(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２サイクル内燃エンジン（１）の排気口（１０）から噴出した排ガスが導入される膨張室（３１，３２）と、外部空気を前記膨張室（３１，３２）に供給する空気供給装置（７０）とを備えた２サイクルエンジンのマフラー（２０）であって、
前記膨張室は、第１の膨張室（３１）と第２の膨張室（３２）とに仕切り板（４０）により縦方向に分割され、前記膨張室（３１，３２）の外周部が適宜の間隔だけ離隔せしめられた内壁パネル（４１，４２）と外壁パネル（３６，３７）とからなる二重壁構造に形成されるとともに、前記仕切り板（４０）に排ガス浄化部材（５０）が配置されて、前記排気口（１０）からの排ガスが前記第１の膨張室（３１）から前記排ガス浄化部材（５０）内を通って前記第２の膨張室（３２）に導かれるようにされ、
前記空気供給装置（７０）は、前記内燃エンジン（１）のクランク室（６）の圧力脈動を用いて駆動されて、外部空気を空気流入管（５３）に導き、該空気流入管（５３）から前記第１の膨張室（３１）内に噴出させることを特徴とする２サイクル内燃エンジンのマフラー。
【請求項２】
前記空気供給装置は、ダイヤフラムポンプ（７０）であることを特徴とする請求項１に記載の２サイクル内燃エンジンのマフラー。
【請求項３】
前記ダイヤフラムポンプ（７０）は、ダイヤフラム（７１）によって区画分離されている受圧駆動室（７２）と背圧作動室（７３）、及び、吸入弁片（７８ａ）と排出弁片（７９ａ）とを有する弁機構（７７）とを備え、前記受圧駆動室（７２）は前記クランク室（６）に連通し、前記背圧作動室（７３）は前記吸入弁片（７８ａ）を介して外気に連通すると共に前記排出弁片（７９ａ）を介して前記膨張室（３１）に連通していることを特徴とする請求項２に記載の２サイクル内燃エンジンのマフラー。
【請求項４】
前記膨張室（３１）は、その排ガス導入部近傍に、排ガスがその内部を吹き抜けるように配置されたベンチュリ管（２５）を備え、該ベンチュリ管（２５）のスロート部（２５ａ）内に前記空気流入管（５３）が連通接続されていることを特徴とする請求項３に記載の２サイクル内燃エンジンのマフラー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、刈払機やチェーンソー等の可搬式小型作業機用として好適な小型空冷２サイクルガソリン内燃エンジンのマフラーに関し、特に、排ガス規制に対拠すべく酸化触媒を内蔵させたマフラーの空気供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、刈払機やチェーンソー等の可搬式作業機に使用される小型空冷２サイクルガソリン内燃エンジンにおいては、環境問題の高まりから、該小型空冷２サイクルガソリン内燃エンジンから排出される排ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を大幅に低減浄化することが強く要望されて来ており、例えば、アメリカ合衆国のカリフォルニア州における排ガス規制法案、所謂カーブ（ＣＡＲＢ）１９９９では、西暦１９９９年からは、ＣＯを１３０g/bhp-h 以下、トータルＨＣ（ＴＨＣ）を５０g/bhp-h 以下、ＮＯｘを４g/bhp-h 以下に低減することが求められている。
【０００３】
このような排ガス規制に対拠するため、例えば、内燃エンジンの燃焼室やシリンダの吸排気口や掃気口の形状等を改善したり、排気系に酸化触媒等の排ガス浄化手段を配設する等、これまでにも様々な提案がなされているが、未だ満足できる成果は得られていない。
【０００４】
本発明の出願人においても、排ガス規制の対策案の一つとして、先に、エンジン本体に配設したマフラー内にエンジンの排気口から噴出した排ガスを直接導入するようになすととともに、マフラーに排ガス浄化用の酸化触媒を特定の態様で内蔵させたもの、具体的には、例えば、特願平７−２７２９５９号に所載のように、織物状の酸化触媒を火の粉防止用金網に重ねるとともにその外周端縁部の全部又は大部分に前記金網の外周部に設けられた折り返し部を被せて側面視概略Ｕ字乃至Ｖ字状の酸化触媒組立体を形成し、この酸化触媒組立体をマフラー内に配設したもの（従来例１）、あるいは、特願平７−３４３０９２号に所載のように、マフラーの排ガス導入部に通気性を有する金属発泡体からなる酸化触媒を配設したもの（従来例２）等を提案している。
【０００５】
しかし、前記従来例１及び２の酸化触媒内蔵マフラーにあっては、マフラー自体の構造、酸化触媒の材質形状、配置態様等が排ガス浄化性能を充分に引き出しているとはいえず、また、マフラーのエンジンへの取付性、組立性、設計自由度等を向上させる手段は特に講じられておらず、排ガスが酸化触媒との反応（酸化燃焼）により昇温されることによる弊害等についても格別の配慮は払われていなかった。
【０００６】
そこで、本出願人は、前記点に配慮した小型空冷２サイクルガソリン内燃エンジンのマフラーを特願平８−８４２６０号、及び、特願平８−８４３２４号として提案（改良案）している。前記マフラーは、内燃エンジンの排気口から噴出した排ガスが導入される膨張室を備え、該膨張室が仕切板により第一の膨張室と第二の膨張室とに縦方向に分割されると共に、前記仕切板に通気性を有する金属発泡体からなる酸素触媒が配置され、前記排ガスが前記第一の膨張室から前記酸化触媒内を通って前記第二の膨張室に導かれるようになっている。そして、特に、前記特願平８−８４３２４号では、排ガス中のＣＯ成分を効果的に低減できるように、前記第一の膨張室の前記排ガスの導入部近傍に、導入した排ガスの噴流を利用してマフラー外部から空気を前記膨張室に吸入する外気吸入手段を設けたものを提案している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記改良案のマフラーは、排ガスの噴流を利用して外部から空気を導入しているが、排ガスの噴流の力のみでは、充分にＣＯ成分を低減するに必要な空気量を供給することができないと云う問題が生じる。即ち、排ガス中のＣＯ成分を低減するには、該ＣＯと空気中のＯ2 とを反応させてＣＯ2 を生成することが必要となるが、排ガスの噴流でマフラー内に吸入される空気が少ないとＯ2 も少なくなるので、ＣＯ成分のＣＯ2 への反応が少なくなり、ＣＯ成分を充分に低減できないと云う問題がある。
【０００８】
また、自動車あるいは自動二輪車等の４サイクルエンジンにおいては、動力によって強制駆動されるエアポンプによって外部から空気をマフラーに供給する手段が提案されているが、前記エアポンプ自体が高価であると共に、重く、かつ、特別な駆動装置を必要とするので、可搬式の小型作業機用の小型空冷２サイクルガソリンエンジンのマフラーに適用できるものではない。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、軽量で、駆動が容易で、かつ、比較的簡単な構成で、効率的に空気を供給できる２サイクル内燃エンジンのマフラーの空気供給装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成すべく、本発明に係る２サイクル内燃エンジンのマフラーは、前記内燃エンジンの排気口から噴出した排ガスが導入される膨張室と、外部空気を前記膨張室に供給する空気供給装置とを備え、前記膨張室が、第１の膨張室と第２の膨張室とに仕切り板により縦方向に分割され、前記膨張室の外周部が適宜の間隔だけ離隔せしめられた内壁パネルと外壁パネルとからなる二重壁構造に形成されるとともに、前記仕切り板に排ガス浄化部材が配置されて、前記排気口からの排ガスが前記第１の膨張室から前記排ガス浄化部材内を通って前記第２の膨張室に導かれるようにされ、前記空気供給装置が、前記内燃エンジンのクランク室の圧力脈動を用いて駆動されて、外部空気を空気流入管に導き、該空気流入管から前記第１の膨張室内に噴出させると共に、ダイヤフラムポンプであることを特徴としている。
【００１１】
そして、本発明の具体的態様としては、前記ダイヤフラムポンプが、ダイヤフラムによって区画分離されている受圧駆動室と背圧作動室、及び、吸入弁片と排出弁片とを有する弁機構とを備え、前記受圧駆動室は前記クランク室に連通し、前記背圧作動室は前記吸入弁片を介して外気に連通すると共に前記排出弁片を介して前記膨張室に連通していることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の他の具体的態様としては、前記膨張室が、その排ガス導入部近傍に、排ガスがその内部を吹き抜けるように配置されたベンチュリ管を備え、該ベンチュリ管のスロート部内に前記空気流入管が連通接続されていることを特徴としている。
【００１３】
このような構成とされた本発明の２サイクル内燃エンジンのマフラーにおいては、エンジンの排気口から噴出した排ガスは、まず、第１の膨張室に音速に近い速度で導入されてそこで膨張拡散せしめられ、それによって排気音が減衰せしめられる。一方、前記ダイヤフラムポンプは、前記内燃エンジンのクランク室の圧力変動に基づいてポンプ作用を行い、空気導入管から外部空気を吸い込み、空気排出管を介して、前記マフラーの膨張室内に噴出させる。
【００１４】
前記膨張室に導入された排ガスは、前記空気流入管から噴出される空気と混合される。
このように、前記マフラーの膨張室内に前記ダイヤフラムポンプによって外部空気を強制的に供給することで、前記第一の膨張室内の酸素量が増加するため、一酸化炭素の酸化作用が増進され、ＣＯ成分が大幅に低減される。
【００１５】
また、マフラーへの空気の供給装置として、ダイヤフラムポンプを用いたので、前記内燃エンジンのクランク室の圧力脈動を利用して前記ダイヤフラムポンプを駆動することができ、特別のポンプ駆動手段を必要としない。
【００１６】
更に、前記ダイヤフラムポンプは、前記弁片が逆止弁の役目をするので、前記マフラー内の排ガスが前記空気流入管を介して前記ダイヤフラムポンプ流入するようなことがあっても、前記弁片によって阻止され、外部に漏洩することがない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係るマフラーの空気供給装置を小型空冷２サイクルガソリン内燃エンジン（以下、内燃エンジンという）と共に示したものである。図１において、内燃エンジン１には、マフラー２０が取付固定されていると共に、空気供給装置であるダイヤフラムポンプ７０が前記内燃エンジン１と前記マフラー２０に接続されている。
【００１８】
前記内燃エンジン１は、刈払機やチェーンソー等の可搬式作業機の動力源として組み込まれるシュニューレ掃気式の小型空冷２サイクルガソリン内燃エンジンとされ、排気量は例えば２３ｃｃ程度のものである。この内燃エンジン１は、点火プラグ１５が配置された半球形の燃焼室５を有するシリンダ２と、その下側に連結されたクランクケース３とを備え、前記シリンダ２にはピストン４が嵌挿されるとともに、図１で見てその左右に、気化器の混合気供給通路部８が接続された吸気口７と、後述する前記マフラー２０が接続される排気口１０がそれぞれ所定の態様で設けられ、さらに、図１で見てその前後に一対の掃気口（図示せず）がそれぞれ所定の態様で設けられている。
【００１９】
また、通常の内燃エンジンと同様に、前記ピストン４の上下方向の往復運動は、コンロッド１１を介して、クランク室６内に配置されたバランスウエイト１４を備えたクランクシャフト１２の回転運動に変換され、その軸出力が前記可搬式作業機の動力として利用されるようになっている。
【００２０】
そして、前記のような構成の内燃エンジン１の前記シリンダ２における前記排気口１０側の外側部に、前記マフラー２０が断熱板２２を介して取り付けられている。このマフラー２０は、縦方向（前記内燃エンジン１の高さ方向）に配置された仕切り板４０により仕切られた第一の膨張室３１と第二の膨張室３２とを有している。なお、前記仕切り板４０には、熱伝導率が通常の炭素鋼板に比して１／３程度と小さなステンレス（ＳＵＳ）板が用いられている。
【００２１】
前記第一の膨張室３１は、図１で見て左右両側が開口した箱状乃至筒状の内壁パネル４１及び右側開口の外壁パネル３６からなる二重壁部と前記仕切り板４０とにより直方体状に形成されており、前記外壁パネル３６は、前記排気口１０外側部に対応する部分に補強板材２４が接合されるとともに、前記排気口１０から噴出する排ガスを前記マフラー２０に導入するための排気導入口２７が形成されている。前記内壁パネル４１と前記外壁パネル３６とにおける接合部分以外の部位は、適宜の間隔だけ離隔せしめられて空気層Ｓａが形成されている。
【００２２】
一方、前記第二の膨張室３２は、左側開口の箱状乃至筒状の内壁パネル４２と外壁パネル３７とからなる二重壁部と前記仕切り板４０とにより直方体状に形成されている。前記内壁パネル４２における前記内燃エンジン１側に形成された折曲張出部４２ａに前記外壁パネル３７の対応部分が溶接等により接合されており、前記内壁パネル４２と外壁パネル３７とにおける前記接合部分以外の部位は適宜の間隔だけ離隔せしめられてそれらの間に空気層Ｓｂが形成されている。
【００２３】
そして、前記第一の膨張室３１及び第二の膨張室３２のそれぞれの外壁を形成する前記外壁パネル３６，３７の鍔状外端部間に前記仕切り板４０の外周部が挟まれて所定数のボルト−ナット４５、４５により気密的に締結されている。
【００２４】
また、前記外壁パネル３６，３７における上面部の前記仕切り板４０に近い側には、所要数の小判形状乃至レーストラック形状の開口３８，３９が横並びに形成され、前記空気層Ｓａ、Ｓｂが外部と連通している。
【００２５】
前記仕切り板４０の下部には、それを厚み方向に貫くように、言い換えれば前記第一の膨張室３１及び第二の膨張室３２の両方に突出するように、通気性を有する発泡体を成形した直方体状の酸化触媒５０が、排ガス浄化部材として配置されている。前記酸化触媒５０は、シェル５２に嵌挿した後、前記シェル５２の下面部左端中央及び上面部右端中央に設けられた抜止爪５２ａ，５２ｂを折り曲げることにより、交換自在に係止するようになっている。
【００２６】
一方、前記仕切り板４０における前記酸化触媒５０より上側の、前記内燃エンジン１の排気口１０及び前記排気導入口２７と略同じ高さ位置で、当該マフラー２０が前記内燃エンジン１のシリンダ２に、左右二本のボルト５４、５４により取付固定されている。
【００２７】
また、前記第二の膨張室３２における右上隅部付近には、排ガスを外部に放出するための排ガス放出口を構成するテールパイプ６０が支持ブラケット５９により支持され、前記テールパイプ６０の長さ、口径等は、出力向上と騒音減衰の面からみて最適の寸法に設定される。前記マフラー２０の容積は、同程度の排気量のエンジンに付設するものとしては比較的大きくされており、前記した従来例１及び２のものの容積の１・５〜２倍程度（排気量の１８倍程度）とされている。
【００２８】
更に、前記マフラー２０の上部左側には、外部から前記マフラー２０の第一の膨張室３１内に嵌挿された空気流入管５３が接続固定されている。
前記空気供給装置であるダイヤフラムポンプ７０は、可撓性のダイヤフラム７１によって区画分離されている受圧駆動室７２と背圧作動室７３とを備えていると共に、弁機構７７と閉鎖板体８１とを備えている。前記受圧駆動室７２は接続管７５を備え、該接続管７５と接続チューブ７６を介して前記内燃エンジン１の前記クランク室６に連通している。
【００２９】
一方、前記背圧作動室７３は、空気を導入・排出する二つの開孔７３ａ、７３ｂを備え、前記弁機構７７は、二枚の弾性薄板体７８、７９と該二枚の弾性薄板体７８、７９間に介在した薄板弁シート体８０との積層構造をしており、前記弁機構７７は、前記閉鎖板体８１と前記背圧作動室７３との間に挟持され、適宜固定手段によって一体に取付固定されている。
【００３０】
前記閉鎖板体８１は、前記二つの開孔７３ａ、７３ｂと同心の空気導入管８２と空気排出管８３とを備えおり、前記薄板弁シート体８０も、前記二つの開孔７３ａ、７３ｂと同心で、該開孔７３ａ、７３ｂよりも小径の開孔８０ａ、８０ｂを備えている。
【００３１】
前記一方の弾性薄板体７８は、前記空気導入管８２側に、前記背圧作動室７３方向に揺動する吸入弁片７８ａを備えると共に、他方の前記弾性薄板状体７９は、空気排出管８３側に、前記背圧作動室７３と反対方向に揺動する排出弁片７９ａを備えている。また、前記二枚の弾性薄板体７８、７９の各々は、前記弁片７８ａ、７９ａの各々の無い側の前記二つの開孔７３ａ、７３ｂに対応する部分に連通用開孔７８ｂ，７９ｂを形成している。
【００３２】
前記空気排出管８３は、接続チューブ８４を介して前記マフラー２０の前記空気流入管５３に接続されている。
したがって、前記内燃エンジン１の前記ピストン４が上下に往復動して、前記クランク室６内の圧力が変動すると、該圧力変動（圧力脈動）が前記ダイヤフラムポンプ７０の前記受圧駆動室７２内に導かれ、該受圧駆動室７２内の圧力を変動させる。前記受圧駆動室７２内の圧力脈動に基づいて前記ダイヤフラム７１が振動し、前記背圧作動室７３内の圧力を変動させる。
【００３３】
前記一方の弾性薄板体７８の吸入弁片７８ａは、前記背圧作動室７３が負圧の場合は、屈曲して前記空気導入管８２から外部空気を前記背圧作動室７３に導入するが、該背圧作動室７３が外気よりも高い圧力になった時は、前記薄板弁シート８０に着座して前記吸入開孔８０ａを閉鎖し、外部空気の流入を阻止する。また、前記他方の弾性薄板体７９は、前記背圧作動室７３が負圧の場合は、前記薄板弁シート８０に着座して前記排出開孔８０ｂを閉鎖し、空気の前記空気排出管８３への排出を阻止し、前記背圧作動室７３内の圧力が前記空気排出管８３内の圧力より高くなると屈曲して前記空気排出管８３に前記背圧作動室７３内から空気を排出する。
【００３４】
このような構成とされた本実施形態のダイヤフラムポンプ７０を有するマフラー２０を備えた内燃エンジン１においては、該内燃エンジン１の排気口１０から噴出した排ガスが、まず、図１における一点鎖線矢印で示される如くに、第一の膨張室３１に音速に近い速度で導入されてそこで膨張拡散せしめられ、それによって排気音が減衰せしめられる。
【００３５】
一方、前記ダイヤフラムポンプ７０は、前記内燃エンジン１のクランク室６の圧力変動（脈動）に基づいてポンプ作用を行い、前記空気導入管８２から外部空気を吸い込み、前記空気排出管８３に排出する。前記空気排出管８３に導かれた空気は、前記接続チューブ８４を介して前記マフラー２０の前記空気流入管５３に導かれ、該空気流入管５３から前記マフラー２０の第一の膨張室３１内に噴出される。
【００３６】
前記第一の膨張室３１に導入された排ガスは、前記空気流入管５３から噴出される空気と混合され、前記仕切り板４０を隔てて隣接配置されている第二の膨張室３２との圧力差により、前記仕切り板４０を貫くように配置された前記酸化触媒５０の露出側面からその内部に入り、その内部に形成されている小孔を通じて前記第二の膨張室３２に導かれる。この際、排ガスは前記酸化触媒５０の作用により、第一の膨張室３１内の空気中に含まれる酸素と効率良く反応（酸化燃焼）し、排ガス中に含まれるＴＨＣが大幅に低減される。そして、前記第二の膨張室３２の上部に配置されたテールパイプ６０を介して外部に放出される。
【００３７】
また、前記マフラー２０の第一の膨張室３１内に前記ダイヤフラムポンプ７０によって外部空気を強制的に供給することで、前記第一の膨張室３１内の酸素Ｏ2 量が増加するため、一酸化炭素ＣＯの酸化作用が増進され、ＣＯ成分も大幅に低減される。
【００３８】
また、本実施形態においては、マフラー２０への空気の供給装置としてダイヤフラムポンプ７０を用いたので、前記内燃エンジン１のクランク室６の圧力脈動を利用して前記ダイヤフラムポンプ７０を駆動することができ、特別のポンプ駆動手段を必要としない。
【００３９】
更に、前記ダイヤフラムポンプ７０は、前記弁片７８ａ、７９ａが逆止弁の役目をするので、前記マフラー２０内の排ガスが前記空気流入管５３を介して前記ダイヤフラムポンプ７０内に流入するようなことがあっても、前記弁片７８ａ、７９ａによって阻止され、外部に漏洩することがない。
【００４０】
更にまた、前記ダイヤフラムポンプ７０は、構成が簡単で、軽く、かつ、小型にできるので、その取付位置に制約が少なく、手持式小型作業機用の内燃エンジンへの装備に適している。
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において、種々の変更ができるものである。
【００４１】
例えば、外部空気のマフラーへの吸入手段として、図２に示すように、ベンチュリ管２５を付加することもできる。即ち、前記内燃エンジン１の排気口１０から排出される排ガスがその内部を吹き抜けるように、該排ガスの噴流方向に沿って前記ベンチュリ管２５を配置し、該ベンチュリ管２５のスロート部２５ａに前記空気流入管５３を接続する構成とする。前記ベンチュリ管２５は、前記補強板材２４に溶接等で固定されている。
【００４２】
前記排気口１０から排出される排ガスは、前記ベンチュリ管２５を吹き抜ける際に、該吹き抜け噴流によって、前記スロート部２５ａに連通している前記空気流入管５３の終端部付近を負圧とし、前記ダイヤフラムポンプ７０から送られてきた空気を、更に吸引するように作用させる。この作用によって、外部空気を効果的に前記マフラー２０の第一の膨張室３１に流入させることができると共に、前記ダイヤフラムポンプ７０のポンプをより小形のものとすることができる。
【００４３】
また、必要に応じて、異物の侵入防止のために、前記空気導入管８２に適宜のフィルターを介装せしめたり、前記空気流入管５３に至る空気流路に、流量調整手段を介装せしめてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明に係る２サイクル内燃エンジン用マフラーの空気供給装置は、該空気供給装置を用いてマフラーの膨張室に外部空気を強制的に供給するべくしたので、マフラー内の排ガス、特に、一酸化炭素（ＣＯ）の浄化性能を向上させることができる。
【００４５】
また、前記内燃エンジンのクランク室の圧力脈動を利用して前記空気供給装置を駆動する構成としたので、該空気供給装置を駆動するための格別な駆動装置を必要としない。
更に、前記空気供給装置として、ダイヤフラムポンプを使用したので、軽く、かつ、小型にできるので、その取付位置に制約が少なく、手持式小型作業機用の内燃エンジンへの装備に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマフラーの一実施形態を、それが取り付けられた２サイクルエンジンと共に示す縦断面図。
【図２】本発明に係るマフラーの空気供給装置の他の実施形態であって、ベンチュリ管が取り付けられたマフラーの部分縦断面図。
【符号の説明】
１…２サイクル内燃エンジン
６…クランク室
１０…排気口
２０…マフラー
２５…ベンチュリ管
２５ａ…スロート部
３１…第１の膨張室
５３…空気流入管
７０…空気供給装置（ダイヤフラムポンプ）
７１…ダイヤフラム
７２…受圧駆動室
７３…背圧作動室
７７…弁機構
７８ａ…吸入弁片
７９ａ…排出弁片
【図１】
0003830218.tif 000002
【図２】
0003830218.tif 000003