JP3631859B2

JP3631859B2 - マニホールドコンバータ

Info

Publication number: JP3631859B2
Application number: JP23912496A
Authority: JP
Inventors: 康夫深江; 芳仁渡辺
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Calsonic Kansei Corp
Priority date: 1996-09-10
Filing date: 1996-09-10
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2016-09-10
Also published as: JPH1089055A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン直下に装着されるマニホールドコンバータに係り、特に、空燃比を制御するＯ_２センサを挿着したマニホールドコンバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両排気系には、排ガスを浄化する触媒コンバータが車両の床下に装着されているが、昨今、斯かる触媒コンバータに代え、実開平６−４３１３号公報に開示されるようにエンジン直下に装着されるマニホールドコンバータが広く用いられるようになっている。
【０００３】
図３はこの種の従来のマニホールドコンバータを示し、当該マニホールドコンバータ１は、エンジンの複数の排気ポートからの排ガスを集合する部分と、集合した排ガスを浄化する部分とから構成されている。
即ち、図中、３は排気マニホールドで、当該排気マニホールド３は図示しないエンジンのシリンダヘッドに固定されるフランジ５と、当該フランジ５に接続された複数のブランチ管７と、これらのブランチ管７を集合する碗形状の集合容器９とから構成されている。そして、当該集合容器９には、空燃比を制御するＯ_２センサ１０がブランチ管７の根本部分に挿着されている。
【０００４】
又、図中、１１は筒状容器で、その排ガス流入口１３側に上記集合容器９が連結されている。そして、当該筒状容器１１内に、図４の如く金属製薄板からなる波板１５と平板１７を多重に巻回した金属触媒担体１９が収容されており、エンジンの排気ポートからブランチ管７を介してマニホールドコンバータ１に流入した排ガスＧは、当該金属触媒担体１９を通過する間に浄化されて筒状容器１１の排ガス流出口２１から車両排気系の下流側に流出するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、上記マニホールドコンバータ１は、Ｏ_２センサ１０がブランチ管７の根本部分に挿着されているため、ブランチ管７から集合容器９内に流入する排ガスＧがＯ_２センサ１０に当たり難く、排ガスＧ中の酸素濃度を高精度に測定することが困難であった。
【０００６】
しかも、上記マニホールドコンバータ１にあっては、排ガスＧの集中によって、金属触媒担体１９の上流側端面２２の中央部分に位置する波板１５と平板１７が熱劣化して破壊する所謂セル欠落が発生してしまう虞があった。そして、排ガス集中の原因は、排気ポートから金属触媒担体１９の上流側端面２２までの距離が短いため、排気分布が悪いことにあると考えられている。
【０００７】
尚、斯かる問題点を解決するため、上述した実開平６−４３１３号公報には、図５に示すように複数のブランチ管２３から集合容器２５内に流出する排ガスＧの流れ方向を、金属触媒担体２７の上流側端面２９に対して垂直方向に制御すると共に、排ガス温度が比較的低温の時に、排ガスＧの流れを金属触媒担体２７の上流側端面２９の中心側に向けて変更するガス流れ変更手段３１を集合容器２５内に設けたマニホールドコンバータ３３が開示されているが、構造が複雑になってしまう欠点があった。
【０００８】
本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、触媒担体の上流側端面への排ガス集中をなくし、併せて空燃比を制御するＯ ₂ センサの測定精度を高めたマニホールドコンバータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するため、請求項１に係る発明は、触媒担体を収容する筒状容器の排ガス流入側に装着した集合容器に、エンジンの排気ポートに連通する２本のブランチ管を挿着し、当該集合容器にＯ₂センサを挿着したマニホールドコンバータに於て、上記ブランチ管の一方を集合容器の中心部よりもエンジン側に挿着し、他方のブランチ管を反エンジン側に挿着して、各ブランチ管の挿入側先端部を触媒担体の上流側端面に対し略平行に配置すると共に、集合容器内に流入した排ガスが当該集合容器の内周に沿った渦流となるように、両ブランチ管を集合容器内に開口し、前記Ｏ ₂ センサを集合容器の中心部から反エンジン側に挿着して、集合容器内に発生する渦流の中心と略一致させたことを特徴とする。
【００１０】
そして、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のマニホールドコンバータに於て、ブランチ管の内壁に、偏流発生手段を設けたことを特徴とする。
【００１２】
（作用）
請求項１に係る発明によれば、ブランチ管を介して集合容器内に流入した排ガスは、集合容器の内周に沿った渦流となって触媒担体の上流側端面に均一に分配されることとなる。
【００１３】
そして、排ガスの流れには方向性があるため、発生する渦流の中心は集合容器の中心部から外方に偏るが、Ｏ ₂センサを集合容器の中心部から外方へオフセットして渦流の中心と略一致させたので、排ガス中の酸素濃度が高精度に計測される。
【００１４】
そして、請求項２に係る発明によれば、ブランチ管の流路に設けた偏流発生手段が、排気ポートからブランチ管内に流入した排ガスの流れを乱すことにより、各ブランチ管の挿入側先端から排ガスを同一の方向性を以って集合容器内に流入させて、集合容器内に均一な渦流を発生させることとなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１６】
図１は請求項１及び請求項２に係るマニホールドコンバータの一実施形態を示し、図中、３５は横断面楕円形状に成形された金属製の筒状容器で、当該筒状容器の排ガス流入側には金属製の碗状の集合容器３７が取り付き、又、排ガス流出側には、下流側に漸次小径に絞られたディフューザ３９が取り付けられている。
そして、筒状容器３５内に金属製薄板からなる従来周知の金属触媒担体４１が収容されているが、筒状容器３５は、図２に示すように長径方向がエンジン（シリンダヘッド）４３のマニホールドコンバータ取付面（以下、「取付面」という）４５に対して斜めに配置されており、斯様に筒状容器３５を斜めに配置することで、特開平６−２００７５２号に於て本出願人が開示したように筒状容器３５の共振点をエンジン高回転域にシフトさせて、通常走行時のエンジン回転数領域での筒状容器３５の振動の低減を図ると共に、以下に述べる本実施形態の特徴たる２本のブランチ管４７，４９のオフセット量を確保できるようになっている。
【００１７】
ブランチ管４７，４９は、図１に示すようにフランジ５１，５３を介して取付面４５に固定された略Ｌ字状をなし、各ブランチ管４７，４９に、夫々、２つの排気ポート５５，５７，５９，６１が連通している。そして、この２本のブランチ管４７，４９が集合容器３７内に挿入接続されているが、図２に示すように一方のブランチ管４７は、集合容器３７の中心部Ｏよりもエンジン４３側（本明細書に於て、「エンジン側」とは、集合容器３７の中心部Ｏに対してエンジン側をいい、集合容器３７の中心部Ｏを挟んでこれと反対側を「反エンジン側」という）に挿着され、他方のブランチ管４９はこれとオフセットして反エンジン側に挿着されている。
【００１８】
そして、図１及び図２に示すように、両ブランチ管４７，４９の挿入側先端部４７ａ，４９ａは、金属触媒担体４１の上流側端面４１ａ及び取付面４５に対し夫々略平行に配置されると共に、集合容器３７内に流入した排ガスＧが当該集合容器３７の内周に沿って渦流となるように、各挿入側先端が集合容器３７内に開口した構造となっている。
【００１９】
又、図１に示すように集合容器３７には、内方へ突設したすり鉢状の座６３を介してＯ_２センサ６５が挿着されているが、当該Ｏ_２センサ６５は、集合容器３７の中心部Ｏから短径に沿って反エンジン側に挿着されている。
即ち、図２に示すようにブランチ管４７，４９を通って集合容器３７内に排ガスＧが流入すると、集合容器３７内に渦流がその内周に沿って発生するが、排ガスＧの流れには方向性があるため、渦流の中心は集合容器３７の中心部Ｏから外方に偏る傾向にある。
【００２０】
そこで、本実施形態は、Ｏ_２センサ６５を集合容器３７の中心部Ｏから外方へオフセットして渦流の略中心にＯ_２センサ６５を配置することで、ブランチ管４７，４９の排ガス濃度を均等に感知することができるようになっている。
更に又、上記ブランチ管４７，４９の内壁には、図１に示すように偏流発生手段としてのオリフィス６７を有する偏流板６９が設けられており、各排気ポート５５，５７，５９，６１からブランチ管４７，４９内に流入した排ガスＧの流れを当該オリフィス６７で乱して、集合容器３７内に流入する排ガスＧに偏流を発生させるようになっている。
【００２１】
而して、ブランチ管４７，４９内に上述の如きオリフィス６７を設ける理由は、次の通りである。
排気ポート５５，５７，５９，６１から流出した排ガスＧは、夫々、ブランチ管４７，４９を介して集合容器３７内に流入するが、排ガスＧの流れは、排気ポート５５，５７，５９，６１毎にブランチ管４７，４９の内壁に沿って異なる方向性を持った流れとして集合容器３７内に流入するため、集合容器３７内に発生する渦流の中心が一定しない虞がある。
【００２２】
そこで、これを防止すべく上記オリフィス６７で排ガスＧの流れを乱すことにより、各ブランチ管４７，４９の挿入側先端から排ガスＧを同じ方向性を以って集合容器３７内に流入させることで、均一な渦流を発生させて常に渦流の略中心にＯ_２センサ６５が位置するようにするためである。
【００２３】
尚、オリフィス６７の形状や大きさ等については特に限定はなく、又、図示しないが、斯かるオリフィス６７に代えて、例えばブランチ管４７，４９の内壁に沿ってコイルスプリングを装着して偏流を発生させたり、或いは又、ブランチ管４７，４９の内壁に凸状部等を設けてもよい。
このように、本実施形態に係るマニホールドコンバータ７１は、ブランチ管４７，４９をエンジン側と反エンジン側にオフセットして集合容器３７に挿着すると共に、その挿入側先端部４７ａ，４９ａを金属触媒担体４１の上流側端面４１ａ及び取付面４５に対し夫々略平行に配置し、そして、その挿入側先端を逆方向に開口させたから、集合容器３７内に流入した排ガスＧは当該集合容器３７の内周に沿った渦流となって、金属触媒担体４１の上流側端面４１ａに均一に分配されることとなる。
【００２４】
そして、このとき、ブランチ管４７，４９の流路に設けたオリフィス６７が、各排気ポート５５，５７，５９，６１からブランチ管４７，４９内に流入した排ガスＧの流れを乱すことにより、各ブランチ管４７，４９の挿入側先端から排ガスＧを同一の方向性を以って集合容器３７内に流入させて、集合容器３７内に均一な渦流を発生させることとなる。そして、既述したように、排ガスＧの流れには方向性があるため、発生する渦流の中心は集合容器３７の中心部Ｏから外方に偏るが、本実施形態では、Ｏ_２センサ６５を集合容器３７の中心部Ｏから外方へオフセットして渦流の中心と略一致するように配置したので、当該Ｏ_２センサ６５が、ブランチ管４７，４９の排ガスＧ中の酸素濃度を高精度に計測することとなる。
【００２５】
従って、本実施形態に係るマニホールドコンバータ７１によれば、金属触媒担体４１の上流側端面４１ａに沿って集合容器３７内に排ガスＧの渦流を発生させるので、排ガスＧを上流側端面４１ａに均一に分配させることが可能となって、従来の如き排ガス集中が解消されることとなった。
而も、排ガスＧの渦流の略中心にＯ_２センサが位置するので、排ガスＧ中の酸素濃度を正確に計測することができる。
【００２６】
加えて、本実施形態では、筒状容器３５を取付面４５に対し斜めに配置することで、排ガスＧに渦流を発生させるための２本のブランチ管４７，４９のオフセット量が確保できると共に、筒状容器３５の共振点をエンジン高回転域にシフトさせることができるので、通常走行時のエンジン回転数領域での筒状容器３５の振動の低減が可能となった。
【００２７】
尚、上記実施形態では、触媒担体として、楕円形状の金属触媒担体４１を用いたが、レーシングトラック形状や長円形状の金属触媒担体を用いてもよいし、又、本発明は、斯かる金属触媒担体に代えてセラミック製の触媒担体を用いたマニホールドコンバータにも適用できるものである。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１に係るマニホールドコンバータによれば、触媒担体の上流側端面に沿って集合容器内に排ガスの渦流を発生させるので、排ガスを当該上流側端面に均一に分配させることが可能となって、従来の如き触媒担体への排ガス集中が解消されることとなった。
【００２９】
又、排ガスの渦流の中心とＯ₂センサの取付位置が略一致するので、排ガス中の酸素濃度を高精度に計測することが可能となる。
【００３０】
又、請求項２に係る発明によれば、偏流発生手段が、エンジンからブランチ管内に流入した排ガスの流れを乱すことにより、各ブランチ管の挿入側先端から排ガスを同一の方向性を以って集合容器内に流入させるため、集合容器内に均一な渦流を発生させることとができ、その結果、排ガスの渦流の中心とＯ₂センサの取付位置が略一致して、排ガス中の酸素濃度をより高精度に計測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１及び請求項２の一実施形態に係るマニホールドコンバータの正面図である。
【図２】図１に示すマニホールドコンバータの平面図である。
【図３】従来のマニホールドコンバータの正面図である。
【図４】金属触媒担体の平面図である。
【図５】従来の他のマニホールドコンバータの要部断面図である。
【符号の説明】
３５筒状容器
３７集合容器
４１金属触媒担体
４５取付面
４７，４９ブランチ管
５１，５３フランジ
６５Ｏ_２センサ
６７オリフィス
７１マニホールドコンバータ

Claims

触媒担体（４１）を収容する筒状容器（３５）の排ガス流入側に装着した集合容器（３７）に、エンジンの排気ポート（５５，５７，５９，６１）に連通する２本のブランチ管（４７，４９）を挿着し、当該集合容器（３７）にＯ₂センサ（６５）を挿着したマニホールドコンバータに於て、
上記ブランチ管（４７，４９）の一方を集合容器（３７）の中心部（Ｏ）よりもエンジン（４３）側に挿着し、他方のブランチ管（４９）を反エンジン（４３）側に挿着して、各ブランチ管（４７，４９）の挿入側先端部（４７ａ，４９ａ）を触媒担体（４１）の上流側端面（４１ａ）に対し略平行に配置すると共に、集合容器（３７）内に流入した排ガスが当該集合容器（３７）の内周に沿った渦流となるように、両ブランチ管（４７，４９）を集合容器（３７）内に開口し、
前記Ｏ ₂ センサ（６５）を集合容器（３７）の中心部から反エンジン（４３）側に挿着して、集合容器（３７）内に発生する渦流の中心と略一致させたことを特徴とするマニホールドコンバータ。
ブランチ管（４７，４９）の内壁に、偏流発生手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載のマニホールドコンバータ。