WO2013161609A1 - 自動車用マフラ - Google Patents

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    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/037—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of inertial or centrifugal separators, e.g. of cyclone type, optionally combined or associated with agglomerators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N2490/00—Structure, disposition or shape of gas-chambers
    • F01N2490/08—Two or more expansion chambers in series separated by apertured walls only
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an automobile muffler that removes harmful components such as odor-causing substances and particulate matter contained in exhaust gas from diesel vehicles and the like.
  • Japanese Patent No. 4571653 describes an automobile muffler that uses a porous plate made of pulverized garnet (perlite) and an inorganic binder.
  • the plate material itself is porous, and a plurality of through-holes are formed in the plate material, and a plurality of plate materials in which the through-holes are formed are arranged at intervals inside the cylindrical body. This is described in Japanese Patent No. 4571653.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-256198 describes a method for producing a cordierite molded body used as a catalyst carrier for an automobile muffler.
  • the molded body is a honeycomb structure having cell walls arranged in a honeycomb shape and a large number of cells partitioned in the cell walls.
  • porous plate material made of garnet and inorganic binder described in the above-mentioned Japanese Patent No. 4571653 exhibits good performance at the beginning of the use of the muffler.
  • the interior of the plate is a space with minute holes, solid particles accumulate inside it as it continues to be used, causing the exhaust system to become clogged and causing engine performance. There is a problem that it decreases.
  • honeycomb structure described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-256198 makes the cell wall thinner in accordance with demands such as weight reduction and low pressure loss, but this causes a problem that the strength of the honeycomb structure decreases. There is.
  • An object of the present invention is to realize an automobile muffler capable of removing harmful components such as solid particles without causing clogging or lowering of engine output.
  • a plurality of cordierite plates fired into a disk shape having a plurality of through-holes are arranged in parallel with each other, and combustion exhaust gas is sequentially disposed on these cordierite plates.
  • An automobile muffler characterized by being allowed to pass through.
  • the cordierite plate according to the present invention has a stepped portion protruding in the thickness direction on the periphery and inside, and the cordierite plates contact each other at the stepped portion so that there is a gap between the cordierite plates. It can be set as the structure formed.
  • the plurality of cordierite plates may be stacked such that the through holes of adjacent cordierite plates are shifted in the circumferential direction so that the through holes do not face each other.
  • the present invention may be configured such that a perforated plate coated with a catalyst is disposed on at least one of the upstream side and the downstream side of the plurality of cordierite plates.
  • FIG. 1 is a front view of a car muffler according to the present invention, with a part thereof broken away.
  • the exhaust gas from the engine enters the muffler from the left side of the figure.
  • the muffler includes a head portion 11, an intermediate portion 12, and a rear portion 13.
  • the intermediate portion 12 as a main body portion is cylindrical, and a plurality of cordierite plates 2 are inserted into the cylindrical intermediate portion 12 in an overlapping manner. . That is, the cordierite plates 2 are arranged in parallel to each other. Further, on the downstream side of the cordierite plate 2 in the intermediate portion 12, a perforated plate 3 having a surface coated with a catalyst is disposed.
  • Cordierite is a ceramic represented by 2MgO ⁇ 2Al 2 O 3 ⁇ 5SiO 2 and has a thermal expansion coefficient as low as about half that of general porcelain, excellent thermal shock resistance, and high mechanical strength. As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-256198, it is formed into a honeycomb structure and used as a carrier for a catalyst. Is used as an adsorbent or filter for solid particles (PM).
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of the cordierite plate 2.
  • the cordierite plate 2 is obtained by adding silica as a binder to cordierite particles as a main material and firing it into a disk shape. Stepped portions 21 and 22 projecting in the thickness direction are formed at the periphery and the center. In addition, a plurality of through holes 23 are provided in the disk-shaped portion. The peripheral and central stepped portions 21 and 22 are provided such that when the cordierite plates 2 are overlapped, a gap corresponding to the level difference is generated between the cordierite plates 2.
  • the cordierite fired body is a porous body, but if this is used as a filter as it is, the back pressure acting on the engine increases and the output decreases, so that the cordierite plate 2 of the present invention can pass exhaust gas.
  • the engine efficiency is not impaired by providing a plurality of through holes 23 having an appropriate size.
  • FIG. 3 is an explanatory view for explaining the PM adsorption action of the cordierite plate 2 of the present invention.
  • a plurality of cordierite plates 2a, 2b, and 2c arranged in a stacked manner have gaps (there is a gap) due to the stepped portions 21 and 22 between the peripheral edge and the central portion. Are superposed so that their positions are shifted in the circumferential direction so that the adjacent cordierite plates 2 do not face each other.
  • the exhaust gas that has passed through the through-hole 23 of the cordierite plate 2a once collides with the disk portion because the position of the through-hole of the next cordierite plate 2b is shifted, and after it becomes turbulent, the next cordierite plate 2b Pass through.
  • the exhaust gas that has passed through the cordierite plate 2 is discharged from the rear portion 13 of the muffler after NOx is removed by the catalyst applied to the surface of the perforated plate 3 provided further downstream.
  • the perforated plate 3 may be provided on the upstream side of the cordierite plate 2, and may further be disposed on the front and rear surfaces of the cordierite plate 2.
  • the cordierite plate 2 has a diameter of 200 mm or 300 mm, a peripheral edge thickness of 30 mm, a step of 10 mm, and a through hole 23 of 13 mm in diameter.
  • a small one that is assumed to be used for a truck having a loading capacity of 2 tons has a length of 370 mm in the intermediate portion 12, a diameter of 200 mm, and six cordierite plates 2.
  • the length of the intermediate portion 12 is 540 mm
  • the diameter is 240 mm
  • the cordierite plates 2 are also six pieces.
  • the intermediate portion 12 has a length of 830 mm, a diameter of 300 mm, and eight cordierite plates 2.
  • a pressure air blowing port at the top of the head 11 and the rear 13 of the muffler and a PM discharge port at the bottom.
  • the PM emission amount was 0.386 g / kWh, which cleared the regulation value of PM emission amount “0.490 g / kWh or less” by the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism of Japan.
  • the NOx emission amount is suppressed to 5.54 g / kWh as a result of arranging the above-described perforated plates on both the upstream side and the downstream side, and this is also regulated by the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism's NOx emission regulation value “5”. .90g / kWh or less ”.

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Abstract

　目詰まりやエンジンの出力低下を招来することなく固体粒子などの有害成分を除去できる自動車用マフラを提供することを目的としている。円筒形のケーシング内に、複数個の貫通孔（２３）を設けて焼成した複数枚のコージェライト板（２）を貫通孔（２３）の位置をずらし、かつ隙間を設けて重ね、排ガスが乱流を起こしながら順次複数枚のコージェライト板（２）を通過して行くようにする。本発明によれば、自動車のエンジン性能を低下させることなく固体粒子等の有害成分を除去することができるという、優れた効果を奏する。

Description

自動車用マフラ
　本発明は、ディーゼル車などの排ガス中含まれる、悪臭の原因物質や粒子状物などの有害成分を除去する自動車用マフラに関する。
　ディーゼルエンジンなどの内燃機関を搭載している車両から排出される燃焼排ガス中の有害成分、すなわち固体粒子およびＮＯxを除去することを目的として、各種のマフラが開発されている。
　例えば特許第４５７１６５３号公報には、粉砕したざくろ石（パーライト）と無機バインダとを素材とする多孔質の板材を使用する自動車用マフラが記載されている。また、その一例として、板材そのものが多孔質であり、さらにその板材に複数の貫通孔を形成し、その貫通孔を形成した板材を筒体の内部に複数枚、間隔を設けて配置する例が、この特許第４５７１６５３号公報に記載されている。
　また一方、特開２００９－２５６１９８号公報には、自動車用マフラの触媒担体として使用するコージェライト成形体の製造方法が記載されている。その成形体は、ハニカム状に配設されたセル壁と、このセル壁内に区画された多数のセルとを有するハニカム構造体である。
　上記の特許第４５７１６５３号公報に記載されているざくろ石と無機バインダとを素材とする多孔質の板材は、マフラの使用を開始した当初は良好な性能を発揮する。しかしながら、板材の内部が微小な空孔の連続する空間となっているため、使用を継続するのにつれてその内部に固体粒子が溜まり、これが原因となって排気系統が目詰まりしてしまい、エンジン性能が低下するという問題点がある。
　また特開２００９－２５６１９８号公報に記載されたハニカム構造体は、軽量化や低圧損化などの要求に従ってセル壁を薄肉化することになるが、そうするとハニカム構成体の強度が低下するという問題点がある。
　本発明は、目詰まりやエンジンの出力低下を招来することなく固体粒子などの有害成分を除去できる自動車用マフラを実現することを目的とする。
　本発明は、円筒形のケーシング内に、複数個の貫通孔を有する円盤状に焼成した複数枚のコージェライト板を隙間を設けて互いに平行に配列し、燃焼排ガスをこれらのコージェライト板に順次通過させるようにしたことを特徴とする自動車用マフラである。
　本発明における前記コージェライト板は、周縁と内側とに厚さ方向に突出した段付き部を有し、各コージェライト板同士がその段付き部で接触することによりコージェライト板同士の間に隙間が形成された構成とすることができる。
　また、本発明では、前記複数枚のコージェライト板は、隣り合うコージェライト板の前記貫通孔同士が互いに対向しないようにそれらの貫通孔を円周方向にずらせて重ねられていてよい。
　さらに、本発明は、前記複数枚のコージェライト板より上流側と下流側との少なくとも一方に、触媒を塗布した孔開き板が配置された構成であってよい。
　したがって、本発明によれば、自動車のエンジン性能を低下させることなく固体粒子等の有害成分を除去することができるという、優れた効果を奏する。
実施例の自動車用マフラを一部断面で示す正面図である。 実施例のコージェライト板を一部断面で示す斜視図である。 本発明のコージェライト板のＰＭ吸着作用を説明する説明図である。
　以下、本発明の好ましい実施例を、図面により説明する。図１は本発明に係る自動車用マフラを、その一部を破断して正面図である。エンジンからの排ガスは図の左側からマフラ内に進入する。マフラは頭部１１、中間部１２、後部１３よりなり、本体部分である中間部１２は円筒形で、この円筒形の中間部１２内に複数枚のコージェライト板２が重ねて挿入されている。すなわち、各コージェライト板２が互いに平行に配列されている。さらに中間部１２のコージェライト板２の下流側には表面に触媒を塗布した孔開き板３が配置されている。
　コージェライト（cordierite）は２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳiＯ2で示されるセラミックスで、熱膨張係数は一般的な磁器の半分程度と低く、耐熱衝撃性にすぐれ、機械的強度も高い。前述した特開２００９－２５６１９８号公報に記載されているようにハニカム構造体に成形して触媒の担体としても使われるが、本発明ではコージェライト粒子の表面積がきわめて大きいことを利用して、これを固体粒子（ＰＭ）の吸着体ないしフィルタとして使用する。
　図２はコージェライト板２の一例を示す斜視図である。コージェライト板２は主材料のコージェライト粒子にバインダとしてのシリカを加えて円盤状に焼成したもので、周縁と中央に厚さ方向に突き出た段付き部２１，２２を形成してある。また円盤状の部分には複数個の貫通孔２３が設けてある。周縁と中央の段付き部２１，２２は、このコージェライト板２を重ねたとき、その間に段差分だけの隙間がコージェライト板２同士の間に生じるように設けたものである。
　コージェライト焼成体は多孔質体であるが、これをそのままフィルタとして使用したのではエンジンに作用する背圧が高くなって出力が低下するので、本発明のコージェライト板２は排ガスが通過できるよう、適当な大きさの貫通孔２３を複数個設けることによりエンジン効率を損なわないようにしてある。
　図３は本発明のコージェライト板２のＰＭ吸着作用を説明する説明図である。重ねて配置された複数枚のコージェライト板２ａ，２ｂ，２ｃは、前記の周縁と中央部との段付き部２１，２２により隙間が生じており（間隔があいており）、また貫通孔２３は隣り合うコージェライト板２同士で互いに対向しないように位置が円周方向にずれるように重ねられる。コージェライト板２ａの貫通孔２３を通過した排ガスは、次のコージェライト板２ｂの貫通孔の位置がずれているために一旦円盤部分に衝突し、乱流となった後に次のコージェライト板２ｂを通過する。この間で運動エネルギーが失われ、排気中に含まれていた固体粒子が失速して、コージェライト粒子に吸着されたり、落下して内部に堆積したりして、コージェライト板２を通過する毎に排気中のＰＭの量が減少する。
　コージェライト板２を通過した排ガスは、さらに下流に設けた孔開き板３の表面に塗布した触媒によりＮＯxを除去されてマフラの後部１３から排出される。孔開き板３はコージェライト板２の上流側に設けてもよいし、さらにコージェライト板２の前後面に重ねて配置してもよい。
　さらに、マフラ内部の高温ガスの通過する位置に金網を設けることも有効である。
　寸法例を挙げると、コージェライト板２の直径は２００ｍｍあるいは３００ｍｍ、周縁部の厚さは３０ｍｍ、段差は１０ｍｍ、貫通孔２３の径は１３ｍｍである。
　マフラ全体では、積載量が２トンのトラックに使用することを想定した小型のものでは、中間部１２の長さ３７０ｍｍ、直径２００ｍｍ、コージェライト板２は６枚である。また積載量が４トンのトラックに使用することを想定した中型のものでは、中間部１２の長さ５４０ｍｍ、直径２４０ｍｍ、コージェライト板２は同じく６枚である。積載量が１０トンのトラック用の大型のものでは、中間部１２の長さ８３０ｍｍ、直径３００ｍｍ、コージェライト板２は８枚である。
　なお、内部に溜まったＰＭを随時除去するため、マフラの頭部１１および後部１３の頂部に圧力空気吹き込み口、底部にＰＭ排出口を設けるとよい。
　本発明に係るマフラを１年間、継続して使用する検証試験を行った。ＰＭの排出量は０．３８６ｇ／ｋＷｈであり、日本国の国土交通省によるＰＭ排出量の規制値「０．４９０ｇ／ｋＷｈ以下」をクリアしていた。ＮＯxの排出量は、上流側および下流側の両方に上述した孔開き板を配置した結果、５．５４ｇ／ｋＷｈに抑えられ、これも日本国の国土交通省によるＮＯx排出量の規制値「５．９０ｇ／ｋＷｈ以下」をクリアしている。
　そして実車（積載量４トンのディーゼル車）における走行テストで、荷台に荷を載せないときの燃費は高速道で１０．１ｋｍ／リットル、一般道で１０．３ｋｍ／リットルであり、４．４トンの荷を積んだ状態で高速道を走行した場合の燃費が７．７０ｋｍ／リットル、一般道わ走行した場合の燃費が８．４７ｋｍ／リットルであった。この走行テストにより、本発明に係るマフラの圧力損失が少なく、エンジン性能を阻害していないことが立証された。

Claims (4)

  1. 　円筒形のケーシング内に、複数個の貫通孔を有する円板状に焼成した複数枚のコージェライト板を隙間を設けて互いに平行に配列し、燃焼排ガスをこれらのコージェライト板に順次通過させるように構成されていることを特徴とする自動車用マフラ。
  2. 　前記コージェライト板は、周縁と内側とに厚さ方向に突出した段付き部を有し、各コージェライト板同士がその段付き部で接触することによりコージェライト板同士の間に隙間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の自動車用マフラ。
  3. 　前記複数枚のコージェライト板は、隣り合うコージェライト板の前記貫通孔同士が互いに対向しないようにそれらの貫通孔を円周方向にずらせて重ねられていることを特徴とする請求項１または２に記載の自動車用マフラ。
  4. 　前記複数枚のコージェライト板より上流側と下流側との少なくとも一方に、触媒を塗布した孔開き板が配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の自動車用マフラ。
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