JPH09228830A

JPH09228830A - 汎用エンジンの排気ガス後処理装置

Info

Publication number: JPH09228830A
Application number: JP3915296A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tsuda; 裕之津田
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1996-02-27
Filing date: 1996-02-27
Publication date: 1997-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】汎用エンジンの排ガス後処理装置において、
比較的簡単な構成で安価にＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの除去を
行えるようにする。【解決手段】排ガス後処理装置１のケーシング３内は
円筒状の３つの部屋に区画されており、排気ガスが流れ
る順に、排気ガスが最初に入る円筒形の３元触媒室５
と、３元触媒室５よりも小さい円筒形の２次空気供給室
６と、３元触媒室５と同径の円筒形の酸化触媒室７とを
有している。２次空気供給室６には空気導入管８が突入
され、２次空気が２次空気供給室６に導入されるように
なっている。排気ガス導入口２から３元触媒室５に入っ
た排気ガスは、３元触媒により主にＮＯｘが低減され、
２次空気供給室６において導入された２次空気により、
酸素過剰状態となり酸化触媒室７における酸化反応を高
め、３元触媒室５で処理できなかったＨＣ，ＣＯのほと
んどを除去することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、汎用エンジンの排
気ガス中の有害成分を除去する排気ガス後処理装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来からガソリンエンジンの排気ガス中
の有害成分を除去するために各種触媒が知られている。
これらの触媒は、機能上から酸化触媒、還元触媒、３元
触媒に大別される。酸化触媒は主に炭化水素（ＨＣ）と
一酸化炭素（ＣＯ）を酸化するもので、酸素過剰雰囲気
中でよく働く。還元触媒は窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元
するもので、酸素が少ない雰囲気中でよく働く。３元触
媒は炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）などの未燃
物質の酸化と窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を同時に行う
もので、理論空燃比のごく近傍範囲でよく働く。

【０００３】図５は横軸に空燃比（空気／燃料）、縦軸
に転化率をとって、３元触媒において空燃比によって、
ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの転化率がどのように変化するかを
示したグラフである。図５においてＰの位置が理論空燃
比の位置を示している。３元触媒はＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ
の転化を同時に行うので極めて有用であるが、理論空燃
比を挟んで、ＨＣおよびＣＯの転化率とＮＯｘの転化率
とが急激に低下するので、幅ｄで示す理論空燃比のごく
近傍範囲でないと、３元触媒はその機能を十分に発揮で
きない。そこで、従来の３元触媒を利用した空気浄化シ
ステムにおいては、酸素量を検出する酸素センサおよび
実際の空燃比を理論空燃比に制御する電子制御燃料供給
装置が必要となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、自動車
用エンジンのように電子制御燃料供給装置が適用される
ことが一般的になっているエンジンの場合は、上記理論
空燃比に調整する３元触媒システムを採用することがで
きるが、各種作業機に広く使用される汎用エンジンの場
合、高価な電子制御燃料供給装置を組み込むことはコス
ト的に非常に難しい。

【０００５】また、汎用エンジンの場合、価格を下げる
ために機械的ガバナが採用されるのが一般的であるか
ら、空燃比を図５のｄの範囲に制御することができな
い。さらに汎用エンジンはガバナ作動線上で運転され、
大出力負荷の作業が長時間継続して行われることが多い
ので、自動車用エンジンに比べて排気ガス中の有害成
分、特にＣＯ、ＨＣの量が多くなるので、それらの有害
成分を安価かつ効率的に除去することが望まれている。
本発明の目的は上記課題に鑑み、汎用エンジンにおいて
比較的簡単な構成で安価にＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの低減を
行える排ガス後処理装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、例えば、図１に示すように、機
械式ガバナを採用した汎用エンジンに使用される排ガス
後処理装置であり、排ガス導入口２と排ガス排出口４を
備えたケーシング３を有しており、ケーシング３内の上
流側に設けられた３元触媒機能部（３元触媒室５）と、
３元触媒機能部５を経た排気ガスに２次空気を供給する
２次空気供給部（２次空気供給室６）と、２次空気供給
部６により酸素過剰状態になった排気ガスが通過する酸
化触媒機能部（酸化触媒室７）を備えたことを特徴とす
る。請求項２に記載の発明は、前記汎用エンジンの機械
式ガバナが、全負荷（４／４）時の空燃比が理論空燃比
より小さな値となるように設定されていることを特徴と
する。

【０００７】

【発明の作用】請求項１の発明によれば、エンジンの排
気ポート、排気マニホルドを経た排気ガスは、排ガス導
入口２から排ガス後処理装置１に導入され、上流側の３
元触媒機能部５により少なくともＮＯｘを低減する。そ
して２次空気供給部６において、３元触媒機能部５を経
た排気ガスに２次空気を供給することにより排気ガスを
酸素過剰状態にし、酸化触媒機能部７によりＨＣ、ＣＯ
などの有害物質の酸化を促進して未燃物質を低減する。
このように本発明によれば、排気ガス中のＮＯｘ，Ｈ
Ｃ，ＣＯを一度に低減できる３元触媒を通した後、Ｈ
Ｃ，ＣＯを低減する酸化触媒を酸素過剰状態で作用させ
ることができるので、空燃比が所定範囲ｄに制御できな
い機械ガバナ式の汎用エンジンにおいても、ＮＯｘ，Ｈ
Ｃ，ＣＯを一度に低減する３元触媒と同等の効果を得る
ことができる。

【０００８】請求項２の発明によれば、汎用エンジンの
機械式ガバナが、全負荷（４／４）時の空燃比が理論空
燃比より小さな値（例えば図５においてＱ）となるよう
に設定されているので、エンジンの馬力を高い状態で運
転することができる。空燃比が理論空燃比より小さな値
でエンジンを運転すると酸素欠乏により、ＣＯ，ＨＣの
生成量が増えることはよく知られているが、この場合で
も図５から分かるように３元触媒機能部５において空燃
比が理論空燃比より小さな値ＱでもＮＯｘの低減率（転
化率）は十分に大きいので、少なくとも３元触媒機能部
５においてＮＯｘは低減できるとともに、酸化触媒機能
部７においてＨＣ，ＣＯを低減できることになる。した
がって、汎用エンジンにおいて馬力を大きくするために
空燃比を理論空燃比Ｐより小さな値Ｑに設定しても、排
気ガス中のＮＯｘ，ＨＣ，ＣＯを十分に低減することが
可能になる。

【０００９】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明は、
機械ガバナ式の汎用エンジンにおいても、理論空燃比近
くで運転されている時間域ではＮＯｘ，ＨＣ，ＣＯを一
度に低減する３元触媒の機能を完全に発揮することがで
き、また、理論空燃比を外れた空燃比で運転される場合
でも３元触媒機能部においてＮＯｘの除去と少ないなが
らもＨＣ，ＣＯ低減機能を発揮させることができ、酸化
触媒でのＨＣ，ＣＯ低減機能と合わせれば、ＨＣ，ＣＯ
低減機能を２段階で行うことができ、排ガスをより清浄
化できるという特有の効果を奏する。請求項２の発明
は、汎用エンジンにおいて馬力を大きくするために空燃
比を理論空燃比より小さな値としても、排気ガス中のＮ
Ｏｘ，ＨＣ，ＣＯを十分に低減することが可能になると
いう特有の効果を奏する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る排ガス後
処理装置の第１実施形態を示す一部切欠斜視図、図２は
その正面図である。

【００１１】この排ガス後処理装置１は、エンジンの排
気マニホールドに連通する排気ガス導入口２と、排ガス
後処理装置１のケーシング３の前後方向において排気ガ
ス導入口２と反対側に設けられた排気ガス排出口４とを
有している。ケーシング３内は円筒状の３つの部屋に区
画されており、排気ガスが流れる順に、排気ガスが最初
に入る円筒形の３元触媒室５と、３元触媒室５よりも小
さい円筒形の２次空気供給室６と、３元触媒室５と同径
の円筒形の酸化触媒室７とを有している。

【００１２】なお、３元触媒室５は略蜂の巣状の担体に
３元触媒が付着されて構成されており、酸化触媒室７も
同じく略蜂の巣状の担体に酸化触媒が付着されて構成さ
れている。２次空気供給室６には空気導入管８が突入さ
れ、エアポンプなどによりエアクリーナを経た２次空気
が２次空気供給室６に導入されるようになっている。ま
た、この排ガス後処理装置１が使用されるエンジンには
機械式ガバナが採用され、全負荷（４／４）時の空燃比
が理論空燃比より小さな値（燃料が豊富な状態）となる
ように設定されている。

【００１３】排気ガス導入口２から３元触媒室５に入っ
た排気ガスは、３元触媒により主にＮＯｘが低減され
る。また、図５に示すように空燃比が理論空燃比Ｐより
小さな値Ｑであっても、ＨＣ，ＣＯの低減効果はあるの
で、３元触媒室５を経た排気ガスはＮＯｘのほとんどを
低減でき、ＨＣ，ＣＯをある程度まで低減できた状態と
なる。次いで、２次空気供給室６において２次空気を導
入することにより、酸素過剰状態とでき、酸化触媒室７
における酸化反応を高め、３元触媒室５で処理できなか
ったＨＣ，ＣＯのほとんどを除去することができる。こ
のように構成することにより、エンジンの高出力化と低
公害化を達成することができる。

【００１４】なお、空気導入管８の先端部は２次空気供
給室６に導かれる空気が排気ガスの全域に亘ってほぼ均
一に拡散されるように、２次空気供給室６の中心位置ま
で延出されている。また、３元触媒室５および酸化触媒
室７の直径を２次空気供給室６の直径よりも大きくし、
３元触媒室５および酸化触媒室７において排気ガスを膨
張させることにより消音効果を持たせるようにしてい
る。

【００１５】さらに、図２において想像線１０で示すよ
うに３元触媒室５において膨張した排気ガスが直径の小
さな２次空気供給室６に流れ込むときに、傾斜したガイ
ド円錐部１１によって中心方向に向かう流れができ、空
気導入管８から２次空気が排気ガスと均一に混合できる
ように構成している。なお、空気導入管８の先端部から
酸化触媒室７までの距離が長いほど、排気ガスと酸素の
混合が良く行われ酸化触媒室７でのＨＣ，ＣＯの低減効
率を高めることができるが、あまり長くしすぎると排気
ガスの温度が低下して反応が抑制されるので適当な長さ
に設定する。

【００１６】

【実施形態２】図３はこの発明に係る排ガス後処理装置
の第２実施形態を説明するための概略構成図である。こ
の実施形態に係る排ガス後処理装置１２は、排気マニホ
ルド１３に連通するマフラケーシング３の排ガス導入口
２から順に第１膨張室１４、３元触媒室１５、第２膨張
室を兼ねる２次空気供給室１６、酸化触媒室１７、第３
膨張室１８を設け、２次空気供給室１６に空気導入管８
を突入させている。

【００１７】エアクリーナ１９を介した空気は吸気管２
０によりエンジンの燃焼室に吸気されるが、その吸気管
２０に空気吸入管２１を設け、吸気管２０内の空気をエ
アポンプ２２で吸い込み、エアポンプ２２から、空気導
入管８により２次空気供給室１６に２次空気を供給し、
冷却隙間用空気導入管２３によりマフラケーシング３と
防熱カバー２４の間の冷却隙間２５に空気を供給するよ
うに構成している。防熱カバー２４はマフラケーシング
７の全周を外側から覆うように設けられ、冷却隙間２５
に空気を流すことにより、マフラ温度の冷却と排気ガス
の温度低下を達成するようにしている。

【００１８】エアポンプ２２には酸化触媒用の空気導入
管８の空気圧送口２６と、冷却隙間用空気導入管２３の
空気圧送口２７との２つの圧送口が設けられている。な
お、空気導入管８は途中にリード弁２８を有しており、
冷却隙間用空気導入管２３は制御弁２９を有している。
この第２実施形態は、エアポンプ２２に能力の大きなも
のを使用することにより、酸化触媒室１７の酸化触媒に
空気を供給する機能と、マフラ自体を冷却するための冷
却隙間２５に冷却風を供給する機能とを兼ねさせるもの
である。このように構成することにより、一つのエアポ
ンプ２２で酸化触媒室１７への２次空気の供給とマフラ
の冷却とを同時に行なうことができ、低コストで実施で
きることになる。

【００１９】

【実施形態３】図４（Ａ）はこの発明に係る排ガス後処
理装置の第３実施形態を説明するための縦断正面図、図
４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂ線縦断側面図、図４
（Ｃ）は図４（Ａ）のＣ−Ｃ線縦断側面図である。この
排ガス後処理装置３０においては、エンジンの排気マニ
ホルド１３に略円筒状マフラ３１を接続し、この略円筒
状マフラ３１を多孔管状の内筒３２と外筒３３との二重
管構造に構成し、内筒３２の内部空間を第１膨張室３４
に形成し、内筒３２の外側で外筒３３の内部空間を第２
膨張室３５に形成し、内筒３２の両端部に排ガス導入口
２（マフラ入口）と排ガス排出口４（マフラ出口）とを
位置させた構成になっている。外筒３３の前側端部と後
側端部はそれぞれ内筒３２に密着するように径が小さく
なっている。

【００２０】また、第２膨張室３５内に円筒状触媒層３
７を外嵌状に収容配置し、排気をその円筒状触媒層３７
に通過させて浄化可能に構成している。円筒状触媒層３
７は上流側の半分域が３元触媒層３８とされ、下流側の
半分域が酸化触媒層３９とされている。３元触媒層３８
と酸化触媒層３９の境界部には、第２膨張室３５におけ
る円筒状触媒層３７の内側域から第１膨張室３４に至る
部分を区画する仕切壁４０を設けており、第１、第２膨
張室３４，３５をマフラの長さ方向に略均等に２分割し
ている（図４（Ａ）において３４ａ，３４ｂ，３５ａ，
３５ｂ参照）。

【００２１】外筒３３の前後方向の中央部位置、即ち仕
切壁４０が設けられた対応位置には、円環状の空気案内
帯路４１が周設され、その空気案内帯路４１の一部に空
気導入管８を突入させ、空気案内帯路４１域内の外筒３
３の周面に多数の通気口４２を設け、空気導入管８から
導入された２次空気が周面の通気口４２を経て下流側の
第２膨張室３５ｂ内に流れ込むように構成している。

【００２２】酸化触媒層３９には発泡金属、即ち、多孔
質の耐熱金属の表面に白金、パラジウム、ロジウムなど
の活性金属を担持させたものが使用される。なお、発泡
金属の通気程度は排気抵抗との関係で適宜、選定され
る。３元触媒層３８には多孔質の耐熱金属の表面に白
金、ロジウムなどの活性金属、セリウムなどの補助物質
を担持させたものが使用される。

【００２３】上記構成の排ガス後処理装置の作用につい
て説明する。排気ガスは、マフラの排ガス導入口２から
前後方向の上流側半分域に導入される。即ち、マフラの
排ガス導入口２→第１膨張室３４ａ→内筒３２の多孔→
３元触媒層３８→３元触媒層３８と外筒３３の間の空間
を通過して、通気口４２からの２次空気により酸素過剰
の状態となる。その後、再び外筒３３と酸化触媒層３９
の間の空間→酸化触媒層３９→内筒３２の多孔→第１膨
張室３４ｂ→排ガス排出口４というように導かれ、排出
される。ここで、空気導入管８を空気案内帯路４１を介
して外筒３３と酸化触媒層３９の間の空間に連通させて
いるので、排気の流れによる圧力損失が生じて空気導入
管８を介して２次空気がスムーズに排ガス後処理装置で
ある略円筒状マフラ３１内に導入される。

【００２４】また、上記３元触媒層３８および酸化触媒
層３９はそれぞれ内筒３２に外嵌可能な円筒状に構成さ
れてその表面積を大きく形成できるので、排気ガスは大
きな表面積を有する３元触媒層３８を通過する際に主に
ＮＯｘが低減され、大きな表面積を有する酸化触媒層３
９を通過する際に排気中のＣＯは２次空気中のＯ₂と反
応してＣＯ₂に，また、ＨＣはＯ₂と反応してＣＯ₂とＨ₂
Ｏにそれぞれ円滑に変換され低減される。

【００２５】さらにこの実施形態の構成であると、３元
触媒層３８および酸化触媒層３９は第２膨張室３５ａ，
３５ｂ内に通路横断状にではなく、内筒３２に沿うよう
に配置されるので背圧が大きくなることはなく、３元触
媒層３８および酸化触媒層３９が吸音部材としても機能
するので、排気音を小さくすることができる利点があ
る。この発明は上記実施形態に限定されるものではな
く、この発明の要旨を変更しない範囲内において種々の
設計変更を施すことが可能である。以下、そのような実
施形態を説明する。

【００２６】（１）前記第１実施形態〜第３実施形態に
おいて３元触媒、酸化触媒の配設構成の一例を示した
が、本発明はこれらの配設構成のみに限定されるもので
はない。例えば３元触媒層３８を内側に酸化触媒層３９
を外側に同心円筒状に配設して、３元触媒層３８と酸化
触媒層３９との間の空間を２次空気供給室とし、３元触
媒層３８、酸化触媒層３８を内側から外側に通過した排
気ガスを外部に放出するように構成することも可能であ
る。なお、この場合は３元触媒層３８の排ガス排出口４
側の端部を閉じて、３元触媒層３８の内側において排気
ガスが素通りすることを防止して、酸化触媒層３９を経
た排気ガスのみが排出するように構成することが必要で
ある。

【００２７】（２）第２実施形態において冷却隙間２５
に導入する空気は、必ずしも常時流す必要はない。エン
ジン周囲の温度が低い時は、マフラの温度も低いので、
制御弁２９を閉じて酸化触媒に流す空気の量を増やして
もよい。そのような構成の場合、マフラあるいはエンジ
ンの温度を検出する温度センサと検出温度に基づいて制
御弁２９を制御する手段が設けられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る排ガス後処理装置の第１実施形態
を示す一部切欠斜視図である。

【図２】第１実施形態の排ガス後処理装置の正面図であ
る。

【図３】この発明に係る排ガス後処理装置の第２実施形
態を説明するための概略構成図である。

【図４】図４（Ａ）はこの発明に係る排ガス後処理装置
の第３実施形態を説明するための縦断正面図、図４
（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂ線縦断側面図、図４（Ｃ）
は図４（Ａ）のＣ−Ｃ線縦断側面図である。

【図５】横軸に空燃比、縦軸に転化率をとり、空燃比に
よって３元触媒においてＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの転化率が
どのように変化するかを示した図である。

【符号の説明】

２…排ガス導入口、３…ケーシング、４…排ガス排出
口、５，１５…３元触媒室６，１６…２次空気供給室、
７，１７…酸化触媒室、３３…外筒、３８…３元触媒
層、３９…酸化触媒層、４１…空気案内帯路、４２…通
気口。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機械式ガバナを採用した汎用エンジンに
使用される排ガス後処理装置であり、排ガス導入口(2)
と排ガス排出口(4)とを備えたケーシング(3,33)を有し
ており、ケーシング(3,33)内の上流側に設けられた３元
触媒機能部(5,15,38)と、３元触媒機能部(5,15,38)を経
た排気ガスに２次空気を供給する２次空気供給部(6,16,
41,42)と、２次空気供給部(6,16,41,42)により酸素過剰
状態になった排気ガスが通過する酸化触媒機能部(7,17,
39)とを備えたことを特徴とする、汎用エンジンの排気
ガス後処理装置。
【請求項２】前記汎用エンジンの機械式ガバナが、全
負荷(4/4)時の空燃比が理論空燃比より小さな値となる
ように設定されている請求項１に記載の汎用エンジンの
排気ガス後処理装置。