JP2000154719A - 内燃機関の排気ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】横置に配置された内燃機関の正面からずれた位
置にラジエータファン及びファンシュラウドが配設され
た車両に適用され、排気マニホールドとマニホールドコ
ンバータとを、それらの直結部位に形成される直結経路
以外で連通する迂回経路を設けたものにおいて、この迂
回経路に十分な長さを無理なく付与しかつその放熱機能
を高めて排気ガス浄化機能の作動確実性を向上させる。 【解決手段】迂回経路４を、ファンシュラウド７を取り
囲むように配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マニホールドコン
バータを具備し、コールドスタートからのライトオフ
（早期暖機）特性を良好なものとした内燃機関の排気ガ
ス処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、排気ガス中の有害成分を除去する
目的で、実開平５−６１４１７号公報に示されているよ
うに、排気マニホールドの下流に接続される排気管路に
触媒コンバータを介設してなるエンジンが一般的となっ
ている。一方、最近の排出ガス規制では、コールドスタ
ートからのライトオフ（早期暖機）特性が要求される場
合がある。これは、排気ガス用の触媒が、触媒活性化温
度に達するまでは、十分な排気ガス浄化機能を発揮しな
いことから、規定されているものである。係る要求を満
たすために、近時、スタートアップコンバータや、触媒
を内蔵したマニホールドコンバータを排気経路上に取り
付けたものが開発されている。スタートアップコンバー
タとは、排気マニホールドから触媒コンバータに至るま
での間の排気管路に介設されるもので、ここに排気ガス
を通過させることにより排気温度を上昇させる働きをす
る。一方、マニホールドコンバータとは、触媒を内蔵す
るもので、エンジン本体の近傍に配置するとともに気筒
排気口から触媒までの距離を可及的に短くする目的で、
排気マニホールドに直結されており、短時間で触媒の温
度を上昇させ得るように構成してあるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これらスタ
ートアップコンバータやマニホールドコンバータを用い
ると、ライトオフ特性はよくなるが、エンジンの高回
転、高負荷運転状態が連続した場合に、過熱による触媒
の損傷のおそれが生じるため、触媒に高価な耐熱性を備
えたものを使用しなくてはならなくなる。また、スター
トアップコンバータを用いると背圧の上昇による性能低
下が生じる。

【０００４】係る不具合を解決すべく、排気マニホール
ドとマニホールドコンバータとを直結経路以外で連通す
る迂回経路を設け、これら直結経路と迂回経路のいずれ
か一方を運転状況に応じて選択的に使用することによ
り、ライトオフ特性を良好にしつつ、通常の触媒を使用
できるようにしたものが本願発明者によって考えられて
いる。

【０００５】しかしながら、この場合には、迂回経路を
放熱等の関係から長くする必要が生じ、そのためのスペ
ースを確保しなければならなくなる。容易にはエンジン
またはトランスミッションを取り巻くように迂回経路を
配設することが考えられるが、このような方法では、エ
ンジンやトランスミッションの分解整備時のことを考慮
して、迂回経路に係る配管を分割可能に構成する必要が
生じるため、製作精度や組立工数、あるいはコスト等の
増大を招きかねない。さらに、デファレンシャルギヤや
シリンダヘッドカバーからの熱放射により、迂回経路に
おける十分な放熱効果が得られなくなるおそれもある。
加えて、周囲に配置されているステアリングラックやエ
ンジンマウント等で、迂回経路に係る配管を通し難いと
いう問題もある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ラジエータフ
ァンが内燃機関本体の正面からずれた位置に配設された
横置の内燃機関の場合に、排気マニホールドの側方にフ
ァンシュラウドが配設され、かつその回りにデッドスペ
ースがあることに着目しなされたものであって、係るフ
ァンシュラウドを取り囲むように迂回経路を配設するこ
とにより、迂回経路に十分な長さを無理なく付与しかつ
その放熱機能を高めて排気ガス浄化機能の作動確実性を
向上させることを主たる目的としている。

【０００７】

【発明の実施の形態】すなわち、本発明に係る内燃機関
の排気ガス処理装置は、横置の内燃機関の正面からずれ
た位置にラジエータファン及びファンシュラウドが配設
された車両に適用され、排気マニホールドに直結される
マニホールドコンバータを具備するものであって、排気
マニホールドとマニホールドコンバータとを、それらの
直結部位に形成される直結経路以外で連通する迂回経路
を設け、この迂回経路と前記直結経路とのいずれかに、
排気ガスが選択的に流れ得るように構成するとともに、
この迂回経路を、前記ファンシュラウドを取り囲むよう
に配置していることを特徴とする。

【０００８】このようなものであれば、触媒温度をでき
るだけ早く高めたい冷間時には熱容量の小さい排気マニ
ホールドからマニホールドコンバータに直接排気ガスを
導くことにより、すばやく触媒を暖めて、有効に排気ガ
ス浄化機能を発揮させることができる一方、排気温度が
上昇した後は、迂回経路を介してマニホールドコンバー
タに排気ガスが導くことによって、迂回経路中で排気ガ
スの温度を下げ、過熱による触媒の損傷を防止すること
ができる。

【０００９】そして、横置の内燃機関の正面からずれた
位置にラジエータファン及びファンシュラウドが配設さ
れていることを有効利用して、ファンシュラウドの周囲
というデッドスペースであって空気流れの大きい場所に
迂回経路を配設しているので、エンジンやその周辺機器
の配置を変更することなく、迂回経路に十分な長さを付
与し、かつその放熱機能をより向上させることが無理な
くできる。

【００１０】迂回経路を長く設定できるという点を有効
利用し、多気筒の内燃機関において排気干渉を防止する
という機能を迂回経路に兼備させるには、排気マニホー
ルドを各気筒の排出口を半分づつ集合させて出口を２つ
設けてなるデュアルタイプのものとし、これら各出口に
形成される直結経路に各一端を接続した一対の単位経路
からなるものとしておくことが望ましい。

【００１１】直結経路を介して排気ガスが排出される場
合でも排気干渉を有効に防止するには、迂回経路と前記
直結経路とのいずれかを選択的に閉止可能な切換弁部を
具備するものとするとともに、この切換弁部が、排気マ
ニホールドの各出口とマニホールドコンバータとを直結
した部位に形成される一対の直結経路にそれぞれ介設さ
れ、その前後に所定差圧が生じた時のみ開成して排気マ
ニホールドからマニホールドコンバータへの排気ガスの
流れを許容する逆止弁を具備するものとしておくことが
好ましい。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を参照して
説明する。図１は、本実施例を適用した車両１００の内
燃機関たるエンジン８及びトランスミッション９を主と
して示す平面概要図である。このエンジン８は、横置に
配置された、例えば４気筒のもので、その側方にトラン
スミッション９が配置されている。なお符号９１はディ
ファレンシャルギヤを示している。そして、本実施例で
は、エンジンルームＥＲの前後寸法を短くする等の目的
で、ラジエータファン６及びその回りに設置される導風
ダクトであるファンシュラウド７をエンジン８の正面か
らずらせて、トランスミッション９の前方に配置してい
る。

【００１３】このような構成のエンジン８の排気ガス処
理装置は、各気筒Ｓ１〜Ｓ４の図示しない排気バルブか
ら放出される排気ガス中の有害成分を低減させることを
主たる目的として設けられているもので、特にライトオ
フ特性を良好なものとすべく、図２に示すように、排気
マニホールド２に直結されたマニホールドコンバータ１
を具備している。そして、本実施例では、排気マニホー
ルド２とマニホールドコンバータ１との直結部位に形成
される直結経路３１、３２以外に、排気マニホールド２
とマニホールドコンバータ１と連通する迂回経路４と、
これら直結経路３１、３２または迂回経路４を選択的に
閉止可能な切換弁部５と、コントローラ１０とを設けて
なる。

【００１４】排気マニホールド２は、デュアルエキゾー
ストタイプのもので、第１気筒Ｓ１と第４気筒Ｓ４の排
気口を１本に集合させるとともに、第２気筒Ｓ２と第３
気筒Ｓ３の排気口を１本に集合させて２つの出口２１、
２２を有するようにしてある。これは、各気筒Ｓ１〜Ｓ
４毎の排気ガスが排出されるタイミングのずれに起因し
て、排気ガス干渉が生じ、エンジン出力の低下が惹起さ
れることを防止するためのものである。

【００１５】マニホールドコンバータ１は、排気ガス浄
化用の標準の触媒１ａを内蔵するもので、排気マニホー
ルド２の各出口２１、２２に直結されている。そして、
その直結部位にそれぞれ直結経路３１、３２が形成され
ている。しかして、このマニホールドコンバータ１を通
過した排気ガスは、図示しない排気管、マフラを通って
排出される。

【００１６】迂回経路４は、θパイプと称され、対をな
す単位経路４１、４２からなるデュアルタイプの配管で
構成している。各単位経路４１、４２の各一端は、直結
経路３１、３２にそれぞれ接続してあり、各単位経路４
１、４２の各他端は、集合させてマニホールドコンバー
タ１の入口近傍に開口させている。本実施例では、各単
位経路４１、４２の長さを、排気干渉を引き起こさない
程度（例えば８００ｍｍ以上）に設定している。

【００１７】切換弁部５は、図３〜図５に拡大して示す
ように、例えば前記直結経路３１、３２をそれぞれ開閉
可能に閉止する一対の逆止弁５１、５２と、迂回経路４
の他端近傍に設けられた開閉弁５３とを具備する。逆止
弁５１、５２は、すり鉢状のバルブシート５１ａ、５２
ａに弁体たるボール５１ｂ、５２ｂが着座するポペット
タイプのもので、排気マニホールド２からマニホールド
コンバータ１への気体の流れのみを許可する。このボー
ル５１ｂ、５２ｂは、例えばばね５１ｃ、５２ｃによっ
てそれぞれ着座方向に付勢されており、排気マニホール
ド２内の圧力がマニホールドコンバータ１内の圧力を所
定以上上回った場合に、このばね力に逆らってボール５
１ｂ、５２ｂがバルブシート５１ａ、５２ａから離間
し、その隙間から、図３、図４の破線に示すように、排
気ガスが流れるように設定されている。開閉弁５３は、
例えば、コントローラ１０から出力される開閉信号ａで
開閉駆動されるものである。

【００１８】コントローラ１０は、マイコン装置と称さ
れ、図示しないＣＰＵ、メモリ、入出力インタフェース
等を具備する既知のものを用いている。このコントロー
ラ１０は、主として前記開閉弁５３を開閉駆動するため
のもので、エンジン８の各部の制御を行なうエンジンコ
ントローラにその役割を担わせてもよい。しかして、本
実施例では、ファン軸回りにファンシュラウド７を取り
囲むようにして、前述した迂回経路４を配置している。

【００１９】係る構成の排気ガス処理装置は次のように
作動する。エンジン始動時等の未だ排気温度が十分に上
昇していない冷間時には、コントローラ１０が判断し
て、開閉信号ａを出力し開閉弁５３を閉止する。冷間時
かどうかは、例えばエンジン各部に設けてある図示しな
い既存のセンサを用いて行なうことが好ましい。例え
ば、マニホールドコンバータ１の下流に設けた排気温セ
ンサ１１の温度信号ｂをコントローラ１０に入力し、そ
の検出された温度でコントローラ１０に冷間時か否かを
判断させたり、あるいは、エンジン８の始動後一定時間
を冷間時として判断させるなど、種々の方法が考えられ
る。もちろん、新たに専用のセンサを設けるなどしても
構わない。

【００２０】この結果、図３、図４に示すように、排気
ガスは自身の圧力で逆止弁５１、５２を開成し、直結経
路３１、３２を介してマニホールドコンバータ１内に流
入する。しかして、マニホールドコンバータ１は、従来
と同様エンジン本体８１近傍に配設され暖まり易く、ま
た、排気マニホールド２にマニホールドコンバータ１が
直結された状態となるので、排気温度及び触媒１ａの温
度は急速に高められ、ライトオフ特性が向上する。そし
て、短時間で触媒１ａが活性温度に達することから、排
気ガス中の有害成分の排出量を減少させることが可能に
なる。

【００２１】一方、冷間時でない場合、すなわち、触媒
１ａが活性化温度に達して十分な機能を発揮する状態で
は、コントローラ１０は、開閉信号ａによって開閉弁５
３を開成する。このことにより、図５に示すように、排
気マニホールド２内の排気ガスは、ばね力で閉止方向に
付勢されている逆止弁５１、５２を通らず、より抵抗の
少ない迂回経路４を介してマニホールドコンバータ１に
流入することになる。しかして、迂回経路４は、熱容量
が大きく、エンジン８の高負荷高回転状態が連続して、
排気ガスの温度が上昇しても、この迂回経路４で放熱さ
れ、触媒１ａが溶けるなど損傷を起さない程度にまで排
気温を下げることができる。

【００２２】このように本実施例によれば、ライトオフ
特性を良好に維持しつつ、マニホールドコンバータ１の
過熱を防止し、標準の触媒１ａを使用することができる
ようになる。そして、横置の内燃機関の正面からずれた
位置にラジエータファン６及びファンシュラウド７が配
設されていることを有効利用して、ファンシュラウド７
の周囲というデッドスペースであって空気流れの大きい
場所に迂回経路４を配設しているので、迂回経路４に十
分な長さと放熱機能を具備させることができ、装置の作
動確実性を向上させることができる。

【００２３】また、排気マニホールド２をデュアルエキ
ゾーストタイプのものとし、迂回経路４を直結経路３
１、３２に一端を接続した一対の単位経路４１、４２か
らなるものとして、迂回経路４に排気干渉の防止機能を
兼備させるべく図っているが、上述したように迂回経路
４を長く設定しているので、排気干渉の防止機能を極め
て優れたものとすることができ、エンジン８の出力向上
を図れる。

【００２４】加えて冷間時に、直結経路３１、３２を介
して排気ガスをマニホールドコンバータ１に送り込む場
合でも、図３、図４に示すように、逆止弁５１、５２の
一方から流出した排気ガスは他方への戻りが禁止されて
排気干渉は防止されるため、上述同様、エンジン８の出
力向上を図ることができる。なお、本発明は上述した実
施例に限られるものではない。例えばエンジンは４気筒
以外のものでもよいし、切換弁部の構成も他に種々考え
られる。

【００２５】その他、本発明は上記図示例に限られずそ
の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形が可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上に詳述した本発明によれば、触媒温
度をできるだけ早く高めたい冷間時には熱容量の小さい
排気マニホールドからマニホールドコンバータに直接排
気ガスを導くことにより、すばやく触媒を暖めて、有効
に排気ガス浄化機能を発揮させることができる一方、排
気温度が上昇した後は、迂回経路を介してマニホールド
コンバータに排気ガスが導くことによって、迂回経路中
で排気ガスの温度を下げ、過熱による触媒の損傷を防止
することができる。

【００２７】そして、横置の内燃機関の正面からずれた
位置にラジエータファン及びファンシュラウドが配設さ
れていることを有効利用して、ファンシュラウドの周囲
というデッドスペースであって空気流れの大きい場所に
迂回経路を配設しているので、内燃機関やその周辺機器
の配置を変更することなく、迂回経路に十分な長さを付
与し、かつその放熱機能をより向上させることが無理な
くできるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるエンジンを主として
示す模式的平面図。

【図２】同実施例における排気ガス処理装置の模式的概
略構成図。

【図３】同実施例における切換弁部を拡大して示し、そ
の作動を説明する作動説明図。

【図４】同実施例における切換弁部を拡大して示し、そ
の作動を説明する作動説明図。

【図５】同実施例における切換弁部を拡大して示し、そ
の作動を説明する作動説明図。

【符号の説明】

１…マニホールドコンバータ １ａ…触媒 ２…排気マニホールド ３…直結経路 ４…迂回経路 ６…ラジエータファン ７…ファンシュラウド ８…エンジン（内燃機関）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】横置に配置された内燃機関の正面からずれ
   た位置にラジエータファン及びファンシュラウドが配設
   された車両に適用され、排気マニホールドに直結される
   マニホールドコンバータを具備するものであって、排気
   マニホールドとマニホールドコンバータとを、それらの
   直結部位に形成される直結経路以外で連通する迂回経路
   を設け、この迂回経路と前記直結経路とのいずれかに、
   排気ガスが選択的に流れ得るように構成するとともに、
   この迂回経路を、前記ファンシュラウドを取り囲むよう
   に配置していることを特徴とする内燃機関の排気ガス処
   理装置。