(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各種担体が触媒層を担持してなる排気ガス浄化触媒をその内部に備えて内燃機関の排気ガスを適宜浄化する触媒マフラであって、
前記触媒マフラ胴体内において排気ガス浄化触媒をはさんで隔壁状に設置され、触媒マフラや排気ガス浄化触媒に作用する各種応力を支持し負担する補強プレートの周縁が、前記触媒マフラの胴体内周のうち所定の周位置にだけ栓溶接でもって間欠的に固定されてなり、かつ、
栓溶接部位から触媒マフラの胴心に向け延びる補強プレート周縁が触媒マフラの胴体内周と所定の離隔距離を保って屈曲してなることを特徴とする触媒マフラ。
【請求項２】
前記所定の周位置に溶接固定された前記補強プレート周縁における溶接部位の両端に、所定幅を持った切込み箇所を設けたことを特徴とする請求項１に記載の触媒マフラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種担体が触媒層を担持してなる排気ガス浄化触媒をその内部に備えて内燃機関の排気ガスを適宜浄化する触媒マフラに関し、特にその内部に補強プレートを備えるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
環境保全に対する認識の高まりや従来からの排気ガス規制措置に呼応するように、排気ガス浄化用の触媒やこれを備えた触媒マフラが種々開発されてきた。この触媒マフラは、例えばハニカム状に形成した金属系などの各種担体が貴金属等の触媒層を担持してなる排気ガス浄化触媒をその内部に備え、この触媒層でもって内燃機関の排気ガスに含まれる除去対象成分を取り込んで排気ガス浄化を実現するものであり、例えば図１に示すような基本構造を備えている。ここにおける触媒マフラ１０の構造は、略円筒形の胴体１１と、この胴体１１の内空を前室１２と後室１３とに区画して排気ガスの浄化を担う排気ガス浄化触媒１４と、この排気ガス浄化触媒１４をはさんで隔壁状に設置され触媒マフラ１０や排気ガス浄化触媒１４に作用する各種応力を支持し負担する補強プレート１５とから主に構成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし従来の触媒マフラにおいては、補強プレート１５の周縁Ａの全てと胴体１１内周とが溶接部位１６によりゆるぎなく固定されており、触媒マフラ１０に作用する各種応力を剛的に支持することは出来ても、自身に作用した応力をキャンセルすることは難しかった。例えば、触媒マフラ１０に通じる排気ガスが高温となっている場合に、補強プレート１５と胴体１１との温度差から応力が発生し、これが補強プレート１５に作用する状況が考えられる。当該補強プレート１５は、周縁Ａが全て胴体１１内周と固定されていて応力を逃すすべがないため、自身に作用した応力に由来する変形や破損、前記溶接部位１６の破断などが発生するおそれがあった。これらの問題は触媒マフラ１０の破損や、それによる排気ガス漏れ、騒音増大などのトラブルを引き起こしかねず解決が待たれていた。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、胴体との温度差により生じる熱膨張や収縮に由来する応力を吸収可能な補強プレートを備える触媒マフラを提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記目的を達成するためになされたもので、各種担体が触媒層を担持してなる排気ガス浄化触媒をその内部に備えて内燃機関の排気ガスを適宜浄化する触媒マフラであって、前記触媒マフラ胴体内において排気ガス浄化触媒をはさんで隔壁状に設置され、触媒マフラや排気ガス浄化触媒に作用する各種応力を支持し負担する補強プレートの周縁が、前記触媒マフラの胴体内周のうち所定の周位置にだけ栓溶接でもって間欠的に固定されてなり、かつ、栓溶接部位から触媒マフラの胴心に向け延びる補強プレート周縁が触媒マフラの胴体内周と所定の離隔距離を保って屈曲してなることを特徴とする。
【０００６】
上記発明において、前記所定の周位置に溶接固定された前記補強プレート周縁における溶接部位の両端に、所定幅を持った切込み箇所を設けることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本実施形態において、触媒マフラに発生する熱応力とそれに由来する変形量とをモデルを用いて解析し、その解析結果と併せて本発明の触媒マフラについて説明することとする。ここで用いるモデル用の触媒マフラは、図１に示す触媒マフラと同様の基本構造を備えるものであり、胴体内径を２５４ｍｍとしている。以下に、その解析条件を示す。
【０００９】
＝＝＝解析条件＝＝＝
１．温度条件：
▲１▼ＴＩ用マフラは最高内部ガス温度５５８℃、胴体温度３６８℃
▲２▼ＮＡ用マフラは最高内部ガス温度７５８℃、胴体温度５１４℃
▲３▼なお、水冷時にはＴＩ用およびＮＡ用の胴体温度ともに１００℃
２．使用材料：フェライト系ステンレス
【００１０】
＝＝＝熱応力の算定＝＝＝
触媒マフラ胴体の温度Ｔoと補強プレートの温度Ｔpとの温度差による熱膨張ミスマッチによる補強プレートの周縁にかかる応力ｐiは、
▲１▼ＴＩ用  ｐi＝ＥαＥ（Ｔp−Ｔo）
＝１６２００×１２．４×１０−６（５５８−３８０）
＝３５．８（ｋｇ／ｍｍ２ ）
＞σａ＝８．３ｋｇ／ｍｍ２  （４２５゜Ｃで）
▲２▼ＮＡ用  ｐi＝ＥαＥ（Ｔp−Ｔo）
＝１３５００×１２．４×１０−６（７５８−５１４）
＝４０．８（ｋｇ／ｍｍ２ ）
＞σａ＝４．８ｋｇ／ｍｍ２  （５４０゜Ｃで）
【００１１】
また、Ｌａｍｅの式から、外圧のみを受ける円筒（ここでは触媒マフラの胴体にあたる）にかかる応力は、
【００１２】
【イメージ１】
0004691289.tif 000002
となる。
【００１３】
この式１に基づいて上記条件をＴＩ用およびＮＡ用いずれに適用しても、補強プレートへ負荷される応力が許容値を超えてしまう。つまり、通常想定される触媒マフラの使用条件において、補強プレートに何らかの措置が施されない場合、許容値以上の応力が負荷され続けることが予想される。いずれは変形、破損、破断等の発生が危惧されるところである。
【００１４】
＝＝＝本発明の触媒マフラについて＝＝＝
図２は本発明の触媒マフラーにおける補強プレート１５と胴体１１との固定構造を示す説明図である。上述のような解析結果を受けて、本発明の触媒マフラ１０においては補強プレート１５に作用する応力を逃す構造が採用される。例えば、補強プレート１５の周縁Ａを、触媒マフラ１０の胴体１１内周のうち所定の周位置にだけ間欠的に溶接固定した構造を採用することとした。この構造は図２（ｂ）に示すように、補強プレート周縁Ａを全周にわたって胴体１１内周と溶接せず、特定の溶接部位２１のみにおいて溶接固定する構造となっている。このように適宜な間隔を設けて溶接固定すると共に、その溶接方法も栓溶接とすれば好適である。
【００１５】
また更に、溶接固定した前記補強プレート１５の周縁Ａにおける溶接部位２１の両端に、所定幅χを持った切込み箇所１６を設ける。これら、胴体１１の内周と溶接固定されていない補強プレート周縁Ａと切り込み箇所１６とは、胴体１１の円周方向に作用する熱膨張や熱収縮に応じて自身を変形させ吸収することから、補強プレート１５はあたかも伸縮継手を備えたのと同様の機能を持つことになるのである。
【００１６】
加えて図２（ａ）に示すように、前記栓溶接部位２１から触媒マフラ１０の胴心に向け延びる補強プレート周縁Ａが触媒マフラ１０の胴体内周と所定の離隔距離μを保って屈曲してなることとすれば、この離隔距離μの分だけ補強プレート１５は変形余裕を持つことができる。すなわち、触媒マフラ１０の胴体１１の直径方向に作用する熱膨張や熱収縮を、この離隔距離μの屈曲構造により吸収することが可能となるのである。詳細な計算結果はここでは省略するが、上述と同じ解析条件において同じ解析式を利用して応力計算等を行ったところ、本発明の触媒マフラに関しては、作用する応力が許容値におさまり、勿論、熱膨張や収縮に由来する変形量等も許容値に留まる優れた結果が得られた。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の触媒マフラは、触媒マフラに作用する各種応力を剛的に支持することが出来るとともに、自身に作用した応力をキャンセルすることも可能な補強プレートを備えることにより、例えば胴体と補強プレートとの温度差に由来する熱膨張応力や熱収縮応力をキャンセルすることができる。そのため、従来危惧されていた補強プレートの変形や破損、胴体内周との溶接部位の破断などが生じるおそれは解消される。そして、これら補強プレートの変形や破損等の問題が解消されることで、触媒マフラの破損や、排気ガス漏れ、騒音増大などの発生も抑制されることとなった。
【００１８】
従って、胴体との温度差により生じる熱膨張や収縮に由来する応力を吸収可能な補強プレートを備える触媒マフラを提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】触媒マフラーの基本構造を示す説明図である。
【図２】本発明の触媒マフラーにおける補強プレートと胴体との固定構造を示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ    補強プレート周縁
１０  触媒マフラ
１１  触媒マフラ胴体
１４  排気ガス浄化触媒
１５  補強プレート
【図１】
0004691289.tif 000003
【図２】
0004691289.tif 000004