JP4898109B2 - エンジンの排気システム - Google Patents

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Description

本発明は、例えば自動車等のエンジンの排気システム（排気系）に関する。更に詳しくは、上記の排気システム内に排気浄化装置を設け、上記エンジンから排気浄化装置に至る排気管路を内外多重に形成したエンジンの排気システムに関するものである。
従来、自動車等のエンジンの排気システムにおいて、該システム内に触媒コンバータやＤＰＦ（ディーゼル微粒子除去装置）等の排気浄化装置を設け、エンジンから排気浄化装置に至る排気管路を内外多重に形成することによって、その排気管路の表面温度を抑制すると共に、排気浄化装置に導入される排気温度を所定の温度以上に維持して浄化効率を高めるようにしたものは知られている（例えば下記特許文献１および特許文献２参照）。
しかしながら、排気浄化対策は最近ますます強化される傾向にあり、特にディーゼルエンジンの排気システムにおいては、環境問題の観点から排ガス規制が厳しくなってきており、触媒およびＤＰＦ等の排気浄化装置を搭載することが増え、それに伴う活性化温度の確保が重要となってきた。そのため、排気システムには、エンジンと排気浄化装置とをつなぐ排気通路に排気の温度を極力低下させにくい構造とすることが求められている。
またエンジン本体についても、ＥＧＲシステム（排気ガス再循環装置）を装着し、排ガス規制をクリアーすることが益々必要となってきているが、一般にＥＧＲガス（再循環ガス）の量を増やすと、ＮＯｘは減少するが、ＰＭ（粒子状物質）が増大し、逆にＥＧＲガスの量を減らすと、ＰＭは減少するが、ＮＯｘが増大する不具合がある。今後の更なる排気ガス規制（排ガス有害成分のＭＩＮ化）をクリアーしてゆくためには、従来技術では困難であったＮＯｘとＰＭ（粒子状物質）の両方を効果的に減少させる浄化対策が求められている。
特開２００２−１３８８２５号公報 特開平９−１５１７３０号公報
本発明は上記のような要望に応えるべく提案されたもので、排気浄化性能の優れたエンジンの排気システムを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために本発明によるエンジンの排気システムは、以下の構成としたものである。すなわち、エンジンの排気マニホールドと排気浄化装置との間の排気管を内外二重又は三重以上に形成し、前記排気マニホールドからの排気を、前記内外二重又は三重以上の排気管の内管内を通して前記排気浄化装置に導くようにしたエンジンの排気システムにおいて、前記排気管の上流部と下流部において前記内管と前記外管との間を所定間隔に且つスライド可能に保持する間隔保持スペーサを設け、前記下流部の間隔保持スペーサを排気が流通可能に屈曲した板材で形成し、前記排気管の下流部の端部に、前記排気浄化装置への排気流量を制御すると同時に前記内管と外管との間の空間内への排気流入量を制御する流量制御弁を設け、前記流量制御弁により、前記内管内を通った排気の一部を前記下流部の間隔保持スペーサ及び前記空間に通し、前記空間の上流部のＥＧＲ管を介してエンジンの吸気口に導くように構成したことを特徴とする。更に、本発明のエンジンの排気システムは、前記内管の下流側端部と前記流量制御弁との間に隙間を設け、該隙間を介して前記内管と前記空間を連通することを特徴とする。更に、本発明のエンジンの排気システムは、前記板材を断面視波形に設けることを特徴とする。
上記のように内管内を通った排気の一部を内管と外管との間の空間を通ってエンジンの吸気口に導くように構成したことによって、その吸気口に導かれるＥＧＲガス（再循環ガス）によってＮＯｘ等を低減できると共に、排気浄化装置に導かれる排気温度の低下が防止されて、より高い温度の排気が排気浄化装置に導かれ、ＰＭ等の浄化効率（焼却効率）を高めることが可能となる。また前記のエンジン吸気口に導かれるＥＧＲガスは、従来の排気マニホールドから導く場合に比べて温度を低くできるので、ＥＧＲクーラー等による冷却処理が容易となり、また場合によってはＥＧＲクーラーを省略することもできる。
以下、本発明を図に示す実施形態に基づいて具体的に説明する。図１は本発明によるエンジンの排気システムの一実施形態を示す正面図、図２はその要部の縦断面図である。
図において、１は自動車等のエンジンで、本実施形態はディーゼルエンジンに適用したものであるが、ガソリンエンジンにも適用できる。２は排気マニホールド、３は排気管、４はＤＰＦや触媒コンバータ等の排気浄化装置、５はその排気浄化装置４で浄化された排気を、車体後部の不図示の消音器に導くための後部排気管、６は上記排気マニホールド２と排気管３および排気浄化装置４とをそれぞれ接続するフランジ継手である。
上記排気管３は、本実施形態においては図２に示すように内管３１と外管３２とで内外二重に形成され、上記エンジン１から排気マニホールド２を経て排気管３に導かれた排気は、上記内管３１内を通って排気浄化装置４に導く構成である。
上記排気管３と排気浄化装置４との間には、排気管３から排気浄化装置４への排気流量を制御する電磁弁等よりなる流量制御弁７が設けられ、上記内管３１の下流側端部３１ｂは上記流量制御弁７の近傍で開口して、その下流側端部３１ｂと流量制御弁７との間の隙間ｇを介して内管３１内と内外管３１，３２間の空間Ｓが連通している。
図中、８ａ，８ｂは排気管３の上流側と下流側において内外管３１，３２間に介在させた間隔保持スペーサで、それによって内外管３１，３２を所定の間隔に且つスライド可能に保持するもので、下流側のスペーサ８ｂは本実施形態においては図２（ｂ）に示すように屈曲した薄い板材等で形成することによって排気が流通し得るように構成されている。
上記流量制御弁７は、排気管３から排気浄化装置４への排気通路を開閉したり該排気通路の開口面積を変化させることによって、排気浄化装置４への排気流量を制御すると同時に、上記内外管３１，３２間の空間Ｓ内への排気の流入量を制御するもので、その空間Ｓ内に流入した排気は、その空間Ｓの上流部に連通させたＥＧＲ管１０を介してエンジン１の吸気口（不図示）に導く構成である。
上記の構成において、エンジン１を運転すると、該エンジン１の排気マニホールド２から出た排気は、内外二重の排気管３の内管３１内を通って排気浄化装置４に導かれる。その状態で、流量制御弁７を制御して排気浄化装置４への排気流量を制御すると同時に、上記内外管３１，３２間の空間Ｓ内への排気の流入量を制御する。それによって上記内管３１内を通ってきた排気の一部が上記内外管３１，３２間の空間Ｓ内に流入し、その空間Ｓの上流部に連通させたＥＧＲ管１０を介してエンジン１の吸気口（不図示）に再循環ガスが導かれるものである。
その際、上記内外管３１，３２間の空間Ｓ内を流れる排気によって、内管３１内を通る排気の温度が低下するのが防止され、排気浄化装置４に活性化温度の高い排気が導入されて、ＤＰＦや触媒コンバータ等の排気浄化装置４による排気浄化効率が向上し、ＤＰＦ等の排気浄化装置にあってはＰＭ等を効率よく焼却除去することができる。また上記内外管３１，３２間の空間ＳおよびＥＧＲ管１０を介してエンジン１の吸気口に再循環ガスを供給することによって、排気中のＮＯｘ等を効率よく低減できると共に、上記の再循環ガスは、内管３１内および内外管３１，３２間の空間Ｓを通って吸気口に供給されるまでに温度が低下し、従来の排気マニホールドから供給する場合に比べて温度を大幅に低くできるので、ＥＧＲクーラー等による冷却処理が容易となり、また場合によってはＥＧＲクーラーを省略することも可能となる。
なお、上記エンジン１の運転状態において、該エンジン１の吸気口からの空気吸引力等によって上記内外管３１，３２間の空間Ｓ内の排気を上記吸気口に導くことができる場合には前記流量制御弁７は、省略することもできる。また排気ブレーキ用の排気バルブを備えたものにあっては、その排気ブレーキを前記の流量制御弁７に兼用することも可能である。
また上記実施形態は排気管３を内外二重に形成したが、その内外管の外側に、例えば図３のように空気断熱層Ｍを介して保護管３３を設ける等して内外三重以上に形成してもよく、また上記の空気断熱層Ｍの代わりにグラスウール等の断熱材を介在させてもよい。図中、９は外管３２と保護管３３との間の間隔保持スペーサである。
以上のように、本発明によるエンジンの排気システムは、少なくとも内外二重に形成した排気管３の内管３１内を通った排気の一部を、内外管３１，３２間の空間Ｓを通ってエンジン１の吸気口に導くだけの極めて簡単な構成によって、再循環ガスによるＮＯｘ等の低減と、排気浄化装置４に導かれる排気の活性化温度の上昇による排気浄化効率の向上を図ることができると同時に、ＥＧＲクーラー等の負担軽減もしくは該クーラーの省略が可能となるもので、最近ますます強化される傾向にあるガソリンエンジンやディーゼルエンジンの排ガス規制に良好に対応できると共に、この種の排気システムの設計の自由度や産業上の利用可能性を増大させることが可能となる。
本発明によるエンジンの排気システムの一実施形態を示す正面図。 上記排気システムにおける排気管部分の縦断面図。 上記排気システムにおける排気管部分の変更例を示す縦断面図。
符号の説明
１ エンジン
２ 排気マニホールド
３ 排気管
３１ 内管
３２ 外管
４ 排気浄化装置
５ 後部排気管
６ フランジ継手
７ 流量制御弁
８ａ、８ｂ、９ 間隔保持スペーサ

Claims (2)

  1. エンジンの排気マニホールドと排気浄化装置との間の排気管を内外二重又は三重以上に形成し、
    前記排気マニホールドからの排気を、前記内外二重又は三重以上の排気管の内管内を通して前記排気浄化装置に導くようにしたエンジンの排気システムにおいて、
    前記排気管の上流部と下流部において前記内管と前記外管との間を所定間隔に且つスライド可能に保持する間隔保持スペーサを設け、前記下流部の間隔保持スペーサを排気が流通可能に屈曲した板材で形成し、
    前記排気管の下流部の端部に、前記排気浄化装置への排気流量を制御すると同時に前記内管と外管との間の空間内への排気流入量を制御する流量制御弁を設け、
    前記流量制御弁により、前記内管内を通った排気の一部を前記下流部の間隔保持スペーサ及び前記空間に通し、前記空間の上流部のＥＧＲ管を介してエンジンの吸気口に導くように構成すると共に、
    前記内管の下流側端部と前記流量制御弁との間に隙間を設け、該隙間を介して前記内管と前記空間を連通することを特徴とするエンジンの排気システム。
  2. 前記板材を断面視波形に設けることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気システム。
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