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JP6599161B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、排気浄化装置に関し、詳しくは、製造コストが安価で、高い排気浄化性能を得ることができる排気浄化装置に関する。
従来、排気通路と、この排気通路に配置される排気浄化材を備えた、排気浄化装置がある (例えば、特許文献１参照)。
この種の排気浄化装置によれば、排気浄化材で排気を浄化し、周囲環境の汚染を防止することができる利点がある。
特許文献１の排気浄化装置では、排気浄化材の基材の表面が触媒成分を含む触媒コートで覆われており、触媒成分として、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属が用いられている。
特開２０１２−２１７９３７号公報(図１、図４参照)
《問題点》 製造コストが高い。
特許文献１の排気浄化装置では、基材の表面が触媒成分を含む触媒コートで覆われているため、触媒コートの形成に手間がかかる。また、触媒成分として貴金属が用いられているため、原材料費が高い。これらの理由により、製造コストが高い。
本発明の課題は、製造コストが安価で、高い排気浄化性能を得ることができる排気浄化装置を提供することにある。
本発明の発明者らは、研究の結果、排気浄化材をステンレス製とし、ステンレス素材の表面を触媒成分を含む触媒コートで覆わず、ステンレス素材の表面が排気と接触するようにすれば、ステンレス素材の表面で排気を浄化することができることを発見し、この発明に至った。
既存の排気浄化材では、基材の表面は触媒成分を含む触媒コートで覆われいることが常識であり、基材にステンレス鋼が用いられている場合であっても、ステンレス素材の表面と排気の間には触媒コートが介在し、相互の接触は妨げられており、ステンレス素材の表面によって排気を浄化するという発想が生じる余地はなかった。
(請求項１〜８に共通する発明特定事項)
図１(Ｂ)，図３(Ａ)(Ｂ) ，図４(Ａ)(Ｂ)(Ｄ)に例示するように、排気通路(１)と、この排気通路(１)に配置された排気浄化材(２)を備えた、排気浄化装置において、
排気浄化材(２)は、ステンレス製で、ステンレス素材の表面が触媒成分を含む触媒コートで覆われておらず、ステンレス素材の表面が排気(２５)と接触するように構成され、
排気通路(１)は、排気マニホルド(２７)で構成され、
排気マニホルド(２７)は、先端部分に排気出口(８)が開口された筒体のコレクタ部(４)と、コレクタ部(４)の基端寄り周壁(９)から導出された複数のブランチ部(５)(６)を備え、
コレクタ部(４)内に配置された基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)を備え、
基端側筒部(２ｍ)には、複数のブランチ部(５)(６)から排気を導入する排気入口(１２)が開口され、
先端側筒部(２ｅ)は、基端側筒部(２ｍ)の先端部分に配置され、」
(請求項１〜８に固有の発明特定事項)
請求項１では、「先端側筒部(２ｅ)が前記排気浄化材(２)とされ、」
請求項２では、「図１(Ｂ)に例示するように、先端側筒部(２ｅ)内で、その中心軸線方向に所定間隔を保持して配置された複数枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)を備え、
複数枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)が前記排気浄化材(２)とされ、」
請求項３では、「図１(Ｂ)に例示するように、先端側筒部(２ｅ)の内周面に沿って配置されている線材(２ｄ)を備え、
この線材(２ｄ)が前記排気浄化材(２)とされ、」
請求項４では、「基端側筒部(２ｍ)が前記排気浄化材(２)とされ、」
請求項５では、「図３(Ａ)(Ｂ)に例示するように、基端側筒部(２ｍ)に収容された線材(２ｄ)を備え、
この線材(２ｄ)が前記排気浄化材(２)とされ、」
請求項６では、「図３(Ｂ)に例示するように、基端側筒部(２ｍ)内で、その中心軸線方向に所定間隔を保持して配置された複数枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)を備え、
複数枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)が前記排気浄化材(２)とされ、」
請求項７では、「図３(Ｂ)に例示するように、基端側筒部(２ｍ)内で、その中心軸線方向に所定間隔を保持して配置された複数枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)と、これらの板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)の間に充填された線材(２ｄ)を備え、
この線材(２ｄ)が前記排気浄化材(２)とされている、ことを特徴とする排気浄化装置。」
請求項８では、「図４(Ｂ)に例示するように、基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)内で、これらの中心軸線方向に沿って配置された渦巻きロール状の板材(２ｊ)を備え、
この渦巻きロール状の板材(２ｊ)が前記排気浄化材(２)とされ、」
(請求項１〜６，８に共通する発明特定事項)
図１(Ａ)(Ｂ)，図３(Ａ)(Ｂ)，図４(Ａ)に例示するように、コレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)に浄化材差込口(７)が開口され、基端側筒部(２ｍ)の基端側にフランジ部(１１ａ)が設けられ、
排気浄化材(２)がコレクタ部(４)の浄化材差込口(７)から差し込まれ、フランジ部(１１ａ)がコレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)に固定されている、ことを特徴とする排気浄化装置。」
(請求項１〜８に係る発明)
請求項１〜８に係る発明は、次の効果を奏する。
《効果》 製造コストが安価になる。
図１(Ｂ)，図３(Ａ)(Ｂ)，図４(Ａ)(Ｂ)(Ｄ)に例示するように、排気浄化材(２)は、ステンレス製で、ステンレス素材の表面が触媒成分を含む触媒コートで覆われていないので、触媒コートを形成する手間を省くことができる。また、触媒成分となる貴金属を用いる必要がないので、原材料費が安くなる。これらの理由により、製造コストが安価になる。
《効果》 高い排気浄化性能を得ることができる。
ステンレス素材の表面が排気(２５)と接触するように構成されているので、高い排気浄化性能を得ることができる。
その理由は、次のように推定される。
すなわち、排気中のＨＣ(炭化水素)が高温の排気熱によりステンレス素材の表面で燃焼して、排気中のＨＣの含有量を減少させることができる。
また、ステンレス素材の表面が還元触媒として機能し、排気中のＮＯｘ(窒素酸化物)が高温の排気(２５)によりステンレス素材の表面で還元されて窒素成分となる。
(請求項９に係る発明)
請求項９に係る発明は、請求項１〜８のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 高い排気浄化性能を得ることができる。
排気浄化材(２)には、析出硬化系ステンレス鋼及び／又はオーステナイト系ステンレス鋼が用いられているが、この種類のステンレス鋼は排気浄化機能が高いので、高い排気浄化性能を得ることができる。
(請求項１０，１１に係る発明)
請求項１０に係る発明は、請求項６または請求項７に係る発明の効果に加え、また、請求項１１に係る発明は、請求項２に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 高い排気浄化性能を得ることができる。
図１(Ｂ)，図３(Ｂ)に例示するように、排気浄化材(２)は、排気通路(１)の通路形成方向に所定間隔を保持した複数枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)で構成され、図１(Ｄ)に例示するように、各板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)はいずれも排気通過孔(２８)を備えているので、排気通過孔(２８)を通過した排気(２５)に乱流が生じ、排気下流側の板材(２ｂ)(２ｃ)に対する排気(２５)の接触が促進され、高い排気浄化性能を得ることができる。
《効果》 排気音を減衰させることができる。
図１(Ｄ)に例示する排気通過孔(２８)を通過した排気(２５)の拡散と相互干渉により、排気音を減衰させることができる。
(請求項１２に係る発明)
請求項１２に係る発明は、請求項１１に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 排気浄化材の排気上流側への破片の進入を防止することができる。
図１(Ｂ)に例示するように、最も排気上流側の板材(２ａ)は、排気下流側の所定の板材(２ｂ)よりも肉厚に形成されているので、剛性が高く、破損しにくく、万一、排気下流側の板材(２ｂ)が破損しても、その破片を受け止めて、排気浄化材(２)の排気上流側への破片の進入を防止することができる。
(請求項１３に係る発明)
請求項１３に係る発明は、請求項１１または請求項１２に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 排気浄化材の排気下流側への破片の進入を防止することができる。
図１(Ｂ)に例示するように、最も排気下流側の板材(２ｃ)は排気上流側の板材(２ｂ)よりも肉厚に形成されているので、剛性が高く、破損しにくく、万一、排気上流側の板材(２ｂ)が破損しても、その破片を受け止めて、排気浄化材(２)の排気下流側への破片の進入を防止することができる。
(請求項１４に係る発明)
請求項１４に係る発明は、請求項１１から請求項１３のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 排気浄化材の排気上流側への破片の進入を防止することができる。
図１(Ｂ)に例示するように、最も排気上流側の板材(２ａ)には、析出硬化系ステンレス鋼が用いられているが、この種類のステンレス鋼は剛性が高いので、破損しにくく、万一、排気下流側の板材(２ｂ)が破損しても、その破片を受け止めて、排気浄化材(２)の排気上流側への破片の進入を防止することができる。
《効果》 高い排気浄化性能を得ることができる。
図１(Ｂ)に例示するように、最も排気上流側の板材(２ａ)には、析出硬化系ステンレス鋼が用いられているが、この種類のステンレス鋼は排気浄化機能が高く、最も排気上流側の板材(２ａ)には、浄化前の比較的濃度が高い炭化水素やＮＯｘが接触するので、高い排気浄化性能を得ることができる。
(請求項１５に係る発明)
請求項１５に係る発明は、請求項１１から請求項１４のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 排気浄化材の排気下流側への破片の進入を防止することができる。
図１(Ｂ)に例示するように、最も排気下流側の板材(２ｃ)には、析出硬化系ステンレス鋼が用いられているが、この種類のステンレス鋼は剛性が高いので、破損しにくく、万一、排気上流側の板材(２ｂ)が破損しても、その破片を受け止めて、排気浄化材(２)の排気下流流側への破片の進入を防止することができる。
《効果》 高い排気浄化性能を得ることができる。
図１(Ｂ)に例示するように、最も排気下流側の板材(２ｃ)には、析出硬化系ステンレス鋼が用いられているが、この種類のステンレス鋼は排気浄化機能が高く、最も排気下流側の板材(２ｃ)には上流側でのＨＣの燃焼熱によって昇温した高温の排気(２５)が接触するので、高い排気浄化性能を得ることができる。
(請求項１６に係る発明)
請求項１６に係る発明は、請求項１０から請求項１５のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 高い排気浄化性能を得ることができる。
図１(Ｂ)，図３(Ｂ)に例示するように、排気下流側の所定の板材(２ｂ)には、オーステナイト系ステンレス鋼が用いられているが、この種類のステンレス鋼は排気浄化機能が高いので、排気上流側の板材(２ａ)または板材(２ｂ)の排気通過孔(２８)を通過した排気(２５)に乱流が生じると、排気下流側の板材(２ｂ)に対する排気(２５)の接触が促進され、高い排気浄化性能を得ることができる。
(請求項１７に係る発明)
請求項１７に係る発明は、請求項３，５，７のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 背圧の上昇を抑制することができる。
図１(Ｂ)，図３(Ａ)(Ｂ)に例示するように、線材(２ｄ)はコイル形状に巻かれているので、コイル形状の線材(２ｄ)の内部を排気(２５)がスムーズに通過し、排気(２５)の通過抵抗を小さくすることができ、背圧の上昇を抑制することができる。
(請求項１８に係る発明)
請求項１８に係る発明は、請求項８に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 高い排気浄化性能を得ることができる。
図４(Ａ)(Ｂ)(Ｄ)に例示するように、排気浄化材(２)は、排気通路(１)の通路形成方向に中心軸線(２ｉ)を有するステンレス製の渦巻きロール状の板材(２ｊ)を備え、図４(Ｂ)(Ｄ)に例示するように、渦巻きロール状の板材(２ｊ)内には板材(２ｊ)の表面に沿う渦巻きロール状の排気通過隙間(２ｋ)が形成されているので、排気浄化材(２)の表面積を大きくすることができ、排気(２５)と排気浄化材(２)の接触面積が大きくなり、高い排気浄化性能を得ることができる。
(請求項１９に係る発明)
請求項１９に係る発明は、請求項１８に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 高い排気浄化性能を得ることができる。
図４(Ａ)に例示するように、渦巻きロール状の板材(２ｊ)には、板厚方向に貫通する排気通過孔(３０)が設けられているので、排気通過孔(３０)を通過した排気(２５)に乱流が生じ、排気下流側の板材(２ｊ)の表面に対する排気(２５)の接触が促進され、高い排気浄化性能を得ることができる。
《効果》 排気音を減衰させることができる。
排気通過孔(３０)を通過した排気(２５)の拡散と相互干渉により、排気音を減衰させることができる。
(請求項２０に係る発明)
請求項２０に係る発明は、請求項１８に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 高い排気浄化性能を維持することができる。
図４(Ｄ)に例示するように、渦巻きロール状の板材(２ｊ)には、表面から突出するスペーサ突起(３１)が設けられ、このスペーサ突起(３１)で排気通過隙間(２ｋ)が保持されているので、渦巻きロール状の板材(２ｊ)に熱負荷がかかっても排気通過隙間(２ｋ)が一定の形状に維持され、排気(２５)がスムーズに通過し、高い排気浄化性能を維持することができる。
(請求項２１に係る発明)
請求項２１に係る発明は、請求項２０に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 高い排気浄化性能を得ることができる。
図４(Ｅ)(Ｆ)に例示するように、スペーサ突起(３１)は排気通過口(３２)を備えているので、渦巻きロール状の板材(２ｊ)の排気通過隙間(２ｋ)を通過する排気(２５)が、排気通過口(３２)を介して、径方向隣側の排気通過隙間(２ｋ)に拡散し、板材(２ｊ)の表面との接触が促進され、高い排気浄化性能を得ることができる。
《効果》 排気音を減衰させることができる。
図４(Ｅ)(Ｆ)に例示する排気通過口(３２)を通過した排気(２５)の拡散と相互干渉により、排気音を減衰させることができる。
本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置を備えたエンジンを説明する図で、図１(Ａ)は排気マニホルドの側面図、図１(Ｂ)は図１(Ａ)の縦断側面図、図１(Ｃ)はコレクタ部の基端側から見た蓋の背面図、図１(Ｄ)は板材の正面図である。 本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置を備えたエンジンの縦断正面図である。 本発明の第２，第３実施形態に係る排気浄化装置を備えたエンジンを説明する図で、図３(Ａ)は第２実施形態の図１(Ｂ)相当図、図３(Ｂ)は第３実施形態の図１(Ｂ)相当図である。 本発明の第４，第５実施形態に係る排気浄化装置を備えたエンジンを説明する図で、図４(Ａ)は第４実施形態の図１(Ｂ)相当図、図４(Ｂ)は第４実施形態で用いる先端側筒部に内嵌した渦巻きロール状の板材を先端側から見た図、図４(Ｃ)は第４実施形態の図１(Ｃ)相当図、図４(Ｄ)は第５実施形態の図４(Ｂ)相当図、図４(Ｅ)は第５実施形態で用いる渦巻きロール状の板材を展開した平面拡大図、図４(Ｆ)は図４(Ｅ)の板材の断面拡大図である。 本発明の実施形態の排気浄化材に好適に用いることができるステンレス鋼の成分と組成を示す表である。 本発明の実施例１，実施例２−１〜２−３，比較例１，２の排気浄化材の主要部に用いたステンレス鋼と実験結果を示す表である。 本発明の実施例３−１〜３−４の排気浄化材の主要部に用いたステンレス鋼と実験結果を示す表である。 本発明の実施例３−５〜３−８の排気浄化材の主要部に用いたステンレス鋼と実験結果を示す表である。 本発明の実験例の試験方法を示す表である。
図１，図２は、本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置を備えたエンジンを説明する図、図３は本発明の第２，第３実施形態に係る排気浄化装置を備えたエンジンを説明する図、図４は本発明の第４，第５実施形態に係る排気浄化装置を備えたエンジンを説明する図で、各実施形態では、排気浄化装置を備えた水冷の立形直列２気筒火花点火式エンジンについて説明する。
図１，図２に示す第１実施形態について説明する。
このエンジンの概要は、次の通りである。
図２に示すように、シリンダブロック(１５)の上部にシリンダヘッド(１６)が組み付けられ、シリンダヘッド(１６)の上部にシリンダヘッドカバー(１７)が組み付けられ、シリンダブロック(１５)の下部にオイルパン(１８)が組み付けられている。
シリンダヘッド(１６)の横一側にはスロットルボディ(１９)が組付けられ、横他側には排気マニホルド(２７)が組み付けられている。スロットルボディ(１９)には燃料インジェクタ(２０)が取り付けられ、燃料インジェクタ(２０)からシリンダヘッド(１６)内の吸気ポート(２１)に燃料(２２)が噴射されるようになっている。燃料(２２)はガソリンである。
排気浄化装置の構成は次の通りである。
図１(Ａ)(Ｂ)に示すように、排気通路(１)を構成する排気マニホルド(２７)内に排気浄化材(２)が収容されている。
排気マニホルド(２７)は、コレクタ部(４)と複数(２本)のブランチ部(５)(６)とを備え、コレクタ部(４)は筒体で、先端部分に排気出口(８)が開口され、複数(２本)のブランチ部(５)(６)は、コレクタ部(４)の基端寄り周壁(９)から導出されている。
図１(Ａ)(Ｂ)に示すように、排気浄化材(２)は、コレクタ部(４)内に配置されている基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)とその内部部品を構成部品とし、基端側筒部(２ｍ)には複数(２本)のブランチ部(５)(６)から排気を導入する排気入口(１２)が開口されている。
基端側筒部(２ｍ)内は中空とされている。
先端側筒部(２ｅ)は基端側筒部(２ｍ)の先端部分に内嵌して取り付けられ、板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)と線材(２ｄ)からなる内部部品を備え、排気出口(８)側にあるコレクタ部(４)の先端部分(４ａ)に内嵌されている。このため、コレクタ部(４)と基端側筒部(２ｍ)及び先端側筒部(２ｅ)との二重筒構造で、排気浄化材(２)を通過する排気(２５)の温度が低下しにくく、排気浄化材(２)による排気浄化性能を高めることができる。また、複数のブランチ部(５)(６)から導入された排気(２３)(２４)を排気マニホルド(２７)内の排気浄化材(２)で一括して浄化することができ、単一箇所の排気浄化材(２)で排気浄化を行うことができる。
すなわち、この第１実施形態では、排気通路(１)は、排気マニホルド(２７)で構成され、排気マニホルド(２７)は、先端部分に排気出口(８)が開口された筒体のコレクタ部(４)と、コレクタ部(４)の基端寄り周壁(９)から導出された複数のブランチ部(５)(６)を備え、コレクタ部(４)内に配置された基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)を備え、基端側筒部(２ｍ)には、複数のブランチ部(５)(６)から排気を導入する排気入口(１２)が開口され、先端側筒部(２ｅ)は、基端側筒部(２ｍ)の先端部分に配置されている。
図１(Ａ)(Ｂ)に示すように、コレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)に浄化材差込口(７)が開口され、排気浄化材(２)には基端側筒部(２ｍ)の基端側に設けられたフランジ部(１１ａ)が取り付けられている。
排気浄化材(２)がコレクタ部(４)の浄化材差込口(７)から差し込まれ、フランジ部(１１ａ)がコレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)に固定されている。このため、排気浄化材(２)が受ける排気(２５)の圧力は、フランジ部(１１ａ)を介してコレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)で受け止められ、排気浄化材(２)がコレクタ部(４)に強固に支持される。
図１(Ａ)(Ｂ)に示すように、フランジ部(１１ａ)がコレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)に取り外し可能に取り付けられている。このため、排気浄化材(２)をコレクタ部(４)から簡単に抜き出し、或いは、コレクタ部(４)に差し込むことができ、排気浄化材(２)のメンテナンスや交換が容易になる。
フランジ部(１１ａ)が蓋部(１１)の周縁部分で構成され、蓋部(１１)で浄化材差込口(７)が塞がれている。このため、蓋部(１１)で浄化材差込口(７)の閉塞とコレクタ部(４)への取り付けを同時に行うことができる。
図１(Ａ)(Ｂ)に示すように、コレクタ部(４)と排気浄化材(２)の先端側筒部(２ｅ)と基端側筒部(２ｍ)はいずれもは真っ直ぐな円筒形の筒体である。排気マニホルド(２７)と蓋部(１１)は鋳鉄の鋳造物である。蓋部(１１)は３本のボルト(２６)でコレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)に固定されている。
図１(Ｂ)に示すように、排気浄化材(２)の先端側筒部(２ｅ)がコレクタ部(４)の先端部分(４ａ)に内嵌され、エンジン運転中は、排気浄化材(２)の熱膨張で先端側筒部(２ｅ)がコレクタ部(４)の先端部分(４ａ)の周壁に押し付けられるように構成されている。このため、排気浄化材(２)が受ける排気(２５)の圧力は、先端側筒部(２ｅ)を介してコレクタ部(４)の先端部分(４ａ)で受け止められ、排気浄化材(２)がコレクタ部(４)に強固に支持される。
図１(Ａ)に示すように、隣り合うブランチ部(５)(６)がコレクタ部(４)に近づきながら融合され、各ブランチ部(５)(６)の入口開口中心軸線(５ａ)(６ａ)のいずれかと平行な向きに見て、隣り合うブランチ部(５)(６)の融合部分(１４)で、各ブランチ部(５)(６)の融合部分中心軸線(５ｂ)(６ｂ)が、湾曲され、コレクタ部(４)に近づくにつれて相互に平行な向きに近づくように方向付けられている。このため、排気浄化材(２)の排気浄化性能が高い。その理由は、次のように推定される。すなわち、隣り合うブランチ部(５)(６)からコレクタ部(４)に向かう排気(２３)(２４)がブランチ部(５)(６)の融合部分(１４)で緩やかに合流し、排気(２３)(２４)同士の激しい衝突による乱流の発生で背圧が上昇する不具合が抑制され、排気浄化材(２)を通過する排気(２５)の流れがスムーズになる。
図１(Ａ)に示すように、各ブランチ部(５)(６)の入口開口中心軸線(５ａ)(６ａ)と平行な向きに見て、複数(２本)のブランチ部(５)(６)のうち、最も排気浄化材(２)寄りのブランチ部(５)の入口寄り部分(５ｃ)が真っ直ぐな入口寄り中心軸線(５ｄ)を備え、この入口寄り中心軸線(５ｄ)をコレクタ部(４)まで真っ直ぐに延長した延長中心軸線(５ｅ)を想定する。
延長中心軸線(５ｅ)とコレクタ部(４)の中心軸線(４ｃ)との交差部分の交差角度のうち、排気浄化材(２)寄りで、ブランチ部(５)(６)寄りに位置する交差角度(Θ)が、４５°に設定されている。この交差角度(Θ)は、３５°〜５５°の範囲に設定するのが望ましい。
各ブランチ部(５)(６)の入口開口中心軸線(５ａ)(６ａ)が相互に平行でない場合には、これらのいずれかと平行な向きに見て、延長中心軸線(５ｅ)を想定する。
上記のように設定した場合、排気浄化材(２)の排気浄化性能が高い。
その理由は、次のように推定される。すなわち、交差角度(Θ)が３５°未満になると、最も排気浄化材(２)寄りのブランチ部(５)からコレクタ部(４)に流入する排気(２３)のベクトル成分のうち、コレクタ部(４)の中心軸線(４ｃ)に沿って排気浄化材(２)から離れる向きのベクトル成分が大きくなり過ぎ、他のブランチ部(６)からコレクタ部(４)への排気(２４)の流入を邪魔し、背圧を高め、排気浄化材(２)を通過する排気(２５)の流れを停滞させ、排気浄化材(２)の排気浄化性能を低下させる。
一方、交差角度(Θ)が５５°を超えると、上記排気(２３)のベクトル成分のうち、コレクタ部(４)の径方向に沿ってブランチ部(５)から離れる向きのベクトル成分が大きくなり過ぎ、ブランチ部(５)から離れた箇所から排気浄化材(２)に偏って流入し、排気浄化材(２)を通過する排気(２５)の通過面積を狭くし、排気浄化材(２)の排気浄化性能を低下させる。
排気浄化材(２)の構成は、次の通りである。
図１(Ｂ)に示すように、排気浄化材(２)は、基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)と複数枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)と線材(２ｄ)とで構成されている。複数枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)は、先端側筒部(２ｅ)内で、先端側筒部(２ｅ)の中心軸線方向に所定間隔を保持して配置されている。先端側筒部(２ｅ)の中心軸線は排気通路(１)の通路形成方向であるコレクタ部(４)の中心軸線(４ｃ)に沿わせ、複数枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)は、排気通路の(１)の通路形成方向に所定間隔を保持している。図１(Ｄ)に例示するように、各板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)はいずれも排気通過孔(２８)を備えている。線材(２ｄ)は、複数枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)の間で、先端側筒部(２ｅ)の内周面に沿って配置されている。線材(２ｄ)はコイル形状に巻かれている。この線材(２ｄ)は、ステンレス鋼の真っ直ぐな線材(２ｄ)をコイル形状に成形して得られる。
図１(Ｂ)に示すように、排気浄化材(２)は、排気通路(１)に充填された線材(２ｄ)を備えているので、排気浄化材(２)の表面積を大きくすることができ、排気(２５)と排気浄化材(２)の接触面積が大きくなり、高い排気浄化性能を得ることができる。
また、図１(Ｂ)に示す線材(２ｄ)の消音作用により、排気音を減衰させることができる。
図１(Ｂ)に示すように、排気浄化材(２)は、複数枚のステンレス製の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)とステンレス製の線材(２ｄ)を備え、各板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)は排気通路(１)の通路形成方向に所定間隔を保持して配置され、図１(Ｄ)に示すように、各板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)はいずれも排気通過孔(２８)を備え、隣り合う板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)の間に線材(２ｄ)が充填されているので、排気浄化材(２)の表面積を大きくすることができ、排気(２５)と排気浄化材(２)の接触面積が大きくなり、高い排気浄化性能を得ることができる。
また、図１(Ｄ)に示す排気通過孔(２８)を通過した排気(２５)の拡散と相互干渉により、また、線材(２ｄ)の消音作用により、排気音を減衰させることができる。
図１(Ｂ)に示すように、最も排気上流側の板材(２ａ)は先端側筒部(２ｅ)に溶接で固定され、他の板材(２ｂ)(２ｃ)はスペーサ環材(２ｆ)で上流側の板材(２ａ)(２ｂ)と離間されている。各板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)と各スペーサ環材(２ｆ)は、これらに一連に挿通された取付ボルト(２ｇ)と取付ボルト(２ｇ)の先端部に螺着された取付ナット(２ｈ)の締結で、先端側筒部(２ｅ)に固定される。
複数の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)は、最も排気上流側にある板材(２ａ)と最も排気下流側にある板材(２ｃ)と中間にある板材(２ｂ)で構成され、中間にある板材(２ｂ)の枚数は自由に設定してよい。
図１(Ｄ)に最も排気上流側にある板材(２ａ)の正面図を示しており、この板材(２ａ)は中心に取付ボルト(２ｇ)を挿通するボルト挿通孔(２９)を備え、その周囲に小径の排気通過孔(２８)を４個備え、外周側に大径の排気通過孔(２８)を８個備えている。最も排気下流側にある板材(２ｃ)と中間にある板材(２ｂ)の正面図も同じ形状となる。各板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)はいずれも円板形状である。
図１(Ｂ)に示すように、最も排気上流側の板材(２ａ)は、排気下流側の中間の板材(２ｂ)よりも肉厚に形成されている。また、最も排気下流側の板材(２ｃ)は排気上流側の中間の板材(２ｂ)よりも肉厚に形成されている。
最も排気上流側の板材(２ａ)と最も排気下流側の板材(２ｃ)は同じ厚さに形成されている。
図１(Ｂ)に示す排気浄化材(２)の構成部品である基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)と複数枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)と線材(２ｄ)は、いずれもステンレス製で、ステンレス素材の表面が触媒成分(白金，パラジウム，ロジウム等の貴金属等)を含む触媒コートで覆われておらず、ステンレス素材の表面が排気(２５)と接触するように構成されている。すなわち、排気浄化材(２)のステンレス素材の表面が排気通路(１)に露出して、ステンレス素材の表面が排気(２５)と接触するように構成されている。
複数枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)を先端側筒部(２ｅ)内に支持するスペーサ環材(２ｆ)と取付ボルト(２ｇ)と取付ナット(２ｈ)は、耐熱鋼で構成されている。
図１(Ｂ)に示す排気浄化材(２)の構成部品である基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)には、コストと耐熱性の観点から、フェライト系ステンレス鋼を用いるのが望ましい。これらの構成部品には、析出硬化系やオーステイト系やマルテンサイト系の各種ステンレス鋼を用いることもできる。
複数枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)と線材(２ｄ)には、排気浄化機能の高さから、析出硬化系やオーステイト系の各種ステンレス鋼を用いるのが望ましい。
これらの構成部品には、マルテンサイト系やフェライト系の各種ステンレス鋼を用いることもできる。
基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)には、フェライト系ステンレス鋼が用いられている。
最も排気上流側と最も排気下流側の板材(２ａ)(２ｃ)には、析出硬化系ステンレス鋼が用いられ、中間の板材(２ｂ)と線材(２ｄ)には、オーステナイト系ステンレス鋼が用いられている。
基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)の両方または一方に析出硬化系やオーステナイト系やマルテンサイト系やフェライト系の各種ステンレス鋼を用いることができる。
最も排気上流側と最も排気下流側の板材(２ａ)(２ｃ)の両方または一方に、析出硬化系やオーステナイト系やマルテンサイト系やフェライト系の各種ステンレス鋼を用いることができる。
また、中間の板材(２ｂ)の全部または一部、線材(２ｄ)の全部または一部に、析出硬化系やオーステナイト系やマルテンサイト系やフェライト系の各種ステンレス鋼を用いることができる。
次に図３(Ａ)に示す第２実施形態について説明する。
この第２実施形態では、排気浄化材(２)の構成部品は基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)と線材(２ｄ)で、この線材(２ｄ)は排気マニホルド(２７)のコレクタ部(４)に差し込まれた基端側筒部(２ｍ)に収容されている。この線材(２ｄ)はコイル形状に巻かれている。この線材(２ｄ)は、ステンレス鋼の真っ直ぐな線材(２ｄ)をコイル形状に成形して得られる。この基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)と線材(２ｄ)もステンレス素材の表面が触媒成分を含む触媒コートで覆われておらず、ステンレス素材の表面が排気(２５)と接触するように構成されている。すなわち、排気浄化材(２)のステンレス素材の表面が排気通路(１)に露出して、ステンレス素材の表面が排気(２５)と接触するように構成されている。
線材(２ｄ)には、排気浄化機能の高さから、析出硬化系やオーステナイト系の各種ステンレス鋼を用いるのが望ましい。
線材(２ｄ)には、マルテンサイト系やフェライト系の各種ステンレス鋼を用いることもできる。
線材(２ｄ)には、析出硬化系ステンレス鋼が用いられている。
線材(２ｄ)の全部または一部に、析出硬化系やオーステナイト系やマルテンサイト系やフェライト系の各種ステンレス鋼を用いることができる。
他の構成は図１(Ａ)〜(Ｃ)に示す第１実施形態と同じであり、図３(Ａ)中、第１実施形態と同一の要素には、図１(Ａ)〜(Ｃ)と同一の符号を付しておく。
次に図３(Ｂ)に示す第３実施形態について説明する。
この第３実施形態では、排気浄化材(２)の構成部品は、基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)と肉厚が同一の３枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)と線材(２ｄ)で構成され、３枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)は、排気マニホルド(２７)のコレクタ部(４)内に、コレクタ部(４)の中心軸線方向に所定間隔を保持して配置され、線材(２ｄ)は隣り合う板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)の間、最も上流側の板材(２ａ)と蓋部(１１)との間、最も下流側の板材(２ｃ)の下流側に充填されている。この線材(２ｄ)はコイル形状に巻かれている。この線材(２ｄ)には、ステンレス鋼を切削した場合に得られるキリコが用いられている。
この基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)と３枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)と線材(２ｄ)もステンレス製で、ステンレス素材の表面が触媒成分を含む触媒コートで覆われておらず、ステンレス素材の表面が排気(２５)と接触するように構成されている。すなわち、排気浄化材(２)のステンレス素材の表面が排気通路(１)に露出して、ステンレス素材の表面が排気(２５)と接触するように構成されている。
３枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)と線材(２ｄ)には、排気浄化機能の高さから、析出硬化系やオーステナイト系の各種ステンレス鋼を用いるのが望ましい。
３枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)と線材(２ｄ)には、マルテンサイト系やフェライト系の各種ステンレス鋼を用いることもできる。
３枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)と線材(２ｄ)には、析出硬化系ステンレス鋼が用いられている。
３枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)の全部または一部に、析出硬化系やオーステナイト系やマルテンサイト系やフェライト系の各種ステンレス鋼を用いることができる。
また、線材(２ｄ)の全部または一部に、析出硬化系やオーステナイト系やマルテンサイト系やフェライト系の各種ステンレス鋼を用いることができる。
他の構成は図１(Ａ)〜(Ｄ)に示す第１実施形態と同じであり、図３(Ｂ)中、第１実施形態と同一の要素には、図１(Ａ)〜(Ｄ)と同一の符号を付しておく。
次に図４(Ａ)(Ｂ)(Ｃ)に示す第４実施形態について説明する。
図４(Ａ)に示すように、この第４実施形態では、排気浄化材(２)は、基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)と渦巻きロール状の板材(２ｊ)と芯材(２ｎ)で構成されている。渦巻きロール状の板材(２ｊ)は、基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)内で、これらの中心軸線方向に沿って配置されている。基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)は排気通路(１)の通路形成方向であるコレクタ部(４)の中心軸線(４c)に沿わせ、渦巻きロール状の板材(２ｊ)の中心軸線(２i)は排気通路(１)の通路形成方向に向けられている。図４(Ｂ)に示すように、渦巻きロール状の板材(２ｊ)内には板材(２ｊ)の表面に沿う渦巻きロール状の排気通過隙間(２ｋ)が形成されている。図４(Ａ)に示すように、渦巻きロール状の板材(２ｊ)には、板厚方向に貫通する排気通過孔(３０)が設けられている。渦巻きロール状の板材(２ｊ)の中心部には芯材(２ｎ)が配置されている。
この基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)と渦巻きロール状の板材(２ｊ)と芯材(２ｎ)もステンレス製で、ステンレス素材の表面が触媒成分を含む触媒コートで覆われておらず、ステンレス素材の表面が排気(２５)と接触するように構成されている。すなわち、排気浄化材(２)のステンレス素材の表面が排気通路(１)に露出して、ステンレス素材の表面が排気(２５)と接触するように構成されている。
渦巻きロール状の板材(２ｊ)と芯材(２ｎ)には、排気浄化機能の高さから、オーステナイト系や析出硬化系の各種ステンレス鋼を用いるのが望ましい。
渦巻きロール状の板材(２ｊ)と芯材(２ｎ)には、マルテンサイト系やフェライト系の各種ステンレス鋼を用いることもできる。
渦巻きロール状の板材(２ｊ)と芯材(２ｎ)には、オーステナイト系ステンレス鋼が用いられている。芯材(２ｎ)には、フェライト系ステンレス鋼を用いてもよい。他の構成は図１(Ａ)〜(Ｃ)に示す第１実施形態と同じであり、図４(Ａ)〜(Ｃ)中、第１実施形態と同一の要素には、図１(Ａ)〜(Ｃ)と同一の符号を付しておく。
次に図４(Ｄ)に示す第５実施形態について説明する。
図４(Ｄ)に示すように、渦巻きロール状の板材(２ｊ)には、表面から突出するスペーサ突起(３１)が設けられ、このスペーサ突起(３１)で排気通過隙間(２ｋ)が保持されている。
図４(Ｅ)に示すように、スペーサ突起(３１)はエンボス加工で、板材(２ｊ)に縦横に配列されている。
図４(Ｅ)(Ｆ)に示すように、スペーサ突起(３１)は排気通過口(３２)を備えている。スペーサ突起(３１)は、三角錐形状で、排気通過口(３２)が内設され、板材(２ｊ)のロール軸長方向に並ぶスペーサ突起(３１)の列をロール周方向に複数列配置し、各列の離間寸法を調節することにより、ロール径方向でスペーサ突起(３１)が相互に重なり合わないように配置されている。
排気通過口(３２)は、板材(２ｊ)のロール周方向に向けて開口されている。排気通過口(３２)は、ロール軸長方向に向けて開口してもよいし、一部をロール周方向に向け、残りをロール軸長方向に向けて開口してもよいし、全部または一部をロール周方向とロール軸長方向の間の方向に向けて開口してもよい。
他の構成は図４(Ａ)(Ｂ)(Ｃ)に示す第４実施形態と同じであり、図４(Ｄ)(Ｅ)(Ｆ)中、第４実施形態と同一の要素には、図４(Ａ)(Ｂ)(Ｃ)と同一の符号を付しておく。
第５実施形態では、排気通過口(３２)が第４実施形態の排気通過孔(３０)の代替部となるため、排気通過孔(３０)は設けていないが、第５実施形態でもスペーサ突起(３１)の無い個所に第４実施形態の排気通過孔(３０)を設け、排気通過口(３２)と排気通過孔(３０)を併存させることもできる。
各実施形態１〜５の排気浄化材(２)の構成部品に好適に使用できるステンレス鋼の具体例としては、ＪＩＳ規格(日本工業規格)で定める次のものがある。
析出硬化系ステンレス鋼には、ＳＵＳ６３０やＳＵＳ６３１がある。
オーステナイト系ステンレス鋼には、ＳＵＳ３１６やＳＵＳ３１６ＬやＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１８０３やＳＵＳ３１０Ｓがある。
マルテンサイト系ステンレス鋼には、ＳＵＳ４４０Ｃがある。
フェライト系ステンレス鋼には、ＳＵＳ４３０がある。
これらの成分と組成は図５に示す表の通りである。
排気浄化材(２)の構成部品には、他のステンレス鋼を用いることもできる。
次に本発明の実施例と比較例と実験例を説明する。
(実施例１)
実施例１は、図１に示す第１実施形態の具体例である。
基端側筒部(２ｍ)の板厚は１．２ｍｍ、内周の直径は４５．０ｍｍ、軸長寸法は１２５ｍｍとした。
先端側筒部(２ｅ)の板厚は1．２ｍｍ、内周の直径は４２．６ｍｍ、軸長寸法は６１ｍｍとした。
中間の板材(２ｂ)の枚数は７枚とした。最も排気上流側と最も排気下流側の板材(２ａ)(２ｃ)の板厚は５ｍｍ、中間の板材(２ｂ)の板厚は、２ｍｍとし、各板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)は円板状で、直径は４２ｍｍとし、隣り合う板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)の離間距離は４ｍｍとした。排気通過孔(２８)は円形で、小径のものの直径は５ｍｍ、大径のものの直径は６ｍｍとした。
線材(２ｄ)の直径は１ｍｍ、コイルの直径は６ｍｍ、コイルのピッチは２ｍｍとした。先端側筒部(２ｅ)の径方向に積層された線材(２ｄ)の径方向の厚さは２．５ｍｍとした。
基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)にはフェライト系のＳＵＳ４３６Ｌを用いた。
最も排気上流側と最も排気下流側の板材(２ａ)(２ｃ)には、析出硬化系のＳＵＳ６３０を用い、中間の板材(２ｂ)には、オーステナイト系のＳＵＳ３１６を用いた。
線材(２ｅ)線材(２ｄ)にはオーステナイト系のＳＵＳ３１６を用いた。
スペーサ環材(２ｆ)と取付ボルト(２ｇ)と取付ナット(２ｈ)には、耐熱鋼のＳＵＨ６６０を用いた。
(実施例２−１〜実施例２−３)
実施例２−１〜実施例２−３は、図３(Ａ)に示す第２実施形態の具体例である。
基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)には、第１実施形態と同じものを用いた。
線材(２ｄ)の直径は１ｍｍ、コイルの直径は６ｍｍ、コイルのピッチは２ｍｍとした。基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)に充填した線材(２ｄ)の充填幅は、基端側筒部(２ｍ)の軸長方向に１１０ｍｍとした。
図５に示すように、実施例２−１では、線材(２ｄ)に析出硬化系のＳＵＳ６３１を用いた。
実施例２−２では、線材(２ｄ)にオーステナイト系のＳＵＳ３１６を用いた。
実施例２−３では、線材(２ｄ)にオーステナイト系のＳＵＳ３１６Ｌを用いた。
(実施例３−１〜実施例３−８)
実施例３−１〜実施例３−８は、図３(Ｂ)に示す第３実施形態の具体例である。
基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)には、第１実施形態と同じものを用いた。
同一板厚の３枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)の板厚は１ｍｍとし、隣り合う板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)の間の離間距離は４０ｍｍとした。各板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)は円板状で、直径は４２ｍｍ、排気通過孔(２８)は円形で、直径３ｍｍのものを２０個設けた。線材(２ｄ)は、幅５ｍｍ，厚さ０．３ｍｍ程度で、コイル直径３ｍｍ程度、コイルのピッチ１０ｍｍ程度のものを用いた。
最も上流側の板材(２ａ)と蓋部(１１)との離間距離は４０ｍｍとした。最も下流側の板材(２ｃ)の下流側に充填されている線材(２ｄ)の幅は４０ｍｍとした。
３枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)には、オーステナイト系のＳＵＳ３１６を用いた。
図７に示すように、実施例３−１では、線材(２ｄ)に析出硬化系のＳＵＳ６３０を用いた。
実施例３−２では、線材(２ｄ)にマルテンサイト系のＳＵＳ４４０Ｃを用いた。実施例３−３では、線材(２ｄ)にオーステナイト系のＳＵＳ３１６Ｌを用いた。実施例３−４では、線材(２ｄ)にオーステナイト系のＳＵＳ３０４を用いた。
図８に示すように、実施例３−５では、線材(２ｄ)にフェライト系のＳＵＳ４３０を用いた。
実施例３−６では、線材(２ｄ)にオーステナイト系のＳＵＳ３１６を用いた。
実施例３−７では、線材(２ｄ)にオーステナイト系のＳＵＳ３１８０３を用いた。
実施例３−８では、線材(２ｄ)にオーステナイト系のＳＵＳ３１０Ｓを用いた。
(実施例４)
実施例４は、図４(Ａ)〜(Ｃ)に示す第４実施形態の具体例である。
渦巻きロール状の板材(２ｊ)の板厚は０．５ｍｍ、巻き数は５回、最外直径は４５ｍｍ、軸長寸法は１４４ｍｍ、排気通過隙間(２ｋ)の隙間寸法は４ｍｍ、排気通過孔(３０)の直径は２ｍｍ、排気通過孔(３０)の分布は板材(２ｊ)の面積２５平方ｍｍ当たり３個とした。芯材(２ｎ)の直径は６ｍｍ、軸長寸法は１５５ｍｍとした。
基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)には、第１実施形態と同じものを用いた。
渦巻きロール状の板材(２ｊ)と芯材(２ｎ)には、オーステナイト系のＳＵＳ３１６を用いた。芯材(２ｎ)には、フェライト系のＳＵＳ４３０を用いてもよい
(実施例５−１〜実施例５−３)
実施例５−１〜実施例５−３は、図４(Ｄ)〜(Ｆ)に示す第５実施形態の具体例である。
渦巻きロール状の板材(２ｊ)の外形寸法や巻き数、排気通過隙間(２ｋ)の隙間寸法、排気通過孔(２０)の直径や分布や芯材(２ｎ)の外形寸法は実施例４と同じにした。基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)には、第１実施形態と同じものを用いた。
実施例５−１では、板材(２ｊ)と芯材(２ｎ)にオーステナイト系のＳＵＳ３１６を用いた。芯材(２ｎ)には、フェライト系のＳＵＳ４３０を用いてもよい。
実施例５−２では、板材(２ｊ)にオーステナイト系のＳＵＳ３１６Ｌを用いた。芯材(２ｎ)には、オーステナイト系のＳＵＳ３１６を用いた。芯材(２ｎ)には、フェライト系のＳＵＳ４３０を用いてもよい。
実施例５−３では、板材(２ｊ)に析出硬化系のＳＵＳ６３０を用いた。芯材(２ｎ)には、オーステナイト系のＳＵＳ３１６を用いた。芯材(２ｎ)には、フェライト系のＳＵＳ４３０を用いてもよい。
(比較例１，２)
図６に示すように、比較例１は、実施例１から排気浄化材(２)を取り外したものである。
比較例２は、実施例１の排気浄化材(２)の表面を触媒コートで覆ったもので、触媒コートは触媒成分としてＰｔ，Ｐｄ，Ｒｈを含んでいる。
実験例と実験結果は、次の通りである。
(実験例)
各実施例と各比較例の排気浄化装置に、次の条件で排気を通過させ、排気浄化装置による排気の浄化性能を評価した。
水冷の立形直列２気筒火花点火式エンジンで、排気量５１４ｃｃ，定格出力９．５ｋＷ／３６００ｒｐｍ，定格回転速度３６００ｒｐｍのものを用い、一般社団法人日本陸用内燃機関協会小型汎用火花点火エンジン排出ガス自主規制(３次)規定書のサブパートＦ：試験法に準じて、図９の６モードからなる離散モード試験を行って、各モードにおける排気成分濃度を測定し、モード毎の測定値に規程の重み係数による重み付けを行って排気排出物の総量を計算し、各実施例と各比較例の排気浄化装置による排気の浄化性能を確認した。
排気の浄化性能は、排気浄化装置から排出されるＨＣ(炭化水素)，ＮＯｘ(窒素酸化物)，ＨＣ＋ＮＯｘ(炭化水素と窒素酸化物の合計)，ＣＯ(一酸化炭素)の量で評価した。実験結果を図６〜図８に示す。
ＨＣ，ＮＯｘ，ＨＣ＋ＮＯｘ，ＣＯの単位はｇ/ｋＷｈである。
(実験結果)
図６〜図８に示すように、実施例１と実施例２−１〜２〜３と実施例３−１〜３−８では、排気浄化材を備えていない比較例１に比べ、有効な排気浄化性能が得られた。また、これら実施例では、触媒コートで覆われた排気浄化材を備えた比較例２の代替品となりうる排気浄化性能が得られた。
図６に示すように、実施例２−１〜２〜３では、排気浄化性能は、実施例２−１が最も優れ、以下、２−２，２−３の順で優れる。
図７，図８に示すように、実施例３−１〜３−８では、排気浄化性能は、実施例３−１が最も優れ、以下３−２，３−３，３−４，３−５，３−６，３−７，３−８の順に優れる。
実施例４と実施例５−１〜実施例５−３の排気浄化性能についても、実施例１と実施例２−１〜２〜３と実施例３−１〜３−８に劣らない有効な結果が得られた。
これらの結果から、排気浄化材(２)を、ステンレス製とし、ステンレス素材の表面を触媒成分を含む触媒コートで覆わず、ステンレス素材の表面が排気(２５)と接触するようにすれば、製造コストが安価で、高い排気浄化性能を得ることができることが分かる。
また、ステンレス鋼のなかでも、析出硬化系ステンレス鋼やオーステナイト系ステンレス鋼が排気浄化性能に優れ、複数の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)や線材(２ｄ)や渦巻きロール状の板材(２ｊ)で排気浄化材(２)を構成すれば、高い排気浄化性能を得ることができることが分かる。
本発明の実施形態や実施例等の説明は以上の通りであるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、排気処理材は、ステンレス製のメタルハニカムであってもよく、ステンレス製の線材を立体網目状に織りまたは絡ませたスチールウールであってもよい。
また、排気処理装置は、エンジンの排気処理に限らず、ボイラ等の排気処理に用いるものであってもよい。
(１) 排気通路
(２) 排気浄化材
(２ａ) 板材
(２ｂ) 板材
(２ｃ) 板材
(２ｄ) 線材
(２ｉ) 中心軸線
(２ｊ) うず巻きロール状の板材
(２ｋ) うず巻きロール状の隙間
(２８) 排気通過孔
(３０) 排気通過孔
(３１) スペーサ突起
(３２) 排気通過口

Claims (25)

  1. 排気通路(１)と、この排気通路(１)に配置された排気浄化材(２)を備えた、排気浄化装置において、
    排気浄化材(２)は、ステンレス製で、ステンレス素材の表面が触媒成分を含む触媒コートで覆われておらず、ステンレス素材の表面が排気(２５)と接触するように構成され、
    排気通路(１)は、排気マニホルド(２７)で構成され、
    排気マニホルド(２７)は、先端部分に排気出口(８)が開口された筒体のコレクタ部(４)と、コレクタ部(４)の基端寄り周壁(９)から導出された複数のブランチ部(５)(６)を備え、
    コレクタ部(４)内に配置された基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)を備え、
    基端側筒部(２ｍ)には、複数のブランチ部(５)(６)から排気を導入する排気入口(１２)が開口され、
    先端側筒部(２ｅ)は、基端側筒部(２ｍ)の先端部分に配置され、
    先端側筒部(２ｅ)が前記排気浄化材(２)とされ、
    コレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)に浄化材差込口(７)が開口され、基端側筒部(２ｍ)の基端側にフランジ部(１１ａ)が設けられ、
    排気浄化材(２)がコレクタ部(４)の浄化材差込口(７)から差し込まれ、フランジ部(１１ａ)がコレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)に固定されている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  2. 排気通路(１)と、この排気通路(１)に配置された排気浄化材(２)を備えた、排気浄化装置において、
    排気浄化材(２)は、ステンレス製で、ステンレス素材の表面が触媒成分を含む触媒コートで覆われておらず、ステンレス素材の表面が排気(２５)と接触するように構成され、
    排気通路(１)は、排気マニホルド(２７)で構成され、
    排気マニホルド(２７)は、先端部分に排気出口(８)が開口された筒体のコレクタ部(４)と、コレクタ部(４)の基端寄り周壁(９)から導出された複数のブランチ部(５)(６)を備え、
    コレクタ部(４)内に配置された基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)を備え、
    基端側筒部(２ｍ)には、複数のブランチ部(５)(６)から排気を導入する排気入口(１２)が開口され、
    先端側筒部(２ｅ)は、基端側筒部(２ｍ)の先端部分に配置され、
    先端側筒部(２ｅ)内で、その中心軸線方向に所定間隔を保持して配置された複数枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)を備え、
    複数枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)が前記排気浄化材(２)とされ、
    コレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)に浄化材差込口(７)が開口され、基端側筒部(２ｍ)の基端側にフランジ部(１１ａ)が設けられ、
    排気浄化材(２)がコレクタ部(４)の浄化材差込口(７)から差し込まれ、フランジ部(１１ａ)がコレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)に固定されている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  3. 排気通路(１)と、この排気通路(１)に配置された排気浄化材(２)を備えた、排気浄化装置において、
    排気浄化材(２)は、ステンレス製で、ステンレス素材の表面が触媒成分を含む触媒コートで覆われておらず、ステンレス素材の表面が排気(２５)と接触するように構成され、
    排気通路(１)は、排気マニホルド(２７)で構成され、
    排気マニホルド(２７)は、先端部分に排気出口(８)が開口された筒体のコレクタ部(４)と、コレクタ部(４)の基端寄り周壁(９)から導出された複数のブランチ部(５)(６)を備え、
    コレクタ部(４)内に配置された基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)を備え、
    基端側筒部(２ｍ)には、複数のブランチ部(５)(６)から排気を導入する排気入口(１２)が開口され、
    先端側筒部(２ｅ)は、基端側筒部(２ｍ)の先端部分に配置され、
    先端側筒部(２ｅ)の内周面に沿って配置されている線材(２ｄ)を備え、
    この線材(２ｄ)が前記排気浄化材(２)とされ、
    コレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)に浄化材差込口(７)が開口され、基端側筒部(２ｍ)の基端側にフランジ部(１１ａ)が設けられ、
    排気浄化材(２)がコレクタ部(４)の浄化材差込口(７)から差し込まれ、フランジ部(１１ａ)がコレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)に固定されている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  4. 排気通路(１)と、この排気通路(１)に配置された排気浄化材(２)を備えた、排気浄化装置において、
    排気浄化材(２)は、ステンレス製で、ステンレス素材の表面が触媒成分を含む触媒コートで覆われておらず、ステンレス素材の表面が排気(２５)と接触するように構成され、
    排気通路(１)は、排気マニホルド(２７)で構成され、
    排気マニホルド(２７)は、先端部分に排気出口(８)が開口された筒体のコレクタ部(４)と、コレクタ部(４)の基端寄り周壁(９)から導出された複数のブランチ部(５)(６)を備え、
    コレクタ部(４)内に配置された基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)を備え、
    基端側筒部(２ｍ)には、複数のブランチ部(５)(６)から排気を導入する排気入口(１２)が開口され、
    先端側筒部(２ｅ)は、基端側筒部(２ｍ)の先端部分に配置され、
    基端側筒部(２ｍ)が前記排気浄化材(２)とされ、
    コレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)に浄化材差込口(７)が開口され、基端側筒部(２ｍ)の基端側にフランジ部(１１ａ)が設けられ、
    排気浄化材(２)がコレクタ部(４)の浄化材差込口(７)から差し込まれ、フランジ部(１１ａ)がコレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)に固定されている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  5. 排気通路(１)と、この排気通路(１)に配置された排気浄化材(２)を備えた、排気浄化装置において、
    排気浄化材(２)は、ステンレス製で、ステンレス素材の表面が触媒成分を含む触媒コートで覆われておらず、ステンレス素材の表面が排気(２５)と接触するように構成され、
    排気通路(１)は、排気マニホルド(２７)で構成され、
    排気マニホルド(２７)は、先端部分に排気出口(８)が開口された筒体のコレクタ部(４)と、コレクタ部(４)の基端寄り周壁(９)から導出された複数のブランチ部(５)(６)を備え、
    コレクタ部(４)内に配置された基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)を備え、
    基端側筒部(２ｍ)には、複数のブランチ部(５)(６)から排気を導入する排気入口(１２)が開口され、
    先端側筒部(２ｅ)は、基端側筒部(２ｍ)の先端部分に配置され、
    基端側筒部(２ｍ)に収容された線材(２ｄ)を備え、
    この線材(２ｄ)が前記排気浄化材(２)とされ、
    コレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)に浄化材差込口(７)が開口され、基端側筒部(２ｍ)の基端側にフランジ部(１１ａ)が設けられ、
    排気浄化材(２)がコレクタ部(４)の浄化材差込口(７)から差し込まれ、フランジ部(１１ａ)がコレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)に固定されている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  6. 排気通路(１)と、この排気通路(１)に配置された排気浄化材(２)を備えた、排気浄化装置において、
    排気浄化材(２)は、ステンレス製で、ステンレス素材の表面が触媒成分を含む触媒コートで覆われておらず、ステンレス素材の表面が排気(２５)と接触するように構成され、
    排気通路(１)は、排気マニホルド(２７)で構成され、
    排気マニホルド(２７)は、先端部分に排気出口(８)が開口された筒体のコレクタ部(４)と、コレクタ部(４)の基端寄り周壁(９)から導出された複数のブランチ部(５)(６)を備え、
    コレクタ部(４)内に配置された基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)を備え、
    基端側筒部(２ｍ)には、複数のブランチ部(５)(６)から排気を導入する排気入口(１２)が開口され、
    先端側筒部(２ｅ)は、基端側筒部(２ｍ)の先端部分に配置され、
    基端側筒部(２ｍ)内で、その中心軸線方向に所定間隔を保持して配置された複数枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)を備え、
    複数枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)が前記排気浄化材(２)とされ、
    コレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)に浄化材差込口(７)が開口され、基端側筒部(２ｍ)の基端側にフランジ部(１１ａ)が設けられ、
    排気浄化材(２)がコレクタ部(４)の浄化材差込口(７)から差し込まれ、フランジ部(１１ａ)がコレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)に固定されている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  7. 排気通路(１)と、この排気通路(１)に配置された排気浄化材(２)を備えた、排気浄化装置において、
    排気浄化材(２)は、ステンレス製で、ステンレス素材の表面が触媒成分を含む触媒コートで覆われておらず、ステンレス素材の表面が排気(２５)と接触するように構成され、
    排気通路(１)は、排気マニホルド(２７)で構成され、
    排気マニホルド(２７)は、先端部分に排気出口(８)が開口された筒体のコレクタ部(４)と、コレクタ部(４)の基端寄り周壁(９)から導出された複数のブランチ部(５)(６)を備え、
    コレクタ部(４)内に配置された基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)を備え、
    基端側筒部(２ｍ)には、複数(２本)のブランチ部(５)(６)から排気を導入する排気入口(１２)が開口され、
    先端側筒部(２ｅ)は、基端側筒部(２ｍ)の先端部分に配置され、
    基端側筒部(２ｍ)内で、その中心軸線方向に所定間隔を保持して配置された複数枚の板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)と、これらの板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)の間に充填された線材(２ｄ)を備え、
    この線材(２ｄ)が前記排気浄化材(２)とされている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  8. 排気通路(１)と、この排気通路(１)に配置された排気浄化材(２)を備えた、排気浄化装置において、
    排気浄化材(２)は、ステンレス製で、ステンレス素材の表面が触媒成分を含む触媒コートで覆われておらず、ステンレス素材の表面が排気(２５)と接触するように構成され、
    排気通路(１)は、排気マニホルド(２７)で構成され、
    排気マニホルド(２７)は、先端部分に排気出口(８)が開口された筒体のコレクタ部(４)と、コレクタ部(４)の基端寄り周壁(９)から導出された複数のブランチ部(５)(６)を備え、
    コレクタ部(４)内に配置された基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)を備え、
    基端側筒部(２ｍ)には、複数(２本)のブランチ部(５)(６)から排気を導入する排気入口(１２)が開口され、
    先端側筒部(２ｅ)は、基端側筒部(２ｍ)の先端部分に配置され、
    基端側筒部(２ｍ)と先端側筒部(２ｅ)内で、これらの中心軸線方向に沿って配置された渦巻きロール状の板材(２ｊ)を備え、
    この渦巻きロール状の板材(２ｊ)が前記排気浄化材(２)とされ、
    コレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)に浄化材差込口(７)が開口され、基端側筒部(２ｍ)の基端側にフランジ部(１１ａ)が設けられ、
    排気浄化材(２)がコレクタ部(４)の浄化材差込口(７)から差し込まれ、フランジ部(１１ａ)がコレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)に固定されている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載された排気浄化装置において、
    排気浄化材(２)には、析出硬化系ステンレス鋼及び／又はオーステナイト系ステンレス鋼が用いられている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  10. 請求項６または請求項７に記載された排気浄化装置において、
    各板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)はいずれも排気通過孔(２８)を備えている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  11. 請求項２に記載された排気浄化装置において、
    各板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)はいずれも排気通過孔(２８)を備えている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  12. 請求項１１に記載された排気浄化装置において、
    最も排気上流側の板材(２ａ)は、排気下流側の所定の板材(２ｂ)よりも肉厚に形成されている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  13. 請求項１１または請求項１２に記載された排気浄化装置において、
    最も排気下流側の板材(２ｃ)は排気上流側の所定の板材(２ｂ)よりも肉厚に形成されている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  14. 請求項１１から請求項１３のいずれかに記載された排気浄化装置において、
    最も排気上流側の板材(２ａ)には、析出硬化系ステンレス鋼が用いられている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  15. 請求項１１から請求項１４のいずれかに記載された排気浄化装置において、
    最も排気下流側の板材(２ｃ)には、析出硬化系ステンレス鋼が用いられている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  16. 請求項１０から請求項１５のいずれかに記載された排気浄化装置において、
    排気下流側の所定の板材(２ｂ)には、オーステナイト系ステンレス鋼が用いられている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  17. 請求項３、請求項５、請求項７のいずれかに記載された排気浄化装置において、
    線材(２ｄ)はコイル形状に巻かれている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  18. 請求項８に記載された排気浄化装置において、
    排気浄化材(２)は、排気通路(１)の通路形成方向に中心軸線(２ｉ)を有するステンレス製の渦巻きロール状の板材(２ｊ)を備え、渦巻きロール状の板材(２ｊ)内には板材(２ｊ)の表面に沿う渦巻きロール状の排気通過隙間(２ｋ)が形成されている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  19. 請求項１８に記載された排気浄化装置において、
    渦巻きロール状の板材(２ｊ)には、板厚方向に貫通する排気通過孔(３０)が設けられている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  20. 請求項１８に記載された排気浄化装置において、
    渦巻きロール状の板材(２ｊ)には、表面から突出するスペーサ突起(３１)が設けられ、このスペーサ突起(３１)で排気通過隙間(２ｋ)が保持されている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  21. 請求項２０に記載された排気浄化装置において、
    スペーサ突起(３１)は排気通過口(３２)を備えている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  22. 請求項７に記載された排気浄化装置において、
    コレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)に浄化材差込口(７)が開口され、基端側筒部(２ｍ)の基端側にフランジ部(１１ａ)が設けられ、
    排気浄化材(２)がコレクタ部(４)の浄化材差込口(７)から差し込まれ、フランジ部(１１ａ)がコレクタ部(４)の基端部分(４ｂ)に固定されている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  23. 請求項２２に記載された排気浄化装置において、
    排気浄化材(２)には、析出硬化系ステンレス鋼及び／又はオーステナイト系ステンレス鋼が用いられている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  24. 請求項２２に記載された排気浄化装置において、
    各板材(２ａ)(２ｂ)(２ｃ)はいずれも排気通過孔(２８)を備えている、ことを特徴とする排気浄化装置。
  25. 請求項２２に記載された排気浄化装置において、
    線材(２ｄ)はコイル形状に巻かれている、ことを特徴とする排気浄化装置。
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