JPH10212939A - 2サイクル内燃エンジン用マフラー - Google Patents

2サイクル内燃エンジン用マフラー

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JPH10212939A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽量で、駆動が容易で、かつ、比較的簡単な
構成で、効率的に空気を供給できる2サイクル内燃エン
ジンのマフラーの空気供給装置を提供する。 【解決手段】 内燃エンジンの排気口から噴出した排ガ
スが導入される膨張室と、該膨張室に外部空気を供給す
る空気供給装置とを備え、前記空気供給装置が、前記内
燃エンジンのクランク室の圧力脈動を利用して駆動され
ると共に、ダイヤフラムポンプからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、刈払機やチェーン
ソー等の可搬式小型作業機用として好適な小型空冷2サ
イクルガソリン内燃エンジンのマフラーに関し、特に、
排ガス規制に対拠すべく酸化触媒を内蔵させたマフラー
の空気供給装置に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、刈払機やチェーンソー等の可搬式
作業機に使用される小型空冷2サイクルガソリン内燃エ
ンジンにおいては、環境問題の高まりから、該小型空冷
2サイクルガソリン内燃エンジンから排出される排ガス
中のHC、CO、NOx等を大幅に低減浄化することが
強く要望されて来ており、例えば、アメリカ合衆国のカ
リフォルニア州における排ガス規制法案、所謂カーブ
(CARB)1999では、西暦1999年からは、C
Oを130g/bhp-h 以下、トータルHC(THC)を5
0g/bhp-h 以下、NOxを4g/bhp-h 以下に低減するこ
とが求められている。
【0003】このような排ガス規制に対拠するため、例
えば、内燃エンジンの燃焼室やシリンダの吸排気口や掃
気口の形状等を改善したり、排気系に酸化触媒等の排ガ
ス浄化手段を配設する等、これまでにも様々な提案がな
されているが、未だ満足できる成果は得られていない。
【0004】本発明の出願人においても、排ガス規制の
対策案の一つとして、先に、エンジン本体に配設したマ
フラー内にエンジンの排気口から噴出した排ガスを直接
導入するようになすととともに、マフラーに排ガス浄化
用の酸化触媒を特定の態様で内蔵させたもの、具体的に
は、例えば、特願平7−272959号に所載のよう
に、織物状の酸化触媒を火の粉防止用金網に重ねるとと
もにその外周端縁部の全部又は大部分に前記金網の外周
部に設けられた折り返し部を被せて側面視概略U字乃至
V字状の酸化触媒組立体を形成し、この酸化触媒組立体
をマフラー内に配設したもの(従来例1)、あるいは、
特願平7−343092号に所載のように、マフラーの
排ガス導入部に通気性を有する金属発泡体からなる酸化
触媒を配設したもの(従来例2)等を提案している。
【0005】しかし、前記従来例1及び2の酸化触媒内
蔵マフラーにあっては、マフラー自体の構造、酸化触媒
の材質形状、配置態様等が排ガス浄化性能を充分に引き
出しているとはいえず、また、マフラーのエンジンへの
取付性、組立性、設計自由度等を向上させる手段は特に
講じられておらず、排ガスが酸化触媒との反応(酸化燃
焼)により昇温されることによる弊害等についても格別
の配慮は払われていなかった。
【0006】そこで、本出願人は、前記点に配慮した小
型空冷2サイクルガソリン内燃エンジンのマフラーを特
願平8−84260号、及び、特願平8−84324号
として提案(改良案)している。前記マフラーは、内燃
エンジンの排気口から噴出した排ガスが導入される膨張
室を備え、該膨張室が仕切板により第一の膨張室と第二
の膨張室とに縦方向に分割されると共に、前記仕切板に
通気性を有する金属発泡体からなる酸素触媒が配置さ
れ、前記排ガスが前記第一の膨張室から前記酸化触媒内
を通って前記第二の膨張室に導かれるようになってい
る。そして、特に、前記特願平8−84324号では、
排ガス中のCO成分を効果的に低減できるように、前記
第一の膨張室の前記排ガスの導入部近傍に、導入した排
ガスの噴流を利用してマフラー外部から空気を前記膨張
室に吸入する外気吸入手段を設けたものを提案してい
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記改良案
のマフラーは、排ガスの噴流を利用して外部から空気を
導入しているが、排ガスの噴流の力のみでは、充分にC
O成分を低減するに必要な空気量を供給することができ
ないと云う問題が生じる。即ち、排ガス中のCO成分を
低減するには、該COと空気中のO2 とを反応させてC
2 を生成することが必要となるが、排ガスの噴流でマ
フラー内に吸入される空気が少ないとO2も少なくなる
ので、CO成分のCO2 への反応が少なくなり、CO成
分を充分に低減できないと云う問題がある。
【0008】また、自動車あるいは自動二輪車等の4サ
イクルエンジンにおいては、動力によって強制駆動され
るエアポンプによって外部から空気をマフラーに供給す
る手段が提案されているが、前記エアポンプ自体が高価
であると共に、重く、かつ、特別な駆動装置を必要とす
るので、可搬式の小型作業機用の小型空冷2サイクルガ
ソリンエンジンのマフラーに適用できるものではない。
【0009】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、軽量で、駆動が容
易で、かつ、比較的簡単な構成で、効率的に空気を供給
できる2サイクル内燃エンジンのマフラーの空気供給装
置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成すべ
く、本発明に係る2サイクル内燃エンジンのマフラー
は、前記内燃エンジンの排気口から噴出した排ガスが導
入される膨張室と、該膨張室に外部空気を供給する空気
供給装置と、前記膨張室内に配置された浄化部材とを備
え、前記空気供給装置が、前記内燃エンジンのクランク
室の圧力脈動を利用して駆動されると共に、ダイヤフラ
ムポンプであることを特徴としている。
【0011】そして、本発明の具体的態様としては、前
記ダイヤフラムポンプが、ダイヤフラムによって区画分
離されている受圧駆動室と背圧作動室、及び、吸入弁片
と排出弁片とを有する弁機構とを備え、前記受圧駆動室
は前記クランク室に連通し、前記背圧作動室は前記吸入
弁片を介して外気に連通すると共に前記排出弁片を介し
て前記膨張室に連通していることを特徴としている。
【0012】また、本発明の他の具体的態様としては、
前記膨張室が、前記空気供給装置に連通する空気流入管
を備えると共に、その排ガス導入部近傍に、排ガスがそ
の内部を吹き抜けるように配置されたベンチュリ管を備
え、該ベンチュリ管のスロート部内に前記空気流入管が
連通接続されていることを特徴としている。
【0013】このような構成とされた本発明の2サイク
ル内燃エンジンのマフラーにおいては、エンジンの排気
口から噴出した排ガスは、まず、第1の膨張室に音速に
近い速度で導入されてそこで膨張拡散せしめられ、それ
によって排気音が減衰せしめられる。一方、前記ダイヤ
フラムポンプは、前記内燃エンジンのクランク室の圧力
変動に基づいてポンプ作用を行い、空気導入管から外部
空気を吸い込み、空気排出管を介して、前記マフラーの
膨張室内に噴出させる。
【0014】前記膨張室に導入された排ガスは、前記空
気流入管から噴出される空気と混合される。このよう
に、前記マフラーの膨張室内に前記ダイヤフラムポンプ
によって外部空気を強制的に供給することで、前記第一
の膨張室内の酸素量が増加するため、一酸化炭素の酸化
作用が増進され、CO成分が大幅に低減される。
【0015】また、マフラーへの空気の供給装置とし
て、ダイヤフラムポンプを用いたので、前記内燃エンジ
ンのクランク室の圧力脈動を利用して前記ダイヤフラム
ポンプを駆動することができ、特別のポンプ駆動手段を
必要としない。
【0016】更に、前記ダイヤフラムポンプは、前記弁
片が逆止弁の役目をするので、前記マフラー内の排ガス
が前記空気流入管を介して前記ダイヤフラムポンプ流入
するようなことがあっても、前記弁片によって阻止さ
れ、外部に漏洩することがない。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係るマフ
ラーの空気供給装置を小型空冷2サイクルガソリン内燃
エンジン(以下、内燃エンジンという)と共に示したも
のである。図1において、内燃エンジン1には、マフラ
ー20が取付固定されていると共に、空気供給装置であ
るダイヤフラムポンプ70が前記内燃エンジン1と前記
マフラー20に接続されている。
【0018】前記内燃エンジン1は、刈払機やチェーン
ソー等の可搬式作業機の動力源として組み込まれるシュ
ニューレ掃気式の小型空冷2サイクルガソリン内燃エン
ジンとされ、排気量は例えば23cc程度のものであ
る。この内燃エンジン1は、点火プラグ15が配置され
た半球形の燃焼室5を有するシリンダ2と、その下側に
連結されたクランクケース3とを備え、前記シリンダ2
にはピストン4が嵌挿されるとともに、図1で見てその
左右に、気化器の混合気供給通路部8が接続された吸気
口7と、後述する前記マフラー20が接続される排気口
10がそれぞれ所定の態様で設けられ、さらに、図1で
見てその前後に一対の掃気口(図示せず)がそれぞれ所
定の態様で設けられている。
【0019】また、通常の内燃エンジンと同様に、前記
ピストン4の上下方向の往復運動は、コンロッド11を
介して、クランク室6内に配置されたバランスウエイト
14を備えたクランクシャフト12の回転運動に変換さ
れ、その軸出力が前記可搬式作業機の動力として利用さ
れるようになっている。
【0020】そして、前記のような構成の内燃エンジン
1の前記シリンダ2における前記排気口10側の外側部
に、前記マフラー20が断熱板22を介して取り付けら
れている。このマフラー20は、縦方向(前記内燃エン
ジン1の高さ方向)に配置された仕切り板40により仕
切られた第一の膨張室31と第二の膨張室32とを有し
ている。なお、前記仕切り板40には、熱伝導率が通常
の炭素鋼板に比して1/3程度と小さなステンレス(S
US)板が用いられている。
【0021】前記第一の膨張室31は、図1で見て左右
両側が開口した箱状乃至筒状の内壁パネル41及び右側
開口の外壁パネル36からなる二重壁部と前記仕切り板
40とにより直方体状に形成されており、前記外壁パネ
ル36は、前記排気口10外側部に対応する部分に補強
板材24が接合されるとともに、前記排気口10から噴
出する排ガスを前記マフラー20に導入するための排気
導入口27が形成されている。前記内壁パネル41と前
記外壁パネル36とにおける接合部分以外の部位は、適
宜の間隔だけ離隔せしめられて空気層Saが形成されて
いる。
【0022】一方、前記第二の膨張室32は、左側開口
の箱状乃至筒状の内壁パネル42と外壁パネル37とか
らなる二重壁部と前記仕切り板40とにより直方体状に
形成されている。前記内壁パネル42における前記内燃
エンジン1側に形成された折曲張出部42aに前記外壁
パネル37の対応部分が溶接等により接合されており、
前記内壁パネル42と外壁パネル37とにおける前記接
合部分以外の部位は適宜の間隔だけ離隔せしめられてそ
れらの間に空気層Sbが形成されている。
【0023】そして、前記第一の膨張室31及び第二の
膨張室32のそれぞれの外壁を形成する前記外壁パネル
36,37の鍔状外端部間に前記仕切り板40の外周部
が挟まれて所定数のボルト−ナット45、45により気
密的に締結されている。
【0024】また、前記外壁パネル36,37における
上面部の前記仕切り板40に近い側には、所要数の小判
形状乃至レーストラック形状の開口38,39が横並び
に形成され、前記空気層Sa、Sbが外部と連通してい
る。
【0025】前記仕切り板40の下部には、それを厚み
方向に貫くように、言い換えれば前記第一の膨張室31
及び第二の膨張室32の両方に突出するように、通気性
を有する発泡体を成形した直方体状の酸化触媒50が、
排ガス浄化部材として配置されている。前記酸化触媒5
0は、シェル52に嵌挿した後、前記シェル52の下面
部左端中央及び上面部右端中央に設けられた抜止爪52
a,52bを折り曲げることにより、交換自在に係止す
るようになっている。
【0026】一方、前記仕切り板40における前記酸化
触媒50より上側の、前記内燃エンジン1の排気口10
及び前記排気導入口27と略同じ高さ位置で、当該マフ
ラー20が前記内燃エンジン1のシリンダ2に、左右二
本のボルト54、54により取付固定されている。
【0027】また、前記第二の膨張室32における右上
隅部付近には、排ガスを外部に放出するための排ガス放
出口を構成するテールパイプ60が支持ブラケット59
により支持され、前記テールパイプ60の長さ、口径等
は、出力向上と騒音減衰の面からみて最適の寸法に設定
される。前記マフラー20の容積は、同程度の排気量の
エンジンに付設するものとしては比較的大きくされてお
り、前記した従来例1及び2のものの容積の1・5〜2
倍程度(排気量の18倍程度)とされている。
【0028】更に、前記マフラー20の上部左側には、
外部から前記マフラー20の第一の膨張室31内に嵌挿
された空気流入管53が接続固定されている。前記空気
供給装置であるダイヤフラムポンプ70は、可撓性のダ
イヤフラム71によって区画分離されている受圧駆動室
72と背圧作動室73とを備えていると共に、弁機構7
7と閉鎖板体81とを備えている。前記受圧駆動室72
は接続管75を備え、該接続管75と接続チューブ76
を介して前記内燃エンジン1の前記クランク室6に連通
している。
【0029】一方、前記背圧作動室73は、空気を導入
・排出する二つの開孔73a、73bを備え、前記弁機
構77は、二枚の弾性薄板体78、79と該二枚の弾性
薄板体78、79間に介在した薄板弁シート体80との
積層構造をしており、前記弁機構77は、前記閉鎖板体
81と前記背圧作動室73との間に挟持され、適宜固定
手段によって一体に取付固定されている。
【0030】前記閉鎖板体81は、前記二つの開孔73
a、73bと同心の空気導入管82と空気排出管83と
を備えおり、前記薄板弁シート体80も、前記二つの開
孔73a、73bと同心で、該開孔73a、73bより
も小径の開孔80a、80bを備えている。
【0031】前記一方の弾性薄板体78は、前記空気導
入管82側に、前記背圧作動室73方向に揺動する吸入
弁片78aを備えると共に、他方の前記弾性薄板状体7
9は、空気排出管83側に、前記背圧作動室73と反対
方向に揺動する排出弁片79aを備えている。また、前
記二枚の弾性薄板体78、79の各々は、前記弁片78
a、79aの各々の無い側の前記二つの開孔73a、7
3bに対応する部分に連通用開孔78b,79bを形成
している。
【0032】前記空気排出管83は、接続チューブ84
を介して前記マフラー20の前記空気流入管53に接続
されている。したがって、前記内燃エンジン1の前記ピ
ストン4が上下に往復動して、前記クランク室6内の圧
力が変動すると、該圧力変動(圧力脈動)が前記ダイヤ
フラムポンプ70の前記受圧駆動室72内に導かれ、該
受圧駆動室72内の圧力を変動させる。前記受圧駆動室
72内の圧力脈動に基づいて前記ダイヤフラム71が振
動し、前記背圧作動室73内の圧力を変動させる。
【0033】前記一方の弾性薄板体78の吸入弁片78
aは、前記背圧作動室73が負圧の場合は、屈曲して前
記空気導入管82から外部空気を前記背圧作動室73に
導入するが、該背圧作動室73が外気よりも高い圧力に
なった時は、前記薄板弁シート80に着座して前記吸入
開孔80aを閉鎖し、外部空気の流入を阻止する。ま
た、前記他方の弾性薄板体79は、前記背圧作動室73
が負圧の場合は、前記薄板弁シート80に着座して前記
排出開孔80bを閉鎖し、空気の前記空気排出管83へ
の排出を阻止し、前記背圧作動室73内の圧力が前記空
気排出管83内の圧力より高くなると屈曲して前記空気
排出管83に前記背圧作動室73内から空気を排出す
る。
【0034】このような構成とされた本実施形態のダイ
ヤフラムポンプ70を有するマフラー20を備えた内燃
エンジン1においては、該内燃エンジン1の排気口10
から噴出した排ガスが、まず、図1における一点鎖線矢
印で示される如くに、第一の膨張室31に音速に近い速
度で導入されてそこで膨張拡散せしめられ、それによっ
て排気音が減衰せしめられる。
【0035】一方、前記ダイヤフラムポンプ70は、前
記内燃エンジン1のクランク室6の圧力変動(脈動)に
基づいてポンプ作用を行い、前記空気導入管82から外
部空気を吸い込み、前記空気排出管83に排出する。前
記空気排出管83に導かれた空気は、前記接続チューブ
84を介して前記マフラー20の前記空気流入管53に
導かれ、該空気流入管53から前記マフラー20の第一
の膨張室31内に噴出される。
【0036】前記第一の膨張室31に導入された排ガス
は、前記空気流入管53から噴出される空気と混合さ
れ、前記仕切り板40を隔てて隣接配置されている第二
の膨張室32との圧力差により、前記仕切り板40を貫
くように配置された前記酸化触媒50の露出側面からそ
の内部に入り、その内部に形成されている小孔を通じて
前記第二の膨張室32に導かれる。この際、排ガスは前
記酸化触媒50の作用により、第一の膨張室31内の空
気中に含まれる酸素と効率良く反応(酸化燃焼)し、排
ガス中に含まれるTHCが大幅に低減される。そして、
前記第二の膨張室32の上部に配置されたテールパイプ
60を介して外部に放出される。
【0037】また、前記マフラー20の第一の膨張室3
1内に前記ダイヤフラムポンプ70によって外部空気を
強制的に供給することで、前記第一の膨張室31内の酸
素O2 量が増加するため、一酸化炭素COの酸化作用が
増進され、CO成分も大幅に低減される。
【0038】また、本実施形態においては、マフラー2
0への空気の供給装置としてダイヤフラムポンプ70を
用いたので、前記内燃エンジン1のクランク室6の圧力
脈動を利用して前記ダイヤフラムポンプ70を駆動する
ことができ、特別のポンプ駆動手段を必要としない。
【0039】更に、前記ダイヤフラムポンプ70は、前
記弁片78a、79aが逆止弁の役目をするので、前記
マフラー20内の排ガスが前記空気流入管53を介して
前記ダイヤフラムポンプ70内に流入するようなことが
あっても、前記弁片78a、79aによって阻止され、
外部に漏洩することがない。
【0040】更にまた、前記ダイヤフラムポンプ70
は、構成が簡単で、軽く、かつ、小型にできるので、そ
の取付位置に制約が少なく、手持式小型作業機用の内燃
エンジンへの装備に適している。以上、本発明の一実施
形態について詳述したが、本発明は、前記実施実施形態
に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され
た発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において、種々
の変更ができるものである。
【0041】例えば、外部空気のマフラーへの吸入手段
として、図2に示すように、ベンチュリ管25を付加す
ることもできる。即ち、前記内燃エンジン1の排気口1
0から排出される排ガスがその内部を吹き抜けるよう
に、該排ガスの噴流方向に沿って前記ベンチュリ管25
を配置し、該ベンチュリ管25のスロート部25aに前
記空気流入管53を接続する構成とする。前記ベンチュ
リ管25は、前記補強板材24に溶接等で固定されてい
る。
【0042】前記排気口10から排出される排ガスは、
前記ベンチュリ管25を吹き抜ける際に、該吹き抜け噴
流によって、前記スロート部25aに連通している前記
空気流入管53の終端部付近を負圧とし、前記ダイヤフ
ラムポンプ70から送られてきた空気を、更に吸引する
ように作用させる。この作用によって、外部空気を効果
的に前記マフラー20の第一の膨張室31に流入させる
ことができると共に、前記ダイヤフラムポンプ70のポ
ンプをより小形のものとすることができる。
【0043】また、必要に応じて、異物の侵入防止のた
めに、前記空気導入管82に適宜のフィルターを介装せ
しめたり、前記空気流入管53に至る空気流路に、流量
調整手段を介装せしめてもよい。
【0044】
【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明に係る2サイクル内燃エンジン用マフラーの空気供給
装置は、該空気供給装置を用いてマフラーの膨張室に外
部空気を強制的に供給するべくしたので、マフラー内の
排ガス、特に、一酸化炭素(CO)の浄化性能を向上さ
せることができる。
【0045】また、前記内燃エンジンのクランク室の圧
力脈動を利用して前記空気供給装置を駆動する構成とし
たので、該空気供給装置を駆動するための格別な駆動装
置を必要としない。更に、前記空気供給装置として、ダ
イヤフラムポンプを使用したので、軽く、かつ、小型に
できるので、その取付位置に制約が少なく、手持式小型
作業機用の内燃エンジンへの装備に適している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るマフラーの一実施形態を、それが
取り付けられた2サイクルエンジンと共に示す縦断面
図。
【図2】本発明に係るマフラーの空気供給装置の他の実
施形態であって、ベンチュリ管が取り付けられたマフラ
ーの部分縦断面図。
【符号の説明】
1…2サイクル内燃エンジン 6…クランク室 10…排気口 20…マフラー 25…ベンチュリ管 25a…スロート部 31…第1の膨張室 53…空気流入管 70…空気供給装置(ダイヤフラムポンプ) 71…ダイヤフラム 72…受圧駆動室 73…背圧作動室 77…弁機構 78a…吸入弁片 79a…排出弁片

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2サイクル内燃エンジン1の排気口10
    から噴出した排ガスが導入される膨張室31と、該膨張
    室31に外部空気を供給する空気供給装置70と、前記
    膨張室31内に配置された浄化部材50とを備えたマフ
    ラー20において、 前記空気供給装置70は、前記内燃エンジン1のクラン
    ク室6の圧力脈動を用いて駆動されることを特徴とする
    2サイクル内燃エンジンのマフラー。
  2. 【請求項2】 前記空気供給装置は、ダイヤフラムポン
    プ70であることを特徴とする請求項1に記載の2サイ
    クル内燃エンジンのマフラー。
  3. 【請求項3】 前記ダイヤフラムポンプ70は、ダイヤ
    フラム71によって区画分離されている受圧駆動室72
    と背圧作動室73、及び、吸入弁片78aと排出弁片7
    9aとを有する弁機構77とを備え、前記受圧駆動室7
    2は前記クランク室6に連通し、前記背圧作動室73は
    前記吸入弁片78aを介して外気に連通すると共に前記
    排出弁片79aを介して前記膨張室31に連通している
    ことを特徴とする請求項2に記載の2サイクル内燃エン
    ジンのマフラー。
  4. 【請求項4】 前記膨張室31は、前記空気供給装置7
    0に連通する空気流入管53を備えていることを特徴と
    する請求項1乃至3のいずれか一項に記載の2サイクル
    内燃エンジンのマフラー。
  5. 【請求項5】 前記膨張室31は、その排ガス導入部近
    傍に、排ガスがその内部を吹き抜けるように配置された
    ベンチュリ管25を備え、該ベンチュリ管25のスロー
    ト部25a内に前記空気流入管53が連通接続されてい
    ることを特徴とする請求項4に記載の2サイクル内燃エ
    ンジンのマフラー。
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