JP3752299B2 - ２サイクルエンジンのマフラー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、刈払機やチェーンソー等の可搬式小型作業機用として好適な小型空冷２サイクルガソリンエンジンのマフラーに関し、特に、排ガス規制に対拠すべく酸化触媒を内蔵させたマフラーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、環境問題の高まりから、刈払機やチェーンソー等の可搬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においても、それから排出される排ガス中のＨＣ、ＣＯ、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）１９９９では、西暦１９９９年からは、ＣＯを１３０g/bhp-h 以下、トータルＨＣ（ＴＨＣ）を５０g/bhp-h 以下、ＮＯｘを４g/bhp-h 以下に低減することが求められている。
【０００３】
このような排ガス規制に対拠するため、例えば、エンジンの燃焼室やシリンダの吸排気口や掃気口の形状等を改善したり、排気系に酸化触媒等の排ガス浄化手段を配設する等、これまでにも様々な提案がなされているが、未だ満足できる成果は得られていない。
【０００４】
本発明の出願人においても、排ガス規制の対策案の一つとして、先に、マフラーをエンジン本体の外周部に配設して、このマフラー内にエンジンの排気口から噴出した排ガスを直接導入するようになすととともに、マフラーに排ガス浄化用の酸化触媒を特定の態様で内蔵させたもの、具体的には、例えば、特願平７−２７２９５９号に所載のように、織物状の酸化触媒を火の粉防止用金網に重ねるとともにその外周端縁部の全部又は大部分に前記金網の外周部に設けられた折り返し部を被せて側面視概略Ｕ字乃至Ｖ字状の酸化触媒組立体を形成し、この酸化触媒組立体をマフラー内に配設したもの（従来例１）、あるいは、特願平７−３４３０９２号に所載のように、マフラーの排ガス導入部に通気性を有する金属発泡体からなる酸化触媒を配設したもの（従来例２）等を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来例１及び２の酸化触媒内蔵マフラーにあっては、マフラー自体の構造、酸化触媒の材質形状、配置態様等が排ガス浄化性能を充分に引き出しているとはいえず、また、マフラーのエンジンへの取付性、組立性、設計自由度等を向上させる手段は特に講じられておらず、さらに、排ガスが酸化触媒との反応（酸化燃焼）により昇温されることによる弊害等についても格別の配慮は払われていなかった。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、マフラー自体の構造、内蔵酸化触媒の材質形状、配置態様等を改善して排ガス浄化性能を向上させることができるとともに、マフラーのエンジンへの取付性、組立性、設計自由度等を改善し得、しかも、排ガスが酸化触媒との反応により昇温されることによる弊害等を可及的に低減乃至解消できるようにされた２サイクルエンジンのマフラーを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成すべく、本発明に係る２サイクルエンジンのマフラーは、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、該膨張室が仕切り板により第１の膨張室と第２の膨張室とに縦方向に分割され、前記仕切り板には、当該マフラーを前記内燃エンジンに取り付けるためのボルト類の頭部が嵌め込まれる凹部が前記第１の膨張室側に形成されると共に、排ガス浄化部材が配置され、前記排ガスが前記第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。
【０００８】
このような構成とされた本発明のマフラーにおいては、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。前記第１の膨張室に導入された排ガスは、仕切り板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、前記仕切り板を貫くように配置された前記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として酸化触媒を用いれば、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トータルＨＣ（ＴＨＣ）が大幅に低減される。
そして、第２の膨張室に導入された排ガスは、ここでも膨張拡散せしめられてその排気音が一層減衰せしめられた後、前記第２の膨張室の所定の部位、好ましくは前記排ガス浄化部材から最も離れた部位に設けられた排気放出口から外部に排出される。
【０００９】
本発明のマフラーの好ましい態様では、前記排ガス浄化部材が通気性を有する発泡体で形成され、また、前記膨張室の外周部が、空気層を形成するように適宜の間隔だけ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構造に形成される。
また、他の好ましい態様では、前記排ガス浄化部材が、筒状体からなるシェルに挿入されていて、前記シェルの両端に設けられた抜止爪により係止され、さらに、前記二重壁の外壁パネルに複数の開口が形成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１及び図２は、本発明に係るマフラーの一実施形態を小型空冷２サイクルガソリン内燃エンジン（以下、内燃エンジンという）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可搬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サイクルガソリン内燃エンジンとされ、排気量は例えば２３ｃｃ程度のものである。この内燃エンジン１は、点火プラグ１５が配置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部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がそれぞれ所定の態様で設けられ、さらに、図１で見てその前後に一対の掃気口（図示せず）がそれぞれ所定の態様で設けられている。
【００１１】
また、通常の内燃エンジンと同様に、前記ピストン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、上記のような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、縦方向（前記内燃エンジン１の高さ方向）に配置された仕切り板４０により仕切られた第１の膨張室３１と第２の膨張室３２とを有している。なお、前記仕切り板４０には、熱伝導率が通常の炭素鋼板に比して１／３程度と小さなステンレス（ＳＵＳ）板が用いられている。
【００１２】
前記第１の膨張室３１は、図１で見て左右両側が開口した箱状乃至筒状の内壁パネル４１及び右側開口の外壁パネル３６からなる二重壁部と前記仕切り板４０とにより直方体状に形成されており、前記外壁パネル３６は、前記排気口１０外側部に対応する部分に補強板材２４が接合されるとともに、前記排気口１０から噴出する排ガスを前記マフラー２０に導入するための排気導入口２７が形成されている（図３も参照）。
【００１３】
前記内壁パネル４１における前記内燃エンジン１側とその反対側に形成された折曲張出部４１ａにそれぞれ前記外壁パネル３６の対応部分が溶接等により接合されており、前記内壁パネル４１と外壁パネル３６とにおける前記接合部分以外の部位は適宜の間隔だけ離隔せしめられて空気層Ｓａが形成されている。また、前記外壁パネル３６は、前記内燃エンジン１側の左側パネル３６Ａと反対側の右側パネル３６Ｂの対向折曲端縁部同士を接合した構造となっている。
【００１４】
一方、前記第２の膨張室３２は、左側開口の箱状乃至筒状の内壁パネル４２と外壁パネル３７とからなる二重壁部と前記仕切り板４０とにより直方体状に形成されている。前記内壁パネル４２における前記内燃エンジン１側に形成された折曲張出部４２ａに前記外壁パネル３７の対応部分が溶接等により接合されており、前記内壁パネル４２と外壁パネル３７とにおける前記接合部分以外の部位は適宜の間隔だけ離隔せしめられてそれらの間に空気層Ｓｂが形成されている。
【００１５】
そして、前記第１の膨張室３１及び第２の膨張室３２のそれぞれの外壁を形成する前記外壁パネル３６，３７の鍔状外端部３６ａ，３７ａ間に前記仕切り板４０の外周部が挟まれて所定数のボルト−ナット４５により気密的に締結されている。
また、前記外壁パネル３６（３６Ｂ），３７における上面部の前記仕切り板４０に近い側には、図２を参照すればよくわかるように、所要数（ここでは４個づつ）の小判形状乃至レーストラック形状の開口３８，３９が横並びに形成されている。
【００１６】
前記仕切り板４０の下部には、それを厚み方向に貫くように、言い換えれば前記第１の膨張室３１及び第２の膨張室３２の両方に突出するように、通気性を有する発泡体を成形した直方体状の酸化触媒５０が、排ガス浄化部材として配置されている。すなわち、前記仕切り板４０の下部には、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、ステンレス（ＳＵＳ）製の角筒状のシェル５２が挿通せしめられてＬ形取付金具５４により前記仕切り板４０に固定されており、このシェル５２に前記直方体状の酸化触媒５０が嵌挿されている。該酸化触媒５０は、図５を参照すればよくわかるように、前記シェル５２に嵌挿した後、前記シェル５２の下面部左端中央及び上面部右端中央に設けられた抜止爪５２ａ，５２ｂを図の仮想線の状態から実線の状態へと折り曲げることにより係止するようになっている。
【００１７】
このように酸化触媒５０をシェル５２を介して仕切り板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る。また、シェル５２に必要に応じて小さな透孔を適宜形成すれば、排ガスと酸化触媒５０との接触面積が変わるので、触媒反応の強弱を加減することもできる。
一方、前記仕切り板４０における前記酸化触媒５０より上側の、前記内燃エンジン１の排気口１０及び前記排気導入口２７と略同じ高さ位置に、当該マフラー２０を前記内燃エンジン１のシリンダ２に取り付けるためのボルト５６，５６の頭部が嵌め込まれる一対の凹部４０ｂ，４０ｂが前記第１の膨張室３１側に突出するように設けられている（図４も参照）。
【００１８】
そして、図１に加えて図２乃至図４をも参照すればよくわかるように、前記第１の膨張室３１内における前記排気口１０及び排気導入口２７と略同じ高さ位置には、前記補強板材２４と前記凹部４０ｂ，４０ｂとを橋絡するように締結用スリーブ５５，５５が配設固定され、また、前記第２の膨張室３２には、前記締結用スリーブ５５，５５と中心軸線を共通とするようにボルト挿入用スリーブ５７，５７が横設固定されている。
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、前記ボルト５６，５６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スリーブ５７，５７を通じて前記締結用スリーブ５５，５５内に挿入し、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）に螺入して前記仕切り板４０及び前記締結用スリーブ５５，５５を介して強固に締め付けるようにされる。
【００１９】
なお、前記マフラー２０を前記内燃エンジン１に取り付けるにあたっては、例えば、前記マフラー２０の右側面から前記第２の膨張室３２及び第１の膨張室３１を横断して前記シリンダ２に螺入できる長さのボルトを使用することもできるが、このようになすと、ボルトが極めて長いものとなって取付安定性、確実性に欠けるおそれがある。それに対し、本実施形態においては、前記のようにボルトを仕切り板４０を介して締め付けるようにしているので、前記マフラー２０の強度を高めつつボルトの長さを短くすることができ、しかも、前記仕切り板４０に凹部４０ｂ，４０ｂが突設されている分、ボルト５６，５６の長さをさらに短くできるので、マフラー２０を内燃エンジン１に安定した状態で確実に取り付けることができる。
また、前記凹部４０ｂ，４０ｂは、前記仕切り板４０の補強リブとしても働き、前記仕切り板４０の構造強度を高め、排ガスの脈動等による振動を抑える役目も果たす。
【００２０】
また、前記第２の膨張室３２における、縦断面（図１）で見て右上隅部付近には、排ガスを外部に放出するための排ガス放出口を構成するテールパイプ６０が支持ブラケット５９により支持されて、前記ボルト挿入用スリーブ５７，５７に対して直交配置されている。このテールパイプ６０は、図２に加えて図４を参照すればよくわかるように、その始端部６０ａが前記酸化触媒５０から最も離れた部位となる平面視（図２）で右上隅部近くに位置し、その終端部が前記外壁パネル３７から外部に僅かに突出して位置せしめられている。なお、前記テールパイプ６０の長さ、口径等は、出力向上と騒音減衰の面からみて最適の寸法に設定される。
【００２１】
また、本実施形態のマフラー２０の容積は、同程度の排気量のエンジンに付設するものとしては比較的大きくされており、前記した従来例１及び２のものの容積の１・５〜２倍程度（排気量の１８倍程度）とされている。
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から噴出した排ガスは、まず、図１において一点鎖線矢印で示される如くに、第１の膨張室３１に音速に近い速度で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。前記第１の膨張室３１に導入された排ガスは、仕切り板４０を隔てて隣接配置されている第２の膨張室３２との圧力差により、前記仕切り板４０を貫くように配置された酸化触媒５０の露出側面からその内部に入り、その内部に形成されている小孔を通じて第２の膨張室に導かれる。この際、排ガスは前記酸化触媒５０の作用により、第１の膨張室３１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ＴＨＣが大幅に低減される。
【００２２】
このような効果を確認すべく、本実施形態のマフラー２０と、前述した従来例２のマフラーとを用いて同一条件で比較実験を行った実験結果を図６に示す。この図６を参照すれば、本発明のマフラー２０では、従来例２のものに比してＴＨＣが大幅に低減されることが理解されよう。
一方、本実施形態のマフラー２０においては、膨張室が仕切り板４０により第１の膨張室３１と第２の膨張室３２とに縦方向に分割されているので、仕切り板で横方向に分割した場合に比して、内燃エンジン１側のボス部等の突起物を逃げ易く、取付性、組立性が向上するとともに、マフラー２０の容積及び前記第１の膨張室３１と第２の膨張室３２の容積比等の変更もし易い。
【００２３】
また、通気性を有する金属発泡体で形成された直方体状の酸化触媒５０が排ガス浄化部材として使用されているので、目詰まりが生じ難く、通気抵抗や出力損失が低減される。
また、前記第１の膨張室３１及び第２の膨張室３２における前記内燃エンジン１に対する反取付側の外周部が、空気層Ｓａ，Ｓｂを形成するように適宜の間隔だけ離隔せしめられた内壁パネル４１，４２と外壁パネル３６，３７とからなる二重壁部が形成されているので、マフラー２０の外周表面温度を抑えることができる。
前記に加え、外壁パネル３６（３６Ｂ），３７における上面部の前記仕切り板４０に近い側に所要数の開口３８，３９が形成されているので、温度上昇による前記空気層Ｓａ，Ｓｂの膨張を抑えることができるとともに、前記空気層Ｓａ，Ｓｂに冷却空気を流通させることが可能になる。
【００２４】
また、前記テールパイプ６０（の始端部）が高温となる酸化触媒５０から可及的に遠い位置に配置されているので、外部に放出される排ガスの温度が効果的に下げられる。
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施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、酸化触媒５０等の排ガス浄化部材の寸法形状や取付態様、マフラー２０のエンジンへの取付態様、テールパイプ（排ガス放出口）６０の寸法形状等は前述のものに限られる訳ではなく、適宜変更してもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明に係る２サイクルエンジンのマフラーによれば、排ガス浄化性能を向上させることができるとともに、マフラーのエンジンへの取付性、組立性、設計自由度等を改善でき、しかも、排ガスが酸化触媒との反応により昇温されることによる弊害等を可及的に低減乃至解消できるといった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマフラーの一実施形態を、それが取り付けられた２サイクルエンジンと共に示す縦断面図。
【図２】図１に示されるマフラーの平面図。
【図３】図１のIII −III 矢視断面図。
【図４】図１のIV−IV矢視断面図。
【図５】図１のマフラーに内蔵された酸化触媒を示す斜視図。
【図６】図１のマフラーと従来例のもとの比較実験結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１ ２サイクルエンジン
１０ 排気口
２０ マフラー
３１ 第１の膨張室
３２ 第２の膨張室
３６，３７ 外壁パネル
３８，３９ 開口
４０ 仕切り板
４０ｂ 凹部
４１，４２ 内壁パネル
５０ 酸化触媒（排ガス浄化部材）
５２ シェル
５２ａ，５２ｂ 抜止爪
５６ ボルト類

Claims (6)

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を備え、該膨張室が仕切り板（４０）により第１の膨張室（３１）と第２の膨張室（３２）とに縦方向に分割されている２サイクルエンジンのマフラー（２０）であって、
   前記仕切り板（４０）には、当該マフラー（２０）を前記内燃エンジン（１）に取り付けるためのボルト類（５６，５６）の頭部が嵌め込まれる凹部（４０ｂ，４０ｂ）が前記第１の膨張室（３１）側に突出するように形成されると共に、排ガス浄化部材（５０）が配置され、
   前記排ガスが前記第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）に導かれることを特徴とする２サイクルエンジンのマフラー。
2. 前記排ガス浄化部材が通気性を有する発泡体（５０）で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の２サイクルエンジンのマフラー。
3. 前記膨張室（３１，３２）の外周部が適宜の間隔だけ離隔せしめられた内壁パネル（４１，４２）と外壁パネル（３６，３７）とからなる二重壁構造に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の２サイクルエンジンのマフラー。
4. 前記排ガス浄化部材（５０）が、筒状体からなるシェル（５２）に挿入されていて、該シェル（５２）の両端に設けられた抜止爪（５２ａ，５２ｂ）により係止されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の２サイクルエンジンのマフラー。
5. 前記外壁パネル（３６，３７）に複数の開口（３８，３９）が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の２サイクルエンジンのマフラー。
6. 前記排ガス浄化部材が、酸化触媒（５０）であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の２サイクルエンジンのマフラー。

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