JP3450859B2 - ２つのプレス加工構成要素で形成されたベンチュリを有する触媒式コンバータ - Google Patents

２つのプレス加工構成要素で形成されたベンチュリを有する触媒式コンバータ

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、内燃機関の排気物を処理するために使用さ
れる触媒式コンバータに関する。より具体的には、本発
明は、芝刈機、除雪機、発電機等を駆動する小型の内燃
機関にて使用される触媒式マフラーに関する。
最近の政府の規則は、小型の内燃機関からの排気物を
大幅に減少させることを要求している。この排気物を減
少させる一つの方法は、触媒式コンバータを使用して、
エンジンの排気物を処理することである。小型の内燃機
関の場合、この触媒式コンバータをマフラーと組み合わ
せて単一のコンパクトなユニットにすることが望ましい
ことが多い。
触媒式コンバータ又は触媒式マフラーは、これらが取
り付けられる芝刈機、除雪機又は発電機全体のコストを
著しく増大させる。このため、触媒式コンバータ、及び
触媒式マフラーのコストを可能な程度にまで削減するこ
とが望ましい。
典型的な従来技術の触媒式コンバータは、貫通して流
れる排気の移動方向に対して垂直の断面内にて略円形で
あるベンチュリ装置を有している。こうした円形のベン
チュリ装置は、二次的な空気を排気と混合させるのに比
較的効率的で且つ効果的であるが、製造コストが高くつ
く。かかるベンチュリ装置は、円形のベンチュリ通路を
形成するために、特別に形成した、別個の管又は機械加
工部品を必要とする。この円形のベンチュリ装置を不要
にし得るならば、触媒式コンバータ、及び触媒式マフラ
ーを大量生産する場合の削減コストの額は、極めて多額
となる。
典型的な従来技術の触媒式マフラーは、触媒の下流に
配置された音減衰器を有している。こうした配置におい
て、望ましくない背圧がベンチュリに加えられ、このた
め、導入される二次的空気が最小となり、触媒に反作用
を生じさせる。この背圧は、処理可能な量を減少させ、
従って、触媒の効率を低下させる。
発明の概要 従来技術の触媒式コンバータよりも経済的に且つより
容易に製造される、内燃機関用の排気を処理する触媒式
コンバータが開示される。
本発明による触媒式コンバータは、内面を有するプレ
ス加工ハウジングを備えている。このハウジング内に
は、エンジンからの排気を受け取る手段と、該ハウジン
グの内部を少なくとも２つの内部チャンバに仕切るプレ
ス加工部材と、ベンチュリ装置と、該ベンチュリの下流
に配置された触媒と、排気が触媒を通過した後に、その
排気を排出する手段とが配置されている。
本発明によるベンチュリ装置は平坦な形状をし、ま
た、２つのプレス加工品から形成されており、このた
め、従来技術のベンチュリ装置にて必要とされる円形の
別個の部材が不要である点で独創的である。本発明の好
適な実施の形態において、このベンチュリ装置は、コン
バータハウジングの内面の一部分から成る第一の側壁
と、仕切り部材の一部分から成る対向した第二の側壁と
を備えている。このように、本発明によるベンチュリ装
置は、既存の構成要素で製造され、追加の部品を一切必
要としない。
また、好適な実施の形態において、このベンチュリ装
置は、平坦な外形を有し、このため、このベンチュリの
幅寸法は、ベンチュリの高さ寸法よりも４乃至50倍程度
著しく広い。また、このベンチュリは、第二の側壁に形
成された一つ又は二つ以上の開孔を有している（これら
の開孔を通じて二次的空気が吸引される）。
また、好適な実施の形態において、この触媒式コンバ
ータは、コンバータハウジングの内部で且つ触媒の上流
に設けられた音減衰手段を有する触媒式マフラーであ
る。この配置は、ベンチュリに作用する背圧を低下させ
る。
また、このベンチュリに加わる背圧は、その各々が触
媒の断面積に略等しい断面積を有するように、排気の排
出手段及び反らせ板ポートの寸法を設定することにより
も低下する。
触媒式コンバータのコストを削減することが本発明の
特徴及び有利な点の一つである。
また、触媒式コンバータ内のベンチュリ装置のコスト
及び複雑さを軽減することも本発明のもう一つの特徴及
び有利な点である。
ベンチュリに作用する背圧を低下させ、これにより、
排気の変換効率を向上させることも本発明の更に別の一
つの特徴及び有利な点である。
本発明の上記及びその他の特徴並びに有利な点は、好
適な実施の形態に関する以下の詳細な説明、及び添付図
面から当業者に明らかになるであろう。添付図面におい
て、 図面の簡単な説明 図１は、小型の内燃機関に取り付けられた本発明によ
る触媒式マフラーの側面図である。
図２は、図１の線２−２に沿った、触媒式マフラーの
入口端の端面図である。
図３は、図２の線３−３に沿った、本発明による触媒
式マフラーの断面側面図である。
図４は、触媒式マフラーの出口を示す部分図である。
図５は、マフラー本体と、仕切り板と、マフラーカバ
ーとの間の接続部を示す、図３の線５−５に沿った拡大
図である。
図６は、音減衰器の出口を示す、図３の線６−６に沿
った断面図である。
図７は、本発明によるベンチュリ装置を示す、図２の
線７−７に沿った断面平面図である。
図８は、堰止め部の一部（排気が通ることのできな
い）を示す、図７の線８−８に沿った拡大図である。
図９は、二次的空気開孔を示す、図７の線９−９に沿
ったベンチュリ装置の一部の拡大図である。
図10は、触媒を示す、図３の線10−10に沿った断面平
面図である。
好適な実施の形態の詳細な説明 図１は、小型の内燃機関12に装着された触媒式マフラ
ー10の側面図である。
触媒式マフラー10は、貫通ボルト22（図２及び図４）
によりエンジン12に装着されている。本発明の好適な実
施の形態は触媒式マフラーであるが、本発明は、音減衰
機能を一切持たない触媒式コンバータと共に使用するこ
とも可能であることを理解すべきである。
図１において、触媒式マフラー10は、コンバータ本体
14と、熱遮蔽体16とから成るコンバータハウジング13を
備えている。この熱遮蔽体の採用は選択随意である。マ
フラーカバー18（図３）が触媒式コンバータに対する外
側ハウジングとして機能し得るように、該熱遮蔽体を全
く省略してもよい。
触媒式マフラー10の出口には、処理後の排気をより均
一な流れにする選択随意の反らせ板20が取り付けられて
いる。
図２は、エンジン12の方向を向いた側（図１）から見
た触媒式マフラー10の側面図である。図２において、触
媒式マフラー10は、エンジン12の排気ポート26（図３）
に装着された入口24を有している。ガスケット28が入口
24と排気ポート26との間のシールを提供する。また、触
媒式マフラー10は、該触媒式マフラー10がエンジン12か
ら適正に隔たった位置にあるようにする略円形の立ち上
がりリッジ部30を備えている。
再度、図２を参照すると、コンバータ本体14は、図
３、図７及び図９に関して以下により詳細に説明するよ
うに、複数の開孔32（二次的空気がこれらの開孔を通じ
て吸引される）を備えている。
図２において、該コンバータは、排気が斜めの方向か
ら触媒に入るのを阻止する堰止め部34を備えている。こ
の堰止め部34は、図８に最も良く示してある。
また、コンバータ本体14内には、係止機構36も形成さ
れている。該係止機構は、図３及び図10に関して以下に
より詳細に説明するように、触媒を所定位置に保持する
ために使用される。
図３は、触媒式マフラー10の内部構造体及び該マフラ
ーを通る気体の流れを示す断面側面図である。図３にお
いて、矢印38で示した処理前の排気は、エンジンの燃焼
室40から出て、エンジン12の排気ポート26に入る。次
に、この排気は、複数の開孔42が形成された入口マフラ
ー管24内に導入される。この開孔42を通った後、排気38
は、膨張室44（バッフル部材46により取り囲まれてい
る）内に進む。バッフル部材46は、離間した複数の開孔
48を有し、処理前の排気38がこれらの開孔を通って流れ
る。
図６には、バッフル部材46の一部と、該バッフル部材
に形成された開孔48とが図示されている。次に、気体38
は、マフラー本体14の内面と、バッフル部材46と、プレ
ス加工による仕切り板52とにより画成される別の膨張室
50内に導入される。
入口管24、開孔42、膨張室44、バッフル部材46、開孔
48及び第二の膨張室50が共に、排気38の音を減衰させる
音減衰効果を提供する。
室50内にて、排気38は、少なくとも一回転されて、次
に、そのままベンチュリ装置54内に送られる。ベンチュ
リ装置54は、コンバータ本体14の一部と、仕切り部材52
という２つのプレス加工構成要素により形成されてい
る。この仕切り部材52の機能は、触媒式コンバータを複
数の内部室に仕切ることである。
以下に更に詳細に説明するように、ベンチュリ54を形
成するため、何ら余分な構成要素が必要とされないか
ら、ベンチュリ装置54は、典型的な従来技術のベンチュ
リ装置と比べて、著しく経済的に製造される。本発明に
よるベンチュリは、何れの触媒式コンバータにも見られ
る２つのプレス加工構成要素にて形成される。これによ
り、従来技術の円形のベンチュリに典型的に必要とされ
る機械加工部品又は配管が不要となる。
ベンチュリ54は、収斂側又は入口側に、高さが約5.08
mm（0.2インチ）以下の程度の極めて小さい開口部を有
している。好適な実施の形態において、図３にｈで示し
たこの高さは、約4.013mm（約0.158インチ）である。
また、ベンチュリ54は、高さｈの部分の下流側に拡が
り部分ｄを有している。該ベンチュリの拡がり部分ｄ
は、拡がり角度が約60゜乃至121゜であるが、41゜乃至
８゜であることが好ましい中心角度を有している。図３
において、線56は、ベンチュリ54の中心線を示す。ま
た、線56は、コンバータ本体14と部材52との間の中心線
でもある。
図３に示すように、矢印58で示した二次的空気は、開
孔32を通じて吸引され、このため、拡がり部分ｄ内にて
排気38と二次的空気58とが混合する。本明細書に記載し
た好適な実施の形態において、開孔32の各々は、直径約
3.861mm（0.152インチ）である。また、ベンチュリ54の
下流に配置された膨張室60内でも空気58及び排気38の混
合が生じる。
排気／二次的空気の混合体は、一体構造の触媒床62内
に導入され、この触媒床は、排気を処理して、排気から
有害な炭化水素、一酸化炭素、及び／又は窒化酸化放出
物を少なくする。
一体構造の触媒62は、酸化ケイ素、酸化アルミ、及び
マグネシウムで出来た、ハニカム型式の触媒床を備えて
いる。白金約１％、パラジウム0.5％及びロジウム0.25
％から成る触媒組成物が付与される床には、上塗り被覆
が付与される。係止機構36と共に、触媒62を所定位置に
保持するマット64が触媒床の周りに配置されている。図
10に最も良く示すように、マット64は触媒62を取り囲
み、また、該マットの一部分は、係止機構36の凹部66内
に配置されている。このマット64が凹部66内に膨張する
と、このマット64内に配置された触媒62が排気38に加え
られる圧力によって、その下流に運ばれて変位するのを
防止する。
未処理の排気38は、触媒62内で処理されて、これによ
り、矢印68で示した処理済みの気体となる。この処理済
みの排気68は、室70内に入って、その結果、これらの排
気は一回転されて、仕切り部材52のポート72を通って進
む。この処理済みの排気68は、室74内にもう一回転し、
複数のパイ形状の開孔76（図４に最も良く図示）から押
し出される。リブ78（図４）が開孔76を互いに分離させ
る。
ベンチュリに加わる背圧を最小にするため、触媒の上
流には、音減衰器が配置されている。また、処理済みの
気体68の流れに対して直角方向への合計断面積が気体38
の流れに対して直角方向への触媒62の断面積に略等しい
ように、排気開孔76を設計することによっても、背圧は
最小となる。気体68の流れに対して直角方向へのそのそ
れぞれの断面積が未処理の気体38の流れに対して直角の
方向への触媒62の断面積に略等しいように、ポート72及
び反らせ板20を設計することによってもベンチュリに加
わる背圧を最小にすることができる。
図３に示した触媒式マフラー10は、随意選択の熱遮蔽
体16を有している（この熱遮蔽体は、カバー18から伸長
する複数の突起80によりカバー18から隔てた位置に保た
れる）。突起80は、カバー18と熱遮蔽体16との間に小さ
い空隙82を形成し、このため、熱遮蔽体16の温度は、常
に、カバー18の温度よりも実質的に低くなる。
ベンチュリ54は、金属のプレス成形部品で製造されて
いるため、触媒式コンバータを組み立てる間に、これら
のプレス加工品が曲がるのを防止する必要がある。この
曲がりを防止し、また、ベンチュリ54の所望の寸法を保
持するため、プレス加工構成要素が略直線状となるよう
にして、その構成要素が接続部に接続したとき、曲がら
ないようにそのプレス加工構成要素の端部を形成するこ
とが望ましい。
この特徴は、図３及び図５に最も良く図示されてい
る。これらの図に示すように、本体14、仕切り部材52及
びカバー18は、全て接続部84にて共に接続され、この接
続部にて、熱遮蔽体16により保持されている。本体14、
仕切り部材52及びカバー18のそれぞれの端部は、略直線
状である。即ち、これらは中心線56に対して略平行であ
る。
上述したように、本発明の一つの重要な特徴は、ベン
チュリ装置54が２つのプレス加工構成要素から出来てい
る点である。この設計は、平坦な外形を有するベンチュ
リを提供する。即ち、このベンチュリは、その高さ寸法
よりも著しく広い幅寸法を有している。こうしたベンチ
ュリの寸法は、図７を参照することにより最も良く理解
される。図７において、ベンチュリ54は、その最小の高
さ寸法よりも少なくとも４倍、広い幅寸法ｗを有してい
る。この高さ寸法ｈは、２つのプレス加工構成要素14、
52の間の距離に等しい。好適な実施の形態において、高
さ寸法ｈは、最小値約4.013mm（0.158インチ）であり、
ベンチュリ54の拡がり端における約7.544mm（0.297イン
チ）の値まで変化する。この選択した最小高さ寸法は、
開孔32を通じてベンチュリ内に吸引される二次的空気の
量の関数である。開孔32を通じて吸引される二次的空気
の量が多ければ多い程、高さ寸法はより小さくなる。
幅寸法ｗは、スペースの制限に多少、依存する。本明
細書に記載した好適な実施の形態におけるように、最小
の高さ寸法、即ち、収束距離が約4.013mm（0.158イン
チ）であると仮定すると、幅寸法は約44.45mm（約1.750
インチ）となる。しかしながら、この幅寸法は、約19.0
5mm（約0.75インチ）程度に小さくし、また、127mm（５
インチ）以上の程度に大きくし、高さ寸法ｈがそれぞれ
約9.347mm（約0.368インチ）から約1.4046mm（約0.0553
インチ）まで比例的に異なるものとする。高さｈ×ｗの
面積は、エンジンの排気量に依存するが、このｈ×ｗの
面積が過度に大きいならば、ベンチュリは、適正に機能
しない。
二次的空気がベンチュリ54内に適正に吸引されるよう
にするためには、開孔32は傾斜し、又は勾配付きの外形
を有し、また、プレス加工構成要素14、52の間の距離ｈ
の約40％乃至60％、好ましくは、その距離の50％だけ伸
長するようにすることが好ましい。二次的空気が開孔を
通じて適正に吸引され、また、相当量の未処理の排気が
開孔32から出ないようにする点でこの開孔32の位置及び
形態は望ましい。
開孔32の位置及び形態は、図９に最も良く示されてい
る。図９において、開孔32は、本体14と仕切り板52との
間の約中間点、即ち、中心点56の付近の位置に配置され
ている。また、各開孔32の上流部分、又は前方部分32a
は、各開孔32の下流部分又は後方部分32bよりも仕切り
板52に多少、より近接している。
図２に関して説明したように、未処理の排気が特定の
角度からこのベンチュリに接近するのを防止するために
堰止め34が形成されている。
図８に最も良く図示するように、堰止め34は、カバー
14の凹部34a、及び仕切り部材52の対応する凹部34bによ
り形成されている。これらの凹部34a、34bが近接してい
ることは、相当な量の未処理の排気がそれらの凹部の間
を通るのを防止し、これにより、排気を強制して、ベン
チュリ54への異なる経路をとるようにする。
本発明の好適な実施の形態について説明したが、代替
的な実施の形態は、当業者に明らかであり且つ本発明の
所期の範囲に属するものである。このため、本発明の範
囲は、請求の範囲の記載によってのみ制限されるもので
ある。
フロントページの続き (72)発明者 サンデファー，パリッシュ・エイ アメリカ合衆国ウイスコンシン州53122, エルム・グローブ，サン・フェルナン ド・ドライブ 2160 (72)発明者 キンドネス，ウィリアム・エム アメリカ合衆国ウイスコンシン州53213, ウォーワトーサ，ノース・シクスティフ ィフス・ストリート 2324 (56)参考文献 特開 昭60−184919（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−129113（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−64614（ＪＰ，Ａ) 実開 昭49−84504（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−87917（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−43111（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−12925（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−162915（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01N 3/28 F01N 3/34 F01N 7/18 F01N 1/08

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関の排気を処理する触媒式コンバー
    タにして、 コンバータハウジングと、 該ハウジング内に少なくとも一部分が配置されて、前記
    エンジンからの排気を受け取る手段と、 前記ハウジング内に配置されて、該ハウジングを少なく
    とも２つの室に仕切る部材と、 前記ハウジング内に配置されるベンチュリ装置であっ
    て、前記ハウジング及び前記仕切り部材から形成された
    前記ベンチュリ装置と、 前記ハウジング内に配置された触媒であって、前記排気
    が貫通して通り抜ける前記触媒と、 前記気体が前記触媒を通過した後、前記排気を排出する
    手段とを備えることを特徴とする触媒式コンバータ。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の触媒式コンバータにし
    て、 前記ハウジング内に配置されて、前記排気の音を減少さ
    せる減衰手段を更に備えることを特徴とする触媒式コン
    バータ。
  3. 【請求項３】請求項２に記載の触媒式コンバータにし
    て、前記減衰手段が、前記ベンチュリ装置の上流に配置
    されることを特徴とする触媒式コンバータ。
  4. 【請求項４】請求項２に記載の触媒式コンバータにし
    て、前記減衰手段が、複数の離間した開孔が形成された
    板を備えることを特徴とする触媒式コンバータ。
  5. 【請求項５】請求項１に記載の触媒式コンバータにし
    て、前記ベンチュリ装置が二次的空気を吸引する手段を
    備えることを特徴とする触媒式コンバータ。
  6. 【請求項６】請求項５に記載の触媒式コンバータにし
    て、前記空気の吸引手段が、前記コンバータのハウジン
    グに形成された複数の開孔を有することを特徴とする触
    媒式コンバータ。
  7. 【請求項７】請求項１に記載の触媒式コンバータにし
    て、前記ベンチュリ装置が、該ベンチュリ装置の高さ寸
    法よりも実質的に広い幅寸法を有することを特徴とする
    触媒式コンバータ。
  8. 【請求項８】請求項７に記載の触媒式コンバータにし
    て、前記幅寸法が前記高さ寸法の少なくとも４倍、広い
    ことを特徴とする触媒式コンバータ。
  9. 【請求項９】請求項８に記載の触媒式コンバータにし
    て、前記ベンチュリ装置の前記高さ寸法がその最小点に
    て約5.08mm（0.20インチ）以下であり、前記幅寸法が少
    なくとも約19.05mm（0.75インチ）であることを特徴と
    する触媒式コンバータ。
  10. 【請求項１０】請求項１に記載の触媒式コンバータにし
    て、前記触媒を貫通する気体の流れ方向に対して直角の
    方向への前記触媒の断面積が、前記排出手段を貫通する
    気体の流れ方向に対して直角の方向への前記気体の排出
    手段の前記断面積に略等しいことを特徴とする触媒式コ
    ンバータ。
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