JP4619496B2 - 排気装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気ポートに連通する排気通路を形成する排気管と、排気通路内に設置され排ガスを浄化する触媒を備えた排気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（１）従来、小型エンジン例えば、２輪車のエンジンの排気ポートから排気管の排気通路に排出された排ガスを浄化する手段として、排気管の排気通路に配置された筒状触媒（パンチングチューブ）が用いられている。この筒状触媒は、エンジン出力を充分に発揮できるように、排ガスの吹き抜け率を高く設定して圧力損失を抑えているため、排ガスの浄化率は低い。
【０００３】
この筒状触媒の浄化機能を補うために、筒状触媒の後方側にハニカム触媒を配置し用いることが一般的である。
【０００４】
また、筒状触媒（パンチングチューブ）や、触媒を担持したパンチングメタルを用いた排気装置が以下に示すように、提供されている。すなわち、
（２）特開平１０ー２９９４６９号公開公報には、２サイクルエンジンのマフラー内に設けた触媒パイプ（パンチングパイプに触媒を担持させたもの）をマフラー内の温度が低いときにマフラーの上流側位置に移動し、マフラー内の温度が高いときに下流側位置とに移動する構成の排ガス浄化装置が開示されている。
（３）特開平５ー３１２０３０号公開公報には、マフラー筒内に触媒体を収容した触媒筒を保持板を介して取付け、保持板に通気孔を設けると共に、触媒筒の後側に連結した導出パイプにバイパス孔を設け、一部の排気ガスを触媒体を通さずにバイパス孔に流す構成の小型エンジンの排ガス浄化装置が開示されている。
（４）特開平７ー５４６４２号公開公報には、エンジンの排気ポートに接続されるエキゾーストパイプと、上記エキゾーストパイプの下流側に繋がる排気マフラとを備え、エキゾーストパイプ内に主触媒部材が設けられたエンジンの排気装置において、エキゾーストパイプの排気ポート接続部に、上記排気ポート内に突出する補助触媒部材（それぞれ触媒成分を担持した円筒形スリーブ部及びプレート部）を設けた排気装置が開示されている。
（５）特開平７ー２６９３３１号公開公報には、排気管内及びマフラー内に触媒を担持させたパンチングプレートや、パンチングメタルを配置した排ガス浄化装置が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、
（１）前記各公開公報に開示された排ガス浄化装置は、いずれも、複雑な構成のものである。ここにおいて簡素な構成でエンジン出力を低下することなく、排ガスの浄化率を高めるための改良余地がある。
（２）また、排ガスの吹き抜け率を高く、着火性の低い前記パンチングチューブの代わりにハニカム触媒を排気管の前方側の排気通路に配置し、着火性及び浄化率を高めることが考えられる。ところがこの場合には、排ガスの流れの抵抗（圧力損失）が大きくなりエンジン出力が低下する。また、ハニカム触媒をエンジン出力の低下に影響の無い位置（排気通路径大部）に配置すると排ガス温度が低すぎるため、着火できなくなる。
【０００６】
そこで、パンチングチューブ及びハニカム触媒を所定間隔を隔てて直列に配置して用いることにより、定常走行時におけるエンジン出力を保持しつつ、前記パンチングチューブのみを用いた場合よりも浄化率を向上し得るものの、冷機時におけるパンチングチューブの触媒低温活性を向上させるための改善が必要である。この場合には、パンチングチューブに担持させる触媒層に、貴金属を多量に使用する必要があり、コスト面で不利になる。
【０００７】
ここにおいて、本願発明者は、パンチングチューブとハニカム触媒とを従来にない特異な組み合わせ構成を創出するに至った。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡素な構成でエンジン出力を低下することなく、浄化率を高めることができる排気装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の排気装置は、エンジンの排気ポートに連通する排気通路を形成する排気管と、該排気通路内に設置され排ガスを浄化する触媒を備えた排気装置であって、前記触媒は、前記排気通路を区画する前記排気管の内壁面より隔てられた該排気通路の中央付近に配置された所定長さの筒状触媒部と、該筒状触媒部の筒状周壁部の内周側に連設され多数の通孔を有するハニカム触媒部と、を備え、前記ハニカム触媒部は、前記筒状触媒部の前記筒状周壁部の長手方向の中央部に連設されていることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の排気装置は、例えば、２サイクルエンジンや、４サイクルエンジンなどの排気系統に用いることができる。また、本発明の排気装置は、排ガス中にオイルミストが含まれている場合であっても、排ガスを浄化する機能を備えているため、この観点から、２サイクルエンジンの排気系統に用いることがより好ましい。
【００１１】
前記筒状触媒部は、前記筒状周壁部に該筒状周壁部の内周側と外周側とを連通する多数の連絡孔をもつものを用いることができる。
【００１２】
筒状触媒部としては、例えば、所定厚さの金属板を、予め、プレス装置などでパンチして多数の連絡孔を形成し、引続き、所定サイズの筒状体として加工した後、この筒状体を担体とし排ガスの浄化機能をもつ触媒層を担持することによって形成できる。
【００１３】
筒状触媒部の連絡孔は、円形、四角形、三角形、及びそれらに類似する形、など目的に応じて種々設定することがきる。
【００１４】
ハニカム触媒部は、例えば、金属箔からなる平板と、金属箔からなる波板とを交互に巻回した後、一体的にロウ付けして筒状とし、その両端側に貫通するほぼ平行な多数の通孔（いわゆるハニカム孔）を形成し、通孔を区画する壁面（孔壁）に排ガス浄化機能をもつ触媒層を担持させ、外周部に外筒を装着することによって形成できる。
。
【００１５】
前記ハニカム触媒部は、前記筒状触媒部の前記筒状周壁部の長手方向の中央部に連設する。なお、前記中央部におけるハニカム触媒部の連設する領域としては、前記筒状周壁部の内周側を用いる。
【００１６】
また、この場合には、ハニカム触媒部は、筒状触媒部の筒状周壁部の一部を外筒として利用できることや、筒状触媒部と一体化できること、排気管の内壁面との間に介挿する取り付け保持部材（ステーイ）を共用できることなど、部品点数を低減でき、コスト低減に役立つ。また、筒状触媒部とハニカム触媒部とを製造する過程で、同一工程で同時に触媒化する触媒処理を施すことができ、製造コスト低減に役立つ。
【００１７】
前記ハニカム触媒部と前記筒状触媒部との長手方向の長さの比率は、１：２〜１：３０とすることがより好ましい。なお、前記比率が１：２に満たない場合には、筒状触媒部を用いた効果が少なくなり、また、前記比率が１：３０を超過する場合には、ハニカム触媒部を用いた効果が少なくなる。
【００１８】
【実施例】
本発明の排気装置の実施例１並びに参考例１および２を以下に説明する。
【００１９】
（参考例１）
図１、図４に示す参考例１の排気装置１Ａは、２サイクルエンジンＥの排気ポートｅ１に連通する排気通路２を形成する排気管２ａと、排気管２ａの排気通路２の触媒配置領域Ｓ（図１参照）に配置された筒状触媒部３ａ及びハニカム触媒部４ａとよりなる。
【００２０】
排気管２ａの排気通路２は、２サイクルエンジンＥの排気ポートｅ１に連通する前方小径部側より後方側に向かう途中の大径部の触媒配置領域Ｓに筒状触媒部３ａ及びハニカム触媒部４ａが配置される。
【００２１】
筒状触媒部３ａは、所定厚さの金属板を、予め、プレス装置などでパンチして多数の連絡孔３０を形成し、巻回加工した筒状体（外径が３５ｍｍ、長さが１５０ｍｍ、板厚さｔが１．０、連絡孔３０の孔径３ｍｍ、連絡孔３０のピッチＰが６ｍｍ）とした後、その筒孔３２に別途形成された後記のハニカム箔を挿入し、この筒状体の筒状周壁部３１をハニカム箔とともに、担体として排ガス浄化機能をもつ触媒層（図示せず）を担持させたものである。連絡孔３０は、筒状周壁部３１の内周３１１側と外周３１２側とを連通する。
【００２２】
前記ハニカム触媒部４ａは、金属箔からなる平板４０と、金属箔からなる波板４１とを交互に巻回して筒状とし、その両端側に貫通するほぼ平行な多数の通孔（いわゆるハニカム孔）４２をもつハニカム箔〔長さが２０ｍｍ、通孔４２の数（１００セル／平方インチ）〕として形成した後、前記筒状触媒部３の触媒層形成処理前の筒状体の一端側から筒孔に挿入後、全体をろう塗布し、１２００℃×１ｈで真空処理し、アルミナセリウム＋セリウム＋ジルコニア、希土類、Ｐｔ＋Ｒｈ、Ｐｄなどを触媒層（図示せず）として担持することによって形成したものである。なお、筒状触媒部３ａの筒状周壁部３１の一部は、内周３１１側に配置し、かつ形成したハニカム触媒部４ａの外筒（ハニカム箔の外周側を保護するハウジング）として機能する。また筒状周壁部３１がハニカム触媒部４ａの外筒となる領域には、連絡孔３０を設けなくてもよい。
【００２３】
従って、筒状触媒部３ａとハニカム触媒部４ａとは、一体的に連結されたひとつの触媒体を形成し、図１に示すように、排気通路２を区画する排気管２ａの内壁面２０ａより隔てられた排気通路２の中央部（内壁面２０ａより半径内方向側の中央部）で排気管２ａの軸方向Ｐに沿って配置される。なお、筒状触媒部３ａとハニカム触媒部４ａとは、図４に示されるように、筒状触媒部３ａの外周側と、排気管２ａの内壁面２０ａとの間に介置したステーイＫ（図４参照）によって中空状態に固定保持される。
【００２４】
前記のように構成された排気装置１Ａは、２サイクルエンジンＥの排気ポートｅ１から排気管２ａの排気通路２に排出され排ガスを浄化するために用いられる。
【００２５】
排気ポートｅ１から排気通路２に導入した排出ガスは、筒状触媒部３ａ及びハニカム触媒部４ａに接触する流れを形成する。
【００２６】
すなわち、筒状触媒部３ａに接触する流れは、ハニカム触媒部４ａを通過した後、筒状触媒部３ａの通路３２を流通する流れと、排気管２ａの内壁面２０ａと筒状触媒部３ａとの間の排気通路２を流通する流れと、筒状触媒部３ａの連絡孔３０から筒状周壁部３１の内周３１１側と外周３１２側との何れか一方から他方に流通する流れとで形成される。
【００２７】
また、筒状触媒部３ａの通路３２を流通する流れは、さらにハニカム触媒部４ａの多数の通孔４２（ハニカム孔）内を通過した排ガスにより初期より温度が上昇するため、筒状触媒部３ａの浄化効率も向上する。
【００２８】
このように、参考例１の排気装置１Ａによれば、２サイクルエンジンＥの排気ポートｅ１から排気管２ａの排気通路２に排出され排出ガスは、排気管２ａの内壁面２０ａより隔てられた排気通路２の中央部に排気管２ａの軸方向Ｐに沿って配置され、互いに隣接する位置のハニカム触媒部４ａと筒状触媒部３ａの順に導入し、効率よく浄化できる。
【００２９】
（実施例１）
図２、図５に示す実施例１の排気装置１Ｂは、排気管２ａの排気通路２の触媒配置領域Ｓ（図２参照）に配置された筒状触媒部３ｂの軸方向Ｐの中央領域の孔通路３２内にハニカム触媒部４ｂを配置したこと以外は、前記参考例１の排気装置１Ａと同じ構成である。従って、前記参考例１と同じ構成部分には、同符号を付け、その説明を省略する。
【００３０】
筒状触媒部３ｂは、所定厚さの金属板を、予め、プレス装置などでパンチして多数の連絡孔３０を形成し、巻回加工し周方向の両端が溶接されていない開口部をもつオープン管（周方向の両端を溶接した場合の外径が３５ｍｍ、長さが１５０ｍｍ、板厚さｔが１．０、連絡孔３０の孔径２ｍｍ、連絡孔３０のピッチＰが４ｍｍ）とした後、オープン管の軸方向Ｐの中央領域に、別途形成された後記のハニカム箔（ハニカム箔の外周にろう塗布済のもの）を配置し、オープン管の開口部を溶接で閉じ、筒状体とした後、１２００℃×１ｈで真空処理し、前記参考例１の場合と同じように、触媒層形成処理を施し、触媒層（図示せず）を担持させることによってハニカム触媒部４ｂと一体的に形成したものである。
【００３１】
ハニカム触媒部４ｂは、金属箔からなる平板４０と、金属箔からなる波板４１とを交互に巻回して筒状とし、その両端側に貫通するほぼ平行な多数の通孔（いわゆるハニカム孔）４２をもつハニカム箔〔長さが２０ｍｍ、通孔４２の数（２００セル／平方インチ）〕と、前記のように、筒状触媒部３ｂとともに触媒層形成処理が施され、触媒層（図示せず）を担持とたものである。なお、ハニカム触媒部４ｂの外径は３３ｍｍである。
【００３２】
この実施例１の排気装置１Ｂによれば、２サイクルエンジンＥの排気ポートｅ１から排気管２ａの排気通路２に排出され排出ガスは、排気管２ａの内壁面２０ａより隔てられた排気通路２の中央部に排気管２ａの軸方向Ｐに沿って配置され、互いに隣接する位置の筒状触媒部３ｂの前方側領域３ｂ１、ハニカム触媒部４ｂ、筒状触媒部３ｂの後方側領域３ｂ２の順に導入し、効率よく浄化できる。
【００３３】
（参考例２）
図３、図６に示す参考例２の排気装置１Ｃは、排気管２ａの排気通路２の触媒配置領域Ｓ（図３参照）に配置された筒状触媒部３ｃに対し、その筒状周壁部３１の外周３１２側に、筒状周壁部３１と同心円状にハニカム触媒部４ｃを設置したこと以外は、参考例１の排気装置１Ａと同じ構成である。従って、前記参考例１と同じ構成部分には、同符号を付け、その説明を省略する。
【００３４】
筒状触媒部３ｃは、所定厚さの金属板を、予め、プレス装置などでパンチして多数の連絡孔３０を形成し、巻回加工した筒状体（外径が２７ｍｍ、長さが１５０ｍｍ、板厚さｔが１．０、連絡孔３０の孔径３ｍｍ、連絡孔３０のピッチＰが６ｍｍ）とした後、この筒状体の筒状周壁部３１の外周３１２側に巻回したハニカム箔と、その外周に装着した外筒４４ｃをもつハニカムを形成した後、全体にろう材を塗布し、１２００℃×１ｈで真空処理し、前記参考例１の場合と同じように、触媒層形成処理を施し、排ガス浄化機能をもつ触媒層（図示せず）を担持させることによってハニカム触媒部４ｃと一体的に形成したものである。
【００３５】
前記ハニカム触媒部４ｃは、金属箔からなる平板４０と、金属箔からなる波板４１とを交互に巻回して筒状とし、その両端側に貫通するほぼ平行な多数の通孔（いわゆるハニカム孔）４２をもつハニカム箔〔外径４５ｍｍ、長さが３０ｍｍ、通孔４２の数（４０セル／平方インチ）〕として形成し、その外周に外筒４４ｃ（図６参照）を装着している。
【００３６】
この参考例２の排気装置１Ｃによれば、２サイクルエンジンＥの排気ポートｅ１から排気管２ａの排気通路２に排出され排ガスは、排気管２ａの内壁面２０ａより隔てられた排気通路２の中央部に排気管２ａの軸方向Ｐに沿って配置され、互いに隣接する位置の筒状触媒部３ｃ及びハニカム触媒部４ｃとで浄化され、かつ前記中央部を流れる排ガスは筒状触媒部３ｃで浄化され、その半径外側を流れる排ガスはハニカム触媒部４ｃで浄化される。
【００３７】
（排ガスの浄化率の評価テスト）
前記参考例１、実施例１および参考例２における排気装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃの効果を確認するため、比較例１とともに同じ、排ガスの浄化率の評価テストを施し、その結果を図７に比較して示した。
【００３８】
なお、比較例１の排気装置は、参考例１、実施例１および参考例２で用いた排気管２ａ（図１参照）と、排気管２ａの排気通路２と同じ位置に、排気管２ａの内壁面２０ａより隔てられた排気通路２０の中央部に排気管２ａの軸方向Ｐに沿って配置された所定長さの筒状触媒（図示せず、以下同じ）とからなる。
【００３９】
比較例１で用いた筒状触媒（パンチングチューブ）は、外径３５ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍ、筒状周壁部に形成され筒状周壁部の内周側と外周側とを連通する多数の連絡孔（パンチング孔）の孔径３ｍｍ、孔径のピッチ６ｍｍに設定された筒状体に、参考例１、実施例１および参考例２の場合と同じ触媒層を担持し触媒化したものである。
（評価テスト条件）
エンジン：５０ｃｃ、２サイクル
評価モ−ド：ＩＳ０６４６０
（評価テストの結果）
図７に示されるように、参考例１、実施例１および参考例２の場合には、いずれも排ガス中のＨＣ及びＣＯの浄化率が６０％を越え、比較例１のＨＣ浄化率が５０％、ＣＯの浄化率が４５％の場合よりも優れることが判明した。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の排気装置によれば、排気通路を区画する排気管の内壁面より隔てられた排気通路の中央部に排気管の軸方向に沿って配置された所定長さの筒状触媒部と、筒状触媒部の筒状周壁部の内周側に連設され排気管の軸方向に沿う多数の通孔を有するハニカム触媒部と、を備え、ハニカム触媒部は、筒状触媒部の筒状周壁部の長手方向の中央部に連設されている。
【００４１】
このため、筒状触媒部とハニカム触媒部とは、一体的に連設された簡素な構成のものであり、エンジンの排気ポートから排出された排気ガスは、排気管の軸方向に沿うひとつの領域で筒状触媒部及びハニカム触媒部に接触する流れを形成する。
【００４２】
また、筒状触媒部に接触する流れは、筒状触媒部の通路を流通する流れと、排気管の内壁面と筒状触媒部との間の排気通路（吹き抜け通路）を流通する流れを形成するとともに、筒状触媒部に接触した部分で浄化される。
【００４３】
さらに、排ガスの一部は、ハニカム触媒部の多数の通孔（ハニカム孔）内に導入し、触媒機能を充分に発揮し得る高さの入ガス温度を保持できる。このため、ハニカム触媒部では触媒反応を向上した状態で効率良く浄化できる。なお、筒状触媒部でハニカム触媒部が一体的に連設されていない領域を吹き抜ける排ガスによってエンジン出力が低下しないものに保持される。
【００４４】
このように本発明の排気装置によれば、筒状触媒部とハニカム触媒部とを備えていても、前記従来の排気浄化装置に較べ簡素な構成が得られ、かつコスト的にも有利なものであり、エンジン出力を低下することのないように圧力損失に影響しない程の排ガスの吹き抜け通路を筒状触媒部により形成でき、筒状触媒部と一体的に形成されたハニカム触媒部によって、従来のパンチングチューブのみを用いた場合よりも、浄化率を高めることができる。
【００４５】
従って、小型エンジンに連結して用いる場合に優れた機能を発揮し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例１の排気装置の使用例を示す断面側面図。
【図２】実施例１の排気装置の使用例を示す断面側面図。
【図３】参考例２の排気装置の使用例を示す断面側面図。
【図４】参考例１におけるＡ１、Ａ１線断面矢視拡大図。
【図５】実施例１におけるＡ２、Ａ２線断面矢視拡大図。
【図６】参考例２におけるＡ３、Ａ３線断面矢視拡大図。
【図７】参考例１、実施例１および参考例２並びに比較例１の排ガス浄化率を比較して示す比較図。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…排気装置
２ａ…排気管 ２０ａ…排気管の内壁面
２…排気通路
３ａ、３ｂ、３ｃ…筒状触媒部
４ａ、４ｂ、４ｃ…ハニカム触媒部
４０…平板、４１…波板 ４２…通孔（ハニカム孔） ４４ｃ…外筒

Claims (2)

1. エンジンの排気ポートに連通する排気通路を形成する排気管と、該排気通路内に設置され排ガスを浄化する触媒を備えた排気装置であって、
   前記触媒は、前記排気通路を区画する前記排気管の内壁面より隔てられた該排気通路の中央付近に沿って配置された所定長さの筒状触媒部と、該筒状触媒部の筒状周壁部の内周側に連設され多数の通孔を有するハニカム触媒部と、を備え、
   前記ハニカム触媒部は、前記筒状触媒部の前記筒状周壁部の長手方向の中央部に連設されていることを特徴とする排気装置。
2. エンジンの排気ポートに連通する排気通路を形成する排気管と、該排気通路内に設置され排ガスを浄化する触媒を備えた排気装置であって、
   前記触媒は、前記排気通路を区画する前記排気管の内壁面より隔てられた該排気通路の中央付近に沿って配置された所定長さの筒状触媒部と、該筒状触媒部の筒状周壁部の内周側に連設され多数の通孔を有するハニカム触媒部と、を備え、
   前記筒状触媒部は、前記筒状周壁部に該筒状周壁部の内周側と外周側とを連通する多数の連絡孔をもち、前記ハニカム触媒部は、前記筒状触媒部の前記筒状周壁部の長手方向の中央部に連設されていることを特徴とする排気装置。

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