(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気浄化用の触媒装置において、内燃機関（１）の排気マニホールド（４１）の排気ガス排出側端部に、熱交換器（４２）と該排気マニホールド（４１）を接続するために、着脱自在の接続部（６１）を接続し、該接続部（６１）と排気マニホールド（４１）の排気側端部との内部に、触媒装置（５０）を配設し、該接続部（６１）の排気側端部には配管（６２）を接続し、該配管（６２）により、前記接続部（６１）と熱交換器（４２）とを接続し、該熱交換器（４２）と排気マニホールド（４１）とを略平行状に配設し、該接続部（６１）は、排気マニホールド（４１）及び熱交換器（４２）の両側端部を接続すべく、両者の側端位置に配置し、該接続部（６１）を取り外すことにより、前記触媒装置（５０）の交換および点検を可能としたことを特徴とする内燃機関の排気浄化用触媒装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化用触媒装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の排気浄化用触媒を取り付ける場合は、排気管の途中に触媒を別部品として接続し、スペースを取っていた。例えば、特開平０８−３１２４２５および特開平０５−０４４４４５に示されるように排気浄化用の触媒は熱交換器の下流位置に配設されており、該熱交換器を介した排気ガスが該触媒に接触する構成になっている。また、実開昭５７−１５８９１８に示す如く排気導入部および触媒ケース、熱交換器を分割可能に構成したものも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特開平０８−３１２４２５および特開平０５−０４４４４５に示されるように排気浄化用の触媒は、熱交換器の下流位置に配設されており、該熱交換器を介した排気ガスが該触媒に接触する構成の場合には、排気の温度が前記熱交換器により低くなり、該排気の触媒における浄化のための反応度が低下する。また、実開昭５７−１５８９１８に示す構成においては触媒は排気導入部と熱交換器の間に配設されており、該触媒の取り出しが困難である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題の解決手段として、次の如く構成したものである。
【０００５】
内燃機関の排気浄化用の触媒装置において、内燃機関（１）の排気マニホールド（４１）の排気ガス排出側端部に、熱交換器（４２）と該排気マニホールド（４１）を接続するために、着脱自在の接続部（６１）を接続し、該接続部（６１）と排気マニホールド（４１）の排気側端部との内部に、触媒装置（５０）を配設し、該接続部（６１）の排気側端部には配管（６２）を接続し、該配管（６２）により、前記接続部（６１）と熱交換器（４２）とを接続し、該熱交換器（４２）と排気マニホールド（４１）とを略平行状に配設し、該接続部（６１）は、排気マニホールド（４１）及び熱交換器（４２）の両側端部を接続すべく、両者の側端位置に配置し、該接続部（６１）を取り外すことにより、前記触媒装置（５０）の交換および点検を可能としたものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施例について説明する。
【０００７】
図１は、他の参考例を示すエンジンの正面図、図２は同じく側面図、図３は同じく平面図、図４は排気装置の分解状態を示す側面一部断面図、図５は排気装置の側面一部断面図である。
【０００８】
図６は、本発明の実施例であるエンジンの正面図、図７は同じく側面図、図８は触媒装置の配設構成を示す側面一部断面図、図９は低い温度における分子のエネルギー状態を示す図、図１０は高い温度における分子のエネルギー状態を示す図である。
【０００９】
図１乃至図３において、他の参考例のエンジンの構成について説明する。エンジン１は、クランクケース２、シリンダー部３およびシリンダヘッド部４により構成されており、該エンジン１のシリンダヘッド部４の側方には触媒１０および熱交換器１１を内装する排気装置５が配設されている。該エンジン１には燃料が供給され、該燃料は空気とともにシリンダー部３内に導入される。シリンダー部３内には図示しない複数もしくは単数のシリンダおよびピストンが配設されており、前記導入された燃料と空気はシリンダにおいて図示しないピストンにより圧縮され、爆発した後に排気ガスとしてシリンダ部３より排出される。該シリンダ部３より排出される排気ガスはシリンダヘッド部４より排出される。
該シリンダヘッド部４には、図示しないバルブ機構が配設されており、該シリンダ部４内において生成した排気ガスがバルブ機構を介してシリンダヘッド部４に配設された排気マニホールド２０内に排出される。各シリンダより排出された排気ガスは排気マニホールド２０に集合し、該排気マニホールド２０には前記排気装置５が接続されている。該構成において排気マニホールド２０に集合させられた排気ガスが該排気装置５内に導入される構成になっている。
【００１０】
排気装置５は、前記排気マニホールド２０の出口側の側方に直接接続されており、該排気装置５内には排気ガスを浄化するための触媒装置２２および熱交換器２１が配設されている。該排気装置５内において触媒装置２２は、排気マニホールド２０よりの排気ガスが導入される位置に配設されている。即ち、前記排気マニホールド２０より排気ガスが排気装置５に導入され、該排気装置５に導入された排気ガスは直ぐに触媒装置２２に接触する構成になっている。これにより、排気ガスの温度を下げることなく、該排気ガスを触媒装置２２に接触させる事が可能である。
【００１１】
排気マニホールド２０と排気装置５の接続部は、排気マニホールド２０および排気装置５においてそれぞれ前部に設けられている。従って、排気マニホールド２０の前部より排気ガスが排気装置５の前部に導入される構成になっている。これにより排気装置５を装着したエンジン１の前後方向の長さをコンパクトに構成することもに、該排気装置５の前部に排気マニホールド２０よりの排気ガスが導入されるので排気装置５の前部に触媒装置２２を配設する構成となる。排気装置５は図４、図５に示すごとく触媒装置２２を取り外し可能に構成している。このため、排気装置５がエンジン１に装着された状態において、該触媒装置２２を該エンジン１の前面より容易に取り外し出来る構成になっている。
【００１２】
上記のごとく、排気マニホールド２０より排出された排気ガスは直ちに触媒装置２２に導入され、該触媒装置２２を介した後に熱交換器２１に導入される。これにより排気ガスは排気マニホールド２０より排出された直後の高い温度で触媒装置２２に導入されたのち、該触媒装置２２の後方に配設された熱交換器２１を介して、該排気ガスの温度が下げられた後に排気装置５より排気ガスが排出される。
【００１３】
一般に温度が高いほど化学反応は起こりやすく、高い温度状態にある分子もしくは原子は高いエネルギーを有する。図９および図１０において、縦軸を分子の数Ｎ、横軸を分子の有するエネルギーＥとした。図９に示す状態において、一定の温度条件下においてもそれぞれの分子の有するエネルギーは異なり、一定の分布を有するものであり、反応に必要は活性化エネルギーをＥａとしたとき、図９において反応し得る分子は斜線により示された部分の分子である。より高い温度においては、図１０に示す如く、分子の有するエネルギーが全体的に増加する。エネルギーＥａを基準として考えた場合、該エネルギーＥａを越えるエネルギーを有する分子は斜線で示される部分の分子である。即ち、エネルギーＥａを越えるエネルギーを有する分子の割合は、図９に示す温度状態によりも図１０に示す温度状態において多くなる。前記エネルギーＥａが活性化エネルギーであれば、温度が高く成るにつれて反応可能な分子の割合が増加する。このため、高い温度状態において排気ガスを触媒装置２２に導入することにより、排気ガスの分子の化学反応を起こすための活性化エネルギーを越える割合を増すことが可能であり、触媒１３を介して反応をおこし、浄化される排気ガス中の有害物質の除去量を増すことができる。これにより、触媒１３による排気ガスの浄化効果を向上できる。
【００１４】
次に、他の参考例の排気装置５の構成について説明する。図４、図５に示すように排気装置５において、触媒装置２２は分離可能に構成されており、該排気装置５より触媒装置２２を取り外すことができる。該触媒装置２２は触媒１３および筒部１２、蓋体１１により構成されている。該触媒装置２２は蓋体１１の後面に筒部１２が固設されており、該筒部１２の内側に触媒１３が配設されている。触媒装置２２の蓋体１１は排気装置５の蓋を兼ねた構成になっており、排気装置５に該触媒装置２２を装着することにより該触媒装置２２の蓋体１１により排気装置５の触媒装置２２装着のための開口部を密閉することが出来る。即ち、触媒１３を保持する筒体１２に固設した蓋体１１が排気装置５の触媒装置２２装着のための開口部の蓋となっているため、該蓋体１１を取り外すと同時に触媒１３の取り出しが行える。これにより、触媒１３の取り出し作業の手間が省略され整備時における作業量が減少する。
【００１５】
更に、該排気装置５の前部には排気ガス導入のための排気ガス導入部３１が設けられており、該排気ガス導入部３１を介して排気ガスが排気装置５内に導入される構成になっている。排気装置５の後部内側には熱交換器２１が配設されており、該熱交換器２１に導入される冷却水により、該熱交換器２１を通過する排気ガスを冷却する構成になっている。また、排気装置５の中央部には冷却水導入口３２が配設されており、該冷却水導入口３２より冷却水が熱交換器２１に導入される。該冷却水導入口３２より導入された冷却水は熱交換器２１において排気ガスを冷却し、排気装置５の後部に配設された冷却水排出口３３より排出される。排気装置５の冷却水排出口３３より排出された冷却水はシリンダ部３に導入され該シリンダ部３を冷却する。
【００１６】
排気装置５の後部には排気ガス排出口３４が固設されており、該排気ガス排出口３４より排気装置５内に導入された排気ガスが排出される。これにより前記排気ガス導入部３１より導入された排気ガスは触媒１３および熱交換器２１を介して浄化され温度をさげられた後に排気ガス排出口３４より排出される。
【００１７】
該構成において触媒が不必要である場合には、触媒装置２２より触媒１３を取り外し、該触媒１３を取り外した触媒装置２２を排気装置５に装着することも可能である。前記の如く、触媒装置２２は触媒１３、蓋体１１および筒体１２により構成されており、該触媒１３は筒体１２に保持されているため、該触媒１３を筒体１２より分離することにより該触媒１３を取り外す事ができる。このため、エンジン１の使用状態に応じて容易に触媒１３の取り外しおよび取付けを行うことが可能であり、触媒１３を状況に応じたものに容易に交換できる。
【００１８】
次に、本発明の実施例の内燃機関の排気浄化用触媒装置について説明する。図６、図７、図８において排気マニホールド４１の排気ガス排出側の端部には熱交換器４２と排気マニホールド４１を接続するための着脱自在の接続部６１が接続されており、該接続部６１と排気マニホールド４１の排気側端部との内部には触媒装置５０が配設されている。また、接続部６１の排気側端部には配管６２が接続されており、該配管６２により接続部６１が熱交換器４２と接続されている。熱交換器４２は、排気マニホールド４１と略平行状に配設されていて、該接続部６１は、排気マニホールド４１及び熱交換器４２の両側端部を接続する状態となり、即ち、側端に位置する。従って、接続部６１の着脱作業を容易にしている。前記排気マニホールド４１は、ウォータージャケット６３により被装されており、該排気マニホールド４１が異常な高温になることを抑制する構成になっている。該ウォータージャケット６３に供給される冷却水は、熱交換器４２において排気ガスの熱量を吸収したものであり、該ウォータージャケット６３において排気マニホールド４１を急速に冷却するものではない。該ウォータージャケット６３を介した冷却水はエンジン１のシリンダ部に導入され該シリンダ部の冷却に用いられる。
【００１９】
上記構成において、排気マニホールド４１を介した排気ガスは触媒装置５０を介した後に熱交換器４２に導入される。該熱交換器４２は円筒状に構成された排気冷却室４２ａおよび冷却水室４２ｂにより構成されており、該排気冷却室４２ａは冷却水室４２ｂに満たされた冷却水に覆われる構成になっている。排気マニホールド４１より排出された排気ガスは、触媒装置５０、接続部６１および該接続部６１に接続した配管６２を介して、前記熱交換器４２に導入される。該熱交換器４２に導入された排気ガスは、該熱交換器４２において冷却された後に排出される。該配管６２を介した排気ガスは、熱交換器４２の排気冷却室４２ａに導入されたのち、該排気冷却室に４２ａにおいて冷却され排出口４２ｃより排出される。排気ガスは該熱交換器４２において冷却されため、さらなる分解、還元反応を起こすことなく排出される。即ち、排気ガスが排気マニホールド４１より排出された高温状態で、触媒装置５０に接触する構成になっている。このため、前述の如く、排気ガスの触媒装置５０における反応量が増加し、排気ガスの浄化の効率が増す。
【００２０】
また、上記のごとく触媒装置５０を排気マニホールド４１出口側の側端部に取付け、該触媒装置５０を介した排気ガスが熱交換器４２に接続部６１を介して導入される構成になっているので、接続部６１を取り外すことにより、前記触媒装置５０の交換および点検を容易に行うことができる。さらに、触媒が不要な場合には触媒装置５０を取り除くか、該触媒装置５０より触媒を取り除く事も可能である。これにより、使用状況に応じて触媒を装着もしくは脱着できる。また、熱交換器４２と排気マニホールド４１が接続部６１により接続されているため、熱交換器４２の配設が容易に行え、組立性が良い。触媒装置５０の保守および点検を容易に行うことが出来る。
【００２１】
内燃機関の排気浄化用の触媒装置において、触媒装置を排気マニホールドの出口側側方に直付けし、熱交換器を、該触媒装置の排気下流側でかつ該触媒装置と同一軸上となる様に配設したので、該触媒装置と熱交換器がエンジン側方に位置し、エンジンの全高を低く構成できる。このため、エンジンをコンパクトに構成でき、該エンジンを収納するのに必要な空間を小さく構成できる。また、触媒装置が排気マニホールドと熱交換器の間に配設されているので、触媒装置を触媒反応温度（例えば３００°Ｃ以上）環境に配置できる。排気ガスを高い温度域において触媒に接触させることにより反応を促進し、浄化作用を行うことができるので、浄化効率が上昇する。
【００２２】
触媒装置が蓋体、筒部、触媒より構成され、触媒装置を熱交換器に着脱可能としたので、触媒装置の取付けおよび取り外し作業を容易におこなえる。該構成により、排気装置の組立性が向上すると共に、整備を行いやすい。
【００２３】
触媒が不要な場合は蓋体を直接熱交換器に取り付けるので、触媒付きの排気装置と触媒なしの排気装置の作り分けを容易に出来るとともに、触媒を付ける場合および付けない場合においても蓋体の兼用を行える。これにより、排気装置の製造コストを削減できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は以上の如く構成したので、次のような効果を奏するものである。
内燃機関の排気浄化用の触媒装置において、内燃機関（１）の排気マニホールド（４１）の排気ガス排出側端部に、熱交換器（４２）と該排気マニホールド（４１）を接続するために、着脱自在の接続部（６１）を接続し、該接続部（６１）と排気マニホールド（４１）の排気側端部との内部に、触媒装置（５０）を配設し、該接続部（６１）の排気側端部には配管（６２）を接続し、該配管（６２）により、前記接続部（６１）と熱交換器（４２）とを接続し、該熱交換器（４２）と排気マニホールド（４１）とを略平行状に配設し、該接続部（６１）は、排気マニホールド（４１）及び熱交換器（４２）の両側端部を接続すべく、両者の側端位置に配置し、該接続部（６１）を取り外すことにより、前記触媒装置（５０）の交換および点検を可能としたので、該接続部を着脱するだけで触媒装置の保守、点検、交換を容易に行うことができる。
また、装着可能な熱交換器の種類を増すことができる。触媒の反応温度環境において高温の排気ガスを触媒に接触でき、排気ガスを迅速に反応させ浄化効率を向上できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  他の参考例のエンジンの正面図である。
【図２】  同じく側面図である。
【図３】  同じく平面図である。
【図４】  排気装置の分解状態を示す側面一部断面図である。
【図５】  排気装置の側面一部断面図である。
【図６】  本発明の実施例であるエンジンの正面図である。
【図７】  同じく側面図である。
【図８】  触媒装置の配設構成を示す側面一部断面図である。
【図９】  低い温度における分子のエネルギー状態を示す図である。
【図１０】  高い温度における分子のエネルギー状態を示す図である。
【符号の説明】
１    内燃機関
２    クランクケース
３    シリンダ部
４    シリンダヘッド部
５    排気装置
４１    排気マニホールド
４２    熱交換器
５０    触媒装置
６１    接続部
【図１】
0004025433.tif 000002
【図２】
0004025433.tif 000003
【図３】
0004025433.tif 000004
【図４】
0004025433.tif 000005
【図５】
0004025433.tif 000006
【図６】
0004025433.tif 000007
【図７】
0004025433.tif 000008
【図８】
0004025433.tif 000009
【図９】
0004025433.tif 000010
【図１０】
0004025433.tif 000011