JP6508301B2 - Engine exhaust system - Google Patents
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Description
本発明はエンジンの排気装置に関する。 The present invention relates to an exhaust system of an engine.
自動車のエンジンの排気系には排気ガスを浄化するための触媒コンバータが設けられている。特許文献1には、モノリス触媒を略水平に配置し、このモノリス触媒に対して排気ガスをC型に湾曲した連絡導管によって斜め上から導入し、このモノリス触媒から排気ガスを斜め下方へ流出させることが記載されている。モノリス触媒に流入する排気ガスの流れを均一にし、排気ガスがモノリス触媒の一部に集中することを防止せんとするものである。
An exhaust system of an automobile engine is provided with a catalytic converter for purifying exhaust gas. In
ところで、最近はエンジンの熱効率の向上により、排気に捨てられるエネルギーが少なくなっており、それに伴って、排気ガス温度が低下する傾向にある。従って、排気ガスから得られる限られた熱量で触媒をいかに効率良く活性化させるかが重要になる。 By the way, recently, with the improvement of the thermal efficiency of the engine, the energy to be discarded to the exhaust gas decreases, and the temperature of the exhaust gas tends to decrease accordingly. Therefore, it becomes important how efficiently the catalyst is activated by the limited amount of heat obtained from the exhaust gas.
触媒が活性を呈する温度になった後においても、エンジンの運転状態が低負荷運転に移行したときや燃料カット時には、排気ガス温度が低くなる。その結果、この低温の排気ガスで触媒が冷やされてその活性が低下する。その後、エンジン運転状態が中負荷運転や高負荷運転に移行すると、排気ガス温度が高くなる結果、触媒が加熱されて再び活性を呈するようになる。 Even after the temperature at which the catalyst exhibits activity, the exhaust gas temperature becomes low when the operating condition of the engine shifts to low load operation or when fuel is cut. As a result, the catalyst is cooled by the low temperature exhaust gas and its activity is reduced. Thereafter, when the engine operating condition shifts to a medium load operation or a high load operation, the exhaust gas temperature becomes high, and as a result, the catalyst is heated and becomes active again.
上記触媒の活性低下は、エンジン運転状態の変化によって生ずる一時的なものであるが、その間は排気ガスの浄化率が低下する。そのため、触媒の再活性に要する時間が長くなると、それだけ自動車のエミッション性能に悪影響がでる。 The decrease in the catalyst activity is temporary caused by a change in engine operating conditions, but in the meantime, the purification rate of the exhaust gas decreases. Therefore, the longer the time required for catalyst reactivation, the worse the emission performance of the vehicle.
以上のことは、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンのいずれにおいてもいえることであるが、排気ガス温度が元から低いディーゼルエンジンにおいて特に問題になる。 The above is true for both gasoline engines and diesel engines, but is particularly problematic for diesel engines that are inherently low in exhaust gas temperature.
そこで、本発明は、排気ガスが有する限られた熱量で触媒を効率良く活性にすること、特に触媒が低温の排気ガスで冷やされた後の再活性を早めることを課題とする。 Therefore, the object of the present invention is to activate the catalyst efficiently with a limited amount of heat possessed by the exhaust gas, and in particular to accelerate the reactivation after the catalyst is cooled by the low temperature exhaust gas.
本発明は、上記課題を解決するために、排気ガスの主流が略水平に設けられたモノリス触媒の下部側を通るようにし、熱気が上昇する性質をモノリス触媒全体の効率的な活性化に利用するようにした。 In the present invention, in order to solve the above problems, the main flow of exhaust gas is made to pass through the lower side of the substantially horizontal monolith catalyst, and the property of rising hot air is used for efficient activation of the entire monolith catalyst. It was made to do.
ここに提示するエンジンの排気装置は、排気ガス浄化用の触媒コンバータを備え、
さらに、排気ターボ過給機を備え、
上記触媒コンバータがエンジン本体の側面に沿って配置され、
上記触媒コンバータは、軸心が横にされた排気ガス浄化用の触媒と、該触媒に排気ガスを流入させる、口径が該触媒の直径よりも小さい流入口部と、該触媒の下流側から排気ガスを流出させる、口径が該触媒の直径よりも小さい流出口部とを備え、
上記エンジン本体の側面視において、上記流入口部と上記触媒の上流側の端面が横方向に相対し、且つ該流入口部の中心が該触媒の軸心に対して下方に偏倚しており、
上記流出口部は、上記触媒を挟んで上記流入口部に相対し、該流出口部の中心が該触媒の軸心に対して下方に偏倚し且つ該流入口部の中心に対してずれており、
上記流出口部の中心の上記触媒の軸心に対する偏倚量は、上記流入口部の中心の上記触媒の軸心に対する偏倚量よりも小さく設定され、
上記排気ターボ過給機から排気ガスがタービンの回転によって上記触媒コンバータに流入するように、上記排気ターボ過給機のタービンハウジングの排気ガス出口部が上記触媒コンバータの流入口部側に接続されていることを特徴とする。
The exhaust system of the engine presented here comprises a catalytic converter for exhaust gas purification,
In addition, it has an exhaust turbocharger.
The catalytic converter is disposed along the side of the engine body,
The catalytic converter comprises an exhaust gas purification catalyst whose axis is turned, an exhaust gas flowing into the catalyst, an inlet portion having a diameter smaller than the diameter of the catalyst, and an exhaust gas from the downstream side of the catalyst And an outlet portion for discharging gas, the diameter of which is smaller than the diameter of the catalyst ,
In a side view of the engine body, the inlet and the upstream end face of the catalyst are laterally opposed, and the center of the inlet is biased downward with respect to the axis of the catalyst,
The outlet port is opposed to the inlet port with the catalyst interposed therebetween, and the center of the outlet port is downwardly biased with respect to the axis of the catalyst and is offset with respect to the center of the inlet port. Yes,
The amount of offset of the center of the outlet to the axis of the catalyst is set smaller than the amount of offset of the center of the inlet to the axis of the catalyst,
An exhaust gas outlet portion of a turbine housing of the exhaust turbocharger is connected to an inlet port side of the catalytic converter so that exhaust gas flows from the exhaust turbocharger into the catalytic converter by rotation of a turbine. It is characterized by
この排気装置においては、触媒コンバータの流入口部が触媒の上流側の端面に相対し、且つ該流入口部の中心が下方に偏倚しているから、排気ガスの流れが速い主流部分は主として触媒の軸心付近から下部寄りの部分を通ることになる。 In the exhaust system, catalyst inlet portion of the medium converter against phase to the end surface of the upstream side of the catalyst, and from the center of the flow inlet port is offset downward, fast flow mainstream portion of the exhaust gas is mainly It passes from the vicinity of the axial center of the catalyst to the lower part.
一方、触媒の上部側を流れる排気ガス流量は下部側に比べると少ないが、エンジンの中負荷・高負荷運転においてはエンジンから排出される排気ガス流量自体が多い。従って、触媒の上部にも少なくない量の排気ガスが流れるから、触媒の上部も排気ガスの浄化に有効に利用される。 On the other hand, although the flow rate of exhaust gas flowing on the upper side of the catalyst is smaller than that on the lower side, the flow rate of exhaust gas discharged from the engine is large during medium load and high load operation of the engine. Therefore, since a small amount of exhaust gas flows also to the upper part of the catalyst, the upper part of the catalyst is also effectively used for purification of the exhaust gas.
そうして、上述の如く排気ガスの主流は触媒の軸心付近から下部寄りを通るから、触媒の下部側は排気ガスの主流によって加熱される。一方、熱気は上昇するという性質があるため、排気ガスが流入口部から触媒コンバータ内に流入すると、熱気が上方へ流れて触媒に流入し、また、触媒の下部からも熱気が上昇する。その結果、触媒の上部側も上記熱気の上昇によって加熱されることになる。そのため、触媒全体が効率良く加熱されて触媒の活性化が図れるとともに、その活性が維持される。 Then, as described above, since the main flow of the exhaust gas passes from near the axial center of the catalyst to the lower side, the lower side of the catalyst is heated by the main flow of the exhaust gas. On the other hand, since the hot air has the property of rising, when the exhaust gas flows into the catalytic converter from the inlet, the hot air flows upward and flows into the catalyst, and the hot air also rises from the lower part of the catalyst. As a result, the upper side of the catalyst is also heated by the rise of the hot air. Therefore, the entire catalyst is efficiently heated to activate the catalyst, and the activity is maintained.
すなわち、排気ガスの流入口部の中心が触媒の軸心に対して偏倚していない従来装置では、触媒の軸心まわりは排気ガスの主流で加熱され、触媒の上部も熱気の上昇によって加熱されるものの、触媒の下部側は上部に比べて温度が低くなり易いという問題がある。これが本発明によって解決される。 That is, in the conventional device in which the center of the exhaust gas inlet is not offset with respect to the axial center of the catalyst, the axial center of the catalyst is heated by the main flow of the exhaust gas, and the upper part of the catalyst is also heated by the rise of the hot air. However, there is a problem that the temperature of the lower side of the catalyst tends to be lower than that of the upper side. This is solved by the present invention.
要するに、排気ガスの主流部分が触媒の軸心付近から下部にわたる部分を通るようにし、熱気の上昇によって触媒の上部を加熱するようにしたから、排気ガスが保有する限られた熱量が触媒全体の昇温および温度維持に効率的に利用されるということである。 In short, since the main part of the exhaust gas passes from the vicinity of the axial center to the lower part of the catalyst and the upper part of the catalyst is heated by the rise of the hot air, the limited amount of heat possessed by the exhaust gas is the entire catalyst. It is to be used efficiently for temperature rise and temperature maintenance.
次にエンジンの運転状態が低負荷運転や燃料カット運転に移行すると、排気ガスの温度が低くなるが、エンジンから排出される排気ガス流量も少なくなる。その温度が低い排気ガスの多くは、触媒の軸心付近から下部にわたる部分を通り、触媒の上部側を通る排気ガス量は少ない。 Next, when the operating state of the engine shifts to a low load operation or a fuel cut operation, the temperature of the exhaust gas decreases, but the flow rate of the exhaust gas discharged from the engine also decreases. Most of the exhaust gas whose temperature is low passes through a portion extending from near the axial center of the catalyst to the lower portion, and the amount of exhaust gas passing through the upper side of the catalyst is small.
従って、触媒の軸心付近から下部にわたる部分は低温の排気ガスで冷やされるものの、先に熱気の上昇によって温度が高くなっている触媒の上部では熱が保有され、温度の低下が少ない。 Therefore, although a portion extending from near the shaft center of the catalyst to the lower portion is cooled by the low temperature exhaust gas, heat is retained at the upper portion of the catalyst whose temperature has been raised earlier by the rise of the hot air, and the temperature decrease is small.
すなわち、従来装置では、温度が低い排気ガスが触媒の軸心付近に向かって流入するから、触媒の上部も低温の排気ガスで冷やされ易いが、本発明では、触媒の上部に熱が保有され易い。 That is, in the conventional apparatus, since the exhaust gas having a low temperature flows toward the vicinity of the axial center of the catalyst, the upper portion of the catalyst is also easily cooled by the low temperature exhaust gas. easy.
そのため、その後にエンジン運転状態が中負荷運転や高負荷運転に移行して高温の排気ガスが触媒に流入したときには、触媒の上部によって奪われる熱量が少ないから、触媒の下部側の温度が速やかに上昇して、触媒全体が早期に再活性化する。よって、エミッション性能の悪化が避けられる。 Therefore, when the engine operating state subsequently shifts to the medium load operation or high load operation and the high temperature exhaust gas flows into the catalyst, the amount of heat taken up by the upper portion of the catalyst is small. As it rises, the entire catalyst reactivates early. Therefore, the deterioration of the emission performance can be avoided.
また、触媒コンバータはエンジン本体の側面に沿って配置されているから、熱損失の低減に有利になる。 Also, since the catalytic converter is disposed along the side of the engine body, it is advantageous to reduce the heat loss.
さらに、排気ターボ過給機から排気ガスがタービンの回転により旋回流となって触媒コンバータに流入するように、排気ターボ過給機のタービンハウジングの排気ガス出口部が触媒コンバータの流入口部側に接続されている。 Furthermore, the exhaust gas outlet of the turbine housing of the exhaust turbocharger is directed to the inlet port side of the catalytic converter so that the exhaust gas from the exhaust turbocharger becomes a swirling flow by rotation of the turbine and flows into the catalytic converter. It is connected.
従って、エンジンの中負荷ないしは高負荷運転時に排気ターボ過給機が作動すると、排気ガスがタービンの回転により旋回流となって触媒コンバータ内に流入する。よって、上述の如く、流入口部の中心を下方に偏倚させても、排気ガスが触媒全体に分散し易くなり、触媒の上部が排気ガスの浄化に有効に利用されることになる。 Therefore, when the exhaust gas turbocharger operates during medium load or high load operation of the engine, the exhaust gas flows into the catalytic converter as a swirling flow due to the rotation of the turbine. Therefore, as described above, even if the center of the inflow port is biased downward, the exhaust gas is easily dispersed throughout the catalyst, and the upper portion of the catalyst is effectively used for purification of the exhaust gas.
一方、排気ターボ過給機が作動しないエンジンの低負荷運転時や燃料カット時には、排気ガスは旋回流とならないため、触媒の下部側を主として流れる。よって、触媒の上部側が低温の排気ガスによって冷やされることが避けられる。 On the other hand, at the time of low load operation of the engine where the exhaust turbocharger does not operate or at the time of fuel cut, the exhaust gas does not form a swirling flow, and flows mainly on the lower side of the catalyst. Thus, the upper side of the catalyst is avoided from being cooled by the low temperature exhaust gas.
好ましい態様では、排気ターボ過給機のタービンハウジングの排気ガス出口部が触媒コンバータの流入口部に直結される。 In a preferred embodiment, the exhaust gas outlet of the turbine housing of the exhaust turbocharger is directly connected to the inlet of the catalytic converter.
好ましい態様では、排気ターボ過給機はその軸心が横にされる。 In a preferred embodiment, the exhaust turbocharger has its axis transverse.
本発明の好ましい態様では、上記触媒コンバータは、上記触媒の上流側の端面を覆うコーン状の上流側カバーを備え、該上流側カバーに上記流入口部が設けられており、
上記上流側カバーの上記流入口部から上記触媒に至るコーン壁部の上半周側にセンサが取り付けられている。
In a preferred aspect of the present invention, the catalytic converter includes a cone-shaped upstream cover that covers the upstream end face of the catalyst, and the upstream cover is provided with the inlet.
A sensor is mounted on the upper half of the cone wall extending from the inlet of the upstream cover to the catalyst.
すなわち、触媒コンバータの流入口部の中心を触媒の軸心に対して下方に偏倚させたことにより、上流側カバーは、その下半周側に比べて上半周側のコーン壁の、流入口部から触媒に至る距離が長くなっている。従って、この上半周側のコーン壁に対するセンサのレイアウトが容易になる。 That is, by biasing the center of the inflow portion of the catalytic converter downward with respect to the axial center of the catalyst, the upstream cover is from the inflow portion of the upper half circumferential side cone wall compared to the lower half circumferential side. The distance to the catalyst is long. Therefore, the layout of the sensor with respect to the upper semicircular cone wall is facilitated.
本発明の好ましい態様では、上記触媒コンバータの排気ガスの流出口部は、上記触媒の下流側から排気ガスが斜め下方に流出するように設けられ、又は上記触媒の下流側の端面に相対し、且つ該流出口部の中心が該モノリス触媒の軸心に対して下方に偏倚していて、排気ガスが上記触媒の下流側から略水平に流出するように設けられている。 In a preferred aspect of the present invention, the exhaust gas outlet portion of the catalytic converter is provided such that the exhaust gas flows obliquely downward from the downstream side of the catalyst, or faces the downstream end face of the catalyst. And, the center of the outlet portion is biased downward with respect to the axis of the monolith catalyst, and exhaust gas is provided so as to flow out substantially horizontally from the downstream side of the catalyst.
触媒コンバータの流入口部が触媒の上流側の端面に相対し、且つ該流入口部の中心が下方に偏倚しているから、触媒混バターの流出口部が、触媒の下流側から排気ガスが斜め下方に流出するように設けられている場合、排気ガスの流れが速い主流部分は主として触媒の軸心付近から下部寄りの部分を通ることになる。触媒コンバータの流出口部が触媒の下流側の端面に相対し、且つ該流出口部の中心が該触媒の軸心に対して下方に偏倚している場合も、排気ガスの主流部分は主として触媒の軸心付近から下部寄りの部分を通ることになる。 Since the inlet of the catalytic converter faces the upstream end face of the catalyst, and the center of the inlet is biased downward, the outlet of the catalyst-blended butter has exhaust gas from the downstream side of the catalyst. In the case of being provided so as to flow obliquely downward, the mainstream portion where the exhaust gas flow is fast passes mainly from the vicinity of the axial center of the catalyst to the lower portion. Even when the outlet of the catalytic converter faces the downstream end face of the catalyst and the center of the outlet is biased downward with respect to the axis of the catalyst, the main portion of the exhaust gas is mainly the catalyst It passes through the part from the vicinity of the center of the axis to the lower part.
上述の如く、本発明によれば、排気ガスの主流部分が触媒の軸心付近から下部にわたる部分を通るようにし、熱気の上昇によって触媒の上部を加熱するようにしたから、排気ガスが保有する限られた熱量を触媒全体の昇温および温度維持に効率的に利用することができる。また、燃料カット時等の排気ガス温度が低く排気ガス流量が少ないときには、触媒の上部に熱気が保有され該上部の温度低下を抑制されるから、その後に高温の排気ガスが触媒に流入するようになったときに、触媒の上部によって奪われる熱が少なくなる。その結果、触媒全体が早期に活性温度に達することになり、上記排気ガス温度の低下に伴うエミッション性能の悪化が軽減される。 As described above, according to the present invention, the main portion of the exhaust gas passes through the portion extending from near the axial center of the catalyst to the lower portion, and the upper portion of the catalyst is heated by the rise of hot air, so the exhaust gas holds A limited amount of heat can be efficiently utilized to raise the temperature and maintain the temperature of the entire catalyst. In addition, when the exhaust gas temperature at the time of fuel cut is low and the exhaust gas flow rate is small, the hot air is held at the upper part of the catalyst and the temperature decrease at the upper part is suppressed, so that the high temperature exhaust gas flows into the catalyst thereafter When it does, less heat is taken away by the top of the catalyst. As a result, the entire catalyst reaches the activation temperature early, and the deterioration of the emission performance due to the reduction of the exhaust gas temperature is alleviated.
排気ターボ過給機が作動すると、排気ガスがタービンの回転により旋回流となって触媒コンバータのケース内に流入するから、触媒コンバータの流入口部の中心を下方に偏倚させても、排気ガスが触媒全体に分散し易くなり、触媒の上部が排気ガスの浄化に有効に利用され、触媒コンバータの触媒の軸心に対する下方への偏倚量が小さい流出口部から排気ガスが流出する。一方、排気ターボ過給機が作動しないときは、排気ガスは旋回流とならないため、触媒の下部側を主として流れる。よって、触媒の上部側が低温の排気ガスによって冷やされることが避けられる。 When the exhaust turbocharger operates, the exhaust gas is swirled by the rotation of the turbine and flows into the case of the catalytic converter. Therefore, even if the center of the inlet of the catalytic converter is biased downward, the exhaust gas is not The upper portion of the catalyst is effectively used for purification of the exhaust gas, and the exhaust gas flows out from the outlet portion where the amount of downward bias of the catalytic converter with respect to the axial center of the catalyst is small . On the other hand, when the exhaust gas turbocharger does not operate, the exhaust gas does not form a swirling flow, and therefore flows mainly on the lower side of the catalyst. Thus, the upper side of the catalyst is avoided from being cooled by the low temperature exhaust gas.
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, an embodiment for carrying out the present invention will be described based on the drawings. The following description of the preferred embodiments is merely exemplary in nature and is not intended to limit the invention, its applications or its uses.
図1において、1は自動車のエンジンルームに設けられるディーゼルエンジンのエンジン本体である。本実施形態ではエンジン本体1はクランクシャフトが車幅方向に延びる横置きにされ、エンジン本体1の側面(この場合は背面)に排気ターボ過給機2、触媒コンバータ3、粒子状物質処理装置4、EGRクーラ5およびEGRバルブ6が配置されている。
In FIG. 1,
本例の触媒コンバータ3は排気ガス中のHCおよびCOを酸化浄化する酸化触媒である。粒子状物質処理装置4は、排気ガス中の粒子状物質を捕集して燃焼除去する、所謂DPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)である。EGRクーラ5は吸気系に還流させる排気ガスを冷却する。EGRバルブ6は吸気系へのEGR量(排気ガス還流量)を調節する。
The
ターボ過給機2および触媒コンバータ3は、各々の軸心が略水平にされ、すなわち軸心が横にされ、エンジン本体1の上部の側面に沿ってエンジン本体1の長手方向(車幅方向)に連ねて配置されている。粒子状物質処理装置4は、触媒コンバータ3の下側において該触媒コンバータ3の下面およびエンジン本体1の側面に沿うように軸心が略水平にされて配置されている。触媒コンバータ3は粒子状物質処理装置4に湾曲した連結管7によって連結されている。
The
このような触媒コンバータ3および粒子状物質処理装置4のレイアウトによれば、触媒コンバータ3および粒子状物質処理装置4をエンジン本体1の側面にコンパクトにまとめて配置することができる。しかも、エンジン本体1、触媒コンバータ3および粒子状物質処理装置4の三者が互いの放熱を妨げる関係になり、熱損失の低減に有利になる。
According to such a layout of the
粒子状物質処理装置4には車室床下に配置されるフレキシブルチューブ8を介して自動車後方に延びる排気管9が接続されている。図示は省略しているが、排気管9は排気サイレンサを介してテールパイプに続いている。図1において、26は粒子状物質処理装置4の入口ガス温度を検出する温度センサ、27は粒子状物質処理装置4の入口側のガス圧を検出する圧力センサ(図示せず)の圧力取出し部である。
An
図2に示すように、触媒コンバータ3は、ケース11にモノリス触媒12を略水平にした状態で収容してなる。ケース11は、モノリス触媒12を収容するケース本体11aと、モノリス触媒12の上流側の端面を覆うコーン状の上流側カバー11bと、モノリス触媒12の下流側の端面を覆うコーン状の下流側カバー11cとを備えてなる。上流側カバー11bには、エンジン本体1の側面視において、モノリス触媒12の上流側の端面に相対し、排気ガスをモノリス触媒12に向かって略水平に(横方向に)流入させる流入口部13が設けられている。また、下流側カバー11cには、モノリス触媒12を挟んで流入口部13に相対し(モノリス触媒12の下流側の端面に相対し)、モノリス触媒12の下流側から排気ガスを略水平に(横方向に)流出させる流出口部14が設けられている。
As shown in FIG. 2, the
ケース11の流入口部13には、排気ターボ過給機2のタービンハウジング15の排気ガス出口部16が直結されている。ケース11の流出口部14には、連結管7の上流端が結合している。また、上流側カバー11bの流入口部13からケース本体11aに至るコーン壁部の上半周側に触媒コンバータ3の入口ガス温度を検出する温度センサ17が取付けられている。
The
上記ケース11の流入口部13および流出口部14は、各々の口径がモノリス触媒12の直径よも小さく、流入口部13の中心Ciおよび流出口部14の中心Coはモノリス触媒12の軸心Ccに対して下方に偏倚している。流入口部13の中心Ciのモノリス触媒12の軸心Ccに対する偏倚量D1、並びに流出口部14の中心Coのモノリス触媒12の軸心Ccに対する偏倚量D2はいずれも、モノリス触媒12の半径の1/4以上1/2以下であることが好ましい。図2に示すように、流出口部14の中心Coは流入口部13の中心Ciに対してずれており、流出口部14の偏倚量D2は流入口部13の偏倚量D1よりも小さく設定されている。
The diameter of each of the
図3に示すように、流入口部13および流出口部14は、各々の開口面積の2/3以上がモノリス触媒12の上流側及び下流側各々の下半周側の端面に相対するように配置されていることが好ましい。さらに、好ましいのは、上記偏倚量D1,D2を1/2以下とし、流入口部13および流出口部14各々の開口面積の2/3以上がモノリス触媒12の上流側及び下流側各々の下半周側の端面に相対するようにすることである。
As shown in FIG. 3, the
図3の例では、流入口部13の開口面積の殆どがモノリス触媒12の上流側の下半周側の端面に相対し、流出口部14の開口面積の少なくとも5/6がモノリス触媒12の下流側の下半周側の端面に相対している。
In the example of FIG. 3, most of the opening area of the
図2に示すように、粒子状物質処理装置4は、ケース18に排気ガス中の粒子状物質を捕集するモノリスフィルタ19を収容してなる。フィルタ19には、該フィルタ19に堆積した粒子状物質を燃焼除去するための触媒がコーティングされている。ケース18は、フィルタ19を収容するケース本体18aと、フィルタ19の上流側の端面を覆う上流側カバー18bと、フィルタ19の下流側の端面を覆う下流側カバー18cとを備えてなる。上流側カバー18bに連結管7の下流端が結合している。
As shown in FIG. 2, the particulate
図4に示すように、粒子状物質処理装置4の下流側カバー18cは、扁平になっていて、粒子状物質処理装置4の後方に向かって突出しており、その先端に排気ガスをテールパイプに導く図2に示す排気ガス排出口21が開口している。そして、下流側カバー18cにおけるフィルタ19の軸心Cfから前方(該軸心Cfを挟んで排気ガス排出口21の反対側)に偏倚した位置に、排気ガスをEGRクーラ5に導く図4に示すEGR用の排気ガス取出口22が開口している。
As shown in FIG. 4, the downstream side cover 18 c of the particulate
EGRクーラ5は、一連に接続したEGR用のガス導入部5a、クーラ本体部5bおよびEGR用のガス流出部5cを備えてなる。EGRクーラ5は水冷であり、クーラ本体部5bに冷却水供給管23と冷却水排出管24が接続されている。そうして、ガス導入部5aが下流側カバー18cの排気ガス取出口22に接続されて、EGRクーラ5は、扁平な下流側カバー18cに沿うように、フィルタ19の軸心Cfを挟んで排気ガス取出口22の反対側、つまり、後方へ延びている。
The
このEGRクーラ5の後端のガス流出部5cにEGR用ガスの流出口25が側方(粒子状物質処理装置4の反対側)に向かって開口し、該流出口25にEGRバルブ6が接続されている。
An
以上により、粒子状物質処理装置4、EGRクーラ5およびEGRバルブ6は、エンジン本体1の側面(背面)に沿って該エンジン本体1の長手方向に配列されている。
As described above, the particulate
上記エンジンの排気装置によれば、排気ガスは触媒コンバータ3のケース11の流入口部13からモノリス触媒12に向かって略水平に流入する。この流入口部13の中心Ciはモノリス触媒12の軸心Ccに対して下方に偏倚し、且つ流出口部14の中心Coもモノリス触媒12の軸心Ccに対して下方に偏倚しているから、排気ガスの流れが速い主流部分はモノリス触媒12の軸心Cc付近から下部にわたる部分を通る。
According to the exhaust system of the engine described above, the exhaust gas flows from the
一方、モノリス触媒12の上部を流れる排気ガス量は下部に比べると少ないが、エンジンの中負荷・高負荷運転においてはエンジンから排出される排気ガス量自体が多い。しかも、排気ターボ過給機2のタービンハウジング15がケース11の流入口部13に直結されているから、排気ターボ過給機2が作動すると、排気ガスがタービンの回転により旋回流となってケース11内に流入する。よって、ケース11の流入口部13を上述の如く偏倚させても、排気ガスがモノリス触媒12の全体に分散し易くなる。つまり、モノリス触媒12の上部にも少なくない量の排気ガスが流れるから、このモノリス触媒12の上部も排気ガスの浄化に有効に利用される。
On the other hand, although the amount of exhaust gas flowing in the upper portion of the
そうして、上述の如く排気ガスの主流はモノリス触媒の軸心付近から下部寄りを通るから、モノリス触媒12の下部側は排気ガスの主流によって加熱される。一方、熱気は上昇するという性質があるため、排気ガスが流入口部13からケース11に流入すると、熱気が上方へ流れてモノリス触媒12に流入し、また、モノリス触媒12の下部からも熱気が上昇する。その結果、モノリス触媒12の上部側も上記熱気の上昇によって加熱されることになる。そのため、モノリス触媒全体が効率良く加熱されて触媒の活性化が図れるとともに、その活性が維持される。
Then, as described above, since the main flow of the exhaust gas passes from near the axial center of the monolith catalyst to the lower side, the lower side of the
要するに、排気ガスの主流がモノリス触媒12の軸心付近から下部にわたる部分を通るようにし、熱気の上昇によってモノリス触媒12の上部を加熱するようにしたから、排気ガスが保有する限られた熱量がモノリス触媒12全体の昇温および温度維持に効率的に利用されることになる。
In short, the main flow of the exhaust gas passes through a portion extending from near the axial center of the
エンジンの運転状態が低負荷運転や燃料カット運転に移行すると、排気ガスの温度が低くなるが、エンジンから排出される排気ガス流量も少なくなる。また、排気ターボ過給機2が作動しないエンジンの低負荷運転時や燃料カット時には、触媒コンバータ3に流入する排気ガスは旋回流とならない。そのため、温度が低い排気ガスの多くは、モノリス触媒12の軸心付近から下部にわたる部分を通り、モノリス触媒12の上部側を通る排気ガス量は少ない。
When the operating condition of the engine shifts to a low load operation or a fuel cut operation, the temperature of the exhaust gas decreases, but the flow rate of the exhaust gas discharged from the engine also decreases. In addition, at the time of low load operation of the engine where the
従って、モノリス触媒12の下部側は低温の排気ガスで冷やされるものの、上部側が低温の排気ガスによって冷やされることが避けられる。よって、先に熱気の上昇によって温度が高くなっているモノリス触媒12の上部では熱が保有され、温度の低下が少ない。
Therefore, although the lower side of the
そのため、その後にエンジン運転状態が中負荷運転や高負荷運転に移行して高温の排気ガスがモノリス触媒12に流入したときには、モノリス触媒12の上部によって奪われる熱量が少ないから、モノリス触媒12の下部側の温度が速やかに上昇してモノリス触媒12の全体が活性を呈する状態になり易い。よって、エミッション性能の悪化が避けられる。
Therefore, when the engine operating state subsequently shifts to a medium load operation or a high load operation and the high temperature exhaust gas flows into the
また、上述の如くケース11の流入口部13の中心Ciをモノリス触媒12の軸心Ccに対して下方に偏倚させたことにより、ケース11の上流側カバー11bは、その下半周側に比べて上半周側のコーン壁の、流入口部13からケース本体11aに至る距離が長くなっている。従って、この上半周側のコーン壁に対する温度センサ17のレイアウトが容易になる。
Further, as described above, by biasing the center Ci of the
図5は参考形態を示す。図2に示す実施形態では触媒コンバータ3の流入口部13と流出口部14がモノリス触媒12を挟んで相対しているが、図5では流入口部13と流出口部14が相対しない構造になっている。
FIG. 5 shows a reference embodiment . In the embodiment shown in FIG. 2, the
まず、ケース11の上流側カバー11bは、図2に示す実施形態と同じく、モノリス触媒12の上流側の端面に相対して排気ガスをモノリス触媒12に向かって略水平に流入させる流入口部13を備えている。流入口部13の中心Ciはモノリス触媒12の軸心Ccに対して下方に偏倚している。その偏倚量D1はモノリス触媒12の半径の1/4以上1/2以下であることが好ましい。そして、この流入口部13から湾曲して立ち上がった上流側の管部に上流側排気管又は排気ターボ過給機のタービンハウジングが結合されている。
First, the
一方、ケース11の下流側カバー11cは、モノリス触媒12を収容するケース本体11aから斜め下方に延びており、その先端にモノリス触媒12の下流側から排気ガスを斜め下方に流出させる流出口部14が下向きに開口している。そして、この流出口部14に連結管7によって粒子状物質処理装置(図示省略)が接続されている。
On the other hand, the downstream side cover 11 c of the
図5に示す参考形態においても、ケース11の流出口部14はモノリス触媒12の下流側から排気ガスを斜め下方に流出させるから、流入口部13から流入する排気ガスの主流はモノリス触媒12の軸心付近から下部にわたる部分を通ることになる。
Also in the embodiment shown in FIG. 5, since the
よって、エンジンの中負荷・高負荷運転時には、モノリス触媒12の下部側は排気ガスの主流によって加熱され、上部側は熱気の上昇によって加熱されるため、排気ガスが保有する限られた熱量がモノリス触媒12全体の昇温および温度維持に効率的に利用されることになる。
Therefore, at the time of medium load and high load operation of the engine, the lower side of the
また、エンジンの運転状態が低負荷運転や燃料カット運転に移行したときは、モノリス触媒12の下部側は低温の排気ガスで冷やされるものの、先に熱気の上昇によって温度が高くなっているモノリス触媒12の上部側では熱が保有され、温度の低下が少なくなる。そのため、その後に高温の排気ガスがモノリス触媒12に流入したときには、モノリス触媒12の上部によって奪われる熱量が少ないから、モノリス触媒12全体が速やかに活性温度まで上昇することになる。
In addition, when the operating state of the engine shifts to a low load operation or a fuel cut operation, the lower side of the
1 エンジン本体
2 排気ターボ過給機
3 触媒コンバータ
4 粒子状物質処理装置
5 EGRクーラ
6 EGRバルブ
7 連結管
11 ケース
12 モノリス触媒
13 流入口部
14 流出口部
15 タービンハウジング
16 排気ガス出口部
19 フィルタ
Claims (4)
さらに、排気ターボ過給機を備え、
上記触媒コンバータがエンジン本体の側面に沿って配置され、
上記触媒コンバータは、軸心が横にされた排気ガス浄化用の触媒と、該触媒に排気ガスを流入させる、口径が該触媒の直径よりも小さい流入口部と、該触媒の下流側から排気ガスを流出させる、口径が該触媒の直径よりも小さい流出口部とを備え、
上記エンジン本体の側面視において、上記流入口部と上記触媒の上流側の端面が横方向に相対し、且つ該流入口部の中心が該触媒の軸心に対して下方に偏倚しており、
上記流出口部は、上記触媒を挟んで上記流入口部に相対し、該流出口部の中心が該触媒の軸心に対して下方に偏倚し且つ該流入口部の中心に対してずれており、
上記流出口部の中心の上記触媒の軸心に対する偏倚量は、上記流入口部の中心の上記触媒の軸心に対する偏倚量よりも小さく設定され、
上記排気ターボ過給機から排気ガスがタービンの回転によって上記触媒コンバータに流入するように、上記排気ターボ過給機のタービンハウジングの排気ガス出口部が上記触媒コンバータの流入口部側に接続されていることを特徴とするエンジンの排気装置。 In an exhaust system of an engine provided with a catalytic converter for exhaust gas purification,
In addition, it has an exhaust turbocharger.
The catalytic converter is disposed along the side of the engine body,
The catalytic converter comprises an exhaust gas purification catalyst whose axis is turned, an exhaust gas flowing into the catalyst, an inlet portion having a diameter smaller than the diameter of the catalyst, and an exhaust gas from the downstream side of the catalyst And an outlet portion for discharging gas, the diameter of which is smaller than the diameter of the catalyst ,
In a side view of the engine body, the inlet and the upstream end face of the catalyst are laterally opposed, and the center of the inlet is biased downward with respect to the axis of the catalyst,
The outlet port is opposed to the inlet port with the catalyst interposed therebetween, and the center of the outlet port is downwardly biased with respect to the axis of the catalyst and is offset with respect to the center of the inlet port. Yes,
The amount of offset of the center of the outlet to the axis of the catalyst is set smaller than the amount of offset of the center of the inlet to the axis of the catalyst,
An exhaust gas outlet portion of a turbine housing of the exhaust turbocharger is connected to an inlet port side of the catalytic converter so that exhaust gas flows from the exhaust turbocharger into the catalytic converter by rotation of a turbine. Engine exhaust system characterized by
上記排気ターボ過給機のタービンハウジングの排気ガス出口部が上記触媒コンバータの流入口部に直結されていることを特徴とするエンジンの排気装置。 In claim 1,
An exhaust system for an engine, wherein an exhaust gas outlet of a turbine housing of the exhaust turbocharger is directly connected to an inlet of the catalytic converter.
上記触媒コンバータは、上記触媒の上流側の端面を覆うコーン状の上流側カバーを備え、該上流側カバーに上記流入口部が設けられており、
上記上流側カバーの上記流入口部から上記触媒に至るコーン壁部の上半周側にセンサが取り付けられていることを特徴とするエンジンの排気装置。 In claim 1 or claim 2,
The catalytic converter includes a cone-shaped upstream cover that covers the upstream end face of the catalyst, and the upstream cover is provided with the inlet portion.
An engine exhaust system characterized in that a sensor is mounted on the upper half of the cone wall extending from the inlet to the catalyst on the upstream side cover.
上記排気ターボ過給機は、その軸心が横にされていることを特徴とするエンジンの排気装置。 In any one of claims 1 to 3,
An exhaust system of an engine according to the present invention, wherein the axial center of the exhaust turbocharger is horizontal.
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