JP2004068654A - 排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】省スペース化を図るとともに、排気触媒における排気浄化をより効率的に行うことの可能な排気浄化システムを提供する。
【解決手段】エンジン１１には排気マニホールド１２が固定され、排気マニホールド１２の集合部の下流側には初期触媒１４が接続されている。排気マニホールド１２は、内管２１と外管３１とを備え、内管２１は、上流部２２及び下流部２３によって構成され、互いに重なり合う重合部分２４において環状の隙間が形成されている。エンジン１１にはエアポンプ４１が搭載され、エアポンプ４１にて発生させられた二次空気は、ヒータ４４にて加熱された後、加熱二次空気となって導入口４３から内管２１及び外管３１間に供給され、環状の隙間から下流部２３内部へと供給される。二次空気が環状の隙間から供給されるため、排気ガスと加熱二次空気とがより均質に混合される。
【選択図】　　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化システムに係り、特に、排気マニホールド内に二次空気を供給することによる排気浄化システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関から排出される排気ガスを浄化するべく、排気系に二次空気を導入するという技術がある（例えば、特開平１０−８９５２号公報等）。この技術においては、排気マニホールドとして、インナマニホールド及びアウタマニホールドからなる二重管構造が採用されている。そして、外部の二次空気導入管を介して、アウタマニホールドに形成された二次空気導入口へ供給された二次空気が、インナマニホールド及びアウタマニホールド間に形成された二次空気通路部を通ってインナマニホールド内部へと導入される。このように、排気マニホールド内に二次空気通路部を設けることで、エンジンルーム内での省スペース化等が図られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記技術では、インナマニホールドに円形状の連通孔が形成されており、二次空気通路部を通った二次空気は、該連通孔からインナマニホールド内へと導入される。このため、二次空気は、インナマニホールド内に局所的に導入されることとなり、排気ガスと均質に混合しにくくなる。従って、下流側の触媒での浄化作用、より具体的には一酸化炭素、炭化水素の酸化等が促進されにくくなってしまうおそれがある。
【０００４】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、省スペース化を図るとともに、排気触媒における排気浄化をより効率的に行うことの可能な排気浄化システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、内燃機関に取付けられ、各気筒からの排気ガスを下流側へ導出するための排気マニホールドを、内管と、内管の外周に対し所定間隔を隔てて配設された外管とから構成し、二次空気発生手段から供給される二次空気を、前記外管から前記内管内部へと供給し、下流側に設けられた排気触媒における排気浄化機能を強化せしめるよう構成された排気浄化システムにおいて、前記内管を少なくとも上流部及び下流部により構成し、該上流部と下流部との重合部分を環状又は略環状の所定の隙間を隔てた挿通状態とすることで、前記外管側から供給された二次空気を内管内部へと供給可能としたことをその要旨としている。
【０００６】
上記請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の各気筒からの排気ガスが排気マニホールドを通って下流側へ導出される。排気マニホールドは内管と外管とから構成され、二次空気発生手段から供給される二次空気が、外管から内管内部へと供給される。これにより、排気ガスに空気（酸素）が積極的に混合されることとなり、下流側に設けられた排気触媒における排気浄化機能が強化される。さて、本発明では、内管が、少なくとも上流部及び下流部により構成され、上流部と下流部との重合部分が環状又は略環状の所定の隙間を隔てた挿通状態とされている。このため、外管側から供給された二次空気が、前記重合部分の隙間から内管内部へと供給される。従って、局所的に内管内部へと二次空気が導入されていた従来技術とは異なり、導出される排気ガスの周囲から環状又は略環状に二次空気が供給されることから、排気ガスと二次空気とがより均質に混合され、下流側の排気触媒において、触媒活性がより高められ、浄化が促進される。その結果、外部に露出する二次空気の供給経路が長くならず省スペース化を図ることができるとともに、排気浄化をより効率的に行うことができる。さらに、内管の重合部分に隙間が形成されるため、熱による伸縮、変形等が起こったとしても、内管にダメージを及びにくくすることができる。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明では、内燃機関に取付けられ、各気筒からの排気ガスを下流側へ導出するための排気マニホールドを、内管と、内管の外周に対し所定間隔を隔てて配設され、上流端及び下流端が前記内管に固定された外管とから構成し、前記内燃機関に搭載された二次空気発生手段から供給される二次空気を、前記外管の導入口から前記内管内部へと供給し、下流側に設けられた排気触媒における排気浄化機能を強化せしめるよう構成された排気浄化システムにおいて、前記内管を少なくとも上流部及び下流部により構成し、該上流部と下流部との重合部分を環状又は略環状の所定の隙間を隔てた挿通状態とすることで、前記外管の導入口から供給された二次空気を内管内部へと供給可能としたことを特徴とする排気浄化システムをその要旨としている。
【０００８】
上記請求項２に記載の発明によれば、内燃機関の各気筒からの排気ガスが排気マニホールドを通って下流側へ導出される。排気マニホールドは内管と、上下流端にて内管に固定された外管とから構成され、二次空気発生手段から供給される二次空気が、外管の導入口から内管内部へと供給される。これにより、排気ガスに空気（酸素）が積極的に混合されることとなり、下流側に設けられた排気触媒における排気浄化機能が強化される。さて、本発明では、内管が、少なくとも上流部及び下流部により構成され、上流部と下流部との重合部分が環状又は略環状の所定の隙間を隔てた挿通状態とされている。このため、外管側から供給された二次空気が、前記重合部分の隙間から内管内部へと供給される。従って、局所的に内管内部へと二次空気が導入されていた従来技術とは異なり、導出される排気ガスの周囲から環状又は略環状に二次空気が供給されることから、排気ガスと二次空気とがより均質に混合され、下流側の排気触媒において、触媒活性がより高められ、浄化が促進される。その結果、外部に露出する二次空気の供給経路が長くならず省スペース化を図ることができるとともに、排気浄化をより効率的に行うことができる。さらに、内管の重合部分に隙間が形成されるため、熱による伸縮、変形等が起こったとしても、内管にダメージを及びにくくすることができる。
【０００９】
さらに、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の排気浄化システムにおいて、前記外管の導入口は、前記重合部分よりも上流側に設けられていることをその要旨としている。
【００１０】
上記請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の作用効果に加えて、外管の導入口が重合部分よりも上流側に設けられているので、外管の導入口から導入された二次空気が、前記隙間から、排気ガスの流れに沿って（流れに逆らうことなく）内管内へと供給される。従って、供給される二次空気の圧力等をさほど高めずとも均質な混合を図ることが可能となる。
【００１１】
併せて、請求項４に記載の発明では、請求項１乃至３のいずれかに記載の排気浄化システムにおいて、前記重合部分において、前記上流部よりも下流部のほうが大径となっていることをその要旨としている。
【００１２】
上記請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３に記載の発明の作用効果に加えて、重合部分において、前記上流部よりも下流部のほうが大径となっているため、二次空気が、前記隙間から、排気ガスの流れに沿って（流れに逆らうことなく）下流部内へと供給される。従って、供給される二次空気の圧力等をさほど高めずとも均質な混合を図ることが可能となる。また、各気筒から火炎等が内管へともたらされることがあるが、下流部のほうが大径となっているため、前記火炎等が内管外部へと飛び出してしまい、外管側が異常に高温となってしまうといった事態を抑制できる。
【００１３】
加えて、請求項５に記載の発明では、請求項１乃至４のいずれかに記載の排気浄化システムにおいて、前記二次空気発生手段から供給される二次空気を加熱する加熱手段を設けたことをその要旨としている。
【００１４】
上記請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜４に記載の発明の作用効果に加えて、加熱手段によって二次空気発生手段から供給される二次空気が加熱される。このため、内燃機関の始動時等においては、排気触媒へと供給される排気ガスの温度が比較的低いことが懸念されるところであるが、二次空気が加熱されることから、混合ガスの温度が高められ、触媒活性を高めることができる。結果として、始動時等における排気浄化効率を一層高めることが可能となる。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明では、請求項１乃至５のいずれかに記載の排気浄化システムにおいて、前記排気触媒は三元触媒であることをその要旨としている。
【００１６】
上記請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜５に記載の発明の作用効果に加えて、排気触媒が三元触媒であるため、一酸化炭素、炭化水素の酸化等が促進されるとともに、高負荷時等における窒素酸化物の還元も促進される。結果として、排気触媒による排気浄化作用を総合的に促進させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、排気マニホルドを具体化した一実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１に示すように、内燃機関としてのエンジン１１には、該エンジン１１の各気筒と連通するようにして排気マニホールド１２が固定されている。排気マニホールド１２は各気筒に対応するべく分岐部を有するとともに、下流側において集合させられた集合部を有している。集合部の下流側には、パイプ部１３を介して初期触媒１４が接続されている。初期触媒１４の下流側には、ベローズ１５及びパイプ部１６を介してメイン触媒１７が接続されている。メイン触媒１７の下流側には、図示しない排気管が接続されている。初期触媒１４は、主としてエンジン１１の始動時において排気ガスを浄化するべく機能し、メイン触媒１７は主としてエンジン１１の暖気後において、排気ガスを浄化するべく機能する。本実施の形態では、初期触媒１４及びメイン触媒１７は、共に三元触媒によって構成されている。
【００１９】
図２に示すように、本実施の形態における排気マニホールド１２は、各気筒からの排気ガスを下流側へ導出するための内管２１と、該内管２１の外周側に対し、所定間隔隔てて配設され、内管２１と略相似形状をなす外管３１とを備えており、いわば二重管構造を有している。外管３１の上下流端は、内管２１に固定されている。
【００２０】
次に、本実施の形態の排気浄化機構について詳細に説明する。
【００２１】
図１，２に示すように、エンジン１１には、二次空気発生手段としてのエアポンプ４１が搭載されている。エアポンプ４１には、二次空気導入管４２が接続され、該二次空気導入管４２は、外管３１に形成された導入口４３に接続されている。また、二次空気導入管４２の途中には、加熱手段としてのヒータ４４が設けられ、該ヒータ４４も、前記エアポンプ４１と同様、エンジン１１に搭載されている。そして、エアポンプ４１にて発生させられた二次空気は、ヒータ４４にて加熱された後、加熱二次空気となって導入口４３から内管２１及び外管３１間の隙間に供給されるようになっている。
【００２２】
さて、図３に示すように、本実施の形態において、前記内管２１は、上流部２２及び下流部２３によって構成されている。上流部２２及び下流部２３は、共に断面円形状をなし、両者２２，２３の接合しあう部位は、互いに重なり合う重合部分２４となっている。該重合部分２４において、下流部２３は拡径されており、上流部２２よりも大径となっている。すなわち、上流部２２と下流部２３との重合部分２４には、環状の隙間が形成されており、両者２２，２３は挿通状態とされている。本実施の形態における両者２２，２３間の隙間は、０．３ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内に設定されているが、かかる数値に何ら限定されるものではない。かかる隙間が存在することで、前記外管３１の導入口４３から供給された加熱二次空気は、隙間を通って内管２１内部、より詳しくは下流部２３内部へと供給されるようになっている。
【００２３】
次に、上記のように構成されてなる本実施の形態の作用効果について説明する。
【００２４】
エンジン１１の始動時等においては、初期触媒１４等における温度は比較的低く、初期触媒１４等における活性は比較的低い。かかる状況下、本実施の形態では、エアポンプ４１が作動させられ、ヒータ４４で加熱された二次空気が二次空気導入管４２を通って導入口４３から外管３１及び内管２１の間の空間へと導入される。そして、該空間へ導入された加熱二次空気は、上流部２２と下流部２３との重合部分における環状の隙間から内管２１（下流部２３）内部へと供給される。
【００２５】
従って、円形の孔から局所的に内管内部へと二次空気が導入されていた従来技術とは異なり、導出される排気ガスの周囲から環状に二次空気が供給されることとなり、排気ガスと加熱二次空気とがより均質に混合される。そのため、下流側の初期触媒１４等において、触媒活性がより高められ、かつ、酸素リッチとなった排気ガスの酸化が促進される。その結果、外部に露出する二次空気の供給経路が長くならず省スペース化を図ることができるとともに、排気浄化をより効率的に行うことができる。
【００２６】
さらに、内管２１の重合部分２４に隙間が形成されているため、内管２１は、上流部２２及び下流部２３の重合部分においていわば開放端となっている。従って、熱による伸縮、変形等が起こったとしても、内管２１にダメージを及びにくくすることができる。
【００２７】
さらに、本実施の形態では、外管３１の導入口４３は、重合部分２４よりも上流側に設けられており、かつ、重合部分２４において、上流部２２よりも下流部２３のほうが大径となっている。このため、二次空気が、前記隙間から、排気ガスの流れに沿って（流れに逆らうことなく）下流部内へと円滑に供給される。従って、エアポンプ４１のポンプ圧力をさほど高めずとも均質な混合を図ることが可能となる。また、各気筒から火炎等が内管２１へともたらされることがあるが、下流部２３のほうが大径となっているため、前記火炎等が内管２１外部へと飛び出すといった事態を抑制でき、外管３１側が異常に高温となってしまうといった事態を防止できる。
【００２８】
併せて、上流部２２よりも下流部２３のほうが大径となっており、前記重合部分２４の直下流側においては、オリフィス効果によって内管２１内に負圧部位が形成されやすい。従って、二次空気がよりスムースに内管２１内へと案内される。
【００２９】
尚、上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。
【００３０】
（ａ）上記実施の形態では、重合部分２４において下流部２３が拡径されることで、上流部２２よりも大径とされているが、図４に示すように、上流部２２の下流端が小径とされることで、結果的に下流部２３が上流部２２よりも大径とされていてもよい。特に、図に示す例では、上流部２２の下流端がテーパ部６１を介して小径部６２を具備している。かかる構成とすることで、二次空気は、前記隙間から滑らかに内管２１（下流部２３）の中心方向へと案内されやすい。
【００３１】
（ｂ）上記実施の形態では、下流部２３が上流部２２よりも大径とされているが、下流部２３が上流部２２よりも小径となっていてもよい。
【００３２】
（ｃ）また、上記実施の形態では、重合部分２４において上流部２２及び下流部２３間には全周に隙間が形成されているが、必ずしも全周に隙間が形成されていなくてもよい。例えば、図５に示すように、比較的小径の上流部２２に所定間隔毎に外方へ突出する支持部６３を設けることとしてもよい。図に示す例では、支持部６３は、下流部２３の内面に当接している。かかる構成とすることで、上流部２２及び下流部２３間の隙間の存在に起因して、がたつき、異音等が発生するのを防止することができる。また、上流部２２及び下流部２３間に周方向に所定間隔毎に別体で支持体を介在させてもよい。
【００３３】
（ｃ）上記実施の形態では、ヒータ４４を設けることとしているが、該ヒータ４４を省略することとしてもよい。
【００３４】
（ｄ）また、エアポンプ４１やヒータ４４等は、必ずしもエンジン１１に搭載されていなくてもよく、エンジン１１とは離れた位置に設置されていてもよい。
【００３５】
（ｅ）排気触媒としては、必ずしも三元触媒を採用せずともよく、例えば、酸化触媒、還元触媒をそれぞれ別個に設けることとしてもよい。
【００３６】
（ｆ）上記実施の形態では、内管２１を上下２つに分断する構成について具体化しているが、３つ以上に分断してもよい。
【００３７】
また、上記実施の形態から把握できるさらなる技術的思想の創作について記載する。
【００３８】
（１）請求項１〜６のいずれかにおいて、前記排気触媒は、主として前記内燃機関の始動時において排気ガスを浄化するべく機能する初期触媒であること。
【００３９】
（２）請求項１〜６、上記付記（１）のいずれかにおいて、前記上流部及び下流部のうち、一方が他方に対し支持されていること。かかる構成とすることで、内管のがたつきを抑制できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の排気浄化システムによれば、省スペース化を図るとともに、排気触媒における排気浄化をより効率的に行うことができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態における排気浄化システムの構成を示す平面模式図である。
【図２】排気マニホルド等の内部構造を示す部分断面図である。
【図３】内管の重合部分等を示す拡大部分断面図である。
【図４】別の実施の形態における内管の重合部分等を示す拡大部分断面図である。
【図５】別の実施の形態における内管の重合部分を示す断面図である。
【符号の説明】
１１…内燃機関としてのエンジン、１２…排気マニホールド、１４…排気触媒としての初期触媒、１７…排気触媒としてのメイン触媒、２１…内管、２２…上流部、２３…下流部、２４…重合部分、３１…外管、４１…二次空気発生手段としてのエアポンプ、４２…二次空気導入管、４３…導入口、４４…加熱手段としてのヒータ。

Claims (6)

1. 内燃機関に取付けられ、各気筒からの排気ガスを下流側へ導出するための排気マニホールドを、内管と、内管の外周に対し所定間隔を隔てて配設された外管とから構成し、二次空気発生手段から供給される二次空気を、前記外管から前記内管内部へと供給し、下流側に設けられた排気触媒における排気浄化機能を強化せしめるよう構成された排気浄化システムにおいて、
   前記内管を少なくとも上流部及び下流部により構成し、該上流部と下流部との重合部分を環状又は略環状の所定の隙間を隔てた挿通状態とすることで、前記外管側から供給された二次空気を内管内部へと供給可能としたことを特徴とする排気浄化システム。
2. 内燃機関に取付けられ、各気筒からの排気ガスを下流側へ導出するための排気マニホールドを、内管と、内管の外周に対し所定間隔を隔てて配設され、上流端及び下流端が前記内管に固定された外管とから構成し、前記内燃機関に搭載された二次空気発生手段から供給される二次空気を、前記外管の導入口から前記内管内部へと供給し、下流側に設けられた排気触媒における排気浄化機能を強化せしめるよう構成された排気浄化システムにおいて、
   前記内管を少なくとも上流部及び下流部により構成し、該上流部と下流部との重合部分を環状又は略環状の所定の隙間を隔てた挿通状態とすることで、前記外管の導入口から供給された二次空気を内管内部へと供給可能としたことを特徴とする排気浄化システム。
3. 前記外管の導入口は、前記重合部分よりも上流側に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の排気浄化システム。
4. 前記重合部分において、前記上流部よりも下流部のほうが大径となっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排気浄化システム。
5. 前記二次空気発生手段から供給される二次空気を加熱する加熱手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の排気浄化システム。
6. 前記排気触媒は三元触媒であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の排気浄化システム。

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