JPH11324658A - エンジンの排気マフラー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】最小限の部品点数によって熱膨脹による触媒部
材の伸縮に起因する破壊を有効に回避し、しかも触媒部
材の設置によるエンジン出力の低下を防止するととも
に、排気ガス浄化性能を向上させる。 【解決手段】本発明に係るエンジンの排気マフラー装置
は、エンジンに繋がる排気管と、この排気管の内部に設
置される円筒状の触媒部材14とを備えてなり、触媒部材
14は軸方向に離間した複数の固定点（支持部材15，16）
によって排気管の内面に固定され、その間の区間Ｂにお
いて触媒部材14に螺旋状のスパイラルスリット18が形成
されている。このスパイラルスリット18のリード角αは
30゜以上60゜以下の範囲に設定するのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンに繋がる
排気管の内部に触媒部材が設置されたエンジンの排気マ
フラーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動二輪車等に備えられている排気マフ
ラー装置の多くは、特開平 8−326528号公報に記載され
ているもののように、エンジンに繋がる排気管の内部に
触媒部材が設置されている。このような触媒部材の概略
構造を図６に示す。

【０００３】触媒部材 100は多孔状のパンチング板を丸
めてパイプ状に形成したものであり、その表裏面に触媒
成分が担持され、前後一対の支持部材 101,102によって
排気管の内部に固定される。支持部材 101,102は、触媒
部材 100および排気管に溶接等の接合手段により堅固に
固着される。

【０００４】エンジンの作動時において、排気管内を通
る排気ガスは触媒部材 100の表裏面に触れることにより
ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等の有害成分を浄化される。その
際、触媒反応により触媒部材 100の温度が 700゜Ｃ〜 8
00゜Ｃの高温になるため、熱膨脹によって触媒部材 100
の全長が１〜２％程度伸びる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにエンジンの作動時には熱膨脹によって触媒部材 100
の全長が伸び、エンジンの停止時には触媒部材 100が冷
えて全長が縮むため、触媒部材 100が伸長と収縮を繰り
返し、支持部材 101,102との固着部に断続的な応力が発
生する。したがって、この部分に金属疲労が起き、支持
部材 101,102との固着部が破断しやすいという問題点が
ある。

【０００６】このため、特開平 8−326528号公報に記載
されている排気マフラー装置では、触媒部材 100と支持
部材 101,102との間に弾性体や緩衝材等を介装し、触媒
部材100を支持部材 101,102に対してスライド可能に保
持する構造が採られているが、このような弾性体や緩衝
材等を設けることによって排気マフラー装置の部品点数
や組立工数等が増加し、製造コストが嵩んでしまう。

【０００７】また、別な問題点として、触媒部材 100の
設置によるエンジン出力の低下が挙げられる。この出力
低下の原因は、パイプ状に形成されている触媒部材 100
の内部を通る排気ガスが触媒部材 100に形成された多数
の小孔を通り抜けて外側に抜ける際に、触媒部材 100の
外側を流れる排気ガスの流れに乱流を生じさせることに
ある。排気ガスの流れに乱流が生じると、排気ガスの流
量が大幅に減少し排気効率が劣化するため、エンジン出
力が低下してしまう。

【０００８】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、最小限の部品点数により、熱膨脹に
よる触媒部材の伸縮に起因する破壊を有効に回避するこ
とができ、しかも触媒部材の設置によるエンジン出力の
低下を防止することができ、なおかつ排気ガス浄化性能
の優れたエンジンの排気マフラー装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るエンジンの排気マフラー装置は、エン
ジンに繋がる排気管と、この排気管の内部に設置される
円筒状の触媒部材とを備えてなり、上記触媒部材を、そ
の軸方向に離間した複数の固定点によって排気管の内面
に固定し、上記複数の固定点の間の区間において触媒部
材に螺旋状のスパイラルスリットを形成したことを特徴
とする。ここで、上記スパイラルスリットのリード角
は、30゜以上60゜以下の範囲に設定するのが好ましい。

【００１０】このようにエンジンの排気マフラー装置を
構成した場合、前記触媒部材は前記スパイラルスリット
が形成された区間において軸方向に伸縮可能になるとと
もに径方向にも湾曲自在になり、しかも径の拡大および
縮小が可能になるため、これらいずれかの寸法変化によ
って触媒部材の熱膨脹が吸収される。したがって、熱膨
脹による触媒部材の伸縮に起因する破壊が回避される。

【００１１】また、触媒部材の内部を通る排気ガスが、
螺旋状に形成されたスパイラルスリットを経て触媒部材
の外部に流れ出る際に、排気管内を通る排気ガス全体の
流れを渦巻き状に整えて排気ガスの流量減少を抑制する
ため、エンジン出力の低下が防止される。

【００１２】さらに、このような排気ガスの渦巻き状の
流れにより、排気ガスが全体的にむらなく触媒部材に接
触するようになるため、従来のパンチング板を丸めた構
造の触媒部材に比較して排気ガス浄化性能が向上する。

【００１３】なお、スパイラルスリットのリード角は大
き過ぎても小さ過ぎてもエンジン出力の低下や排気ガス
浄化作用の劣化を招くが、リード角を30゜以上60゜以下
の範囲に設定することにより、エンジン出力低下の抑制
および排気ガス浄化作用の向上を高次元で両立させるこ
とができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明に係る排気マフラ
ー装置の適用例を示したスクーター型車両の右側面図で
ある。

【００１５】このスクーター型車両１は、その車体フレ
ーム２の後部下方にパワーユニット３を備えている。パ
ワーユニット３は、前部に設けられた強制空冷式のエン
ジン４の後部に動力伝達装置５が一体的に繋がり、動力
伝達装置５の最後部右側面に後輪６が軸支されるレイア
ウトを持つ。

【００１６】そして、排気マフラー装置８は後輪の右側
に配置されている。この排気マフラー装置８は、エンジ
ン４の排気ポートから延びる排気管９にマフラーボディ
ー10が繋がり、マフラーボディー10の後端からテールパ
イプ11が突出し、マフラーボディー10の前上部に固着さ
れた取付ブラケット12がエンジン４に固定されるように
構成されている。

【００１７】図２にも示すように、排気管９はマフラー
ボディー10の内部に長く突入しており、マフラーボディ
ー10の内部における排気管９は下流側に向かって径の拡
がるテーパー管状に形成されている。なお、マフラーボ
ディー10の内部空間は図示しない数枚のバッフルプレー
トによって複数の膨脹室に仕切られている。排気管９か
ら排出された排気ガスは、各膨脹室を巡って膨脹する間
に消音され、最後にテールパイプ11から外部に排出され
る。

【００１８】マフラーボディー10内における排気管９の
内部には触媒部材14が設けられている。図３は、図２の
III-III線に沿う排気管９とマフラーボディー10と触媒
部材14の縦断面図であり、図４は触媒部材14単体の側面
図である。

【００１９】この触媒部材14は円筒状に形成されてお
り、その表裏面に触媒成分が担持（塗布）されている。
この触媒部材14は、軸方向に離間して設けられた２つの
固定点となる支持部材15，16を介して排気管９の内周面
に固定されている。各支持部材15，16は、例えば帯状の
板材を屈曲して形成したものであり、触媒部材14と排気
管９の内周面に溶接等の接合手段によって固着される。

【００２０】触媒部材14の前端から前側の支持部材15の
直前までの区間Ａには多数の小孔17が均一に穿設されて
おり、前側の支持部材15と後側の支持部材16の間の区間
Ｂには螺旋状のスパイラルスリット18が形成されてい
る。この実施形態では、スパイラルスリット18が左ねじ
状に一本形成されているが、例えばスパイラルスリット
18を右ねじ状に形成したり、スリット数を複数にしても
よい。

【００２１】このように構成された排気マフラー装置８
において、排気管９内を通る排気ガスは触媒部材14の表
裏面に触れることによりＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等の有害成
分を浄化される。その際、触媒反応により触媒部材14の
温度が 700゜Ｃ〜 800゜Ｃの高温になり、触媒部材14全
体が熱膨脹を起こす。

【００２２】しかし、触媒部材14はスパイラルスリット
18が形成された区間Ｂにおいて軸方向に伸縮可能になる
とともに径方向にも湾曲自在になり、しかも径の拡大お
よび縮小が可能になるため、これらいずれかの寸法変化
によって触媒部材14の熱膨脹が吸収される。

【００２３】即ち、上記区間Ｂでは触媒部材14の膨脹が
図４中に矢印Ｃで示すようにスパイラルスリット18の間
における帯状部分の長手方向への伸長となって現れる。
この伸長により触媒部材14は軸方向に伸びようとする
か、あるいは径方向に湾曲しようとするか、もしくは径
を増大させようとするが、そのいずれも可能になってい
るため、触媒部材14の熱膨張により支持部材15，16との
固着部に応力が発生することがなく、熱膨脹に起因する
上記固着部の破壊が有効に回避される。

【００２４】したがって、従来のように触媒部材14と支
持部材15，16との間に弾性体や緩衝材等を介装して触媒
部材14を支持部材15，16に対しスライド可能にする必要
がなく、排気マフラー装置８の部品点数と組立工数を最
小限に抑えて製造コストを下げることができる。

【００２５】ところで、触媒部材14の内側を通る排気ガ
スは、螺旋状に形成されたスパイラルスリット18を通り
抜けて触媒部材14の外側へ流出する際に、排気管９内を
通る排気ガス全体の流れを渦巻き状に整える整流作用を
起こす。この整流作用により、排気管９内を流れる排気
ガスの流量が触媒部材14の設置によって減少することが
抑制され、エンジン４の出力低下が防止される。

【００２６】さらに、このような排気ガスの渦巻き状の
流れにより、排気ガス全体が触媒部材14の表裏面にむら
なく接触するようになり、排気ガスと触媒部材14との接
触率が増大するため、従来のパンチング板を丸めた構造
の触媒部材に比較して排気ガス浄化性能が向上する。こ
こで、スパイラルスリット18のリード角αは、大き過ぎ
ても小さ過ぎても排気ガスの流れに乱流を起こす原因と
なり、エンジン出力の低下や排気ガス浄化作用の劣化を
来す。

【００２７】図５は、スパイラルスリット18のリード角
αとスリット数を様々に異ならせた15種類の触媒部材14
を同一のスクーター型車両１の排気マフラー装置８に装
着し、各々のエンジン出力低下率と排気浄化効率を測定
した実験データを表示したものである。ここでは、従来
のパンチング板を丸めてパイプ状に形成した触媒部材に
ついても同様に測定を行い、性能を比較した。この実験
において、各仕様の触媒部材14ならびに従来仕様の触媒
部材は、その長さおよび径が同一に設定され、小孔17お
よびスパイラルスリット18等による開口面積も全て同一
量に設定されている。

【００２８】この実験において、エンジン出力低下率の
値は、触媒部材未装着時のエンジン出力をＤ１、触媒部
材装着時のエンジン出力をＤ２とした場合、｛（Ｄ１−
Ｄ２）／Ｄ１｝×１００（％）の計算式により求められ
る。上記Ｄ２は、各触媒部材を装着したスクーター型車
両１を試験走行装置上において時速60ｋｍにて1000ｋｍ
の距離を走行後に測定したものである。

【００２９】また、排気浄化効率の値は、触媒部材未装
着時の排気ガス有害成分濃度をＥ１、触媒部材装着時の
排気ガス有害成分濃度をＥ２とした場合、｛（Ｅ１−Ｅ
２）／Ｅ２｝×１００（％）の計算式により求められ
る。Ｅ２は、触媒成分塗布後の触媒部材を温度 800゜Ｃ
の大気中で20時間熱劣化させた後に排気管９内に装着
し、５分間の暖機運転後、ＥＣＥモードで走行して３〜
６モードの排気ガス値を測定したものである。

【００３０】図５に示す結果の通り、従来例のパンチン
グ板を丸めた構造の触媒部材の場合は、出力低下率が15
％であり、排気浄化効率は 28.3 ％であった。これに対
し、スパイラルスリット18を設けた触媒部材14は、出力
低下率の点ではリード角αが15゜のもの（Ｎｏ．１）と
75゜のものの一部（Ｎｏ．14，15）を除いて従来例を上
回る結果となり、排気浄化効率の点ではリード角αが75
゜のもの（Ｎｏ．11〜15）を除いて従来例を上回る結果
となった。

【００３１】このように、触媒部材14にスパイラルスリ
ット18を形成し、そのリード角αを30゜から60゜以下の
範囲に設定することにより、従来よりも排気ガス浄化性
能を向上させつつ、エンジン出力の低下を抑制すること
ができる。なお、幅の広いスパイラルスリットを１，２
本設けるよりも、幅の狭いスパイラルスリットを３〜５
本設けた方が良好な結果が得られた。

【００３２】ところで、上記実験においてリード角αを
75゜に設定した触媒部材14が出力低下率および排気浄化
効率の両面で従来例よりも劣った原因として考えられる
のは、リード角αの増大によりスパイラルスリット18が
触媒部材14の軸方向に対して平行に近付くことで熱膨張
による変形量が大きくなり、排気管９内における排気ガ
スの流れに乱れを生じさせたからであると推察できる。
また、このように熱膨張による変形量が大きくなるた
め、破壊に至るまでの寿命も短くなる。

【００３３】なお、この実施形態では、排気管９がマフ
ラーボディー10の内部に突入している部分に触媒部材14
が設置されているが、例えば排気管９がマフラーボディ
ー10の内部に突入する以前の部分に同様な触媒部材を設
置してもよい。

【００３４】また、この実施形態では、触媒部材14が前
後一対の支持部材15，16を介して排気管９の内周面に固
定されており、前後の支持部材15，16の間の区間Ｂにお
いて触媒部材14にスパイラルスリット18が形成されてい
るが、例えば排気管９に内側に突出する前後２か所の凸
部あるいは段差等を一体的に形成し、これらの固定点に
触媒部材14を直接固着するようにし、２か所の固定点の
間において触媒部材14にスパイラルスリット18を形成す
るようにしてもよい。

【００３５】さらに、この実施形態では触媒部材14が径
の一定な円筒状に形成されているが、例えば触媒部材14
を排気管９のテーパー形状に沿うようなテーパー管状に
形成し、その中間部にスパイラルスリット18を形成する
ようにしてもよい。

【００３６】さらにまた、スパイラルスリット18を触媒
部材14の中間部に限らず、前後端付近にまで延長して形
成するといった変形例も考えられる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るエン
ジンの排気マフラー装置は、排気管の内部に設置される
円筒状の触媒部材を、その軸方向に離間した複数の固定
点によって排気管の内面に固定し、上記複数の固定点の
間の区間において触媒部材に螺旋状のスパイラルスリッ
トを形成したため、最小限の部品点数によって熱膨脹に
よる触媒部材の伸縮に起因する破壊を有効に回避すると
ともに、エンジン出力の低下を抑制しつつ排気ガス浄化
性能を向上させることができる。

【００３８】また、本発明に係るエンジンの排気マフラ
ー装置は、前記スパイラルスリットのリード角を30゜以
上60゜以下の範囲に設定したため、エンジン出力低下の
抑制と排気ガス浄化作用の向上を高次元で両立すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る排気マフラー装置の適用例を示し
たスクーター型車両の右側面図。

【図２】排気マフラー装置を一部カットして示した斜視
図。

【図３】図２の III-III線に沿う排気マフラー装置の縦
断面図。

【図４】触媒部材単体の側面図であり、本発明の一実施
形態を示す図。

【図５】スパイラルスリットのリード角とスリット数を
様々に異ならせた触媒部材を同一のスクーター型車両の
排気マフラー装置に装着して各々のエンジン出力低下率
と排気浄化効率を測定した実験データを表示した図。

【図６】従来の技術を示す触媒部材単体の側面図。

【符号の説明】

１ スクーター型車両 ４ エンジン ８ 排気マフラー装置 ９ 排気管 10 マフラーボディー 11 テールパイプ 14 触媒部材 15，16 固定点となる支持部材 17 小孔 18 スパイラルスリット Ｂ 固定点の間の区間 α スパイラルスリットのリード角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 能之 静岡県浜松市高塚町300番地 スズキ株式 会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン４に繋がる排気管９と、この排
   気管９の内部に設置される円筒状の触媒部材14とを備え
   てなり、上記触媒部材14を、その軸方向に離間した複数
   の固定点（15，16）によって排気管９の内面に固定し、
   上記複数の固定点の間の区間Ｂにおいて触媒部材14に螺
   旋状のスパイラルスリット18を形成したことを特徴とす
   るエンジンの排気マフラー装置。
2. 【請求項２】 前記スパイラルスリット18のリード角α
   を30゜以上60゜以下の範囲に設定した請求項１に記載の
   エンジンの排気マフラー装置。