JP2006104945A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 マフラー内に筒状体からなる触媒筒状体を収納、配設して排気浄化装置を形成するに際し、エンジンの出力調整を、管長だけによることなく調整可能とし、且つ排気効果性能の向上を図ることができ、る排気ガス浄化装置を提供したい。
【解決手段】 触媒を担持させた多孔板で形成した触媒筒状体を複数の膨張室を備えるマフラー内に収納してなる排気ガス浄化装置において、媒筒状体１５はエンジン側である排気管との接続管１１に最も近い膨張室８であって、排気流の最も上流の膨張室８に配置し、触媒筒状体の外周を外筒１２で覆い、外筒には前後方向に離間し、触媒筒状体に前後方向で重なるリーク孔１７を設け、リーク孔を介して触媒筒状体周を通過する排気の一部を膨張室にリークさせるようにした排気ガス浄化装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は、マフラーに取り付けた排気ガス浄化装置に関するものである。

従来、マフラー内に触媒を担持させたパンチングメタル等からなる筒状体を収納させた排気ガス浄化装置は知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１５０３１０号公報

上記公報掲載の技術は、同公報の図１に示されるように、内燃機関の排気装置Ｅ（同公報中の符合を用いる。以下同じ）は、第１排気管１と第２排気管２との間に設けられて、排気マフラ４ー内に配置された触媒部３０を有する排気浄化装置３を備え、排気浄化装置３は、浄化後の排気ガスが流出する出口路３６を形成する出口部３４を有する。出口部３４はコンバージェント部を構成するテーパ管３９を有し、テーパ管３９の上流側部３９ｃに、出口部３４を流れる排気ガスの一部を流出させるリーク孔７が設けられる。

以上の従来技術は、コンバージェント部に設けられるリーク孔は、マフラー内において排気管との接続管から離れた中流〜下流に近い部分の中間の室内に設けられており、且つ触媒体と重ならない位置にリーク孔は設けらている。

ところで、エンジンの目標とする出力を得ようとした場合、出力特性はこのリーク孔で調整することとなるが、従来技術では、リーク孔の位置に制限があるので、精緻な調整ができず、このため出力特性は排気管長によることが多く、設計自由度に制限がある。
また、従来技術の図１のように、マフラーの中央部に触媒体が配置されていると、浄化性能の点で最良とは言い難く、また、図４のように複数の室を備えるマフラーの下流側の室で、リーク孔を開口させると、別途消音対策が必要となる。
本発明は、以上の従来のマフラー内に配設、収納される排気浄化装置を改良すべくなされたものである。

本発明は、マフラー内に筒状体からなる触媒筒状体を収納、配設して排気浄化装置を形成するに際し、エンジンの出力調整を、管長だけによることなく調整可能とし、且つ排気効果性能の向上を図ることができる排気ガス浄化装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、触媒を担持させた多孔板で形成した触媒筒状体を複数の膨張室を備えるマフラー内に収納してなる排気ガス浄化装置において、前記触媒筒状体はエンジン側である排気管との接続管に最も近い膨張室であって、排気流の最も上流の膨張室に配置し、前記触媒筒状体の外周を外筒で覆い、該外筒には前後方向に離間し、且つ触媒筒状体に前後方向で重なるリーク孔を設け、該リーク孔を介して触媒筒状体周を通過する排気の一部を前記膨張室にリークさせるようにしたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記外筒に設けた複数のリーク孔は、前記筒状体の前半部と後半部に夫々設けたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２において、前記触媒筒状体と外筒との隙間には壁体を有しており、前記複数のリーク孔は該壁体の前後に夫々設けたことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３において、前記壁体は触媒筒状体の中央に設けられ、前記複数のリーク孔は、該壁体の前後から等距離に配置したことを特徴とする。

請求項１に係る発明では、触媒筒状体はエンジン側である排気管との接続管に最も近い膨張室であって、排気流の最も上流の膨張室に配置し、前記触媒筒状体の外周を外筒で覆い、該外筒には前後方向に離間し、且つ触媒筒状体に前後方向で重なるリーク孔を設け、該リーク孔を介して触媒筒状体周を通過する排気の一部を前記膨張室にリークさせるようにしたので、マフラー内における触媒の配置位置の自由度が向上し、エンジンの出力調整もリーク孔の数の設定で行なうことができるので、出力調整が容易である。
また、触媒筒状体は多孔板で形成したので、排気ガスは多孔を通過することで排気ガスの気流が増え、排気ガスの浄化性能が向上する。またリーク孔は上流側に配設されているので、別途消音対策が不要である。
さらに触媒は排気管との接続管に最も近い膨張室であって、排気流の最も上流の膨張室に配置されているので、触媒が反応し易い位置に配置されていることとなり、一層浄化性能を向上させることができる。

請求項２に係る発明では、請求項１において、外筒に設けた複数のリーク孔を筒状体の前半部と後半部に夫々設けたので、エンジンの出力調整を適格、且つ効率良く行なうことができる。

請求項３に係る発明では、請求項２において、触媒筒状体と外筒との隙間には壁体を有しており、複数のリーク孔は該壁体の前後に夫々設けたので、筒状体の前後のパンチング孔を効率良く使って、前後のリーク孔の効果を引き出しながら、筒状体の中央部を確実に支持することができる。

請求項４に係る発明では、請求項３において、壁体は触媒筒状体の中央に設けられ、複数のリーク孔は、壁体の前後から等距離に配置したので、組付時、前後を識別すること無く外筒を組付けることができる。

本発明の実施の形態を添付図面に基づいて以下に説明する。なお、「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」は運転者から見た方向に従い、Ｆｒは前側、Ｒｒは後側、Ｌは左側、Ｒは右側を示す。また、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明が適用される自動二輪車の一例の左側面図である。
この図で自動二輪車の概略を説明する。

自動二輪車２１０は、車体フレーム２１１と、車体フレーム２１１のヘッドパイプ２１１ａに取付けたフロントフォーク２１２と、フロントフォーク２１２に取付けた前輪２１３と、フロントフォーク２１２に連結したハンドル２１４と、車体フレーム２１１の後部に上下スイング可能に取付けたパワーユニット２１５と、パワーユニット２１５に取付けた後輪２１６と、パワーユニット２１５の後端部を懸架したリヤクッションユニット２１７と、車体フレーム２１１の後部上部に取付けた収納ボックス２１８と、収納ボックス２１８の上に配置し開閉可能に取付けたシート２１９とを、主要構成としたスクータ型自動二輪車である。

パワーユニット２１５は、前部の水冷式エンジン２２１と後部の動力伝達機構２２２とからなる。エンジン２２１は、シリンダヘッドを前方へ向けて略水平に配置したものである。
さらに自動二輪車２１０は、車体フレーム２１１をボディカバー２３０で覆ったものである。ボディカバー２３０は、ヘッドパイプ２１１ａの前部を覆うフロントカバー２３１と、運転者の脚部前方を覆うレッグシールド２３２と、運転者の足を載せるステップフロア（低床式足載板）２３３と、ステップフロア２３３の外縁から下方へ延ばした左右のフロアサイドカバー２３４と、これらフロアサイドカバー２３４の下縁間を覆うアンダカバー２３５と、前記収納ボックス２１８の前半部周囲を覆うシート下部カバー２３６と、収納ボックス２１８の後半部周囲並びに車体後部を覆うリヤカバー２３７と、これらシート下部カバー２３６並びにリヤカバー２３７から下方へ延した左右のサイドカバー２３８とからなる。

以上の自動二輪車２１０は、レッグシールド２３２の部分にイグニッションキーシリンダ２４１を配置し、ステップフロア２３３の下に燃料タンク２４２並びに燃料ポンプ２４３を配置し、車体フレーム２１１のうち後部フレーム２９０の上部にシート２１９を配置し、このシート２１９の後方に且つ後部フレーム２９０の後部にリザーブタンク２４４並びに電装品（バッテリ２４５並びに制御ユニット２４６）を配置したものである。リザーブタンク２４４は、エンジン冷却用ラジエータ２６５の冷却液を溜めるタンクである。

図中、２５１はハンドルグリップ、２５２はブレーキレバー、２５３はメータ、２５４はミラー、２５５はウインカ、２５６Ｆはハンドル前カバー、２５６Ｒはハンドル後カバー、２５７はヘッドランプ、２５８はホーン、２５９はフロントフェンダ、２６１はパワーユニット取付用ハンガ、２６２はエンジン始動用キックペダル、２６３はエアクリーナ、２６４はキャブレータ、２６５はエンジン冷却用ラジエータ、２６６はエンジン用排気管、２７１はメインスタンド、２７２はリヤフェンダ、２７３はテールランプ、２７４はウインカ、２７５はキャリア、Ｈｅはヘルメットである。
マフラー１は車輪の右側方に前後方向に配置され、エンジン用排気管２６６に接続されている。

図２は、本発明に係る排気装置を収納したマフラーの縦断側面図である。
１はマフラーを示し、図の左側が前方（エンジン側）である。
マフラー１の本体は円筒形の筒状外殻体２で構成され、筒状外殻体２は、外側筒体２ａとパンチングメタル等で形成された内側筒体２ｂの間に吸音材３を充填、介装してなり、筒状外殻体２の前後の端部は、前端板４、後端板５で閉塞されている。

前後の端部を前端板４、後端板５で閉塞された筒状外殻体２内は、内側筒体２ｂの前後に配設した隔板６，７で区画され、第１膨張室８、第２膨張室９、第３膨張室１０とに区画される。
前端板４は、図１及び図２で示されているように、一側方に偏寄し、且つ下方に偏記した漏斗状をなす。この漏斗状部の開口部４ａにエンジン側である排気管との接続管１１を接合し、接続管１１の前半部１１ａは前端板４の前方に突出し、後半部１１ｂは前端板４の裏面側の第１膨張室８の前部内に臨んでいる。

第１膨張室８と第２膨張室９を区画する第１の隔板６には、接続管１１よりも大径の外筒１２の後部１２ｂを貫通して配設する。外筒１２の大部分は第１膨張室８内に臨んで配設されている。
外筒１２の先部１２ａと接続管１１の後端部１１ｃとの間は、先部が小径で後部にかけてラッパ状に拡径した漏斗状の接続筒１３で接合し、第２膨張室９内に臨む後部１２ｂは、前記接続筒１３と対称形状の漏斗状の接続筒１４の拡径先部１４ａを接合する。

外筒１２の内部には、同心的にこれより小径の触媒筒状体１５（以下筒状体と記す。）を収納、配設する。
筒状体１５は、触媒を担持させたパンチングメタル（多孔板）を筒状に巻き回して形成されており、前後の接続筒１３，１４の端縁間に介設されている。

筒状体１５は、前後方向の中央部を前後を閉じた短い筒部材１６で囲まれて保持され、筒部材１６は外筒１２の内周部に溶接１６ａで接合、支持され、筒部材１６と筒状体１５の外周は、その中央部を複数個円周方向に等間隔で数カ所溶接１６ａで接合、支持し、その隙間にはステンレスウール１６ｂを充填、介装する。
該ステンレスウール１６ｂで溶接の前後を保持することにより溶接幅を小さくできたので、筒状体１５が熱膨張しても支持を維持することができる。該ステンレスウール１６ｂによって外筒１２と筒状体１５間の隙間は前後に分かれる。
従って、筒部材１６は、外筒１２と筒状体１５間の隙間を前後に分ける壁体として作用する。

以上の外筒１２内に配設された筒状体１５は、触媒を担持させた多孔板からなり、上流の排気接続管１１と連通し、排気は筒状体１５内とこれの外側の外筒１２内を通り、下流に流れ、この過程で排気は筒状体１５を通過し、排気ガスを浄化し、排気浄化装置を構成する。

以上の外筒１２の一部に排気リーク孔１７，１７を穿設する。リーク孔１７，１７は実施の形態では２個下側に設けられ、外筒１２外側の第１膨張室８とを連通する。
リーク孔１７の数は任意であり、また径も任意であり、リーク孔１７，１７の配置位置は、壁体１６の前後に設けられ、また壁体１６は筒状体１５の前後の中央部に設けられ、リーク孔は壁体の前後から等距離に設けられる。
本実施の形態では、加工の容易さと実験上の出力特性の良好な結果により、リーク孔は壁体の前後で、外筒長さの１／４離間した位置としている。

以上の触媒筒状体１５、外筒１２及びこれに設けられるリーク孔１７は、エンジンの排気管に接続される排気接続管１１に最も近く、複数（実施の形態では３個）の膨張室の最上流部の第１膨張室８内（排気流の最も上流の膨張室）に開口するように設けられている。

第２膨張室９内に臨む外筒１２の後部１２ｂに接続した接続筒１４の小径の後部１４ｂ平面視略Ｕ字形で、側面視略Ｕ字形の長尺の第１連通管１８の前端部１８ａ（上流端部）を接続し、連通管１８は上流直線部１８ｂが第２膨張室９内を後方に延出して第２の隔板７を貫通して第３膨張室１０内に臨む。
第１連通管１８のＵ字形部１８ｃは、第３膨張室１０内に臨んで前方にＵターンし、Ｕ字形部１８ｃの下流部に連続する中流直線部１８ｄは、第２の隔板７を貫通して第２膨張室９内に臨む。

第１連通管１８の下流直線部１８ｅは、第１の隔板６を貫通して開口端１８ｆは第１膨張室８の前半部に開口する。
第１膨張室８内には、区画された接続管１１、触媒を担持した筒状体１５を内装し、該膨張室８とリーク孔１７，１７で連通した外筒１２が配設されており、排気ガス浄化装置と連通する連通管１８の下流端部が該膨張室８に開口する。

第１膨張室８と第２膨張室９とは、第１の隔板６を貫通するように設けた短い第２連通管１９で連通、接続し、第２膨張室９と第３膨張室１０とは、第２の隔板７を貫通するように設けた短い第３連通管２０で連通、接続する。
第３膨張室１０を外部から閉塞する後端板５は、後方に弯曲、膨出する形状で、下部に取付孔５ａを設け、これにテールパイプ２１を貫通するように接合し、第３膨張室１０と外気とを連通、接続する。
テールパイプ２１の後部２１ｂは後方に突出し、中間部〜前半部２１ａは第３膨張室１０内に臨む。

以上においては、エンジンの排気ガスは、接続管１１から筒状体１５内を通って矢印のように連通管１８に流れる。
また、筒状体１５は多孔板で形成されており、多数の孔を有するので、排気ガスは筒状体１５内を通りつつ、一部は外筒１２との間の隙間Ｓに矢印のようにリークする。隙間Ｓは壁体１６で区画されているので、リーク孔１７から第１膨張室８内にリークする。
壁体１６下流の隙間Ｓ１には、多孔板の孔から一部の排気ガスがリークし、隙間Ｓ１から壁体１６下流のリーク孔１７を介して矢印のように第１膨張室８内にリークする。

この過程で、排気ガスは筒状体１５の内外周に接触して着火燃焼され、触媒を担持した筒状体１５はマフラー１内において最上流部に配置されており、排気ガスの着火燃焼は効率良くなされ、排気ガスの浄化性能は向上する。
特に触媒は、排気管との接続管１１に最も近い膨張室８であって、排気流の最も上流の膨張室８に配置されているので、触媒が反応し易い位置に配置されていることとなり、一層浄化性能を向上させることができる。
また、触媒筒状体１５の上記配置により、マフラー１内における触媒の配置位置の自由度が向上し、エンジンの出力調整もリーク孔１７の数の設定で行なうことができるので、出力調整が容易である。
そして、触媒筒状体１５は多孔板で形成したので、排気ガスは多孔孔を通過することで排気ガスの気流が増え、排気ガスの浄化性能が向上する。またリーク孔は上流側に配設されているので、別途消音対策が不要である。

図３は、本発明に係る排気ガス浄化装置を収納した他の実施の形態のマフラーの横断平面図、図４は、同縦断側面図、図５は、図４の５−５線断面図、図６は、図４の６−６線断面図である。これらの図面を参照しつつ説明する。
マフラー１０１の本体は前記と同様に円筒形の筒状外殻体１０２で構成され、筒状外殻体１０２は、外側筒体１０２ａとパンチングメタル等で形成された内側筒体１０２ｂの間に吸音材１０３を充填、介装してなり、筒状外殻体１０２の前後の端部は、前端板１０４、後端板１０５で閉塞されている。

前後の端部を前端板１０４、後端板１０５で閉塞された筒状外殻体１０２内は、内側筒体１０２ｂの前後に配設した隔板１０６，１０７で区画され、第１膨張室１０８、第２膨張室１０９、第３膨張室１１０とに区画される。
前端板１０４は、図１及び図２で示されているように、一側方に偏寄し、且つ下方に偏記した漏斗状をなす。この漏斗状部の開口部１０４ａにエンジン側である排気管との接続管１１１を接合し、接続管１１１の前半部１１１ａは前端板１０４の前方に突出し、後半部１１１ｂは前端板１０４の裏面側の第１膨張室１０８の前部内に臨んでいる。

第１膨張室１０８と第２膨張室１０９を区画する第１の隔板１０６には、接続管１１１よりも大径の外筒１１２の後部１１２ｂを貫通して配設する。外筒１１２の大部分は第１膨張室１０８内に臨んで配設されている。
外筒１１２の先部１１２ａと接続管１１１の後端部１１１ｃとの間は、先部が小径で後部にかけてラッパ状に拡径した漏斗状の接続筒１１３で接合し、第２膨張室１０９内に臨む後部１１２ｂは、前記接続筒１１３と対称形状の漏斗状の接続筒１１４の拡径先部１１４ａを接合する。

外筒１１２の内部には、同心的にこれより小径の筒状体１１５を収納、配設する。
筒状部材１１５は、触媒を担持させたパンチングメタルを筒状に巻き回して形成されており、前後の接続筒１１３，１１４の端縁間に介設されている。
この筒状体１１５は、図４に示すように、外筒１１２の軸方向中央部の内周に対称的に配置した略チャンネル状の一対のホルダ１１６，１１６で外周の中央部１１６ａを接合され、外筒１１２内に筒状体１１５を支持した。

以上の外筒１１２内に配設された筒状体１１５は、触媒を担持させた多孔板からなり、上流の排気接続管１１１と連通し、排気は筒状体１１５内とこれの外側の外筒１１２内を通り、下流に流れ、この過程で排気は筒状体１１５を通過して浄化され、排気浄化装置を構成する。

以上の外筒１１２の一部に排気リーク孔１１７，１１７を穿設する。リーク孔１１７，１１７は図２に示すように２個下側に設けられ、内筒部材である筒状体１１５と外筒１１２との間の空間Ｓと外筒１１２外側の第１膨張室１０８とを連通する。
リーク孔１１７の数は任意であり、また径も任意であり、リーク孔１１７，１１７の配置位置は、外筒１２の両端部から夫々１／４の位置に設けられている。従って、内周の筒状体１５の軸方向中心部から前後に夫々１／４離間した位置に設けられている。

第２膨張室１０９内に臨む外筒１１２の後部１１２ｂに接続した接続筒１１４の小径の後部１１４ｂ平面視略Ｕ字形で、側面視略Ｕ字形の長尺の第１連通管１１８の前端部１１８ａ（上流端部）を接続し、連通管１１８は上流直線部１１８ｂが第２膨張室１０９内を後方に延出して第２の隔板１０７を貫通して第３膨張室１１０内に臨む。
第１連通管１１８のＵ字形部１１８ｃは、第３膨張室１１０内に臨んで前方にＵターンし、Ｕ字形部１１８ｃの下流部に連続する中流直線部１１８ｄは、第２の隔板１０７を貫通して第２膨張室１０９内に臨む。

第１連通管１１８の下流直線部１１８ｅは、第１の隔板１０６を貫通して開口端１１８ｆは第１膨張室１０８の前半部に開口する。
第１膨張室１０８内には、区画された接続管１１１、触媒を担持した筒状体１１５を内装し、該膨張室１０８とリーク孔１１７，１１７で連通した外筒１１２が配設されており、排気ガス浄化装置と連通する連通管１１８の下流端部が該膨張室１０８に開口する。

第１膨張室１０８と第２膨張室１０９とは、第１の隔板１０６を貫通するように設けた短い第２連通管１１９で連通、接続し、第２膨張室１０９と第３膨張室１１０とは、第２の隔板１０７を貫通するように設けた短い第３連通管１２０で連通、接続する。
第３膨張室１１０を外部から閉塞する後端板１０５は、後方に弯曲、膨出する形状で、下部に取付孔１０５ａを設け、これにテールパイプ１２１を貫通するように接合し、第３膨張室１１０と外気とを連通、接続する。
テールパイプ１２１の後部１２１ｂは後方に突出し、中間部〜前半部１２１ａは第３膨張室１１０内に臨む。

以上のように、触媒筒状体（筒状体）は、前記と同様にエンジン側である排気管との接続管に最も近い膨張室であって、排気流の最も上流の膨張室、即ち、第１膨張室１０８内に配置される。

図７は、本発明に係る排気ガス浄化装置内蔵のマフラーの特性を示すグラフである。
グラフにおいて横軸はエンジン回転速度を、縦軸はエンジン出力を示す。
太破線ａで示した比較例１は、前記した外筒１２にリーク孔を設けない構造のものを、細破線ｂで示した比較例２は、リーク孔が一つのものを、実線ｃで示した実施例はリーク孔を二つ備えるものを夫々示す。
このグラフで明らかなように、エンジン出力がピークの前後の回転速度では、リーク孔を有しないａに比較しリーク孔１個のｂのエンジン出力が高く、リーク孔２個を有する実施例を示すｃでは、比較例１に比較して更に出力特性が一層向上することが理解できる。

尚、本発明では外筒に２個のリーク孔を設けた例を示したが、リーク孔の数は任意である。また、リーク孔は、上記した各実施の形態では外筒の下側に設けたが、周方向の任意の位置に設ければ良い。

本発明に係る排気ガス浄化装置は、自動二輪車のマフラー内に収納、配設するのに好適である。

本発明が適用される自動二輪車の一例を示す側面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る排気ガス浄化装置を収納したマフラーの縦断側面図である。 本発明の第２の実施の形態におけるに係る排気ガス浄化装置を収納したマフラーの横断平面図である。 図３のに係る排気ガス浄化装置を収納したマフラーの縦断側面図である。 図４の５−５線断面図である。 図４の６−６線断面図である。 本発明に係る排気ガス浄化装置内蔵のマフラーの特性を示すグラフである。

符号の説明

１…マフラー、 ８，９，１０…膨張室、 １１…排気接続管、 １２…外筒、 １５…筒状体、 １６…壁体、 １７…リーク孔。

Claims (4)

1. 触媒を担持させた多孔板で形成した触媒筒状体を複数の膨張室を備えるマフラー内に収納してなる排気ガス浄化装置において、
   前記触媒筒状体はエンジン側である排気管との接続管に最も近い膨張室であって、排気流の最も上流の膨張室に配置し、
   前記触媒筒状体の外周を外筒で覆い、該外筒には前後方向に離間し、且つ触媒筒状体に前後方向で重なるリーク孔を設け、
   該リーク孔を介して触媒筒状体周を通過する排気の一部を前記膨張室にリークさせるようにした、
   ことを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 前記外筒に設けた複数のリーク孔は、前記筒状体の前半部と後半部に夫々設けたことを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装置。
3. 前記触媒筒状体と外筒との隙間には壁体を有しており、前記複数のリーク孔は該壁体の前後に夫々設けたことを特徴とする請求項２記載の排気ガス浄化装置。
4. 前記壁体は触媒筒状体の中央に設けられ、前記複数のリーク孔は、該壁体の前後から等距離に配置したことを特徴とする請求項３記載の排気ガス浄化装置。

Images