JP2008038670A

JP2008038670A - 内燃機関の排気装置

Info

Publication number: JP2008038670A
Application number: JP2006211458A
Authority: JP
Inventors: Masato Ogiso; 誠人小木曽; Tsutomu Umehara; 努梅原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】浄化手段による排気ガスの浄化性能の向上を図ることのできる内燃機関の排気装置を提供すること。
【解決手段】内燃機関に接続される排気管５に内設される浄化手段である触媒３０の上流側に内管２０を設けて、排気管５内に外側通路２５と内側通路２６とを設ける。また、排気管５における触媒３０の上流側で触媒３０の近傍には、触媒３０の上流から触媒３０に向かうに従って断面積が大きくなる部分である上流側コーン部７を形成する。さらに、内管２０において上流側コーン部７に位置する部分である内管傾斜部２１には、貫通穴２３を形成する。これにより、内側通路２６を流れる排気ガスは触媒３０における内側部分を流れ、外側通路２５を流れる排気ガスは、貫通穴２３を通過して触媒３０の外周面３１付近を流れる。従って、排気ガスは触媒３０全体に流れる。この結果、浄化手段である触媒３０による排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気装置に関するものである。特に、この発明は、排気ガスの浄化性能の向上を図ることのできる内燃機関の排気装置に関するものである。

従来の排気ガスの浄化装置では、内燃機関の運転中に排出される排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害成分を、より確実に浄化するために、様々な手法が用いられている。例えば、特許文献１に記載の自動車用排ガス浄化装置では、ドーナツ状のハニカム構造体からなる吸着部と、吸着部の内側に管状隔壁を介して設けたメイン流路と、メイン流路に配設されたハニカム構造体からなる触媒部とを有している。さらに、管状隔壁には、触媒部の上流側に、吸着部と触媒部とを連通する開口部が設けられており、開口部の上流側には、排気ガスの触媒部への導入を制御するための切替手段が配設されている。

この特許文献１に記載の自動車用排ガス浄化装置では、このような構成にすることにより、内燃機関の始動直後など触媒部が活性状態にないときには、切替手段を作動させて排気ガスを吸着部に流すことにより吸着部に排気ガス中の有害成分を吸着させ、その後排気ガスを、開口部を通じて触媒部に流入させる。これにより、触媒部が活性状態にない場合でも、有害成分が外部に放出されることを抑制できる。また、触媒部が活性状態になった場合には、切替手段を作動させて、内燃機関から排出された排気ガスの大部分をメイン流路から触媒部に導入し、触媒部で有害成分を浄化する。これらにより、触媒部の活性状態に関わらず、排気ガスの浄化を行なうことができる。

特開２０００−３３７１３５号公報

ここで、排気ガスを浄化する浄化手段は、排気効率をなるべく低下させることなく多くの排気ガスを浄化させるために、例えば特許文献１の図１に示すように、触媒部、即ち浄化手段は、排気ガスの流れ方向における投影面積が、排気ガスの通路の、排気ガスの流れ方向と直交する方向における断面積よりも大きくなっている。さらに、排気ガスの通路は、このように形成される浄化手段によって排気ガスをより確実に浄化させるために、浄化手段の上流側での断面積が、浄化手段に向かうに従って大きくなっている。しかし、このように排気ガスの通路の断面積を大きくした場合でも、浄化手段に流れる排気ガスは排気ガスの通路に沿って広がらない場合がある。

つまり、排気ガスは、断面積が浄化手段の投影面積よりも小さい排気ガスの通路を流れて、排気ガスの流れの幅が浄化手段の投影面積よりも小さいまま浄化手段に流れるので、浄化手段の一部にのみ流れる虞があった。このため、浄化手段の投影面積を大きくしても排気ガスを浄化手段全体に流すことが困難になり、浄化手段を効率よく使用して排気ガスを浄化することが困難なものとなっていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、浄化手段による排気ガスの浄化性能の向上を図ることのできる内燃機関の排気装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明に係る内燃機関の排気装置は、内燃機関から排出された排気ガスが内側に流れる排気通路と、前記排気通路に内設されると共に前記排気ガスを浄化可能な浄化手段と、前記排気通路に形成されると共に、前記排気通路を流れる前記排気ガスの流れ方向における前記浄化手段の上流側から前記浄化手段に近付くに従って前記排気ガスの流れ方向に対して直交する方向の断面積が大きくなっている部分である上流側断面積変化部と、前記排気通路が有すると共に前記排気ガスが流れる部分における外周部分に位置する外側通路と、前記排気通路における前記外側通路の内側に位置すると共に、前記上流側断面積変化部で前記浄化手段に近付くに従って前記排気ガスの流れ方向に対して直交する方向の断面積が大きくなっている内側通路と、前記外側通路と前記内側通路とを区画する隔壁部と、前記上流側断面積変化部に位置する前記隔壁部に複数形成され、且つ、前記隔壁部を貫通する穴である貫通穴と、を備えることを特徴とする。

この発明では、浄化手段の上流側に位置する上流側断面積変化部に位置する内側通路は浄化手段に向かうに従って断面積が大きくなっており、また、内側通路と外側通路とを区画する隔壁部のうち、上流側断面積変化部に形成される隔壁部には貫通穴が形成されている。このため、内側通路と外側通路との双方に排気ガスが流れた場合、外側通路を流れる排気ガスは、上流側断面積変化部に形成される隔壁部の貫通穴を通って内側通路に入り、内側通路において上流側断面積変化部の上流側から上流側断面積変化部に流れ込んだ排気ガスの外側を流れる。これにより、これらの排気ガスは、浄化手段に流入する際に浄化手段の広範囲に流入する。従って、排気ガスを浄化手段によって浄化する際に、浄化手段における広い範囲で浄化することができる。この結果、浄化手段による排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる。

また、この発明に係る内燃機関の排気装置は、前記排気通路は、前記浄化手段が設けられている部分である浄化手段嵌合部の内周面の形状が前記浄化手段の外周面の形状に合わせて形成されており、前記隔壁部は、前記排気ガスの流れ方向における前記浄化手段側の端部が前記浄化手段嵌合部の内周面の形状と同一形状で形成されると共に前記排気通路の内周面に接続されていることを特徴とする。

この発明では、隔壁部の浄化手段側の端部が、浄化手段嵌合部の内周面の形状で当該内周面に接続されている。このため、上流側断面積変化部に形成される隔壁部の浄化手段側の端部は、浄化手段の外周面とほぼ同じ形状になるため、この隔壁部に形成される貫通穴は、排気ガスをより確実に浄化手段における外周面付近にも流すことができる。従って、排気ガスをより確実に浄化手段の広範囲に流すことができる。この結果、より確実に浄化手段による排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる。

また、この発明に係る内燃機関の排気装置は、前記内側通路には、前記内側通路を流れる前記排気ガスの量を調整可能な内側通路流量調整手段が設けられていることを特徴とする。

この発明では、内側通路に内側通路流量調整手段を設けているので、例えば、内燃機関の高負荷時に内側通路流量調整手段を調整して内側通路を流れる排気ガスの量を低減することにより、排気ガスを、浄化手段の外周部分付近に流すことができる。これにより、比較的温度が高くなり易い高負荷時の排気ガスを、浄化手段において比較的放熱し易い外周部分付近に流すことができるので、高温の排気ガスが流れた場合でも、浄化手段の温度が高くなり過ぎることを抑制できる。この結果、浄化手段の劣化を抑制できる。

また、この発明に係る内燃機関の排気装置は、前記外側通路には、前記外側通路を流れる前記排気ガスの量を調整可能な外側通路流量調整手段が設けられていることを特徴とする。

この発明では、外側通路に外側通路流量調整手段を設けているので、例えば、内燃機関の暖機運転時に外側通路流量調整手段を調整して外側通路を流れる排気ガスの量を低減することにより、排気ガスを、浄化手段の内側部分付近に流すことができる。これにより、浄化手段において放熱し難い内側部分に、より多くの排気ガスを流すことができるので、浄化手段の温度を早めに上昇させることができる。これにより、内燃機関の暖機運転時など冷間時における浄化手段の温度を早急に上昇させることができ、浄化手段を早急に、排気ガスを効率よく浄化することのできる温度にすることができる。この結果、より確実に浄化手段による排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる。

また、この発明に係る内燃機関の排気装置は、前記内側通路には、前記排気ガスを前記浄化手段で浄化する際に用いる還元剤を前記内側通路に供給する還元剤供給手段が設けられていることを特徴とする。

この発明では、内側通路に還元剤供給手段が設けられているので、浄化手段で排気ガスを浄化する際に還元剤を用いて、排気ガス中の一部の成分と還元剤とを還元反応させることにより浄化する浄化手段の場合、より確実に浄化手段で排気ガスを浄化することができる。また、排気ガスを浄化させる際に、このように還元剤を用いる場合、排気ガス通路の内壁面に付着する場合があるが、内側通路の内壁面である隔壁部には、浄化手段寄りの部分に貫通穴が設けられている。このため、貫通穴付近に還元剤が付着した場合、貫通穴を通過する排気ガスによって付着した還元剤を蒸発させたり吹き飛ばしたりすることにより、還元剤を浄化手段に供給することができる。この結果、浄化手段が還元剤を用いる浄化手段である場合における排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる。

また、この発明に係る内燃機関の排気装置は、さらに、前記排気通路は、前記排気ガスの流れ方向における前記外側通路及び前記内側通路よりも上流側で２方向に分かれており、２方向に分かれた前記排気通路のうち、一方の前記排気通路は前記外側通路に接続されており、他方の前記排気通路は前記内側通路に接続されていること特徴とする。

この発明では、排気通路が、外側通路及び内側通路の上流側で２方向に分かれており、２方向に分かれた排気通路を、外側通路または内側通路に接続している。これにより、内燃機関から排出される排気ガスを外側通路と内側通路とに流す際に、それぞれに流す排気ガスの量の精度を向上させることができる。従って、浄化手段の外周部分と内側部分とに流す排気ガスの量の精度を向上させることができる。この結果、より確実に浄化手段による排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる。

本発明に係る内燃機関の排気装置は、浄化手段による排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる、という効果を奏する。

以下に、本発明に係る内燃機関の排気装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の排気装置を示す要部断面図である。なお、同図に示す排気管５内に記載された矢印は、排気管５内を流れる排気ガスの流れ方向を示している（以下、他の図面において同様）。同図に示す排気装置１は、略円筒形の管状の形状で内燃機関（図示省略）に接続され、内燃機関の運転時に当該内燃機関から排出された排気ガスが内側に流れる排気通路である排気管５が設けられている。この排気管５には、排気ガスを浄化可能な浄化手段である触媒３０が内設されている。なお、この触媒３０は、炭化水素（ＨＣ）と、一酸化炭素（ＣＯ）と、窒素酸化物（ＮＯｘ）との３物質を酸化・還元反応によって同時に除去する、いわゆる三元触媒となっている。

また、排気管５のうち、触媒３０が設けられている部分は、浄化手段嵌合部である触媒嵌合部１０となっており、この触媒嵌合部１０は、排気ガスの流れ方向に直交する方向の断面積が、触媒嵌合部１０を有する当該排気管５の他の部分における断面積よりも大きくなっている。つまり、触媒嵌合部１０において排気ガスが流れる通路の断面積は、排気管５の他の部分における排気ガスが流れる通路の断面積よりも大きくなっている。また、この触媒嵌合部１０は、内周面１１の形状が触媒３０の外周面３１の形状に合わせて形成されており、触媒３０は、この触媒嵌合部１０の内側に嵌合されている。

排気管５に形成される触媒嵌合部１０は、このように排気管５における他の部分よりも断面積が大きくなっているため、排気管５のうち排気ガスの流れ方向において触媒嵌合部１０の近傍で触媒嵌合部１０の上流側と下流側とに位置する部分の排気管５には、断面積が変化した上流側コーン部７と下流側コーン部８とが形成されている。

これらの上流側コーン部７と下流側コーン部８とのうち、上流側コーン部７は上流側断面積変化部として、排気管５が有する触媒嵌合部１０の上流側に形成されている。この上流側コーン部７は、排気管５を流れる排気ガスの流れ方向における触媒３０の上流側から触媒３０に近付くに従って排気ガスの流れ方向に対して直交する方向の断面積が大きくなっている。換言すると、上流側コーン部７は、排気ガスの流れ方向において、触媒３０から、当該触媒３０の上流側の方向に離れるに従って排気ガスの流れ方向に対して直交する方向の断面積が小さくなっている。即ち、上流側コーン部７は、排気ガスの流れ方向における上流側から下流側に向かうに従って、排気管５の径方向において広がっており、上流側コーン部７を形成する壁面はこの方向に傾斜している。

また、下流側コーン部８は下流側断面積変化部として、排気管５が有する触媒嵌合部１０の下流側に形成されている。この下流側コーン部８は、排気管５を流れる排気ガスの流れ方向における触媒３０の下流側から触媒３０に近付くに従って排気ガスの流れ方向に対して直交する方向の断面積が大きくなっている。即ち、下流側コーン部８は、排気ガスの流れ方向における上流側から下流側に向かうに従って、排気管５の径方向において狭まっており、下流側コーン部８を形成する壁面はこの方向に傾斜している。

また、排気管５には、内側に隔壁部である内管２０が形成されている。この内管２０は、排気管５の形状である管の太さよりも細い略管状の形状で排気管５の内側に形成されている。即ち、排気管５において内管２０が設けられる部分は、管状に形成された内管２０と、内管２０の径方向の外側方向に位置する外管１５とが形成された二重管構造になっている。また、排気管５においてこのように内管２０が形成されている部分は、外側通路２５と内側通路２６とを有している。

このうち、外側通路２５は、排気管５内を流れる排気ガスが流れる部分における外周部分、つまり、外管１５のすぐ内側に位置しており、外管１５と内管２０との間に位置している。また、内側通路２６は、排気管５における外側通路２５の内側に位置しており、内管２０の内側に位置している。つまり、内管２０は、外側通路２５と内側通路２６とを区画している。

また、内管２０は、上流側コーン部７にも形成されている。このため、上流側コーン部７は、外管１５と内管２０とを有する二重管構造になっている。ここで、上流側コーン部７は、排気管５を流れる排気ガスの流れ方向における触媒３０の上流側から触媒３０に近付くに従って排気ガスの流れ方向に対して直交する方向の断面積が大きくなっているが、この形状は、上流側コーン部７に位置する外管１５によって形成されている。つまり、上流側コーン部７に位置する外管１５は、排気ガスの流れ方向における上流側から触媒３０に近付くに従って、内側部分、即ち排気ガスが通る部分の断面積が大きくなるように、管状に形成された排気管５の径方向における外側方向に広がっている。

また、外管１５の内側に位置する内管２０は、上流側コーン部７では外管１５の内側で外管１５の形状に沿って形成されている。このため、上流側コーン部７に位置する内管２０は、上流側コーン部７に位置する外管１５と同様に、排気ガスの流れ方向における上流側から触媒３０に近付くに従って、内側部分、即ち排気ガスが通る部分の断面積が大きくなるように、外側方向に広がっている。このため、内管２０の内側に位置する内側通路２６は、上流側コーン部７で触媒３０に近付くに従って排気ガスの流れ方向に対して直交する方向の断面積が大きくなっている。内管２０において、このように排気ガスの流れ方向の上流側から触媒３０に近付くに従って外側方向に広がった形状で上流側コーン部７に位置している部分は、内管傾斜部２１となっている。

また、上流側コーン部７に位置する内管傾斜部２１は、このように排気ガスの流れ方向における上流側から触媒３０に近付くに従って外側方向に広がっているため、内管傾斜部２１を排気ガスの流れ方向に見た場合、内管傾斜部２１は触媒３０に対して対向している。つまり、上流側コーン部７に位置する内管傾斜部２１は、排気ガスの流れ方向に対して斜め方向に形成されているため、内管傾斜部２１と触媒３０とを排気ガスの流れ方向に見た場合、内管傾斜部２１と触媒３０とは対向している。また、このように触媒３０に対して対向している内管傾斜部２１は、排気ガスの流れ方向における上流側から触媒３０に近付くに従って外側方向に広がっているため、触媒３０における外周面３１寄りの部分に対向している。

図２は、図１のＡ部詳細図である。また、内管２０、或いは内管傾斜部２１は、排気ガスの流れ方向における触媒３０側の端部である触媒側端部２２が触媒嵌合部１０の内周面１１の形状とほぼ同一形状で形成されている。また、この触媒側端部２２は、触媒３０の上流側における触媒３０の近傍で、排気管５の内周面１１に接続されている。つまり、排気管５が有する外管１５と内管２０とは、触媒３０の上流側における触媒３０の近傍で互いに接続されており、これにより、外管１５と内管２０との間に位置する外側通路２５は、この接続部分で閉塞されている。

また、内管傾斜部２１には、当該内管傾斜部２１を貫通する穴である貫通穴２３が複数形成されている。この貫通穴２３は、内管２０のうち、上流側コーン部７に位置して触媒３０に対向して形成された内管傾斜部２１に形成されているため、この内管傾斜部２１に複数形成される貫通穴２３も、触媒３０に対向して形成されている。詳しくは、この貫通穴２３は、内管傾斜部２１と同様に、触媒３０における外周面３１寄りの部分に対向して形成されている。

この実施例１に係る内燃機関の排気装置１は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。上記排気装置１を備えた内燃機関を運転すると、内燃機関の運転時に排出された排気ガスは、排気装置１の排気管５内に流れる。このように排気管５内に流れた排気ガスは、排気管５内を流れて当該排気管５に内設された触媒３０の方向に向かうが、触媒３０の上流側には内管２０が設けられている。排気管５において、内管２０が設けられている部分は、この内管２０により区画された外側通路２５と内側通路２６とに分かれているため、この部分に流れた排気ガスは、外側通路２５と内側通路２６とに分かれて流れる。

外側通路２５と内側通路２６とに流れた排気ガスは、このように分かれた状態で触媒３０の方向に流れるが、これらの排気ガスのうち、内側通路２６を流れる排気ガスは、触媒３０に流れた際に触媒３０における内側付近に流れ、触媒３０のこの部分を通過する。つまり、内側通路２６を流れる排気ガスは、触媒３０に流れる際に管状に形成された排気管５の径方向における中心付近、つまり触媒３０における内側部分に流れ、触媒３０のこの部分を通過する。

また、外側通路２５を流れる排気ガスは、上流側コーン部７に流れた際に、上流側コーン部７の形状に沿って外側方向に広がる。つまり、上流側コーン部７では、外管１５及び内管２０が、共に管状に形成された排気管５の径方向における外側方向に広がっているため、外管１５と内管２０とにより形成される外側通路２５も外側方向に広がっている。上流側コーン部７では、外側通路２５はこのように外側方向に広がっているため、外側通路２５を流れる排気ガスは、上流側コーン部７で外側通路２５に沿って外側方向に広がって流れる。

外側通路２５を流れる排気ガスは、このように上流側コーン部７で外側方向に広がって流れるが、上流側コーン部７に位置する内管２０である内管傾斜部２１には、複数の貫通穴２３が形成されている。このため、上流側コーン部７の外側通路２５に流れた排気ガスは、内管傾斜部２１に形成された貫通穴２３から流れ出る、つまり、外側通路２５内から内側通路２６内に流れ出る。ここで、この貫通穴２３は、触媒３０における外周面３１寄りの部分に対向して形成されている。このため、外側通路２５を流れ、貫通穴２３から内側通路２６内に流れた排気ガスは、内側通路２６を通って触媒３０における外周面３１寄りの部分に流れ、触媒３０のこの部分を通過する。

これらのように、内燃機関の運転時に内燃機関から排出された排気ガスのうち、内側通路２６に流れた排気ガスは、触媒３０の中心付近、或いは内側部分を通過し、この部分で浄化される。また、内燃機関から排出された排気ガスのうち、外側通路２５に流れた排気ガスは、触媒３０における外周面３１寄りの部分を通過し、この部分で浄化される。つまり、外側通路２５に流れた排気ガスは、触媒３０を通過する際に、内側通路２６を流れた排気ガスが通る部分の外側部分を通過してこの部分で浄化される。

以上の内燃機関の排気装置１は、排気管５が有する内側通路２６のうち、触媒３０の上流側に位置している上流側コーン部７に位置する内側通路２６は、触媒３０に向かうに従って断面積が大きくなっている。また、内側通路２６と外側通路２５とを区画する内管２０のうち、上流側コーン部７に形成される内管２０の内管傾斜部２１には貫通穴２３が形成されている。このため、内側通路２６と外側通路２５との双方に排気ガスが流れた場合、内側通路２６を流れる排気ガスは、触媒３０における内側部分を流れる。また、外側通路２５を流れる排気ガスは、上流側コーン部７に位置する内管傾斜部２１の貫通穴２３を通って内側通路２６に入り、内側通路２６において上流側コーン部７の上流側から上流側コーン部７に流れ込んだ排気ガスの外側を流れる。このため、この排気ガスは、触媒３０において内側通路２６を流れた排気ガスが通る部分の外側部分を流れる。従って、これらの排気ガスは、触媒３０に対して均一に流れ、触媒３０に流入する際に触媒３０の広範囲に流入するので、排気ガスを触媒３０によって浄化する際に、触媒３０における広い範囲で浄化することができる。この結果、浄化手段である触媒３０による排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる。

また、内管２０のうち、排気ガスの流れ方向における触媒３０側の端部である触媒側端部２２は、触媒嵌合部１０の内周面１１とほぼ同一形状で形成され、当該内周面１１に接続されている。このため、上流側コーン部７に形成される内管２０の触媒側端部２２は、排気ガスの流れ方向に見た場合における形状が、触媒３０を同方向に見た場合における当該触媒３０の外周面３１の形状とほぼ同じ形状になる。従って、このように触媒側端部２２が形成される内管２０は、より確実に触媒３０の外周面３１寄りの部分に対向して形成されるため、この内管２０に形成される貫通穴２３も、より確実に触媒３０の外周面３１寄りの部分に対向して形成される。これにより、外側通路２５を流れた排気ガスを、より確実に触媒３０における外周面３１付近に流すことができ、内燃機関から排出された排気ガスを、より確実に触媒３０の広範囲に流すことができる。この結果、より確実に触媒３０による排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる。

また、このように排気ガスは内側通路２６と外側通路２５とを排気ガスが流れるが、外側通路２５を流れる排気ガスは、貫通穴２３を通過して触媒３０に到達する。このため、排気ガスが排気管５内を流れる場合には、外側通路２５内を流れるよりも内側通路２６内を流れる方が抵抗が少なくなっており、内側通路２６の方が排気ガスが流れ易くなっている。ここで、内燃機関の運転時における軽負荷時などは、内燃機関から排出される排気ガスは圧力が低く、また、温度も低くなっているが、このように排気ガスの圧力が低い場合には、排気ガスは抵抗が少ない内側通路２６を通り易くなる。このため、排気ガスは触媒３０における内側部分を流れ易くなるので、排気ガスの温度が低い場合でも、触媒３０の温度である床温が、触媒３０で排気ガスを効率よく浄化できる所定の温度になるように維持することができる。

つまり、触媒３０の外周面３１付近は、当該触媒３０を内設する触媒嵌合部１０の内周面１１に近いため、触媒３０の外周面３１付近の熱は、触媒嵌合部１０を介して排気管５の外部に比較的放熱し易くなっているが、触媒３０の内側部分は触媒嵌合部１０の内周面１１から離れているため、放熱し難くなっている。従って、内燃機関の軽負荷時など排気ガスの温度が比較的低い場合でも、この排気ガスを触媒３０における内側部分に流すことにより、床温が低下し過ぎることを抑制でき、触媒３０で排気ガスを効率よく浄化できる所定の温度に維持することができる。この結果、より確実に触媒３０による排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる。

また、内管２０を設けることにより外側通路２５と内側通路２６とを設け、上流側コーン部７に位置する内管２０に貫通穴２３を形成して外側通路２５から触媒３０に排気ガスを流すことにより、排気管５の径方向における触媒３０の大きさが大きい場合や、排気ガスの流れ方向における上流側コーン部７の長さを確保することが困難な場合でも、排気ガスを、より確実に触媒３０全体に流すことができる。

つまり、排気管５の径方向における触媒３０の大きさが大きい場合や、排気ガスの流れ方向における上流側コーン部７の長さが短い場合には、上流側コーン部７は、排気ガスの流れ方向における断面積の変化の度合いが大きくなる。即ち、上流側コーン部７は、排気ガスの流れ方向における上流側から下流側に向かうに従って広がる方向に壁面が傾斜しているが、排気管５の径方向における触媒３０の大きさが大きい場合や、排気ガスの流れ方向における上流側コーン部７の長さが短い場合には、この傾斜の度合いが大きくなる。このため、上流側コーン部７の変化の度合いが大き過ぎるため、排気ガスの通路が外側通路２５と内側通路２６とに分かれていない場合には、排気ガスが上流側コーン部７に流れた際に上流側コーン部７の形状に沿って広がることが困難になり、触媒３０の外周面３１付近には排気ガスが流れ難くなる。

これに対し、内管２０のうち上流側コーン部７に位置する部分である内管傾斜部２１に貫通穴２３を形成し、外側通路２５を流れた排気ガスが貫通穴２３を通過して触媒３０に流れるようにすることにより、上流側コーン部７の変化の度合いが大きい場合でも、排気ガスを触媒３０の外周面３１付近に流すことができる。従って、排気管５の径方向における触媒３０の大きさが大きい場合や、排気ガスの流れ方向における上流側コーン部７の長さを確保することが困難な場合でも、排気ガスを、より確実に触媒３０全体に流すことができる。この結果、排気装置１に触媒３０を設ける際における設計の自由度を向上させることができる。また、触媒３０を設ける際における設計の自由度を向上させることができるので、触媒３０を設定する際の自由度を向上させることができ、より確実に触媒３０による排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる。

実施例２に係る内燃機関の排気装置は、実施例１に係る内燃機関の排気装置１と略同様の構成であるが、内側通路流量調整手段が設けられている点に特徴がある。他の構成は実施例１と同様なので、その説明を省略するとともに、同一の符号を付す。図３は、本発明の実施例２に係る内燃機関の排気装置の説明図である。同図に示す内燃機関の排気装置４０は、実施例１に係る内燃機関の排気装置１と同様に、内燃機関が排出した排気ガスが流れる排気管５を有しており、排気管５には、排気ガスを浄化可能な浄化手段である触媒３０が内設されている。また、排気管５は、触媒３０の上流側に内管２０を有しており、この内管２０により排気管５内は外側通路２５と内側通路２６とに区画されている。このうち、内側通路２６には、内側通路２６を流れる排気ガスの量を調整可能な内側通路流量調整手段である内側流量調整弁４１が設けられている。この内側流量調整弁４１は、開閉弁４２と軸部４３とを有しており、開閉弁４２は軸部４３を中心に回動可能に形成されている。内側流量調整弁４１は、このよう形成されることにより内側通路２６内を開閉可能に設けられており、さらに、開度を調整可能に設けられている。

この実施例２に係る内燃機関の排気装置４０は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。この実施例２に係る内燃機関の排気装置４０を備える内燃機関を運転すると、実施例１に係る排気装置１を備える内燃機関の運転時と同様に、内燃機関から排出された排気ガスは排気装置４０の排気管５内に流れる。この排気管５は、内管２０により区画された外側通路２５と内側通路２６とを有しているため、排気ガスは外側通路２５と内側通路２６とに分かれて流れるが、内側通路２６には、内側流量調整弁４１が設けられている。このため、排気管５内を流れる排気ガスは、内側流量調整弁４１の状態により、外側通路２５と内側通路２６とに流れる排気ガスの量が変化する。

具体的には、内側流量調整弁４１を作動させて内側流量調整弁４１の開度を全開にした場合、つまり、内側通路２６内を開いた場合には、排気ガスは内側通路２６内を流れ易くなるため、内側通路２６を流れる排気ガスの量が多くなる。このため、排気管５内を流れる排気ガスは、実施例１に係る内燃機関の排気装置１が有する排気管５内を排気ガスが流れる場合と同様に、内側通路２６と外側通路２５との双方に流れる。このように、内側通路２６と外側通路２５とに流れた排気ガスは、排気ガスの流れ方向において、これらの下流側に位置する触媒３０の方向に向かう。このうち、内側通路２６を通って触媒３０の方向に流れる排気ガスは、触媒３０に到達して触媒３０を流れる際に、触媒３０における中心付近、或いは内側部分を流れる。

また、外側通路２５を流れる排気ガスは、外側通路２５を通って触媒３０の方向に向かい、上流側コーン部７に位置する内管傾斜部２１に形成された貫通穴２３から、上流側コーン部７に位置する内側通路２６に流出して触媒３０に流れる。その際に、外側通路２５は、上流側コーン部７においては、管状に形成された排気管５の径方向における外側方向に広がった上流側コーン部７の形状に沿って形成されているため、上流側コーン部７に位置する貫通穴２３から触媒３０に向かう排気ガスは、触媒３０における外周面３１付近を流れる。つまり、外側通路２５を通って触媒３０を通過する排気ガスは、内側通路２６を通った排気ガスが触媒３０を通過する際に通る部分の外側を通過する。これにより、内燃機関の運転時に排気管５に流れた排気ガスは、触媒３０全体を通過する。

これ対し、内側流量調整弁４１を作動させて内側流量調整弁４１の開度を全開状態よりも閉じた場合、つまり、内側通路２６内を絞った場合には、内側通路２６を流れる排気ガスの量が減少する。このように、内側通路２６を流れる排気ガスの量が減少した場合には、この排気ガスの量の減少に伴い、触媒３０における内側部分を流れる排気ガスの量が減少する。

一方、内側通路２６を流れる排気ガスの量が減少した場合には、減少した分の排気ガスは外側通路２５に流れるので、外側通路２５を流れる排気ガスの量は増加する。このように、外側通路２５を流れる排気ガスの量が増加した場合には、排気ガスの量の増加に伴い、触媒３０の外周面３１寄りの部分を流れる排気ガスの量が増加する。

以上の内燃機関の排気装置４０は、内側通路２６に内側流量調整弁４１を設けているので、内側流量調整弁４１を調整することにより、内側通路２６を流れる排気ガスの量を調整することができる。これにより、例えば内燃機関の高負荷時に内側流量調整弁４１を調整して内側通路２６を流れる排気ガスの量を低減することにより、外側通路２５を流れる排気ガスの量を増加させることができる。このため、内燃機関から排出される排気ガスを、比較的放熱し易い触媒３０の外周面３１寄りの部分に、より多く流すことができる。即ち、内燃機関の高負荷時など排気ガスの温度が高くなり易い場合に、温度が高い排気ガスを、触媒３０において比較的放熱し易い外周面３１付近に流すことができる。従って、内燃機関から高温の排気ガスが排出された場合でも、この排気ガスが触媒３０に流れることに起因して触媒３０の温度が高くなり過ぎることを抑制できる。この結果、触媒３０の劣化を抑制できる。

実施例３に係る内燃機関の排気装置は、実施例１に係る内燃機関の排気装置１と略同様の構成であるが、外側通路流量調整手段が設けられている点に特徴がある。他の構成は実施例１と同様なので、その説明を省略するとともに、同一の符号を付す。図４は、本発明の実施例３に係る内燃機関の排気装置の説明図である。同図に示す内燃機関の排気装置５０は、実施例１に係る内燃機関の排気装置１と同様に、内燃機関が排出した排気ガスが流れる排気管５を有しており、排気管５には、排気ガスを浄化可能な浄化手段である触媒３０が内設されている。また、排気管５は、触媒３０の上流側に内管２０を有しており、この内管２０により排気管５内は外側通路２５と内側通路２６とに区画されている。

このうち、外側通路２５には、外側通路２５を流れる排気ガスの量を調整可能な外側通路流量調整手段である外側流量調整弁５１が設けられている。この外側流量調整弁５１は、排気ガスの流れ方向における内管２０の上流側の端部付近に設けられており、軸部５３と、当該軸部５３が回転することにより排気管５の径方向に作動する開閉弁５２とを有している。外側流量調整弁５１は、このように形成されることにより外側通路２５内を開閉可能に設けられており、さらに、開度を調整可能に設けられている。

この実施例３に係る内燃機関の排気装置５０は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。この実施例３に係る内燃機関の排気装置５０を備える内燃機関を運転すると、実施例１に係る排気装置１を備える内燃機関の運転時と同様に、内燃機関から排出された排気ガスは排気装置５０の排気管５内に流れる。この排気管５は、外側通路２５と内側通路２６とを有しているため、排気ガスは外側通路２５と内側通路２６とに分かれて流れるが、外側通路２５には、外側流量調整弁５１が設けられている。このため、排気管５内を流れる排気ガスは、外側流量調整弁５１の状態により、外側通路２５と内側通路２６とに流れる排気ガスの量が変化する。

具体的には、外側流量調整弁５１を作動させて外側流量調整弁５１の開度を全開にした場合、つまり、外側通路２５内を開いた場合には、排気ガスは外側通路２５内を流れ易くなるため、外側通路２５を流れる排気ガスの量が多くなる。このため、排気管５内を流れる排気ガスは、実施例１に係る内燃機関の排気装置１が有する排気管５内を排気ガスが流れる場合と同様に、外側通路２５と内側通路２６との双方に流れる。このように、外側通路２５と内側通路２６とに流れた排気ガスは、排気ガスの流れ方向において、これらの下流側に位置する触媒３０の方向に向かう。このうち、外側通路２５を通って触媒３０の方向に流れる排気ガスは、触媒３０に到達して触媒３０を流れる際に、触媒３０の外周面３１寄りに部分に流れる。また、内側通路２６を流れる排気ガスは、内側通路２６を通って触媒３０の方向に向かい、触媒３０に到達して触媒３０を流れる際に、触媒３０の中心付近、或いは内側部分を流れる。これらにより、内燃機関の運転時に排気管に流れた排気ガスは、触媒３０全体を通過する。

これ対し、外側流量調整弁５１を作動させて外側流量調整弁５１の開度を全開状態よりも閉じた場合、つまり、外側通路２５内を絞った場合には、外側通路２５を流れる排気ガスの量が減少する。このように、外側通路２５を流れる排気ガスの量が減少した場合には、この排気ガスの量の減少に伴い、触媒３０の外周面３１寄りの部分を流れる排気ガスの量が減少する。

一方、外側通路２５を流れる排気ガスの量が減少した場合には、減少した分の排気ガスは内側通路２６に流れるので、内側通路２６を流れる排気ガスの量は増加する。このように、内側通路２６を流れる排気ガスの量が増加した場合には、排気ガスの量の増加に伴い、触媒３０における内側部分を流れる排気ガスの量が増加する。

以上の内燃機関の排気装置５０は、外側通路２５に外側流量調整弁５１を設けているので、外側流量調整弁５１を調整することにより、外側通路２５を流れる排気ガスの量を調整することができる。これにより、例えば内燃機関の暖機運転時に外側流量調整弁５１を調整して外側通路２５を流れる排気ガスの量を低減することにより、内側通路２６を流れる排気ガスの量を増加させることができる。従って、内燃機関から排出される排気ガスを、触媒３０における内側部分に、より多く流すことができる。

この触媒３０における内側部分は、当該触媒３０において放熱し易い部分である外周面３１から離れているため、触媒３０の内側部分付近の熱は、外部に放熱し難くなっている。このため、このように内燃機関の暖機運転時に排気ガスを触媒３０の内側部分付近に、より多く流すことにより、排気ガスから触媒３０に伝達された排気ガスの熱を放熱し難くすることができるので、内燃機関の暖機運転時における触媒３０の温度を、早急に上昇させることができる。従って、内燃機関の暖機運転時など冷間時に外側通路２５を流れる排気ガスの量を低減することにより、冷間時における触媒３０の温度を早急に上昇させることができ、触媒３０を早急に、排気ガスを効率よく浄化することのできる温度にすることができる。この結果、より確実に触媒３０による排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる。

また、内燃機関の軽負荷運転時など、内燃機関から排出される排気ガスの温度が低い状態で長時間続くことにより、触媒３０が排気ガスを効率よく浄化するのが困難になる程度に床温が低下しそうな場合でも、外側流量調整弁５１を調整して外側通路２５を流れる排気ガスの量を低減することにより、床温が低くなり過ぎることを抑制できる。つまり、温度が低い排気ガスが長時間触媒３０を通過することにより、床温が低下した場合でも、外側流量調整弁５１を調整して排気ガスが触媒３０における内側部分を集中的に流れるようにすることにより、排気ガスから触媒３０に伝達された熱は放熱し難くなるので、床温が低くなり過ぎることを抑制できる。これにより、触媒３０が排気ガスを効率よく浄化できる温度に、床温を維持することができる。この結果、より確実に触媒３０による排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる。

実施例４に係る内燃機関の排気装置は、実施例２に係る内燃機関の排気装置４０と略同様の構成であるが、還元剤供給手段が設けられている点に特徴がある。他の構成は実施例２と同様なので、その説明を省略するとともに、同一の符号を付す。図５は、本発明の実施例４に係る内燃機関の排気装置の説明図である。同図に示す排気装置６０を備える内燃機関は、軽油を燃料として運転するディーゼルエンジン（図示省略）となっている。また、この実施例４に係る内燃機関の排気装置６０が有する浄化手段である触媒３０は、排気ガスに含まれるＮＯｘの低減に適した触媒であるＮＯｘ触媒となっている。さらに、この実施例４に係る内燃機関の排気装置６０は、実施例２に係る内燃機関の排気装置４０と同様に、外側通路２５と内側通路２６とを有する排気管５を有しており、内側通路２６には、内側通路２６を流れる排気ガスの量を調整可能な内側流量調整弁４１が設けられている。

また、実施例４に係る内燃機関の排気装置６０では、内側通路２６に、排気ガスを触媒３０で浄化する際に用いる還元剤を内側通路２６に供給する還元剤供給手段である添加インジェクタ６１が設けられている。この添加インジェクタ６１は、内燃機関の運転時に用いる燃料を内側通路２６に噴射することにより、排気ガスを触媒３０で浄化する際の還元剤として、この燃料を内側通路２６に供給可能に形成されている。

この実施例４に係る内燃機関の排気装置６０は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。この実施例４に係る内燃機関の排気装置６０を備える内燃機関の運転時には、実施例２に係る内燃機関の排気装置４０を備える内燃機関の運転時と同様に、内側流量調整弁４１の開度を調整することにより、内側通路２６と外側通路２５とに流れる排気ガスの量を調整することができる。これにより、触媒３０における外周面３１寄りの部分を流れる排気ガスの量と、内側部分を流れる排気ガスの量とを調整することができる。

また、排気ガスを触媒３０で浄化する際には、必要に応じて添加インジェクタ６１から燃料を内側通路２６に噴射する。噴射された燃料は内側通路２６を通り、触媒３０に向かう。触媒３０に到達した燃料は、触媒３０が排気ガスに含まれるＮＯｘを還元反応させて排気ガスを浄化する際の還元剤として使用される。このため、この燃料が触媒３０に到達することにより、触媒３０を通過中の排気ガスに含まれるＮＯｘは、還元剤である燃料によって還元され、排気ガスはより確実に浄化される。

また、燃料を内側通路２６に噴射した場合、燃料は内管２０の内側通路２６側の面に付着する場合があるが、燃料が、内管２０のうち上流側コーン部７に位置する部分である内管傾斜部２１に付着した場合、この燃料は内管傾斜部２１の貫通穴２３から流出する排気ガスにより蒸発する。つまり、外側通路２５を流れる排気ガスは、上流側コーン部７に位置する内管傾斜部２１に形成された貫通穴２３から内側通路２６に流れ込むが、この排気ガスは、高温・高圧となっている。このため、内管傾斜部２１に付着した燃料は、貫通穴２３を通過する排気ガスによって熱せられて温度が上昇し、蒸発し易くなる。また、この内管傾斜部２１に付着した燃料は、高圧の排気ガスが貫通穴２３を通過する際の風圧により吹き飛ばされる。これらのため、内管傾斜部２１に付着した燃料は、外側通路２５を流れて内管傾斜部２１の貫通穴２３を通過する排気ガスにより、蒸発したり吹き飛ばされたりする。蒸発したり吹き飛ばされたりしたこの燃料は、触媒３０の方向に流れて触媒３０に供給され、触媒３０で排気ガスに含まれるＮＯｘを還元反応させて排気ガスを浄化する。

以上の内燃機関の排気装置６０は、内側通路２６に、還元剤供給手段である添加インジェクタ６１が設けられている。このため、触媒３０がＮＯｘ触媒のように、触媒３０で排気ガスを浄化する際に内燃機関の運転に用いる燃料などの還元剤を使用し、この燃料と排気ガスに含まれるＮＯｘとを還元反応させることにより浄化する触媒３０の場合、より確実に触媒３０で排気ガスを浄化することができる。また、排気ガスを触媒３０で浄化させる際に、このように還元剤として燃料を用いる場合、この燃料が、排気ガスが流れる通路の内壁面に付着する場合があるが、内側通路２６の内壁面である内管２０には、上流側コーン部７に位置する内管傾斜部２１に貫通穴２３が設けられている。このため、内管傾斜部２１の貫通穴２３付近に燃料が付着した場合、貫通穴２３を通過する排気ガスによって付着した燃料を蒸発させたり吹き飛ばしたりすることにより、燃料を触媒３０に供給することができる。この結果、触媒３０が燃料などの還元剤を用いる触媒３０である場合における排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる。

実施例５に係る内燃機関の排気装置は、実施例１に係る内燃機関の排気装置１と略同様の構成であるが、分岐通路が設けられている点に特徴がある。他の構成は実施例１と同様なので、その説明を省略するとともに、同一の符号を付す。図６は、本発明の実施例５に係る内燃機関の排気装置及び内燃機関の概略図である。同図に示す排気装置７０を備える内燃機関９０は、複数の気筒９１を有しており、排気管７１は複数に分かれて各気筒９１に接続されることにより、内燃機関９０に接続されている。また、この排気管７１は、複数に分かれて気筒９１に接続された部分が集合して１つに集合して形成されており、１つに集合した排気管７１が、内燃機関９０から離れる方向の途中で２方向に分かれている。即ち、排気管７１は、排気ガスの流れ方向における触媒嵌合部１０の上流側で、２方向に分岐しており、この２方向に分岐した部分は、分岐管７５となっている。また、２方向の分岐管７５のうち、一方の分岐管７５は外側分岐管７６となっており、他方の分岐管７５は内側分岐管７７となっており、これらの外側分岐管７６、及び内側分岐管７７は、共に触媒嵌合部１０に接続されている。

図７は、図６のＢ部詳細図である。これらの外側分岐管７６と内側分岐管７７とは、触媒嵌合部１０の上流側の位置で重なっており、外側分岐管７６の内側に内側分岐管７７が位置している。詳しくは、外側分岐管７６は、上流側コーン部７に接続されている。内側分岐管７７は、内側分岐管７７における触媒３０上流の触媒３０近傍が、上流側コーン部７に接続された外側分岐管７６の一部の外壁を貫通して外側分岐管７６の内側に設けられており、内側分岐管７７におけるこの部分は、隔壁部である内管２０として設けられている。換言すると、内側分岐管７７は、内管２０に接続されている。また、外側分岐管７６における触媒３０上流の触媒３０近傍、或いは、内側に内側分岐管７７が位置している部分は、外管１５として設けられている。

このように、外側分岐管７６と内側分岐管７７とは、触媒３０上流における触媒３０近傍では、それぞれ外管１５、内管２０として設けられているため、この部分には外側通路２５、及び内側通路２６が設けられている。つまり、内管２０の内側は内側通路２６となっており、内管２０と外管１５との間の部分は、外側通路２５となっている。

また、２方向に分岐した分岐管７５の内側は分岐通路８０となっており、このため、この分岐通路８０は、排気ガスの流れ方向における外側通路２５及び内側通路２６よりも上流側で２方向に分岐している。また、２方向に分岐した分岐通路８０のうち、外側分岐管７６の内側に位置する分岐通路８０は外側分岐通路８１となっており、この外側分岐通路８１は、外側通路２５に接続されている。同様に、２方向に分岐した分岐通路８０のうち、内側分岐管７７の内側に位置する分岐通路８０は内側分岐通路８２となっており、この内側分岐通路８２は、内側通路２６に接続されている。

また、外側分岐通路８１には、外側分岐通路８１内を開閉可能に形成され、外側分岐通路８１を流れる排気ガスの量を調整可能な外側分岐通路流量調整弁８５が設けられている。また、内側分岐通路８２には、内側分岐通路８２内を開閉可能に形成され、内側分岐通路８２を流れる排気ガスの量を調整可能な内側分岐通路流量調整弁８６が設けられている。

この実施例５に係る内燃機関９０の排気装置７０は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。この実施例５に係る内燃機関９０の排気装置７０を備える内燃機関９０を運転すると、内燃機関９０が有する各気筒９１から排出された排気ガスは、排気管７１内を流れ、２方向に分岐した分岐管７５に流れる。つまり、排気ガスは、分岐管７５で２方向に分かれて流れる。分岐管７５で２方向に分かれた排気ガスのうち、一方の排気ガスは外側分岐管７６の外側分岐通路８１に流れ、他方の排気ガスは内側分岐管７７の内側分岐通路８２に流れる。さらに、このように分かれた排気ガスのうち、内側分岐通路８２を流れる排気ガスは、内側分岐通路８２が接続された内側通路２６に流れ、内側通路２６を通って触媒３０の方向に向かう。内側通路２６を通って触媒に向かい、触媒３０に到達した排気ガスは、触媒３０を流れる際に、触媒３０における内側部分を流れる。

また、外側分岐通路８１を流れる排気ガスは、外側分岐通路８１が接続された外側通路２５に流れ、外側通路２５を通って触媒３０の方向に向かう。外側通路２５を通って触媒３０の方向に向かう排気ガスは、内管２０の内管傾斜部２１に形成された貫通穴２３から内側通路２６に流出して、内側通路２６を通って触媒３０に向かう。このように、貫通穴２３を通って触媒３０に向かう排気ガスは、触媒３０における外周面３１付近を流れる。従って、内燃機関９０の運転時に排気管７１に流れた排気ガスは、外側分岐通路８１を通って外側通路２５に流れ、貫通穴２３を通る排気ガスと、内側分岐通路８２を通って内側通路２６を流れる排気ガスとが触媒３０に流れることにより、触媒３０全体を通過する。

外側分岐通路８１と内側分岐通路８２とを流れる排気ガスは、このように触媒３０に流れるように設けられているが、外側分岐通路８１には外側分岐通路流量調整弁８５が設けられており、内側分岐通路８２には内側分岐通路流量調整弁８６が設けられている。このため、外側分岐通路流量調整弁８５によって外側分岐通路８１の開閉を調整することにより、外側分岐通路８１を流れる排気ガスの量は変化し、触媒３０における外周面３１付近を流れる排気ガスの量は変化する。同様に、内側分岐通路流量調整弁８６によって内側分岐通路８２の開閉を調整することにより、内側分岐通路８２を流れる排気ガスの量は変化し、触媒３０における内側部分を流れる排気ガスの量は変化する。

以上の内燃機関９０の排気装置７０は、排気管７１を、外側通路２５及び内側通路２６の上流側で２方向の分岐管７５に分岐させており、２方向の分岐管７５の内側に位置する通路である分岐通路８０を、外側通路２５または内側通路２６に接続している。このように、予め２方向に分岐した分岐通路８０、即ち外側分岐通路８１と内側分岐通路８２とを外側通路２５と内側通路２６とに接続することにより、外側分岐通路８１と内側分岐通路８２とによって２方向に分かれた排気ガスを、外側通路２５と内側通路２６とに流すことができる。これにより、内燃機関９０から排出される排気ガスを外側通路２５と内側通路２６とに流す際に、それぞれに流す排気ガスの量の精度を向上させることができる。従って、触媒３０の外周面３１付近と、触媒３０における内側部分とに流す排気ガスの量の精度を向上させることができる。この結果、より確実に触媒３０による排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる。

また、外側分岐通路８１には外側分岐通路流量調整弁８５が設けられており、内側分岐通路８２には内側分岐通路流量調整弁８６が設けられている。このため、外側分岐通路８１を流れる排気ガスの量は、外側分岐通路流量調整弁８５の開度を調整することにより、流量を調整することができ、内側分岐通路８２を流れる排気ガスの量は、内側分岐通路流量調整弁８６の開度を調整することにより、流量を調整することができる。これにより、外側分岐通路８１に接続された外側通路２５に流れる排気ガスの量や、内側分岐通路８２に接続された内側通路２６に流れる排気ガスの量を調整することができる。従って、触媒３０の外周面３１付近に流れる排気ガスの量と、触媒３０における内側部分に流れる排気ガスの量とを、より確実に任意の流量に調整することができる。この結果、より確実に触媒３０による排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる。

実施例６に係る内燃機関の排気装置は、実施例５に係る内燃機関９０の排気装置７０と略同様の構成であるが、排気装置を備える内燃機関が、Ｖ型の内燃機関となっている点に特徴がある。他の構成は実施例５と同様なので、その説明を省略するとともに、同一の符号を付す。図８は、本発明の実施例６に係る内燃機関の排気装置及び内燃機関の概略図である。図９は、図８のＣ部詳細図である。同図に示す排気装置１００を備える内燃機関１２０は、複数の気筒１２１を有しており、この複数の気筒１２１は、内燃機関１２０運転時における出力軸であるクランクシャフト（図示省略）に対して気筒１２１が２方向に向けて形成されている。つまり、この内燃機関１２０は、気筒１２１が２方向に向けて形成された、いわゆるＶ型の内燃機関１２０となっている。このＶ型の内燃機関１２０は、４つの気筒１２１が１つの組となってバンク１２２を形成しており、バンク１２２が２つ設けられている。即ち、当該内燃機関１２０は、８つの気筒１２１を有している。また、２つのバンク１２２のうち、一方のバンク１２２は第１バンク１２３となっており、他方のバンク１２２は第２バンク１２４となっている。

また、排気装置１００が有する排気管１０１は、このように形成された第１バンク１２３と第２バンク１２４とが有する各気筒１２１に接続される。このように各気筒１２１に接続される排気管１０１のうち、第１バンク１２３が有する気筒１２１に接続される排気管１０１は第１バンク側排気管１０２となっており、第２バンク１２４が有する気筒１２１に接続される排気管１０１は第２バンク側排気管１０３となっている。このうち、第１バンク側排気管１０２は、排気ガスの流れ方向における触媒３０の上流側で内側通路２６に接続されており、換言すると、第１バンク側排気管１０２の内側に位置する通路である第１バンク側排気通路１０５は、触媒３０の上流側で内側通路２６に接続されている。また、第２バンク側排気管１０３は、排気ガスの流れ方向における触媒３０の上流側で外側通路２５に接続されており、換言すると、第２バンク側排気管１０３の内側に位置する通路である第２バンク側排気通路１０６は、触媒３０の上流側で外側通路２５に接続されている。

換言すると、排気管１０１は、排気ガスの流れ方向における外側通路２５及び内側通路２６よりも上流側で、第１バンク側排気管１０２と第２バンク側排気管１０３との２方向に分かれている。さらに、２方向に分かれた排気管１０１のうち、一方の排気管１０１である第１バンク側排気管１０２は内側通路２６に接続されており、他方の排気管１０１である第２バンク側排気管１０３は外側通路２５に接続されている。

また、第１バンク側排気通路１０５には、第１バンク側排気通路１０５内を開閉可能に形成され、第１バンク側排気通路１０５を流れる排気ガスの量を調整可能な第１バンク側通路流量調整弁１１１が設けられている。また、第２バンク側排気通路１０６には、第２バンク側排気通路１０６内を開閉可能に形成され、第２バンク側排気通路１０６を流れる排気ガスの量を調整可能な第２バンク側通路流量調整弁１１２が設けられている。

つまり、第１バンク側排気通路１０５と第２バンク側排気通路１０６とは、実施例５に係る内燃機関９０の排気装置７０（図７参照）が有する内側分岐通路８２が内側通路２６に接続され、外側分岐通路８１が外側通路２５に接続されるのと同様に、第１バンク側排気通路１０５は内側通路２６に接続され、第２バンク側排気通路１０６は外側通路２５に接続されている。また、実施例５に係る内燃機関９０の排気装置７０が有する内側分岐通路８２に内側分岐通路流量調整弁８６が設けられ、外側分岐通路８１に外側分岐通路流量調整弁８５が設けられるのと同様に、実施例６に係る内燃機関１２０の排気装置１００では、第１バンク側排気通路１０５に第１バンク側通路流量調整弁１１１が設けられ、第２バンク側排気通路１０６に第２バンク側通路流量調整弁１１２が設けられている。

この実施例６に係る内燃機関１２０の排気装置１００は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。この実施例６に係る内燃機関１２０の排気装置１００を備える内燃機関１２０を運転すると、内燃機関１２０が有する各気筒１２１から排出された排気ガスは、排気管１０１内を流れる。その際に、第１バンク１２３が有する気筒１２１から排出される排気ガスは、第１バンク側排気管１０２の第１バンク側排気通路１０５に流れ、第２バンク１２４が有する気筒１２１から排出される排気ガスは、第２バンク側排気管１０３の第２バンク側排気通路１０６に流れる。

このように第１バンク側排気通路１０５や第２バンク側排気通路１０６を流れる排気ガスのうち、第１バンク側排気通路１０５を流れる排気ガスは、第１バンク側排気通路１０５が接続された内側通路２６に流れ、内側通路２６を通って触媒３０の方向に向かう。内側通路２６を通って触媒３０に向かい、触媒３０に到達した排気ガスは、触媒３０を流れる際に、触媒３０における中心付近、或いは内側部分を流れる。また、第２バンク側排気通路１０６を流れる排気ガスは、第２バンク側排気通路１０６が接続された外側通路２５に流れ、外側通路２５を通って触媒３０の方向に向かう。外側通路２５を通って触媒３０の方向に向かう排気ガスは、内管２０の内管傾斜部２１に形成された貫通穴２３から内側通路２６に流出して、内側通路２６を通って触媒３０に向かう。このように、貫通穴２３を通って触媒３０に向かう排気ガスは、触媒３０における外周面３１付近を流れる。従って、内燃機関１２０の運転時に排気管１０１に流れた排気ガスは、第２バンク側排気通路１０６を通って外側通路２５に流れ、貫通穴２３を通る排気ガスと、第１バンク側排気通路１０５を通って内側通路２６を流れる排気ガスとが触媒３０に流れることにより、触媒３０全体を通過する。

また、第１バンク側排気通路１０５には第１バンク側通路流量調整弁１１１が設けられており、第２バンク側排気通路１０６には第２バンク側通路流量調整弁１１２が設けられているため、これらの開閉を調整することにより、実施例５に係る内燃機関９０の排気装置７０が有する外側分岐通路流量調整弁８５や内側分岐通路流量調整弁８６の開閉を調整する場合と同様に、触媒３０における外周面３１付近や内側部分を流れる排気ガスの量は変化する。

また、上記の内燃機関１２０の始動直後やアイドリングの時間が長い場合には、第１バンク１２３が有する気筒１２１と第２バンク１２４が有する気筒１２１とで、空気と燃料との比率である空燃比を異ならせて運転する。例えば、第１バンク１２３が有する気筒１２１では、空気の量に対して燃料の量を多めにして、空燃比をいわゆるリッチ寄りの状態で運転し、第２バンク１２４が有する気筒１２１では、空気の量に対して燃料の量を少なめにして、空燃比をいわゆるリーン寄りの状態で運転する。この場合、第１バンク側排気通路１０５にはリッチ寄りの排気ガスが流れ、第２バンク側排気通路１０６にはリーン寄りの排気ガスが流れる。

これらの排気ガスは、第１バンク側排気通路１０５を流れる排気ガスは内側通路２６を通って触媒３０に流れ、第２バンク側排気通路１０６を流れる排気ガスは外側通路２５を通って触媒３０に流れる。第１バンク１２３が有する気筒１２１から排出された排気ガスと第２バンク１２４が有する気筒１２１から排出された排気ガスは、このように共に触媒３０に流れて触媒３０内で合流するが、これらの排気ガスは空燃比が異なっている。このため、これらの排気ガスは触媒３０内で反応が活性化する。具体的には、第１バンク１２３が有する気筒１２１が排出したリッチ寄りの排気ガスに含まれる未燃焼の燃料と、第２バンク１２４が有する気筒１２１が排出したリーン寄りの排気ガスに含まれる酸素とが酸化反応をする。これにより、触媒３０の温度が上昇する。

以上の内燃機関１２０の排気装置１００は、第１バンク１２３が有する気筒１２１から排出される排気ガスは第１バンク側排気通路１０５に流れ、第２バンク１２４が有する気筒１２１から排出される排気ガスは第２バンク側排気通路１０６に流れることにより、内燃機関１２０から排出される排気ガスを、より確実に触媒３０全体に流すことができる。つまり、内燃機関１２０から排出される排気ガスを、複数の気筒１２１から排出された時点で第１バンク側排気通路１０５と第２バンク側排気通路１０６とに分けて流すことにより、より確実に排気ガスを内側通路２６と外側通路２５とに流すことができる。従って、より確実に触媒３０の外周面３１付近と、触媒３０における内側部分とに排気ガスを流すことができ、排気ガスを触媒３０全体に流すことができる。この結果、より確実に触媒３０による排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる。

また、第１バンク側排気通路１０５には第１バンク側通路流量調整弁１１１が設けられており、第２バンク側排気通路１０６には第２バンク側通路流量調整弁１１２が設けられている。これにより、第１バンク側排気通路１０５を流れる排気ガスの量と第２バンク側排気通路１０６を流れる排気ガスの量を調整することができ、これに伴い内側通路２６を流れる排気ガスの量と外側通路２５を流れる排気ガスの量とを調整することができる。従って、触媒３０の外周面３１付近に流れる排気ガスの量と、触媒３０における内側部分に流れる排気ガスの量とを、より確実に任意の流量に調整することができる。この結果、より確実に触媒３０による排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる。

また、第１バンク側排気通路１０５が内側通路２６に接続され、第２バンク側排気通路１０６が外側通路２５に接続されているため、内燃機関１２０の運転時に第１バンク１２３が有する気筒１２１の空燃比と第２バンク１２４が有する気筒１２１の空燃比を変化させることにより、排気ガスが触媒３０に流れた際に触媒３０内での反応を活性化させることができる。これにより、触媒３０の温度が上昇する。従って、内燃機関１２０の始動時や、アイドリングの時間が長い場合など床温を早急に高くしたい場合や、床温を維持したい場合に、このように第１バンク１２３が有する気筒１２１と第２バンク１２４が有する気筒１２１との空燃比を異ならせることにより、床温を早急に高くする、または床温を高い温度で維持することできる。これにより、より確実に床温を、触媒３０が排気ガスを効率よく浄化する温度にすることができる。この結果、より確実に触媒３０による排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる。

なお、上述した説明では、排気管には触媒３０が１つ設けられているが、触媒３０は１つの排気管に複数設けられていてもよい。即ち、排気管は、多段触媒構成で形成されていてもよい。また、このように、排気管が多段触媒構成の場合、触媒嵌合部１０と触媒嵌合部１０との間に内管２０を設けて外側通路２５と内側通路２６とを区画し、各内管２０において上流側コーン部７に位置する部分である内管傾斜部２１には、貫通穴２３を形成するのが好ましい。このように、１つの排気管に触媒３０を複数設ける場合において、各触媒３０の上流側に外側通路２５と内側通路２６とを設け、各触媒３０の上流側に位置する内管傾斜部２１に貫通穴２３を形成することにより、各触媒３０による排気ガスの浄化性能を向上させたり、触媒３０の劣化を抑制したりすることができる。

なお、このように排気管が多段触媒構成の場合、触媒３０の上流側に外側通路２５と内側通路２６とを設け、触媒３０の上流側に位置する内管２０に貫通穴２３を形成するのは、各触媒３０の上流側でそのような形態にしてもよく、または一部の触媒３０の上流側でそのような形態にしてもよい。また、このように１つの排気管に触媒３０を複数設ける場合には、実施例４に係る内燃機関の排気装置６０が有する添加インジェクタ６１は、各触媒３０の上流側に設けてもよく、一部の触媒３０の上流側に設けてもよい。つまり、排気管が多段触媒構成の場合には、内燃機関の運転状態などにより、必要に応じて触媒３０の上流側に外側通路２５と内側通路２６とを設けたり、添加インジェクタ６１を設けたりするのが好ましい。これにより、より確実に内燃機関から排出される排気ガスを触媒３０で浄化することができ、触媒３０による浄化性能の向上を図ることができる。

また、実施例４に係る内燃機関の排気装置６０に設けられた添加インジェクタ６１を、実施例６に係る内燃機関１２０の排気装置１００に設けてもよい。この場合、第１バンク１２３が有する気筒１２１では、空燃比がリッチ寄りの状態で運転し、第２バンク１２４が有する気筒１２１では、空燃比がリーン寄りの状態で運転するのが好ましい。これにより、第１バンク側排気通路１０５が接続された内側通路２６にはリッチ寄りの排気ガスが流れ、第２バンク側排気通路１０６が接続された外側通路２５にはリーン寄りの排気ガスが流れる。外側通路２５には、このようにリーン寄りの排気ガスが流れるため、内管傾斜部２１に形成される貫通穴２３からは、外側通路２５を通ったリーン寄りの排気ガスが外側通路２５から触媒３０に向かって流れる。

また、添加インジェクタ６１から、触媒３０で排気ガスを浄化する際の還元剤として用いる燃料を内側通路２６に噴射した場合には、噴射した燃料の一部は内管２０に付着する場合があり、内管２０の内管傾斜部２１にも付着する場合がある。このように、内管傾斜部２１には燃料が付着する場合があるが、この内管傾斜部２１には貫通穴２３が形成されており、貫通穴２３からは外側通路２５を通ったリーン寄りの排気ガスが触媒３０に向かって流れる。このため、内管傾斜部２１に付着した燃料は、貫通穴２３を通過した排気ガスによって吹き飛ばされるが、その際に、この燃料と排気ガスとは混合する。従って、外側通路２５を通って貫通穴２３を通過したリーン寄りの排気ガスは、内管傾斜部２１に付着した燃料と混合することによって、リッチ寄りになった状態で触媒３０に流れる。

また、第２バンク側排気通路１０６から内側通路２６に流れた排気ガスも触媒３０に流れるが、この排気ガスは、リッチ寄りに排気ガスとなっている。このため、触媒３０に流れる排気ガスは、外側通路２５からの排気ガスも内側通路２６からの排気ガスも共にリッチ寄りの排気ガスになるため、触媒３０を流れる排気ガスの空燃比の均一化を図ることができる。これにより、触媒３０で排気ガスを浄化する際に、触媒３０全体で浄化することができ、触媒３０の部分的な劣化を抑制することができる。

また、実施例６に係る内燃機関１２０の排気装置１００では、内燃機関１２０は第１バンク１２３と第２バンク１２４とを有するＶ型の内燃機関１２０となっているが、内燃機関はＶ型の内燃機関以外でもよい。内燃機関がＶ型の内燃機関以外の場合でも、内燃機関は複数の気筒１２１を有し、排気管１０１は、複数の気筒１２１のうちの、一部の気筒１２１に接続された第１バンク側排気管１０２に相当する排気管１０１と、複数の気筒１２１のうち、残りの他の気筒１２１に接続された第２バンク側排気管１０３に相当する排気管１０１とを有していればよい。これにより、内燃機関の運転時に排出される排気ガスを、気筒１２１ごとに外側通路２５と内側通路２６とに流すことができるので、触媒３０による排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる。

また、実施例２に係る内燃機関の排気装置４０では、内側通路２６を流れる排気ガスの流量を調整可能な内側流量調整弁４１が設けられ、実施例３に係る内燃機関の排気装置５０では、外側通路２５を流れる排気ガスの流量を調整可能な外側流量調整弁５１が設けられているが、これらの内側流量調整弁４１と外側流量調整弁５１とは、１つの排気装置に双方が設けられていてもよい。内側流量調整弁４１と外側流量調整弁５１とが共に設けられることにより、内側通路２６を流れる排気ガスの流量と、外側通路２５を流れる排気ガスの流量とを、より精度よく調整することができ、より確実に触媒３０における任意の位置に排気ガスを流すことができる。

また、実施例５に係る内燃機関９０の排気装置７０では、外側分岐通路流量調整弁８５と内側分岐通路流量調整弁８６とが設けられているが、これらはいずれか一方のみが設けられていていてもよく、または、双方とも設けられていなくてもよい。同様に、実施例６に係る内燃機関１２０の排気装置１００では、第１バンク側通路流量調整弁１１１と第２バンク側通路流量調整弁１１２とが設けられているが、これらはいずれか一方のみが設けられていてもよく、または、双方とも設けられていなくてもよい。これらの外側分岐通路流量調整弁８５と内側分岐通路流量調整弁８６、または、第１バンク側通路流量調整弁１１１と第２バンク側通路流量調整弁１１２とは、排気管７１、１０１の形状や、内燃機関９０、１２０の使用状況などを考慮して、必要に応じて、より適した状態で設ければよい。

また、上述した内燃機関の排気装置が有する排気管は、略円筒形の形状で形成されているが、排気管の形状は、これ以外の形状で形成されていてもよく、例えば、排気ガスが流れる方向と直交する方向の断面形状が楕円形となる筒状の形状で形成されていてもよい。排気管は、内側に排気ガスが流れることのできる筒状の形状であれば、詳細な形状は問わない。同様に、この排気管に内設される触媒３０も、触媒嵌合部１０に内設可能な形状であれば、詳細な形状は問わない。

また、上述した内燃機関の排気装置では、浄化手段として触媒嵌合部に内設される触媒３０は三元触媒、またはＮＯｘ触媒となっているが、浄化手段は三元触媒やＮＯｘ触媒以外のものでもよい。例えば、浄化手段として、炭化水素（ＨＣ）を吸着する吸着手段を用いてもよい。上述した内燃機関の排気装置の触媒嵌合部１０内に、三元触媒やＮＯｘ触媒以外の浄化手段を用いた場合でも、浄化手段の広範囲に排気ガスを流すことができるので、浄化手段における広い範囲で排気ガスを浄化することができる。この結果、浄化手段による排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる。

以上のように、本発明に係る内燃機関の排気装置は、浄化手段を有する排気装置に有用であり、特に、排気管よりも径が大きい浄化手段を有する場合に適している。

本発明の実施例１に係る内燃機関の排気装置を示す要部断面図である。図１のＡ部詳細図である。本発明の実施例２に係る内燃機関の排気装置の説明図である。本発明の実施例３に係る内燃機関の排気装置の説明図である。本発明の実施例４に係る内燃機関の排気装置の説明図である。本発明の実施例５に係る内燃機関の排気装置及び内燃機関の概略図である。図６のＢ部詳細図である。本発明の実施例６に係る内燃機関の排気装置及び内燃機関の概略図である。図８のＣ部詳細図である。

符号の説明

１、４０、５０、６０、７０、１００排気装置
５、７１、１０１排気管
７上流側コーン部
８下流側コーン部
１０触媒嵌合部
１１内周面
１５外管
２０内管
２１内管傾斜部
２２触媒側端部
２３貫通穴
２５外側通路
２６内側通路
３０触媒
３１外周面
４１内側流量調整弁
４２、５２開閉弁
４３、５３軸部
５１外側流量調整弁
６１添加インジェクタ
７５分岐管
７６外側分岐管
７７内側分岐管
８０分岐通路
８１外側分岐通路
８２内側分岐通路
８５外側分岐通路流量調整弁
８６内側分岐通路流量調整弁
９０、１２０内燃機関
９１、１２１気筒
１０２第１バンク側排気管
１０３第２バンク側排気管
１０５第１バンク側排気通路
１０６第２バンク側排気通路
１１１第１バンク側通路流量調整弁
１１２第２バンク側通路流量調整弁
１２２バンク
１２３第１バンク
１２４第２バンク

Claims

内燃機関から排出された排気ガスが内側に流れる排気通路と、
前記排気通路に内設されると共に前記排気ガスを浄化可能な浄化手段と、
前記排気通路に形成されると共に、前記排気通路を流れる前記排気ガスの流れ方向における前記浄化手段の上流側から前記浄化手段に近付くに従って前記排気ガスの流れ方向に対して直交する方向の断面積が大きくなっている部分である上流側断面積変化部と、
前記排気通路が有すると共に前記排気ガスが流れる部分における外周部分に位置する外側通路と、
前記排気通路における前記外側通路の内側に位置すると共に、前記上流側断面積変化部で前記浄化手段に近付くに従って前記排気ガスの流れ方向に対して直交する方向の断面積が大きくなっている内側通路と、
前記外側通路と前記内側通路とを区画する隔壁部と、
前記上流側断面積変化部に位置する前記隔壁部に複数形成され、且つ、前記隔壁部を貫通する穴である貫通穴と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気装置。
前記排気通路は、前記浄化手段が設けられている部分である浄化手段嵌合部の内周面の形状が前記浄化手段の外周面の形状に合わせて形成されており、
前記隔壁部は、前記排気ガスの流れ方向における前記浄化手段側の端部が前記浄化手段嵌合部の内周面の形状と同一形状で形成されると共に前記排気通路の内周面に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
前記内側通路には、前記内側通路を流れる前記排気ガスの量を調整可能な内側通路流量調整手段が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気装置。
前記外側通路には、前記外側通路を流れる前記排気ガスの量を調整可能な外側通路流量調整手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気装置。
前記内側通路には、前記排気ガスを前記浄化手段で浄化する際に用いる還元剤を前記内側通路に供給する還元剤供給手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気装置。
さらに、前記排気通路は、前記排気ガスの流れ方向における前記外側通路及び前記内側通路よりも上流側で２方向に分かれており、２方向に分かれた前記排気通路のうち、一方の前記排気通路は前記外側通路に接続されており、他方の前記排気通路は前記内側通路に接続されていること特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気装置。