JP5162303B2 - Catalytic device - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒装置に関する。   The present invention relates to a catalyst device for purifying exhaust gas of an internal combustion engine.

従来、ハニカム構造を有する排気ガス浄化触媒の触媒担体を筒状の容器に収容した触媒コンバータが知られている(例えば、特許文献1参照)。この触媒コンバータは、触媒担体に緩衝材としてのセラミックス製のマットを巻き回して、これをステンレス(例えば、JIS SUS430等)製の容器に収めている。この触媒コンバータは、マットの反発力によって触媒担体を容器内に保持している。ところが、触媒コンバータが高温の排気ガスに晒された場合に、ステンレス製の容器が膨張し、マットと容器との間に作用する力が弱まって触媒担体を保持する力が減衰し、さらにはマットと容器との間にクリアランスが生じることもある。そこで、線膨張係数が異なる複数種類のステンレス材料を接合して構成される保持部材を、触媒担体を収容する容器と触媒担体との間に配設し、この保持部材が変形することによって、容器の膨張により生じるクリアランスを吸収するような構成が提案された(例えば、特許文献2参照)。
特開平2−43955号公報 特許第3845873号公報
Conventionally, a catalytic converter in which a catalyst carrier of an exhaust gas purification catalyst having a honeycomb structure is accommodated in a cylindrical container is known (for example, see Patent Document 1). In this catalytic converter, a ceramic mat as a buffer material is wound around a catalyst carrier, and this is accommodated in a container made of stainless steel (for example, JIS SUS430). In this catalytic converter, the catalyst carrier is held in the container by the repulsive force of the mat. However, when the catalytic converter is exposed to high-temperature exhaust gas, the stainless steel container expands, the force acting between the mat and the container is weakened, and the force holding the catalyst carrier is attenuated. There may be a clearance between the container and the container. Therefore, a holding member constituted by joining a plurality of types of stainless steel materials having different linear expansion coefficients is disposed between the container for housing the catalyst carrier and the catalyst carrier, and the container is deformed by deforming the holding member. The structure which absorbs the clearance which arises by expansion | swelling of this was proposed (for example, refer patent document 2).
JP-A-2-43955 Japanese Patent No. 3845873

上述したように、排気ガスを浄化する触媒は高温の排気ガスに晒されるため、この触媒担体を収容する容器の膨張による影響を考慮しなければならない。このため、上記特許文献2に開示された構成では複雑な形状の保持部材を用いて触媒担体を保持していたが、このような形状の保持部材を触媒担体のサイズに合わせて作成することは容易ではなく、製造工数が増加してしまうという問題があった。
上記の問題に鑑み、本発明は、触媒担体を容器に収容して構成される触媒装置において、高温環境下においても安定して触媒担体を保持することが可能な構成を、製造工数の増加や構成の複雑化を招くことなく実現することを目的とする。
As described above, since the catalyst for purifying the exhaust gas is exposed to the high-temperature exhaust gas, the influence due to the expansion of the container accommodating the catalyst carrier must be taken into consideration. For this reason, in the configuration disclosed in Patent Document 2, the catalyst carrier is held by using a holding member having a complicated shape. However, it is possible to create a holding member having such a shape according to the size of the catalyst carrier. This is not easy, and there is a problem that the number of manufacturing steps increases.
In view of the above-described problems, the present invention provides a catalyst device configured to accommodate a catalyst carrier in a container, and has a configuration capable of stably holding the catalyst carrier even in a high temperature environment. The object is to realize without complicating the configuration.

上記課題を解決するため、本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒を担持したセラミックス製の触媒担体(11)と、前記触媒担体(11)を収容する外筒(13)と、前記外筒(13)と前記触媒担体(11)との間に介設されるマット(12)と、を備え、前記外筒(13)SUS430ステンレス材よりも線膨張係数が低い、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか、若しくは、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか1以上を含む合金を材料として構成され、前記外筒(13)が、前記排気ガスの流れ方向において上流側に位置する上流側排気管(50)に接合されることにより、前記上流側排気管(50)とともに前記内燃機関の排気経路(140)を構成し、前記外筒(13)は、入口側の端部(13A)から出口側の端部(13B)まで同径の筒形状であり、前記触媒担体(11)および前記マット(12)の長手方向の大きさは前記外筒(13)の長手方向の大きさより小さく、且つ、前記触媒担体(11)および前記マット(12)は前記外筒(13)の両端に対して後退した位置に配置するよう保持され、前記上流側排気管(50)は、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか、若しくは、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか1以上を含む合金で構成され、前記外筒(13)内において、前記触媒担体(11)及び前記マット(12)は圧迫された状態で収容され、圧入された前記マット(12)の前記触媒担体(11)及び前記外筒(13)に作用する反発力によって前記触媒担体(11)を保持していること、を特徴とする。
この構成によれば、セラミックス製の触媒担体とマットとを収容する外筒を、ステンレス材料(例えば、JIS SUS430等)よりも線膨張係数が低い材料により構成したことにより、触媒装置の使用時に高温の排気ガスに晒されても、膨張による外筒の変形量が小さい。これにより、外筒と、外筒と触媒担体との間に介設されるマットとが離間したりすることがなく、常温時と同様に触媒担体を保持することが可能な触媒装置を実現できる。そして、この触媒装置の外筒に使用する材料をステンレス材料よりも線膨張係数が低い材料とすることで、複雑な構造を用いず、製造工数の増加や機構の複雑化を招くことなく、容易に実現可能である。また、温度上昇に伴う外筒の変形量が小さく抑えられるので、許容され得る精度の範囲が広がり、設計及び製造上の自由度が高まる等の利点がある。
また、上記構成において、前記外筒(13)が、前記上流側排気管(50)と、下流側に位置する下流側排気管(55)とに接合されることにより、これら上流側排気管(50)及び下流側排気管(55)とともに前記内燃機関の排気経路(140)を構成し、前記下流側排気管(55)は、前記外筒(13)の下流側の端部(13B)と同径の直管であって前記端部(13B)に突き合わせ接合され、前記下流側排気管(55)は、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか、若しくは、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか1以上を含む合金で構成されたものとしてもよい。
In order to solve the above problems, the present invention provides a ceramic catalyst carrier (11) carrying a catalyst for purifying exhaust gas from an internal combustion engine, an outer cylinder (13) for housing the catalyst carrier (11) , It comprises a mat (12) which is interposed between the outer cylinder (13) and said catalyst carrier (11), the outer cylinder (13) remote sensing expansion coefficient lower by SUS430 stainless steel, pure titanium , either titanium alloys and titanium compounds, or pure titanium, is composed of any alloy containing one or more titanium alloys and titanium compounds as the material, the outer cylinder (13), upstream in the flow direction of the exhaust gas The exhaust pipe (50) of the internal combustion engine is formed together with the upstream exhaust pipe (50) by being joined to the upstream exhaust pipe (50) positioned on the side, and the outer cylinder (13) End of (13A) to the end (13B) on the outlet side have the same diameter, and the longitudinal dimensions of the catalyst carrier (11) and the mat (12) are in the longitudinal direction of the outer cylinder (13). The catalyst carrier (11) and the mat (12) are smaller than the size, and are held so as to be disposed at positions retracted from both ends of the outer cylinder (13). The upstream exhaust pipe (50) Any one of pure titanium, a titanium alloy and a titanium compound, or an alloy containing one or more of pure titanium, a titanium alloy and a titanium compound, and in the outer cylinder (13), the catalyst carrier (11) and The mat (12) is accommodated in a compressed state, and the catalyst carrier (11) is applied by a repulsive force acting on the catalyst carrier (11) and the outer cylinder (13) of the mat (12) that is press-fitted. It held, characterized by.
According to this configuration, the outer cylinder that accommodates the ceramic catalyst carrier and the mat is made of a material having a lower linear expansion coefficient than that of a stainless steel material (for example, JIS SUS430). The amount of deformation of the outer cylinder due to expansion is small even when exposed to the exhaust gas. As a result, a catalyst device capable of holding the catalyst carrier in the same manner as at room temperature can be realized without the outer cylinder and the mat interposed between the outer cylinder and the catalyst carrier being separated from each other. . And, by making the material used for the outer cylinder of this catalyst device a material whose coefficient of linear expansion is lower than that of stainless steel, it is easy to use without complicated structure, without increasing manufacturing man-hours and complicated mechanism. Is feasible. In addition, since the amount of deformation of the outer cylinder accompanying a rise in temperature is kept small, there is an advantage that the allowable accuracy range is widened and the degree of freedom in design and manufacturing is increased.
In the above configuration, the outer cylinder (13) is joined to the upstream exhaust pipe (50) and the downstream exhaust pipe (55) located on the downstream side, so that these upstream exhaust pipes ( 50) and a downstream exhaust pipe (55) constitute an exhaust path (140) of the internal combustion engine, and the downstream exhaust pipe (55) is connected to the downstream end (13B) of the outer cylinder (13). A straight pipe having the same diameter and butt-joined to the end (13B), and the downstream exhaust pipe (55) is pure titanium, a titanium alloy and a titanium compound, or pure titanium, a titanium alloy and titanium. It is good also as what was comprised with the alloy containing any one or more of a compound.

上記構成において、前記外筒(13)を構成する材料は、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか、若しくは、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか1以上を含む合金とし。これらの材料は、JIS SUS430等のステンレス材料に比べて線膨張係数が低いことから、使用時に高温の排気ガスに晒されても膨張による変形量が小さくて済む。このため、製造工数の増加や機構の複雑化を招くことなく製造可能で、高温の環境下においても触媒担体の保持性能が変化しない触媒装置を実現できる。
さらに、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか、若しくは、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか1以上を含む合金からなる外筒は、融点が高いという利点を有しており、例えば、排気経路において内燃機関に近い位置に設置でき、また、高温の排気ガスに晒される環境下でも長期にわたって使用できる。上記の材料は軽量であるという利点を有しており、例えば自動二輪車や自動車に設置した場合の車体重量の軽量化、車体の設計上の自由度の向上、取り扱い性・作業性の向上等の有利な効果が得られる。
In the above structure, the material constituting the outer cylinder (13), pure titanium, or titanium alloys and titanium compounds, or pure titanium, and an alloy containing any one or more titanium alloys and titanium compounds. Since these materials have a lower coefficient of linear expansion than stainless steel materials such as JIS SUS430, the amount of deformation due to expansion is small even when exposed to high-temperature exhaust gas during use. For this reason, it is possible to manufacture a catalyst device that can be manufactured without increasing the number of manufacturing steps or complicating the mechanism, and in which the holding performance of the catalyst carrier does not change even in a high temperature environment.
Furthermore, the outer cylinder made of any one of pure titanium, a titanium alloy and a titanium compound, or an alloy containing at least one of pure titanium, a titanium alloy and a titanium compound has an advantage of a high melting point, for example, It can be installed near the internal combustion engine in the exhaust path, and can be used for a long time even in an environment exposed to high-temperature exhaust gas. The above materials have the advantage of being lightweight, such as weight reduction of the vehicle body when installed in a motorcycle or automobile, improvement of freedom in designing the vehicle body, improvement of handling and workability, etc. An advantageous effect is obtained.

さらに、上記構成において、前記外筒(13)が、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか、若しくは、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか1以上を含む合金で構成された排気管に接合されることにより、前記排気管とともに前記内燃機関の排気経路(140)を構成するものとし。この場合、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか、若しくは、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか1以上を含む合金で構成される外筒を、同様に純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか、若しくは、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか1以上を含む合金で構成された排気管に接合することによって、内燃機関の排気経路が構成される。このような外筒と排気管とは同種または類似種の金属であるため、溶接等によって容易に接合することができ、高い接合強度が得られる。そして、触媒担体及びマットを収容する外筒を、排気管の一部として使用することが可能となり、この触媒装置自体を収容する外装を用意する必要がなくなるので、コストの低減や軽量化を図ることができる。
ここで、排気管とは、内燃機関に接続される排気マニホールド、集合管、消音器(排気マフラ)、或いは、これらを接続するパイプ等である。
Furthermore, in the above configuration, the outer cylinder (13) is an exhaust pipe made of pure titanium, a titanium alloy and a titanium compound, or an alloy containing one or more of pure titanium, a titanium alloy and a titanium compound. by being bonded to and shall constitute an exhaust passage (140) of the internal combustion engine with said exhaust pipe. In this case, an outer tube made of pure titanium, a titanium alloy and a titanium compound, or an alloy containing at least one of pure titanium, a titanium alloy and a titanium compound is similarly used as pure titanium, a titanium alloy and titanium. The exhaust path of the internal combustion engine is configured by joining to an exhaust pipe made of any one of the compounds or an alloy containing one or more of pure titanium, a titanium alloy, and a titanium compound. Since the outer cylinder and the exhaust pipe are made of the same or similar metal, they can be easily joined by welding or the like, and high joint strength can be obtained. The outer cylinder that accommodates the catalyst carrier and the mat can be used as a part of the exhaust pipe, and it is not necessary to prepare an exterior that accommodates the catalyst device itself, thereby reducing cost and weight. be able to.
Here, the exhaust pipe is an exhaust manifold, a collecting pipe, a silencer (exhaust muffler) connected to the internal combustion engine, or a pipe connecting these.

また、前記外筒(13)内において、前記触媒担体(11)及び前記マット(12)は圧迫された状態で収容され、圧入された前記マット(12)の前記触媒担体(11)及び前記外筒(13)に作用する反発力によって前記触媒担体(11)を保持している構成とし。この場合、マット及び触媒担体は、圧入、キャニング又は巻き締めにより外筒の内部に収容される際に、圧縮された状態で収められ、この圧縮されたマットの反発力により、触媒担体及び外筒とマットとの間に摩擦が生じ、この摩擦によって触媒担体が外筒内の所定位置に保持される。この構成において、外筒に線膨張係数が低い材料を用いれば、高温の排気ガスに晒される環境下においても、外筒のサイズが常温のときと殆ど変わらないため、同様に触媒担体をマットの反発力によって外筒内において保持できる。従って、排気ガスの高温に晒されても、触媒担体の保持性能が常温の状態から殆ど変化しない触媒装置を実現できる。
Further, in the outer cylinder (13) , the catalyst carrier (11) and the mat (12) are accommodated in a compressed state, and the catalyst carrier (11) and the outer mat of the mat (12) that are press-fitted. It has a configuration which holds the catalyst support (11) by the repulsive force acting on the cylinder (13). In this case, when the mat and the catalyst carrier are accommodated in the outer cylinder by press fitting, canning or winding, the mat and the catalyst carrier are stored in a compressed state, and the catalyst carrier and the outer cylinder are caused by the repulsive force of the compressed mat. Friction is generated between the mat and the mat, and the catalyst carrier is held at a predetermined position in the outer cylinder by this friction. In this configuration, if a material having a low linear expansion coefficient is used for the outer cylinder, the size of the outer cylinder is almost the same as that at normal temperature even in an environment exposed to high-temperature exhaust gas. It can be held in the outer cylinder by the repulsive force. Therefore, even if the exhaust gas is exposed to a high temperature, a catalyst device in which the retention performance of the catalyst carrier hardly changes from the normal temperature state can be realized.

本発明によれば、触媒装置の使用時に高温の排気ガスに晒されても、外筒の膨張が僅かな量に抑えられるので、外筒と、外筒と触媒担体との間に介設されるマットとが離間したりすることがなく、常温時と同様に触媒担体を保持することが可能な触媒装置を実現できる。そして、この触媒装置の外筒に使用する材料をステンレス材料よりも線膨張係数が低い材料とすることで、複雑な構造を用いず、製造工数の増加や機構の複雑化を招くことなく、容易に実現可能である。また、使用時に高温の排気ガスに晒されても膨張による変形量が小さくて済むので、製造工数の増加や機構の複雑化を招くことなく製造可能で、高温の環境下においても触媒担体の保持性能が変化しない触媒装置を実現できる。また、温度上昇に伴う外筒の変形量が小さく抑えられるので、許容され得る精度の範囲が広がり、設計及び製造上の自由度が高まる等の利点がある。
さらに、外筒は融点が高いという利点を有しており、高温の排気ガスに晒される環境下でも長期にわたって使用できる。上記の材料は軽量であるという利点を有しており、例えば自動二輪車や自動車に設置した場合の車体重量の軽量化、車体の設計上の自由度の向上、取り扱い性・作業性の向上等の有利な効果が得られる。
さらにまた、外筒と排気管とが同種または類似種の金属であるため、溶接等によって容易に接合することができ、高い接合強度が得られる、その上、触媒担体及びマットを収容する外筒を排気管の一部として使用することが可能となり、この触媒装置自体を収容する外装を用意する必要がなくなるので、コストの低減や軽量化を図ることができる。
また、マットの反発力により触媒担体が外筒内の所定位置に保持されるので、外筒に線膨張係数が低い材料を用いれば、高温の排気ガスに晒される環境下においても、外筒のサイズが常温のときと殆ど変わらないため、同様に触媒担体をマットの反発力によって外筒内に保持できる。
According to the present invention, since the expansion of the outer cylinder is suppressed to a slight amount even when exposed to high-temperature exhaust gas during use of the catalyst device, the outer cylinder is interposed between the outer cylinder and the catalyst carrier. Thus, a catalyst device capable of holding the catalyst carrier in the same manner as at room temperature can be realized. And, by making the material used for the outer cylinder of this catalyst device a material whose coefficient of linear expansion is lower than that of stainless steel, it is easy to use without complicated structure, without increasing manufacturing man-hours and complicated mechanism. Is feasible. In addition, the amount of deformation due to expansion is small even when exposed to high-temperature exhaust gas during use, so that it can be manufactured without increasing the number of manufacturing steps and the complexity of the mechanism, and the catalyst carrier can be retained even in a high-temperature environment. A catalytic device whose performance does not change can be realized. In addition, since the amount of deformation of the outer cylinder accompanying a rise in temperature is kept small, there is an advantage that the allowable accuracy range is widened and the degree of freedom in design and manufacturing is increased.
Further, the outer cylinder has an advantage of a high melting point, and can be used for a long time even in an environment exposed to high-temperature exhaust gas. The above materials have the advantage of being lightweight, such as weight reduction of the vehicle body when installed in a motorcycle or automobile, improvement of freedom in designing the vehicle body, improvement of handling and workability, etc. An advantageous effect is obtained.
Furthermore, since the outer cylinder and the exhaust pipe are made of the same or similar metal, they can be easily joined by welding or the like, and a high joining strength can be obtained. In addition, the outer cylinder that houses the catalyst carrier and the mat is obtained. Can be used as a part of the exhaust pipe, and it is not necessary to prepare an exterior housing the catalyst device itself, so that the cost and weight can be reduced.
In addition, since the catalyst carrier is held at a predetermined position in the outer cylinder by the repulsive force of the mat, if a material having a low linear expansion coefficient is used for the outer cylinder, the outer cylinder Since the size is almost the same as that at room temperature, the catalyst carrier can be similarly held in the outer cylinder by the repulsive force of the mat.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明を適用した第1の実施形態に係る触媒装置1を備えた排気マフラ100を模式的に示す図である。排気マフラ100は、自動二輪車に設けられ、自動二輪車のエンジン(不図示)から延びる排気管110の後端に接続され、排気管110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サイレンサとして機能する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an exhaust muffler 100 including a catalyst device 1 according to a first embodiment to which the present invention is applied. The exhaust muffler 100 is provided in a motorcycle and is connected to a rear end of an exhaust pipe 110 extending from an engine (not shown) of the motorcycle. It functions as a silencer.

排気マフラ100は、エンジンから延びる単一の排気管110が接続される筒状本体120を有し、筒状本体120内に、セラミックス製の触媒担体10を備える触媒装置1が支持されている。触媒装置1は、触媒を担持する触媒担体10と、触媒担体10を収容する外筒13と、触媒担体10と外筒13との間に狭持される緩衝機能を有する保持マット12とを備えている。触媒装置1は、保持マット12が巻き付けられた触媒担体10を、外筒13に収容して構成されている。
筒状本体120は、複数(本例では2枚)の隔壁131、132を介して内部空間が複数(本例では3つ)の膨張室A、B、Cに仕切られており、筒状本体120の前端部121を排気管110の端部110Aが貫通して膨張室B内に固定され、排気管110の端部110Aに最も近接する第1隔壁131に、触媒装置1が貫通して固定されている。
The exhaust muffler 100 has a cylindrical main body 120 to which a single exhaust pipe 110 extending from the engine is connected, and the catalyst device 1 including the ceramic catalyst carrier 10 is supported in the cylindrical main body 120. The catalyst device 1 includes a catalyst carrier 10 that supports a catalyst, an outer cylinder 13 that houses the catalyst carrier 10, and a holding mat 12 that has a buffer function that is sandwiched between the catalyst carrier 10 and the outer cylinder 13. ing. The catalyst device 1 is configured by accommodating a catalyst carrier 10 around which a holding mat 12 is wound in an outer cylinder 13.
The cylindrical main body 120 has an internal space partitioned into a plurality of (three in this example) expansion chambers A, B, and C via a plurality (two in this example) of partition walls 131 and 132. An end 110A of the exhaust pipe 110 passes through the front end 121 of the 120 and is fixed in the expansion chamber B, and the catalyst device 1 passes through and is fixed to the first partition wall 131 closest to the end 110A of the exhaust pipe 110. Has been.

触媒装置1は、触媒担体10に形成された多数の細孔5を介して排気管110の端部110A側と膨張室Aとを連通させ、端部110Aから排出された排気ガスは、端部13Aから触媒装置1に入り、触媒担体10を通過する際に浄化され、端部13Bから排出される。
ここで、触媒装置1を構成する外筒13の外径は、排気管110の外径よりも僅かに大きく形成されており、図1に示すように外筒13の内部に端部110Aを入り込ませた状態で安定するようになっている。そして、端部110Aを外筒13に入り込ませた状態で、外筒13の端部13Aは、排気管110の外側面に溶接により接合されている。接合部105においては、端部13Aと排気管110とが直接接合されている。
The catalyst device 1 connects the end 110A side of the exhaust pipe 110 and the expansion chamber A through a large number of pores 5 formed in the catalyst carrier 10, and the exhaust gas discharged from the end 110A The catalyst device 1 is entered from 13A, purified when passing through the catalyst carrier 10, and discharged from the end 13B.
Here, the outer diameter of the outer cylinder 13 constituting the catalyst device 1 is formed to be slightly larger than the outer diameter of the exhaust pipe 110, and the end portion 110A enters the inside of the outer cylinder 13 as shown in FIG. It is designed to be stable in the state where The end portion 13A of the outer cylinder 13 is joined to the outer surface of the exhaust pipe 110 by welding in a state where the end portion 110A is inserted into the outer cylinder 13. In the joint portion 105, the end portion 13A and the exhaust pipe 110 are directly joined.

また、第1隔壁131には、触媒装置1からずれた位置に、第1連通管135と第2連通管136とが貫通して固定され、第1連通管135は、膨張室Aと膨張室Bとを連通し、第2連通管136は、膨張室Aを横断して第2隔壁132を貫通し、膨張室Bと膨張室Cとを連通させる。筒状本体120の後端部122には、テールパイプを構成する管部材138が貫通して固定され、管部材138が膨張室Cと排気マフラ100外の空間とを連通する。   The first communication pipe 135 and the second communication pipe 136 are fixed to the first partition wall 131 at positions displaced from the catalyst device 1, and the first communication pipe 135 includes the expansion chamber A and the expansion chamber. The second communication pipe 136 passes through the second partition wall 132 across the expansion chamber A, and allows the expansion chamber B and the expansion chamber C to communicate with each other. A tube member 138 constituting a tail pipe is fixed to the rear end portion 122 of the cylindrical main body 120 so that the tube member 138 communicates the expansion chamber C with the space outside the exhaust muffler 100.

排気マフラ100では、排気管110の端部110Aから排出された排気ガスが、図1に矢印で示すように、触媒装置1を通過して排気マフラ100内の膨張室Aに流入し、流れ方向を反転して第1連通管135を通って膨張室Bに流入し、再び流れ方向を反転して第2連通管136を通って膨張室Cに流入し、テールパイプを構成する管部材138を通って外部へと排出される。
筒状本体120の断面積は、筒状本体120に挿入される排気管110よりも大きく形成されるため、排気ガスが各膨張室A〜Cに流入する際に減圧される。また、触媒装置1を排気マフラ100の筒状本体120内に配置したため、触媒装置1のレイアウトスペースが容易に確保される。また、触媒装置1を排気管110の端部110Aと略同軸上に配置したため、排気管110の端部110Aから排出された排気ガスをその流れ方向を変えることなく触媒装置1に流入させることができる。
In the exhaust muffler 100, the exhaust gas discharged from the end 110A of the exhaust pipe 110 passes through the catalyst device 1 and flows into the expansion chamber A in the exhaust muffler 100, as indicated by an arrow in FIG. And the flow direction is reversed again to flow into the expansion chamber C through the second communication pipe 136, and the pipe member 138 constituting the tail pipe is removed. It is discharged to the outside through.
Since the cross-sectional area of the cylindrical main body 120 is formed larger than the exhaust pipe 110 inserted into the cylindrical main body 120, the pressure is reduced when the exhaust gas flows into the expansion chambers A to C. Further, since the catalyst device 1 is disposed in the cylindrical main body 120 of the exhaust muffler 100, the layout space of the catalyst device 1 is easily ensured. Further, since the catalyst device 1 is arranged substantially coaxially with the end portion 110A of the exhaust pipe 110, the exhaust gas discharged from the end portion 110A of the exhaust pipe 110 can be allowed to flow into the catalyst device 1 without changing its flow direction. it can.

図2は、触媒装置1の構成を示した分解斜視図である。
触媒担体10は、円筒形状に形成され、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5を有するハニカム状の多孔構造体である。触媒担体10の内部には、その多孔質構造に由来して大きな表面積が確保され、各々の細孔5に露出する多孔構造において、排気ガス成分を分解する白金、ロジウム及びパラジウムが触媒として担持されている。ここで、触媒担体10の断面形状は任意であり、断面形状は円形に限らず、楕円形や多角形等であっても良い。
触媒担体10の基材としては多孔質のセラミックスが用いられているため、白金やロジウム等の触媒が担持され易い。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。
FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of the catalyst device 1.
The catalyst carrier 10 is a honeycomb-like porous structure formed in a cylindrical shape and having a large number of pores 5 extending along the axial direction inside the cylindrical outer shell. A large surface area is secured inside the catalyst carrier 10 due to its porous structure, and platinum, rhodium and palladium that decompose exhaust gas components are supported as catalysts in the porous structure exposed to the respective pores 5. ing. Here, the cross-sectional shape of the catalyst carrier 10 is arbitrary, and the cross-sectional shape is not limited to a circle but may be an ellipse or a polygon.
Since porous ceramics are used as the base material of the catalyst carrier 10, a catalyst such as platinum or rhodium is easily supported. Here, as a preferable example of the material of the ceramic, various heat-resistant ceramics including cordierite, mullite, alumina, alkaline earth metal aluminate, silicon carbide, silicon nitride, or the like can be used. It is.

保持マット12は、アルミナ等の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したものであり、触媒担体10の外表面11に巻き付けられる。そして、保持マット12の一端には凸形状の合わせ部が形成され、他端には凹形状の合わせ部が形成されているため、保持マット12を触媒担体10に巻き付ける際には、2つの合わせ部が噛み合わさることで確実に係合される。また、保持マット12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12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。さらに、保持マット12は、繊維が絡み合った集合体であって、その表面及び内部に微細な隙間が無数に形成されているので、保持マット12の表面は、細かい凹凸が無数に形成された状態にあり、面粗度が粗く、摩擦係数が高い。   The holding mat 12 is formed in a long mat shape by compressing or accumulating ceramic fibers such as alumina, and is wound around the outer surface 11 of the catalyst carrier 10. Since the convex mating portion is formed at one end of the holding mat 12 and the concave mating portion is formed at the other end, when the holding mat 12 is wound around the catalyst carrier 10, two mating portions are formed. Engagement is ensured by engaging the parts. Moreover, since the holding mat 12 is an aggregate in which fibers are intertwined, it has a relatively large elasticity. Here, the material of the holding mat 12 may be any material having heat resistance and elasticity, and a material in which fibrous metals are integrated, glass wool, or the like can also be used. Furthermore, the holding mat 12 is an aggregate in which fibers are intertwined, and the surface and the inside of the holding mat 12 are formed with countless fine gaps, so that the surface of the holding mat 12 is formed with countless fine irregularities. The surface roughness is rough and the friction coefficient is high.

これに対し、外筒13は、例えば断面円形の中空の管であり、両端は開口している。外筒13を構成する材料としては、ステンレス材料(例えば、JIS SUS430等)に比べて線膨張係数が低い材料である。ステンレス材料の線膨張係数(常温を含む温度範囲における線膨張係数。以下同じ。)は、10×10-6/℃(フェライト系ステンレス鋼)〜17×10-6/℃(オーステナイト系ステンレス鋼)とされ、ステンレス材料の一例として挙げられるSUS430の線膨張係数は、10.4×10-6/℃であり、SUS304の線膨張係数は17×10-6/℃である。外筒13を構成する材料はこれより線膨張係数が低いものであり、好ましい例としては、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか、若しくは、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか1以上を含む合金が挙げられる。チタン(JIS1〜4種純チタン)の線膨張係数は8.4×10-6/℃であり、チタン合金の例として挙げられるTi-6Al−4V合金では8.8×10-6/℃であり、その他のチタン合金のいずれも、その線膨張係数はステンレス材料より低い。 On the other hand, the outer cylinder 13 is, for example, a hollow tube having a circular cross section, and both ends are open. The material constituting the outer cylinder 13 is a material having a lower linear expansion coefficient than a stainless material (for example, JIS SUS430). The linear expansion coefficient of the stainless material (linear expansion coefficient in a temperature range including normal temperature, the same applies hereinafter) is 10 × 10 −6 / ° C. (ferritic stainless steel) to 17 × 10 −6 / ° C. (austenitic stainless steel). SUS430, which is an example of a stainless material, has a linear expansion coefficient of 10.4 × 10 −6 / ° C., and SUS304 has a linear expansion coefficient of 17 × 10 −6 / ° C. The material constituting the outer cylinder 13 has a lower linear expansion coefficient than this, and preferable examples include any one of pure titanium, a titanium alloy and a titanium compound, or pure titanium, a titanium alloy and a titanium compound. The alloy containing the above is mentioned. Titanium (JIS 1-4 type pure titanium) has a linear expansion coefficient of 8.4 × 10 −6 / ° C., and Ti-6Al-4V alloy exemplified as a titanium alloy is 8.8 × 10 −6 / ° C. Yes, all of the other titanium alloys have a lower coefficient of linear expansion than stainless steel materials.

ここで、外筒13を構成する材料としては、α合金、α−β合金、β合金などのチタン合金あるいは純チタン(JIS 1種〜4種)が挙げられ、チタン合金としては、チタン(Ti)とともに、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、鉄(Fe)、銅(Cu)、スズ(Sn)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、ジルコニウム(Zr)等の他種金属のいずれか1以上を含むものであり、その他の不可避不純物を含んでいてもよく、さらに、酸素(O)を含むもの等が挙げられる。具体的には、Ti−6Al−4V、Ti−6Al−6V−2Sn、Ti−6Al−2Sn−4Zr−6Mo、Ti−1.5Al、Ti−10V−2Fe−3Al、Ti−7Al−4Mo、Ti−5Al−2.5Sn、Ti−6Al−5Zr−0.5Mo−0.2Si、Ti−5.5Al−3.5Sn−3Zr−0.3Mo−1Nb−0.3Si、Ti−8Al−1Mo−1V、Ti−6Al−2Sn−4Zr−2Mo、Ti−5Al−2Sn−2Zr−4Mo−4Cr、Ti−11.5Mo−6Zr−4.5Sn、Ti−15V−3Cr−3Al−3Sn、Ti−15Mo−5Zr−3Al、Ti−15Mo−5Zr、Ti−13V−11Cr−3Al等を用いることができる。また、上記純チタン或いはチタン合金からなる材料に炭化ケイ素(SiC)、炭化ホウ素(B4C等)、ガラス、酸化鉄等の微粒子を含ませた材料としてもよい。 Here, examples of the material constituting the outer cylinder 13 include titanium alloys such as α alloys, α-β alloys, β alloys, and pure titanium (JIS type 1 to type 4), and examples of titanium alloys include titanium (Ti ), Aluminum (Al), silicon (Si), iron (Fe), copper (Cu), tin (Sn), vanadium (V), niobium (Nb), molybdenum (Mo), chromium (Cr), zirconium ( Zr) contains any one or more of other metals, may contain other inevitable impurities, and further includes oxygen (O). Specifically, Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-1.5Al, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-7Al-4Mo, Ti -5Al-2.5Sn, Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.2Si, Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-0.3Mo-1Nb-0.3Si, Ti-8Al-1Mo-1V Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr, Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn, Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn, Ti-15Mo-5Zr -3Al, Ti-15Mo-5Zr, Ti-13V-11Cr-3Al, or the like can be used. Further, a material in which fine particles such as silicon carbide (SiC), boron carbide (B 4 C, etc.), glass, iron oxide or the like are included in the material made of pure titanium or a titanium alloy may be used.

これらの材料は、共通して、上記のようにステンレス材料よりも線膨張係数が低い。さらに、上記に列挙した材料及びその他のチタンを含む材料は、ステンレス材料よりも軽量である。ステンレス材料の一例としてのSUS430の密度(比重)が7.98g/cm3であるのに対し、チタン(JIS1〜4種純チタン)の密度は4.5g/cm3、チタン合金の一例としてのTi-6AI−4V合金は4.4g/cm3である。このため、外筒13を用いて構成される触媒装置1は軽量であり、この触媒装置1を例えば自動二輪車や自動車に設置した場合には、車体重量の軽量化、車体の設計上の自由度の向上、取り扱い性・作業性の向上等の有利な効果が得られる。 In common, these materials have a lower linear expansion coefficient than the stainless steel material as described above. Furthermore, the materials listed above and other titanium-containing materials are lighter than stainless steel materials. SUS430 density of as an example of stainless steel material (specific gravity) whereas a 7.98 g / cm 3, the density of titanium (JIS1~4 or pure titanium) is 4.5 g / cm 3, as an example of a titanium alloy The Ti-6AI-4V alloy is 4.4 g / cm 3 . For this reason, the catalyst device 1 configured using the outer cylinder 13 is lightweight. When the catalyst device 1 is installed in, for example, a motorcycle or an automobile, the weight of the vehicle body is reduced, and the degree of freedom in designing the vehicle body. Advantageous effects such as improvement in handling and improvement in handling and workability can be obtained.

図3は、触媒装置1の断面図である。
図3に示すように触媒装置1は、保持マット12を介して外表面11が外筒13に保持された構成となっている。この触媒装置1を製造する過程においては、触媒担体10及び保持マット12を外筒13に収める工程で、触媒担体10に保持マット12を巻き付けた上で、これが予め筒形状に整形された外筒13に圧入される。従って、外筒13に収められた保持マット12は圧縮された状態となっており、保持マット12を構成する繊維の反発力によって、触媒担体10と保持マット12との間、及び、保持マット12と外筒13との間には押圧力が作用している。
触媒担体10は多孔質のセラミックス材料で構成されるため、その外表面11の面粗度は高く、保持マット12の表面も粗面である。従って、触媒担体10と保持マット12とは摩擦力により相互に移動しないよう保持される。また、保持マット12と外筒13も、図中符号Dで示す方向の排気ガスの圧に抗して、外筒13内の所定の位置に摩擦により保持されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the catalyst device 1.
As shown in FIG. 3, the catalyst device 1 has a configuration in which an outer surface 11 is held by an outer cylinder 13 via a holding mat 12. In the process of manufacturing the catalyst device 1, the catalyst carrier 10 and the holding mat 12 are accommodated in the outer cylinder 13, and the holding mat 12 is wound around the catalyst carrier 10, and then the outer cylinder is shaped into a cylindrical shape in advance. 13 is press-fitted. Accordingly, the holding mat 12 housed in the outer cylinder 13 is in a compressed state, and the repulsive force of the fibers constituting the holding mat 12 causes the holding mat 12 to be interposed between the catalyst carrier 10 and the holding mat 12. A pressing force acts between the outer cylinder 13 and the outer cylinder 13.
Since the catalyst carrier 10 is made of a porous ceramic material, the outer surface 11 has a high surface roughness and the holding mat 12 has a rough surface. Therefore, the catalyst carrier 10 and the holding mat 12 are held so as not to move with each other due to the frictional force. The holding mat 12 and the outer cylinder 13 are also frictionally held at predetermined positions in the outer cylinder 13 against the pressure of the exhaust gas in the direction indicated by symbol D in the figure.

以下、触媒装置1の製造方法について説明する。なお、以下の説明における温度や時間等の各種条件は、あくまで具体的な例を示すものであって、本発明の内容を限定するものではない。
まず、円筒形状に形成された触媒担体10の軸線方向の一端の一部を、白金、ロジウム及びパラジウムを含有する溶液(或いは、これらとともにアルミナ等を含むスラリー)に所定の長さ(深さ)だけ浸漬させる。次いで、一端が浸漬した状態の触媒担体10の他端に、溶液を吸上げ可能なポンプに接続されたチューブを接続する。このチューブは、全ての各細孔5から吸引を行えるように触媒担体10の他端に接続される。そして、ポンプにより上記チューブを介して吸引を行うことで、全ての細孔5から溶液が吸い上げられ、各細孔5の表面に溶液が接触し、各細孔5の表面に溶質である触媒が付着する。
その後、触媒担体10を上記溶液から引き上げて100℃にて10分間の熱風乾燥した後、450℃にて1時間焼成し、触媒担体10に触媒を担持させる。
焼成の後、触媒担体10の外表面11に保持マット12を巻き付けて、この触媒担体10を保持マット12とともに外筒13に圧入することで、触媒装置1が形成される。
Hereinafter, a method for manufacturing the catalyst device 1 will be described. The various conditions such as temperature and time in the following description are merely specific examples, and do not limit the contents of the present invention.
First, a part of one end in the axial direction of the catalyst carrier 10 formed in a cylindrical shape is put into a solution containing platinum, rhodium and palladium (or a slurry containing alumina together with these) with a predetermined length (depth). Just soak. Next, a tube connected to a pump capable of sucking up the solution is connected to the other end of the catalyst carrier 10 in which one end is immersed. This tube is connected to the other end of the catalyst carrier 10 so that suction can be performed from all the pores 5. Then, by sucking through the tube by the pump, the solution is sucked up from all the pores 5, the solution contacts the surface of each pore 5, and a catalyst that is a solute on the surface of each pore 5 Adhere to.
Thereafter, the catalyst carrier 10 is pulled up from the above solution and dried with hot air at 100 ° C. for 10 minutes, and then calcined at 450 ° C. for 1 hour to allow the catalyst carrier 10 to carry the catalyst.
After firing, the holding mat 12 is wound around the outer surface 11 of the catalyst carrier 10, and the catalyst carrier 10 is press-fitted into the outer cylinder 13 together with the holding mat 12, thereby forming the catalyst device 1.

上記の過程において触媒担体10にパラジウム、ロジウム、白金を担持させるための溶液は、これら金属を含む化合物を所定溶媒に溶解させたものである。パラジウムを担持させるために用いる材料としては、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、錯塩(ジクロロテトラアンミンパラジウム等)等が挙げられる。また、白金を担持させる材料としては、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、錯塩(ジニトロジアンミン白金、トリクロロトリアンミン白金等)等が挙げられる。また、触媒担体10にロジウムを担持させる材料としては、硝酸塩、塩化物、酢酸塩、硫酸塩、錯塩(ペンタアンミンクロロロジウム、ヘキサアンミンロジウム等)等が挙げられる。そして、これらの材料の溶液を調整し、この溶液に上述した触媒担体10を含浸させることにより、触媒担体10にパラジウム、白金、ロジウムを担持させることができる。溶媒としては、水や有機溶媒を用いることが可能であるが、溶解度や廃液処理の容易性、入手容易性等を考慮すると水が好ましい。また、上記溶液に触媒担体10を含浸させた後、触媒担体10を、例えば250度程度に加熱して乾燥させることで、触媒担体10が有する多孔構造にパラジウム、ロジウム、白金が担持され、排気ガス中の窒素酸化物、HC(炭化水素)、CO(一酸化炭素)等を分解浄化することができる。なお、要求される排気ガス浄化性能によっては、パラジウム、ロジウム、白金のいずれか1又は2種のみを触媒担体10に担持させて触媒を構成してもよい。また、パラジウム、ロジウム、白金の他に、触媒として機能する金属や金属化合物(例えば、セリウムやイリジウム、ジルコニウム又はこれらの酸化物等)等を触媒担体10に担持させてもよい。   The solution for supporting palladium, rhodium, and platinum on the catalyst carrier 10 in the above process is obtained by dissolving a compound containing these metals in a predetermined solvent. Examples of materials used for supporting palladium include nitrates, chlorides, acetates, complex salts (such as dichlorotetraammine palladium), and the like. Examples of the material for supporting platinum include nitrates, chlorides, acetates, complex salts (such as dinitrodiammine platinum and trichlorotriammine platinum). Examples of the material for supporting rhodium on the catalyst carrier 10 include nitrates, chlorides, acetates, sulfates, complex salts (pentamminechlororhodium, hexaamminerhodium, etc.) and the like. Then, by preparing a solution of these materials and impregnating the catalyst carrier 10 with the solution, palladium, platinum, or rhodium can be supported on the catalyst carrier 10. As the solvent, water or an organic solvent can be used, but water is preferable in consideration of solubility, ease of waste liquid treatment, availability, and the like. Further, after impregnating the catalyst carrier 10 in the above solution, the catalyst carrier 10 is heated to, for example, about 250 degrees and dried, so that palladium, rhodium, and platinum are supported on the porous structure of the catalyst carrier 10, and the exhaust gas is exhausted. Nitrogen oxides, HC (hydrocarbon), CO (carbon monoxide), etc. in the gas can be decomposed and purified. Depending on the exhaust gas purification performance required, the catalyst may be configured by supporting only one or two of palladium, rhodium, and platinum on the catalyst carrier 10. In addition to palladium, rhodium, and platinum, a metal or a metal compound that functions as a catalyst (for example, cerium, iridium, zirconium, or an oxide thereof) may be supported on the catalyst carrier 10.

また、外筒13に保持マット12及び触媒担体10を圧入した後で、さらに触媒装置1を加熱して、保持マット12と外筒13とを接合することも可能である。この場合、保持マット12と外筒13の内面とは、密着した状態で加熱されることで、所定の保持力を発揮する程度に密着、接着あるいは接合される。
なお、本第1の実施形態において外筒13は予め円筒形に形成されたものを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、キャニング、巻き締めによる方法がある。
キャニングにより触媒担体10を収容する場合には、保持マット12が巻き付けられた触媒担体10に、円筒を軸線方向に沿って複数の片に分割した形状の分割片をあてがって、これらの分割片どうしを溶接、接着及びボルト止め等により接合して外筒13を形成する。この方法では、複数の分割片を接合する際に、これら分割片が、保持マット12を圧縮するように押圧される。このため、外筒13に収容された状態で、触媒担体10及び保持マット12は、保持マット12の反発力により外筒13内の所定位置に保持される。
また、巻き締めにより触媒担体10を収容する場合には、保持マット12が巻き付けられた触媒担体10に、上述した外筒13の材料となる金属製の板材を巻き付けることで、この板材の端部どうしが溶接、接着及びボルト止め等により接合されて円筒形の外筒13が形成される。この方法では、板材を巻き付ける過程で、板材に対し、保持マット12を圧縮するような張力が加えられる。このため、外筒13に収容された状態で、触媒担体10及び保持マット12は、保持マット12の反発力により外筒13内の所定位置に保持される。
Further, after the holding mat 12 and the catalyst carrier 10 are press-fitted into the outer cylinder 13, it is possible to further heat the catalyst device 1 to join the holding mat 12 and the outer cylinder 13. In this case, the holding mat 12 and the inner surface of the outer cylinder 13 are heated in close contact with each other, so that the holding mat 12 and the inner surface of the outer tube 13 are bonded, bonded, or joined to the extent that a predetermined holding force is exhibited.
In the first embodiment, the outer cylinder 13 is formed in a cylindrical shape in advance. However, the present invention is not limited to this, and there is a method using canning and winding.
When the catalyst carrier 10 is accommodated by canning, the catalyst carrier 10 around which the holding mat 12 is wound is applied with divided pieces each having a shape obtained by dividing the cylinder into a plurality of pieces along the axial direction. Are joined by welding, bonding, bolting or the like to form the outer cylinder 13. In this method, when joining a plurality of divided pieces, these divided pieces are pressed so as to compress the holding mat 12. For this reason, the catalyst carrier 10 and the holding mat 12 are held at predetermined positions in the outer cylinder 13 by the repulsive force of the holding mat 12 while being accommodated in the outer cylinder 13.
Further, when the catalyst carrier 10 is accommodated by winding, the end of the plate material is wound by winding a metal plate material as the material of the outer cylinder 13 around the catalyst carrier 10 around which the holding mat 12 is wound. The cylindrical outer cylinder 13 is formed by joining together by welding, bonding, bolting, or the like. In this method, a tension that compresses the holding mat 12 is applied to the plate material in the process of winding the plate material. For this reason, the catalyst carrier 10 and the holding mat 12 are held at predetermined positions in the outer cylinder 13 by the repulsive force of the holding mat 12 while being accommodated in the outer cylinder 13.

このように構成される触媒装置1は、例えば図1に示したように排気マフラ100内に配設されて使用される場合に、高温の排気ガスが内部を通過することで、触媒担体10、保持マット12及び外筒13が、いずれも高温に晒される。触媒担体10及び保持マット12を構成するセラミックスは線膨張係数が非常に小さく、例えばセラミックス製のハニカム触媒担体としては、線膨張係数が1.2×10-6/℃程度のものが知られている。このため、触媒装置1が高温となっている状態では、触媒担体10と外筒13とが異なる割合で膨張するため、触媒担体10と外筒13との間隔が広がって、保持マット12の反発力による触媒担体10の保持力が弱まる可能性がある。しかしながら、本第1の実施形態における触媒装置1は、上述したように、ステンレス材料(例えば、JIS SUS430等)よりも線膨張係数が低い材料により外筒13を構成しているので、熱による外筒13の膨張が非常に小さく、線膨張係数の低い触媒担体10や保持マット12との間にクリアランスを生じるおそれがなく、保持マット12の反発力が顕著に低下することもない。このため、排気ガスの高温に晒されても、触媒担体10の保持性能が常温の状態から殆ど変化しない触媒装置を実現できる。これにより、保持マット12による保持力が低下した場合の備えとして、例えば触媒担体10が外筒13内で移動しないように固定または係止する突起や別の部材などを設ける必要がない。従って、構造を複雑化することなく、排気ガスの熱に晒されても安定して触媒担体10及び保持マット12を保持することが可能となる。 When the catalyst device 1 configured as described above is used in an exhaust muffler 100 as shown in FIG. 1, for example, the catalyst carrier 10, Both the holding mat 12 and the outer cylinder 13 are exposed to high temperatures. The ceramics constituting the catalyst carrier 10 and the holding mat 12 have a very small linear expansion coefficient. For example, ceramic honeycomb catalyst carriers having a linear expansion coefficient of about 1.2 × 10 −6 / ° C. are known. Yes. For this reason, when the catalyst device 1 is at a high temperature, the catalyst carrier 10 and the outer cylinder 13 expand at different rates, so that the gap between the catalyst carrier 10 and the outer cylinder 13 is widened, and the repulsion of the holding mat 12 is increased. There is a possibility that the holding force of the catalyst carrier 10 by force is weakened. However, as described above, the catalyst device 1 according to the first embodiment includes the outer cylinder 13 made of a material having a lower linear expansion coefficient than a stainless steel material (for example, JIS SUS430). The expansion of the cylinder 13 is very small, there is no possibility of generating a clearance between the catalyst carrier 10 and the holding mat 12 having a low linear expansion coefficient, and the repulsive force of the holding mat 12 is not significantly reduced. For this reason, even if the exhaust gas is exposed to a high temperature, a catalyst device in which the retention performance of the catalyst carrier 10 hardly changes from the normal temperature state can be realized. Accordingly, as a provision for the case where the holding force by the holding mat 12 is reduced, for example, it is not necessary to provide a protrusion or another member that is fixed or locked so that the catalyst carrier 10 does not move in the outer cylinder 13. Therefore, the catalyst carrier 10 and the holding mat 12 can be stably held even when exposed to the heat of the exhaust gas without complicating the structure.

また、外筒13の形状は、触媒担体10及び保持マット12を収容するのに必要な要件を満たす単純な円筒形であって、その他の複雑な形状を必要としない。このため、外筒13の製造に要する工数は、例えばステンレスや鉄系の材料により外筒13を製造する場合と変わらない。このように、外筒13の材料を、ステンレス材料よりも線膨張係数が低い材料とすることで、複雑な構造を用いず、製造工数の増加や機構の複雑化を招くことなく、高温時においても触媒担体10及び保持マット12を安定して保持することが可能な触媒装置1を、容易に実現可能である。   The shape of the outer cylinder 13 is a simple cylindrical shape that satisfies the requirements necessary to accommodate the catalyst carrier 10 and the holding mat 12, and does not require any other complicated shape. For this reason, the man-hour required for manufacture of the outer cylinder 13 is the same as the case where the outer cylinder 13 is manufactured, for example with stainless steel or an iron-type material. Thus, the material of the outer cylinder 13 is made of a material having a lower linear expansion coefficient than that of the stainless steel material, so that a complicated structure is not used, the manufacturing man-hours and the mechanism are not complicated, and at a high temperature. In addition, the catalyst device 1 that can stably hold the catalyst carrier 10 and the holding mat 12 can be easily realized.

特に、本第1の実施形態で説明したように、外筒13の材料を、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか、若しくは、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか1以上を含む合金とした場合、外筒13の線膨張係数がステンレス材料等に比べて大幅に低く、使用時に高温の排気ガスに晒された場合の膨張による変形量が極めて小さくて済む。このため、高温の環境下においても触媒担体10の保持性能が殆ど変化しないので、触媒担体10の保持性能を確保するために必要な精度、すなわち許容され得る精度の範囲が広がり、設計及び製造上の自由度が高まる等といった利点がある。
さらに、外筒13の材料としてあげられる純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか、若しくは、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか1以上を含む合金は、融点が高いという利点を有しており、例えば、排気経路において内燃機関に近い位置に設置しても何ら問題がなく、また、高温の排気ガスに晒される環境下でも長期にわたって使用できる。上記の材料は軽量であるという利点を有しており、例えば自動二輪車や自動車に設置した場合の車体重量の軽量化、車体の設計上の自由度の向上、取り扱い性・作業性の向上等の有利な効果が得られる。
In particular, as described in the first embodiment, the material of the outer cylinder 13 includes one or more of pure titanium, a titanium alloy, and a titanium compound, or pure titanium, a titanium alloy, and a titanium compound. When an alloy is used, the linear expansion coefficient of the outer cylinder 13 is significantly lower than that of a stainless steel material or the like, and the amount of deformation due to expansion when exposed to high-temperature exhaust gas during use can be extremely small. For this reason, since the holding performance of the catalyst carrier 10 hardly changes even in a high-temperature environment, the accuracy necessary for securing the holding performance of the catalyst carrier 10, that is, the range of allowable accuracy is widened. There is an advantage that the degree of freedom increases.
Furthermore, any of pure titanium, titanium alloy and titanium compound mentioned as the material of the outer cylinder 13, or an alloy containing any one or more of pure titanium, titanium alloy and titanium compound has an advantage that the melting point is high. For example, there is no problem even if it is installed at a position close to the internal combustion engine in the exhaust path, and it can be used for a long time even in an environment exposed to high-temperature exhaust gas. The above materials have the advantage of being lightweight, such as weight reduction of the vehicle body when installed in a motorcycle or automobile, improvement of freedom in designing the vehicle body, improvement of handling and workability, etc. An advantageous effect is obtained.

[第2の実施形態]
図4は、本発明を適用した第2の実施形態に係る排気管構造140を示す断面図である。
なお、本第2の実施形態において、上記第1の実施形態と同様に構成される部分については同符号を付して説明を省略する。
図4に示す排気管構造140は、触媒装置1のエンジン(図示略)側にチタン製排気管50を接合し、触媒装置1の排気マフラ(図示略)側にチタン製排気管55を接合して構成されるものである。排気管構造140は、エンジンの排気口と排気マフラとを繋ぐ排気経路の一部を構成する管路であり、具体的には、排気マニホールド、集合管、或いは、これらとエンジンまたは排気マフラとを繋ぐパイプである。符号Dで示す排気ガスの流れに対し、チタン製排気管50は触媒装置1の上流側に位置し、チタン製排気管55は触媒装置1の下流側に位置する。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an exhaust pipe structure 140 according to a second embodiment to which the present invention is applied.
In the second embodiment, parts that are configured in the same manner as in the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
An exhaust pipe structure 140 shown in FIG. 4 has a titanium exhaust pipe 50 joined to the engine (not shown) side of the catalyst device 1 and a titanium exhaust pipe 55 joined to the exhaust muffler (not shown) side of the catalyst device 1. Configured. The exhaust pipe structure 140 is a pipe line that forms a part of an exhaust path that connects the exhaust port of the engine and the exhaust muffler. Specifically, the exhaust manifold structure, the collecting pipe, or these and the engine or the exhaust muffler are connected to each other. It is a connecting pipe. With respect to the flow of the exhaust gas indicated by the symbol D, the titanium exhaust pipe 50 is located on the upstream side of the catalyst device 1, and the titanium exhaust pipe 55 is located on the downstream side of the catalyst device 1.

チタン製排気管50は外筒13よりも細径の中空管により構成され、チタン製排気管50の端部には次第に径が拡大するテーパー部51が形成され、テーパー部51の先端に外筒13が接合されている。また、チタン製排気管55は、外筒13と同径の中空管である。
また、チタン製排気管50及びチタン製排気管55は、いずれも、外筒13と同様のチタン系材料で構成されている。
The titanium exhaust pipe 50 is constituted by a hollow pipe having a diameter smaller than that of the outer cylinder 13, and a tapered portion 51 having a gradually increasing diameter is formed at the end of the titanium exhaust pipe 50. The cylinder 13 is joined. The titanium exhaust pipe 55 is a hollow pipe having the same diameter as the outer cylinder 13.
The titanium exhaust pipe 50 and the titanium exhaust pipe 55 are both made of the same titanium-based material as the outer cylinder 13.

すなわち、本第2の実施形態において、外筒13、チタン製排気管50、及びチタン製排気管55は、いずれも、α合金、α−β合金、β合金などのチタン合金あるいは純チタン(JIS 1種〜4種)であり、チタン合金としては、チタン(Ti)とともに、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、鉄(Fe)、銅(Cu)、スズ(Sn)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、ジルコニウム(Zr)等の他種金属のいずれか1以上を含むものであり、その他の不可避不純物を含んでいてもよく、さらに、酸素(O)を含むもの等が挙げられる。具体的には、Ti−6Al−4V、Ti−6Al−6V−2Sn、Ti−6Al−2Sn−4Zr−6Mo、Ti−1.5Al、Ti−10V−2Fe−3Al、Ti−7Al−4Mo、Ti−5Al−2.5Sn、Ti−6Al−5Zr−0.5Mo−0.2Si、Ti−5.5Al−3.5Sn−3Zr−0.3Mo−1Nb−0.3Si、Ti−8Al−1Mo−1V、Ti−6Al−2Sn−4Zr−2Mo、Ti−5Al−2Sn−2Zr−4Mo−4Cr、Ti−11.5Mo−6Zr−4.5Sn、Ti−15V−3Cr−3Al−3Sn、Ti−15Mo−5Zr−3Al、Ti−15Mo−5Zr、Ti−13V−11Cr−3Al等を用いることができる。また、上記純チタン或いはチタン合金からなる材料に炭化ケイ素(SiC)、炭化ホウ素(B4C等)、ガラス、酸化鉄等の微粒子を含ませた材料を用いてもよい。
なお、外筒13、チタン製排気管50、55は、溶接の容易性や材料調達の容易性、製造コスト等を勘案すると、全て同一の材料であることが好ましいが、外筒13、チタン製排気管50、55が同一の材料で構成されていない構造も許容され、上述したチタンを含む材料のうちいずれかであれば、外筒13、チタン製排気管50、55を異なる材料としてもよい。
That is, in the second embodiment, the outer cylinder 13, the titanium exhaust pipe 50, and the titanium exhaust pipe 55 are all made of titanium alloy such as α alloy, α-β alloy, β alloy or pure titanium (JIS). In addition to titanium (Ti), aluminum (Al), silicon (Si), iron (Fe), copper (Cu), tin (Sn), vanadium (V), It contains any one or more of other metals such as niobium (Nb), molybdenum (Mo), chromium (Cr), zirconium (Zr), etc., may contain other inevitable impurities, and oxygen ( And the like containing O). Specifically, Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-1.5Al, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-7Al-4Mo, Ti -5Al-2.5Sn, Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.2Si, Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-0.3Mo-1Nb-0.3Si, Ti-8Al-1Mo-1V Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr, Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn, Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn, Ti-15Mo-5Zr -3Al, Ti-15Mo-5Zr, Ti-13V-11Cr-3Al, or the like can be used. Alternatively, a material in which fine particles such as silicon carbide (SiC), boron carbide (B 4 C, etc.), glass, iron oxide or the like are included in the material made of pure titanium or a titanium alloy may be used.
The outer cylinder 13 and the titanium exhaust pipes 50 and 55 are preferably all made of the same material in consideration of ease of welding, ease of material procurement, manufacturing cost, and the like. A structure in which the exhaust pipes 50 and 55 are not made of the same material is allowed, and the outer cylinder 13 and the titanium exhaust pipes 50 and 55 may be made of different materials as long as they are any of the materials containing titanium described above. .

このように、外筒13、チタン製排気管50、55が、いずれも、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか、若しくは、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか1以上を含む合金で構成されているので、チタン製排気管50と外筒13、及び、外筒13とチタン製排気管55を、例えば溶接によって容易に、かつ確実に接合できる。
すなわち、図4に示すように、テーパー部51の先端と外筒13の端部13Aとは同径であり。突き合わせ溶接により接合される。また、外筒13の端部13Bとチタン製排気管55の先端とは同径であり、同様に突き合わせ溶接により接合される。チタンを含む金属材料どうしの溶接は材料間の相性が良いため、容易に、十分な強度で接合できる。
Thus, the outer cylinder 13 and the titanium exhaust pipes 50 and 55 are both pure titanium, a titanium alloy and a titanium compound, or an alloy containing one or more of pure titanium, a titanium alloy and a titanium compound. Therefore, the titanium exhaust pipe 50 and the outer cylinder 13 and the outer cylinder 13 and the titanium exhaust pipe 55 can be easily and reliably joined by welding, for example.
That is, as shown in FIG. 4, the tip of the tapered portion 51 and the end portion 13 </ b> A of the outer cylinder 13 have the same diameter. Joined by butt welding. Further, the end 13B of the outer cylinder 13 and the tip of the titanium exhaust pipe 55 have the same diameter, and are similarly joined by butt welding. Since welding of metal materials including titanium has good compatibility between materials, it can be easily joined with sufficient strength.

この第2の実施形態に係る排気管構造140においては、上述した第1の実施形態で説明した効果に加え、触媒装置1において触媒担体10及び保持マット12を収容するための外筒13を、排気管構造140の一部として利用できるという利点がある。これにより、触媒装置1を収容するための外装等が必要なく、コストの低減及び軽量化を図ることができる。また、外筒13に接合されるチタン製排気管50、55が、外筒13と同様に、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか、若しくは、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか1以上を含む合金で構成されるので、同種または類似種の金属どうしの接合を行うことになり、溶接等によって容易に接合でき、高い接合強度が得られる。   In the exhaust pipe structure 140 according to the second embodiment, in addition to the effects described in the first embodiment, the outer cylinder 13 for accommodating the catalyst carrier 10 and the holding mat 12 in the catalyst device 1 is provided. There is an advantage that it can be used as a part of the exhaust pipe structure 140. Thereby, the exterior etc. for accommodating the catalyst apparatus 1 are unnecessary, and cost reduction and weight reduction can be achieved. Further, the titanium exhaust pipes 50 and 55 joined to the outer cylinder 13 are either pure titanium, a titanium alloy and a titanium compound, or pure titanium, a titanium alloy and a titanium compound, like the outer cylinder 13. Since it is composed of an alloy containing one or more, the same type or similar types of metals are joined to each other, and can be easily joined by welding or the like, and high joint strength can be obtained.

[第3の実施形態]
図5は、本発明を適用した第2の実施形態に係る排気管構造140を示す断面図である。
なお、本第3の実施形態において、上記第1及び第2の実施形態と同様に構成される部分については同符号を付して説明を省略する。
図5に示す排気管構造150は、触媒装置2のエンジン(図示略)側にステンレス製排気管60を接合し、触媒装置2の排気マフラ(図示略)側にステンレス製排気管65を接合して構成されるものである。
排気管構造150は、エンジンの排気口と排気マフラとを繋ぐ排気経路の一部を構成する管路であり、具体的には、排気マニホールド、集合管、或いは、これらとエンジンまたは排気マフラとを繋ぐパイプである。符号Dで示す排気ガスの流れに対し、ステンレス製排気管60は触媒装置2の上流側に位置し、ステンレス製排気管65は触媒装置1の下流側に位置する。
[Third Embodiment]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an exhaust pipe structure 140 according to a second embodiment to which the present invention is applied.
Note that in the third embodiment, the same components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
An exhaust pipe structure 150 shown in FIG. 5 has a stainless exhaust pipe 60 joined to the engine (not shown) side of the catalyst device 2 and a stainless exhaust pipe 65 joined to the exhaust muffler (not shown) side of the catalyst device 2. Configured.
The exhaust pipe structure 150 is a pipe line that constitutes a part of an exhaust path that connects the exhaust port of the engine and the exhaust muffler. Specifically, the exhaust pipe structure 150 connects the exhaust manifold, the collecting pipe, or these with the engine or the exhaust muffler. It is a connecting pipe. The exhaust pipe 60 made of stainless steel is located on the upstream side of the catalyst device 2 and the exhaust pipe 65 made of stainless steel is located on the downstream side of the catalyst device 1 with respect to the flow of the exhaust gas indicated by the symbol D.

触媒装置2は、上述した触媒装置1において、外筒13に代えて外筒14を備えたものである。外筒14は、外筒13と同様の材料で構成された円筒形の中空の管である。外筒13との相違は、排気方向Dに対して上流側の端部14A、及び、下流側の端部14Bに、それぞれ、ステンレス製排気管60、65と接合するための加工が施されている点にある。   The catalyst device 2 includes the outer tube 14 in place of the outer tube 13 in the catalyst device 1 described above. The outer cylinder 14 is a cylindrical hollow tube made of the same material as the outer cylinder 13. The difference from the outer cylinder 13 is that the upstream end portion 14A and the downstream end portion 14B with respect to the exhaust direction D are processed to join the stainless steel exhaust pipes 60 and 65, respectively. There is in point.

また、ステンレス製排気管60、65は、いずれも、ステンレス材料(SUS430、SUS304等)により構成された中空の管である。ステンレス製排気管60と外筒14との接合部、及び、外筒14とステンレス製排気管65との接合部において、ステンレス製排気管60、65は、いずれも外筒14より一回り小さい径となっており、外筒14内部に入り込む。この状態で、接合片61、66を溶接することにより、外筒14とステンレス製排気管60及び外筒14とステンレス製排気管65が接合される。   The stainless steel exhaust pipes 60 and 65 are both hollow pipes made of a stainless material (SUS430, SUS304, etc.). In the joint portion between the stainless steel exhaust pipe 60 and the outer cylinder 14 and the joint portion between the outer cylinder 14 and the stainless steel exhaust pipe 65, the stainless steel exhaust pipes 60 and 65 are both slightly smaller in diameter than the outer cylinder 14. And enters the outer cylinder 14. In this state, the outer cylinder 14 and the stainless steel exhaust pipe 60 and the outer cylinder 14 and the stainless steel exhaust pipe 65 are joined by welding the joining pieces 61 and 66.

図6は、排気管構造140における接合部の構成を示す拡大図であり、図6Aはステンレス製排気管60と外筒14との接合部を示し、図6Bは外筒14とステンレス製排気管65との接合部を示す。
図6Aに示すように、外筒14の上流側の開口端である端部14Aには、孔14Cが形成されている。孔14Cは、外筒14を貫通する孔であり、外筒14の開口縁の周方向に沿って、所定の間隔をあけて複数形成されている。
ステンレス製排気管60の端部60Aは、端部14Aに対し、孔14Cよりも奥まで入り込んでおり、この状態で、端部60Aに対して接合片61が溶接される。接合片61は、外筒14の外側から孔14Cを通って端部60Aに接する形状を有する金属片であり、ステンレス製排気管60と同様のステンレス材料で構成される。
6 is an enlarged view showing the structure of the joint portion in the exhaust pipe structure 140, FIG. 6A shows the joint portion between the stainless steel exhaust pipe 60 and the outer cylinder 14, and FIG. 6B shows the outer cylinder 14 and the stainless steel exhaust pipe. A junction with 65 is shown.
As shown in FIG. 6A, a hole 14 </ b> C is formed in an end portion 14 </ b> A that is an open end on the upstream side of the outer cylinder 14. The holes 14 </ b> C are holes that penetrate the outer cylinder 14, and a plurality of holes 14 </ b> C are formed at predetermined intervals along the circumferential direction of the opening edge of the outer cylinder 14.
The end portion 60A of the stainless steel exhaust pipe 60 penetrates into the end portion 14A farther than the hole 14C, and in this state, the joining piece 61 is welded to the end portion 60A. The joining piece 61 is a metal piece having a shape that comes into contact with the end portion 60 </ b> A from the outside of the outer cylinder 14 through the hole 14 </ b> C, and is made of the same stainless steel material as the stainless steel exhaust pipe 60.

端部60Aと接合片61とはプロジェクション溶接により溶接される。すなわち、接合片61を孔14Cに差し入れた状態で接合片61とステンレス製排気管60との間に通電し、その接触部位の発熱により接合される。この方法により、端部14Aに設けられた全ての孔14Cを通して、端部60Aに接合片61が溶接される。ここで、複数の接合片61が接合されることになるが、これら複数の接合片61が互いに繋がっていてもよいし、一つ一つが独立した小片となっていてもよい。   The end 60A and the joining piece 61 are welded by projection welding. That is, electricity is applied between the joining piece 61 and the stainless steel exhaust pipe 60 in a state where the joining piece 61 is inserted into the hole 14 </ b> C, and the joining portion 61 is joined by heat generation at the contact portion. By this method, the joining piece 61 is welded to the end portion 60A through all the holes 14C provided in the end portion 14A. Here, although the some joining piece 61 will be joined, these some joining piece 61 may be connected mutually, and each may be an independent small piece.

一方、図6Bに示すように、外筒14の下流側の開口端である端部14Bには、孔14Dが形成されている。孔14Dは外筒14を貫通する孔であり、外筒14の開口縁の周方向に沿って、所定の間隔をあけて複数形成されている。
ステンレス製排気管65の端部65Aは、端部14Bに対し、孔14Dよりも奥まで入り込んでおり、この状態で、端部65Aに対して接合片66が溶接される。接合片66は、外筒14の外側から孔14Dを通って端部65Aに接する形状を有する金属片であり、ステンレス製排気管65と同様のステンレス材料で構成される。
On the other hand, as shown in FIG. 6B, a hole 14 </ b> D is formed in an end portion 14 </ b> B that is an open end on the downstream side of the outer cylinder 14. The holes 14 </ b> D are holes that penetrate the outer cylinder 14, and a plurality of holes 14 </ b> D are formed at predetermined intervals along the circumferential direction of the opening edge of the outer cylinder 14.
The end portion 65A of the stainless steel exhaust pipe 65 enters the end portion 14B farther than the hole 14D. In this state, the joining piece 66 is welded to the end portion 65A. The joining piece 66 is a metal piece having a shape that comes into contact with the end portion 65 </ b> A from the outside of the outer cylinder 14 through the hole 14 </ b> D, and is made of the same stainless steel material as the stainless steel exhaust pipe 65.

そして、端部65Aと接合片66とはプロジェクション溶接により溶接される。すなわち、接合片66を孔14Dに差し入れた状態で接合片66とステンレス製排気管65との間に通電し、その接触部位の発熱により接合される。この方法により、端部14Bに設けられた全ての孔14Dを通して、端部65Aに接合片66が溶接される。ここで、複数の接合片66が接合されることになるが、これら複数の接合片66は繋がっていてもよいし独立した小片であってもよい。   The end portion 65A and the joining piece 66 are welded by projection welding. That is, electricity is applied between the joining piece 66 and the stainless steel exhaust pipe 65 in a state where the joining piece 66 is inserted into the hole 14D, and the joining part 66 is joined by heat generation at the contact portion. By this method, the joining piece 66 is welded to the end portion 65A through all the holes 14D provided in the end portion 14B. Here, although a plurality of joining pieces 66 are joined, the plurality of joining pieces 66 may be connected or may be independent small pieces.

排気管構造150においては、チタンを含む材料からなる外筒14と、ステンレス製排気管60、65とを接合する必要がある。これら異種金属を接合するにあたって、外筒14の端部14A、14Bに孔14C、14Dをそれぞれ設け、これら孔14C、14Dを利用して接合片61、66とステンレス製排気管60、65とを接合する。この方法によれば、同種金属を溶接することによって、外筒14とステンレス製排気管60、65を容易に、かつ十分な強度で接合することができる。   In the exhaust pipe structure 150, it is necessary to join the outer cylinder 14 made of a material containing titanium and the stainless steel exhaust pipes 60 and 65. In joining these dissimilar metals, holes 14C and 14D are provided in the end portions 14A and 14B of the outer cylinder 14, respectively, and the joining pieces 61 and 66 and the stainless steel exhaust pipes 60 and 65 are connected using the holes 14C and 14D. Join. According to this method, the outer cylinder 14 and the stainless steel exhaust pipes 60 and 65 can be easily joined with sufficient strength by welding the same kind of metal.

触媒装置2は、上述した触媒装置1と同様に、ステンレス材料よりも線膨張係数の低い材料からなる外筒14に、触媒担体10及び保持マット12を収容して構成される。このため、上述した第1及び第2の実施形態で説明したような利点が得られる。
加えて、排気管構造150においては、より安価なステンレス製排気管60、65を用いることにより、低コストで実現可能な形態となっている。この排気管構造150においても、上記第2の実施形態で説明したような利点、すなわち、触媒担体10及び保持マット12を収容するための外筒14を、排気管構造150の一部として利用でき、触媒装置2を収容するための外装等が必要なく、コストの低減及び軽量化を図ることができるという利点がある。
また、異種金属の接合となる外筒14とステンレス製排気管60、65との接合は、外筒14の端部14A、14Bに孔14C、14Dを形成して、外側から接合片61、66をあてがってプロジェクション溶接を行う方法により、容易に、かつ確実に行える。
Similar to the catalyst device 1 described above, the catalyst device 2 is configured by accommodating the catalyst carrier 10 and the holding mat 12 in an outer cylinder 14 made of a material having a lower linear expansion coefficient than the stainless material. For this reason, advantages as described in the first and second embodiments described above can be obtained.
In addition, the exhaust pipe structure 150 can be realized at low cost by using cheaper stainless steel exhaust pipes 60 and 65. Also in the exhaust pipe structure 150, the advantage as described in the second embodiment, that is, the outer cylinder 14 for accommodating the catalyst carrier 10 and the holding mat 12 can be used as a part of the exhaust pipe structure 150. Further, there is no need for an exterior for housing the catalyst device 2, and there is an advantage that cost reduction and weight reduction can be achieved.
Further, the outer cylinder 14 and the stainless steel exhaust pipes 60 and 65 to be joined with different metals are formed by forming holes 14C and 14D in the end portions 14A and 14B of the outer cylinder 14 and joining pieces 61 and 66 from the outside. Can be easily and reliably performed by the method of applying projection welding.

なお、上記実施形態は本発明を適用した一態様を示すものであって、本発明は上記実施形態に限定されない。
例えば、上記実施形態では、外筒13、14は円筒形のものとして説明したが、本発明はこれに限定されず、中空の管であれば、楕円や多角形の断面形状を有する形状としてもよい。また、上記実施形態では、白金、ロジウム及びパラジウムを触媒担体10に担持するものとして説明したが、イリジウムやセリウム酸化物等のその他の触媒物質を担持しても良い。また、また、保持マット12は触媒担体10の外表面11の全てを覆うものに限らず、外表面11の一部が保持マット12に覆われずに露出していてもよい。その他の細部構成についても任意に変更可能であることは勿論である。
In addition, the said embodiment shows the one aspect | mode which applied this invention, Comprising: This invention is not limited to the said embodiment.
For example, in the above embodiment, the outer cylinders 13 and 14 have been described as being cylindrical, but the present invention is not limited to this, and a hollow tube may have an elliptical or polygonal cross-sectional shape. Good. Moreover, although the said embodiment demonstrated platinum, rhodium, and palladium as what carry | supports on the catalyst support | carrier 10, you may carry | support other catalyst substances, such as iridium and a cerium oxide. Further, the holding mat 12 is not limited to covering the entire outer surface 11 of the catalyst carrier 10, and a part of the outer surface 11 may be exposed without being covered by the holding mat 12. Of course, other detailed configurations can be arbitrarily changed.

本発明の第1の実施形態に係る触媒装置を備えた排気マフラを模式的に示す図である。It is a figure showing typically an exhaust muffler provided with a catalyst device concerning a 1st embodiment of the present invention. 触媒装置の構成を示した分解斜視図である。It is the disassembled perspective view which showed the structure of the catalyst apparatus. 触媒装置の断面図である。It is sectional drawing of a catalyst apparatus. 本発明の第2の実施形態に係る触媒装置を備えた排気管構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the exhaust pipe structure provided with the catalyst apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る触媒装置を備えた排気管構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the exhaust pipe structure provided with the catalyst apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 第3の実施形態における接合部の構成を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the structure of the junction part in 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1、2 触媒装置
5 細孔
10 触媒担体
11 外表面
12 保持マット
13、14 外筒
50、55 チタン製排気管
60、65 ステンレス製排気管
61、66 接合片
100 排気マフラ
105 接合部
140、150 排気管構造
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Catalytic device 5 Pore 10 Catalyst carrier 11 Outer surface 12 Holding mat 13, 14 Outer cylinder 50, 55 Titanium exhaust pipe 60, 65 Stainless steel exhaust pipe 61, 66 Joint piece 100 Exhaust muffler 105 Joint section 140, 150 Exhaust pipe structure

Claims (2)

内燃機関の排気ガスを浄化する触媒を担持したセラミックス製の触媒担体(11)と、
前記触媒担体(11)を収容する外筒(13)と、
前記外筒(13)と前記触媒担体(11)との間に介設されるマット(12)と、を備え、
前記外筒(13)SUS430ステンレス材よりも線膨張係数が低い、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか、若しくは、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか1以上を含む合金を材料として構成され
前記外筒(13)が、前記排気ガスの流れ方向において上流側に位置する上流側排気管(50)に接合されることにより、前記上流側排気管(50)とともに前記内燃機関の排気経路(140)を構成し、
前記外筒(13)は、入口側の端部(13A)から出口側の端部(13B)まで同径の筒形状であり、前記触媒担体(11)および前記マット(12)の長手方向の大きさは前記外筒(13)の長手方向の大きさより小さく、且つ、前記触媒担体(11)および前記マット(12)は前記外筒(13)の両端に対して後退した位置に配置するよう保持され、
前記上流側排気管(50)は、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか、若しくは、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか1以上を含む合金で構成され、
前記外筒(13)内において、前記触媒担体(11)及び前記マット(12)は圧迫された状態で収容され、圧入された前記マット(12)の前記触媒担体(11)及び前記外筒(13)に作用する反発力によって前記触媒担体(11)を保持していること、を特徴とする触媒装置。
A ceramic catalyst carrier (11) carrying a catalyst for purifying exhaust gas of an internal combustion engine;
An outer cylinder (13) for accommodating the catalyst carrier (11) ;
A mat (12) interposed between the outer cylinder (13) and the catalyst carrier (11) ,
The outer cylinder (13) is low by SUS430 stainless steel remote sensing expansion coefficient, pure titanium, or titanium alloys and titanium compounds, or pure titanium, any alloy containing one or more titanium alloys and titanium compounds It is configured as a material,
The outer cylinder (13) is joined to an upstream exhaust pipe (50) located upstream in the flow direction of the exhaust gas, so that the exhaust path of the internal combustion engine ( 140),
The outer cylinder (13) has a cylindrical shape with the same diameter from the end portion (13A) on the inlet side to the end portion (13B) on the outlet side, and is arranged in the longitudinal direction of the catalyst carrier (11) and the mat (12). The size is smaller than the size of the outer cylinder (13) in the longitudinal direction, and the catalyst carrier (11) and the mat (12) are disposed at positions retracted from both ends of the outer cylinder (13). Retained,
The upstream exhaust pipe (50) is made of pure titanium, a titanium alloy and a titanium compound, or an alloy containing one or more of pure titanium, a titanium alloy and a titanium compound,
In the outer cylinder (13), the catalyst carrier (11) and the mat (12) are accommodated in a compressed state, and the catalyst carrier (11) and the outer cylinder ( A catalyst device characterized in that the catalyst carrier (11) is held by a repulsive force acting on 13) .
前記外筒(13)が、前記上流側排気管(50)と、下流側に位置する下流側排気管(55)とに接合されることにより、これら上流側排気管(50)及び下流側排気管(55)とともに前記内燃機関の排気経路(140)を構成し、The outer cylinder (13) is joined to the upstream exhaust pipe (50) and the downstream exhaust pipe (55) located on the downstream side, so that the upstream exhaust pipe (50) and the downstream exhaust pipe are connected. Constituting an exhaust path (140) of the internal combustion engine together with the pipe (55);
前記下流側排気管(55)は、前記外筒(13)の下流側の端部(13B)と同径の直管であって前記端部(13B)に突き合わせ接合され、  The downstream exhaust pipe (55) is a straight pipe having the same diameter as the downstream end (13B) of the outer cylinder (13) and is butt-joined to the end (13B),
前記下流側排気管(55)は、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか、若しくは、純チタン、チタン合金およびチタン化合物のいずれか1以上を含む合金で構成されたことを特徴とする請求項1記載の触媒装置。  The downstream exhaust pipe (55) is made of pure titanium, a titanium alloy and a titanium compound, or an alloy containing one or more of pure titanium, a titanium alloy and a titanium compound. Item 4. The catalyst device according to Item 1.
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