JPH10507801A - ２つのプレス加工構成要素で形成されたベンチュリを有する触媒式コンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 小型の内燃機関用の触媒式マフラー（１０）は、マフラーハウジング（１４）と、仕切り板（５２）という２つのプレス加工構成要素で出来た平坦な外形のベンチュリ（５４）を備えている。この設計は、従来技術の円形のベンチュリ装置にて必要とされるような管又は機械加工部品の別個の部材を不要にする。また、該触媒式マフラー（１０）は、触媒（６２）の上流に配置された音減衰器（２４、４２、４４、４６、４８）を備えており、該減衰器（２４、４２、４４、４６、４８）が触媒（６２）の下流に配置された場合に、ベンチュリ（５４）に付与されるであろう背圧を解消する。更に、仕切り板（５２）のポート（７２）及び排気ポート（７６）のそれぞれの断面積が触媒（６２）の断面積と略等しくなるような寸法とすることで、ベンチュリ（５４）に加わる背圧は軽減される。

Description

【発明の詳細な説明】 ２つのプレス加工構成要素で形成された ベンチュリを有する触媒式コンバータ 発明の背景 本発明は、内燃機関の排気物を処理するために使用される触媒式コンバータに 関する。より具体的には、本発明は、芝刈機、除雪機、発電機等を駆動する小型 の内燃機関にて使用される触媒式マフラーに関する。 最近の政府の規則は、小型の内燃機関からの排気物を大幅に減少させることを 要求している。この排気物を減少させる一つの方法は、触媒式コンバータを使用 して、エンジンの排気物を処理することである。小型の内燃機関の場合、この触 媒式コンバータをマフラーと組み合わせて単一のコンパクトなユニットにするこ とが望ましいことが多い。 触媒式コンバータ又は触媒式マフラーは、これらが取り付けられる芝刈機、除 雪機又は発電機全体のコストを著しく増大させる。このため、触媒式コンバータ 、及び触媒式マフラーのコストを可能な程度にまで削減することが望ましい。 典型的な従来技術の触媒式コンバータは、貫通して流れる排気の移動方向に対 して垂直の断面内にて略円形であるベンチュリ装置を有している。こうした円形 のベンチュリ装置は、二次的な空気を排気と混合させるのに比較的効率的で且つ 効果的であるが、製造コストが高くつく。かかるベンチュリ装置は、円形のベン チュリ通路を形成するために、特別に形成した、別個の管又は機械加工部品を必 要とする。この円形のベンチュリ装置を不要にし得るならば、触媒式コンバータ 、及び触媒式マフラーを大量生産する場合の削減コストの額は、極めて多額とな る。 典型的な従来技術の触媒式マフラーは、触媒の下流に配置された音減衰器を有 している。こうした配置において、望ましくない背圧がベンチュリに加えられ、 このため、導入される二次的空気が最小となり、触媒に反作用を生じさせる。こ の背圧は、処理可能な量を減少させ、従って、触媒の効率を低下させる。 発明の概要 従来技術の触媒式コンバータよりも経済的に且つより容易に製造される、内燃 機関用の排気を処理する触媒式コンバータが開示される。 本発明による触媒式コンバータは、内面を有するプレス加工ハウジングを備え ている。このハウジング内には、エンジンからの排気を受け取る手段と、該ハウ ジングの内部を少なくとも２つの内部チャンバに仕切るプレス加工部材と、ベン チュリ装置と、該ベンチュリの下流に配置された触媒と、排気が触媒を通過した 後に、その排気を排出する手段とが配置されている。 本発明によるベンチュリ装置は平坦な形状をし、また、２つのプレス加工品か ら形成されており、このため、従来技術のベンチュリ装置にて必要とされる円形 の別個の部材が不要である点で独創的である。本発明の好適な実施の形態におい て、このベンチュリ装置は、コンバータハウジングの内面の一部分から成る第一 の側壁と、仕切り部材の一部分から成る対向した第二の側壁とを備えている。こ のように、本発明によるベンチュリ装置は、既存の構成要素で製造され、追加の 部品を一切必要としない。 また、好適な実施の形態において、このベンチュリ装置は、平坦な外形を有し 、このため、このベンチュリの幅寸法は、ベンチュリの高さ寸法よりも４乃至50 倍程度著しく広い。また、このベンチュリは、第二の側壁に形成された一つ又は 二つ以上の開孔を有している（これらの開孔を通じて二次的空気が吸引される） 。 また、好適な実施の形態において、この触媒式コンバータは、コンバータハウ ジングの内部で且つ触媒の上流に設けられた音減衰手段を有する触媒式マフラー である。この配置は、ベンチュリに作用する背圧を低下させる。 また、このベンチュリに加わる背圧は、その各々が触媒の断面積に略等しい断 面積を有するように、排気の排出手段及び反らせ板ポートの寸法を設定すること によりも低下する。 触媒式コンバータのコストを削減することが本発明の特徴及び有利な点の一つ である。 また、触媒式コンバータ内のベンチュリ装置のコスト及び複雑さを軽減するこ とも本発明のもう一つの特徴及び有利な点である。 ベンチュリに作用する背圧を低下させ、これにより、排気の変換効率を向上さ せることも本発明の更に別の一つの特徴及び有利な点である。 本発明の上記及びその他の特徴並びに有利な点は、好適な実施の形態に関する 以下の詳細な説明、及び添付図面から当業者に明らかになるであろう。添付図面 において、 図面の簡単な説明 図１は、小型の内燃機関に取り付けられた本発明による触媒式マフラーの側面 図である。 図２は、図１の線２−２に沿った、触媒式マフラーの入口端の端面図である。 図３は、図２の線３−３に沿った、本発明による触媒式マフラーの断面側面図 である。 図４は、触媒式マフラーの出口を示す部分図である。 図５は、マフラー本体と、仕切り板と、マフラーカバーとの間の接続部を示す 、図３の線５−５に沿った拡大図である。 図６は、音減衰器の出口を示す、図３の線６−６に沿った断面図である。 図７は、本発明によるベンチュリ装置を示す、図２の線７−７に沿った断面平 面図である。 図８は、堰止め部の一部（排気が通ることのできない）を示す、図７の線８− ８に沿った拡大図である。 図９は、二次的空気開孔を示す、図７の線９−９に沿ったベンチュリ装置の一 部の拡大図である。 図１０は、触媒を示す、図３の線１０−１０に沿った断面平面図である。 好適な実施の形態の詳細な説明 図１は、小型の内燃機関１２に装着された触媒式マフラー１０の側面図である 。 触媒式マフラー１０は、貫通ボルト２２（図２及び図４）によりエンジン１２ に装着されている。本発明の好適な実施の形態は触媒式マフラーであるが、本発 明は、音減衰機能を一切持たない触媒式コンバータと共に使用することも可能で あることを理解すべきである。 図１において、触媒式マフラー１０は、コンバータ本体１４と、熱遮蔽体１６ とから成るコンバータハウジング１３を備えている。この熱遮蔽体の採用は選択 随意である。マフラーカバー１８（図３）が触媒式コンバータに対する外側ハウ ジングとして機能し得るように、該熱遮蔽体を全く省略してもよい。 触媒式マフラー１０の出口には、処理後の排気をより均一な流れにする選択随 意の反らせ板２０が取り付けられている。 図２は、エンジン１２の方向を向いた側（図１）から見た触媒式マフラー１０ の側面図である。図２において、触媒式マフラー１０は、エンジン１２の排気ポ ート２６（図３）に装着された入口２４を有している。ガスケット２８が入口２ ４と排気ポート２６との間のシールを提供する。また、触媒式マフラー１０は、 該触媒式マフラー１０がエンジン１２から適正に隔たった位置にあるようにする 略円形の立ち上がりリッジ部３０を備えている。 再度、図２を参照すると、コンバータ本体１４は、図３、図７及び図９に関し て以下により詳細に説明するように、複数の開孔３２（二次的空気がこれらの開 孔を通じて吸引される）を備えている。 図２において、該コンバータは、排気が斜めの方向から触媒に入るのを阻止す る堰止め部３４を備えている。この堰止め部３４は、図８に最も良く示してある 。 また、コンバータ本体１４内には、係止機構３６も形成されている。該係止機 構は、図３及び図１０に関して以下により詳細に説明するように、触媒を所定位 置に保持するために使用される。 図３は、触媒式マフラー１０の内部構造体及び該マフラーを通る気体の流れを 示す断面側面図である。図３において、矢印３８で示した処理前の排気は、エン ジンの燃焼室４０から出て、エンジン１２の排気ポート２６に入る。次に、この 排気は、複数の開孔４２が形成された入口マフラー管２４内に導入される。この 開孔４２を通った後、排気３８は、膨張室４４（バッフル部材４６により取り囲 まれている）内に進む。バッフル部材４６は、離間した複数の開孔４８を有し、 処理前の排気３８がこれらの開孔を通って流れる。 図６には、バッフル部材４６の一部と、該バッフル部材に形成された開孔４８ とが図示されている。次に、気体３８は、マフラー本体１４の内面と、バッフル 部材４６と、プレス加工による仕切り板５２とにより画成される別の膨張室５０ 内に導入される。 入口管２４、開孔４２、膨張室４４、バッフル部材４６、開孔４８及び第二の 膨張室５０が共に、排気３８の音を減衰させる音減衰効果を提供する。 室５０内にて、排気３８は、少なくとも一回転されて、次に、そのままベンチ ュリ装置５４内に送られる。ベンチュリ装置５４は、コンバータ本体１４の一部 と、仕切り部材５２という２つのプレス加工構成要素により形成されている。こ の仕切り部材５２の機能は、触媒式コンバータを複数の内部室に仕切ることであ る。 以下に更に詳細に説明するように、ベンチュリ５４を形成するため、何ら余分 な構成要素が必要とされないから、ベンチュリ装置５４は、典型的な従来技術の ベンチュリ装置と比べて、著しく経済的に製造される。本発明によるベンチュリ は、何れの触媒式コンバータにも見られる２つのプレス加工構成要素にて形成さ れる。これにより、従来技術の円形のベンチュリに典型的に必要とされる機械加 工部品又は配管が不要となる。 ベンチュリ５４は、収斂側又は入口側に、高さが約5.08ｍｍ（0.2インチ）以 下の程度の極めて小さい開口部を有している。好適な実施の形態において、図３ にｈで示したこの高さは、約4.013ｍｍ（約0.158インチ）である。 また、ベンチュリ５４は、高さｈの部分の下流側に拡がり部分ｄを有している 。該ベンチュリの拡がり部分ｄは、拡がり角度が約60°乃至121°であるが、41 °乃至８°であることが好ましい中心角度を有している。図３において、線５６ は、ベンチュリ５４の中心線を示す。また、線５６は、コンバータ本体１４と部 材５２との間の中心線でもある。 図３に示すように、矢印５８で示した二次的空気は、開孔３２を通じて吸引さ れ、このため、拡がり部分ｄ内にて排気３８と二次的空気５８とが混合する。本 明細書に記載した好適な実施の形態において、開孔３２の各々は、直径約3.861 ｍｍ（0.152インチ）である。また、ベンチュリ５４の下流に配置された膨張室 ６０内でも空気５８及び排気３８の混合が生じる。 排気／二次的空気の混合体は、一体構造の触媒床６２内に導入され、この触媒 床は、排気を処理して、排気から有害な炭化水素、一酸化炭素、及び／又は窒化 酸化放出物を少なくする。 一体構造の触媒６２は、酸化ケイ素、酸化アルミ、及びマグネシウムで出来た 、ハニカム型式の触媒床を備えている。白金約１％、パラジウム0.5％及びロジ ウ ム0.25％から成る触媒組成物が付与される床には、上塗り被覆が付与される。係 止機構３６と共に、触媒６２を所定位置に保持するマット６４が触媒床の周りに 配置されている。図１０に最も良く示すように、マット６４は触媒６２を取り囲 み、また、該マットの一部分は、係止機構３６の凹部６６内に配置されている。 このマット６４が凹部６６内に膨張すると、このマット６４内に配置された触媒 ６２が排気３８に加えられる圧力によって、その下流に運ばれて変位するのを防 止する。 未処理の排気３８は、触媒６２内で処理されて、これにより、矢印６８で示し た処理済みの気体となる。この処理済みの排気６８は、室７０内に入って、その 結果、これらの排気は一回転されて、仕切り部材５２のポート７２を通って進む 。この処理済みの排気６８は、室７４内にもう一回転し、複数のパイ形状の開孔 ７６（図４に最も良く図示）から押し出される。リブ７８（図４）が開孔７６を 互いに分離させる。 ベンチュリに加わる背圧を最小にするため、触媒の上流には、音減衰器が配置 されている。また、処理済みの気体６８の流れに対して直角方向への合計断面積 が気体３８の流れに対して直角方向への触媒６２の断面積に略等しいように、排 気開孔７６を設計することによっても、背圧は最小となる。気体６８の流れに対 して直角方向へのそのそれぞれの断面積が未処理の気体３８の流れに対して直角 の方向への触媒６２の断面積に略等しいように、ポート７２及び反らせ板２０を 設計することによってもベンチュリに加わる背圧を最小にすることができる。 図３に示した触媒式マフラー１０は、随意選択の熱遮蔽体１６を有している（ この熱遮蔽体は、カバー１８から伸長する複数の突起８０によりカバー１８から 隔てた位置に保たれる）。突起８０は、カバー１８と熱遮蔽体１６との間に小さ い空隙８２を形成し、このため、熱遮蔽体１６の温度は、常に、カバー１８の温 度よりも実質的に低くなる。 ベンチュリ５４は、金属のプレス成形部品で製造されているため、触媒式コン バータを組み立てる間に、これらのプレス加工品が曲がるのを防止する必要があ る。この曲がりを防止し、また、ベンチュリ５４の所望の寸法を保持するため、 プレス加工構成要素が略直線状となるようにして、その構成要素が接続部に接続 したとき、曲がらないようにそのプレス加工構成要素の端部を形成することが望 ましい。 この特徴は、図３及び図５に最も良く図示されている。これらの図に示すよう に、本体１４、仕切り部材５２及びカバー１８は、全て接続部８４にて共に接続 され、この接続部にて、熱遮蔽体１６により保持されている。本体１４、仕切り 部材５２及びカバー１８のそれぞれの端部は、略直線状である、即ち、これらは 中心線５６に対して略平行である。 上述したように、本発明の一つの重要な特徴は、ベンチュリ装置５４が２つの プレス加工構成要素から出来ている点である。この設計は、平坦な外形を有する ベンチュリを提供する。即ち、このベンチュリは、その高さ寸法よりも著しく広 い幅寸法を有している。こうしたベンチュリの寸法は、図７を参照することによ り最も良く理解される。図７において、ベンチュリ５４は、その最小の高さ寸法 よりも少なくとも４倍、広い幅寸法ｗを有している。この高さ寸法ｈは、２つの プレス加工構成要素１４、５２の間の距離に等しい。好適な実施の形態において 、高さ寸法ｈは、最小値約4.013ｍｍ（0.158インチ）であり、ベンチュリ５４の 拡がり端における約7.544ｍｍ（0.297インチ）の値まで変化する。この選択した 最小高さ寸法は、開孔３２を通じてベンチュリ内に吸引される二次的空気の量の 関数である。開孔３２を通じて吸引される二次的空気の量が多ければ多い程、高 さ寸法はより小さくなる。 幅寸法ｗは、スペースの制限に多少、依存する。本明細書に記載した好適な実 施の形態におけるように、最小の高さ寸法、即ち、収束距離が約4.013ｍｍ（0.1 58インチ）であると仮定すると、幅寸法は約44.45ｍｍ（約1.750インチ）となる 。しかしながら、この幅寸法は、約19.05ｍｍ（約0.75インチ）程度に小さくし 、また、127ｍｍ（5インチ）以上の程度に大きくし、高さ寸法ｈがそれぞれ約9. 347ｍｍ（約0.368インチ）から約1.4046ｍｍ（約0.0553インチ）まで比例的に異 なるものとする。高さｈ×ｗの面積は、エンジンの排気量に依存するが、このｈ ×ｗの面積が過度に大きいならば、ベンチュリは、適正に機能しない。 二次的空気がベンチュリ５４内に適正に吸引されるようにするためには、開孔 ３２は傾斜し、又は勾配付きの外形を有し、また、プレス加工構成要素１４、５ ２の間の距離ｈの約40％乃至60％、好ましくは、その距離の50％だけ伸長するよ うにすることが好ましい。二次的空気が開孔を通じて適正に吸引され、また、相 当量の未処理の排気が開孔３２から出ないようにする点でこの開孔３２の位置及 び形態は望ましい。 開孔３２の位置及び形態は、図９に最も良く示されている。図９において、開 孔３２は、本体１４と仕切り板５２との間の約中間点、即ち、中心線５６の付近 の位置に配置されている。また、各開孔３２の上流部分、又は前方部分３２ａは 、各開孔３２の下流部分又は後方部分３２ｂよりも仕切り板５２に多少、より近 接している。 図２に関して説明したように、未処理の排気が特定の角度からこのベンチュリ に接近するのを防止するために堰止め３４が形成されている。 図８に最も良く図示するように、堰止め３４は、カバー１４の凹部３４ａ、及 び仕切り部材５２の対応する凹部３４ｂにより形成されている。これらの凹部３ ４ａ、３４ｂが近接していることは、相当な量の未処理の排気がそれらの凹部の 間を通るのを防止し、これにより、排気を強制して、ベンチュリ５４への異なる 経路をとるようにする。 本発明の好適な実施の形態について説明したが、代替的な実施の形態は、当業 者に明らかであり且つ本発明の所期の範囲に属するものである。このため、本発 明の範囲は、請求の範囲の記載によってのみ制限されるものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年１０月１４日 【補正内容】 原文及び翻訳文の請求項１８ないし２３を追加し、元の請求項１１ないし１７を 削除する。元の請求項１ないし１０はそのまま存置する。 ３４条補正による請求の範囲 １８．内燃機関の排気を処理する触媒式コンバータにして、 第一のプレス加工部材と、 第二のプレス加工部材と、 前記エンジンからの排気を受け取る手段と、 前記第一のプレス加工部材の一部分から成る第一の側壁と、前記第二のプレス 加工部材の一部分から成る第二の側壁とを有するベンチュリ装置と、 前記排気が貫通して流れる触媒と、 前記気体が前記触媒を貫通して流れた後、前記排気を排出する手段とを備える ことを特徴とする触媒式コンバータ。 １９．請求項１８に記載の触媒式コンバータにして、 二次的空気を受け取る、前記第一のプレス加工部材に形成された複数の開孔を 更に備えることを特徴とする触媒式コンバータ。 ２０．請求項１８に記載の触媒式コンバータにして、前記ベンチュリ装置が、該 ベンチュリ装置の高さ寸法よりも実質的に広い幅寸法を有することを特徴とする 触媒式コンバータ。 ２１．請求項２０に記載の触媒式コンバータにして、前記幅寸法が前記高さ寸法 の少なくとも４倍、広いことを特徴とする触媒式コンバータ。 ２２．請求項２１に記載の触媒式コンバータにして、前記高さ寸法がその最小点 にて約5.08ｍｍ（0.20インチ）以下であり、前記幅寸法が少なくとも約19.05ｍ ｍ（0.75インチ）であることを特徴とする触媒式コンバータ。 ２３．請求項１８に記載の触媒式コンバータにして、前記触媒を貫通する気体の 流れ方向に対して直角の方向への前記触媒の前記断面積が、前記排出手段を貫通 する気体の流れ方向に対して直角の方向への前記気体排出手段の前記断面積に略 等しいことを特徴とする触媒式コンバータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キンドネス，ウィリアム・エム アメリカ合衆国ウイスコンシン州53213, ウォーワトーサ，ノース・シクスティフィ フス・ストリート 2324

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関の排気を処理する触媒式コンバータにして、 コンバータハウジングと、 該ハウジング内に少なくとも一部分が配置されて、前記エンジンからの排気を 受け取る手段と、 前記ハウジング内に配置されて、該ハウジングを少なくとも２つの室に仕切る 部材と、 前記ハウジング内に配置されるベンチュリ装置であって、前記ハウジング及び 前記仕切り部材から形成された前記ベンチュリ装置と、 前記ハウジング内に配置された触媒であって、前記排気が貫通して通り抜ける 前記触媒と、 前記気体が前記触媒を通過した後、前記排気を排出する手段とを備えることを 特徴とする触媒式コンバータ。 ２．請求項１に記載の触媒式コンバータにして、 前記ハウジング内に配置されて、前記排気の音を減少させる減衰手段を更に備 えることを特徴とする触媒式コンバータ。 ３．請求項２に記載の触媒式コンバータにして、前記減衰手段が、前記ベンチ ュリ装置の上流に配置されることを特徴とする触媒式コンバータ。 ４．請求項２に記載の触媒式コンバータにして、前記減衰手段が、複数の離間 した開孔が形成された板を備えることを特徴とする触媒式コンバータ。 ５．請求項１に記載の触媒式コンバータにして、前記ベンチュリ装置が二次的 空気を吸引する手段を備えることを特徴とする触媒式コンバータ。 ６．請求項５に記載の触媒式コンバータにして、前記空気の吸引手段が、前記 コンバータのハウジングに形成された複数の開孔を有することを特徴とする触媒 式コンバータ。 ７．請求項１に記載の触媒式コンバータにして、前記ベンチュリ装置が、該ベ ンチュリ装置の高さ寸法よりも実質的に広い幅寸法を有することを特徴とする触 媒式コンバータ。 ８．請求項７に記載の触媒式コンバータにして、前記幅寸法が前記高さ寸法の 少なくとも４倍、広いことを特徴とする触媒式コンバータ。 ９．請求項８に記載の触媒式コンバータにして、前記ベンチュリ装置の前記高 さ寸法がその最小点にて約5.08ｍｍ（0.20インチ）以下であり、前記幅寸法が少 なくとも約19.05ｍｍ（0.75インチ）であることを特徴とする触媒式コンバータ 。 １０．請求項１に記載の触媒式コンバータにして、前記触媒を貫通する気体の流 れ方向に対して直角の方向への前記触媒の断面積が、前記排出手段を貫通する気 体の流れ方向に対して直角の方向への前記気体の排出手段の前記断面積に略等し いことを特徴とする触媒式コンバータ。 １１．内燃機関の排気を処理する触媒式コンバータにして、 コンバータハウジングと、 該ハウジング内に少なくとも一部分が配置されて、前記エンジンからの排気を 受け取る手段と、 前記受け取り手段の下流にて前記ハウジング内に配置されたベンチュリ装置で あって、該ベンチュリ装置の幅寸法が該ベンチュリ装置の高さ寸法よりも少なく とも４倍、広いように平坦な外形を有する前記ベンチュリ装置と、 前記ベンチュリ装置の下流にて前記ハウジング内に配置された触媒であって、 前記排気を受け取り且つ処理する前記触媒と、 該処理済みの排気を排出する手段とを備えることを特徴とする触媒式コンバー タ。 １２．請求項１１に記載の触媒式コンバータにして、 前記ハウジング内に配置されて、前記排気の音を減少させる減衰手段を更に備 えることを特徴とする触媒式コンバータ。 １３．請求項１２に記載の触媒式コンバータにして、前記減衰手段が、前記ベン チュリ装置の上流に配置されることを特徴とする触媒式コンバータ。 １４．請求項１１に記載の触媒式コンバータにして、前記ベンチュリ装置の前記 高さ寸法がその最小点にて約5.08ｍｍ（0.20インチ）以下であり、前記幅寸法が 少なくとも約38.1ｍｍ（1.5インチ）であることを特徴とする触媒式コンバータ 。 １５．請求項１１に記載の触媒式コンバータにして、前記ベンチュリ装置が二次 的空気を吸引する手段を備えることを特徴とする触媒式コンバータ。 １６．請求項１１に記載の触媒式コンバータにして、 前記ハウジング内に配置されて、該ハウジングを少なくとも２つの室に仕切る 部材を備え、 前記ベンチュリ装置が、前記コンバータハウジングの一部から成る第一の側壁 を有し、前記ベンチュリ装置が、前記仕切り部材の一部から成る、前記第一の側 壁に対向した第二の側壁を有し、前記高さ寸法が、前記第一の側壁と前記第二の 側壁との間の距離に等しいことを特徴とする触媒式コンバータ。 １７．請求項１６に記載の触媒式コンバータにして、前記第一の側壁が、少なく とも１つの開孔を有し、二次的空気が該開孔を通じて吸引されることを特徴とす る触媒式コンバータ。