JP4475980B2

JP4475980B2 - 内燃機関の排気ガス浄化装置

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Publication number: JP4475980B2
Application number: JP2004052864A
Authority: JP
Inventors: 裕比護
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2024-02-27
Also published as: JP2005240711A

Description

本発明は、内燃機関より排出される排気ガスの浄化装置に関するものである。

排気マニホールドの下流端に直接接続された触媒コンバータにより排気ガスを浄化する従来の排気ガス浄化装置では、排気マニホールドから排出されて触媒担体の上流端に斜めに進入する排気ガスにより、触媒担体の上流端部が局部的に加熱されるとともに排気ガスの斜め進入方向への曲げ力を受けて、その方向に曲がってしまい、触媒担体のセル通路内への排気ガス流入が阻害されることがあり、また、触媒担体が局部的に高温に加熱されて、触媒自体の劣化が進み、耐久性が低下することがある。
触媒担体のセル通路に対する排気ガスの斜め方向流入による触媒担体の不具合を改善するために、特許文献１には、触媒担体の上流側に整流部材が配設され、この整流部材の横断面形状は、触媒担体の横断面形状と略同一形状に形成された排気ガス浄化装置が記載されている。

実開平３−２５８１１号公報

前述した特許文献１記載の排気ガス浄化装置では、触媒担体における排気ガス流入端への排気ガス斜め方向流入は改善されるとともに、触媒担体の排気ガス流入端部の曲げ変形は阻止される。しかし、この排気ガス浄化装置では、排気マニホールドから触媒担体の流入端迄の間の排気ガス通路内の排気ガス流の速度分布が、前記排気ガス通路の湾曲等により均一でない場合には、前記整流部材によっては、この排気ガス流の速度分布不均一は解消されず、触媒の浄化効率の低下や、部分的な加熱による触媒の劣化を回避することが不可能であった。

本発明の解決しようとする課題は、このような不具合を克服することにある。

請求項１記載の発明は、内燃機関の排気系に排気ポート集合部または排気マニホールドが接続され、該排気ポート集合部または排気マニホールドの下流端に配置された直下型触媒により、排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置において、前記直下型触媒のケースは、上流側ケースと円筒型本体ケースと下流側ケースとよりなり、前記上流側ケースの上部は円筒状に形成され、該円筒状部の上流側部分には、前記排気ポート集合部または排気マニホールドの下流端面に対して略直角に指向した排気ガス導入部が形成され、前記上流側ケースの上流側円筒部分内には、横断形状は正方形状に薄板で内部空間を仕切った本体部分と、該本体部分を円筒状に一体に包囲する外周部分とよりなる圧力損失調整部材が収納され、前記圧力損失調整部材の頂部には、排気ガスの流れ方向に対向するべく斜めに傾斜した斜面に沿うように欠除された頂部斜面が形成されると共に、前記圧力損失調整部材の外周には、円筒状の保護カバーが嵌め込まれ、該保護カバーの下部が該圧力損失調整部材の下部に一体に接合され、前記圧力損失調整部材は、前記上流側円筒部分に前記保護カバーを介して一体に嵌装されたことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置である。

請求項２記載の発明は、前記圧力損失調整部材には、排気ガス触媒が用いられたことを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、前記保護カバーが前記圧力損失調整部材を保温する保温部材で構成されたことを特徴とするものである。

請求項１記載の発明によれば、流速の速い排気ガスが流れる流路では、圧力損失調整部材における圧力損失の大きな部分により大幅に排気ガス流が減速されて、圧力損失調整部材における圧力損失の小さな部分を流れる流速の遅い排気ガス流の流速と略同程度となり、その下流の直下型触媒には、その全流域に亘り略均一な流速でかつ排気ガスが導入され、内燃機関始動直後では、触媒が短時間内に均一に昇温して、効率良く排気ガスが浄化され、しかも、部分的な加熱による触媒の劣化も抑制される。また、保護カバーでもって圧力損失調整部材が固定された状態で、かつこの保護カバーによって保護される。

請求項１記載の発明によれば、圧力損失調整部材を通過した排気ガスは直下型触媒の流路方向に揃えられて、この直下型触媒に導かれ、排気ガス浄化が確実に遂行される。

請求項２記載の発明によれば、圧力損失調整部材によっても排気ガスが浄化されるので、排気ガス浄化率が高い。

請求項３記載の発明においては、保温性保護部材でもって、圧力損失調整部材が覆われているため、この圧力損失調整部材が高温に維持されて、排気ガスは高温のまま直下型触媒に導かれ、高い浄化率で浄化されうる。

図１ないし図９に図示された本発明の一実施形態について説明する。

Ｖ型６気筒の４ストロークサイクル内燃機関１は、図１に図示されるように、自動車の車体前後の前部サブフレーム２、後部サブフレーム３に、それぞれ、後述の前方ブラケット29、後方ブラケット30を介して横置き（クランク軸が車幅方向に指向している）装架され、この前部サブフレーム２、後部サブフレーム３は図示されない車体両側のメインフレームに車幅方向に指向して一体に架設されている。

４ストロークサイクル内燃機関１の本体は、シリンダブロック４と、該シリンダブロック４の前後両バンク上に一体にそれぞれ取り付けられた前部シリンダヘッド５および後部シリンダヘッド６と、各前部シリンダヘッド５および後部シリンダヘッド６の上部に一体にそれぞれ装着された前部ヘッドカバー７および後部ヘッドカバー８と、シリンダブロック４の下面に一体に装着されたオイルパン９とよりなり、前部シリンダヘッド５および後部シリンダヘッド６間に図示されない吸気チャンバー等の吸気系が配設されている。

図１に図示されるように、前部シリンダヘッド５の前面には、前バンクの各気筒の排気ポート（図示されず）に前部排気ポート集合部10を有するとともに、後部シリンダヘッド６の後面には、後バンクの各気筒の排気ポート（図示されず）に後部排気ポート集合部15を有し、前部排気ポート集合部10および後部排気ポート集合部15の下流端面は、前部シリンダヘッド５の前面および後部シリンダヘッド６の後面に対し略平行となるように形成されるとともに、前部排気ポート集合部10および後部排気ポート集合部15の下流端側排気ガス通路は、前部排気ポート集合部10および後部排気ポート集合部15の下流端面に対し略直角に開口している。

前バンクの前部排気ポート集合部10の下流端に接続される前部直下型触媒11のケースは、上流側ケース12と円筒型本体ケース13と下流側ケース14とよりなり、また後バンクの後部排気ポート集合部15の下流端に接続される後部直下型触媒16のケースも、上流側ケース17と円筒型本体ケース18と下流側ケース19とよりなり、上流側ケース12、17の上部は円筒状に形成され、この円筒状部12ａ、17ａの上流部分には、略直角に指向した排気ガス導入部12ｂ、17ｂが形成されている。

前部直下型触媒11の円筒型本体ケース13内および後部排気ポート集合部15の円筒型本体ケース18内に収納される触媒担体（図示されず）は、通常の触媒担体と同様な形状、すなわち、全体形状は円筒形で、横断形状は正方形状または６角形状に内部空間を仕切った隔壁で構成され、この隔壁表面に白金等の触媒が担持されている。

また、前部直下型触媒11の上流側ケース12および後部直下型触媒16の上流側ケース17の各上流側円筒部分12ａ、17ａ内に収納される圧力損失調整部材21は、横断形状が正方形状に金属薄板で内部空間を仕切った本体部分22と、この本体部分22を円筒状に一体に包囲する外周部分23とよりなり、図６および図７に図示されるように、この圧力損失調整部材21の外周部分23には、これよりやや大きな径の円筒状の断熱性の高い保護カバー24が嵌め込まれて、保護カバー24の下部24ａは圧力損失調整部材21の外周部分23の下部に一体に接合されている。

そして、圧力損失調整部材21の頂部は、図６および図７に図示されるように、斜めに傾斜した斜面21ａに沿うように欠除され、図４および図５に図示されるように、圧力損失調整部材21の頂部斜面21ａが、後部排気ポート集合部15の下流端部の排気ガス流れ方向Ｖに対面するように、後部直下型触媒16における上流側ケース17の上流側円筒部分17ａに保護カバー24を介して圧力損失調整部材21が一体に嵌装され、前部排気ポート集合部10の下流端に接続される前部直下型触媒11においても、後部直下型触媒16と同様に保護カバー24を介して圧力損失調整部材21が上流側ケース12の上流側円筒部分12ａに一体に嵌装されている。

前部直下型触媒11における下流側ケース14の下流端に排気管25が接続されるとともに、後部直下型触媒16における下流側ケース19の下流端に排気管26が接続され、これら、下流側収束ケース14と排気管25との接合面と、下流側収束ケース19と排気管26との接合面とは平行に設定され、両排気管25、排気管26は、車体後方へ延長して図示されないマフラに接続されている。

図１に図示されるように、上流側ケース12および上流側ケース17の頂部には、Ｏ_２センサまたは空燃比センサの如き排気ガスセンサ27が付設されるとともに、図２ないし図４に図示されるように下流側ケース14および下流側ケース19には、排気ガスセンサ27と同様な、あるいは異なった排気ガスセンサ28が付設されている。

図２に図示されるように、シリンダブロック４における前バンクの前面には、前部直下型触媒11より車体左側（図２では右側）に位置して前方ブラケット29が一体に装着され、この前方ブラケット29は図示されない連結部材を介して前部サブフレーム２に一体に結合され、前部直下型触媒11の車体右側（図２では左側）に位置して空調用圧縮機31が一体に装着されるとともに、その上方に位置して発電機等の補機32が一体に装着されている。

図３に図示されるように、シリンダブロック４における後バンクの後面には、後部直下型触媒16より車体左側に位置して後方ブラケット30が一体に装着され、この後方ブラケット30は図示されない連結部材を介して後部サブフレーム３に一体に結合されている。

図２および図３に図示されるように、前部ヘッドカバー７および後部ヘッドカバー８には、図示されない点火プラグを挿入するためのプラグ挿入孔35が形成されている。

図１ないし図９に図示の実施形態は前述したように構成されているので、下記のような作用効果を達成することができる。

４ストロークサイクル内燃機関１のシリンダブロック４内で発生した排気ガスは、前部シリンダヘッド５および後部シリンダヘッド６の排気ポート（図示されず）から前部排気ポート集合部10および後部排気ポート集合部15を介して前部直下型触媒11および後部直下型触媒16内に流入する。

図１に図示されるように前部排気ポート集合部10および後部排気ポート集合部15の下流端面は、前部シリンダヘッド５の前面と、後部シリンダヘッド６の後面とに対し略平行となるように形成されるとともに、前部排気ポート集合部10および後部排気ポート集合部15の下流端側排気ガス通路は、前部排気ポート集合部10および後部排気ポート集合部15の下流端面に対し略直角に指向して開口し、また、前部排気ポート集合部10および後部排気ポート集合部15の下流端にそれぞれ接続される上流側ケース12および上流側ケース17の排気ガス導入部12ｂ、17ｂに対し、その下流側の円筒状部12ａ、17ａは直角に指向しているため、前記排気ガス流は、排気ガス導入部12ｂ、17ｂと円筒状部12ａ、17ａとの境界部分で急激に曲げられる。

このため、前部直下型触媒11の上流側ケース12および後部直下型触媒16の上流側ケース17内に触媒担体が設けられていない場合には、上流側ケース12および上流側ケース17に流入した排気ガス流は、図１０（上流側ケース17のみ図示）に図示されるように、上流側ケース12および上流側ケース17内にて、シリンダブロック４から離れた側に片寄って通過し、前部直下型触媒11の円筒型本体ケース13および後部直下型触媒16の円筒型本体ケース18内の触媒担体においては、シリンダブロック４から離れた側に局部的に集中して流れるため、触媒担体の浄化能力および浄化効率が低く、また、シリンダブロック４から離れた部分が早く劣化し、耐久性が低下する。

しかし、本実施形態のように、前部直下型触媒11の上流側ケース12および後部直下型触媒16の上流側ケース17内に、前述したように圧力損失調整部材21が設けられていると、上流側ケース12および上流側ケース17内にて、シリンダブロック４から離れた側の排気ガス流は、圧力損失調整部材21の本体部分22における流れ方向の厚い個所によって大幅に減速され、本体部分22を通過した排気ガス流は、本体部分22と触媒担体との間の空間内にて、略同じ流速となるため、触媒担体内では、排気ガスは、横断面全流域に亘って均一に分散して流れ、その結果、排気ガスが触媒担体がに均一に当たり、触媒全体が昇温されるため、触媒担体の浄化能力および浄化効率が高く、しかも、局部的な高温加熱による触媒劣化が回避されて、耐久性が向上する。
そして、圧力損失調整部材21の本体部分22における流れ方向の厚い個所の上流部分は、圧力が上昇して、薄い個所に向って方向変換することもあって、圧力損失調整部材21内を均一に排気ガスが流れることができる。

また、圧力損失調整部材21の本体部分22は、横断形状が正方形状に金属薄板で内部空間を仕切るように構成されているため、圧力損失調整部材21に流入した排気ガスは、整流されて、触媒担体内を通過することができ、触媒担体内の隔壁に対し斜方向に指向した排気ガス流による該隔壁の変形が未然に阻止される。

さらに、圧力損失調整部材21の本体部分22の外周に保護カバー24を設けることにより、圧力損失調整部材21の本体部分22が受ける外部応力を保護カバー24で吸収するため、圧力損失調整部材21の本体部分22の耐久性を向上することができる。

さらにまた、圧力損失調整部材21における本体部分22の外周を囲む保護カバー24は断熱性に富んでいるため、圧力損失調整部材21内にて排気ガスは高温に保温され、その下流の触媒担体と活発に浄化反応を起し、高い浄化能力および浄化効率が得られる。

また、保護カバー24の下部外周部24ａは、図７に図示されるように、圧力損失調整部材21の外周部分23の下部に一体に接合され、保護カバー24の上部と外周部分23の上部とは一体に接合されていないため、高温時における圧力損失調整部材21と保護カバー24の熱膨張率の差や、圧力損失調整部材21と保護カバー24の温度差による熱膨張の差が生じても、圧力損失調整部材21と保護カバー24とに熱応力が発生する惧れがない。

後部直下型触媒16の下流側ケース19のシリンダブロック４寄り空間にハーフシャフト33が配設されることにより下流側ケース19が一方へ著しく変形した形状となっているが、ハーフシャフト33やその他の補機が前部直下型触媒11の上流側ケース12、または後部直下型触媒16の上流側ケース17の近くに配置されて、下流側ケース19のように一方へ変形していても、前部直下型触媒11の上流側ケース12および後部直下型触媒16の上流側ケース17内には、排気ガスの圧力損失を調節する圧力損失調整部材21が配置されているため、下流側ケース19のような一方に窪んだ形状の変形による排気ガス流の局部的偏在を回避することができる。

図１ないし図９に図示の実施形態においては、圧力損失調整部材21の本体部分22は、薄板を縦横に交叉させた断面格子状に形成されていたが、図１１に図示するように、波状に湾曲した金属製の帯状波板40の谷部を、帯状平板41に接合した後、径の異なる多種類単位部材を順次嵌め込んで本体部分42を形成し、この本体部分42の外周を外周部分43で覆って圧力損失調整部材を構成してもよい。

前記実施形態では、圧力損失調整部材21の本体部分22は、円筒体の頂部を斜めに傾斜した平面に沿って欠除した形状に形成されたが、図１３の実線のように、下方に向って窪んだ湾曲面に沿って円筒状の頂部を欠除した形状に圧力損失調整部材50を形成し、または、図１３の破線のように、上方に向って突出した湾曲面に沿って円筒体の頂部を欠除した形状に形成してもよく、あるいは、図１４のように折れ曲った面に沿って円筒体の頂部を欠除した形状に圧力損失調整部材51を形成してもよい。

また、スポンジのような金属製またはセラミック製の連続気泡体を圧力損失調整部材としてもよく、この圧力損失調整部材では、各気泡が相互に連通しているため、この圧力損失調整部材を通過する排気ガスは、下流側の直下型触媒に向って流れるのみならず、その方向から側方に向っても流れることができるため、排気ガスの流速分布がより確実に均等に分散され、直下型触媒の浄化能力および浄化効率がより向上するとともに、耐久性も向上する。

前記実施形態では、排気ポート集合部の下流端に直下型触媒を接続したが、排気ポート集合部の代りに排気マニホールドを設け、この排気マニホールドの下流端に直下型触媒を接続してもよい。

本発明の排気ガス浄化装置を備えた内燃機関の車体前後方向を中心として見た状態の右側面図である。図１の前面図である。図１の後面図である。図１に図示の内燃機関の後部に配置された後直下型触媒の左側面図である。図４のＶ矢視図である。圧力調整部材の排気ガス流に沿って見た正面図である。図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿って裁断した縦断側面図である。圧力調整部材の本体部分の斜視図である。圧力調整部材の横断面図である。図１ないし図９に図示の実施形態における直下型触媒の上流部で、圧力調整部材が設けられていない場合の排気ガスの流動状態を図示した説明図である。他の実施形態の圧力調整部材の一部を構成する部分の側面図である。他の実施形態の圧力調整部材の本体部分の横断面図である。さらに他の実施形態の圧力調整部材の側面図である。さらにまた他の実施形態の圧力調整部材の側面図である。

符号の説明

１…４ストロークサイクル内燃機関、２…前部サブフレーム、３…後部サブフレーム、４…シリンダブロック、５…前部シリンダヘッド、６…後部シリンダヘッド、７…前部ヘッドカバー、８…後部ヘッドカバー、９…オイルパン、
10…前部排気ポート集合部、11…前部直下型触媒、12…上流側拡張ケース、13…円筒状本体ケース、14…下流側収束ケース、
15…後部排気ポート集合部、16…後部直下型触媒、17…上流側拡張ケース、18…円筒状本体ケース、19…下流側収束ケース、
21…圧力損失調整部材、22…本体部分、23…外周部分、24…保護カバー、25，26…排気管、27，28…排気ガスセンサ、29…前方ブラケット、
30…後方ブラケット、31…空調用圧縮機、32…補機、33…ハーフシャフト、34…ブラケット、35…プラグ挿入孔、
40…帯状波板、41…帯状平板、42…本体部分、43…外周部分、
50，51…圧力損失調整部材。

Claims

内燃機関の排気系に排気ポート集合部または排気マニホールドが接続され、該排気ポート集合部または排気マニホールドの下流端に配置された直下型触媒により、排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置において、
前記直下型触媒のケースは、上流側ケースと円筒型本体ケースと下流側ケースとよりなり、
前記上流側ケースの上部は円筒状に形成され、該円筒状部の上流側部分には、前記排気ポート集合部または排気マニホールドの下流端面に対して略直角に指向した排気ガス導入部が形成され、
前記上流側ケースの上流側円筒部分内には、横断形状は正方形状に薄板で内部空間を仕切った本体部分と、該本体部分を円筒状に一体に包囲する外周部分とよりなる圧力損失調整部材が収納され、
前記圧力損失調整部材の頂部には、排気ガスの流れ方向に対向するべく斜めに傾斜した斜面に沿うように欠除された頂部斜面が形成されると共に、
前記圧力損失調整部材の外周には、円筒状の保護カバーが嵌め込まれ、該保護カバーの下部が該圧力損失調整部材の下部に一体に接合され、
前記圧力損失調整部材は、前記上流側円筒部分に前記保護カバーを介して一体に嵌装されたことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
前記圧力損失調整部材には、排気ガス触媒が用いられたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
前記保護カバーは、前記圧力損失調整部材を保温する保温部材で構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２いずれか記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。