JP4208991B2 - 排ガス放出流を触媒処理しかつノイズ減少させるための装置および方法、ならびに内燃機関の排気系 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関からの排ガス放出流を触媒処理しかつノイズ減少させるための装置および該装置の使用に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車、自家用トラック、モーターバイクおよび原動機付き二輪車を含めて広範囲の乗り物は、急速に世界で最も庶民的な形の日常な輸送機関となっており、今日では恒常的な増加率で製造もされ販売もされている。自家用の乗り物の人気は、直接に推進系、即ち比較的に効率がよくかつ安価な動力を生じる内燃機関に関連している。しかし、この動力を活用しかつ巧み操作することは、任意の不利な効果なしには不可能である。内燃機関内で起こる爆発を生じさせるそれぞれの力の結果として、排気が生じ、この排気は、ノイズと空気汚染の重大な組み合わせを含んでいる。内燃機関の後燃焼汚染効果を排除するかまたは最少にするという努力は、この内燃機関が生じる出力を最大にするために探求している努力と同様に今日最も重要なものとなっている。
【０００３】
２個の別々のユニット、マフラーおよび触媒コンバーターは、通常、今日の自動車では、排気流の２つの別々の段階でそれぞれ放出ノイズおよび空気汚染を最少にするために使用されている。マフラーは、典型的には３つの方法：（ａ）互い違いに置かれたじゃま板を備えさせるか；（ｂ）サウンド・ディフィーティング・アングリング（sound defeating angling）を備えさせるか；または（ｃ）繊維ガラスによる包装を備えさせる方法の中の１つの方法で設計されている。互い違いに置かれたじゃま板を有するマフラーは、自動車工業において最も普通に使用されている。それというのも、このマフラーは、効率がよく、安価であり、かつ製造が簡単であるからである。
【０００４】
他面、触媒コンバーターは、典型的には２つの方法：（ａ）ハネカム材料を備えさせるか；または（ｂ）ビーズを備えさせることにより設計されている。ハネカム材料とビーズの双方は、触媒材料で被覆されており、この触媒材料は、排ガス放出流中の望ましくない有害な化合物を予め定められた触媒反応において害のない成分に変換させる。
【０００５】
それ故に、排ガス放出流内でのノイズおよび空気汚染の処理は、前記の２つの別々の装置によって通常達成され、この場合これらの装置は、それぞれ互いに独立に作用する。従って、常用の触媒コンバーターは、排気放出を実質的に静かにさせることはなく、かつ常用のマフラーは、排気放出を触媒処理することがない。
【０００６】
ノイズおよび汚染放出の双方を同時に減少させることの必要は、小型の内燃機関、例えばトラクター、芝生および庭のメインテナンス用装備、原動機付き二輪車、スクーター、雪および葉の吹き飛ばし装置ならびに他の動力装置の製造業者にとって特に重要なことであり、この場合には、放出およびノイズのレベルを減少させるという要求が高まっている。このような小型の内燃機関の殆どのものは、ノイズレベルを制御するために小型のマフラーを備えている。小型の内燃機関の製造業者はマフラーのデザインを変えることを望まないので、このようなユニットの典型的な設計は、存在するマフラー中で有害な放出を制御するために小型の金属支持体の触媒を全体の中に入れるべきである。この場合には、マフラーと触媒は、互いに独立していない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明には、前記に記載されたような課題が課された。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、単独のユニット内で排気ノイズの減少および汚染物質放出の触媒による制御の双方を同時に可能にする、内燃機関、特にその型の小型エンジン、殊にツーサイクルエンジンのための装置に関する。詳述すれば、本発明は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンからの排ガス放出流に関連したノイズおよび有害な放出を同時に減少させるために、穿孔されかつ触媒塗布された少なくとも１つの装置を使用するキャニスターに関する。
【０００９】
本発明は、侵入する排ガス流の平行な流れを遮断し、それによって減速を強行させ、かつデシベルのレベルを消すために、マフラーキャニスター中に位置した幾つかの触媒被覆された中空部材を有利に使用する。本発明の好ましい実施態様の場合には、中空部材は管であり；即ち、中空の直円柱は、横断面が円形であり、また、楕円形であってもよい。しかし、横断面の輪郭は、任意の有利な形状を有することができる。管は、好ましくは金属から二次加工されているが、しかし、非金属、例えばセラミックから常用の製造法によって二次加工されていてもよい。
【００１０】
この管の表面上の触媒被膜は、放出流の汚染物質含量を減少させるのに必要とされる触媒の相互作用を提供する。排気流中の有害な化合物の変換に適当な任意の型の公知の触媒被覆は、この目的のために使用することができる。このような触媒の例は、広範に公知であり；例えば、ドメスル（Domesle）他、デグッサ（Degussa）社の米国特許第５４９６７８８号明細書および米国特許第５５１６４９４号明細書参照。管は、ランダムに配置されていてもよいし、規則的なパターンに応じて配置されていてもよい。従って、放出ノイズおよび汚染物質の双方は、同じユニット内で同じ装置によって処理され、それによって２つの異なる型の装置に対する要件は予め取り除かれる。
【００１１】
管は、付加的に排出流を平行でなく攪乱するように助長させるために、キャニスター内に好ましくはランダムに位置している。この型の排出流は、消音効果をもたらし、また触媒／放出の相互作用をもたらす。
【００１２】
従って、本発明の１つの特徴は、入口管および出口管を有するキャニスターと、このキャニスター内に配置されキャニスター上に塗布された放出触媒を有する複数の中空部材を備えた、乗り物用の内燃機関からの排ガス放出流を触媒処理しかつノイズ減少させるための装置である。この中空部材は、キャニスターの入口管に侵入する排出ガス放出流の実質的な層流を遮断しかつキャニスターの入口管および出口管を横切って攪乱流および圧力低下を生じさせ、それによってキャニスターの出口管からの退出前に排ガス放出流からノイズを消すためにキャニスター内に配置されている。更に、排ガス放出流と放出触媒との間の接触により、その間に触媒反応が生じ、それによってキャニスターの出口管からの退出前に排ガス放出流は、触媒により処理される。
【００１３】
本発明の別の特徴は、乗り物用の内燃機関からの排ガス放出流を触媒処理しかつノイズ減少させるための方法である。この方法は、その上に塗布された放出触媒を有する複数の中空部材を含む、入口管および出口管を有するキャニスター中に排ガス放出流を通過させることを特徴とする。この場合には、この中空部材をキャニスター内に配置し、キャニスターの入口管に侵入する排出ガス放出流の実質的な層流を遮断し、かつ中空部材に通過させ、それによってキャニスターを横切って排ガス放出流の攪乱流および圧力低下を生じさせ、ノイズを消す。更に、小お方法は、同時に攪乱流の条件下で排ガス放出流を放出触媒と接触させ、それによってその間に触媒反応を生じさせ、こうしてキャニスターの出口管からの退出前に排ガス放出流を清浄化する工程を有している。
【００１４】
更に、本発明を図面につき詳説する。
【００１５】
実施例
図１によれば、本発明の１つの好ましい実施態様が説明されている。エンジン内で燃焼処理が起こる場合には、排ガス放出流は、入口管２０中に向かい、その後にマフラーキャニスター１０中に向かう。入口管２０と出口管７０は、インラインは位置されていてもよいし、図１に示されているように、オフセット配置されていてもよい。マフラーキャニスター１０内で、排ガス放出流の流れ（図１中で矢印で表わされている）は、しばしばマフラーキャニスター１０中に取り付けられた複数の管３０により、強制的に方向を変える。図示されているように、管３０は、中空の直円柱であり；即ち、横断面が円形である。この管は、円柱壁を有するように形成されており、かつ好ましくは、この円柱壁中に形成された一連の穿孔３５を有している。この管３０は、排ガス放出流に攪乱流を強制的に与え、したがって静音効果を生じさせる。キャニスター内での管３０の配置は、互い違いに置かれたか、配列されたか、またはある角度をなした配向ならびにこれらの任意の組合せを含むことができる。図１には、互い違いに置かれた場合４０の対の管３０、配列された場合５０の対の管３０およびある角度をなした場合６０の対の管３０を組み合わせた配向で管３０が示されている。
【００１６】
また、マフラーキャニスター１０内の管３０は、放出流の流れを遮断するために使用される以外に、汚染物質に対して排ガス放出流を処理する。この仕事を達成するために、管３０は、よく知られた任意の適当な触媒で表面上、内面および/または外面が被覆されておりおよび/または例えば汚染物質の排ガスを二酸化炭素および水に触媒により変換するために、自動車の放出処理で通常使用されている。従って、放出流と管３０との間の相互作用は、管３０上の触媒被覆により放出流の汚染物質含量を低下させ、かつ同時に管３０によって発生される、キャニスター１０を横切っての攪乱流および圧力低下によりノイズレベルを減少させる。
【００１７】
管３０の周面に沿っての穿孔３５は、マフラー１０内での攪乱流の流れの発生を補助し、かつ放出流と触媒被膜との相互作用を増大させる。
【００１８】
処理されかつ静音化された排気は、マフラーキャニスター１０内での管１０との接触後、排気出口管７０を通ってマフラーキャニスター１０を退出する。
【００１９】
マフラー内での管の多様で特殊な配置および寸法は、好ましくはさらに攪乱流を促進させるために全てのランダムなものであり、かつ望ましい使用、ノイズ減少／汚染物処理の望ましい程度ならびにエンジンの型および寸法に応じて変化可能である。
【００２０】
１つの好ましい変法の場合には、管は、さらにマフラーキャニスター内で攪乱流を促進させるために、ランダムなパターンまたは規則的なパターンで任意の好ましい形状に穿孔される。従って、排ガスは、管状部材に侵入し、ガス流の少なくとも一部は、穿孔から管中に退出し、それによって攪乱流が増大される。じゃま板８０は、穿孔を通して排気流の流れを増大させるために、管３０の１端に適合させることができる。また、それぞれの管上での穿孔の寸法および配置は、好ましくはランダムであり、かつ上記の因子に応じて変化可能である。
【００２１】
従って、本発明によるマフラーキャニスターにより、互い違いに置かれた関係、配列された関係および/またはある角度をなした関係（互いにそれぞれ４５°〜１８０°）で配向された等しいかまたは等しくない直径の管が使用され、それぞれ個々の管は、同じかまたは異なる穿孔パターンを有している。
【００２２】
管は、管をマフラーキャニスターに溶接しおよび/または管を互いに溶接することによるか、包囲されたキャニスター内で管を包装することによるか、または当業者に公知の任意の常法により、ノイズマフラー内で安全対策が講じられている。
【００２３】
１つの好ましいキャニスターの配置の場合には、キャニスターの内径に等しい高さおよび長さを有する管は、キャニスター内で包装されかつ封止されている。このような配置により、管のコンパクトで配置され両端を突き合わせた配向が提供される。このことにより、管の周囲というよりはむしろ管を通して強制的に排気され、この場合には、触媒の相互作用および必要とされる遮断効果に影響が及ぼされる。キャニスターそれ自体は、任意の有利な金属から形成されていてもよく、かつ横断面で円形、矩形または任意の他の形状であることができる。当業界で公知の典型的なキャニスターの設計は、本発明の目的に使用することもできる。
【００２４】
また、管上での振動効果は、キャニスターの内壁の任意の部分上で難燃性材料、例えばひる石またはセラミックを使用することによって減少させることができる。
【００２５】
更に、キャニスターの熱を減少させるために、内壁上に絶縁体を置くことができる。
【００２６】
それ故に、本発明により構成された装置は、常用の小型エンジン用マフラーの静音効果ならびに単独ユニット中での常用の触媒コンバーターの汚染物質処理の用例を提供する。
【００２７】
本明細書中に記載された実施態様は、本発明の１つの好ましい実施態様を表わすものと理解されるべきである。本明細書中に記載されたように、本発明の変法および変更は、管の多様性または非管状の部材の使用における変化を含めて、当業者であれば、明らかなことであり、かつ本発明に係属された特許請求の範囲の記載によって包含されることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ノイズを消しかつ触媒処理するキャニスター内の幾つかの管状装置の内部配置を示す略図。
【符号の説明】
１０ マフラーキャニスター、 ２０ 入口管、 ３０ 管、４０ 互い違いに置かれた場合、 ５０ 配列された場合、 ６０ ある角度をなした場合、 ７０ 出口管、 ８０ じゃま板

Claims (5)

1. 入口管（２０）および出口管（７０）を有するキャニスター（１０）；および
   このキャニスター（１０）内に配置されキャニスター（１０）上に塗布された放出触媒を有する複数の穿孔された管（３０）を備えた、内燃機関からの排ガス放出流を触媒処理しかつノイズ減少させるための装置において、
   該穿孔された管（３０）が円柱壁から形成されており、かつ相互に平行に配列された関係（５０）、互い違いに置かれた関係（４０）またはある角度をなした関係（６０）、または組み合わされた関係で配置されていることを特徴とする、内燃機関からの排ガス放出流を触媒処理しかつノイズ減少させるための装置。
2. キャニスター（１０）の入口管（２０）および出口管（７０）がインライン配列されている、請求項１記載の装置。
3. キャニスター（１０）の入口管（２０）と出口管（７０）とがオフセット配列されている、請求項１記載の装置。
4. じゃま板部材（２０）が穿孔された管（３０）の１端に係合している、請求項１、２または３に記載の装置。
5. 内燃機関からの排ガス放出流を触媒処理しかつノイズ減少させるための請求項１から４までのいずれか１項に記載の装置の使用。

Images