JP4526190B2 - 少なくとも１つの誘導面を有する排気ガスシステム - Google Patents

Description

【０００１】
この発明は、燃焼機関の２つまたはそれ以上のシリンダからの排気ガス流を集めるためのコレクタを有する排気ガスシステムに関し、そのコレクタは出口断面を有し、その後に管状ジャケットが接続され、その管状ジャケットの中にハニカム体が配置される。さらにコレクタと、ハニカム体と、ハニカム体に対する排気ガスの流れの適用のための方法を扱う。
【０００２】
燃焼機関のコールドスタート挙動においては、その排気ガス放出に関して調節に改善が必要とされる。このために機関の近く、たとえばマニホルドのすぐ後に第１の接触コンバータを与えることが公知である。マニホルドの後は高温であるため、その後に配置された接触コンバータは急速に加熱されるが、前記接触コンバータはまた脈動する排気ガス流による高度の熱および機械的衝撃にさらされる。
【０００３】
この発明の目的は、特にコールドスタート相における燃焼機関の放出挙動を改善することであり、特に機関の近くに嵌められるハニカム体の有用寿命を延長させることである。
【０００４】
この目的は、請求項１に記載の特徴を有する排気ガスシステムと、請求項８に記載の特徴を有するコレクタと、請求項９に記載の特徴を有するハニカム体と、請求項１１の特徴を有する方法とによって解決される。それぞれの従属請求項には有利な構成およびさらなる発展形が示される。
【０００５】
この発明に従った、燃焼機関の２つまたはそれ以上のシリンダからの排気ガス流を集めるためのコレクタを有し、コレクタの有する出口断面の後に管状ジャケットが接続され、管状ジャケットの中にハニカム体が配置される排気ガスシステムは、出口断面とハニカム体との間に貫流のための空間があり、その中に排気ガス流の少なくとも一部を逸らすための少なくとも第１の誘導面が配置されることを特徴とする。
【０００６】
このような第１の誘導面は、個々の排気ガス流が流れに面するハニカム体の端面に達するのを遅らせる。排気ガス流の乱流を作ることによってハニカム体に供給される全体のガス流の混合が改善され、それは特にその後の触媒反応を改善する。個々の排気ガス流の幾分不均一な組成が少なくとも部分的に補償されるため、収集空間中またはその後部に任意に配置される酸素含量を測定するためのラムダプローブによる測定の正確さが増す。排気ガスの流れが脈動する流れの形でコレクタに流れ込むと、第１の誘導面が圧力勾配を吸収してそれを減少させる。続くハニカム体はこれらの圧力勾配の程度が軽減される。このようにして、長期の動作にわたって起こり得る脈動する流れによる損傷が有利に避けられる。
【０００７】
さらに、ハニカム体の前で排気流が逸らされるように第１の誘導面を構成することが有利である。逸らすとは排気ガス流の流れの元の方向を実質的に変えることを意味し、これは排気ガス流がハニカム体に達するのを遅らせるため、特に別の排気ガス管からの排気ガスの次の脈と相互作用することによって圧力が均一になる。特に、圧力脈の後に他のシリンダにおいても有利な態様で低い圧力が起こる。さらにこれとともに乱流が起こるため、流体の流れの良好な混合を得ることができる。第１の誘導面のさらなる発展形は、排気ガスの流れが少なくとも部分的に逆流するようにそれを構成することを提案する。すなわち、排気ガス流は少なくとも部分的にそれらが流れてきた方に戻る方向に逸らされる。第１の誘導面は、チャンバに流れ込む排気ガス流に部分的に対向するよう配置されることが好ましい。さらなる発展形は、ハニカム体に排気ガス流が直接流れるのを少なくとも部分的に遮断するように第１の誘導面を配置することを提案する。
【０００８】
一方で、このことはハニカム体の端面の線形的な露出を防ぎ、好ましくは完全になくす。流路を少なくとも部分的に遮断することにより、圧力勾配は少なくとも延長された動作期間において起こり得るハニカム体の損傷を防ぐ点まで減少される。加えて、個々の排気ガス流の間の混合効果がある。この混合によって化学反応および温度の均質化を得ることができる。前記流れの乱流が得られた後に、混合された全体の排気ガス流がハニカム体の端面に達するため、個々の排気ガス流における圧力の周期的な差を補償できる。
【０００９】
第１の誘導面の構成は、たとえばこのために誘導板を用いることを提案する。その誘導板は、そこに起こる温度差および圧力差を吸収できる必要がある。特に、第１の誘導面は出口断面の後の自由断面を減少させるよう構成され、そこに管状ジャケットの自由断面が接合される。したがって第１の誘導面はある種の逸らせ板として構成されることが好ましい。
【００１０】
第１の誘導面の代替的および／または累積的構成には、部分的または全体的に配される規則的または不規則的な孔、および／または横方向の外部端縁におけるノッチ、および／または端縁における少なくとも１つの開口部、および／またはその表面の少なくとも１つにおける少なくとも１つの湾曲が設けられることが提案される。
【００１１】
出口断面と第１の誘導面との間に、反応空間として渦空間が構成されることが好ましい。そこにはたとえば個々の排気ガス流の混合を確実にできるために十分な空間がある。さらにこの渦空間は何らかの態様で、最終的にハニカム体の端面に達する全体の排気ガス流に対する安定空間の働きをする。渦空間を好適に寸法取りすることにより、誘導面によってもたらされる渦の後に混合が起こる態様を調節できる。渦空間の設計はまた、互いに作用し合う個々の排気ガス流の圧力勾配を定め、最終的に均質化できる。渦空間はまた、最終的にハニカム体に達する全体の排気ガス流内の均一な温度分布の形成を行なう。
【００１２】
第１の誘導面はハニカム体よりも出口断面により近く配置されることが好ましい。１つには、誘導面はこの態様においてかなり速く圧力勾配を吸収する。もう１つには、この態様において、同時に起こる異なる排気ガス流による全体の流れが誘導面の後で続く管状ジャケットの自由断面の上に配されるため、ハニカム体の端面全体にその断面にわたって均一に流れる。
【００１３】
特に、流面の適切な設計と組合せると、誘導面の後の後部乱流の形成を防ぐことができる。同じことが、排気ガス流の一部が残りの流れに比べて特定の時間休止するような分離した流れおよび領域が存在する領域を防ぐために適用される。前述の利点を得るために１つの誘導面では不十分であるような程度に対しては、第１の誘導面とハニカム体との間の貫流のための空間の中に第２の誘導面を配置することが提案される。
【００１４】
この発明に従ったコレクタは、少なくとも第１の誘導面がコレクタの構成要素であることを特徴とする。たとえばそれが鋳造片であるとき、流面は１つの動作においてコレクタの他の部分と一緒に鋳造される。
【００１５】
排気ガスシステムのための管状ジャケット中のこの発明に従ったハニカム体は、少なくとも第１の誘導面が管状ジャケットの構成要素であることを特徴とする。これはたとえば管状ジャケットの製造の際の好適な折り畳みなどによって行なうことができる。
【００１６】
代替的な構成は、排気ガスシステムのための誘導面を交換可能な構成要素としてコレクタと管状ジャケットとの間に配置することを提供する。これはたとえばコレクタまたは管状ジャケットへの挿入物として取付けられる。また誘導面はコレクタと管状ジャケットとの間の中間フランジであってもよい。
【００１７】
したがってここに提案される、ハニカム体に向かう流路の端縁における少なくとも１つの誘導面の配置は、その誘導面の後の貫流のための空間の中央断面が明確に保たれるという結果を有利に起こすが、同時に対応する対向面の排気ガス流の流入を起こすことによって乱流を生成する。
【００１８】
少なくとも部分的に異なる方向からハニカム体に達する排気ガス流をハニカム体に適用するための、この発明に従った方法は、少なくとも第１の誘導面によって排気ガス流がハニカム体に到着する前にそれらを逸らせることにより、それらが少なくとも部分的に排気ガス流と反対の方向に流れるようにし、ハニカム体に遅れた態様で達するようにすることを特徴とする。個々の排気ガス流はハニカム体に着く前に逸らされることにより、その少なくとも一部が排気ガス流と反対の方向に流れ、互いに混合した後にハニカム体に達する。排気ガス流が圧力脈動する態様でハニカム体に流れるとき、この方法は特に好ましい。また、個々の排気ガス流が互いに関して時間をずらしてハニカム体に流れるとき、この方法は非常に有利である。
【００１９】
特にコールドスタート相における燃焼機関の放出挙動をさらに改善するために、第１の誘導面によって逸らされて乱流にされた排気ガス流が第２の誘導面を貫流することが提案され、これにより前述の利点に加えて、有利な態様で、特にハニカム体の全体の端面に対してその断面にわたってさらにより均一に流されるようになる。
【００２０】
この発明のさらなる利点および特徴を、添付の図面を参照しながらより詳細に説明するが、これらを互いに組合せ、および前述の特徴と組合せることにより、付加的に有利なさらなる発展形が提供される。図面はこの発明の適用の好ましい領域を示す。この排気ガスシステム、コレクタ、ハニカム体、および方法を燃焼機関の排気ガス設備において用いることに加え、特に互いに同時に異なる方向から流れる複数の個々の流体がその後触媒活性コーティングを有するハニカム体に直接達するところにこの発明を用いることができ、一方で圧力勾配を有し、互いに関して時間をずらされ、特に互いに流れ込み、化学的に反応し、および／または流体の流れの中または流体の流れの間に温度勾配を有するような流体の流れに対してこの発明の特定の利点が得られる。
【００２１】
図１は、燃焼機関の図示しない２つまたはそれ以上のシリンダ、特に４シリンダ機関の４つの排気ガス流からの排気ガス流を集めるためのコレクタ２を有する排気ガスシステム１の適用の好ましい領域を示す。コレクタ２のすぐ後には管状ジャケット３が取付けられ、その管状ジャケットの中にはハニカム体７がスタータ接触コンバータとして配置される。この図面から明らかであるとおり、第１のフランジ４のそれぞれが燃焼機関の個々のシリンダに通じ、第２のフランジ５がコレクタ２を通る貫流の方向において管状ジャケット３の後の、たとえば排気消音器に向かう排気ガス設備への接続に通じるように排気ガスシステム１を設計することが好ましい。この排気ガスシステム１は、燃焼機関の排気ガス設備に組入れ得る単一の構成要素を形成する。排気ガスシステム１に分離面６を設けることによって、たとえばスタータ接触コンバータを交換するためにコレクタ２と管状ジャケット３とを再び互いに分離できるようにすることが有利である。
【００２２】
図２は、図１の排気システムの概略図である。類似の部材は類似の参照番号を有する。コレクタ２とハニカム体７との間の貫流のための空間１０に、第１の誘導面８がスタータ接触コンバータとして配置される。燃焼機関のそれぞれの個々のシリンダから、その各々が矢印で示される第１の排気ガス流１１、第２の排気ガス流１２、第３の排気ガス流１３および第４の排気ガス流１４が、図２において破線で示されるコレクタの出口断面９を介して渦空間１５に到着する。個々の排気ガス流１１、１２、１３、１４はハニカム体７の端面１６の有効範囲を断片的にするおそれがある。しかし貫流のための空間１０に第１の誘導面８を配置することにより、個々の排気ガス流１１、１２、１３、１４は少なくとも部分的に乱流にされて逸らされる。たとえば第１の排気ガス流１１は部分的に第１の誘導面８に衝突し、隣接する第２の排気ガス流１２と逆に流れる。このためこれら２つの排気ガス流１１、１２が混合する。活性シリンダの動きによる排気ガスシステム１における圧力脈動のため、これは特に有用である。貫流のための空間１０における第１の誘導面８の好適な配置および構成により、排気ガス流１１、１２、１３、１４の混合を最適化でき、特に広い機関負荷範囲に対して貫流のための空間１０における増加した休止時間が生成される。その結果、一方ではたとえば第１の排気ガス流１１の乱流によってそれは再び自身と混合されるが、同時に隣接する第２の排気ガス流１２との混合が生成される。これによって、その結果得られるガス流が生じる際に排気ガス混合物中の不完全な反応および変換が活性化され、温度の差が釣合い、均質化した体積流がハニカム体７に向けて流れる。したがって、第１の誘導面８はコレクタ２の出口断面９よりもハニカム体７の端面１６からより距離を置くことが好ましい。ハニカム体７の端面１６と出口断面９との間の距離Ａは、ここでは扇状に広がる複数の矢印によって示される最終的な全体の排気ガス流１７が少なくとも概してハニカム体の端面１６全体に流れるように特に選択される。個々の排気ガス流１１、１２、１３、１４の乱流および逆流による混合により、ハニカム体７の端面１６の領域における局地的に増加した熱誘導された応力が減少され、完了すべきまだ未燃焼の炭化水素の燃焼によってハニカム体７の熱応力が均質化される。
【００２３】
図３は、環状逸らせ板の形を有する誘導面８の第１の実施例を示す。この逸らせ板はその中央に開口１８を有し、その開口を通って全体の排気ガス流が混合後にハニカム体の方向に流れる。環状逸らせ板８の態様の誘導面８は、その外部端縁１９においてハニカム体の管状ジャケットと同一平面に接続するため、ここで排気ガス流の貫流が妨げられる。この代替形として、図３に破線で示される規則的および／または不規則的に配されるカットアウト２０が提供され、これも外部端縁１９に沿った貫流を可能にし、および／または図３の右手側に示されるように誘導面８が部分的または完全に規則的および／または不規則的に配された孔２９を有することが提供され、そこを通って排気ガスが流れ得る。さらに、第１の誘導面とハニカム体との間に、互いに前後してずらされかつ異なる流れ断面を有する第２のこうした誘導面が配置されてもよい。
【００２４】
図４は、誘導面８の第２の実施例を示す。これは第１の表面２１および第２の表面２２を有する。この第１および第２の表面２１、２２は湾曲しており、そのほぼ中央に貫流のための開口１８を有する。湾曲２３は、表面２１、２２に衝突する排気ガス流を逸らすことを支持する。さらに両方の表面２１、２２の各々は不規則的かつ多様に湾曲した端縁２４を有する。この構成はそれらの間の排気ガス流の乱流を支持し、これはたとえばこうした２つの誘導面が互いに前後してをずらして配置されるときには行なわれない。誘導面は、貫流後に得られる全体の排気ガス流が再び配されて、流れを分離することなくなるべく遠くまでその後ハニカム体の端面の断面全体にわたって流れ込むように構成される。
【００２５】
図５は、誘導面８の第３の実施例を示す。これは第３の表面２５および第４の表面２６を有する。ほぼ中央に配置された開口１８に近接して、外部端縁１９とそれぞれの第３の表面２５およびそれぞれ第４の表面２６との間の端縁に開口２７が置かれる。その結果、表面２５、２６の後に流れのない領域がなくなる。その代わりに、端縁開口２７を貫流することにより、ハニカム体に向けて面する表面２５、２６の側に沿って低圧力領域が形成される。その結果、全体の排気ガス流は図５に従った少なくとも１つまたは２つの誘導面８を貫流することによって配される。
【００２６】
図６は、図５に従った誘導面８の線ＶＩ−ＶＩに沿った断面を示す。材料の環２８が明らかであり、そこに第３の表面２５と第４の表面２６とが取付けられる。さらに、そこに衝突する排気ガス流の流れを逸らせかつ逆にさせるための、２つの表面２５、２６のそれぞれの湾曲２３が示される。
【００２７】
なお、この発明に従った好ましい誘導面８は、ここに記載したような環状の態様に構成される必要はない。
【００２８】
部分に分かれた態様に構成される誘導面も同等に良好に配置でき、これは隣接する誘導面のように互いに同じ面に配置される必要はない。それらはいくつかの環状誘導面の配置の場合と同様に互いにずらされてもよく、またはその各々が異なる設計であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 コレクタおよびハニカム体が直接接続された排気ガスシステムの斜視図である。
【図２】 図１に従った排気ガスシステムの概略図である。
【図３】 逸らせ板の態様の誘導面の第１の構成を示す図である。
【図４】 湾曲した誘導面の第２の実施例を示す図である。
【図５】 湾曲しかつその端縁にカットアウトを有する、誘導面の第３の実施例を示す図である。
【図６】 図５に従った誘導面の断面図である。
【符号の説明】
１ 排気ガスシステム、２ コレクタ、３ 管状ジャケット、４ 第１のフランジ、５ 第２のフランジ、６ 分離面、７ ハニカム体、８ 第１の誘導面、９ 出口断面、１０ 貫流のための空間、１１ 第１の排気ガス流、１２ 第２の排気ガス流、１３ 第３の排気ガス流、１４ 第４の排気ガス流、１５ 渦空間、１６ ハニカム体７の端面、１７ 全体の排気ガス流、１８ 開口、１９ 外部端縁、２０ カットアウト、２１ 第１の表面、２２ 第２の表面、２３ 湾曲、２４ 端縁、２５ 第３の表面、２６ 第４の表面、２７ 端縁の開口、２８ 材料の環、２９ 孔、Ａ 端面と出口断面との間の距離。

Claims (7)

1. 燃焼機関の２つまたはそれ以上のシリンダからの排気ガス流（１１、１２、１３、１４）を集めるためのコレクタ（２）を有する排気ガスシステム（１）であって、前記コレクタ（２）は出口断面（９）を有し、前記出口断面の後に管状ジャケット（３）が接続され、前記ジャケットの中にハニカム体（７）が配置され、出口断面（９）とハニカム体（７）との間には貫流のための空間（１０）があり、前記空間の中にある、排気ガス流（１１、１２、１３、１４）の少なくとも一部を逸らせるための少なくとも１つの環状の誘導面（８）は前記管状ジャケット（３）の構成要素であり、第１の環状の誘導面（８）には、孔（２９）と中央開口（１８）とが設けられ、中央開口（１８）は孔（２９）よりも大きいことを特徴とする、排気ガスシステム（１）。
2. 第１の環状の誘導面（８）は、排気ガス流（１１、１２、１３、１４）のハニカム体（７）への直接の流れが少なくとも部分的に遮断されるように配置されることを特徴とする、請求項１に記載の排気ガスシステム（１）。
3. 特に一種の逸らせ板として構成される第１の環状の誘導面（８）は、管状ジャケット（３）の自由断面が接続される出口断面（９）の後の自由断面を減少させることを特徴とする、請求項１または２に記載の排気ガスシステム（１）。
4. 出口断面（９）と第１の環状の誘導面（８）との間に渦空間（１５）が形成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の排気ガスシステム（１）。
5. 第１の環状の誘導面（８）はハニカム体（７）よりも出口断面（９）により近く配置されることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の排気ガスシステム（１）。
6. 第１の環状の誘導面（８）とハニカム体（７）との間の貫流されるべき空間（１０）の中に第２の誘導面が配置されることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の排気ガスシステム（１）。
7. 第１の環状の誘導面（８）は特に一種の逸らせ板として構成され、ハニカム体（７）の前に距離（Ａ）を置いて管状ジャケット（３）に一体化されることを特徴とする、請求項１に記載の排気ガスシステム（１）。

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