KR100604733B1

KR100604733B1 - 엔진용 배기 정화 기능을 구비한 배기 머플러

Info

Publication number: KR100604733B1
Application number: KR1020050024900A
Authority: KR
Inventors: 슈지 오노; 쇼사쿠 시바
Original assignee: 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2004-04-07
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2006-07-28
Also published as: CN100376768C; TWI299767B; DE602005000368T2; KR20060045346A; CN1680685A; DE602005000368D1; CA2503296C; CN2802095Y; JP4381868B2; JP2005299419A; EP1584800B1; EP1584800A1; US7296657B2; TW200537011A; US20050224284A1; CA2503296A1

Abstract

인접 기기에의 열해가 적고, 구조가 간단하며 저비용이며, 게다가 엔진 출력의 저하가 적은 엔진용 배기 정화 기능을 구비한 배기 머플러를 제공한다.

박스형의 머플러 본체(15) 내부를 구획 부재(19)에 의해 제1 배기실(16) 및 제2 배기실(17)로 구획하는 동시에, 이 구획 부재(19)에 제3 배기실(18)을 형성하고, 엔진(E)의 배출 가스를 제1 배기실(16)에 도입하는 배기 입구(25)를 머플러 본체(15)에 마련하고, 제1 및 제2 배기실(16, 17) 사이를 연통시키는 제1 연통 구멍(31)과, 제2 배기실(17)을 제3 배기실(18)로 연통시키는 제2 연통 구멍(32)을 구획 부재(19)에 마련하고, 제3 배기실(18)을 배기 출구관(35)을 통해 대기로 개방하고, 구획 부재(19)의 제1 및 제2 배기실(16, 17)에 면하는 외표면 및 제3 배기실(18)에 면하는 내표면에 배기 정화용 촉매(37)를 담지하고, 머플러 본체(15)의 내면은 배기 정화용 촉매의 비담지면으로 했다.

Description

엔진용 배기 정화 기능을 구비한 배기 머플러{ENGINE EXHAUST MUFFLER WITH EXHAUST EMISSION CONTROL FUNCTION}

도 1은 본 발명의 배기 머플러를 구비한 범용 엔진의 정면도.

도 2는 도 1의 화살표 2에서 본 도면.

도 3은 도 1의 화살표 3에서 본 도면.

도 4는 도 3의 4-4선을 따라 취한 엔진의 일부 및 배기 머플러의 단면도.

도 5는 도 4의 5-5선을 따라 취한 단면도.

도 6은 도 4의 6-6선을 따라 취한 단면도.

도 7은 도 4의 7-7선을 따라 취한 단면도.

도 8은 상기 배기 머플러에 있어서의 구획 부재의 분해 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

E: 엔진

M: 배기 머플러

15: 머플러 본체

16: 제1 배기실

17: 제2 배기실

18: 제3 배기실

19: 구획 부재

25: 배기 입구

26: 제1 확산판

27: 제2 확산판

31: 제1 연통 구멍

32: 제2 연통 구멍

33: 제3 연통 구멍

25: 배기 출구관

37: 촉매

본 발명은 주로 범용 엔진에 적용되는 배기 정화 기능을 구비한 배기 머플러의 개량에 관한 것이다.

종래 엔진용 배기 정화 기능을 구비한 배기 머플러로서, 중공의 머플러 본체의 내면에 배기 정화용 촉매를 담지한 다공질체를 고착한 것이 하기 특허 문헌 1에 개시된 바와 같이 공지되어 있고, 또한 중공의 머플러 본체 내의 배기 통로에 배기 정화용 촉매를 담지한 허니컴체 또는 다공질체를 개재한 것이 하기 특허 문헌 2에 개시된 바와 같이 공지되어 있다.

<특허 문헌 1: 일본 특허 공개 공보 평성 제5-141233호>

<특허 문헌 2: 일본 특허 제2618764호>

특허 문헌 1에 개시된 발명에서는, 배기 정화용 촉매를 담지한 다공질체가 머플러 본체의 내벽에 고착되어 있기 때문에, 배기 정화용 촉매에서 발생하는 배기 정화 반응열에 의해 머플러 본체가 과열되고, 배기 머플러의 인접 기기에 열해(熱害)가 미칠 우려가 있고, 또한 특허 문헌 2에 개시된 발명에서는, 구조가 복잡하고 고비용이 될 뿐만 아니라, 허니컴체 또는 다공질체에 있어서 한번에 배기 정화를 하기 때문에, 배기 온도의 상승이 심하며 머플러 본체의 허니컴체 또는 다공질체에 근접한 부분이 특히 과열되고, 허니컴체 또는 다공질체에 의한 엔진 배압의 상승에 의해 다소간의 출력 저하를 수반하므로, 특히 비교적 소배기량의 범용 엔진에는 부적합하다.

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 인접 기기에의 열해가 적고, 구조가 간단하고 저비용이며, 엔진 출력의 저하가 적은 엔진용 배기 정화 기능을 구비한 배기 머플러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 중공의 머플러 본체 내를 구획 부재에 의해 제1 배기실 및 제2 배기실로 구획하는 동시에, 이 구획 부재에 제3 배기실을 형성하고, 엔진의 배출 가스를 제1 배기실에 도입하는 배기 입구를 머플러 본체에 마련하며, 제1 및 제2 배기실 사이를 연통시키는 제1 연통 구멍과, 제2 배기실을 제3 배기실로 연통시키는 제2 연통 구멍을 구획 부재에 마련하고, 제3 배기실 을 배기 출구관을 통해 대기에 개방하고, 구획 부재의 제1 및 제2 배기실에 면한 외표면 및 제3 배기실에 면한 내표면에 배기 정화용 촉매를 담지하고, 머플러 본체의 내면은 배기 정화용 촉매의 비담지면으로 한 것을 제1의 특징으로 한다.

본 발명은 제1의 특징에 부가하여 제1 배기실에는 배기 입구에서 제1 배기실에 유입된 배출 가스를 확산시키는 제1 확산판을 배치한 것을 제2의 특징으로 한다.

본 발명은 제1 또는 제2의 특징에 부가하여, 제2 배기실에는 제1 연통 구멍으로부터 제2 배기실로 유입된 배출 가스를 확산시키면서 제3 배기실측으로 유도하는 제2 확산판을 배치한 것을 제3의 특징으로 한다.

본 발명은 제1의 특징에 부가하여, 배기 출구관의 내면은 배기 정화용 촉매의 비담지면으로 한 것을 제4의 특징으로 한다.

본 발명의 실시 형태를, 첨부 도면에 도시한 본 발명의 적합한 실시예에 기초하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 배기 머플러를 구비한 범용 엔진의 정면도, 도 2는 도 1의 화살표 2에서 본 도면, 도 3은 도 1의 화살표 3에서 본 도면, 도 4는 도 3의 4-4선을 따른 엔진의 일부 및 배기 머플러의 단면도, 도 5는 도 4의 5-5선을 따른 단면도, 도 6은 도 4의 6-6선을 따른 단면도, 도 7은 도 4의 7-7선을 따른 단면도, 도 8은 상기 배기 머플러내의 구획 부재의 분해 사시도이다.

우선, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 범용 엔진(E)의 엔진 본체(1)는 하면에 설치되어 플랜지(2a)를 구비하고 크랭크 축(4)을 수평으로 지지하는 크랭크 케이스(2)와, 이 크랭크 케이스(2)로부터 일측으로 경사져 상향으로 돌출하는 실린더(3)로 이루어지고, 크랭크 케이스(2)의 정면측에는 크랭크 축(4)을 크랭킹하는 리코일식 엔진 스타터(5)가 장착된다. 또한 엔진 본체(1)에는, 크랭크 케이스(2)의 상측에 배치되는 연료 탱크(T)와, 실린더(3)의 상측에서 연료 탱크(T)에 인접하는 흡기 에어 클리너(A) 및 배기 머플러(M)가 장착된다.

도 4에 있어서, 상기 실린더(3)는 크랭크 케이스(2)에 연속해있는 실린더 블록(3a)과, 이 실린더 블록(3a)의 단부면에 접합되고 실린더 블록(3a) 내의 피스톤(6)이 면하는 연소실(7)을 갖는 실린더 헤드(3b)와, 이 실린더 헤드(3b)에 접합되어 그들 사이에 구동 밸브실(8)을 구획하는 헤드 커버(3c)로 구성되고, 실린더 헤드(3b)에는 연소실(7)에 연속해 있는 배기 포트(9)에 연통하는 배기관(10)의 하단 연결 플랜지(10a)가 볼트(12)에 의해 고착되고 이 배기관(10)에 배기 머플러(M)가 연결된다.

상기 배기 머플러(M)에 관하여, 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명한다.

도 4 및 도 5에 있어서, 배기 머플러(M)는 박스형의 머플러 본체(15)와, 이 머플러 본체(15)내에 하나의 대각선에 따라서 배치되어 그 내부를 제1 배기실(16) 및 제2 배기실(17)로 구획하는 구획 부재(19)와, 머플러 본체(15)의 배기관(10)측 하면을 제외한 외면을 덮고, 머플러 본체(15)에 복수의 태핑 나사(21, 21…)에 의해 고착되는 합성 수지제 또는 강판제의 머플러 커버(20)로 이루어진다.

머플러 본체(15)는 하나의 대각선을 따라서 분할되는 강판제의 하부 머플러 반쪽 부재(15b) 및 상부 머플러 반쪽 부재(15a)로 이루어지고, 상부 머플러 반쪽 부재(15a) 외주의 코오킹부(22)를 하부 머플러 반쪽 부재(15b) 외주의 플랜지부(23)에 코오킹함으로서, 양 머플러 반쪽 부재(15a, 15b)는 결합된다. 그 때, 코오킹부(22) 및 플랜지부(23) 사이에 상기 구획 부재(19)의 외주부를 끼움으로써, 구획 부재(19)는 머플러 본체(15)에 결합된다.

도 4에 도시한 바와 같이, 하부 머플러 반쪽 부재(15b)에는, 배기관(10)을 제1 배기실(16)에 개구시키는 배기 입구(25)가 마련되고, 이 배기 입구(25)를 덮어 배기 입구(25) 및 구획 부재(19) 사이를 가로막는 제1 확산판(26)이 하부 머플러 반쪽 부재(15b)의 내벽에 접합되며, 이 제1 확산판(26)에 의해 배기 입구(25)로부터 제1 배기실(16)에 유입된 배출 가스를 확산시켜 배출 가스의 구획 부재(19)에의 충돌을 막도록 되어 있다.

제1 확산판(26)에는, 하부 머플러 반쪽 부재(15b)를 관통하는 연결 볼트(28)가 용접되어 있고, 이 연결 볼트(28)와 이것에 나사 결합하는 너트(29)에 의해 제1 확산판(26) 및 하부 머플러 반쪽 부재(15b)는 상기 배기관(10)의 상단 연결 플랜지(10b)에 고착된다. 이렇게 해서 제1 확산판(26)은 하부 머플러 반쪽 부재(15b)의 보강판을 겸하게 된다.

도 5 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 구획 부재(19)는 상호 접합되는 강판제의 상부 구획 반쪽 부재(19a) 및 하부 구획 반쪽 부재(19b)로 이루어지고, 하부 구획 반쪽 부재(19b)의 한쪽 절반부에는, 상호 간격을 두고 나란히 배열되는 두 쌍의 제1 연통 구멍(31, 31…; 31, 31…)군이 마련되고, 이들에 의해서 제1 및 제2 배기실(16, 17) 사이가 연통된다. 또한 상부 구획 반쪽 부재(19a)의 한쪽 절반부에는, 상기 두 쌍의 제1 연통 구멍(31, 31…; 31, 31…)군을 덮도록 배치되어, 제1 연통 구멍(31, 31…; 31, 31…)군으로부터 제2 배기실(17)에 유입된 배출 가스를 후술하는 제3 배기실(18) 측으로 유도하는 한 쌍의 제2 확산판(27, 27)이 컷 업 부재에 의해 형성된다.

양 구획 반쪽 부재(19a, 19b)의 다른 절반부 사이에는, 이들을 외측에 팽출시켜 제3 배기실(18)이 형성되는 동시에, 제2 배기실(17)을 이 제3 배기실(18)로 연통하는 제2 연통 구멍(32, 32…)군이 상부 구획 반쪽 부재(19a)에 마련된다.

그리고, 제3 배기실(18)은 두 쌍의 제1 연통 구멍(31, 31…; 31, 31…)군 사이를 통과하는 배기 출구관(35)을 통해 대기에 개방된다.

상기 배기 출구관(35)은 제3 배기실(18)을 횡단하도록 상부 및 하부 구획 반쪽 부재(19a, 19b) 사이에 지지되는 파이프 부재(35a)와, 이 파이프 부재(35a)에 연통하도록 상부 및 하부 구획 반쪽 부재(19a, 19b) 사이에 팽출하여 형성되는 파이프형 부재(35b)로 이루어지고, 그 파이프형 부재(35b)가 두 쌍의 제1 연통 구멍(31, 31…; 31, 31…)군 사이를 통과하여 상부 및 하부 머플러 반쪽 부재(15a, 15b)의 접합면 사이를 관통하고, 외부에 돌출하도록 배치된다. 파이프 부재(35a)의 한쪽 단부에는, 제3 배기실(18)을 배기 출구관(35)으로 연통하는 하나 또는 복수의 절결형의 제3 연통 구멍(33)이 마련된다.

그렇게 하여, 구획 부재(19)의 제1 및 제2 배기실(16, 17)에 면하는 외표면 및 제3 배기실(18)에 면하는 내표면에는 배기 정화용 촉매(37)가 담지되고, 머플러 본체(15)의 내면 및 배기 출구관(35)은 배기 정화용 촉매의 비담지면이 된다. 배 기 정화용 촉매(37)는, 산화 촉매로서의 Pt 또는 Pd와, 환원 촉매로서의 Rh로 이루어져 있다. 따라서, 배기중의 HC, CO는 산화촉매에 의해 산화 처리되고 또 배기중의 NOx는 환원 촉매에 의해 환원 처리된다.

머플러 커버(20)에는, 배기 출구관(35)의 외측 단부 개구에 대향하는 통과 구멍(38)이 마련되는 동시에, 이 통과 구멍(38)을 가로지르는 철망제의 스파크 어레스터(39)가 부설된다.

다음에, 이 실시예의 작용에 관해서 설명한다.

엔진(E)의 배기 행정으로, 연소실(7)을 나온 배출 가스는 배기 포트(9), 배기관(10) 및 배기 입구(25)를 순차 경유하여 제1 배기실(16)에 유입된다. 그 때 배출 가스는 제1 확산판(26)에 충돌하는 것으로, 구획 부재(19)에 충돌하는 일은 없고, 제1 배기실(16)의 전체에 확산된다. 그 결과, 배출 가스는 촉매(37)를 담지한 구획 부재(19)의 제1 배기실(16)에 면하는 외표면에 남김없이 접촉하여 효과적으로 정화된다. 더구나 배기 입구(25)에서 제1 배기실(16)로 유입된 배출 가스가 구획 부재(19)에 직접 충돌하는 일은 없으므로, 구획 부재(19)의 외표면이 국부적으로 과열되는 일은 없고, 구획 부재(19)의 내구성을 높일 수 있다.

제1 배기실(16)에서 정화된 배출 가스는 두 쌍의 제1 연통 구멍(31, 31…; 31, 31…)군에서 제2 배기실(17)로 이행하지만, 그 때 한 쌍의 제2 확산판(27, 27)에 의해 확산되면서 전체적으로는 제3 배기실(18)측으로 유도된다. 그 결과, 배출 가스는 촉매(37)를 담지한 구획 부재(19)의 제2 배기실(17)에 면하는 외표면에 남김없이 접촉하여 재차 정화된 후, 제2 연통 구멍(32, 32…)군을 통과하여 제3 배기 실(18)로 원활하게 이행될 수 있다. 그리고, 그 배출 가스는 촉매(37)를 담지한 구획 부재(19)의 제3 배기실(18)에 면하는 내표면에 접촉하여 더욱 정화된 후, 제3 연통 구멍(33)에서 배기 출구관(35)을 경유하여 대기에 배출된다.

이와 같이, 배출 가스가 제1 배기실(16)부터 제3 배기실(18)을 순차 이동하는 사이에, 구획 부재(19)의 외표면 및 내표면에 있어서 정화 작용을 단계적으로 받기 때문에, 정화 반응열에 의한 배기 온도의 상승도, 그리고 구획 부재(19) 자체의 온도 상승도 비교적 적다. 더구나 머플러 본체(15)의 내면은 배기 정화용 촉매의 비담지면으로 되어 있으므로, 머플러 본체(15)의 과열을 회피할 수 있고, 따라서 배기 머플러(M)에는, 통상의 배기 머플러의 경우와 같이 그 외면을 덮는 한 층의 간단한 머플러 커버(20)를 장착함으로써, 연료 탱크(T) 등의 인접 기기에 열해를 미치는 것을 회피할 수 있다. 게다가, 촉매 담지 전용의 허니컴체 또는 다공질체는 사용하지 않기 때문에, 구조가 매우 간단하고 염가이다.

또한 제3 배기실(18)을 대기에 개방하는 배기 출구관(35)의 내면도, 배기 정화용 촉매의 비담지면으로 되어 있으므로, 배기 출구관(35)을 통과하는 배출 가스의 온도 상승을 극력 억제하고, 스파크 어레스터(39)의 내구성을 확보하는 동시에, 배출 가스에 의한 인접 기기에의 영향을 막을 수 있다.

게다가, 배기 출구관(35)의 길이를, 엔진(E)의 상용 회전수에 맞춰 적절히 설정함으로써, 엔진(E)의 배기 맥동을 유효하게 이용하여 외기를 제3 배기실(18)에서 제1 배기실(16)로 끌어들일 수 있고, 따라서 산화 반응에 의한 배기 정화 성능의 향상을 꾀할 수 있다.

또한 배출 가스는 제1 배기실(16)부터 제3 배기실(18)로 순차 이행할 때의 팽창에 의한 감쇠 작용에 의해 소음(消音)된다.

또한 구획 부재(19)의 외표면 및 내표면에 담지한 배기 정화용 촉매(37)는 배출 가스의 흐름을 거의 방해하지 않으므로, 배압의 상승을 억제하여 엔진(E)의 출력 저하를 극력 막을 수 있다. 따라서, 이 배기 머플러(M)는 소배기량의 범용 엔진용으로서 적합하다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 설계 변경이 가능하다.

본 발명의 제1의 특징에 따르면, 엔진의 배출 가스는 제1 배기실에서부터 제3 배기실을 순차 이동하는 사이에, 구획 부재의 외표면 및 내표면에 있어서 정화 작용을 단계적으로 받게 되고, 정화 반응열에 의한 배기 온도의 상승과 구획 부재 자체의 온도 상승도 극히 적게 할 수 있다. 더구나 머플러 본체의 내면은 배기 정화용 촉매의 비담지면으로 되어 있으므로, 머플러 본체의 과열을 회피할 수 있고, 인접 기기에의 열해를 간단히 막을 수 있다. 게다가, 촉매 담지 전용의 허니컴체 또는 다공질체는 사용하지 않기 때문에, 구조가 간단하고 저렴하게 제공할 수 있다.

또한 배기 출구관의 길이를 엔진의 상용 회전수에 맞춰 적당히 설정함으로써, 엔진의 배기 맥동을 유효하게 이용하여 외기를 제3 배기실에서 제1 배기실로 끌어들일 수 있어, 산화 반응에 의한 배기 정화 성능의 향상을 꾀할 수 있다.

나아가 구획 부재의 외표면 및 내표면에 담지한 배기 정화용 촉매는 배출 가스의 흐름을 거의 방해하지 않기 때문에, 엔진의 배압의 상승을 억제하여 출력 저하를 극력 막을 수 있다.

본 발명의 제2의 특징에 따르면, 배기 입구에서 제1 배기실로 유입된 배출 가스를 제1 확산판에 의해 제1 배기실의 전체에 확산시켜, 촉매를 담지한 구획 부재의 외표면에 남김없이 접촉시켜, 이를 효과적으로 정화할 수 있다. 또한, 배기 입구에서 제1 배기실로 유입된 배출 가스의 구획 부재에의 충돌이 없으므로, 구획 부재의 외표면이 국부적으로 과열되는 일은 없고, 구획 부재의 내구성을 높일 수 있다.

본 발명의 제3의 특징에 따르면, 제1 배기실에서 제1 연통 구멍을 통해서 제2 배기실로 이행한 배출 가스를, 제2 확산판에 의해 확산시키면서 전체적으로는 제3 배기실 측으로 유도하기 때문에, 배출 가스는 촉매를 담지한 구획 부재의 제2 배기실에 면하는 외표면에 남김없이 접촉하여 재차 정화된 후, 제2 연통 구멍을 통과하여 제3 배기실로 원활하게 이행될 수 있어, 배기 정화 효율을 높일 수 있다.

본 발명의 제4의 특징에 따르면, 배기 출구관을 통과하는 배출 가스의 온도 상승을 극력 억제하여, 배출 가스에 의한 인접 기기에의 영향을 막을 수 있다.

Claims

중공의 머플러 본체(15) 내부를 구획 부재(19)에 의해 제1 배기실(16) 및 제2 배기실(17)로 구획하는 동시에, 이 구획 부재(19)에 제3 배기실(18)을 형성하고, 엔진(E)의 배출 가스를 제1 배기실(16)로 도입하는 배기 입구(25)를 머플러 본체(15)에 마련하고, 제1 및 제2 배기실(16, 17) 사이를 연통하는 제1 연통 구멍(31)과, 제2 배기실(17)을 제3 배기실(18)에 연통시키는 제2 연통 구멍(32)을 구획 부재(19)에 마련하고, 제3 배기실(18)을 배기 출구관(35)을 통해 대기에 개방하고, 구획 부재(19)의 제1 및 제2 배기실(16, 17)에 면하는 외표면 및 제3 배기실(18)에 면하는 내표면에 배기 정화용 촉매(37)를 담지하고, 머플러 본체(15)의 내면은 배기 정화용 촉매의 비담지면으로 한 것을 특징으로 하는 엔진용 배기 정화 기능을 구비한 배기 머플러.
제1항에 있어서, 제1 배기실(16)에는, 배기 입구(25)에서 제1 배기실(16)로 유입된 배출 가스를 확산시키는 제1 확산판(26)을 배치한 것을 특징으로 하는 엔진용 배기 정화 기능을 구비한 배기 머플러.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 배기실(17)에는, 제1 연통 구멍(31)에서 제2 배기실(17)로 유입된 배출 가스를 확산시키면서 제3 배기실(18) 측으로 유도하는 제2 확산판(27)을 배치한 것을 특징으로 하는 엔진용 배기 정화 기능을 구비한 배 기 머플러.
제1항에 있어서, 배기 출구관(35)의 내면은 배기 정화용 촉매의 비담지면으로 한 것을 특징으로 하는 엔진용 배기 정화 기능을 구비한 배기 머플러.