JP3922011B2 - Exhaust pipe - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気管の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関では、内燃機関より排出される排気を大気中に放出する前に、排気中に含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)等の有毒ガス成分を浄化又は除去することにより排気ミッションを向上させることが要求されており、これら排気ミッションを向上させる手段の一つに排気浄化触媒により排気中に含まれる有害ガスを浄化する技術が提案されている。
【0003】
排気浄化触媒としては、例えば三元触媒、吸蔵還元型NOx触媒、選択還元型NOx触媒、酸化触媒、若しくはこれらの排気浄化触媒を適宜組み合わせてなる排気浄化触媒など、多種多様の排気浄化触媒が開発されている。
【0004】
前記吸蔵還元型NOx触媒においては、その排気浄化の機能として、この吸蔵還元型NOx触媒に流入する排気の酸素濃度が高い時は排気中のNOxを吸収し、流入する排気の酸素濃度が低下し、かつ還元剤がその排気中に存在する時は吸収していたNOxを放出しつつ窒素に還元せしめる触媒である。
【0005】
しかし、この吸蔵還元型NOx触媒では、その浄化する排気中に硫黄酸化物(SOx)が存在すると、このSOxもNOxと同様に吸収する特性(SOx被毒)を有していた。
【0006】
この吸蔵還元型NOx触媒に吸収されたSOxは、触媒上で硫酸塩を形成し、この硫酸塩はNOxを吸収、還元する工程で還元できず、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸収能力を低下させるものであった。
【0007】
よって、このSOxを除去するために、例えば吸蔵還元型NOx触媒の雰囲気温度を約500〜700℃の高温にすると共に、吸蔵還元型NOx触媒に流入する排気中に燃料を添加して空燃比を低くする。すると、この燃料中のHCや、排気に含まれるCOと硫酸塩が反応して還元、除去を行い、吸蔵還元型NOx触媒を回復させることができる(SOx被毒回復)。
【0008】
この、排気中に燃料を添加して空燃比が低くなった状態を形成するために、内燃機関の一部の気筒より排出される排気を空燃比が高い状態とし、他の気筒より排出される排気を空燃比が低い状態として、これらの排気を集合させ、触媒に流入させて、燃料と酸素を反応させて触媒温度を上昇させ、SOx被毒回復を行う方法がある。
【0009】
また、吸蔵還元型NOx触媒には、内燃機関の排気量が大きくなると、それに対する浄化能力を向上させるために大型となるが、その搭載性の問題からこれを分割し、複数の触媒を用いて触媒の浄化能力を向上させる場合がある。
【0010】
更に、搭載性の観点、例えばプロペラシャフトとの干渉を避けるため等から、複数、例えば2個の触媒を、その前の排気通路の中心軸線に対して外れた位置(オフセット位置)に設ける場合もある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように内燃機関の排気量の増大に伴って、排気浄化触媒を分割することにより、搭載空間確保の問題を解決しつつ、その排気浄化能力を向上させることは可能となったが、その浄化すべき排気を流す排気通路の構造が複雑になる結果となった。
【0012】
前記のSOx被毒回復時においては、上流側で、空燃比が高い排気と、空燃比が低い排気とが均等な空燃比になるように混合された状態の排気が、分割されたそれぞれの排気浄化触媒に流入することが必要となる。触媒流入前に空燃比の異なるこれらの排気が十分に混合されていないと、それぞれの触媒で空燃比が異なることにより、一方の触媒のSOx被毒回復が遅れたりする。さらに場合によっては、一方の触媒の雰囲気がSOx被毒回復に必要な空燃比にならないことによって十分なSOx被毒回復ができなくなることもある。
【0013】
また、複数の排気浄化触媒を設けると、必然的に排気通路に屈曲部が形成されることになる。この屈曲部にそのまま排気が流れる場合は、各触媒に流入する排気量が異なり、結果として各触媒におけるSOx被毒回復に要する時間が異なってくる。
【0014】
これらの問題は、吸蔵還元型NOx触媒に限ったものではなく、例えばディーゼル機関などで、排気中の微粒子を捕捉して還元、除去するパティキュレートフィルタで、その酸化燃焼時に添加剤として燃料を排気通路上流よりパティキュレートフィルタに供給する場合なども同様の問題が発生する。
【0015】
本発明は上記問題に鑑みてされたもので、排気浄化触媒を分割し、排気通路が屈曲した排気管において、複数の排気浄化触媒にほぼ均一な成分の排気を偏りがないように導入することができる排気管を提供することを課題とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、前記の課題を解決するために、以下の手段を採用した。
すなわち、内燃機関の複数の排気口に接続された排気管の複数の排気通路を単一の排気通路に集合させる排気集合部と、この排気集合部下流に接続された直線状排気通路と、この直線状排気通路の下流に設けられた複数に分岐した排気通路とを備えた排気管であって、この排気管内には、前記排気集合部の集合位置から直線状排気通路にかけて設けられた第1の仕切板と、前記直線状排気通路から排気通路分岐位置にかけて設けられ、前記第1の仕切板とは連続しない第2の仕切板とを有し、第1の仕切板の終端に対して第2の仕切板の始端が捩れ位置にあることを特徴とする排気管とした。
【0017】
この排気管では、排気集合部にて集められるそれぞれ空燃比の異なる排気が排気集合部の集合位置に設置された第1の仕切板を介して合流し、1本の排気通路に集合させられる。次に排気通路の直線状の部分に、第1の仕切板と捩れの位置、好ましくは第1の仕切板に対して軸方向に90°回転した位置に設けた第2の仕切板により、前記第1の仕切板にて合流した排気を、分岐する排気通路に均等な空燃比になるように分流することができる。
【0018】
前記の分岐した排気通路には排気浄化装置が設けられ、排気に対する浄化装置の排気流入面面積を大きくして排気浄化能力の向上を図っている。
【0019】
また、前記第2の仕切板は排気通路を均等に分割することにより、分岐する排気通路に流れる排気の流量がそれぞれ均等になるように作用する。
【0020】
前記第1の仕切板及び第2の仕切板には、それぞれ第1の仕切板及び第2の仕切板によって分割された排気通路間を連通する貫通孔を設けることができる。これは、仕切板に孔を開けることにより、仕切板表面の摩擦係数を他の配管内面より大きくし、排気流中に部分的な抵抗となる部分を設けて、排気流中に乱流を生じさせること、仕切板を通過するそれぞれの排気の圧力差により、貫通孔を通して他の排気通路に流入することによる排気の混合を促進させるものである。その結果、排気集合部の枝管より集められる空燃比の異なる排気を配管内部で混合することになる。
【0021】
第2の発明では、
排気を均一に排気浄化装置に流入させる手段として、内燃機関の排気口に接続された排気管の排気通路を単一の排気通路に集合させる排気集合部と、この排気集合部下流に接続された直線状排気通路と、この直線状排気通路の下流に設けられ、断面積が拡大した拡大排気通路と、この拡大排気通路に並列して設けられた複数の排気浄化装置とを備えた排気管であって、前記直線状排気通路下流から排気浄化装置を有する拡大排気通路に斜方向から排気が流入するように直線状排気通路と拡大排気通路との間に屈曲排気通路を介在させ、排気通路の流れ方向中心軸が、拡大排気通路の流れ方向中心軸と、拡大排気通路分岐位置より上流にて交わるように形成されたことを特徴とする排気管とした。
【0022】
この排気管は、直線状排気通路までの構成は前記排気管と同様であるが、直線状排気通路から後方の構成が異なり、排気が排気集合部にて集められ、直線状排気通路を通過した後に屈曲排気通路に流入する。この屈曲排気通路の曲率半径を小さくし、この屈曲排気通路から分岐位置までを構成する拡大排気通路と触媒の中心軸線との成す角を80°〜90°とする。これにより、屈曲排気通路で排気に負荷抵抗となる澱みを発生させて排気を混合するとともに、屈曲排気通路の下流に形成される拡大排気通路を排気浄化装置を有する各通路の分岐位置に斜方向から流入するようにする。この斜方向から流入する際には、拡大排気通路の流れ方向中心軸が、排気浄化装置の流れ方向中心軸と、拡大排気通路分岐位置より上流にて交わることにより、入射側に設置された排気浄化装置に排気が集中することなく、並列した排気浄化装置に偏りなく排気を流入させることが可能となる。
【0023】
また、前記直線状排気通路断面の軸方向当射影と排気浄化装置の排気流入面とは直接重合ぜず、かつ前記直線状排気通路下流から屈曲排気通路、拡大排気通路を介して排気浄化装置の排気流入面までの管径が段階的に大きくなることとした。
【0024】
これは、直線状排気通路を流れる排気が、排気浄化装置の排気流入面に直接流れ込まないように、直線状排気通路を流れた後に屈曲排気通路を設けて抵抗とし、その後に排気流入面に流入することと、前記屈曲排気通路による抵抗で流れ方向を変えられてその流速が緩んだ排気を、排気通路径より大きな排気流入面に均一に流入させるために、排気通路径を段階的に大きくして、通路全体の圧力を均一にして排気浄化装置に流入させるためである。
【0025】
以上のように本発明によれば、排気管内を流れる排気を均一に分散、混合可能となる。
【0026】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
以下、本発明に係る内燃機関の排気通路を構成する排気管の具体的な実施態様を図面に基づいて説明する。
【0027】
図1は、本発明に係る内燃機関の排気系を構成する排気管及び内燃機関の燃焼室から排気口までの概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、6つの気筒を有する4サイクルの水冷式ガソリンエンジンである。この内燃機関1には各気筒の燃焼室2a〜2fに臨むよう点火栓3が取り付けられている。
【0028】
前記内燃機関1には、吸気枝管11が接続され、この吸気枝管11の各支管は、図示してない吸気ポートを介して各気筒の燃焼室2a〜2fと連通している。前記吸気枝管11はサージタンク12に接続され、このサージタンク12は吸気管を介してエアクリーナボックス13に接続されている。
【0029】
前記吸気管には図示しないアクセルペダルと連動して、前記吸気管内を流れる吸気流量を調節するスロットル弁14が設けられている。スロットル弁14には、その開度に対応した電気信号を出力するスロットルポジションセンサ31が取り付けられ、その開度が検出される。
【0030】
前記吸気枝管11の各支管11a〜11fには各気筒の吸気ポートへ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁4が取り付けられている。この燃料噴射弁4は燃料分配管5と連通しており、燃料分配管5は図示しない燃料ポンプと連通している。この燃料ポンプから排出された燃料は前記燃料分配管5に供給され、次いで燃料分配管5から各燃料噴射弁4へ分配されるようになっている。
【0031】
これらの燃料噴射弁4は、電気配線を介して駆動回路32と接続されており、この駆動回路32から燃料噴射弁4へ駆動電力が印加されると、弁が開弁して燃料を噴射するようになっている。
【0032】
一方、内燃機関1には、図示しない排気ポートと連通している排気枝管21をまとめた排気集合管22が接続され、その下流には排気中の有害物を浄化するための触媒が設けられた排気管が接合されている。
【0033】
触媒機構の設置箇所及び排気経路の構成は、図2に示すように燃焼室2a〜2cに対応する排気枝管21a〜21cと燃焼室2d〜2fに対応する排気枝管21d〜21fとをそれぞれ集合させた後に第1の触媒23a、23bを設ける。
【0034】
この第1の触媒23a、23bを通過した後、排気枝管21a〜21fが合流して1本の直線状排管24となり、この直線状配管24の直線部の終了箇所において二手に分岐し、その分岐した排気通路に第2の触媒25a、25bを設ける。
【0035】
この第2の触媒25a、25bの後方において排気管は再び合流して1本の排気管となり、この排気通路内には第3の触媒26が配設されている。この第3の触媒26の後部にはマフラ27が接続されている。
【0036】
前記第1の触媒23a、23b及び第2の触媒25a、25bは、例えば排気の流れ方向に沿った貫通孔を複数有するような格子状に形成されたコージェライトからなるセラミック担体と、このセラミック担体の表面にコーティングされた触媒層を備えたものとする。この触媒層には多数の細孔を有する多孔質のアルミナ(AL23)の表面にNOx吸収剤として機能する、例えばカリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、セシウム(Cs)のようなアルカリ金属、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)、のようなアルカリ土類金属、あるいはイットリウム(Y)のような希土類と、酸化触媒(貴金属触媒)として機能する、例えば白金(Pt)のような貴金属とが担持されており、NOx触媒として構成されている。
【0037】
このようなNOx触媒は、排気中の酸素濃度が高い状態ではNOxを吸収し、排気中の酸素濃度が低い状態(排気中にHCやCO等が存在)では、貴金属触媒がこれらHCやCOの酸化反応を促進することで、NOxを酸化成分、HCやCOを還元成分とする酸化還元反応が両者間で発生する。すなわち、HCやCOはHOやCO2に酸化され、NOxはN2に還元される。
【0038】
しかし、その成分中に硫黄酸化物(SOx)を含んだ排気が前記NOx触媒に流入した場合、NOxが吸収される工程と同様な工程でそのNOx触媒に吸収される(SOx被毒状態)。この吸収されたSOxは、NOxを還元する工程で還元することは不可能であり、結果としてNOx触媒のNOx吸収能力を低下させ、NOx触媒の浄化能力が減少することとなる。
【0039】
前記第1の触媒23a、23bは内燃機関始動直後の低温時に、排気中の有害物をいち早く浄化する役目を果たすものである。よって、極力排気ポートの近部に設けて、排気通路内にて排気が温度低下しない位置にて排気を内部に取り込み、また熱量を小さくすることにより、触媒床温を極力早く浄化反応可能な温度まで上昇させる。
【0040】
これに対して、第2の触媒25a、25bは、駆体を大きくして、そのNOx吸収能力を大きくすることにより、排気の雰囲気が長期に渡って高酸素濃度になった場合やSOxが流入してSOx被毒状態になりつつある場合でも、NOxを吸収して大気中にNOxが排出されることを防止可能となる。
【0041】
第3の触媒26は、例えば排気の流れ方向に沿う貫通孔を複数有するような格子状に形成されたコージェライトからなるセラミック担体と、このセラミック担体の表面にコーティングされた触媒層を備え、この触媒層が多数の細孔を有する多孔質のアルミナ(AL23)の表面に白金−ロジウム(Pt−Rh)系あるいは、パラジウム−ロジウム(Pd−Rh)系の貴金属触媒物質を担持させて形成した三元触媒である。
【0042】
このように構成された第3の触媒26は、所定温度以上の時に活性し、触媒本体に流入する排気の空燃比が所望の空燃比近傍にあると、排気に含まれるHC及びCOを排気中のO3と反応させてH2O及びCO2に酸化すると同時に、排気中のNOxを排気中のHC及びCOと反応させてH2O、CO2、N2へ還元する。
【0043】
前記のように構成された第3の触媒26は、第2の触媒25a、25bの下流に設けられることにより、第2の触媒25a、25bで未浄化のまま排出される排気を浄化し、外気へ排出される有害ガス成分を極力少なくする役割を果たすものである。
【0044】
また第2の触媒25a、25b下流には、排気中のNOx濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力するNOxセンサ33を有している。
【0045】
一方、内燃機関1には、図示しないクランクシャフトの端部に取り付けられたタイミングロータと、内燃機関1のシリンダブロックに取り付けられた電磁ピックアップとを含み、前記クランクシャフトが所定の角度回転する都度、パルス信号を出力するクランク角センサ34が取り付けられている。
【0046】
このように構成された内燃機関1には、この内燃機関1を制御するための電子制御ユニット(ECU)80が併設されている。ECU80には、NOxセンサ33、スロットルポジションセンサ31、クランク角センサ34等の各種センサが電気配線を介して接続され、各センサの出力信号がECU80に入力されるようになっている。
【0047】
また、前記ECU80には、点火栓3、駆動回路32等が電気配線を介して接続され、前記した各種センサの出力信号値をパラメータとして点火栓3、駆動回路32等を制御することが可能である。
【0048】
図3に示すように、ECU80は中央演算処理装置(CPU)81、読み出し専用メモリ(ROM)82、ランダムアクセスメモリ(RAM)83及び運転停止後も記憶した情報が消去されないバックアップRAM84、タイマカウンタ85等と、A/D変換器を含む外部入力回路86と、外部出力回路87とが、双方向性バス88により接続されて構成される論理演算回路を備える。
【0049】
ECU80は、前記各種センサの検出信号を外部入力回路を解して入力し、これら信号に基づいてECU80に設けたCPU81において、ROM82に記憶されているプログラムから、内燃機関1の燃料噴射等についての基本制御を実行する他、燃料噴射の供給量制御や点火制御、吸気量制御等、内燃機関1の運転状態に関係する各種制御を行う。
【0050】
次に、本発明の要旨である排気管の構成を説明する。
【0051】
先ず、NOx触媒である第2の触媒25a、25bにて排気中のSOxによるSOx被毒が発生し、排気中のNOx成分が第2の触媒25a、25bを通過して下流に排出されるようになる。これを第2の触媒25a、25b下流のNOxセンサ33により検出し、排気中のNOx濃度が既定値以上である時は、CPU81がROM82に記憶してあるプログラムに従い、SOx被毒回復手段である触媒への燃料添加制御を実行する。この制御により内燃機関1の燃焼室2a〜2cでは通常通り燃料噴射弁にて燃料噴射が行われ、点火栓3にて燃料点火が行われるが、燃焼室2d〜2fでは、燃料噴射のみ行われ燃料点火は行われない。
【0052】
これにより、燃焼室2d〜2fでは未燃焼燃料が発生することによりその排気は還元剤である燃料過剰状態となる。また燃焼室2a〜2cでは通常の燃焼が行われるため燃料希薄状態となる。よって排気枝管21a〜21cと排気枝管21d〜21fではその空燃比が異なることとなり、これら異なる空燃比の排気を均一に混合してSOx被毒してる触媒に流入させ、触媒床温を上昇させると共に、還元剤となる燃料にてSOx成分を還元する。
【0053】
図2に示すように排気通路は前記の排気枝管21a〜21c、21d〜21fをそれぞれ排気集合管22a、22bに集め、その後の排気通路内に第1の触媒23a、23bを設ける。この第1の触媒23a、23bの後方では図4に示すように合流部41にて2本の排気通路を合流させる。合流後、1本になった排気通路は直線状配管24となり、この直線状配管24の下流に分岐部42が設けられ、この分岐部42より再び2本の排気通路となる。この2本の排気通路内にはそれぞれ第2の触媒25a、25bが設けられ、その後に排気通路は再び合流して1本の排気通路となり、第3の触媒26及びマフラ27を経る排気通路が構成される。
【0054】
前記の合流部41は図4(a)に示すように合流部41の中央に仕切板28aを設けており、この仕切板28aには図4(a)に示すように貫通孔43が多数開けられている。この貫通孔43によりそれぞれ排気集合管23a、23bより流れてきた排気の流れが乱されて乱流が発生し、それぞれ濃度の異なる排気が撹拌、流通されることになる。
【0055】
また、直線状配管24が終了する箇所である分岐位置42には前記の仕切板28aと直角の捩れ位置になるように仕切板28bを設ける。図4(b)に示すように直線部分に仕切板28bを設けることにより、それぞれの触媒に同量の排気を流すことが可能となる。また、この仕切板28bを合流位置41の仕切板28aに対して軸方向に90°回転した捩れ位置に設けることにより、合流箇所で撹拌された排気を、それぞれの通路に偏りなく流すことが可能となる。
【0056】
また、前記仕切板28bに、前記仕切板28aと同様の貫通孔43を設けることにより、分岐位置42においても排気を撹拌、流通させることが可能となる。
【0057】
直線状配管24後方の分岐部42にて分かれた排気通路は、流れる排気が直線状配管24から直接に第2の触媒25a、25bに流入しないようにクランク形状として、かつ触媒位置に近づくに従いその管径も大きくする。この構成は、配管をクランク形状にすることにより排気抵抗を生じさせるためのもので、その抵抗を受けた排気の通路を徐々に広げることにより、排気が通路内に拡散し、その結果、配管断面より大きな触媒断面に均一な排気を流入させることが可能となる。
【0058】
第2の触媒25a、25bの後方にて排気通路が再び合流した後に第3の触媒26を設ける。この第3の触媒26で排気中に残存する未処理分NOx等をを浄化し、その排気はマフラ27を介して外気に放出される。
【0059】
以上の構成により、併設する第2の触媒25a、25bにそれぞれほぼ同量の排気を流入させることが可能となり、その流入した排気もほぼ均一な成分となる。これにより、SOx被毒回復のために行うNOx触媒の昇温工程が第2の触媒25a、25bにて同時に行えるようになり、SOx被毒回復に際しSOxの還元剤として用いられる燃料も第2の触媒25a、25bにそれぞれ同量となるように添加することができる。また、第2の触媒25a、25bに排気が流入する際には、それぞれの排気流入面29に対してほぼ均一に排気が流入するので、各触媒におけるSOx被毒回復をほぼ均等に行える。
【0060】
(実施の形態2)
次に実施の形態2について述べる。この実施の形態では、排気管の先端から直線状配管24までの構造は実施の形態1のものと同様であるので説明を省略し、直線状配管24以降の構造について説明する。ここでは第2の触媒25a、25bを構成する排気通路を、図5(a)に示すように分岐箇所を排気流入面29a、b直前に設けた形態とした。
【0061】
本構成においては図5(b)に示すよう、並列に配置された触媒の中心軸46と配管の直線箇所から各触媒の流入面までを構成する拡大排気通路となるコーン状配管30の中心軸45とが成す角度をθ=80°〜90°となるようにして、直線状配管24からコーン状配管30の下流に設けられた第2の触媒25a、25bの排気流入面29a、bに直接排気が流入しないようにする。これにより直線状配管24から第2の触媒25a、25b迄の間の排気流れの負荷抵抗を大きくする。また、前記コーン状配管30を流れる排気が触媒を有する配管の分岐位置に斜方より流入するように触媒を設置する。また、前記コーン状配管30の中心軸45が第2の触媒25a、25bの中心軸46と分岐位置42より上流側で交わるようにそれぞれの排気通路を設置することにより、入射方向外側の触媒である第2の触媒25bに対するコーン状配管30の断面投射面積を大きくする。
【0062】
このように第2の触媒25bに対する前記のコーン状配管30の断面投射面積を大きくすれば、入射方向外側である第2の触媒25bに流入する排気流量を多くすることが可能となる。
【0063】
これに対して入射方向内側に配置した第2の触媒25aは、この第2の触媒25a上流の排気通路形状が屈曲しており、かつこの第2の触媒25aはその屈曲している排気通路の外周側に設置されているため、排気流入面29aに流入する排気の速度が速くなって排気圧が高まり、排気流入面29aに対応するコーン状配管30の断面等射影の単位面積当たりの排気流量が大きくなる。
【0064】
よって、コーン状配管30の対応する断面当射面積は小さいが、排気流速が早くて排気圧が高い入射方向内側の第2の触媒25aと、コーン状配管30の対応する投射面積は大きいが、排気流速は遅くて排気圧が低い入射方向外側の第2の触媒25bとが存在するため、コーン形状、コーン状配管の中心軸45と触媒中心軸46との交点位置及びこれらが成す角を調整することにより、双方の第2の触媒25a、25bにほぼ同量の排気流量を流入させることが可能となり、それぞれのNOx触媒を同様にSOx被毒から昇温還元させることが可能となる。また、実施の形態1と同様に排気流入面29a、b迄の管径を徐々に大きくすることにより、第2の触媒25a、25bへの偏流を無くし排気流入面29a、bの流量分布を均一化することも可能となる。よって本実施の形態においても実施の形態1と同様に第2の触媒25a、25bにおいてほぼ均等にSOx被毒回復を行うことが可能となる。
【0065】
このように、実施の形態1及び2の構成により、異なった空燃比の排気を混合して空燃比が均一な排気とし、複数の触媒を有した排気通路にほぼ等量の排気を分配することが可能となる。また、実施の形態1において、貫通孔43を設けることにより、合流部41での脈動を低減し、排気管放射音を低減すること等も副次的な作用として例示できる。
【0066】
更に付け加えるならば、実施の形態1において、図1の直線状配管24の上流のみの構成、すなわち合流部41に仕切板28aが設置してあり、かつその仕切板28aに貫通孔43が設けられる構成であっても、排気集合管に流入する異なった濃度の排気を合流部41にて混合可能であり、その下流に単一の触媒を設けて、この触媒の排気流入面に対して均等な空燃比になるように混合された排気を流入させることも可能である。
また、逆に図1の直線状配管24上流において既に均一な空燃比の排気が流れているのであれば、直線状配管24下流の排気管構成のみによって、第2の触媒25a、25bに均等に排気を流入させることが可能となる。
【0067】
以上、例示した構成においてはガソリンエンジンとそれに付属する触媒において特にSOx被毒回復について述べたものであるが、これに限らず例えばディーゼルエンジンとディーゼルエンジンより排出される煤や、SOF等の粒子状物質を浄化するフィルタ状の排気浄化装置においても本実施の形態1及び2の構成と同様な構成にて排気を浄化することが可能である。すなわち、内燃機関の種類、排気浄化装置の種類に関わらず、本発明の構成をとることによりほぼ均一な排気を複数の排気通路に設けられた排気浄化装置に偏らないように流入させ、各々の排気浄化装置でほぼ均等に排気を浄化することが可能となる。
【0068】
【発明の効果】
本発明によれば、異なる空燃比の排気が流入する集合管から1本の排気管に流入させる際にほぼ均一な空燃比の排気となるように集合させ、そのほぼ均一な空燃比の排気を後方の排気通路に分配できる。従ってこの排気通路に設置される排気浄化触媒に偏りなく排気を流入させて、複数設けられた排気浄化触媒のSOx被毒を均等に回復すること等が可能となる。
【0069】
このように、複数の排気通路に各々設置される排気浄化装置がある場合に、これらが同様な排気浄化環境を形成するので、特定の排気浄化装置に負担がかかることがなくなる。すなわち、同一の排気浄化装置を使用して同一に排気浄化をすることが可能となるから、何れかの排気浄化装置のみが早期に劣化することもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態1に係るガソリンエンジンとその排気通路を示す概念
平面図。
【図2】本実施の形態1に係る排気通路の側面図。
【図3】同実施の形態に係る、ECU周りの構成概念図。
【図4】(a)同実施の形態に係る、直線部排気通路内の平面断面図。
(b)同実施の形態に係る、直線部排気通路内の側面断面図。
【図5】(a)本実施の形態2に係る、第2の触媒を有する排気通路の断面斜視図。
(b)同実施の形態に係る、第2の触媒を有する排気通路の断面図。
【符号の説明】
1 内燃機関
2a〜2f 燃焼室
3 点火栓
4 燃料噴射弁
5 燃料分配管
11a〜11f 吸気枝管
12 サージタンク
13 エアクリーナボックス
14 スロットル弁
21a〜21f 排気枝管
22a、22b 排気集合管
23a、23b 第1の触媒
24 直線状配管
25a、25b 第2の触媒
26 第3の触媒
27 マフラ
28a、28b 仕切板
29 排気流入面
30 コーン状配管
31 スロットルポジションセンサ
32 駆動回路
33 センサ
34 クランク角センサ
41 合流位置
42 分岐位置
43 貫通孔
44 中心軸
45 中心軸
46 触媒中心軸
80 電子制御装置(ECU)
81 中央演算処理装置(CPU)
82 読み出し専用メモリ(ROM)
83 ランダムアクセスメモリ(RAM)
84 バックアップRAM
85 タイマカウンタ
86 外部入力回路
87 外部出力回路
88 双方向バス
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to the structure of an exhaust pipe of an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in an internal combustion engine mounted on an automobile or the like, before the exhaust discharged from the internal combustion engine is released into the atmosphere, carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC), nitrogen oxide ( NOx) and other toxic gas components are required to be purified or removed to improve exhaust missions. One of the means to improve these exhaust missions is to purify harmful gases contained in the exhaust by an exhaust purification catalyst. Techniques to do this have been proposed.
[0003]
As exhaust purification catalysts, a wide variety of exhaust purification catalysts such as three-way catalysts, storage reduction type NOx catalysts, selective reduction type NOx catalysts, oxidation catalysts, or exhaust purification catalysts obtained by appropriately combining these exhaust purification catalysts have been developed. Has been.
[0004]
In the NOx storage reduction catalyst, as an exhaust purification function, when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst is high, the NOx in the exhaust gas is absorbed, and the oxygen concentration of the exhaust gas flowing in decreases. When the reducing agent is present in the exhaust gas, it is a catalyst that reduces the absorbed NOx to nitrogen while releasing it.
[0005]
However, in this NOx storage reduction catalyst, when sulfur oxide (SOx) is present in the exhaust gas to be purified, this SOx also has a characteristic of absorbing (NOx poisoning) in the same manner as NOx.
[0006]
The SOx absorbed in the NOx storage reduction catalyst forms a sulfate on the catalyst, and this sulfate cannot be reduced in the process of absorbing and reducing NOx, reducing the NOx absorption capacity of the NOx storage reduction catalyst. It was a thing.
[0007]
Therefore, in order to remove this SOx, for example, the atmospheric temperature of the NOx storage reduction catalyst is raised to a high temperature of about 500 to 700 ° C., and the fuel is added to the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst to reduce the air-fuel ratio. make low. Then, HC in the fuel, CO contained in the exhaust gas, and sulfate are reacted and reduced and removed, and the NOx storage reduction catalyst can be recovered (SOx poisoning recovery).
[0008]
In order to form a state in which the fuel / air ratio is lowered by adding fuel to the exhaust gas, the exhaust gas discharged from some cylinders of the internal combustion engine is set to a high air / fuel ratio and discharged from other cylinders. There is a method in which the exhaust gas is brought into a low air-fuel ratio state, these exhaust gases are collected and flowed into a catalyst, fuel and oxygen are reacted to increase the catalyst temperature, and SOx poisoning recovery is performed.
[0009]
Further, the NOx storage reduction catalyst becomes large in order to improve the purification capacity when the exhaust amount of the internal combustion engine increases, but this is divided due to the problem of its mounting ability, and a plurality of catalysts are used. The purification capacity of the catalyst may be improved.
[0010]
Further, from the viewpoint of mountability, for example, in order to avoid interference with the propeller shaft, a plurality of, for example, two catalysts may be provided at a position (offset position) deviated from the central axis of the exhaust passage in front of the catalyst. is there.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, it is possible to improve the exhaust purification capability while solving the problem of securing the mounting space by dividing the exhaust purification catalyst with the increase in the exhaust amount of the internal combustion engine. As a result, the structure of the exhaust passage through which the exhaust to be purified flows was complicated.
[0012]
At the time of SOx poisoning recovery, on the upstream side, the exhaust in a state where the exhaust having a high air-fuel ratio and the exhaust having a low air-fuel ratio are mixed so as to have a uniform air-fuel ratio is divided into the respective exhausts. It is necessary to flow into the purification catalyst. If these exhausts having different air-fuel ratios are not sufficiently mixed before the catalyst inflows, the SOx poisoning recovery of one catalyst is delayed due to the different air-fuel ratios of the respective catalysts. Further, in some cases, sufficient SOx poisoning recovery may not be possible because the atmosphere of one catalyst does not reach the air-fuel ratio required for SOx poisoning recovery.
[0013]
Further, when a plurality of exhaust purification catalysts are provided, a bent portion is inevitably formed in the exhaust passage. When exhaust flows directly through the bent portion, the amount of exhaust flowing into each catalyst is different, and as a result, the time required for SOx poisoning recovery in each catalyst is different.
[0014]
These problems are not limited to NOx storage reduction catalysts, but are particulate filters that capture, reduce, and remove particulates in exhaust gas, for example, in diesel engines, and exhaust fuel as an additive during oxidative combustion. The same problem occurs when supplying the particulate filter from the upstream side of the passage.
[0015]
The present invention has been made in view of the above problems. In an exhaust pipe in which an exhaust purification catalyst is divided and an exhaust passage is bent, exhaust of substantially uniform components is introduced to a plurality of exhaust purification catalysts so as not to be biased. It is an object of the present invention to provide an exhaust pipe that can be used.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, the following means are employed in order to solve the above-mentioned problems.
That is, an exhaust collecting portion for collecting a plurality of exhaust passages of an exhaust pipe connected to a plurality of exhaust ports of an internal combustion engine into a single exhaust passage, a linear exhaust passage connected downstream of the exhaust collecting portion, An exhaust pipe having a plurality of branched exhaust passages provided downstream of the linear exhaust passage, wherein a first exhaust pipe is provided in the exhaust pipe from the collection position of the exhaust collecting portion to the linear exhaust passage. And a second partition plate that is provided from the linear exhaust passage to the exhaust passage branch position and is not continuous with the first partition plate, and is located at the second end with respect to the end of the first partition plate. The exhaust pipe is characterized in that the starting end of the partition plate 2 is in a twisted position.
[0017]
In this exhaust pipe, the exhausts having different air-fuel ratios collected at the exhaust collecting part merge together via the first partition plate installed at the collecting position of the exhaust collecting part and are collected in one exhaust passage. Next, in the linear portion of the exhaust passage, the first partition plate and the twisted position, preferably the second partition plate provided at a position rotated by 90 ° in the axial direction with respect to the first partition plate, The exhaust gas merged by the first partition plate can be diverted so that the air-fuel ratio becomes equal to the branched exhaust passage.
[0018]
An exhaust gas purification device is provided in the branched exhaust passage, and the exhaust gas inflow surface area of the purification device for exhaust gas is increased to improve the exhaust gas purification capability.
[0019]
Further, the second partition plate divides the exhaust passage equally so that the flow rates of the exhaust gas flowing through the branched exhaust passages are equalized.
[0020]
The first partition plate and the second partition plate may be provided with through holes that communicate between the exhaust passages divided by the first partition plate and the second partition plate, respectively. This is because by making a hole in the partition plate, the friction coefficient of the partition plate surface is made larger than the inner surface of other pipes, and a part that becomes a partial resistance is provided in the exhaust flow, thereby generating turbulent flow in the exhaust flow. And the mixing of the exhaust by flowing into the other exhaust passage through the through hole due to the pressure difference of each exhaust passing through the partition plate is promoted. As a result, exhausts having different air-fuel ratios collected from the branch pipes of the exhaust collecting part are mixed inside the pipes.
[0021]
In the second invention,
As means for causing the exhaust gas to uniformly flow into the exhaust gas purification device, an exhaust collecting portion for collecting the exhaust passages of the exhaust pipe connected to the exhaust port of the internal combustion engine into a single exhaust passage, and a downstream portion connected to the exhaust collecting portion. An exhaust pipe comprising a straight exhaust passage, an enlarged exhaust passage provided downstream of the straight exhaust passage and having an enlarged cross-sectional area, and a plurality of exhaust purification devices provided in parallel with the enlarged exhaust passage. A bent exhaust passage is interposed between the linear exhaust passage and the enlarged exhaust passage so that the exhaust flows from the oblique direction into the enlarged exhaust passage having the exhaust purification device from the downstream side of the straight exhaust passage, The exhaust pipe is characterized in that the central axis in the flow direction intersects with the central axis in the flow direction of the enlarged exhaust passage upstream from the branch position of the enlarged exhaust passage.
[0022]
This exhaust pipe is similar to the exhaust pipe in the configuration up to the linear exhaust passage, but the rear configuration is different from the linear exhaust passage, and the exhaust gas is collected at the exhaust collecting portion and passes through the linear exhaust passage. Later, it flows into the bent exhaust passage. The radius of curvature of the bent exhaust passage is reduced, and the angle formed between the enlarged exhaust passage and the central axis of the catalyst that forms the bent exhaust passage to the branch position is set to 80 ° to 90 °. As a result, the exhaust gas is mixed with the bent exhaust passage by generating stagnation that becomes load resistance in the exhaust, and the enlarged exhaust passage formed downstream of the bent exhaust passage is obliquely directed to the branch position of each passage having the exhaust purification device. To flow from. When inflowing from this oblique direction, the exhaust flow path center axis of the expanded exhaust passage intersects the exhaust flow purification center axis of the exhaust purification device upstream from the expanded exhaust path branch position, so that the exhaust installed on the incident side Exhaust does not concentrate on the purification device, and it is possible to allow the exhaust to flow evenly into the parallel exhaust purification devices.
[0023]
Further, the axial projection of the cross section of the straight exhaust passage does not directly overlap with the exhaust inflow surface of the exhaust purification device, and the exhaust purification device is connected to the exhaust purification device via the bent exhaust passage and the enlarged exhaust passage from the downstream of the straight exhaust passage. The pipe diameter to the exhaust inflow surface was increased stepwise.
[0024]
In order to prevent the exhaust gas flowing through the straight exhaust passage from flowing directly into the exhaust inflow surface of the exhaust gas purification device, a bent exhaust passage is provided after flowing through the straight exhaust passage, and then flows into the exhaust inflow surface. And the exhaust passage diameter is increased stepwise in order to allow the exhaust flow whose direction of flow has been changed by the resistance of the bent exhaust passage and whose flow velocity is slow to flow uniformly into the exhaust inflow surface larger than the exhaust passage diameter. This is because the pressure in the entire passage is made uniform to flow into the exhaust purification device.
[0025]
As described above, according to the present invention, the exhaust flowing in the exhaust pipe can be uniformly dispersed and mixed.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
Hereinafter, specific embodiments of an exhaust pipe constituting an exhaust passage of an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0027]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration from an exhaust pipe constituting an exhaust system of an internal combustion engine according to the present invention and from a combustion chamber to an exhaust port of the internal combustion engine. An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a four-cycle water-cooled gasoline engine having six cylinders. An ignition plug 3 is attached to the internal combustion engine 1 so as to face the combustion chambers 2a to 2f of each cylinder.
[0028]
An intake branch pipe 11 is connected to the internal combustion engine 1, and each branch pipe of the intake branch pipe 11 communicates with the combustion chambers 2a to 2f of each cylinder via an intake port (not shown). The intake branch pipe 11 is connected to a surge tank 12, and the surge tank 12 is connected to an air cleaner box 13 through an intake pipe.
[0029]
The intake pipe is provided with a throttle valve 14 for adjusting the flow rate of intake air flowing through the intake pipe in conjunction with an accelerator pedal (not shown). A throttle position sensor 31 that outputs an electrical signal corresponding to the opening degree is attached to the throttle valve 14, and the opening degree is detected.
[0030]
A fuel injection valve 4 for injecting fuel toward the intake port of each cylinder is attached to each branch pipe 11a to 11f of the intake branch pipe 11. The fuel injection valve 4 communicates with a fuel distribution pipe 5, and the fuel distribution pipe 5 communicates with a fuel pump (not shown). The fuel discharged from the fuel pump is supplied to the fuel distribution pipe 5 and then distributed from the fuel distribution pipe 5 to each fuel injection valve 4.
[0031]
These fuel injection valves 4 are connected to a drive circuit 32 through electrical wiring. When drive power is applied from the drive circuit 32 to the fuel injection valve 4, the valves are opened to inject fuel. It is like that.
[0032]
On the other hand, the internal combustion engine 1 is connected to an exhaust collecting pipe 22 in which exhaust branch pipes 21 communicating with an exhaust port (not shown) are connected, and a catalyst for purifying harmful substances in the exhaust is provided downstream thereof. Exhaust pipes are joined.
[0033]
As shown in FIG. 2, the installation location of the catalyst mechanism and the configuration of the exhaust path include exhaust branch pipes 21a to 21c corresponding to the combustion chambers 2a to 2c and exhaust branch pipes 21d to 21f corresponding to the combustion chambers 2d to 2f, respectively. After the assembly, the first catalysts 23a and 23b are provided.
[0034]
After passing through the first catalysts 23a and 23b, the exhaust branch pipes 21a to 21f merge to form one straight exhaust pipe 24, branching into two at the end of the straight portion of the straight pipe 24, Second catalysts 25a and 25b are provided in the branched exhaust passage.
[0035]
The exhaust pipes merge again behind the second catalysts 25a and 25b to form one exhaust pipe, and a third catalyst 26 is disposed in the exhaust passage. A muffler 27 is connected to the rear portion of the third catalyst 26.
[0036]
The first catalyst 23a, 23b and the second catalyst 25a, 25b are, for example, a ceramic carrier made of cordierite formed in a lattice shape having a plurality of through holes along the exhaust flow direction, and the ceramic carrier. And a catalyst layer coated on the surface. The catalyst layer has porous alumina (AL 2 O Three ) Function as a NOx absorbent, for example, alkali metals such as potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), cesium (Cs), barium (Ba), calcium (Ca), etc. A rare earth such as an alkaline earth metal or yttrium (Y) and a noble metal such as platinum (Pt) functioning as an oxidation catalyst (noble metal catalyst) are supported, and the NOx catalyst is configured.
[0037]
Such a NOx catalyst absorbs NOx in a state where the oxygen concentration in the exhaust gas is high, and in a state where the oxygen concentration in the exhaust gas is low (HC, CO, etc. exist in the exhaust gas), the noble metal catalyst is composed of these HC and CO. By promoting the oxidation reaction, a redox reaction using NOx as an oxidizing component and HC or CO as a reducing component occurs between the two. That is, HC and CO are HO and CO 2 NOx is oxidized to N 2 Reduced to
[0038]
However, when exhaust gas containing sulfur oxide (SOx) in its components flows into the NOx catalyst, it is absorbed by the NOx catalyst in the same process as the process of absorbing NOx (SOx poisoning state). The absorbed SOx cannot be reduced in the step of reducing NOx, and as a result, the NOx absorption capacity of the NOx catalyst is reduced, and the purification capacity of the NOx catalyst is reduced.
[0039]
The first catalysts 23a and 23b serve to quickly purify harmful substances in the exhaust gas at a low temperature immediately after the internal combustion engine is started. Therefore, it is provided as close as possible to the exhaust port so that the exhaust gas is taken into the exhaust passage at a position where the temperature does not decrease, and the amount of heat is reduced so that the catalyst bed temperature can be purified as quickly as possible. Raise to.
[0040]
On the other hand, the second catalyst 25a, 25b has a larger precursor and larger NOx absorption capacity, so that the exhaust atmosphere becomes a high oxygen concentration over a long period of time or SOx flows in. Even when the SOx poisoning state is approaching, it is possible to prevent NOx from being absorbed into the atmosphere by absorbing NOx.
[0041]
The third catalyst 26 includes, for example, a ceramic carrier made of cordierite formed in a lattice shape having a plurality of through holes along the exhaust flow direction, and a catalyst layer coated on the surface of the ceramic carrier. Porous alumina with a catalyst layer having many pores (AL 2 O Three ) Is supported by a platinum-rhodium (Pt-Rh) or palladium-rhodium (Pd-Rh) noble metal catalyst material.
[0042]
The third catalyst 26 configured as described above is activated when the temperature is equal to or higher than a predetermined temperature. When the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the catalyst body is close to a desired air-fuel ratio, the HC and CO contained in the exhaust are exhausted. O Three React with H 2 O and CO 2 At the same time, NOx in the exhaust reacts with HC and CO in the exhaust to produce H 2 O, CO 2 , N 2 To reduce.
[0043]
The third catalyst 26 configured as described above is disposed downstream of the second catalysts 25a and 25b, thereby purifying the exhaust gas that has not been purified by the second catalysts 25a and 25b, thereby It plays a role in minimizing harmful gas components discharged into the water.
[0044]
Further, downstream of the second catalysts 25a and 25b, there is a NOx sensor 33 that outputs a detection signal that continuously changes in accordance with the NOx concentration in the exhaust gas.
[0045]
On the other hand, the internal combustion engine 1 includes a timing rotor attached to an end portion of a crankshaft (not shown) and an electromagnetic pickup attached to a cylinder block of the internal combustion engine 1 each time the crankshaft rotates by a predetermined angle. A crank angle sensor 34 that outputs a pulse signal is attached.
[0046]
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU) 80 for controlling the internal combustion engine 1. Various sensors such as a NOx sensor 33, a throttle position sensor 31, and a crank angle sensor 34 are connected to the ECU 80 via electric wiring, and output signals of the sensors are input to the ECU 80.
[0047]
Further, the ECU 80 is connected to the ignition plug 3, the drive circuit 32, and the like via electric wiring, and can control the ignition plug 3, the drive circuit 32, and the like using the output signal values of the various sensors described above as parameters. is there.
[0048]
As shown in FIG. 3, the ECU 80 includes a central processing unit (CPU) 81, a read only memory (ROM) 82, a random access memory (RAM) 83, a backup RAM 84 in which stored information is not erased even after the operation is stopped, and a timer counter 85. , An external input circuit 86 including an A / D converter, and an external output circuit 87 are provided with a logical operation circuit configured by being connected by a bidirectional bus 88.
[0049]
The ECU 80 inputs the detection signals of the various sensors through an external input circuit, and in the CPU 81 provided in the ECU 80 based on these signals, from the program stored in the ROM 82, the fuel injection of the internal combustion engine 1 and the like. In addition to executing the basic control, various controls related to the operating state of the internal combustion engine 1 such as a fuel injection supply amount control, an ignition control, and an intake air amount control are performed.
[0050]
Next, the structure of the exhaust pipe which is the gist of the present invention will be described.
[0051]
First, SOx poisoning due to SOx in the exhaust occurs in the second catalysts 25a and 25b, which are NOx catalysts, so that the NOx components in the exhaust pass through the second catalysts 25a and 25b and are discharged downstream. become. This is detected by the NOx sensor 33 downstream of the second catalyst 25a, 25b, and when the NOx concentration in the exhaust gas is equal to or higher than the predetermined value, the CPU 81 is the SOx poisoning recovery means according to the program stored in the ROM 82. The fuel addition control to the catalyst is executed. With this control, fuel is injected by the fuel injection valve as usual in the combustion chambers 2a to 2c of the internal combustion engine 1, and fuel ignition is performed by the spark plug 3, but only fuel injection is performed in the combustion chambers 2d to 2f. There is no fuel ignition.
[0052]
As a result, unburned fuel is generated in the combustion chambers 2d to 2f, so that the exhaust is in an excess fuel state that is a reducing agent. Further, the combustion chambers 2a to 2c are in a lean fuel state because normal combustion is performed. Therefore, the exhaust branch pipes 21a to 21c and the exhaust branch pipes 21d to 21f have different air-fuel ratios, and these different air-fuel ratio exhaust gases are uniformly mixed to flow into the SOx poisoned catalyst to increase the catalyst bed temperature. At the same time, the SOx component is reduced with the fuel as the reducing agent.
[0053]
As shown in FIG. 2, the exhaust passage collects the exhaust branch pipes 21a to 21c and 21d to 21f in the exhaust collecting pipes 22a and 22b, respectively, and first catalysts 23a and 23b are provided in the exhaust passages thereafter. At the rear of the first catalysts 23a and 23b, the two exhaust passages are joined at the junction 41 as shown in FIG. After merging, the single exhaust passage becomes a straight pipe 24, a branch portion 42 is provided downstream of the straight pipe 24, and two branch exhaust passages are formed again from the branch portion 42. The two exhaust passages are provided with second catalysts 25a and 25b, respectively, after which the exhaust passages merge again to form one exhaust passage, and an exhaust passage through the third catalyst 26 and the muffler 27 is provided. Composed.
[0054]
As shown in FIG. 4A, the junction 41 is provided with a partition plate 28a at the center of the junction 41. The partition plate 28a has a large number of through holes 43 as shown in FIG. 4A. It has been. Through the through holes 43, the flow of exhaust gas flowing from the exhaust collecting pipes 23a and 23b is disturbed to generate turbulent flow, and exhaust gases having different concentrations are stirred and circulated.
[0055]
In addition, a partition plate 28b is provided at a branching position 42 where the straight pipe 24 ends so as to be in a twisted position perpendicular to the partition plate 28a. As shown in FIG. 4B, by providing the partition plate 28b in the linear portion, it is possible to flow the same amount of exhaust gas to each catalyst. Further, by providing the partition plate 28b at a twisted position rotated 90 ° in the axial direction with respect to the partition plate 28a at the merge position 41, the exhaust gas stirred at the merge point can flow evenly in each passage. It becomes.
[0056]
Further, by providing the partition plate 28b with a through hole 43 similar to the partition plate 28a, the exhaust gas can be stirred and circulated even at the branch position 42.
[0057]
The exhaust passage divided by the branching portion 42 behind the straight pipe 24 has a crank shape so that the flowing exhaust does not flow directly from the straight pipe 24 into the second catalysts 25a and 25b, and as the catalyst position approaches, Increase the pipe diameter. This configuration is for generating exhaust resistance by making the piping into a crank shape. By gradually widening the exhaust passage receiving the resistance, the exhaust diffuses into the passage, resulting in a cross-section of the piping. It is possible to allow uniform exhaust to flow into a larger catalyst cross section.
[0058]
The third catalyst 26 is provided after the exhaust passages merge again behind the second catalysts 25a and 25b. The third catalyst 26 purifies untreated NOx and the like remaining in the exhaust, and the exhaust is released to the outside air through the muffler 27.
[0059]
With the above-described configuration, it is possible to cause almost the same amount of exhaust gas to flow into the second catalysts 25a and 25b provided side by side, and the exhaust gas that has flown into the second catalyst 25a and 25b also becomes a substantially uniform component. As a result, the temperature raising step of the NOx catalyst performed for SOx poisoning recovery can be performed simultaneously by the second catalysts 25a and 25b, and the fuel used as the SOx reducing agent for SOx poisoning recovery is also the second. They can be added to the catalysts 25a and 25b so as to have the same amount. Further, when exhaust gas flows into the second catalyst 25a, 25b, the exhaust gas flows into the respective exhaust inflow surfaces 29 almost uniformly, so that SOx poisoning recovery in each catalyst can be performed almost evenly.
[0060]
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment will be described. In this embodiment, since the structure from the tip of the exhaust pipe to the straight pipe 24 is the same as that of the first embodiment, description thereof will be omitted, and the structure after the straight pipe 24 will be described. Here, the exhaust passages constituting the second catalysts 25a and 25b are configured such that a branch point is provided immediately before the exhaust inflow surfaces 29a and b as shown in FIG.
[0061]
In this configuration, as shown in FIG. 5B, the central axis of the cone-shaped pipe 30 serving as an expanded exhaust passage that configures the central axis 46 of the catalyst arranged in parallel and the straight line of the pipe to the inflow surface of each catalyst. 45 so that the angle formed by θ is 80 ° to 90 °, directly from the straight pipe 24 to the exhaust inflow surfaces 29a, b of the second catalysts 25a, 25b provided downstream of the cone-shaped pipe 30. Prevent exhaust from entering. As a result, the load resistance of the exhaust flow between the straight pipe 24 and the second catalyst 25a, 25b is increased. Further, the catalyst is installed so that the exhaust gas flowing through the cone-shaped pipe 30 flows obliquely into the branch position of the pipe having the catalyst. Further, by installing the respective exhaust passages so that the central axis 45 of the cone-shaped pipe 30 intersects the central axis 46 of the second catalyst 25a, 25b on the upstream side of the branch position 42, the catalyst on the outside in the incident direction The cross-sectional projected area of the cone-shaped pipe 30 with respect to a certain second catalyst 25b is increased.
[0062]
Thus, if the cross-sectional projected area of the cone-shaped pipe 30 with respect to the second catalyst 25b is increased, it becomes possible to increase the flow rate of exhaust gas flowing into the second catalyst 25b on the outer side in the incident direction.
[0063]
On the other hand, the second catalyst 25a disposed on the inner side in the incident direction has a bent exhaust passage shape upstream of the second catalyst 25a, and the second catalyst 25a has a bent exhaust passage. Since it is installed on the outer peripheral side, the speed of the exhaust flowing into the exhaust inflow surface 29a is increased, the exhaust pressure is increased, and the exhaust flow rate per unit area of the projection such as the cross section of the cone-shaped pipe 30 corresponding to the exhaust inflow surface 29a. Becomes larger.
[0064]
Therefore, although the corresponding cross-sectional radiation area of the cone-shaped pipe 30 is small, the corresponding projection area of the second catalyst 25a inside the incident direction where the exhaust flow rate is high and the exhaust pressure is high and the cone-shaped pipe 30 is large. Since there is the second catalyst 25b outside the incident direction where the exhaust flow rate is low and the exhaust pressure is low, the cone shape, the intersection position between the central axis 45 of the cone-shaped pipe and the catalyst central axis 46, and the angle formed by these are adjusted. By doing so, it becomes possible to allow the exhaust gas flow rate of substantially the same amount to flow into both of the second catalysts 25a and 25b, and it becomes possible to perform temperature reduction of each NOx catalyst similarly from SOx poisoning. Further, as in the first embodiment, by gradually increasing the pipe diameter to the exhaust inflow surfaces 29a, b, the drift to the second catalysts 25a, 25b is eliminated, and the flow distribution of the exhaust inflow surfaces 29a, b is uniform. It is also possible to make it. Therefore, also in the present embodiment, SOx poisoning recovery can be performed almost evenly in the second catalysts 25a and 25b as in the first embodiment.
[0065]
As described above, according to the configurations of the first and second embodiments, exhausts having different air-fuel ratios are mixed to obtain exhausts having a uniform air-fuel ratio, and substantially equal amounts of exhaust gas are distributed to the exhaust passage having a plurality of catalysts. Is possible. Further, in the first embodiment, by providing the through hole 43, reducing the pulsation in the merging portion 41 and reducing the exhaust pipe emission sound can be exemplified as a secondary action.
[0066]
In addition, in the first embodiment, a configuration only in the upstream of the straight pipe 24 in FIG. 1, that is, the partition plate 28a is installed in the junction 41, and the through hole 43 is provided in the partition plate 28a. Even if it is a structure, the exhaust_gas | exhaustion of the different density | concentration which flows into an exhaust gas collection pipe can be mixed in the confluence | merging part 41, a single catalyst is provided in the downstream, and it is equal with respect to the exhaust inflow surface of this catalyst It is also possible to introduce exhaust gas mixed so as to have an air-fuel ratio.
On the other hand, if the exhaust gas having a uniform air-fuel ratio has already flowed upstream of the straight pipe 24 in FIG. 1, it is evenly distributed to the second catalysts 25 a and 25 b only by the exhaust pipe configuration downstream of the straight pipe 24. Exhaust gas can be introduced.
[0067]
In the above configuration, the SOx poisoning recovery is particularly described in the gasoline engine and the catalyst attached thereto. However, the present invention is not limited to this. For example, soot discharged from the diesel engine and the diesel engine, particulate matter such as SOF, etc. Even in a filter-like exhaust gas purification device that purifies a substance, it is possible to purify exhaust gas with a configuration similar to that of the first and second embodiments. That is, regardless of the type of the internal combustion engine and the type of the exhaust purification device, by adopting the configuration of the present invention, substantially uniform exhaust gas is allowed to flow into the exhaust purification devices provided in the plurality of exhaust passages so as not to be biased. It becomes possible to purify the exhaust gas almost uniformly by the exhaust gas purification device.
[0068]
【The invention's effect】
According to the present invention, when an exhaust gas having different air-fuel ratios flows into one exhaust pipe, the exhaust gas having a substantially uniform air-fuel ratio is gathered so that the exhaust gas has a substantially uniform air-fuel ratio. Can be distributed to the rear exhaust passage. Therefore, it is possible to evenly recover the SOx poisoning of a plurality of exhaust purification catalysts by allowing exhaust gas to flow evenly into the exhaust purification catalyst installed in the exhaust passage.
[0069]
In this way, when there are exhaust purification apparatuses installed in the plurality of exhaust passages, they form a similar exhaust purification environment, so that a specific exhaust purification apparatus is not burdened. That is, since it is possible to perform the same exhaust gas purification using the same exhaust gas purification device, only one of the exhaust gas purification devices does not deteriorate at an early stage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a concept showing a gasoline engine and its exhaust passage according to a first embodiment.
Plan view.
FIG. 2 is a side view of an exhaust passage according to the first embodiment.
FIG. 3 is a conceptual diagram of a configuration around an ECU according to the embodiment.
FIG. 4A is a plan cross-sectional view in a straight portion exhaust passage according to the embodiment;
(B) Side surface sectional drawing in a linear part exhaust passage based on the embodiment.
FIG. 5A is a cross-sectional perspective view of an exhaust passage having a second catalyst according to the second embodiment.
(B) Sectional drawing of the exhaust passage which has a 2nd catalyst based on the embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Internal combustion engine
2a-2f Combustion chamber
3 Spark plug
4 Fuel injection valve
5 Fuel distribution pipe
11a-11f Intake branch pipe
12 Surge tank
13 Air cleaner box
14 Throttle valve
21a-21f Exhaust branch pipe
22a, 22b Exhaust collecting pipe
23a, 23b first catalyst
24 Straight piping
25a, 25b Second catalyst
26 Third catalyst
27 Muffler
28a, 28b Partition plate
29 Exhaust inflow surface
30 Cone-shaped piping
31 Throttle position sensor
32 Drive circuit
33 sensors
34 Crank angle sensor
41 Junction position
42 Branch position
43 Through hole
44 Center axis
45 Center axis
46 Central axis of catalyst
80 Electronic control unit (ECU)
81 Central processing unit (CPU)
82 Read-only memory (ROM)
83 Random access memory (RAM)
84 Backup RAM
85 Timer counter
86 External input circuit
87 External output circuit
88 bidirectional bus

Claims (6)

内燃機関の複数の排気口に接続された排気管の複数の排気通路を単一の排気通路に集合させる排気集合部と、この排気集合部下流に接続された直線状排気通路と、この直線状排気通路の下流に設けられた複数に分岐した排気通路とを備えた排気管であって、
この排気管内には、前記排気集合部の集合位置から直線状排気通路にかけて設けられた第1の仕切板と、
前記直線状排気通路から排気通路分岐位置にかけて設けられ、前記第1の仕切板とは連続しない第2の仕切板とを有し、
第1の仕切板の終端に対して第2の仕切板の始端が捩れ位置にあることを特徴とする排気管。
An exhaust collecting portion for collecting a plurality of exhaust passages of an exhaust pipe connected to a plurality of exhaust ports of an internal combustion engine into a single exhaust passage, a straight exhaust passage connected downstream of the exhaust collecting portion, and the linear shape An exhaust pipe comprising a plurality of branched exhaust passages provided downstream of the exhaust passage,
In this exhaust pipe, a first partition plate provided from the collecting position of the exhaust collecting portion to the linear exhaust passage,
A second partition plate that is provided from the straight exhaust passage to the exhaust passage branch position and is not continuous with the first partition plate;
An exhaust pipe characterized in that the start end of the second partition plate is in a twisted position with respect to the end of the first partition plate.
前記分岐した排気通路には排気浄化装置が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の排気管。The exhaust pipe according to claim 1, wherein an exhaust gas purification device is provided in the branched exhaust passage. 前記第1及び第2の仕切板は排気通路を均等に分割することを特徴とする請求項1又は2に記載の排気管。The exhaust pipe according to claim 1 or 2, wherein the first and second partition plates equally divide the exhaust passage. 前記第1の仕切板及び第2の仕切板は、それぞれ第1の仕切板及び第2の仕切板によって分割された排気通路を互いに連通させる貫通孔を有することを特徴とする請求項1〜3何れかに記載の排気管。The first partition plate and the second partition plate each have a through hole that allows the exhaust passages divided by the first partition plate and the second partition plate to communicate with each other. The exhaust pipe according to any one of the above. 内燃機関の排気口に接続された排気管の排気通路を単一の排気通路に集合させる排気集合管と、この排気集合管下流に接続された直線状排気通路と、この直線状排気通路の下流に設けられ、断面積が拡大した拡大排気通路と、この拡大排気通路に並列して設けられた複数の排気浄化装置とを備えた排気管であって、
前記直線状排気通路下流から排気浄化装置を有する拡大排気通路に斜方向から排気が流入するように直線状排気通路と拡大排気通路との間に屈曲排気通路を介在させ、
排気通路の流れ方向中心軸が、拡大排気通路の流れ方向中心軸と、拡大排気通路分岐位置より上流にて交わるように形成されたことを特徴とする排気管。
An exhaust collecting pipe for collecting the exhaust passages of the exhaust pipe connected to the exhaust port of the internal combustion engine into a single exhaust passage, a straight exhaust passage connected downstream of the exhaust collecting pipe, and a downstream of the straight exhaust passage An exhaust pipe having an enlarged exhaust passage having an enlarged cross-sectional area and a plurality of exhaust purification devices provided in parallel with the enlarged exhaust passage,
A bent exhaust passage is interposed between the linear exhaust passage and the enlarged exhaust passage so that exhaust flows from the oblique direction into the enlarged exhaust passage having the exhaust purification device from the downstream side of the straight exhaust passage;
An exhaust pipe characterized in that the flow direction central axis of the exhaust passage intersects with the flow direction central axis of the enlarged exhaust passage upstream from the enlarged exhaust passage branch position.
前記直線状排気通路断面の軸方向当射影と排気浄化装置の排気流入面とは直接重合ぜず、かつ前記直線状排気通路下流から屈曲排気通路、拡大排気通路を介して排気浄化装置の排気流入面までの管径が段階的に大きくなることを特徴とする請求項5に記載の排気管。The axial projection of the cross section of the straight exhaust passage and the exhaust inflow surface of the exhaust purification device do not overlap directly, and the exhaust inflow of the exhaust purification device passes through the bent exhaust passage and the enlarged exhaust passage from the downstream of the straight exhaust passage. 6. The exhaust pipe according to claim 5, wherein the pipe diameter to the surface increases stepwise.
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