JP2018150926A - Exhaust system for engine - Google Patents
Exhaust system for engine Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018150926A JP2018150926A JP2017224923A JP2017224923A JP2018150926A JP 2018150926 A JP2018150926 A JP 2018150926A JP 2017224923 A JP2017224923 A JP 2017224923A JP 2017224923 A JP2017224923 A JP 2017224923A JP 2018150926 A JP2018150926 A JP 2018150926A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- exhaust
- pipe
- exhaust gas
- engine
- purification device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
Abstract
Description
本発明は、エンジンの排気装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust system for an engine.
従来、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の自動車エンジンの排気経路の上流に、排気ガスを浄化するための触媒が配設されることが行われている。 Conventionally, a catalyst for purifying exhaust gas has been disposed upstream of an exhaust path of an automobile engine such as a diesel engine or a gasoline engine.
例えば、直列多気筒のエンジンでは、複数の気筒からの排気ガスを集合させ、触媒へ導入するために、各排気ポートに接続される複数の独立排気管と、その集合部とを備えた排気マニホールドが、排気ポートと触媒との間に接続される(例えば、特許文献1参照)。 For example, in an in-line multi-cylinder engine, an exhaust manifold having a plurality of independent exhaust pipes connected to each exhaust port and a collection portion thereof for collecting exhaust gases from a plurality of cylinders and introducing them into a catalyst Is connected between the exhaust port and the catalyst (see, for example, Patent Document 1).
ところで、特許文献1に記載されているように、一端側の気筒側から下方の触媒コンバータに向かって排気が流れるレイアウトを採用する場合、一端側の気筒からの排気流線とその他の気筒の排気流線が著しく異なって、触媒に対するガス当たりが不均一になる虞がある。 By the way, as described in Patent Document 1, when adopting a layout in which exhaust flows from the cylinder side at one end toward the catalytic converter below, exhaust streamlines from the cylinder at one end and exhaust from other cylinders There is a possibility that the streamlines are significantly different and the gas contact with the catalyst becomes non-uniform.
そこで、本発明は、一端側の気筒側から下方の排気浄化装置に向かって排気ガスを案内する排気マニホールドを採用する場合であっても、排気浄化装置に対するガス当たりの均等性を向上させることを課題とする。 Therefore, the present invention improves the uniformity per gas with respect to the exhaust purification device even when the exhaust manifold that guides the exhaust gas from the cylinder side at one end toward the exhaust purification device below is adopted. Let it be an issue.
前記課題を解決するために、本発明では、排気マニホールドに前記ガス当たりの均等性を高める円弧状凹部等を設けるようにした。 In order to solve the above problems, in the present invention, an arcuate recess or the like is provided in the exhaust manifold to increase the uniformity per gas.
ここに開示するエンジンの排気装置は、複数の気筒を備えたエンジン本体を有する直列多気筒エンジンの排気ポートに接続された排気マニホールドと、
前記排気マニホールドの排気ガス流れ方向の下流側に接続された排気浄化装置とを備え、
前記排気マニホールドは、
前記エンジン本体の各排気ポートに接続された複数の独立排気管と、
前記エンジン本体の気筒列方向の一端側に配置され、前記複数の独立排気管のうちの当該気筒列方向の一端側の独立排気管の先端部から下方に延びる集合管と、
前記複数の独立排気管のうちの残りの各独立排気管から流出する排気ガスを前記一端側の独立排気管の方に導いて前記集合管に案内する気筒列方向に延びた案内管と、
前記集合管の下部に形成され、排気ガスが前記排気浄化装置の上流側の端面に向かうように横方向にL字状に屈曲したL字状屈曲部と、
前記集合管の前記L字状屈曲部の下面側に形成され、該集合管における前記一端側の独立排気管の先端側から下方に続く壁面に沿って該集合管を下方に流れる排気ガスが、前記排気浄化装置の軸心まわりを旋回しながら該排気浄化装置に流入するように、該排気ガスの旋回を促進するための、前記排気浄化装置に向かって開口した前記L字状屈曲部の出口よりも半径が大きくなった円弧状凹部とを備えていることを特徴とする。
An exhaust system for an engine disclosed herein includes an exhaust manifold connected to an exhaust port of an in-line multi-cylinder engine having an engine body having a plurality of cylinders,
An exhaust purification device connected downstream of the exhaust manifold in the exhaust gas flow direction,
The exhaust manifold is
A plurality of independent exhaust pipes connected to each exhaust port of the engine body;
A collecting pipe that is disposed on one end side in the cylinder row direction of the engine body and extends downward from a distal end portion of the independent exhaust pipe on one end side in the cylinder row direction among the plurality of independent exhaust pipes;
A guide pipe extending in the cylinder row direction for guiding exhaust gas flowing out from each of the remaining independent exhaust pipes of the plurality of independent exhaust pipes toward the independent exhaust pipe on the one end side and guiding it to the collecting pipe;
An L-shaped bent portion formed in a lower portion of the collecting pipe and bent in an L-shape in the lateral direction so that the exhaust gas is directed toward the upstream end face of the exhaust purification device;
Exhaust gas that is formed on the lower surface side of the L-shaped bent portion of the collecting pipe and flows down the collecting pipe along the wall surface continuing downward from the distal end side of the independent exhaust pipe on the one end side of the collecting pipe, An outlet of the L-shaped bent portion that opens toward the exhaust purification device for facilitating swirling of the exhaust gas so as to flow into the exhaust purification device while turning around the axis of the exhaust purification device And an arcuate concave portion having a larger radius than the other.
これによれば、エンジン本体の気筒列方向の一端側の排気ポートから出る排気ガスは、この一端側の独立排気管を通ってそのまま集合管に流入する。この集合管は当該独立排気管の先端部から下方に延びている。従って、その排気ガスは、当該独立排気管をその先端部に向かって流れていたときの慣性により、主として、集合管における当該独立排気管の先端側から続く壁面に沿って集合管を下方へ流れてL字状屈曲部に達する。このL字状屈曲部の下面側には前記L字状屈曲部の出口よりも半径が大きい円弧状凹部が形成されている。従って、集合管の当該独立排気管の先端側から続く壁面に沿って下方へ流れる排気ガスは、慣性によって円弧状凹部の凹んだ底壁面に沿って流れて上昇し、前記排気浄化装置の軸心まわりを旋回しながら排気浄化装置に流入していく。よって、排気ガスが排気浄化装置の上流側の端面全体にわたって均等に当たり易くなる。 According to this, the exhaust gas emitted from the exhaust port on one end side in the cylinder row direction of the engine body flows into the collecting pipe as it is through the independent exhaust pipe on one end side. This collecting pipe extends downward from the tip of the independent exhaust pipe. Accordingly, the exhaust gas flows downward in the collecting pipe mainly along the wall surface continuing from the leading end side of the independent exhaust pipe in the collecting pipe due to inertia when the independent exhaust pipe flows toward the leading end. To reach the L-shaped bend. An arcuate recess having a larger radius than the exit of the L-shaped bent portion is formed on the lower surface side of the L-shaped bent portion. Therefore, the exhaust gas flowing downward along the wall surface continuing from the front end side of the independent exhaust pipe of the collecting pipe flows and rises along the bottom wall surface where the arc-shaped recess is depressed due to inertia, and the axial center of the exhaust gas purification apparatus It flows into the exhaust purification device while turning around. Therefore, it becomes easy for exhaust gas to hit evenly over the entire upstream end face of the exhaust gas purification device.
一方、前記一端側の独立排気管を除く残りの独立排気管から出てくる排気ガスは、案内管を通ることにより気筒列方向に流れて集合管に流入する。従って、その排気ガスは、一端側の独立排気管から出る排気ガスとは違って、集合管における気筒列方向の一端側の壁面に沿って集合管を下方へ流れやすくなる。そのように流れる排気ガスも、集合管における前記一端側の独立排気管の先端側から続く壁面に沿って集合管を下方へ流れて円弧状凹部で旋回流となって上昇する排気ガスと合わさることにより、L字状屈曲部の下部側に集中すること、ひいては排気浄化装置の上流側の端面の下部側に排気ガスが集中することが避けられる。 On the other hand, the exhaust gas coming out of the remaining independent exhaust pipes excluding the independent exhaust pipe on the one end side flows in the cylinder row direction through the guide pipe and flows into the collecting pipe. Therefore, unlike the exhaust gas exiting from the independent exhaust pipe on one end side, the exhaust gas tends to flow downward in the collecting pipe along the wall surface on the one end side in the cylinder row direction in the collecting pipe. The exhaust gas flowing in such a manner is combined with exhaust gas that flows downward along the wall surface continuing from the front end side of the independent exhaust pipe on the one end side in the collecting pipe and rises as a swirling flow in the arc-shaped recess. Thus, it can be avoided that the exhaust gas concentrates on the lower side of the L-shaped bent portion, and consequently the exhaust gas concentrates on the lower side of the upstream end face of the exhaust purification device.
以上のように、上記排気装置によれば、集合管が気筒列方向の一端側の独立排気管から下方に延びているにも拘わらず、円弧状凹部によって排気ガスの旋回流が誘起されることにより、排気浄化装置の上流側の端面全体にわたって排気ガスが均等に当たりやすくなり、排気浄化装置による排気ガスの浄化が効率良く行なわれる。 As described above, according to the exhaust system described above, the swirling flow of the exhaust gas is induced by the arc-shaped concave portion although the collecting pipe extends downward from the independent exhaust pipe on one end side in the cylinder row direction. As a result, the exhaust gas can easily strike the entire end face on the upstream side of the exhaust purification device, and the exhaust purification device can efficiently purify the exhaust gas.
一実施形態では、前記集合管における前記気筒列方向の一端側の壁面に、前記案内管から前記集合管に流入する排気ガスの流れを前記排気浄化装置の上流側の端面の中央部に向かうように変更する、外側への膨出部を備えている。 In one embodiment, the flow of the exhaust gas flowing into the collecting pipe from the guide pipe is directed to the central portion of the upstream end face of the exhaust purification device on the wall surface on one end side in the cylinder row direction of the collecting pipe. The bulge part to the outside is changed.
これによれば、案内管から集合管に流入する排気ガスが排気浄化装置の上流側の端面の下部に集中することが避けられるから、排気ガスが当該上流側の端面全体にわたって均等に当たりやすくなる。 According to this, the exhaust gas flowing into the collecting pipe from the guide pipe can be prevented from concentrating on the lower part of the upstream end face of the exhaust gas purification apparatus, so that the exhaust gas can easily hit the entire upstream end face.
一実施形態では、前記案内管は、前記気筒列方向の一端側に、前記一端側の独立排気管のエンジン本体からの突出方向に湾曲して該一端側の独立排気管の先端部に連なる湾曲部とを備えている。 In one embodiment, the guide pipe is curved toward one end side in the cylinder row direction, in a protruding direction from the engine body of the independent exhaust pipe on the one end side, and connected to the tip of the independent exhaust pipe on the one end side. Department.
これによれば、排気ガスが案内管から集合管に流入するときに、湾曲部によって、排気ガスの流れ方向が気筒列方向から一端側の独立排気管の突出方向に近づくように変わる。これにより、案内管から集合管に流入する排気ガスが、一端側の独立排気管から集合管に流入する排気ガスと同じく、該一端側の独立排気管の先端部に続く壁面に沿って集合管を下方へ流れやすくなる。よって、円弧状凹部による排気ガスの旋回流を誘起させやすくなり、排気ガスが排気浄化装置の上流側の端面全体に均等に当たりやすくなる。 According to this, when the exhaust gas flows from the guide pipe into the collecting pipe, the flow direction of the exhaust gas changes so as to approach the protruding direction of the independent exhaust pipe on one end side from the cylinder row direction by the curved portion. As a result, the exhaust gas flowing into the collecting pipe from the guide pipe is similar to the exhaust gas flowing into the collecting pipe from the independent exhaust pipe on one end side along the wall surface continuing to the tip of the independent exhaust pipe on one end side. It becomes easy to flow down. Therefore, it becomes easy to induce the swirling flow of the exhaust gas by the arc-shaped concave portion, and the exhaust gas easily hits the entire upstream end face of the exhaust purification device.
一実施形態では、前記集合管における前記膨出部の下方に酸素濃度検出手段が設けられている。 In one embodiment, oxygen concentration detection means is provided below the bulging portion in the collecting pipe.
集合管における膨出部の下方は、集合管の気筒列方向の一端側の壁面に沿って下方へ流れる排気ガスと円弧状凹部によって旋回して上昇する排気ガスが合わさるところであり、排気ガスの均質性が高い。よって、当該膨出部の下方での酸素濃度の検出により、その検出で得られる酸素濃度の信頼性が高くなる。 Below the bulging portion of the collecting pipe is where the exhaust gas flowing downward along the wall surface on one end side in the cylinder row direction of the collecting pipe and the exhaust gas swirling and rising by the arc-shaped recess are combined. High nature. Therefore, the detection of the oxygen concentration below the bulging portion increases the reliability of the oxygen concentration obtained by the detection.
一実施形態では、前記排気浄化装置よりも排気ガス流れ方向の下流側に設けられた下流側排気浄化装置をさらに備え、
前記排気浄化装置と前記下流側排気浄化装置は、互いの中心軸が交差し、且つ前記下流側排気浄化装置の軸方向に視て、前記排気浄化装置の下流部が前記下流側排気浄化装置の上流側の端面の一部に重なる関係になるように配設されている。
In one embodiment, further comprising a downstream side exhaust purification device provided downstream of the exhaust purification device in the exhaust gas flow direction,
The exhaust purification device and the downstream exhaust purification device have mutually intersecting central axes, and when viewed in the axial direction of the downstream exhaust purification device, the downstream portion of the exhaust purification device is the downstream exhaust purification device. It arrange | positions so that it may become the relationship which overlaps with a part of end surface of an upstream.
これによれば、排気マニホールドから下流側触媒装置までの距離を短縮化できるから、排気装置のコンパクト化に有利になるととともに、排気ガスを温度があまり低下しない状態で下流側排気浄化装置に流入させることができ、排気ガス浄化性能の確保に有利になる。 According to this, since the distance from the exhaust manifold to the downstream side catalyst device can be shortened, it is advantageous for making the exhaust device compact, and the exhaust gas is allowed to flow into the downstream side exhaust purification device in a state where the temperature does not decrease so much. This is advantageous in ensuring the exhaust gas purification performance.
「互いの中心軸が交差」については、両中心軸が略直交していること(両中心軸のなす角度が80度以上100度以下であること)が好ましい。 With respect to “crossing each other's central axes”, it is preferable that both central axes are substantially orthogonal (the angle formed by both central axes is not less than 80 degrees and not more than 100 degrees).
以上述べたように、本発明によれば、集合管が気筒列方向の一端側の独立排気管から下方に延びているにも拘わらず、円弧状凹部によって排気ガスの旋回流が誘起されることにより、排気浄化装置の上流側の端面全体にわたって排気ガスが均等に当たりやすくなり、排気浄化装置による排気ガスの浄化が効率良く行なわれる。 As described above, according to the present invention, the swirling flow of the exhaust gas is induced by the arc-shaped concave portion even though the collecting pipe extends downward from the independent exhaust pipe on one end side in the cylinder row direction. As a result, the exhaust gas can easily strike the entire end face on the upstream side of the exhaust purification device, and the exhaust purification device can efficiently purify the exhaust gas.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiments is merely exemplary in nature and is in no way intended to limit the invention, its application, or its application.
(実施形態1)
<エンジン>
実施形態1に係る排気装置1が適用されるエンジンは、自動車に搭載された直列4気筒ガソリンエンジン(直列多気筒エンジン)である。このエンジンは、FF車両の前方に横置きされている。
(Embodiment 1)
<Engine>
The engine to which the exhaust device 1 according to Embodiment 1 is applied is an in-line four-cylinder gasoline engine (in-line multi-cylinder engine) mounted on an automobile. This engine is placed horizontally in front of the FF vehicle.
なお、本発明は、4気筒のガソリンエンジンに限らず、その他の多気筒エンジンや、ディーゼルエンジンにも適用することができる。また、FF車両に限らず、例えばRR車両、4WD車両等、バイクも含め種々のレイアウトを採用する車両に適用可能である。 The present invention can be applied not only to a four-cylinder gasoline engine but also to other multi-cylinder engines and diesel engines. Further, the present invention is not limited to FF vehicles, and can be applied to vehicles adopting various layouts including motorcycles such as RR vehicles and 4WD vehicles.
図1に示すように、エンジンは、シリンダブロックE1とシリンダヘッドE2とを有するエンジン本体Eを備えている。詳細な図示は省略するが、エンジンは、シリンダブロックE1とシリンダヘッドE2とにより構成される第1気筒乃至第4気筒を備える。この第1気筒乃至第4気筒は、図1の紙面に垂直な方向に紙面の手前から奥側に向かって順に直列に配置されている。そして、シリンダブロックE1のシリンダボア(図示せず)と、該シリンダボア内のピストン(図示せず)と、シリンダヘッドE2とにより、気筒毎に燃焼室が形成されている。 As shown in FIG. 1, the engine includes an engine body E having a cylinder block E1 and a cylinder head E2. Although not shown in detail, the engine includes a first cylinder to a fourth cylinder configured by a cylinder block E1 and a cylinder head E2. The first to fourth cylinders are arranged in series in this order from the front of the page to the back side in a direction perpendicular to the page of FIG. A cylinder chamber (not shown) of the cylinder block E1, a piston (not shown) in the cylinder bore, and a cylinder head E2 form a combustion chamber for each cylinder.
シリンダヘッドE2には、4つの燃焼室にそれぞれ接続された4つの排気ポート(図示せず)が形成されている。燃焼室において発生した排気ガスは、この排気ポートを含む排気経路を通じて車外に排出される。 The cylinder head E2 has four exhaust ports (not shown) connected to the four combustion chambers. Exhaust gas generated in the combustion chamber is discharged out of the vehicle through an exhaust path including the exhaust port.
<排気経路>
上述の排気ポートには、図1及び図2に示すように、本実施形態に係る排気装置1が接続され、さらにその下流側に、テールパイプを有する下流側排気システム(図示せず)が接続されている。このようにエンジンの排気経路は、上述の排気ポートと、排気装置1と、下流側排気システムとにより構成されている。
<Exhaust path>
As shown in FIGS. 1 and 2, the exhaust device 1 according to the present embodiment is connected to the exhaust port, and a downstream exhaust system (not shown) having a tail pipe is connected to the downstream side thereof. Has been. Thus, the exhaust path of the engine is constituted by the above-described exhaust port, the exhaust device 1, and the downstream exhaust system.
<排気装置>
本実施形態に係る排気装置1は、図1〜図4に示すように、エンジン本体Eの4つの排気ポートに接続された排気マニホールドMと、排気マニホールドMの下流端出口M7に接続部Nを介して接続された排気浄化装置Qと、排気ガス排出管5と、EGRガス取出管6とを備えている。
<Exhaust device>
As shown in FIGS. 1 to 4, the exhaust device 1 according to this embodiment includes an exhaust manifold M connected to four exhaust ports of the engine body E, and a connection portion N at a downstream end outlet M <b> 7 of the exhaust manifold M. An exhaust purification device Q, an exhaust
以下、各構成について詳述する。なお、排気マニホールドMの構成については後述する。 Hereinafter, each configuration will be described in detail. The configuration of the exhaust manifold M will be described later.
<方向>
本明細書の説明において、「上下方向」及び「前後方向」とは、図1に示すように、エンジン本体Eを基準として、シリンダヘッドE2側を上側、シリンダブロックE1側を下側、エンジン本体E側を前側、排気マニホールドM側を後側とする方向をいうものとする。また、「左右方向」とは、図1及び図2に示すように、エンジン本体Eを基準として気筒の配列方向、言い換えると、図1の紙面に垂直であって、手前側を右側、奥側を左側とする方向をいうものとする。さらに、「上流」や「下流」は、燃焼室から排気ポートを通じて排出される排気ガスの流れる方向を基準とし、「排気ガス流れ方向上流側」や「排気ガス流れ方向下流側」と称することがある。
<Direction>
In the description of the present specification, “vertical direction” and “front-rear direction” refer to the engine body E as a reference, the cylinder head E2 side is the upper side, the cylinder block E1 side is the lower side, and the engine body, as shown in FIG. A direction in which the E side is the front side and the exhaust manifold M side is the rear side is assumed. Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the “left-right direction” refers to the cylinder arrangement direction with respect to the engine body E, in other words, perpendicular to the paper surface of FIG. Is the direction to the left. Further, “upstream” and “downstream” are referred to as “upstream side in the exhaust gas flow direction” and “downstream side in the exhaust gas flow direction” based on the flow direction of the exhaust gas discharged from the combustion chamber through the exhaust port. is there.
<接続部>
接続部Nは、排気マニホールドMから排気ガスを触媒装置Qに導入する管状の部材である。
<Connection part>
The connection portion N is a tubular member that introduces exhaust gas from the exhaust manifold M into the catalyst device Q.
<排気浄化装置>
排気浄化装置Qは、図2〜図5に示すように、接続部Nの出口に接続された上流側排気浄化装置としての三元触媒2と、その下流側に配置された下流側排気浄化装置としてのGPF(ガソリンパティキュレートフィルタ)3と、これら三元触媒2とGPF3とを接続するL字状排気管4とを備えている。
<Exhaust gas purification device>
As shown in FIGS. 2 to 5, the exhaust purification device Q includes a three-
<三元触媒>
三元触媒2は、排気ガス中の炭化水素HC、一酸化炭素CO、窒素酸化物NOxを浄化するための触媒である。三元触媒2は、詳細な説明は省略するが、例えばPt、Pd、Rh等の貴金属を金属酸化物からなるサポート材上に担持してなる触媒成分を、ハニカム担体上にコートしてなる触媒等が挙げられる。三元触媒2としては、特に限定されるものではなく、いかなる公知のものも用いることができる。
<Three-way catalyst>
The three-
三元触媒2は、図4及び図5に示すように、中心軸L2を有する円筒状の触媒である。三元触媒2の形状は、特に限定されるものではないが、排気経路への配設が容易であり、均一な排気ガス流れを得る観点から、筒状であることが好ましい。三元触媒2の中心軸L2に垂直な断面の形状は、特に限定されるものではなく、真円状、楕円状、矩形状、多角形状等のいかなる形状を採用することができるが、均一な排気ガス流れを得るとともに製造コストを抑える観点から、好ましくは真円状、楕円状である。
As shown in FIGS. 4 and 5, the three-
図4に示すように、三元触媒2は、中心軸L2が左右方向(気筒列方向)と平行になるように配置されている。
As shown in FIG. 4, the three-
図5に示すように、三元触媒2の排気ガスを浄化する触媒本体は、上流側の端面2Aと下流側の端面2Bを有する。便宜上、触媒本体の上流側の端面2A及び触媒本体の下流側の端面2Bを、三元触媒2の上流側の端面2A及び三元触媒2の下流側の端面2Bと称することがある。両端面2A,2Bは同一径の円形である。
As shown in FIG. 5, the catalyst body for purifying the exhaust gas of the three-
三元触媒2は、触媒本体として、上流側に配置された前段部21と下流側に配置された後段部22とを備えている。前段部21は、エンジン本体Eの低負荷運転時の低温の排気ガスの浄化を行う低温活性に優れた三元触媒である。また後段部22は、高負荷運転時等の高温の排気ガスの浄化を行う高温活性に優れた三元触媒である。なお、本実施形態において、三元触媒2は、前段部21及び後段部22を備えた2段構成であるが、これに限られるものではなく、単一の触媒構成であってもよいし、さらに3つ以上に分割された多段構成であってもよい。
The three-
さらに、三元触媒2は、触媒本体としての前段部21及び後段部22の外周全体を覆うマット23と、そのマット23の外周全体を覆う筒状ケース24とを備えている。
Further, the three-
マット23は、高温の排気ガスに曝される環境下においても安定して触媒本体としての前段部21及び後段部22を保持するためのものであり、例えばセラミックなどの高耐熱性、保温性を有する材料で形成されている。
The
ケース24は、触媒本体(前段部21及び後段部22)並びにマット23を保持するためのものであり、例えば鉄、ステンレス鋼等の金属製である。なお、マット23及びケース24としては、公知のものを使用してもよい。
The
<GPF>
図5に示すように、GPF3は、三元触媒2の下流側に配設されており、三元触媒2を通過した排気ガス中のパティキュレートマター(以下、「PM」と称する。)をトラップするためのフィルタ本体(浄化装置本体)33を備えている。フィルタ本体33は、詳細な説明は省略するが、例えばハニカム担体等に目封じを施し、フィルタ機能を追加したものであり、トラップしたPMの燃焼を促進するため触媒コートを有するものであってもよい。排気ガス中のPMはフィルタ本体33の隔壁に捕集され、PMが堆積したところで、例えば、出力を得るために燃料をエンジンの燃焼室に噴射するメイン噴射の後、エンジンの膨張行程においてフィルタ本体33の温度を高めるための燃料を燃焼室に噴射するポスト噴射を行い、フィルタ本体33に堆積したPMを焼却除去する。フィルタ本体33としては、特に限定されるものではなく、いかなる公知のものも用いることができる。
<GPF>
As shown in FIG. 5, the
フィルタ本体33は、図1、図2及び図5に示すように、中心軸L3を有する円筒状のものである。フィルタ本体33の形状は、特に限定されるものではないが、排気経路への配設が容易であり、均一な排気ガス流れを得る観点から、筒状であることが好ましい。フィルタ本体33の中心軸L3に垂直な断面の形状は、特に限定されるものではなく、真円状、楕円状、矩形状、多角形状等のいかなる形状を採用することができるが、均一な排気ガス流れを得るとともに製造コストを抑える観点から、好ましくは真円状、楕円状である。
As shown in FIGS. 1, 2, and 5, the
GPF3は、図2に示すように、中心軸L3が、前後方向、すなわち左右方向(気筒列方向)と略垂直方向となるように配置されている。
As shown in FIG. 2, the
図5に示すように、GPF3のフィルタ本体33は、上流側の端面3A及び下流側の端面3Bを有する。便宜上、フィルタ本体33の上流側の端面2A及びフィルタ本体33の下流側の端面2Bを、GPF3の上流側の端面2A及びGPF3の下流側の端面2Bと称することがある。両端面3A,3Bは同一径の円形である。
As shown in FIG. 5, the
GPF3は、三元触媒2と同様に、フィルタ本体33と、フィルタ本体33の外周全体を覆うマット34と、そのマット34の外周全体を覆う筒状ケース35とを備えている。マット34及びケース35は、上述の三元触媒2のマット23及びケース24と同様の目的で用いられ、これらと同様の構成のものを用いることができる。
Similar to the three-
<L字状排気管>
L字状排気管4は、三元触媒2とGPF3とを接続するためのL字状に屈曲した管状部材であり、排気経路の一部を形成している。
<L-shaped exhaust pipe>
The L-shaped
図5に示すように、L字状排気管4は、上流側開口4Aと、下流側開口4Bと、両開口4A,4B間の曲がり部4Cとを備えている。
As shown in FIG. 5, the L-shaped
図5に示すように、三元触媒2は、その下流部がL字状排気管4に上流側開口4Aから挿入されている。一方、GPF3は、その上流端部がL字状排気管4に下流側開口4Bから挿入されている。
As shown in FIG. 5, the three-
三元触媒2の下流側の端面2BとGPF3の上流側の端面3Aとは、曲がり部4C内で、二面角αが約90度となるように配置されている。この二面角αは、この角度に限定されるものではないが、三元触媒2からGPF3への排気ガス流れを十分に確保する観点から、互いに好ましくは60度以上120度以下、より好ましくは70度以上110度以下、特に好ましくは80度以上100度以下である。
The
加えて、三元触媒2とGPF3とは、GPF3の軸方向に視て、三元触媒2の下流部がGPF3の上流側の端面の一部に重なる関係になるように配設されている。すなわち、三元触媒2とGPF3とに重複部分31が形成されている。
In addition, the three-
図5は、図1におけるV−V断面を示す図であるが、三元触媒2の中心軸L2を含み且つGPF3の中心軸L3と平行な断面を上側から見た図である。図5に記載された断面を以下「V−V断面」(断面)と称する。図5に示すように、V−V断面上で、重複部分31を形成する三元触媒2の側面の長さH31は、三元触媒2及びGPF3をコンパクトに配置させつつ、GPF3内の排気ガス流れを均一にする観点から、三元触媒2の全長H2の好ましくは10%以上50%未満である。
FIG. 5 is a view showing a VV cross section in FIG. 1, and is a view of a cross section including the central axis L2 of the three-
また、三元触媒2の側面の長さH31は、図5のV−V断面において、三元触媒2及びGPF3をコンパクトに配置させつつ、GPF3内の排気ガス流れを均一にする観点から、GPFの幅W3の好ましくは10%以上50%未満である。
Further, the length H31 of the side surface of the three-
このように、三元触媒2とGPF3とを互いに横方向に配置するときに、三元触媒2及びGPF3の重複部分31を形成することで、排気マニホールドMの下流端からGPF3までの距離を短縮化できる。また重複部分31を形成しつつも、その範囲を上述の範囲未満に抑えることにより、排気装置1のコンパクト化を実現させるとともに、GPF3の、特に重複部分31の影になる部分の利用効率を向上させることができる。
As described above, when the three-
<GPFの下流側の端部>
図5に示すように、GPF3の下流側の端部7には、GPF3を通過した排気ガスの出口である排気ガス排出管5と、排気ガスの一部をEGRガスとして吸気側に環流するEGRガス取出路管6とが取り付けられている。
<Downstream end of GPF>
As shown in FIG. 5, at the
<排気ガス排出管>
排気ガス排出管5は、GPF3を通過した排気ガスを下流側排気システムへ導くとともに、三元触媒2及びGPF3による排気ガスの浄化に伴い発生した水分を溜めて除去するためのものである。
<Exhaust gas exhaust pipe>
The exhaust
図5(図1のV−V線断面図)に示す、符号PRL31で示す線は、GPF3の中心軸L3のV−V断面上への投影線である。また、符号L5で示す線は、排気ガス排出管5の中心軸を示している。そして、符号P5で示す点は、排気ガス排出管5の中心軸L5上の点であって、排気ガス排出管5の入口の中心を示す。
A line indicated by a symbol PRL31 shown in FIG. 5 (a cross-sectional view taken along the line VV in FIG. 1) is a projection line on the VV cross section of the central axis L3 of the GPF3. A line indicated by a symbol L5 indicates the central axis of the exhaust
図5に示すように、排気ガス排出管5の中心位置P5は、GPF3のGPF中心軸L3のV−V断面上への投影線PRL31よりも右側、すなわち三元触媒2側へ偏倚している。本構成によれば、GPF3に流入した排気ガスについて、排気ガス排出管5に向かう流れが生じる。そうすると、排気ガス排出管5に向かう流れにつられて、重複部分31の影になる部分に流れ込む排気ガス量が増加する。そうして、GPF3の利用効率を向上させることができる。
As shown in FIG. 5, the center position P5 of the exhaust
なお、図5に示すように、排気ガス排出管5の偏倚量は、重複部分31の影になる部分に流入する排気ガス量を十分に確保して、GPF3の利用効率を向上させる観点から、好ましくは、V−V断面上で、排気ガス排出管5の三元触媒2側の右側面5Aが、GPF3の三元触媒2側のGPF側面3Cよりも右側、すなわち三元触媒2側に位置する程度に設定することができる。このとき、排気ガス排出管5付近の通気抵抗の増加を抑制する観点から、V−V断面上で、排気ガス排出管5の左側面5Bが、GPF3の三元触媒2側のGPF側面3Cよりも左側に位置する程度に、排気ガス排出管5の偏倚量を設定することが好ましい。
As shown in FIG. 5, the amount of deviation of the exhaust
<EGRガス取出管>
エンジン本体Eの構成として、ノッキングの発生防止や窒素酸化物NOx量の低減を目的として、排気ガスの一部をエンジンの吸気系に再循環させるEGRを採用しており、GPF3の下流側の端部に排気ガスのEGRガス取出管6が接続されている。
<EGR gas outlet pipe>
The engine body E has an EGR that recirculates part of the exhaust gas to the engine intake system for the purpose of preventing knocking and reducing the amount of nitrogen oxides NOx. An EGR
図5に示すように、EGRガス取出管6は、V−V断面上で、投影線PRL31に対して、排気ガス排出管5と反対側に、当該排気ガス排出管5と離間して配置されている。本構成によれば、EGR用に十分な量の排気ガスを確保できるとともに、GPF3内の排気ガスの流れを排気ガス排出管5側とEGRガス取出管6側とに分散させて均一化させることができる。よって、GPF3の利用効率・機能・性能をさらに向上させることができる。
As shown in FIG. 5, the EGR
<排気マニホールド>
エンジンの4つの燃焼室から排気ポートを通して排出される排気ガスは、排気マニホールドMから接続部Nを介して触媒装置Qに送り込まれる。
<Exhaust manifold>
Exhaust gas discharged from the four combustion chambers of the engine through the exhaust port is sent from the exhaust manifold M to the catalyst device Q through the connection portion N.
図2に示すように、排気マニホールドMは、エンジン本体Eの第1気筒、第2気筒、第3気筒及び第4気筒(いずれも図示せず。)の各排気ポートに接続された4つの独立排気管、すなわち、第1独立排気管M1(気筒列方向の一端側の独立排気管)、第2独立排気管M2(残りの独立排気管)、第3独立排気管M3(残りの独立排気管)及び第4独立排気管M4(残りの独立排気管)を備えている。 As shown in FIG. 2, the exhaust manifold M has four independent ports connected to the exhaust ports of the first cylinder, the second cylinder, the third cylinder, and the fourth cylinder (all not shown) of the engine body E. Exhaust pipes, that is, the first independent exhaust pipe M1 (independent exhaust pipe on one end side in the cylinder row direction), the second independent exhaust pipe M2 (remaining independent exhaust pipe), and the third independent exhaust pipe M3 (remaining independent exhaust pipe) ) And a fourth independent exhaust pipe M4 (remaining independent exhaust pipe).
図1、図3及び図4に示すように、排気マニホールドMは、エンジン本体の気筒列方向の一端側に配置され、当該気筒列方向の一端側の独立排気管M1の先端部から下方に延びる集合管M5を備えている。 As shown in FIGS. 1, 3, and 4, the exhaust manifold M is disposed on one end side in the cylinder row direction of the engine body, and extends downward from the distal end portion of the independent exhaust pipe M <b> 1 on one end side in the cylinder row direction. A collecting pipe M5 is provided.
排気マニホールドMは、前記複数の独立排気管のうちの残りの各独立排気管M2〜M4から流出する排気ガスを前記一端側の独立排気管M1の方に導いて集合管M5に案内する気筒列方向に延びた案内管M6を備えている。案内管M6は、第2独立排気管M2、第3独立排気管M3及び第4独立排気管M4の先端側に接続されるとともに、第1独立排気管M1と集合管M5との接続位置に接続されている。 The exhaust manifold M guides exhaust gas flowing out from the remaining independent exhaust pipes M2 to M4 out of the plurality of independent exhaust pipes toward the independent exhaust pipe M1 on one end side and guides it to the collecting pipe M5. A guide tube M6 extending in the direction is provided. The guide pipe M6 is connected to the distal end side of the second independent exhaust pipe M2, the third independent exhaust pipe M3, and the fourth independent exhaust pipe M4, and is connected to the connection position between the first independent exhaust pipe M1 and the collecting pipe M5. Has been.
集合管M5の下部には、排気ガスが三元触媒2の上流側の端面2Aに向かうように横方向(左方向)にL字状に曲がったL字状屈曲部M50が形成されている。図6に示すように、L字状屈曲部M50の下流端出口、すなわち、集合管M5の下流端出口M7は、接続部Nを介して三元触媒2と接続されている。この下流端出口M7は、円形であり、該出口M7の開口面は三元触媒2の上流側の端面2Aと平行になっている。
An L-shaped bent portion M50 that is bent in an L shape in the lateral direction (leftward) is formed at the lower portion of the collecting pipe M5 so that the exhaust gas is directed toward the
図6及び図7に示すように、集合管M5のL字状屈曲部M50の下面側(下半周側)には、集合管M5の下流端出口M7よりも半径が大きくなった円弧状凹部M51が設けられている。 As shown in FIGS. 6 and 7, on the lower surface side (lower half circumference side) of the L-shaped bent portion M50 of the collecting pipe M5, an arcuate recess M51 whose radius is larger than that of the downstream end outlet M7 of the collecting pipe M5. Is provided.
また、集合管M5における前記気筒列方向の一端側の壁面に、案内管M6から集合管M5に流入する排気ガスの流れを三元触媒2の上流側の端面2Aの中央部に向かうように変更する、外側への膨出部M52が形成されている。
Further, the flow of the exhaust gas flowing into the collecting pipe M5 from the guide pipe M6 is changed to the central portion of the
なお、図4、図6等に示すように、集合管M5は、右側集合管材M5Aと左側集合管材M5Bを嵌合して形成されており、円弧状凹部M51は当該嵌合部に形成されている。集合管M5は、このように複数の部品に分けて構成されてもよいし、一体成形されたものであってもよい。 As shown in FIG. 4, FIG. 6, etc., the collecting pipe M5 is formed by fitting the right collecting pipe M5A and the left collecting pipe M5B, and the arcuate recess M51 is formed in the fitting part. Yes. The collecting pipe M5 may be divided into a plurality of parts as described above, or may be integrally formed.
<円弧状凹部及び膨出部の機能について>
図10に、円弧状凹部M51及び膨出部M52を形成していない場合の排気ガスの流れを示す。
<About the functions of the arc-shaped concave portion and the bulging portion>
FIG. 10 shows the flow of exhaust gas when the arcuate recess M51 and the bulge M52 are not formed.
一般に、排気ガスなどの流体は、曲率半径の大きな曲面に沿って流れる傾向があることが知られている。そのため、気筒列方向一端側の第1独立排気管M1から排出される排気ガスは、第1独立排気管M1をその先端部に向かって流れていたときの慣性により、主として、集合管M5における第1独立排気管M1の先端側から続く壁面に沿って集合管M5を下方へ流れる。 In general, it is known that a fluid such as exhaust gas tends to flow along a curved surface having a large curvature radius. Therefore, the exhaust gas discharged from the first independent exhaust pipe M1 on the one end side in the cylinder row direction mainly flows through the first independent exhaust pipe M1 toward the front end portion, mainly due to inertia in the collecting pipe M5. The independent exhaust pipe M1 flows downward along the collecting pipe M5 along the wall surface continuing from the front end side.
そして、その排気ガスは、図10に破線矢印で示すように、L字状屈曲部M50に達して、その流れ方向が三元触媒2に向かうように変わるから、三元触媒2の上流側の端面2Aの下側部分に当たりやすくなる。
Then, the exhaust gas reaches the L-shaped bent portion M50 and changes its flow direction toward the three-
第1独立排気管M1以外の独立排気管、例えば第2独立排気管M2から排出される排気ガスは、案内管M6を通ることにより気筒列方向に流れて集合管M5に流入する。 Exhaust gas discharged from an independent exhaust pipe other than the first independent exhaust pipe M1, for example, the second independent exhaust pipe M2, flows in the direction of the cylinder row by passing through the guide pipe M6 and flows into the collecting pipe M5.
従って、その排気ガスは、図10に一点鎖線矢印で示すように、主として、集合管M5における気筒列方向の一端側の壁面に沿って集合管M5を下方へ流れる。そのため、その排気ガスは、第1独立排気管M1からの排気ガス流れと同じように、L字状屈曲部M50において、その流れ方向が三元触媒2に向かうように変わり、三元触媒2の上流側の端面2Aの下側部分に当たりやすくなる。第3及び第4の独立排気管M3,M4から排出される排気ガスも、第2独立排気管M2から排出される排気ガスと同様の流れとなる。
Accordingly, the exhaust gas flows downward in the collecting pipe M5 mainly along the wall surface on one end side in the cylinder row direction in the collecting pipe M5, as indicated by a one-dot chain line arrow in FIG. Therefore, the exhaust gas changes in the L-shaped bent portion M50 so that the flow direction is directed to the three-
図6に、集合管M5に円弧状凹部M51及び膨出部M52を設けた場合の排気ガス流れを示す。 FIG. 6 shows an exhaust gas flow when the arcuate recess M51 and the bulging portion M52 are provided in the collecting pipe M5.
図6に実線矢印に示すように、第1独立排気管M1から排出される排気ガスは、慣性により、主として、集合管M5における第1独立排気管M1の先端側から続く壁面に沿って集合管M5を下方へ流れてL字状屈曲部M50に達する。 As indicated by solid arrows in FIG. 6, the exhaust gas discharged from the first independent exhaust pipe M1 mainly collects along the wall surface continuing from the front end side of the first independent exhaust pipe M1 in the collection pipe M5 due to inertia. It flows down M5 and reaches the L-shaped bend M50.
このL字状屈曲部M50の下面側には集合管M5の下流端出口(L字状屈曲部M50の下流端出口)M7よりも半径が大きい円弧状凹部M51が形成されている。従って、L字状屈曲部M50に達した排気ガスは、図7にも実線矢印に示すように、慣性によって円弧状凹部M51の凹んだ底壁面に沿って流れて上昇し、三元触媒2の軸心まわりを旋回しながら、三元触媒2に流入していく。よって、排気ガスが三元触媒2の上流側の端面2Aの全体にわたって均等に当たり易くなる。
An arcuate recess M51 having a larger radius than the downstream end outlet (downstream end outlet of the L-shaped bent portion M50) M7 of the collecting pipe M5 is formed on the lower surface side of the L-shaped bent portion M50. Accordingly, the exhaust gas that has reached the L-shaped bent portion M50 flows and rises along the concave bottom wall surface of the arc-shaped concave portion M51 due to inertia, as indicated by the solid line arrow in FIG. It flows into the three-
図8に実線矢印で示すように、第2乃至第4の独立排気管M2〜M4から排出される排気ガスは、案内管M6を気筒列方向に流れて集合管M5に流入する。 As indicated by solid arrows in FIG. 8, the exhaust gas discharged from the second to fourth independent exhaust pipes M2 to M4 flows through the guide pipe M6 in the cylinder row direction and flows into the collecting pipe M5.
従って、その排気ガスは、慣性により、主として、集合管M5における気筒列方向の一端側の壁面に沿って集合管M5を下方へ流れ、膨出部M52の壁面に到達する。そして、その排気ガスは、膨出部M52の壁面に案内されて流れ方向が三元触媒2の上流側の端面2Aの中央に向かうように変更される。従って、排気ガスが三元触媒2の上流側の端面2Aの全体にわたって均等に当たり易くなる。
Therefore, due to inertia, the exhaust gas flows downward along the collecting pipe M5 along the wall surface of the collecting pipe M5 in the cylinder row direction, and reaches the wall surface of the bulging portion M52. Then, the exhaust gas is guided by the wall surface of the bulging portion M <b> 52 and the flow direction is changed so as to go to the center of the
<案内管の湾曲部について>
図2及び図3に示すように、案内管M6は、前記気筒列方向の一端側に、一端側の第1独立排気管M1のエンジン本体からの突出方向に湾曲して該第1独立排気管M1の先端部に連なる湾曲部M61を備えている。
<About the curved portion of the guide tube>
As shown in FIGS. 2 and 3, the guide pipe M6 is curved in the direction in which the first independent exhaust pipe M1 on one end side protrudes from the engine body on one end side in the cylinder row direction. A bending portion M61 connected to the distal end portion of M1 is provided.
従って、第2乃至第4の独立排気管M2〜M4から排出される排気ガスが案内管M6から集合管M5に流入するときに、湾曲部M61によって、排気ガスの流れ方向が気筒列方向から第1独立排気管M1の突出方向に近づくように変わることになる。 Therefore, when the exhaust gas discharged from the second to fourth independent exhaust pipes M2 to M4 flows into the collecting pipe M5 from the guide pipe M6, the curved portion M61 causes the exhaust gas flow direction to change from the cylinder row direction. It will change so that it may approach the protrusion direction of 1 independent exhaust pipe M1.
これにより、案内管M6から集合管M5に流入する排気ガスが、一端側の第1独立排気管M1から集合管M5に流入する排気ガスと同じく、該第1独立排気管M1の先端部に続く壁面に沿って集合管M5を下方へ流れやすくなる。よって、円弧状凹部M51による排気ガスの旋回流を誘起させやすくなり、排気ガスが三元触媒2の上流側の端面2Aの全体に均等に当たりやすくなる。
As a result, the exhaust gas flowing into the collecting pipe M5 from the guide pipe M6 continues to the tip of the first independent exhaust pipe M1 in the same manner as the exhaust gas flowing into the collecting pipe M5 from the first independent exhaust pipe M1 on one end side. It becomes easy to flow down the collecting pipe M5 along the wall surface. Therefore, it becomes easy to induce a swirling flow of the exhaust gas by the arc-shaped recess M51, and the exhaust gas easily hits the
以上述べたように、円弧状凹部M51、膨出部M52及び湾曲部M61によって、排気ガスが三元触媒2の上流側の端面2Aの全体に均等に当たりやすくなるから、三元触媒2の全体が排気ガスの浄化に有効に利用され、そのため、排気ガスの浄化が進みやすくなる。
As described above, the exhaust gas easily hits the
<酸素センサについて>
集合管M5の下流端出口M7に対向する壁面であって、膨出部M52の下方に酸素センサ用台座M53が形成されている。この台座M53に酸素センサ93(酸素濃度検出手段)が設けられて、該酸素センサ93の酸素濃度検出部がL字状屈曲部M50の内部空間に突出している。
<About the oxygen sensor>
An oxygen sensor base M53 is formed on the wall surface facing the downstream end outlet M7 of the collecting pipe M5 and below the bulging portion M52. The pedestal M53 is provided with an oxygen sensor 93 (oxygen concentration detection means), and the oxygen concentration detection portion of the
集合管M5における膨出部M52の下方は、集合管M5の気筒列方向の一端側の壁面に沿って下方へ流れる排気ガスと、円弧状凹部M51によって旋回して上昇する排気ガスが合わさるところであり、排気ガスの均質性が高い。よって、当該膨出部M52の下方での酸素濃度の検出により、その検出で得られる酸素濃度の信頼性が高くなる。 Below the bulging portion M52 in the collecting pipe M5 is where the exhaust gas flowing downward along the wall surface on one end side in the cylinder row direction of the collecting pipe M5 and the exhaust gas swirling and rising by the arc-shaped recess M51 are combined. High exhaust gas homogeneity. Therefore, the detection of the oxygen concentration below the bulging portion M52 increases the reliability of the oxygen concentration obtained by the detection.
(実施形態2)
以下、本発明に係る実施形態2について詳述する。なお、実施形態2の説明において、実施形態1と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
(Embodiment 2)
Hereinafter,
実施形態1では、集合管M5に円弧状凹部M51及び膨出部M52の両方を設ける構成であったが、図9に示すように、実施形態2では、円弧状凹部M51のみを設けている。集合管M5が膨出部M52を備えないから、その成形が容易となる。 In the first embodiment, both the arc-shaped concave portion M51 and the bulging portion M52 are provided in the collecting pipe M5. However, in the second embodiment, only the arc-shaped concave portion M51 is provided as shown in FIG. Since the collecting pipe M5 does not include the bulging portion M52, the forming becomes easy.
膨出部M52を備えない場合、案内管M6から集合管M5に流入する排気ガスは、図9に一点鎖線矢印で示すように、集合管M5をそのまま下方へ流れようとする。しかし、そのように流れる排気ガスも、集合管M5における第1独立排気管M1の先端側から続く壁面に沿って集合管M5を下方へ流れ、円弧状凹部51によって旋回して上昇する排気ガスと合わさることにより、L字状屈曲部M50の下部側に集中すること、ひいては三元触媒2の上流側の端面2Aの下部側に集中することが避けられる。
When the bulging portion M52 is not provided, the exhaust gas flowing into the collecting pipe M5 from the guide pipe M6 tends to flow downward through the collecting pipe M5 as indicated by a one-dot chain line arrow in FIG. However, the exhaust gas flowing in such a manner also flows into the collecting pipe M5 downward along the wall surface continuing from the front end side of the first independent exhaust pipe M1 in the collecting pipe M5, and the exhaust gas swirling and rising by the arcuate recess 51. By combining, it is possible to avoid concentrating on the lower side of the L-shaped bent portion M50, and thus concentrating on the lower side of the
特に、実施形態2においても、湾曲部M61が設けられているケースでは、排気ガスが案内管M6から集合管M5に流入するときに、湾曲部M61によって、排気ガスの流れ方向が気筒列方向から第1独立排気管M1の突出方向に近づくように変わる。従って、円弧状凹部51によって旋回して上昇する排気ガス量が多くなるため、膨出部M52を備えない場合でも、排気ガスがL字状屈曲部M50の下部側に、ひいては三元触媒2の上流側の端面2Aの下部側に集中することが避けられる。
In particular, also in the second embodiment, in the case where the curved portion M61 is provided, when the exhaust gas flows into the collecting tube M5 from the guide tube M6, the flow direction of the exhaust gas is changed from the cylinder row direction by the curved portion M61. It changes so that it may approach the protrusion direction of the 1st independent exhaust pipe M1. Therefore, since the amount of exhaust gas swirled and raised by the arc-shaped concave portion 51 increases, even when the bulging portion M52 is not provided, the exhaust gas is located on the lower side of the L-shaped bent portion M50, and thus the three-
(その他の実施形態)
実施形態1,2では、上流側排気浄化装置が三元触媒2、下流側排気浄化装置がGPF3であったが、排気浄化装置はかかる構成に限られるものではなく、種々の浄化装置を採用することができる。例えば、排気装置1をディーゼルエンジンに適用する場合には、GPFに代えてディーゼルパティキュレートフィルタを採用してよい。また、上流側排気浄化装置として酸化触媒を採用し、下流側排気浄化装置としてNOx浄化用触媒を採用し、或いはその逆の構成としてもよい。
(Other embodiments)
In the first and second embodiments, the upstream side exhaust purification device is the three-
実施形態1,2では、排気マニホールドMの集合管M5が第1気筒側に配置されているが、集合管M5が第4気筒側に配置されるとともに、三元触媒2の上流側の端面2Aが左側にくるように構成されていてもよい。
(三元触媒に対するガス当たり性の評価)
数値流体力学(CFD:Computational Fluid Dynamics)モデルを作成して解析を行った。そして、この解析結果に基づき、三元触媒2に流入する排気ガスの流速、圧力、温度等を推定し、三元触媒始端面2Aにおける排気ガスの流速分布から、各気筒のガス当たりの均一性をガス当たり改善指標として評価した。結果を図11に示す。
In the first and second embodiments, the collecting pipe M5 of the exhaust manifold M is arranged on the first cylinder side. However, the collecting pipe M5 is arranged on the fourth cylinder side, and the
(Evaluation of gas contact performance for three-way catalyst)
A computational fluid dynamics (CFD) model was created and analyzed. Based on the analysis result, the flow velocity, pressure, temperature, etc. of the exhaust gas flowing into the three-
なお、比較例1、実施例1及び実施例2は、それぞれ、図10に示す円弧状凹部M51及び膨出部M52のいずれも形成されていない場合、図9に示す円弧状凹部M51のみ形成した場合、及び、図6に示す円弧状凹部M51及び膨出部M52の両者とも形成した場合の結果である。 In addition, in Comparative Example 1, Example 1 and Example 2, when neither the arc-shaped concave portion M51 and the bulging portion M52 shown in FIG. 10 are formed, only the arc-shaped concave portion M51 shown in FIG. 9 is formed. This is a result when both the arc-shaped concave portion M51 and the bulging portion M52 shown in FIG. 6 are formed.
図11に示すように、比較例1に比べ実施例1及び実施例2では、1つ以上の気筒からの排気ガス当たりの均一性が改善され、全気筒からの排気ガス当たりの均質性が向上していることが判る。 As shown in FIG. 11, in the first and second embodiments, the uniformity per exhaust gas from one or more cylinders is improved and the homogeneity per exhaust gas from all cylinders is improved compared to the first comparative example. You can see that
具体的には、比較例1を基準として、第1気筒では、実施例1及び実施例2において、ガス当たり改善指標はそれぞれ約3割及び約5割改善した。 Specifically, on the basis of the comparative example 1, the improvement index per gas improved about 30% and about 50% in the first cylinder in the example 1 and the example 2, respectively.
第2気筒では、実施例1及び実施例2において、ガス当たり改善指標はそれぞれ約5割及び約7.5割改善した。 In the second cylinder, the improvement index per gas was improved by about 50% and about 7.5% in Example 1 and Example 2, respectively.
なお、第3気筒では、実施例1及び実施例2において、ガス当たり改善指標はそれぞれ約160%低下及び同等であった。 In the third cylinder, the improvement index per gas was about 160% lower and equivalent in Examples 1 and 2.
第4気筒では、実施例1において、ガス当たり改善指標はほぼ同等であったのに対し、実施例2において、約1割改善した。 In the fourth cylinder, the improvement index per gas in Example 1 was almost the same, but in Example 2, it improved about 10%.
また、ガス当たり改善指標の最大値と最小値との差を評価すると、比較例1を基準として、実施例1及び実施例2では、それぞれ約5割及び約7割差が小さくなっており、前記等からの排気ガス当たりの均質性が向上した。 Moreover, when the difference between the maximum value and the minimum value of the improvement index per gas is evaluated, about 50% and about 70% difference are small in Example 1 and Example 2, respectively, based on Comparative Example 1. The homogeneity per exhaust gas from the above etc. was improved.
このように、特に実施例1の第3気筒では、ガス当たりの均一性に低下が見られたものの、全気筒からの排気ガス流れの三元触媒始端面2Aに対するガス当たりは大きく均質化されることが判った。
In this way, in particular, in the third cylinder of the first embodiment, although the per-gas uniformity is reduced, the per-gas per unit of the three-way catalyst start
本発明は、エンジンの排気装置において、排気浄化装置に対するガス当たりの均一性を向上させることができるので、極めて有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is extremely useful because it can improve the uniformity per gas with respect to an exhaust purification device in an engine exhaust device.
1 エンジンの排気装置
2 三元触媒(上流側排気浄化装置)
2A 三元触媒の上流側の端面
2B 三元触媒の下流側の端面
3 GPF(下流側排気浄化装置)
3A GPFの上流側の端面
3B GPFの下流側の端面
4 L字状排気管
4A 上流側開口
4B 下流側開口
4C 曲がり部
5 排気ガス排出管
6 EGRガス取出管
31 重複部分
33 フィルタ本体(浄化装置本体)
E エンジン
L2 三元触媒の中心軸
L3 GPFの中心軸
L5 排気ガス排出管の中心軸
M 排気マニホールド
M1 第1独立排気管(一端側の独立排気管)
M2 第2独立排気管(残りの独立排気管)
M3 第3独立排気管(残りの独立排気管)
M4 第4独立排気管(残りの独立排気管)
M5 集合管
M6 案内管
M7 下流端出口
M50 L字状屈曲部
M51 円弧状凹部
M52 膨出部
M61 湾曲部
N 接続部
1
3A
E Engine L2 Center axis of three-way catalyst L3 Center axis of GPF L5 Center axis of exhaust gas discharge pipe M Exhaust manifold M1 First independent exhaust pipe (independent exhaust pipe on one end side)
M2 Second independent exhaust pipe (remaining independent exhaust pipe)
M3 Third independent exhaust pipe (remaining independent exhaust pipe)
M4 4th independent exhaust pipe (remaining independent exhaust pipe)
M5 Collecting pipe M6 Guide pipe M7 Downstream end outlet M50 L-shaped bent part M51 Arc-shaped recessed part M52 Swelling part M61 Curved part N Connecting part
Claims (5)
前記排気マニホールドの排気ガス流れ方向の下流側に接続された排気浄化装置とを備えたエンジンの排気装置であって、
前記排気マニホールドは、
前記エンジン本体の各排気ポートに接続された複数の独立排気管と、
前記エンジン本体の気筒列方向の一端側に配置され、前記複数の独立排気管のうちの当該気筒列方向の一端側の独立排気管の先端部から下方に延びる集合管と、
前記複数の独立排気管のうちの残りの各独立排気管から流出する排気ガスを前記一端側の独立排気管の方に導いて前記集合管に案内する気筒列方向に延びた案内管と、
前記集合管の下部に形成され、排気ガスが前記排気浄化装置の上流側の端面に向かうように横方向にL字状に屈曲したL字状屈曲部と、
前記集合管の前記L字状屈曲部の下面側に形成され、該集合管における前記一端側の独立排気管の先端側から下方に続く壁面に沿って該集合管を下方に流れる排気ガスが、前記排気浄化装置の軸心まわりを旋回しながら該排気浄化装置に流入するように、該排気ガスの旋回を促進するための、前記排気浄化装置に向かって開口した前記L字状屈曲部の出口よりも半径が大きくなった円弧状凹部とを備えていることを特徴とするエンジンの排気装置。 An exhaust manifold connected to an exhaust port of an in-line multi-cylinder engine having an engine body with a plurality of cylinders;
An exhaust system for an engine comprising an exhaust purification device connected to a downstream side of the exhaust manifold in the exhaust gas flow direction,
The exhaust manifold is
A plurality of independent exhaust pipes connected to each exhaust port of the engine body;
A collecting pipe that is disposed on one end side in the cylinder row direction of the engine body and extends downward from a distal end portion of the independent exhaust pipe on one end side in the cylinder row direction among the plurality of independent exhaust pipes;
A guide pipe extending in the cylinder row direction for guiding exhaust gas flowing out from each of the remaining independent exhaust pipes of the plurality of independent exhaust pipes toward the independent exhaust pipe on the one end side and guiding it to the collecting pipe;
An L-shaped bent portion formed in a lower portion of the collecting pipe and bent in an L-shape in the lateral direction so that the exhaust gas is directed toward the upstream end face of the exhaust purification device;
Exhaust gas that is formed on the lower surface side of the L-shaped bent portion of the collecting pipe and flows down the collecting pipe along the wall surface continuing downward from the distal end side of the independent exhaust pipe on the one end side of the collecting pipe, An outlet of the L-shaped bent portion that opens toward the exhaust purification device for facilitating swirling of the exhaust gas so as to flow into the exhaust purification device while turning around the axis of the exhaust purification device An exhaust system for an engine comprising an arc-shaped recess having a larger radius than that of the engine.
前記集合管における前記気筒列方向の一端側の壁面に、前記案内管から前記集合管に流入する排気ガスの流れを前記排気浄化装置の上流側の端面の中央部に向かうように変更する、外側への膨出部を備えていることを特徴とするエンジンの排気装置。 In claim 1,
An outer wall that changes the flow of exhaust gas flowing from the guide pipe into the collecting pipe toward the central portion of the upstream end face of the exhaust purification device on the wall surface on one end side in the cylinder row direction of the collecting pipe. An exhaust system for an engine, comprising a bulge portion.
前記案内管は、前記気筒列方向の一端側に、前記一端側の独立排気管のエンジン本体からの突出方向に湾曲して該一端側の独立排気管の先端部に連なる湾曲部とを備えていることを特徴とするエンジンの排気装置。 In claim 1 or claim 2,
The guide pipe includes a curved portion at one end side in the cylinder row direction, curved in a protruding direction from the engine main body of the independent exhaust pipe on the one end side, and connected to a distal end portion of the independent exhaust pipe on the one end side. An exhaust system for an engine.
前記集合管における前記膨出部の下方に酸素濃度検出手段が設けられていることを特徴とするエンジンの排気装置。 In claim 2 or claim 3 quoting claim 2,
An exhaust system for an engine, wherein oxygen concentration detection means is provided below the bulging portion of the collecting pipe.
前記排気浄化装置よりも排気ガス流れ方向の下流側に設けられた下流側排気浄化装置をさらに備え、
前記排気浄化装置と前記下流側排気浄化装置は、互いの中心軸が略直交し、且つ前記下流側排気浄化装置の軸方向に視て、前記排気浄化装置の下流部が前記下流側排気浄化装置の上流側の端面の一部に重なる関係になるように配設されていることを特徴とするエンジンの排気装置。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
Further comprising a downstream exhaust purification device provided downstream of the exhaust purification device in the exhaust gas flow direction,
The exhaust purification device and the downstream side exhaust purification device have their central axes substantially orthogonal to each other, and when viewed in the axial direction of the downstream side exhaust purification device, the downstream portion of the exhaust purification device is the downstream side exhaust purification device. An exhaust system for an engine, wherein the exhaust system is disposed so as to overlap a part of an upstream end face of the engine.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810120779.9A CN108571368B (en) | 2017-03-10 | 2018-02-07 | Exhaust device of engine |
DE102018001405.4A DE102018001405A1 (en) | 2017-03-10 | 2018-02-22 | Exhaust device for an engine and method for discharging exhaust gas of an internal combustion engine |
US15/905,410 US10385756B2 (en) | 2017-03-10 | 2018-02-26 | Exhaust device of engine |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017045690 | 2017-03-10 | ||
JP2017045690 | 2017-03-10 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018150926A true JP2018150926A (en) | 2018-09-27 |
JP6500967B2 JP6500967B2 (en) | 2019-04-17 |
Family
ID=63681542
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017224923A Active JP6500967B2 (en) | 2017-03-10 | 2017-11-22 | Engine exhaust system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6500967B2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0988579A (en) * | 1995-09-26 | 1997-03-31 | Mazda Motor Corp | Exhaust device for engine and exhaust manifold used therein |
JPH11229865A (en) * | 1998-02-18 | 1999-08-24 | Daihatsu Motor Co Ltd | Exhaust gas emission control system for multi-cylinder internal combustion engine |
JP2012529592A (en) * | 2009-06-12 | 2012-11-22 | エミテック ゲゼルシヤフト フユア エミツシオンス テクノロギー ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Exhaust gas treatment device for use in close proximity to the engine |
JP2014211112A (en) * | 2013-04-18 | 2014-11-13 | マツダ株式会社 | Exhaust pipe structure with catalyst for engine |
-
2017
- 2017-11-22 JP JP2017224923A patent/JP6500967B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0988579A (en) * | 1995-09-26 | 1997-03-31 | Mazda Motor Corp | Exhaust device for engine and exhaust manifold used therein |
JPH11229865A (en) * | 1998-02-18 | 1999-08-24 | Daihatsu Motor Co Ltd | Exhaust gas emission control system for multi-cylinder internal combustion engine |
JP2012529592A (en) * | 2009-06-12 | 2012-11-22 | エミテック ゲゼルシヤフト フユア エミツシオンス テクノロギー ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Exhaust gas treatment device for use in close proximity to the engine |
JP2014211112A (en) * | 2013-04-18 | 2014-11-13 | マツダ株式会社 | Exhaust pipe structure with catalyst for engine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6500967B2 (en) | 2019-04-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108571368B (en) | Exhaust device of engine | |
JP6299856B1 (en) | Engine exhaust system | |
US10557398B2 (en) | Exhaust pipe structure for internal combustion engine | |
US10626781B2 (en) | Exhaust device of engine | |
US10550750B2 (en) | Exhaust device of engine | |
JP6773129B2 (en) | Engine exhaust | |
JP6729721B2 (en) | Engine exhaust system | |
JP6500967B2 (en) | Engine exhaust system | |
JP6319412B1 (en) | Engine exhaust system | |
CN108571404B (en) | Exhaust device of engine | |
JP2018123788A (en) | Exhaust emission control device | |
JP6436217B2 (en) | Engine exhaust system | |
JP6460212B2 (en) | Engine exhaust system | |
JP2013209904A (en) | Exhaust emission control device | |
US20180163599A1 (en) | Exhaust purifying apparatus | |
JP2018123786A (en) | Exhaust emission control device | |
JP2018076851A (en) | Exhaust system structure for internal combustion engine | |
CZ248892A3 (en) | Exhaust gases catalyst |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181030 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181219 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190219 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190304 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6500967 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |