(57)【要約】【課題】排気ガスに含まれていた異物を触媒から確実に振るい落としできる浄化装置を提供する。【解決手段】触媒１２はインナーガイド筒１３で保持されており、インナーガイド筒１３は、フランジ１５，１７とばね２１とを介して触媒ケース６で支持されている。排気ガスにインナーガイド筒１３が混入していても、排気ガスの動圧や車両の揺れ動き等で触媒１２が上下動することにより、異物２２は触媒１２の内部を次第に下降していって触媒１２から振り落とされる。異物２２の蓄積がないため、触媒１２の機能を維持できると共に、吸気不良による出力低下や燃費ダウンも防止できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に接続された触媒ケースの内部に、排気ガス浄化用の触媒が、当該触媒に含まれた異物を振るい落としできる動きが許容されるように前記触媒ケースに対して相対動可能に配置されている、
車両用内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、車両（自動車）に搭載される内燃機関の触媒式排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両用内燃機関の多くは、排気ガスの浄化のため触媒を使用している。触媒は多孔状であって触媒ケースに内蔵されており、触媒ケースを排気通路に接続して排気ガスを触媒に晒しているが、排気ガスには、燃料に含まれていた不純物や燃え滓等の粒子状異物が含まれているため、この異物によって触媒が目詰まりを起こす虞がある。
【０００３】
特に、燃料（ガソリン）の質が悪いと不純物も多いため、目詰まりの問題が現れやすい。そして、触媒の目詰まりが進むと排気ガス浄化性能が低下するのみならず、排気ガスの流れ抵抗が大きくなるため新気の吸入性も悪化して充填効率も悪化することになり、すると、出力低下を招来するのみならず、不完全燃焼の増大によって異物の発生が益々増大するという悪循環に陥ることになる。
【０００４】
この異物による触媒の目詰まりの点について特許文献１は、触媒ケースの上流部に、断面積を小さくした絞り部（くびれ部）を形成して、排気ガスを拡散した状態で触媒に当てることにより、異物が特定部位に集中することによる目詰まりを防止して触媒の機能維持を図ることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１７２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は触媒の全体を有効利用できる利点があるが、異物は触媒の内部に溜まっていくため、触媒の経年的な機能低下は防止できない。また、絞り部によって圧力損失が発生して燃費が悪化したり、絞り部が高温の排気ガスに晒されて異常に高温化し、強度が低下したり吹き抜け燃料の後燃えを誘発したりする虞もある。特に、高負荷・高回転域では排気ガスは高温化するため、絞り部の損傷が懸念される。
【０００７】
更に、排気マニホールドから触媒ケースへの排気ガスの流れは排気マニホールドの形状等によって微妙に相違するため、絞り部の設計も排気マニホールドの種類に応じて行わねばならず、このため設計に多大の手間とコストを要するのみならず、絞り部が十分に機能せずに、意図した効果を享受できない可能性も発生する。
【０００８】
本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、排気ガスに異物が発生してもこれを触媒から積極的に排除することで、触媒の機能維持等を図ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明の排気浄化装置は、排気通路に接続された触媒ケースの内部に、排気ガス浄化用の触媒が、当該触媒に含まれた異物を振るい落としできる動きが許容されるように前記触媒ケースに対して相対動可能に配置されている。
【００１０】
本願発明において、触媒の動きは様々な態様を採用できる。例えば、触媒ケースの軸方向の移動や軸心回りの回転動、或いは、触媒の軸心を触媒ケースの軸心に対して変化させる振れ動きなども採用できる。触媒を動かすきっかけは、例えば始動時や加速時の排気ガスの圧力を利用したり、車両の振動を利用したり、機関の振動を利用したりすることができる。触媒に正又は負の加速をかけると特に好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明では、触媒が触媒ケースに対して相対動することで、異物を触媒から振り落とすことができるため、異物が経時的に触媒に溜まっていくことを防止できる。その結果、触媒の浄化性能を長期にわたって高い状態に維持できると共に、触媒による排気ガスの流れ抵抗増大及び新気の吸入悪化を防止して、出力低下や不完全燃焼増大を防止又は著しく抑制できる。質が悪い燃料を使用せざるを得ない場合は、特に有益である。
【００１２】
また、触媒ケースや排気通路にくびれ部を設ける必要はないため、圧力損失が発生したり特定箇所に熱負荷が集中するようなことはなく、排気ガスのスムースな流れを確保できる。従って、汎用性が高くて排気通路の設計の自由性を向上できると共に、加工コストのアップも抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】内燃機関の部分的な側面図である。
【図２】第１実施形態の縦断側面図である。
【図３】第２実施形態の縦断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
(1).第１実施形態
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、シリンダブロック１の上面にシリダヘッド２が固定されており、シリダヘッド２の一側面に排気マニホールド３が固定されている。本実施形態の内燃機関は３気筒ガソリン機関であり、このため、排気マニホールド３は排気ポートに連通した３つの枝管４を有しており、排気マニホールド３の集合部５に触媒ケース６が接続されている。
【００１５】
触媒ケース６は、その大分部を構成する本体部７とこれに下方から嵌合した下蓋８とで構成されており、本体部７の上端に段違いの小径部７ａを形成し、小径部７ａを排気マニホールド３の集合部５に溶接している。
【００１６】
他方、下蓋８は、その上端部は本体部７に外側から嵌合するストレート状になっているが、それより下の部分は下窄まりのテーパ状になっており、下蓋８の下端にジョイント管９を介して排気管１０が接続されている。ジョイント管９には横向きに張り出したブラケット１１を固定しており、ブラケット１１は、図示しないステーを介してシリンダブロック１に取付けられている。
【００１７】
触媒ケース６の内部には、多孔状の触媒（三元触媒）１２が配置されている。触媒１２の外周にはインナーガイド筒１３が固定されており、インナーガイド筒１３の上端寄りの部分と下端寄りの部分とに、上下一対の外向きフランジ１４，１５を設けている。他方、触媒ケース６における本体部７のうち、インナーガイド筒１３の上端部と下端部との高さの箇所に内向きフランジ１６，１７を設け、上下フランジ１６，１７の内周縁に、インナーガイド筒１３を上下動自在に保持する上下のアウターガイド筒１８，１９が設けられている。
【００１８】
そして、上部の外向きフランジ１４と内向きフランジ１６との間、及び、下部の外向きフランジ１５と内向きフランジ１７との間に、それぞれ複数個のばね（圧縮コイルばね）２０，２１を配置している。上下のコイルばね２０，２１は、周方向に沿って飛び飛びで配置されている。上下のコイルばね２０，２１が均衡している状態で、上側のアウターガイド筒１８と外向きフランジ１４との間に僅かの上下間隔Ｈ１の隙間が空いており、下側のアウターガイド筒１９と外向きフランジ１５との間にも若干の上下間隔Ｈ２の隙間が空いており、Ｈ１はＨ２よりもかなり小さくなっている。
【００１９】
内外のガイド筒１３，１８，１９を設けたのは、排気ガスの吹き抜けを防止するためであるが、排気ガスの吹き抜けをより的確に阻止するために、内外のガイド筒１３，１８，１９の間に、排気ガスの吹き抜けを阻止するためのガスケット（無機シール材）を配置することも可能である。また、アウターガイド筒１８，１９を設けずに、外向きフランジ１４，１５を、ガスケットを介して本体部７の内周面に当接させてもよい。
【００２０】
以上の構成において、機関の始動時に排気ガスが触媒１２に当たったり、加速等による踏み込みで排気ガスの量が一気に増えたりすると、触媒１２に排気ガスの動圧が掛かることで触媒１２は下部のばね２１に抗して下向き移動し、移動量が大きい場合は下部の外向きフランジ１５が下部のアウターガイド筒１９に衝突する。
【００２１】
そして、排気ガスに不純物や燃え滓等の小さな異物２２が含まれていてこれが触媒１２の内部に入り込んでも、触媒１２が急激に下向き動することによる慣性力や、触媒１２がアウターガイド筒１９に当たって止まったときの衝撃により、異物２２は触媒１２の内部を下がっていき、触媒１２が何回か動くうちに振り落とされてしまう。従って、異物２２が触媒１２の内部に溜まったままになることを防止して、触媒１２の機能を維持し続けることができる。
【００２２】
なお、触媒１２は排気ガスの動圧のみでなく、車両が走行に際して上下に揺れることによっても大きく下降したり上昇したりして、触媒ケース６に対して相対的に上下動する。そして、下降動は下部のアウターガイド筒１９で阻止されて、上昇動は上部のアウターガイド筒１８で阻止されるが、そのときに触媒１２に衝撃が作用するため、異物２２は触媒１２の内部をどんどん下に移動していって、触媒１２から確実に振るい落とされる。
【００２３】
インナーガイド筒１３は、外向きフランジ１４，１５の支持部材としての機能している。従って、上部と下部とに分離して設けることも可能である。また、インナーガイド筒１３を上下全長にわたって設ける場合は、その全体又は（上下外向きフランジ１４，１５の間の部位）を穴空き板（パンチングメタル）で構成してもよい。本体部７に酸素濃度等を検知するセンサを設けると、センサは排気ガスに晒さないといけないが、インナーガイド筒１３を上下の箇所のみに設けたり穴空き板で構成したりすることは、酸素濃度等の検知のためにも有益である。
【００２４】
なお、図２の場合は、上部のばね２０は必ずしも必要はなく、下部のばね２１のみを使用してもよい。或いは、上部のばね２０を引っ張りばねとして、触媒１２を吊り下げる方式にすると、下部のばね２１を不要にできる。
【００２５】
(2).第２実施形態・その他
図３に示す第２実施形態では、インナーガイド筒１３の上部に外向きフランジ１４を設ける一方、本体部７の下部に内向きフランジ１７を設けて、これら上下のフランジ１４，１７により、インナーガイド筒１３を外側から囲う大径のばね（圧縮コイルばね）２３を支持している。外向きフランジ１４の上限はアウターガイド筒１８で規制されている。第１実施形態と同様に、インナーガイド筒１３は穴空き板で構成するのが好ましい。
【００２６】
この実施形態では、触媒１２の下降動を規制するストッパーは設けておらず、いったん下降してから上昇すると、その上昇動がアウターガイド筒１８によって規制される（勿論、下降動を規制するストッパーを設けてもよい。）。この実施形態では、触媒１２と本体部７との間の間隔を狭めることができるため、触媒ケース６を大型化しなくてもよい利点がある。
【００２７】
図３の実施形態と図２の実施形態とを組み合わせて、図３の実施形態の大径のばねを図２のばね２０，２１に置き換えることも可能である。また、図２のばね２０，２１に代えて、弾性を有するガスケットを使用することも可能である。
【００２８】
本願発明は、上記の他にも様々に具体化できる。例えば、上記の両実施形態ではばねを触媒１２の外周の外側に配置したが、触媒１２の下面をばねで支持することも可能である。また、ばねはコイルばねに限らず、板ばねなども使用できる。
【００２９】
また、触媒の動きは上下動には限らず、他の動きをさせることも可能である。例えば、触媒を下方からコイルばねで支持することで、軸心がランダムに倒れるように構成することも可能である。また、触媒を触媒ケースにて回転自在に支持して、排気ガスの動圧等で触媒を回転させることも可能である。異なる動きを組み合わせることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本願発明は、車両内燃機関の排気浄化装置に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３１】
２  シリンダヘッド
３  排気マニホールド
６  触媒ケース
７  触媒ケースの本体部
８  触媒ケースの下蓋
１２  触媒
１３  インナーガイド筒
１４，１５  外向きフランジ
１６，１７  内向きフランジ
１８，１９  アウターガイド筒
２０，２１，２３  ばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
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