(57)【要約】【課題】回転駆動装置を用いることなく省スペース化及び軽量化を実現し得る簡易な構成により、排気の偏りを解消できる触媒装置を提供する。【解決手段】触媒装置１は、筒状の外装体２と、この内部に長手方向へ摺動自在に遊嵌された中駒体４とから構成されている。中駒体４には触媒担体４ｅが備えられる。外装体２と中駒体４との間には、暖機完了後の熱膨張時には詰められる隙間が長手方向に設けられている。上流側及び下流側のそれぞれの隙間では、外装体２側に鋸歯状の固定カム斜面２ｃ、２ｄが形成され、これらに対向するように、中駒体４の上流及び下流側には、回転カム斜面４ｃ、４ｄが形成されている。これら固定カム斜面、回転カム斜面からなる回転カム構造は、何れも押圧時に矢印Ｒの方向へ中駒体４を回転案内するよう構成されている。【選択図】図１
2012202332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気浄化用の触媒担体を備えたエンジンの触媒装置であって、
筒状の外装体と、
前記触媒担体を内設し、前記外装体の長手方向へ摺動可能となるように前記外装体の内部に遊嵌された中駒体と、
前記外装体の上流側及び下流側に配置され、前記中駒体の往復摺動を所定範囲内に規制する上流側規制部及び下流側規制部とを具備してなり、
前記中駒体の上流端と前記上流側規制部との間、前記中駒体の下流端と前記下流側規制部との間、の少なくとも一方に、前記長手方向に垂直な仮想平面に沿って環状に連続する鋸歯状のカム斜面とこのカム斜面に前記長手方向から当接可能な斜面当接部とからなり、前記長手方向に沿った押圧状態で前記中駒体を前記長手方向の軸回りに回転案内する回転カム構造が備えられている
ことを特徴とする触媒装置。
【請求項２】
常温時において、前記所定範囲から前記中駒体の前記長手方向の長さを除いた遊び幅は、前記エンジンの始動前から暖機完了までに前記長手方向に膨張する前記中駒体の熱膨張幅よりも小さい
ことを特徴とする請求項１に記載の触媒装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気流路に設けられる触媒装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気下流側には、排気の浄化のために触媒装置が設けられている。この触媒装置は、活性成分が塗布された触媒担体を内包しており、この触媒担体表面を排気が流れることにより浄化が行われる。
【０００３】
ところで、触媒装置に繋がる排気管は、複雑な形状に曲げ加工されていることが多い。この場合、内部を流れる排気の分布が、排気管内で一様ではなくなる。このため、触媒担体の全ての領域が一様に排気に晒されることなく、一部にのみ排気が集まる。これにより、実質的に触媒が作用する領域は小さくなり、浄化効率が低下する。
【０００４】
また、一部にのみ排気が集まると、触媒担体の温度分布にも偏りが生じる。すなわち、活性温度に達している領域と、十分に温度が上昇していない活性状態の低い領域とが生じてしまう。このように、十分に温度が上昇していない領域では浄化効率の低下が生じ、逆に、過剰に温度上昇した一部の領域では熱劣化が進む。
【０００５】
そこで、従来から、この排気の偏りを解消するための構成が考えられている。そのうちの一つに、特許文献１に開示されている触媒装置がある。
【０００６】
図６は、この従来の触媒装置を示す概略構成図である。エンジン１００から延びる排気マニホールド１０１に排気管１０２が接続され、この下流側に触媒装置１０３が接続されている。ここで、この触媒装置１０３に内包される触媒担体１０４は、外部に設けられた回転手段１０６により、中心線Ｏの回りに回転させることが可能となっている。そして、この回転は、排気温度検出手段１０７及びエンジンの負荷検出手段１０８、１０９から得られる情報に基づいて制御手段１０５により制御されている。
【０００７】
これにより、触媒担体上の排気の分布が一様になるように保持し、浄化効率の低下や触媒担体の熱害の発生を抑えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１０２９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の触媒装置１０３では、触媒担体１０４上の排気の偏りを防止するために、排気温度検出手段１０７、負荷検出手段１０８、１０９、回転手段１０６及び制御手段１０５が必要であり、触媒装置１０３自体も、触媒担体１０４自体が回転手段１０６により回転可能に構成されていなければならず、ベアリングやリングギヤ等を備える必要がある。このため、コストが増大すると共に、触媒を回転制御するための装置を配置するスペースの確保が必要となり、軽量化及びコンパクト化に対して不利となる。
【００１０】
また、触媒装置１０３の内部の構造が複雑になると、排気流の乱れが生じるため、排気抵抗が生じ、排気効率が低下する。
【００１１】
さらに、回転手段１０６の動力には、他の補機類と同様に、エンジン１００の出力の一部が利用されるため、エンジン１００への負荷が増大し、燃費低下の原因となる。
【００１２】
そこで、本発明では、上記課題を解決するため、回転駆動装置を用いることなく省スペース化及び軽量化を実現し得る簡易な構成により、排気の偏りを解消できる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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の触媒装置は、排気浄化用の触媒担体を備えたエンジンの触媒装置であって、筒状の外装体と、前記触媒担体を内設し、前記外装体の長手方向へ摺動可能となるように前記外装体の内部に遊嵌された中駒体と、前記外装体の上流側及び下流側に配置され、前記中駒体の往復摺動を所定範囲内に規制する上流側規制部及び下流側規制部とを具備してなり、前記中駒体の上流端と前記上流側規制部との間、前記中駒体の下流端と前記下流側規制部との間、の少なくとも一方に、前記長手方向に垂直な仮想平面に沿って環状に連続する鋸歯状のカム斜面とこのカム斜面に前記長手方向から当接可能な斜面当接部とからなり、前記長手方向に沿った押圧状態で前記中駒体を前記長手方向の軸回りに回転案内する回転カム構造が備えられていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の触媒装置は、上記構成に加えて、常温時において、前記所定範囲から前記中駒体の前記長手方向の長さを除いた遊び幅は、前記エンジンの始動前から暖機完了までに前記長手方向に膨張する前記中駒体の熱膨張幅よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明の触媒装置によれば、外装体の中に遊嵌状態で配置された中駒体に含まれる触媒担体が、エンジン始動時の振動により、外装体の長手方向に往復摺動可能となる。そして、摺動可能となった中駒体は、この両端と上流側及び下流側規制部との間で形成される上下２箇所の隙間のうち何れか一方に設けられる回転カム構造により、長手方向の中心軸回りの一方向へ回転案内される。これにより、回転駆動装置を用いずとも、エンジンの振動のみによって触媒担体が長手方向の中心軸回りに回転することが可能となる。すなわち、排気管の複雑な形状に起因して排気の流れが偏っていたとしても、エンジンの始動の度に触媒担体を回転させることができ、満遍なく全体の触媒領域を使用することが可能となるので、触媒装置の寿命が延びる。
【００１６】
また、中駒体が摺動可能となる所定範囲から中駒体自身の長さを除いた遊び幅は、エンジンの始動前から暖機完了までに中駒体が膨張する熱膨張幅よりも小さいので、暖気完了時には、上流側及び下流側規制部の間に中駒体の上流端及び下流端が挟持される形になる。すなわち、エンジンの使用時には、外装体の内部における中駒体の振動が抑えられるので、異音の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る触媒装置の斜視片側断面図である。
【図２】図１の触媒装置の上下動に対する第１カム部及び第２カム部の周辺を示しており、（ａ）は上昇する中駒体の上端が外装体に当接した状態、（ｂ）は外装体に当接した中駒体が案内終端位置まで回転案内された状態、（ｃ）は落下した中駒体の下端が外装体に当接した状態、（ｄ）は外装体に当接した中駒体が案内終端位置まで回転案内された状態を示した断面図である。
【図３】図１の触媒装置の温度変化を示したものであり、（ａ）は常温時の状態を示し、（ｂ）は暖機完了時の状態を示した断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態における触媒装置の第１カム部及び第２カム部の周辺の状態を示した断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態における触媒装置の第１カム部及び第２カム部の周辺の状態を示した断面図である。
【図６】従来の触媒装置の周辺を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態における触媒装置について、図を用いて説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
先ず、本発明の第１の実施の形態について、図１〜図３を用いて説明する。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態における触媒装置１は、外装体２と、この外装体２の内部に摺動可能に遊嵌された中駒体４とから構成されている。紙面上方がエンジン側、すなわち、排気上流側を示し、紙面下方が排気下流側に対応している。
【００２０】
外装体２のうち排気流の上流側に位置する外装上流端２ａには、エンジンのシリンダヘッド（図示せず）から延びる排気管３が接続されている。また、下流側に位置する外装下流端２ｂには、マフラー等に繋がる排気管５が接続されている。
【００２１】
中駒体４は、その上流側の中駒上流端４ａが、外装体２に繋がる排気管３と略同一径の筒状に形成されている。また、その下流側の中駒下流端４ｂも同様に、外装体２から下流側へ延びる排気管５と略同一径の筒状に形成されている。そして、中駒体４の内部には、ハニカム構造の触媒担体４ｅが備えられている。
【００２２】
図１には、常温時の触媒装置１の状態が示されている。この常温状態において、外装上流端２ａと中駒上流端４ａとの間、及び、外装下流端２ｂと中駒下流端４ｂとの間には、隙間が形成されている。また、外装体２の内周面２ｅと中駒体４の外周面４ｆとの間にも僅かな隙間が形成されている。
【００２３】
これら上記長手方向に形成された上流側の隙間周辺に着目すると、外装上流端２ａの下流側には、周方向に環状（長手方向に垂直な仮想平面に沿った環形状）に繋がる鋸歯状の固定カム斜面２ｃが形成されている。そして、これに対向する中駒上流端４ａの上流側にも、同様に、同じピッチで環状に連続する鋸歯状の回転カム斜面４ｃが形成されている。このように、外装上流端２ａ及び中駒上流端４ａのそれぞれに固定カム斜面２ｃと回転カム斜面４ｃとからなる第１カム部６（回転カム構造）が構成されている。
【００２４】
一方、下流側の隙間周辺を見ると、上流側と同様に、外装下流端２ｂの上流側に固定カム斜面２ｄが形成されると共に、中駒下流端４ｂの下流側に回転カム斜面４ｄが形成されることにより第２カム部８（回転カム構造）が構成されている。
【００２５】
このように、中駒体４は外装体２の内側で長手方向に摺動可能であるが、その上流側は上流側規制部としての固定カム斜面２ｃにより摺動が規制され、下流側は下流側規制部としての固定カム斜面２ｄにより規制され、所定範囲のみの摺動が許される。
【００２６】
上記の第１カム部６及び第２カム部８は、何れも、中駒体４が長手方向に摺動し、上流側の固定カム斜面２ｃ又は下流側の固定カム斜面２ｄに押圧状態となったときに、中駒体４を矢印Ｒの方向に回転案内するように設定されている。次に、この回転案内の様子について、図２を用いて説明する。
【００２７】
図２は、中駒体４が外装体２の内側で上下に往復摺動する様子を示しているが、第１カム部６及び第２カム部８の周辺のみに着目し、その他説明には不要となる中駒体４の触媒担体４ｅ等の構成は便宜的に省略している。なお、中駒体４の回転案内による変位を説明
するために、図中には、回転カム斜面４ｃ及び回転カム斜面４ｄと一体に動く基準点Ｐを記している。
【００２８】
先ず、図２（ａ）では、中駒体４が上昇しているときの状態が示されている。中駒体４の上流側の回転カム斜面４ｃは外装体２の上流側の固定カム斜面２ｃに対して一部が当接した状態となっている。図から判るように、回転カム斜面４ｃは、固定カム斜面２ｃに案内されて、紙面左上方の移動方向Ｍ１の向きに摺接移動する。これにより基準点Ｐは僅かに左へ移動（中駒体４は長手方向の軸中心に回転）する。この次の状態が図２（ｂ）に示されている。
【００２９】
図２（ｂ）では、回転カム斜面４ｃが固定カム斜面２ｃに沿って回転案内され、これら両斜面が全面に亘って当接した状態が示されている（以降、この状態を案内終端位置に達した状態と呼ぶ。）。
【００３０】
続いて、図２（ｃ）では、上昇した中駒体４が落下し、中駒体４の下流側の回転カム斜面４ｄの一部と、固定カム斜面２ｄの一部とが当接状態になったときの様子が示されている。
【００３１】
このように、本実施の形態における第１カム部６と第２カム部８とは、同じピッチでカム斜面が形成され、且つ、互いに位相がずれるように構成されている。すなわち、第１カム部６及び第２カム部８の何れか一方側で中駒体４が当接状態となって案内終端位置まで回転案内され、長手方向に沿って他方側に跳ね返されるとき、他方側では、回転カム斜面４ｄと固定カム斜面２ｄとは一部のみで当接、言い換えれば、回転案内の中途位置で当接状態となる。このため、図２（ｃ）の状態で一部のみ当接状態となったカム斜面同士は、固定カム斜面２ｄの延びる方向Ｍ２の向きへ摺動することができる。これにより、基準点Ｐは更に同じ回転方向へ移動する。
【００３２】
図２（ｄ）では、落下してきた中駒体４が、固定カム斜面２ｄに沿って案内終端位置にまで達し、固定カム斜面２ｄと回転カム斜面４ｄとが全面に亘って当接した状態が示されている。
【００３３】
このように、図２（ａ）から（ｄ）に示した中駒体４の一連の上下動により、基準点Ｐは紙面左側に距離Ｄだけ進んだことになる。
【００３４】
以上のように、本実施の形態における触媒装置１では、遊嵌状態で外装体２の中に配置された中駒体４（触媒担体４ｅ）が長手方向に沿った往復摺動（振動）により上流側又は下流側規制部に当接する度に、中駒体４が長手方向の軸中心回りの一方向に僅かずつ回転する。
【００３５】
つまり、エンジンの振動が排気管を通じて排気系に伝わることにより触媒装置１の内側で中駒体４が振動し、第１カム部６又は第２カム部８において固定カム斜面と回転カム斜面との当接が繰り返されている間は、触媒担体４ｅは長手方向の軸回りに回転を続ける。
【００３６】
したがって、排気流の偏りにより触媒担体４ｅの特定の領域にしか排気流が導かれないような構造であっても、触媒担体４ｅ自身が回転することにより、広い範囲で排気流を受けることができる。これにより、一部の過剰な温度上昇を防止することができると共に、触媒担体４ｅのすべての領域を満遍なく利用できるので、触媒担体４ｅの劣化を遅らせて触媒装置１の寿命を長くすることが可能となる。
【００３７】
これに比べて、従来の触媒が回転しない構造では、排ガス当たりが不均一な状態となっ
ている場合、触媒担体の一部領域に急速な劣化が生じるため、予め触媒の塗布量（貴金属量）を増加させておくなどの対策が必要であった。このように、本実施の形態における触媒装置では、従来よりも触媒の塗布量を少量に抑えることができるので、低コストで長寿命化を実現することが可能である。
【００３８】
次に、暖機完了前後の触媒装置１の状態について図３を用いて説明する。図３（ａ）は、常温時の触媒装置の状態を示し、（ｂ）は暖機完了時の触媒装置の状態を示している。
【００３９】
図３（ａ）に示す触媒装置１では、外装体２の上流側の固定カム斜面２ｃと中駒体４の上流側の回転カム斜面４ｃとの間に隙間Ｌ５が形成されており、外装体２の下流側の固定カム斜面２ｄと中駒体４の下流側の回転カム斜面４ｄとの間に隙間Ｌ６が生じている。また、外装体２の内周面２ｅと中駒体４の外周面４ｆとの間にも僅かに隙間Ｌ４が生じている。
【００４０】
このように、本実施の形態における触媒装置１では、常温状態において、中駒体４の摺動域Ｌ１から中駒体４の長手方向の長さＬ２を差し引いた、上記隙間Ｌ５とＬ６とを合わせた遊び幅Ｌ３分の隙間が設けられている。そして、この遊び幅Ｌ３は、常温から暖機完了までの中駒体４の熱膨張幅よりも小さくなるように設定されている。このため、暖機完了時には、隙間Ｌ５及びＬ６は詰められる。この時の状態が図３（ｂ）に示されている。
【００４１】
図３（ｂ）に示すように、第１カム部６及び第２カム部８の何れとも圧着状態となっている。このため、中駒体４は外装体２と一体となり、振動と回転が生じない状態となる。
【００４２】
したがって、暖機完了後の使用状態では、振動により異音が発することはない。また、図３（ｂ）に示されているように、暖機完了時には、中駒体４の外側面と外装体２の内側面とが熱膨張により圧着状態となるように設定しておくと、外装体２の中で更に中駒体４が安定する。
【００４３】
ここでは、暖機完了後に中駒体４と外装体２とが密着状態となると説明したが、具体的には、３００℃以上になったときに、金属の熱膨張により長手方向の隙間が埋まり、中駒体４が動かなくなるような設定が実用的である。
【００４４】
以上のように、本実施の形態における触媒装置では、モータ等の動力を用いずとも、エンジンの振動のみで、暖機が完了する前の比較的温度が低いエンジン始動時に、触媒担体を回転させ、前回使用時とは異なる状態に配置することが可能となる。回転駆動のためにエンジンのエネルギーの一部が奪われることないので、燃費に影響を与えることなく、触媒装置の状態を良好に保つことが可能となる。また、回転駆動のための動力機構を必要としないことから、重量の増大を抑えると共に、省スペース化に有利であり、コストの低減をも実現可能である。
【００４５】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態における触媒装置について、図４を用いて説明する。
【００４６】
図４は、第１の実施の形態における図２と同様に、上流側及び下流側の第１カム部１６及び第２カム部１８（回転カム構造）の周辺の状態を示している。本実施の形態における触媒装置の外装体１２については、第１の実施の形態において図１に示した構造と同様であるが、中駒体１４の構造は異なっている。
【００４７】
具体的には、中駒体１４の上流端及び下流端には、回転カム斜面の代わりに、回転従動突起１４ｃ及び１４ｄ（斜面押圧部）が形成されている。
【００４８】
これにより、中駒体１４が上昇したときには、鋸歯状の固定カム斜面１２ｃに沿って回転従動突起１４ｃが矢印Ｍ３の方向へ摺動すると共に中駒体１４が矢印Ｒ１の方向へ回転案内される。また、図示していないが、落下したときには、同様に、鋸歯状の固定カム斜面１２ｄに沿って回転従動突起１４ｄが回転案内される。
【００４９】
このように、固定カム斜面１２ｃ、１２ｄと回転従動突起１４ｃ、１４ｄとから構成された回転カム構造により、第１の実施の形態と同様に、エンジンの振動のみで触媒担体を長手方向の軸回りに回転させることができる。
【００５０】
本実施の形態における触媒装置の構成では、暖機完了時に固定カム斜面１２ｃ及び１２ｄと、回転従動突起１４ｃ及び１４ｄとが隙間なく密着しないが、中駒体１４の外周の側面と外装体１２の内周の側面とが熱膨張により圧着されるように設定しておけば、全ての排気を触媒担体中に導くことが可能である。
【００５１】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態における触媒装置について、図５を用いて説明する。
【００５２】
図５は、第１の実施の形態における図２と同様に、上流側及び下流側の第１カム部２６及び第２カム部２８（回転カム構造）の周辺の状態を示している。本実施の形態における触媒装置の中駒体２４の構造については、第１の実施の形態において図１に示した構造と同様であるが、外装体２２の構造は異なっている。
【００５３】
具体的には、外装体２２の上流側及び下流側には、固定カム斜面の代わりに、固定突起２２ｃ及び２２ｄ（斜面押圧部）が形成されている。
【００５４】
これにより、中駒体２４が上昇したときには、固定突起２２ｃの頂点上を滑って回転カム斜面２４ｃが矢印Ｍ４の方向へ摺動し、これに伴い中駒体２４は矢印Ｒ２の方向へ回転案内される。また、図示していないが、落下したときには、同様に、固定突起２２ｄの頂点上を滑って回転カム斜面２４ｄが回転案内される。
【００５５】
このように、固定突起２２ｃ、２２ｄと回転カム斜面２４ｃ、２４ｄとから構成された回転カム構造により、第１の実施の形態と同様に、エンジンの振動のみで触媒担体を長手方向の軸回りに回転させることができる。
【００５６】
本実施の形態における触媒装置の構成では、暖機完了時に固定突起２２ｃ及び２２ｄと、回転カム斜面２４ｃ及び２４ｄとが隙間なく密着しない構造となっているが、中駒体２４の外周の側面と外装体２２の内周の側面とが熱膨張により圧着されるように設定しておけば、全ての排気を触媒担体中に導くことができるのは、第２の実施の形態と同様である。
【００５７】
尚、上記の各実施の形態では、外装体と中駒体とが長手方向で当接状態となる部分のそれぞれにカム構造が設けられている例を示したが、これに限らず、何れか一方側のみに設けられている構成であっても構わない。この場合、一往復したときの中駒体の回転量は少なくなるが、同様の効果を得ることが可能である。
【００５８】
また、上記の各実施の形態では、２つのカム構造のカム斜面のピッチが同一ピッチで形成されている例を示したが、これに限らず、それぞれ互いに異なるピッチで構成しても良い。この場合、それぞれにカム構造による回転量は異なるが、触媒担体を回転させるという効果は同様に得ることが可能である。
【００５９】
さらに、上記の各実施の形態では、２つの回転カム構造が外装体の上流側及び下流側の開口周りに設けられている構成を例として示したが、これ以外の位置に構成されていても良く、例えば、筒状の側面に沿って設けられていても構わない。
【００６０】
また、上記の実施の形態では、触媒担体の構造について、ハニカム構造を例として示したが、これに限らず、粒状、平板状等の他の構造に対しても同様な効果を得ることができるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６１】
１      触媒装置
２      外装体
２ａ      外装上流端
２ｂ      外装下流端
２ｃ      固定カム斜面（上流側規制部）
２ｄ      固定カム斜面（下流側規制部）
４      中駒体
４ａ      中駒上流端
４ｂ      中駒下流端
４ｃ、４ｄ      回転カム斜面
４ｅ      触媒担体
６      第１カム部
８      第２カム部
Ｌ１      摺動域（所定の範囲）
Ｌ２      中駒体の長さ
Ｌ３      遊び幅
【図１】
2012202332.tif 000003
【図２】
2012202332.tif 000004
【図４】
2012202332.tif 000005
【図５】
2012202332.tif 000006
【図６】
2012202332.tif 000007
【図３】
2012202332.tif 000008