JP4671291B2 - 排気装置用触媒保持構造 - Google Patents

Description

この発明は、小型車両等に設けられる排気装置の触媒保持構造に関する。

小型車両等の排気装置に設けられる排気浄化用の触媒筒として、触媒担持体の長さ方向両端を固定金具にてケーシング内側に固定するとき、触媒担持体の熱膨張を吸収するため、触媒担持体の中央部を耐熱マットを介してケーシングに固定し、長さ方向両端を自由にしたものがある（特許文献１参照）。
特開平１０−１８０１１９号公報

触媒筒は、ケーシング内に対して触媒担持体の熱膨張を許容できるように保持しなければならない。しかし、エンジンや車体の振動に伴って振動する触媒筒においては、熱膨張を許容しつつもガタつきがないよう触媒担持体を確実に保持することが求められる。
一方、上記従来技術においては、耐熱マットを介してケーシングへ固定することにより、触媒担持体の全長にわたって熱膨張を許容させつつ確実な保持が可能になるが、このような保持構造では、触媒担持体をケーシングへ固定する固定金具もしくは耐熱マットからなる特別な固定部品が必要であった。しかしこのような固定部品は部品点数削減の観点より省略することが求められる。
そこで本願は、上記部品点数の削減と、触媒担持体に対する熱膨張を許容したケーシングへの確実な保持との両立を目的とする。

上記課題を解決するため排気装置用触媒保持構造に係る請求項１の発明は、
略円筒形状をなして排気通路の一部を構成するケーシング内に、円筒形をなす触媒担持体を支持した触媒筒を複数設けた排気系をなすとともに、
前記触媒担持体は軸方向一端側を固定端部とし、他端側を自由端部とし、前記固定端部を前記ケーシングの一端部側へ固着し、前記自由端部を前記ケーシングに対して摺動自在に支持させた排気装置用触媒保持構造において、
前記排気系における前記触媒担持体は、全長の異なる複数のものが用いられ、
これらの触媒担持体を支持する複数の前記ケーシングはそれぞれ、周方向で分割された複数の分割体である円弧状部材にて構成し、少なくとも内側に配置される触媒担持体の軸方向両端部近傍外周を囲繞するよう内方へ突出して環状をなす環状凸部を複数設け、そのうち前記自由端部側を第１の環状凸部とし、前記固定端部側を第２の環状凸部とし、
前記固定端部を前記第２の環状凸部へ固着し、
前記自由端部を前記第１の環状凸部に対して摺動自在に支持させるとともに、
前記ケーシングは、前記全長の異なる複数の触媒担持体を共通に支持可能であり、
この全長の異なる各触媒担持体の自由端部をそれぞれ支持するに適した位置へ、前記第１の環状凸部を複数設け、少なくともいずれかの第１の環状凸部で前記各触媒担持体の自由端部を摺動自在に支持できるようにしたことを特徴とする。

請求項２の発明は上記請求項１において、前記自由端部を支持する前記第１の環状凸部は、前記自由端部に対して周方向にて一部のみが部分的に接触することを特徴とする。

請求項３の発明は上記請求項２において、前記自由端部が摺動する前記ケーシングの第１の環状凸部を、短径が触媒担持体の外径以下でかつ長径が外径以上となる楕円形状に形成したことを特徴とする。

請求項４の発明は上記請求項１から３のいずれかにおいて、全体として略円形をなすよう前記各分割体を組み立てたとき、隣り合う分割体の分割面近傍に向かい合って重なるフランジ部をそれぞれ設け、対面するフランジ部間に隙間を設けて溶接一体化することを特徴とする。

請求項５の発明は上記請求項１から４のいずれかにおいて、前記固定端部と前記第２の環状凸部との固着部を排気下流側に配置したことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、触媒担持体の軸方向一端部である固定端部のみをケーシングに設けた内方へ突出する第２の環状凸部へ固着し、他端部である自由端部を対面して形成されている他の第１の環状凸部に摺動支持させることで、自由端部側で熱膨張を許容しながら、触媒担持体の大きな移動を規制できるため、特別な支持部品を省略でき、部品点数を削減しても触媒担持体を確実に保持できる。
また、全長の異る複数の触媒担持体を用いた排気系において、単一のケーシングにて、全長の異る複数の触媒担持体を、それぞれの自由端部が自由に熱変形可能となるように保持できるので、部品を共用使用できることになり、部品点数を削減することができる。

請求項２の発明によれば、第１の環状凸部は周方向にて一部のみが自由端部へ部分的に接触するので、接触面積を少なくして摺動抵抗を減少させることができ、熱膨張による自由端部のより自由な移動を許容する。

請求項３の発明によれば、摺動側の第１の環状凸部を楕円形状とし、その短径が触媒担持体の外径以下でかつ長径が外径以上となっているため、第１の環状凸部は触媒担持体の外周全体には接触せず、部分的に接触することになり、自由端部側の熱膨張に伴う摺動持における摺動抵抗を少なくして摺動を容易にしつつも、接触部による確実な保持を可能にする。

請求項４の発明によれば、ケーシングの対面するフランジ部間にて隙間調整をすることにより、ケーシングと触媒担持体との接触面積を調整できる。このため、熱膨張率の異なる触媒担持体に応じて保持力を調整することができる。

請求項５の発明によれば、排気上流に比べて排気下流側は温度が低いため、熱膨張による変形が小さいので、排気下流側に固定端部を配置することにより、熱膨張に伴う変形による固着部側への影響を小さくすることができ、固定端部において強固に固定できる。

以下、図面に基づいて小型車両に適用された一実施例を説明する。なお、図２〜図７は触媒担持体の自由端部を支持する第２の環状凸部である上流側支持部４３が複数設けられておらず、これが複数設けられる本願発明（請求項１）とは異なるため、上流側支持部４３の数に関してのみ本願発明の参考例に相当するものである。
図１は、小型車両である揺動式自動３輪車の側面図である。この車両は、側面視略ループ状をなす車室１の前部に一つの前輪２を配置して、バーハンドル３にて操向する。

車室１内のバーハンドル３より後方にはシート４が設けられ、その近傍において車体フレーム５にスイング式パワーユニット６が支軸７を中心にして上下方向揺動自在に支持され、かつ軸線を前後方向に向けた揺動軸８を中心に車室１側が左右へ揺動自在に支持されている。９はスイング式パワーユニット６の上下揺動を緩衝するクッションユニットである。

スイング式パワーユニット６には、後輪１０が左右一対で設けられ、ユニットカバー１１内のエンジン１２によりミッション１３を介して駆動される。１４は排気装置であり、排気管１５，第１触媒筒１６，第２触媒筒１７及びサイレンサー１８を備え、エンジン１２の排気を浄化してスイング式パワーユニット６の後方へ排出する。

図２は、スイング式パワーユニット６の側面を拡大し、かつユニットカバー１１を断面にして内部を示す図である。エンジン１２は略水平に近く寝かされた状態で、ヘッドカバー２０，シリンダヘッド２１，シリンダブロック２２，ミッションケース２３等が前後方向へ長く配置される。吸気系は電子燃料噴射式であり、シリンダヘッド２１には、吸気管２４を介してスロットルボディ２５が接続される。スロットルボディ２５はコネクティングチューブ２６を介してエアクリーナ２７より浄化空気を供給される。エアクリーナ２７はスロットルボディ２５の後方かつミッションケース２３の上方に配置される。

エンジン１２は前端下部が揺動アーム３０へ連結される。揺動アーム３０に支持されたエンジン１２の上方にはエアクリーナ２７の支持枠３１が設けられている。支持枠３１は、ユニットカバー１１の頂部内側に沿って略水平に後方へ延びるサイドパイプ３２と、その前後から下方へ延びてエンジン１２の上部前後へ支持されるステー３３、３４を備える。
３６は第２触媒筒１７に設けられたステ−、３８はサイレンサー１８に設けられたステーであり、それぞれはミッションケース２３と一体のステー３７、３９へ取付けられている。

図３はスイング式パワーユニット６の平面図である。吸気管２４，スロットルボディ２５は車体中心Ｃ上に位置する。吸気管２４には、スイング式パワーユニット６の前方かつシート４の下方に配置されている燃料タンク２８から燃料管２９により燃料が供給される。スロットルボディ２５の後方には車体中心に沿ってコネクティングチューブ２６の前部側が接続し、後部側は車体右側へ湾曲してエアクリーナ２７の右側部へ接続している。

支持枠３１は、左右一対のサイドパイプ３２と、これらの前後端間を連結する前後一対のクロスパイプ３５により平面視略矩形をなし、この矩形状空間内の前部側にスロットルボディ２５が位置し、後部側にエアクリーナ２７が収容される。エアクリーナ２７の上部をなすアッパーケース２７ａは周囲部分の一部がサイドパイプ３２の上に重なりボルト止めされている。アッパー部２７ａの上面には吸入ダクト２７ｂが設けられ、斜め前向きかつ下向きに開口している。

図の平面視にて、支持枠３１は左右の後輪１０の内側に配置されるが、左右のサイドパイプ３２の配置は車体中心Ｃに対して非対称であり、車体左側のサイドパイプ３２は車体中心Ｃ側に寄って配設され、左側の後輪１０との間に比較的大きな空間を形成し、ここに排気装置１４を前後方向へ長くかつ車体左側へ片寄らせて配置してある。

排気装置１４は、排気管１５がシリンダヘッド２１の下面に開口する排気口（不図示）から下方へ延びて、車体左側かつ上方へ曲がり、スロットルボディ２５の左側に配置された第１触媒筒１６の排気上流側端部へ接続される。さらに第１触媒筒１６から車体後方へ向かって、第１触媒筒１６，ジョイントパイプ１９ａ、第２触媒筒１７及びジョイントパイプ１９ｂが略一直線状に配置される。これらの部材の車体前方側と排気上流側は一致し、車体後方側と排気下流側は一致する。

ジョイントパイプ１９ａは第１触媒筒１６と第２触媒筒１７間を接続し、ジョイントパイプ１９ｂは第２触媒筒１７とサイレンサー１８の左端部を接続する。サイレンサー１８は左右の後輪１０間に車幅方向へ長く配設されている軸方向両端を閉じられた円筒状の部材であり、左側端部にジョイントパイプ１９ｂが斜め上方から接続し、右側端部にテールパイプ１８ａが後方斜め下がりに配置されている。サイレンサー１８内部は複数の膨張室が区画され、排気音を減衰させる公知構造になっている。

以下、排気装置につき詳細を説明する。図４は、排気装置１４の側面図である。排気管１５の先端にはシリンダヘッド２１の排気口へ取付けられるフランジ４０が設けられる。排気管１５の後端は第１触媒筒１６の排気上流側端部へ接続される。第１触媒筒１６は、略円筒状のケーシング４１を備えている。ケーシング４１は予め上下２分割された断面略半円形の半体４１Ａ及び４１Ｂを向かい合わせにして、それぞれの側面に形成されたフランジ４２を溶接することにより一体化され、全体として略円形断面をなしている。

ケーシング４１の排気上流側端部には、表面側へ環状溝として表れる上流側支持部４３が設けられ、排気下流側端部にも環状凹部として表れる下流側支持部４４が設けられている。上流側支持部４３及び下流側支持部４４はフランジ４２で上下分断されるが、ほぼ全周に及んで環状に形成される。符号４５はフランジ４２で上下に分断されるリブであり、ケーシング４１の表面に周方向へ長く弧状に形成され、かつケーシング４１の内方へ突出するよう表面側から凹入する溝状に形成され、表面側には凹部となって表れている。リブ４５の数や周方向長さは任意である。

第１触媒筒１６の排気下流側端部はジョイントパイプ１９ａで第２触媒筒１７の排気上流側端部と接続されている。第２触媒筒１７も第１触媒筒１６と同様構造であり、共通部に同一符号を付けて示す。符号３６は取付用ステーであり、上端部が溶接により半体４１Ｂの側面下部へ取付けられている。
サイレンサー１８には、排気ジョイントパイプ１９ｂの後端部と接続するジョイント１８ｂが後方へ斜め下がりに配置され、後端部側はサイレンサー１８内へ斜め下向きに突出し、前端部側はサイレンサー１８から外部へ斜め上がりに前方へ突出している。テールパイプ１８ａはサイレンサー１８内を斜め下がり後方へ延出して後端部がサイレンサー１８の下方へ突出して下向きに開口している。

図５は排気装置１４の前半部側部分を示す平面図である。第１触媒筒１６は左右の側部全長に径方向外方へ張り出すフランジ４２が形成されている。第２触媒筒１７も同様である。なお、第１触媒筒１６と第２触媒筒１７は、触媒作用において相違し、第１触媒筒１６は内部に還元触媒の担持体を保持して排気中のＮＯＸを還元し、第２触媒筒１７は内部に酸化触媒の担持体を保持して排気中のＨＣやＣＯを酸化するよう、機能分担している。

図６は、第１触媒筒１６に対する図５の６−６線相当断面図である。上流側支持部４３及び下流側支持部４４はそれぞれケーシング４１の軸心Ｃ１方向へ突出しており、ケーシング４１の内部空間に臨む各凸部の内表面は支持面４３ａ及び４４ａをなし、各支持面４３ａ及び４４ａの内径はほぼ同じ大きさになっている。ケーシング４１のうち上流側支持部４３と下流側支持部４４の間の部分は最大外径部分であり、この部分の外径よりも各支持面４３ａ及び４４ａの内径はより小径である。

ケーシング４１内には、円筒状の触媒担持体５０が収納されている。触媒担持体５０は外筒５１と、その内側へ収納されている触媒本体５２からなる。触媒担持体５０はハニカム等の、軸線方向へ貫通して排気を通過させるための空間を形成した金属製の筒状体表面に、適宜な還元触媒触を担持した公知のものである。

触媒本体５２は外筒５１の軸方向両端より内側へ引き込まれており、触媒担持体５０の軸方向両端部は、外筒５１のみの延出部分であり、排気上流側端部は自由端部５３をなし、排気下流側端部は固定端部５４となっている。また、外筒５１の外径は上流側支持部４３，下流側支持部４４の内径とほぼ一致している。

自由端部５３は外周面が上流側支持部４３の支持面４３ａへ内側から重なり、外筒５１の熱膨張により伸長するとき支持面４３ａに対して摺動自在になっている。固定端部５４は外周面が下流側支持部４４の支持面４４ａ内側へ重なり、プロジェクション溶接による溶接部５４ｂにより下流側支持部４４と固定端部５４は一体化し、熱膨張時にも固定端部５４が支持面４４ａに対して摺動することはない。なお固定端部５４の溶接方法はプロジェクション溶接以外の適宜溶接方法を採用してもよい。

ケーシング４１の排気上流側端部は、上流側支持部４３より排気上流側で中心へ向かって収束するテーパー壁４６をなし、その中央部に筒状部４７が排気上流側へ突出し、ここで排気管１５の排気下流側端部外周へ重なるようになっている。上流側支持部４３をなす環状溝の底部は、ケーシング４１の最大外径部分のみならず、テーパー壁４６の外周部よりも低くケーシング４１の内方へ落ち込んでいる。

ケーシング４１の下流側支持部４４より排気下流側は、排気下流方向へ向かって収束するテーパー壁４８をなし、その中央部から筒状部４９がさらに排気下流側へ突出し、ジョイントパイプ１９ａの排気上流側端部外周へ重なるようになっている。下流側支持部４４はケーシング４１の最大外径部に対して小径の段部をなす環状凹部であって、排気上流側の最大外径部より一段低くなっている。テーパー壁４８は下流側支持部４４から連続してさらに低くなるよう階段状に変化する。

排気管１５から第１触媒筒１６へ入った比較的高温の排気は、触媒担持体５０を排気上流側から排気下流側へ通過するとき、触媒本体５２に担持された触媒により排気中のＮＯＸ成分を還元され、同時に触媒担持体５０は高温の排気により熱膨張して伸長する。このとき排気温度は排気下流側に向かって次第に低下するので、外筒５１の熱膨張は、自由端部５３側の方が固定端部５４側よりも大きくなり、自由端部５３側は上流側支持部４３に対して摺動することにより自由に伸長する。このため、熱膨張に伴う伸長及びその後の冷却に伴う収縮のいずれが生じても、自由端部５３側の自由な熱変形を許容することにより、固定端部５４側に対する応力集中が回避される。

第２触媒筒１７は第１触媒筒１６と同様構造であり、第１触媒筒１６を出た排気は、第２触媒筒１７の触媒担持体が有する酸化触媒によって排気中のＨＣやＣＯを酸化する。
第２触媒筒１７は、第１触媒筒１６と比べて比較的触媒容量の小さい小型のもので足りる。但し、排気温度はやはり上流側が高いため、触媒担持体５０の保持構造は第１触媒筒１６と同様にする。
排気は第１触媒筒１６及び第２触媒筒１７を通過することにより、成分が酸化及び還元処理され、十分に浄化される。

図７は第１触媒筒１６に用いられるケーシング４１のうち、半体４１Ａの底面図である。他方側の半体４１Ｂは半体４１Ａと同一のものであり、便宜的にＡＢと符号を変えただけの共通部品である。半体４１Ａ（４１Ｂ）は、適宜材料の金属板に対するプレス成形等により成形される。
また、上流側支持部４３及び下流側支持部４４等のケーシング４１における環状構造部は、組立前の各半体４１Ａ及び４１Ｂにおいては、略半円状に分割された部分として各環状構造の前駆構造をなすが、この前駆構造部分にも便宜的にケーシング４１の環状構造部と同じ名称及び符号を用いるものとする。

半体４１Ａの上流側支持部４３と下流側支持部４４に挟まれた長さ方向中央部分は、触媒担持体５０の収納部４１ａが設けられている。収納部４１ａはケーシングの最大外径部内側に形成される収容空間を構成する部分であり、収納部４１ａのさらに中央部は中心側へ若干量突出する中央凸部４１ｂをなす。収納部４１ａの壁部の内、中央凸部４１ｂを挟む軸直交方向両側の壁にはリブ４５が突出形成されている。

図中の符号４３ｃ，４４ｃは、ケーシング４１で触媒担持体５０を保持したとき、上流側支持部４３及び下流側支持部４４の各支持面４３ａ、４４ａが外筒５１の外周へ接触する際の接触部であり、この接触部４３ｃ，４４ｃにおける接触幅（上流側支持部４３及び下流側支持部４４の各周方向における幅）は後述するように、線接触状態から帯状をなしてある程度の面積を有する面接触状態の間で自由に調整できる。符号４４ｂはプロジェクション溶接用突起であり、下流側支持部４４において周方向へ所定間隔で形成されている（各半体毎２カ所、ケーシング全体で計４カ所）。このプロジェクション溶接用突起４４ｂは、各半体４１Ａ及び４１Ｂの成形時に同時に形成される。

図８は、図７の８−８線断面である。中央凸部４１ｂとリブ４５の各突出面は同一円弧上に位置し、この円弧を含む円を接触円Ｅとし、その曲率半径をＲ１、中心をＯ１とする。また、外筒５１の外径をＲ２、中心をＯ２とする。さらに外筒５１の中心Ｏ２を通り、かつフランジ４２の表面に平行な直線をＬ、これと直交して中心Ｏ２を通る直線をＭとする。
本実施例では、Ｒ１とＲ２はほぼ等しく、後述するように公差によってＲ１≧Ｒ２なる関係を保つよう設定される。したがって中心Ｏ１及びＯ２の位置もほぼ等しくなっている。

リブ４５は、ケーシング４１内に臨む凸部先端が接触円Ｅの部分円弧をなすよう接触円Ｅの周方向へ長く延びる円弧状をなし、フランジ４２側の一端部はフランジ４２とアール形状で連続し、他端部は中央凸部４１ｂの近傍において直線的に外筒５１の一般部（フランジ４２、中央凸部４１ｂ及びリブ４５が形成されていない部分）内面へ連続している。またリブ４５の上記凸部先端は、図示しないがケーシング４１の軸線と平行な断面にてケーシング４１の内方へ向かって凸の曲面状をなし（図７参照）、触媒担持体５０に被せたときリブ４５は外筒５１の外表面へ周方向に線状接触できるようになっている。

中央凸部４１ｂのケーシング４１内に臨む内表面も接触円Ｅに沿う凹曲面をなすとともに、図示断面において接触円Ｅの部分円弧をなし、触媒担持体５０に被せたとき外筒５１の外表面へ接触するようになっている。中央凸部４１ｂはフランジ４２と約９０°違いの位置に形成され、直線Ｍとの交点を頂部Ｐとする。なお。接触円Ｅはケーシング組み立て時における上流側支持部４３及び下流側支持部４４の各支持面４３ａ及び４４ａに対する内接円と同じである。

半体４１Ａを触媒担持体５０に被せた状態において、触媒担持体５０の水平方向中心線である直線Ｌは半体４１Ａ及び４１Ｂの割面と平行であり、フランジ４２がこの直線Ｌに平行するよう、半体４１Ａの周方向縁部から径方向外方へ略直角に折り曲げられて形成されている。フランジ４２と直線Ｌの間には寸法１／２Ｄなる離隔距離をなすように設定される。

ケーシング４１を組立てるには、半体４１Ａを触媒担持体５０に被せてその半分を覆った状態で、他側の半体４１Ａで覆われない部分へ、仮想線で示すように、半体４１Ａと共通の部材を反転させた半体４１Ｂを被せる。すると図の上下方向にてフランジ４２が対面するので、これを接近させて溶接することにより一体化すると、略円筒状のケーシング４１が形成される。同時に、半体４１Ａと４１Ｂが向かい合わせになって形成する内部空間内へ触媒担持体５０が収容されて保持される。

図９は、第１触媒筒１６における上流側支持部４３の支持面４３ａと外筒５１の関係を示す模式断面図である。この図では支持面４３ａが半径Ｒ１の円であって、やはり半径Ｒ２の外筒５１における自由端部５３の外表面へ直接接触する接触円Ｅをなすよう模式的に表現しているが、実際は後述のようにＲ１とＲ２の間には公差レベルの微少な相違がある。
なお、支持面４３ａでは接触円Ｅは半径Ｒ１の円であるが、上流側支持部４３と下流側支持部４４間におけるケーシング４１の中間部では、リブ４５及び中央凸部４１ｂに内接する円として接触円Ｅが形成される。

なお、半体４１Ａと４１Ｂの位置関係は図８と上下逆転しているが、図８は便宜的に半体４１Ａを下側に示したものである。ただし、半体４１Ａと４１Ｂは共通のものであるから、いずれを上下にしても同じことでもある。
半体４１Ａと４１Ｂのうち一方側を反転させて向かい合わせにすると、上下のフランジ４２が対面する。この上下のフランジ４２を溶接一体化することにより、ケーシング４１は略円形断面の筒状になる。この溶接はミグ溶接等により、上下のフランジ４２の合わせ部が気密になるように一体化される。

図中の拡大部に示すように、上下のフランジ４２間に若干寸法Ｄなる隙間５５が形成されるようになっている。この隙間５５は、ケーシング４１の触媒担持体５０に対する締め代調整のためのものであり、この締め代調整により、自由端部５３側の熱変形に伴う上流側支持部４３に対する摺動を許容した状態で、触媒担持体５０をガタつかせず、かつ変形を招かない程度の適度な締め付け力により確実に保持できる。また、フランジ４２の結合部近傍には、外筒５１との間に間隙５６が形成される場合がある。

この寸法Ｄは任意の大きさに設定できるが、半体４１Ａと４１Ｂを重ね合わせるとき確実に形成できることを担保する必要があり、かつ溶接により一体化できる程度の間隙であることが必要である。このための有効な手段としてケーシング４１における支持面４３ａによる円（接触円Ｅ）の半径Ｒ１を、外筒５１の半径Ｒ２よりも若干大きくすること、及びこれらの半径Ｒ１とＲ２の大きさが近似している場合には公差設定によって若干寸法Ｄを確実に確保することが考えられる。

図中の拡大部において、ケーシング４１における接触円Ｅの半径Ｒ１を外筒５１の半径Ｒ２よりも公差程度に若干量大きくし、かつ合わせ面と平行な直線Ｌに対して、一方のフランジ４２の間隔が１／２Ｄとなるように設定する。
このとき外筒５１の円の中心Ｏ２は直線Ｌ上に位置し、接触円Ｅの中心Ｏ１もほぼ一致している。なお、Ｒ１がＲ２よりある程度大きい場合には、仮想線で示すように、中心Ｏ１を直線Ｍ上で若干量ｓだけずらして位置させ、このずれによりフランジ４２と合わせ線Ｌとの間に１／２Ｄなる間隙を形成するように調整する。

また、この例における各半径Ｒ１とＲ２は公差程度の差しかない近似したものであり、基準の半径をＲとしたとき、Ｒ１＝Ｒ＋ａ〜ｂとする（ａは最大公差、ｂは最小公差である。同様に、Ｒ２＝Ｒ＋ｃ〜ｄとする（ｃは最大公差、ｄは最小公差である。さらに、各公差の関係を、ａ＞ｂ≧ｃ＞ｄとする。
これにより、ケーシング４１側における半径Ｒ１が最小公差ｂ（Ｒ１＝Ｒ−ｂ）のときでも、外筒５１の半径Ｒ２は、Ｒ＋ｃ以下であるから、Ｒ１≧Ｒ２の関係が維持され、間隙５５が確実に形成されるよう常時担保される。

一例として、Ｒ＝２１ｍｍのとき、Ｒ１＝２１＋０．１５〜０、
Ｒ２＝Ｒ＋０〜−０．３のように公差を設定すれば、Ｒ１が最小となる最小公差時には２１．００ｍｍであり、Ｒ２は最大となる最大公差時がやはり２１．００ｍｍであるから、Ｒ１は常時Ｒ２と同寸かそれ以上の大きさになる。
Ｒ１とＲ２が同寸であれば、中心Ｏ１とＯ２を同心としたとき、外筒５１の周囲へケーシング４１の接触円Ｅが密接することになる。

Ｒ１がＲ２より大きければ、接触円Ｅは頂部Ｐ近傍のみにて外筒５１の外周面と部分的に接触することになる。その結果、接触円Ｅはフランジ４２側へ向かう程、外筒５１の外周面から離れて、フランジ４２の近傍では外筒５１の外周面と非接触となる間隙５６が形成される。この間隙５６は、Ｒ１の設定により変化し、Ｒ１がＲ２より大きくなる程大きくなる。

対面する一対のフランジ４２を相互に接近させて間隙５５を詰める方向に締め代調整すると、触媒担持体５０に対する拘束力を大小に調整できる。間隙５５の締め代調整において締め代を小さくする（Ｄの減少を小さくする）と、ケーシング４１と触媒担持体５０との接触面積が少なくなり、接触部４３ｃ，４４ｃ（図７）は線接触に近くなって、触媒担持体５０に対する締め付け力が小さくなる。一方、締め代を大きくする（Ｄの減少を大きくする）と、ケーシング４１と触媒担持体５０との接触面積が多くなり、締め付け力が増大し、接触部４３ｃ，４４ｃにおける接触幅は帯状をなして面接触状態になる。

次に、本実施例の作用を説明する。まず第１触媒筒１６を組立てるには、図８及び図９に示すように、半体４１Ａの収納部４１ａ内へ触媒担持体５０を収納し、さらに触媒担持体５０の反対側から半体４１Ｂを被せ、上下のフランジ４２を向かい合わせる。これにより外筒５１はリブ４５及び凹部４１ｂへ部分的に接触するとともに、上下のフランジ４２間にＤなる寸法の隙間５５が形成される（図９）。そこで、隙間寸法Ｄを調整しつつ上下のフランジ４２間を溶接して密閉する。

ケーシング４１は、各半体４１Ａ・４１Ｂのフランジ４２を溶接することにより一体化され、触媒担持体５０の外筒５１に対して外表面へ接触して所定の締め付け力で固定する。このとき、触媒担持体５０の長さ方向両端部は上流側支持部４３及び下流側支持部４４にて締め付けられ、中間部はリブ４５及び中央凸部４１ｂが部分的に接触することによって締め付けられる。この締め付け力は、隙間５５が存在するので、寸法Ｄを調整することにより調整でき、ガタを防止して確実に保持するとともに、締め付けすぎないようにすることができる。

さらに、下流側支持部４４の外側からプロジェクション溶接すると、図６に示すように固定端部５４をケーシング４１側へ固定し、熱膨張による自由な伸長を規制する。自由端部５３は上流側支持部４３の底部に線状もしくは帯状の比較的接触面積が小さい状態で接触し、熱膨張による変形を許容された状態で支持される。そのうえ、外筒５１の中間部はリブ４５及び中央凸部４１ｂへ部分的に接触する。特にリブ４５とは線接触状態となり、中央凸部４１ｂに対しても頂部Ｐ近傍にて長さ方向に線接触状態に接触する。このため、外筒５１に対して熱膨張による変形し易い状態で支持される。

そこで、排気が第１触媒筒１６内へ流入すると、その高温により触媒担持体５０は熱膨張するが、固定端部５４はケーシング４１へ固定されているため伸長を規制される。一方、自由端部５３は上流側支持部４３に対して摺動自在であるから、熱膨張による伸長を許容する。

このため、触媒担持体５０の一端のみをケーシング４１の内方へ突出する環状凸部である下流側支持部４４に固着し、他端をやはり内方への環状凸部である上流側支持部４３へ摺動可能に支持することで、他端側で熱膨張による変形を許容しながら、触媒担持体５０全体における大きな移動を規制できるため、部品点数を削減しながら確実に触媒担持体５０を保持できる。

しかも、摺動側凸部である上流側支持部４３が触媒担持体５０の自由端部５３の全外周には接触せず、周方向の一部のみにて部分的に接触するため、接触面積を少なくして摺動抵抗を減少させることができ、熱膨張による自由端部５３のより自由な移動を許容しつつ、しかも接触部により確実に保持できる。

そのうえ、触媒担持体５０の外筒５１における自由端部５３は上流側支持部４３の支持面４３ａに線状もしくは帯状の比較的接触面積が小さい状態で接触し、さらに外筒５１の長さ方向中間部外周面もリブ４５及び中央凸部４１ｂにより部分的に接触して接触面積を小さくしているので、触媒担持体５０の熱膨張による摺動を容易にしつつも多点で支持することにより、さらに確実な保持ができるようになる。

その後、エンジン停止により排気が流入しなくなると、触媒担持体５０は一転して収縮することになる。この場合も、固定端部５４はケーシング４１へ固定されているため、自由端部５３側が大きく収縮するが、このときの収縮も上記接触面積の小さな支持構造により容易に変形できる。このため固定端部５４に対する応力集中を回避でき、固定部における亀裂等の発生を阻止できるため、耐久性を向上させることができる。

このように、触媒担持体５０の外筒５１における軸方向一端部である固定端部５４のみをケーシング４１に設けた内方へ突出する環状凸部である下流側支持部４４へ固着し、他端部である自由端部５３に対面して形成されている他の環状凸部である上流側支持部４３に摺動支持させることで、自由端部５３側で熱膨張を許容しながら、触媒担持体５０の大きな移動を規制できるため、特別な支持部品を省略でき、その結果、部品点数を削減しても触媒担持体５０を確実に保持できる。

しかも、排気温度がより高温となる排気上流側の上流側支持部４３にて外筒５１の自由端部５３側を摺動自在とし、相対的に低温側となる排気下流側に固定端部５４を配置したので、固定端部５４を熱膨張による変形が小さい排気下流側に設けて、熱変形による影響を小さくしてより強固に固着することが可能になった。なお、上記の各作用は第２触媒筒１７側にても同様である。

また、ケーシング４１の隣り合う半体４１Ａ及び４１Ｂの対面するフランジ部４２間に隙間５５を設け、この隙間を調整をすることにより、ケーシング４１と触媒担持体５０における外筒５１の外周面との接触面積を調整できる。
このため、熱膨張率の異なる複数の触媒担持体５０を使用する場合でも、触媒担持体５０の熱膨張率に応じて保持力を調整することができる。
そのうえ、本実施例では、公差設定により隙間５５を形成したので、隙間５５を確実かつ容易に形成できる。

図１０は、上流側支持部４３の支持面４３ａにおける内径Ｒ１と自由端部５３の外径Ｒ２とを公差設定ではなく、積極的にＲ１とＲ２の寸法差が大きい場合（Ｒ１＞Ｒ２）における別実施例であって、Ｒ１とＲ２の関係を原理的に示すための模式的断面であり、部材相互の寸法関係を誇張してある。この模式図に示すように、半体４１Ａと４１Ｂを向かい合わせてフランジ４２を溶接することにより一体化されたケーシング４１の上流側支持部４３における支持面４３ａは略楕円形をなし、外筒５１の中心Ｏ２を通り左右のフランジ４２を結ぶ線Ｌ上に長径が位置し、これに直交するとともに中心Ｏ２を通る線Ｍ上に短径が位置する。

短径をｒ１、長径ｒ２とすれば、この短径ｒ１と長径ｒ２の相違は、ケーシング４１の半体４１Ａにおける円弧の半径Ｒ１の中心Ｏ１が短径方向にて中心Ｏ２からずれていることにより、このずれ分だけｒ２の方が大きくなる（ｒ１＜ｒ２）。なお、短径ｒ１は自由端部５３の外径Ｒ２より小さくし、長径ｒ２は自由端部５３の外径Ｒ２より大きくする。
このとき、２つの中心Ｏ１，Ｏ１を中心とし、それぞれ上下の対向位置にある頂部Ｐ、Ｐに接する２つの接触円Ｅ１・Ｅ２が形成されることになる。この場合における各接触円Ｅ１・Ｅ２の半径がそれぞれＲ１である。

ケーシング４１はフランジ４２近傍で長径ｒ２をなすため、ケーシング４１を外筒５１の外側へ重ねた状態では、フランジ４２近傍部にてケーシング４１と外筒５１の間に間隙５６が確実に形成され、外筒５１に対する非接触部を確保することになる。また、各半体４１Ａ及び４１Ｂにおける左右のフランジ４２の基部間の円弧長は、半径Ｒ１の円における半円弧（πＲ１）よりも若干短くされており、フランジ４２は直線Ｌより１／２Ｄ（図９参照）だけ離れた位置に形成される。

このようにすると、摺動側の環状凸部である支持面４３ａを、短径ｒ１が自由端部５３の外径Ｒ２以下でかつ長径ｒ２が外径Ｒ２以上となる楕円形状に形成できるので、支持面４３ａは自由端部５３の外周全体には接触せず、部分的に接触するため、自由端部５３側の熱膨張に伴う摺動持における摺動抵抗を少なくして摺動を容易にしつつも、接触部による確実な保持を可能にする。

しかも、公差に関係なく寸法Ｄなる間隙５５を常時正確に形成でき、かつ支持面４３ａの半径Ｒ１を自由に設定して、支持面４３ａと自由端部５３との接触面積を自由に調整することができる。また、図に示すように、略真円の外筒５１に対して略楕円形状のケーシング４１で覆うので、外筒５１の外周とフランジ４２の近傍との間に間隙５６が形成され、相互に非接触となる大きな部分を形成できる。

図１１は本願発明の実施例に係る図６と同様図である。この例では、上流側支持部４３の数が多くなっているだけ相違する。他は図６に係る実施例と同様のため、共通部は共通符号を用いて示す。
この例では、上流側支持部４３より上流側にもう一つの上流側支持部４３Ａを設ける。この上流側支持部４３Ａは上流側支持部４３と同一構造である。

図の触媒担持体５０は図６と同じものであり、自由端部５３は上流側支持部４３にて支持されている。
そこで、触媒担持体５０よりも長い触媒担持体５０Ａに代える。すると、自由端部５３より長い自由端部５１Ａが上流側支持部４３Ａに摺接する。

この場合、長い触媒担持体５０Ａの固定端部は、前実施例と同じく下流側支持部４４に固着されている。このため自由端部５１Ａも熱膨張により上流側支持部４３Ａを摺接して熱変形を吸収でき、収縮時の応力集中を回避できる。したがって、このようにすると、長・短に寸法の異なる触媒担持体５０及び長い触媒担持体５０Ａで共通使用できるようになる。したがって全長の異る複数の触媒担持体を用いた排気系において、単一のケーシングにて、全長の異る複数の触媒担持体を、それぞれの自由端部が自由に熱変形可能に保持できるので、ケーシングの共用化を実現できることになり、部品点数を削減することができる。

なお、上流側支持部の数は任意に設定でき、使用の可能性がある長さが長短異なる触媒担持体の種類数に応じて設けることができる。また、上流側支持部間の間隔や上流側支持部自体の幅を自由に調整できるので、これによっても種々に長さの異なる触媒担持体について使用できる。
なお、ケーシング４１は２分割に限定されず、それよりも多数分割することは自由である。

実施例の排気装置を搭載した小型車両の側面図 スイング式パワーユニットの側面を拡大しかつ内部を示す図 スイング式パワーユニットの平面図 排気層装置の側面図 排気層装置の前半側平面図 第１触媒筒に対する図５の６−６線相当断面図 ケーシング半体の底面図 図７の８−８線断面図 上流側支持部の支持面と外筒の関係を示す模式断面図 別実施例に係る模式的断面図 実施例に係る図６相当図

符号の説明

６：スイング式パワーユニット、１２：エンジン、１４：排気装置、１６：第１触媒筒、１７：第２触媒筒、４１：ケーシング、４２：フランジ、４３：上流側支持部、４４：下流側支持部、５０：触媒担持体、５１：外筒、５３：自由端部、５４：固定端部、５５：隙間

Claims (5)

1. 略円筒形状をなして排気通路の一部を構成するケーシング内に、円筒形をなす触媒担持体を支持した触媒筒を複数設けた排気系をなすとともに、
   前記触媒担持体は軸方向一端側を固定端部とし、他端側を自由端部とし、前記固定端部を前記ケーシングの一端部側へ固着し、前記自由端部を前記ケーシングに対して摺動自在に支持させた排気装置用触媒保持構造において、
   前記排気系における前記触媒担持体は、全長の異なる複数のものが用いられ、
   これらの触媒担持体（５０・５０Ａ）を支持する複数の前記ケーシング（４１）はそれぞれ、周方向で分割された複数の分割体である円弧状部材（４１Ａ・４１Ｂ）にて構成し、少なくとも内側に配置される触媒担持体（５０・５０Ａ）の軸方向両端部近傍外周を囲繞するよう内方へ突出して環状をなす環状凸部を複数設け、そのうち前記自由端部（５３・５１Ａ）側を第１の環状凸部（４３・４３Ａ）とし、前記固定端部（５４）側を第２の環状凸部（４４）とし、
   前記固定端部（５４）を前記第２の環状凸部（４４）へ固着し、
   前記自由端部（５３・５１Ａ）を前記第１の環状凸部（４３・４３Ａ）に対して摺動自在に支持させるとともに、
   前記ケーシング（４１）は、前記全長の異なる複数の触媒担持体（５０・５０Ａ）を共通に支持可能であり、
   この全長の異なる各触媒担持体（５０・５０Ａ）の自由端部（５３・５１Ａ）をそれぞれ支持するに適した位置へ、前記第１の環状凸部（４３・４３Ａ）を複数設け、少なくともいずれかの第１の環状凸部（４３・４３Ａ）で前記各触媒担持体（５０・５０Ａ）の自由端部（５３・５１Ａ）を摺動自在に支持できるようにしたことを特徴とする排気装置用触媒保持構造。
2. 前記自由端部（５３・５１Ａ）を支持する前記第１の環状凸部（４３・４３Ａ）は、前記自由端部（５３・５１Ａ）に対して周方向にて一部のみが部分的に接触することを特徴とする請求項１に記載した排気装置用触媒保持構造。
3. 前記自由端部（５３・５１Ａ）が摺動する前記ケーシングの第１の環状凸部（４３・４３Ａ）を、短径が触媒担持体（５０・５０Ａ）の外径以下でかつ長径が外径以上となる楕円形状に形成したことを特徴とする請求項２に記載した排気装置用触媒保持構造。
4. 全体として略円形をなすよう前記各分割体（４１Ａ・４１Ｂ）を組み立てたとき、隣り合う分割体の分割面近傍に向かい合って重なるフランジ部（４２）をそれぞれ設け、対面するフランジ部（４２）間に隙間（５５）を設けて溶接一体化することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載した排気装置用触媒保持構造。
5. 前記固定端部（５４）と前記第２の環状凸部（４４）との固着部を排気下流側に配置したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載した排気装置用触媒保持構造。

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