JP4860653B2

JP4860653B2 - 触媒付きマフラー

Info

Publication number: JP4860653B2
Application number: JP2008098603A
Authority: JP
Inventors: 貴夫菅野; 尚川村
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2008-04-04
Filing date: 2008-04-04
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2028-04-04
Also published as: JP2009250108A

Description

本発明は油圧ショベル等の建設機械のエンジン排気系に使用される触媒付きマフラーに関するものである。

従来、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の有害物質を除去するために、特許文献１に示されているようにマフラーに触媒を組み込んだ触媒付きマフラーが用いられている。

また、たとえば煤等のＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を除去する酸化触媒として、多数の微細な穴を有し、触媒物質が塗布されたセラミック製の筒体（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）を用いたマフラーも公知である。

このような触媒付きマフラーにおいては、仕様通りの触媒性能を発揮させ、かつ、早期の目詰まりを防止するために、エンジンからの排気ガスを触媒全体に均一に通すことが肝要となる。そこで図３に示す技術が提案されている。

このマフラーは、触媒１が設けられた円筒状のケース２の一端側（図の上端側）に、エンジンからの排気ガスを導入する導入部３、他端側（同下端側）に、処理済みガスを排出する排出部４をそれぞれ設けて成り、導入部３を触媒１に向かって先広がりのテーパ状に形成することにより、導入部３の先端（排気ガス入口）３ａから導入した排気ガスを導入部３の内部で膨張・拡散させるようにしている。４ａは排気ガス出口である。
特開平５−２６０３５号公報

しかし、この公知技術によると、
（ｉ）ケース２の一端側に導入部３をマフラー長さ方向に設け、この導入部３をテーパ状に形成していること、
（ｉｉ）排気ガスを触媒全体に均等に拡散させるためには、テーパ状の導入部３に一定以上の長さが必要となること
の二点により、マフラー全長Ｌ１が長くなる。このため、機体に搭載するためのスペースが大きくなり、とくに後方小旋回型の油圧ショベルのようにエンジンルーム内のスペースが制限される機械への搭載が困難となる。

そこで本発明は、マフラー全長を抑えながら、導入した排気ガスを触媒全体に均等に拡散させることができる触媒付きマフラーを提供するものである。

請求項１の発明は、エンジンからの排気ガスを筒状のケースの一端側から導入して触媒に通した後、他端側から排出するように構成される触媒付きマフラーにおいて、上記ケースの一端側に、導入された排気ガスを膨張・拡散させる膨張室を設けるとともに、エンジンからの排気ガスを上記膨張室に導入する入口チューブを、膨張室の中心から触媒側にずれた位置でケース外周側から上記膨張室を横断する状態で挿入することにより、入口チューブを中心とした触媒と反対側の膨張室の空間を触媒側の空間よりも大きく形成し、この入口チューブの周壁のうち触媒と反対側の周壁のみに、排気ガスを膨張室に出す多数の排出穴を設けたものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、ケースの一端側の端部内壁に吸音材を設けたものである。

請求項３の発明は、請求項１の構成において、ケースの一端側の端部内壁に、入口チューブの排出穴から膨張室内に出される排気ガスを触媒に向けて反射させる反射板を設けたケースの一端側の端部内壁に吸音材を設けたものである。

請求項４の発明は、請求項１の構成において、ケースの一端側の端部内壁に吸音材を設けるとともに、入口チューブの排出穴から膨張室内に出される排気ガスを触媒に向けて反射させる多孔板状の反射板を上記吸音材の手前に設けたものである。

請求項５の発明は、請求項４の構成において、反射板を、上記吸音材をケース一端側の端部内壁に押え固定する吸音材押えとして兼用する状態で設けたものである。

本発明によると、エンジンからの排気ガスが、入口チューブ周壁の排出穴から膨張室に導入されて膨張・拡散した上で触媒に通される。

この場合、排出穴を、入口チューブ周壁のうち触媒と反対側の周壁のみに設けているため、排出穴から出た排気ガスが十分拡散しないで直接触媒に入る「排気ガスの短絡」がなくなり、排気ガスが必ず触媒と反対側で十分拡散した上で触媒に入る。

また、膨張室における反触媒側の空間が、排気ガスが膨張・拡散するための実質上の膨張空間となり、触媒側空間は拡散した排気ガスが触媒に向かう通路となる点に着目し、上記反触媒側の空間を触媒側空間よりも広くとっているため、限られた膨張室内で排気ガスを効率良く拡散させることができる。

以上の点で、排気ガスを触媒全体に均等に通すことができるため、仕様通りの触媒性能を発揮させ、早期の目詰まりを防止することができる。

しかも、上記のように拡散効率が良いことから、膨張室の空間を最小限に小さくできるため、マフラー全長を短く抑えることができる。

すなわち、導入した排気ガスの拡散効率の向上とマフラー全長の短縮化を両立させることができる。

ところで、本発明によると、排気ガスを、入口チューブの小さい排出穴から膨張室に噴出させるため、排気音のうち脈動音を抑制できる半面、ガス流速が高くなることで気流音が大きくなる。

この点、請求項２,４,５の発明によると、ケースにおける膨張室が設けられた側の端部壁面、すなわち、上記気流音が直接当たる壁面に吸音材を設けているため、気流音を効果的に低減することができる。

また、請求項３〜５の発明によると、入口チューブの排出穴から出る排気ガスを触媒に向けて反射させる反射板を設けているため、膨張室内での排気ガスの拡散効果を一層高めることができる。

さらに、請求項４,５の発明によると、吸音材の手前に多孔板状の反射板を設けたから、吸音材による吸音効果と、反射板によるガス反射・拡散効果の双方を得ることができる。

この場合、請求項５の発明によると、反射板が吸音材押えを兼用するため、両者の組み込みが簡単となるとともに、両者の合計の厚み寸法を小さく抑え、マフラー全長の縮小効果の点で有利となる。

本発明の実施形態を図１,２によって説明する。

実施形態のマフラーにおいては、長さ方向の中間部に触媒１１が設けられた円筒状のケース１２の一端側（図１の上端側）に膨張室１３と、エンジンからの排気ガスを膨張室１３に導入するための入口チューブ１４とを設けるとともに、他端側（同下端側）に処理済みガスを排出する排出部１５（１５ａは排気ガス出口）をそれぞれ設けている。

入口チューブ１４は、ケース外周側から膨張室１３に、膨張室１３を横断する状態で挿入している。

この入口チューブ１４における膨張室１３内に位置する部分の周壁のうち、触媒１１と反対側（図１,２の上側）の周壁のみに、排気ガスを膨張室１３に出す多数の排出穴１４ａ…を複数列縦隊で設けている。

具体例を挙げると、反触媒側の全周周壁（１８０°）のうち、これよりも小さいθ（たとえば図２の左右６０°ずつの１２０°）の角度範囲に排出穴１４ａ…を六列縦隊で等間隔を置いて設けている。

また、入口チューブ１４は、膨張室１３の中心から触媒１１側にずれた位置で膨張室１３内に挿入している。これにより、膨張室１３における入口チューブ１４を中心とした反触媒側の空間１３ａを触媒側空間１３ｂよりも大きく形成している。図１中、Ａは反触媒側空間１３ａの幅、Ｂは触媒側空間１３ｂの幅である。

一方、ケース１２における膨張室１３が設けられた側の端部内壁にグラスウール等の吸音材１６を設けるとともに、この吸音材１６の手前に反射板１７を設けている。

反射板１７はパンチングメタル等の多孔板として構成し、吸音材１６をケース端部壁面に押え固定する状態、すなわち、吸音材押えを兼ねる状態でケース内に取付けている。

なお、ケース１２の、排出部１５が設けられた側（図１の下端側）の端部壁内側には、吸音材１８と吸音材押え（パンチングメタル等の多孔板）１９とを設けている。

このマフラーによると、エンジンからの排気ガスが、入口チューブ周壁の排出穴１４ａ…から膨張室１３に導入されて膨張・拡散した上で触媒１１に通される。

この場合、排出穴１４ａ…を、入口チューブ１４の反触媒側の周壁のみに設けているため、排出穴１４ａ…から出た排気ガスが十分拡散しないで直接触媒に入る「排気ガスの短絡」がなくなり、排気ガスが必ず十分に拡散した上で触媒１１に入る。

従って、排気ガスを触媒１１全体に均等に通すことができるため、仕様通りの触媒性能を発揮させ、早期の目詰まりを防止することができる。

しかも、上記のように膨張室１３での排気ガスの拡散効率が良いことから、膨張室１３を最小限に小さくできるため、マフラー全長L２を、図３に示す公知技術のマフラー全長L１よりも短縮することができる。

また、膨張室１３のうち、実質的な膨張空間である反触媒側の空間１３ａを触媒側空間１３ｂよりも広くとっているため、限られた膨張室１３の空間内で排気ガスの膨張・拡散効率をさらに高め、触媒性能の向上と目詰まり防止効果の点で一層有利となる。

一方、このマフラーによると、排気ガスを、入口チューブ１４の小さい排出穴１４ａ…から膨張室１３（反触媒側空間１３ａ）に噴出させるため、排気音のうち脈動音を抑制できる半面、ガス流速が高くなることで気流音が大きくなる。

この点、ケース１２における膨張室１３が設けられた側の端部内壁、すなわち、上記気流音が直接当たる壁面に吸音材１６を設けているため、気流音を効果的に低減することができる。

さらに、吸音材１６の手前に反射板１７を設けたから、図１,２中矢印で示すように入口チューブ１４の排出穴１４ａから出る排気ガスをこの反射板１７により触媒１１に向けて反射させることができる。このため、膨張室１３内での排気ガスの拡散効果を一層高めることができる。

この場合、反射板１７を多孔板としているため、吸音材１６による吸音効果と、反射板１７による排気ガス反射・拡散効果とを両立させることができる。

しかも、この反射板１７が吸音材押えを兼用するため、反射板１７の組み込みと同時に吸音材１６を固定できることから両者の組み込みが簡単となる。加えて、両者の合計の厚み寸法を小さく抑えることができるため、マフラー全長L２を縮小させる点で有利となる。

他の実施形態
（１）上記実施形態では、ケース１２の一端側に吸音材１６と反射板１７とを併設したが、いずれか一方のみを設けてもよい。

（２）上記実施形態では、ケース１２を円筒状に形成し、このケース１２に触媒１１を内蔵する構成を例示したが、膨張室側ケースと排出部側ケースとに分割し、かつ、触媒の外周面をケース周壁の一部として兼用する状態で三者をマフラー長さ方向に連結してケースを組立てる構成をとってもよい。

（３）本発明はＰＭを除去する酸化触媒を備えたマフラーに限らず、ＮＯx（窒素酸化物）を除去する触媒、または複数の有害物質に対応する触媒を備えたマフラーにも適用することができる。

本発明の実施形態にかかるマフラーの断面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線拡大断面図である。従来のマフラーの断面図である。

１１触媒
１２ケース
１３膨張室
１３ａ膨張室の反触媒側空間
１３ｂ同触媒側空間
１４入口チューブ
１４ａ… 排出穴
１５排出部
１６吸音材
１７反射板
Ｌ２マフラー全長

Claims

エンジンからの排気ガスを筒状のケースの一端側から導入して触媒に通した後、他端側から排出するように構成される触媒付きマフラーにおいて、上記ケースの一端側に、導入された排気ガスを膨張・拡散させる膨張室を設けるとともに、エンジンからの排気ガスを上記膨張室に導入する入口チューブを、膨張室の中心から触媒側にずれた位置でケース外周側から上記膨張室を横断する状態で挿入することにより、入口チューブを中心とした触媒と反対側の膨張室の空間を触媒側の空間よりも大きく形成し、この入口チューブの周壁のうち触媒と反対側の周壁のみに、排気ガスを膨張室に出す多数の排出穴を設けたことを特徴とする触媒付きマフラー。
ケースの一端側の端部内壁に吸音材を設けたことを特徴とする請求項１記載の触媒付きマフラー。
ケースの一端側の端部内壁に、入口チューブの排出穴から膨張室内に出される排気ガスを触媒に向けて反射させる反射板を設けたことを特徴とする請求項１記載の触媒付きマフラー。
ケースの一端側の端部内壁に吸音材を設けるとともに、入口チューブの排出穴から膨張室内に出される排気ガスを触媒に向けて反射させる多孔板状の反射板を上記吸音材の手前に設けたことを特徴とする請求項１記載の触媒付きマフラー。
反射板を、上記吸音材をケース一端側の端部内壁に押え固定する吸音材押えとして兼用する状態で設けたことを特徴とする請求項４記載の触媒付きマフラー。