Exhaust silencer of the two-stroke engine

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、可搬式作業機械の２サイクルエンジンの排ガス消音器であって、内部に触媒体を収納するハウジングを有し、ハウジングが、ハウジング分離面において分割可能であり、且つエンジンのシリンダから排出される排ガスのための入口と、排ガス消音器から排出される排ガスのための出口とを有し、エンジンの排ガス出口に直接排ガス消音器が設けられている排ガス消音器に関するものである。

従来技術 パワーチェーンソーの２サイクルエンジンから排出される排ガスは、約600℃の温度で触媒体の内部に達する。 この温度は、触媒体内部における化学的な変換過程、例えば炭化水素から二酸化炭素及び水への変換過程により約1000℃まで上昇する。 これはこの変換過程が発熱性の過程であるからである。 ２サイクルエンジンに特有の掃気ロスにより上記変換過程にはエネルギー豊富な排ガスが提供される。 よって上記変換過程においては、
出力されたエンジン出力のオーダーの熱エネルギーが放散する。 触媒体は不規則であるので、エンジンの特性範囲の一部の領域では空気の不足をまのがれることできず、よってこの領域では有害な排ガス成分である炭素水素と一酸化炭素を完全に変換することはできない。 排ガスが排ガス出口を通って、もしくは排ガス消音器ハウジングの隙間（付き合わせ継目）を通って酵素を含む大気中に達すると、触媒体通過後の温度が酸化過程に適するほど高い場合に残留ガスが発火することがある。 これは特にパワーチェーンソーのような可搬式作業機械においては不具合であり、とりわけ高回転数で且つ完全負荷作動からアイドリング作動へ急激に切換わるときに不都合である。

目 的 本発明の目的は、従来の排ガス消音器を改良し、燃料を含んだ排ガスの発火を防ぐことである。

構 成 本発明は、上記目的を達成するため、ハウジングの内部空間が、ハウジングの組み立て状態で仕切り壁によって入口側の空間と出口側の空間との二つの空間に分割されており、仕切り壁が、排ガスの流動方向においてハウジング分離面の下流側の面内に配置され，分割されるハウジング部分と気密に結合されていること、触媒体が仕切り壁の貫通穴で支持され、ハウジングの二つの空間の連通部を形成していることを特徴とするものである。

効 果 触媒体で処理された排ガスがハウジング分離面の領域へ戻ることはなく、従って触媒体から排出される、燃料成分を含んだ高温の排ガスが、ハウジング分離面から漏出することがなく、作業者のやけど、発火の危険を防止することができる。

実施例 次に、本発明の実施例を添付の図面を用いて説明する。

添付の図面に図示した担持可能な作業機械は、手で案内されるパワーチェーンソー１として形成されている。
パワーチェーンソー１は２サイクルエンジン３（第２
図）を備えたハウジング体２と、後部グリップ４と、湾曲したグリップパイプ５と、スターター引張り部６と、
手保護部７と、排ガス消音器８と、図面には図示していない鋸刃とを有している。 鋸刃で、エンジン３によって駆動されるソーチェーンを案内することができる。

排ガス消音器８の排ガス出口部９は湾曲管10を有している。 湾曲管10は、ハウジング体２（第１図）の右側の長手側11に設けられている。 排ガスを誘導し案内管10とも呼ばれるこの湾曲管10は、エンジン３のシリンダ12
（第２図）の近くまで後方へ延びている。 案内管10の配置と湾曲は、排ガスの出口13がシリンダ12の側方にしてグリップパイプ５の下方領域にあり且つパワーチェーンソー１の長手方向に対して横方向外側に向くように選定されている。 この場合排ガスの出口13は、エンジン３の冷却空気流14のなかにあるように位置付けされているのが合目的である。 従って排ガス案内管10の出口13から排出される排ガス15は、シリンダ12から外側へ流動する冷却空気流14によって外部へ排出される。 この場合排ガスの温度はかなりの程度低下する。 排ガスの出口13から排出される排ガスが操作人にあたらないようにするため、
排ガス15を下方へ誘導する衝突壁16を出口に設けるのが好ましい。 衝突壁16は扇状に拡がるように形成することができ、このように達成すると、流出する排ガス15を冷却空気流14と集中的に混合させることもできる。

排ガス消音器８のハウジング17は、主に、シリンダ12
の付近に配置されるシェル状のハウジング部分18と、ハウジングシェル19とから構成されている。 ハウジング部分18とハウジングシェル19とは突合せになっており、その結果ハウジング17のほぼ中央部にハウジング分離面（突合せ個所）20が形成されている。 ハウジング部分18
のシリンダ12側の後壁21には、ピストン23を介してシリンダ12から吹き出す排ガスの入口22が設けられている。
排ガス消音器８の排ガスの前記出口部９は、ハウジングシェル19の片側（右側）の側壁に設けられている。 ハウジング部分18とハウジングシェル19とは、十分密閉されるように組み立てることができる。

ハウジング17内には触媒体24が設けられている。 触媒体24は、排ガス中に含まれる炭化水素を二酸化炭素と水に変換させる。 この化学的な変換過程は発熱性の反応過程であり、シリンダ12から排ガス消音器８に至るまでのほぼ600℃の熱い排ガスをさらに1000℃以上の温度へ加熱させる。

触媒体24は仕切り壁25のなかに設けられている。 触媒体24を担持している仕切り壁25は、薄板から成形されるインナーシェルとして形成することができる。 触媒体24
を仕切り壁25の貫通穴のなかで支持し、且つ気密な密閉ができるように溶接継目26を介して仕切り壁25と環状に結合させるのが合目的である。 仕切り壁25自体はハウジングシェル19の内部に固定するのが有利で、この場合仕切り壁25の外側縁をハウジングシェル19の壁とともにシェル内面に気密に溶接するのが好ましい。 ハウジングシェル19内部での仕切り壁25の位置決めは、仕切り壁25が排ガス15の流動方向（矢印）に見てハウジング分離面20
の後方（下流側）の面内にあるように行なわれる。

仕切り壁25は主に３つの機能を有している。 第１の機能は触媒体24を担持してそれを排ガス消音器８の内部の位置で、該排ガス消音器８の壁からすべての方向で間隔を保って保持することである。 第２の機能は排ガス消音器８を排ガス室R1とR2とに分割して排ガス15が排ガス消音器８の内部で触媒体24を貫流するように強制し、その際排ガスの一部が側方へ逃げないようにすることである。 従って排ガスはすべて触媒体24で前記の変換過程に曝される。 第３の機能は、仕切り壁25をハウジング分離面20の後方の面内に配置することにより、触媒体24の出口側27から排出される排ガス15がハウジング分離面20の領域へ戻らず、従って触媒体24から排出され過熱された（1000℃以上）排ガスにして不完全な変換によってまだエネルギー成分を含んだ排ガスがハウジング分離面20で発火することがないことである。

さらに仕切り壁25のなかにバイパス穴28を設けるのが好ましい。 触媒体24後方の温度が高いことにより、少量のバイパス成分が触媒体24後方の空間内で再燃焼する。
バイパス穴28を設けることにより、触媒体24の絞り作用とその結果生じる効率の低下が阻止される。

排ガス消音器８のハウジングシェル19は、少なくとも触媒体24のガス排出側27に対向する側に二重壁29を有することができる。 この二重壁29は、触媒体24側の内壁30
と、この内壁30に対して間隔をもって配置される外壁31
とから成っている。 内壁30と外壁31との間に高温度に耐えうる絶縁材料32を設けるのが合目的である。 絶縁材料
32は例えばアルミニウムケイ酸塩である。 この絶縁材料
32によって排ガス消音器の表面温度はかなりの程度降下し、1000℃から500℃まで降下する。 これはアルミニウムケイ酸塩の繊維マットの熱伝導率が悪く、外壁31に触れる外気によって外部から冷却されるからである。 さらに排ガスの熱気は二重壁のハウジングシェル19の比較的面積が大きな内壁30へ分散され、その結果すでに内壁30
で排ガスの温度を200乃至300℃だけ降下させることができ、その後絶縁材料32と外気に直接曝されている外壁31
によってさらに降下する。

絶縁は、エンジン３の停止後も非常に緩速にしか降下しない触媒体24の温度を高める。 この特性により、エンジン３を新たに作動させる際に触媒体24を非常に迅速に始動させることができる。

さらに排ガス消音器８のハウジング17に、利用者を常に比較的熱くなっている部分から保護するための接触防止部33を設けるのが好都合である。 この接触防止部33
は、軽量にするために穿孔した薄板から成ることができる。 この薄板はＵ字状に曲げられ、二重壁のハウジングシェル19にねじで固定することができる。 接触防止部33
はハウジングシェル19の前方に間隔をおいて配置され、
その結果接触防止部33を冷却するための周囲空気は外面にも内面にも触れることができる。 排ガス消音器８と接触防止部33との結合部の熱伝導を最小にするため、接触防止部33を２ヵ所または３ヵ所で固定するのが合目的であり、この場合固定個所に、熱の伝導を阻止する絶縁スペーサを設けることができる。

湾曲した排ガス案内管10により、排ガスは後方へ前部グリップパイプ５の方へ誘導される。 排ガスの出口13はグリップパイプ５の直ぐ下にして、エンジンの冷却空気を排出するシリンダ12の横に位置している。 山地の地面から塵を撒きあげたり、排ガスの臭いによる不快感を防止するため、出口13は、扇状に拡がるように形成することができる衝突壁16を設けることができ、その結果排出される排ガスは狭い噴射線として排出されるのではなく、扇状に拡がった噴射線として排出される。 触媒体24
によって浄化された排ガスは、エンジン３の冷却空気流によって集中的に冷却される。 露出している湾曲管10
は、全周にわたって且つ全長にわたってエンジンの冷却空気により冷却される。 シリンダ12から来る冷却空気流の温度はほぼ150乃至200℃である。 この冷却空気流にほぼ500℃の熱い排ガスが混合する。 冷却空気の量が排ガスの量よりもほぼ10倍多いので、排ガスの温度はかなりの程度低下する。

総括的に言えば、触媒体24によって排ガスの発散が抑えられる。 触媒体24は排ガス消音器８のハウジング17内の仕切り壁25に設けられ、ハウジングシェル19に気密に溶接されている。 仕切り壁25はハウジング17のハウジング分離面20の後方の面内にある。 触媒体24はエンジン３
のシリンダ12のすぐ横に或いは狭い間隔をおいて設けられている。 このようにエンジンの近くに配置することによって触媒体24の迅速な応答が得られる。 HCとCOの変換が発熱性の過程であるため、排ガスの温度はほぼ1000℃
に上昇する。 このため排ガス消音器のハウジングシェル
19は二重壁に形成され、表面温度をできるだけ低く保つため絶縁材料32を具備している。 利用者と周囲の部品を保護するため、接触防止部33（軽量にするため穿孔した薄板）が付加的に設けられている。 本発明にしたがって触媒体24を挿入し位置決めすることにより、ハウジング分離面20で排出される排ガスの火炎形成が阻止される。
これに加えて、ハウジングシェル19からの排出位置に或いは湾曲管10への流入位置に火炎防止ふるいを設けることができる。 排ガスの温度を更に低下させ、排ガス消音器出口における発火を防止するため、排ガスは湾曲管10
を通ってエンジン冷却空気流に誘導され、これと混合される。 これによって全体的に排ガスの発散が抑えられ、
排ガスによる汚染が防止され、騒音が減少し、触媒体が迅速に応答する。

さらに第３図の実施例からわかるように、接触防止部
33は防熱板33aを有することができる。 この防熱板33aの長さは、パワーチェーンソー１のエンジンケース壁34と十分な距離にわたって重なる程度の長さである。 即ち防熱板33aとエンジンケース壁34との重なりは、エンジン３の冷却空気の十分な量が防熱板33aの内面と排ガス消音器ハウジング17との間にある隙間35のなかへ、且つ防熱板33aの外面とエンジンケース壁34の内面によって画成されている外側の隙間36のなかへ流入することができるように選定されている。 防熱板33aは接触防止部33と一体的に形成するのが合目的である。 また接触防止部33
は、排ガス消音器ハウジング17に追加的に取付けることができるようにし、特定の地域での納品に際して、パワーチェーンソーの製造後も簡単に接触防止部33をパワーチェーンソーに追加的に設けることができるようにするのが有利である。

第６図と第７図に図示した有利な実施例では、排ガス消音器ハウジング17のなかに導入管22aが設けられている。 導入管22aは、吸気側22からハウジング分離面20を通ってハウジング17のなかまで案内され、エンジン側の後壁21に対向するハウジング壁30の直前まで延びている。 この場合ハウジング17を完全に気密に溶接するのが有利である。 前記後壁21には拡張部37が設けられ、該拡張部37は、ハウジング17の後壁21がシリンダ12から離れるように延びている管接続部38に載置することができるように形成されている。 気密な接続を達成するため、拡張部37内にはパッキンリング39が管接続部38にて支持されている。 従ってハウジング17は密封されており、従って排ガス15はもっぱら湾曲管10からしか流出できない。
シリンダ12から来る排ガスは導入管22aを通って案内され、ハウジング壁30前方の管端40で流出する。 そして第６図の矢印に従って逆方向へ流動し、触媒体24を通過する。 従ってエンジンから来る排ガスはまずエンジンから遠い位置にあるハウジングシェル19のなかへ案内され、
触媒体24を通過した後にエンジンに近い位置にあるハウジング部分18へ達する。 即ちこの実施例においては、ハウジング17の内部での排ガスの流動が全く逆の方向で行なわれ、その結果触媒体24から出る高温（約1000℃）はシリンダ12の隣りにあるハウジング部分18で発生し、シリンダ12から離れた位置にあるハウジングシェル19とその壁30はより冷えた状態にあり、即ちそれほど熱くなってはおらず、よって絶縁材及び／または二重壁を設けないで済むような有利な構成になっている。 シリンダ12のすぐ横に配置される排ガス消音器８のハウジングシェル
19と気密に溶接されるハウジング17のシェル状ハウジング部分18も同様にシリンダ12から来る冷却空気流14の作用を受けることができ、よって排ガス消音器８はすでにこの部分で集中的に冷却される。

さらに、ハウジング17の片側に凹部41を設け、この凹部41のなかに排ガス出口部９と湾曲管10とを設けるのが好ましい。 排ガスは触媒体24及びハウジング部分18から排ガス出口部９を通って湾曲管10のなかへ外側へ流動する。 凹部41のなかにも冷却空気流14が矢印にしたがって流入することができる。 それによって排ガスは湾曲管10
の全経路にわたって集中的に冷却され、その結果排ガスの温度はさらに低下する。

触媒体24を有している本発明による排ガス消音器８
は、すでにあるパワーチェーンソーにも増備できるように構成することができる。 この場合、パワーチェーンソーに備えられていた古い排ガス消音器８を、触媒体24を備えた新しい排ガス消音器８と交換する。 そのためには、排ガス消音器８のハウジング部分18が交換されるべき古い排ガス消音器のハウジング部分と同じ構成であるのが有利である。

次に、本発明の実施態様を列記しておく。

（１）完全に気密に溶接されていることを特徴とする、
請求項１に記載の排ガス消音器。

（２）少なくとも２つの取りはずし可能な部分から成ることを特徴とする、請求項１または上記第１項に記載の排ガス消音器。

（３）仕切り壁（25）が、排ガス流動方向にて触媒体（24）の後方に配置されるハウジングジェル（19）にしてただ１つの排ガス出口部（９）を備えたハウジングシェル（19）に気密に溶接されていることを特徴とする、
請求項１、上記第１項または第２項に記載の排ガス消音器。

（４）仕切り壁（25）が、触媒体（24）の排ガス流動通路に平行にバイパス（28）を有していることを特徴とする。 上記第３項に記載の排ガス消音器。

（５）ハウジング（17）が、触媒体（24）を有しているハウジングシェル（19）を外側から遮蔽している接触防止部（33）を有し、該接触防止部（33）が、帽子状に曲げられ且つ軽量化のために穿孔された板から成ることを特徴とする、上記第２項から第４項までのいずれか１つに記載の排ガス消音器。

（６）排ガス消音器（８）の外側に、両面をエンジン（３）の冷却空気流（14）にさらされる防熱板（33a）
が設けられ、該防熱板（33a）と接触防止部（33）とが一体にまとめられていることを特徴とする、請求項１または上記第１項から第５項までのいずれか１つに記載の排ガス消音器。

（７）エンジン（３）の冷却空気流（14）が防熱板（33
a）と排ガス消音器ハウジング（17）の間の隙間（35）
及び防熱板（33a）とエンジンケース壁（34）の間の隙間（36）のなかへ達するような間隔で防熱板（33a）とエンジンケース（２）のケース壁（34）とが重なるように防熱板（33a）の長さが選定されていることを特徴とする。 上記第６項に記載の排ガス消音器。

（８）触媒体（24）を有するハウジング（17）の排ガス出口部（９）が、排ガス（15）を誘導しエンジン（３）
の冷却空気流（14）にさらされる少なくとも１つの管（10）を有し、該管（10）は、後方に延びるように作業機械（１）の長手側（11）に設けられていることを特徴とする。 請求項１または上記第１項から第７項までのいずれか１つに記載の排ガス消音器。

（９）排ガスを誘導する管（10）の出口が、作業機械（１）の湾曲したグリップパイプ（５）の下方にして２
サイクルエンジン（３）のシリンダ（12）の横に設けられ、作業機械の長手方向に交差するように外側へ向けられていることを特徴とする、請求項14または上記第１項から第８項までのいずれか１つに記載の排ガス消音器。

（10）管（10）の出口（13）に、扇状に拡がるように形成された排ガス（15）用の衝突壁（16）が設けられていることを特徴とする、上記第８項または第９項に記載の排ガス消音器。

（11）触媒体（24）を備えた排ガス消音器（８）のハウジング部分（18）の構成を交換されるべき排ガス消音器のハウジング部分の構成と同一にすることによって、触媒体（24）を備えた消音器を既存の消音器と交換できるように構成し、導入管（22a）が、ハウジング分離面（2
0）を経て排ガス消音器ハウジング（17）のなかまで案内され、且つハウジング（17）の壁（30）にして後壁（21）に対向している壁（30）の前方で間隔をもって終わっていることを特徴とする、請求項１または上記第１
項から第10項までのいずれか１つに記載の排ガス消音器。

（12）排ガス出口部（９）が排ガス消音器（８）のハウジングのなかに設けられ、冷却空気流（14）が湾曲管（10）の全長にわたって該湾曲管（10）を取り巻くように流動することを特徴とする、上記第８項から第11項までのいずれか１つに記載の排ガス消音器。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による排ガス消音器を備えた可搬式作業機械の平面図、第２図は第１図の作業機械に付属の排ガス消音器をも併せて示した内燃機関の一部を示す原理図、第３図は一部を断面にて示した第１図及び第２図の排ガス消音器の側面図、第４図は第３図の排ガス消音器を他の側から見た側面図、第５図は一部を第４図の線Ｖ
−Ｖに沿って断面にて示した第４図の排ガス消音器の部分底面図、第６図は第３図に対応する排ガス消音器の側面図であって、ハウジング内へ深く突出している排ガス導入管を設けた実施例の側面図、第７図は第６図の線VI
I−VIIによる断面図である。 １……パワーチェーンソー ３……２サイクルエンジン ８……排ガス消音器 ９……排ガスの出口部 10……湾曲管 12……シリンダ 14……冷却空気流 15……排ガス 16……衝突壁 18……ハウジング部分 19……ハウジングシェル 20……ハウジング分離面 22……排ガスの入口 24……触媒体 25……仕切り壁 28……バイパス 33……接触防止部 33a……防熱板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アルバート ドレーヤー ドイツ連邦共和国 ヴァイブリンゲン フローンアッカーシュトラーセ10 (56)参考文献 実開 昭54−121131（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭54−103436（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭52−49208（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl. ⁶ ，ＤＢ名) F01N 3/24 F01N 3/28