマフラーに組み込まれるが、結果的に、マフラーの消音性能を向上せしめる効果も発揮する。前述したこの種従来例では、排気ガスは直線的に高速で流れており、このような消音性能発揮は望めない。
　特に、二輪自動車の場合は、エンジンからマフラーまでに距離が短く、騒音が大きいことに鑑み、消音性能向上の意義は特に大きい。

本発明に係る排気ガス浄化装置について、発明を実施するための形態の説明に供し、その第１例の全体の正面断面図である。 同発明を実施するための形態の説明に供し、第２例の全体の正面断面図である。 同発明を実施するための形態の説明に供し、（１）図は、触媒担体の斜視図、（２）図は、帯状に連続したワイヤメッシュ素材の正面図である。 同発明を実施するための形態の説明に供し、マフラーのケース容器の正面断面図である。 同発明を実施するための形態の説明に供し、第３例を示す。そして（１）図は、全体の正面断面図、（２）図は、要部の正面断面図、（３）図は、ハニカムコアの斜視図である。 同発明を実施するための形態の説明に供し、第４例を示し、全体の正面断面図である。

　《排気系について》
　以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。まず、排気系について説明する。
　二輪自動車，その他の自動車エンジンから排出される排気ガス１中には、一酸化炭素ＣＯ，炭化水素ＨＣ，酸化窒素ＮＯ，炭素粒子ＰＭ、等の有害物質２が含有されている。
　又、この排気ガス１は、エンジンからの排気，放出に基づき、大きな排気音を伴って排出される。高温高圧の排気ガス１は、そのまま排出すると、一気に膨張して周囲の空気を振動させ、大きな騒音を発生する。
　そこで、排気ガス１の排気管３には、排気ガス浄化装置４と、マフラー（消音器）５とが、途中に介装されている。エンジンからの排気ガス１は、排気管３に介装された排気ガス浄化装置４やマフラー５を経由し、もって浄化されると共に消音されて、外気へと排出される。

　《本発明の概要》
　以下、図１~図４を参照して、本発明について説明する。まず、本発明の第１例，第２例の概要について説明する。
　本発明の排気ガス浄化装置４は、自動車エンジンの排気ガス１中に含有された有害物質２を除去，減少せしめるフィルターであり、ワイヤメッシュ構造の触媒担体６を備えると共に、マフラー５に組み込まれている。触媒担体６は、筒状をなし、酸化触媒７が付着，被覆されており、排気ガス１が、この触媒担体６を経由して流れる。
　そして、この排気ガス浄化装置４の触媒担体６は、代表的には二輪自動車の排気管３に設けられたマフラー５内に、そのサイレンサー構造８と共に組み込まれている。すなわち、マフラー５内部の区画壁９にて、マフラー５の軸と同軸方向に配設，貫通保持されており、一端が閉塞され他端が開放された円筒状をなし、金属製のワイヤ１０が網目状に配されたワイヤメッシュ構造よりなる。
　又、触媒担体６は、多層構造よりなると共に、隣接する各層１１間のメッシュ密度が疎密に異なっている。すなわち、帯状をなし連続した各層１１のワイヤメッシュ素材１２が、内部空間１３を存しつつ円筒状に巻回成形された多層構造よりなると共に、各層１１間は接合されておらず、最外層の巻回終端部１４がその内側層１１にスポット溶接１５されている。
　酸化触媒７は、ワイヤメッシュ構造に基づき単位容積当たりの外表面積が広く確保された触媒担体６の各ワイヤ１０に、付着，被覆されてなる。
　そして排気ガス１は、触媒担体６を内側から外側へ又は外側から内側へと流れ、もって分散，減速，乱流化されつつ酸化触媒７に衝突し、十分に接触して流れる。
　本発明の第１例，第２例の概要は、このようになっている。以下、このような本発明の第１例，第２例について、更に詳述する。

　《マフラー５について》
　まず、本発明の排気ガス浄化装置４の組み込み対象となる、マフラー５について、図１，図２を参照して、説明する。
　周知のごとく、マフラー５の消音方式としては、膨張方式，共鳴方式，吸音方式等の方式が開発されており、図示のサイレンサー構造８を備えたものが、代表的に使用されている。
　マフラー５の外殻ボディーを形成するケース容器１６は、排気管３より径大な円筒状，その他の筒状をなしており、ケース容器１６の内部が、図示のサイレンサー構造８では、区画壁９にて前後複数の膨張室１７に区画されている。
　すなわち図１の第１例では、３枚の区画壁９が使用され、もって内部が４室の膨張室１７に区画されている。図２の第２例では、４枚の区画壁９が使用され、もって内部が５室の膨張室１７に区画されている。

　そして図１の第１例では、上流側を除く中央側と下流側の２枚の区画壁９に、図２の第２例では、上流側と中央側１段目を除く、中央側２段目と下流側の２枚の区画壁９に、それぞれ、サイレンサーパイプ１８が配設，貫通保持されている。
　サイレンサーパイプ１８は、前端および後端が開放された円筒状のパンチングメタル（多孔プレート）製よりなる。そして、ケース容器１６と平行の同軸方向に配設されると共に、区画壁９に設けられた開口に密貫挿されて保持され、もって前後の膨張室１７に開口している。
　そこで、上流側の排気管３から供給された排気ガス１は、マフラー５の入口２０から、区画壁９，サイレンサーパイプ１８，膨張室１７等よりなるサイレンサー構造８を経由して、出口２１へと流れることにより、消音され、もって下流側の排気管３から外気へと排出される。すなわち排気ガス１は、分散，屈曲，湾曲や、膨張，圧力低下や、反射，音波逆位相化や、相互衝突，相互干渉等を、繰り返しつつ流れ、もって消音される。
　マフラー５は、このようになっている。

　《触媒担体６について》
　本発明の排気ガス浄化装置４は、触媒担体６が、このようなマフラー５に組み込まれている。触媒担体６について、図１~図３を参照して説明する。
　触媒担体６は、ワイヤメッシュ構造よりなる。すなわち、ステンレス製，亜鉛メッキ鉄線製，銅製，ニッケル製，その他の金属製で極細のワイヤ１０が、細かく密な縦横の網目状となったワイヤメッシュ構造よりなる。そして、ワイヤ１０が繊維状に編まれて成形された集合体よりなるか、又は、ワイヤ１０部分を残しつつ極細に打ち抜き成形された集合体よりなる。

　このワイヤメッシュ構造において、使用されるワイヤ１０の径（線径）は、０．１ｍｍ~１．０ｍｍ程度よりなり、網目の目開きは、０．２ｍｍ~０．８ｍｍ程度に設定され、メッシュ密度（単位容積当たりのワイヤ１０の占める体積、つまりワイヤ１０の充填密度）は、１０％~５０％程度に設定される。
　ワイヤ１０径が上記数値を超える場合や、目開きが上記数値を超える場合や、メッシュ密度が上記数値未満の場合等は、目が荒くなり過ぎて、単位容積当たりの外表面積が小さくなり、排気ガス１の浄化率が低下すると共に、成形や形状保持が困難化する。
　これに対し、ワイヤ１０径が上記数値未満の場合や、目開きが上記数値未満の場合や、メッシュ密度が上記数値を超える場合等は、目が密となり過ぎ圧力損失が大きくなって、排気ガス１の上流側における圧上昇を招く虞が生じ、又、耐熱性に乏しくワイヤ１０溶損の虞も生じる。
　又、このようなワイヤメッシュ構造の触媒担体６は、一端がキャップ１９にて閉鎖されると共に、他端が開放されており、内部空間１３が存した筒形状、代表的には円筒形状をなす。
　更に代表的には、各層１１が多重に重なった多層構造よりなると共に、隣接する層１１間のメッシュ密度や目開きを異ならしめておくことが考えられるが、ワイヤ１０径も異ならしめてもよい。
　そして、このような多層構造の触媒担体６は、図３の（２）図に示したように、予め、各層１１のワイヤメッシュ素材１２を帯状に長く連続させておき、→次に、このワイヤメッシュ素材１２を、内部空間１３を存しつつロール状に巻回して行くことにより、→図３の（１）図に示したように、円筒状に成形される。
　→そして、このような成形された触媒担体６は、図３の（１）図に示したように、その巻回された最外層１１（最外周）の巻回終端部１４が、その内側の層１１に対し、スポット溶接１５されているに止まり、→巻回された各層１１間は、単に重なった状態となっており、接合されてはいない。
　触媒担体６は、このようになっている。

　《触媒担体６のマフラー５への組み込み等について》
　触媒担体６は、酸化触媒７が付着，被覆されて、マフラー５に組み込まれる。これらについて、図１，図２を参照して説明する。
　まず触媒担体６は、マフラー５内にそのサイレンサー構造８と共に、組み込まれる。なお、このような図示例によらず、又は図示例に追加して、マフラー５の入口２０や出口２１に、触媒担体６を組み込むことも可能である。
　そして、触媒担体６のワイヤメッシュ構造のワイヤ１０に、白金Ｐｔ，ロジウムＲｈ，バナジウムＶ，銅Ｃｕ，マンガンＭｎ，その他の金属や金属酸化物が、酸化触媒７として使用され、含浸，塗布等により付着，被覆，担持せしめられる。

　このように酸化触媒７が付着，被覆された触媒担体６が、マフラー５に組み込まれている。図示例では、マフラー５のケース容器１６内に、そのサイレンサー構造８と共に組み込まれている。
　図１の第１例では、上流側の１枚の区画壁９に対し、図２の第２例では、上流側と中央側１段目の２枚の区画壁９に対し、それぞれ触媒担体６が配設，貫通保持されている。すなわち触媒担体６は、前述したサイレンサーパイプ１８に準じケース容器１６と平行の同軸方向に配設されると共に、区画壁９に設けられた開口に密貫挿されて保持され、もって前後の膨張室１７に臨んでいる。
　そして、図１の第１例の触媒担体６や、図２の第２例の上流側の触媒担体６では、上流に向け内部空間１３が開口すると共に、その大部分が下流側に突出しつつ、内部空間１３がキャップ１９にて閉塞されている。
　これに対し、図２の第２例の中央側の触媒担体６では、下流に向け内部空間１３が開口すると共に、その大部分が上流側に突出しつつ、内部空間１３がキャップ１９にて閉塞されている。
　触媒担体６は、このようにマフラー５へ組み込まれている。

　《排気ガス１の流れ等について》
　排気ガス１は、触媒担体６を内外又は外内へと流れて行く。これらについて、図１，図２を参照して説明する。
　図１の第１例や図２の第２例の上流側の触媒担体６のタイプでは、開口から内部空間１３内に導入された排気ガス１は、→内部空間１３内を経由した後、→触媒担体６のワイヤメッシュ構造の各層１１を、内側から外側へ流れて、→導出される。
　又、図２の第２例の中流側の触媒担体６のタイプでは、排気ガス１は、触媒担体６のワイヤメッシュ構造の各層１１を、外側から内側へと流れて、→内部空間１３内に導入され、→内部空間１３内を経由した後、→開口から導出される。

　排気ガス１は、このように排気ガス浄化装置４の触媒担体６の各層１１を、内から外へ又は外から内へと流れて行く過程で、酸化触媒７に十分に接触する。
　すなわち、この排気ガス浄化装置４では、まず酸化触媒７は、触媒担体６のワイヤメッシュ構造に基づき単位容積当たりの外表面積が広く確保されている各ワイヤ１０に対し、付着，被覆されている。
　これに加え排気ガス１は、各層１１を形成するワイヤ１０に衝突，湾曲，折曲しつつ、分散，減速，乱流化された経路を辿って流れる。特に、隣接する層１１間のメッシュ密度を疎密に異ならせておくと、このような排気ガス１の流れが一段と助長される。
　これらにより排気ガス１は、万べん無く均等に酸化触媒７に接触し、もって含有された有害物質２が、酸化触媒７による触媒反応に基づき、一様かつ確実に酸化，除去，減少される。
　排気ガス１の流れ等については、以上のとおり。

　《ペレット触媒２２について》
　次に、ペレット触媒２２について、図１を参照して説明する。
　図示した排気ガス浄化装置４において、触媒担体６は、その内部空間１３にペレット触媒２２が導入されている。
　このペレット触媒２２は、個別単位化された粒塊状をなし、セラミックス等の結合材の少なくとも外表面に、酸化触媒７が付着，被覆されてなり、もって、排気ガス１の流量，有害物質２の含有量，有害物質２の浄化率等を勘案して、補足的に必要量が導入される。

　ペレット触媒２２について、更に詳述する。排気ガス浄化装置４の浄化対象となる排気ガス１の流量や、含有される有害物質２の含有率は、各種様々である。又、予定される浄化率も、様々な設定が予測される。
　そこで、ペレット触媒２２は、これらに鑑み補足的に使用される。つまり、上記流量や含有率を勘案しつつ、所期の浄化率を確実に得るべく、ペレット触媒２２が、触媒担体６を補充すべく使用される。
　ペレット触媒２２は、例えばセラミックス材の外表面に、酸化触媒７を付着，被覆させた構成よりなる。例えば、白金ＰｔとロジウムＲｈとを重量比５対１で使用した酸化触媒７が、５０ｇ／ｆｔ^２程度で使用される。又、個別単位化されているので、個数選択により、必要量コントロールや定量制御が容易であり、もって触媒担体６の内部空間１３へと、挿入，導入される。
　なおペレット触媒２２は、触媒担体６内へ導入，配置する使用態様以外にも、各種の使用態様が考えられる。例えば、排気管３の煙道内へ導入，配置することも考えられる。
　ペレット触媒２２は、このようになっている。

　《マフラー５のケース容器１６について》
　次に、マフラー５のケース容器１６について、図４を参照して説明しておく。
　排気ガス浄化装置４の組み込み対象となるマフラー５は、図４に示した例では、そのケース容器１６が内外２層構造よりなっている。そして、その内側層２３が、熱伝導率の低いセラミックス材よりなると共に、外側層２４が、アラミド繊維にフェノール樹脂を付着，含浸させたプリプレグよりなっている。
　もって、このようなケース容器１６を採用することにより、触媒担体６の組み込みによる重量増に対応した軽量化が図られる。

　ケース容器１６について、更に詳述する。この排気ガス浄化装置４の触媒担体６は、ワイヤメッシュ構造よりなり、マフラー５に組み込むと、マフラー５全体の重量増が懸念される面がある。そこで、この種従来品である鉄，ステンレス，その他の金属製のものに替えて、図４に示した２層構造のケース容器１６を採用することにより、マフラー５の全体重量が軽減される。触媒担体６の組み込みによる重量増が、このケース容器１６の採用により、十分にカバーされるようになる。
　このケース容器１６は、ナイロン系樹脂繊維よりなるアラミド繊維に、フェノール系樹脂を付着，含浸，又は混入させた外側層２４に対し、内側層２３となる肉厚１ｍｍ以下程と極薄のセラミックス材が、貼り合わされた構造よりなる。アラミド繊維は、耐熱性や耐引張強度等に優れていることが、知られている。
　なお、このような構造のケース容器１６は、金属製の従来品に比し、アール等の形状加工成形が容易であり、各種形状のものが簡単に得られる、という利点もある。
　マフラー５のケース容器１６は、このようになっている。

　《作用等》
　本発明の第１例，第２例の排気ガス浄化装置４は、以上説明したように構成されている。そこで、以下のようになる。
　（１）二輪自動車，その他の自動車エンジンから排出される排気ガス１は、排気管３を経由して、マフラー５へと供給される。そして、マフラー５の入口２０から、マフラー５内へと導入される（図１，図２を参照）。

　（２）マフラー５内に導入された排気ガス１は、マフラー５に組み込まれた排気ガス浄化装置４によって浄化されると共に、サイレンサー構造８によって消音される（図１，図２を参照）。

　（３）まず、マフラー５に組み込まれた排気ガス浄化装置４は、ワイヤメッシュ多層構造の触媒担体６を備えており、触媒担体６は、その各ワイヤ１０に酸化触媒７が付着，含浸されている。
　そこで排気ガス１は、フィルターとして機能する触媒担体６を、内側から外側へ又は外側から内側へと流れることにより、含有された有害物質２が除去，減少される。

　（４）すなわち、排気ガス１中に含有された一酸化炭素と炭化水素は、触媒反応に基づき酸化，燃焼されて、除去され，減少する（２ＣＯ＋Ｏ_２→２ＣＯ_２）、（ＣＨ_４＋２Ｏ_２→ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ）。排気ガス１中に含有された酸化窒素は、触媒反応に基づき二酸化炭素に酸化されて、除去され，減少する（２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２）。
　又、排気ガス１中に含有された炭素粒子ＰＭ（各種組成よりなるＰａｒｔｉｃｌｅ　Ｍａｔｔｅｒ）を、触媒反応に基づき酸化，燃焼させて、除去，減少させることも考えられる。
　つまり、この排気ガス浄化装置４は、一酸化炭素，炭化水素，酸化窒素等の浄化専用として使用される場合が代表的であるが、炭素粒子の浄化用としても兼用される場合や、炭素粒子の浄化専用として使用される場合も考えられる。つまり、３通りの使用形態が可能である。

　（５）他方、マフラー５に組み込まれたサイレンサー構造８により、排気ガス１は消音される。すなわち排気ガス１は、サイレンサー構造８の区画壁９，サイレンサーパイプ１８，膨張室１７等を経由して流れることにより、分散，屈曲，湾曲や、膨張，圧力低下や、反射，音波逆位相化や、衝突，干渉等を繰り返し、もって消音される。
　このように排気ガス１は、浄化されると共に消音されて、マフラー５の出口２１から、下流側の排気管３を経由して外気へと排出される。

　（６）さてそこで、本発明の第１例，第２例排気ガス浄化装置４によると、次の第１，第２，第３，第４のようになる。
　まず第１に、この排気ガス浄化装置４は、ワイヤメッシュ多層構造の触媒担体６を採用してなり、その円筒状に巻回成形された各層１１間は、接合されていない（図３の（１）図を参照）。
　もって、走行振動にて繰り返し荷重を受けたり、エンジンの駆動と停止により加熱と冷却が繰り返されても、触媒担体６が、このように自由度の存したフレキシブルな弾性構造よりなることに基づき、優れた耐震動性能，機械的強度と、耐熱疲労性能，耐応力破壊阻止性能，耐熱強度とを、発揮するようになる。

　（７）第２に、この排気ガス浄化装置４は、次のａ，ｂ，ｃの各点に基づき、コスト面等に優れている。
　ａ．ワイヤメッシュ多層構造の触媒担体６を採用したので、ワイヤの優れたコスト性により、材料コストが軽減される。
　ｂ．ワイヤメッシュ多層構造の触媒担体６は、巻回成形して巻回終端部１４をスポット溶接１５することにより（図３の（１）図を参照）、手間取ることなく簡単容易に製造可能であり、製造コスト面にも優れている。
　ｃ．この触媒担体６は、マフラー５内の既存のサイレンサー構造８に準じて、特にそのサイレンサーパイプ１８に準じて、マフラー５内の区画壁９にて配設，貫通保持される。これまでのマフラー５について、大幅に内部構造を変更することもなく、ほぼそのまま利用しつつ、区画壁９と触媒担体６の追加により、簡単容易に組み込まれる（図１，図２を参照）。
　場合によっては、既存のサイレンサー構造８の各サイレンサーパイプ１８の内１個を、触媒担体６で置き換える構成も考えられる。
　もって、これらの面から、該コスト面に優れている。

　（８）ところで二輪自動車の場合は、排気ガス１が、至近距離のエンジンから高温のまま、マフラー５に供給される。従って二輪自動車の場合は、触媒担体６をマフラー５に組み込んでも、酸化触媒７の温度が、高温の排気ガス１にて十分に高められ、触媒反応がその活性温度下で所期の通り進行するようになる。
　このように触媒性能，浄化性能が、二輪自動車の場合は、特にスムーズに所期の通り得られる。この点に鑑み、図示例の排気ガス浄化装置４は、マフラー５の下流側ではなく上流側に組み込まれている。
　又、この触媒担体６はワイヤメッシュ多層構造よりなり、その分、組み込まれたマフラー５が重量増となる。そこで、マフラー５のケース容器１６について、セラミックス材製の内側層２３と、アラミド繊維およびフェノール樹脂のプリプレグ製の外側層２４との２層構造を採用すると（図４を参照）、簡単容易に軽量化が図られ、触媒担体６の組み込みによる重量増がカバーされる。

　（９）第３に、この排気ガス浄化装置４は、ワイヤメッシュ多層構造の触媒担体６、つまり単位容積当たりの外表面積が広く確保された、ワイヤ１０の集合体よりなる。もって、これに付着，被覆された酸化触媒７も、極めて広い外表面積が確保されており、排気ガス１との極めて広い接触面積を備えている。
　しかも排気ガス１は、ワイヤメッシュ多層構造の触媒担体６を、内側から外側へ又は外側から内側へと流れることにより、分散，減速，乱流化される。特に、隣接する層１１間のメッシュ密度を疎密に異ならしめておくと、これらが顕著となる。
　これらにより排気ガス１は、酸化触媒７に対し万べんなく衝突し十分に接触して流れ、もって接触反応が確実に進行して、有害物質２が確実に除去，減少される。なおペレット触媒２２を併用すると、このような有害物質２の除去，減少が一段と確実化する。

　（１０）第４に、この排気ガス浄化装置４において、排気ガス１は、ワイヤメッシュ多層構造、そして隣接する層１１間のメッシュ密度が疎密に異なった触媒担体６を、内側から外側へ又は外側から内側へと、流れる。
　もって排気ガス１は、分散，屈曲，湾曲や、膨張，圧力低下や、反射，音波逆位相化や、相互衝突，相互干渉等を、繰り返しつつ流れることにより、消音される。
　このように、この排気ガス浄化装置４は、浄化性能と共に、消音性能をも発揮可能である。

　《本発明の第３例，第４例について》
　次に、図５，図６を参照して、本発明の第３例，第４例について、説明する。
　まず、図５の第３例の排気ガス浄化装置４では、排気ガス１が外側から内側へと流れるタイプの触媒担体６の開放された下流側の他端に、ハニカムコア２５が連設配設されている。つまり、触媒担体６とハニカムコア２５とが、前後段をなし密接配設されている。
　そして、このハニカムコア２５は、触媒担体６と同軸で断面がほぼ同径の円形よりなると共に、そのセル壁２６に酸化触媒７が付着，被覆されている。
　もって排気ガス１は、触媒担体６での酸化，燃焼により高温化されると共に、触媒担体６で攪拌，分散，乱流化されてから、ハニカムコア２５を経由して流れる。もって排気ガス１は、層流化されつつハニカムコア２５に付着，被覆された酸化触媒７に接触して、含有された有害物質２が確実に酸化，燃焼される。

　なお第１に、ハニカムコア２５は、セル壁２６にて区画形成された中空筒状の多数のセル空間２７の集合体よりなり、単位容積当たりの外表面積が広いことが知られている。
　第２に、このハニカムコア２５としてセラミックファイバー製のものを使用すると、触媒反応がより活発化し、酸化触媒７の使用量，担持量も、より少なくて済むという利点がある。
　すなわち、繊維をセラミックスで固めた材料製のハニカムコア２５は、微細な多孔構造よりなり、通常の金属製のハニカムコア２５に比し、外表面積がより広いという特性がある。このように広い外表面積にわたって酸化触媒７が付着，被覆されており、排気ガス１中の有害物質２との接触面積が広いので、触媒反応が促進されるようになる。酸化触媒７は、より薄く広く塗布等され、その使用量，担持量が少なくて済むようになる。
　第３に、ハニカムコア２５と触媒担体６との上下流にわたる連設位置関係については、次のとおり。まず、図５の（１）図中の図示において、ハニカムコア２５は、上流側の端部が触媒担体６の下流側の端部内に、挿入保持されている。図５の（２）図中の図示において、ハニカムコア２５は、全体が触媒担体６の下流側の端部内に、挿入保持されている。
　しかし連設位置関係は、このような図示例に限定されるものではない。例えば、区画壁９の開口を境に、上流側に触媒担体６が、下流側にハニカムコア２５が、それぞれ区画壁９にて配設保持されると共に、両者が密接当接されている例も可能である。

　又、図６の第４例の排気ガス浄化装置４でも、ハニカムコア２５が配設されている。そして、この第４例のハニカムコア２５は、マフラー５内部において、触媒担体６より下流側の区画壁９にて、マフラー５の軸と同軸方向に配設，貫通保持されており、そのセル壁２６に酸化触媒７が付着，被覆されている。
　もって排気ガス１は、触媒担体６での酸化，燃焼により高温化されると共に、触媒担体６で攪拌，分散，乱流化されてから、ハニカムコア２５を経由して流れる。もって排気ガス１は、層流化されつつハニカムコア２５に付着，被覆された酸化触媒７に接触して、含有された有害物質２が確実に酸化，燃焼される。
　なお第１に、ハニカムコア２５については、第３例において述べたところに準じる。
　第２に、ハニカムコア２５は、図示のように代表的には、上流側の触媒担体６が配設された区画壁９の次の区画壁９、つまり下流側の次に位置する区画壁９に配設される。
　第３に、図示例の上流側の触媒担体６は、排気ガス１が内側から外側へと流れるタイプよりなるが、これによらず、外側から内側へと流れるタイプのものであってもよい。

　さて、第３例，第４例の排気ガス浄化装置４は、このような構成よりなるので、次のようになる。
　すなわち、両例の排気ガス浄化装置４では、前段の触媒担体６と後段のハニカムコア２５との２重構造が採用されている。従って、排気ガス１中の有害物質２である一酸化炭素，炭化水素，炭素粒子等は、次の各ステップを辿って流れるようになる。
　まず、排気ガス１中の有害物質２は、ワイヤメッシュ構造で酸化触媒７付の触媒担体６の所で、酸化，燃焼され、もって全体的に高温化されると共に、ワイヤメッシュ構造中を通過することにより、攪拌，分散，乱流化される。
　それから、排気ガス１中の有害物質２は、ハニカムコア２５の所で、各セル空間２７中を層流となって流れる。そして、酸化触媒７付のセル壁２６が広い外表面積を有するので、酸化触媒７と十分に接触するようになる。更にその際、既に高温化されると共に膨張化されているので、層流の中心部に至るまで反応が活発化する。又、セル壁２６の酸化触媒７のヒートアップも早くなり、この面からも反応が活性化する。
　これに対し、もしも高温化されず膨張化されていないとすると、層流の中心部ほど反応が低下することになる。
　更に、触媒担体６の所で十分に攪拌，分散，乱流化された後に、ハニカムコア２５の所で層流化されるので、触媒担体６を経由することなく直にハニカムコア２５に流された場合に比し、層流となって流れるものの、セル壁２６の酸化触媒７に万べんなく衝突，接触するようになる。
　第３例，第４例では、これらの各ステップを辿ることにより、排気ガス１中の有害物質２は、一層確実に酸化，燃焼、そして除去，減少せしめられるようになる。
　なお、この第３例，第４例について、その他の構成や作用等は、第１例，第２例について前述した所に準じるので、同符号を付しその説明は省略する。

　次に、本発明の実施例について、説明する。
　すなわち、図５に示した第３例の排気ガス浄化装置４を用いて、排気ガス１の浄化性能をテストした。比較例１としては、この種従来例の排気ガス浄化装置（酸化触媒７付の金属製のハニカムコア）を使用し、比較例２としては、本発明の第３例とは逆配置（上流側・前段側に酸化触媒７付のハニカムコア２５を配置し、下流側・後段側に触媒担体６を配置）の排気ガス浄化装置を使用した。
　なお、本発明の実施例において、触媒担体６のワイヤメッシュ構造の触媒担持面積（空隙率考慮）は７９１ｃｍ^２、触媒担持量は５０ｇ／ｆｔ^３とした。ハニカムコア２５（セラミックファイバー製）の体積は１２６ｃｃ（ｃｍ^３）、触媒担持面積は３，１５０ｃｍ^２、触媒担持量は８．６ｇ／ｆｔ^３とした。
　比較例１において、そのハニカムコアの体積は２１２ｃｃ、触媒担持面積は５，６７５ｃｍ^２、触媒担持量は５０ｇ／ｆｔ^３とした。比較例２としては、上記した本発明の実施例の触媒担体６とハニカムコア２５とを使用した。
　各例において、酸化触媒７としては白金Ｐｔ，ロジウムＲｈ，バナジウムＶを、主触媒として使用した。

　表１に、浄化性能テストの結果を示す。有害物質２を含有した排気ガス１を流した所、同表に示したように、比較例１，比較例２に比し、本発明の優れた浄化性能が裏付けられた。
　すなわち、本発明の実施例は、比較例１に比し結果的に少ない酸化触媒７の使用量，触媒担持量にも拘らず、窒素酸化物ＮＯ_Ｘ（酸化窒素ＮＯ）の含有量が大幅に低下し、一酸化炭素ＣＯや炭化水素ＨＣの含有量が同程度を維持する旨のデータが得られた。なお比較例２では、排気ガス１の高温化が後になるので、本発明の実施例のような浄化性能が得られないことが裏付けられた。
　なお、供給された排気ガス１は、エンジン暖気後のアイドリング（低速運転）時のものであり、その理論空燃費Ａ／Ｆは表１中に示したとおりである。又、ＮＯ_Ｘの測定には、堀場製作所製のＭＥＸＡ−７２０ＮＯ_Ｘ型の測定器を使用し、ＣＯやＨＣの測定には、堀場製作所製のＭＥＸＡ−３２４Ｆ型の測定器を使用した。
　実施例については、以上のとおり。

　　１　排気ガス
　　２　有害物質
　　３　排気管
　　４　排気ガス浄化装置
　　５　マフラー
　　６　触媒担体
　　７　酸化触媒
　　８　サイレンサー構造
　　９　区画壁
　１０　ワイヤ
　１１　層
　１２　ワイヤメッシュ素材
　１３　内部空間
　１４　巻回終端部
　１５　スポット溶接
　１６　ケース容器
　１７　膨張室
　１８　サイレンサーパイプ
　１９　キャップ
　２０　入口
　２１　出口
　２２　ペレット触媒
　２３　内側層
　２４　外側層
　２５　ハニカムコア
　２６　セル壁
　２７　セル空間

Claims (9)

1. 　自動車エンジンの排気ガス中に含有された有害物質を、除去，減少させる排気ガス浄化装置であって、ワイヤメッシュ構造の触媒担体を備えると共に、マフラーに組み込まれており、
   　該触媒担体は、筒状をなし、酸化触媒が付着，被覆されており、排気ガスが該触媒担体を経由して流れること、を特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 　請求項１に記載した排気ガス浄化装置において、該触媒担体は、該排気ガス中に含有された一酸化炭素および炭化水素を、触媒反応に基づき酸化，燃焼させて除去，減少させると共に、酸化窒素を二酸化窒素に酸化させて除去，減少させること、を特徴とする排気ガス浄化装置。
3. 　請求項１に記載した排気ガス浄化装置において、該触媒担体は、該排気ガス中に含有された炭素粒子を、触媒反応に基づき酸化，燃焼させて除去，減少させること、を特徴とする排気ガス浄化装置。
4. 　請求項１に記載した排気ガス浄化装置において、該触媒担体は、二輪自動車の排気管に設けられた該マフラーに、そのサイレンサー構造と共に組み込まれており、
   　該触媒担体は、該マフラー内部の区画壁にて、該マフラー軸と同軸方向に配設，貫通保持されており、一端が閉塞され他端が開放された円筒状をなし、金属製のワイヤが網目状に配されたワイヤメッシュ構造よりなり、
   　該酸化触媒は、ワイヤメッシュ構造に基づき単位容積当たりの外表面積が広く確保された該触媒担体の各ワイヤに、付着，被覆されており、
   　該排気ガスは、該触媒担体の内側から外側へ又は外側から内側へと流れ、もって分散，減速，乱流化されつつ、該酸化触媒に衝突し十分に接触して流れること、を特徴とする排気ガス浄化装置。
5. 　請求項４に記載した排気ガス浄化装置において、該触媒担体は、多層構造よりなると共に、隣接する各層間のメッシュ密度が疎密に異なっており、
   　該触媒担体は、帯状に連続した各層のワイヤメッシュ素材が、内部空間を存しつつ円筒状に巻回成形されると共に、各層間は接合されておらず、最外層の巻回終端部がその内側層にスポット溶接されていること、を特徴とする排気ガス浄化装置。
6. 　請求項４に記載した排気ガス浄化装置において、該触媒担体は、内部空間にペレット触媒が導入されており、
   　該ペレット触媒は、個別単位化された粒塊状をなし、セラミックス等の結合材の少なくとも外表面に、該酸化触媒が付着，被覆されてなり、もって、該排気ガスの流量，有害物質の含有量，有害物質の浄化率等を勘案して、補足的に必要量が導入されること、を特徴とする排気ガス浄化装置。
7. 　請求項４に記載した排気ガス浄化装置において、該マフラーは、そのケース容器が内外２層構造よりなり、
   　内側層が、熱伝導率の低いセラミックス材よりなると共に、外側層が、アラミド繊維にフェノール樹脂を付着，含浸させたプリプレグよりなり、もって、該触媒担体の組み込みによる重量増に対応した軽量化が図られていること、を特徴とする排気ガス浄化装置。
8. 　請求項４に記載した排気ガス浄化装置において、該排気ガスが外側から内側へと流れる該触媒担体の開放された下流側他端に、ハニカムコアが連設配設されており、
   　該ハニカムコアは、該触媒担体と同軸の円形よりなると共に、そのセル壁に酸化触媒が付着，被覆されており、
   　該排気ガスは、該触媒担体での酸化，燃焼により高温化されると共に、該触媒担体で攪拌，分散，乱流化されてから、該ハニカムコアを経由して流れ、もって層流化されつつ該ハニカムコアに付着，被覆された該酸化触媒に接触して、含有された有害物質が確実に酸化，燃焼されること、を特徴とする排気ガス浄化装置。
9. 　請求項４に記載した排気ガス浄化装置において、ハニカムコアが配設されており、該ハニカムコアは、該マフラー内部の該触媒担体より下流側の区画壁にて、該マフラー軸と同軸方向に配設，貫通保持され、そのセル壁に酸化触媒が付着，被覆されており、
   　該排気ガスは、該触媒担体での酸化，燃焼により高温化されると共に、該触媒担体で攪拌，分散，乱流化されてから、該ハニカムコアを経由して流れ、もって層流化されつつ該ハニカムコアに付着，被覆された該酸化触媒に接触して、含有された有害物質が確実に酸化，燃焼されること、を特徴とする排気ガス浄化装置。

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