特開 2022-163291 層状掃気式エンジン用マフラ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022163291

(43)【公開日】2022-10-26

(54)【発明の名称】層状掃気式エンジン用マフラ

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/24 20060101AFI20221019BHJP

   F01N 1/02 20060101ALI20221019BHJP

   F01N 3/28 20060101ALI20221019BHJP

   F02B 25/04 20060101ALI20221019BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20221019BHJP

【ＦＩ】

F01N3/24 J

F01N1/02 N

F01N3/28 301A

F01N3/28 301C

F01N3/28 301U

F02B25/04

B01D53/94 222

B01D53/94 ZAB

B01D53/94 245

B01D53/94 280

B01D53/94 300

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021068140

(22)【出願日】2021-04-14

(71)【出願人】

【識別番号】509264132

【氏名又は名称】株式会社やまびこ

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】虎見 健太

(72)【発明者】

【氏名】衛藤 邦淑

(72)【発明者】

【氏名】桐原 直之

【テーマコード（参考）】

3G004

3G091

4D148

【Ｆターム（参考）】

3G004AA07

3G004CA04

3G004DA08

3G004GA06

3G091AA07

3G091AA15

3G091AB02

3G091AB03

3G091AB04

3G091BA01

3G091GA06

3G091HA05

4D148AA06

4D148AA13

4D148AA18

4D148AB01

4D148AB02

4D148AB09

4D148BA30Y

4D148BA31Y

4D148BB02

4D148CA10

4D148CC10

4D148DA03

4D148DA20

(57)【要約】

【課題】既存のマフラ本体及び円柱状触媒に大きな改造や寸法変更を伴うことなく、円柱状触媒において排気ガスが流れないセル数を可及的に少なくし得て、円柱状触媒に排気ガスが偏り無く流されるようにでき、もって、所望する排気ガス浄化率を得ることができて、ＴＨＣ排出量を効果的に抑えることのできる費用対効果に優れた層状掃気式エンジン用マフラを提供する。
【解決手段】導入口１６から前室Ｒ１内に導入されて隔壁板１３に衝突して反転したガス流が円柱状触媒２０における上端部に位置するセルを極力跳び越えないように、導入口１６から隔壁板１３までの距離Ａ、前室Ｒ１の前壁面１１ａから円柱状触媒２０の前端面２０ａまでの距離Ｄ、及び隔壁板１３から円柱状触媒２０の前端面２０ａまでの距離Ｔ（触媒２０の前室Ｒ１内への突出長）のうちの少なくとも一つが所定範囲内に設定される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

層状掃気式エンジンから排気ガスが導入導出されるマフラ本体と、
該マフラ本体内において、前記排気ガスを導入するための導入口がその上半部に設けられた前室と該前室より下流側の後室とに気密的に仕切るとともに前記排気ガスの導入方向に対して垂直に配設された隔壁板と、
その軸線を前記隔壁板に直交させかつ前記前室と前記後室とに跨るように、前記隔壁板の概ね下半分に取着された排気ガス浄化用の円柱状触媒と、を備える層状掃気式エンジン用マフラであって、
前記円柱状触媒は、前記前室と前記後室とを連通する直線状通路部を持つセルが格子状に多数設けられたモノリス型の触媒とされ、
前記導入口から前記前室内に導入されて前記隔壁板に衝突して反転したガス流が前記円柱状触媒における上端部に位置するセルを極力跳び越えないように、前記導入口から前記隔壁板までの距離Ａ、前記前室の前壁面から前記円柱状触媒の前端面までの距離Ｄ、及び前記隔壁板から前記円柱状触媒の前端面までの距離Ｔのうちの少なくとも一つが所定範囲内に設定されていることを特徴とする層状掃気式エンジン用マフラ。

【請求項2】

前記反転したガス流の一部が前記円柱状触媒の外周に設けられた円筒状シェルの外周面に案内されながら該円柱状触媒における上端部に位置するセルにも流れ込むようにされていることを特徴とする請求項１に記載の層状掃気式エンジン用マフラ。

【請求項3】

前記円柱状触媒は、前記排気ガス中に含まれる少なくとも未燃焼燃料成分を酸化燃焼させ得る酸化触媒、酸化還元触媒、又は三元触媒で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の層状掃気式エンジン用マフラ。

【請求項4】

前記円柱状触媒を前記隔壁板に直交する方向の任意の位置にて固定可能とする円形挿通穴を持つ触媒取着部が前記隔壁板の概ね下半分に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の層状掃気式エンジン用マフラ。

【請求項5】

前記円柱状触媒は、前記触媒取着部に溶接により気密的に取着されていることを特徴とする請求項４に記載の層状掃気式エンジン用マフラ。

【請求項6】

前記前室の容積が前記層状掃気式エンジンの排気量の４～６倍に設定されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の層状掃気式エンジン用マフラ。

【請求項7】

前記導入口から前記隔壁板までの距離Ａが２１．５ｍｍ以上、前記前室の前壁面から前記円柱状触媒の前端面までの距離Ｄが５ｍｍ以上、前記隔壁板から前記円柱状触媒の前端面までの距離Ｔが７ｍｍ以上、前記導入口の下端から前記円柱状触媒の上端までの距離Ｈが９ｍｍ以上、の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の層状掃気式エンジン用マフラ。

【請求項8】

前記導入口から前記隔壁板までの距離Ａが２５～３０ｍｍ、前記前室の前壁面から前記円柱状触媒の前端面までの距離Ｄが５～２０ｍｍ、前記隔壁板から前記円柱状触媒の前端面までの距離Ｔが７～１６ｍｍ、前記導入口の下端から前記円柱状触媒の上端までの距離Ｈが９～２０ｍｍ、の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項７に記載の層状掃気式エンジン用マフラ。

【請求項9】

前記層状掃気式エンジンの排気量が２０～４０ｃｃ、前記円柱状触媒の直径Ｃが２５～５０ｍｍ、その長さＬが１５～３５ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の層状掃気式エンジン用マフラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、刈払機、チェンソー、パワーブロワー等の携帯型動力作業機に好適な層状掃気式エンジンに用いられる、排気ガス浄化用の触媒を内蔵したマフラに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、掃気時に燃焼室に混合気が供給されるのに先立って掃気用空気（先行空気等とも称される）を吹き出させて燃焼ガスの掃気を行うようにされた層状掃気式の２サイクル（ストローク）エンジン（以下、層状掃気式エンジンと称する）はよく知られている。かかる層状掃気式エンジンでは、従来の一般的な２サイクルエンジンに比して未燃焼混合気の吹き抜け量が低減され、ＴＨＣ（ＨＣ成分の総排出量、全炭化水素とも称される）等の有害物質の排出を抑制できる（特許文献１、２、３参照）。

【0003】

上記層状掃気式エンジンにおいて、排気ガス浄化性能をより一層高めるべく、排気系に配備されるマフラに排気ガス浄化用のモノリス型の円柱状触媒を内蔵させたものがある（特許文献２、３参照）。

【0004】

かかるモノリス型の円柱状触媒を内蔵した層状掃気式エンジン用マフラの一例を図６の概略構成図を参照して簡単に説明する。

【0005】

図示例のマフラ４は、前室Ｒ１を画成する、片面が開口した角皿状の前室パネル１１と、後室Ｒ２を画成する、片面が開口した角皿状の後室パネル１２とからなる箱形容器状のマフラ本体１０を備える。マフラ本体１０には、その内部を前室Ｒ１と後室Ｒ２とに気密的に仕切る隔壁板１３が前室パネル１１と後室パネル１２とに挟まれるようにして配設されている。

【0006】

前室Ｒ１の前壁面１１ａの上半部には、層状掃気式エンジンのシリンダ８に設けられた排気ポート９から排気ガスを導入するための導入口１６が設けられている。隔壁板１３は排気ガスの導入方向に対して垂直に配設されている。

【0007】

隔壁板１３の概ね下半分には、排気ガス浄化用のモノリス型の円柱状触媒２０がその軸線を隔壁板１３に直交させかつ前室Ｒ１と後室Ｒ２とに跨るように取着されている。

【0008】

前記円柱状触媒２０は、排気ガス中に含まれる未燃焼燃料成分等のＴＨＣを酸化燃焼させ得る酸化触媒であり、前室Ｒ１と後室Ｒ２とを連通する直線状通路部２４ａを持つセル２４が格子状に多数設けられた金属製又はセラミック製の担体２２を有し、この担体２２の内部（各セル２４）には、白金とロジウム等、白金族の酸化触媒材料がコーティングされ、また、その外周には金属製の円筒状シェル２３が外嵌固定されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】米国特許第６５９１６０６号明細書

【特許文献2】米国特許第６６４７７１３号明細書

【特許文献3】特開２０２０－６３７００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

上記マフラに内蔵される円柱状触媒は、角柱状触媒に比べて製造が容易である反面、縦横寸法が同じ場合は断面積が小さくなるので排気ガス浄化率が低くなるというデメリットがある。

【0011】

これを補うためには、円柱状触媒に偏り無く排気ガスを流すことが重要となる。

【0012】

また、上記層状掃気式エンジンにおいては、マフラ内に掃気用空気、未燃焼混合気、燃焼ガスの順に導入されるので、これらのガスを均一に混合して触媒へと流すことで、空気中の酸素を触媒で有効に活用し得る。

【0013】

ところが、隔壁板１３及び円柱状触媒２０の前後方向（排気ガス導入方向）の位置を異にするマフラを多数個用意して、各マフラについてマフラ内及び円柱状触媒内のガス流動、流速をコンピュータシミュレーション、並びに、高速度カメラとＰＩＶ（粒子画像流速測定法）により可視化して解析したところ、次のような解決すべき課題が存在することが明らかとなった。

【0014】

すなわち、図６に示される如くのマフラ４においては、層状掃気式エンジンのシリンダ８に設けられた排気ポート９からの、燃焼ガス、掃気用空気、及び未燃焼混合気の吹き抜け分を含んだ排気ガスは、導入口１６を介して前室Ｒ１内に真っ直ぐに導入されて隔壁板１３に勢いよく衝突して反転し、拡散してミキシングされる。しかし、マフラ４の各部の寸法如何によっては、反転したガス流のうちの円柱状触媒２０の上方のガス流は、図６において白抜き矢印で示されているように、円柱状触媒２０における上端部に位置する複数列のセル部分を跳び越えて（ショートカットして）しまう。

【0015】

詳しくは、図６に示されるマフラ４を模擬した図７に示される如くの解析用モデル４Ｍにおいてマフラ内（Ａ）及び円柱状触媒内（Ｂ）のガス流動、流速が濃淡で可視化されて示されているように、反転したガス流のうちの円柱状触媒２０の上方のガス流は、円柱状触媒２０における上端部に位置する複数列のセル２４部分を跳び越えてしまい、このガス流が跳び越えてしまう複数列のセル２４部分（白色部分）にはガスがほとんど流れず、したがって、このセル２４部分では酸化燃焼による排気ガスの浄化が行われない。よって、当該触媒２０によっては所望する排気ガス浄化率が得られず、ＴＨＣ排出量を充分には抑えられないという課題があった。

【0016】

ここで、触媒の排気ガス浄化率を高める方策としては、触媒の容積を大きくすることでマフラ内のガス流速を低下させ、ガスが全体に充満するように構成することが最も一般的である。しかし、触媒の容積を大きくすると、重量やコストも増大し、さらには、触媒を内蔵するマフラ自体の改造や大型化を招く可能性もあり、費用対効果の面で良策ではない。一方、単純に触媒を小型化していくと、図６に基づき前述したように、隔壁板に勢いよく衝突したガス流が、触媒の一部分にのみ到達するような、局所的な流れを形成してしまう。

【0017】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、既存のマフラ本体及び円柱状触媒に大きな改造や寸法変更を伴うことなく、円柱状触媒において排気ガスが流れないセル数を可及的に少なくし得て、円柱状触媒に排気ガスが偏り無く流されるようにでき、もって、所望する排気ガス浄化率を得ることができて、ＴＨＣ排出量を効果的に抑えることのできる費用対効果に優れた層状掃気式エンジン用マフラを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0018】

上記目的を達成すべく、本発明の発明者等は、鋭意研究を重ねた結果、次のような知見を得た。

【0019】

すなわち、図６、図７を用いて説明した如くの、隔壁板１３に勢いよく衝突して反転したガス流のうちの円柱状触媒２０の上方のガス流が円柱状触媒２０における上端部に位置する複数列のセル２４部分を跳び越えてしまうような現象は、導入口１６から隔壁板１３までの距離Ａ、前室Ｒ１の前壁面１１ａから円柱状触媒２０の前端面２０ａまでの距離Ｄ、及び隔壁板１３から円柱状触媒２０の前端面２０ａまでの距離Ｔ（触媒２０の前室Ｒ１内への突出長）のうちの少なくとも一つを所定範囲内に設定することによって生じないようにできることを見出した。

【0020】

本発明に係る層状掃気式エンジン用マフラは、上記知見及びそれに基づく考察に立脚してなされたもので、基本的には、層状掃気式エンジンから排気ガスが導入導出されるマフラ本体と、該マフラ本体内において、前記排気ガスを導入するための導入口がその上半部に設けられた前室と該前室より下流側の後室とに気密的に仕切るとともに前記排気ガスの導入方向に対して垂直に配設された隔壁板と、その軸線を前記隔壁板に直交させかつ前記前室と前記後室とに跨るように、前記隔壁板の概ね下半分に取着された排気ガス浄化用の円柱状触媒と、を備え、前記円柱状触媒は、前記前室と前記後室とを連通する直線状通路部を持つセルが格子状に多数設けられたモノリス型の触媒とされ、前記導入口から前記前室内に導入されて前記隔壁板に衝突して反転したガス流が前記円柱状触媒における上端部に位置するセルを極力跳び越えないように、前記導入口から前記隔壁板までの距離Ａ、前記前室の前壁面から前記円柱状触媒の前端面までの距離Ｄ、及び前記隔壁板から前記円柱状触媒の前端面までの距離Ｔのうちの少なくとも一つが所定範囲内に設定されていることを特徴としている。

【0021】

好ましい態様では、前記反転したガス流の一部が前記円柱状触媒の外周に設けられた円筒状シェルの外周面に案内されながら該円柱状触媒における上端部に位置するセルにも流れ込むようにされる。

【0022】

他の好ましい態様では、前記円柱状触媒は、前記排気ガス中に含まれる少なくとも未燃焼燃料成分を酸化燃焼させ得る酸化触媒、酸化還元触媒、又は三元触媒で構成される。

【0023】

他の好ましい態様では、前記円柱状触媒を前記隔壁板に直交する方向の任意の位置にて固定可能とする円形挿通穴を持つ触媒取着部が前記隔壁板の概ね下半分に設けられる。

【0024】

他の好ましい態様では、前記円柱状触媒は、前記触媒取着部に溶接により気密的に取着される。

【0025】

別の好ましい態様では、前記前室の容積が前記層状掃気式エンジンの排気量の４～６倍に設定される。

【0026】

別の好ましい態様では、前記導入口から前記隔壁板までの距離Ａが２１．５ｍｍ以上、前記前室の前壁面から前記円柱状触媒の前端面までの距離Ｄが５ｍｍ以上、前記隔壁板から前記円柱状触媒の前端面までの距離Ｔが７ｍｍ以上、前記導入口の下端から前記円柱状触媒の上端までの距離Ｈが９ｍｍ以上、の範囲内に設定される。

【0027】

別の好ましい態様では、前記導入口から前記隔壁板までの距離Ａが２５～３０ｍｍ、前記前室の前壁面から前記円柱状触媒の前端面までの距離Ｄが５～２０ｍｍ、前記隔壁板から前記円柱状触媒の前端面までの距離Ｔが７～１６ｍｍ、前記導入口の下端から前記円柱状触媒の上端までの距離Ｈが９～２０ｍｍ、の範囲内に設定される。

【0028】

別の好ましい態様では、前記層状掃気式エンジンの排気量が２０～４０ｃｃ、前記円柱状触媒の直径Ｃが２５～５０ｍｍ、その長さＬが１５～３５ｍｍの範囲内である。

【発明の効果】

【0029】

本発明に係る層状掃気式エンジン用マフラでは、既存のマフラにおけるマフラ本体の外形寸法、導入口の位置、円柱状触媒の直径と長さ、及び円柱状触媒のマフラ本体内での高さ方向の位置を変更しないで、導入口から隔壁板までの距離Ａ、前室の前壁面から円柱状触媒の前端面までの距離Ｄ、及び隔壁板から円柱状触媒の前端面までの距離Ｔ（触媒の前室内への突出長）のうちの少なくとも一つを所定範囲内に設定することによって、導入口から前室内に導入されて隔壁板に衝突して反転した排気ガスが円柱状触媒における上端部に位置するセルを極力跳び越えないようにされる。

【0030】

そのため、隔壁板に衝突して反転したガス流の一部は、円柱状触媒の外周に設けられた円筒状シェルの外周面に案内されながら該円柱状触媒における上端部に位置するセルにも流れ込むようにされ、これによって、円柱状触媒において排気ガスが流れないセル数を可及的に少なくし得て、円柱状触媒に排気ガスが偏り無く流されるようにでき、その結果、所望する排気ガス浄化率を得ることができて、ＴＨＣ排出量を効果的に抑えることができる。

【0031】

しかも、本発明に係る層状掃気式エンジン用マフラは、円柱状触媒を含む既存のマフラ部品をそのまま用いて、事前に行われるコンピュータを用いた解析実験結果等に基づき、例えば、隔壁板から円柱状触媒の前端面までの距離Ｔ、言い換えれば、触媒の前室内への突出長（隔壁板に対する触媒の軸方向の位置）を調節するだけで、上記のような作用効果が得られるので、費用対効果に優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】本発明に係る層状掃気式エンジン用マフラの一実施形態（実施例１）を示す概略断面図。

【図2】図１に示されるマフラを模擬した解析用モデルにおいてマフラ内（Ａ）及び円柱状触媒内（Ｂ）のガス流動、流速を濃淡で可視化して示す図。

【図3】本発明に係る層状掃気式エンジン用マフラの一実施形態（実施例２）を示す概略断面図。

【図4】図３に示されるマフラを模擬した解析用モデルにおいてマフラ内（Ａ）及び円柱状触媒内（Ｂ）のガス流動、流速を濃淡で可視化して示す図。

【図5】本発明に係る層状掃気式エンジン用マフラの一実施形態（実施例３）を示す概略断面図。

【図6】図１等に示されるマフラに対する既存比較品（比較例）のマフラを示す概略断面図。

【図7】図６に示されるマフラを模擬した解析用モデルにおいてマフラ内（Ａ）及び円柱状触媒内（Ｂ）のガス流動、流速を濃淡で可視化して示す図。

【図8】縦軸に触媒を通らないガスの比率をとり、横軸に隔壁板の基準位置からの距離をとって、隔壁板及び円柱状触媒の位置を変更した場合の触媒を通らないガスの比率を示すグラフ。

【図9】マフラ寸法パラメータとして、導入口から隔壁板までの距離Ａと前室の前壁面から円柱状触媒の前端面までの距離Ｄとをそれぞれ変更した場合の、触媒を通らないガスの比率を示す表。

【図10】縦軸に触媒の前室内への突出長Ｔ（Ａ－Ｄ）をとり、横軸に導入口から隔壁板までの距離Ａをとって、触媒を通らないガスの比率を３段階の領域に分けて示す図。

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

【0034】

図１、図３、図５は、本発明に係る層状掃気式エンジン用マフラ１、２、３の一実施形態（実施例１、２、３）を示す概略断面図、図６は、既存比較品（比較例）のマフラ４を示す概略断面図である。

【0035】

また、図２、図４、図７は、それぞれ前記マフラ１、２、４を模擬した解析用モデル１Ｍ、２Ｍ、４Ｍにおいてマフラ内（Ａ）及び円柱状触媒内（Ｂ）のガス流動、流速を濃淡で可視化して示す図である。図２、図４、図７では、濃い部分がガスの流速が速い、薄い部分がガスの流速が遅い（ガスが流れていない）ことを示している。

【0036】

図１に示される実施例１のマフラ１、図３に示される実施例２のマフラ２、及び図５に示される実施例３のマフラ３は、前述した図６に示される比較例のマフラ４と基本構成は同じであるので、マフラ１、２、３についてはマフラ４の各部に対応する部分には共通の符号が付されている。

【0037】

マフラ１、２、３、４は、層状掃気式エンジンから排気ガスが導入導出される箱形容器状のマフラ本体１０を備え、このマフラ本体１０内の前後に、隔壁板１３により気密的に仕切られた前室Ｒ１と後室Ｒ２とが設けられている。

【0038】

前室Ｒ１の上半部には、層状掃気式エンジンのシリンダ８に設けられた排気ポート９から排気ガスを導入するための導入口１６が設けられている。隔壁板１３は排気ガスの導入方向に対して垂直に配設されている。前室Ｒ１より下流側の後室Ｒ２の下部には、円柱状触媒２０による浄化後の排気ガスを導出するための導出口１７が設けられている。

【0039】

隔壁板１３の概ね下半分には、排気ガス浄化用のモノリス型の円柱状触媒２０がその軸線を隔壁板１３に直交させかつ前室Ｒ１と後室Ｒ２とに跨るように取着されている。

【0040】

前記円柱状触媒２０は、排気ガス中に含まれる未燃焼燃料成分等のＴＨＣを酸化燃焼させ得る酸化触媒であり、前室Ｒ１と後室Ｒ２とを連通する直線状通路部２４ａを持つセル２４が格子状に多数設けられた金属製又はセラミック製の担体２２を有し、この担体２２の内部（各セル２４）には、白金とロジウム等、白金族の酸化触媒材料がコーティングされ、また、その外周には金属製の円筒状シェル２３が外嵌固定されている。なお、前記円柱状触媒２０は、酸化還元触媒、三元触媒等で構成してもよい。

【0041】

隔壁板１３の概ね下半分には、円柱状触媒２０を隔壁板１３に直交する方向（触媒２０の軸方向）の任意の位置にて固定可能とする円形挿通穴１４ａを持つ触媒取着部１４が設けられている。円柱状触媒２０は、前記触媒取着部１４に、溶接、接着、ろう付け等の手法により気密的に取着されている。

【0042】

マフラ１、２、３、４が用いられる層状掃気式エンジンは、排気量が３０ｃｃ程度（例えば２０～４０ｃｃ、特に２８～３２ｃｃ程度）であり、マフラ１、２、３、４における前室Ｒ１の容積は、排気量の４～６倍とされる（これについての詳細説明が必要なら、特許文献３を参照されたい。）

【0043】

ここで、前述した如くに、本発明の発明者等は、図６、図７を用いて説明した如くの、隔壁板１３に衝突して反転したガス流のうちの円柱状触媒２０の上方のガス流が円柱状触媒２０における上端部（外周部）に位置する複数列のセル２４部分を跳び越えてしまうような現象は、導入口１６から隔壁板１３までの距離Ａ、前室Ｒ１の前壁面１１ａから円柱状触媒２０の前端面２０ａまでの距離Ｄ、及び隔壁板１３から円柱状触媒２０の前端面２０ａまでの距離Ｔ（触媒２０の前室Ｒ１内への突出長）のうちの少なくとも一つを所定範囲内に設定することによって生じないようにできることを見出している。

【0044】

詳細には、図８に、縦軸に触媒２０を通らないガスの比率をとり、横軸に隔壁板１３の基準位置からの距離をとって、隔壁板１３及び円柱状触媒２０の前後方向の位置の変更による触媒を通らないガスの比率の変化を示す。

【0045】

上記隔壁板１３の基準位置とは、実施例２のマフラ２（図３）における隔壁板１３の前後方向の位置のことであり、円柱状触媒２０の前後方向中央の位置のことである。図６に示される比較例のマフラ４は、隔壁板１３が前記基準位置から導入口１６側（前方ないし風上側）へ７ｍｍ移動している。図５に示される実施例３のマフラ３は、隔壁板１３が前記基準位置から導入口１６側（前方ないし風上側）へ３．５ｍｍ移動している。また、図１に示される実施例１のマフラ１は、隔壁板１３が前記基準位置から後方ないし風下側へ５ｍｍ移動している。

【0046】

マフラ１、２、３、４で使用される円柱状触媒２０は、直径Ｃが約３０ｍｍ、その長さＬが約２１ｍｍの前述したモノリス型の触媒である。

【0047】

上記触媒２０を通らないガスの比率とは、触媒２０においてガスの流れていない部分の比率であり、ここでは、中心断面で見たときのガスの流れていないセル数を全セル数で除して算出した比率である。

【0048】

マフラ１、２、３、４においては、円柱状触媒２０の、マフラ本体全体に対する位置は同じ（Ｄ＝１４．５ｍｍで固定）で、隔壁板１３の前後方向の位置のみが異なる。なお、図８において、線上にプロットされている点は、円柱状触媒２０の位置を固定し、隔壁板１３の前後方向の位置のみを変更した場合の円柱状触媒２０を通らないガスの比率である。また、図８において、プロットされている点の隣に番号が表記されている点は、隔壁板１３の前後方向の位置に加えて円柱状触媒２０の前後方向の位置も変更している。図８における番号は、基本的に図９における番号に対応している。

【0049】

隔壁板１３が前記基準位置から導入口１６側（前方ないし風上側）へ７ｍｍ移動した（つまり、Ｔ＝３．５ｍｍ）図６に示される比較例のマフラ４では、図７に示される如くの解析用モデル４Ｍにおいてマフラ内（Ａ）及び円柱状触媒内（Ｂ）のガス流動、流速が濃淡で可視化されて示されているように、反転したガス流のうちの円柱状触媒２０の上方のガス流は、円柱状触媒２０における上端部に位置する複数列のセル２４部分を跳び越えてしまい、このガス流が跳び越えてしまう複数列のセル２４、２４、・・・部分（白色部分）はガスがほとんど流れない。よって、触媒２０を通らないガスの比率は２０％程度となっており、さらに、触媒２０内の流速差も大きいので、このマフラ４はＮＧである。

【0050】

また、隔壁板１３が前記基準位置から導入口１６側（前方ないし風上側）へ３．５ｍｍ移動した（つまり、Ｔ＝７．０ｍｍ）図５に示される実施例３のマフラ３では、解析用モデルは示されていないが、反転したガス流のうちの円柱状触媒２０の上方のガス流は、円柱状触媒２０における上端部に位置する１列程度のセル２４部分を跳び越えているが、触媒２０を通らないガスの比率は１４％程度であり、許容範囲（ＯＫ）である。

【0051】

また、隔壁板１３が前記基準位置にある（つまり、Ｔ＝１０．５ｍｍ）図３に示される実施例２のマフラ２では、マフラ２を模擬した図４に示される如くの解析用モデル２Ｍにおいてマフラ内（Ａ）及び円柱状触媒内（Ｂ）のガス流動、流速が濃淡で可視化されて示されているように、反転したガス流のうちの円柱状触媒２０の上方のガス流は、円柱状触媒２０における上端部に位置する１列弱程度のセル２４部分を跳び越えているが、触媒２０を通らないガスの比率は６％強であり、このマフラ２は良品である。

【0052】

また、隔壁板１３が前記基準位置から後方ないし風下側へ５ｍｍ移動した（つまり、Ｔ＝１５．５ｍｍ）図１に示される実施例１のマフラ１では、マフラ１を模擬した図２に示される如くの解析用モデル１Ｍにおいてマフラ内（Ａ）及び円柱状触媒内（Ｂ）のガス流動、流速が濃淡で可視化されて示されているように、隔壁板１３に衝突して反転したガス流の一部が円柱状触媒２０の円筒状シェル２３の（前室Ｒ１側又は導入口１６側の）外周面に案内されながら該円柱状触媒２０における上端部に位置するセル２４にも流れ込む。よって、触媒２０を通らないガスの比率はほぼ０％であり、さらに、触媒２０内の流速差も小さいので、このマフラ１は優良品である。

【0053】

なお、触媒２０を通らないガスの比率は、７％未満（実施例１、２）になることが好ましいが、７～１４％の範囲内（実施例３）であれば許容範囲（ＯＫ）とし、１４％を超えるとＮＧとしている。

【0054】

なお、導入口１６の下端から円柱状触媒２０の上端までの距離Ｈについては９ｍｍ以上確保しておくことが好ましいことが分かっている。

【0055】

図９は、マフラ寸法パラメータとして、導入口１６から隔壁板１３までの距離Ａと前室Ｒ１の前壁面１１ａから触媒２０の前端面２０ａまでの距離Ｄとをそれぞれ変更した場合の、触媒２０を通らないガスの比率を示す表である。前述のように、図９の番号は図８の番号に対応している。

【0056】

図９において、番号１７（Ａ＝１８．０ｍｍ、Ｄ＝２．０ｍｍ）のサンプルがＮＧとなっているのは、前室Ｒ１の前壁面１１ａから触媒２０の前端面２０ａまでの距離Ｄが極端に狭くなっており、触媒２０の外周付近へガスが流れ難くなり、触媒２０の中心にガスの流れが集中して、触媒２０内のガスの流れが全体的に不均一になってしまったためである。そのため、前室Ｒ１の前壁面１１ａから触媒２０の前端面２０ａまでの距離Ｄは、５ｍｍ以上確保する必要があることが分かる（ＯＫ品である番号１３、１８のサンプルを併せて参照）。

【0057】

また、図１０は、縦軸に触媒２０の前室Ｒ１内への突出長Ｔ（Ａ－Ｄ）をとり、横軸に導入口１６から隔壁板１３までの距離Ａをとって、触媒２０を通らないガスの比率を３段階の領域に分けて示す図である。

【0058】

上述の説明より、触媒２０の前室Ｒ１内への突出長Ｔ（Ａ－Ｄ）は７ｍｍ以上確保する必要があるため、この条件の下で好ましい導入口１６から隔壁板１３までの距離Ａの範囲としては、２５ｍｍ以上である。ただし、触媒２０の前室Ｒ１内への突出長Ｔ（Ａ－Ｄ）がある程度確保できていれば、導入口１６から隔壁板１３までの距離Ａが２５ｍｍ未満であっても（例えば実施例３の２１．５ｍｍ以上であれば）、触媒２０を通らないガスの比率が７～１４％の許容範囲（ＯＫ）を満たし得る。

【0059】

上記の図８、図９、図１０に示される解析実験結果等から、エンジンの排気量が３０ｃｃ程度（例えば２０～４０ｃｃ、特に２８～３２ｃｃ程度）で、円柱状触媒２０は、直径Ｃが２５～５０ｍｍ、その長さＬが１５～３５ｍｍの前述したモノリス型の既存品である場合、導入口１６から隔壁板１３までの距離Ａを２１．５ｍｍ以上、前室Ｒ１の前壁面１１ａから円柱状触媒２０の前端面２０ａまでの距離Ｄを５ｍｍ以上、隔壁板１３から円柱状触媒２０の前端面２０ａまでの距離Ｔが７ｍｍ以上、導入口１６の下端から円柱状触媒２０の上端までの距離Ｈを９ｍｍ以上、の範囲内に設定することが望ましい。また、マフラの全体寸法等も考慮すると、導入口１６から隔壁板１３までの距離Ａを２５～３０ｍｍ、前室Ｒ１の前壁面１１ａから円柱状触媒２０の前端面２０ａまでの距離Ｄを５～２０ｍｍ、隔壁板１３から円柱状触媒２０の前端面２０ａまでの距離Ｔが７～１６ｍｍ、導入口１６の下端から円柱状触媒２０の上端までの距離Ｈを９～２０ｍｍ、の範囲内に設定することが好ましい。こうすれば、隔壁板１３に勢いよく衝突して反転したガス流のうちの円柱状触媒２０の上方のガス流が円柱状触媒２０における上端部（外周部）に位置する複数列のセル部分を跳び越えてしまうような現象を生じなくすることができ、触媒２０を通らないガスの比率を１４％程度以下とすることができる。

【0060】

以上の説明から理解されるように、本実施形態の層状掃気式エンジン用マフラ１では、既存のマフラにおけるマフラ本体の外形寸法、導入口の位置、円柱状触媒の直径と長さ、及び円柱状触媒のマフラ本体内での高さ方向の位置を変更しないで、導入口１６から隔壁板１３までの距離Ａ、前室Ｒ１の前壁面１１ａから円柱状触媒２０の前端面２０ａまでの距離Ｄ、及び隔壁板１３から円柱状触媒２０の前端面２０ａまでの距離Ｔ（触媒２０の前室Ｒ１内への突出長）のうちの少なくとも一つを所定範囲内に設定することによって、導入口１６から前室Ｒ１内に導入されて隔壁板１３に衝突して反転した排気ガスが円柱状触媒２０における上端部に位置するセル２４を極力跳び越えないようにされる。このように、円柱状触媒周辺構造のみを特定することで、マフラを大型化することなく触媒の反応を効率化でき、層状掃気式エンジンを含めた作業機全体のコンパクト性にも貢献できる。

【0061】

そのため、隔壁板１３に衝突して反転したガス流の一部は、円柱状触媒２０の外周に設けられた円筒状シェル２３の外周面に案内されながら該円柱状触媒２０における上端部に位置するセル２４にも流れ込むようにされ、これによって、円柱状触媒２０において排気ガスが流れないセル数を可及的に少なくし得て、円柱状触媒２０に排気ガスが偏り無く流されるようにでき、その結果、所望する排気ガス浄化率を得ることができて、ＴＨＣ排出量を効果的に抑えることができる。

【0062】

しかも、本実施形態の層状掃気式エンジン用マフラ１は、円柱状触媒２０を含む既存のマフラ部品をそのまま用いて、事前に行われるコンピュータを用いた解析実験結果等に基づき、例えば、隔壁板１３から円柱状触媒２０の前端面２０ａまでの距離Ｔ、言い換えれば、触媒２０の前室Ｒ１内への突出長（隔壁板１３に対する触媒２０の軸方向の位置）を調節するだけで、上記のような作用効果が得られるので、費用対効果に優れたものとなる。

【0063】

なお、上記実施形態では、排気量が３０ｃｃ程度の層状掃気式エンジンに用いられるマフラについて説明したが、本発明に係るマフラは、排気量が３０ｃｃ程度以外の層状掃気式エンジンにも適用できることは勿論である。

【符号の説明】

【0064】

１、２、３、４ 層状掃気式エンジン用マフラ
８ シリンダ
９ 排気ポート
１０ マフラ本体
１１ 前室パネル
１１ａ 前壁面
１２ 後室パネル
１３ 隔壁板
１４ 触媒取着部
１４ａ 円形挿通穴
１６ 導入口
１７ 導出口
２０ 円柱状触媒
２０ａ 前端面
２２ 担体
２３ 円筒状シェル
２４ セル
２４ａ 直線状通路部
Ｒ１ 前室
Ｒ２ 後室
Ａ 導入口から隔壁板までの距離
Ｄ 前室の前壁面から円柱状触媒の前端面までの距離
Ｔ 隔壁板から円柱状触媒の前端面までの距離
Ｈ 導入口の下端から円柱状触媒の上端までの距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】