セラミックス触媒装置
【課題】排気ガスのマットに対する影響を低減し、かつ、部品点数の低減が可能なセラミックス触媒装置を提供する。
【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。
【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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス触媒装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンからの排気ガスを浄化する触媒装置として、セラミックス製の触媒担体に触媒を担持させたものが提案されている。この種のセラミックス触媒装置では、触媒担体の外周を多層絶縁材層（以下、マットという）で取り巻いて金属製容器の内側に付設すると共に、マットの金属製容器に対する保持力向上のために、金属製容器の内側に上記マットに対し、軸方向への取付圧を加える端部リングを設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−１０１４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の構成では、端部リングを備える分、部品点数が多くなってしまう。
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。
【０００４】
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、排気ガスのマットに対する影響を低減し、かつ、部品点数の低減が可能なセラミックス触媒装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述課題を解決するため、本発明は、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。この発明によれば、排気管の端部を触媒担体に対して近接させて配置したので、端部リングを設けることなく排気ガスのマットに対する影響を低減でき、部品点数の低減が可能になる。
【０００６】
また、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してもよい。この構成によれば、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るので、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。
【０００７】
また、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くしてもよい。この構成によれば、触媒担体の端部よりもマットの端部を排気ガス下流側に配置することにより、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。
【０００８】
また、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てもよい。この構成によれば、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。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、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、排気管の端部を触媒担体に対して近接させて配置したので、排気ガスのマットに対する影響を低減し、かつ、部品点数の低減が可能になる。
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
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。
【００１１】
筒状本体１２０内の前側に位置する第１隔壁１３１には、この第１隔壁１３１を貫通して筒状本体１２０の長手方向に延びる位置決め用筒部材（位置決め用部材）１３５が取り付けられる。この位置決め用筒部材１３５は、前壁部１２３側に向かって徐々に径が細くなる筒形状に形成され、最も小径の前端部１３５Ａに排気管１１０が略隙間無く挿入されて溶接等で接合される。
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。
【００１２】
触媒装置１の外筒１３は、筒状本体１２０の長手方向に沿って延在して第２隔壁１３２を貫通し、第２隔壁１３２に支持される。この場合、触媒装置１が、位置決め用筒部材１３５と第２隔壁１３２とに支持されるので、支持強度を十分に確保できる。また、同一の位置決め用筒部材１３５に触媒装置１と排気管１１０とが支持されるので、触媒装置１と排気管１１０との位置関係を正確に設定することができる。
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。
【００１３】
触媒装置１は、触媒担体１０に形成された多数の貫通孔５を介して排気管１１０の端部１１０Ａ側と第１膨張室Ａとを連通させ、この排気管端部１１０Ａから排出された排気ガスを触媒担体１０を通過する際に浄化する。ここで、触媒装置１の外径は、排気管端部１１０Ａの外径よりも大径に形成されると共に、位置決め用筒部材１３５によって排気管端部１１０Ａと触媒担体１０とが略同軸上に位置決めされる。このため、排気管端部１１０Ａから排出された排気ガスを、触媒担体１０に効率よく入れて第１膨張室Ａに流入させることができる。
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。
【００１４】
この排気マフラ１００では、排気管１１０の端部１１０Ａから排出された排気ガスが、図１に矢印で示すように、触媒装置１を通過して排気マフラ１００内の第１膨張室Ａに流入し、流れ方向を反転して第１連通管１４１を通って第２膨張室Ｂに流入し、再び流れ方向を反転して第２連通管１４２を通って第３膨張室Ｃに流入した後、再び流れ方向を反転して第３連通管１４３及びテールパイプ１４５を通って外部へと排出される。
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。
【００１５】
次に触媒装置１について詳述する。図３は触媒装置１の分解斜視図を示している。この図に示すように、触媒装置１は、排気ガス浄化機能を有する触媒を担持した触媒担体１０と、触媒担体１０の外周を覆う保持マット（触媒保持マットとも称する）１２と、触媒担体１０を保持マット１２を介して保持する外筒１３とを備えている。
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。
【００１６】
また、本実施形態では、このハニカム構造体に、多孔構造を有するセラミックス多孔体で形成されたセラミックスハニカムを用いている。このため、金属製のハニカム構造体を用いた場合よりも全体重量を軽くできる、また、多孔質のセラミックスを用いたため、内部の表面積を確保し易くなり、触媒も担持し易くなる、といった利点がある。
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。
【００１７】
触媒担体１０にパラジウム、ロジウム、白金を担持させるための溶液は、これら金属を含む化合物を所定溶媒に溶解させたものである。パラジウムを担持させるために用いる材料としては、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、錯塩（ジクロロテトラアンミンパラジウム等）等が挙げられる。また、白金を担持させる材料としては、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、錯塩（ジニトロジアンミン白金、トリクロロトリアンミン白金等）等が挙げられる。また、触媒担体にロジウムを担持させる材料としては、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、硫酸塩、錯塩（ペンタアンミンクロロロジウム、ヘキサアンミンロジウム等）等が挙げられる。そして、これらの材料の溶液を調整し、この溶液に上述した触媒担体１０を含浸させることにより、触媒担体１０にパラジウム、白金、ロジウムを担持させることができる。溶媒としては、水や有機溶媒を用いることが可能であるが、溶解度や廃液処理の容易性、入手容易性等を考慮すると水が好ましい。また、上記溶液に触媒担体を含浸させた後、触媒担体を、例えば２５０度程度に加熱して乾燥させることで、触媒担体１０が有する多孔構造にパラジウム、ロジウム、白金が担持され、排気ガス中の窒素酸化物、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）等を分解浄化することができる。なお、要求される排ガス浄化性能によっては、パラジウム、ロジウム、白金のいずれか１または２種のみを触媒担体１０に担持させて触媒を構成してもよい。また、パラジウム、ロジウム、白金の他に、触媒として機能する金属や金属化合物等を触媒担体１０に担持させてもよい。
【００１８】
保持マット１２は、セラミックス製の繊維をマット状に集積して構成したものである。この保持マット１２は、長尺状に形成され、触媒担体１０の外表面に巻き付けられる。この保持マット１２の一端には凸状の合わせ部１２Ａが形成され、他端には凹状の合わせ部１２Ｂが形成され、保持マット１２を触媒担体１０に巻き付けた際にこれら合わせ部１２Ａ、１２Ｂを係合して触媒担体１０に巻き付けた状態に保持することができる。
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。
【００１９】
外筒１３は、円筒形状に形成され、より具体的には、図４に示すように、排気管１１０の外径よりも大径であって、かつ、上述した位置決め用筒部材１３５との嵌め込み部分を確保するために触媒担体１０及び保持マット１２よりも長く形成されている。この外筒１３の材質は、強度及び耐熱性の高い金属が用いられ、例えばステンレス等の鋼材が用いられる。
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。
【００２０】
本実施形態では、図１に示すように、触媒装置１を、排気管１１０を保持する位置決め用筒部材１３５と第２隔壁１３２とに支持して排気管端部１１０Ａを触媒担体１０と同軸上にレイアウトすると共に、排気管端部１１０Ａを触媒担体１０に近接させたレイアウトとしている。また、保持マット１２の排気管１１０側の端部は、図４に示すように、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され、排気管端部１１０Ａと触媒担体１０との距離（軸間距離Ｌ１）が、上記オフセットの量（オフセット量Ｌ２）よりも小さくされる。この軸間距離Ｌ１は、好ましくは３ｍｍ〜７ｍｍ程度であり、例えば５ｍｍに設定される。また、オフセット量Ｌ２は、好ましくは５ｍｍ〜２０ｍｍ程度であり、例えば１０ｍｍに設定される。
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。
【００２１】
ここで、この排気管端部１１０Ａと触媒担体１０との離間距離Ｌ１（図１及び図４参照）は、排気管１１０が排気ガスで長手方向に線膨張する分だけ離した距離とされ、好ましくは、排気管１１０が排気ガスの熱で線膨張しても触媒担体１０に接触しない最低距離に設定される。このため、排気管１１０の熱膨張による触媒担体１０への影響を回避しつつ、排気管端部１１０Ａと触媒担体１０とを近接させることができる。
【００２２】
このように本実施形態によれば、排気管端部１１０Ａを触媒担体１０に近接させて配置したため、従来のような保持マットの端部を覆う端部リングを設けることなく、排気ガスの保持マット１２に対する影響（保持マット１２の風食等）を低減することができる。また、端部リングを設けない分、部品点数の低減及び部品形状の複雑化を回避でき、簡易な構成にすることができる。
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。
【００２３】
また、排気管端部１１０Ａは、排気管１１０の位置決めを行う位置決め用筒部材１３５と外筒１２１との取付部１３７よりも触媒担体１０側にあるので、排気管端部１１０Ａを触媒担体１０により一層近づけることができる。このため、保持マット１２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。
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。
【００２４】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、種々の設計変形が可能である。例えば、上述の実施形態では、保持マット１２を触媒担体１０の外周に一巻きする場合を説明したが、保持マット１２の両端を重ねることによって合わせ部１２Ｘの肉厚を厚くし、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、触媒担体１０を外筒１３に対して偏心させてもよい。ここで、図５（Ａ）は、排気マフラ１００内の排気管端部１１０Ａ、位置決め用筒部材１３５及び触媒装置１を示しており、図５（Ｂ）は触媒装置１の断面図を示している。また、図５（Ｂ）において、符号Ｃ１は触媒担体１０の軸中心であり、符号Ｃ２は外筒１３の軸中心であり、符号Ｌ３は偏心量を示している。
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。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態に係るセラミックス触媒装置を備えた排気マフラの断面図である。
【図２】図１と異なる方向から見た排気マフラの断面図である。
【図３】触媒装置の分解斜視図である。
【図４】触媒装置と排気管端部のレイアウトの説明に供する図である。
【図５】（Ａ）は変形例に係る触媒装置を周辺構成と共に示す側断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の触媒装置の断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１ 触媒装置（セラミックス触媒装置）
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス触媒装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンからの排気ガスを浄化する触媒装置として、セラミックス製の触媒担体に触媒を担持させたものが提案されている。この種のセラミックス触媒装置では、触媒担体の外周を多層絶縁材層（以下、マットという）で取り巻いて金属製容器の内側に付設すると共に、マットの金属製容器に対する保持力向上のために、金属製容器の内側に上記マットに対し、軸方向への取付圧を加える端部リングを設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−１０１４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の構成では、端部リングを備える分、部品点数が多くなってしまう。
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。
【０００４】
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、排気ガスのマットに対する影響を低減し、かつ、部品点数の低減が可能なセラミックス触媒装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述課題を解決するため、本発明は、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。この発明によれば、排気管の端部を触媒担体に対して近接させて配置したので、端部リングを設けることなく排気ガスのマットに対する影響を低減でき、部品点数の低減が可能になる。
【０００６】
また、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してもよい。この構成によれば、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るので、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。
【０００７】
また、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くしてもよい。この構成によれば、触媒担体の端部よりもマットの端部を排気ガス下流側に配置することにより、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。
【０００８】
また、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てもよい。この構成によれば、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。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、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、排気管の端部を触媒担体に対して近接させて配置したので、排気ガスのマットに対する影響を低減し、かつ、部品点数の低減が可能になる。
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
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。
【００１１】
筒状本体１２０内の前側に位置する第１隔壁１３１には、この第１隔壁１３１を貫通して筒状本体１２０の長手方向に延びる位置決め用筒部材（位置決め用部材）１３５が取り付けられる。この位置決め用筒部材１３５は、前壁部１２３側に向かって徐々に径が細くなる筒形状に形成され、最も小径の前端部１３５Ａに排気管１１０が略隙間無く挿入されて溶接等で接合される。
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。
【００１２】
触媒装置１の外筒１３は、筒状本体１２０の長手方向に沿って延在して第２隔壁１３２を貫通し、第２隔壁１３２に支持される。この場合、触媒装置１が、位置決め用筒部材１３５と第２隔壁１３２とに支持されるので、支持強度を十分に確保できる。また、同一の位置決め用筒部材１３５に触媒装置１と排気管１１０とが支持されるので、触媒装置１と排気管１１０との位置関係を正確に設定することができる。
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。
【００１３】
触媒装置１は、触媒担体１０に形成された多数の貫通孔５を介して排気管１１０の端部１１０Ａ側と第１膨張室Ａとを連通させ、この排気管端部１１０Ａから排出された排気ガスを触媒担体１０を通過する際に浄化する。ここで、触媒装置１の外径は、排気管端部１１０Ａの外径よりも大径に形成されると共に、位置決め用筒部材１３５によって排気管端部１１０Ａと触媒担体１０とが略同軸上に位置決めされる。このため、排気管端部１１０Ａから排出された排気ガスを、触媒担体１０に効率よく入れて第１膨張室Ａに流入させることができる。
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。
【００１４】
この排気マフラ１００では、排気管１１０の端部１１０Ａから排出された排気ガスが、図１に矢印で示すように、触媒装置１を通過して排気マフラ１００内の第１膨張室Ａに流入し、流れ方向を反転して第１連通管１４１を通って第２膨張室Ｂに流入し、再び流れ方向を反転して第２連通管１４２を通って第３膨張室Ｃに流入した後、再び流れ方向を反転して第３連通管１４３及びテールパイプ１４５を通って外部へと排出される。
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。
【００１５】
次に触媒装置１について詳述する。図３は触媒装置１の分解斜視図を示している。この図に示すように、触媒装置１は、排気ガス浄化機能を有する触媒を担持した触媒担体１０と、触媒担体１０の外周を覆う保持マット（触媒保持マットとも称する）１２と、触媒担体１０を保持マット１２を介して保持する外筒１３とを備えている。
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。
【００１６】
また、本実施形態では、このハニカム構造体に、多孔構造を有するセラミックス多孔体で形成されたセラミックスハニカムを用いている。このため、金属製のハニカム構造体を用いた場合よりも全体重量を軽くできる、また、多孔質のセラミックスを用いたため、内部の表面積を確保し易くなり、触媒も担持し易くなる、といった利点がある。
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。
【００１７】
触媒担体１０にパラジウム、ロジウム、白金を担持させるための溶液は、これら金属を含む化合物を所定溶媒に溶解させたものである。パラジウムを担持させるために用いる材料としては、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、錯塩（ジクロロテトラアンミンパラジウム等）等が挙げられる。また、白金を担持させる材料としては、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、錯塩（ジニトロジアンミン白金、トリクロロトリアンミン白金等）等が挙げられる。また、触媒担体にロジウムを担持させる材料としては、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、硫酸塩、錯塩（ペンタアンミンクロロロジウム、ヘキサアンミンロジウム等）等が挙げられる。そして、これらの材料の溶液を調整し、この溶液に上述した触媒担体１０を含浸させることにより、触媒担体１０にパラジウム、白金、ロジウムを担持させることができる。溶媒としては、水や有機溶媒を用いることが可能であるが、溶解度や廃液処理の容易性、入手容易性等を考慮すると水が好ましい。また、上記溶液に触媒担体を含浸させた後、触媒担体を、例えば２５０度程度に加熱して乾燥させることで、触媒担体１０が有する多孔構造にパラジウム、ロジウム、白金が担持され、排気ガス中の窒素酸化物、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）等を分解浄化することができる。なお、要求される排ガス浄化性能によっては、パラジウム、ロジウム、白金のいずれか１または２種のみを触媒担体１０に担持させて触媒を構成してもよい。また、パラジウム、ロジウム、白金の他に、触媒として機能する金属や金属化合物等を触媒担体１０に担持させてもよい。
【００１８】
保持マット１２は、セラミックス製の繊維をマット状に集積して構成したものである。この保持マット１２は、長尺状に形成され、触媒担体１０の外表面に巻き付けられる。この保持マット１２の一端には凸状の合わせ部１２Ａが形成され、他端には凹状の合わせ部１２Ｂが形成され、保持マット１２を触媒担体１０に巻き付けた際にこれら合わせ部１２Ａ、１２Ｂを係合して触媒担体１０に巻き付けた状態に保持することができる。
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。
【００１９】
外筒１３は、円筒形状に形成され、より具体的には、図４に示すように、排気管１１０の外径よりも大径であって、かつ、上述した位置決め用筒部材１３５との嵌め込み部分を確保するために触媒担体１０及び保持マット１２よりも長く形成されている。この外筒１３の材質は、強度及び耐熱性の高い金属が用いられ、例えばステンレス等の鋼材が用いられる。
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。
【００２０】
本実施形態では、図１に示すように、触媒装置１を、排気管１１０を保持する位置決め用筒部材１３５と第２隔壁１３２とに支持して排気管端部１１０Ａを触媒担体１０と同軸上にレイアウトすると共に、排気管端部１１０Ａを触媒担体１０に近接させたレイアウトとしている。また、保持マット１２の排気管１１０側の端部は、図４に示すように、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され、排気管端部１１０Ａと触媒担体１０との距離（軸間距離Ｌ１）が、上記オフセットの量（オフセット量Ｌ２）よりも小さくされる。この軸間距離Ｌ１は、好ましくは３ｍｍ〜７ｍｍ程度であり、例えば５ｍｍに設定される。また、オフセット量Ｌ２は、好ましくは５ｍｍ〜２０ｍｍ程度であり、例えば１０ｍｍに設定される。
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。
【００２１】
ここで、この排気管端部１１０Ａと触媒担体１０との離間距離Ｌ１（図１及び図４参照）は、排気管１１０が排気ガスで長手方向に線膨張する分だけ離した距離とされ、好ましくは、排気管１１０が排気ガスの熱で線膨張しても触媒担体１０に接触しない最低距離に設定される。このため、排気管１１０の熱膨張による触媒担体１０への影響を回避しつつ、排気管端部１１０Ａと触媒担体１０とを近接させることができる。
【００２２】
このように本実施形態によれば、排気管端部１１０Ａを触媒担体１０に近接させて配置したため、従来のような保持マットの端部を覆う端部リングを設けることなく、排気ガスの保持マット１２に対する影響（保持マット１２の風食等）を低減することができる。また、端部リングを設けない分、部品点数の低減及び部品形状の複雑化を回避でき、簡易な構成にすることができる。
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。
【００２３】
また、排気管端部１１０Ａは、排気管１１０の位置決めを行う位置決め用筒部材１３５と外筒１２１との取付部１３７よりも触媒担体１０側にあるので、排気管端部１１０Ａを触媒担体１０により一層近づけることができる。このため、保持マット１２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。
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。
【００２４】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、種々の設計変形が可能である。例えば、上述の実施形態では、保持マット１２を触媒担体１０の外周に一巻きする場合を説明したが、保持マット１２の両端を重ねることによって合わせ部１２Ｘの肉厚を厚くし、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、触媒担体１０を外筒１３に対して偏心させてもよい。ここで、図５（Ａ）は、排気マフラ１００内の排気管端部１１０Ａ、位置決め用筒部材１３５及び触媒装置１を示しており、図５（Ｂ）は触媒装置１の断面図を示している。また、図５（Ｂ）において、符号Ｃ１は触媒担体１０の軸中心であり、符号Ｃ２は外筒１３の軸中心であり、符号Ｌ３は偏心量を示している。
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。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態に係るセラミックス触媒装置を備えた排気マフラの断面図である。
【図２】図１と異なる方向から見た排気マフラの断面図である。
【図３】触媒装置の分解斜視図である。
【図４】触媒装置と排気管端部のレイアウトの説明に供する図である。
【図５】（Ａ）は変形例に係る触媒装置を周辺構成と共に示す側断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の触媒装置の断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１ 触媒装置（セラミックス触媒装置）
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２３５９３１（Ｐ２００９−２３５９３１Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８０１８３（Ｐ２００８−８０１８３）
【出願日】平成２０年３月２６日（２００８．３．２６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２６日（２００８．３．２６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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