JP2007303398A

JP2007303398A - 内燃機関の排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2007303398A
Application number: JP2006133279A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kimura; 洋之木村; Toshimasa Tanaka; 寿昌田中
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2007-11-22

Abstract

【課題】車両への搭載性、および排ガス浄化触媒の使用効率を向上させることができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することにある。
【解決手段】内燃機関から排気される排ガスが通る排気管の下流に設けられ、前記排気ガスを浄化する排ガス浄化触媒２２を収容するハウジング２３を有し、ハウジング２３の一部をなし、前記排気ガスの流れを屈曲して排気ガス浄化触媒２２に導入すると共に、前記排気管からハウジング２３に接続する屈曲内側１６と、前記排気管からハウジング２３に向けて連続的に膨出して接続することで前記排ガスの流速を低減させる屈曲外側１３とを有する導入部１１とを備え、屈曲外側１３に、前記排気ガスの流れによって生じる圧力が高圧になる高圧部１４を形成させる一方、屈曲内側１６に前記排気ガスの流れによって生じる圧力が高圧部１４と比較して低圧になる低圧部１５を形成させるようにした。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の排気管と排気ガス浄化触媒とが屈曲して接続される内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。

従来、内燃機関からの排気ガスを排気する排気管には、前記排気ガスを浄化する排ガス浄化触媒が設置されている。この排ガス浄化触媒は、所定温度（例えば、３００℃）以上にて前記排気ガスを高効率で浄化する作用を発現する。よって、前記排ガス浄化触媒を内燃機関の近傍に配置して、前記排気ガスの温度を利用することで、内燃機関の冷態始動時など、前記排ガス浄化触媒を早期に昇温するようにしている。すなわち、前記排ガス浄化触媒の暖気性能を向上させている。

しかし、前記排ガス浄化触媒を内燃機関の近傍に配置すると、排ガス浄化触媒へ排気ガスを導入する導入部が屈曲して設けられることとなる。したがって、排気ガスが十分に拡散されずに排ガス浄化触媒内に導入されることとなり、前記排ガス浄化触媒が局部的に高温になって、その箇所およびその近傍のみにて排気ガスの浄化作用が発現する一方、それ以外の箇所では排気ガスの浄化作用が発現しないため、排ガス浄化触媒の全体を効率的に利用することができなかった。そこで、排ガス浄化触媒の暖気性能を低下させることなく、排気ガスの浄化作用を効率的に発現することができる排気管構造が開発されている。

上述した排気管構造として、例えば、特許文献１に記載の排気管構造がある。この排気管構造は、内燃機関の複数の排気ポートに接続する複数の排気通路及びその集合する集合部が内外二重構造であり、集合部の下流に排気ガスを浄化する触媒が設置される排気管構造において、前記集合部の内管が各排気管通路の内管より大なる容積を有し、前記排気通路内管から排出される排気ガスが前記集合部の内壁に衝突するように構成され、前記触媒担体と集合部との間に排気ガスを拡散させるための空間を設けたものである。すなわち、この排気管構造では、内管コーンの容積を排気通路に比べて大きくする一方、触媒へ導入する直前に空間を設けることで、排気ガスを拡散して、触媒へ排気ガスを均一に導入するようにしている。

また、図７，８に示すように、内燃機関の排気管（図示せず）と、排ガス浄化触媒６５が設置されるハウジング６４とを屈曲して接続する導入部５１からなる排ガス浄化装置５０が知られている。この導入部５１は、前記排気管に接続する断面円形状の筒部５２と、筒部５２と接続し、筒部５２よりも膨らんだ膨張部５３とを有する。導入部５１における排気ガスの流れにおいて屈曲外側５４側は、当該導入部５１の屈曲方向に沿って長径となる楕円状に形成されている。筒部５２と膨張部５３との接続箇所近傍における当該膨張部５３の中央には、突起部５５が形成され、この突起部５５に温度センサーなどが設置されている。ただし、筒部５２は、膨張部５３における長径方向の一側部近傍にて当該膨張部５３に接続している。そのため、筒部５２内を流通した排気ガスの主流が膨張部５３の略中央に排出し、排ガス浄化触媒６５の略中央に衝突している。

特開２００３−１９３８３５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された排気管構造では、内燃機関から排出された排気ガスが拡散するものの、前記排気ガスが内管コーンの屈曲方向外側に沿って空間に導入されるため、前記排気ガスが触媒の側部近傍を中心に衝突することとなり、前記触媒を効率良く使用することができなかった。また、前記触媒が楕円形状の場合には、前記触媒の使用効率をさらに低下させていた。

その上、前記排気管構造は前記空間を有するため、車両へ搭載したときに嵩張り、搭載性の面で不利である。また、内燃機関からの前記触媒までの排気通路が長くなるため、その間で排気ガス温度の低下が生じ、触媒の浄化効率の低下を引き起こす。

また、排ガス浄化装置５０では、図９，図１０に示すように、排気ガス５６がハウジング６４内の排ガス浄化触媒６５の中央に衝突するものの、排気ガスの流速が十分に均一化されずに触媒６５に流入しており、それ以外の箇所には衝突しないため、触媒６５を効率的に使用することができなかった。つまり、排ガス浄化触媒６５の一部に流速の速い排ガス流れが集中し、排ガス浄化触媒６５にて浄化（処理）されずに通過する未処理成分が発生する虞があった。触媒容量を大きくすることで未処理成分の発生を防ぐことはできるものの、容積とコストが増大してしまう。

そこで、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、車両への搭載性、および排ガス浄化触媒の使用効率を向上させることができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決する第１の発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置は、内燃機関から排気される排気ガスが通る排気管と、前記排気管の下流に設けられ、前記排気ガスを浄化する排ガス浄化触媒を収容するハウジングと、前記ハウジングの一部をなし、前記排気ガスの流れを屈曲して前記排ガス浄化触媒に導入すると共に、前記排気管から前記ハウジングに接続する屈曲内側と、前記排気管から前記ハウジングに向けて連続的に膨出して接続することで前記排気ガスの流速を低減させる屈曲外側とを有する導入部とを備え、前記導入部の屈曲外側に、前記排気ガスの流れによって生じる圧力が高圧になる高圧部を形成させる一方、前記導入部の屈曲内側に、前記排気ガスの流れによって生じる圧力が前記高圧部と比較して低圧になる低圧部を形成させたことを特徴とする。

上述した課題を解決する第２の発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置は、第１の発明に記載された内燃機関の排気ガス浄化装置であって、前記ハウジングが楕円形状であり、その長径が前記導入部の屈曲方向に沿うように配置されることを特徴とする。

上述した課題を解決する第３の発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置は、第１または第２の発明に記載された内燃機関の排気ガス浄化装置であって、前記ハウジングがエンジンルーム内に配置されることを特徴とする。

上述した課題を解決する第４の発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置は、第１または第２の発明に記載された内燃機関の排気ガス浄化装置であって、前記ハウジングが車両の床下に配置されることを特徴とする。

上述した課題を解決する第５の発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置は、第１乃至第４の何れかの発明に記載された内燃機関の排気ガス浄化装置であって、前記内燃機関が、排気タービン駆動過給機を有するディーゼルエンジンであることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置によれば、排気ガスの流速が速い屈曲外側の流速が低減される。また、屈曲外側の高圧部から屈曲内側の低圧部に生じる圧力差により高圧部から低圧部に向かう流れが生じる。よって、流速の速い屈曲外側から流速の遅い屈曲内側への流れが生じる。これにより、前記排気ガスが排ガス浄化触媒の全体に流速が均一化されて衝突することとなり、排気ガスの浄化作用を効率的に発現させることができる。その結果、前記排気ガスを十分に浄化することができるようになり、排ガス浄化触媒にて浄化（処理）されずに通過する未処理量を低減することができる。また、排ガス浄化触媒の温度を均一にすることができ、排気ガスの浄化作用をより効率的に発現させることができる。また、導入部に大きな容積を必要としないため、車両への搭載性を向上させることができる。

前記ハウジングが楕円形状であり、その長径が前記導入部の屈曲方向に沿うように配置されることにより、前記導入部における高圧部と低圧部との圧力差がより大きくなり、前記排気ガスの流れを前記排ガス浄化触媒に均一に誘導することができる。また、排ガス浄化触媒を均一に使用することとなるので、その劣化の進行を抑制することができる。

前記ハウジングがエンジンルーム内に配置されることにより、前記エンジンルーム内の空間を効率的に使用することができる。

前記排気通路が車両の床下に配置されることにより、前記車両の床下の空間を効率的に使用することができる。

前記内燃機関が、排気タービン駆動過給機を有するディーゼルエンジンであることにより、排気管周辺の容積が少なくなっても、排気ガスを拡散させて均一化し、均一化した排気ガスをハウジングに設置される排ガス浄化触媒に衝突させることができ、排ガス浄化触媒の全体にて、排気ガスの浄化作用が発現するので、前記排ガス浄化触媒を効率的に使用することができる。

以下に、本発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置を実施するための最良の形態を実施例に基づき具体的に説明する。

以下に、本発明の第１の実施例に係る内燃機関の排気ガス浄化装置につき、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の第１の実施例に係る内燃機関の排気ガス浄化装置の上面図であり、図２はその側面図である。図３は、本発明の第１の実施例に係る内燃機関の排気ガス浄化装置の概略図であり、図３（ａ）にその上面、図３（ｂ）にその一側面、図３（ｃ）にその他側面を示す。図４は、本発明の第１の実施例に係る内燃機関の排気ガス浄化装置における流速分布を示す図であり、図５は、本発明の第１の実施例に係る内燃機関の排気ガス浄化装置における圧力分布を示す図である。なお、図４中の濃淡は排気ガスの流速の高低を示し、図５中の濃淡は、圧力の高低を示す。

本発明の第１の実施例に係る内燃機関の排気ガス浄化装置１０は、図１，２に示すように、内燃機関であるディーゼルエンジン２１から排気される排気ガスが通る排気管１２と、排気管１２の下流に設けられ、前記排気ガスを浄化する排ガス浄化触媒２２を収容するハウジング２３とを有する。ハウジング２３は、図１乃至３に示すように、この一部をなし、前記排気ガスの流れを屈曲して排ガス浄化触媒２２に導入すると共に、排気管１２からハウジング２３に接続する屈曲内側１６と、排気管１２からハウジング２３に向けて連続的に徐々に膨出して接続する屈曲外側１３とを有する導入部１１を備える。導入部１１は、その排気管１２側が断面略円形に形成され、その排ガス浄化触媒２２側が断面略楕円形状に形成される。ただし、ハウジング２３は、エンジンルーム２６内に配置される。このような位置にハウジング２３を配置することにより、エンジンルーム２６内の空間を効率的に使用することができる。なお、ハウジング２３の後流には、前記排気ガスを消音器などに送給する配管２５が連結される。

導入部１１を上述した形状にすることにより、図４，５に示すように、その屈曲外側１３には、前記排気ガスの流速が低減されると共に、前記排気ガスの流れによって生じる圧力が高圧になる高圧部１４が形成される。一方、導入部１１の屈曲内側１６には、前記排気ガスの流れによって生じる圧力が高圧部１４と比較して低圧になる低圧部１５が形成される。すなわち、前記排気ガスの流速が速い屈曲外側１３の流速が低減される。また、屈曲外側１３の高圧部１４から屈曲内側１６の低圧部１５に生じる圧力差により高圧部１４から低圧部１５に向かう流れが生じる。したがって、流速の速い屈曲外側１３から流速の遅い屈曲内側１６への流れが生じる。これにより、前記排気ガスが排ガス浄化触媒２２の全体に流速が均一化されて衝突することとなり、前記排気ガスの浄化作用を効率的に発現させることができる。

排気管１２には、図１，２に示すように、排気タービン駆動過給機２４が設けられる。

ハウジング２３は、その断面形状が楕円形状であり、楕円形状の長径が導入部１１の屈曲方向に沿うように配置される。このようにハウジング２３を上述した形状にすると共に、上述のように配置することで、導入部１１における高圧部１４と低圧部１５との圧力差がより大きくなり、前記排気ガスの流れを排ガス浄化触媒２２の均一に誘導することができる。また、排ガス浄化触媒２２を均一に使用することとなるので、その劣化の進行を抑制することができる。

排ガス浄化触媒２２としては、炭化水素および一酸化炭素を酸化する一方、窒素酸化物を還元する三元触媒、炭化水素および一酸化炭素を酸化する酸化触媒などが挙げられる。

したがって、本発明の第１の実施例に係る内燃機関の排気ガス浄化装置１０によれば、前記排気ガスの流速が速い導入部１１の屈曲外側１３の流速が低減される。また、導入部１１の屈曲外側１３における高圧部１４から導入部１１の屈曲内側１６における低圧部１５に生じる圧力差により高圧部１４から低圧部１５に向かう流れが生じる。よって、流速の速い屈曲外側１３から流速の遅い屈曲内側１６への流れが生じる。これにより、前記排気ガスが排ガス浄化触媒２２の全体に流速が均一化されて衝突することとなり、前記排気ガスの浄化作用を効率的に発現させることができる。

その結果、前記排気ガスを十分に浄化することができるようになり、排ガス浄化触媒２２にて浄化（処理）されずに通過する未処理量を低減することができる。よって、ハウジング２３内に設置する排ガス浄化触媒２２の容量を低減することができる。また、排ガス浄化触媒２２の温度を均一にすることができ、排気ガスの浄化作用をより効率的に発現させることができる。また、排ガス浄化触媒２２を均一に使用することとなるので、その劣化の進行を抑制することができる。また、導入部１１に大きな容積を必要としないため、車両への搭載性を向上させることができる。

前記内燃機関が、排気タービン駆動過給機２４を有するディーゼルエンジン２１であることにより、排気管１２周辺の容積が少なくなっても、排気ガスを拡散させて均一化し、均一化した排気ガスをハウジング２３に設置される排ガス浄化触媒２２に衝突させることができ、排ガス浄化触媒２２の全体にて、排気ガスの浄化作用が発現するので、排ガス浄化触媒２２を効率的に使用することができる。

以下に、本発明の第２の実施例に係る内燃機関の排気ガス浄化装置につき、図面を用いて説明する。
図６は、本発明の第２の実施例に係る内燃機関の排気ガス浄化装置の上面図である。本実施例では、上述した第１の実施例に係る内燃機関の排気ガス浄化装置におけるディーゼルエンジンおよびハウジングの配置を変えたものである。第１の実施例に係る内燃機関の排気ガス浄化装置と同一部材には同一符号を付記し、その説明を省略する。

本発明の第２の実施例に係る内燃機関の排気ガス浄化装置３０は、図６に示すように、内燃機関であるディーゼルエンジン３１から排気される排気ガスが通る排気管３２と、排気管３２の下流に設けられ、前記排気ガスを浄化する排ガス浄化触媒２２が設置されるハウジング２３とを有する。ハウジング２３は、この一部をなし、前記排気ガスの流れを屈曲して排ガス浄化触媒２２に導入すると共に、排気管３２からハウジング２３に接続する屈曲内側１６と、排気管３２からハウジング２３に向けて連続的に徐々に膨出して接続する屈曲外側１３とを有する導入部１１を備える。排気管３２近傍には、排気タービン駆動過給機３３が配置され、排気管３２と導入部１１とは別の排気管３４で連結される。ただし、導入部１１、排ガス浄化触媒２２およびハウジング２３は車両の床下に配置される。

したがって、本発明の第２の実施例に係る内燃機関の排ガス浄化装置３０によれば、上述した本発明の第１の実施例に係る内燃機関の排ガス浄化装置１０と同様な作用効果を奏する他、車両の床下の空間を効率的に使用することができる。

本発明の第１の実施例に係る内燃機関の排気ガス浄化装置の上面図である。本発明の第１の実施例に係る内燃機関の排気ガス浄化装置の側面図である。本発明の第１の実施例に係る内燃機関の排気ガス浄化装置の概略図である。本発明の第１の実施例に係る内燃機関の排気ガス浄化装置における流速分布を示す図である。本発明の第１の実施例に係る内燃機関の排気ガス浄化装置における圧力分布を示す図である。本発明の第２の実施例に係る内燃機関の排気ガス浄化装置の上面図である。従来の排気ガス浄化装置の一例を示す側面図である。図７における連結管の概略図である。従来の排気ガス浄化装置における流速分布を示す図である。従来の排気ガス浄化装置における圧力分布を示す図である。

符号の説明

１０排気ガス浄化装置
１１導入部
１２排気管
１３屈曲外側
１４高圧部
１５低圧部
１６屈曲内側
２１ディーゼルエンジン
２２排ガス浄化触媒
２３ハウジング
２４排気タービン過給機
２５配管
２６エンジンルーム
３０排気ガス浄化装置
３１ディーゼルエンジン
３２排気管
３３排気タービン過給機
３４排気管

Claims

内燃機関から排気される排気ガスが通る排気管と、
前記排気管の下流に設けられ、前記排気ガスを浄化する排ガス浄化触媒を収容するハウジングと、
前記ハウジングの一部をなし、前記排気ガスの流れを屈曲して前記排ガス浄化触媒に導入すると共に、前記排気管から前記ハウジングに接続する屈曲内側と、前記排気管から前記ハウジングに向けて連続的に膨出して接続することで前記排気ガスの流速を低減させる屈曲外側とを有する導入部とを備え、
前記導入部の屈曲外側に、前記排気ガスの流れによって生じる圧力が高圧になる高圧部を形成させる一方、
前記導入部の屈曲内側に、前記排気ガスの流れによって生じる圧力が前記高圧部と比較して低圧になる低圧部を形成させた
ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
請求項１に記載された内燃機関の排気ガス浄化装置であって、
前記ハウジングが楕円形状であり、その長径が前記導入部の屈曲方向に沿うように配置される
ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
請求項１または請求項２に記載された内燃機関の排気ガス浄化装置であって、
前記ハウジングがエンジンルーム内に配置される
ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
請求項１または請求項２に記載された内燃機関の排気ガス浄化装置であって、
前記ハウジングが車両の床下に配置される
ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
請求項１乃至請求項４の何れかに記載された内燃機関の排気ガス浄化装置であって、
前記内燃機関が、排気タービン駆動過給機を有するディーゼルエンジンである
ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。