JP6830694B2 - 触媒担持体の取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室から比較的近い位置で効率良く排気浄化を行うことが可能な触媒担持体の取付構造に関するものである。

例えば、内燃機関における排気流路の燃焼室から比較的近い位置に排気浄化用の触媒を設ける点に関して、特許文献１が提案されている。ここで、内燃機関における排気流路の燃焼室から比較的近い位置に排気浄化用の触媒を設けるのは、内燃機関の燃焼や排気の熱により触媒を昇温して速やかに触媒を活性化することができるためである。

特許文献１は、図３に示すように、エンジンＥから接続された排気管１１の流路中に触媒コンバータ１２を設ける際、この触媒コンバータ１２が排気管１１の軸方向にも径方向にも大きくて配置スペースの制約が生じ、また、特に、二輪車のようにエンジン直後の排気管が屈曲しているような場合には、エンジンＥの近傍に触媒コンバータ１２を設けることができない点を解決するために、下記を提案している。

すなわち、特許文献１では、内燃機関の各燃焼室とマニホールドの各枝管との間に介装するガスケットに、前記枝管に挿入する筒部を設け、この筒部の内外面に触媒層を設けるようにしている。

上記特許文献１に記載された構成では、内燃機関の燃焼室から近い排気流路に、排気浄化用の触媒層を位置させているので、排気浄化構成を設ける別途のスペースが不要となるという利点がある。

しかし、上記特許文献１に記載された構成は、触媒層が排気の流れ方向と平行な面に設けられているため、該触媒層に接触する排気は浄化されるとしても、例えば排気流路における筒部の中央部を流れる排気は該触媒層に接触せず、結果として浄化されない排気が生じる可能性があり、排気量全体から見た浄化効率が悪いという問題があった。

特開２００１−５００４３号公報

本発明が解決しようとする問題は、特許文献１に記載された技術は、触媒層が排気の流れ方向と平行な面に設けられているため、排気流路の中央部を流れる排気は浄化されず、排気浄化効率が悪いことにある。

本発明の触媒担持体の取付構造は、触媒物質を担持させた触媒担持体を排気の浄化部と外縁の取付部とし、前記浄化部が流路を遮るように、前記取付部に設けた貫通孔と該流路の接続部に設けたねじ孔とにボルトを挿通して、該取付部を該流路の接続部に挟み込んで厚み方向に潰して取り付けることを特徴としている。

本発明は、流路の接続部において、触媒担持体の浄化部で流路を遮るように、取付部が取り付けられるから、排気流路の中央部で排気が浄化されないといったことがない。

（ａ）は本発明の触媒担持体の取付構造を、（ｂ）は触媒担持体を、各々示す縦断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は各々本発明で用いられる触媒担持体のバリエーションを示す図である。 従来の触媒コンバータの取付状況を説明するための図である。

本発明の目的は、内燃機関の直後の排気流路において燃焼室からの排気を効率よく浄化することにある。そして、この目的を達成するため、触媒物質を担持させた触媒担持体を排気の浄化部と外縁の取付部とし、前記浄化部が流路を遮るように、前記取付部に設けた貫通孔と該流路の接続部に設けたねじ孔とにボルトを挿通して、該取付部を該流路の接続部に挟み込んで厚み方向に潰して取り付けることで達成した。

なお、本発明において、流路を遮るとは、配置上、流路に存在して流路を分断した状態で、流体の流通は可能な状態を意味する。すなわち、流路を遮るとは流路を分断するのであって流体の流通を遮断することを意味していない。つまり、特許文献１における筒部は内周部が流路と連通しているので、流路を遮る構成ではない。

本発明は、上記構成のとおり、浄化部が該流路を遮るように、流路の接続部に取付部を挟み込んで取り付けるのであるが、触媒担持体によっては接続部から流体が漏れる可能性がある。

そこで、本発明は、上記構成において、流路の接続部から流体が漏れないように、取付部を厚み方向に潰して取り付ける、又は、取付部に接続体を介在させて取り付ける、といった構成を採用すればよい。こうすることで、接続部から流体（排気）が漏れないので、触媒による排気浄化効率がさらに向上する。

本発明は、例えば、内燃機関の燃焼室から比較的近い位置、例えば各燃焼室とマニホールドの各枝管との流路の接続部に触媒担持体を取り付けることを想定している。本発明の取付構造に採用される触媒担持体は、例えば、次のような構成であることが望ましい。

触媒担持体は、例えば複数枚の金網を積層した素材、あるいは単層の金網素材、を焼結した多孔体に、触媒物質を担持させた構成であることが、例えば燃焼室直後の屈曲した流路の継目等の接続部において取り付けが容易である点で望ましい。

また、触媒担持体自体は、浄化部と取付部を有すること以外は限定せず、例えば上記１個単位の構成を複数、例えば流路方向に浄化部同士の間隔を開けて又は開けないで、取付部同士を重ねて使用してもよい。

さらに、触媒担持体の浄化部の形状に関しては、面状とされたもの、前記面状に凹凸や波を形成したもの、流路上流から下流に向けて断面積が小さくなる錘状とされたもの、流路上流から下流に向けて断面矩形又は断面円形に膨出したもの、のように排気との接触面積を広く確保できる形状を使用してもよい。

さらに上記触媒担持体は、流路の接続部に取り付けたとき、該接続部から排気が漏れないように、浄化部の外縁である取付部について、例えば厚み方向から加圧して密度を上げたり、前記加圧して密度を上げた外縁の表裏を接続体で挟み込んだりしてもよい。

また、上記触媒担持体は、流路の接続部に取り付けたとき、該接続部から排気が漏れないように、浄化部の外縁である取付部について、例えば接続体を設けたり、前記接続体の厚み部位における外縁方向へ触媒担持体の外縁（取付部）を嵌め込んだり、該接続体を断熱繊維で構成したものであってもよい。

以下、本発明の触媒担持体の取付構造の具体的な実施例について、図１〜図２を参照して説明する。１は、本発明で採用される触媒担持体である。触媒担持体１は、本例では、例えば複数枚の金網を積層した素材、あるいは単層の金網素材、を焼結した多孔体に、触媒物質を担持させた構成（図面は単層のものを示している）を採用する。

触媒担持体１は、全面のうち排気が通過する浄化部１Ａの外縁を取付部１Ｂとしている。なお、浄化部１Ａの外縁とは、排気流路Ｃの外側に位置する部分をいう。

取付部１Ｂは、厚み方向から厚み中央へ表裏から加圧して密度を上げて本例では金網の目を潰す（閉塞する）ことで、触媒担持体１を流路に取り付けた際に、該取付部１Ｂから排気が流路の外へ漏れないようにしている。

なお、触媒担持体１は、例えば複数枚の金網を積層した素材、あるいは単層の金網素材、を焼結した多孔体に、触媒物質を担持させた構成を１個単位とした場合に、この構成を複数、例えば図２（ａ）に示すように流路方向に浄化部１Ａ同士の間隔を開けないで、又は図２（ｂ）に示すように流路方向に浄化部１Ａ同士の間隔を開けて、取付部１Ｂ同士を重ねて使用することも可能である。

さらに、触媒担持体１の浄化部１Ａの形状に関しては、面状とされたものの他、例えば図２（ｃ）に示すように流路上流から下流に向けて断面積が小さくなる錘状とされたもの、図２（ｄ）に示すように面状に凹凸や波を形成したもの、図２（ｅ）（ｆ）に示すように流路上流から下流に向けて断面円形又は断面矩形に膨出したもの、を使用することも可能である。

このような触媒担持体１を用いれば、排気との接触面積を広く確保できるから排気浄化効率が向上し、また、圧損も下げることが可能となる他、熱による素材の流路方向の膨張と収縮の機械的寸法変動も吸収するから、取り付けが安定するという効果がある。

また、触媒担持体１は、流路の接続部に取り付ける前に予め厚み方向から厚み中央へ表裏から加圧して密度を上げて本例では金網の目を潰す（閉塞する）ことについては、前記のとおり金網の目を潰しておく、流路の接続部に挟み込んで取り付けた結果、取付部１Ｂが厚み方向に潰れる、のいずれでもよい。

触媒担持体１は、本例では例えば内燃機関としてエンジンのシリンダヘッドＳＨの排気孔Ａと、マニホールドＢの排気流路Ｃとの接続部に、排気孔Ａから排気流路Ｃへの流路を遮るように取り付けられる。

なお、触媒担持体１は、本実施例全体を通して円形の面状とされたもので説明するが、その形状は上記のとおり浄化部１Ａと取付部１Ｂを有すること以外は限定せず、円に限らず、楕円でも多角形でも良い。また、触媒担持体１は、例えば多気筒のマニホールドＢにおいては、シリンダヘッドＳＨ側の端面のフランジ形状に沿った形状でよく、排気が流通する部位を浄化部１Ａでその外縁（浄化部１Ａを囲んだ部位）を取付部１Ｂとなっていればその形状は限定しない。

触媒担持体１は、例えばシリンダヘッドＳＨとマニホールドＢの互いの突き合わせたフランジ部ＳＨａ，Ｂａに取付部１Ｂを位置させ、フランジ部ＳＨａ，Ｂａに形成された各ねじ孔ＳＨｂ，Ｂｂをそれぞれ位置合わせしてボルトＰを挿入し、該ボルトＰとボルトＰの緩み止め用のスプリングワッシャＳＷを介してナットＮとによりフランジ部ＳＨａ，Ｂａを互いに接近する方向にねじ締結して取り付ける。

さらに、取付部１Ｂ及び接続体２Ａ，２Ｂには、シリンダヘッドＳＨのフランジＳＨａに形成されたねじ孔ＳＨｂ、これらねじ孔ＳＨｂと同位置でマニホールドＢのフランジＢａに形成されたねじ孔Ｂｂ、と連通する同じ位置に、ボルトＰの貫通孔１Ｂａ（取付部１Ｂ）及び２ａ，２ａ（接続体２Ａ）がそれぞれ設けられている。

そして、触媒担持体１は、シリンダヘッドＳＨとマニホールドＢとの接続部に位置させ、シリンダヘッドＳＨのねじ孔ＳＨｂに、前記貫通孔２ａ，１Ｂａ，２ａ及びマニホールドＢの端部のフランジ部Ｂａに設けたねじ孔Ｂｂを一致させ、これらねじ孔Ｂｂ、貫通孔２ａ，１Ｂａ，２ａ及びねじ孔ＳＨｂにスプリングワッシャＳＷを介してボルトＰを挿通して、ねじ結合して取り付ける。

すなわち、触媒担持体１は、厚み方向から加圧して密度を上げた取付部１Ｂの表裏から、該取付部１Ｂの形状に相似した接続体２Ａ，２Ｂで挟み込んで一体としている。接続体２は、内燃機関の燃焼室から比較的近い流路、例えばシリンダヘッドＳＨに形成した排気孔ＡとマニホールドＢの排気流路Ｃの流路における接続部に介在させるガスケットであってもよい。

以上のとおり、本発明の取付構造は、触媒担持体１の浄化部１Ａと取付部１Ｂとが別体ではなく、また、取付部１Ｂが厚み方向から加圧して密度を上げていることから、上記のように取り付けても排気が漏れることが防止されると共に、燃焼室からの排気の脈動によって触媒担持体１が振動しても、該触媒担持体１だけが排気流路Ｃの内部に脱落することがない。

また、本発明の取付構造の場合、触媒担持体１の取付部１Ｂの排気流通方向の表裏を接続体２Ａ，２Ｂが挟み込んでいるので、接続部からの排気の漏出防止が確実となる。

なお、接続体２の材質や詳細構成は、触媒担持体１の取り付け位置にもよるが、内燃機関の燃焼室から比較的近い位置に触媒担持体１を設けることを考慮すると、高温・高圧に耐え得る金属、銅合金等の材質を採用すればよい。

また、触媒担持体１は、上記において取付部１Ｂを厚み方向から加圧して密度を上げていたのに代えて（浄化部１Ａの厚み・密度はそのままで）、以下の接続体２Ｃ（図示なし）を設けてもよい。

すなわち、接続体２Ｃを用いた取付構造は、例えば接続体２Ｃを厚み方向から加圧して触媒担持体１と一体化したうえでに取り付けるというものである。

接続体２Ｃには、その外縁に、シリンダヘッドＳＨに設けたねじ孔ＳＨｂと同じ位置に、前記ねじ孔ＳＨｂにねじ込むボルトＰの貫通孔２ａが形成されている。

この場合における触媒担持体１は、例えば図１に示したようにしてシリンダヘッドＳＨのフランジＳＨｂとマニホールドＢのフランジＢａとの間に位置させ、スプリングワッシャＳＷを介してボルトＰを挿通して、ねじ結合して取り付ける。

接続体２Ｃを用いた取付構造であれば、触媒担持体１において接続体２Ｃと取付部１Ｂがより強固に一体化され、燃焼室からの排気の脈動によって触媒担持体１が振動した場合にも、触媒担持体１だけが排気流路Ｃの内部に脱落することを防止できると共に、排気がここから漏れることを確実に阻止できる。

また、本発明の取付構造は、触媒担持体１における取付部１Ｂに設けた接続部２Ｃに代えて、取付部１Ｂをカーボン繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維といった断熱フィラー又は膨張黒鉛で覆ったものを採用してもよい。

この場合、例えば、シリンダヘッドＳＨとマニホールドＢの互いの突き合わせたフランジ部ＳＨａ，Ｂａに触媒担持体１の接続部２Ｄを位置させ、ボルトＰでフランジ部ＳＨａ，Ｂａを互いに接近するように締めることで行う。こうすれば接続体２Ｄの断熱構成により、燃焼室から触媒担持体１への熱伝達を遮断することができる。

このように、本発明は、触媒担持体１が面状であること、また、面状の触媒担持体１を流路の接続部に取り付ける構成であるから、燃焼室から比較的近い位置にも設置することができる。そして、燃焼室から近い位置に設置した場合には、触媒担持体１における浄化部１Ａの外縁を取付部１Ｂとして実質的に全面浄化部１Ａであるので、燃焼室の脈動の振動で浄化部１Ａが排気流路Ｃへ脱落することが防止できる。

さらに、本発明は、流路の接続部に取り付けた際、取付部１Ｂから排気が漏れないようにしているので、ガスケットを介在させるごとく触媒担持体１を流路の接続部に取り付けることができ、取り付けの際の作業性が良い。また、使用により触媒担持体１が劣化した場合には、新しい触媒担持体１に交換すればよいので、交換の際の作業性も極めて良好である。

また、本発明は、取付構造を実施するにあたって、予め触媒担持体１において、取付部１Ｂと、該取付部１Ｂに設ける接続体２の構成、及びこれらを一体化する構成に高い自由度を持たせることができ、熱による素材の膨張又は収縮を吸収することができ、よって安定した取付強度が確保でき、さらに、取り付け位置や用途によって、様々に変形したり、機能を持たせたり、機能を特化したりすることができる。

１ 触媒担持体
１Ａ 浄化部
１Ｂ 取付部
２ 接続体

Claims (2)

1. 触媒担持体を排気の浄化部と外縁の取付部とし、前記浄化部が流路を遮るように、前記取付部に設けた貫通孔と該流路の接続部に設けたねじ孔とにボルトを挿通して、該取付部を該流路の接続部に挟み込んで厚み方向に潰して取り付けることを特徴とする触媒担持体の取付構造。
2. 流路の接続部から流体が漏れないように取付部に接続体を介在させて取り付けることを特徴とする請求項１記載の触媒担持体の取付構造。

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