JP3802861B2 - 触媒カバー保持構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として自動車用エンジンの排気ポートに接続される排気系に介在される、触媒コンバータ本体の触媒ケースを覆う触媒カバーの保持構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に自動車用エンジンの排気系には、そこを流れる排気中のＨＣ、ＣＯ₂ ,ＮＯｘなどの有害成分を浄化するために、触媒コンバータ本体が接続される（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−４９１４２８号公報
また、前記触媒コンバータ本体は、
1) 有害成分の反応浄化熱により高温に加熱されるため、その周囲が熱による影響をうけない、たとえば枯れ草の着火防止のために遮熱する。
【０００４】
2) 触媒コンバータの活性化促進のため排ガスの温度低下を防止すべく保温する。
【０００５】
3) 飛沫、飛石などの障害物との干渉を防止するためプロテクトする。
【０００６】
4) 触媒コンバータの外観上の体裁を良くする。
【０００７】
などの対策を講じる必要があり、かかる対策として、触媒コンバータ本体の外周全域を触媒カバーにより被覆するようにしたものも既に知られている（図８参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エンジンの運転により発生した排気は、排気脈動を伴いながら排気系へと流れ、その排気脈動は、排気系に接続される触媒コンバータにも伝達され、排気の速度エネルギと、その圧力とが、触媒コンバータ本体から触媒カバーにも伝達され、その触媒カバーの内表面を加振して、その触媒カバーに主として高周波振動に基づく表面振動を発生させ、これが触媒カバーから放射音となって発散し、その周囲の空気を振動させて、騒音の原因になるという問題がある。
【０００９】
そこで、かかる問題を解決すべく、図８に示すように、触媒コンバータの触媒ケースに、ケースブラケットを固定し、このケースブラケットと、触媒カバーとの間にステンレスメッシュ材よりなる振動吸収部材を介在させ、この振動吸収部材の圧縮方向の弾性力を利用して触媒ケースから触媒カバーへの高周波振動の伝達の低減を図るようにした振動低減手段が従来より提案されているが、かかる手段によっても充分な振動低減効果がえられず、前記問題の解決には至っていない。
【００１０】
本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、触媒コンバータと、触媒カバーとの間に設けられる摩擦保持手段の摺動摩擦力により、排気の主として高周波振動の触媒コンバータから触媒カバーへの伝達を可及的に減衰して前記放射音の発生を大幅に低減し、前記問題を解決できるようにした、新規な触媒カバー保持構造を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本請求項１記載の発明は、エンジンの排気ポートに接続されて、車体フレーム１に支持される排気系に介在され、該排気系内を流れる排気の有害成分を浄化する触媒コンバータ本体を覆う触媒カバーの保持構造であって、
前記触媒コンバータ本体の触媒ケースと、触媒カバーとの間に摩擦保持手段を設け、その摩擦保持手段は、触媒ケースと触媒カバーとの間に鉛直方向の摺動摩擦力を生じさせ、この摺動摩擦力により触媒カバーを触媒ケースに保持し、触媒コンバータ本体から触媒カバーへの振動伝達を低減できるようにしたことを特徴としており、かかる特徴によれば、触媒コンバータ本体の触媒ケースから触媒カバーに伝達される、振動、主として高周波振動を、摩擦保持手段による鉛直方向の摺動摩擦により効果的に低減して触媒カバーから発散する放射音を大幅に低減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１３】
本実施例は、本発明を多気筒エンジンを備えた自動車に実施した場合であり、 図１は、本発明保持構造を備えた、エンジンの排気系の側面図、図２は、図１の２矢視部分の拡大斜視図、図３は、図２の３−３線に沿う拡大断面図、図４は、図２の４−４線に沿う断面図、図５は、図２の５−５線に沿う拡大断面図、図６は、弾性保持手段の分解斜視図、図７は、エンジンの回転数に対する触媒カバーの放射音の変化を示すグラフである。
【００１４】
図１において、自動車の車体フレーム１上には、前後のエンジンマウント２，３を介して、その自動車の走行用の多気筒エンジンＥが横置き（そのクランク軸４が、自動車の前後方向と直交する方向）に搭載されている。このエンジンＥは、四サイクルの直列式であって、複数のシリンダが並列されたシリンダブロック５と、その上に結合されるシリンダヘッド６と、そのシリンダヘッド６の上面を被覆するヘッドカバー７と、シリンダブロック５のクランクケース部の下面に結合されるオイルパン８とを備えている。
【００１５】
エンジンＥは、その重心Ｇを通ってクランク軸４と平行な振動回転軸、すなわちローリング軸Ｌ−Ｌを有し、自動車の走行時には、そのローリング軸Ｌ−Ｌをローリングセンタとして前後にローリング変位する。
【００１６】
エンジンＥの前側（図１の左側）には、複数の吸気ポート１１が並列して開口され、これらの吸気ポート１１に、吸気系Ｉｎが接続され、また、エンジンＥの後側（図１の右側）には、複数の排気ポート１２が並列して開口され、これらの排気ポート１２に排気系Ｅｘが接続される。
【００１７】
前記排気系Ｅｘは、前記排気ポート１２に上流端が一体に接続されるエキゾーストマニホールド１４と、その下流端に接続される排気管１５とを備えている。排気管１５は、上流側の第１の排気管部１６と、下流側の第２の排気管部１７とを備えており、エキゾーストマニホールド１４と第１の排気管部１６との間に、球面継手１８が介在され、また、第１の排気管部１６と第２の排気管部１７との間には、フレキシブルチューブ１９が介在され、さらに、第２の排気管部１７の途中には、本発明にかかる触媒カバー保持構造を備えた触媒コンバータＣＡが接続され、さらに、この触媒コンバータＣＡの下流側には、図示しない消音器が接続されている。
【００１８】
ところで、この排気系Ｅｘは、前記球面継手１８とフレキシブルチューブ１９とが併設され、自動車の走行、特にその急発進、急加速、急減速などの走行により、エンジンＥが大きくローリング振動すなわちローリング変位した際に、この変位を効果的に吸収して、エンジンＥのローリング変位に起因する車両振動を可及的に低減することができるように構成されている。
【００１９】
エキゾーストマニホールド１４の、複数の分配管１４ａは、それらの上流端がエンジンＥの各排気ポート１２にそれぞれ接続されてエルボ状に湾曲され、下流側に向かって漸次集合しつつ、前記エンジンＥの後面に隣接して下向きに延びており、それらの下流側端部が下向きに開口して、その下流側端部は、一つの排気集合部１４ｂに一体に接続されている。そして、この排気集合部１４ｂは、エンジンＥの後面に近いところで、前記球面継手１８を介して前記第１の排気管部１６の上流端に接続される。
【００２０】
前記球面継手１８は、一方の継手半体を構成する第１の接続フランジ１８ａと、他方の継手半体を構成する第２の接続フランジ１８ｂと、それら両フランジ１８ａ，１８ｂ間に気密に挟持される球面ガスケット１８ｃとを備えている。第１、第２の接続フランジ１８ａ，１８ｂ外周部は複数のボルト・ナット４８により圧力コイルバネ４９を介して弾発的に連結されている。
【００２１】
前記球面継手１８の、エキゾーストマニホールド１４に接続される側の、一方の継手半体、すなわち第１の接続フランジ１８ａには、ステー２９が固定され、このステー２９は、エンジンＥの後面に向かって前方に延びており、その先端の屈曲取付部が、エンジンＥのシリンダブロック５の後面に固定されている。したがって、エンジンＥが、ローリング軸Ｌ−Ｌ回りにローリング変位するときには、この一方の継手半体１８ａに対して球面ガスケット１８ｃを介して他方の継手半体１８ｂが回転変位する。
【００２２】
前述のように、上流端が前記球面継手１８に接続される第１の排気管部１６は、エンジンＥ側に向かって凸に湾曲する湾曲部を有して、その上流側半部１６ａがエンジンＥに対して下向きに延び、また、その下流側半部１６ｂがエンジンＥに対して後方に延びており、側面視でエルボ状に形成されている。そして、第１の排気管部１６の、後方に向けて開放される下流端には、前記フレキシブルチューブ１９の前端が連通接続されている。このフレキシブルチューブ１９は、前後方向に延長されており、前後方向に伸縮可能であって、エンジンＥのローリング変位のうち、主として前後方向の成分を吸収する。
【００２３】
なお、前記フレキシブルチューブ１９は、従来公知のものが採用されるので、その詳細な説明を省略する。
【００２４】
前記フレキシブルチューブ１９の下流端は、排気管１５の、前記第２の排気管部１７の上流端に一体に結合され、第１の排気管部１６と、第２の排気管部１７とは、前記フレキシブルチューブ１９を介して連通される。
【００２５】
第２の排気管部１７は、自動車の前後方向に略水平に延長されており、その途中には、触媒コンバータＣＡが接続され、さらに、第２の排気管部１７の下流端には、図示しない消音器を介して大気に開口するテールパイプが連通接続される。
【００２６】
第２の排気管部１７は、弾性支持手段Ｓを介して車体フレーム１に支持されており、排気系Ｅｘに作用する振動は、前記弾性支持手段Ｓによっても減衰されて、車体への伝達が軽減される。
【００２７】
つぎに、図２〜５を参照して、触媒コンバータＣＡにおいて、触媒コンバータ本体２０と、その外周を被覆する触媒カバー３０およびそれら間を保持する保持構造について説明する。
【００２８】
触媒コンバータ本体２０の触媒ケース２１は、円筒状の筒状部２１ａと、その排気導入側のインレットコーン部２１ｂと、排気排出側のアウトレットコーン部２１ｃとを一体に形成してなり、図４に示すように、インレットコーン部２１ｂの端部には、多角板状の上流側接続フランジ２２が溶接され、また図２、５に示すようにアウトレットコーン部２１ｃの端部には、ジョイントパイプ２３を介して多角板状の下流側接続フランジ２４が溶接されている。これらの接続フランジ２２，２４には、第２の排気管１７の上流側１７ａおよび下流側１７ｂの接続フランジがそれぞれ複数の連結ボルト２５，２６を以て一体に連結されている。
【００２９】
前記触媒ケース２１内には、通常のように、触媒を担持する柱状の担体２７が保持マット２８を介して担持されるが、この触媒ケース２１内の担体２７の担持構造は、従来公知のものと同じであるので、その詳細な説明を省略する。
【００３０】
触媒コンバータ本体２０の触媒ケース２１の外周面は、間隙（約５ｍｍ）を存してその略全域が触媒カバー３０により覆われる。この触媒カバー３０は、アッパケース３１と、ロアケース３２とを一体に結合して触媒ケース２１の外形に倣う形状に密閉状に形成されており、筒状部３０ａと、前後に一体に続く前、後部のコーン部３０ｂ，３０ｃとよりなる。前記筒状部３０ａには、その長手方向に間隔をあけて複数条の補強リブ３３が周方向に一体に形成される。アッパケース３１とロアケース３２の長手方向の両側縁には、それぞれ帯状の、上、下部接合フランジ３１ａ，３２ａが外方に向けて略水平に一体に張り出しており、これらの接合フランジ３１ａ，３２ａを、溶接などにより気密に接合することにより、密閉状の触媒カバー３０が形成される。
【００３１】
アッパケース３１とロアケース３２とを一体に結合してなる触媒カバー３０の前、後端の左右コーナー部には、対をなす前、後部カバーステー３５，３６が、それぞれ固定される。これらのカバーステー３５，３６は、同じ構造であるが、触媒カバー３０への固定位置の位相が相互に略９０°ずれている。
【００３２】
前、後部カバーステー３５，３６はいずれも短冊状の金属板をＬ状に屈曲してアングル状に形成されて水平部３５ａ，３６ａと起立部３５ｂ，３６ｂとを有し、それらにはそれぞれボルト孔が穿設される。
【００３３】
図２，３に示すように、触媒カバー３０の前端左右には、その上部および下部接合フランジ３１ａ，３２ａ間に、前部カバーステー３５の水平部３５ａが挟持され、ロアケース３２の接合フランジ３２ａおよび前部カバーステー３５の水平部３５ａのボルト孔を、その下側から貫通した結合ボルト３８をアッパケース３１の接合フランジ３１ａに溶接したウエルドナット３９に螺締することにより、触媒カバー３０の前端左右に、左右一対の前部カバーステー３５の水平部３５ａが固定され、また、図２，５に示すように、触媒カバー３０の後端左右には、その上部および下部接合フランジ３１ａ，３２ａ間に、後部カバーステー３６の水平部３６ａが挟持され、ロアケース３２の接合フランジ３２ａおよび後部カバーステー３６の水平部３６ａのボルト孔を、その下側から貫通した結合ボルト４１をアッパケース３１に溶接したウエルドナット４２に螺締することにより、触媒カバー３０の後端左右に、左右一対の後部カバーステー３６の水平部３６ａが固定される。
【００３４】
図２，３に示すように、触媒ケース２１の前端の左右の前部カバーステー３５の相対向する起立部３５ｂの面には、後述する摩擦保持手段ＨＦを介して前部ケースブラケット４４の両端がフローティング状態で保持される。図２に示すように、前部ケースブラケット４４は、断面アングル状のフレーム部材により構成されて触媒カバー３０の前部上方を横切るように左右方向に延びており、その前面に、触媒ケース２１の前端に固定される、前記上流側接続フランジ２２が溶接されている。
【００３５】
また、図２，５に示すように、触媒ケース２１の後端の左右の後部カバーステー３６の前方を向く起立部３６ｂの面には、後述する摩擦保持手段ＨＦを介して後部ケースブラケット４６の両端がフローティング状態で保持される。図２に示すように、後部ケースブラケット４６は、板部材を屈曲してなるフレーム部材により構成されて触媒カバー３０の後部上方を横切るように左右方向に延びており、その中間部が、触媒ケース２１の後端に固定される、前記ジョイントパイプ２３に溶接されている。
【００３６】
したがって、触媒カバー３０の前端および後端の左右コーナー部すなわち四隅は、そこに固定される前、後カバーステー３５，３６、および後述する摩擦保持手段ＨＦを介して、触媒コンバータ本体２０の触媒ケース２１の前後部に一体に設けられる前部および後部ケースブラケット４４，４６にフローティング状態で支持される。
【００３７】
つぎに、主に図６を参照して本発明にしたがう前記摩擦保持手段ＨＦを説明すると、この摩擦保持手段ＨＦは、一対の摺動摩擦部材５０，５１と、それらの摺動摩擦部材５０，５１を圧縮することなく支持するフランジ付のディスタンスカラー５２と、それらを貫通するボルト５３と、そこに螺合されるナット５４とより構成される。前記一対の摺動摩擦部材５０，５１は、それぞれ金属メッシュとしてのステンレスメッシュ材を圧縮成形してグロメット状に形成されており、それらの摺動摩擦面は上下方向、すなわち鉛直方を向いてそれらの内面が相互に対面しており、それらの間に前記前部あるいは後部カバーステー３５，３６の起立部３５ｂ，３６ｂの面が挟持される。前記フランジ付のディスタンスカラー５２は、一端に一方のフランジ部５２ｂを一体に形成した軸部５２ａの他端に他方のフランジ部５２ｃをカシメ固定して構成され、このディスタンスカラー５２の軸部５２ａは一対の摺動摩擦部材５０，５１を貫通し、またその両側のフランジ部５２ｂ，５２ｃは一対の摺動摩擦部材５０，５１の外面に接触される。前記ボルト５３は、前記ディスタンスカラー５２を貫通してそのネジ部にナット５４が螺締されるが、一対の摺動摩擦部材５０，５１は、圧縮されることなく、その弾性力により常に所定の摺動摩擦力が得られる。
【００３８】
前記摩擦保持手段ＨＦは、触媒カバー３０側に固定される前部および後部カバーステー３５，３６の起立部３５ｂ，３６ｂと、触媒コンバータの触媒ケース２１側に固定される、前部および後部ケースブラケット４４，４６間に設けられる。すなわち、図３に示すように、触媒コンバータＣＡの前端左右では、前述したようにアッパケース３１とロアケース３２間に固定される前部カバーステー３５の起立部３５ｂが、ディスタンスカラー５２の軸部５２ａを貫通した一対の摺動摩擦部材５０，５１の鉛直方向の摩擦面間に挟持され、また触媒ケース２１側に固定される前部ケースブラケット４４の一端面が、ディスタンスカラー５２の一方のフランジ部５２ｂの外面に接触され、ボルト５３がディスタンスカラー５２および前部ケースブラケット４４のボルト孔を貫通し、該ボルト５３にナット５４を螺締することにより、触媒カバー３０の前部は、触媒コンバータ本体２０の触媒ケース２１に、前記弾性保持手段ＨＦを介してフローティング支持され、触媒ケース２１に対して触媒カバー３０が上下に変位するときは、それらは摩擦保持手段ＨＦの一対の摺動摩擦部材５０，５１の摩擦面と起立部３５ｂ間の摺動摩擦力により鉛直方向の摺動摩擦抵抗を受ける。また、図５に示すように、触媒コンバータＣＡの後端左右では、アッパケース３１とロアケース３２間に固定される後部カバーステー３６の起立部３６ｂが、ディスタンスカラー５２の軸部５２ａを貫通した一対の摺動摩擦部材５０，５１の鉛直方向の摩擦面間に挟持され、また触媒ケース２１側に固定される後部ケースブラケット４６の一端面が、ディスタンスカラー５２のフランジ部５２ｃの外面に接触され、ボルト５３がディスタンスカラー５２および前部ケースブラケット４６のボルト孔を貫通して該ボルト５３にナット５４を螺締することにより、触媒カバー３０の後部は、触媒コンバータ本体２０の触媒ケース２１に、前記弾性保持手段ＨＦを介してフローティング支持され、触媒ケース２１に対して触媒カバー３０が鉛直方向に変位するときは、それらは摩擦保持手段ＨＦの一対の摺動摩擦部材５０，５１の摩擦面と起立部３６ｂ間の摺動摩擦力により鉛直方向の摺動摩擦抵抗を受ける。
【００３９】
次に、この実施例の作用について説明する。
【００４０】
いま、エンジンＥの運転によれば、その排気ポート１２より排出される排気は、エキゾーストマニホールド１４、球面継手１８、第１の排気管部１６、フレキシブルチューブ１９、第２の排気管部１７の上流部、触媒コンバータ本体２０、第２の排気管部１７の下流部および図示しない消音器を通り、その間に、ＨＣ、ＣＯなどの有害成分が浄化され、さらに消音器により排気音が消音されて大気に放出される。
【００４１】
ところで、エンジンＥの運転により発生した排気は、排気脈動を伴いながら排気系Ｅｘへと流れ、その排気脈動は、排気系Ｅｘに接続される触媒コンバータ本体２０へと伝達され、排気の速度エネルギと、その圧力とが、触媒コンバータ本体２０から触媒カバー３０にも伝達され、その触媒カバー３０の内表面を加振して、その触媒カバー３０に高周波振動に基づく表面振動を発生させ、これが触媒カバー３０から放射音となって発散し、その周囲の空気を振動させるが、この実施例のものでは、その振動を摩擦保持手段ＨＦの、ステンレスメッシュ材よりなる摺動摩擦部材５０，５１と、カバーステー３５，３６間の摺動摩擦抵抗を利用して触媒コンバータ本体２０から触媒カバー３０への振動伝達を大幅に低減することができる。
【００４２】
しかして、振動吸収部材であるステンレスメッシュの圧縮方向の弾性力を利用して前記振動の伝達の低減を図るようにしたもの（図８参照）よりもステンレスメッシュ材よりなる摺動摩擦部材５１，５２とカバーステー３５，３６間の鉛直方向の摺動摩擦（クーロン摩擦）力で振動伝達の低減を図る方が、その振動伝達低減効果が大きく、しかもその良好な振動伝達低減効果をエンジンＥの広範囲な回転数領域において得ることができる。
【００４３】
図７には、図８に示す従来の触媒カバー３０保持構造と、この実施例における触媒カバー３０保持構造を使用した場合における、エンジンＥの回転数（２０００〜６０００ｒｐｍ）に対する、触媒カバー３０からの放射音の音圧（ｄＢ）の変化割合を示した実験結果によるグラフが示されており、実線がこの実施例、点線が従来のものを示している。このグラフから明らかなように、この実施例のものは、従来のものに比べてエンジン回転数の広い運転域（２０００〜６０００ｒｐｍ）に亘り、触媒カバー３０からの放射音が低減していることがわかる。
【００４４】
以上、本発明の１実施例について説明したが、本発明はその実施例に限定されることなく、本発明の範囲内で種々の実施例が可能である。
【００４５】
たとえば、前記実施例では、本発明にかかる触媒カバー保持構造を多気筒四サイクルエンジンに実施した場合を説明したが、これを他の型式のエンジンにも実施できることは勿論である。また、前記実施例では、摩擦保持手段の摺動摩擦部材としてステンレスメッシュ材を用いた場合を説明したが、これに代えて他の同効の摺動摩擦部材を用いてもよい。さらに、前記実施例では、触媒ケース側に摩擦保持手段を設け、触媒カバー側にカバーステーを設けているが、触媒カバー側に摩擦保持手段を設け、触媒ケース側にカバーステーを設けるようにしてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本請求項１記載の発明によれば、触媒カバーの保持構造において、触媒コンバータ本体の触媒ケースから触媒カバーに伝達される、振動、主として高周波振動を、摩擦保持手段による鉛直方向の摺動摩擦力により効果的に低減して触媒カバーから発散する放射音を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明保持構造を備えた、エンジンの排気系の側面図
【図２】 図１の２矢視部分の拡大斜視図
【図３】 図２の３−３線に沿う拡大断面図
【図４】 図２の４−４線に沿う断面図
【図５】 図２の５−５線に沿う拡大断面図
【図６】 摩擦保持手段の分解斜視図
【図７】 エンジンの回転数に対する触媒カバーの放射音の変化を示すグラフ
【図８】 従来の触媒コンバータ本体の触媒ケースと触媒カバーとの保持部の断面図
【符号の説明】
１・・・・・・・・・・車体フレーム
１２・・・・・・・・・排気ポート
２０・・・・・・・・・触媒コンバータ本体
２１・・・・・・・・・触媒ケース
３０・・・・・・・・・触媒カバー
Ｅ・・・・・・・・・・エンジン
Ｅｘ・・・・・・・・・排気系
ＨＦ・・・・・・・・・摩擦保持手段

Claims (1)

1. エンジン（Ｅ）の排気ポート（１２）に接続されて、車体フレーム１に支持される排気系（Ｅｘ）に介在され、該排気系（Ｅｘ）内を流れる排気の有害成分を浄化する触媒コンバータ本体（２０）を覆う触媒カバーの保持構造であって、
   前記触媒コンバータ本体（２０）の触媒ケース（２１）と、触媒カバー（３０）との間に摩擦保持手段（ＨＦ）を設け、その摩擦保持手段（ＨＦ）は、触媒ケース（２１）と触媒カバー（３０）との間に鉛直方向の摺動摩擦力を生じさせ、この摺動摩擦力により触媒カバー（３０）を触媒ケース（２１）に保持し、触媒コンバータ本体（２０）から触媒カバー（３０）への振動伝達を低減できるようにしたことを特徴とする、触媒コンバータの触媒カバー保持構造。

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