JP2013217378A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン自体の形状が大きくなることがないようにするとともに、触媒の交換が容易にできる排気浄化性に優れた排気浄化装置を備えたエンジンを提供する。
【解決手段】排気通路の中途部に設置する排気浄化装置１０を備えるエンジン１００であって、前記排気浄化装置１０は、エンジン１００のシリンダーヘッド３とマフラー６との間を連通して前記排気通路の一部を成す排気マニホールド５内に、排気浄化用触媒４２を内装して構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンにおける排気浄化装置の排気浄化用の触媒の配置とその交換の技術に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関より排出される排出ガスには、環境汚染に影響を及ぼす可能性が高い窒素酸化物や粒子状物質が含まれる。昨今の環境問題に対する配慮から、排出ガスの規制がより厳しくなっており、これに対応するために、様々な排気浄化装置が提案されている。また、産業用ディーゼルエンジンの場合、排気浄化装置の作業機への搭載形態が種々あり、搭載部のスペースに限りがある。そのため、エンジンとは別途に排気浄化装置を配置することが困難である。そして、作業機のシャーシ底部に排気浄化装置を配置することは、オフロードにて使用される建設機械や農業機械では不可能である。同一エンジンにおいても各種作業機に搭載されるため、エンジンルーム外に配置する場合は配管等が異なる仕様が発生する上、排気温度の変化による浄化性能の低下等の影響が懸念される。

そこで、特許文献１に開示される技術では、エンジンの排気経路中に酸化触媒を収容する技術が公知となっている。この特許文献１に開示される技術では、排気経路中に酸化触媒を収容するため、別途排気浄化装置を設置することなく、エンジン自体の形状が大きくなることがなく、従来通りのスペースにエンジンを搭載して使用することが可能となる。しかしながら、エンジンは作業機へ組み付けられているため、酸化触媒の交換等の際には排気経路を分解しなくてはならず、メンテナンスが行いづらい。

特開２００６−２９１２１号公報

本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、エンジン自体の形状が大きくなることがないようにするとともに、触媒の交換が容易にできる排気浄化性に優れた排気浄化装置を備えたエンジンを提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

請求項１においては、排気通路の中途部に設置する排気浄化装置（１０）を備えるエンジン（１００）であって、前記排気浄化装置（１０）は、エンジン（１００）のシリンダーヘッド（３）とマフラー（６）との間を連通して前記排気通路の一部を成す排気マニホールド（５）内に、排気浄化用触媒（４２）を内装して構成したものである。

請求項２においては、請求項１記載のエンジンにおいて、前記排気マニホールド（５）をエンジン（１００）のシリンダーヘッド（３）の外周前方に配置し、該シリンダーヘッド（３）の側方にマフラー（６）を配置し、前記シリンダーヘッド（３）の前方へ開口する排気ポート（３４）に前記排気マニホールド（５）を装着し、該排気マニホールド（５）の出口部（１１ｃ）は、側方に配置されたマフラー（６）の側面に開口された挿入口（６ａ）に連設され、高温の排出ガスは、前記排気ポート（３４）、排気マニホールド（５）、マフラー（６）へと導かれ、排気マニホールド（５）内の排気浄化用触媒（４２）を通過することで浄化されてマフラー（６）へ誘導され、該マフラー（６）に設けられた配管を介して大気中へ排出されるものである。

請求項３においては、請求項１記載のエンジンにおいて、前記排気浄化装置（１０）は、着脱可能とした２個の排気浄化用触媒（４１・４２）を排気マニホールド（５）内に内装して構成したものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、排気通路の中途部に設置する排気浄化装置（１０）を備えるエンジン（１００）であって、前記排気浄化装置（１０）は、エンジン（１００）のシリンダーヘッド（３）とマフラー（６）との間を連通して前記排気通路の一部を成す排気マニホールド（５）内に、排気浄化用触媒（４１）を内装して構成したので、排気マニホールド（５）内において、排気浄化用触媒で浄化するので、浄化性能を向上することができる。

請求項２においては、請求項１記載のエンジンにおいて、前記排気マニホールド（５）をエンジン（１００）のシリンダーヘッド（３）の外周前方に配置し、該シリンダーヘッド（３）の側方にマフラー（６）を配置し、前記シリンダーヘッド（３）の前方へ開口する排気ポート（３４）に前記排気マニホールド（５）を装着し、該排気マニホールド（５）の出口部（１１ｃ）は、側方に配置されたマフラー（６）の側面に開口された挿入口（６ａ）に連設され、高温の排出ガスは、前記排気ポート（３４）、排気マニホールド（５）、マフラー（６）へと導かれ、排気マニホールド（５）内の排気浄化用触媒（４１）を通過することで浄化されてマフラー（６）へ誘導され、該マフラー（６）に設けられた配管を介して大気中へ排出されるので、エンジン自体の形状が大きくなることがないように排気浄化装置（１０）を配置することが可能となったのである。

請求項３においては、請求項１記載のエンジンにおいて、前記排気浄化装置（１０）は、着脱可能とした２個の排気浄化用触媒（４１・４２）を排気マニホールド（５）内に内装して構成したので、一つずつ別々に排気浄化用触媒（４１・４２）を簡単に交換することができ、メンテナンス性の向上を図ることができ、マフラーを外すことなく外部から容易に取付・交換ができる。

また、交換時期が短い排気浄化用触媒（４１・４２）は着脱ができるので、容易に交換ができ、排気浄化用二次触媒の寿命を長くすることができる。

本発明の実施例１に係る排気浄化装置の構成を示した正面図。 図１におけるＡ−Ａ線断面図。 図１におけるＢ−Ｂ線断面図。 本発明の実施例２に係る排気浄化装置の構成を示した正面図。 本発明の実施例２に係る排気浄化装置の構成を示した平面図。 図４におけるＣ−Ｃ線端面図。 本発明の実施例３に係る排気浄化装置の構成を示した正面図。 本発明の実施例３に係る排気浄化装置の構成を示した平面図。 図７におけるＤ−Ｄ線断面図。 本発明の実施形態に係るエンジンの全体的な構成を示した斜視図。 本発明の実施形態に係るエンジンの内部構成を示した側断面図。

次に、発明の実施の形態を説明する。

まず、本発明の実施の一形態に係るエンジンの全体構成について、空冷式の一気筒ディーゼルエンジンを実施例として、図１０および図１１を用いて説明する。なお、以下の説明においては、図中における矢印Ｆの方向を「前方」とし、この前方に向かって左右および後方を決定する。図中の白抜き矢印は、排気マニホールド５の組立方向を示し、太矢印は、排出ガスの流れる方向を示す。

エンジン１００の本体は、主として下部のクランクケース１、上部のシリンダ２ａを形成するシリンダブロック２、さらにその上のシリンダーヘッド３より構成する。シリンダブロック２内の中央には、シリンダ２ａを上下方向に形成し、該シリンダ２ａにピストン４を収納している。

シリンダ２ａとピストン４とシリンダーヘッド３により囲まれる室を燃焼室とし、シリンダ２ａ上方のシリンダーヘッド３内には、吸気バルブ３１、排気バルブ３２を上下方向に摺動可能に配置し、吸気バルブ３１の近傍に噴射ノズル（図示省略）を配置している。シリンダ２ａの上方のシリンダーヘッド３には、吸気ポート３３と排気ポート３４が配設され、燃焼室と吸気ポート３３の間を吸気バルブ３１により開閉できるようにし、燃焼室と排気ポート３４の間を排気バルブ３２により開閉できるようにしている。

前記吸気ポート３３は、吸気マニホールド８ａを介してエアクリーナー８と連通される。排気ポート３４は、排気マニホールド５を介してマフラー６と連通される。

シリンダーヘッド３の外周において、前方に排気マニホールド５を配置し、右側方にマフラー６を配置し、左側方に燃料タンク７を配置し、後方にエアクリーナー８を配置している。

前記構成によって、高温である排出ガスは、排気ポート３４、排気マニホールド５、マフラー６へと導かれ、温度を低下させながら配管を介して大気中へ排出される。

次に、実施例１の排気浄化装置１０の構成について図１から図３を用いて説明する。排気浄化装置１０は、排気マニホールド５内に触媒を設置することで構成する。排気浄化装置１０は、主として排気マニホールド５、排気浄化用一次触媒４１（以下、一次触媒４１とする）、排気浄化用二次触媒４２（以下、二次触媒４２とする）より構成する。排気通路の一部を成す排気マニホールド５内において、一次触媒４１は排気上流側に配置され、二次触媒４２は排気下流側に配置される。

実施例１における排気マニホールド５は、本実施形態に係る排気浄化装置１０のケースを兼用するものである。排気マニホールド５は、主として第一ケース体１１および第二ケース１２で構成する。

本実施形態の排気マニホールド５は、第一ケース体１１および第二ケース１２を合わせて、全体として略楕円状の外周断面を有する筒体に形成し、周囲を溶接等により一体的に固定して構成するが、その形状は限定するものではない。すなわち排気マニホールド５は、成形容易な構成とするために、角筒状や円柱状であったり、二分割可能としボルト等で一体的に構成したり、三分割以上に構成したりすることも可能である。

第一ケース体１１は、排気マニホールド５の前部を成す部材であり、側面視略半円筒状に形成される。第一ケース体１１は、その軸線方向が左右方向となるように、シリンダーヘッド３の前方に配置する。第一ケース体１１は、その左右中途部から排気ポート３４方向へと傾斜する（絞る）ように形成し、その左端部を閉塞する。第一ケース体１１の右端および第一ケース体１１の後部は開放している。第一ケース体１１の左前部に挿入口１１ｂが形成される。第一ケース体１１の上下端部および左端部周囲には、フランジ部１１ａを外方に突出するように設ける。該フランジ部１１ａの左側には、所定間隔をおいてボルト孔６３・６３を開孔する。

第二ケース１２は、排気マニホールド５の後部を成す板状の部材であり、前記第一ケース体１１のフランジ部１１ａの外周とその第二ケース１２の外周部とが対向して重なるように形成する。また、第二ケース１２の左外周上には、所定間隔をおいてボルト孔６２・６２を形成する。該ボルト孔６２・６２は、前述のフランジ部１１ａのボルト孔６３・６３と正面視で一致することが可能な位置に形成する。第二ケース１２の左側には入口部１２ａが形成される。

こうして、第一ケース体１１と第二ケース１２とは、フランジ部１１ａと第二ケース１２の外周とを重ね合わせて、それぞれのボルト孔６３・６２とを一致させた状態で、溶接することで一体化する。

入口部１２ａは、排出ガスを排気マニホールド５内へと流入させるために、第二ケース１２の左後部に配置する開孔である。入口部１２ａは、前述の排気ポート３４の開口と略同形状とし、正面視で略一致させることが可能な位置に形成する。

挿入口１１ｂは、後述する一次触媒４１の出し入れをするために、第一ケース体１１の左前部に配置する開口である。挿入口１１ｂは、排気ポート３４および入口部１２ａと略同形状の開口とし、正面視で略一致することが可能な位置に形成する。

排気マニホールド５内には、後述する二次触媒４２を保持するために突片からなる触媒保持部５１を配置する。触媒保持部５１は、二次触媒４２の前側の左右両側の側面と当接するように、排気マニホールド５の第一ケース体１１の内面の左右両側に、上下方向所定間隔をおいて、後方に突設されている。同様に二次触媒４２の後側の左右両側の側面と当接するように、第二ケース１２の内面の左右両側に上下方向所定間隔をおいて前方に突設されている。つまり、第一ケース体１１の内面と第二ケース１２の内面には、それぞれ上下左右に二次触媒４２の大きさに合わせて、二次触媒４２の左右両側を保持できるように触媒保持部５１・５１・・・が設けられている。

出口部１１ｃは、排出ガスを流出させるために第一ケース体１１と第二ケース１２の右端の開放部により形成される。出口部１１ｃは、マフラー６の左側面の前側に配した挿入口６ａに貫設される。

次に、本実施形態における排気マニホールド５に内装する一次触媒４１および二次触媒４２について以下に説明する。

本実施形態における一次触媒４１は円柱状であって、挿入口１１ｂ、入口部１２ａおよび排気ポート３４に嵌装可能に形成する。したがって、一次触媒４１の大きさは、排気ポート３４、入口部１２ａ、および挿入口１１ｂに合わせて形成する。

前記一次触媒４１は、一端側に固定用蓋体４３を設け、後端から前記排気マニホールド５の側面に開口した挿入口１１ｂに挿入することで配置する。よって、一次触媒４１本体の他端部は、入口部１２ａおよび排気ポート３４に挿入支持される。

前記固定用蓋体４３は、第一ケース体１１の挿入口１１ｂおよびその周囲を覆うように形成される。固定用蓋体４３の右外周には、フランジ部４３ａを設けている。該フランジ部４３ａには、ボルト孔６４・６４を形成し、該ボルト孔６４は、排気マニホールド５に設置した際に、前記ボルト孔６３・６２と正面視で一致する位置に所定間隔をおいて開孔する。また、排気マニホールド５をシリンダーヘッド３に取付ける位置において、正面視で前記ボルト孔６３・６２と一致するようにボルト孔６１を開孔する。

こうして各ボルト孔６１・６２・６３・６４を一致させるように、シリンダーヘッド３の前外面に、排気マニホールド５を配置し、更に排気マニホールド５の左前外面に、固定用蓋体４３を配置する。そして各部材間にはガスケット（図示省略）を挟み込みことで気密性を保ちつつ、各ボルト孔６１・６２・６３・６４に、ボルト６５等で、前記各部材を共締め固定する。

二次触媒４２は、排気マニホールド５の左右中途部から出口部１１ｃにかけて配置し、第一ケース体１１と第二ケース１２より成す内空間に合せて形成する。よって、二次触媒４２は、排気マニホールド５内面によって保持する。但し、二次触媒４２と排気マニホールド５との間に断熱材２５を配置する場合、二次触媒４２は、外周を断熱材の厚み分小さく形成して、断熱材２５によって保持する。二次触媒４２の左右端は、排気マニホールド５内に固設された触媒保持部１５・１５・・・によって固定する。

本実施例における一次触媒４１および二次触媒４２の触媒本体は、コージェライトのようなセラミックスよりなるモノリス担体であり、その比表面積を増やすため、格子状またはハニカム形状の多孔質の隔壁で仕切られた多角形断面を有する。これら隔壁は、互いに平行に形成された多数の貫通孔に排出ガスの入口と出口を交互に封止することにより構成される。そして該隔壁には、白金等の触媒金属が担持されており、そのため酸化触媒機能が備わっている。

なお、モノリス担体の材質は、本実施例ではコージェライトとしているが、特に限定するものではなく、炭化ケイ素又はステンレス等を用いることもできる。なお、触媒本体は、比表面積を増やすための構造がなされておればよく、例えば、格子状の金属板の仕切りが多数配置されたメッシュリングであてもよく限定するものではない。また、触媒金属として、本実施例では白金を用いているが、これもまた特に限定するものではなくパラジウム、ロジウム、イリジウム等を用いるまたはそれらを組み合わせて用いることもでき、限定するものではない。

前記構成とすることで、一次触媒４１および二次触媒４２は、多孔質の隔壁によって排出ガス中のＰＭ（浮遊粒子状物質）を捕捉する。それと同時に、一次触媒４１および二次触媒４２は、前記触媒金属の担持により、排出ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化窒素（ＮＯ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）などに酸化力を付与し、二酸化炭素、水、二酸化窒素ＮＯ₂ 等を生成する。そして、触媒金属により排出ガス中に多く生成されたＮＯ２等の酸化力と、排気ポート３４の近傍による排出ガスの高温が利用され、前記捕集されたＰＭは連続的に酸化され燃焼除去される。

排気浄化装置１０を前記構成とすることで、排出ガスは、先ず排気ポート３４下流部で一次触媒４１を通過する。該一次触媒４１は排気ポート３４から入口部１２ａに嵌装されているため、排出ガスは一次触媒４１内を通過した後、入口部１２ａ近傍の排気マニホールド５内に誘導される。そして、排出ガスは排気マニホールド５の左右中途部から下流部にかけて配置される二次触媒４２を通過し、出口部１１ｃよりマフラー６内へと誘導される。よって、排出ガスは、一次触媒４１および二次触媒４２を通過することで浄化され、マフラー６へ誘導され、マフラー６に別途設けられた配管を介して、外部へと排出される。

排気浄化装置１０の排出ガス浄化能力が低下した場合は、ボルト６５・６５を取り外し、固定用蓋体４３を取り外し、該固定用蓋体４３と一体となった一次触媒４１を交換する。再度、新しい一次触媒４１を排気浄化装置１０内に配置することにより、排出ガスの浄化能力を保つ。

次に、実施例２の排気浄化装置１０の構成について、図４から図６を用いて説明する。実施例１と同様の部材の符号については、同じものを使用する。排気浄化装置１１０は、排気マニホールド５内に触媒を設置することで構成し、主として排気マニホールド５、およびその内部に配置する排気浄化用触媒２３より構成する。

排気マニホールド５は、本実施例に係る排気浄化装置１１０のケースを兼用するものである。排気マニホールド５は、主として第一ケース体１１１および第二ケース体１１２で構成する。

本実施形態の排気マニホールド５は、第一ケース体１１１および第二ケース体１１２を合わせて、全体として略矩形の外周断面を有する角筒状に形成し、周囲を溶接等により一体的に固定して構成するが、その形状は限定するものではない。すなわち排気マニホールド５は、成形容易な構成とするために、筒体であったり、二分割可能としボルト等で一体的に構成したり、三分割以上に構成したりすることも可能である。

第一ケース体１１１は、排気マニホールド５の前部を成す部材であり、側面視略「コ」字状に形成される。第一ケース体１１１は、その軸線方向が左右方向となるように、シリンダーヘッド３の前方に配置する。第一ケース体１１１は、その左右中途部から排気ポート３４方向へと傾斜する（絞る）ように形成し、その左端部を閉塞する。第一ケース体１１１の右端および第一ケース体１１１の後部は開放している。第一ケース体１１１の上下端部および左端部周囲には、フランジ部１１１ａを外方に突出するように設ける。該フランジ部１１１ａの左側には、所定間隔をおいてボルト孔６３・６３を開孔する。

開口部１１１ｂは、後述する排気浄化用触媒２３を装着した触媒仕組２０の出し入れをするために、第一ケース体１１１の左右中途部に配置する開口である。開口部１１１ｂは、排気浄化用触媒２３を排気マニホールド５に設置した際に、触媒仕組２０が挿入可能な大きさに開口する。開口部１１１ｂの上下外周部には、略鉛直外方向に取付フランジ部１１１ｄ・１１１ｄが突出しており、該取付フランジ部１１１ｄ・１１１ｄおよび開口部１１１ｂの左右外周に所定間隔をおいて取付ボルト孔１１１ｅ・１１１ｅ・・・が開孔されている。

第二ケース体１１２は、排気マニホールド５の後部を成す板状の部材であり、前記第一ケース体１１１のフランジ部１１１ａとその第二ケース体１１２の外周部とが対向して、一致して重なるように形成する。また、第二ケース体１１２の左外周上には、所定間隔をおいてボルト孔６２・６２を形成する。該ボルト孔６２・６２は、前述のフランジ部１１１ａのボルト孔６３・６３と正面視で一致することが可能な位置に形成する。

こうして、第一ケース体１１１と第二ケース体１１２とは、フランジ部１１１ａと第二ケース体１１２の外周とを重ね合わせて、それぞれのボルト孔６１・６２とを一致させた状態で、溶接することで一体化する。

入口部１１２ａは、排出ガスを排気マニホールド５内へと流入させるために、第二ケース体１１２の左後部に配置する開口である。入口部１１２ａは、前述の排気ポート３４の開口と略同形状とし、正面視で略一致させることが可能な位置に形成する。

排気マニホールド５内には、後述する排気浄化用触媒２３を保持するために突片からなる保持ガイド１３を配置する。保持ガイド１３は、排気浄化用触媒２３を装着した触媒仕組２０を設置した際、その左右中途部と当接するように、言い換えれば、保持ガイド１３は触媒仕組２０の後上部および後下部の形状に合わせた前辺を有する構成として、第二ケース体１１２の内面（前面）に上下方向所定間隔をおいて前方に突設する。そして、保持ガイド１３・１３は、第二ケース体１１２と触媒仕組２０よりなる隙間を埋めて気密性を保つとともに、触媒仕組２０を適切な位置で保持できるように設ける。

出口部１１１ｃは、排出ガスを流出させるために第一ケース体１１１と第二ケース体１１２の右端の開放部により形成する。出口部１１１ｃは、マフラー６の左側面の前側に配した挿入口６ａに貫設される。

次に、本実施形態における排気マニホールド５に内装する触媒仕組２０について以下に説明する。

触媒仕組２０は、主として、蓋体２１、触媒固定ステー２２、排気浄化用触媒２３、およびシール材２４を備える。触媒仕組２０は、排気マニホールド５の開口部１１１ｂに挿入可能で、かつ、排気マニホールド５の第一ケース体１１１と第二ケース体１１２より成す内空間に合わせて形成する。

蓋体２１は、開口部１１１ｂを閉塞するための板状の部材であって、排気マニホールド５に設置した際の正面視において、蓋体２１の上下端が、開口部１１１ｂの取付フランジ部１１１ｄ・１１１ｄの外周と略一致するように形成される。また、蓋体２１の左右端は、開口部１１１ｂ外周の取付ボルト孔１１１ｅ・１１１ｅ・・・が隠れる程度に形成される。そして、蓋体２１は、取付ボルト孔１１１ｅ・１１１ｅ・・・と一致する位置に、取付ボルト孔２１ａ・２１ａ・・・を開孔する。

触媒固定ステー２２は、蓋体２１との間に形成する空間に排気浄化用触媒２３を保持させるための部材である。触媒固定ステー２２は、板状の部材を蓋体２１の後方に配置する排気浄化用触媒２３の後面および後上下部の形状に合わせて屈曲させる。具体的には略Ｕ字状に折り曲げ形成する。さらに、触媒固定ステー２２は、上下部を水平方向前方に突出させて、その上水平部の前端部を鉛直上方に、下水平部の前端部を鉛直下方に屈曲し鉛直部２２ａ・２２ａを設ける。該上下の鉛直部２２ａ・２２ａの左右両側には、上下方向に連結して隙間ができないようにする板状の連結部２２ｂ・２２ｂが設けられている。なお、蓋体２１および触媒固定ステー２２によって形成される空間は左右方向は開放されている。

前記鉛直部２２ａ・２２ａおよび前記連結部２２ｂ・２２ｂは、蓋体２１の外周に一致するように四角形の枠状に形成され、正面視において取付ボルト孔２１ａ・２１ａ・・・と一致する位置に、取付ボルト孔２２ｃ・２２ｃ・・・が開孔される。蓋体２１と触媒固定ステー２２の鉛直部２２ａ・２２ａおよび連結部２２ｂ・２２ｂはそれぞれ溶接等により一体化される。

排気浄化用触媒２３は、蓋体２１および触媒固定ステー２２によって形成される空間内に配置される。該空間と排気浄化用触媒２３との隙間には、断熱材２５が介装されてことで気密性および排出ガスの温度が保たれるように構成する。

そして、触媒仕組２０を設置した際に排気マニホールド５の内空間と触媒固定ステー２２の外周面とが当接する触媒固定ステー２２の上下面および後面には、シール材２４が接着され、触媒仕組２０と排気マニホールド５の気密性を保つように構成する。

このようにして、蓋体２１、触媒固定ステー２２、シール材２４、断熱材２５、および排気浄化用触媒２３を一体化して、触媒仕組２０が構成される。

ガスケット２６は、触媒仕組２０を排気マニホールド５に設置した際に、気密性を保つために配置される板状の部材である。ガスケット２６は、蓋体２１と外形を一致するように形成し、略中央に開口部１１１ｂと一致する開口が設けられ，蓋体２１の取付ボルト孔２１ａと一致するように取付ボルト孔２６ａ・２６ａ・・・が形成される。つまり、鉛直部２２ａ・２２ａと連結部２２ｂ・２２ｂで構成する形状と略同じ形状としている。

よって、触媒仕組２０の設置は、触媒仕組２０と排気マニホールド５の間にガスケット２６を介して、触媒仕組２０を開口部１１１ｂより挿入し、保持ガイド１３・１３に沿いながら、第二ケース体１１２へと当接するように設置する。そして、シール材２４および保持ガイド１３・１３によって触媒仕組２０と排気マニホールド５との気密性を保つ。また、触媒固定ステー２２の鉛直部２２ａ・２２ａおよび連結部２２ｂ・２２ｂと、取付フランジ部１１１ｄ・１１１ｄを含む開口部１１１ｂの外周は、ガスケット２６を介すことで、排気マニホールド５と触媒仕組２０の気密性を保つとともに、各取付ボルト孔２１ａ・２２ｃ・２６ａ・１１１ｅに連結ボルト２７・２７・・・等で共締め固定することで、排気浄化用触媒２３を排気マニホールド５内に設置する。

実施例２および後述する実施例３における排気浄化用触媒２３の触媒本体は、実施例１の一次触媒４１および二次触媒４２と同様の構成とする。つまり、コージェライトのようなセラミックスよりなるモノリス担体で、酸化触媒機能が備わっていものとする。また、本実施例では、一つの排気浄化用触媒２３を排気マニホールド５内に設置しているが、限定するものではなく、上流側を酸化触媒機能が備わったＤＯＣ（ディーゼル用酸化触媒）、下流側をＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルター）として構成することも可能である。

排気浄化装置１１０を前記構成とすることで、排出ガスは、排気ポート３４より入口部１１２ａを介して、排気マニホールド５内に誘導される。そして排出ガスは、排気マニホールド５の左右中途部から下流部にかけて配置される排気浄化用触媒２３を通過し、出口部１１１ｃよりマフラー６内へと誘導される。よって、排出ガスは、排気浄化用触媒２３を通過することで浄化され、マフラー６へ誘導され、マフラー６に別途設けられた配管を介して、外部へと排出される。

排気浄化装置１１０の排出ガス浄化能力が低下した場合は、連結ボルト２７・２７・・・を取り外し、さらに触媒仕組２０を排気マニホールド５より取り外す。取り外した触媒仕組２０と一体となった排気浄化用触媒２３を交換し再度、新しい排気浄化用触媒２３となった触媒仕組２０を排気浄化装置１１０内に配置することにより、排出ガスの浄化能力を保つ。

次に、実施例３の排気浄化装置２１０の構成について、図７から図９を用いて説明する。実施例１および実施例２と同様の部材の符号については、同じものを使用する。

排気浄化装置２１０は、主として排気マニホールド５、およびその内部に配置する排気浄化用触媒２３より構成する。

排気マニホールド５は、実施例３に係る排気浄化装置２１０のケースを兼用するものである。実施例３の排気マニホールド５を実施例２の形状と同様としたが、その形状は限定するものではない。すなわち排気マニホールド５は、成形容易な構成とするために、円筒状等であったり、排出ガスが流れる方向と平行な面で二分割可能としボルト等で一体的に構成したりすることも可能である。排気マニホールド５は、実施例２と開口部１１１ｂおよび取付ボルト孔１１１ｅ・１１１ｅ・・・が閉塞された（図４参照）状態の同形態のケースとし、該ケースを排出ガスが流れる方向と直角な面の挿入口６ａ近傍で分割し、そのケースの上流側を上流ケース８１、そのケースの下流側を下流ケース８２とする。但し、前記分割面を排気マニホールド５の左右中途部に配置したり、入口部１１２ａ近傍に配置したりしてもよく限定するものではない。つまり、排気上流側の第一ケース体１１１および第二ケース体１１２を上流ケース８１、排気下流側の第一ケース体１１１および第二ケース体１１２を下流ケース８２とする（図６参照）。

上流ケース８１の分割部外周には、所定幅のケースフランジ７１を形成し、下流ケース８２の分割部外周には、所定幅のケースフランジ７２を形成する。ケースフランジ７１・７２には、側面視において、各々の周方向に所定間隔をおいて、連結ボルト孔７１ａ・７１ａ・・・、連結ボルト孔７２ａ・７２ａ・・・を一致するように形成する。

上流ケース８１の内空には、後述する排気浄化用触媒２３を保持するために突片からなる触媒保持部１４を配置する。触媒保持部１４は、排気浄化用触媒２３の上流端面と当接するように、上流ケース８１の内面の前後両側に、上下方向所定間隔をおいて、内空方向に突設する。つまり、上流ケース８１の内面には、上下左右に排気浄化用触媒２３の大きさに合わせて、排気浄化用触媒２３の上流側を保持できるように触媒保持部１４・１４・・・を設ける。

触媒仕組１２０は、主として、触媒フランジ１２６、断熱材２５、および排気浄化用触媒２３によって構成する。

触媒フランジ１２６は、排気浄化用触媒２３の一端に設けられて、触媒仕組１２０を排気マニホールド５に設置した際に、気密性を保つために配置されるガスケット部材である。触媒フランジ１２６は、ケースフランジ７１・７２の間に配置し、側面視において、ケースフランジ７１・７２の外形と一致するように形成する。触媒フランジ１２６には、連結ボルト孔１２６ａ・１２６ａが開孔され、該連結ボルト孔１２６ａ・１２６ａは、ケースフランジ７１・７２の連結ボルト孔７１ａ・７２ａと側面視で一致することが可能な位置に形成する。さらに、触媒フランジ１２６には、上流ケース８１の下流端の開口である挿入口８１ａと一致することが可能な位置に、開口部１２６ｂが形成される。

断熱材２５は、排気浄化用触媒２３の外周を覆うものであり、上流ケース８１の内空間に合わせて成形し、排気浄化用触媒２３を排気マニホールド５内に設置した際の、排気浄化用触媒２３外面と排気マニホールド５内面との間の隙間を埋めるとともに、排出ガスの温度を高温に保つようにすることも可能である。該排気浄化用触媒２３は、前記同様に排出ガス中のＰＭを捕捉して酸化させるものであり、その下流端部の外周を触媒フランジ１２６の開口部１２６ｂに挿設する。但し、触媒フランジ１２６の開口部１２６ｂを挿入口８１ａよりも小さく形成して、触媒フランジ１２６の上流面と排気浄化用触媒２３の下流面外周とを接着してもよく限定するものではない。

こうして上流ケース８１内に、触媒仕組１２０を挿入して、排気浄化用触媒２３の上流面が触媒保持部１４・１４・１４・１４に当接して排気浄化用触媒２３が保持されるとともに、排気浄化用触媒２３の外周面と上流ケース８１の内周面が当接することで排気浄化用触媒２３が保持される。但し、断熱材２５を捲回している場合は、断熱材２５の外周面と上流ケース８１のない周面が当接することで、排気浄化用触媒２３が保持される。

さらに、ケースフランジ７１・７２で触媒フランジ１２６を挟み込むことで気密性を保つとともに、各連結ボルト孔７１ａ・１２６ａ・７２ａに、連結ボルト２７を螺挿することで、ケースフランジ７１・７２および触媒フランジ１２６を共締め固定し、排気浄化用触媒２３を内装した排気マニホールド５が形成される。さらに、排気マニホールド５は、実施例２と同様に、各ボルト孔６１・６２・６３・６４を一致させるように、シリンダーヘッド３の前外面に、排気マニホールド５を配置する。

排気浄化装置２１０の排出ガス浄化能力が低下した場合は、ボルト６５・６５を各ボルト孔６１・６２・６３より取り外し、シリンダーヘッド３より排気マニホールドを分離する。さらに、連結ボルト２７を連結ボルト孔７２ａ・１２６ａ・７１ａより取り外し、上流ケース８１、触媒仕組１２０、下流ケース８２を分離可能として、触媒仕組１２０を上流ケース８１より取り出して交換する。そして、触媒仕組１２０の排気浄化用触媒２３は、新しい排気浄化用触媒２３に交換する。再度、新しい排気浄化用触媒２３を排気浄化装置２１０内に配置することにより、排出ガスの浄化能力を保つ。

また、排気浄化用触媒２３の交換時に、排気浄化用触媒２３の上流端と下流端を逆に配置し、設置状態に戻すことで、排気浄化用触媒２３の使用期間を長くすることも可能である。

前記三つの実施例だけではなく、前記実施例１の排気マニホールド５に、実施例２または実施例３の排気浄化用触媒２３を着脱可能に配置し排気浄化装置を構成してもよい。例えば、図１、図４および図５を参考に説明すると、実施例１において、下流側に配置された二次触媒４２を実施例２の排気浄化用触媒２３（触媒仕組２０）に置き換え、実施例１の第一ケース体１１の前側面に実施例２同様の開口部１１１ｂ、取付フランジ部１１１ｄ、取付ボルト孔１１１ｅ、および保持ガイド１３を配置し、連結ボルト２７等で触媒仕組２０と第一ケース体１１を共締め固定することで構成する。前記構成とすることで、実施例１の一次触媒４１と同様に、実施例１の二次触媒４２も排気マニホールド５と着脱可能になる。

以上の如く、本実施形態のエンジン１００は、前記排気浄化装置１０を、シリンダーヘッド３とマフラー６の間を連通する前記排気通路の一部を成す排気マニホールド５の上流側に、着脱可能とする排気浄化用一次触媒４１を配置し、下流側に排気浄化用二次触媒４２を配置するものである。このように構成することにより、エンジン１００自体の形状を保持するとともに、排気浄化用一次触媒４１と排気浄化用二次触媒４２の二段階で浄化するので、浄化性能を向上することができる。交換時期が短い排気浄化用一次触媒４１は着脱ができるので、容易に交換ができ、排気浄化用二次触媒４２の寿命を長くすることができる。

前記排気浄化用一次触媒４１は、触媒本体の一端に固定用蓋体４３を設け、他端を前記排気マニホールド５の側面に開口した挿入口１１ｂより排気マニホールド５内に挿入するものである。このように構成することにより排気浄化用一次触媒４１をカートリッジ式の如く簡単に交換することができ、メンテナンス性の向上を図ることができ、マフラー６を外すことなく外部から容易に取付・交換ができる。

前記排気浄化用一次触媒４１の本体は、本体他端をシリンダーヘッド３に開口した排気ポート３４に合わせた形状とし、該排気ポート３４に挿入支持される構成とした。このように構成することにより、排出ガスの温度が最も高い位置に、排気浄化用一次触媒４１を配置することで、排気浄化用一次触媒４１の浄化能力を最大限発揮でき、排出ガス放出物の低減効果に繋がる。排気浄化用一次触媒４１の両側が支持され、振動でがたついたり、排出ガスの漏れが生じたりすることがない。

前記固定用蓋体４３は、その外周にフランジ部４３ａを設け、前記フランジ部４３ａと排気マニホールド５とシリンダーヘッド３を共締め固定するよう構成した。このように構成することにより、シリンダーヘッド３と排気マニホールド５と排気浄化用一次触媒４１とを一体的に着脱することが可能となり、メンテナンスが向上する。

前記排気マニホールド５は、側面に前記排気浄化用二次触媒４２を挿入可能な大きさの開口部１１１ｂを形成し、該開口部１１１ｂは、蓋体２１により閉じることを可能に構成した。このように構成することにより、一次触媒４１および二次触媒４２の両者を簡単に交換することができ、メンテナンス性の向上を図ることができる。

３ シリンダーヘッド
５ 排気マニホールド
６ マフラー
１０ 排気浄化装置
１１ｂ 挿入口
２１ 蓋体
３４ 排気ポート
４１ 排気浄化用一次触媒（一次触媒）
４２ 排気浄化用二次触媒（二次触媒）
４３ 固定用蓋体
４３ａ フランジ部
１００ エンジン
１１１ｂ 開口部

Claims (3)

1. 排気通路の中途部に設置する排気浄化装置（１０）を備えるエンジン（１００）であって、
   前記排気浄化装置（１０）は、エンジン（１００）のシリンダーヘッド（３）とマフラー（６）との間を連通して前記排気通路の一部を成す排気マニホールド（５）内に、排気浄化用触媒（４２）を内装して構成した
   ことを特徴とするエンジン。
2. 請求項１記載のエンジンにおいて、
   前記排気マニホールド（５）をエンジン（１００）のシリンダーヘッド（３）の外周前方に配置し、該シリンダーヘッド（３）の側方にマフラー（６）を配置し、
   前記シリンダーヘッド（３）の前方へ開口する排気ポート（３４）に前記排気マニホールド（５）を装着し、
   該排気マニホールド（５）の出口部（１１ｃ）は、側方に配置されたマフラー（６）の側面に開口された挿入口（６ａ）に連設され、
   高温の排出ガスは、前記排気ポート（３４）、排気マニホールド（５）、マフラー（６）へと導かれ、排気マニホールド（５）内の排気浄化用触媒（４２）を通過することで浄化されてマフラー（６）へ誘導され、該マフラー（６）に設けられた配管を介して大気中へ排出される
   ことを特徴とするエンジン。
3. 請求項１記載のエンジンにおいて、
   前記排気浄化装置（１０）は、着脱可能とした２個の排気浄化用触媒（４１・４２）を排気マニホールド（５）内に内装して構成した
   ことを特徴とするエンジン。

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