JP2008534835A5 - - Google Patents

Description

吸気系と排気系とを備えた内燃機関の排気装置であって、その排気系と吸気系とが排気帰還路を介して接続され、この排気帰還路に排気処理装置と熱交換器とが配置され、その熱交換器が第１背圧を有し、排気処理装置が第１背圧より小さい第２背圧を有する本発明に基づく内燃機関の排気装置は、排気処理装置が、排気流れ方向において熱交換器の前に、排気処理装置内に流入する排気流が運転中に均一化される第１間隔で配置されていることを特徴とする。これは特に、排気流れ方向において排気処理装置の前の背圧が熱交換器の第１背圧によって影響されることを意味する。

熱交換器の構造形状は、排気（排気ガス）処理装置に比べて増大された背圧を可能にする。特に、排気が貫流する複数の排気管を有する熱交換器が有利である。好適には、これらの管の周囲には、内燃機関の冷却回路（図示せず）から取り出された冷却材が流される。排気処理装置として、特にハニカム体、例えばセラミックハニカム体、金属ハニカム体、ワイヤ織物体あるいは発泡金属などから成る物体が適している。金属ハニカム体は特に、少なくとも１つの少なくとも部分的に構造化された金属層と、場合により少なくとも１つの実質的に平形の層とが互いに巻回され、積層され、あるいは捻られて構成されている。互いに捻られたあるいは巻回された層は、これらの層で画成され排気（排気ガス）が貫流できる空洞（通路）を形成している。それらの層は特に、Ａｌ鋼あるいはＣｒ鋼のような耐熱耐食材料で形成されている。これらの層は互いに結合され、特に例えば高温ろう付け法で物質結合される。実質的に平形の層並びに少なくとも部分的に構造化された層は、少なくとも部分区域に、排気流の混合向上のために用いるミクロ構造物、そらせ面、貫通部および／または小穴を有する。

ほんの僅かな背圧を有する排気処理装置を構成するために、例えば４００ｃｐｓｉ以下（cpsi＝cells per square inch＝ 平方インチ当たりのセル数）、好適には３００ｃｐｓｉ以下、特に好適には２００ｃｐｓｉおよびそれ以下、それどころか特に１００ｃｐｓｉの比較的少数のセル数を有するハニカム体を採用することができる。

本発明に基づく排気装置の有利な実施態様において、第１間隔は、第１背圧と第２背圧との作用が重なるように選定されている。

ここで「重なる」とは特に、排気処理装置の前に存在する背圧が、排気処理装置自体が有する第２背圧より大きいことを意味する。排気流れ方向において構成品の前の背圧は、流れに変化を生じさせる圧力クッションのように作用する。極端な場合、本発明によれば、熱交換器の前に圧力クッションを有する領域を形成しかつ排気処理装置の前にも圧力クッションを有する領域を形成する代わりに、排気処理装置の前にのみ圧力クッションを形成するだけでよい。

背圧の重なりは、有利に、排気が排気処理装置内に流入する前に排気処理装置の第２背圧より大きな背圧を克服しなければならない状況にさせる。その背圧は、熱交換器および排気処理装置の設計に応じて、第２背圧より明らかに大きくされる。背圧の増大は、排気処理装置における流れを均一化させ、これにより、排気処理装置と熱交換器とを貫流する排気流を均一化させる。

この値は特に有利であることが実証されている。特に、通常の運転条件下において、第１背圧と第２背圧との作用が重なる。

排気処理装置は、表面や背圧などのような特性を非常に正確に設定できるハニカム体で構成される。ハニカム体として特に金属ハニカム体あるいはセラミックハニカム体が適している。ここでは特に有利に、例えば独国特許出願公開第１９７５５７０３号明細書、国際公開第９０／１３７３６号パンフレットおよび国際公開第９９／１１９１１号パンフレットに記載されているようなハニカム体が利用される。ハニカム体の強度について、これらの公開文献の内容全部が関係する。

本発明に基づく排気装置の他の有利な実施態様において、第１背圧と第２背圧との比は２より大きい、好適には１０より大きい。

即ち、特にこの背圧比において、熱交換器自体の背圧が排気処理装置自体の背圧の２倍より大きいあるいは１０倍より大きいとき、特に有利に１５ｍｍ以下の第１間隔において既に、熱交換器の第１背圧と排気処理装置の第２背圧との作用が重なる。

図１は、本発明に基づく内燃機関２の排気装置１の第１実施例を概略的に示している。内燃機関２は吸気系３と排気系（排気ガス系）４とを有し、吸気系３と排気系４は排気帰還路（排気ガス再循環路）５を介して互いに接続されている。排気帰還路５に排気処理装置６と熱交換器７が配置されている。熱交換器７は第１背圧を有し、排気処理装置６は第１背圧より小さい第２背圧を有する。排気（排気ガス）の通常の流れ方向は矢印で記号的に示されている。排気帰還路５を流れる排気量は例えば相応の弁（図示せず）によって制御できる。排気帰還路５は、排気側において排気駆動過給機（図示せず）の上流でも下流でも分岐することができる。

本発明に基づいて、排気処理装置６は、排気処理装置６内に流入する排気流１４が運転中に均一化される第１間隔８で、流れ方向において熱交換器７の前に配置されている。ここでは第１間隔８は特に１５ｍｍ以下であり、好適には１０ｍｍ以下であり、特に好適には５ｍｍ以下である。熱交換器７と排気処理装置６は、その第１間隔８において第１背圧と第２背圧との作用の重なりが生ずるように形成され、それゆえ排気処理装置６内に流入する排気は、排気処理装置６自体の第２背圧より大きな背圧を克服しなければならない。これは上述したように、排気処理装置６内に流入する排気流１４を均一化させる。

図２は、排気処理装置６と熱交換器７とを有する排気帰還路５の一部を概略的に示している。熱交換器７の排気入口側端面１０と排気処理装置６の排気入口側端面１１との第２間隔９は、本発明に基づいて、排気処理装置６における流れが均一化するように選定されている。第２間隔９は特に、６０ｍｍ以下、好適には４５ｍｍ以下、特に好適には３０ｍｍ以下である。排気処理装置６として、特に排気流れ方向において約２０ｍｍ〜約４０ｍｍのひろがり寸法１２を有する特に短いハニカム体が採用される。第１間隔８は例えば１５ｍｍ以下であるか、５ｍｍあるいはそれ以下でもよい。特に第１間隔８は、熱交換器７の第１背圧と排気処理装置６の第２背圧との作用が重なるように選定され、それゆえ排気処理装置６内に流入する排気は、大きな背圧、特に排気処理装置６の第２背圧より明らかに大きな背圧を克服しなければならない。

Claims (3)

1. 吸気系（３）と排気系（４）とを備えた内燃機関（２）の排気装置（１）であって、排気系（４）と吸気系（３）とが排気帰還路（５）を介して接続され、排気帰還路（５）に排気処理装置（６）と熱交換器（７）とが配置され、熱交換器（７）が第１背圧を有し、排気処理装置（６）が第１背圧より小さい第２背圧を有する内燃機関（２）の排気装置（１）において、
   排気処理装置（６）は、排気流れ方向において熱交換器（７）の前に、排気処理装置（６）内に流入する排気流（１４）が運転中に均一化される第１間隔（８）で配置されていることを特徴とする内燃機関の排気装置。
   
2. 第１間隔（８）が、第１背圧と第２背圧との作用が重なるように選定されていることを特徴とする請求項１に記載の排気装置。
   
3. 第１背圧と第２背圧との比が２より大きいことを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の排気装置。