JP5968038B2 - 自動車用マフラ - Google Patents

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Description

本発明は、脱臭、粒子状物の除去等により、ディーゼル車等の排ガス中の有害成分を除去する自動車用マフラに関する。
ディーゼル車等の自動車の排ガス中の有害成分、すなわち固体粒子およびＮＯxを除去することを目的として、各種のマフラが開発されている。
特許文献１には、粉砕したざくろ石（パーライト）と無機バインダを素材とする多孔質の板材を使用する自動車用マフラが記載されている。また、この特許文献１には、板材そのものが多孔質である上、板材に複数の貫通孔を形成し、これを筒体の内部に複数枚、間隔を設けて配置する実施例が記載されている。
また一方、特許文献２には、自動車用マフラの触媒担体として使用するコージェライト成形体の製造方法が記載されている。その成形体は、ハニカム状に配設されたセル壁と、このセル壁内に区画された多数のセルとを有するハニカム構造体である。
特許第４５７１６５３号公報 特開２００９−２５６１９８号公報
特許文献１に記載のざくろ石と無機バインダとを素材とする多孔質の板材は、当初は良好な性能を発揮するが、板材の内部が微小な空孔の連続する空間となっているため、使用につれてその内部に固体粒子が溜まり、排気系統が目詰まりしてしまい、エンジン性能が劣化するという問題点がある。
また特許文献２に記載のハニカム構造体は、軽量化、低圧損化が要求されるに従いセル壁の薄肉化が追求される結果、強度が低下するという問題点がある。
本発明は、目詰まりやエンジンの出力低下を起こすことなく固体粒子等の有害成分を除去できる自動車用マフラを実現することを目的とする。
請求項１に記載の本発明は、円筒形のケーシング内に、複数個の貫通孔を設けた円盤状に焼成した複数枚のコージェライト板を隙間を設けて重ね、燃焼排ガスをこれらのコージェライト板に順次通過させるようにしたことを特徴とする自動車用マフラである。
請求項２に記載の本発明は、前記コージェライト板は、周縁と内側とに厚さ方向に突出した段付き部を有し、各コージェライト板同士がその段付き部で接触することによりコージェライト板同士の間に隙間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の自動車用マフラである。
請求項３に記載の本発明は、前記複数枚のコージェライト板は、隣り合うコージェライト板の前記貫通孔同士が互いに対向しないようにそれらの貫通孔を円周方向にずらせて重ねられていることを特徴とする請求項１に記載の自動車用マフラである。
請求項４に記載の本発明は、前記複数枚のコージェライト板より上流と下流との少なくとも一方に、触媒を塗布した孔開き板が配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の自動車用マフラである。
本発明によれば、自動車のエンジン性能を低下させることなく固体粒子等の有害成分を除去することができるという、すぐれた効果を奏する。
実施例の自動車用マフラを一部断面で示す正面図である。 実施例のコージェライト板を一部断面で示す斜視図である。 本発明のコージェライト板のＰＭ吸着作用を説明する説明図である。
以下本発明の好ましい実施例を、図面により説明する。図１は実施例の自動車用マフラを一部断面で示す正面図である。エンジンからの排ガスは図の左側からマフラ内に進入する。マフラは頭部１１、中間部１２、後部１３よりなり、本体部分である中間部１２は円筒形で、この円筒形の中間部１２内に複数枚のコージェライト板２が重ねて挿入されている。さらに中間部１２のコージェライト板２の下流側には表面に触媒を塗布した孔開き板３が配置されている。
コージェライト（cordierite）はコージライトともいい、日本名は菫青石、化学式は２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳiＯ2で示されるセラミックスで、熱膨張係数は一般磁器の半分程度と低く、耐熱衝撃性にすぐれ、機械的強度も高い。前述した特許文献２に記載されているようにハニカム構造体に成形して触媒の担体としても使われるが、本発明ではコージェライト粒子の表面積がきわめて大きいことを利用して、これを固体粒子（ＰＭ）の吸着体ないしフィルタとして使用する。
図２はコージェライト板２の一例を示す斜視図である。コージェライト板２は主材料のコージェライト粒子にバインダとしてのシリカを加えて円盤状に焼成したもので、周縁と中央に厚さ方向に突き出た段付き部２１，２２を形成してある。また円盤状の部分には複数個の貫通孔２３が設けてある。周縁と中央の段付き部２１，２２は、このコージェライト板２を重ねたとき、その間に段差分だけの隙間がコージェライト板２同士の間に生じるように設けたものである。
コージェライト焼成体は多孔質体であるが、これをそのままフィルタとして使用したのではエンジンに作用する背圧が高くなって出力が減少するので、本発明のコージェライト板２は排ガスが通過できるよう、適当な大きさの貫通孔２３を複数個設けることによりエンジン効率を損なわないようにしてある。
図３は本発明のコージェライト板２のＰＭ吸着作用を説明する説明図である。重ねて配置された複数枚のコージェライト板２ａ，２ｂ，２ｃは、前記の周縁と中央部の段付き部２１，２２により隙間が生じており、また貫通孔２３は隣り合うコージェライト板２同士で互いに対向しないように位置が円周方向にずれるように重ねられる。コージェライト板２ａの貫通孔２３を通過した排ガスは、次のコージェライト板２ｂの貫通孔の位置がずれているために一旦円盤部分に衝突し、乱流となったのちに次のコージェライト板２ｂを通過する。この間で運動エネルギーが失われ、排気中に含まれていた固体粒子が失速して、コージェライト粒子に吸着されたり、落下して内部に堆積したりして、コージェライト板２を通過する毎に排気中のＰＭが減少する。
コージェライト板２を通過した排ガスは、さらに下流に設けた孔開き板３の表面に塗布した触媒によりＮＯxを除去されてマフラの後部１３から排出される。孔開き板３はコージェライト板２の上流側に設けてもよいし、さらにコージェライト板２の前後面に重ねてもよい。
さらに、マフラ内部の高温ガスの通過する位置に金網を設けることも有効である。
寸法例を挙げると、コージェライト板２の直径は２００ｍｍあるいは３００ｍｍ、周縁部の厚さは３０ｍｍ、段差は１０ｍｍ、貫通孔２３の径は１３ｍｍである。
マフラ全体では、２トントラックを想定した小型のもので中間部１２の長さ３７０ｍｍ、直径２００ｍｍ、コージェライト板２は６枚、４トントラックを想定した中型のもので中間部１２の長さ５４０ｍｍ、直径２４０ｍｍ、コージェライト板２は同じく６枚、１０トントラック用の大型のもので中間部１２の長さ８３０ｍｍ、直径３００ｍｍ、コージェライト板２は８枚である。
なお、内部に溜まったＰＭを随時除去するため、マフラの頭部１１および後部１３の頂部に圧力空気吹き込み口、底部にＰＭ排出口を設けるとよい。
１年間使用した実施例のマフラについて、検証試験を行った。ＰＭの排出量は０．３８６ｇ／ｋＷｈであり、国土交通省の規制値「０．４９０ｇ／ｋＷｈ以下」をクリアしている。ＮＯxについては上流、下流両側に孔開き板を配置した結果、５．５４ｇ／ｋＷｈであり、これも国土交通省の規制値「５．９０ｇ／ｋＷｈ以下」をクリアしている。
そして実車（４トン積みディーゼル車）における走行テストで、荷台に荷を載せないときの燃費は高速道で１０．１ｋｍ／リットル、一般道で１０．３ｋｍ／リットル、４．４トンの荷を積んだ状態で高速道が７．７０ｋｍ／リットル、一般道が８．４７ｋｍ／リットルであり、本発明実施例のマフラの圧力損失が少なく、エンジン性能を阻害していないことが立証された。
１…マフラ、 ２…コージェライト板、 ３…孔開き板、 １１…（マフラの）頭部、 １２…中間部、 １３…後部、 ２１…（コージェライト板の周縁）段付き部、 ２２…（コージェライト板の中央）段付き部、 ２３…貫通孔。

Claims (3)

  1. 筒状のケーシング内に、複数個の貫通孔を設けて焼成した複数枚のコージェライト板を重ね、燃焼排ガスをこれらのコージェライト板に順次通過させるようにした自動車用マフラであって、
    前記コージェライト板は、周縁と内側とに厚さ方向に突出した段付き部を有し、各コージェライト板同士がその段付き部で接触することによりコージェライト板同士の間に隙間が形成されていることを特徴とする自動車用マフラ。
  2. 前記複数枚のコージェライト板は、隣り合うコージェライト板の前記貫通孔同士が互いに対向しないようにそれらの貫通孔を円周方向にずらせて重ねられていることを特徴とする請求項１に記載の自動車用マフラ。
  3. 前記複数枚のコージェライト板より上流と下流との少なくとも一方に、触媒を塗布した孔開き板が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の自動車用マフラ。
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