JP2007211663A - Exhaust gas catalyst device and multi-cylinder internal combustion engine equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば内燃機関などの燃焼装置において発生する排気ガスを浄化する排気浄化装置としての排気触媒装置および該排気触媒装置を備える多気筒内燃機関に関し、詳細には、排気ガスを排気ガス浄化用の排気浄化部材としての触媒コンバータに導くための通路構造に関する。 The present invention relates to an exhaust catalyst device as an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas generated in a combustion device such as an internal combustion engine, and a multi-cylinder internal combustion engine equipped with the exhaust catalyst device. The present invention relates to a passage structure for leading to a catalytic converter as an exhaust gas purification member.
排気ガスを浄化する排気浄化装置としての排気触媒装置では、例えば内燃機関の直下型排気触媒装置のように、そのレイアウト上、排気ガス浄化用の触媒コンバータに排気ガスを導く通路が、所定角度、例えばほぼ直角に屈曲することがある。一方、触媒コンバータに流入する排気ガスの流れの状態は、触媒コンバータの入力端面において、局部的に偏ることなく、できる限り均一であることが、触媒コンバータの浄化性能および耐久性の観点から望ましい。このため、屈曲する導入通路が設けられた排気触媒装置において、触媒コンバータに流入する排気ガスの流れを均一化するための種々の技術が知られている(例えば特許文献1,2参照)。
ところで、触媒コンバータの入口端部における排気ガスの流れを均一にするために、導入通路に整流板など挿入部材が設けられるものでは、通路抵抗が大きくなって排気効率が低下し、しかもコスト高となる。また、導入通路の壁面に流れを偏向するための突出部を設けることも、同様に通路抵抗が大きくなって、排気効率の低下を招来する。 By the way, in order to make the flow of exhaust gas uniform at the inlet end of the catalytic converter, an insertion member such as a rectifying plate is provided in the introduction passage, passage resistance increases, exhaust efficiency decreases, and cost increases. Become. In addition, providing a protrusion for deflecting the flow on the wall surface of the introduction passage similarly increases the passage resistance, leading to a reduction in exhaust efficiency.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項1〜4記載の発明は、導入通路での通路抵抗の増加を抑制して良好な排気効率を維持しつつ、排気浄化装置としての排気触媒装置の、排気浄化部材としての触媒コンバータの入口端面での排気ガスの流れを均一化することを目的とする。そして、請求項2記載の発明は、集合型排気ポートがシリンダヘッドに形成された多気筒内燃機関において、前述の目的の達成を図り、請求項4記載の発明は、さらに、排気触媒装置で発生する騒音の低減を図ることを目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and the invention according to claims 1 to 4 suppresses an increase in passage resistance in the introduction passage and maintains good exhaust efficiency while purifying exhaust. An object of the present invention is to make the flow of exhaust gas uniform at the inlet end face of a catalytic converter as an exhaust purification member of an exhaust catalyst device as a device. The invention according to
請求項1記載の発明は、排気ガス浄化用の触媒コンバータと排気ガスを前記触媒コンバータの入口端面に導く導入通路とが設けられた排気触媒装置であって、前記導入通路が、排気ガスが流入する通路入口を有する上流部と、前記通路入口からの排気ガスが屈曲流となる屈曲部と、屈曲した後の排気ガスの流れを前記入口端面に向けて流出させる通路出口を有する下流部とから構成される排気触媒装置において、前記屈曲部には、側面視で、前記上流部の外側周部の最下流部と前記下流部の外側周部の最上流部と結ぶ仮想円弧よりも屈曲外方に膨出する膨出部が設けられ、前記屈曲部の排気ガスの一部は、前記膨出部の壁面に沿って流れることにより、前記通路入口での排気ガスの、側面視での流入方向に対して反転した偏向流となり、前記偏向流は屈曲内方かつ前記入口端面を指向して前記膨出部から流出する排気触媒装置である。 The invention according to claim 1 is an exhaust catalyst device provided with a catalytic converter for purifying exhaust gas and an introduction passage for introducing exhaust gas to an inlet end face of the catalytic converter, wherein the introduction passage is configured to receive exhaust gas. An upstream portion having a passage inlet, a bent portion in which exhaust gas from the passage inlet becomes a bent flow, and a downstream portion having a passage outlet for causing the flow of the exhaust gas after being bent to flow toward the inlet end face In the exhaust catalyst device configured, the bent portion is bent outwardly from a virtual arc connecting the most downstream portion of the outer peripheral portion of the upstream portion and the most upstream portion of the outer peripheral portion of the downstream portion in a side view. A bulging portion that bulges out, and a part of the exhaust gas of the bent portion flows along the wall surface of the bulging portion, whereby the inflow direction of the exhaust gas at the passage inlet in a side view The deflection flow is reversed with respect to Countercurrent is an exhaust catalyzer flowing out of the bulging portion directed bending inwardly and said inlet end face.
これによれば、排気ガスが導入通路の屈曲部で屈曲流となるために触媒コンバータの入口端面での排気ガスの流れが該入口端面の外側部分に偏る状態(以下、「流れの不均一状態」という。)を生じさせる主たる原因となる屈曲部の外側部分での流れが、膨出部により偏向流となって入口端面で内側部分に向かうので、触媒コンバータの入口端面の内側部分での排気ガスの流れが多くなる一方、入口端面の外側部分に向かう流れが少なくなる。また、膨出部により偏向流が発生するので、屈曲内方に突出して偏向流を発生させる突出壁とは異なり、偏向流を発生させるために通路抵抗が増加することがないうえ、導入通路の通路面積が膨出部の分だけ大きくなるので、導入通路での通路抵抗の増加が抑制される。さらに、膨出部は屈曲部に設けられているので、直線状の通路の側方に膨出部が設けられる場合に比べて、排気ガスが膨出部に流入しやすいので、指向性の強い偏向流を発生させることができる。 According to this, since the exhaust gas is bent at the bent portion of the introduction passage, the flow of the exhaust gas at the inlet end surface of the catalytic converter is biased toward the outer portion of the inlet end surface (hereinafter referred to as “non-uniform flow state”). The flow at the outer part of the bent part, which is the main cause of the occurrence of the above, becomes a deflected flow by the bulging part toward the inner part at the inlet end face, so that the exhaust at the inner part of the inlet end face of the catalytic converter While the gas flow increases, the flow toward the outer portion of the inlet end surface decreases. Further, since the deflected flow is generated by the bulging portion, unlike the protruding wall that protrudes inwardly to generate the deflected flow, the passage resistance is not increased to generate the deflected flow, and the introduction passage Since the passage area is increased by an amount corresponding to the bulging portion, an increase in passage resistance in the introduction passage is suppressed. Furthermore, since the bulging portion is provided at the bent portion, exhaust gas tends to flow into the bulging portion as compared with the case where the bulging portion is provided on the side of the linear passage, so that directivity is strong. A deflected flow can be generated.
請求項2記載の発明は、配列方向に並んだ複数の燃焼室からの排気ガスが集合する集合型排気ポートが形成されたシリンダヘッドと、前記集合型排気ポートの出口の直下流に接続されて排気ガスを浄化する直下型の排気触媒装置とを備える多気筒内燃機関であって、前記排気触媒装置には、排気ガス浄化用の触媒コンバータと排気ガスを前記触媒コンバータの入口端面に導く導入通路とが設けられ、前記導入通路が、排気ガスが流入する通路入口を有する上流部と、前記通路入口からの排気ガスが屈曲流となる屈曲部と、屈曲した後の排気ガスの流れを前記入口端面に向けて流出させる通路出口を有する下流部とから構成される排気触媒装置において、前記屈曲部には、側面視で、前記上流部の外側周部の最下流部と下流部の外側周部の最上流部と結ぶ仮想円弧よりも屈曲外方に膨出する膨出部が設けられ、前記屈曲部の排気ガスの一部は、前記膨出部の壁面に沿って流れることにより、前記通路入口での排気ガスの、側面視での流入方向に対して反転した偏向流となり、前記偏向流は屈曲内方かつ前記入口端面を指向して前記膨出部から流出する多気筒内燃機関である。
The invention according to
これによれば、集合型排気ポートが形成されたシリンダヘッドを備える多気筒内燃機関において、請求項1記載の発明と同様の作用がなされる。 According to this, in the multi-cylinder internal combustion engine including the cylinder head in which the collective exhaust port is formed, the same operation as that of the first aspect of the invention is performed.
請求項3記載の発明は、請求項2記載の多気筒内燃機関において、前記配列方向での前記膨出部の両壁面は、前記触媒コンバータの中心軸線方向から見て、排気ガスの流れ方向に先細に形成されて、特定の前記シリンダの前記燃焼室からの排気ガスの前記通路入口での流入方向にほぼ平行であるものである。 According to a third aspect of the present invention, in the multi-cylinder internal combustion engine according to the second aspect, both wall surfaces of the bulges in the arrangement direction are in the exhaust gas flow direction when viewed from the central axis direction of the catalytic converter. It is tapered and is substantially parallel to the inflow direction of the exhaust gas from the combustion chamber of the specific cylinder at the passage inlet.
これによれば、特定のシリンダからの排気ガスの主流は膨出部の壁面により偏向されることなく膨出部に流入するので、排気ガスが円滑に膨出部に流入し、しかもその円滑な流れが先細に形成された膨出部に集まるので、膨出部で比較的強い流れの偏向流を発生させることができる。 According to this, since the main flow of the exhaust gas from the specific cylinder flows into the bulging portion without being deflected by the wall surface of the bulging portion, the exhaust gas smoothly flows into the bulging portion, and the smooth Since the flow gathers at the bulging portion formed in a taper, a relatively strong deflection flow can be generated at the bulging portion.
請求項4記載の発明は、請求項1記載の排気触媒装置、または請求項2または3記載の多気筒内燃機関において、前記膨出部は、前記通路入口での排気ガスの流入方向で前記通路入口と対向する位置に設けられ、前記膨出部は緩やかな壁面で前記上流部に滑らかに連続するものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the exhaust catalyst device according to the first aspect or the multi-cylinder internal combustion engine according to the second or third aspect, wherein the bulging portion has the passage in the inflow direction of exhaust gas at the passage inlet. Provided at a position facing the inlet, the bulging portion is a gentle wall surface and smoothly continues to the upstream portion.
これによれば、導入通路に流入する排気ガスは屈曲することが殆どなく、ほぼ一直線状に膨出部に流入するので、比較的強い偏向流を発生させることができ、また上流部と膨出部とが、緩やかな壁面に沿って滑らかに連続することから、膨出部がないために大きく屈曲する場合に比べて、緩やかに屈曲しつつ膨出部に流入するので、排気ガスが屈曲部および膨出部の壁面に当たることで発生する音が低減する。 According to this, since the exhaust gas flowing into the introduction passage hardly bends and flows into the bulging portion in a substantially straight line, a relatively strong deflection flow can be generated, and the swelled with the upstream portion. Part smoothly flows along the gentle wall surface, so that the exhaust gas flows into the bulging part while gently bending as compared with the case where it is bent largely because there is no bulging part. And the sound generated by hitting the wall surface of the bulging portion is reduced.
なお、明細書または特許請求の範囲において、「平面視」とは、排気浄化部材としての触媒コンバータの中心軸線方向もしくは入口端面に直交する方向から見ることを意味し、「側面視」とは、平面視で、または後述する対称面に直交する方向から見ることを意味し、「屈曲外方」および「屈曲内方」は、仮想円弧の中心である屈曲中心から遠ざかる方向および屈曲中心に近づく方向を意味し、部材や通路や流れなどにおける「外側」および「内側」は、該部材や通路や流れなどにおいて、屈曲中心から遠い部分および屈曲中心に近い部分をそれぞれ意味する。 In the specification or claims, the term “plan view” means viewing from the central axis direction or the direction orthogonal to the inlet end surface of the catalytic converter as the exhaust purification member, and “side view” This means viewing in a plan view or from a direction perpendicular to the symmetry plane described later, and “bending outward” and “bending inward” are directions away from the bending center that is the center of the virtual arc and directions approaching the bending center. The “outside” and “inside” in a member, passage, flow, etc. mean a portion far from the bending center and a portion near the bending center in the member, passage, flow, etc., respectively.
請求項1記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、膨出部により生じる偏向流により入口端面の内側部分の排気ガスの流れが多くなるので、入口端面での排気ガスの流れが均一化される。このため、触媒コンバータの浄化率が向上し、流れの不均一状態に起因する触媒コンバータの局部的な劣化が防止されて、触媒コンバータの耐久性が向上する。しかも、導入通路での通路抵抗の効果が抑制されるので、排気通路における背圧の増加が抑制されて、良好な排気効率を確保できる。さらに、膨出部が屈曲部に設けられるので、指向性の強い偏向流を発生させることができて、入口端面での排気ガスの流れの均一化に効果的な偏向流を発生させることができる。 According to invention of Claim 1, the following effect is show | played. That is, the flow of exhaust gas in the inner portion of the inlet end surface is increased by the deflected flow generated by the bulging portion, so that the flow of exhaust gas at the inlet end surface is made uniform. For this reason, the purification rate of the catalytic converter is improved, the local deterioration of the catalytic converter due to the non-uniform flow state is prevented, and the durability of the catalytic converter is improved. In addition, since the effect of the passage resistance in the introduction passage is suppressed, an increase in the back pressure in the exhaust passage is suppressed, and good exhaust efficiency can be ensured. Further, since the bulging portion is provided at the bent portion, a highly directional deflected flow can be generated, and a deflected flow effective for making the exhaust gas flow uniform at the inlet end surface can be generated. .
請求項2記載の発明によれば、集合型排気ポートが形成されたシリンダヘッドを備える多気筒内燃機関において、請求項1記載の発明と同様の効果が奏される。
According to the invention described in
請求項3記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、排気ガスが円滑に膨出部に流入するので、膨出部による通路抵抗の増加が抑制され、しかも比較的強い偏向流により、流れの不均一状態が効果的に矯正されて、入口端面での流れが均一化され、しかも先細であることで膨出部が小型化される。
According to invention of
請求項4記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、比較的強い偏向流により、流れの不均一状態が効果的に矯正されて、入口端面での流れが均一化され、しかも排気ガスが導入通路の壁面に当たることで発生する音が低減するので、導入通路を形成する部材、ひいては導入通路が設けられた排気触媒装置で発生する騒音が低減する。
According to invention of
以下、本発明の実施形態を図1〜図6を参照して説明する。
図1,図2を参照すると、本発明が適用された排気浄化装置としての排気触媒装置Aは、燃焼装置、例えば2以上の所定数のシリンダを備える水冷式の多気筒内燃機関としての直列4気筒4ストローク内燃機関Eに備えられる。内燃機関Eは、配列方向に並んだ4つの第1〜第4シリンダが一体成形されたシリンダブロック1と、該シリンダブロック1の上端部に結合されるシリンダヘッド2とから構成される機関本体を備える。
なお、この明細書において、上下方向および前後方向は、図1に図示された方向であるとし、上下方向は、後述する触媒コンバータ10の中心軸線に平行な方向である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
Referring to FIGS. 1 and 2, an exhaust catalyst device A as an exhaust purification device to which the present invention is applied is a
In this specification, the up-down direction and the front-rear direction are directions shown in FIG. 1, and the up-down direction is a direction parallel to the central axis of the
シリンダヘッド2には、前記各シリンダに摺動可能に嵌合するピストンに対向して位置する燃焼室C1〜C4と、燃焼室C1〜C4に開口する1対の吸気口3aを有する吸気ポート3とが、前記シリンダ毎に形成され、さらに、各燃焼室C1〜C4に開口する1対の排気口5aを有する個別の排気ポート5と各排気ポート5からの排気ガスが集合する1つの集合部としての集合ポート6とにより構成される集合型排気ポート4が形成される。内燃機関Eにおいて、4つの前記シリンダにそれぞれ対応して、4つの燃焼室C1〜C4が前記配列方向に一列に並んでいる。さらに、シリンダヘッド2には、燃焼室C1〜C4毎に、吸気口3aおよび排気口5aをそれぞれ開閉する1対の吸気弁および1対の排気弁(いずれも図示されず)と、該吸気弁および該排気弁を内燃機関Eのクランク軸の回転に同期して所定のタイミングで開閉駆動するカム軸を備える頭上カム軸型の動弁装置とが設けられる。
The
そして、各吸気ポート3の入口が開口するシリンダヘッド2の吸気側側壁2iに接続される吸気装置においてスロットル弁により流量制御された吸入空気と燃料噴射弁から供給された燃料とにより形成された混合気は、各吸気ポート3を通って前記各吸気弁の開弁時に燃焼室C1〜C4に流入し、燃焼室C1〜C4内でシリンダヘッド2に設けられる点火栓(図示されず)により点火されて燃焼する。そして、発生した燃焼ガスの圧力により駆動されて往復運動する前記ピストンがコンロッドを介して前記クランク軸を回転駆動する。また、燃焼ガスは、排気ガスとして前記排気弁の開弁時に排気ポート5に流入し、さらに集合ポート6を経て出口6bから流出することで集合型排気ポート4から流出する。集合型排気ポート4から流出した排気ガスは、シリンダヘッド2の排気側側壁2eに接続された直下型の排気触媒装置A、さらには床下型の排気触媒装置(図示されず)を流通して浄化された後、内燃機関Eの外部に排出される。
Then, in the intake device connected to the intake side wall 2i of the
排気触媒装置Aは、排気ガス浄化用の排気浄化部材としての触媒コンバータ10と、該触媒コンバータ10を保持すると共に収納する本体部としての収納ケース11と、排気ポート5からの排気ガスを触媒コンバータ10に導く導入通路41を形成する導入部としての導入コーン21と、触媒コンバータ10を通過して浄化された排気ガスを排気触媒装置Aの下流に配置される装置に接続される排気管に導く導出通路34を形成する導出部としての導出コーン31とを備える。そして、導入コーン21は、上流端部22でシリンダヘッド2にフランジ7(図3(A),(B)も参照)を介して接続され、下流端部23で収納ケース11に接続される。一方、導出コーン31は、上流端部32で収納ケース11に接続され、下流端部33で前記排気管に接続される。それゆえ、排気触媒装置Aには、導入通路41、触媒コンバータ10および導出通路34が設けられる。
The exhaust catalyst device A includes a
中心軸線Lc(図5,図6も参照)を有する筒状、ここでは円筒状の触媒コンバータ10は、多数のセルが形成されたハニカム構造を有する担体と、該担体に担持される白金やロジウムなどの触媒物質とにより構成される。触媒コンバータ10は、排気ガスが導入通路41から流入する入口端面10aと、触媒コンバータ10で浄化された後の排気ガスが導出通路34に流出する出口端面10bとを有する。
A cylindrical
集合型排気ポート4の出口6bに接続して、集合ポート6の直下流の排気ガスを触媒コンバータ10の入口端面10aに導く導入通路41は、排気ガスが流入する通路入口42aを有する上流部42と、出口6bと整合する形状を有する通路入口42aから流入した排気ガスの流れが屈曲流となる屈曲部44と、屈曲部44と入口端面10bとの間にあって屈曲部44で屈曲した後の排気ガスを入口端面10aに向けて流出させる通路出口43bを有する下流部43と、を有する。入口端面10aに対して、上流部42はほぼ平行にほぼ一直線状に延び、下流部43はほぼ直交する方向にほぼ一直線状に延びる。また、通路面積が下流に向かって拡大する下流部43は、中心軸線Lcとほぼ一致する中心軸線を有する通路断面を有する。
そして、導入通路41の通路入口42aでの排気ガスの流入方向と、導入通路41の通路出口43bでの排気ガスの流出方向とがなす屈曲角度はほぼ直角である。それゆえ、導入通路41または導入コーン21において、排気ガスは、屈曲部44により、ほぼ直角に屈曲して流れる。
An
The bending angle between the inflow direction of the exhaust gas at the
併せて、図3,図4を参照すると、導入コーン21は、入口端面10aにほぼ平行に延びる上流端部22と、入口端面10aにほぼ直交する方向に延びると共に入口端面10aに向かって円錐状に拡径する下流端部23と、下流端部23と上流端部22との間でほぼ直角に屈曲する中間部24とを備える。上流端部22は、出口6bに対応して前記配列方向に細長い長円形状の扁平な形状である通路入口42aと、通路入口42aと同様に前記配列方向に長細い長円形状の通路断面を有する上流部42を形成する。
3 and 4, the
上流端部22は、シリンダヘッド2における出口6bの位置に対応して、一列に並んだすべての燃焼室C1〜C4に対して、前記配列方向での中央部に配置される(図2参照)。このため、前記第1シリンダの燃焼室C1および第2シリンダの燃焼室C2からの排気ガスは、それぞれ、第4シリンダの燃焼室C4および第3シリンダの燃焼室C3からの排気ガスと、中央面Hに面対称となる形態で、上流部42に流入する。ここで、中央面Hとは、シリンダ軸線方向から見て、4つの燃焼室C1〜C4を前記配列方向で二等分する平面である。
The
下流端部23は、入口端面10aに対応した形状である円形状の通路出口43bと、円形状の通路断面を有する下流部43とを形成する。また、上流端部22には排気成分を検出することにより空燃比を検出する空燃比センサとしての酸素濃度センサ8が取り付けられる。酸素濃度センサ8は、上流部42において前記配列方向での中央部にその検知部8aが位置するように、上流端部22の挿入孔Kを通じて上流部42内に挿入されている。
The
また、屈曲部44には、側面視で、屈曲中心Bを中心として、上流部42の外側周部(外側の周部分)の最下流部42b1と下流部43の外側周部の最上流部43a1と結ぶ仮想円弧R(図3(B)参照)よりも屈曲外方に膨出する膨出部45が設けられる。膨出部45は、中間部24の一部である膨出形成部25により形成され、膨出形成部25は中間部24において、また膨出部45は屈曲部44において、それぞれ瘤状に、かつ側面視で円弧状に膨出している。
In addition, the
膨出部45は、特定のシリンダである前記第2,第3シリンダの燃焼室C2,C3からの排気ガスの、通路入口42aでの流入方向D2,D3(図2も参照)で、上流部42または通路入口42aと対向する位置に設けられ、かつ上流部42に、緩やかな湾曲面または傾斜面からなる屈曲部44の壁面24sに沿って滑らかに連続し、さらに下流部43にも鋭い角を有することなく滑らかに連続する。また、膨出部45の壁面25s(すなわち、膨出形成部25の内面)は、鋭い角がない滑らかな凹曲面または平面になっている。導入通路41の一部を構成する膨出部45は、屈曲部44の外側周部に、屈曲外方に凹んで形成された凹空間であり、膨出部45が形成される分、屈曲部44の通路面積が増加する。
The bulging
図1,図3,図4を参照すると、導入コーン21は、金属製の板材にプレス加工を施すことで形成された第1,第2半体21a,21bから構成され、側面視で、導入通路41の中心線にほぼ沿って分割される。第1,第2半体21a,21bは、その嵌合部21a1,21b1同士で嵌合された後、溶接等により結合される。第1半体21aは、上流端部22の上部、中間部24の上部から後部に渡る部分および下流端部23の後部を有し、第2半体21bは、上流端部22の下部、中間部24の下部から前部に渡る部分および下流端部23の前部を有する。このため、入口端面10aにおける排気ガスの流れを均一化する手段である膨出部45を形成する膨出形成部25を有する第1半体21aが、プレス加工で製造されるので、コストが削減される。
Referring to FIG. 1, FIG. 3 and FIG. 4, the
膨出部45を上流側部分45aおよび下流側部分45bにほぼ二等分したとき、上流側部分45aは、流入方向D2,D3で通路入口42aと対向する位置に設けられ、下流側部分45bは、流入方向D2,D3で通路入口42aと対向することなく、かつ中心軸線Lc方向で通路入口42aよりも触媒コンバータ10寄りで、下流部43の直上流に位置する。それゆえ、上流側部分45aには通路入口42aでの流れ方向を維持している排気ガスが流入する。そして、集合ポート6および通路入口42aに流入する排気ガスは、各燃焼室C1〜C4に対応してその主流の流入方向は異なるが、この実施形態では、図2に示されるように、前記配列方向で両端部の燃焼室C1,C4の間にある複数である2つの燃焼室C2,C3からの排気ガスの主流F2,F3が、一直線状に、集合ポート6および通路入口42aを流通し、上流側部分45aに達する。なお、すべての燃焼室C1〜C4からの排気ガスが、一直線状に、集合ポート6および通路入口42aを流通し、上流側部分に達するように、排気ポート5の形状が形成されてもよい。
When the bulging
さらに、壁面25sにおいて下流側部分45bを形成する部分において、中心軸線Lcを含む平面上で、壁面の法線が、中心軸線方向で入口端面10aとは反対方向を指向する壁面である棚部25s3は、排気ガスの上流に向かって拡径するほぼ円錐状の一部である部分円錐形状である。これにより、屈曲流となる排気ガスが中心軸線Lc回りの旋回を伴う場合には、棚部25s3においても旋回が維持される。そして、棚部25s3の奥行Wまたは膨出部45の膨出の度合いは、中心軸線Lcを中心とする周方向で後述する対称面Hcから離れるにつれて小さくなる(図3(C),図4参照)。さらに、中心軸線Lcを含む平面上での棚部25s3の、下流部43の直上流近傍での接線M(図5(A)参照)は、入口端面10aでの中心N(入口端面10aと中心軸線Lcとの交点)または該中心Nよりも膨出部45から遠い位置で入口端面10aと交差する。
Further, in the portion forming the
また、膨出部45は、触媒コンバータ10の中心軸線Lcを含む平面を対称面Hc(この実施形態では中央面Hに一致する。)としてほぼ対称に形成され、通路入口42aおよび上流部42も該対称面Hcを有する形状に形成される。そして、図3(C)に示されるように、前記配列方向または対称面Hcに直交する方向での膨出部45の両壁面25s1,25s2および該両壁面25s1,25s2にそれぞれ連なる屈曲部44の両壁面24s1,24s2、さらには上流部42の両壁面22s1,22s2(または、膨出形成部25、中間部24および上流端部22の通路壁)は、触媒コンバータ10の中心軸線方向(以下、「平面視」という。)から見て、排気ガスの流れ方向に先細に形成されて、2つの燃焼室C2,C3からの排気ガスの流入方向D2,D3に、それぞれほぼ平行(図2も参照)である。
The bulging
さらに、膨出部45は、中心軸線Lcを中心とする径方向で、入口端面10aとほぼ同心の下流部43の最上流部43aよりも外方に膨出している。そして、膨出部45の膨出の程度は、側面視で、最大膨出部分の膨出量Pが最上流部43aの通路断面の通路径の約1/3〜約1/2の範囲である。
Furthermore, the bulging
次に、前述のように構成された実施形態の作用および効果について説明する。
図2,図5を参照すると、前記配列方向で対称面Hcに近い各燃焼室C2,3からの排気ガスの主流F2,F3は、排気ポート5からの流出方向と同じ方向である流入方向D2,D3で通路入口42aに流入し、壁面22s1,22s2にほぼ平行に上流部42を一直線状に流通する。これら燃焼室C1〜C4からの排気ガスは、通路入口42aでの流入方向で上流部42または通路入口42aと対向する屈曲部44および膨出部45に流入するために、または対称面Hcに対して小さい傾斜角で屈曲部44および膨出部45に流入するために、触媒コンバータ10の入口端面10aでの流れの不均一状態を生じさせやすい流れである。
Next, operations and effects of the embodiment configured as described above will be described.
2 and 5, the main flow F2, F3 of the exhaust gas from the combustion chambers C2, 3 close to the symmetry plane Hc in the arrangement direction is the same direction as the outflow direction from the
屈曲部44での排気ガスの一部は、壁面24s1,24s2および壁面25s1,25s2に沿って膨出部45に、平面視で一直線状に流入し、膨出部45内で、膨出部45の壁面25sに沿って流れることにより、通路入口42aでの排気ガスの、側面視での流入方向F2a,F3a(図5(A)参照)に対して反転した偏向流Fa、すなわち該流入方向F2a,F3aとは反対方向の速度成分を有する流れとなる。そして、偏向流Faは、下流部43の最上流部43aの直上流から屈曲内方かつ入口端面10aを指向して、より具体的には、壁面25sの棚部25s3の接線Mが、入口端面10aの中心Nまたは中心Nよりも膨出部45から遠い位置で入口端面10aと交差することにより、中心軸線Lcを含む平面において中心Nまたは中心Nよりも屈曲内方の部分を指向して流出する。
Part of the exhaust gas at the
このように、集合型排気ポート4が形成されたシリンダヘッド2を備える内燃機関Eの排気触媒装置Aにおける導入通路41の屈曲部44には、側面視で、上流部42の外側周部の最下流部42b1と下流部43の外側周部の最上流部43a1と結ぶ仮想円弧Rよりも屈曲外方に膨出する膨出部45が設けられることから、排気ガスが導入通路41の屈曲部44で屈曲流となるために入口端面10aでの排気ガスの流れが入口端面10aの外側部分に偏る状態(すなわち流れの不均一状態)を生じさせる主たる原因となる屈曲部44の外側部分での流れが、膨出部45により偏向流Faとなって入口端面10aで内側部分に向かうので、膨出部45がない導入通路41に比べて、入口端面10aの内側部分での排気ガスの流れが多くなる一方、入口端面10aの外側部分に向かう流れが少なくなる。
As described above, the
また、膨出部45により偏向流Faが発生するので、屈曲内方に突出して偏向流を発生させる突出壁とは異なり、偏向流Faを発生させるために通路抵抗が増加することがないうえ、導入通路41の通路面積が膨出部45の分だけ大きくなるので、導入通路41での通路抵抗の増加が抑制される。さらに、膨出部45は屈曲部44に設けられているので、直線状の通路の側方に膨出する部分が設けられる場合に比べて、排気ガスが膨出部45に流入しやすいので、指向性の強い偏向流Faを発生させることができる。
この結果、膨出部45により生じる偏向流Faで入口端面10aの内側部分の排気ガスの流れが多くなって、入口端面10aでの排気ガスの流れが均一化される。このため、触媒コンバータ10の浄化率が向上し、流れの不均一状態に起因する触媒コンバータ10の局部的な劣化が防止されて、触媒コンバータ10の耐久性が向上する。しかも、導入通路41での通路抵抗の効果が抑制されるので、排気通路における背圧の増加が抑制されて、良好な排気効率を確保できる。さらに、膨出部45が屈曲部44に設けられるので、指向性の強い偏向流Faを発生させることができて、入口端面10aでの排気ガスの流れの均一化に効果的な偏向流Faを発生させることができる。
Further, since the deflection flow Fa is generated by the bulging
As a result, the flow of exhaust gas in the inner portion of the
また、前記配列方向での膨出部45の両壁面25s1,25s2は、平面視で、排気ガスの流れ方向に先細に形成されて、第2,第3シリンダの燃焼室C2,C3からの排気ガスの、通路入口42aでの流入方向D2,D3にほぼ平行であることにより、燃焼室C2,C3からの排気ガスの主流F2,F3は、上流部42の壁面22s1,22s2および屈曲部44の壁面24s1,24s2により偏向されることが殆どなく膨出部45に流入し、さらに膨出部45においても壁面25s1,25s2により偏向されることが殆どない。このため、排気ガスが円滑に膨出部45に流入し、しかもその円滑な流れが先細に形成された膨出部45に集まるので、膨出部45で比較的強い流れの偏向流Faを発生させることができる。この結果、排気ガスが円滑に膨出部45に流入するので、膨出部45による通路抵抗の増加が抑制され、しかも比較的強い偏向流Faにより、流れの不均一状態が効果的に矯正されて、入口端面10aでの流れが均一化され、しかも先細であることで膨出部45が小型化される。
Further, both wall surfaces 25s1, 25s2 of the bulging
膨出部45は、燃焼室C2,C3からの排気ガスの、通路入口42aでの流入方向F2,F3で、該通路入口42aと対向する位置に設けられ、膨出部45は緩やかな壁面24sで上流部42に滑らかに連続することにより、燃焼室C2,C3から導入通路41に流入する排気ガスは屈曲することが殆どなく、ほぼ一直線状に膨出部45に流入するので、比較的強い偏向流Faを発生させることができ、また上流部42と膨出部45とが、緩やかな湾曲面または傾斜面からなる壁面24sに沿って滑らかに連続することから、膨出部45がないために大きく屈曲する場合に比べて、緩やかに屈曲しつつ膨出部45に流入するので、排気ガスが屈曲部44および膨出部45の壁面24s,25sに当たることで発生する音が低減する。この結果、比較的強い偏向流Faにより、流れの不均一状態が効果的に矯正されて、入口端面10aでの流れが均一化され、しかも排気ガスが導入通路41の壁面24s,25sに当たることで発生する音が低減するので、導入通路41を形成する部材、ひいては導入通路41が設けられた排気触媒装置Aで発生する騒音が低減する。
The bulging
図2,図6を参照すると、各燃焼室C2,C3に比べ、前記配列方向で対称面Hcから遠い各燃焼室C1,C4からの排気ガスの主流F1,F4は、排気ポート5からの流出方向と同じ方向である流入方向D1,D4で一直線状に通路入口42aに流入し、上流部42の壁面22s2,22s1または屈曲部44の壁面24s2,24s1で偏向され、燃焼室C1〜C4からの排気ガスに比べて強い旋回成分を有する流れとなって屈曲部44を流れる。
Referring to FIGS. 2 and 6, the main flows F1 and F4 of the exhaust gas from the combustion chambers C1 and C4 farther from the symmetry plane Hc in the arrangement direction than the combustion chambers C2 and C3 flow out from the
屈曲部44での排気ガスの一部は、強い旋回成分を有する状態で膨出部45に流入し、膨出部45内で、旋回しつつ屈曲内方に反転した偏向流Fbとなる。この偏向流Fbは、燃焼室C2,C3からの排気ガスにより発生する偏向流Faに比べて、指向性が弱く、流速も小さい流れである。
A part of the exhaust gas in the
このため、下流部43の最上流部43aでは旋回成分による影響が大きいために、円錐形に拡径する下流部43において、排気ガスの流れは、燃焼室C2,C3からの場合に比べて、より均一な流れになっている。そして、偏向流Fbと旋回流とが相俟って、触媒コンバータ10の入口端面10aでの排気ガスの流れが均一化される。
For this reason, since the effect of the swirl component is large in the most
以下、前述した実施形態の一部の構成を変更した実施形態について、変更した構成に関して説明する。
導入コーン21は、集合型排気ポート4が形成されたシリンダヘッド2に一体成形されてもよい。
内燃機関Eは、シリンダヘッド2に集合型排気ポート4が形成されことなく、シリンダヘッド2に取り付けられて各燃焼室C1〜C4からの排気を集合する排気マニホルドを備えるものであってもよく、この場合、導入コーン21は該排気マニホルドの排気集合部に接続される。さらに、導入コーン21が前記排気マニホルドに一体成形されてもよい。
屈曲部44による導入通路41での排気ガスの流れの屈曲角度(側面視で、通路入口42aでの流れ方向と通路出口43bでの流れ方向とがなす角度)は、前記実施形態ではほぼ直角であったが、鋭角または鈍角であってもよい。
また、膨出部45の壁面25sは、圧力損失が前記実施形態に比べて余り増加しない範囲で、多数の平面により凹面に形成されてもよい。
排気浄化装置は、触媒物質を使用しない排気浄化部材を備えるものであってもよい。
内燃機関Eは、各バンクが1つのシリンダまたは直列に配列された複数のシリンダを備えるV型内燃機関であってもよく、さらには単気筒内燃機関であってもよい。また、排気触媒装置Aは内燃機関以外の燃焼装置に備えられてもよい。
内燃機関Eは、前記実施形態では車両に使用されるものであったが、鉛直方向を指向するクランク軸を備える船外機等の船舶推進装置に使用されるものであってもよい。
Hereinafter, an embodiment in which a part of the configuration of the above-described embodiment is changed will be described with respect to the changed configuration.
The
The internal combustion engine E may include an exhaust manifold that is attached to the
The bending angle of the flow of the exhaust gas in the
Further, the
The exhaust purification device may include an exhaust purification member that does not use a catalyst substance.
The internal combustion engine E may be a V-type internal combustion engine including a single cylinder or a plurality of cylinders arranged in series, or may be a single-cylinder internal combustion engine. Further, the exhaust catalyst device A may be provided in a combustion device other than the internal combustion engine.
Although the internal combustion engine E is used for a vehicle in the embodiment, it may be used for a ship propulsion device such as an outboard motor having a crankshaft oriented in the vertical direction.
1…シリンダブロック、2…シリンダヘッド、3…吸気ポート、4…集合型排気ポート、5…排気ポート、6…集合ポート、7…フランジ、8…酸素濃度センサ、10…触媒コンバータ、10a…入口端面、11…収納ケース、21…導入コーン、22…上流端部、23…下流端部、24…中間部、25…膨出形成部、31…導出コーン、32…上流端部、33…下流端部、34…導出通路、41…導入通路、42…上流部、42a…通路入口、43…下流部、44…屈曲部、45…膨出部、45s…壁面、
E…内燃機関、A…排気触媒装置、C1〜C4…燃焼室、Lc…中心軸線、H…中央面、Hc…対称面、K…挿入孔、B…屈曲中心、R…仮想円弧、D1〜D4…流入方向、W…奥行、N…中心、F1〜F4…主流、M…接線、P…膨出量。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder block, 2 ... Cylinder head, 3 ... Intake port, 4 ... Collective exhaust port, 5 ... Exhaust port, 6 ... Collective port, 7 ... Flange, 8 ... Oxygen concentration sensor, 10 ... Catalytic converter, 10a ... Inlet End face, 11: storage case, 21 ... introduction cone, 22 ... upstream end, 23 ... downstream end, 24 ... middle part, 25 ... bulge forming part, 31 ... outlet cone, 32 ... upstream end, 33 ... downstream End part, 34 ... Derivation passage, 41 ... Introduction passage, 42 ... Upstream part, 42a ... Passage inlet, 43 ... Downstream part, 44 ... Bending part, 45 ... Swelling part, 45s ... Wall surface,
E: Internal combustion engine, A: Exhaust catalyst device, C1 to C4: Combustion chamber, Lc: Center axis, H ... Center plane, Hc: Symmetric plane, K ... Insertion hole, B ... Bending center, R ... Virtual arc, D1 D4 ... Inflow direction, W ... Depth, N ... Center, F1-F4 ... Mainstream, M ... Tangent, P ... Swelling amount.
Claims (4)
前記屈曲部には、側面視で、前記上流部の外側周部の最下流部と前記下流部の外側周部の最上流部と結ぶ仮想円弧よりも屈曲外方に膨出する膨出部が設けられ、前記屈曲部の排気ガスの一部は、前記膨出部の壁面に沿って流れることにより、前記通路入口での排気ガスの、側面視での流入方向に対して反転した偏向流となり、前記偏向流は屈曲内方かつ前記入口端面を指向して前記膨出部から流出することを特徴とする排気触媒装置。 An exhaust catalyst device provided with a catalytic converter for purifying exhaust gas and an introduction passage for introducing exhaust gas to an inlet end face of the catalytic converter, wherein the introduction passage has an upstream portion having a passage inlet through which exhaust gas flows. In the exhaust catalyst device comprising a bent portion in which the exhaust gas from the passage inlet becomes a bent flow, and a downstream portion having a passage outlet for flowing the flow of the exhaust gas after bending toward the inlet end surface,
The bent portion has a bulging portion that bulges outward from the virtual arc connecting the most downstream portion of the outer peripheral portion of the upstream portion and the most upstream portion of the outer peripheral portion of the downstream portion in a side view. A part of the exhaust gas at the bent portion flows along the wall surface of the bulging portion, thereby forming a deflected flow that is reversed with respect to the inflow direction of the exhaust gas at the passage entrance in a side view. The exhaust catalyst device according to claim 1, wherein the deflected flow flows out of the bulging portion in a bent inward direction toward the inlet end surface.
前記屈曲部には、側面視で、前記上流部の外側周部の最下流部と下流部の外側周部の最上流部と結ぶ仮想円弧よりも屈曲外方に膨出する膨出部が設けられ、前記屈曲部の排気ガスの一部は、前記膨出部の壁面に沿って流れることにより、前記通路入口での排気ガスの、側面視での流入方向に対して反転した偏向流となり、前記偏向流は屈曲内方かつ前記入口端面を指向して前記膨出部から流出することを特徴とする多気筒内燃機関。 A cylinder head formed with a collective exhaust port in which exhaust gases from a plurality of combustion chambers arranged in the arrangement direction gather, and a direct type that is connected directly downstream of the outlet of the collective exhaust port to purify exhaust gas A multi-cylinder internal combustion engine including an exhaust catalyst device, wherein the exhaust catalyst device is provided with a catalytic converter for purifying exhaust gas and an introduction passage for guiding exhaust gas to an inlet end face of the catalytic converter, and the introduction passage Are an upstream portion having a passage inlet into which exhaust gas flows, a bent portion in which the exhaust gas from the passage inlet becomes a bent flow, and a passage outlet for causing the flow of the bent exhaust gas to flow out toward the inlet end surface. In the exhaust catalyst device comprising a downstream portion having
The bent portion is provided with a bulging portion that bulges outward from the virtual arc connecting the most downstream portion of the outer peripheral portion of the upstream portion and the most upstream portion of the outer peripheral portion of the downstream portion in a side view. A part of the exhaust gas in the bent portion flows along the wall surface of the bulging portion, thereby becoming a deflected flow reversed with respect to the inflow direction in a side view of the exhaust gas at the passage entrance, The multi-cylinder internal combustion engine characterized in that the deflected flow flows out of the bulging portion while being bent inward and directed toward the inlet end face.
The bulging portion is provided at a position facing the passage inlet in the exhaust gas inflow direction at the passage inlet, and the bulging portion smoothly continues to the upstream portion with a gentle wall surface. The exhaust catalyst device according to claim 1 or the multi-cylinder internal combustion engine according to claim 2 or 3.
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