(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから延びる排気管と、この排気管に接続されたマフラーと、このマフラー内へ配設されかつ一端を前記排気管に連通接続された排気管内挿部と、マフラー内に担持された触媒とを備えた触媒付排気装置において、
前記排気管内挿部を、排気ガスの流出方向へ末広がり状に拡径するディフューザーパイプとし、このディフューザーパイプ内へ表面に触媒を担持した触媒筒を略同心状に挿入し、この触媒筒の排気上流側端部に固着されたステーのみを介して、前記ディフューザーパイプの末広がり状部における排気上流側端部である小径部側部分にて片持支持させるとともに、
前記ステーは、前記触媒筒の排気上流側端部周囲へ固着される触媒筒固着部と、テーパー状をなして前記ディフューザーパイプの前記小径部側部分内面へ当接する当接部とを備えることを特徴とする触媒付排気装置。
【請求項２】
前記触媒筒の排気流出側端部がディフューザーパイプの排気流出側端部よりも長く排気ガスの流出方向へ突出していることを特徴とする請求項１記載の触媒付排気装置。
【請求項３】
前記触媒筒とディフューザーパイプの間に排気ガスの流通路を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の触媒付排気装置。
【請求項４】
前記ディフューザーパイプの少なくとも一部の内外周両面に触媒を坦持したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載した触媒付排気装置。
【請求項５】
前記ディフューザーパイプの内外周両面に前記触媒を坦持する範囲は、前記ディフューザーパイプの排気流入側端部近傍部分及び排気流出側端部近傍部分を含むことを特徴とする請求項４記載の触媒付排気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はマフラー内に触媒を担持した排気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平６ー１０６５８号には、エンジンから延びる排気管にマフラーを接続し、このマフラー内へ一端が前記排気管に連通接続されて排気ガスの流出方向へ末広がり状に拡径するディフューザーパイプを配設するとともに、排気管とディフューザーパイプとの接続部へ触媒装置を介装した排気装置が示されている。
【０００３】
実開平４ー２７１０８号には、マフラー内へ配設されたディフューザーパイプの後端部に触媒を収容した円筒状部材を直列に接続した排気装置が示されている。
【０００４】
特開昭５４ー１１８９１２号にはマフラー内において、内挿された排気管の上流側に布状触媒で形成された筒状部材を直列に接続した排気装置が示されている。
【０００５】
さらに、実開平２ー８７９２２号には、エンジンから延出する排気管の後端部に接続したディフューザーパイプの後端部をマフラー内へ突出させるとともに、マフラー内を互いに連通管で接続された３室に区画し、これら排気管、ディフューザーパイプ及びマフラー外板の各内周面、並びに連通管、テールパイプ及び隔壁の表面全体に触媒を担持させた排気装置が示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平６ー１０６５８号、実開平４ー２７１０８号及び特開昭５４ー１１８９１２号のように、別体の触媒装置をディフューザーパイプと直列に配置すると、これらのマフラー内挿部材の合計寸法が長くなるのでマフラーも長くなり易く、しかも、このような触媒装置は通常ハニカム状に構成されているため、重量も大きくなってしまうため、排気装置全体のコンパクト化が難しくなる。
【０００７】
そのうえ、スクーターなどの小型車両用マフラーでは、マフラーの長さが制約されがちなので、所定の浄化レベルを達成するに必要な表面積を確保できるように触媒装置を配設することも容易でなく、困難な設計が要求される。
【０００８】
さらに、触媒装置を排気管やディフューザーパイプの排気系と直列配置することにより、浄化効率は向上するものの、排気脈動に対する影響が生じ易くなるため、エンジンの出力低下を招かないようにするための困難な設計が要求される。
【０００９】
しかも、触媒装置がハニカム状に構成されている場合は重量が大きくなるため、ディフューザーパイプの取付部も大型となり、特に、触媒装置を片持支持させるようなことが困難になるとともに、排気脈動に対する影響が生じ易くなるため、エンジンの出力低下を招かないような困難な設計を要求された。
【００１０】
なお、特開昭５４ー１１８９１２号に多孔性の触媒筒を用いているが、この例では膨張後の排気ガスを触媒筒内へ集めて浄化するようになっているため浄化効率が低下し、その結果、触媒筒が大型化してコストアップすることになる。
【００１１】
一方、実開平２ー８７９２２号のように別体の触媒装置を設けず、排気管やディフューザーパイプの内周面等へ直接触媒を坦持させると、マフラーの長さや排気脈動に影響を与えることなく排気ガスを浄化できる。
【００１２】
しかし、この例では、ディフューザーパイプから出た排気ガスは徐々に排気温度を下げつつ、下流側の連通管等に坦持された触媒と接触するため、下流側へ行くにしたがって浄化効率が低下する傾向があり、その結果、所定の浄化レベルを達成するには、触媒を広範囲に担持させなければならないので、それだけコストアップすることになる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本願発明に係る触媒付排気装置は、エンジンから延びる排気管と、この排気管に接続されたマフラーと、このマフラー内へ配設されかつ一端を前記排気管に連通接続された排気管内挿部と、マフラー内に担持された触媒とを備えた触媒付排気装置において、前記排気管内挿部を、排気ガスの流出方向へ末広がり状に拡径するディフューザーパイプとし、このディフューザーパイプ内へ表面に触媒を担持した触媒筒を略同心状に挿入し、この触媒筒の排気上流側端部に固着されたステーのみを介して、前記ディフューザーパイプの末広がり状部における排気上流側端部である小径部側部分にて片持支持させるとともに、
前記ステーは、前記触媒筒の排気上流側端部周囲へ固着される触媒筒固着部と、テーパー状をなして前記ディフューザーパイプの前記小径部側部分内面へ当接する当接部とを備えることを特徴とする。
【００１４】
この場合、触媒筒の排気流出側端部をディフューザーパイプの排気流出側端部よりも長く排気ガスの流出方向へ突出させることができる。
【００１５】
また、触媒筒とディフューザーパイプの間に排気ガスの流通路を形成させることができる。
【００１６】
そのうえ、前記ディフューザーパイプの少なくとも一部の内外周両面に触媒を坦持させることもできる。
【００１８】
この場合、前記触媒を坦持する範囲は、前記ディフューザーパイプの排気流入側端部近傍部分及び排気流出側端部近傍部分を含むようにすることができる。
【００１９】
【発明の効果】
マフラー内に配設したディフューザーパイプ内側へ多孔性の触媒筒を同心状に挿入配置したので、別体の触媒装置を直列配置した従来のものと比べてマフラーの長さに与える影響が少なく、しかも、単純な筒状をなすので軽量でありかつその支持も容易になるため、排気装置全体のコンパクト化を達成できる。
【００２０】
このとき、触媒筒はディフューザーパイプ内にある膨張前の排気ガスを浄化するため、浄化効率が高くかつディフューザーパイプの長さと略同程度に比較的長くできるため、所定の浄化レベルを達成するに必要な表面積を容易に確保できる。
【００２１】
そのうえ、ディフューザーパイプが末広がり状のため、この内部を流れる排気ガスはディフューザーパイプの排気流出側端部に向かって徐々に内圧を下げるため、触媒筒内の排気ガスが外周部に形成された穴を通って外部へ流出し易くなり、これによっても浄化効率が向上する。
【００２２】
このため、スクーターなどの小型車両用マフラーのように長さが制約されがちな場合でも、十分な表面積を有する触媒を容易に配設でき、そのための設計も簡単になる。
【００２３】
さらに、触媒筒の排気流出側端部をディフューザーパイプの排気流出側端部よりも長く排気ガスの流出方向へ突出させれば、ディフューザーパイプを出た排気ガスの膨張流を利用して、この突出部から触媒筒内の排気ガスを外部へ流出させ易くなるので、より一層浄化効率が高まる。
【００２４】
さらにまた、触媒筒とディフューザーパイプの間に排気ガスの流通路を確保すれば、排気脈動に対する影響が生じにくくなるようにでき、エンジンの出力低下を招かないようにするための設計が容易になる。
【００２５】
そのうえまた、ディフューザーパイプの少なくとも一部の内外周両面に触媒を坦持させると、まずディフューザーパイプ内を通過する排気ガスが内周面側の触媒と接触して化学反応することにより、このときの反応熱で外周面側の触媒も加熱される。
【００２６】
そこで、ディフューザーパイプから出て膨張した排気ガスが外周面側の触媒へ接触すると、内周面側の触媒による反応熱で加熱された外周面側の触媒により化学反応が促進され、その結果、ディフューザーパイプから出た後の排気ガスは、徐々に排気温度が低下するるにもかかわらず、浄化効率が高まる。
【００２７】
また、マフラー内へ配設されかつ一端をマフラー外の排気管に連通された排気管内挿部の少なくとも一部の内外周両面に触媒を坦持させると、上記同様に、比較的高温で排気管内挿部内を通過する排気ガスと内周面側の触媒との接触による反応熱を利用して外周面側の触媒の温度を高めるため、排気管内挿部から流出して膨張する排気ガスを排気管内挿部の外周面側で効率よく浄化できる。
【００２８】
したがって、触媒を比較的狭い範囲に担持させることが可能になり、それだけコストダウンが可能になる。
【００２９】
さらにこの場合、触媒を坦持する範囲を、前記排気管内挿部における排気流入側端部近傍部分及び排気流出側端部近傍部分を含むようにすれば、まず、排気流入側端部近傍部分においては、排気管内挿部内で最も高温となる排気ガスが内周面側の触媒と接触して効率よく浄化されるとともに、この部分が強く加熱される。
【００３０】
次に、排気流出側端部近傍部分においては、排気流入側端部近傍部分の反応熱で比較的高温を保った排気ガスと内周面側の触媒と接触して効率よく浄化されるとともに、この部分も反応熱で加熱される。
【００３１】
このため、比較的高温で排気流入側端部から出て膨張した排気ガスは、排気管内挿部の外周面側において、まず排気流出側端部近傍部分の外周面に設けられて内側より加熱されている外周面側の触媒と接触して効率よく浄化されるとともに、ここでの反応熱により再び加熱されて、排気流入側端部近傍部分外周面側の触媒に接触する。
【００３２】
このとき、この部分の外周面側触媒は、前記したように内側からかなり高温に加熱されているから、比較的高温を保っている排気ガスはここでも効率よく浄化される。
【００３３】
したがって、排気管内挿部を出た後の排気ガスを比較的長時間高温に保つことができ、かつ排気管内挿部外周面の比較的広範囲で効率よく浄化できる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本願発明の一実施形態を説明する。図１はマフラー部分の長さ方向全断面図、図２はこのマフラーを用いた排気装置の全体図、図３は図１の３ー３線拡大断面図、図４は図１の４ー４線拡大断面図、図５は触媒筒の外観を一部欠いて示した図、図６は図５の６ー６線拡大断面図である。
【００３５】
図２において、上流側の端部が図示しないエンジンの排気口へ接続する排気管１はその下流側端部がマフラー２の上流側へ接続している。符号３は車体取付用ステーである。
【００３６】
なお、以下の説明において、排気管１の下流側端部を後端部とし、これに接続するマフラー２の部分を前部、長さ方向反対側を後部というものとする。また、後述する、第１及び第２のディフューザーパイプ並びに触媒筒の各長さ方向端部のうち、それぞれの内部を流れる排気ガスの上流側を前端部とし、これと反対側を後端部というものとする。
【００３７】
図１に明らかなように、マフラー２の内部は隔壁４、５により、前側から順に、第１膨張室６、第２膨張室７、第３膨張室８に区画されている。
【００３８】
これら第１膨張室６から第３膨張室８を貫いて末広がり状をなすディフューザーパイプがマフラー２の内部前後方向に配設されている。
【００３９】
このディフューザーパイプは、本願発明における排気管内挿部に相当し、連続する第１のディフューザーパイプ１０と第２のディフューザーパイプ１１で構成されている。
【００４０】
第１の第１のディフューザーパイプ１０は、前端部がフロントキャップ１２を貫通し、ここで排気管１の後端部と接続され、後端部は、第２膨張室７内において第２のディフューザーパイプ１１の前端部と接続されている。
【００４１】
第２のディフューザーパイプ１１内には触媒筒１３が略同心状に配設され、これら第２のディフューザーパイプ１１及び触媒筒１３の各後端部は第３膨張室８内においてエンドキャップ１４の近傍に開放されている。
【００４２】
第３膨張室８と第１膨張室６は連通管１５によって連通し、第１膨張室６と第２膨張室７は連通管１６によって連通されている（図３参照）。
【００４３】
さらに第２膨張室７は後端部がエンドキャップ１４を貫通して外部へ突出するテールパイプ１７によって大気と連通され、このテールパイプ１７の第２膨張室７内へ開口する端部は、外部排出口１８になっている。
【００４４】
符号２０は円筒状をなすマフラー２の外筒であり、第３膨張室８部分は、その内側に吸音材２１がパンチングメタル製の内筒２２で保持されている。
【００４５】
なお、第２のディフューザーパイプ１１の外周にもサイレンサー２３が取付けられ、その内側には吸音材２４が介装され、かつこの部分の第２のディフューザーパイプ１１の壁面には小孔２５が多数形成されている。
【００４６】
フロントキャップ１２及びエンドキャップ１４の各内側も、パンチングメタル製の内板２６、２７が設けられ、フロントキャップ１２と内板２６の間及びエンドキャップ１４と内板２７の間にそれぞれ吸音材２８、２９が保持されている。
【００４７】
排気管１から入った排気ガスは、第１のディフューザーパイプ１０から第２のディフューザーパイプ１１内へ進み、第２のディフューザーパイプ１１及び触媒筒１３の各後端部から第３膨張室８内へ出て膨張する。
【００４８】
その後連通管１５を通って第１膨張室６内へ入って膨張し、さらに連通管１６を通って再度第２膨張室７内で膨張した後、外部排出口１８からテールパイプ１７を通って大気中へ排出される。
【００４９】
図４乃至図６に示すように、触媒筒１３の前端部外周にはステー３０がプラグ溶接部３１で固着され、その一部に形成された当接部３２が第２のディフューザーパイプ１１の前端部内周面へ当接することにより片持支持されている。
【００５０】
触媒筒１３と第２のディフューザーパイプ１１との間には十分に大きな間隙をなす流通路３３が形成され、第２のディフューザーパイプ１１及び触媒筒１３の各内外周面には触媒３４が坦持されている。
【００５１】
触媒筒１３は多数の小孔３５を有するよう、パンチングメタルを筒状に形成して周方向端部間を溶接し、周囲にセラミックコーテイングを介して触媒３４を坦持したものであり、触媒３４並びにその坦持方法は公知の組成及び方法を採用できる。
【００５２】
ステー３０は、固着部３６、折り曲げ部３７及び当接部３２を備え、固着部３６は、触媒筒１３の前端部外周に沿い、プラグ溶接部３１により触媒筒１３へ取付けられる部分である。
【００５３】
折り曲げ部３７は、触媒筒１３の周方向における固着部３６の両端部を触媒筒１３の半径方向外方へ折り曲げた部分である。
【００５４】
当接部３２は、さらにこの折り曲げ部３７の先端を第２のディフューザーパイプ１１の前部内周面へ沿うように折り曲げられた部分であり、第２のディフューザーパイプ１１の内周面と同一の傾斜を有するテーパー状をなしている。
【００５５】
したがって、触媒筒１３を第２のディフューザーパイプ１１内へ後端部側から挿入すると、当接部３２が第２のディフューザーパイプ１１の前部内周面へテーパー合わせで密接するようになっている。
【００５６】
このとき、固着部３６と当接部３２は折り曲げ部３７によって、寸法ｄなる間隔が保たれているため、触媒筒１３と第２のディフューザーパイプ１１の内周面との間に寸法ｄ以上の間隙が形成され、この間隙部分が前記流通路３３（図４）になる。
【００５７】
なお、図面からは明らかでないが、当接部３２は第２のディフューザーパイプ１１の前部内周面でプラグ溶接することにより片持ち支持されている。
【００５８】
この部分をプラグ溶接することにより、当接部３２を溶接した後からサイレンサー２３を第２のディフューザーパイプ１１の外周面上へ小径部側からはめて溶接するようになっている。
【００５９】
触媒筒１３の後端部は、第２のディフューザーパイプ１１の後端部より寸法Ｄで示すように大きく下流側へ突出している（図１）。
【００６０】
また第２のディフューザーパイプ１１の内外周面及び第１膨張室６内の第１のディフューザーパイプ１０の内周面及び第１膨張室６内の外周面にも同様の触媒３４が坦持されている。
【００６１】
但し、第１のディフューザーパイプ１０の外周面で隔壁４を貫通する部分には、予めマスキングテープでマスキングすることにより触媒を坦持させないようにして、隔壁４との溶接性を確保している。
【００６２】
さらに、図１中の符号３８は第１のディフューザーパイプ１０における排気流入側端部であり、同３９は第２のディフューザーパイプ１１の排気流出側端部である。また、１３ａは触媒筒１３の排気流出側端部である。
【００６３】
次に、本実施形態の作用を説明する。図１において、排気管１から第１のディフューザーパイプ１０内へ入った排気ガスは、最も高温の状態で内周面に坦持されている触媒３４と接触し、効率よく浄化されるとともに、第１のディフューザーパイプ１０は高温の排気ガスと反応熱によって内側から加熱される。
【００６４】
その後、第２のディフューザーパイプ１１内へ入った排気ガスは、第２のディフューザーパイプ１１と触媒筒１３の間に形成された流通路３３を進むものと、触媒筒１３内を進むものとに分かれる。
【００６５】
流通路３３内を進む排気ガスは、第１のディフューザーパイプ１０内における加熱もあって、まだ比較的高温を保った状態で第２のディフューザーパイプ１１の内周面及び触媒筒１３外周面の触媒３４と接触することにより酸化が促進されてさらに浄化される。
【００６６】
また、触媒筒１３を進む排気ガスは触媒筒１３内周面の触媒３４により浄化されるとともに、一部が徐々に触媒筒１３の小孔３５から外側へ通過し、この際に触媒３４と接触して化学反応が促進されることにより浄化される。
【００６７】
このとき、第２のディフューザーパイプ１１が末広がり状のため、この内部を流れる排気ガスは後端部に向かって徐々に内圧を下げ、触媒筒１３内の排気ガスが小孔３５を通って外部へ流出し易くなるため浄化効率が向上する。
【００６８】
そのうえ、触媒筒１３が寸法Ｄだけ第２のディフューザーパイプ１１から下流側へ突出しているので、触媒筒１３内を通過する排気ガスは、この突出部分において第２のディフューザーパイプ１１の後端部から出て膨張する排気ガスの膨張流を利用して小孔３５から外部へ吸い出され易くなるから、浄化効率がさらに向上する。
【００６９】
さらに、第２のディフューザーパイプ１１の内周面及び触媒筒１３の表面は、坦持された触媒３４における化学反応に伴う反応発熱で加熱されて高温化し、かつ第２のディフューザーパイプ１１及び触媒筒１３を通過した排気ガスも加熱される。
【００７０】
このため、第２のディフューザーパイプ１１及び触媒筒１３を通過した排気ガスは、第３膨張室８内で膨張し、徐々に排気温度を下げながら第１膨張室６方向へ向かうとき、第２のディフューザーパイプ１１の外表面へ接触し、ここに担持されている触媒３４によってさらに浄化される。
【００７１】
このとき、排気ガス並びに第２のディフューザーパイプ１１及び触媒筒１３がそれぞれ加熱されていることにより、浄化効率が向上する。
【００７２】
このようにして第３膨張室８内で浄化された排気ガスは、第１膨張室６内へ入ると、ここで第１のディフューザーパイプ１０の外表面に担持された触媒３４と接触する。
【００７３】
このとき、第１のディフューザーパイプ１０は内側から加熱されて十分に高温になっており、かつ、第３膨張室８から入って来る排気ガスも第２のディフューザーパイプ１１及び触媒筒１３の反応熱により加熱され、第２のディフューザーパイプを出てから比較的長時間を経ているにもかかわらず、比較的高温を維持している。
【００７４】
このため、排気ガスは外部排出口１８近くの第１膨張室６内においても、第１のディフューザーパイプ１０の外表面に担持された触媒３４と接触し、効率よくかつ外部へ排出されるに十分な程度まで最終的に浄化される。
【００７５】
したがって、排気管１から流入する排気ガスは、マフラー２内において高い浄化効率で浄化されるため、触媒筒１３以外で触媒３４を直接担持させる範囲は、第１のディフューザーパイプ１０及び第２のディフューザーパイプ１１で十分となり、隔壁４，５並びに連通管１５，１６及びテールパイプ１７等へ触媒を坦持させる場合と比べれば、著しく触媒の表面積を少なくでき、それだけコストダウンが可能になる。
【００７６】
しかも、触媒筒１３は第２のディフューザーパイプ１１内側へ多孔性の触媒筒１３を同心状に挿入配置したので、触媒筒１３を直列配置した従来のものと比べてマフラー２の長さに与える影響が少なく、かつ軽量でディフューザーパイプ１１へ片持支持できるため、排気装置全体のコンパクト化が容易になる。
【００７７】
このとき、触媒筒１３は第１のディフューザーパイプ１１内にある膨張前の排気ガスを浄化するため、浄化効率が高くかつ第１のディフューザーパイプ１１の長さと略同程度に比較的長くできるため、所定の浄化レベルを達成するに必要な表面積を容易に確保できる。
【００７８】
そのうえ、スクーターなどの小型車両用マフラーのように長さが制約されがちな場合でも、十分な表面積を有する触媒を容易に配設でき、そのための設計も簡単になる。
【００７９】
さらにまた、別体の触媒装置を排気管１やディフューザーパイプ（１０，１１）と直列に配置せず、かつ触媒筒１３と第２のディフューザーパイプ１１との間に排気ガスの流通路３３を確保でき、排気脈動に対する影響が生じにくくなるので、エンジンの出力低下を招かずに浄化効率を高めることができ、かつこのための設計も容易になる。
【００８０】
なお、本願発明は種々に変形可能であり、例えば、径の異なる複数の触媒筒を第２のディフューザーパイプ１１内へ同心状に挿入配置することもできる。
【００８１】
また、ディフューザーパイプ（１０，１１）の内外周面に坦持する触媒３４を省略又は一部に限定することもできる。
【００８２】
逆に、十分な触媒の表面積を確保できれば、触媒筒１３を省略して、ディフューザーパイプ（１０，１１）の内外周面に触媒３４を直接坦持した構造のみとすることもできる。
【００８３】
この場合、少なくとも、ディフューザーパイプ（１０，１１）の入り口側と出口側の各近傍部分を含む範囲へ触媒を坦持するようにもできる。
【００８４】
さらに、ディフューザーパイプ（１０，１１）に代えて、排気管１のマフラー２内へ延長する部分としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  マフラー部分の長さ方向全断面図
【図２】  マフラーを用いた排気装置の全体図
【図３】  図１の３ー３線拡大断面図
【図４】  図１の４ー４線拡大断面図
【図５】  触媒筒の外観を一部欠いて示した図
【図６】  図５の６ー６線拡大断面図
【符号の解説】  １：排気管、２：マフラー、１０：第１のディフューザーパイプ、１１：第２のディフューザーパイプ、１３：触媒筒、３０：ステー、３３：流通路、３４：触媒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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