CN104204438B - 内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机。不导致车辆布局上的问题以及制造上的问题(成本高)、对其他性能的不良影响，而减轻由废气流动引起的催化转换器的共振现象。内燃机(1)具备：在内部形成有燃烧室(4)的内燃机主体(3)；以及配设于内燃机主体(3)的排气流路(8)，具有净化废气的催化剂(11)的催化转换器(10)；在比催化转换器(10)的催化剂(11)靠上游侧的排气流路(8)上，设置使排气流路(8)内的废气的流动紊乱而使废气的压力脉动减少的突起(19)。

Description

内燃机
技术领域
本发明涉及一种具备催化转换器的内燃机。
背景技术
一般情况下，在内燃机中，将具有净化废气的催化剂的催化转换器配设于内燃机主体上所安装的废气管的管路中。
例如，在专利文献1中公开有具备催化转换器的内燃机。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-174343号公报
发明内容
发明要解决的课题
根据净化废气的催化剂的大小、构造以及从内燃机主体到催化剂为止的废气管的形状等，有时在催化转换器产生由废气流动引起的共振现象。
作为减轻由废气流动引起的催化转换器的共振现象的方法，例如存在以下(1)～(3)所示的方法。
(1)通过亥姆霍兹共振器来消除共振音。
(2)通过在废气管的管路中设置整流板来减少废气流动的压力脉动。
(3)通过缩窄废气管(管内径小径化)来减少废气流动的压力脉动。
通过上述(1)～(3)所示的方法，能够减轻由废气流动引起的催化转换器的共振现象，但存在车辆布局上的问题以及制造上的问题(成本高)、对其他性能的不良影响，并不限于一定要采用上述(1)～(3)所示的方法。
因此，本发明的目的在于，不导致车辆布局上的问题以及制造上的问题(成本高)、对其他性能的不良影响，而减轻由废气流动引起的催化转换器的共振现象。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明的内燃机的特征在于，具备：内燃机主体，在内部形成有燃烧室；以及催化转换器，配设于上述内燃机主体的排气流路，具有净化废气的催化剂；在比上述催化转换器的催化剂靠上游侧的上述排气流路上，设置有使上述排气流路内的废气的流动紊乱而使废气的压力脉动减少的突起。
也可以为，上述催化转换器具有：催化剂部，收纳上述催化剂；上游侧废气管部，与上述催化剂部连接，将废气导入上述催化剂部；以及下游侧废气管部，与上述催化剂部连接，将废气从上述催化剂部排出；上述突起设置于上述上游侧废气管部的上游端的内壁面。
发明的效果
根据本发明，能够发挥的优异效果为，能够不导致车辆布局上的问题以及制造上的问题(成本高)、对其他性能的不良影响，而减轻由废气流动引起的催化转换器的共振现象。
附图说明
图1是本发明一个实施方式的内燃机(带增压器内燃机)的概略构成图。
图2(a)是催化转换器的侧视图，图2(b)是图2(a)的A-A线向视图。
图3是表示催化转换器出口音的测定结果的图。
图4是本发明其他实施方式的内燃机(自然吸气内燃机)的概略构成图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的优选实施方式进行详细叙述。
图1表示本发明一个实施方式的内燃机。
图1所示的本实施方式的内燃机(发动机)1搭载于车辆，是安装有涡轮增压器(增压器)5的带增压器内燃机(带增压器发动机)。在图示例中，内燃机1是直列4气缸发动机，但内燃机1也可以是单气缸发动机、直列6气缸发动机以及V型6气缸发动机等其他多气缸发动机。
内燃机1具备：在内部形成有燃烧室4的内燃机主体(发动机主体)3(例如柴油机、汽油机等)；安装于内燃机主体3，形成进气流路6的一部分的进气歧管7；安装于内燃机主体3，形成排气流路8的一部分的排气歧管9；配设于进气流路6以及排气流路8，用于使向内燃机主体3供给的进气升压的涡轮增压器5；以及配设于排气流路8，具有净化废气的催化剂11的催化转换器10。
涡轮增压器5具有配设于排气流路8的涡轮5a以及配设于进气流路6的压缩机5b。在比涡轮5a靠下游侧的排气流路8上设置有催化转换器10、未图示的消音器等。在比压缩机5b靠上游侧的进气流路6上设置有未图示的空气滤清器等，在比压缩机5b靠下游侧的进气流路6上设置有中间冷却器6a等。
图2表示催化转换器10。
图2所示的本实施方式的催化转换器10，不是配置于车辆的地板下方(underfloor)的转换器，而是与排气歧管9直接连接或者隔着涡轮5a与排气歧管9连接的所谓歧管转换器。
本实施方式的催化剂11是对废气中的HC(烃)、CO(一氧化碳)进行氧化而使其无害化的氧化催化剂(DOC)。另外，催化剂11并不限定于氧化催化剂，也可以是对废气中的NOx(氮氧化物)进行还原的NOx选择还原催化剂(SCR)、NOx吸藏还原催化剂(LNT)等其他催化剂。
催化转换器10具备：收纳催化剂11的大致圆筒状的催化剂部(catalyst部)12；与催化剂部12连接，将废气导入催化剂部12的上游侧废气管部13；以及与催化剂部12连接，将废气从催化剂部12排出的下游侧废气管部14。
上游侧废气管部13主要包括：与催化剂部12的上游端连接的废气管(上游侧废气管)15；以及固定于废气管15的上游端，将催化转换器10的上游端(转换器入口)与涡轮5a的下游端(涡轮出口)进行紧固的凸缘(上游侧凸缘)16。
下游侧废气管部14主要包括：与催化剂部12的下游端连接的废气管(下游侧废气管)17；以及固定于废气管17的下游端，将催化转换器10的下游端(转换器出口)与下游侧的废气管(未图示)进行紧固的凸缘(下游侧凸缘)18。
此处，在本实施方式的内燃机1中，在涡轮5a与催化转换器10的催化剂11之间的排气流路8上，设置有使排气流路8内的废气的流动紊乱而使废气的压力脉动减少的突起19(参照图1)。
更详细来说，在将催化转换器10的上游端与涡轮5a的下游端进行紧固的凸缘16的内径部，设置有突起19。即，突起19设置于催化转换器10的上游侧废气管部13的上游端的内壁面。
可以认为，能够特别地考虑对其他性能的影响(发动机背压的上升等)，而基于实验、模拟等的结果(转换器出口音)来决定突起19的大小、位置。例如，突起19的高度h被设定为凸缘16的内径d的0.25倍程度(参照图2(b))。
接着，对本实施方式的内燃机1的作用效果进行说明。
此处，根据得到本发明所进行的试验，可知以下(1)～(5)所示的内容。
(1)由废气流动引起的共振音的产生不依存于发动机转速。
(2)共振音的产生也不依存于催化转换器的压力损失的大小。
(3)由废气流动引起的共振音的产生与涡轮增压器的增压压力(气体流量)有关，在增压压力较大的情况下产生共振音。
(4)由废气流动引起的共振音的产生与催化转换器的催化剂部的容积有关，在催化剂部的容积大到某个一定容积以上的情况下产生共振音。
(5)催化转换器上游的废气流动的压力脉动在催化转换器的催化剂部被放大(共振)而成为异常噪音(共振音)。
此外，可以认为，由废气流动引起的共振音是根据与在对饮料瓶的瓶口吹气时产生声音的现象相同的原理(共振现象)而产生的。
因此，在本实施方式的内燃机1中，在涡轮5a与催化转换器10的催化剂11之间的排气流路8上设置突起19，积极地使排气流路8内的废气流动紊乱，而使废气流动的压力脉动减少。
从涡轮5a排出的废气，具有基于涡轮5a的涡轮叶片个数的废气流动的压力脉动。当该废气流动的压力脉动与催化转换器10的催化剂部12的共振频率一致时，在催化转换器10的催化剂部12产生共振音。
在这种情况下，通过在涡轮5a与催化转换器10的催化剂11之间的排气流路8上设置突起19，由此使废气流动的压力脉动的周期(频率)紊乱，并改变废气流动的压力脉动的周期，由此能够避免废气流动与催化转换器10的催化剂部12的共振，能够抑制在催化转换器10产生异常噪音(共振音)。
此外，通过在涡轮5a与催化转换器10的催化剂11之间的排气流路8上设置突起19，由此通过突起19来积极地产生卡门涡旋，并使该卡门涡旋与排气流路8内的废气流动汇合，由此使在涡轮5a的涡轮叶片产生的废气流动的压力脉动的脉动成分(脉动振幅)紊乱，实现引起催化转换器10的共振现象的废气流动的压力脉动的脉动成分的减少。通过减少废气流动的压力脉动的脉动成分，由此能够避免废气流动与催化转换器10的催化剂部12的共振，能够抑制在催化转换器10产生异常噪音(共振音)。
向催化转换器10追加突起19，不会使催化转换器10的外观产生变化，因此不会导致车辆布局上的问题。此外，向催化转换器10追加的突起19，只要是使废气流动稍微紊乱的程度的比较小的突起即可，也不会导致制造上的问题(成本高)、对其他性能的不良影响(发动机背压的上升等)。
并且，在本实施方式的内燃机1中，在将催化转换器10的上游端与涡轮5a的下游端进行紧固的凸缘16的内径部，设置有突起19。即，突起19设置于催化转换器10的上游侧废气管部13的上游端的内壁面。在上游侧废气管部13的上游端(凸缘16)设置突起19的原因为，与在上游侧废气管15等的中途设置突起19的情况相比，该突起19的成形或者加工更容易。
图3表示对催化转换器出口音进行测定的结果。
如根据图3可知的那样，在没有突起的情况(无突起)下，当发动机转速超过2000rpm时，催化转换器出口音急剧变大，并产生共振。另一方面，如根据图3可知的那样，在具有突起的情况(有突起)下，即便发动机转速超过2000rpm，催化转换器出口音也不会急剧变大。此外，如根据图3可知的那样，在具有突起的情况下，在发动机转速超过2000rpm的区域中，与没有突起的情况相比，能够使催化转换器出口音减少10dB(A)程度。
总而言之，根据本实施方式的内燃机1，能够不导致车辆布局上的问题以及制造上的问题(成本高)、对其他性能的不良影响，而减轻由废气流动引起的催化转换器10的共振现象。
以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，而能够采用其他各种实施方式。
例如，在上述实施方式中，将本发明应用于带增压器内燃机，但也能够将本发明应用于自然吸气内燃机(自然吸气发动机)。在将本发明应用于自然吸气内燃机的情况下，如图4所示的内燃机2那样，在比催化转换器10的催化剂11靠上游侧的排气流路8上，设置使排气流路8内的废气的流动紊乱而使废气的压力脉动减少的突起19。在该情况下，也能够使用在将涡轮出口与转换器入口进行紧固的凸缘16的内径部具有突起19的催化转换器10(参照图2)，并且与上述实施方式相同，能够不导致车辆布局上的问题以及制造上的问题(成本高)、对其他性能的不良影响，而减轻由废气流动引起的催化转换器的共振现象。
即，从内燃机主体3排出的废气具有基于内燃机主体3的燃烧室4的数量的废气流动的压力脉动。当该废气流动的压力脉动与催化转换器10的催化剂部12的共振频率一致时，在催化转换器10的催化剂部12产生共振音。在这种情况下，通过在比催化转换器10的催化剂11靠上游侧的排气流路8上设置突起19，由此使废气流动的压力脉动的周期(频率)紊乱，改变废气流动的压力脉动的周期，由此能够避免废气流动与催化转换器10的催化剂部12的共振，能够抑制在催化转换器10产生异常噪音(共振音)。此外，通过在比催化转换器10的催化剂11靠上游侧的排气流路8上设置突起19，由此使在内燃机主体3的燃烧室4中产生的废气流动的压力脉动的脉动成分(脉动振幅)紊乱，减少废气流动的压力脉动的脉动成分，由此能够避免废气流动与催化转换器10的催化剂部12的共振，能够抑制在催化转换器10产生异常噪音(共振音)。
并且，也可以代替在将涡轮出口与转换器入口进行紧固的凸缘16的内径部设置突起19，而在图1所示的内燃机(带增压器内燃机)1中，在涡轮5a的下游端的内壁面上设置突起19。此外，也可以在图4所示的内燃机(自然吸气内燃机)2中，在排气歧管9的下游端(歧管出口)的内壁面上设置突起19。即便如上述那样设置突起，也与上述实施方式相同，能够不导致车辆布局上的问题以及制造上的问题(成本高)、对其他性能的不良影响，而减轻由废气流动引起的催化转换器的共振现象。
符号的说明
1 内燃机(带增压器内燃机)
2 内燃机(自然吸气内燃机)
3 内燃机主体
4 燃烧室
8 排气流路
10 催化转换器(歧管转换器)
11 催化剂
12 催化剂部
13 上游侧废气管部
14 下游侧废气管部
19 突起

Claims (2)

1.一种内燃机，其特征在于，
具备：
内燃机主体，在内部形成有燃烧室；
排气歧管，安装于上述内燃机主体；
催化转换器，配设于废气流动方向上的上述排气歧管的下游侧，具有净化废气的催化剂和收容上述催化剂的催化剂部；以及
突起，设置在比上述催化转换器的催化剂靠上游侧，通过改变废气流动的压力脉动的周期，由此避免废气流动与上述催化转换器的催化剂部的共振，
上述催化转换器具有与上述催化剂部连接并将废气导入上述催化剂部的上游侧废气管部，在上述上游侧废气管部的上游端具有凸缘，上述突起设置于上述凸缘的内径部，
上述凸缘将上述催化转换器的上游端与涡轮的下游端进行紧固，
上述突起的高度被设定为上述凸缘的内径的0.25倍。
2.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，
上述催化转换器具有下游侧废气管部，该下游侧废气管部与上述催化剂部连接，将废气从上述催化剂部排出，
上述突起设置于上述上游侧废气管部的上游端的内壁面。
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