JP2006283604A

JP2006283604A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2006283604A
Application number: JP2005102064A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Makihara; 宏之槙原
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】排気ガス浄化用触媒に還元用燃料をガス化して供給する内燃機関において、簡単な構造でありながら、排気ターボ過給機２の腐食や還流排気ガスの成分悪化を防止する。
【手段】排気マニホールド１の一部に燃料が供給される気化室５を一体に設け、中間排気管３のうち排気ターボ過給機２より下流側の部分と気化室５とをバイパス通路６で接続する。気化室５には噴射ノズル８から燃料が噴射され、燃料は気化室５でガス化し、排気ターボ過給機２を通ることなく浄化装置（触媒）に供給される。
【選択図】図１

Description

本願発明は、触媒方式の排気ガス浄化装置と排気ターボ過給機とを備えている内燃機関に関するものである。

ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関では、排気ガス中のＮＯｘを低減するために、排気通路中にＮＯ_X触媒（吸収剤）を配置し、炭化水素を還元剤として触媒に供給することによってＮＯ_Xを分解することが行われており、一般に、還元剤としての炭化水素にはガソリンや軽油のような機関燃料が使用されている。

この場合、触媒のＮＯ_X吸収機能を回復させるには高い温度が必要であり、そこで、燃料をガス化して触媒に供給している。そして、燃料をガス化する手段として従来は、例えば特許文献１に記載されているように専用のヒータを設けることや、特許文献２に記載されているように排気マニホールドの内部に燃料を噴射することが行われている。特許文献２のように構成すると、専用のヒータは不要となるためそれだけ構造が簡単になる利点がある。
特開平１０─２６６８３０号公報特開２００２─３０９２７号公報

ところで、近頃の内燃機関には排気ターボ過給機を備えているものが多く、排気ターボ過給機は排気ガスのパワーを有効利用するため、排気マニホールドの出口部に接続していることが多い。従って、特許文献２の場合、気化した燃料は排気ガスと混合して排気ターボ過給機のタービンを通過することになるが、燃料ガスの影響により、排気ターボ過給機のタービンが腐食したり摩擦抵抗が増大したりする虞があった。また、内燃機関では低温始動時等において排気ガスを気筒に還流させることも行われているが、還流ガスに燃料が混入していることによって還流ガスの性質が悪化する虞もあった。

本願発明は、排気ガスの熱を利用して燃料を気化する点では特許文献２の考え方を踏襲しつつ、その問題を解消することを課題とするものである。

前記の課題を解決するため請求項１の発明は、シリンダヘッドの排気ポートから排出された排気ガスが通る排気通路中に、排気ターボ過給機と排気ガス浄化用触媒とを、排気ターボ過給機が上流側に位置し排気ガス浄化用触媒が下流側に位置するように設けており、前記排気ガス浄化用触媒に、機関燃料をガス化して供給できるようになっている内燃機関において、前記排気通路のうち排気ターボ過給機よりも上流側の部位に、燃料を排気ガスの熱で加温することによって気化せしめる気化室を設け、この気化室を、前記排気通路のうち記排気ターボ過給機より下流側の部位に接続している。

また、請求項２の発明は、請求項１において、前記シリンダヘッドに固定された排気マニホールドの一部に、前記気化室を、当該気化室の内部と排気マニホールドの内部とが隔壁を介して仕切られるようにして一体的に設けており、前記隔壁に、気化室に排気ガスを少量だけ噴出させる連通穴を設けている。

本願発明によると、排気ガスの熱を利用して燃料を気化するものでありながら、触媒の還元用燃料が排気ターボ過給機に導入されることを回避できるため、簡単な構造でありながら、排気ターボ過給機のタービン等が腐食することや、排気ガスを気筒に還流させるに際して排気ガスの性質が悪化することを防止できる。

特に、請求項２のように構成すると、燃料が排気ガスに晒されるためその気化を迅速化及び確実化させることができると共に、気化した燃料は排気ガスの圧力（正圧）で素早く触媒に送気されるため応答性が高い利点があり、特に好適である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

(1).第１実施形態（図１）
図１では第１実施形態を示している。（Ａ）は内燃機関の排気系を大まかに示す図であり、排気系（排気通路）は、シリンダヘッド（図示せず）に固定された排気マニホールド１と、排気マニホールド１の出口部１ａに接続された排気ターボ過給機２と、排気ターボ過給機２の出口ポートに接続された中間排気管３と、中間排気管３の下流側端部に接続された触媒方式の浄化装置４と、浄化装置４の下流側に配置した消音器（図示せず）を備えている。

本実施形態の内燃機関は４気筒であり、従って、排気マニホールド１は機関の排気ポートに接続される４つの枝管１ｂを備えており、４つの枝管１ｂは気筒の並び方向に延びる１本の集合管１ｃに接続されている。そして、排気マニホールド１における集合管１ｃの一端部に気化室５を一体に形成し、気化室５と中間排気管３の上流端部とをパイパス通路６で接続している。この点を分図（Ｂ）も参照して説明する。

分図（Ｂ）は要部の一部破断拡大図であり、気化室５の内部と集合管１ｃの内部とは隔壁７で仕切られている。気化室５には噴射ノズル８を介して燃料供給管９が接続されており、燃料は噴射ノズル８から隔壁７に向けて噴出される。噴射ノズル８は、気化室を５を構成するハウジングのうち隔壁７と対向する部分に開いた取り付け穴５ａに装着している。

パイパス通路６は排気マニホールド１及び中間排気管３とは別体のパイプで構成しているが、いずれか一方に一体に設けることも可能である。また、本実施形態の気化室５は排気マニホールド１が鋳物製であることを利用して排気マニホールド１に一体成形しているが、排気マニホールド１とは別体のものを製造してこれを排気マニホールド１にボルト等で締結しても良い。

以上の構成において、排気ガスは高温であるため、機関を始動すると排気マニホールド１及び気化室５はすぐに高温になる。このため、還元用の燃料は隔壁７に噴射されることによって瞬間的に気化する。そして、燃料は気化することによって体積が液体時に比べて数百倍〜数千倍に膨張するため、気化室５の内部でガス化した燃料は自身の圧力で押されて中間排気管３に送気されて浄化装置（触媒）に至り、そして、還元作用が発揮される。

そして、気化した燃料ガスが排気ターボ過給機２を通過することはないため、排気ターボ過給機２のタービン等が腐食することはなく、また、排気ターボ過給機２の上流からから一部の排気ガスを気筒に還流させるにおいて還流ガスの成分が悪化することもないのである。

(2).第２〜第４実施形態（図２〜図４）
図２（Ａ）では第２実施形態を示している。この実施形態は基本的な構造は第１実施形態と同様であり、相違点は、隔壁７に、僅かな量の排気ガスを気化室５に導く連通穴（小穴）１０が空けられている点である。第１実施形態は還元用燃料を間接加熱する方式であったが、この第２実施形態では、還元用燃料は高温の排気ガスに直接に晒されるため、ガス化が迅速に行われる。また、排気ガスの正圧による送気作用によって混合ガスが中間排気管３に迅速に送られため、排気ガス浄化の応答性が高い。

敢えて述べるまでもないが、排気ターボ過給機２の効率低下防止のため、気化室５に送られる排気ガスの量は最小必要限に設定されており、また、連通穴１０は燃料が通過しない大きさに設定している。本実施形態のように隔壁７に連通穴１０を設けている場合、図２（Ｂ）に示すように、パイパス通路６に流量調節用のバルブ１１を設けると、必要に応じて開閉したり運転状態に応じて流量を調節したりすることができるため、燃料の無駄な消費を防止できると共に浄化効率のアップに貢献できる。

本実施形態のように、隔壁７に連穴１０を設けると共に、気化室の５のうち隔壁７と対向した部分に取り付け穴５ａを設けてこれに噴射ノズル８を装着すると、連通穴１０をドリル加工で空けるにおいて、ドリルを取り付け穴５ａから挿通できるため、連通穴１０の加工を簡単に行える利点がある（取り付け穴５ａにドリルを挿通しない場合は、気化室５を構成するハウジングにもドリルで捨て穴を空けることによって連通穴１０を加工しなければならず、すると、ハウジングに空いた捨て穴をプラグで塞ぐ必要があり、加工が面倒になる。）。

図３（Ａ）では第３実施形態を示している。この実施形態は第２実施形態の変形例であり、第２実施形態との相違点は、連通穴１０を気化室５の出口側に傾斜させている点である。このように連通穴１０を傾斜させると、燃料を高速で噴出させても連通穴１０を介して排気マニホールド１の内部に進入することを防止できると共に、排気ガスに方向性が付与されるため気化燃料の送気速度をアップできる利点がある。

上記の各実施形態は噴射ノズル８を気化室５のうち隔壁７と対向した部分に設けているが、図３（Ａ）に一点差線で示すように、噴射ノズル８を隔壁７に近い部分に設けて、燃料が排気ガスの流れを横切る方向に噴出するように構成しても良い。

図３（Ｂ）に示す第４実施形態も第３実施形態の変形例であり、この実施形態では、隔壁７を気化室５の内部に向けて凸となるように湾曲させている。このように構成すると、隔壁７の表面積が大きくなるので、燃料の気化促進に貢献できる。排気マニホールド１の内部に向けて凸となるように湾曲させることも可能である。

(3).第５〜第６実施形態（図４〜図５）
図４では第５実施形態を示している。この実施形態では、排気マニホールド１の出口部１ａと中間排気管３の上流部とが気化室５及びバイパス通路６で接続されており、気化室５とバイパス通路６とは同径のパイプで一連に延びるように形成されている。そして、気化室５の終端部に噴射ノズル８を設ける一方、排気マニホールド１の出口部１ａには、気化室５に排気ガスを噴出させる連通穴１０を設けている。

気化室５は排気マニホールド１の出口部１ａと略直交する姿勢になっており、気化室５とバイパス通路６とで略Ｌ字状の形態をなしている。燃料は排気マニホールド１に向けて噴出されるようになっている。このため、燃料と排気ガスとが干渉し合うことによって燃料のガス化が効率良く行われる。もちろん、一点鎖線で示すように、燃料を排気ガスの流れ方向と直交した方向に向けて噴出させることも可能である。

図４の実施形態から容易に理解できるように、気化室５とバイパス通路６とは明確に区別する必要はないのであり、バイパス通路６の全体を気化室５となすことや、気化室５にバイパス通路の機能を持たせることも可能である。

図５に示す第６実施形態では、還元用燃料を排気マニホールド１で間接加熱する方式において、気化室５を排気マニホールド１の集合管１ｃに沿って長く伸びる形状に形成し、その一端部に噴射ノズル８を設けている。

(4).その他
本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化することができる。例えばと気化室の形態としては、排気マニホールドの出口部をぐるりと包囲するような形状（すなわちリング状の形状）も採用できる。気化室にフィンのような面積増大手段を設けることも可能である。更に、気化室を細いパイプで構成し、これを排気マニホールドの内部に露出させることも可能である。

第１実施形態を示す図である。第２実施形態を示す図である。第３実施形態及び第４実施形態を示す図である。第５実施形態及び第４実施形態を示す図である。第６実施形態及び第４実施形態を示す図である。

符号の説明

１排気マニホールド
２排気ターボ過給機
３中間排気管
４浄化装置（触媒）
５気化室
６バイパス通路
７隔壁
８燃料噴射ノズル
１０連通穴

Claims

シリンダヘッドの排気ポートから排出された排気ガスが通る排気通路中に、排気ターボ過給機と排気ガス浄化用触媒とを、排気ターボ過給機が上流側に位置し排気ガス浄化用触媒が下流側に位置するように設けており、前記排気ガス浄化用触媒に、機関燃料をガス化して供給できるようになっている内燃機関であって、
前記排気通路のうち排気ターボ過給機よりも上流側の部位に、燃料を排気ガスの熱で加温することによって気化せしめる気化室を設け、この気化室を、前記排気通路のうち記排気ターボ過給機より下流側の部位に接続している、
内燃機関。
前記シリンダヘッドに固定された排気マニホールドの一部に、前記気化室を、当該気化室の内部と排気マニホールドの内部とが隔壁を介して仕切られるようにして一体的に設けており、前記隔壁に、気化室に排気ガスを少量だけ噴出させる連通穴を設けている、
請求項１に記載した内燃機関。