(57)【要約】【課題】生産性を高めつつエンジン性能及び排気ガス浄化性能の向上が可能な排気ガス浄化用触媒コンバーター装置を提供する。【解決手段】組立て時の保持マット８１の嵩密度が０．２５ｇ／ｃｍ3以上且つ０．５１ｇ／ｃｍ3未満となるように、保持マット８１の厚さと、圧入治具１０５を通過する際の保持マット締め代及び保持筒８２に圧入後の保持マット締め代とから触媒保持体８０の外径Ｄ１を設定するとともに、保持マット８１を非膨張無機繊維シートで形成し、触媒コンバーター装置６３を使用時に保持筒８２に対して触媒保持体８０を軸方向に移動させる押圧力Ｆが求められ、この押圧力Ｆを上回る保持力Ｒが得られるように、保持マット８１の触媒保持体８０への巻き掛け直径Ｄ１よりも触媒保持体８０に巻かれた保持マット８１における触媒保持体８０の長手方向に沿った長さＬ２が長く設定されている。【選択図】図４
2013204424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のセラミックスハニカム担体に触媒が担持された触媒保持体（８０）が、この触媒保持体（８０）の外方を覆う金属製筒状部材（８２）に保持マット（８１）を介して保持されて組立てられた排気ガス浄化用触媒コンバーター装置において、
前記触媒保持体（８０）の所定の単体許容強度を越えない範囲で、組立て時の前記保持マット（８１）の嵩密度が０．２５ｇ／ｃｍ3以上且つ０．５１ｇ／ｃｍ3未満となるように、前記保持マット（８１）の厚さと、前記金属製筒状部材（８２）に前記触媒保持体（８０）を圧入する圧入治具（１０５）を前記触媒保持体（８０）に巻かれた前記保持マット（８１）が通過する際の保持マット締め代及び前記金属製筒状部材（８２）に圧入後の保持マット締め代とから前記触媒保持体（８０）の外径（Ｄ１）を設定するとともに、前記保持マット（８１）を非膨張無機繊維シートで形成し、且つ排気管（６１）内又はマフラー（６２）内で前記排気ガス浄化用触媒コンバーター装置（６３）を使用時に前記触媒保持体（８０）の上流側と下流側とに作用する排気ガスの圧力差（Ｐ）と、前記触媒保持体（８０）に加わる振動による外力とから前記金属製筒状部材（８２）に対して前記触媒保持体（８０）を軸方向に移動させる下記の触媒保持体押圧力（Ｆ）が求められ、この触媒保持体押圧力（Ｆ）を上回る保持力（Ｒ）が得られるように、前記保持マット（８１）の前記触媒保持体（８０）への巻き掛け直径（Ｄ１）よりも前記触媒保持体（８０）に巻かれた前記保持マット（８１）における前記触媒保持体（８０）の長手方向に沿った長さ（Ｌ２）が長く設定されていることを特徴とする排気ガス浄化用触媒コンバーター装置。
Ｆ＝Ｇ・Ｍ＋Ｐ・Ｓ
但し、
Ｇ：使用時における触媒保持体の振動の加速度
Ｍ：触媒保持体の質量
Ｐ：使用時の触媒保持体の上流側と下流側とに作用する排気ガスの圧力差
Ｓ：触媒保持体の受圧面積
【請求項２】
前記使用時に前記触媒保持体（８０）を保持する保持力（Ｒ）は、最高使用温度で所定時間加熱してへたった後の前記保持マット（８１）の最高使用温度における摩擦係数（μ）と、前記最高使用温度での前記保持マット（８１）の締め代により発生する前記保持マット（８１）の面圧（ＣＰ）とから求められることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化用触媒コンバーター装置。
【請求項３】
前記保持マット（８１）の長さ（Ｌ２）は、前記触媒保持体（８０）の長手方向の長さ（Ｌ１）に対して所定長さ（α）だけ短くなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化用触媒コンバーター装置。
【請求項４】
請求項３に記載の排気ガス浄化用触媒コンバーター装置（６３）は、前記マフラー（６２）の内部に収納された排気管（６１）の下流端部に溶接されてなる鞍乗り型車両。
【請求項５】
長さの異なる複数種類の前記触媒保持体（８０）の中から選択された触媒保持体（８０）が前記マフラー（６２）に組み付けられることを特徴とする請求項４に記載の鞍乗り型車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、担体に触媒が担持された触媒保持体が保持マットを介して金属製筒状部材内に保持された排気ガス浄化用触媒コンバーター装置及びこの排気ガス浄化用触媒コンバーター装置を備える鞍乗り型車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気装置には、排気ガスに含まれる炭化水素、一酸化炭素や窒素酸化物を浄化する触媒を備えた触媒コンバーター装置が設けられている。
このような触媒コンバーター装置としては、担体に触媒が担持された触媒保持体が、排気管又はマフラーに設けられた金属製筒状部材内保持マットを介して保持されたものがあり、触媒保持体と金属製筒状部材との間に挿入された保持マットの締め代によって触媒保持体が保持されている。
上記の触媒コンバーター装置に備える保持マットには、アルミナファイバー層及びセラミックファイバー層の二層からなるもの（特許文献１参照）があり、また、触媒コンバーター装置の組立方法には、有機シートで保持マットを触媒保持体に巻き付けた後に金属製筒状部材に圧入するもの（例えば、特許文献２参照）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２０４８１９号公報
【特許文献２】特許第３５２７９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、二層のうちの一方の層を形成した後に、その層に他の層を形成して一体シートを形成しているが、単一の層からなる保持マットを成形するよりも工数が増え、生産性の低下を招く。また、特許文献２では、保持マットの外側に有機シートを巻き付けるので、その工程増により、生産性の低下が課題となる。
上記したように、保持マットを二層にしたり保持マットに加えて有機シートを用いたりする場合、触媒保持体と金属製筒状部材との間の保持マットを挿入するクリアランスが減少するので、保持マットの所定の締め代が得られるようにするには、金属製筒状部材の内径を同一にすると、触媒保持体の外径を小さくする必要がある。
触媒保持体の外径を小さくすると、触媒表面積が減少し、また、排気ガス通路の流路抵抗が大きくなる。これにより、排気ガス浄化性能及びエンジン性能が影響を受ける。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、生産性を高めるとともに、エンジン性能及び排気ガス浄化性能を向上させることが可能な排気ガス浄化用触媒コンバーター装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するため、本発明は、円筒状のセラミックスハニカム担体に触媒が担持された触媒保持体（８０）が、この触媒保持体（８０）の外方を覆う金属製筒状部材（８２）に保持マット（８１）を介して保持されて組立てられた排気ガス浄化用触媒コンバーター装置において、前記触媒保持体（８０）の所定の単体許容強度を越えない範囲で、組立て時の前記保持マット（８１）の嵩密度が０．２５ｇ／ｃｍ3以上且つ０．５１ｇ／ｃｍ3未満となるように、前記保持マット（８１）の厚さと、前記金属製筒状部材（８２）に前記触媒保持体（８０）を圧入する圧入治具（１０５）を前記触媒保持体（８０）に巻かれた前記保持マット（８１）が通過する際の保持マット締め代及び前記金属製筒状部材（８２）に圧入後の保持マット締め代とから前記触媒保持体（８０）の外径（Ｄ１）を設定するとともに、前記保持マット（８１）を非膨張無機繊維シートで形成し、且つ排気管（６１）内又はマフラー（６２）内で前記排気ガス浄化用触媒コンバーター装置（６３）を使用時に前記触媒保持体（８０）の上流側と下流側とに作用する排気ガスの圧力差（Ｐ）と、前記触媒保持体（８０）に加わる振動による外力とから前記金属製筒状部材（８２）に対して前記触媒保持体（８０）を軸方向に移動させる下記の触媒保持体押圧力（Ｆ）が求められ、この触媒保持体押圧力（Ｆ）を上回る保持力（Ｒ）が得られるように、前記保持マット（８１）の前記触媒保持体（８０）への巻き掛け直径（Ｄ１）よりも前記触媒保持体（８０）に巻かれた前記保持マット（８１）における前記触媒保持体（８０）の長手方向に沿った長さ（Ｌ２）が長く設定されていることを特徴とする。
Ｆ＝Ｇ・Ｍ＋Ｐ・Ｓ
但し、
Ｇ：使用時における触媒保持体の振動の加速度
Ｍ：触媒保持体の質量
Ｐ：使用時の触媒保持体の上流側と下流側とに作用する排気ガスの圧力差
Ｓ：触媒保持体の受圧面積
【０００６】
この構成によれば、保持マットの嵩密度が０．２５ｇ／ｃｍ3以上且つ０．５１ｇ／ｃｍ3未満の範囲と非膨張無機繊維シートからなる保持マットとを組み合わせることで、触媒保持体の強度・剛性と、触媒保持体、金属製筒状部材、保持マットの生産性とが考慮された触媒保持体の最適サイズを導くことができるとともに、触媒保持体を保持する保持力を、保持マットにおける触媒保持体の長手方向に沿った長さを長くすることによる保持マットと触媒保持体、金属製筒状部材との接触面積の増加によって高めるようにしたので、保持マットの締め代を小さくすることが可能になり、触媒保持体の外径を増加させることができる。この結果、セラミックスハニカム担体のハニカムを形成するリブの密度や厚さの最適化を図ることができ、触媒表面積の増加及び流路抵抗の低減を図ることができて、排気ガス浄化性能及びエンジン性能を向上させることができるとともに、締め代の減少によって圧入作業を容易に且つ効率良く行うことができ、生産性を高めることができる。
【０００７】
上記構成において、前記使用時に前記触媒保持体（８０）を保持する保持力（Ｒ）は、最高使用温度で所定時間加熱してへたった後の前記保持マット（８１）の最高使用温度における摩擦係数（μ）と、前記最高使用温度での前記保持マット（８１）の締め代により発生する前記保持マット（８１）の面圧（ＣＰ）と、前記金属製筒状部材（８２）又は前記触媒保持体（８０）と前記保持マットとの接触面積（Ａ）とから求められるようにしても良い。この構成によれば、保持マットの摩擦係数を所定時間の熱へたり後に測定することにより、保持マットの摩擦係数を使用寿命を想定した値に近づけることができ、高温に晒されることにより低下したより正確な保持力の下限値を基にして触媒保持体の軸方向長さに対応した保持マット長さを最適化することができる。
【０００８】
また、上記構成において、前記保持マット（８１）の長さ（Ｌ２）は、前記触媒保持体（８０）の長手方向の長さ（Ｌ１）に対して所定長さ（α）だけ短くなっていても良い。この構成によれば、保持マットの端部を触媒保持体の端部よりも軸方向にはみ出さないようにすることができ、これによって、金属製筒状部材に、保持マットが巻かれた触媒保持体を圧入する際に、保持マットが邪魔にならないように圧入作業を行うことができる。
【０００９】
また、上記構成において、排気ガス浄化用触媒コンバーター装置（６３）は、前記マフラー（６２）の内部に収納された排気管（６１）の下流端部に溶接されていても良い。この構成によれば、マフラーを細く形成でき、鞍乗り型車両の側方への張り出しを防止することができる。
また、上記構成において、長さの異なる複数種類の前記触媒保持体（８０）の中から選択された触媒保持体（８０）が前記マフラー（６２）に組み付けられるようにしても良い。この構成によれば、触媒保持体の外径を揃えることで圧入治具等が共用可能であり、より生産性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、触媒保持体の所定の単体許容強度を越えない範囲で、組立て時の保持マットの嵩密度が０．２５ｇ／ｃｍ3以上且つ０．５１ｇ／ｃｍ3未満となるように、保持マットの厚さと、金属製筒状部材に触媒保持体を圧入する圧入治具を触媒保持体に巻かれた保持マットが通過する際の保持マット締め代及び金属製筒状部材に圧入後の保持マット締め代とから触媒保持体の外径を設定するとともに、保持マットを非膨張無機繊維シートで形成し、且つ排気管内又はマフラー内で排気ガス浄化用触媒コンバーター装置を使用時に触媒保持体の上流側と下流側とに作用する排気ガスの圧力差と、触媒保持体に加わる振動による外力とから金属製筒状部材に対して触媒保持体を軸方向に移動させる下記の触媒保持体押圧力Ｆが求められ、この触媒保持体押圧力Ｆを上回る保持力が得られるように、保持マットの触媒保持体への巻き掛け直径よりも触媒保持体に巻かれた保持マットにおける触媒保持体の長手方向に沿った長さが長く設定されているので、保持マットの嵩密度が０．２５ｇ／ｃｍ3以上且つ０．５１ｇ／ｃｍ3未満の範囲と非膨張無機繊維シートからなる保持マットとを組み合わせることで、触媒保持体の強度・剛性と、触媒保持体、金属製筒状部材、保持マットの生産性とが考慮された触媒保持体の最適サイズを導くことができるとともに、触媒保持体を保持する保持力を、保持マットにおける触媒保持体の長手方向に沿った長さを長くすることによる保持マットと触媒保持体、金属製筒状部材との接触面積の増加によって高めるようにしたので、保持マットの締め代を小さくすることが可能になり、触媒保持体の外径を増加させることができる。この結果、セラミックスハニカム担体のハニカムを形成するリブの密度や厚さの最適化を図ることができ、触媒表面積の増加及び流路抵抗の低減を図ることができて、排気ガス浄化性能及びエンジン性能を向上させることができるとともに、締め代の減少によって圧入作業を容易に且つ効率良く行うことができ、生産性を高めることができる。
Ｆ＝Ｇ・Ｍ＋Ｐ・Ｓ
但し、
Ｇ：使用時における触媒保持体の振動の加速度
Ｍ：触媒保持体の質量
Ｐ：使用時の触媒保持体の上流側と下流側とに作用する排気ガスの圧力差
Ｓ：触媒保持体の受圧面積
【００１１】
また、使用時に触媒保持体を保持する保持力は、最高使用温度で所定時間加熱してへたった後の保持マットの最高使用温度における摩擦係数と、最高使用温度での保持マットの締め代により発生する保持マットの面圧と、金属製筒状部材又は触媒保持体と保持マットとの接触面積とから求められるので、保持マットの摩擦係数を所定時間の熱へたり後に測定することにより、保持マットの摩擦係数を使用寿命を想定した値に近づけることができ、高温に晒されることにより低下したより正確な保持力の下限値を基にして触媒保持体の軸方向長さに対応した保持マット長さを最適化することができる。
【００１２】
また、保持マットの長さは、触媒保持体の長手方向の長さに対して所定長さだけ短くなっているので、保持マットの端部を触媒保持体の端部よりも軸方向にはみ出さないようにすることができ、これによって、金属製筒状部材に、保持マットが巻かれた触媒保持体を圧入する際に、保持マットが邪魔にならないように圧入作業を行うことができる。
【００１３】
また、排気ガス浄化用触媒コンバーター装置は、マフラーの内部に収納された排気管の下流端部に溶接されているので、マフラーを細く形成でき、鞍乗り型車両の側方への張り出しを防止することができる。
また、長さの異なる複数種類の触媒保持体の中から選択された触媒保持体がマフラーに組み付けられるので、触媒保持体の外径を揃えることで圧入治具等が共用可能であり、より生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の排気ガス浄化用触媒コンバーター装置を備える自動二輪車を示す左側面図である。
【図２】排気マフラー装置を示す側面図である。
【図３】排気管の後部を示す断面図である。
【図４】触媒コンバーター装置を示す断面図である。
【図５】触媒コンバーター装置の製造工程を示す作用図である。
【図６】触媒コンバーター装置の圧入工程を示す作用図である。
【図７】保持マットの面圧と嵩密度の関係を示すグラフである。
【図８】触媒保持体の熱間保持力と保持マットの軸方向長さの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、説明中、前後左右および上下といった方向の記載は、特に記載がなければ車体に対する方向と同一とする。また、各図に示す符号ＦＲは車体前方を示し、符号ＵＰは車体上方を示し、符号ＬＥは車体左方を示している。
図１は、本発明の排気ガス浄化用触媒コンバーター装置を備える自動二輪車を示す左側面図である。
自動二輪車１０は、車両前部に配置されるハンドル１１によって操向可能に設けられた前輪１２と、前輪１２の後方に配置された駆動源としてのエンジン１３と、エンジン１３の後方に配置されてエンジン１３により駆動される後輪１４と、前輪１２及び後輪１４のそれぞれの間の上方に配置されるシート１５とを有し、このシート１５に乗員が跨って座る形態の鞍乗り型車両である。
【００１６】
自動二輪車１０の車体フレーム４０は、前輪１２を支持するフロントフォーク１６を操向可能に支持するヘッドパイプ４１と、ヘッドパイプ４１から車両後方へ後下がりに延びるメインフレーム４２と、メインフレーム４２の後部から後上がりに車両後方へ延びる左右一対のシートレール４３，４３（手前側の符号４３のみ図示）と、メインフレーム４２の後部から下方に延びる左右一対のピボットプレート４４，４４（手前側の符号４４のみ図示）とを有している。
後輪１４を軸支するスイングアーム１８は、ピボットプレート４４，４４に揺動自在に軸支されている。スイングアーム１８の後部とシートレール４３の後部との間には、リヤクッションユニット１９が掛け渡されている。
【００１７】
自動二輪車１０は、樹脂製の車体カバー２０によって覆われている。車体カバー２０は、車両の前面を覆うフロントカバー２１と、フロントカバー２１の後部から車両後部まで連続して設けられ、車両の側面を覆う左右一対のサイドカバー２２，２２（手前側の符号２２のみ図示）と、エンジン１３の上方で車両の上部を覆うアッパーカバー２５と、ピボットプレート４４を覆うピボットプレートカバー２７とを有している。
前輪１２の上方はフロントフェンダ２８で覆われ、ハンドル１１の中央部はハンドルカバー２６で覆われ、後輪１４の上方はリヤフェンダ２９で覆われている。
【００１８】
エンジン１３は、エンジンステー（不図示）によって、メインフレーム４２に吊り下げられるようにして支持され、シリンダ軸線が車両前後方向に略水平に延びる単気筒エンジンであり、車両後側から順に、クランクケース５２、シリンダブロック５３、シリンダヘッド５５を有している。変速機（不図示）は、クランクケース５２内に一体に設けられている。変速ペダル５６は、クランクケース５２に設けられる。
クランクケース５２の左側面にはエンジン１３の出力軸３１が突出し、この出力軸３１に設けられたドライブスプロケット３２と後輪１４に設けられたドリブンスプロケット３３との間にチェーン３４が巻き掛けられ、後輪１４が駆動される。
エンジン１３の下面には、車幅方向に延びるステップステー４７が取付けられ、このステップステー４７の両端に左右一対の運転者用のステップ４８，４８（手前側の符号４８のみ図示）が設けられる。
【００１９】
シリンダヘッド５５の上方には、シリンダヘッド５５の吸気ポートに接続されるスロットルボディ１７が設けられている。
シリンダヘッド５５の下面に形成された排気ポート５５Ａには、チェーン３４が配置された車両左側とは反対側の車両右側を通って車両後方へ延びる排気マフラー装置６０が接続されている。
【００２０】
図２は、排気マフラー装置６０を示す側面図である。
図１及び図２に示すように、排気マフラー装置６０は、排気ポート５５Ａに接続されて後方に延びる排気管６１と、排気管６１に接続されて排気管６１を通った高温・高圧の排気ガスを減圧して外部に排出するマフラー６２とを有している。排気管６１の後部はマフラー６２内に延びており、排気ガスを浄化する触媒コンバーター装置６３は、排気管６１の後部に設けられてマフラー６２内に収納されている。
排気マフラー装置６０は、排気管６１に設けられた前部ハンガー部６４と、マフラー６２に設けられた後部ハンガー部６５を介して車体側にボルト等によって固定される。
【００２１】
マフラー６２は、排気管６１よりも大径の円筒状に形成された本体ケース６６を有し、複数の隔壁６７Ａ，６７Ｂ及び後壁６８によって本体ケース６６の内部空間が複数の膨張室Ｘ，Ｙ，Ｚに仕切られた多段膨張式の消音器である。前側の膨張室Ｘと後側の膨張室Ｙとは、中央の膨張室Ｚを通って隔壁６７Ａ，６７Ｂを貫通する第１連通管６９によって連通し、膨張室Ｙと膨張室Ｚとは隔壁６７Ｂを貫通する第２連通管７０によって連通し、膨張室Ｚは、隔壁６７Ｂ及び後壁６８を貫通するテールパイプ７１によってマフラー６２の外側に連通している。
本体ケース６６の前部には、排気管６１が接続される上流端６６Ａ側ほど小径になるテーパ部６６Ｂが形成されている。
排気ガスは、排気管６１から膨張室Ｘに流入し、第１連通管６９を通って膨張室Ｙに流入し、流れ方向を反転して第２連通管７０を通って膨張室Ｚに流入し、再び流れ方向を反転してテールパイプ７１を通って外部に排出される。
【００２２】
図３は、排気管６１の後部を示す断面図である。
図２及び図３に示すように、排気管６１は、複数の管を溶接で接合することで、前後に延びる一本の管状に形成されている。
排気管６１は、排気ガスの流れの上流側を構成する排気管上流部６１Ａと、この排気管上流部６１Ａの下流端に接続される排気管下流部６１Ｂとを備えている。
排気管上流部６１Ａは、排気ポート５５Ａに接続されるフランジを備えた排気ポート接続部７２と、排気ポート接続部７２から触媒コンバーター装置６３側へ延びる管部７３と、管部７３から延びて触媒コンバーター装置６３に接続される下流テーパ管部７４と、管部７３との間に隙間を開けた状態で管部７３の後部を外側から覆うアウターパイプ７５とを有する。排気管下流部６１Ｂは、触媒コンバーター装置６３と、触媒コンバーター装置６３の下流側に接続されるテーパ管８８及び管８９とを有している。
【００２３】
排気管上流部６１Ａの下流テーパ管部７４は、管部７３の後端７３Ａの外周面に嵌合する前側接続部７４Ａと、触媒コンバーター装置６３に接続される後側接続部７４Ｂと、前側接続部７４Ａ及び後側接続部７４Ｂのそれぞれの間で下流側の後側接続部７４Ｂ側ほど拡径するテーパ部７４Ｃとを有している。なお、符号１２１は管部７３に前側接続部７４Ａを溶接する際に出来た溶接ビードである。
【００２４】
アウターパイプ７５は、縮径された端部７５Ａを上流端に有し、管部７３の外周面に嵌合された端部７５Ａが溶接されて固定される。アウターパイプ７５の下流端は、管部７３の後端７３Ａの近傍に位置している。なお、符号１２２は管部７３に端部７５Ａを溶接する際に出来た溶接ビード、１２３はアウターパイプ７５の外周面７５Ｂにマフラー６２の本体ケース６６の上流端６６Ａを溶接する際に出来た溶接ビードである。
マフラー６２のテーパ部６６Ｂ及びアウターパイプ７５の内側の空間は、膨張室Ｘ（図２参照）の一部である。
管部７３の外周面におけるアウターパイプ７５よりも上流側には、断面半円状の補強板７６が溶接されている。前部ハンガー部６４は、管部７３、補強板７６及びアウターパイプ７５に外側から溶接して固定されている。なお、符号１２４は管部７３、補強板７６及びアウターパイプ７５に前部ハンガー部６４を溶接する際に出来た溶接ビードである。
【００２５】
図４は、触媒コンバーター装置６３を示す断面図である。
図３及び図４に示すように、触媒コンバーター装置６３は、円筒状の触媒保持体８０と、触媒保持体８０の外周に巻かれた保持マット８１と、保持マット８１を介して内部に触媒保持体８０を保持する保持筒８２とから構成されている。即ち、触媒保持体８０は保持マット８１の締め代だけで軸方向にずれないように保持されている。
触媒コンバーター装置６３は、排気管上流部６１Ａよりも大径に形成されており、排気管上流部６１Ａから触媒コンバーター装置６３に流入した排気ガスは、触媒保持体８０によって浄化されるとともに、圧力が緩和される。
【００２６】
触媒保持体８０は、その円筒形状の外郭の内部に、軸線方向に沿って延びる多数の細孔を有するハニカム状の多孔構造体に形成されて内部の表面積が大きくされたセラミックス製のセラミックスハニカム担体と、このセラミックスハニカム担体の各細孔の壁に担持された、排気ガス成分を浄化する触媒としての白金、ロジウム及びパラジウムからなる。担体としては多孔質のセラミックスが用いられているため、白金、ロジウム及びパラジウムが担持され易い。ここで、セラミックスの材質の好ましい一例としては、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を用いることが可能である。
【００２７】
保持マット８１は、セラミックス製の繊維を圧縮又は集積して長尺のマット状に形成された非膨張無機繊維シートであり、触媒保持体８０の外表面に巻き付けられ、触媒保持体８０と保持筒８２との間に狭持される。保持マット８１は、繊維が絡み合った集合体であるため、比較的大きな弾性を有している。ここで、保持マット８１の材質は、耐熱性及び弾性を有するものであれば良く、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もできる。例えば、熱膨張性の保持マットでは、高温の環境で長期間使用されると、へたりが生じやすく、保持マットの締め代が低下しやすいが、上記の非膨張無機繊維シートからなる保持マット８１では、高温環境でも長期に亘って大きな弾性が保たれ、保持マットの締め代の低下が抑えられる。
【００２８】
触媒保持体８０の長手方向（軸方向）の長さＬ１は、触媒保持体８０に巻かれた状態の保持マット８１の長手方向の長さ（触媒保持体８０の長手方向に沿った長さ）Ｌ２よりも大きく形成されている。これは、保持マット８１の端部が触媒保持体８０の端部よりも軸方向にはみ出さないようにするためであり、これによって、保持マット８１が邪魔にならずに圧入作業を行うことができる。
保持筒８２の材質は、強度及び耐熱性の高い金属が用いられ、例えばフェライト系ステンレス鋼のような鋼材を用いることができる。保持筒８２の全長は触媒保持体８０の全長よりも長い。
【００２９】
図４に示すように、排気管上流部６１Ａの下流テーパ管部７４の後側接続部７４Ｂは、保持筒８２の内周部に嵌合されて溶接される。なお、符号１２５は後側接続部７４Ｂと保持筒８２とを溶接する際に出来た溶接ビードである。
触媒保持体８０は、保持マット８１が外周に巻かれた状態で保持筒８２に圧入されて組み付けられる。ここで、Ｄ１は触媒保持体８０の外径、Ｄ２は保持筒８２の内径である。
図３に示すように、保持筒８２の下流端８３Ａの内周部には、排気の下流側ほど小径になるテーパ管８８が嵌合されて溶接される。テーパ管８８の下流端には、後端が閉塞された管８９が接続されており、排気ガスは、管８９の外周面に形成された複数の小孔８９Ａを通って膨張室Ｘ（図２参照）に流入する。
【００３０】
図２に示すように、触媒コンバーター装置６３は、径方向よりも軸方向に長く形成されているが、マフラー６２の本体ケース６６によって周囲を覆われているため、細長い触媒コンバーター装置６３であっても強度を十分に確保できる。また、触媒コンバーター装置６３が細長いため、マフラー６２を径方向に小型化でき、配置スペースに余裕が無い鞍乗り型車両であっても、排気マフラー装置６０を配置し易い。
また、触媒コンバーター装置６３を本体ケース６６に収納するため、マフラー６２の周囲に配置される部品を触媒コンバーター装置６３の輻射熱から保護することができる。さらに、単一の触媒保持体８０（図３参照）を本体ケース６６の上流側で小径に形成されたテーパ部６６Ｂに配置するため、マフラー６２を小型化しつつ、触媒保持体８０を排気ガスの熱で迅速に活性化できる。
【００３１】
ここで、排気マフラー装置６０の製造工程について説明する。
図２において、排気マフラー装置６０は、触媒装置６３を有する排気管下流部６１Ｂと排気管上流部６１Ａとを接続した後に、本体ケース６６を接続することで組立てられる。
図５は、触媒装置の製造工程を示す図である。
まず、コーティング装置１００によって円筒状の基材に触媒組成物の溶液がコーティングされ、加熱炉１０１によって焼成されることで、触媒組成物が基材に定着され、触媒保持体８０が形成される。コーティング及び焼成の工程は、１回または複数回実施される。次いで、圧入工程では、触媒保持体８０に保持マット８１が巻き付けられ、下流端８３Ａ（図３参照）から触媒保持体８０及び保持マット８１が保持筒８２に圧入され、触媒コンバーター装置６３（図３参照）が完成する。その後、図３において、触媒コンバーター装置６３の下流端８３Ａの内周部に、管８９と一体に溶接されたテーパ管８８が嵌合されて溶接される。なお、ここでは、コーティング及び焼成の工程は、圧入工程の前に行われるものとして説明したが、これに限らず、圧入工程の後の工程のみ、或いは、圧入工程の前後の両方の工程でコーティング及び焼成を行っても良い。
【００３２】
上記したように、触媒コンバーター装置６３は、触媒保持体８０の外径、保持マット８１の厚さ、保持筒８２の内径が計測されずに、所定の寸法公差で生産されたもので組み立てられている。このように各生産部品を無計測で組み立てることで、計測工程が無いために生産性を向上させることができる。
【００３３】
図３に示すように、排気管上流部６１Ａは、排気ポート接続部７２（図２）、管部７３、下流テーパ管部７４、アウターパイプ７５、補強板７６及び前部ハンガー部６４を予め一体に溶接して形成された小組体９０として用意される。小組体９０が形成された段階で、溶接ビード１２１，１２２，１２３，１２４（図２参照）及び補強板７６の溶接部の裏ビードの有無がチェックされ、必要であれば、裏ビードは除去される。
次に、小組体９０の下流テーパ管部７４の後側接続部７４Ｂが保持筒８２の前端部８４Ａに嵌合されて溶接される。
【００３４】
小組体９０と触媒コンバーター装置６３とを溶接ビード１２５で溶接した後には、マフラー６２の本体ケース６６に排気管上流部６１Ａの後部及び触媒コンバーター装置６３が挿入され、本体ケース６６の上流端６６Ａがアウターパイプ７５の外周面７５Ｂに嵌合されて溶接ビード１２３によって溶接される。
【００３５】
図６は、触媒コンバーター装置６３の圧入工程を示す作用図である。なお、左側の図に示した範囲Ｑの拡大図を右側に示している。
圧入工程では、保持筒８２を立て、保持筒８２の上端に圧入治具１０５を当て、この圧入治具１０５に設けられた下すぼまりのテーパ穴１０５ａに上から保持マット８１が巻き付けられた触媒保持体８０を挿入して触媒保持体８０及び保持マット８１を保持筒８２に圧入する。このとき、テーパ穴１０５ａの下端部１０５ｂの内径Ｄ３はテーパ穴１０５ａの最小径となる部分であり、保持筒８２の内径Ｄ２よりも小さいため、この下端部１０５ｂを触媒保持体８０及び保持マット８１が通過するときには、保持マット８１の嵩密度（充填密度）は、保持筒８２への圧入後の嵩密度よりも大きくなり、全工程で最大になる。
保持マット８１の嵩密度は、保持マット８１の単位体積当りの重量であり、嵩密度＝Ｗ／ＣＬ（ｇ／ｃｍ3）となる。
但し、Ｗは保持マットの目付け量（単位はｇ／ｃｍ2）、ＣＬは触媒保持体と保持筒との隙間（単位はｃｍ）である。
【００３６】
以上のことから、上記圧入中における保持マット８１の損傷及び触媒保持体８０の破損が起きないような保持筒８２の内径と触媒保持体８０の外径Ｄ１との隙間（クリアランス）ＣＬ（図４参照）になるような触媒保持体８０の外径Ｄ１を決定する必要がある。上記隙間ＣＬが決まれば、保持マット８１の初期厚さに対する圧入後の締め代が決まり、保持マット８１の圧入後の嵩密度が決まる。
【００３７】
図７は、保持マットの面圧と嵩密度の関係を示すグラフである。グラフの縦軸は圧入後の保持マットの面圧、横軸は圧入後の保持マットの嵩密度（単位はｇ／ｃｍ3）である。
図中のＣＵ１は、保持マットを圧縮したときの嵩密度と面圧との関係を示す曲線であり、嵩密度の増加に伴って面圧も増加する。
保持マットの面圧は、触媒保持体の強度以下の範囲とするためには、面圧ＣＰ１未満にする必要がある。面圧ＣＰ１のときの嵩密度は０．５１ｇ／ｃｍ3であり、嵩密度は０．５１ｇ／ｃｍ3未満にしなければならない。
【００３８】
そして、保持筒の内径が決定していれば、上記の嵩密度を満足するように触媒保持体の最大外径及び外径の中央値が求められる。この算出には、触媒保持体の外径、保持筒の内径及び保持マットの厚さ・目付けにおける生産品公差幅が考慮される。
更に、上記で求められた触媒保持体の最大外径及び外径の中央値から、触媒保持体の外径、保持筒の内径、保持マットの目付けの生産品の公差幅に基づいて、圧入中の嵩密度の正規分布曲線ＣＵ２と、圧入後の嵩密度の正規分布曲線ＣＵ３とが求められる。
圧入中の正規分布曲線ＣＵ２において、＋４σの値が０．５１ｇ／ｃｍ3になっている。また、圧入後の正規分布曲線ＣＵ３において、−４σの値は０．２５ｇ／ｃｍ3となり、この値が嵩密度の下限値となる。
【００３９】
上記により外径が決定された触媒保持体、保持マット及び保持筒からなる触媒コンバーター装置であって、保持マットの嵩密度下限値が０．２５ｇ／ｃｍ3のものを実際に排気マフラー装置に組み込んでエンジンを運転した際に、触媒保持体が保持筒に対してずれるかどうか、即ち触媒保持体を保持する保持力が十分かどうかは以下に示すように検証されている。
図４に示した排気管６１において、触媒保持体８０より上流側の空間１３１と、触媒保持体８０より下流側の空間１３２において、エンジン運転中には、空間１３１には圧力Ｐ１が作用し、空間１３２には圧力Ｐ１より低い圧力Ｐ２が作用し、結果として触媒保持体８０には、白抜き矢印１３５で示すように、触媒保持体８０を下流側へ押圧する押圧力Ｆが発生する。また、エンジン運転中には触媒保持体８０に軸方向の振動が伝わるため、この振動により触媒保持体８０を軸方向に移動させる外力が上記の押圧力Ｆに含まれる。
【００４０】
即ち、押圧力Ｆ（単位はＮ）は、Ｆ＝Ｇ・Ｍ＋Ｐ・Ｓで求められる。
但し、Ｇはエンジン運転時における触媒保持体８０の振動の加速度（単位はｍ／ｓ2）、Ｍは触媒保持体８０の質量（単位はｋｇ）、Ｐはエンジン運転時における触媒保持体８０の前後の圧力差Ｐ（＝Ｐ１−Ｐ２）（単位はＰａ）、Ｓは触媒保持体８０の受圧面積（単位はｍ2）である。使用される触媒保持体８０の外径Ｄ１は、例えば４０ｍｍ、軸方向長さＬ１は、例えば６０ｍｍ、７５ｍｍ、９０ｍｍである。また、保持マット８１の長手方向の長さ（軸方向長さ）Ｌ２は、例えば、Ｌ２＝（Ｌ１−α）ｍｍであり、所定長さα＝１０ｍｍとすると、Ｌ２＝５０ｍｍ、６５ｍｍ、８０ｍｍである。
【００４１】
一方、触媒保持体８０と保持マット８１、又は保持マット８１と保持筒８２との間には、矢印１３６で示すように、保持筒８２内に触媒保持体８０を保持する保持力Ｒが発生する。この保持力Ｒは、エンジン運転時に触媒保持体が最高温度（例えば、９００℃）の環境に所定時間（例えば、１００時間）晒された後の保持マット８１のへたりと、熱間時の触媒保持体、保持筒間のクリアランス拡大とによる保持力の低下を加味したものである。
保持力Ｒは、Ｒ（Ｎ）＝μ・ＣＰ・Ａで求められる。
但し、μは触媒保持体８０と保持マット８１、又は保持マット８１と保持筒８２との間の摩擦係数、ＣＰは保持マットの面圧（単位はＰａ）、Ａは保持マット８１と保持筒８２（又は触媒保持体８０）との接触面積（単位はｍ2）である。
上記の押圧力Ｆと保持力Ｒとが等しい、好ましくは、押圧力Ｆよりも保持力Ｒが大きければ、触媒保持体８０は保持筒８２内に保持される。
このように、エンジン運転後を考慮した触媒保持体のずれの検証によって、嵩密度の下限値が０．２５ｇ／ｃｍ3でも保持触媒体を保持可能であることが確認できている。
【００４２】
上記したように、保持マット８１を触媒保持体８０へ巻き付けた際の保持マット８１の内径、即ち、巻き掛け直径は、触媒保持体８０の外径Ｄ１と等しいＤ１であり、また、触媒保持体８０に巻かれた保持マット８１における触媒保持体８０の長手方向に沿った長さＬ２を軸方向長さＬ２とすると、巻き掛け直径Ｄ１と軸方向長さＬ２とでは、軸方向長さＬ２の方が大きい（Ｄ１＜Ｌ２）。このような関係を有することで、上記した保持マット８１の接触面積Ａを従来よりも大きくすることができ、保持力Ｒをより大きく確保することができる。図８に上記した保持マット８１の軸方向長さＬ２と保持力Ｒとの関係を示す。
【００４３】
図８は、触媒保持体の熱間保持力Ｒと保持マットの軸方向長さＬ２の関係を示すグラフである。グラフの縦軸は熱間（エンジン運転時の最高温度条件）時の保持力Ｒ、横軸は保持マットの軸方向長さＬ２（単位はｍｍ）を表している。グラフ中の実線は、実施例１（Ｌ２＝５０ｍｍ）、実施例２（Ｌ２＝６５ｍｍ）、実施例３（Ｌ２＝８０ｍｍ）の締め代下限値（嵩密度下限値である０．２５ｇ／ｃｍ3）でのデータを通る直線、グラフ中の破線は、実施例１〜実施例３の締め代中央値（嵩密度中央値である０．３５ｇ／ｃｍ3）でのデータを通る直線である。また、グラフ中の斜線を施した領域は、触媒保持体押圧力Ｆである。なお、実施例１〜実施例３の触媒保持体の外径は同一（Ｄ１＝４０ｍｍ）である。
締め代下限値及び締め代中央値での熱間保持力Ｒは、触媒保持体押圧力Ｆよりも大きく、共に軸方向長さＬ２が長くなるにつれて次第に大きくなる。このことから、触媒保持体の外径、即ち保持マットの巻き掛け直径Ｄ１よりも軸方向長さＬ２を大きくすることで保持力Ｒとしては有利となり、所定の保持力Ｒを確保しながら締め代を小さくすることが可能になる。
【００４４】
上記の図２、図４、図６及び図７に示したように、円筒状のセラミックスハニカム担体に触媒が担持された触媒保持体８０が、この触媒保持体８０の外方を覆う金属製筒状部材としての保持筒８２に保持マット８１を介して保持されて組立てられた触媒コンバーター装置６３において、触媒保持体８０の所定の単体許容強度を越えない範囲で、組立て時の保持マット８１の嵩密度が０．２５ｇ／ｃｍ3以上且つ０．５１ｇ／ｃｍ3未満となるように、保持マット８１の厚さと、保持筒８２に触媒保持体８０を圧入する圧入治具１０５を触媒保持体８０に巻かれた保持マット８１が通過する際の保持マット締め代及び保持筒８２に圧入後の保持マット締め代とから触媒保持体８０の外径Ｄ１を設定するとともに、保持マット８１を非膨張無機繊維シートで形成し、且つ排気管６１内又はマフラー６２内で触媒コンバーター装置６３を使用時に触媒保持体８０の上流側と下流側とに作用する排気ガスの圧力差Ｐと、触媒保持体８０に加わる振動による外力とから保持筒８２に対して触媒保持体８０を軸方向に移動させる下記の触媒保持体押圧力Ｆが求められ、この触媒保持体押圧力Ｆを上回る保持力Ｒが得られるように、保持マット８１の触媒保持体８０への巻き掛け直径Ｄ１よりも触媒保持体８０に巻かれた保持マット８１における触媒保持体８０の長手方向に沿った長さ（軸方向長さ）Ｌ２が長く設定されている。
Ｆ＝Ｇ・Ｍ＋Ｐ・Ｓ
但し、Ｇは使用時における触媒保持体の振動の加速度、Ｍは触媒保持体の質量、Ｐは使用時の触媒保持体の上流側と下流側とに作用する排気ガスの圧力差、Ｓは触媒保持体の受圧面積である。
【００４５】
この構成によれば、保持マット８１の嵩密度が０．２５ｇ／ｃｍ3以上且つ０．５１ｇ／ｃｍ3未満の範囲と非膨張無機繊維シートからなる保持マット８１とを組み合わせることで、触媒保持体８０の強度・剛性と、触媒保持体８０、保持筒８２、保持マット８１の生産性とが考慮された触媒保持体８０の最適サイズを導くことができるとともに、触媒保持体８０を保持する保持力Ｒを、保持マット８１における触媒保持体８０の長手方向に沿った長さＬ２を長くすることによる保持マット８１と触媒保持体８０、保持筒８２との接触面積Ａの増加によって高めるようにしたので、保持マット８１の締め代を小さくすることが可能になり、触媒保持体８０の外径Ｄ１を増加させることができる。この結果、セラミックスハニカム担体のハニカムを形成するリブの密度や厚さの最適化を図ることができ、触媒表面積の増加及び流路抵抗の低減を図ることができて、排気ガス浄化性能及びエンジン性能を向上させることができるとともに、締め代の減少によって圧入作業を容易に且つ効率良く行うことができ、生産性を高めることができる。また、生産品の部品のばらつきに対しても上下限で品質保証された無計測での圧入作業が可能となる。
【００４６】
また、使用時に触媒保持体８０を保持する保持力Ｒは、最高使用温度で所定時間加熱してへたった後の保持マット８１の最高使用温度における摩擦係数μと、最高使用温度での保持マット８１の締め代により発生する保持マット８１の面圧ＣＰと、保持筒８２又は触媒保持体８０と保持マット８１との接触面積Ａとから求められるので、保持マット８１の摩擦係数μを所定時間の熱へたり後に測定することにより、保持マット８１の摩擦係数μを使用寿命を想定した値に近づけることができ、高温に晒されることにより低下したより正確な保持力Ｒの下限値を基にして触媒保持体８０の軸方向長さに対応した保持マット長さを最適化することができる。
また、保持マット８１の軸方向長さＬ２は、触媒保持体８０の軸方向長さＬ１に対して所定長さαだけ短くなっているので、保持マット８１の端部を触媒保持体８０の端部よりも軸方向にはみ出さないようにすることができ、これによって、保持筒８２に、保持マット８１が巻かれた触媒保持体８０を圧入する際に、保持マット８１が邪魔にならないように圧入作業を行うことができる。
【００４７】
また、図１及び図２に示したように、触媒コンバーター装置６３は、マフラー６２の内部に収納された排気管６１の下流端部に溶接されているので、マフラー６２を細く形成でき、鞍乗り型車両としての自動二輪車１０（図１参照）の側方への張り出しを防止することができる。
また、触媒コンバーター装置６３は、長さの異なる複数種類の触媒保持体８０の中から選択された触媒保持体８０がマフラー６２に組み付けられるので、触媒保持体８０の外径Ｄ１を揃えることで圧入治具１０５等が共用可能であり、より生産性を向上させることができる。
【００４８】
上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で任意に変形及び応用が可能である。
例えば、上記実施形態において、図２に示したように、触媒コンバーター装置６３を、マフラー６２の内側に配置したが、これに限らず、触媒コンバーター装置６３を、単に排気管の途中に設けても良い。
更に、本発明は、自動二輪車１０に適用する場合に限らず、自動車等の車両、汎用機械、産業機械、発電装置、熱交換装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  自動二輪車（鞍乗り型車両）
６１  排気管
６２  マフラー
６３  触媒コンバーター装置
８０  触媒保持体
８１  保持マット
８２  保持筒（金属製筒状部材）
１０５  圧入治具
Ａ  保持マットの接触面積
ＣＰ  保持マットの面圧
Ｄ１  触媒保持体の外径、保持マットの巻き掛け直径
Ｆ  押圧力（触媒保持体押圧力）
Ｇ  振動の加速度
Ｌ１  触媒保持体の軸方向長さ
Ｌ２  保持マットの軸方向長さ（触媒保持体に巻かれた保持マットにおける触媒保持体の長手方向に沿った長さ）
Ｍ  質量
Ｐ  圧力差
Ｒ  保持力
Ｓ  触媒保持体の受圧面積
μ  摩擦係数
【図１】
2013204424.tif 000003
【図２】
2013204424.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2013204424.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013204424.tif 000009
【図８】
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