JP2011085108A - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関の排気装置において、触媒の過度な温度上昇を防止して、且つ、触媒の温度を適温に保って排気ガスの浄化性能を向上させることを目的とする。
【解決手段】この発明は、内燃機関の排気管に排気ガスにより作動するタービンを有するターボチャージャを設け、前記ターボチャージャより下流側の排気管に触媒を設け、前記ターボチャージャに前記タービンを作動させた排気ガスが流出する主排気口と、ウエストゲートバルブの開弁時に前記タービンを通過しない排気ガスが流出する副排気口とを設け、前記ターボチャージャより下流側の排気管を前記主排気口に接続される主排気管と、前記副排気口に接続される副排気管とに分割した内燃機関の排気装置において、前記主排気管に前記触媒を配置する一方、前記副排気管を前記触媒の下流側で主排気管と合流させ、前記副排気管を前記触媒の径方向外周部を取り囲む形状に形成したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は内燃機関の排気装置に係り、特に、ターボチャージャの下流側の排気管に設けた触媒の過度な温度上昇を防止して適温に保つことができる内燃機関の排気装置に関する。

内燃機関においては、排気ガス内に含まれる大気汚染物質を削除、及び浄化させるために、排気管に触媒を設けている。触媒は、大気汚染物質の削除、及び浄化性能を十分に発揮させるために、適温に保つ必要があり、特に走行風等による温度低下を防止する必要があった。
これら問題を解決するために、従来の内燃機関の排気装置では、一般的に触媒の外周面に遮蔽板を設けて、走行風による触媒の温度低下を防止するものや、特許文献１に記載のように触媒の外周に二重構造の外筒部材で断熱空間を形成して、触媒の温度低下を防止するものがあった。

特開２００６−９６９３号公報

ところで、ターボチャージャを設けた内燃機関においては、タービンを作動させた後の排出ガスとウエストゲートバルブの開弁時に流出する排気ガスとが合流して、下流の排気管に設けた触媒に流れる。ウエストゲートバルブから排出された排気ガスは、タービンを作動させる仕事をしていないので、エネルギーが余っている。ターボチャージャを設けた内燃機関においては、この余ったエネルギーを持った排気ガスが触媒に入るため、高負荷時に触媒温度の上昇を招く場合がある。また、触媒温度の上昇は、触媒の劣化を促進する可能性がある。
しかし、前記触媒の外周面に遮蔽板を設けた構造や、前記触媒の外周に外筒部材で断熱空間を設けた構造（特許文献１）では、内燃機関の高負荷時に、タービンを通過した排気ガスやタービンを非通過した排気ガス（ウエストゲートバルブから流出した排気ガス）が同時に触媒を通過するため、触媒の劣化や触媒の過度な温度上昇を起こすおそれがある。
また、このような構造では、タービンを非通過した排気ガス（ウエストゲートバルブから流出した排気ガス）によって、積極的に触媒の温度を適温に保つという作用効果を奏することができない問題がある。

この発明は、内燃機関の排気装置において、触媒の過度な温度上昇を防止して、且つ、触媒の温度を適温に保って排気ガスの浄化性能を向上させることを目的とする。

この発明は、内燃機関の排気管に排気ガスにより作動するタービンを有するターボチャージャを設け、前記ターボチャージャより下流側の排気管に触媒を設け、前記ターボチャージャに前記タービンを作動させた排気ガスが流出する主排気口と、ウエストゲートバルブの開弁時に前記タービンを通過しない排気ガスが流出する副排気口とを設け、前記ターボチャージャより下流側の排気管を前記主排気口に接続される主排気管と、前記副排気口に接続される副排気管とに分割した内燃機関の排気装置において、前記主排気管に前記触媒を配置する一方、前記副排気管を前記触媒の下流側で主排気管と合流させ、前記副排気管を前記触媒の径方向外周部を取り囲む形状に形成したことを特徴とする。

この発明の内燃機関の排気装置は、主排気管に触媒を配置する一方、副排気管を触媒の下流側で主排気管と合流させた構造によって、副排気管を流れる排気ガスは主排気管内に配置される触媒を通過することがなく、触媒の下流側で主排気管内を流れる排気ガスと副排気管内を流れる排気ガスとが合流することができる。
これにより、この発明の内燃機関の排気装置は、内燃機関に高負荷がかかった状態でも、ウエストゲートバルブの開弁によって排出された余った排気ガスを触媒に通すことがなくなるため、触媒の過度な温度上昇を防止することができ、触媒の劣化を抑制することができる。
また、この発明の内燃機関の排気装置は、副排気管を触媒の径方向外周部を取り囲む形状に形成した構造によって、副排気管が触媒の外周を取り囲むように配設されているため、触媒が走行風に晒された状態であっても、ウエストゲートバルブの開弁によってタービンを通過しない排気ガスを触媒の外側に流すことができ、触媒の温度低下を抑制し、触媒の温度を適温に保つことができる。
これにより、この発明の内燃機関の排気装置は、触媒の温度を適温に保つことができるため、触媒による排気ガスの浄化性能を向上させることができる。

ターボチャージャ及びターボチャージャ下流側の排気管の断面図である。（実施例） 図１のＩＩ−ＩＩ線による断面図である。（実施例） 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図である。（実施例） ターボチャージャを設けた内燃機関の概略構成図である。（実施例）

この発明の内燃機関の排気装置は、内燃機関の高負荷時に、タービンを通過した排気ガスやタービンを非通過した排気ガスが同時に触媒を通過することがなく、触媒の劣化や触媒の過度な温度上昇を防止して、触媒の温度を適温に保つものである。
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

図１〜図４は、この発明の実施例を示すものである。図４において、１は内燃機関、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はシリンダヘッドカバー、５はピストン、６は燃焼室、７は吸気ポート、８は排気ポートである。車両等に搭載される内燃機関１は、シリンダヘッド３に吸気カム軸９及び排気カム軸１０を軸支し、これら吸気カム軸９及び排気カム軸１０で夫々駆動される吸気バルブ１１及び排気バルブ１２を設けている。吸気バルブ１１及び排気バルブ１２は、各気筒の燃焼室６に連通する吸気ポート７及び排気ポート８を夫々開閉する。
内燃機関１は、吸気装置１３として、エアクリーナ１４と吸気管１５とスロットルボディ１６とサージタンク１７と吸気マニホルド１８とを順次に接続し、吸気ポート７に連通する吸気通路１９を設けている。スロットルボディ１６の吸気通路１９には、スロットルバルブ２０を設けている。また、内燃機関１は、排気装置２１として、排気マニホルド２２と排気管２３とを順次に接続し、排気ポート８に連通する排気通路２４を設けている。
この内燃機関１は、吸気マニホルド１８に、吸気ポート７に燃料を噴射する燃料噴射弁２５を設けている。また、この内燃機関１は、スロットルボディ１６にスロットルバルブ２０を迂回して吸気通路１９を連通するアイドル空気通路２６を設け、アイドル空気通路２６の途中にアイドル空気量を調整するアイドル空気量制御バルブ２７を設け、冷却水通路２８を設けている。さらに、この内燃機関１は、スロットルボディ１６に圧力センサ２９を設け、サージタンク１７に吸気温センサ３０を設けている。

前記内燃機関１の排気装置２１は、排気管２３にターボチャージャ（過給機）３１を設け、ターボチャージャ３１より下流側の排気管２３に触媒３２を設けている。ターボチャージャ３１は、吸気管１５と排気管２３との途中にターボチャージャケース３３を介装している。ターボチャージャケース３３には、吸気通路１９を連絡するターボ用吸気通路３４と排気通路２４を連絡するターボ用主排気通路３５とを設けている。ターボチャージャケース３３は、ターボ用吸気通路３４に吸気を圧送するコンプレッサ３６を配設し、ターボ用主排気通路３５に排気ガスにより作動するタービン３７を配設し、コンプレッサ３６とタービン３７とを回転軸３８により接続している。
ターボチャージャ３１は、ターボチャージャケース３３に、タービン３７を迂回して排気通路２４を連通するターボ用副排気通路３９を設け、ターボ用副排気通路３９を開閉するウエストゲートバルブ４０を設けている。ウエストゲートバルブ４０は、ウエストゲートアクチュエータ４１により開閉される。ウエストゲートアクチュエータ４１は、導圧管４２によりコンプレッサ３６下流側のターボ用吸気通路３４に接続されている。導圧管４２は、排圧管４３によりコンプレッサ３６上流側の吸気管１５に接続されている。排圧管４３の途中には、ウエストゲート制御バルブ４４を設けている。ウエストゲート制御バルブ４４は、コンプレッサ３６下流側のターボ用吸気通路３４からウエストゲートアクチュエータ４０に導入される作動圧の一部をコンプレッサ３６上流側の吸気管１５に逃がすことで、ウエストゲートアクチュエータ４１の動作を制御する。ウエストゲートアクチュエータ４１は、導入される作動圧によりウエストゲートバルブ４０を開閉し、ターボ用副排気通路３９を流れる排気ガス量を調整して過給圧を制御する。

この内燃機関１の排気装置２１は、図１に示すように、ターボチャージャ３１のターボチャージャケース３３に、タービン３７を作動させた排気ガスが流出する主排気口４５と、ウエストゲートバルブ４０の開弁時にタービン３７を通過しない排気ガスが流出する副排気口４６とを設けている。主排気口４５は、ターボチャージャケース３３のターボ用主排気通路３５の出口に設けている。副排気口４６は、ターボチャージャケース３３のターボ用副排気通路３９の出口に設けている。排気装置２１は、ターボチャージャ３１より下流側の排気管２３を、主排気口４５に接続される主排気管４７と、副排気口４６に接続される副排気管４８とに分割している。
排気装置２１は、主排気管４７に前記触媒３２を配置する一方、副排気管４８を前記触媒３２の下流側で主排気管４７と合流させ、副排気管４８を、触媒３２の径方向外周部を取り囲む形状に形成している。この実施例においては、図２・図３に示すように、副排気管４８を、触媒３２の径方向において対称位置の外周部を取り囲む形状に形成している。
このように、この内燃機関１の排気装置２１は、主排気管４７に触媒３２を配置する一方、副排気管４８を触媒３２の下流側で主排気管４７と合流させた構造によって、副排気管４８を流れる排気ガスは主排気管４７内に配置される触媒３２を通過することがなく、触媒３２の下流側で主排気管４７内を流れる排気ガスと副排気管４８内を流れる排気ガスとが合流することができる。
これにより、この内燃機関１の排気装置２１は、内燃機関１に高負荷がかかった状態でも、ウエストゲートバルブ４０の開弁によってターボ用副排気通路３９から排出された余った排気ガスを触媒３２に通すことがなくなるため、触媒３２の過度な温度上昇を防止することができ、触媒３２の劣化を抑制することができる。
また、この内燃機関１の排気装置２１は、副排気管４８を触媒３２の径方向外周部を取り囲む形状に形成した構造によって、副排気管４８が触媒３２の外周を取り囲むように配設されているため、触媒３２が走行風に晒された状態であっても、ウエストゲートバルブ４０の開弁によってタービン３７を通過しない排気ガスを触媒３２の外側に流すことができ、触媒３２の温度低下を抑制し、触媒３２の温度を適温に保つことができる。
これにより、この内燃機関１の排気装置２１は、触媒３２の温度を適温に保つことができるため、触媒３２による排気ガスの浄化性能を向上させることができる。

また、内燃機関１の排気装置２１は、図４に示すように、触媒３２の下流側の主排気管４７に前記触媒３２とは別の触媒４９を配置し、副排気管４８を別の触媒４９の上流側で主排気管４７に合流させている。
これにより、この内燃機関１の排気装置２１は、触媒３２の下流側の主排気管４７に別の触媒４９を配置し、副排気管４８を別の触媒４９の上流側で主排気管４７に合流させた構造によって、副排気管４８で取り囲まれた上流側の触媒３２で浄化できなかった排気ガスと副排気管４８を流れる排気ガスとを下流側の別の触媒４９で効率的に浄化することができる。
つまり、この内燃機関１の排気装置２１は、上流側の第１の触媒３２で浄化されなかった排気ガスだけでなく、上流側の触媒３２を通過しない排気ガスを下流側の第２の触媒４４に流すことで、下流側の触媒４９を適温に保ち、排気ガスの浄化をより確実に活性化させることができる。
これにより、この内燃機関１の排気装置２１は、触媒４９による排気ガスの浄化性能を確実に向上させることができる。

この発明は、ターボチャージャを設けた内燃機関の触媒の劣化や触媒の過度な温度上昇を防止して、触媒の温度を適温に保つことができるものであり、ターボチャージャを設けていない内燃機関にも適用することができ、排気ガスの浄化性能を向上することが可能である。

１ 内燃機関
６ 燃焼室
１３ 吸気装置
１５ 吸気管
１８ 吸気マニホルド
１９ 吸気通路
２１ 排気装置
２２ 排気マニホルド
２３ 排気管
２４ 排気通路
３１ ターボチャージャ
３２ 触媒
３３ ターボチャージャケース
３４ ターボ用吸気通路
３５ ターボ用主排気通路
３６ コンプレッサ
３７ タービン
３９ ターボ用副排気通路
４０ ウエストゲートバルブ
４１ ウエストゲートアクチュエータ
４４ ウエストゲート制御バルブ
４５ 主排気口
４６ 副排気口
４７ 主排気管
４８ 副排気管
４９ 別の触媒

Claims (2)

1. 内燃機関の排気管に排気ガスにより作動するタービンを有するターボチャージャを設け、
   前記ターボチャージャより下流側の排気管に触媒を設け、
   前記ターボチャージャに前記タービンを作動させた排気ガスが流出する主排気口と、ウエストゲートバルブの開弁時に前記タービンを通過しない排気ガスが流出する副排気口とを設け、
   前記ターボチャージャより下流側の排気管を前記主排気口に接続される主排気管と、前記副排気口に接続される副排気管とに分割した内燃機関の排気装置において、
   前記主排気管に前記触媒を配置する一方、前記副排気管を前記触媒の下流側で主排気管と合流させ、
   前記副排気管を前記触媒の径方向外周部を取り囲む形状に形成したことを特徴とする内燃機関の排気装置。
2. 前記触媒の下流側の前記主排気管に別の触媒を配置し、
   前記副排気管を前記別の触媒の上流側で前記主排気管に合流させた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。

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