JP2007332872A - 過給機付内燃機関の排気整流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気通路の排気浄化触媒よりも上流側に過給機のタービン２が設けられている場合において、排気浄化触媒よりも上流側の背圧の上昇を抑制することが出来る技術を提供することを目的とする。
【解決手段】排気通路１と排気浄化触媒３とを連通する排気導入部４および過給機のタービン２と排気導入部４との間の排気通路１のいずれかの内部に整流板５が設けられている。そして、この整流板５が、排気通路１の軸に対して排気が旋回する方向に捩れた形状であり、且つ、排気通路１の軸に対する捩れの傾斜角がタービン側端部から排気浄化触媒側端部に近づくにつれて徐々に小さくなり、排気浄化触媒側端部近傍では排気通路１の軸に対して略平行となるように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、過給機付内燃機関の排気整流装置に関する。

内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化触媒として、ハニカム形状であって且つ軸方向に対して垂直方向の断面積が排気通路の断面積よりも大きいものが知られている。

このような排気浄化触媒が排気通路に設置される場合、一端が排気通路に接続され他端が排気浄化触媒の入口側端部に接続される排気導入部が設けられる。この排気導入部は、一端の開口部の周形状が排気通路の周形状と同形状となっており他端の開口部の周形状が排気浄化触媒の周形状と同形状となっている。つまり、排気導入部は、その軸方向に対して垂直方向の断面積が一端から他端に向かって徐々に大きくなっている。

特許文献１には、上記のような排気導入部の内部に、波板状帯材と平板状帯材が交互に当接する巻回体により構成された整流体を設ける技術が開示されている。
特開平８−３１２３３９号公報 実用新案登録第３０４７３６１号公報 実開平６−６９３１８号公報 特開２００３−４９６４０号公報 特開平９−１３９５９号公報

内燃機関の排気通路に過給機のタービンが設けられている場合、タービンよりも下流側の排気通路内においては排気の流れが排気通路の軸周りに旋回する旋回流となる。このとき、タービンより下流側の排気通路にハニカム形状の排気浄化触媒が設けられていると、排気が旋回しながら該排気浄化触媒に流入することになるため、該排気浄化触媒の各セルに排気が流入し難くなる。つまり、排気浄化触媒に排気が流入するときの流通抵抗が増加し易くなる。

このように、排気の流通抵抗が増加した場合、排気浄化触媒よりも上流側の背圧が上昇することになる。背圧が過剰に上昇すると、内燃機関でのポンプ損失増加による出力の低下を招く虞がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、内燃機関の排気通路の排気浄化触媒よりも上流側に過給機のタービンが設けられている場合において、排気浄化触媒よりも上流側の背圧の上昇を抑制することが出来る技術を提供することを目的とする。

本発明では、排気通路と排気浄化触媒とを連通する排気導入部および過給機のタービンと排気導入部との間の排気通路のいずれかの内部に整流板が設けられている。そして、この整流板が、排気通路の軸に対して排気が旋回する方向に捩れた形状であり、且つ、排気通路の軸に対する捩れの傾斜角がタービン側端部から排気浄化触媒側端部に近づくにつれて徐々に小さくなり、排気浄化触媒側端部近傍では排気通路の軸に対して略平行となるように形成されている。

より詳しくは、本発明に係る過給機付内燃機関の排気整流装置は、
内燃機関の排気通路に設けられたタービンを有する過給機付内燃機関の排気整流装置であって、
前記タービンよりも下流側の前記排気通路に設けられ、ハニカム形状であって且つ軸方向に対して垂直方向の断面積が前記排気通路の断面積よりも大きい排気浄化触媒と、
一端の開口部の周形状が前記排気通路の周形状と同形状であり他端の開口部の周形状が前記排気浄化触媒の周形状と同形状であって、一端が前記排気通路に接続され他端が前記排気浄化触媒の入口側端部に接続された排気導入部と、
前記タービンと前記排気導入部との間の前記排気通路および前記排気導入部のいずれかの内部に設けられた整流板と、を備え、
前記整流板が、排気の流れる方向に延びると共に前記排気通路の軸に対して排気が旋回する方向に捩れた形状をしており、且つ、前記排気通路の軸に対する捩れの傾斜角がタービン側端部から排気浄化触媒側端部に近づくにつれて徐々に小さくなり、排気浄化触媒側端部近傍は前記排気通路の軸に対して略平行となるように形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、タービンから流出したときには旋回流となっている排気の流れが、整流板によって整流されることで、排気浄化触媒に流入するときには排気通路の軸方向に略平行な流れとなっている。つまり、排気が排気浄化触媒の軸方向に略平行な流れとなって排気浄化触媒の各セルに流入する。そのため、排気が排気浄化触媒に流入するときの流通抵抗を抑制することが出来る。従って、排気浄化触媒よりも上流側の背圧の上昇を抑制することが出来る。

本発明においては、整流板におけるタービン側端部近傍の排気通路の軸に対する捩れの傾斜角を、内燃機関の出力が最高値となったときの該整流板のタービン側端部近傍における排気の旋回流の排気通路の軸に対する傾斜角と略同一としてもよい。

タービンから流出したときの排気の旋回流の排気通路の軸に対する傾斜角は、内燃機関の出力に応じて変化する場合がある。そして、排気浄化触媒より上流側の背圧が最も高くなり易いのは内燃機関の出力が最高値となった場合である。

上記によれば、内燃機関の出力が最高値となったときにおける、整流板に起因する排気の流通抵抗を抑制することが出来る。従って、内燃機関の出力が最高値となったときにおける排気浄化触媒よりも上流側の背圧の上昇をより効果的に抑制することが出来る。

本発明において、整流板がタービンと排気導入部との間の排気通路の内部に設けられている場合、排気導入部の内部をそれぞれが排気浄化触媒の各セルに対応する複数の空間に分割するように該排気導入部の内部に格子状に設けられた複数の分割板をさらに備えてもよい。

これによれば、整流板によって整流された排気の流れが排気導入部内において乱れるのを抑制しつつ、排気を各セルに導入することが出来る。そのため、排気が排気浄化触媒に流入するときの流通抵抗をより抑制することが出来る。従って、排気浄化触媒よりも上流側の背圧の上昇をさらに抑制することが出来る。また、排気浄化触媒の軸方向と垂直な断面方向における排気の偏流も抑制することが出来る。

本発明において、整流板は排気導入部に設けられてもよい。また、この場合、整流板は、排気導入部の内部をそれぞれが排気浄化触媒の各セルに対応する複数の空間に分割するように該排気導入部の内部に格子状に複数設けられてもよい

これによれば、整流板が上述した分割板としても機能することになる。従って、排気浄
化触媒よりも上流側の背圧の上昇をさらに抑制することが出来、また、排気浄化触媒の軸方向と垂直な断面方向における排気の偏流も抑制することが出来る。

本発明に係る過給機付内燃機関の排気整流装置によれば、内燃機関の排気通路の排気浄化触媒よりも上流側に過給機のタービンが設けられている場合において、排気浄化触媒よりも上流側の背圧の上昇を抑制することが出来る。

以下、本発明に係る過給機付内燃機関の排気整流装置の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

ここでは、本発明を車両駆動用の内燃機関に適用した場合を例に挙げて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。

排気通路１は内燃機関（図示略）に接続されている。該排気通路１にはターボチャージャのタービン２が設けられている。また、該タービン２よりも下流側の排気通路１には、排気浄化触媒３が設けられている。この排気浄化触媒３としては、酸化触媒や、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒等を例示することが出来る。

排気浄化触媒３は、格子状に設けられた複数の隔壁３ａによって軸方向に延びるセル３ｂが形成されているハニカム形状となっている。また、該排気浄化触媒３の径が排気通路１の径よりも大きくなっている。そのため、排気通路１と排気浄化触媒３とを連通するための排気導入部４が設けられている。

排気導入部４は、一端が排気通路１に接続されており他端が排気浄化触媒３の入口側端部に接続されている。該排気導入部４は、一端の開口部の径が排気通路１の径と同一であり他端の開口部の径が排気浄化触媒３の径と同一となっている。つまり、排気導入部４は一端から他端に向けてその径が徐々に大きくなっている。

尚、図示していない排気浄化触媒３の出口側端部は、排気導入部４と同形状の排気排出部を介して排気浄化触媒３より下流側の排気通路１と連通されている。

タービン２から排出される排気の流れは、図１の矢印に示すように、該タービン２より下流側の排気通路１の軸周りに旋回する旋回流となる。本実施例においては、この排気の流れを整流する整流板５がタービン２と排気導入部４との間の排気通路１の内部に設けられている。

この整流板５は、排気の流れる方向に延びると共に排気通路１の軸に対して排気が旋回する方向に捩れた形状となっている。そして、該整流板５におけるタービン側端部近傍では、排気通路１の軸に対する捩れの傾斜角が、内燃機関の出力が最高値となったときの該整流板５のタービン側端部近傍における排気の旋回流の排気通路１の軸に対する傾斜角と略同一となっている。さらに、該整流板５の排気通路１の軸に対する捩れの傾斜角はタービン側端部から排気浄化触媒側端部に近づくにつれて徐々に小さくなっており、排気浄化触媒側端部近傍は排気通路１の軸に対して略平行となるように形成されている。

本実施例においては、タービン２から流出したときには旋回流となっている排気の流れが、整流板５によって徐々に排気通路１の軸方向に略平行な流れに整流される。これにより、排気が、排気浄化触媒３の軸方向、即ち、該排気浄化触媒３のセル３ｂの軸方向に略
平行な流れとなって各セル３ｂに流入する。そのため、排気が排気浄化触媒３に流入するときの流通抵抗を抑えることが出来る。

また、整流板５は、排気通路１の軸に対して排気が旋回する方向に捩れた形状をしており、且つ、該捩れの排気通路１の軸に対する傾斜角はタービン側端部から排気浄化触媒側端部に近づくにつれて徐々に小さくなっている。そのため、排気の流れが整流板５によって整流されるときの、該整流板５に起因する排気の流通抵抗も抑えることが出来る。

従って、本実施例によれば、排気浄化触媒３よりも上流側の背圧の上昇を抑制することが出来る。

さらに、本実施例においては、整流板５におけるタービン側端部近傍の排気通路１の軸に対する捩れの傾斜角が、内燃機関の出力が最高値となったときの該整流板５のタービン側端部近傍における排気の旋回流の排気通路１の軸に対する傾斜角と略同一となっている。

これによれば、内燃機関の出力が最高値となったとき、即ち排気浄化触媒３より上流側の背圧が最も高くなり易いときにおける、整流板５に起因する排気の流通抵抗を抑制することが出来る。従って、内燃機関の出力が最高値となったときにおける排気浄化触媒３よりも上流側の背圧の上昇をより効果的に抑制することが出来る。

本実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成は、排気導入部４の内部の構造以外は実施例１と同様である。そのため、排気導入部４の内部の構造のみ説明する。

図２は、本実施例に係る排気導入部４の内部の構造を示す図である。図２に示すように、本実施例では、排気導入部４の内部に、それぞれの排気浄化触媒側端部が排気浄化触媒３の各隔壁３ａの端部に接続された複数の分割板６が格子状に設けられている。この分割板６によって、排気導入部４の内部が、それぞれが排気浄化触媒３の各セル３ｂに対応する複数の空間に分割されている。

これによれば、排気通路１内において整流板５によって整流された排気の流れが排気導入部４内において乱れるのを抑制しつつ、排気を各セル３ｂに導入することが出来る。そのため、排気が排気浄化触媒３に流入するときの流通抵抗をより抑制することが出来る。

従って、本実施例によれば、排気浄化触媒３よりも上流側の背圧の上昇をさらに抑制することが出来る。また、排気が各セル３ｂに均等に流入し易くなるため、排気浄化触媒３の軸方向と垂直な断面方向における排気の偏流も抑制することが出来る。

＜変形例＞
ここで、本実施例に変形例について説明する。この変形例においては、排気通路１内に整流板５が設けられていない。そして、各分割板６が整流板５と同様の形状に捩れている。

つまり、この場合、分割板６におけるタービン側端部近傍（排気通路側端部近傍）では、排気通路１の軸（排気導入部４の軸）に対する捩れの傾斜角が、内燃機関の出力が最高値となったときの排気導入部４の一端近傍における排気の旋回流の排気通路１の軸に対する傾斜角と略同一となっている。さらに、分割板６の排気通路１の軸に対する捩れの傾斜角は排気導入部４の一端側から他端側に近づくにつれて徐々に小さくなっている。そして、各分割板６の排気浄化触媒側端部は、上記と同様、排気浄化触媒３の各隔壁３ａの端部
にそれぞれ接続されている。

このような変形例によれば、分割板６が整流板５としても機能することになる。従って、排気通路１の内部に分割板６とは別に整流板を設けることなく、上記と同様の効果を得ることが出来る。

尚、上記各実施例においては、排気通路１と排気導入部４との接続部分を図３に示すような曲線形状としてもよい。これによれば、該接続部分における排気の剥離を抑制することが出来る。そのため、排気浄化触媒３の外周部近傍に排気をより流入させることが可能となる。その結果、排気浄化触媒３の軸方向と垂直な断面方向における排気の偏流をより抑制することが出来る。

実施例１に係る内燃機関の排気系の概略構成を示す図。 実施例２に係る排気導入部の内部の構造を示す図。 排気通路と排気導入部との接続部分を曲線形状とした場合の図。

符号の説明

１・・・排気通路
２・・・タービン
３・・・排気浄化触媒
３ａ・・隔壁
３ｂ・・セル
４・・・排気導入部
５・・・整流板
６・・・分割板

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられたタービンを有する過給機付内燃機関の排気整流装置であって、
   前記タービンよりも下流側の前記排気通路に設けられ、ハニカム形状であって且つ軸方向に対して垂直方向の断面積が前記排気通路の断面積よりも大きい排気浄化触媒と、
   一端の開口部の周形状が前記排気通路の周形状と同形状であり他端の開口部の周形状が前記排気浄化触媒の周形状と同形状であって、一端が前記排気通路に接続され他端が前記排気浄化触媒の入口側端部に接続された排気導入部と、
   前記タービンと前記排気導入部との間の前記排気通路および前記排気導入部のいずれかの内部に設けられた整流板と、を備え、
   前記整流板が、排気の流れる方向に延びると共に前記排気通路の軸に対して排気が旋回する方向に捩れた形状をしており、且つ、前記排気通路の軸に対する捩れの傾斜角がタービン側端部から排気浄化触媒側端部に近づくにつれて徐々に小さくなり、排気浄化触媒側端部近傍は前記排気通路の軸に対して略平行となるように形成されていることを特徴とする過給機付内燃機関の排気整流装置。
2. 前記整流板におけるタービン側端部近傍の前記排気通路の軸に対する捩れの傾斜角が、前記内燃機関の出力が最高値となったときの該整流板のタービン側端部近傍における排気の旋回流の前記排気通路の軸に対する傾斜角と略同一となっていることを特徴とする請求項１記載の過給機付内燃機関の排気整流装置。
3. 前記整流板が前記タービンと前記排気導入部との間の前記排気通路の内部に設けられており、
   前記排気導入部の内部をそれぞれが前記排気浄化触媒の各セルに対応する複数の空間に分割するように該排気導入部の内部に格子状に設けられた複数の分割板をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２記載の過給機付内燃機関の排気整流装置。
4. 前記整流板が、前記排気導入部の内部をそれぞれが前記排気浄化触媒の各セルに対応する複数の空間に分割するように該排気導入部の内部に格子状に複数設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の過給機付内燃機関の排気整流装置。
   

Images