JP6574693B2 - エンジンのマフラ - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの排気ガスを消音するマフラの冷却構造に関するものである。

エンジン回転軸に連動して駆動する冷却ファンを設けて、その冷却風によりシリンダを冷却するエンジンにおいて、冷却ファンからの冷却風の一部をマフラに導いてマフラの外表面を冷却するものがある（例えば、特許文献１）。

特開平０９−２２８８３６号公報

しかしながら、特許文献１のような冷却構造では、マフラの外表面全体に効率よく冷却風を通過させるのは難しい。また、外表面を冷却するだけでは、マフラの内部までは十分に冷却できない。

本発明は、冷却性能の高いエンジンのマフラを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のエンジンのマフラは、エンジンの排気ガスを消音するマフラであって、マフラを貫通して外部の空気を通過させる冷却部材を備えている。冷却部材は、例えば、パイプである。

この構成によれば、冷却部材が、マフラの周壁を貫通しており、この冷却部材に外部の空気を通過させている。したがって、マフラの外表面だけでなく、マフラの内部も効果的に冷却できる。その結果、マフラの冷却性能が向上する。このようにマフラの冷却性能が向上することで、例えば、マフラの周壁を構成する部材に、比較的耐熱性の低い材質を用いたり、板厚を薄くしたりすることが可能となり、設計の自由度が向上する。

本発明において、前記冷却部材は、最上流側の第１膨張室を貫通していることが好ましい。この構成によれば、最も高温となるマフラの第１膨張室を効果的に冷却することができる。

前記冷却部材が前記第１膨張室を貫通している場合、前記第１膨張室とその下流側の第２膨張室との間に、前記排気ガスを浄化する触媒が配置されていることが好ましい。第１膨張室とその下流側の第２膨張室との間に触媒が配置されると、第２膨張室の高温化に加えて、第１膨張室がさらに高温となるが、この構成によれば、高温の第１膨張室を効果的に冷却することができる。

本発明において、前記冷却部材は、前記エンジンの冷却ファンからの冷却風の流れ方向に沿って延びていることが好ましい。この構成によれば、冷却部材が冷却風の流れ方向に沿って延びているので、冷却風を冷却部材に効果的に取り入れることができる。その結果、マフラの冷却性能が向上する。

本発明において、筒状のマフラの周壁を貫通して下流端が閉塞された排気管が接続され、前記排気管の周壁に前記マフラ内に開口した排出口が設けられ、前記排気管に接触または近接して前記冷却部材が配置されていることが好ましい。ここで、「排気管に近接」とは、冷却部材と排気管との間隔が排気管の外径の１／２以下であることをいう。この構成によれば、高温となる排気管およびその近傍を効果的に冷却することができる。

本発明のマフラは、キャブレター型の前記エンジンに設けられることが好ましい。キャブレター型のエンジンで、エンジン停止時の燃料カット機能がない場合、エンジン停止時にマフラ内部の高温部で未燃焼の燃料が燃焼するアフターバーンが発生する恐れがあるが、この構成によれば、マフラの内部も冷却されているので、アフターバーンの発生を回避できる。

本発明のエンジンのマフラによれば、マフラの外表面だけでなく、マフラの内部も効果的に冷却できるので、マフラの冷却性能が向上する。

本発明の第１実施形態に係るマフラを備えたエンジンを示す正面図である。 同エンジンを示す平面図である。 同マフラをその軸心方向から見た平面図である。 図３のIV−IV線に沿った断面図である。 同マフラを示す断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るマフラを備えたエンジンを示す正面図で、図２はその平面図である。このエンジンＥは、例えば、乗用型の田植え機のような農業機械に用いられるエンジンである。図１のエンジンＥは、エンジン回転軸であるクランク軸２と、クランク軸２を回転自在に支持するエンジンケース４とを備えている。エンジンケース４の右側の上部から右側方斜め上方に向かってシリンダ５が突出している。

図２に示すように、クランク軸２の前端部２ａがエンジンケース４から突出しており、この前端部２ａに、作業機のような負荷７が相対回転不能に連結している。クランク軸２の後端部には、フライホイールを兼ねた遠心式の冷却ファン６が連結されている。冷却ファン６の外周はファンケース８により覆われている。ファンケース８はボルト（図示せず）によりエンジンケース４に固定されている。冷却ファン６で生起された冷却風Ｗは、ファンケース８で案内されて、シリンダ５の外周に送られる。

本実施形態のエンジンは、キャブレター型のエンジンである。つまり、シリンダ５の後部の吸気ポート（図示せず）に、燃料と空気を混合してシリンダ５内の燃焼室に噴霧する気化器１０が連結されている。一方、シリンダ５の前部の排気ポート（図示せず）に、排気管１２を介してマフラ１４が接続されている。マフラ１４は、エンジンＥの排気ガスＧを消音する。

排気管１２は、鋼製のパイプからなり、シリンダ５から前方に延びた後、右側方にほぼ９０°湾曲してマフラ１４に連結されている。つまり、マフラ１４は、シリンダ５の前方で右側方に配置されている。排気管１２の外周は、排気管カバー１６により覆われている。詳細には、排気管カバー１６は、排気管１２の上方、下方、前方および左側方を覆っている。排気管カバー１６は、排気管１２の外面に固着された取付金具１８（図３）にボルト２０を用いて取り付けられている。排気管カバー１６は、マフラ１４に冷却風Ｗを案内する導風板を兼ねる。つまり、図３に示す排気管１２と排気管カバー１６との間に、マフラ１４に冷却風Ｗを案内する導風通路２２が形成されている。

マフラ１４は、軸心Ａ１がほぼ鉛直方向を向いた円筒形状で、図４に示すように、その上部に排気管１２が接続され、下端に出口２４が成形されている。マフラ１４は、消音室２５が形成されるマフラ本体部２６と、マフラ本体部２６の外周を覆う図１のマフラカバー２８とを有している。マフラ本体部２６およびマフラカバー２８は、例えば、鋼製の板材である。

マフラカバー２８は、マフラ本体部２６の上方と外周のほぼ半分、具体的には、図３に示すように、前方および右側方を覆っている。マフラカバー２８は、マフラ本体部２６の外面に固着された取付金具３０にボルト３２（図１）を用いて取り付けられている。マフラ本体部２６とマフラカバー２８との間には、冷却通路３４が形成されている。冷却通路３４の上流側は、導風通路２２の下流側に繋がっている。

図４に示すように、マフラ本体部２６は、両端が開口した円筒形状の筒状体３６と、筒状体３６の上部開口を塞ぐ上蓋３８と、筒状体３６の下部開口を塞ぐ下蓋４０とを有している。これら筒状体３６、上蓋３８および下蓋４０が溶接により連結されている。つまり、筒状体３６がマフラ本体部２６の周壁を構成する。筒状体３６の下部の内周面に第１区画壁４２が溶接により固着され、その下方で筒状体３６の下端部の内周面に第２区画壁４４が溶接により固着されている。つまり、マフラ本体部２６の内部は、第１および第２区画壁４２，４４により、上方から第１膨張室４６、第２膨張室４８および共鳴室５０に区画されている。

第１膨張室４６は、上蓋３８、筒状体３６および第１区画壁４２により形成された空間である。第２膨張室４８は、筒状体３６、第１および第２区画壁４２，４４により形成された空間である。これら第１および第２膨張室４６，４８が前記消音室２５を構成する。共鳴室５０は、下蓋４０、筒状体３６および第２区画壁４４により形成された空間である。ただし、共鳴室５０はなくてもよい。

第１区画壁４２に第１貫通孔４２ａが形成されて、この第１貫通孔４２ａに装着されたパイプ５１により、第１膨張室４６と第２膨張室４８とを連通する第１連通路６１が形成されている。本実施形態では、パイプ５１が第１区画壁４２に溶接されており、このパイプ５１の内部の第１連通路６１に排気ガスＧを浄化する触媒コンバータ５２が挿入されている。ただし、触媒コンバータ５２はなくてもよい。

第２区画壁４４に第２貫通孔４４ａが形成されており、第２連通孔４４ａに装着されたテールパイプ５４により、第２膨張室４８を外部に連通させる第２連通路６２が形成されている。テールパイプ５４は、第２区画壁４４に溶接により固着されている。テールパイプ５４は、共鳴室５０を通過して、下蓋４０を貫通し、マフラ本体部２６の外部に突出し、その外端がマフラ１４の出口２４を形成している。テールパイプ５４の周壁における共鳴室５０を通過する領域に、共鳴室５０に連通する複数の第３連通孔５４ａが形成されている。

排気管１２の下流部１２ａが、筒状のマフラ１４の周壁、すなわち筒状体３６の一側部（左側部）を貫通してマフラ本体部２６に接続されている。排気管１２は、マフラ本体部２６の内部、詳細には、第１膨張室４６を他側方（右側）に向かって下方に傾斜して延び、下流端の一部が筒状体３６の一側部に対向する他側部（右側部）を貫通している。排気管１２の下流端は、閉塞部材５６により閉塞されている。閉塞部材５６は、例えば、金属製の板材からなり、排気管１２の下流端に溶接により固着されている。

排気管１２の周壁における第１膨張室４６内に位置する部位に、第１膨張室４６内に開口した排出口５８が設けられている。排出口５８は、排気管１２内部と第１膨張室４６とを連通させる。排気管１２の下流部１２ａは、筒状体３６の左側部と右側部とに、溶接により固定されている。排出口５８は、第１区画壁４２に対向するように、排気管１２の下流部１２ａの下部に形成されている。

図５に示すように、マフラ１４は、マフラ本体部２６を貫通して内部に冷却風Ｗを通過させる冷却部材の一種である冷却パイプ６０を備えている。詳細には、冷却パイプ６０は、マフラ本体部２６の筒状体３６の一側部（左側部）を貫通した後、マフラ本体部２６の第１膨張室４６を通過して、筒状体３６の他側部（右側部）を貫通している。本実施形態の冷却パイプ６０は、両端６０ａ，６０ａが開口した金属製の円筒パイプであり、その両端６０ａ，６０ａ近傍で筒状体３６に溶接で固定されている。

ただし、冷却部材は、マフラ本体部２６を貫通して内部に冷却風Ｗを通過させる構造であればよく、円筒パイプに限定されない。冷却部材は、例えば、横断面が楕円形、矩形、多角形状等のパイプであってもよい。また、冷却部材は、複数の部材で構成されていてもよく、例えば、マフラ本体部２６の内部と外部の部材を別部材として、溶接により連結してもよい。その場合、冷却部材は、マフラ本体部２６の内部で湾曲していてもよく、また、通路面積が一定でなくてもよい。

冷却パイプ６０は、冷却風Ｗの流れ方向に沿って延びており、本実施形態では、冷却パイプ６０は、右側方に向かって下方に傾斜して延びている。また、冷却パイプ６０は、排気管１２に近接して配置されている。ここで、「排気管１２に近接」とは、図３に示す冷却パイプ６０と排気管１２との間隔ｄ１が排気管の外径ｄ２の１／２以下であることをいう。また、冷却パイプ６０を排気管１２と接触するように配置してもよい。

本実施形態では、排気管１２と冷却パイプ６０は平行に配置されている。ただし、排気管１２と冷却パイプ６０とは、少なくとも図３の平面視で平行、すなわちノズル軸心Ａ１方向から見て平行に配置されていればよく、図４の正面視では平行に配置されていなくてもよい。図５に示す冷却パイプ６０の大きさ（外径）およびマフラ本体部２６に対する進入角度θ、すなわち冷却パイプ６０の軸心Ｃ１がマフラ本体部２６の母線６４となす角度θは、冷却風Ｗの導風の確保、排気管１２との位置関係等によって決まる。また、冷却パイプ６０は２本以上であってもよい。冷却パイプ６０の数は、冷却風Ｗの導風の確保、消音室２５の容量との兼ね合い等によって決まる。本実施形態では、冷却パイプ６０の進入角度θは、導風通路２２の傾斜角度とほぼ同じに設定されているが、冷却パイプ６０に冷却風Ｗを円滑に導入するには、同傾斜角度の±１０°以下であることが好ましい。

図２のエンジンＥが始動すると、シリンダ５から排出された排気ガスＧは、排気管１２を通って、マフラ１４に導出される。排気ガスＧは、図４の排気管１２の下流端部１２ａの排出口５８から第１膨張室４６に流入する。第１膨張室４６で膨張した後、排気ガスＧは、パイプ５１内の第１連通路６１を通る際に、触媒コンバータ５２を通過して第２膨張室４８に流入する。触媒コンバータ５２を通過する際に、排気ガスＧ中の炭化水素、一酸化炭素等が酸化されて、排気ガスＧは浄化される。

第２膨張室４８で再度膨張した後、排気ガスＧは、テールパイプ５４を通ってマフラ１４の外部に排出される。このとき、排気ガスＧの一部は、第３連通孔５４ａを通って共鳴室５０に放出され、排気脈動が緩和される。

一方、図２のエンジンＥが始動すると、クランク軸２が回転して冷却ファン６が駆動する。冷却ファン６が生起した冷却風Ｗは、ファンケース８により案内されて、シリンダ５に向かって流れる。シリンダ５の外周を通過した冷却風Ｗは、排気管カバー１６に案内されてマフラ１４に導かれる。

図３に示すように、排気管カバー１６の内側の導風通路２２を通過してマフラ１４に案内された冷却風Ｗは、マフラ本体部２６とマフラカバー２８との間の冷却通路３４に導出される。冷却通路３４を通過する際に、冷却風Ｗは、マフラ本体部２６の前面から右側面に沿って流れ、マフラ本体部２６の外表面を冷却する。さらに、冷却通路３４に導出された冷却風Ｗの一部が、マフラ本体部２６の左側部から冷却パイプ６０の内部に流入して、冷却パイプ６０の内部を通過してマフラ本体部２６の右側部へ流出される。一方、シリンダ５（図２）を通過した冷却風Ｗの一部が、排気管１２の後方からマフラ本体部２６の後面に向かって流れ、マフラ本体部２６の後側の外表面を冷却する。

上記構成によれば、図５の冷却パイプ６０に冷却風Ｗを通過させることで、マフラ本体部２６の外表面だけでなく、マフラ本体部２６の内部も効果的に冷却できる。その結果、マフラ１４の冷却性能が向上する。

本実施形態では、外気温２５℃で、約２５０°であった第１膨張室４６の内部温度が、冷却パイプ６０を設けることで約６０°低下した。このようにマフラ１４の冷却性能が向上することで、例えば、マフラ本体部２６を構成する板材に、比較的耐熱性の低い材質を用いたり、板厚を薄くしたりすることが可能となり、設計の自由度が向上する。

また、冷却パイプ６０は、最上流側の第１膨張室４６を貫通している。第１膨張室４６は、マフラ本体部２６の内部で最も高温となる領域であるから、そのような第１膨張室４６に冷却パイプ６０を設けることで、マフラ本体部２６を効果的に冷却することができる。

さらに、第１膨張室４６と第２膨張室４８との間に触媒コンバータ５２が配置されているので、第２膨張室４８の高温化に加えて、第１膨張室４６が一層高温となるが、冷却パイプ６０を設けることで、高温の第１膨張室４６を効果的に冷却することができる。

冷却パイプ６０は、冷却風Ｗの流れ方向に沿って延びている。これにより、冷却風Ｗを冷却パイプ６０の内部に効率よく取り入れることができる。その結果、マフラ１４の冷却性能がさらに向上する。

また、冷却パイプ６０が排気管１２に近接して配置されているので、高温となる排気管１２およびその近傍を効果的に冷却することができる。

図２に示すエンジンＥは、キャブレター型のエンジンある。キャブレター型のエンジンで、エンジン停止時の燃料カット機能がない場合、エンジン停止時にマフラ１４の内部が高温であると、未燃焼の燃料が燃焼するアフターバーンが発生する恐れがある。本実施形態では、図５の冷却パイプ６０により、マフラ１４の内部も冷却されているので、アフターバーンの発生を回避できる。

本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、上記実施形態では、２つの消音室２５が設けられていたが、消音室は３つ以上でもよく、１つでもよい。また、触媒コンバータ５２はなくてもよい。

本発明のマフラは、キャブレター型でエンジン停止時の燃料カット機能のないエンジンに好適に用いられるが、キャブレター型で燃料カット機能付きのエンジンまたは燃料噴射装置型のエンジンにも適用できる。また、上記実施形態では、農業機械用のエンジンに適用した例を説明したが、本発明のマフラは、農業機械用以外の乗物のエンジン、地上設置型のエンジンにも適用できる。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

６ 冷却ファン
１２ 排気管
１４ マフラ
３６ 筒状体（マフラの周壁）
５２ 触媒コンバータ（触媒）
４６ 第１膨張室
４８ 第２膨張室
５８ 排出口
６０ 冷却パイプ（冷却部材）
Ｅ エンジン
Ｇ 排気ガス
Ｗ 冷却風

Claims (7)

1. エンジンの排気ガスを消音するマフラであって、
   内部に消音室が形成されたマフラ本体部と、
   前記マフラ本体部の外周を覆うマフラカバーと、
   前記マフラ本体部と前記マフラカバーとの間に形成された冷却通路と、
   マフラを貫通して外部の空気を通過させる冷却パイプと、を備え、
   前記エンジンのクランク軸に取り付けられた冷却ファンで生起された冷却風が、前記冷却通路に案内され、
   前記冷却パイプは、前記マフラ本体部の周壁を貫通し、その両端が前記マフラの外部で前記冷却通路に開口しているエンジンのマフラ。
2. 請求項１に記載のマフラにおいて、前記冷却パイプは、第１膨張室を貫通しているエンジンのマフラ。
3. 請求項２に記載のマフラにおいて、前記第１膨張室とその下流側の第２膨張室との間に、前記排気ガスを浄化する触媒が配置されているエンジンのマフラ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のマフラにおいて、前記冷却パイプは、前記エンジンの冷却ファンからの冷却風の流れ方向に沿って延びているエンジンのマフラ。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のマフラにおいて、マフラ本体部の周壁を貫通して、下流端が閉塞された排気管が接続され、
   前記排気管の周壁に、前記マフラ内に開口した排出口が設けられ、
   前記排気管に近接して、前記冷却パイプが配置されているエンジンのマフラ。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のマフラにおいて、キャブレター型の前記エンジンに設けられるエンジンのマフラ。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のマフラにおいて、前記マフラが、排気管により前記エンジンの排気ポートに連結され、
   前記排気管が、排気管カバーにより覆われ、
   前記冷却風が、エンジンケースおよび前記排気管カバーにより前記マフラに案内されているエンジンのマフラ。

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