JP2001193439A - リアクタを備えた排気マニホールドの構造 - Google Patents
リアクタを備えた排気マニホールドの構造Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 この排気マニホールドの構造は，排気ガスに
含まれるパティキュレート物質を捕集すると共にＮＯX
を分解処理して排気ガスを浄化するリアクタを備えてい
る。 【解決手段】 排気マニホールド２は，シリンダヘッド
に形成された各排気ポートにそれぞれ接続された排気通
路部３，排気通路部３を集合させる筒形集合部４，筒形
集合部４の内部に設けられた排気ガスを外周通路１４か
ら内周通路１５へ通過させ且つパティキュレートを外周
通路１４の外周面２７に捕集して酸化反応させる筒形反
応器６，筒形集合部６の内周通路１５に接続されたＮＯ
X 分解触媒を備えた排気集合管５，及び筒形反応器６に
設けられた所定の排気ガス圧以上の圧力に応答して外周
通路１４を内周通路１５に連通させる逃がし弁１０から
構成されている。
含まれるパティキュレート物質を捕集すると共にＮＯX
を分解処理して排気ガスを浄化するリアクタを備えてい
る。 【解決手段】 排気マニホールド２は，シリンダヘッド
に形成された各排気ポートにそれぞれ接続された排気通
路部３，排気通路部３を集合させる筒形集合部４，筒形
集合部４の内部に設けられた排気ガスを外周通路１４か
ら内周通路１５へ通過させ且つパティキュレートを外周
通路１４の外周面２７に捕集して酸化反応させる筒形反
応器６，筒形集合部６の内周通路１５に接続されたＮＯ
X 分解触媒を備えた排気集合管５，及び筒形反応器６に
設けられた所定の排気ガス圧以上の圧力に応答して外周
通路１４を内周通路１５に連通させる逃がし弁１０から
構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は，ＨＣ，Ｃ，Ｃ
Ｏ，パティキュレート等の物質をＨ2 Ｏ，ＣＯ2 に反応
変化させると共にＮＯX を分解させるリアクタを備えた
排気マニホールドの構造に関する。
Ｏ，パティキュレート等の物質をＨ2 Ｏ，ＣＯ2 に反応
変化させると共にＮＯX を分解させるリアクタを備えた
排気マニホールドの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来，ターボチャージャ及びエネルギー
回収タービンを備えた断熱エンジンが知られている。ま
た，ターボチャージャを備えたターボコンパウンドシス
テムは，燃焼室を断熱構造に構成した断熱エンジンの排
気ガスエネルギーで駆動されるターボチャージャ及びタ
ーボチャージャの後流に設けたエネルギー回収装置を備
えたものである。ターボチャージャは排気ガスエネルギ
ーで駆動される発電機を備えている（例えば，特開平６
−２４８９６４号公報，実公昭６２−４００９６号公報
参照）されたものがある。
回収タービンを備えた断熱エンジンが知られている。ま
た，ターボチャージャを備えたターボコンパウンドシス
テムは，燃焼室を断熱構造に構成した断熱エンジンの排
気ガスエネルギーで駆動されるターボチャージャ及びタ
ーボチャージャの後流に設けたエネルギー回収装置を備
えたものである。ターボチャージャは排気ガスエネルギ
ーで駆動される発電機を備えている（例えば，特開平６
−２４８９６４号公報，実公昭６２−４００９６号公報
参照）されたものがある。
【０００３】遮熱エンジンでは，通常エンジンに比較し
て，排気ガスの温度が２００〜３００℃程度高くなり，
全負荷では８００℃と高温になり，中負荷では６００℃
程度である。遮熱エンジンから排出される排気ガスに含
まれるカーボン，スモーク，ＨＣ，ＳＯX 等が合成され
たパティキュレートをフィルタで捕集するとしても，通
常エンジンから排出される排気ガスに含まれるカーボ
ン，スモーク等のパティキュレートをフィルタで捕集す
る場合と比較して，フィルタ自体の構造或いはシステム
は必然的に異なるものである。
て，排気ガスの温度が２００〜３００℃程度高くなり，
全負荷では８００℃と高温になり，中負荷では６００℃
程度である。遮熱エンジンから排出される排気ガスに含
まれるカーボン，スモーク，ＨＣ，ＳＯX 等が合成され
たパティキュレートをフィルタで捕集するとしても，通
常エンジンから排出される排気ガスに含まれるカーボ
ン，スモーク等のパティキュレートをフィルタで捕集す
る場合と比較して，フィルタ自体の構造或いはシステム
は必然的に異なるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一般に，ディーゼルエ
ンジンは，燃費がよく，トータル的にはＣＯ2 を低減で
きるが，パティキュレート物質が多く，ＮＯX が多く発
生することである。即ち，ディーゼルエンジンから排出
される排気ガス中には，有害と云われる窒素酸化物（Ｎ
ＯX ），ＨＣ，Ｃ，ＣＯ或いはパティキュレート物質が
含まれているが，これらの物質を処理する装置は，複雑
な構造のシステムが必要である。エンジンでは，ＮＯX
の発生を低減させる対策として，通常，タイミングリタ
ード（点火時期制御），或いは燃料を空気と予混合させ
て均一予混合気を生成させ，希薄化させ，高圧縮比で燃
焼させる方法が採用されている。これらの方法では，Ｎ
ＯXを低減できるが，ＨＣやパティキュレート物質（以
下，総称してパティキュレート物質という）が増加する
傾向があり，排気ガス中のＮＯX ，ＨＣ，Ｃ，ＣＯ或い
はパティキュレート物質を低減させて排気ガスを浄化す
るための対策が望まれているのが現状である。また，Ｈ
Ｃ，パティキュレート物質の発生はアイドル時に多く発
生するが，最近の自動車の運転状況は，アイドル運転を
出来るだけ避ける運転マナーが芽生える状況にあること
を考慮すると，通常運転時のパティキュレート物質の発
生を防止することを，主として考慮すれば，トータル的
にはパティキュレート物質を低減させることになる。
ンジンは，燃費がよく，トータル的にはＣＯ2 を低減で
きるが，パティキュレート物質が多く，ＮＯX が多く発
生することである。即ち，ディーゼルエンジンから排出
される排気ガス中には，有害と云われる窒素酸化物（Ｎ
ＯX ），ＨＣ，Ｃ，ＣＯ或いはパティキュレート物質が
含まれているが，これらの物質を処理する装置は，複雑
な構造のシステムが必要である。エンジンでは，ＮＯX
の発生を低減させる対策として，通常，タイミングリタ
ード（点火時期制御），或いは燃料を空気と予混合させ
て均一予混合気を生成させ，希薄化させ，高圧縮比で燃
焼させる方法が採用されている。これらの方法では，Ｎ
ＯXを低減できるが，ＨＣやパティキュレート物質（以
下，総称してパティキュレート物質という）が増加する
傾向があり，排気ガス中のＮＯX ，ＨＣ，Ｃ，ＣＯ或い
はパティキュレート物質を低減させて排気ガスを浄化す
るための対策が望まれているのが現状である。また，Ｈ
Ｃ，パティキュレート物質の発生はアイドル時に多く発
生するが，最近の自動車の運転状況は，アイドル運転を
出来るだけ避ける運転マナーが芽生える状況にあること
を考慮すると，通常運転時のパティキュレート物質の発
生を防止することを，主として考慮すれば，トータル的
にはパティキュレート物質を低減させることになる。
【０００５】この発明の目的は，上記の問題を解決する
ことであり，ＮＯX を低減させるため高圧縮比で予混合
気で燃焼させる制御，タイミングリタード等の制御した
場合に，増加したＨＣやパティキュレート物質を低減さ
せるため，排気ガス浄化装置を排気マニホールドに設け
ることであり，排気ガスのポート等の通路をセラミック
ス等の材料を用いて遮熱構造に構成し，燃焼室からの排
気ガスを出来るだけ高温の状態で排気マニホールドに導
入し，排気マニホールドに設けた筒形反応器で排気ガス
に含まれているパティキュレート物質を捕集して加熱燃
焼させ，場合によっては，排気管の後流で排気ガス中の
ＮＯX を分解させ，排気ガスを浄化するリアクタを備え
た排気マニホールドの構造を提供することである。
ことであり，ＮＯX を低減させるため高圧縮比で予混合
気で燃焼させる制御，タイミングリタード等の制御した
場合に，増加したＨＣやパティキュレート物質を低減さ
せるため，排気ガス浄化装置を排気マニホールドに設け
ることであり，排気ガスのポート等の通路をセラミック
ス等の材料を用いて遮熱構造に構成し，燃焼室からの排
気ガスを出来るだけ高温の状態で排気マニホールドに導
入し，排気マニホールドに設けた筒形反応器で排気ガス
に含まれているパティキュレート物質を捕集して加熱燃
焼させ，場合によっては，排気管の後流で排気ガス中の
ＮＯX を分解させ，排気ガスを浄化するリアクタを備え
た排気マニホールドの構造を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は，燃焼室から
の排気ガスを排出するシリンダヘッドに形成された各排
気ポートにそれぞれ接続された排気通路部，該排気通路
部を集合させる筒形集合部，前記筒形集合部の内部に設
けられた排気ガスを外周通路から内周通路へ通過させ且
つパティキュレート物質を前記外周通路に捕集すると共
に前記パティキュレート物質を反応させる筒形反応器，
前記筒形集合部の前記内周通路に接続された排気集合
管，及び前記筒形反応器に設けられた所定の排気ガス圧
以上の圧力に応答して前記外周通路を前記内周通路に連
通させる逃がし弁から成るリアクタを備えた排気マニホ
ールドの構造に関する。
の排気ガスを排出するシリンダヘッドに形成された各排
気ポートにそれぞれ接続された排気通路部，該排気通路
部を集合させる筒形集合部，前記筒形集合部の内部に設
けられた排気ガスを外周通路から内周通路へ通過させ且
つパティキュレート物質を前記外周通路に捕集すると共
に前記パティキュレート物質を反応させる筒形反応器，
前記筒形集合部の前記内周通路に接続された排気集合
管，及び前記筒形反応器に設けられた所定の排気ガス圧
以上の圧力に応答して前記外周通路を前記内周通路に連
通させる逃がし弁から成るリアクタを備えた排気マニホ
ールドの構造に関する。
【０００７】この排気マニホールドの構造は，前記排気
通路部が前記筒形反応器の外周接線方向に配置されてい
るので，前記排気通路部から前記筒形集合部へ流入する
前記排気ガスが前記筒形反応器の外周で旋回流となって
流入し，次いで，前記排気ガスが前記筒形反応器の前記
外周通路から前記内周通路へと流入し，すす，ＨＣ等の
パティキュレート物質が前記筒形反応器に捕集され，前
記パティキュレート物質が前記筒形反応器で加熱燃焼し
てＨ2 Ｏ，ＣＯ2 のガスに反応変化されるものである。
排気ガスを筒形反応器の外周に旋回流として導入するこ
とによって，排気ガスに筒形反応器への大きな接触面積
と接触期間を十分に与えることができ，排気ガス中のパ
ティキュレート物質がＮｉ，Ｃｒ等の反応触媒の存在で
酸化反応を促進すると共に，ＮＯX 分解触媒の存在でＮ
ＯX を分解を促進させることができる。
通路部が前記筒形反応器の外周接線方向に配置されてい
るので，前記排気通路部から前記筒形集合部へ流入する
前記排気ガスが前記筒形反応器の外周で旋回流となって
流入し，次いで，前記排気ガスが前記筒形反応器の前記
外周通路から前記内周通路へと流入し，すす，ＨＣ等の
パティキュレート物質が前記筒形反応器に捕集され，前
記パティキュレート物質が前記筒形反応器で加熱燃焼し
てＨ2 Ｏ，ＣＯ2 のガスに反応変化されるものである。
排気ガスを筒形反応器の外周に旋回流として導入するこ
とによって，排気ガスに筒形反応器への大きな接触面積
と接触期間を十分に与えることができ，排気ガス中のパ
ティキュレート物質がＮｉ，Ｃｒ等の反応触媒の存在で
酸化反応を促進すると共に，ＮＯX 分解触媒の存在でＮ
ＯX を分解を促進させることができる。
【０００８】この排気マニホールドでは，前記筒形反応
器は前記各排気ポートと接続する前記排気通路部の出口
に対応して長手方向に延びて配置されており，また，前
記排気集合管は前記筒形反応器のほぼ中央に配置されて
いる。
器は前記各排気ポートと接続する前記排気通路部の出口
に対応して長手方向に延びて配置されており，また，前
記排気集合管は前記筒形反応器のほぼ中央に配置されて
いる。
【０００９】また，この排気マニホールドは，前記筒形
反応器の後流の前記排気集合管に配設されはＮＯX 分解
触媒を有し，排気ガスがＮＯX 分解触媒を通過する時に
前記排気ガスに含まれたＮＯX が分解される。
反応器の後流の前記排気集合管に配設されはＮＯX 分解
触媒を有し，排気ガスがＮＯX 分解触媒を通過する時に
前記排気ガスに含まれたＮＯX が分解される。
【００１０】この排気マニホールドの構造は，前記排気
通路部，前記筒形集合部及び前記排気集合管を遮熱空気
層を介して囲んでいるケーシングを備えている。詳しく
は，前記排気通路部，前記筒形集合部及び前記排気集合
管は，前記ケーシングに断熱ガスケットによって支持さ
れて前記遮熱空気層が形成されている。従って，この排
気マニホールドでは，燃焼室から排出された排気ガスは
高温を保った状態で筒形反応器を通過することができ，
筒形反応器でパティキュレート物質の反応やＮＯX を分
解を促進させることができる。
通路部，前記筒形集合部及び前記排気集合管を遮熱空気
層を介して囲んでいるケーシングを備えている。詳しく
は，前記排気通路部，前記筒形集合部及び前記排気集合
管は，前記ケーシングに断熱ガスケットによって支持さ
れて前記遮熱空気層が形成されている。従って，この排
気マニホールドでは，燃焼室から排出された排気ガスは
高温を保った状態で筒形反応器を通過することができ，
筒形反応器でパティキュレート物質の反応やＮＯX を分
解を促進させることができる。
【００１１】前記筒形反応器は，Ｎｉ，Ｎｉ−Ｃｒ系合
金の繊維材又は多孔材から構成されている。更に，前記
筒形反応器の前記繊維材又は多孔材には，ＮｉやＰｔの
触媒が付着されている。
金の繊維材又は多孔材から構成されている。更に，前記
筒形反応器の前記繊維材又は多孔材には，ＮｉやＰｔの
触媒が付着されている。
【００１２】前記筒形反応器の前記外周通路に捕集され
た前記パティキュレートが反応して転化されたＨ2 Ｏ，
ＣＯ2 のガスは，前記排気ガスと合流して排気管の後流
に設けたターボチャージャを駆動するエネルギ源とな
る。
た前記パティキュレートが反応して転化されたＨ2 Ｏ，
ＣＯ2 のガスは，前記排気ガスと合流して排気管の後流
に設けたターボチャージャを駆動するエネルギ源とな
る。
【００１３】前記排気通路部及び前記筒形集合部は，セ
ラミックス，耐熱金属等の耐熱材から形成された内面が
凹凸面に形成され，前記排気ガスの流れが前記凹凸面に
よって乱流になって前記パティキュレート物質が前記筒
形反応器に捕集され易くなっている。
ラミックス，耐熱金属等の耐熱材から形成された内面が
凹凸面に形成され，前記排気ガスの流れが前記凹凸面に
よって乱流になって前記パティキュレート物質が前記筒
形反応器に捕集され易くなっている。
【００１４】この排気マニホールドの構造は，上記のよ
うに構成されているので，エンジンから排出される排気
ガスに含まれるＮＯX が筒形反応器を通過する際に分解
され，ＨＣ，Ｃ，ＣＯ或いはパティキュレート物質が筒
形反応器で捕集された後に加熱燃焼してＨ2 Ｏ，ＣＯ2
に反応変化し，筒形反応器でのパティキュレート物質の
所定量以上の捕集量が堆積すると，逃がし弁が開放して
排気ガスが筒形反応器をバイパスして排出されるが，筒
形反応器に捕集されているパティキュレート物質が直ち
に加熱燃焼してガスに変化して排出されて筒形反応器が
再生されるので，排気ガス圧力が所定以下になり，再び
筒形反応器でパティキュレート物質が捕集されるように
なり，この処理を繰り返して排気ガスが浄化される。
うに構成されているので，エンジンから排出される排気
ガスに含まれるＮＯX が筒形反応器を通過する際に分解
され，ＨＣ，Ｃ，ＣＯ或いはパティキュレート物質が筒
形反応器で捕集された後に加熱燃焼してＨ2 Ｏ，ＣＯ2
に反応変化し，筒形反応器でのパティキュレート物質の
所定量以上の捕集量が堆積すると，逃がし弁が開放して
排気ガスが筒形反応器をバイパスして排出されるが，筒
形反応器に捕集されているパティキュレート物質が直ち
に加熱燃焼してガスに変化して排出されて筒形反応器が
再生されるので，排気ガス圧力が所定以下になり，再び
筒形反応器でパティキュレート物質が捕集されるように
なり，この処理を繰り返して排気ガスが浄化される。
【００１５】この排気マニホールドは，気筒即ち排気ポ
ート毎に排気ガスの排出時期がずれているので，パティ
キュレート物質が筒形反応器に部分的に捕集されたとし
ても，次の気筒から排出される排気ガスによって高温に
なって加熱燃焼することになり，自己再生されることに
なる。この排気マニホールドでは，筒形反応器が詰まれ
ば逃がし弁が開放して排気ガスは流れ，圧が下がれば閉
鎖するが，各気筒からの排気通路部から排気ガスが各排
気通路部に渡って延びる筒形反応器を部分的に通過する
ので，排気ガス中のパティキュレート物質が筒形反応器
に詰まるとしても部分的であり，実質的に逃がし弁は開
放する時期は少なく，トータル的には排気ガスは殆ど筒
形反応器を通過し，パティキュレート物質は反応触媒の
作用でＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏに酸化反応して浄化されることに
なる。
ート毎に排気ガスの排出時期がずれているので，パティ
キュレート物質が筒形反応器に部分的に捕集されたとし
ても，次の気筒から排出される排気ガスによって高温に
なって加熱燃焼することになり，自己再生されることに
なる。この排気マニホールドでは，筒形反応器が詰まれ
ば逃がし弁が開放して排気ガスは流れ，圧が下がれば閉
鎖するが，各気筒からの排気通路部から排気ガスが各排
気通路部に渡って延びる筒形反応器を部分的に通過する
ので，排気ガス中のパティキュレート物質が筒形反応器
に詰まるとしても部分的であり，実質的に逃がし弁は開
放する時期は少なく，トータル的には排気ガスは殆ど筒
形反応器を通過し，パティキュレート物質は反応触媒の
作用でＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏに酸化反応して浄化されることに
なる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
によるディーゼルパティキュレートフィルタを備えた遮
熱エンジンの一実施例を説明する。図１はこの発明によ
るリアクタを備えた排気マニホールドを組み込んだディ
ーゼルエンジンの一実施例を示す概略説明図，及び図２
は図１の排気マニホールドの一実施例を示す断面図であ
る。
によるディーゼルパティキュレートフィルタを備えた遮
熱エンジンの一実施例を説明する。図１はこの発明によ
るリアクタを備えた排気マニホールドを組み込んだディ
ーゼルエンジンの一実施例を示す概略説明図，及び図２
は図１の排気マニホールドの一実施例を示す断面図であ
る。
【００１７】この発明による排気マニホールドの構造を
組み込んだディーゼルエンジン１は，シリンダブロック
３２にガスケット４２を介在してシリンダヘッド３１が
固定され，シリンダブロック３２に形成された孔部には
シリンダ４１を形成したシリンダライナが嵌合されてい
る。シリンダ４１には，往復運動するピストン３４が組
み込まれている。燃焼室４０は，シリンダ４１，ピスト
ン３４に形成された凹部の主室（図示せず）及び／又は
シリンダヘッド３１に形成された副室（図示せず）で構
成される。ピストン３４は，図示していないが，セラミ
ックス等の材料を用いて遮熱空気層を備えた遮熱構造に
構成されている。シリンダヘッド３１には，排気弁３６
が配置された排気ポート３５及び吸気弁が配置された吸
気ポート（図示せず）が形成されていると共に，燃料供
給手段（図示せず）等が設けられている。排気ポート３
５は，遮熱空気層３８を形成するようにセラミックポー
ト３７が配置され，遮熱構造に構成されている。また，
シリンダヘッド３１における排気ポート３５の出口に
は，合わせ口金３９やマニホールドガスケット（図示せ
ず）を介在して排気マニホールド２が取り付けられてい
る。
組み込んだディーゼルエンジン１は，シリンダブロック
３２にガスケット４２を介在してシリンダヘッド３１が
固定され，シリンダブロック３２に形成された孔部には
シリンダ４１を形成したシリンダライナが嵌合されてい
る。シリンダ４１には，往復運動するピストン３４が組
み込まれている。燃焼室４０は，シリンダ４１，ピスト
ン３４に形成された凹部の主室（図示せず）及び／又は
シリンダヘッド３１に形成された副室（図示せず）で構
成される。ピストン３４は，図示していないが，セラミ
ックス等の材料を用いて遮熱空気層を備えた遮熱構造に
構成されている。シリンダヘッド３１には，排気弁３６
が配置された排気ポート３５及び吸気弁が配置された吸
気ポート（図示せず）が形成されていると共に，燃料供
給手段（図示せず）等が設けられている。排気ポート３
５は，遮熱空気層３８を形成するようにセラミックポー
ト３７が配置され，遮熱構造に構成されている。また，
シリンダヘッド３１における排気ポート３５の出口に
は，合わせ口金３９やマニホールドガスケット（図示せ
ず）を介在して排気マニホールド２が取り付けられてい
る。
【００１８】排気マニホールド２は，特に，燃焼室４０
から排出される排気ガス中に含まれるＨＣ，Ｃ，ＣＯ，
パティキュレート物質を捕集し，それらを反応させてＨ
2 Ｏ，ＣＯ2 に変換すると共にＮＯX を分解する触媒を
備えたリアクタを有することに特徴としている。排気マ
ニホールド２は，シリンダヘッド３１に形成された各排
気ポート３５にそれぞれ接続された排気通路部３，排気
通路部３を集合させる筒形集合部４，筒形集合部４の内
部に設けられた排気ガスを外周通路１４から内周通路１
５へ通過させ且つパティキュレートを外周通路１４の外
周面に捕集すると共にパティキュレート物質を酸化反応
させるリアクタを構成する筒形反応器６，筒形集合部４
の内周通路１５の貫通孔２３を貫通して配置されたＮＯ
X 分解触媒３０が設けられた排気集合管５，及び筒形反
応器６に設けられた所定の排気ガス圧以上の圧力に応答
して外周通路１４を内周通路１５に連通させる逃がし弁
１０から構成されている。
から排出される排気ガス中に含まれるＨＣ，Ｃ，ＣＯ，
パティキュレート物質を捕集し，それらを反応させてＨ
2 Ｏ，ＣＯ2 に変換すると共にＮＯX を分解する触媒を
備えたリアクタを有することに特徴としている。排気マ
ニホールド２は，シリンダヘッド３１に形成された各排
気ポート３５にそれぞれ接続された排気通路部３，排気
通路部３を集合させる筒形集合部４，筒形集合部４の内
部に設けられた排気ガスを外周通路１４から内周通路１
５へ通過させ且つパティキュレートを外周通路１４の外
周面に捕集すると共にパティキュレート物質を酸化反応
させるリアクタを構成する筒形反応器６，筒形集合部４
の内周通路１５の貫通孔２３を貫通して配置されたＮＯ
X 分解触媒３０が設けられた排気集合管５，及び筒形反
応器６に設けられた所定の排気ガス圧以上の圧力に応答
して外周通路１４を内周通路１５に連通させる逃がし弁
１０から構成されている。
【００１９】筒形反応器６は，筒形集合部４内に排気ガ
スの流れ方向に交差する横置きにし，帯状のガスケット
等から成る支持部材１６によって外周通路１４と内周通
路１５とが形成されるように配置されている。特に，筒
形反応器６は，各排気ポートと接続する排気通路部３の
出口に対応して長手方向に延びて配置されている。ま
た，排気集合管５は，筒形反応器６のほぼ中央に配置さ
れている。更に，排気マニホールド２の排気通路部３
は，排気通路部３の端部に設けたフランジ１９によって
シリンダヘッド３１に取り付けられている。また，排気
マニホールド２の排気集合管５は，排気集合管５の端部
に設けたフランジ１８によって排気管（図示せず）に取
り付けられている。
スの流れ方向に交差する横置きにし，帯状のガスケット
等から成る支持部材１６によって外周通路１４と内周通
路１５とが形成されるように配置されている。特に，筒
形反応器６は，各排気ポートと接続する排気通路部３の
出口に対応して長手方向に延びて配置されている。ま
た，排気集合管５は，筒形反応器６のほぼ中央に配置さ
れている。更に，排気マニホールド２の排気通路部３
は，排気通路部３の端部に設けたフランジ１９によって
シリンダヘッド３１に取り付けられている。また，排気
マニホールド２の排気集合管５は，排気集合管５の端部
に設けたフランジ１８によって排気管（図示せず）に取
り付けられている。
【００２０】また，排気マニホールド２では，排気通路
部３，筒形集合部４及び排気集合管５は，遮熱空気層２
０，２１，２２を介してケーシング９，７，８によって
それぞれ取り囲まれている。排気通路部３，筒形集合部
４及び排気集合管５は，耐熱性の窒化ケイ素や炭化ケイ
素等のセラミックスから形成され，外側部材を形成する
ケーシング７，８，９に断熱ガスケット１３，２４によ
って支持され，両者間に遮熱空気層２０，２１，２２が
形成され，遮熱構造にそれぞれ形成されている。また，
筒形集合部４内には，筒形反応器６が支持部材１６によ
って支持され，筒形反応器６の内外に内周通路１５と外
周通路１４とが形成されている。また，排気通路部３及
び筒形集合部４は，セラミックス，耐熱金属等の耐熱材
から形成された内面が凹凸面に形成され，排気ガスの流
れが凹凸面によって乱流になってパティキュレート物質
が筒形反応器６に捕集され易くなるように構成すること
ができる。
部３，筒形集合部４及び排気集合管５は，遮熱空気層２
０，２１，２２を介してケーシング９，７，８によって
それぞれ取り囲まれている。排気通路部３，筒形集合部
４及び排気集合管５は，耐熱性の窒化ケイ素や炭化ケイ
素等のセラミックスから形成され，外側部材を形成する
ケーシング７，８，９に断熱ガスケット１３，２４によ
って支持され，両者間に遮熱空気層２０，２１，２２が
形成され，遮熱構造にそれぞれ形成されている。また，
筒形集合部４内には，筒形反応器６が支持部材１６によ
って支持され，筒形反応器６の内外に内周通路１５と外
周通路１４とが形成されている。また，排気通路部３及
び筒形集合部４は，セラミックス，耐熱金属等の耐熱材
から形成された内面が凹凸面に形成され，排気ガスの流
れが凹凸面によって乱流になってパティキュレート物質
が筒形反応器６に捕集され易くなるように構成すること
ができる。
【００２１】筒形反応器６は，一端が閉鎖端に形成さ
れ，他端が端部開口１１に形成されている。筒形反応器
６の端部開口１１にはバルブシート２８が設けられ，ま
た，端部開口１１に対応する位置の筒形集合部４にはバ
ルブガイド２９が形成されている。筒形反応器６の端部
開口１１を開閉するための逃がし弁１０は，バルブガイ
ド２９にガイドされてバルブシート２８に着座可能に設
置されている。逃がし弁１０の端部にはスプリングリテ
ーナ１７が取り付けられ，バルブガイド２９とスプリン
グリテーナ１７との間にはスプリング１２が配設されて
いる。従って，逃がし弁１０は，筒形反応器６の外周面
２７にパティキュレート物質が堆積して筒形反応器６に
目詰まりが発生し，外周通路１４に存在する排気ガスの
圧力が内周通路１５に存在する排気ガスの圧力より大き
くなって所定の圧力差になると，スプリング１２のばね
力に抗してリフトし，端部開口１１を開放する。端部開
口１１を開放すると，排気ガスが筒形反応器６をバイパ
スして外周通路１４から端部開口１１を通って内周通路
１５へと流れることになる。
れ，他端が端部開口１１に形成されている。筒形反応器
６の端部開口１１にはバルブシート２８が設けられ，ま
た，端部開口１１に対応する位置の筒形集合部４にはバ
ルブガイド２９が形成されている。筒形反応器６の端部
開口１１を開閉するための逃がし弁１０は，バルブガイ
ド２９にガイドされてバルブシート２８に着座可能に設
置されている。逃がし弁１０の端部にはスプリングリテ
ーナ１７が取り付けられ，バルブガイド２９とスプリン
グリテーナ１７との間にはスプリング１２が配設されて
いる。従って，逃がし弁１０は，筒形反応器６の外周面
２７にパティキュレート物質が堆積して筒形反応器６に
目詰まりが発生し，外周通路１４に存在する排気ガスの
圧力が内周通路１５に存在する排気ガスの圧力より大き
くなって所定の圧力差になると，スプリング１２のばね
力に抗してリフトし，端部開口１１を開放する。端部開
口１１を開放すると，排気ガスが筒形反応器６をバイパ
スして外周通路１４から端部開口１１を通って内周通路
１５へと流れることになる。
【００２２】排気マニホールド２を流れる排気ガスは，
排気通路部３の排気通路２６から筒形集合部４の外周通
路１４へ流入し，その時，筒形反応器６の外周通路１４
の外周接線方向に流入して筒形反応器６の外周に旋回流
として流入し，次いで，筒形反応器６の外周通路１４か
ら内周通路１５へと流入する。排気ガスは内周通路１５
から排気集合管５の排気通路２５を通ってターボチャー
ジャ等の後流へと排出される。排気ガスが排気マニホー
ルド２を流れることによって，筒形反応器６の外周面２
７に捕集されたすす，ＨＣ等のパティキュレート物質
は，筒形反応器６の外周面２７に捕集され，高温の排気
ガスの熱エネルギによって加熱燃焼され，ＣＯ2 ，Ｈ2
Ｏのガスに反応変化することになる。また，排気ガス
は，筒形反応器６の内周通路１５から排気集合管５へと
流入する時に，排気ガスに含まれたＮＯX は，ＮＯX 分
解触媒３０に接して通過することによって分解する。場
合によっては，ＮＯX 分解触媒３０は，筒形反応器６の
内周側に配置することもできる。即ち，筒形反応器６
は，外周側にパティキュレート物質の反応触媒を配置
し，内周側にＮＯX 分解触媒３０を配置するように構成
される。
排気通路部３の排気通路２６から筒形集合部４の外周通
路１４へ流入し，その時，筒形反応器６の外周通路１４
の外周接線方向に流入して筒形反応器６の外周に旋回流
として流入し，次いで，筒形反応器６の外周通路１４か
ら内周通路１５へと流入する。排気ガスは内周通路１５
から排気集合管５の排気通路２５を通ってターボチャー
ジャ等の後流へと排出される。排気ガスが排気マニホー
ルド２を流れることによって，筒形反応器６の外周面２
７に捕集されたすす，ＨＣ等のパティキュレート物質
は，筒形反応器６の外周面２７に捕集され，高温の排気
ガスの熱エネルギによって加熱燃焼され，ＣＯ2 ，Ｈ2
Ｏのガスに反応変化することになる。また，排気ガス
は，筒形反応器６の内周通路１５から排気集合管５へと
流入する時に，排気ガスに含まれたＮＯX は，ＮＯX 分
解触媒３０に接して通過することによって分解する。場
合によっては，ＮＯX 分解触媒３０は，筒形反応器６の
内周側に配置することもできる。即ち，筒形反応器６
は，外周側にパティキュレート物質の反応触媒を配置
し，内周側にＮＯX 分解触媒３０を配置するように構成
される。
【００２３】筒形反応器６は，耐熱性のＮｉ−Ｃｒ系合
金の繊維材及び／又は多孔材，或いは耐熱性のセラミッ
ク繊維材及び／又は多孔材から構成されている。更に，
筒形反応器６の繊維材又は多孔材には，それらの表面や
間にＮｉやＰｔの触媒が付着されている。図示していな
いが，筒形反応器６の外周通路１４に捕集されたＨＣ，
Ｃ等のパティキュレート物質は，排気ガスの熱エネルギ
で加熱燃焼即ち反応してＨ2 Ｏ，ＣＯ2 のガスに変化
し，変化したガスは筒形反応器６を通過した排気ガスと
合流して後流に設けたターボチャージャを駆動するよう
に構成することができる。また，排気集合管５に設けた
ＮＯX 分解触媒３０は，例えば，排気ガスに含まれるＮ
ＯX を分解するロジウムやイリジュウム等の粒子やブラ
ウンミラライト型構造の化合物（例えば，特開平９−２
１５９２１号公報，特開平９−２５３５０６号公報参
照）が耐熱性のＮｉ−Ｃｒ系合金やセラミックスの繊維
材及び／又は多孔材に付着させることで構成でき，効率
的にＮＯX を分解させることができる。なお，ＮＯX 分
解触媒３０は，図示のように，排気集合管５，或いはそ
の後流の排気管に設けることができる。
金の繊維材及び／又は多孔材，或いは耐熱性のセラミッ
ク繊維材及び／又は多孔材から構成されている。更に，
筒形反応器６の繊維材又は多孔材には，それらの表面や
間にＮｉやＰｔの触媒が付着されている。図示していな
いが，筒形反応器６の外周通路１４に捕集されたＨＣ，
Ｃ等のパティキュレート物質は，排気ガスの熱エネルギ
で加熱燃焼即ち反応してＨ2 Ｏ，ＣＯ2 のガスに変化
し，変化したガスは筒形反応器６を通過した排気ガスと
合流して後流に設けたターボチャージャを駆動するよう
に構成することができる。また，排気集合管５に設けた
ＮＯX 分解触媒３０は，例えば，排気ガスに含まれるＮ
ＯX を分解するロジウムやイリジュウム等の粒子やブラ
ウンミラライト型構造の化合物（例えば，特開平９−２
１５９２１号公報，特開平９−２５３５０６号公報参
照）が耐熱性のＮｉ−Ｃｒ系合金やセラミックスの繊維
材及び／又は多孔材に付着させることで構成でき，効率
的にＮＯX を分解させることができる。なお，ＮＯX 分
解触媒３０は，図示のように，排気集合管５，或いはそ
の後流の排気管に設けることができる。
【００２４】また，排気マニホールド２における筒形反
応器６にある程度のパティキュレート物質が堆積する
と，逃がし弁１０が筒形反応器６の端部開口１１を開放
するので，排気ガスは，外周通路１４から端部開口１１
を通って内周通路１５へ流入し，次いで，排気集合管５
から排気管へと排出される。この時，筒形反応器６は，
次のようにして再生されることになる。ターボチャージ
ャ（図示せず）を備えた遮熱型ディーゼルエンジンで
は，過給割合が高く，排気ガス中に含まれるＯ2 濃度が
高いので，パティキュレートは排気ガス自体の高温で着
火され，自然発火して加熱焼却される。特に，負荷率の
高い大型遮熱エンジンでは，排気ガス温度が高い二分の
一負荷以上で運転される頻度が多いので，燃焼室４０か
ら排出される排気ガスの温度は全負荷では８００℃，部
分負荷では６００℃の高温になり，パティキュレートが
自然発火して焼却されて筒形反応器５が再生される機会
が増加するので，筒形反応器５は必ずしも加熱ヒータを
必要としないものである。しかしながら，エンジンによ
っては筒形反応器５に通電加熱できる金網等の加熱ヒー
タを設けてもよく，その場合には，筒形反応器６のパテ
ィキュレートの捕集量に応じてコントローラの指令で加
熱ヒータを通電加熱して筒形反応器６を再生するように
コントロールしてもよいことは勿論である。筒形反応器
６に捕集されたパティキュレート物質は，自己着火で加
熱焼却されてＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏ等のガスとなって排気集合
管５から放出され，ターボチャージャへ送り込まれる。
応器６にある程度のパティキュレート物質が堆積する
と，逃がし弁１０が筒形反応器６の端部開口１１を開放
するので，排気ガスは，外周通路１４から端部開口１１
を通って内周通路１５へ流入し，次いで，排気集合管５
から排気管へと排出される。この時，筒形反応器６は，
次のようにして再生されることになる。ターボチャージ
ャ（図示せず）を備えた遮熱型ディーゼルエンジンで
は，過給割合が高く，排気ガス中に含まれるＯ2 濃度が
高いので，パティキュレートは排気ガス自体の高温で着
火され，自然発火して加熱焼却される。特に，負荷率の
高い大型遮熱エンジンでは，排気ガス温度が高い二分の
一負荷以上で運転される頻度が多いので，燃焼室４０か
ら排出される排気ガスの温度は全負荷では８００℃，部
分負荷では６００℃の高温になり，パティキュレートが
自然発火して焼却されて筒形反応器５が再生される機会
が増加するので，筒形反応器５は必ずしも加熱ヒータを
必要としないものである。しかしながら，エンジンによ
っては筒形反応器５に通電加熱できる金網等の加熱ヒー
タを設けてもよく，その場合には，筒形反応器６のパテ
ィキュレートの捕集量に応じてコントローラの指令で加
熱ヒータを通電加熱して筒形反応器６を再生するように
コントロールしてもよいことは勿論である。筒形反応器
６に捕集されたパティキュレート物質は，自己着火で加
熱焼却されてＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏ等のガスとなって排気集合
管５から放出され，ターボチャージャへ送り込まれる。
【００２５】
【発明の効果】この発明によるリアクタを備えた排気マ
ニホールドの構造は，上記のように構成されているの
で，燃焼室から排出する排気ガスに含まれたＨＣ，Ｃ等
のパティキュレート物質を捕集して酸化反応させ，ＣＯ
2 ，Ｈ2 Ｏ等のガスＮＩ変換できると共に，ＮＯX 分解
触媒を配置しておけば，排気ガス中のＮＯX も効率的に
分解させることができる。しかも，排気ガスは筒形反応
器の外周を旋回しながら内周へと流入するのでパティキ
ュレート物質を効率的に捕集できると共に，酸化反応さ
せることができる。
ニホールドの構造は，上記のように構成されているの
で，燃焼室から排出する排気ガスに含まれたＨＣ，Ｃ等
のパティキュレート物質を捕集して酸化反応させ，ＣＯ
2 ，Ｈ2 Ｏ等のガスＮＩ変換できると共に，ＮＯX 分解
触媒を配置しておけば，排気ガス中のＮＯX も効率的に
分解させることができる。しかも，排気ガスは筒形反応
器の外周を旋回しながら内周へと流入するのでパティキ
ュレート物質を効率的に捕集できると共に，酸化反応さ
せることができる。
【図１】この発明によるリアクタを備えた排気マニホー
ルドを組み込んだディーゼルエンジンの一実施例を示す
概略説明図である。
ルドを組み込んだディーゼルエンジンの一実施例を示す
概略説明図である。
【図２】この発明によるリアクタを備えた排気マニホー
ルドを示す断面図である。
ルドを示す断面図である。
１ エンジン ２ 排気マニホールド ３ 排気通路部 ４ 筒形集合部 ５ 排気集合管 ６ 筒形反応器 ７，８，９ ケーシング １０ 逃がし弁 １１ 端部開口 １２ スプリング １３，２４ ガスケット １４ 外周通路 １５ 内周通路 １６ 支持部材 ２０，２１，２２，３８ 遮熱空気層 ２５，２６ 排気通路 ２７ 外周面 ３０ ＮＯX 分解触媒 ３１ シリンダヘッド ３５ 排気ポート ４０ 燃焼室
Claims (10)
- 【請求項１】 燃焼室からの排気ガスを排出するシリン
ダヘッドに形成された各排気ポートにそれぞれ接続され
た排気通路部，該排気通路部を集合させる筒形集合部，
前記筒形集合部の内部に設けられた排気ガスを外周通路
から内周通路へ通過させ且つパティキュレート物質を前
記外周通路に捕集すると共に前記パティキュレート物質
を反応させる筒形反応器，前記筒形集合部の前記内周通
路に接続された排気集合管，及び前記筒形反応器に設け
られた所定の排気ガス圧以上の圧力に応答して前記外周
通路を前記内周通路に連通させる逃がし弁から成るリア
クタを備えた排気マニホールドの構造。 - 【請求項２】 前記排気通路部が前記筒形反応器の外周
接線方向に配置されており，前記排気通路部から前記筒
形集合部へ流入する前記排気ガスが前記筒形反応器の外
周で旋回流となって流入し，次いで，前記排気ガスが前
記筒形反応器の前記外周通路から前記内周通路へと流入
し，すす，ＨＣ等のパティキュレート物質が前記筒形反
応器に捕集され，前記パティキュレート物質が前記筒形
反応器で加熱燃焼してＨ2 Ｏ，ＣＯ2 のガスに反応変化
されることから成る請求項１に記載のリアクタを備えた
排気マニホールドの構造。 - 【請求項３】 前記筒形反応器は前記各排気ポートと接
続する前記排気通路部の出口に対応して長手方向に延び
て配置されており，また，前記排気集合管は前記筒形反
応器のほぼ中央に配置されていることから成る請求項１
に記載のリアクタを備えた排気マニホールドの構造。 - 【請求項４】 前記筒形反応器の後流の前記排気集合管
に配設されたＮＯX分解触媒を通過する時に前記排気ガ
スに含まれたＮＯX が分解されることから成る請求項１
に記載のリアクタを備えた排気マニホールドの構造。 - 【請求項５】 前記排気通路部，前記筒形集合部及び前
記排気集合管を遮熱空気層を介して囲んでいるケーシン
グを備えていることから成る請求項１に記載のリアクタ
を備えた排気マニホールドの構造。 - 【請求項６】 前記排気通路部，前記筒形集合部及び前
記排気集合管は，前記ケーシングに断熱ガスケットによ
って支持されて前記遮熱空気層が形成されていることか
ら成る請求項４に記載のリアクタを備えた排気マニホー
ルドの構造。 - 【請求項７】 前記筒形反応器は，耐熱性のＮｉ−Ｃｒ
系合金やセラミックスからなる繊維材又は多孔材で形成
されていることから成る請求項１に記載のリアクタを備
えた排気マニホールドの構造。 - 【請求項８】 前記筒形反応器の前記繊維材又は多孔材
にはＮｉやＰｔの触媒が付着されていることから成る請
求項７に記載のリアクタを備えた排気マニホールドの構
造。 - 【請求項９】 前記筒形反応器の前記外周通路に捕集さ
れた前記パティキュレートが反応して転化されたガス
は，前記排気ガスと合流して後流に設けたターボチャー
ジャを駆動することから成る請求項１に記載のリアクタ
を備えた排気マニホールドの構造。 - 【請求項１０】 前記排気通路部及び前記筒形集合部
は，セラミックス，耐熱金属等の耐熱材から形成された
内面が凹凸面に形成され，前記排気ガスの流れが前記凹
凸面によって乱流になって前記パティキュレート物質が
前記筒形反応器に捕集され易くなることから成る請求項
１に記載のリアクタを備えた排気マニホールドの構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000003430A JP2001193439A (ja) | 2000-01-12 | 2000-01-12 | リアクタを備えた排気マニホールドの構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000003430A JP2001193439A (ja) | 2000-01-12 | 2000-01-12 | リアクタを備えた排気マニホールドの構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001193439A true JP2001193439A (ja) | 2001-07-17 |
Family
ID=18532380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000003430A Pending JP2001193439A (ja) | 2000-01-12 | 2000-01-12 | リアクタを備えた排気マニホールドの構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001193439A (ja) |
-
2000
- 2000-01-12 JP JP2000003430A patent/JP2001193439A/ja active Pending
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