(57)【要約】【課題】バイクエンジン排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】エンジン排気管とマフラーの間に設置され、複数の触媒コンバーター及び二次エアを供給するための一つの前置供給パイプ及び一つの後置供給パイプを含む。その前置供給パイプはエンジンの排気側若しくはマフラー前方の排気管に接続され、後置供給パイプはマフラー内部の接続配管と連結している。また、マフラーの内部は最低二つの触媒コンバーターを有し、それらは前置供給パイプ、後置供給パイプの間に設置されている。触媒コンバーターは一つの酸化用前置型触媒コンバーター及び最低一つの還元用中置型触媒コンバーターによって構成され、マフラーの内部は最低一つの後置型触媒コンバーターを有し、それは二次エアを供給する後置供給パイプの後方に設置され、高効率の触媒方式有害排気ガス酸化、還元ダブル作用を実現する役割を果たしている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン排気管とマフラーの間に設置され、二次エアを供給するための一つの前置供給パイプ及び一つの後置供給パイプを含む。その前置供給パイプはエンジンの排気側と、後置供給パイプはマフラーの内部と連結しており、該マフラーの内部は最低二つの触媒コンバーターを有し、それらは前置供給パイプ、後置供給パイプの間に設置されており、上記触媒コンバーターは一つの酸化用前置型触媒コンバーター及び最低一つの還元用中置型触媒コンバーターによって構成され、前置型触媒コンバーター、中置触媒コンバーターの間には冷却間隔が保持されており、マフラーの内部は最低一つの後置型触媒コンバーターを有し、それは二次エアを供給する後置供給パイプの後方に設置されていることを特徴とするバイクエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記二次エアの後置供給パイプには一つの電磁バルブが設置されており、それはエンジン制御ユニットへ伝達されるエンジンの実際の回転速によって制御されている。エンジンの実際の回転速がエンジン制御ユニットの時速設定値よりも低くなると電磁バルブは開き、エンジンの実際の回転速が時速設定値よりも高くなると電磁バルブは閉じられることを特徴とする請求項１に記載のバイクエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記時速設定値はエンジンアイドリング回転数よりも高くなっていることを特徴とする請求項２に記載のバイクエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記後置型触媒コンバーターは電磁バルブが開いた時に排気ガスと共に酸化作用を生じ、電磁バルブが閉じられた時に排気ガスと共に還元作用を生じることを特徴とする請求項２に記載のバイクエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記二次エアの後置供給パイプには一つの流量バルブが設けられており、エンジン制御ユニットへ伝達されるエンジンの実際の排気温度によってその制御は行われ、エンジンの実際の排気温度がエンジン制御ユニットの温度設定値よりも低くなると流量バルブは開かれ、エンジンの実際の回転速が温度設定値より高くなると流量バルブは徐々に閉弁する若しくは完全に閉鎖されることを特徴とする請求項１に記載のバイクエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項６】
前記温度設定値は２００℃以上であることを特徴とする請求項５に記載のバイクエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項７】
前記後置型触媒コンバーターは流量バルブが開いた時に排気ガスと共に酸化作用を生じ、流量バルブがが徐々に閉弁した時に排気ガスと共に酸化及び還元の二重作用を生じ、流量バルブが完全に閉鎖された時に排気ガスとともに還元作用を生じることを特徴とする請求項５に記載のバイクエンジンの排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジン排気管とマフラーの間に設置された二次エア供給用前置供給パイプ及び触媒コンバーターの配置技術を採用した一種の排気ガス浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バイクのエンジンは自動車エンジンと異なり、２ストバイクのエンジンが不完全燃焼により有害な排気ガス物質を生じやすいのに対し、自動車エンジンは万全なエンジン制御ユニット（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ、ＥＣＵ）を装備しているため、より多くの環境パラメーターを計測し、エンジンの正常動作及び有害排気ガスの排出を抑制することができる。
【０００３】
また、２ストバイクエンジン、４ストの自動車またはバイクエンジンはいずれも排気ガス排出経路に触媒コンバーターを設置している。触媒コンバーターは一つの金属筒の内側に触媒を被覆したもので、その触媒は通常パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属元素を含んでおり、Ｐｄ及びＰｔ元素は酸化作用により排気ガス中の有害物質  ＣＯ及びＨＣを無害なＣＯ２及びＨ２Ｏに変換し、さらにＲｈ元素は排気ガス中の有害物質ＮＯＸ（窒素酸化物）を無害なＮ２及びＯ２に還元させ、エンジンの排気ガスを浄化し、空気汚染を防止する役割を果たすことができる。
【０００４】
先行技術では、触媒による排気酸化效率を高めるため、酸化作用を主とする触媒コンバーターの前方に二次エアを導入し、触媒に充分なＯ２を与えることでＣＯ及びＨＣをＣＯ２及びＨ２Ｏへの変換を助けている。関連応用技術は既に日本特開Ｎｏ．２００４−３６４４０特許にて公開され、それは一種のエンジン排気ガス浄化装置に関するもので、マフラーの前方のエンジン排気管に二つの触媒コンバーターを収納するための一つのチャンバーを設置し、さらにその間に適時に二次エアを導入すると、前置触媒コンバーターの触媒は排気ガスとともに還元作用を生じ、後置触媒コンバーターの触媒は排気ガスとともに酸化作用を生じ、排気ガス中の有害物質を浄化する目的を果たすことができる。但し、この構造では二次エアの供給が停止された時、前置触媒コンバーター、後置触媒コンバーターは排気ガス還元作用しか果たせず、排気ガスの酸化作用は二次エアの減少に伴い、衰弱していくという欠点が存在するため、酸化及び還元のダブル作用による浄化効率を実現することが難しい。
さらに、台湾特許Ｎｏ．Ｉ２３４６０４では別のエンジン装置が公開されており、上述との違いは前置触媒コンバーターの前方の排気管端に一つの前段二次エア供給パイプを増設し、上述の構造における前置触媒コンバーター、後置触媒コンバーター間の後段二次エア供給パイプと共に前置触媒コンバーター及び後置触媒コンバーターに充分なＯ２を供給する、或いは後置触媒コンバーターのみに充分なＯ２を供給することで、前置触媒コンバーターの触媒は前段二次エア供給パイプが開放された時に排気ガスの酸化を行えるだけでなく、前段二次エア供給パイプ時が閉鎖された時には排気ガスの還元を行うことができる。但し、この構造は前段、後段二次エア供給パイプが同時に開放された時、二次エアは同時に前置触媒コンバーター、後置触媒コンバーターの中の触媒と接触するため、排気ガスに含まれている有害物質ＮＯＸを効率よく無害なＮ２及びＯ２へ変換することが難しく、また、前段、後段二次エア供給パイプは単一の切替え弁を用いて開、閉のタイミングを同時に制御しているため、酸化及び還元を同時に行う排気ガス浄化手法には適さないと思われる。
上述の問題点に加え、前述の二つの特許が掲げる先行技術は触媒コンバーターをチャンバーの内部に設置しているため、限られた空間しかないバイク排気環境にとっては明らかに不適切であり、排気管の加工コストも発生することから、改善の余地があると思われる。
【特許文献１】日本特開Ｎｏ．２００４−３６４４０特許
【特許文献２】台湾特許Ｎｏ．Ｉ２３４６０４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はマフラー内部の複数の触媒コンバーターに酸化及び還元のダブル反応を同時に起こすことができる。バイクエンジンの回転速または温度が低く、ＣＯ及びＨＣ等の有害物質を生成しやすい状態においては触媒によるＣＯ及びＨＣの酸化效率を高め、エンジン回転速または温度が高く、ＮＯＸ等の有害物質を生成しやすい状態においては触媒によるＮＯＸの還元効率を強化するという高度な排気浄化效率を実現できる。
【０００６】
本発明の第一の目的は二つの供給パイプから供給された二次エアが同時もしくは単独的に触媒と接触した時、有害排気ガス物質の酸化及び還元を同時に行い、触媒による排気ガス浄化効率を向上させることである。
【０００７】
本発明のもう一つの目的は触媒を被覆した複数の複数のコンバーターを排気管に連結されたマフラーの内部に設置し、空間を節約することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成すべく、本発明の排気ガス浄化装置はバイクエンジン排気管及びそれと連結しているマフラーの間に設置され、二次エアを供給するための一つの前置供給パイプ及び一つの後置供給パイプを含んでいる。その前置供給パイプはエンジンの排気側と、後置供給パイプはマフラーの内部と連結している。その特徴を以下に示す。
【０００９】
マフラーの内部は最低二つの触媒コンバーターを有し、前置供給パイプ、後置供給パイプの間に設置されている。触媒コンバーターは一つの酸化用前置型触媒コンバーター及び最低一つの還元用中置型触媒コンバーターによって構成され、前置型触媒コンバーター、中置触媒コンバーターの間には冷却間隔が保持されており、マフラーの内部は最低一つの後置型触媒コンバーターを有し、それは二次エアの後置供給パイプの後方に設置されている。
【００１０】
さらに、本発明における二次エアの後置供給パイプに一つの電磁バルブまたは流量バルブを設置すると、マフラー内部に対する後置供給パイプの二次エアの供給タイミングを制御することができる。エンジンの回転速または温度が比較的に低くなると、バルブは開弁されて二次エアは後置供給パイプからマフラーの内部へ導かれ、後置型触媒コンバーターを通して排気ガスに酸化反応を起こし、前置型触媒コンバーターを補助して有害物質のＣＯ及びＨＣに対して再び酸化を行う。
【００１１】
そして、エンジンの回転速または温度が比較的に高くなると、バルブは直接もしくは徐々に閉弁され、後置供給パイプからマフラーの内部へ進入する二次エアは阻止され、後置型触媒コンバーターを通して排気ガスに還元作用を起こし、中置型触媒ンバーターを補助して排気ガス中の有害物質ＮＯＸに対して再び還元を行う。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明における一種の排気ガス浄化装置はエンジン１の排気ガス排出側に接続された一つの排気管２及びその排気管と連結している一つのマフラー３の間に設置されており、複数の触媒コンバーター６１、６２及び６３を含む。各触媒コンバーター６１、６２及び６３の内側にはＰｄ、Ｐｔ、Ｒｈ等の触媒が被覆され、さらに複数の触媒コンバーター６１、６２及び６３は排気管２及び複数の接続配管２１及び２２、二次エアを供給するための一つの前置供給パイプ４及び一つの後置供給パイプ５と共にマフラー３の内側で締結されている。この構造において、前置供給パイプ４はエンジン１の排気側と連結しており、具体的な実施においては、排気側は包含自エンジン排気マニホールド１５から排気管２とマフラー３へ通じる排気ガス排出経路を含み、前置供給パイプ４はエンジン排気マニホールド１５上（図１を参照）若しくはマフラー３前方の排気管２の内側（図２を参照所示）に接続することができる。さらに、後置供給パイプ５とマフラー３内部の接続配管２２を連結すると、二次エアはエンジンが動作した時に排気側で生じた間歇性負圧を動力源として、前置供給パイプ４、後置供給パイプ５を通じてマフラー３前方の排気管２及びマフラー３の内側へそれぞれ供給される。
【００１３】
上述のマフラー３内の複数の触媒コンバーター６１、６２及び６３のうち、少なくとも二つの触媒コンバーター６１、６２は二次エアの前置供給パイプ４、後置供給パイプ５の間に設置されており、それらの触媒コンバーターには最低一つの酸化用前置型触媒コンバーター６１及び最低一つの還元用中置型触媒コンバーター６２が含まれている。さらに、前置型触媒コンバーター６１の温度が排気ガス酸化反応により上昇した時、その熱が中置型触媒コンバーター６２の内側まで伝わり、排気ガス中の有害物質に対する還元作用に影響するのを防ぐため、前置型触媒コンバーター６１と中置触媒コンバーター６２の間には一定の冷却間隔Ｈが保持されている（図１及び図２を参照）。また、マフラー３の内部は最低一つの後置型触媒コンバーター６３を有し、それは二次エアの後置供給パイプ５の後方に設置されている。
【００１４】
上述の配置に基づき、図１を範例として使用状態を以下に説明する。  
エンジンが動作した時、二次エアは排気側の間歇性負圧作用力により、前置供給パイプ４、後置供給パイプ５を通じて継続的に排気管２及び接続配管２２の内部へ導かれ（図３を参照）、充分なＯ２を前置型触媒コンバーター６１と後置型触媒コンバーター６３へ供給し、前置型触媒コンバーター６１内の触媒と空燃比≧１４．７の排気ガスとの酸化反応を引き起こす。酸化作用により、排気ガス中のＣＯ及びＨＣを無害なＣＯ２及びＨ２Ｏに完全分解した時、中置型触媒コンバーター６２は前置型触媒コンバーター６１の後方に設置されており、しかも前置供給パイプ４から導入されたＯ２はほとんど前置型触媒コンバーター６１によって使い切られているため、前置型触媒コンバーター６１によって浄化処理を行った後の排気ガス空燃比は≦１４．７となり、この後、さらに中置型触媒コンバーター６２の触媒を利用して排気ガス中の有害物質ＮＯＸを無害なＮ２及びＯ２に還元させる。そして、排気ガスと後置供給パイプ５より導入された二次エアを混合し、空燃比≧１４．７とすることで、後置型触媒コンバーター６３を通過した時、再び酸化反応を起こし、排気ガス中に残存している有害物質ＣＯ及びＨＣを完全に無害なＣＯ２及びＨ２Ｏへ転換させる。以上の仕組みにより、高効率の触媒方式有害排気ガス酸化、還元ダブル作用を実現できる。
【００１５】
このほか、本発明は前置供給パイプ５を通じて二次エアを排気管２に継続的に導入する構造において、後置供給パイプ５に一つの単方向バルブ５１の後方に接続され、一つのエンジン制御ユニット１０によって制御を行う一つの電磁バルブ７（図４を参照）を設置することができる。制御ユニット１０の内部には時速設定値Ｃが設定されており、エンジン１のフライホイール１１またはアクセルの強弱を制御するためのスロットにはエンジンの実際の回転速を検知し、その結果をエンジン制御ユニット１０に伝達して時速設定値Ｃと照合を行うことのできる一つの回転速検知装置１２が設置されている。時速設定値Ｃは実車にて測定された排気ガス中に比較的に多くのＣＯ及びＨＣが生成される時の車速リミット値を時速設定値として設定することができる。エンジンはアイドリング回転時、排気ガスから比較的に多くのＣＯ及びＨＣが生成されるため、時速設定値はエンジンアイドリングの回転数よりも高く設定することが望ましい。これにより、エンジンの実際の回転速が時速設定値よりも低い時、つまりエンジンから排出される排気ガス中のＣＯ及びＨＣの生成量がＮＯＸよりも多い時、電磁バルブ７は開弁され、二次エアを後置供給パイプ５から後置型触媒コンバーター６３へ導き、前置型触媒コンバーター４、後置型触媒コンバーター５の触媒は同時に排気ガス中の有害物質ＣＯ及びＨＣに対して酸化を行う。そして、エンジンの実際の回転速が時速設定値よりも高く、エンジンから排出された排気ガス中のＣＯ及びＨＣの生成量は比較的に少ないにもかかわらず、生成されたＮＯＸに対して浄化を行わなければならない時、電磁バルブ７は閉弁され、後置供給パイプ５から後置型触媒コンバーター６３への二次エアの供給は中止される。この時、エンジンから排出された排気ガスの有害成分ＣＯ及びＨＣはまず前置型触媒コンバーター６１の酸化作用によって無害なＣＯ２及びＨ２Ｏに転換された後、中置型触媒コンバーター６２、後置型触媒コンバーター６３時を通過し、強力な還元作用により、まだ残存している有害物質ＮＯＸを無害なＮ２及びＯ２に転換する。このようにして、エンジンの排気ガスに対して、より適切な浄化を行うことができる。
【００１６】
また、本発明は上述の時速設定値の代わりに温度設定値Ｔを用いることができる。前置供給パイプ５を通じて二次エアを排気管２に継続的に導入する構造において、後置供給パイプ５に一つの単方向バルブ５１の後方に接続され、一つのエンジン制御ユニット１３によって制御を行う一つの流量バルブ８（図５を参照）を設置することができる。温度設定値Ｔは制御ユニット１３の内部に設定されており、エンジン１の排気ガス排出側にはエンジンの排気温度を検知し、その結果をエンジン制御ユニット１３に伝達して温度設定値Ｔと照合を行うための一つの温度検知装置１４が設置されている。
【００１７】
温度設定値Ｔは実車測定により得られるもので、５０Ｃ．Ｃ．から１０００Ｃ．Ｃ．のエンジン排気量を有するバイクでは、エンジンの正常排気温度は２００℃〜９００℃であり、よって、エンジン温度が２００℃を上回った時、その排気ガスからは比較的に多くのＣＯ及ＨＣが生成されるため、温度設定値は２００℃とすることが望ましい。これにより、上述と類似の効果を得ることができる。
上述の実施例は本発明の推奨実施例であり、本発明の特許申請範囲を限定するではない。本発明の精神及び原則に基づく変更または改良は全て後述の特許申請の範疇に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施例を示す配置イメージ図
【図２】本発明の第二実施例を示す配置イメージ図
【図３】図１の実施例を示す動作イメージ図
【図４】本発明の第三実施例を示す配置イメージ図
【図５】本発明の第四実施例的配置イメージ図
【符号の説明】
【００１９】
１    エンジン
１０  エンジン制御ユニット
１１  フライホイール
１２  回転速検知装置
１３  エンジン制御ユニット
１４  温度検知装置
１５  エンジン排気マニホールド
２    排気管
２１  接続配管
２２  接続配管
３    マフラー
４    前置供給パイプ
５    後置供給パイプ
５１  バルブ
６１  前置型触媒コンバーター
６２  中置型触媒コンバーター
６３  後置型触媒コンバーター
７    電磁バルブ
８    バルブ
Ｃ    時速設定値
Ｈ    冷却間隔
Ｔ    温度設定値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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