JP6084487B2 - 触媒コンバータ付きマフラ - Google Patents

Description

本発明は，マフラボックスと，このマフラボックスに設けられてエンジンの排気管に接続される排気入口管と，同マフラボックスに設けられて大気に開口するテールパイプと，前記マフラボックス内で前記排気入口管及びテールパイプ間を連通する排気経路に介装される触媒コンバータとを備える，触媒コンバータ付きマフラの改良に関する。

かゝる触媒コンバータ付きマフラは，例えば特許文献１に開示されるように，既に知られている。

特許第３２３７３３３号公報

従来のこの種の触媒コンバータ付きマフラでは，マフラボックス内で触媒コンバータを安定良く支持するために，間隔を存して並ぶ一対の隔壁を備えており，これら隔壁がマフラを大型化させている。このようなマフラの大型化は，特に各種作業機と結合される汎用エンジンでは，マフラの他物との干渉を招き易くなり，好ましくない。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，マフラボックス内で単一の隔壁により触媒コンバータを安定良く支持し得る，コンパクトな前記触媒コンバータ付き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，本発明は，マフラボックスと，このマフラボックスに設けられてエンジンの排気管に接続される排気入口管と，同マフラボックスに設けられて大気に開口するテールパイプと，前記マフラボックス内で前記排気入口管及びテールパイプ間を連通する排気経路に介装される触媒コンバータとを備える，触媒コンバータ付きマフラにおいて，前記マフラボックスを，互いに開放面を突き合わせる第１及び第２ボックス半体と，これら第１及び第２ボックス半体間に介装される隔壁との三者の外周端を結合して構成し，前記第１ボックス半体及び前記隔壁間に前記排気入口管に連なる第１消音室を，また第２ボックス半体及び前記隔壁間に前記テールパイプに連なる第２消音室をそれぞれ画成し，前記隔壁を，外周部を互いに密着させる一対の隔壁板で構成し，これら隔壁板に，前記第１及び第２消音室側にそれぞれ突出して相互に間隔を存して並ぶ一対の支持ボスを形成し，この両支持ボスにより，前記第１及び第２消音室間を連通する前記触媒コンバータの保持筒を支持したことを第１の特徴とする。

また本発明は，第１の特徴に加えて，前記一対の隔壁板に，前記第１及び第２消音室側へそれぞれ膨出して相互間に第３消音室を画成する膨出部をそれぞれ形成し，その一方の膨出部に前記第２及び第３消音室間を連通する多数の消音通孔を設けると共に，前記第３消音室にテールパイプの内端を開口したことを第２の特徴とする。

さらにまた本発明は，第１又は第２の特徴の何れかに加えて，前記触媒コンバータの保持筒の両端部には，内部の触媒を挟んで互いに対向するフレイムアレスタを付設したことを第３の特徴とする。

さらにまた本発明は，第１〜第３の特徴の何れかに加えて，前記触媒コンバータでの排ガス浄化反応を促進すべく，前記排気管もしくは排気入口管に供給される２次空気が前記第１消音室で排ガスと混合するようにしたことを第４の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば，マフラボックスを，互いに開放面を突き合わせる第１及び第２ボックス半体と，これら第１及び第２ボックス半体間に介装される単一の隔壁との三者の外周端を結合して構成し，第１ボックス半体及び隔壁間に排気入口管に連なる第１消音室を，また第２ボックス半体及び隔壁間にテールパイプに連なる第２消音室をそれぞれ画成し，隔壁に，前記第１及び第２消音室側にそれぞれ突出して相互に間隔を存して並ぶ一対の支持ボスを形成し，この両支持ボスにより，第１及び第２消音室間を連通する触媒コンバータの保持筒を支持したので，マフラボックス内で単一の隔壁により触媒コンバータを安定良く支持することができ，触媒コンバータ付きマフラのコンパクト化を図ることができる。

また，前記隔壁を，外周部を互いに密着させる一対の隔壁板で構成し，これら隔壁板に前記一対の支持ボスを形成したので，各隔壁板の単体時に対応する支持ボスを容易に成形することができ，成形性が良い。しかも両隔壁板の支持ボスに触媒コンバータの保持筒を結合することで，両隔壁板の外周部は互いに密着して単一の隔壁を構成することになり，これを第１及び第２ボックス半体間に容易に挟持結合することができ，製作性が良好となる。

本発明の第２の特徴によれば，前記一対の隔壁板には，第１及び第２消音室側へそれぞれ膨出して相互間に第３消音室を画成する膨出部をそれぞれ形成し，その一方の膨出部に第２及び第３消音室間を連通する多数の消音通孔を設けると共に，第３消音室にテールパイプの内端を開口したので，第２消音室及びテールパイプ間に第３消音室を簡単に増設することができ，消音効果を高めることができる。

本発明の第３の特徴によれば，触媒コンバータの保持筒の両端部には，内部の触媒を挟んで互いに対向するフレイムアレスタを付設したので，触媒において，排ガスの無害化反応に伴ない火炎が発生しても，その火炎を一対のフレイムアレスタにより触媒コンバータ内に留めておくことができる。

本発明の第４の特徴によれば，触媒コンバータでの排ガス浄化反応を促進すべく，前記排気管もしくは排気入口管に供給される２次空気が前記第１消音室で排ガスと混合するようにしたので，２次空気は，第１消音室で排ガスと良好に混合した上で触媒に供給することができ，触媒での浄化反応を効果的に促進することができる。

本発明の実施形態に係る汎用エンジンの側面図。 図１の２矢視図。 図２中のマフラの拡大図。 図３の４−４線断面図。 図４の５矢視図。

本発明の実施形態を添付図面に基づいて以下に説明する。

先ず図１及び図２において，発電機その他の各種作業機を駆動するための汎用エンジンＥは，下端に据え付けフランジ１ａを有するクランクケース１と，このクランクケース１の上部に連設されてクランクケース１の一側方へ傾斜するシリンダブロック２と，このシリンダブロック２の上端に連設されるシリンダヘッド３とを備える。シリンダヘッド３の，吸気ポートが開口する一側面には気化器４が取り付けられ，この気化器４の空気入口に，エンジンＥの吸気を濾過するエアクリーナ８が接続される。上記据え付けフランジ１ａは，エンジンＥを支持する作業機のフレームＦ上に取り付けられる。

またシリンダヘッド３の，排気ポートが開口する他側面には排気管５を介してマフラ６が接続され，このマフラ６は，シリンダヘッド３及びシリンダブロック２の直上に配置される。また作業機のフレームＦに支持される燃料タンク７は，上記マフラ６の一側方及びエアクリーナ８の直上に配置される。

前記排気管５に２次空気導入管１０の下流端が接続され，この２次空気導入管１０の上流端には，一方向弁１１を介して専用のエアフィルタ１２が接続される。２次空気導入管１０の中間部は，シリンダブロック２に取り付けられるパイプホルダ４９により保持される。

エアフィルタ１２は，それが有する一対のブラケット１３，１３をシリンダブロック２及びシリンダヘッド３にボルトで締結することで固定されると共に，エンジンＥのクランクケース１とシリンダブロック２の下面との間のスペースに配置される。このエアフィルタ１２は，その空気入口１２ａがマフラ６のテールパイプ４３の排気出口と同一方向を指向するように構成される。

一方向弁１１は，排気脈動に敏感に応動するリード弁で構成され，エンジンＥの排気脈動の正圧を受けると閉弁し，負圧を受けると開弁するようになっている。この一方向弁１１は，エアフィルタ１２の一側壁に取り付けられる。

排気管５の中間部には，その内部と連通する２次空気入口を有する接続フランジ１４が一体に接続される。２次空気導入管１０は銅製であり，その下流端の接続フランジ１５が上記接続フランジ１４にボルト結合され，そしてシリンダヘッド３及びシリンダブロック２の一側面に沿って蛇行するように配置され，これにより２次空気導入管１０の管長が極力長く設定される。この２次空気導入管１０の上流端は，一方向弁１１の出口管１６にゴムチューブ１７を介して接続される。このようにゴムチューブ１７をジョイントとして使用するので，２次空気導入管１０の一方向弁１１への接続を容易に行うことができる。

一方向弁１１又はその近傍に，周囲温度が所定値以上となることを検出してエンジンＥの運転を停止させる感温センサ１８が付設される。また一方向弁１１には，２次空気導入管１０の内壁に結露して流下する水滴を外部に排出するドレーン口１９が設けられ，それは通常，ドレーンボルト２０により閉鎖される。而して，蛇行する２次空気導入管１０の各部は，その内壁に結露した水滴が停滞しないよう，水平に，もしくは下り勾配を付して配置される。

次に，図２〜図４により，マフラ６の構造について説明する。

図２及び図３に示すように，マフラ６は，その側面に溶接したブラケット２１が作業機のフレームＦにボルトで締結されることで固定される。図３及び図４において，マフラ６の主体をなすマフラボックス２２は，互いに開放面を突き合わせる第１及び第２ボックス半体２３，２４と，これら第１及び第２ボックス半体２３，２４間に挟持される単一の隔壁２５との三者をかしめ結合して構成され，そのかしめ結合に用いられるかしめ片２６は，第１及び第２ボックス半体２３，２４の一方の外周端に，他方の外周端と隔壁２５の外周端とを包むように断面Ｕ字状に形成される。第１ボックス半体２３及び隔壁２５間には第１消音室２７が，また第２ボックス半体２４及び隔壁２５間には第２消音室２８がそれぞれ画成される。

隔壁２５は２枚の隔壁板２５Ａ，２５Ｂの外周部を重ねて構成されるが，マフラボックス２２の一角でかしめ片２６が切欠かれると共に，隔壁板２５Ａ，２５Ｂ間がパイプ状に押し広げられ（図５参照），その押し広げられた部分の内周面４８に排気入口管２９が嵌挿，溶接される。この排気入口管２９と第１消音室２７側の隔壁板２５Ａとに，排気入口管２９内を前記第１消音室２７に連通させる連通孔３０が設けられる。排気入口管２９の上流端に接続フランジ３２が形成されており，これが前記排気管５の下流端の接続フランジ３１にボルトで結合される。

また隔壁板２５Ａ，２５Ｂには，第１及び第２消音室２７，２８側に突出して相互に間隔を存して並ぶ一対の支持ボス３３ａ，３３ｂが形成され，これら支持ボス３３ａ，３３ｂによって触媒コンバータ３４が支持される。この触媒コンバータ３４は，支持ボス３３ａ，３３ｂに溶接される外筒３６ａ及び，中間部で外筒３６ａとの間に断熱空間４７を形成するようにして外筒３６ａの両端に溶接される内筒３６ｂよりなる保持筒３６と，その内筒３６ｂの内周面に嵌装されて第１及び第２消音室２７，２８間を連通する３元触媒３５とよりなっており，内筒３６ｂの両端部内周面には，触媒３５を挟んで互いに対向する，多数の小孔３８，３８…付きのフレイムアレスタ３７，３７が嵌合し，溶接される。

さらに隔壁板２５Ａ，２５Ｂには，それぞれ第１及び第２消音室２７，２８側へ膨出して相互間に第３消音室３９を画成する膨出部４０ａ，４０ｂが形成され，第２消音室２８側の膨出部４０ｂに，第２消音室２８及び第３消音室３９間を連通する複数の消音通孔４１，４１…が設けられる。

また第１消音室２７側の膨出部４０ａと第１ボックス半体２３との間にはテールパイプ支持筒４２が橋渡されて溶接され，このテールパイプ支持筒４２には，その中心を貫通して第３消音室３９を大気に開放するテールパイプ４３の両端部が溶接される。このテールパイプ４３は周壁に多数の消音孔４４，４４…が穿設されており，これら消音孔４４，４４…に対面するようにテールパイプ４３を囲繞する吸音材４５がテールパイプ支持筒４２内に充填される。また第１及び第２ボックス半体２３，２４の内面には，第１及び第２消音室２７，２８にそれぞれ臨む断熱・吸音材４６が張り付けられる。

次に，この実施形態の作用について説明する。

エンジンＥの運転中，その燃焼室から排気管５に排出された排ガスは，マフラ６内を次のように通過する。即ち，排気入口管２９，連通孔３０，第１消音室２７，触媒３５，第２消音室２８，消音通孔４１，第３消音室３９及びテールパイプ４３を順次通過して消音され，大気に放出される。その間，触媒３５において，排ガス中のＨＣ及びＣＯ₂ は酸化反応により無害化され，ＮＯｘは還元反応により無害化されるもので，それらの無害化反応を促進すべく，エンジンＥの排気脈動を利用して２次空気が上記排ガス中に次のように供給される。

エンジンＥの排気行程で排気管５内で発生する排気脈動の正圧が２次空気導入管１０を経て一方向弁１１に伝達すると，一方向弁１１は閉弁して，その正圧のエアフィルタ１２側への伝達を阻止する。次に，排気脈動の負圧が，２次空気導入管１０を経て一方向弁１１に伝達すると，一方向弁１１は開弁して，エアフィルタ１２へ伝達し，それに伴ない大気がエアフィルタ１２に引き込まれ，濾過され，一方向弁１１及び２次空気導入管１０を通して排気管５内に吸入され，第１消音室２７で排ガスと良好に混合した上で触媒３５に供給されることになり，前記無害化反応を効果的に促進することができる。

万一，触媒３５において，前記無害化反応に伴ない火炎が発生しても，触媒３５を挟んで一対のフレイムアレスタ３７，３７が対置されているので，上記火炎を触媒コンバータ３４内に留めておくことができる。

ところで，排ガスに混入する２次空気は，エンジンＥのエアクリーナ８から独立する専用のエアフィルタ１２で濾過されるので，エンジンＥの吸気脈動と排気脈動とが相互干渉することを防ぎ，エンジンＥの吸気脈動や慣性効果を利用した出力性能を充分に発揮することができると共に，排気脈動を利用した２次空気の排ガスへの供給を確実に行うことができる。

しかも，エアフィルタ１２は，エンジンＥのクランクケース１とシリンダブロック２の下面との間に配置されるので，エンジンＥのクランクケース１とシリンダブロック２の下面との間の本来デッドスペースとなる箇所をエアフィルタ１２の設置に有効利用することになり，その設置によるエンジンＥ全体の外形の大型化を抑制することができる。

その上，シリンダブロック２の下方に配置されるエアフィルタ１２に付設した一方向弁１１と，シリンダヘッド３に接続される排気管５との間の距離が比較的長いこと，一方向弁１１と排気管５とを接続する２次空気導入管１０がシリンダブロック２の一側に沿って蛇行するように配管されることにより，２次空気導入管１０の全長を充分長く確保することができ，負圧による２次空気の吸気慣性を効果的に利用して，排ガスへの２次空気の供給を確実にし，触媒３５での前記無害化反応を，より効果的に行わせることができる。また２次空気導入管１０がシリンダブロック２の一側に配管されることも，エンジンＥ全体の外形の大型化の抑制に貢献する。

万一，一方向弁１１が故障して開き放しとなり，このため，排ガスが２次空気導入管１０を経てエアフィルタ１２側まで侵入してきて，エアフィルタ１２の空気入口１２ａから大気に放出されることが生じても，その空気入口１２ａは，マフラ６のテールパイプ４３の排気出口と同方向を向いており，一般的にマフラ６の排気出口には障害物を対置させていないから，上記空気入口１２ａから放出される排ガスも障害物に触れるようなことはない。

また排ガスの一方向弁１１側への侵入により，一方向弁１１が所定温度以上に過熱すると，一方向弁１１又はその近傍に設置した感温センサ１８が作動して，エンジンＥの運転を停止するので，上記過熱による周辺機器の故障を防ぐことができる。

エンジンＥの運転停止後，２次空気導入管１０の内壁で結露が生じ，それによる水滴が一方向弁１１まで流下して溜まったときには，ドレーン口１９を開けば，上記水滴をドレーン口１９から外部に排出することができる。

マフラ６においては，マフラボックス２２を，互いに開放面を突き合わせる第１及び第２ボックス半体２３，２４と，これら第１及び第２ボックス半体２３，２４間に介装される単一の隔壁２５との三者の外周端を結合して構成し，第１ボックス半体２３及び隔壁２５間に排気入口管２９に連なる第１消音室２７を，また第２ボックス半体２４及び隔壁２５間にテールパイプ４３に連なる第２消音室２８をそれぞれ画成し，隔壁２５に，前記第１及び第２消音室２７，２８側にそれぞれ突出して相互に間隔を存して並ぶ一対の支持ボス３３ａ，３３ｂを形成し，この両支持ボス３３ａ，３３ｂにより，第１及び第２消音室２７，２８間を連通する触媒コンバータ３４の保持筒３６を支持したので，マフラボックス２２内で単一の隔壁２５により触媒コンバータ３４を安定良く支持することができ，触媒コンバータ付きマフラ６のコンパクト化を図ることができる。

その際，前記隔壁２５を，外周部を互いに密着させる一対の隔壁板２５Ａ，２５Ｂで構成し，これら隔壁板２５Ａ，２５Ｂに前記一対の支持ボス３３ａ，３３ｂを形成したので，各隔壁板２５Ａ，２５Ｂの単体時に対応する支持ボス３３ａ，３３ｂを容易に成形することができ，成形性が良い。しかも両隔壁板２５Ａ，２５Ｂの支持ボス３３ａ，３３ｂに触媒コンバータ３４の保持筒３６を結合することで，両隔壁板２５Ａ，２５Ｂの外周部は互いに密着して単一の隔壁２５を構成することになり，これを第１及び第２ボックス半体２３，２４間に容易に挟持結合することができ，製作性が良好となる。

また一対の隔壁板２５Ａ，２５Ｂには，前記第１及び第２消音室２７，２８側へそれぞれ膨出して相互間に第３消音室３９を画成する膨出部４０ａ，４０ｂをそれぞれ形成し，その一方の膨出部４０ｂに前記第２及び第３消音室２８，３９間を連通する多数の消音通孔４１，４１…を設けると共に，前記第３消音室３９にテールパイプ４３の内端を開口したので，第２消音室２８及びテールパイプ４３間に第３消音室３９を簡単に増設することができ，消音効果を高めることができる。

尚，本発明は上記実施形態に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば，２次空気導入管１０の下流端部は，図１に２点鎖線１０′で示すように，マフラ６の排気入口管２９に接続することもできる。

Ｅ・・・・・エンジン
５・・・・・排気管
６・・・・・マフラ
２２・・・・マフラボックス
２３・・・・第１ボックス半体
２４・・・・第２ボックス半体
２５・・・・隔壁
２５Ａ，２５Ｂ・・・隔壁板
２７・・・・第１消音室
２８・・・・第２消音室
２９・・・・排気入口管
３３ａ，３３ｂ・・・支持ボス
３４・・・・触媒コンバータ
３５・・・・触媒
３６・・・・保持筒
３７・・・・フレイムアレスタ
３９・・・・第３消音室
４０ａ，４０ｂ・・・膨出部
４１・・・・消音通孔
４３・・・・テールパイプ

Claims (4)

1. マフラボックス（２２）と，このマフラボックス（２２）に設けられてエンジン（Ｅ）の排気管（５）に接続される排気入口管（２９）と，同マフラボックス（２２）に設けられて大気に開口するテールパイプ（４３）と，前記マフラボックス（２２）内で前記排気入口管（２９）及びテールパイプ（４３）間を連通する排気経路に介装される触媒コンバータ（３４）とを備える，触媒コンバータ付きマフラにおいて，
   前記マフラボックス（２２）を，互いに開放面を突き合わせる第１及び第２ボックス半体（２３，２４）と，これら第１及び第２ボックス半体（２３，２４）間に介装される隔壁（２５）との三者の外周端を結合して構成し，前記第１ボックス半体（２３）及び前記隔壁（２５）間に前記排気入口管（２９）に連なる第１消音室（２７）を，また第２ボックス半体（２４）及び前記隔壁（２５）間に前記テールパイプ（４３）に連なる第２消音室（２８）をそれぞれ画成し，前記隔壁（２５）を，外周部を互いに密着させる一対の隔壁板（２５Ａ，２５Ｂ）で構成し，これら隔壁板（２５Ａ，２５Ｂ）に，前記第１及び第２消音室（２７，２８）側にそれぞれ突出して相互に間隔を存して並ぶ一対の支持ボス（３３ａ，３３ｂ）を形成し，この両支持ボス（３３ａ，３３ｂ）により，前記第１及び第２消音室（２７，２８）間を連通する前記触媒コンバータ（３４）の保持筒（３６）を支持したことを特徴とする，触媒コンバータ付きマフラ。
2. 請求項１記載の触媒コンバータ付きマフラにおいて，
   前記一対の隔壁板（２５Ａ，２５Ｂ）に，前記第１及び第２消音室（２７，２８）側へそれぞれ膨出して相互間に第３消音室（３９）を画成する膨出部（４０ａ，４０ｂ）をそれぞれ形成し，その一方の膨出部（４０ｂ）に前記第２及び第３消音室（２８，３９）間を連通する複数の消音通孔（４１）を設けると共に，前記第３消音室（３９）にテールパイプ（４３）の内端を開口したことを特徴とする，触媒コンバータ付きマフラ。
3. 請求項１又は２記載の触媒コンバータ付きマフラにおいて，
   前記触媒コンバータ（３４）の保持筒（３６）の両端部には，内部の触媒（３５）を挟んで互いに対向するフレイムアレスタ（３７）を付設したことを特徴とする，触媒コンバータ付きマフラ。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の触媒コンバータ付きマフラにおいて，
   前記触媒コンバータ（３４）での排ガス浄化反応を促進すべく，前記排気管（５）もしくは排気入口管（２９）に供給される２次空気が前記第１消音室（２７）で排ガスと混合するようにしたことを特徴とする，触媒コンバータ付きマフラ。

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