JPH11210450A - 内燃エンジンのマフラー - Google Patents
内燃エンジンのマフラーInfo
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- JPH11210450A JPH11210450A JP10014246A JP1424698A JPH11210450A JP H11210450 A JPH11210450 A JP H11210450A JP 10014246 A JP10014246 A JP 10014246A JP 1424698 A JP1424698 A JP 1424698A JP H11210450 A JPH11210450 A JP H11210450A
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Abstract
浄化部材に直接当たらないようにでき、排ガス浄化部材
の入口側温度分布を均一にでき、マフラーの表面温度を
低く抑えることができ、排ガス浄化部材の耐久性を向上
させ得るようにした内燃エンジンのマフラーを提供す
る。 【解決手段】 内燃エンジン1の排気口10から噴出し
た排ガスが導入される全体的に縦長の膨張室を備え、膨
張室が仕切り部材40により第1の膨張室31と第2の
膨張室32とに上下に分割されるとともに、仕切り部材
に酸化触媒等からなる排ガス浄化部材50が配置され、
排気口からの排ガスが第1の膨張室から排ガス浄化部材
内を通って第2の膨張室に導かれるようにされ、排ガス
浄化部材は、排気口から、排ガスの噴出方向に対して直
交する方向に任意の距離だけ離隔して配置できるように
されてなる。
Description
ソー等の手持式小型作業機用として好適な内燃エンジ
ン、例えば小型空冷2サイクルガソリンエンジンのマフ
ラーに係り、特に、排気ガス規制に効果的に対応できる
ようにしたものに関する。
ら、刈払機やチェーンソー等の手持式作業機に使用され
る小型空冷2サイクルガソリンエンジン等の内燃エンジ
ンにおいても、それから排出される排ガス中のHC、C
O、NOx等を低減浄化することが強く要望されて来て
おり、例えば、アメリカ合衆国のカリフォルニア州にお
ける排ガス規制法案、所謂カーブ(CARB)TIER
2等のように、排ガス規制は、将来、ますます厳しくな
ることが予想される。
発明の出願人は、先に、次のような構成のマフラーを提
案した(特開平9−273416号公報)。このマフラ
ーは、エンジンの排気口から噴出した排ガスが導入され
る膨張室を備え、該膨張室が仕切り部材により第1の膨
張室と第2の膨張室とに左右に分割されるとともに、前
記仕切り部材に通気性を有する金属発泡体からなる酸化
触媒等の排ガス浄化部材が配置され、排ガスが前記第1
の膨張室から前記排ガス浄化部材内を通って前記第2の
膨張室に導かれるようにされてなる。さらに、前記特開
平9−273416号公報においては、前記構成に加え
て、前記膨張室の外周部を、相互間に間隙空間が形成さ
れるように適宜に離隔せしめられた内壁パネルと外壁パ
ネルとからなる二重壁部により形成することも開示され
ている。
おいては、特に排ガス中に含まれるTHC成分を大幅に
低減できる等の効果が得られることが確認されているも
のの、次のような問題が生じる場合があることが本発明
の発明者等によって明らかにされた。すなわち、前記提
案のマフラーにおいては、前記公報の図1を参照すれば
よくわかるように、当該マフラー(の膨張室)が全体的
に内燃エンジンのシリンダ軸線と直交する方向に横長と
なっており、この膨張室が仕切り部材により第1の膨張
室と第2の膨張室とに横方向に分割、言い換えれば、前
記内燃エンジンの排気口からの排ガスの噴出方向に沿っ
て左右に分割されており、排ガスは前記排気口から前記
第1の膨張室に放射状に噴出せしめられ、その一部の下
向きの流れが前記第1の膨張室の内壁で分散されずに前
記排ガス浄化部材(の上部)に直接当たるとともに、前
記第1の膨張室から前記排ガス浄化部材(酸化触媒)内
を前記排ガス噴出方向と略同じ方向(平行)に通過して
前記第2の膨張室に導かれることになる。
(前記第1の膨張室側)の温度分布が不均一となり、全
体としてその活性化に最適の温度とはならず、前記排ガ
ス浄化部材の配設位置によっては、排ガスの出口温度、
排ガス浄化部材の発熱によって、マフラーの表面温度が
かなり高くなるとともに、排ガス浄化部材の劣化率が上
がり、耐久性が低下するといった不具合が生じる場合が
ある。本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、内燃エンジンの排
気口からの排ガスが分散されないまま排ガス浄化部材に
直接当たることがないようにできるとともに、排ガス浄
化部材の入口側の温度分布を全体として均一にできてそ
の活性化に最適の温度となし得、更には排ガスの出口温
度、排ガス浄化部材の発熱からくるマフラーの表面温度
を低く抑えることができるとともに、排ガス浄化部材の
劣化率を最小限に抑えて耐久性を向上させ得るようにし
た内燃エンジンのマフラーを提供することにある。
本発明に係る内燃エンジンのマフラーは、基本的には、
内燃エンジンの排気口から噴出した排ガスが導入される
膨張室を備え、前記膨張室が仕切り部材により第1の膨
張室と第2の膨張室とに前記内燃エンジンのシリンダ軸
線に沿って上下に分割されるとともに、前記仕切り部材
に酸化触媒等の排ガス浄化部材が配置され、前記排気口
からの排ガスが前記第1の膨張室から前記排ガス浄化部
材内を通って前記第2の膨張室に導かれるようにされて
なる。好ましい態様では、前記膨張室は、全体が前記シ
リンダ軸線に沿った縦長とされ、また、前記排ガス浄化
部材は、前記排気口から、排ガスの噴出方向に対して直
交する方向に任意の距離だけ離隔して配置できるように
される。
膨張室を画成する外壁パネルに排ガスの排出開口が設け
られるとともに、この排出開口を内側から覆うように容
器状の内空間形成部材が取り付けられ、前記第2の膨張
室に導入された排ガスが前記内空間形成部材に形成され
た導出開口及び前記排出開口を通じて外部に排出され、
前記排出開口を覆うようにスパークアレスタースクリー
ンが配設される。このような構成とされた本発明に係る
内燃エンジンのマフラーの好ましい態様においては、内
燃エンジンの排気口から噴出した排ガスは、まず、第1
の膨張室に音速に近い速度で放射状に導入されてそこで
膨張拡散せしめられ、それによって排気音が減衰せしめ
られる。この場合、前記第1の膨張室に噴出せしめられ
た排ガスの略全部が前記排気口に対面する、前記第1の
膨張室を画成するパネル部分(外壁パネル)に当たり、
そこで反射分散した排ガスが排ガス浄化部材の入口側に
ほぼ均一状態に導かれることになる。
の排ガスが、前記排ガス浄化部材に直接当たらないよう
にできるとともに、前記排ガス浄化部材の入口側全面に
偏りなく導かれる。また、前記第1の膨張室及び第2の
膨張室からなる膨張室は、全体が縦長とされているの
で、排ガス浄化部材の配置自由度が増し、前記排ガス浄
化部材は、前記排気口から排ガスの噴出方向に対して直
交する方向に任意の距離だけ離隔して配置できるように
されていることから、前記排ガス浄化部材の配置位置を
最適位置に選定することができ、この結果、前記排ガス
浄化部材の入口側の温度分布がより均一化されるととも
に、その活性化に最適の温度になし得、また、前記排ガ
ス浄化部材を最適位置に配置することにより、排ガスの
出口温度、前記排ガス浄化部材の発熱からくるマフラー
の表面温度を低く抑えることができるとともに、前記排
ガス浄化部材の劣化率を最小限に抑えて耐久性を向上さ
せ得る。
ガスは、仕切り部材を隔てて隣接配置されている第2の
膨張室との圧力差により、前記仕切り部材を貫くように
配置された排ガス浄化部材内を通じて前記第2の膨張室
に導かれる。この際、排ガスは、前記排ガス浄化部材
(酸化触媒等)の作用により前記膨張室内の酸素と効率
良く反応(酸化燃焼)するので、排ガス中に含まれるC
O及びHC成分が大幅に低減される。
ガスは、ここでも膨張拡散せしめられてその排気音がさ
らに減衰せしめられた後、好ましい態様では、内空間形
成部材に形成された導出開口及びスパークアレスタース
クリーンで覆われた排出開口を通じて外部に排出され
る。前記内空間形成部材及びスパークアレスタースクリ
ーンの存在により、前記第2の膨張室で消火しきれなか
った火の粉が残っていても、それが直接外部に放出され
ることを確実に防止できるとともに、外部に排出される
排ガス温度がさらに低下せしめられ、かつ、スパークア
レスタースクリーンの耐久性が向上するとともに、その
目詰まり等も少なくすることができる。
面を参照しながら説明する。図1は、本発明に係るマフ
ラーの実施の一形態を内燃エンジンと共に示している。
図において、内燃エンジン1は、刈払機やチェーンソー
等の手持式作業機の動力源として組み込まれているシュ
ニューレ掃気式の小型空冷2サイクルガソリンエンジン
(以下単に内燃エンジンという)とされ、排気量は、例
えば約23〜26cc程度のものである。このエンジン
1は、点火プラグ15が配設された半球形の燃焼室5を
有するシリンダ2と、その下側に連結されたクランクケ
ース3と、を備え、前記シリンダ2にはピストン4が嵌
挿されるとともに、図1で見てその左右に気化器の混合
気供給通路8が接続された吸気口7と、後述するマフラ
ー20が接続された排気口10がそれぞれ周知の態様で
設けられ、さらに、図1で見てその前後に一対の掃気口
9(その一方のみ図示)がそれぞれ周知の態様で設けら
れている。
ピストン4の上下方向の往復運動は、コンロッド11を
介して、バランスウエイト14を備えたクランクシャフ
ト12の回転運動に変換され、その軸出力が前記可搬式
作業機の動力として利用されるようになっている。そし
て、前記構成の内燃エンジン1の前記シリンダ2におけ
る前記排気口10側の外側部に、本実施形態の全体が前
記内燃エンジン1のシリンダ軸線X−Xに沿って縦長の
マフラー20が、断熱板22を介して取り付けられてい
る。このマフラー20は、横方向(前記内燃エンジン1
の幅方向)にほぼ水平に配置された仕切り部材40によ
り、上下に仕切られた第1の膨張室31と第2の膨張室
32とを有している。
室32は、片側が開口した左右の外壁パネル36、37
の組み合わせにより画成されている。すなわち、前記内
燃エンジン1側の内側外壁パネル36と反対側の外側外
壁パネル37の外周端縁部36a、37aが相互に溶接
等により密封接合されており、これらの外壁パネル3
6、37間を上下に仕切るように前記仕切り部材40
が、前記両外壁パネル36、37の内周面に溶接等によ
り密封接合され、その上下に前記第1の膨張室31と前
記第2の膨張室32とが画成されている。なお、前記内
燃エンジン1側の前記内側外壁パネル36の前記外周端
縁部36aは断面L字状とされていて、図2を参照すれ
ばよくわかるように、その上部中央部分と下部の左右部
分には、ボルト類挿通穴36dが形成された幅広部36
cが設けられ、この幅広部36cの裏面側にマフラーカ
バー(図示せず)の取付固定用雌ねじ部材35が溶接等
により固着されている。
に貫くように、言い換えれば前記第1の膨張室31及び
前記第2の膨張室32の両方に突出するように、メタル
担体からなる角柱状の酸化触媒50が排ガス浄化部材と
して配置されている。すなわち、前記仕切り部材40に
は、矩形の触媒取付開口40aが形成され、この触媒取
付開口40aに、角筒状のシェル52が挿通せしめられ
て、前記仕切り部材40に溶接等により接合固定されて
おり、このシェル52に前記メタル担体からなる角柱状
の酸化触媒50が上面(入口側)を前記第1の膨張室3
1に、また、その下面(出口側)を前記第2の膨張室3
2に露出させた状態で嵌挿固定されている。
酸化触媒50を、前記仕切り部材40に保持させるよう
にしたことにより、酸化触媒の形状をシンプルにできる
とともに、酸化触媒の大きさの変更や取付位置の変更、
交換、増設等を容易に行うことができ、さらに、前記仕
切り部材40及び前記酸化触媒50は、前記排気口10
から、排ガスの噴出方向に対して直交する方向に任意の
距離(ここでは、約10mm)だけ離隔して配置でき
る。なお、酸化触媒としては、前記角柱状のシェルをも
つメタル担体からなるもの以外のものを使用しても何ら
差し支えない。
記排気口10及び排気導入口27と略同じ高さ位置に
は、図1、図2に加えて図3及び図4を参照すればよく
わかるように、補強板材24と前記外側外壁パネル37
とを橋絡するようにボルト挿入用締結スリーブ55,5
5が横設されている。したがって、前記マフラー20を
前記シリンダ2の外側部に取り付ける際には、ボルト5
6,56を、それぞれ前記マフラー20の右側面側から
前記ボルト挿入用締結スリーブ55,55に挿入し、そ
の雄ねじ部先端を前記シリンダ2の外側部に設けられて
いる雌ねじ部(図示せず)に螺入して強固に締め付ける
ようにされる。
を参照すればよくわかるように、前記外側外壁パネル3
7における反エンジン1側に位置する先細り状となって
いる下部の斜面部37aには、前記第2の膨張室32の
排ガスを外部に排出するための概略矩形の排出開口37
Aが形成されるとともに、この排出開口37Aを内側か
ら覆うようにステンレス鋼網よりなるスパークアレスタ
ースクリーン72が配設され、前記排出開口37A及び
前記スパークアレスタースクリーン72の両方を内側か
ら覆うように、断面三角形の容器状の内空間形成部材8
1が取り付けられ、前記第2の膨張室32に導入された
排ガスが直線的に外部へ直接排出されないように配設さ
れた前記内空間形成部材81の前後側面に形成された導
出開口82、82から、その内部空間80に導入された
後、前記スパークアレスタースクリーン72及び前記排
出開口37Aを通じて、前記外壁パネル37の前記斜面
部外面側に排出されるようになっている。
のように、展開図の状態の板金を折り曲げて要所を溶接
等により前記外側外壁パネル37の内面に接合したもの
である。前記外壁パネル37における前記斜面部37a
の外面側には、図2、図5及び図6を参照すればよくわ
かるように、前記排出開口37A及び前記スパークアレ
スタースクリーン72を覆うように、終端排出口71を
有する排ガス案内部材75が配設されている。前記外壁
パネル37における前記排出開口37Aの周縁部付近の
内面側(裏面側)に配置された前記内空間形成部材81
の周辺三箇所に、ナット76,76,76が溶接固定さ
れており、前記排ガス案内部材75及びスパークアレス
タースクリーン72は前記外壁パネル37を挟んで、そ
の外側から前記ナット76,76,76に螺入せしめら
れたねじ77,77,77により共締め固定されている
(図6参照)。
37Aより若干大きな矩形断面外形を有する、底面及び
一側面が開口した箱形本体部75aと、この箱形本体部
75aの一側面側に連なる排出通路部75bとからな
り、底面及び一側面が開口した凸形状とされており、前
記排出通路部75bの外端部開口部分が前記マフラー2
0における排ガスの終端排出口71(図6参照)となっ
ている。さらに、前記排ガス案内部材75の前記終端排
出口71には、そこから若干外方側に、細長板状のブラ
ケット67を介して、前記終端排出口71からの排出ガ
スが導入されるように、両端が前記終端排出口71の開
口面積より大なる径のベンチュリ管65が保持連結され
ている。
には、空気導入孔66が形成され、また、前記ベンチュ
リ管65の前記終端排出口側端部65bと前記終端排出
口71との間には環状に空気導入用間隙85が形成され
ている。このような構成とされた本実施形態のマフラー
20においては、内燃エンジン1の排気口10からの排
ガスは、まず、第1の膨張室31に音速に近い速度で放
射状に導入されてそこで膨張拡散せしめられ、それによ
って排気音が減衰せしめられる。この場合、前記第1の
膨張室31に噴出せしめられた排ガスの略全部が前記排
気口10に対面する、前記第1の膨張室31を画成する
パネル部分(外壁パネル37)に当たり、そこで反射し
た排ガスが排ガス浄化部材としての酸化触媒50に導か
れることになる。
口10からの排ガスが、前記酸化触媒50に直接当たら
ないようにできるとともに、前記酸化触媒50の入口側
全面に偏りなく導かれる。また、前記第1の膨張室31
及び前記第2の膨張室32からなる膨張室は、全体がシ
リンダ軸線X−Xに沿った縦長とされているので、酸化
触媒50の配置位置の自由度が増し、該酸化触媒50
は、前記排気口10から排ガスの噴出方向に対して直交
する方向に所要距離だけ離隔して配置できるようにされ
ていることから、その配置位置の設定により、酸化触媒
50の入口側の温度分布がより均一化されるとともに、
その活性化に最適の温度になし得、また、排ガスの出口
温度、酸化触媒50の発熱からくるマフラー20の表面
温度を低く抑えることができるとともに、酸化触媒50
の劣化率を最小限に抑えて耐久性を向上させ得る。
た排ガスは、前記仕切り部材40を隔てて下側に隣接配
置されている第2の膨張室32との圧力差により、前記
仕切り部材40を上下に貫くように配置された酸化触媒
50内を通じて前記第2の膨張室32に導かれる。この
際、排ガスは、前記酸化触媒50の作用により前記膨張
室31、32内の酸素と効率良く反応(酸化燃焼)する
ので、排ガス中に含まれるCO及びHC成分が大幅に低
減される。
た排ガスは、ここでも膨張拡散せしめられてその排気音
がさらに減衰せしめられた後、内空間形成部材81に形
成された導出開口82及びスパークアレスタースクリー
ン72で覆われた排出開口37A、排ガス案内部材7
5、及び、ベンチュリ管65を通じて外部に排出され
る。この場合、前記内空間形成部材81及びスパークア
レスタースクリーン72の存在により、前記第2の膨張
室32で消火しきれなかった火の粉が残っていてもそれ
が直接外部に放出されることを確実に防止できるととも
に、外部に排出される排ガス温度がさらに低下せしめら
れ、かつ、スパークアレスタースクリーン72の耐久性
が向上するとともに、その目詰まり等も少なくすること
ができる。
の終端排出口71から前記ベンチュリ管65を介して外
部に放出される際には、排ガス中に、前記ベンチュリ管
65に形成された空気導入孔66及び前記ベンチュリ管
65の前記終端排出口側端部65bと前記終端排出口7
1との間に形成された環状の空気導入用間隙85から外
部の空気が混入せしめられ、それによって、排ガスの最
終排出温度がさらに低下せしめられることになる。前記
に加え、排ガス温度及び前記マフラー20の外表面温度
が低く抑えられることから、当該マフラー20を構成す
る外壁パネル36、37等に、高温マフラー用ステンレ
ス鋼材等の耐熱特殊材料を使用しなくても済むため、コ
スト及び製造上の観点からも有利となる。
ンのマフラーの他の実施形態を示している。図示実施形
態のマフラー20は、前記した実施形態と基本構成及び
外観は同一であるが、前記仕切り部材40及び酸化触媒
50の位置を下方に下げ(前記排気口10から約30m
m離隔)、前記排気口10からの距離を遠くすること
で、前記酸化触媒50の入口側のガス温度が酸化反応に
必要な温度以上とならぬ様にしたので、出口側のガス温
度が低くなり、その結果、前記マフラー20から外部へ
排出される排ガスの温度も低くなる。また前記第1の膨
張室31の容積を大きくして、背圧を下げ、特に使用回
転域での安定性を向上せしめることができる。更に前記
断面三角形状の内空間形成部材81に代えて直方体状の
内空間形成部材83を取り付け、内空間容積を大きくす
ることにより、第3の膨張室的作用も奏することができ
るようにし、消音効果を高め、エンジン回転の安定性を
一層高めるようにしたものである。この内空間形成部材
82も、折り箱のように、展開図の状態の板金を折り曲
げて要所を溶接等により接合したものであり、前後両側
面に円形の導出開口84、84が形成されている。
ジンのマフラーの他の別の実施形態を示している。図示
実施形態のマフラー20は、前記した実施形態と基本構
成及び外観は同一であるが、前記外壁パネル36、37
の内面側に、内壁パネル41を配設して、それらのパネ
ル36−37,41間に断熱用の間隙空間Sを形成する
とともに、前記第1の膨張室31における排ガスの導入
部近傍に、導入された排ガスの噴流を利用して外気を前
記第1の膨張室31に吸入する外気吸入手段として、排
ガスがその内部を吹き抜けるようにベンチュリ管25を
配置するとともに、このベンチュリ管25のスロート部
25aと外部とを連通させる外気導入管26を配設した
ものである。
実施形態と略同様な作用効果が得られることに加えて、
断熱用の間隙空間Sが形成されていることから、当該マ
フラー20の外表面温度をさらに低下させることができ
るとともに、前記第1の膨張室31に、前記外気吸入管
26及びベンチュリ管25を通じて外部の空気が導入さ
れるので、前記第1の膨張室31内のO2 量が増加する
ため、COの酸化作用が増進され、CO成分が大幅に低
減される。
たが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しな
い範囲で、設計において、種々の変更ができるものであ
る。例えば、本発明のマフラーは、前記実施形態で使用
された空冷2サイクルガソリンエンジン以外の4サイク
ルエンジン等にも同様に適用できるものである。また、
排ガス浄化部材50も、前記したもの以外の、発泡成形
体、セラミック担体等を用いることができ、仕切り部材
40への取り付け方法も、粘着状とする等各種の方法を
採用することができる。
明に係る内燃エンジンのマフラーによれば、内燃エンジ
ンの排気口からの排ガスが排ガス浄化部材に直接当たら
ないようにできるとともに、排ガス浄化部材の入口側の
温度分布を均一にできてその活性化に最適の温度となし
得、排ガスの出口温度、排ガス浄化部材の発熱からくる
マフラーの表面温度を低く抑えることができるととも
に、排ガス浄化部材の劣化率を最小限に抑えて耐久性を
向上させ得る。
が取り付けられた内燃エンジンと共に示す縦断面図。
付近を拡大して示す部分拡大断面図。
が取り付けられた内燃エンジンと共に示す縦断面図。
付近を拡大して示す部分拡大断面図。
それが取り付けられた内燃エンジンと共に示す縦断面
図。
Claims (6)
- 【請求項1】 内燃エンジン(1)の排気口(10)か
ら噴出した排ガスが導入される膨張室(31,32)を
備えた内燃エンジンのマフラー(20)において、 前記膨張室が仕切り部材(40)により第1の膨張室
(31)と第2の膨張室(32)とに前記内燃エンジン
(1)のシリンダ軸線(X−X)に沿って上下に分割さ
れるとともに、前記仕切り部材(40)に排ガス浄化部
材(50)が配置され、前記排気口(10)からの排ガ
スが前記第1の膨張室(31)から前記排ガス浄化部材
(50)内を通って前記第2の膨張室(32)に導かれ
るようにされていることを特徴とする内燃エンジンのマ
フラー。 - 【請求項2】 前記膨張室(31、32)は、全体が前
記シリンダ軸線(X−X)に沿った縦長とされているこ
とを特徴とする請求項1に記載の内燃エンジンのマフラ
ー。 - 【請求項3】 前記排ガス浄化部材(50)は、前記排
気口(10)から、排ガスの噴出方向に対して直交する
方向に任意の距離だけ離隔して配置できるようにされて
いることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃エン
ジンのマフラー。 - 【請求項4】 前記排ガス浄化部材が、酸化触媒(5
0)であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか
一項に記載の内燃エンジンのマフラー。 - 【請求項5】 前記第2の膨張室(32)を画成する外
壁パネル(37)に排ガスの排出開口(37A)が設け
られるとともに、この排出開口(37A)を内側から覆
うように容器状の内空間形成部材(81)が取り付けら
れ、前記第2の膨張室(32)に導入された排ガスが前
記内空間形成部材(81)に形成された導出開口(8
2)及び前記排出開口(37A)を通じて外部に排出さ
れることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に
記載の内燃エンジンのマフラー。 - 【請求項6】 前記排出開口(37A)を覆うようにス
パークアレスタースクリーン(72)が配設されている
ことを特徴とする請求項5に記載の内燃エンジンのマフ
ラー。
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