JP2008002320A - マフラー - Google Patents

Abstract

【課題】排ガスと外気とを効率よく混合させて排ガス温度を確実に低温化でき、かつ全体を小型化できるマフラーを提供すること。
【解決手段】小型２サイクルエンジン用のマフラーにおいて、膨張室２を有するマフラー本体１０と、マフラー本体１０に設けられた排ガスの送出口１２Ａを覆う排ガス案内部材２１と、排ガス案内部材２１に設けられた排ガスの排出口２３Ａ側を覆うカバーフード２２とを備えて構成し、排ガス案内部材２１での排ガスを案内する案内部２３を、排出口２３Ａに向かうに従ってカバーフード２２の天面２４Ｈ側に拡開させた。
【選択図】図３

Description

本発明は、マフラーに係り、ブロワ、チェーンソー、カットオフソー、刈払機等の携帯型作業機に搭載される小型エンジン用のマフラーに関する。

従来、エンジン駆動による携帯型作業機としては、エンジンブロワ、チェーンソーなどが知られている。このような携帯型作業機のエンジンは、比較的作業者に近い位置で駆動されるうえ、周囲の環境に配慮する必要から、マフラーからの排ガス温度が規制される場合があり、より低い温度での排出が望まれている。具体的には、エンジンやマフラーを覆うエンジンカバーからの排ガス温度が規制されるのである。

マフラーから出る排ガスの温度を下げる方法としては、例えば、排ガスの噴流によって外気を取り入れ、排ガスと外気とを混合させて温度を低減させることが提案されている（例えば、特許文献１）。具体的には、マフラー本体表面には、このマフラー本体からの排ガスを所定方向に排出するための排ガス案内部材が設けられ、排ガス案内部材はカバーフードに覆われている。排ガス案内部材から排出された排ガスのエゼクター効果により、カバーフード内に外気が取り入れられ、外気と排ガスとが混ざり合って排ガス温度を低減する。

特開昭５３−４４９９８号公報

しかしながら、特許文献１では、外気を取り入れるために必要なカバーフードが大型化してしまい、マフラーとしての小型化を阻害するという問題がある。従って、排ガスと外気とを効率よく混合可能な部材形状を採用し、よってマフラーの小型化を促進することが望まれている。

本発明の目的は、排ガスと外気とを効率よく混合させて排ガス温度を確実に低温化でき、かつ全体を小型化できるマフラーを提供することにある。

本発明の請求項１に係るマフラーは、膨張室を有するマフラー本体と、マフラー本体に設けられた排ガスの送出口を覆う排ガス案内部材と、排ガス案内部材に設けられた排ガスの排出口側を覆うカバーフードとを備え、前記排ガス案内部材での排ガスを案内する案内部は、前記排出口に向かうに従って前記カバーフードの天面側に拡開していることを特徴とする。

本発明の請求項２に係るマフラーは、膨張室を有するマフラー本体と、マフラー本体に設けられた排ガスの送出口を覆う排ガス案内部材と、排ガス案内部材に設けられた排ガスの排出口側を覆うカバーフードとを備え、前記送出口の中心から前記排出口までの距離は、前記排出口での開口部分の高さ以下であることを特徴とする。

本発明の請求項３に係るマフラーは、膨張室を有するマフラー本体と、マフラー本体に設けられた排ガスの送出口を覆う排ガス案内部材と、排ガス案内部材に設けられた排ガスの排出口側を覆うカバーフードと、前記膨張室内で前記送出口に取り付けられたテールパイプとを備え、前記排出口での開口部分の高さは、前記テールパイプの内径以下であることを特徴とする。

本発明の請求項４に係るマフラーは、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のマフラーにおいて、前記カバーフードには、前記排出口から噴出した排ガスと外部から取り入れられた外気とが混ざり合う外気混合部が設けられ、この外気混合部に設けられた縮径部分の最も狭小部分に対応する部位では、排ガスの流れ方向に対して交差する断面での開口面積が、前記排出口の開口面積の４倍以上であることを特徴とする。

本発明の請求項５に係るマフラーは、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のマフラーにおいて、前記カバーフードの排気口近傍には、当該排気口の面内方向の中央側に向けて突出した突片が設けられていることを特徴とする。

以上において、請求項１〜３の発明によれば、排ガス案内部材の案内部をカバーフードの天面に向けて拡開させたり、要部の寸法設定を最適化したりするので、その排出口から排出される排ガスを当該天面側に向かって確実に噴出させることができ、カバーフード内に取り込まれる空気と排ガスとを交差させて互いの混合状態を良好にできる。このため、カバーフードを大型化して大量の空気を取り入れなくとも、空気と排ガスとを効率的に混合でき、マフラー全体を小型化しつつ、排ガスの温度を良好に低減できる。

請求項４の発明によれば、排ガス案内部材から排出される排ガスの量に対して、十分な量の空気をカバーフードによって取り込むことができ、排ガスの温度をより確実に低減できるという効果がある。

請求項５の発明によれば、カバーフードの排気口からの排ガスが突片を通過することにより、排気された排ガスを外気とより大きな面積で接触させることができ、排ガスの温度をさらに効率的に低減できる。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係るマフラー１を示す全体斜視図である。図２は、図１に示すマフラー１のII−II線断面図である。図３は、図１に示すマフラー１のIII−III線断面図である。図４は、マフラー１のアタッチメント２０を拡大して示す平面図である。図５は、図４に示すアタッチメント２０を前方側から見た図であり、図６は、後方側から見た図である。なお、本明細書において、前方側とは、排ガスの流れ方向の前側をいい、後方側とは、排ガスの流れ方向の後側をいう。

本実施形態のマフラー１は、図示しないエンジンブロワに搭載される小型２サイクルエンジン用であり、内部に膨張室２が形成された箱状のマフラー本体１０と、マフラー本体１０の外表面に取り付けられたアタッチメント２０とを備えている。

マフラー本体１０は、エンジン側からの排ガスが導入される導入口１１Ａを有したベースカバー１１を備え、ベースカバー１１には周縁部分のかしめによりカバー部材１２が取り付けられている。導入口１１Ａの内側には、複数の丸孔１３Ａが穿設されたバッフル１３が設けられており、導入口１１Ａから入り込んだ排ガスがバッフル１３の対向面１３Ｂに当たった後、各丸孔１３Ａから分散しながら膨張室２内に広がる。カバー部材１２の裏面側は２重構造とされ、その内部には耐熱性を有する消音材１４が配置されている。

また、カバー部材１２には、排ガスを送出する送出口１２Ａが設けられている。この送出口１２Ａおよび前述の導入口１１Ａはそれぞれ、マフラー本体１０の厚さ方向に重ならない位置に設けられている。送出口１２Ａには、テールパイプ１５の一端がブラケット１５Ａを介して固着されている。

さらに、カバー部材１２には、一対のボルト挿入孔１２Ｂが設けられており、ベースカバー１１には、各挿入孔１２Ｂに対応した図示しない連通孔が穿設されている。挿入孔１２Ｂおよび連通孔は、マフラー本体１０内のガイドパイプ１７で連通しており、このガイドパイプ１７に挿通されるボルトにより、マフラー１がエンジンにボルト止めされる。

アタッチメント２０は、送出口１２Ａを覆う排ガス案内部材２１と、この排ガス案内部材２１を覆うカバーフード２２とが一体に設けられた構成である。排ガス案内部材２１には、上方に膨出した案内部２３が設けられており、案内部２３の一端側には排出口２３Ａが設けられている。

案内部２３の周縁には、フランジ状の挿入部２３Ｂが設けられている。排出口２３Ａの前方側には、挿入部２３Ｂと連続した取付片２３Ｃが設けられている。取付片２３Ｃの同一平面内において、排出口２３Ａの直前の部分は、開口部２３Ｄとなっている。

カバーフード２２は、排出口２３Ａおよびその前方側を覆う外気混合部２４を備えている。外気混合部２４の後方側には、先端が案内部２３の上面に固着された固定片２４Ａが延設されている。外気混合部２４と案内部２３との間の隙間は、外気を外気混合部２４内に導入するための外気導入用間隙２４Ｂとなっている。

外気混合部２４の両側には、案内部２３の取付片２３Ｃと同形状の取付片２４Ｃが設けられ、取付片２３Ｃ，２４Ｃ同士がスポット溶接等により互いに固着されている。このような取付片２３Ｃ，２４Ｃには、後方側に開口した半楕円形状の係合部２５が設けられている。

外気混合部２４の前端側には、外気混合後の排ガスを排気する排気口２４Ｄが設けられている。排気口２４Ｄの上縁には、その開口部分の面内方向中央側に向けて折曲した突片２４Ｅが設けられている。この突片２４Ｅは、排気口２４Ｄの近傍位置に当該排気口２４Ｄを塞ぐように設けられていればよく、その位置は上縁に限定されない。また、外気混合部２４の中程には、前方側に向かうに従って断面積が小さくなる縮径部２４Ｆが設けられており、縮径部２４Ｆの上面には、内側に窪んだ窪み２４Ｇが設けられている。

このようなアタッチメント２０は、排ガス案内部材２１およびカバーフード２２とが予め一体とされ、前方側から後方側へスライドさせることで、挿入部２３Ｂがカバー部材１２の表面に設けられた嵌合部１８に挿入嵌合されるとともに、各係合部２５がカバー部材１２に仮止めされたスクリュー１９に係合され、このスクリュー１９を締め付けることでマフラー本体１０に固定される。この際、排ガス案内部材２１の内部には、スパークアレスター１６が一部排出口２３Ａからはみ出した状態で配置される。

以下には、図７に基づき、アタッチメント２０での詳細な構造について説明する。
図７において、アタッチメント２０が取り付けられるカバー部材１２上の取付面１２Ｃは、本実施形態においては、テールパイプ１５の軸線に対して直交する方向から僅かに傾斜している。

その傾斜方向は、排ガスの流れ方向の前方側に向かうに従って、マフラー本体１０の厚さが小さくなる方向である。このような傾斜の大きさは、排気口２４Ｄから排気される排ガスの向きを決めるためのものであり、その実施にあたって任意に決定される。従って、そのような傾斜がない場合も考えられる。すなわち、取付面１２Ｃは、テールパイプ１５の軸線に対して直交する向きの面であってもよい。

排ガス案内部材２１において、案内部２３は、排出口２３Ａに向かうに従ってカバーフード２２の天面２４Ｈに向けてやや上向きに拡開している。ただし、案内部２３の幅寸法は、全域にわたって一定である（図４）。これにより排ガスは、排出口２３Ａからカバーフード２２の天面２４Ｈ側に向かって確実に噴出するようになる。

さらに、排出口２３Ａは、送出口１２Ａの僅かに前方側に位置して設けられており、取付面１２Ｃに平行な面内において、送出口１２Ａの中心から排出口２３Ａまでの距離Ｌ１は、取付面１２Ｃから排出口２３Ａの内側上端縁までの高さＨ１以下に設定されている（Ｌ１／Ｈ１≦１）。このような設定により、排出口２３Ａからの排ガスがより天面２４Ｈに向かい易くなっている。

図８には、Ｌ１／Ｈ１＝１．１４の場合、およびＬ１／Ｈ１＝０．７５の場合の２水準を用い、開口面積Ｓ１と開口面積Ｓ２との面積比Ｓ１／Ｓ２を異ならせたときの排ガス出口温度のシミュレーション結果が示されている。ここで、開口面積Ｓ１は、縮径部２４Ｆ前端で内部空間が最狭となる部分（例えば、図７中のVII−VII線部分であり、排ガスの流れ方向に直交する部分、ただし、窪み２４Ｇ部分を除く）の面積であり、開口面積Ｓ２は、案内部２３の排出口２３Ａの面積である。

シミュレーションされた出口温度は、排気口２４Ｄから所定距離離れた位置での測定を想定している。シミュレーションの結果、いずれの面積比においても、Ｌ１／Ｈ１＝１．１４の方の出口温度が高く、Ｌ１／Ｈ１＝０．７５の方の出口温度が低いことがわかる。

また、図７に戻り、カバーフード２２の先端は、マフラー本体１０の側面から突出しており、排気口２４Ｄから排気された排ガスが当該側面側に巻き込まれるなど、渦流の発生を抑制し、外方に向けて直線的に流れるようになっている。この際、突片２４Ｅは、排気口２４Ｄからの排ガスを正面から見て凹状に排気させる機能を有し、これによって排ガスの外気に接する面積を増加させ、排ガス温度をさらに低減させることが可能である。

以下には、図３をも参照して排ガスの流れについて説明する。
導入口１１Ａ（図２）から膨張室２内に入り込んだ排ガスは、テールパイプ１５を通して排ガス案内部材２１内に送られ、この排ガス案内部材２１の排出口２３Ａからカバーフード２２内に排出される。この際、排出口２３Ａからの排ガスは、案内部２３の断面形状が排ガスの流れ方向の先端側に向かうに従い、カバーフード２２の天面２４Ｈ側に徐々に拡開していることで、その天面２４Ｈに向かいながら拡がるように噴出する。

そして、排ガスが排出口２３Ａから噴出されたときのエゼクター効果により、排ガス案内部材２１とカバーフード２２との間に形成された外気導入用間隙２４Ｂを通して外気がカバーフード２２の外気混合部２４内に導入される。外気混合部２４内では、排出された排ガスと導入された外気とが混ざり合い、混ざり合った排ガスが排気口２４Ｄから排気される。

以上のマフラー１では、排ガス案内部材２１に設けられた案内部２３の断面形状がカバーフード２２の天面２４Ｈに向けて徐々に拡開しているため、排出口２３Ａから排出される排ガスの流れをカバーフード２２内の上方側に確実に向けることができ、排ガスとカバーフード２２内に入り込んだ外気とを互いに交差させて効率的に混合でき、排ガス温度を効果的に低減できる。加えて、Ｌ１／Ｈ１≦１といった設定により、排ガスをより確実に天面２４Ｈに向けて噴出させることができ、排ガスと外気とをさらに効率的に混合させて排ガスの温度を一層良好に低減できる。

また、カバーフード２２に設けられた窪み２４Ｇにより、カバーフード２２内の上方側を流れる外気の流れを下方に向けることができ、下方に向かう外気と上方に向かう排ガスとにより、互いの混ざり具合をより良好にできる。そして、カバーフード２２に設けられた縮径部２４Ｆは、単に排ガスの流速を高めるだけでなく、排ガスと外気との混合を促進する機能も有するため、この点でも混合を良好に行えるのである。

加えて、アタッチメント２０においては、排ガス案内部材２１とカバーフード２２とが一体に設けられ、かつスライド式で簡単にマフラー本体１０に取り付けることができ、また、容易に外すことができる。しかも、この際には、スクリュー１９を完全に取り外す必要がなく、この点でも作業が簡単である。従って、アタッチメント２０の係脱を容易に行えることで、スパークアレスター１６やテールパイプ１５内の清掃等を容易にでき、作業性を向上させることができる。

〔第２実施形態〕
図９、図１０に示す第２実施形態のアタッチメント２０では、排ガス案内部材２１の排出口２３Ａの高さＨ１が、テールパイプ１５の内径Ｄ１以下とされている（Ｈ１≦Ｄ１）。他の構成は第１実施形態と同じである。このような寸法設定とすることにより、排出口２３Ａからの排ガスの噴出速度が増し、エゼクター効果が向上して外気を効率的に引き込むことができ、排ガス温度を良好に低減できる。

また、本実施形態では、カバーフード２２中、縮径部２４Ｆ前端において、内部空間が最狭となる部分（例えば、図９中のIX−IX線部分であり、排ガスの流れ方向に直交する部分、ただし、窪み２４Ｇ部分を除く）の開口面積Ｓ１は、案内部２３の排出口２３Ａの開口面積Ｓ２の４倍以上に設定されている（Ｓ１／Ｓ２≧４）。こうすることで、外気混合部２４内で排ガスと外気とが良好に混ざり合い、排ガス温度が効果的に低減する。

図１１には、Ｈ１＝０．６７×Ｄ１、Ｈ１＝Ｄ１、Ｈ１＝１．３×Ｄ１の場合の３水準を用い、距離Ｌ１を変化させることで、高さＨ１との寸法比Ｌ１／Ｈ１を異ならせたときの排ガス出口温度のシミュレーション結果が示されている。この結果、いずれの寸法比においても、Ｈ１＝０．６７×Ｄ１の排ガス温度が低いことがわかる。なお、図９に示す寸法関係は、Ｈ１＝０．８８×Ｄ１となっている。

そして、図８に戻って示すように、開口面積Ｓ１，Ｓ２の比、すなわちＳ１／Ｓ２が４以上であれば、特にＬ１／Ｈ１＝０．７５（Ｌ１／Ｈ１≦１の場合である）において、排ガスの出口温度が３００℃以下となり、十分に低くなることがわかる。しかも、Ｌ１／Ｈ１＝１．２５の場合であっても、Ｓ１／Ｓ２が４以上になると、４以下の場合に比して出口温度を低く維持できることがわかる。

〔第３実施形態〕
図１２ないし図１４には、本発明の第３実施形態に係るマフラー１およびその要部が示されている。本実施形態では、前述の第１、第２実施形態で説明したＬ１／Ｈ１≦１、Ｈ１≦Ｄ１、およびＳ１／Ｓ２≧４の全てを満足している点が大きな特徴である。

また、アタッチメント２０の詳細な形状として、排ガス案内部材２１の取付片２３Ｃがマフラー本体１０から側方に延出しているのに対し、カバーフード２２の取付片２４Ｃは延出しておらず、カバーフード２２全体の長さが短くなっている。このため、排気口２４Ｄの位置も第１、第２実施形態と比較して送出口１２Ａ寄りに設けられている。ただし、このような場合でも、取付片２３Ｃが側方に延出していることで、排気口２４Ｄから排気された排ガスの巻き込みが防止され、前述同様にスムースな排気を実現可能である。

また、カバーフード２２は、排ガス案内部材２１の取付片２３Ｃに設けられた一対の折り返し部２４Ｉのかしめにより、排ガス案内部材２１に圧着固定されているとともに、貫通孔２４Ｊに挿通されるスクリュー１９により、排ガス案内部材２１と共にマフラー本体１０に共締めされている。排ガス案内部材２１の挿入部２３Ｂの嵌合部１８への嵌合、および前記スクリュー１９の螺合によりアタッチメント２０全体がマフラー本体１０に固定される構造は、第１、第２実施形態と同じである。

さらに、カバーフード２２の外気混合部２４では、その幅寸法が排ガスの流れ方向に沿って同じであり、第１、第２実施形態のような縮径部を有していない。これは、カバーフード２２の高さ寸法を抑制しつつ、Ｓ１／Ｓ２≧４を満足させるために有効な形状であり、アタッチメント２０が大型化するのを防止できる。

そして、本実施形態では、そのような縮径部を有していないカバーフード２２を用いた場合でも、アタッチメント２０でのエゼクター効果による外気の吸込が良好に行えることが確認されている。むしろ、本実施形態の方が、各寸法Ｈ１，Ｌ１，Ｄ１の設定や、開口面積Ｓ１，Ｓ２の設定が全て最適化されていることで、より優れたエゼクター効果を発揮でき、第１、第２実施形態に比して排ガス温度をより低減できるのである。

本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

例えば、前記第１、第２実施形態では、排ガス案内部材２１の案内部２３の形状が、排出口２３Ａに向かうに従って拡開する形状とされていたが、第１実施形態ではＬ１／Ｈ１≦１を満足し、第２実施形態ではＨ１≦Ｄ１を満足していればよく、案内部２３の形状が排ガスの流れ方向に沿って一様な場合（排出口２３Ａに向かって拡開していない場合）でも、請求項２や請求子３の発明に含まれる。反対に、案内部２３の形状が排出口２３Ａに向かって拡開していれば、Ｌ１／Ｈ１≦１やＨ１≦Ｄ１を満足していない場合でも、請求項１の発明に含まれる。

本発明は、ブロワ、チェーンソー、カットオフソー、刈払機等の携帯型作業機に搭載される小型エンジン用のマフラーとして好適に利用できる。

本発明の第１実施形態に係るマフラーを示す全体斜視図 図１に示すマフラーのII−II線断面図。 図１に示すマフラーのIII−III線断面図。 マフラーのアタッチメントを拡大して示す図。 図４に示すアタッチメントを前方側から見た図。 図４に示すアタッチメントを後方側から見た図。 マフラーの要部を示す断面図。 第１実施形態での出口温度のシミュレーション結果を示す図。 本発明の第２実施形態に係るマフラーの要部を示す断面図。 図９に示すアタッチメントを前方側から見た図。 第２実施形態での出口温度のシミュレーション結果を示す図。 第３実施形態のマフラーを示す正面図。 第３実施形態のアタッチメントを示す図。 第３実施形態の要部を示す断面図。

符号の説明

１…マフラー、２…膨張室、１０…マフラー本体、１２Ａ…送出口、１５…テールパイプ、２１…排ガス案内部材、２２…カバーフード、２３…案内部、２３Ａ…排出口、２４…外気混合部、２４Ｅ…突片、２４Ｆ…縮径部、２４Ｈ…天面、Ｄ１…内径、Ｈ１…高さ、Ｌ１…距離、Ｓ１，Ｓ２…開口面積。

Claims (5)

1. 膨張室を有するマフラー本体と、
   マフラー本体に設けられた排ガスの送出口を覆う排ガス案内部材と、
   排ガス案内部材に設けられた排ガスの排出口側を覆うカバーフードとを備え、
   前記排ガス案内部材での排ガスを案内する案内部は、前記排出口に向かうに従って前記カバーフードの天面側に拡開している
   ことを特徴とするマフラー。
2. 膨張室を有するマフラー本体と、
   マフラー本体に設けられた排ガスの送出口を覆う排ガス案内部材と、
   排ガス案内部材に設けられた排ガスの排出口側を覆うカバーフードとを備え、
   前記送出口の中心から前記排出口までの距離は、前記排出口での開口部分の高さ以下である
   ことを特徴とするマフラー。
3. 膨張室を有するマフラー本体と、
   マフラー本体に設けられた排ガスの送出口を覆う排ガス案内部材と、
   排ガス案内部材に設けられた排ガスの排出口側を覆うカバーフードと、
   前記膨張室内で前記送出口に取り付けられたテールパイプとを備え、
   前記排出口での開口部分の高さは、前記テールパイプの内径以下である
   ことを特徴とするマフラー。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のマフラーにおいて、
   前記カバーフードには、前記排出口から噴出した排ガスと外部から取り入れられた外気とが混ざり合う外気混合部が設けられ、
   この外気混合部に設けられた縮径部分の最も狭小部分に対応する部位では、排ガスの流れ方向に対して交差する断面での開口面積が、前記排出口の開口面積の４倍以上である
   ことを特徴とするマフラー。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のマフラーにおいて、
   前記カバーフードの排気口近傍には、当該排気口の面内方向の中央側に向けて突出した突片が設けられている
   ことを特徴とするマフラー。

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