JP4631711B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、詳しくは、エンジンの排気中に含まれるマンガン酸化物などの微粒子成分を排気通路上流側の触媒装置に対し円滑に導くようにする対策に係わる。

従来より、複数の気筒を有する内燃機関の排気浄化装置として、内燃機関の排気集合部の下流付近に位置する排気通路の上流側に、排気ガス中に含まれる微粒子成分を浄化する触媒装置が設けられているとともに、この触媒装置の直上流側に、触媒装置に流入する排気ガスの流れを整流する整流板が設けられているものは知られている（例えば、特許文献１参照）。この場合、整流板は、両端が開口する複数のセル構造からなる。
特開平９−６８０３２号公報

ところで、ガソリンの添加剤として、無鉛のＭＭＴ（メチルシクロペンタディエニールマンガントリカルボニル）などが使用されているが、このＭＭＴは、アンチノック性が高いものの、有機金属であるために環境問題に関わる化学物質とされ、使用には注意が必要とされる。

その場合、ＭＭＴは、ガソリンエンジンなどの内燃機関の各気筒の燃焼室において燃焼されてマンガン酸化物を生成するため、排気ガス中に含まれたマンガン酸化物などの微粒子成分を、内燃機関の排気集合部の下流付近に位置する排気通路の上流側に設けられた触媒装置により浄化するようにしている。

しかし、排気ガス中のマンガン酸化物は、触媒装置の直上流側において排気ガスの流れを整流する整流板の上流端に対し付着して堆積し、整流板の複数のセル構造の開口が目詰まりするおそれがある。これは、排気集合部の下流付近に位置する排気通路の上流側において複数の気筒から排気集合部に導かれる排気ガスの流れが、整流板の排気ガス流入方向上流側のセル構造の開口面に対し傾斜しているために、その整流板の排気ガス流入方向上流側のセル壁に排気ガスが衝突して逆流が発生するからであると考えられる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、整流板の排気ガス流入方向上流側のセル壁に対する排気ガスの衝突による逆流の影響を抑制し、整流板に対するマンガン酸化物の付着による堆積をなくして整流板の目詰まりを効果的に防止することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、内燃機関の排気浄化装置として、複数の気筒を有する内燃機関の排気集合部の下流付近に位置する排気通路の上流側に設けられた触媒装置と、この触媒装置の直上流側の排気通路に設けられ、触媒装置に排気マニホールドの排気集合部において略水平方向から斜め下向きに変更されて流入する排気ガスの流れを整流する整流板とを備える。そして、整流板を、両端が開口する複数のセル構造により構成し、その排気ガスの流入方向上流側に位置する流入方向上流側部分のセル構造のセル壁間の間隔が、排気ガスの流入方向下流側に位置する流入方向下流側部分のセル構造のセル壁間の間隔よりも大きくなるようにして、当該排気ガスの流入方向上流側に位置する流入方向上流側部分のセル構造の開口面積が排気ガスの流入方向下流側に位置する流入方向下流側部分のセル構造の開口面積よりも大きくなるように形成している。

この特定事項により、整流板の排気ガスの流入方向上流側に位置する流入方向上流側部分のセル構造のセル壁間の間隔が、排気ガスの流入方向下流側に位置する流入方向下流側部分のセル構造のセル壁間の間隔よりも大きくて、整流板の流入方向上流側部分におけるセル構造の開口面積が、整流板の流入方向下流側部分におけるセル構造の開口面積よりも大きくなっているので、排気集合部の下流付近に位置する排気通路の上流側において複数の気筒から排出されて排気集合部にて１つにまとめられた排気の流れは、整流板のセル壁に対し傾斜しているものの、整流板の流入方向下流側部分のセル構造の開口面積よりも大きな流入方向上流側部分のセル構造の開口面積（セル壁間の大きな間隔）によって、排気ガス流入方向上流側のセル壁に排気ガスが衝突することにより発生する逆流による影響（逆流領域によって整流板の流入方向上流側部分のガス流路が塞がれること）が効果的に抑制され、整流板に対するマンガン酸化物の付着による堆積をなくして整流板の目詰まりを効果的に防止することが可能となる。

特に、整流板の流入方向上流側部分と流入方向下流側部分とを特定するものとして、以下の構成が掲げられる。

つまり、整流板の流入方向上流側部分と流入方向下流側部分とをそれぞれ別体で成形している。

この特定事項により、互いの流入面積が異なる形状の流入方向上流側部分および流入方向下流側部分を簡単に成形することが可能となる。

以上、要するに、流入方向上流側部分でのセル構造の開口面積を流入方向下流側部分でのセル構造の開口面積よりも大きくなるように整流板を形成することで、排気集合部にて１つにまとめた排気の流れが整流板のセル壁に対し傾斜していても、整流板の流入方向下流側部分のセル構造の開口面積よりも大きな流入方向上流側部分のセル構造の開口面積によって、整流板の排気ガス流入方向上流側のセル壁に対する排気ガスの衝突による逆流の影響を抑制でき、整流板に対するマンガン酸化物の付着による堆積をなくして整流板の目詰まりを効果的に防止することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、ガソリンの添加剤として無鉛のＭＭＴ（メチルシクロペンタディエニールマンガントリカルボニル）などが使用されたガソリンエンジン（内燃機関）の排気浄化装置の基本構成を示し、このガソリンエンジン１は、複数気筒を有し、それぞれの排気ポートに排気通路の上流側部分としての排気マニホールド１１の上流端が接続されている。この排気マニホールド１１は、各気筒からの排気を１つにまとめる排気集合部１１ａを上流側に有しているとともに、略円筒形状に形成された下流側に排気浄化装置２を有している。また、排気マニホールド１１の下流端には、排気通路の下流側としての排気管１２が接続されている。そして、排気マニホールド１１は、ガソリンエンジン１の排気ポートから略水平方向に延びて１つにまとめられた排気集合部１１ａから屈曲されて略鉛直方向下向きに延びて成形されている。この場合、ガソリンに添加されたＭＭＴは、ガソリンエンジン１の燃焼室において燃焼されてマンガン酸化物を生成し、このマンガン酸化物となって排気ガス中に含まれている。

上記排気浄化装置２は、排気ガス中に含まれるマンガン酸化物などの微粒子成分を浄化する三元触媒コンバータ２１（触媒装置）と、この三元触媒コンバータ２１の直上流側の排気マニホールド１１に設けられ、三元触媒コンバータ２１に流入する排気ガスの流れを整流する整流板２２とを備えている。

三元触媒コンバータ２１は、図２にも示すように、排気マニホールド１１下流側の内壁面にマット１３を介して保持されている。この三元触媒コンバータ２１は、ガソリンエンジン１の排気ポートに近い排気マニホールド１１内に設けられており、その上流側には、排気ガス中に含まれるマンガン酸化物などの微粒子成分を捕集するフィルタ２１ａを備えている。このフィルタ２１ａは、略円筒形状の枠内で排気ガスの流れを複数の空間に区画するように格子状に形成され、三元触媒コンバータ２１の上流端から下流付近に亘って排気マニホールド１１下流側の中心軸に対して平行に延びている。そして、三元触媒コンバータ２１では、フィルタ２１ａで捕集されたマンガン酸化物などの微粒子成分を浄化することが行われ、その浄化する課程で生成された不純物などを含む排気ガスを、排気管１２の下流側に設けられたもう１つの触媒装置であるメインコンバータに導くようにしている。このメインコンバータに導かれた排気ガスは、そのメインコンバータによりさらに浄化されてから大気に排出されるようになっている。この場合、排気浄化装置２は、排気マニホールド１１内に三元触媒コンバータ２１を一体的に備えたマニバータタイプとして構成されている。

そして、図３に示すように、整流板２２は、略円筒形状を呈し、略円環形状の保持ケース２３を介して排気マニホールド１１の内壁面に固着されている。この整流板２２は、図２に示すように、排気ガスの流入方向上流側に位置する流入方向上流側部分２２ａと、排気ガスの流入方向下流側に位置する流入方向下流側部分２２ｂとを備え、流入方向上流側部分２２ａと流入方向下流側部分２２ｂとがそれぞれ別体に成形されている。また、図４に示すように、流入方向上流側部分２２ａは、両端が開口する複数のセル構造３ａからなる一方、流入方向上流側部分２２ａも、両端が開口する複数のセル構造３ｂからなる。そして、流入方向上流側部分２２ａの各セル構造３ａの開口面積は、流入方向下流側部分２２ｂの各セル構造３ｂの開口面積よりも大きくなるように形成されている。具体的には、流入方向上流側部分２２ａの各セル構造３ａおよび流入方向下流側部分２２ｂの各セル構造３ｂはそれぞれ格子状をなし、流入方向上流側部分２２ａの各セル構造３ａのセル壁４ａは、流入方向下流側部分２２ｂの各セル構造３ｂのセル壁４ｂを互いに交差する２方向でそれぞれ１つずつ間引いた間隔となっていて、流入方向上流側部分のセル構造の開口面積が流入方向下流側部分２２ｂのセル構造３ｂの開口面積よりも略４倍大きくなっている。

したがって、上記実施形態では、整流板２２の排気ガスの流入方向上流側部分２２ａのセル構造３ａのセル壁４ａ間の間隔が、流入方向下流側部分２２ｂのセル構造３ｂのセル壁４ｂ間の間隔よりも大きくて、整流板２２の流入方向上流側部分２２ａにおけるセル構造３ａの開口面積が、整流板２２の流入方向下流側部分２２ｂにおけるセル構造３ｂの開口面積よりも大きくなっているので、排気マニホールド１１の排気集合部１１ａにおいて略水平方向から斜め下向きに変更された排気ガスは、図２に破線矢印で示すように、整流板２２の流入方向上流側部分２２ａのセル壁４ａに対し傾斜しているものの、整流板２２の流入方向下流側部分２２ｂのセル構造３ｂの開口面積よりも略４倍大きな流入方向上流側部分２２ａのセル構造３ａの開口面積（セル壁４ａ間の大きな間隔）によって、排気ガス流入方向上流側部分２２ａのセル壁４ａに排気ガスが衝突することにより発生する逆流による影響（逆流領域によって整流板２２の流入方向上流側部分２２ａのガス流路が塞がれること）が効果的に抑制され、整流板２２に対するマンガン酸化物の付着による堆積をなくして整流板２２の目詰まりを効果的に防止することができる。

しかも、流入方向上流側部分２２ａと流入方向下流側部分２２ｂとがそれぞれ別体に成形されているので、互いにセル構造３ａ，３ｂの開口面積が異なる形状の流入方向上流側部分２２ａおよび流入方向下流側部分２２ｂを簡単に成形することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記実施形態では、フィルタ２１ａおよび整流板２２を格子状に形成したが、これに限定されるものではなく、ハニカム状などに形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、流入方向上流側部分２２ａの各セル構造３ａのセル壁４ａを、流入方向下流側部分２２ｂの各セル構造３ｂのセル壁４ｂを互いに交差する２方向でそれぞれ１つずつ間引いた間隔にし、流入方向上流側部分のセル構造の開口面積を流入方向下流側部分２２ｂのセル構造３ｂの開口面積よりも略４倍大きくしたが、流入方向上流側部分のセル構造の開口面積が、整流板の流入方向下流側部分のセル構造の開口面積よりも大きければよく、その倍率は特に規定されるものではない。

更に、上記実施形態では、排気マニホールド１１内に三元触媒コンバータ２１を設けたマニバータタイプの排気浄化装置２について述べたが、排気マニホールドと排気管との間に介設された管内にマンガン酸化物を浄化する三元触媒コンバータが設けられたスタートキャタリストタイプの排気浄化装置であってもよい。

本発明の実施形態に係わる内燃機関の排気浄化装置を備えた排気マニホールドの断面図である。 図１のＡ−Ａ線において切断した整流板付近の断面図である。 図２のＢ−Ｂ線において切断した整流板の断面図である。 排気マニホールド内の整流板を上方から見た平面図である。

符号の説明

１ ガソリンエンジン（内燃機関）
１１ 排気マニホールド（排気通路の上流側）
１１ａ 排気集合管
２ 排気浄化装置
２１ 三元触媒コンバータ（触媒装置）
２２ 整流板
２２ａ 流入方向上流側部分
２２ｂ 流入方向下流側部分
３ａ 流入方向上流側部分のセル構造
３ｂ 流入方向下流側部分のセル構造

Claims (2)

1. 複数の気筒を有する内燃機関の排気集合部の下流付近に位置する排気通路の上流側に設けられた触媒装置と、
   この触媒装置の直上流側の排気通路に設けられ、触媒装置に排気マニホールドの排気集合部において略水平方向から斜め下向きに変更されて流入する排気ガスの流れを整流する整流板と
   を備えており、
   上記整流板は、両端が開口する複数のセル構造からなり、その排気ガスの流入方向上流側に位置する流入方向上流側部分のセル構造のセル壁間の間隔が、排気ガスの流入方向下流側に位置する流入方向下流側部分のセル構造のセル壁間の間隔よりも大きくなるようにして、当該排気ガスの流入方向上流側に位置する流入方向上流側部分のセル構造の開口面積が排気ガスの流入方向下流側に位置する流入方向下流側部分のセル構造の開口面積よりも大きくなるように形成されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 上記請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   整流板の流入方向上流側部分と流入方向下流側部分とは、それぞれ別体で成形されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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