JP4444730B2

JP4444730B2 - 小型エンジンのマフラ

Info

Publication number: JP4444730B2
Application number: JP2004146491A
Authority: JP
Inventors: 常由湯浅; 正典小林
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2004-05-17
Filing date: 2004-05-17
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2024-05-17
Also published as: US7407036B2; US20050252715A1; JP2005325808A

Description

本発明は、例えば刈払機や清掃用ブロワのような携帯型作業機の動力源として用いられる小型エンジンのマフラに関するものである。

この種のエンジンでは、排気ガスを低温にして外部に排出することが望まれている。また、近年では、小型エンジンにおいても、排気ガス中に含まれるＨＣやＣＯを低減させることを目的として、マフラ内に酸化触媒を組み込み、この触媒で排気ガス中の未燃焼ガスを再燃焼させることが行われている。このように、マフラ内の触媒により未燃焼ガスを再燃焼させる場合は、排気口から排出される排気ガスの温度がより高温となる。このため、従来では、マフラの排気ガスの排出側に、別体で形成された副室ケースを取り付けて、この副室ケースを通過するときに排気ガスを冷却して外部に排出することが提案されている (特許文献1)。
特開２００２−２４２６６６号公報

しかし、触媒を組み込んだマフラは、排気ガスの温度が高温となるので、特許文献１のように副室ケースを設けただけでは、十分な冷却効果が得られにくい。また、エンジンが低速回転になるにつれて排気脈動の波長が長くなり、排気ガスの流速も遅くなるのに対し、特許文献１では触媒出口から排気口までの距離が短いので、脈動により排気口から吸い込まれる空気が触媒通過後の高温室に進入し易くなり、触媒で再燃焼されずに残った高温の未燃焼ガスと接触することがある。さらに、特許文献１のように、別体で形成された副室ケースをマフラの排気ガスの排出側に締結具により取り付ける場合は、部品点数および取り付け工数が増大してコストアップとなる。

そこで、本発明は、簡単な構造で、外部の空気との接触を防ぎながら、排気ガスの温度を十分に冷却できる小型エンジンのマフラを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の小型エンジンのマフラは、エンジンの排気ガスを消音するマフラであって、排気室を形成するボディの内部に、排気ガスの排気口に連通する導出通路が設けられ、前記導出通路の側壁は、前記ボディの一部と、ボディに接合されたダクト壁とにより形成され、前記ダクト壁が横断面で前記導出通路を形成する凹部と、前記凹部の両側に位置して前記ボディの一部に取り付けられている鍔部とを有し、前記ボディの内部に、排気ガスを浄化する触媒コンバータと、前記触媒コンバータを支持し、前記排気室を前記触媒コンバータの上部に位置する上流室と下部に位置する下流室とに区画する横方向に延びる区画壁とが設けられ、上下方向に延びる前記導出通路の下端である導入口が前記下流室に位置し、前記ダクト壁が前記上流室の上部にまで延設され、前記導出通路の長さＬ１が前記ボディの上下方向長さＬ２に対しＬ１＞（１／２）Ｌ２となるように設定されている。

この構成によれば、導出通路は、ダクト壁とボディの一部とにより形成され、このボディの外面は外気に接触しているので、導出通路を通過する排気ガスの熱が、ボディを介して外気に放出され、排気ガスに十分な冷却効果が付与される。また、導出通路は、通路長を長くし、かつ、断面積を小さくすることにより、通過する排気ガスの流速を速くできるので、エンジンの脈動で吸い込まれる外部空気の逆流を防止しながら排気ガスがスムーズに排出される。しかも、導出通路は、ダクト壁とボディの一部とを利用して形成されているので、簡単な構造となり、生産コストも低下する。さらに、前記ダクト壁の少なくとも一部が臨む上流室には、触媒コンバータで燃焼される以前の比較的低温の排気ガスが存在するので、触媒コンバータを経て導出通路を通る比較的高温の排気ガスが、上流室に臨むダクト壁の部分を介して上流室へ放熱されて冷却される。これにより、触媒コンバータを通過した高温の排気ガスでも十分に冷却される。

本発明の他の実施形態では、前記ボディの一側壁に、前記排気口を形成する排気キャップが一体形成されている。この構成によれば、排気キャップにより排気ガスの流出方向を所定の方向に規制して排気口から外部に排出できるので、高温の排気ガスがマフラカバーなどに直接吹き付けられるのが抑制される。しかも、排気キャップは、ボディの一部を利用して一体に形成されているので、部品点数が軽減されてより低コストとなる。

本発明のさらに他の実施形態では、前記排気キャップと前記ダクト壁との間にスパークアレスタが保持されている。この構成によれば、スパークアレスタが、ねじなどの締結具を用いることなく、排気キャップとダクト壁を利用して保持されるので、部品点数が低減されて低コストとなる。

また、本発明のさらに他の実施形態では、前記排気キャップからの排気ガスを拡散させる拡散片が設けられている。この構成によれば、前記拡散片による排気ガスの拡散効果により、外部に排出される排気ガスの温度が低下する。

本発明のマフラによれば、簡単な構造で、排気ガスの外部空気との接触を防止しながら、排気ガスを十分に冷却することができる。

以下、本発明にかかる小型エンジンのマフラの好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るマフラを備えた、主に刈払機の動力源として用いられる小型エンジンを後方側から見た背面図である。同図において、エンジン１は、クランクケース２の上方にシリンダ３が設けられており、クランクケース２には前後方向に延びるクランク軸２０が回転自在に支持されている。前記シリンダ３の左側方にはキャブレタ４およびエアクリーナ５が、右側方には本発明に係るマフラ６が配置されている。また、前記シリンダ３の頂部には点火プラグ８が設けられ、前記クランクケース２の下部には燃料タンク９が装着されている。前記シリンダ３は樹脂製のシュラウド３０により覆われ、また、前記マフラ６は樹脂製のマフラカバー６０により覆われている。クランクケース２の背面には、リコイルスタータケース１０が取り付けられている。

図２は、エンジンの一部を切欠いてマフラ６の部分を拡大して示す平面図である。マフラ６は、ステンレスなどの金属板からなる２つのカップ状の第１および第２ボディ半体６Ａ，６Ｂを結合させて、全体が中空のほぼ直方体形状に形成されたボディＢを有しており、ボディＢの内部が排気室とされる。マフラカバー６０のエンジン後部側には、排気ガスＧを外部に排出する排出口６０ａが形成され、マフラカバー６０のほぼ全面にわたって、放熱のための複数のスリット６０ｂ（図１）が形成されている。

図３はマフラ６の右側面図、図４は図３のIV−IV線に沿った断面図である。マフラ６に
は、図４に示す第１ボディ半体６Ａの左側の側壁６Ｖに、シリンダ３からの排気ガスＧを第１，第２ボディ半体６Ａ，６Ｂ内の排気室６１に導入する導入口６２が設けられ、第２ボディ半体６Ｂの外壁６Ｗの右側上部にはエンジン後方に向かって開口する排気ガスＧの排気口６３が形成されている( 図３) 。また、前記第１，第２ボディ半体６Ａ，６Ｂには、その内部の排気室６１を上下に区画する横方向に延びる区画壁６４が設けられ、この区画壁６４に、排気ガスを浄化する例えば白金のような酸化触媒６５ａとこれを担持するハニカムコアのような担持体６５ｂとからなる触媒コンバータ６５が縦向きに取り付けられ、これら区画壁６４と触媒コンバータ６５により、前記排気室６１が、排気上流側の上流室６６と排気下流側の下流室６７とに上下に区画されている。

前記触媒コンバータ６５は、上流室および下流室６６，６７に臨む入口６５ｃおよび出口６５ｄがそれぞれ開放されていて、図４の矢印で示すように、上流室６６に導入された排気ガスＧが、触媒コンバータ６５の酸化触媒６５ａと接触して酸化したのち下流室６７へと送られる。ボディＢの上部には、マフラ６をシリンダ３に結合するためのボルトが挿通されるパイプ６Ｃが取り付けられている。パイプ６Ｃは、図３に示すように、左右一対設けられている。

図４に示す前記下流室６７の内部で触媒コンバータ６５の出口６５ｄに近接した位置には衝突板６８が設けられており、この衝突板６８に触媒コンバータ６５からの排気ガスＧを衝突させて、排気ガスＧを下流室６７の内部で拡散させたのち排気口６３へと導くことにより、排気ガスＧの消音効果を高めている。衝突板６８は、支持脚６９を介して触媒コンバータ６５側に支持されている。

前記第２ボディ半体６Ｂの内部には、図４のように、前記下流室６７の上下方向中間部から上流室６６の上部側にまで延び、上端が前記排気口６３に連通する導出通路７が形成されている。この導出通路７の側壁は、前記第２ボディ半体６Ｂの右側の一側壁６Ｗと、この一側壁６Ｗに接合される上下方向に延びるダクト壁７１とにより形成されている。このとき、導出通路７を通過する排気ガスＧに対し十分な冷却効果を与えるため、導出通路７の長さＬ１は、ボディＢの上下方向長さをＬ２としたとき、Ｌ２の1 ／２よりも長く( Ｌ１＞１／２Ｌ２) 設定することが好ましい。

図５は前記ダクト壁７１を図４の左方向から見た拡大側面図、図６は図５のVI―VI線に
沿った拡大断面図である。図５に示すダクト壁７１はステンレスのような金属の板材をプレス成形したもので、前記第２ボディ半体６Ｂの一側壁６Ｗに沿って延びて、この一側壁６Ｗとの間に導出通路７を形成するための凹部７２が形成され、その周囲全体には前記一側壁６Ｗに溶接より接合させるための鍔片７３が形成されている。前記ダクト壁７１の上部には、後述する排気キャップ１１（図３）と対向状にエンジン後方に向かって延びる延出片７４が鍔片７３と連続状に形成され、また、前記凹部７２の上部の排気下流側には、幅広の拡張部７５が凹部７２と連続状に形成されている。凹部７２の幅、つまり導出通路７の幅Ｗは流れ方向（上下方向）に沿ってほぼ一定であるか、導出通路７を通過する排気ガスＧの流速を速めて、外部の空気の吸込みを防止しながら排気ガスＧを外部にスムーズに排出させるために、図６に示すように、導出通路７の排気上流側の高さＨ１よりも、排気下流側の高さＨ２が低くなるように、つまり導出通路７の下流側の断面積が上流側の断面積に対して小さくなるように設定されている。

図７は、図４に示す導出通路７の上部部分の拡大断面図である。前記第２ボディ半体６Ｂの一側壁６Ｗには、前記ダクト壁７１に形成した拡張部７５との対向部位に、排気ガスＧを前記一側壁６Ｗの外面に沿って流出させる排気キャップ１１が、絞り加工により、外方に向かって凸状に一体形成されている。この排気キャップ１１の先端側には、図３に示すように、排気ガスＧを外部に排出させるための前記排気口６３が形成されている。図７の一側壁６Ｗにおけるダクト壁７１との対向部位で排気キャップ１１の形成部位の上下部分には、外側（図７の右側）へ凹入した凹み部が形成されて、ダクト壁７１との間に、スパークアレスタ１２を保持するためのスリット６ａが設けられている。

図８はスパークアレスタ１２の正面図である。このスパークアレスタ１２は、細長い板材からなるフレーム１２ａに多数の網目を持つ網材１２ｂを接合して形成され、その長さ方向一端には、スパークアレスタ１２の係止孔１２ｃが形成されている。

図９はスパークアレスタ１２の係止構造を示す図３のIV―IV線に沿った拡大断面図であ
る。第２ボディ半体６Ｂの一側壁６Ｗには、前記係止孔１２ｃに対応する突部６ｂが、切り起こしにより、外方に向かって一体に形成され、スパークアレスタ１２を矢印Ｄ方向に押して前記スリット６ａ（図７）に挿通するときに、前記突部６ｂを係止孔１２ｃに係止させることにより、スパークアレスタ１２をダクト壁７１の延出片７４と排気キャップ１１の間に介在させて保持させる。また、排気キャップ１１の先端側には、一側壁６Ｗに向かって突出し、排気ガスＧを排気口６３の開口方向に対し、その周囲に拡散させるための拡散片１１ａが排気キャップ１１と一体に形成されている。この拡散片１１ａは、図４に示すように、排気口６３の上下方向の中央付近に位置している。

次に、以上の構成による作用について説明する。図４に示すシリンダ３からの排気ガスＧは、マフラ６の導入孔６２から上流室６６に導入されて膨脹することにより消音されたのち、触媒コンバータ６５を通過し、触媒６５ａとの接触により未燃焼ガスが燃焼して、ＨＣおよびＣＯの濃度が低減される。触媒コンバータ６５から出た排気ガスＧは、衝突板６８と衝突して下流室６７に入り、ここでも膨脹して消音される。

下流室６７に入った排気ガスＧは、導出通路７の下端の導入口７ａから導出通路７に入り、排気キャップ１１の排気口６３へと導かれる。このとき、導出通路７は、ダクト壁７１と第２ボディ半体６Ｂの一側壁６Ｗの一部とにより形成され、このボディ半体６Ｂの一側壁６Ｗは外気に接触しているので、一側壁６Ｗにより排気ガスＧの熱が外気に放出されて、排気ガスＧが冷却される。また、前記導出通路７の長さＬ１をボディＢの上下方向長さＬ２に対しＬ１＞（１／２）Ｌ２となるように設定することにより、導出通路７が長くなって、排気ガスＧが十分に冷却される。さらに、導出通路７が長いために排気口６３から外部の空気がボディＢ内方の排気室６１の下流室６７に吸い込まれるのを防止できる。

また、導出通路７を形成するダクト壁７１の凹部７２を、下流室６７に臨む導出通路７での排気上流側の高さＨ１に対し、上流室６６に臨む導出通路７での排気下流側の高さＨ２が低くなるように設定することにより、導出通路７の排気下流側が絞られることになる。このため、導出通路７を通過する排気ガスＧの流速が上り、排気ガスＧに脈動などが発生しても、排気口６３からの吸込みによる外部空気の逆流が防止され、排気ガスＧがスムーズに排出される。しかも、導出通路７は、ダクト壁７１と第２ボディ半体６Ｂの一部とによって形成されるので、構造が簡単となり、生産コストも低下する。

さらに、前記ダクト壁７１は、上流室６６の上部にまで延設されており、この上流室６６には触媒コンバータ６５で燃焼される以前の比較的低温の排気ガスＧが存在するので、触媒コンバータ６５を経て導出通路７を通る比較的高温の排気ガスＧが、上流室６６に臨むダクト壁７１を介して放熱して冷却される。これにより、触媒コンバータ６５を通過した高温の排気ガスＧでも十分に冷却される。

また、導出通路７に入った排気ガスＧは、ダクト壁７１の上部に凹部７２と連続状に設けた拡張部７５からスパークアレスタ１２を通って排気キャップ１１内に導入され、この排気キャップ１１により排気ガスＧの排気方向が排気口６３に向かうように転向され、図２に示すように、第２ボディ半体６Ｂの一側壁６Ｗに沿う方向に排気口６３から排出され、さらにマフラーカバー６０の排出口６０ａからエンジン１の外部に排出される。このため、高温の排気ガスＧが樹脂製のマフラカバー６０に直接接触するのが防止される。このとき、排気キャップ１１は、図７のように、第２ボディ半体６Ｂの一側壁６Ｗの一部に一体的に形成されているので、部品点数および生産コストが低減される。

前記スパークアレスタ１２は、第２ボディ半体６Ｂの一側壁６Ｗとダクト壁7 １との対接部位に形成されるスリット６ａに挿通させ、スパークアレスタ１２に形成した図９の係止孔１２ｃを前記一側壁６Ｗに設けた突部６ｂに係止させることにより、前記スリット６ａに挿通保持される。このため、スパークアレスタ１２をねじなどの締結具を用いることなく保持させることができて、部品点数および生産コストが低減される。

さらに、図１のように、前記排気キャップ１１の先端側には、拡散片１１ａが形成されているので、この拡散片１１ａにより、図３に示すように、排気ガスＧが排気口６３の開口方向に対して、主として上下両側へ拡散されながら、二点鎖線で示す領域Ｓ１，Ｓ２に分かれて排出される。このため、拡散片１１ａによる排気ガスの拡散効果により、図２のマフラカバー６０の排出口６０ａからエンジン１の外部に排出される排気ガスＧの温度が低下する。

図１０は本発明の第２実施形態に係るマフラを示す縦断面図である。この実施形態では、図４の場合とは異なり、第１，第２ボディ半体６Ａ，６Ｂの内部の排気室６１を左右に区画する縦方向に延びる区画壁６４Ａが設けられ、この区画壁６４Ａに横向きに触媒コンバータ６５が取り付けられ、これら区画壁６４Ａと触媒コンバータ６５により、前記排気室６１が、上流室６６Ａと下流室６７Ａとに左右に区画されている。この実施形態の場合にも、第２ボディ半体６Ｂの内部に、図４の場合と同様に、第２ボディ半体６Ｂの右側の一側壁６Ｗと、これに接合されるダクト壁７１Ａとで構成される導出通路７Ａが設けられる。このダクト壁７１Ａは、前記下流室６７Ａ、つまり触媒コンバータ６５を通過した排気ガスＧの高温領域に配置されるので、ダクト壁７１Ａの内部の導出通路７Ａを通る排気ガスＧに対し十分な冷却効果を付与するために、図４の場合よりも導出通路７Ａが長くなるように設定される。

図１１は前記ダクト壁７１Ａを左方向から見た拡大側面図である。このダクト壁７１Ａの凹部７２Ａは、導出通路７Ａを、その下部から折り返して、排気ガスの拡張部７５Ａの近くまで上方に向かって延びる延長部７２Ｂを有しており、全体として概略Ｕ字形状となっている。前記延長部７２Ｂの上端に下流室６７Ａ（図１０）の上部側に開口する排気ガスＧの導入口７ｂが形成されている。

図１２は排気口６３の近傍を示す図３に対応した拡大断面図である。マフラ６の第２ボディ半体６Ｂの一側壁６Ｗには、スパークアレスタ係止用のバーリング部８１が形成されている。スパークアレスタ１２を矢印Ｄ方向に押して前記スリット６ａ（図７）に挿入したのち、タッピングスクリュー８２を、スパークアレスタ１２に設けた挿通孔８３に挿通してバーリング部８１にねじ込むことにより、スパークアレスタ１２をマフラ６に固定する。この固定ののち、第２ボディ半体６Ｂの一側壁６Ｗの一部を、一側壁６Ｗにほぼ直交する姿勢に切り起こして、スパークアレスタ１２の外方に突出させることにより、排気口６３からの排気ガスＧを拡散させる拡散片８５を形成する。この拡散片８５は、排気キャップ１１の排気口６３の前方に配置され、かつ、図１０に示すように、排気口６３の上下方向の中央付近に位置している。

前記シリンダ３からの排気ガスＧは、図１０の矢印で示すように、マフラ６内の左側の上流室６６Ａに導入されて触媒コンバータ６５を通り、これを通過した排気ガスＧは、衝突板６８と衝突して右側の下流室６７Ａに入る。下流室６７Ａに入った排気ガスＧは、図１１のダクト壁７１Ａの延長部７２Ｂの上端に形成した導入口７ｂからダクト壁７１Ａ内の導出通路７Ａに導入される。導入された排気ガスＧは、導出通路７ＡをＵ字状に迂回しながら拡張部７５Ａから排気キャップ１１の内部および排気口６３を経て外部に排出される。このとき、排気ガスＧの導出通路７Ａは、ダクト壁７１Ａに延長部７０を追加して形成することにより、長いガス通路が確保され、ボディ半体６Ｂの一側壁６Ｗによる放熱面積が増大しているので、導出通路７Ａを触媒コンバータ６５を通過した下流室６７Ａ、つまり排気ガスＧの高温領域に配置しているにもかかわらず、排気ガスＧの良好な冷却が図れる。

本発明の第１実施形態に係るマフラを備えた小型エンジンの背面図である。エンジンの一部を切欠いてマフラの部分を拡大して示す平面図である。マフラの右側面図である。図３のIV−IV線に沿った断面図である。ダクト壁の左方向から見た拡大側面図である。図５のVI―VI線に沿った拡大断面図である。図４に示す導出通路の上部部分の拡大断面図である。スパークアレスタの正面図である。図３のIX―IX線に沿った拡大断面図である。本発明の第２実施形態に係るマフラを示す縦断面図である。同実施形態のダクト壁の拡大側面図である。同実施形態の排気口近傍を示す図９に対応した拡大断面図である。

符号の説明

６ボディ
６Ｗ一側壁
１１排気キャップ
１１ａ，８５拡散片
１２スパークアレスタ
６１排気室
６３排気口
６４，６４Ａ区画壁
６５触媒コンバータ
６６上流室
６７下流室
７，７Ａ導出通路
７１，７１Ａダクト壁

Claims

エンジンの排気ガスを消音するマフラであって、
排気室を形成するボディの内部に、排気ガスの排気口に連通する導出通路が設けられ、
前記導出通路の側壁は、前記ボディの一部と、ボディに接合されたダクト壁とにより形成され、前記ダクト壁が横断面で前記導出通路を形成する凹部と、前記凹部の両側に位置して前記ボディの一部に取り付けられている鍔部とを有し、
前記ボディの内部に、排気ガスを浄化する触媒コンバータと、前記触媒コンバータを支持し、前記排気室を前記触媒コンバータの上部に位置する上流室と下部に位置する下流室とに区画する横方向に延びる区画壁とが設けられ、上下方向に延びる前記導出通路の下端である導入口が前記下流室に位置し、前記ダクト壁が前記上流室の上部にまで延設され、
前記導出通路の長さＬ１が前記ボディの上下方向長さＬ２に対しＬ１＞（１／２）Ｌ２となるように設定されている小型エンジンのマフラ。
請求項１において、前記ボディの一側壁に、前記排気口を形成する排気キャップが一体形成されている小型エンジンのマフラ。
請求項２において、前記排気キャップと前記ダクト壁との間にスパークアレスタが保持されている小型エンジンのマフラ。
請求項２または３において、前記排気キャップからの排気ガスを拡散させる拡散片が設けられている小型エンジンのマフラ。