JP4974548B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの排気路に触媒コンバータを介装した、エンジンの排気浄化装置の改良に関する。

かゝるエンジンの排気浄化装置は、特許文献１及び２に開示されるように、既に知られている。
実公昭６０−２９６２５号公報 特開平８−６８３１６号公報

従来のかゝるエンジンの排気浄化装置では、浄化すべき排気を触媒コンバータに一方向に流すようにしていたので、触媒コンバータの流路長を長くして排気の浄化効率を上げようとすると、触媒コンバータの全長が長くなり、エンジンの排気系の長大化を招くことになる。

本発明は、かゝる事情に鑑みてなされたもので、触媒コンバータの全長を増加させることなく、触媒コンバータにおける有効流路長の増加を可能にし、排気浄化効率の向上に寄与し得る、エンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、エンジンの排気路に円筒状の触媒コンバータを介装した、エンジンの排気浄化装置であって、前記触媒コンバータが、両端を開放した円筒状シェルと、そのシェルの軸方向に延びる多数の流路を有して該シェルの内周面に嵌合固着されるハニカム状の触媒担持体とを備えてなるものにおいて、前記シェルの一端部の外周面には、前記触媒担持体の一端面を第１の空間を挟んで覆う第１キャップの開口端部を、該一端部と径方向に重なり合うように嵌合して結合し、その第１キャップには、前記触媒コンバータの軸線と直交する横断面で円形をなす前記第１の空間を、前記排気路の上流部を接続する横断面半円形状の排気導入室と前記排気路の下流部を接続する横断面半円形状の排気導出室とに二等分するよう仕切る平板状の隔壁を設け、この隔壁は、前記触媒担持体の前記一端面を二等分するように、該一端面に対して近接し且つ垂直に配置されていて、前記触媒担持体における前記多数の流路を、前記排気導入室に連なる第１触媒室と前記排気導出室に連なる第２触媒室とに区分しており、前記シェルの他端部の外周面には、前記触媒担持体の他端面を第２の空間を挟んで覆う半球状のドーム部を有した第２キャップの開口端部を、該シェルの他端部と径方向に重なり合うように嵌合して結合することで、該第２の空間を、前記第１触媒室を通過した排気を前記第２触媒室に向かうよう反転誘導する排気反転室としたことを第１の特徴とする。

尚、上記排気路は、後述する本発明の実施例の排気管５及び排気マフラ６に対応する。

また本発明は、第１の特徴に加えて、前記触媒室の総合容積をＡ、前記排気反転室の容積をＢとしたとき、下記（１）式
０．１＜Ａ／Ｂ＜４・・・・・・（１）
を成立させることを第２の特徴とする。

さらに本発明は、第１又は第２の特徴を有するエンジンの排気浄化装置であって、自動二輪車に搭載されるものにおいて、前記触媒コンバータが、その軸線を自動二輪車の車幅方向に向けるようにしてエンジンの直下でその横幅内に配置され、その触媒コンバータよりも後方でエンジンの外側方に自動二輪車のステップが配置されることを第３の特徴とする。

さらにまた本発明は、第１又は第２の特徴に加えて、前記触媒コンバータを、エンジンの直下に配設したことを第４の特徴とする。

さらにまた本発明は、第１〜第４の特徴の何れかに加えて、前記触媒コンバータを、前記排気路中の排気マフラ内に配設したことを第５の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば、触媒コンバータでは、排気導入室から第１触媒室に通過させた排ガスを排気反転室で反転させ、再び第２触媒室に通過させ後、排気導出室へと誘導するので、排ガスは、ハニカム状触媒担持体の多数の軸方向流路で構成される触媒室を往復することになり、したがって触媒室の総合流路長は、実質上、触媒コンバータの全長の２倍となるから、触媒コンバータの全長を増加させることなく、触媒コンバータの有効流路長の大幅な増加が可能となり、排気浄化装置のコンパクト化を図ることができる。その上、触媒室における排ガスの往流と復流とが相互に加熱し合うことにより、エンジンの始動後、第１及び第２触媒室の早期の活性化が可能となり、排気浄化効率を効果的な向上に寄与し得る。さらに、触媒コンバータにおいて、第１触媒室を通過する排ガスの往流と、第２触媒室を通過する復流との干渉を回避して、エンジンの背圧の増加を抑え、エンジンの出力性能の向上に寄与し得る。

本発明の第２の特徴によれば、触媒室の容積Ａと排気反転室の容積Ｂとの比、即ちＡ／Ｂを０．１〜４．０に設定したことで、少なくともエンジン出力性能の低下を回避することができる。

本発明の第３の特徴によれば、自動二輪車に搭載される排気浄化装置の配置にエンジン直下のデッドスペースが利用されると共に、左右のステップへの、排気浄化装置による熱影響を回避することができる。

本発明の第４の特徴によれば、エンジン直下のデッドスペースを利用して、コンパクトな触媒コンバータの設置が可能となる。

本発明の第５の特徴によれば、排気マフラ内のデッドスペースを利用して、コンパクトな触媒コンバータを設置することができると共に、排気マフラにより触媒コンバータを保温して、その早期活性化を効果的に促進することができ、またその触媒コンバータにより消音効果を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した好適な実施例に基づいて説明する。

図１は本発明の実施例に係るエンジンの排気浄化装置を備えた自動二輪車の側面図、図２は図１中のエンジン周りの拡大側面図、図３は図２の３矢視図、図４は図３の４−４線に沿う排気浄化装置の拡大縦断面図、図５は図４の５−５線断面図である。また図６は第１参考例を示す、図４の対応図、図７は図６の７−７線断面図、図８は第２参考例を示す図６との対応図、図９は第３参考例を示す、図６との対応図、図１０は図９の１０−１０線断面図、図１１は第４参考例を示す、排気マフラの縦断面図、図１２は本発明装置と従来装置との性能比較線図である。

先ず、図１〜図５に示す本発明の実施例の説明より始める。

図１において、自動二輪車Ｍは、前輪２ｆ及び後輪２ｒを支持する車体１の中央部に、後輪２ｒを駆動するエンジンＥを搭載して構成される。エンジンＥは、クランクケース３の前面からシリンダ部４をやゝ上向きに突出させてなる４サイクル型であり、そのシリンダ部４の下面に、その内部の排気ポートに連通する排気管５が取り付けられ、この排気管５の後端には、後輪２ｒの一側に配置される排気マフラ６が接続される。

図２及び図３に示すように、排気管５の途中には、円筒状の触媒コンバータ１０を具備した排気浄化装置Ｄが設けられる。この排気浄化装置Ｄは、その長手方向両端を自動二輪車Ｍの左右方向に向けてクランクケース３の直下でその横幅内に、且つクランクケース３の底面にボルト結合されるステップバー１１の前方に配置される。こうして、排気浄化装置Ｄの配置にエンジンＥ直下のデッドスペースが利用されると共に、ステップバー１１の両端に付設される左右のステップ１２，１２への、排気浄化装置Ｄによる熱影響を回避することができる。

上記排気管５は、この排気浄化装置Ｄを境にして、エンジンＥに連なる排気上流管５ａと、排気マフラ６に連なる排気下流管５ｂとの分割され、これら排気上流及び下流管５ａ，５ｂの何れも排気浄化装置Ｄの長手方向一端部に連結される。

排気上流管５ａの下流部から排気下流管５ａ，５ｂにかけて、それらの外側面を覆うプロテクタ板１３が取り付けられ、また排気浄化装置Ｄには、その下面を覆うアンダガード板１４が取り付けられる。

図４及び図５において、上記排気浄化装置Ｄは、円筒状の三元式触媒コンバータ１０と、この触媒コンバータ１０の長手方向両端部に結合されるドーム状の第１キャップ１８及び第２キャップ１９とから構成される。

触媒コンバータ１０は、両端を開放した円筒状のシェル１６と、そのシェル１６の内周面に嵌合固着されて、その軸方向に延びる多数の流路２４，２４…を持ったハニカム状の触媒担持体１７とを備えており、この触媒担持体１７には、多数の流路２４，２４…に臨んで白金、ロジーム、パラジウム等の触媒が担持される。ハニカム状の触媒担持体１７は、例えば図５に明示するように、何れもステンレス鋼板製で互いに重ねられる平板１７ａ及び波板１７ｂを螺旋状に密に巻き込んで構成される。

第１及び第２キャップ１８，１９は、それらの開口端部をシェル１６の両端部の外周面に径方向に重なり合うように嵌合して結合されており、第１キャップ１８は、触媒コンバータ１０の一端面を第１の空間を挟んで覆い、また第２キャップ１９は、触媒コンバータ１０の他端面を第２の空間を挟んで覆う。その第１キャップ１８には、触媒コンバータ１０の軸線と直交する横断面で円形をなす前記第１の空間を各々が横断面半円形状をなす排気導入室２１と排気導出室２２とに二等分するよう仕切る隔壁２０が設けられ、第１キャップ１８に結合される排気上流管５ａ及び排気下流管５ｂが排気導入室２１と排気導出室２２にそれぞれ連通される。

上記隔壁２０は、触媒担持体１７の一端面を二等分するように、該一端面に対して近接しながら垂直に配置され、これによって触媒担持体１７の多数の流路２４，２４…は、排気導入室２１に連通する第１触媒室２５と、排気導出室２２に連通する第２触媒室２６とに区分される。

第２キャップ１９の内部は、上記第１及び第２触媒室２５，２６間を連通する排気反転室２３とされる。

以上において、第１及び第２触媒室２５，２６の総合容積Ａ、並びに排気反転室２３の容積Ｂは、下記（１）式が成立するように設定される。

０．１＜Ａ／Ｂ＜４・・・・・・（１）
望ましくは、Ａ／Ｂは略１．５と設定される。

次に、この実施例の作用について説明する。

エンジンＥの作動中、その排気ポートを出た排ガスは、先ず排気上流管５ａから排気導入室２１に流入し、第１触媒室２５を構成する多数の流路２４，２４…を通過して排気反転室２３に移り、第２触媒室２６側に反転し、第２触媒室２６の多数の流路２４，２４…を通過して排気導出室２２に移り、排気下流管５ｂへと流出する。

ところで、上記第１及び第２触媒室２５，２６を持つ触媒コンバータ１０は、それを通過する排ガスの熱及びエンジンＥからの放射熱により活性化されると、第１及び第２触媒室２５，２６で排ガス中のＮＯｘを窒素ガスに還元すると共に、ＣＯ及びＨＣを酸化して、これら有害三成分を無害化させるのであるが、本発明の触媒コンバータ１０では、第１及び第２触媒室２５，２６を並列に隣接させ、第１触媒室２５を通過した排ガスを排気反転室２３で反転させて、第２触媒室２６を通過させるようにしたので、第１及び第２触媒室２５，２６の総合流路長は、触媒担持体１７の全長の２倍となる。したがって触媒担持体１７の全長を増加させることなく、触媒担持体１７の有効流路長の大幅な増加が可能となり、排気浄化装置のコンパクト化を図ることができ、その結果、エンジンＥ直下の狭隘なデッドスペースへの設置も可能となる。

その上、第１及び第２触媒室２５，２６は、それらの隣接部を介して相互に加熱し合うこと、並びに触媒担持体１７の外周面の面積を小さくして放熱を極力抑えることにより、エンジンＥの始動後、第１及び第２触媒室２５，２６の早期の活性化が可能となり、排気浄化効率を効果的な向上に寄与し得る。

図１２は、第１及び第２触媒室２５，２６の総合容積Ａと排気反転室２３の容積Ｂとの比、即ちＡ／Ｂと、エンジンＥの出力向上率αとの関係を、テスト結果に基づいて示したものである。こゝで出力向上率αとは、本発明装置を使用したエンジンＥの最大出力をＰ、第１及び第２触媒室２５，２６を直線状に接続した従来装置を備えるエンジンＥの最大出力をＱとしたとき、下記式で得たものである。

α（％）＝（Ｐ−Ｑ）×１００／Ｐ
テストは、排気量が５０ｃｃ，１５０ｃｃ，２００ｃｃと異なる三種類のエンジンについて、Ａ／Ｂの値を変化させて行った。

その結果、Ａ／Ｂを０．１〜４．０に設定したときは、エンジンの出力向上率を０％以上とすること、即ちエンジン出力性能を少なくとも低下させずに済むことを確認し、またＡ／Ｂを略１．５に設定したときは、出力向上率を略最大にし得ることを確認することができた。

次に、図６に示す第１参考例について説明する。

この第１参考例は、第１キャップ１８内に、触媒担持体１７の一端面に対向させる漏斗状の開口端を持った円筒状の隔壁２０が触媒担持体１７と同心状に配置される。この隔壁２０は第１キャップ１８に固着されるもので、この隔壁２０の内周面により円柱状の排気導入室２１が画成され、隔壁２０の外周面及び第１キャップ１８の内周面により、排気導入室２１を囲繞する環状の排気導出室２２が画成される。勿論、排気上流管５ａは排気導入室２１に、排気下流管５ｂは排気導出室２２にそれぞれ接続される。その他の構成は、前実施例と同様であるので、図６中、前実施例と対応する部分には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。したがって、第１参考例においても、第１及び第２触媒室２５，２６の総合容積Ａと、排気反転室２３の容積Ｂとの比、Ａ／Ｂは前実施例の場合と同様に設定される。

この第１参考例によれば、第１キャップ１８内を、円柱状の排気導入室２１と、それを囲繞する円筒状の排気導出室２２とに仕切る円筒状の隔壁２０を、触媒担持体１７の一端面に対向させたことから、触媒担持体１７の多数の流路２４，２４…は、排気導入室２１に連通する円柱状の第１触媒室２５と、排気導出室２２に連通して第１触媒室２５を囲繞する円筒状の第２触媒室２６とに区分される。

したがって、排気導入室２１から第１触媒室２５の多数の流路２４，２４…を通過して排気反転室２３に移った排ガスは、放射状に広がりながら反転して第２触媒室２６を、排気導出室２２に向かって進むことになるから、第１触媒室２５を第２触媒室２６により効果的に保温し、且つ加熱することができ、触媒担持体１７の活性化を、より早めることができる。

次に、図７及び図８に示す第２参考例について説明する。

この第２参考例は、触媒担持体１７に、第１触媒室２５及び第２触媒室２６間を仕切る円筒状の仕切り筒２８を配設し、この仕切り筒２８の一端に、第１キャップ１８の内の円筒状の隔壁２０を連結したもので、その他の構成は前記第１参考例と同様であるので、図７及び図８中、第１参考例と対応する部分には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。勿論、第１及び第２触媒室２５，２６の総合容積Ａと、排気反転室２３の容積Ｂとの比、Ａ／Ｂは前記実施例の場合と同様に設定される。

この第２参考例によれば、触媒担持体１７において、仕切り筒２８により第１触媒室２５及び第２触媒室２６間が確実に仕切られるので、第１触媒室２５を排気反転室２３に向う排ガスの往流と、第２触媒室２６を排気導出室２２に向う排ガスの復流との干渉を確実に回避して、エンジン出力の向上に寄与することができる。

次に、図９及び図１０に示す第３参考例について説明する。

この第３参考例では、触媒コンバータ１０が、円筒状のシェル１６と、円筒状の隔壁２０に一体に連設されてシェル１６内に同心配置される仕切り筒２８と、シェル１６の内周面、仕切り筒２８の外周面及び同仕切り筒２８の内周面に接合される、パンチングプレートよりなる触媒担持体１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃと、これら触媒担持体１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃの表面に担持される白金、ロジーム、パラジウム等の触媒とから構成され、仕切り筒２８は、その内側に第１触媒室２５を画成し、シェル１６及び仕切り筒２８は、その嵌合に第１触媒室２５を囲繞する円筒状の第２触媒室２６を画成する。

その他の構成は、前記第１参考例と同様であるので、図９及び図１０中、第１参考例に対応する部分には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。勿論、この第３参考例においても、第１及び第２触媒室２５，２６の総合容積Ａと、排気反転室２３の容積Ｂとの比、Ａ／Ｂは前記実施例の場合と同様に設定される。

この第３参考例によれば、触媒担持体１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃをパンチングプレートにより構成することで、触媒コンバータ１０の構成を簡素化し、コストの低減を図ることができる。

最後に、図１１に示す第４参考例について説明する。

この第４参考例は、前記第１参考例の排気浄化装置を排気マフラ６内に配設したものに相当する。即ち、排気マフラ６の円筒状のマフラ本体３０の前端にはエンジンＥ（図１参照）から延びる排気管５の下流端が接続され、その後端には、大気開放のテールパイプ３１が取り付けられる。マフラ本体３０の内部は、前後一対の隔壁板３２，３４によって中間部の第１消音室３４、前側の第２消音室３５及び後側の第３消音室３６の三室に仕切られ、第１消音室３４から第２消音室３５に両端を臨ませる触媒コンバータ１０が前側の隔壁２０に取り付けられる。

この触媒コンバータ１０の構造は、前記実施例及び第１参考例〜第３参考例の触媒コンバータ１０の何れのものと同一でよいが、図示例では第１参考例の触媒コンバータ１０が用いられる。したがって、図１１中、触媒コンバータ１０の第１参考例と対応する部分に同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。

第２消音室３５には、排気管５の下流端に一体に連設されて触媒コンバータ１０の触媒担持体１７の前端面に対向する円筒状の隔壁２０が配置され、これによって第２消音室３５は、隔壁２０の内側の排気導入室２１と、隔壁２０の外側の排気導出室２２とに仕切られる。これに伴ない触媒担持体１７の、排気導入室２１に連通する多数の流路により第１触媒室２５が構成され、排気導出室２２に連通する多数の流路２４，２４…により、第１触媒室２５を囲繞する第２触媒室２６が構成される。

排気導入室２１から第１触媒室２５を通過した排ガスは、第１消音室３４で反転して第２触媒室２６に移行するので、第１消音室３４は排気反転室として機能する。

二枚の隔壁板３２，３３には、第２消音室３５及び第３消音室３６間を連通する連通管３７が取り付けられる。

第２触媒室２６を通過して排気導出室２２に移った排ガスは、連通管３７を経て第３消音室３６に移り、そしてテールパイプ３１から大気に排出される。

而して、第１及び第２触媒室２５，２６を通過することにより、前実施例及び参考例と同様の作用により浄化されると共に、段階的に膨張を繰り返すことにより消音される。

この第４参考例によれば、排気マフラ６内のデッドスペースを利用して、コンパクトな触媒コンバータ１０を設置することができると共に、排気マフラ６により触媒コンバータ１０を保温して、その早期活性化を効果的に促進することができ、またその触媒コンバータ１０により消音効果を高めることができる。

以上、本発明の実施例及び参考例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことができる。

本発明の実施例に係るエンジンの排気浄化装置を備えた自動二輪車の側面図。 図１中のエンジン周りの拡大側面図。 図２の３矢視図。 図３の４−４線に沿う排気浄化装置の拡大縦断面図。 図４の５−５線断面図。 第１参考例を示す、図４の対応図。 図６の７−７線断面図。 第２参考例を示す図６との対応図。 第３参考例を示す、図６との対応図。 図９の１０−１０線断面図。 第４参考例を示す、排気マフラの縦断面図。 本発明装置と従来装置との性能比較線図。

Ｄ・・・・・・排気浄化装置
Ｅ・・・・・・エンジン
５，６・・・・排気路（排気管、排気マフラ）
１０・・・・・触媒コンバータ
１２・・・・・ステップ
１６・・・・・シェル
１７・・・・・触媒担持体
２１・・・・・排気導入室
２２・・・・・排気導出室
２３・・・・・排気反転室
２４・・・・・流路
２５・・・・・第１触媒室
２６・・・・・第２触媒室

Claims (5)

1. エンジン（Ｅ）の排気路（５，６）に円筒状の触媒コンバータ（１０）を介装した、エンジンの排気浄化装置であって、
   前記触媒コンバータ（１０）が、両端を開放した円筒状シェル（１６）と、そのシェル（１６）の軸方向に延びる多数の流路（２４）を有して該シェル（１６）の内周面に嵌合固着されるハニカム状の触媒担持体（１７）とを備えてなるものにおいて、
   前記シェル（１６）の一端部の外周面には、前記触媒担持体（１７）の一端面を第１の空間を挟んで覆う第１キャップ（１８）の開口端部を、該一端部と径方向に重なり合うように嵌合して結合し、
   その第１キャップ（１８）には、前記触媒コンバータ（１０）の軸線と直交する横断面で円形をなす前記第１の空間を、前記排気路（５，６）の上流部を接続する横断面半円形状の排気導入室（２１）と前記排気路（５，６）の下流部を接続する横断面半円形状の排気導出室（２２）とに二等分するよう仕切る平板状の隔壁（２０）を設け、
   この隔壁（２０）は、前記触媒担持体（１７）の前記一端面を二等分するように、該一端面に対して近接し且つ垂直に配置されていて、前記触媒担持体（１７）における前記多数の流路（２４）を、前記排気導入室（２１）に連なる第１触媒室（２５）と前記排気導出室（２２）に連なる第２触媒室（２６）とに区分しており、
   前記シェル（１６）の他端部の外周面には、前記触媒担持体（１７）の他端面を第２の空間を挟んで覆う半球状のドーム部を有した第２キャップ（１９）の開口端部を、該シェル（１６）の他端部と径方向に重なり合うように嵌合して結合することで、該第２の空間を、前記第１触媒室（２５）を通過した排気を前記第２触媒室（２６）に向かうよう反転誘導する排気反転室（２３）としたことを特徴とする、エンジンの排気浄化装置。
2. 請求項１記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記第１，第２触媒室（２５，２６）の総合容積をＡ、前記排気反転室（２３）の容積をＢとしたとき、下記（１）式
   ０．１＜Ａ／Ｂ＜４・・・・・・（１）
   を成立させることを特徴とする、エンジンの排気浄化装置。
3. 請求項１又は２記載のエンジンの排気浄化装置であって、自動二輪車に搭載されるものにおいて、
   前記触媒コンバータ（１０）は、その軸線を自動二輪車（Ｍ）の車幅方向に向けるようにしてエンジン（Ｅ）の直下でその横幅内に配置され、その触媒コンバータ（１０）よりも後方でエンジン（Ｅ）の外側方に自動二輪車（Ｍ）のステップ（１２）が配置されることを特徴とする、エンジンの排気浄化装置。
4. 請求項１または２に記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記触媒コンバータ（１０）を、エンジン（Ｅ）の直下に配設したことを特徴とする、エンジンの排気浄化装置。
5. 請求項１〜４の何れかに記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記触媒コンバータ（１０）を、前記排気路（５，６）中の排気マフラ（６）内に配設したことを特徴とする、エンジンの排気浄化装置。

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