JPH08502795A - エンジン用触媒式排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は、空気供給部を備えた燃焼エンジン用触媒式排気ガス浄化装置に関する。この排気ガス浄化装置は、排気ガス流入口（２）と排気ガス排出口（１０）を有するハウジング（１）の内部に、層状の排出ガスの流れを形成する手段（４）と、ハウジング（１）の内部を複数の部屋（７−９）に分割する手段（５、６）とを収納し、さらにハウジング（１）内の排気ガスの流れ（１４、１５）に空気（１７、１８）を供給するための手段（１１）を設けた構造を有する。また層状の排出ガスの流れを形成する手段（４）の後方で、かつ空気供給手段（１１）の近くに、１枚以上の吸引板（１９、２０）を設ける。吸引板（１９、２０）には、排気ガスの通過孔と、空気（１７、１８）の通過孔を形成する。吸引板（１９、２０）は、空気が空気通過孔を通過して、吸引板（１９、２０）の排気ガス通過孔を通過する排気ガスの流れ（１５）の中に引き込まれるように配置する。

Description

【発明の詳細な説明】 エンジン用触媒式排気ガス浄化装置 この発明は、排気ガス流入口と排気ガス排出口を有するハウジングの内部に、 少なくとも１個の触媒と層状の排出ガスの流れを形成する手段と、ハウジングの 内部を複数の部屋に分割する手段とを収納し、さらにハウジング内の排気ガスの 流れに空気を供給するための手段を設けたエンジン用触媒式排気ガス浄化装置に 関する。 本発明の排気ガス浄化装置は、エンジンの排気ガスの浄化に用いるものであり 、特に排気ガス浄化装置の設置スペースが限られている小型の２サイクルエンジ ン、たとえばチェーンソー、芝刈機、原動機付のそりまたは自転車、バイク等に 用いるのに適している。 触媒式の排気ガス浄化装置は、排気ガスを一個以上の触媒に接触させることに よって浄化するものである。触媒は有害な不純物の燃焼を促進する触媒物質を含 有しており、このような燃焼を常温以下の温度で起こさせる。今日排気ガスを浄 化することは、環境汚染を防止ずる上で特に重要である。従来の触媒式排気ガス 浄化装置には、排気ガスに十分な量の酸素を供給できないという問題があった。 十分な量の酸素が供給できないと、炭化水素の燃焼によって生じた一酸化炭素が 、さらに酸化して二酸化炭素に変化することができなくなる。一酸化炭素は無色 無臭なので環境、特に人間に害を与えることが多い。触媒による排気ガス浄化効 率を向上させるために、外部から空気を供給し、空気中に含まれる酸素によって 、排気ガス中の主要な汚染源、すなわち一酸化炭素（ＣＯ）と炭化水素（ＨＣ） をより効率的に燃焼除去するタイプの排気ガス浄化装置は以前から知られている 。空気供給部を有する触媒式浄化装置は、酸化型浄化装置と呼ばれている。 ＧＢ特許２０４８７０６は、空気供給部を有する触媒式浄化装置を開示してい る。この装置の空気取入部は、浄化装置の内部をその全長にわたって延びるチュ ーブであり、このチューブの途中に設けた複数の孔から空気が排気ガス中に供給 されるようになっている。しかしこの方式ではあまり排気ガスの浄化効率は向上 しなかった。しかも空気を浄化装置中に送り込むために、ポンプ等の装置が必要 であった。ＤＥ特許３１１１４９８の装置には、いわゆるベンチュリ型の空気供 給部が用いられている。即ちこの装置では、排気ガスの流路を絞るベンチュリと 、空気供給部に設けたバルブとによって空気の流れを制御している。バルブを用 いているため、装置の構造は複雑で、値段も高い。また可動部品があるため故障 の頻度も高い。ベンチュリで排気ガスの流路を絞るため、動力損失が発生する。 また層状の排気ガスの流れを形成することも難しい。さらに、この種の空気供給 装置はサイズが大きいという問題もある。 本発明の目的は、上記のような、従来例の問題が生じない新しい排気ガス浄化 装置を提供することである。 この目的を達成するために本発明では、上記のタイプの排気ガス浄化装置にお いて、層状の排出ガスの流れを形成する手段と、その後方で、かつ空気供給手段 の近くに、１枚以上の吸引板を設け、吸引板には排気ガスの通過孔と、供給され た空気の通過孔を形成し、吸引板を、空気が空気通過孔を通過して、吸引板の排 気ガス通過孔を通過する排気ガスの流れの中に引き込まれるように配置する構成 を採用した。 本発明の基本的な特徴は、１枚以上の吸引板を浄化装置のハウジング内に設け た点にある。これによって排気ガスの流れの中に空気をより効率的に引き込むこ とができるようになった。 本発明の排気ガス浄化装置の長所について以下に述べる。ハウジング内に吸引 板を設けることによって、装置の大型化を招かずに、排気ガスの流れの中に空気 を効率的に混ぜ合わせることができる。可動部品を用いていないので、故障が少 なく、しかも低コストで製造できる。十分な量の空気を排気ガス中に供給できる ので、排気ガス中の不純物を完全に酸化させて二酸化炭素に変えることができる 。また本発明の装置では、排気ガスの流れは絞られずに、層状となるので、エン ジンの動力損失は起きない。また吸引板を設けることによって、、排気ガスの流 れの脈動を抑えることができる。このためエンジンの騒音レベルを低くできる。 次に添付の図に基づいて本発明の実施例の説明を行う。 図１は、本発明の第１実施例の排気ガス浄化装置の内部構造を示す概略図、 図２ａは仕切り板の概略図、 図２ｂ−２ｄは吸引板の概略図、 図３は図１の矢印Ａ−Ａに沿った横断面図、 図４は図１の矢印Ｂ−Ｂに沿った横断面図、 図５は、第２実施例の排気ガス浄化装置の内部構造を示す概略図、 図６は図５の矢印Ｃ−Ｃに沿った横断面図、 図７はエンジンに負荷をかけない状態での、ＣＯ含有量とエンジン回転数との 関係を表すグラフ、 図８はエンジンに負荷をかけない状態での、ＨＣ含有量とエンジン回転数との 関係を表すグラフ、 図９はエンジンに最大負荷をかけた状態での、ＨＣ含有量とエンジン回転数と の関係を表すグラフ、 図１０はエンジンに最大負荷をかけた状態での、ＣＯ含有量とエンジン回転数 との関係を表すグラフである。 図１は排気ガス浄化装置の内部構造を概的に示す図である。本発明の触媒式排 気ガス浄化装置は、排気ガスの流入口２および流出口１０を有するハウジング１ 、少なくとも１個の触媒３、チューブ等の層状の排気ガスの流れを形成する手段 ４、ハウジング１の内部を複数の部屋７−９に分割する仕切り板手段５、６を備 えている。さらにハウジング１には、前記部屋の少なくとも一つを流れる排気ガ スに向かって空気を供給するための、空気取入口１１が形成されている。排気ガ ス浄化装置申の排気ガスの流れを矢印１２−１６で示す。また空気取入口１１か ら供給される空気の流れは、矢印１７と１８で示している。チューブ４を設ける ことによって、層状のスムーズな排気ガスの流れを浄化装置中に形成することが できる。また矢印１４で示すような層状の排気ガスの流れを形成するための手段 ４の後方の部屋８内の、空気取入口１１の近くに、１枚または２枚以上の吸引板 １９、２０を設ける。図１は、２枚の吸引板１９、２０を設け、その後方に一方 の仕切り板６を設けた例を示している。ハウジング内に一方の仕切り板５を、空 気取入口１１の上流側に、層状の排気ガスの流れを形成するためのチューブ形の 手段４を取り囲むように設ける。図２ｂ，２ｃに図１の吸引板１９、２０の詳細 な構造を示す。図１、２ｂ，２ｃに示すように、吸引板１９、２０には排気ガス が通過 できる孔２１ａ，３１ｂが形成されている。図２ａに示すように、他方の仕切り 板６にも排気ガス通過用の孔２１ｃが形成されている。ガス通過用の孔２１ａ− ２１ｃは、図１の排気ガスの流れる方向を示す矢印１５に沿って一列に並んでい る。さらに吸引板１９、２０には、空気が通過する孔２２ａ−２２ｄが形成され ている。図示のように吸引板１９、２０を配列することによって、空気取入口１ １から供給された空気１７、１８は、吸引板１９、２０の孔２２ａ−２２ｄを通 過して、排気ガス１５の流れに巻き込まれる。このためには吸引板１９、２０の 空気通過口２２ａ−２２ｄは、図１に示すように空気の流れを示す矢印１７、１ ８が通過する位置に形成する必要がある。図１の例のように吸引板１９、２０に 排気ガスの通過孔２１ａ、２１ｂを形成する代わりに、吸引板１９、２０とハウ ジング１の間に隙間を形成し、この隙間を排気ガスが通過するようにしてもよい 。同様に吸引板１９、２０とハウジング１の間の隙間を、空気が通過するように してもよい。排気ガスおよび空気が、吸引板に形成した孔を通過するようにして も、吸引板の周囲を通過するようにしても作用的には同じことである。このよう な空気や排気ガスが通過するための隙間は、例えば吸引板１９、２０の周囲の一 部を切り欠くことによって形成することができる。 図２ｂ，２ｃに示す実施例では、空気の通過孔２２ａ，２２ｂおよび２２ｃ， ２２ｄは、排気ガス通過孔２１ａ，２１ｂの周囲に形成されているため、排気ガ ス通過孔２１ａ，２１ｂの周囲に対称的な空気の流れが形成される。このため空 気は効果的に排気ガスの流れと混ざり合う。 また図１の実施例では、図２ｂ，２ｃに示すように、吸引板１９、２０は、空 気通過孔２２ａ，２２ｂと空気通過孔２２ｃ，２２ｄが一直線上に並ばないよう に取り付けられているため、空気の逆流を効果的に防ぐことができる。 またこの実施例では、下流側の吸引板２０の排気ガス通過孔２１ｂの径を、上 流側の吸引板１９の排気ガス通過孔２１ａの径より大きくしている。３枚以上の 吸引板を用いる場合も、下流側の吸引板ほど、排気ガス通過孔の径を大きくする 。こうすれば吸引板の数を増やすほど、空気の流量が増加し、かつ大量の空気を より容易に排気ガスの流れに混ぜ合わせられるためである。また下流側の吸引板 の後方に設ける仕切板６の排気ガス通過孔２１ｃの径も、吸引板１９、２０の排 気 ガス通過孔の径より大きくするのがよい。発明者は排気ガス通過孔２１ａ−２１ ｃの径を、順に２０mm、２１mm、２２mmにすると、最も良い結果が得られること を発見した。図２ａ−２ｃのＤ，Ｅ，Ｆは各排気ガス通過孔の径を示す。すなわ ち、Ｄが最も短く２０mm、Ｆが最長で２２mmである。 また図２ｄに示す実施例の吸引板２３には、図示のような複雑な形状の排気ガ ス通過孔２４が形成されている。このように孔の形状を複雑にすることによって 、孔の縁部の長さが、図２ｂ，２ｃに示す円形の孔の場合より長くなるので、空 気がこの孔に流入しやすくなり、より効果的に空気を排気ガスの流れに巻き込む ことができる。 図４は図１の矢印Ｂ−Ｂに沿って見た、ハウジング１の横断面図である。この 図から明らかなように、層状の排気ガスの流れを形成するためのチューブ４は、 触媒３の内部に設けられている。言い換えると触媒３はチューブ４の周囲に設け られている。こうすれば浄化装置を小型化できるからである。 図１の例では、ハウジング１の内部は、仕切り板５、６によって３つの部屋に 分割されている。第１の仕切り板５とハウジングの内壁によって第１の部屋７が 形成されている。排気ガスは排気ガス流入口からこの部屋に流入する。第２の部 屋８はハウジングの内壁、および仕切り壁５、６によって仕切られた空間である 。チューブ４を通過した層状の排気ガスの流れは、第２の部屋８に流れ込む。第 ２の部屋には空気取入口が開口している。また吸引板１９、２０もこの部屋に設 けられている。第３の部屋は、仕切り板６とハウジングの内壁によって仕切られ た空間である。本発明の特徴は、層状の排気ガスの流れを形成する手段４の後方 の狭い部屋８に、排気ガスと空気の流れを邪魔するように１枚以上の吸引板を設 けた点にある。 図２ａ，２ｄの参照番号５０で示す点は、吸引板をハウジングに固定している スポット溶接部である。 図３は図１の矢印Ａ−Ａに沿った横断面図である。図１および３に示すように 、第２の触媒２５が第３の部屋９に設けられている。本発明の主要な特徴は排気 ガス浄化装置の構造にあり、触媒３、２５としては、たとえばセラミックまたは 金属製の支持用セルと、化学反応促進剤を含む中間層からなる従来公知の触媒セ ル を用いればよい。たとえば、このような触媒セルとしては、酸化アルミニウムの 中間層に、白金とロジウムなどの貴金属の混合物のコーティングを施したものを 用いればよい。もし十分な量の酸素が第１の部屋７に存在しないと、この部屋で 排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）が酸化して、二酸化炭素（ＣＯ２）、一酸化炭素 （ＣＯ）、水（Ｈ２Ｏ）に変化する。すなわち排気ガス中に有害な一酸化炭素（ ＣＯ）が発生する。 次に図１−４に基づいて、本発明の排気ガス浄化装置の作用の説明を行う。エ ンジン（図示省略）からの排気ガスは、排気ガス流入口２からハウジング１の第 １の部屋７に流入する。排気ガスは矢印１２に沿って触媒３を通過し、部屋７の 端部で矢印１３で示すように方向転換し、チューブ４に流れ込む。チューブ４を 通過中に層状の排気ガスの流れが形成される。チューブ４から排出された排気ガ スは、吸引板１９、２０を有する第２の部屋８に流れ込む。吸引板１９、２０は 空気取入口１１およびチューブ４の両方に近い位置に設けられている。空気取入 口から供給される空気は矢印１７、１８で示すように、第１の吸引板１９に向か って流れ、吸引板１９に形成された空気通過孔２２ａ，２２ｂを通過し、吸引板 １９、２０の間のスペースに流れ込む。この後、空気の一部は層状の排気ガスの 流れ１５の脈動により、吸引板１９の排気ガス通過孔２１ａに引き込まれる。一 方チューブ４から排出された排気ガスは、吸引板１９の排気ガス通過孔２１ａを 通過する。矢印１７、１８に沿って供給される空気の一部は、ハウジング１の長 手方向に進み、吸引板２０の空気通過孔２２ｃ，２２ｄを通過して、吸引板２０ と仕切り板６の間の空間に流れ込み、ここで排気ガスの流れに引き込まれる。こ うして十分な量の空気を含んだ排気ガスは、触媒２５を収納した第３の部屋９に 流入する。排気ガスは十分な量の空気、すなわち酸素を含んでいるので、排気ガ ス中に残っている一酸化炭素（ＣＯ）は、第３の部屋で確実に酸化し二酸化炭素 に変わる。排気ガスが第２の触媒２５の横断面全体に拡がるように、触媒２５は 第２の仕切り板６からある程度離れた位置に設けるのがよい。こうして浄化され た排気ガスは、ハウジングの排出口１０から排出される。排気ガスはエンジンの 動きに伴い波状に脈動している。発明者は、吸引板を上で説明したように配置す ることによって、空気取入口から供給される空気が、脈動する排気ガスの流れの 振幅が小さい部分に供給されることを発見した。 図５は第２実施例の排気ガス浄化装置の内部構造を示す概略図である。この実 施例と図１の実施例とでは、空気を吸引板に向けて供給する方法において大きく 異なる。しかし基本的な作用と構造は同一である。図５に示すように、第２実施 例の排気ガス浄化装置は、排気ガス流入口１０２を有するハウジング１０１、少 なくとも１個の触媒１０３、層状の排気ガスの流れを形成する手段１０４、ハウ ジングを複数の部屋１０８−１０９に分割する仕切り板１０５、１０６を備えて いる。さらにハウジングは、排気ガス排出口１１０と、ハウジング内の排気ガス の流れの中に空気を供給するための空気供給手段１１１を備えている。この実施 例の空気供給手段１１１は、ハウジングの壁面に設けたスペースである。このス ペース１１１は、好ましくは図５、６に示すように、ハウジングの円周全体にわ たって設ける。こうすればスペース１１１を通過する空気で、ハウジングの冷却 ができるからである。図６は、層状の排気ガスの流れを形成するチューブ１０４ と、チューブ１０４の周囲に設けた触媒１０３と、触媒１０３とハウジング１０ １の内壁の間に形成された空気供給スペース１１１を示す。 図５の実施例は、３枚の吸引板１１９、１２０、１２１を用いている点を除け ば、図１の実施例と構造的には似ている。吸引板と第２の仕切り板１０６には、 矢印１１５で示す排気ガスの流れに沿って排気ガス通過孔が形成されている。さ らに吸引板１１９−１２１には、矢印１３０、１３１で示す空気の流れに沿って 、空気の通過孔が形成されている。第２の仕切り板１０６の排気ガス通過孔は参 照番号１２１ｃで示す。第２の触媒１２５は、第３の部屋１０９に収納されてい る。図５、６の実施例は、空気を縦長の空気供給スペース１１１から、吸引板１ １９−１２１に向けて、矢印１１７、１１８の方向、即ちハウジング１０１の長 手方向に供給する点に大きな特徴がある。 図７−９は、本発明の排気ガス浄化装置を２サイクルの芝刈機に取り付けた場 合の、排気ガスの浄化効率の測定結果を示す。図７−９のいずれにおいても、一 番上の曲線は、図１のＨ地点で測定したエンジンからの排気ガスの測定値を示し ている。また図７−９のいずれにおいても、真ん中の曲線は、図１のＪの地点で 測定した浄化後の排気ガス中の含有成分の測定値を示す。但しこれは、空気を空 気取入口から供給しなかった場合の測定値である。図７−９の各グラフにおいて 、一番下の曲線は、空気を排気ガス中に供給しながら浄化した排気ガス中の含有 成分を、図１のＪの地点で測定した値を示す。 図７は負荷ゼロの場合のＣＯ含有量と、エンジンの回転数（ｒｐｍ）の関係を 表すグラフである。この図から、空気を排気ガスの流れの中に供給することによ って、ＣＯ含有量、すなわち一酸化炭素含有量が、空気を供給しない場合の４分 の１に減少することがわかる。 図８は負荷ゼロの場合の炭化水素（ＨＣ）含有量（ｐｐｍ）と、エンジンの回 転数（ｒｐｍ）の関係を表すグラフである。この図から、空気を排気ガスの流れ の中に供給することによって、ＨＣ含有量が、空気を供給しない場合の半分以下 に減少することがわかる。 図９はエンジンに負荷を加えた場合の、炭化水素（ＨＣ）含有量（ｐｐｍ）と 、エンジンの回転数（ｒｐｍ）の関係を表すグラフである。この図から、空気を 排気ガスの流れの中に供給することによって、ＨＣ含有量が、空気を供給しない 場合の３分の１以下に低下することがわかる。 図１０はエンジンに最大負荷を加えた場合の、一酸化炭素含有量（ｐｐｍ）と 、エンジンの回転数（ｒｐｍ）の関係を表すグラフである。図１０において、エ ンジン回転数が２６００ｒｐｍを上回る領域で一番上にくる曲線は、図１の地点 Ｈで測定したエンジンからの排気ガス中の含有成分の測定値を示している。真ん 中および一番下のグラフは、図１の地点Ｊで測定した浄化後の排気ガスの含有成 分の測定値を示している。真ん中のグラフは、排気ガスの流れの中に空気を供給 しなかった場合、一番下のグラフは空気を供給した場合の測定値である。この図 から、排気ガス中に空気を供給することによって、特に３０００ｒｐｍ以上の高 回転領域で、一酸化炭素含有量が顕著に減少することがわかる。この点において 、小型のエンジンは、ほとんどの場合回転数を最大回転数近くまで上げて用いら れるという事実に注目すべきである。 図面に基づいて実施例の説明を行ったが、本発明はこれらの実施例に限定され るものではない。発明の範囲は添付の請求の範囲によって判断されるべきである 。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，Ｊ Ｐ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ， ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．排気ガス流入口（２）と排気ガス排出口（１０）を有するハウジング（１ ）の内部に、少なくとも１個の触媒（３）と、層状の排出ガスの流れを形成する 手段（４）と、ハウジング（１）の内部を複数の部屋（７−９）に分割する手段 （５、６）とを収納し、さらにハウジング（１）内の排気ガスの流れ（１４、１ ５）に空気（１７、１８）を供給するための手段（１１）を設けた燃焼エンジン 用触媒式排気ガス浄化装置において、 −層状の排出ガスの流れを形成する手段（４）の後方の部屋（７−９）内の、空 気供給手段（１１）の近くに、１枚以上の吸引板（１９、２０）を備え、 −吸引板（１９、２０）には、排気ガスの通過孔（２１ａ，２１ｂ）と、 −空気（１７、１８）の通過孔（２２ａ−２２ｄ）が形成されており、 −吸引板（１９、２０）は、空気（１７，１８）が空気通過孔（２２ａ−２２ｄ ）を通過して、吸引板（１９、２０）の排気ガス通過孔（２１ａ，２１ｂ）を通 過する排気ガスの流れ（１２−１６）の中に引き込まれるように配置されている ことを特徴とする排気ガス浄化装置。 ２．空気通過孔（２２ａ−２２ｄ）が、排気ガス通過孔（２１ａ，２１ｂ）の 周囲に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。 ３．各吸引板（１９、２０）の空気通過孔が、排気ガスが流れる方向に一直線 に並ばないようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の排気ガス浄化 装置。 ４．吸引板１９、２０に形成した排気ガス通過孔（２１ａ，２１ｂ）の内、下 流側に位置するものほどサイズが大きくなることを特徴とする請求項１、２、３ のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。 ５．一枚以上の吸引板（２３）の排気ガス通過孔（２１ｄ）が、その孔の周囲 の長さを大きくするような複雑な形状（２４）を有することを特徴とする請求項 １乃至４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。 ６．空気供給手段が、ハウジングの壁面に設けたスペース（１１１）であるこ とを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。