JPH0216013Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、乗り物排気系に関するものであり、
より詳細には、三元触媒コンバータを有する排気
系に関するものである。

ここ数年間、米国製自動車には、自動車ガソリ
ンエンジンからの排気ガス中の未燃炭化水素およ
び一酸化炭素のレベルを減少する二元触媒コンバ
ータが取り付けられていた。しかし、これら二元
触媒コンバータでは、自動車排気ガスの三次主要
成分窒素酸化物の量を充分に減少させることはで
きない。近い将来到来する大気汚染規制下では、
自動車排気系は排気ガスの未燃炭化水素および一
酸化炭素レベルの減少と同様に、排気ガスの窒素
酸化物レベルの減少ができなければならない。こ
の窒素酸化物の減少を達成するため、自動車産業
は、自動車排気系の三大主要成分すべてのレベル
を減少できる三元触媒を有する触媒コンバータの
使用を計画している。

しかし、三元触媒は、現在の二元触媒より非常
に高温で作動しなければならないという限界があ
る。排気ガスを三元触媒コンバータの入口でこの
高温にするために、自動車産業は、エンジン排気
マニホルドの出口と三元触媒コンバータの入口と
の間のコンテナに位置するライトオフ（light−
off）触媒の使用を研究してきた。ライトオフ触
媒は、発熱反応を起こすように作用し、排気系の
未燃炭化水素は排気ガスを三元触媒が三大汚染物
質すべてのレベルを充分に減少する温度に上げ
る。

しかし、ライトオフ触媒を有するこの排気系は
非常に高価であり、且つ該系に付加要素（ライト
オフ）の存在を要し、このことは該系をさらに複
雑にし、且つ高価にする。それはまた損傷の可能
性があり、且つ触媒の周期的な維持および補給を
少なくとも要する排気系の活性要素であることを
意味する。そのため、三元触媒コンバータの入口
で排気ガスの入口温度が高温であることを要する
が、“活性要素”を要しない排気系は大変有益で
ある。そのような排気系が簡潔な構造であり、且
つ相対的に安価であることもまた有益である。

本考案は、燃焼に従いエンジンから排気マニホ
ルドを通る上昇した温度のガスを前記マニホルド
から大気に排気し、且つガスがその成分たる未燃
炭化水素、窒素酸化物および一酸化炭素を減少さ
せるために通過する三元触媒をそなえた触媒コン
バータを有する乗り物内燃機関排気系である。本
考案においては、導管手段が排気マニホルドとコ
ンバータを接続し、それを介してガスが排気マニ
ホルドからコンバータに運ばれ、導管手段がガス
の温度を充分に維持してガスが三元触媒の最低機
能温度より高温でコンバータ入口に運ばれること
を特徴とする。種々の実施例では、導管手段は弾
性保温導管を有し、好ましくは、準（semi−）
弾性保温ダクトを有する。ダクトは内側弾性金属
と外側弾性金属で形成でき、保温材がそれらの間
に形成される環状空間を満たす。保温材は粒状、
好ましくは繊維状であり、且つ600〓から1600〓
（315℃から870℃）の温度に耐えられるものであ
る。

本考案の簡潔性と有益性を理解するためには、
先ず現在設計されている従来の三元触媒コンバー
タ排気系について、さらには、より厳重な反汚染
規準に合致するきたる自動車への使用について考
慮することが必要である。これら従来の排気系は
第１図に示す。内燃機関４（ここでは、従来の８
気筒ガソリンエンジンを図示）が自動車２内にあ
る。それぞれのシリンダ内の燃焼より生じた排気
ガスは、シリンダより排気マニホルド６を通り頭
部パイプ８に排気される。従来技術では、この頭
部パイプよりライトオフ触媒コンバータへ導か
れ、ここで冷却された排気ガスは再点火され、且
つ三元触媒の正常な作動に要する最低入口温度よ
り以上の温度に熱せられる。再熱された排気ガス
は、一次排気パイプ１２を通り三元触媒コンバー
タユニツト１４に入り、該コンバータユニツトで
窒素酸化物、未燃炭化水素および一酸化炭素のレ
ベルが充分に減少する。浄化された排気ガスは二
次排気パイプ１６、従来のマフラー１８、三次排
気パイプ２０およびリゾネータ（resonator）２
２（これは選択ユニツトである）を通り、さらに
四次排気パイプ２４を通つて大気に排気される。
この排気系は不必要に複雑かつ高価であり、本考
案は三元触媒コンバータの有効性を保持しつつ非
常に簡潔な排気系を提供するものである。

本考案の排気系を示す第２図では自動車を２′
エンジンを４′で示す。望ましくない汚染源を含
む排気ガスはエンジン４′から排気マニホルド
６′を通り本考案の重要な要素である保温弾性ダ
クト２６に連通する出口３４に導かれる。この保
温弾性ダクト（その構成は下文に述べる）は排気
ガスの熱を充分に維持し、排気ガスが触媒コンバ
ータの入口に流れてきたときに三元触媒を活性化
し、それを最大限機能させるのに充分な高温であ
る。マニホルドから排気される燃焼ガスは、もし
それが維持されれば三元触媒コンバータの最低ラ
イトオフ温度より充分に高い温度を供し、従つて
別個のライトオフコンバータの必要性は全くなく
なる。三元触媒は設計されたように、望ましい低
レベルに窒素酸化物、未燃炭化水素および一酸化
炭素のレベルを減少する。浄化されたガスは従来
の排気系と同様のパイプ１６′，２０′，２４′、
マフラー１８′およびリゾネータ２２′を通つて大
気に排気される。そのため本考案の排気系は分離
したライトオフ触媒ユニツトおよびそのユニツト
に高価な触媒を要する従来の排気系に比して非常
に簡潔でありかつ経済的である。さらに、保温弾
性導管２６は排気系において全く不動の成分であ
り、それは周期的な交換または整備を要する動的
部品および活性要素を有しない。さらに以下に述
べる如く、保温弾性ダクト２６はすべての型式の
自動車および他の内燃機関駆動乗り物にエンジン
および乗り物の形状の差異を超えて特別の設計お
よび形状を要することなく適合するものである。

保温弾性ダクト２６は第３図に詳細に示す。
（本考案の目的のため、通常の意味を有する「弾
性」という語によつて画定される構造的特性には
その一実施例として「準弾性」という語によつて
画定される構造的特性を有し、ここで「準弾性」
とは、ダクトは望ましい曲率で容易にたわむが、
それは揺動が乗り物の作動による通常のものであ
れば望ましいたわみの曲率を保持するのに充分な
剛性を有することを意味する。後者の実施例が望
ましい。）ダクトの内側弾性金属導管２８は排気
系が連結するエンジンそれぞれに最適の所定の寸
法の内径を有する。曲型的にはダクトの内径は約
１若しくは１1/2から３若しくは４インチ（2.5若
しくは3.8から7.6若しくは10.2cm）となる。外側
弾性金属導管３０は内側導管２８を囲い、それと
同軸方向に整列するがそれより離間し、該外側導
管は内側導管と同じタイプの弾性金属で都合よく
製造されるが、その直径は内側導管より明らかに
大きく製造される。

保温材３２は２つの弾性金属導管２８と３０の
間の環状空間を満たす。該保温材は保温効率をさ
して減少することなく、弾性ダクトの望ましい曲
率に従つてたわむ充分な弾性を有し、かつ排気ガ
スの上昇した温度に耐えられるものである。保温
材３２は導管２８と３０の間の環状空間を完全に
満たす。それは通常1/4から3/4インチ（0.6から
1.9cm）の厚さを有する。保温材のこの厚さは排
気ガスの熱損失を最小限にするものであり、ガス
が弾性ダクト２６の端部および触媒コンバータ１
４′の入口に流れてきたときに、触媒コンバータ
１４′の三元触媒の適切なライトオフ温度に充分
に維持されている。これらの保温材の厚さは従つ
て弾性ダクトの外径を約1.5から5.5インチ（3.8か
ら4.0cm）とする。

内側金属導管２８は巻くことができ、すなわち
弾性導管として形成できかつ従来の自動車エンジ
ン排気ガスの温度である約600〓から1600〓（315
℃から870℃）の温度に耐えられる従来の金属の
うちどんなものでもよい。内側弾性導管２８に使
用する最適な金属は相対的に安価で入手しやすい
という長所を有するステンレス鋼である。ステン
レス鋼はまた、熱い自動車排気ガスの運搬に伴う
腐食性の状況に一般的に非常に強い。しかし他の
金属および／または合金も使用できる。

弾性導管２８は巻かれ、また弾性金属ダクトを
形成するのに便利なあらゆる方法で形成できる。
好ましくは、排気系は公知な一形式の構成（例え
ば米国特許3621884号、3708867号、3753363号、
3758139号、3794364号、3865146号）の弾性金属
導管から組成される。この型の弾性金属導管は出
願人のFLEX−MET（商品名）として商業的に入
手し得る。弾性導管２８の薄板の厚さは腐食性と
振動に抗する望ましい度合いと同様に望ましい弾
性の度合いに基いて選択される。一般的には薄板
の厚さは約２から６ミル（0.05から0.15mm）とな
るが、より薄いまたはより厚いゲージシート金属
でもそれが望ましい場合には使用できる。

外側弾性金属導管３０は好ましくは内側金属導
管と同じ型で同じゲージの薄板で製造される。外
側導管３０は排気ガスに直接さらされず、かつ内
側導管２８がさらされるのと殆んど同温の熱にさ
らされないのでもし望ましければ外側導管３０は
アルミニウム薄板の如き耐熱性および腐食に対す
る抗性が非常に弱いタイプのおよびゲージの金属
で製造できる。しかし、外側導管３０もダクト２
６に漏れるオイルまたは他の機関流体による腐食
或いは塩気のある若しくは砂を含んだ雨・雪の若
しくは凍結した道路または他の悪条件の環境によ
り生ずる腐食と同様にタイヤにより乗り物の下に
ほうり上げられる“岩”、“砂利”、“石”等による
または他の“機械的外力”に直接的にさらされ
る。結論的には内側導管２８と同様に外側導管３
０にも望ましいダクト弾性のゲージのステンレス
鋼を使用することが望ましい。

保温弾性ダクト２６に使用する保温材３２は前
記した600〓から1600〓（315℃から870℃）の排
気ガス温度に耐えかついくつかのケースでは粒状
保温材が使用できるが、好ましくは繊維状のもの
である。アスベストフアイバー、ガラスと水晶フ
アイバー、カーボンフアイバーおよびいくつかの
メタルフアイバーは本考案の使用に適する使用温
度を有するが、経済性、入手性、保温性より好ま
しいのは「耐火性」フアイバーであり、該フアイ
バーは一般的に広く珪土およびアルミナで随意に
は更に少量の酸化物で形成される。最も望ましい
のは、アルミノケイ酸塩フアイバーで、該フアイ
バーは40から60重量パーセントの珪土40から60重
量パーセントのアルミナおよびクロミア酸化鉄、
カルシア、マグネシア、ソーダ、ポタシア、チタ
ニア、ボリア、これら酸化物の混合物のごとき０
から10重量パーセントの酸化物を有する溶融物よ
り形成される。使用可能の特定物質の中には54.0
パーセントの珪土、45.5パーセントのアルミナ、
0.5パーセントの他の酸化物を含む出願人より
CERAFIBER（商品名）として商業的に入手で
き、使用温度が2400〓（1315℃）のフアイバー、
約50パーセントの珪土、40パーセントのアルミ
ナ・焼成ドロマイト（カルシアとマグネシアの混
合物）を含む出願人からCERA−WOLL（商品
名）として入手できる使用温度が1600〓（870℃）
のフアイバー、約55パーセントの珪土、40.5パー
セントのアルミナ、４パーセントのクロミア、
0.5パーセントの酸化物を含む出願人より
CEFACHROME（商品名）として商業的に入手
可能の使用温度が2600〓（1430℃）のフアイバー
がある。

便利なことに、本考案の弾性ダクトは公知な方
法（例えば、米国特許3621884号、3708867号、
3753363号、3758139号、3794364号、3865146号）
で形成できる。連続的形成方法は次のごときもの
である。内側弾性ダクト２８は公知な方法（例え
ば、米国特許3621884号）で連続的に形成される。
形成された管は形成装置から出て、繊維状のフエ
ルトまたはブランケツト保温材の層が、内側ダク
トのまわりにダクトが完成する望ましい厚さで、
らせん状に巻かれる。その後、保温された内側導
管は二次金属形成装置を通過し、該装置は公知な
方法（例えば、米国特許3621884号）で保温材の
層のまわりを巻くように内側導管を形成する。二
次金属形成装置から出て完成したダクトは、発送
もしくは巻くのに便利な望ましい長さに、または
乗り物に取り付けるために、保温弾性ダクトを望
ましい長さに切断する離れた場所への発送のため
の長さになされる。従つて、例えば、数種類のモ
デルの乗り物を製造している自動車組み立て工場
への発送は、ダクトを適切な所定の長さに切断し
て行なわれ、多様な型およびモデルの乗り物を製
造している組み立て工場への発送は、巻くのに適
した長さにダクトを切断して行なわれ、自動車組
立工がダクトを乗り物に取り付けるのに適した長
さに組立て時に切断する。

第４図と第５図は、弾性金属ダクトを排気マニ
ホルドおよび／または触媒コンバータ入口へ接続
する典型的手段を示す。図面において、排気マニ
ホルド出口パイプは３４で示し、取り付けフラン
ジは３６で示す。フランジ端部要素３８はダクト
２６の内側導管２８へ挿入される。該要素３８は
首部４０を有し、該首部は、後述するごとく、こ
れらを有効に接続する距離で内側導管２８に挿入
される。要素３８はまたフランジ４２を有し、該
フランジは排気マニホルド３４のフランジ３６と
形状が一致する。通常、ガスケツト４４はフラン
ジ３６と４２との間に位置し、確実に密封する。
対面するフランジは、その際ボルト４６とナツト
４８により従来の方法で連結する。

第４図に示す構造において、導管２６の端部５
０は帯状クランプ５２により囲われている。この
帯状クランプ５２は従来のホースクランプと同様
の構造であるが、それは非常に重い金属で作られ
ており、充分に実質的な気密密封を形成するよう
にダクト２６の端部５０を押圧でき、且つ要素３
８の首部４０からダクト２６が分離するのを防止
できる。

第５図に示す要素３８′は環状リブ５４ととも
に形成され、該リブは首部４０′と同じ長さで且
つそれと同心状であり、且つそれと離間する。首
部４０′とリブ５４との間は、ダクト２６の環状
幅より大きく、外側導管３０とリブ５４の内面と
の間の余分な空間５８がなくともダクト２６の端
部は首部４０をスリツプでき、かつ首部４０′と
リブ５４との間の環状空間５６に挿入できる。ダ
クト２６を環状空間５６に挿入するとより小さな
環状空間５８ができ、この空間５８には耐火性セ
メント６０が詰められる。このセメント６０は外
側導管３０の波形に流入し、かつダクト２６を首
部４０′とリブ５４間の位置に有効に固定する。
リブ５４の端部をオフセツト部６４を有するクラ
ンプ６２で囲うこともまた望ましく、該クランプ
はダクト２６を僅かに押圧しかつセメントを環状
空間５８内に保つ。クランプ６２は第４図のクラ
ンプ５２程押圧しないのでクランプ６２はより軽
いゲージ材でよい。

前述した第４図と第５図の構造は弾性ダクト２
６を排気マニホルド６′に連結するものであるが、
全く同一の構造が弾性ダクト２６の出口端部を触
媒コンバータ１４′のフランジ入口に連結するの
に使用できることはいうまでもない。そのような
場合にはフランジ部材３４／３６は排気マニホル
ド６′の出口ではなく触媒コンバータ１４′の入口
を示すこととなる。

触媒コンバータ１４′と排気マニホルド６′は両
方ともまたはどちらか一方要素３８と３８′とほ
ぼ同一の形状（但しフランジ４１はない）の首部
を有するが、フランジを有しない装置と嵌合でき
る。弾性金属ダクトはその後排気マニホルド出口
および／または触媒コンバータ入口と第４図，第
５図に示す方法で直接的に連結できる。

第４図と第５図に示す固定方法は唯一のもので
はない。どのような係合方法もそれがダクト２６
を排気マニホルド出口および／または触媒コンバ
ータ入口に乗り物作動の本来的振動に耐えること
ができ、かつ実質的な気密密封を供するものであ
る限り適切なものとして使用できる。

自動車排気系の実際の設計において、排気マニ
ホルド６′と触媒コンバータ１４′との間に使用す
るダクト２６の長さは経済性、エンジンおよび乗
り物の設計に基づき選択される。しかし、ダクト
の長さはダクトの出口端部でのガスの温度が触媒
コンバータ１４′の三元触媒が本来の機能を発揮
できる最低温度である700〓（370℃）より低くな
るものであつてはならない。勿論保温材３２をよ
り厚くすればより長いダクトを過度の熱損失およ
び温度下降なしに使用できる。最適の保温材の厚
さ（すなわちダクトの直径）とダクト長さの組合
わせは個々の乗り物とエンジン形状、ダクトに使
用する素材のコスト、および繊維状保温材の熱抵
抗（保温効率）により決定される。ほとんどの場
合、排気マニホルドの如き排気系の他の要素を通
過する際の熱損失を補正できるように触媒コンバ
ータに入るときの排気ガス温度が700〓（370℃）
をかなり上回るようにダクトの直径と長さを決定
するのが望ましい。さらに、排気マニホルドその
ものも熱絶縁し触媒コンバータ１４′へ通じる排
気系を保温することも当を得たものである。

上述の説明は自動車についてのものであり、通
常それはガソリンまたは軽量デイーゼルエンジン
を備えるが、本排気系は触媒コンバータが使用さ
れているすべての型式の内燃機関および自動車両
への使用に適するものである。これはすなわち自
動車、軽量トラツク、バンおよびガソリンおよび
軽量デイーゼルエンジンを備えた乗り物を含む。
また本排気系は三元触媒コンバータを取り付けら
れる重量トラツク、バスの如き重車両にも拡張で
きる。デイーゼルエンジンからの排気ガスは通常
ガソリンエンジンからのそれより非常に高温であ
り、デイーゼル車両のためのダクト２６の設計は
勿論このことを考慮しなければならない。詳細に
は、保温材３２の型式および厚さと同様に内側導
管２８の素材の型式もより高温の環境を反映して
変化する。

本考案は内燃機関と三元触媒コンバータを使用
する全ての型の自動車への使用を意図するもので
ある。これは数種の重車両と同様に多種の自動
車、軽量トラツクおよびバンを含むものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のライトオフ触媒排気系を有する
自動車を図式的に表した図である。第２図は本考
案の排気系を有する自動車を図式的に表した図で
ある。第３図は本考案の保温弾性ダクトの断片的
透視図である。第４図および第５図は保温弾性ダ
クトを排気マニホルドまたは触媒コンバータに接
続させる異なつた手段の横断面図である。 主要部分の符号の説明、エンジン……４，４′、
排気マニホルド……６，６′、触媒コンバータ…
…１４，１４′、保温ダクト……２６、首部フラ
ンジ部を備えた部材……３８，３８′、導管の端
部……５０、前記部材の首部……４０，４０′、
前記部材のフランジ部……４２、排気マニホルド
又はコンバータのフランジ部……３６、内側導管
……２８、外側導管……３０、保温材……３２、
自動車……２，２′。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 燃焼に従い、エンジンから排気マニホルドを
   通る上昇した温度の排気ガスを該排気マニホル
   ドから大気に排気し、かつ該ガスの未燃炭化水
   素、窒素酸化物及び一酸化炭素成分を減少させ
   るために通過する三元触媒を備えた触媒コンバ
   ータを有する乗り物内燃機関の排気系におい
   て、 該排気マニホルドと該触媒コンバータとを接
   続し、それを介して該排気ガスを該排気マニホ
   ルドから該触媒コンバータへ搬送し、該触媒コ
   ンバータの入り口に達する際の該ガスの温度が
   該三元触媒の最低機能温度よりも高くなつてい
   るように該ガスの温度を充分に維持するための
   導管手段であつて、該排気ガスと接触する孔無
   し表面を有するヒダ付きの内側導管と、ヒダ付
   きの外側導管とから成る導管手段と、 該内側導管と該外側導管とに協動し、該導管
   手段を該排気マニホルドと該触媒コンバータと
   に取付けるための取付手段と、 から成り、該内側及び外側導管は、あらゆる
   方向に可撓性を有すると共に螺旋状に巻回され
   たステンレス鋼の板からなり、該外側導管は該
   内側導管に対して所定距離離隔しており、該外
   側導管と内側導管との間の空間には、可撓性及
   び耐火性のある繊維状保温材が設けられている
   ので、該外側及び内側導管がその全長にわたつ
   てそれぞれ接触せず、前記取付手段は、首部及
   びフランジ部を備えており、前記導管手段の一
   端は該首部の上に嵌合すると共に外側導管に係
   合する加締手段によりそこに固定され、更に該
   フランジ部は、前記排気マニホルドまたは前記
   触媒コンバータの対応するフランジ部分に固定
   されるようになつていることを特徴とする排気
   系。 ２ 前記取付手段は、前記首部を囲みそれから離
   隔した環状のリブを備えており、前記内側導管
   は、該首部の外表面と、前記外側導管の外表面
   と該環状リブの内表面との間の環状空間と、該
   環状空間において該導管手段を該取付手段に固
   定する耐火性の固定手段とに接触しており、前
   記加締手段は、前記外側導管に係合すると共に
   前記導管手段と該環状リブとの間で該耐火性の
   固定手段が動くのを防止することを特徴とする
   実用新案登録請求の範囲第１項に記載の排気
   系。 ３ 前記加締手段は、該外側導管と前記内側導管
   との間の前記所定距離を減少させ、かつ該内側
   導管を前記首部に対して密着させるように該外
   側導管を押圧し、前記内側および外側導管は、
   その全長にわたつて離隔した関係を依然として
   維持することを特徴とする実用新案登録請求の
   範囲第１項に記載の排気系。