(57)【要約】【課題】従来のマフラは、分解して触媒の洗浄を行うことは容易ではないので、排気マフラの寿命（排気マフラから排出される排出ガスの清浄度および排気効率が維持されている期間）を伸ばすためには多数の触媒エレメントを内装し、多少の目詰まりが生じても排気効率が低下しないようにするが、高価な触媒を多数必要とし、製造コストが高い。【解決手段】エンジンの排気マニホールドの下流側に接続され、触媒エレメント２０を内装する排気マフラ１を、該触媒エレメント２０が排気口５ａ側から着脱可能に構成した。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気マニホールドの下流側に接続され、触媒を内装するエンジンの排気マフラであって、該触媒を排気出口側から着脱可能に構成したことを特徴とする排気マフラ。
【請求項２】
前記触媒を内装支持する触媒支持部を膨張室内に設けたことを特徴とする請求項１に記載の排気マフラ。
【請求項３】
前記触媒を内装支持する触媒支持部と排気連通管とを並設したことを特徴とする請求項１に記載の排気マフラ。
【請求項４】
前記排気出口管を触媒の下流側で着脱可能としたことを特徴とする請求項１に記載の排気マフラ。
【請求項５】
前記触媒を内装支持する触媒支持部と触媒との間に隙間を設けたことを特徴とする請求項１に記載の排気マフラ。
【請求項６】
前記触媒をケースに対して止め輪で係止し、該止め輪を触媒の下流側に設けたことを特徴とする請求項１に記載の排気マフラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気マニホールドの下流側に接続され、触媒を内装する排気マフラの技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エンジンの排気マニホールドの下流側に接続され、触媒を内装する排気マフラの技術は公知となっている。例えば特開平５−１４１２３６号公報に記載の如くである。
通常、三元触媒と呼ばれる触媒に用いられる元素は白金およびロジウムであり、ハニカム形状の多数の孔が設けられたセラミックスや金属からなる触媒担体の表面に触媒元素（白金およびロジウム）の膜を形成して触媒エレメントとする。排気ガスが触媒エレメント内を通過中に、触媒元素膜の表面にて排気ガス中の煤、炭化水素、一酸化炭素などの燃焼反応・ＮＯｘの還元反応が促進される。
従って、白金およびロジウムなどの触媒元素と排気ガスとの接触面積が大きい程、排気ガス中の煤、炭化水素、一酸化炭素などの燃焼・ＮＯｘの還元が促進される。よって、限られた触媒エレメントのサイズで排気ガスの清浄度を高めるという観点からみれば、触媒担体の肉厚を薄くし、触媒エレメントに設けられる孔径を小さくし、孔数を増やすことが望ましい。
一方、触媒エレメントに設けられる孔径が小さくなる程、煤等により触媒エレメントの目詰まりが起こりやすく、排気効率が下がってエンジンの出力低下の原因となることから、触媒エレメントに設けられる孔径および孔数は、排気ガスの清浄度と、エンジン出力とのバランスにより定められる。
また、マフラ内の触媒エレメントの目詰まりを解消し、マフラの寿命（排気マフラから排出される排出ガスの清浄度および排気効率が維持されている期間）を伸ばすためには、定期的に触媒エレメントの洗浄を行うことが効果的である。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１４１２３６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平５−１４１２３６号公報に記載の如き排気マフラの場合、マフラを分解して内部の洗浄を行うことは容易ではない。これは、触媒エレメントを内装する形式の排気マフラにおいては、排気ガスの温度が高い方が排気ガス中の煤、炭化水素、一酸化炭素などの燃焼・ＮＯｘの還元が促進されるため、通常マフラ内周面に沿ってマフラ内部に断熱材と吸音材とを兼ねるガラスウール等が設けられることや、排気マフラの気密性を高くするために通常は大きな開口部を設けないことによる。
従って、排気マフラの寿命（排気マフラから排出される排出ガスの清浄度および排気効率が維持されている期間）を伸ばすためには多数の触媒エレメントを内装し、多少の目詰まりが生じても排気効率が低下しないようにする。しかし、このような構成とすると高価な触媒エレメントを多数必要とするので製造コストが高い。
また、使用する触媒エレメントの個数が多いと排気マフラをコンパクトに設計する上での制約となる。
さらに、メンテナンスを容易にするため、排気ガスの排気経路最下流部（排気ガスを大気放出する直前の部位）に取付式の触媒エレメントを装着する方法もあるが、ディーゼルエンジン等に用いる場合、ガソリンエンジンと比較して排気ガス温度が低いため、排気経路最下流部（排気ガスを大気放出する直前の部位）に排気ガスが到達したときには排気ガス温度はさらに低くなっており、触媒が排気ガス中の煤、炭化水素、一酸化炭素などの燃焼・ＮＯｘの還元反応を促進する有効温度以下となり、触媒の効果が小さくなってしまう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００６】
即ち、請求項１においては、エンジンの排気マニホールドの下流側に接続され、触媒を内装するエンジンの排気マフラであって、該触媒を排気出口側から着脱可能に構成したものである。
【０００７】
請求項２においては、前記触媒を内装支持する触媒支持部を膨張室内に設けたものである。
【０００８】
請求項３においては、前記触媒を内装支持する触媒支持部と排気連通管とを並設したものである。
【０００９】
請求項４においては、前記排気出口管を触媒の下流側で着脱可能としたものである。
【００１０】
請求項５においては、前記触媒を内装支持する触媒支持部と触媒との間に隙間を設けたものである。
【００１１】
請求項６においては、前記触媒をケースに対して止め輪で係止し、該止め輪を触媒の下流側に設けたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施の一形態である排気マフラの斜視図、図２は本発明の実施の一形態である排気マフラの側方視断面図、図３は本発明の実施の一形態である排気マフラの底面図、図４は本発明の実施の一形態である排気マフラの後方視断面図、図５は本発明の実施の一形態である排気マフラの背面図、図６は触媒エレメントの斜視図、図７は従来の排気マフラの側方視断面図、図８は従来の排気マフラの底面図、図９は従来の排気マフラの後方視断面図である。
【００１３】
まず、本発明の排気マフラにおける実施の一形態である排気マフラ１の構成について、図１から図６を用いて説明する。なお、便宜上、以下の説明では図２中の矢印Ａの方向を「前方」と定義する。
【００１４】
図１に示す如く、排気マフラ１は、エンジン２上部に固設される。本実施例におけるエンジン２はトラクタ等に用いられるディーゼルエンジンであり、排気マフラ１およびエンジン２はトラクタ（図示せず）前部のボンネット内に搭載される。
なお、本発明の排気マフラ１はディーゼルエンジンだけでなく、ガソリンエンジンにも応用可能であり、エンジンの種類は限定されない。また、排気マフラ１のエンジンへの取付位置もエンジン上部に限定されず、エンジン側部あるいはエンジンから離間した位置に取り付けても良い。ただし、排気マフラ１は触媒内装式であることから、排気マフラ１内に送られる排気ガスの温度が極力高くなるように排気マニホールド４の長さを極力短くしてできるだけ近い位置に配置することが望ましい。
【００１５】
排気マフラ１の排気入口管３は、エンジン２の排気マニホールド４と連通・接続される。エンジン２の排気ガスは排気マニホールド４、排気入口管３を経て排気マフラ１内に流入する。
【００１６】
図２および図４に示す如く、排気入口管３は、排気マフラ１のケース５の側面下部に挿設される。排気入口管３の下端部にはフランジ３ａが設けられており、排気マニホールド４端部のフランジ４ａと当接連通され、ボルト締結される。排気入口管３の上端は閉塞され、後述する第一膨張室８内に挿入されている部分の側面に連通孔３ｂ・３ｂ・・・が穿設される。
【００１７】
図２に示す如く、排気マフラ１のケース５内は前部断熱室６、側部断熱室２６、後部断熱室７、第一膨張室８、第二膨張室９、第三膨張室１０の各部屋に区画されている。
【００１８】
前部断熱室６は前部隔壁１１、側部隔壁１２、支持部材２７およびケース５により区画された部屋であり、ケース５の内壁に沿って排気マフラ１の前面部から側面前半部に配置され、後述する第一膨張室８と隣接する形となる。該前部断熱室６には吸音材と断熱材を兼ねるグラスウール１４が充填される。
【００１９】
側部断熱室２６は側部隔壁１２、支持部材２７、後部隔壁１３およびケース５により区画された部屋であり、ケース５の内壁に沿って排気マフラ１の側面後半部に配置され、後述する第二膨張室９および第三膨張室１０と隣接する形となる。該側部断熱室２６には吸音材と断熱材を兼ねるグラスウール１４が充填される。
【００２０】
後部断熱室７は後部隔壁１３、ケース５および後述する触媒支持部１５により区画された部屋であり、ケース５の内壁に沿って排気マフラ１の後面部に配置され、後述する第三膨張室１０と隣接する形となる。該後部断熱室７には吸音材と断熱材を兼ねるグラスウール１４が充填される。前部断熱室６は第三膨張室１０の後面に配置される。
【００２１】
前部断熱室６、側部断熱室２６および後部断熱室７により被覆された排気マフラ１内の空間は、内部第一隔壁１８および内部第二隔壁１９により、前方から順に第一膨張室８、第二膨張室９、第三膨張室１０の三つの部屋に区画される。
【００２２】
第一膨張室８は排気入口管３から送られてきた排気ガスが最初に流入・膨張する部屋であり、排気マフラ１の前部に位置する。前部隔壁１１、および第一膨張室８と隣接する部位における側部隔壁１２にはそれぞれ連通孔１１ａ・１１ａ・・・、連通孔１２ａ・１２ａ・・・が穿設され、第一膨張室８と、前部断熱室６とは連通している。
そのため、排気ガスが膨張する際に発生する音が前部断熱室６に充填されたグラスウール１４で吸収され、吸音効果が促進される。
なお、支持部材２７は、側部隔壁１２を支持し、ケース５内における側部隔壁１２の位置を保持するための部材であるとともに、前部断熱室６と側部断熱室２６とを区画して排気ガスの移動が行われないように隔離するための部材である。
【００２３】
第二膨張室９は、第一膨張室８から、後述する排気連通管１６・１７を経て送られてきた排気ガスを更に膨張させる部屋であり、排気マフラ１の前後方向中央部に位置する。第二膨張室９と隣接する部位における側部隔壁１２には連通孔１２ａ・１２ａ・・・が穿設され、第二膨張室９と、側部断熱室２６とは連通している。
そのため、排気ガスが膨張する際に発生する音が側部断熱室２６に充填されたグラスウール１４で吸収され、吸音効果が促進される。
【００２４】
第三膨張室１０は、第一膨張室８から、後述する排気連通管１６・１７を経て送られてきた排気ガスを更に膨張させる部屋であり、排気マフラ１の後部に位置する。第三膨張室１０は排気連通管１６・１７とのみ連通している。
【００２５】
上下二本の排気連通管１６・１７は、その長手方向が排気マフラ１の前後方向と略一致し、その両端面が開口した円筒部材である。排気連通管１６・１７は内部第一隔壁１８および内部第二隔壁１９を貫通しており、かつ第二膨張室９と対面する側面には連通孔１６ａ・１７ａが穿設される。すなわち、第一膨張室８、第二膨張室９、第三膨張室１０は、排気連通管１６・１７により互いに連通している。
【００２６】
触媒支持部１５は、その長手方向が排気マフラ１の前後方向と略一致し、その両端面が開口した円筒部材である。また、触媒支持部１５は前述した上下二本の排気連通管１６・１７間に挟まれ、その長手方向が互いに略平行となるように並設されている。触媒支持部１５の前端は第二膨張室９内に位置し、触媒支持部１５の後端はケース５の後端近傍まで延出されている。すなわち、触媒支持部１５は後部断熱室７および内部第二隔壁１９を貫通して配置されている。
【００２７】
第二膨張室９に送られてきた排気ガスは、触媒支持部１５前端の開口部より触媒支持部１５内に流入し、該触媒支持部１５内に着脱可能に嵌装された触媒エレメント２０・２０・２０（本実施例では三個の触媒エレメント２０を直列で使用するが、これに限定されない）内を通過して触媒支持部１５の後端まで送られる。
【００２８】
図６に示す如く、触媒エレメント２０は両端が開口した円筒部材である触媒エレメントケース２１内に、触媒エレメントケース２１の両端に貫通したハニカム形状の孔が多数形成された触媒担体２２が嵌設されている。触媒担体２２は、セラミックスや金属等で構成され、その表面には白金やロジウム等の触媒元素の膜が形成されている。該触媒担体２２の孔を排気ガスが通過する際に、触媒元素により排気ガス中の煤、炭化水素、一酸化炭素などの燃焼・ＮＯｘの還元反応が促進されるので、触媒担体２２の孔を通過後の排気ガスは煤、炭化水素、一酸化炭素、ＮＯｘの濃度が低下する。
【００２９】
触媒支持部１５の後端はケース５後面に穿設された排出口５ａと一致し、かつ排出口５ａの大きさは触媒支持部１５の内径と略同じ大きさに構成される。
従って、排出口５ａより触媒支持部１５内に略円柱形状の触媒エレメント２０・２０・２０が装着される。このとき、触媒エレメント２０の外径は触媒支持部１５の内径より略小さく構成されており、触媒エレメント２０・２０・２０は触媒支持部１５より容易に着脱可能である。すなわち、排気マフラ１を完全に分解しなくとも、触媒エレメント２０のみを排気マフラ１の外部に取り出して洗浄可能である。
【００３０】
また、ケース５後面と触媒支持部１５の後端との間には隙間が形成され、該隙間にはＣリングなどの止め輪２５が嵌装され、ケース５（排気マフラ１）に対して固定できるようにしている。
このように構成することにより、触媒エレメント２０・２０・２０は通常の使用時は触媒支持部１５内で固定されるとともに、触媒エレメント洗浄時は、後述する排気出口管２４をケース５後面より取り外し、止め輪２５を外すことにより、触媒エレメント２０を容易に排気マフラ１より外部に取り出して洗浄することが可能である。
【００３１】
ケース５の後面内壁には補強部材２３が固設される。該補強部材２３には排出口５ａと一致する位置に排出口５ａよりも略大きい孔が穿設されている。補強部材２３には螺孔が穿設され、図１に示す如く、排気出口管２４の接続部２４ａがボルト締結され、前記触媒エレメント２０・２０・２０の下流側で着脱可能としている。
【００３２】
触媒支持部１５内（触媒エレメント２０に穿設された多数の孔）を通過して、煤、炭化水素、一酸化炭素、ＮＯｘの濃度が低下した排気ガスは、排気出口管２４を経て大気放出される。
【００３３】
続いて従来の排気マフラの実施の一形態である排気マフラ３１について、図７から図９を用いて説明する。
【００３４】
排気マフラ３１は、内壁に沿って吸音材と断熱材を兼ねるグラスウール４４が充填され、該グラスウール４４により囲まれた内部空間が複数の膨張室（第一膨張室３８、第二膨張室３９、第三膨張室４０）に区画されている。そして、ディーゼルエンジン（図示せず）等の排気マニホールドと接続された排気入口管３３より排気ガスを排気マフラ３１内に流入させ、前記複数の膨張室にて排気ガスを膨張させつつ、第一膨張室３８と第二膨張室３９とを連通する二本のサイドパイプ４５・４５に嵌設された触媒エレメント２０・２０・・・内を通過させて煤、炭化水素、一酸化炭素などの燃焼・ＮＯｘの還元反応を行った後、排気出口管５４より大気放出するという点では本発明の実施の一形態である排気マフラ１と略同じ構成である。
【００３５】
しかし、排気マフラ３１に内装される触媒エレメント２０の個数は計六個であり、本発明の実施の一形態である排気マフラ１に内装される触媒エレメント２０の個数（計三個）よりも多い。これは、排気マフラ３１のケース３５が容易に分解可能な構成でないため、触媒エレメント２０の触媒担体２２に設けられた孔の煤等による目詰まりを考慮して、予め必要最小限よりも多い数の触媒エレメント２０を内装させ、多少の目詰まりがあっても排気マフラ３１の交換を不要とし、排気マフラ３１の寿命（排気マフラから排出される排出ガスの清浄度および排気効率が維持されている期間）を延長するためである。
【００３６】
このように構成すると、高価な希少金属である白金やロジウムを触媒元素として用いている触媒エレメント２０の個数が多いことから排気マフラ３１の製造コストを上昇させる原因となるばかりでなく、排気マフラ３１をコンパクトに設計する上でも制約となる。また、排気マフラ３１のケース３５が分解容易でないことから、希少金属のリサイクルという観点から見ても好ましいことではなかったのである。
【００３７】
従って、本発明の実施の一形態である排気マフラ１は、従来の排気マフラ３１等と比較して、以下のような利点を有する。
【００３８】
第一に、排気マフラ１内に装着される触媒エレメント２０・２０・・・は、排気マフラ１を完全に分解せずとも排気ガスの出口である排気口５ａより着脱可能であることから、該触媒エレメント２０の洗浄などのメンテナンスが容易であり、煤等による目詰まりを防止して、排気ガスの浄化効率を維持することが可能である。
また、排気ガスの出口である排気口５ａは触媒エレメント２０の取り出し口を兼ねることから、触媒エレメント取り出し用専用の開口部を設ける必要がないので、排気マフラ１のケース５の構造を簡素にし、部品点数を削減可能であるとともに、排気マフラ１の断熱性、気密性および消音効果を低下させることがない。さらに、容易に触媒エレメントを取り出すことができない構造の排気マフラのように、触媒エレメントの目詰まりを考慮して、予め必要な数よりも多数の触媒エレメントを装着する必要がないので、必要最小限の数の触媒エレメント２０を使用して、排気マフラ１のサイズをコンパクトにするとともに、高価な希少金属である白金やロジウムなどの触媒金属の使用量を抑え、排気マフラ１の製造コストを削減可能である。
【００３９】
第二に、触媒エレメント２０・２０・２０を支持する触媒支持部１５は吸音材と断熱材を兼ねたグラスウール等が充填された前部断熱室６、後部断熱室７に被覆された膨張室内に配設されており、該膨張室内を通過する排気ガスにより触媒エレメント２０・２０・・・は昇温され、触媒による排気ガス中の煤、炭化水素、一酸化炭素などの燃焼・ＮＯｘの還元反応がより促進される。
【００４０】
第三に、触媒エレメント２０を排気マフラ１内で支持する触媒支持部１５は排気連通管１６・１７と略平行に並設されるので、排気マフラ１は触媒内装式であるにもかかわらずその外形をコンパクトに設計することが可能である。
【００４１】
第四に、排気出口管２４を排気マフラ１から着脱可能に構成したので、触媒エレメント２０を排気マフラ１外部へ取り出し可能であり、触媒エレメント２０の洗浄などのメンテナンスが容易であり、煤等による目詰まりを防止して、排気ガスの浄化効率を維持することが可能である。
【００４２】
第五に、触媒エレメント２０・２０・２０を支持する円筒形状の触媒支持部１５の内径は、円柱形状の触媒エレメント２０の外径よりも略大きく、触媒エレメント２０を装着した場合でも、触媒エレメント２０と触媒支持部１５との間には隙間があり、触媒エレメント２０の着脱が容易である。
【００４３】
第六に、触媒エレメント２０は止め輪２５により触媒支持部１５内での動きが規制されるので、装着時の触媒エレメント２０の位置決めが容易であり、触媒支持部１５内で確実に保持される。
【００４４】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００４５】
即ち、請求項１に示す如く、エンジンの排気マニホールドの下流側に接続され、触媒を内装するエンジンの排気マフラであって、該触媒を排気出口側から着脱可能に構成したので、触媒の洗浄などのメンテナンスが容易であり、煤等による目詰まりを防止して、排気ガスの浄化効率を維持することが可能である。
また、触媒の目詰まりを考慮して、予め必要な数よりも多数の触媒を装着する必要がないので、必要最小限の数の触媒を使用し、排気マフラのサイズをコンパクトにするとともに、高価な希少金属である白金やロジウムなどの触媒金属の使用量を抑え、排気マフラの製造コストを削減可能である。
【００４６】
請求項２に示す如く、前記触媒を内装支持する触媒支持部を膨張室内に設けたので、該膨張室内を通過する排気ガスにより触媒は昇温され、触媒による排気ガス中の煤、炭化水素、一酸化炭素などの燃焼・ＮＯｘの還元反応が促進される。
【００４７】
請求項３に示す如く、前記触媒を内装支持する触媒支持部と排気連通管とを並設したので、排気マフラが触媒内装式でも、その外形をコンパクトに設計・構成することが可能である。
【００４８】
請求項４に示す如く、前記排気出口管を触媒の下流側で着脱可能としたので、触媒を排気マフラ外部へ容易に取り出し可能であり、触媒の洗浄などのメンテナンスを行い、煤等による目詰まりを防止して、排気ガスの浄化効率を維持することが可能である。
【００４９】
請求項５に示す如く、前記触媒を内装支持する触媒支持部と触媒との間に隙間を設けたので、触媒の着脱が容易である。
【００５０】
請求項６に示す如く、前記触媒をケースに対して止め輪で係止し、該止め輪を触媒の下流側に設けたので、止め輪を外すだけで容易に触媒を取り出すことが可能となり、メンテナンスが容易である。また装着時の触媒の位置決めが容易であり、触媒が触媒支持部内で確実に保持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である排気マフラの斜視図。
【図２】本発明の実施の一形態である排気マフラの側方視断面図。
【図３】本発明の実施の一形態である排気マフラの底面図。
【図４】本発明の実施の一形態である排気マフラの後方視断面図。
【図５】本発明の実施の一形態である排気マフラの背面図。
【図６】触媒エレメントの斜視図。
【図７】従来の排気マフラの側方視断面図。
【図８】従来の排気マフラの底面図。
【図９】従来の排気マフラの後方視断面図。
【符号の説明】
１　排気マフラ
２　エンジン
４　排気マニホールド
５ａ　排出口
８　第一膨張室
９　第二膨張室
１０　第三膨張室
１５　触媒支持部
１６・１７　排気連通管
２０　触媒エレメント
２１　触媒エレメントケース
２２　触媒担体
２４　排気出口管
２５　止め輪
【図１】
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【図２】
2004138001.tif 000004
【図３】
2004138001.tif 000005
【図４】
2004138001.tif 000006
【図５】
2004138001.tif 000007
【図６】
2004138001.tif 000008
【図７】
2004138001.tif 000009
【図８】
2004138001.tif 000010
【図９】
2004138001.tif 000011