WO2004059137A1

WO2004059137A1 - 排気マニホールド

Info

Publication number: WO2004059137A1
Application number: PCT/JP2003/016107
Authority: WO
Inventors: Naoyuki Kobayashi; Takashi Yasuda
Original assignee: Yumex Corporation
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2004-07-15
Also published as: JPWO2004059137A1; KR20050091752A; US20060053782A1; DE10393974T5; CN1732330A; AU2003289117A1

Abstract

触媒（２）が収容される触媒容器（３）に対して角度をもって連結される排気マニホールド（４）は、エンジンの複数の排気ポート（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４）にそれぞれ連通する分岐管（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）と、これら分岐管が集合する排気集合部（７）と、この排気集合部（７）内を分割する仕切板（８）とを含む。仕切板（８）には、触媒（２）側の端面部（８Ａ）に切欠き（９）が設けられる。

Description

排気マ二ホールド

技術分野

本発明は、触媒一体型排気マ二ホールドに関し、詳細には、触媒容器に角度をもって連結される排気マ二ホール明ドの構造に関する。田

背景技術

触媒一体型排気マ二ホールドにおいては、エンジンの各排気ポートから排出される排気ガス同士の干渉を抑制しエンジン出力を向上させるとともに、排気ガスの浄化を効率的に行うことを目的として、様々な提案がなされている。

例えば、特開 2001-164937号公報（[0014] — [0019], 図 1一図 7) には、エンジンの複数の排気ポートに連通する分岐管と、これら分岐管が集合する排気集合部と、排気集合部と連結する触媒容器と、触媒容器内に収容された触媒とを備えた触媒一体型排気マ二ホールドにおいて、排気集合部内に仕切りを設けて二室に区画するとともに、排気工程の順番が連続しない気筒の排気ポートに連通する分岐管同士を集合させて、各室に連通させたものが開示されている。

また、特開 2000-110555号公報 ([0007] - [0011]，図

1_図 4) には、排気集合部内を二分割する隔壁の排気下流側端縁と触媒との間に形成されるクリァランスを、クリァランス面積が隔壁の排気下流側端縁部位の排気通路断面積に対して所定の割合以下に設定し、排気干渉を抑えた触媒一体型排気マ二ホールドが開示されている。

前述した触媒一体型排気マ-ホールドは、排気集合部が触媒容器に対して直線状に連結されたものを対象としている。しカゝしながら、エンジンのレイアウト等の問題により、排気集合部が触媒容器に対して角度をもって連結される場合がある。

第 6図に示す触媒一体型排気マ二ホールド 1 0 1においては、触媒 1 0 2を収容する触媒容器 1 0 3に対して、排気マ二ホールド 1 0 4が角度をもって連結されている。そして、排気マ-ホールド 1 0 4は、エンジンの複数の排気ポートに排気ポート側フランジ 1 0 5を介してそれぞれ連通する分岐管 1 0 6と、これら分岐管 1 0 6が集合する排気集合部 1 0 7と、この排気集合部 1 0 7内を分割する仕切板 1 0 8とから構成されている。

このような触媒一体型排気マ二ホールド 1 0 1においては、排気ガスが触媒 1 0 2に対して偏流するため、触媒の複数のガス流通路 1 0 2 aの特定箇所のみに排気ガスが当たることになり、触媒 1 0 2の劣化、円滑な排気の阻害等の問題が生じることになる。

また、このような触媒一体型排気マ二ホールド 1 0 1においては、仕切板 1 0 8によって分割された各分室に 0₂センサを配設する必要があるため、製造コストが高価になるという問題があつた。

そこで、本発明は、排気マ二ホールドが触媒容器に角度をもって連結される触媒一体型排気マ二ホールドにおいて、排気ガスの偏流に起因する触媒の劣化と排気ガスの滞留を防ぐことを目的とする。

また、前述した触媒一体型排気マユホールドの製造コストを抑えることも目的とする。発明の開示

仕切板によつて分割された触媒一体型排気マユホールドの排気集合部においては、断続的に排気ガスが流れ、排気ガスが流れる側の分室と排気ガスが流れない反対側の分室では圧力差が生じる。そこで、両分室間に生じる圧力差を利用して、一方の分室から他方の分室へ排気ガスを流入させてガス流の分散を図るとともに、一時に大きなガス流が触媒に流入するのを緩和する構成を提案する。すなわち、本発明では、触媒が収容される触媒容器に対して角度をもって連結される排気マ-ホールドであって、エンジンの複数の排気ポートにそれぞれ連通する分岐管と、これら分岐管が集合する排気集合部と、この排気集合部内を分割する仕切板とを含み、前記仕切板には、前記触媒側の端面部に切欠きが設けられたことを特徴とする。

このような排気マ二ホールドによると、仕切板の触媒側の端面部に切欠きを設けたことにより、仕切板によって分割された各分室に流入する排気ガスの一部力切欠きを通して反対側の分室に流入した後に触媒側に流れるので、排気ガスの流れが触媒の特定箇所に集中するのを緩和し、排気ガスの偏流に起因する触媒の劣ィ匕と排気ガスの滞留を防ぐことが可能となる。

また、本発明では、上述した排気マユホールドにおいて、前記仕切板の切欠き部位にセンサを配設したことを特徴とする。

このような排気マ二ホールドによると、例えば 0₂センサ等のセンサを仕切板の切欠き部位に配設したことにより、各分室にそれぞれセンサを配設することが不要となり、製造コストを抑えることができる。仕切板の切欠き部位においては、仕切板の切欠きを通して反対側の分室に流入しょうとする排気ガス力切欠き部位に配設したセンサと接触し、通過するので、各排気ポートから排出されるそれぞれの排気ガスの状態（酸素濃度等）をより効果的に検出することができる。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の排気マ二ホールドが適用される第 1実施形態に係る触媒 —体型排気マエホールドの説明図であり、 ) は触媒一体型排気マ二ホールドの断面図、（b ) は仕切板の斜視図である。

第 2図は、図 1 ( a ) の A— A線に沿った断面図である。

第 3図は、本発明の排気マ二ホールドが適用される第 2実施形態に係る触媒一体型排気マ二ホールドの説明図であり、（a ) は触媒一体型排気マユホーノレドの断面図、（b ) は仕切板の斜視図である。

第 4図は、本発明の排気マ二ホールドが適用される第 3実施形態に係る触媒一体型排気マ-ホールドの説明図であり、（a ) は触媒一体型排気マ二ホールドの断面図、（b ) は仕切板の斜視図である。

第 5図は、本発明の排気マ二ホールドを用いた排気ガスの流速解析を示す説明図であり、（a ) は実験に用いた排気マ二ホールドの部分断面斜視図、（b ) はガス通路面積を説明するための排気集合部の横断面図、（c ) は各排気ポートから流出した排気ガスの触媒中央部における流速分布を表す。

第 6図は、排気マ二ホールドが、触媒を収容する触媒容器に対して角度をもつて連結された従来の触媒一体型排気マユホールドの断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下、添付の図面を参照して、本発明の第 1実施形態について詳細に説明する。

初めに、第 1図及び第 2図を参照して、本発明の排気マ二ホールドが適用される第 1実施形態に係る触媒一体型排気マ二ホールドについて説明する。

本実施形態の排気マ二ホールドは、直列に配置された 4気筒エンジンの排気システムに関するものである。

第 1 ( a ) 図に示すように、触媒一体型排気マ二ホールド 1は、触媒 2が収容される触媒容器 3と、この触媒容器 3に対して角度をもって連結される排気マ二ホールド 4とを含み構成される。

触媒 2は、エンジンの排気ポート E 1， E 2 , E 3， E 4から排出される排気ガス中に含まれる有害成分を無害な成分に変換するもので、断面蜂の巣状に形成された多数のガス流通路を有するセラミックゃ耐熱鋼箔等から成る一体成形物担体の表面に、 C O、 H C、 N Ovを浄化する三元触媒が担持されたものである。

触媒容器 3は、触媒 2を収容するもので、排気マ二ホールド 4に対して角度をもって連結される。

排気マ二ホールド 4は、エンジンの複数の排気ポート E l， E 2， E 3， E 4に排気ポート側フランジ 5を介してそれぞれ連通する分岐管 6 a， 6 b , 6 c， 6 と、これら分岐管 6 a， 6 b , 6 c， 6 dが集合する排気集合部 7と、この排気集合部 7内を分割する仕切板 8とから構成されている。

なお、図示した 4気筒エンジンにおいては、第 1 ( a ) 図の左側より第 1気筒、第 2気筒、第 3気筒、第 4気筒として、第 1気筒一第 3気筒—第 4気筒一第 2気筒一第 1気筒の順に点火されるように構成されている。

排気集合部 7は、第 2図に示すように、仕切板 8によって第 1分室 7 A及び第 2分室 7 Bに二分割され、分岐管 6 aと 6 dが第 1分室 7 Aに、他の分岐管 6 bと 6 cが第 2分室 7 Bにそれぞれ連通する。

仕切板 8は、第 1 ( a ) 図及び第 1 ( b ) 図に示すように、触媒 2側の端面部 8 Aの片側に切欠き 9が設けられ、この切欠き 9を通して、第 1分室 7 Aと第 2分室 7 Bが連通している。

符号 1 0は、排気ガス中の酸素濃度を検出して、空燃比をフィードバック制御するための O2センサである。 E CU (図示せず） 'は、 0₂センサの検出値に基づいて、空燃費がリーン（0₂過多）の場合には燃料噴射量を増加する制御を行い、空燃費がリッチ（酸素不足）の場合には燃料噴射量を減少する制御を行う。

0₂センサ 1 0は、そのプローブ部分が仕切板 8の切欠き部位に位置しており、各排気ポートから排出されるそれぞれの排気ガスの酸素濃度を効果的に検出することができる。

図示した例では、 1つの 0₂センサ 1 0のみを用いて空燃費のフィードバック制御を行っているので、例えば、クランクアングルセンサ（図示せず）及び力ムアングルセンサ（図示せず）を用いて現在の燃焼気筒を判別し、特定の気筒に対する適切な燃料噴射量の増減を行っている。なお、気筒の判別は、上述したクランクアンダルセンサ及ぴカムアングルセンサを用いた例に限らず、公知の方法を利用することができる。

以上のように構成された触媒一体型排気マ-ホールド 1の作用を排気ガスの流れに基づいて説明する。

本実施形態のエンジンにおいては、第 1気筒—第 3気筒一第 4気筒一第 2気筒一第 1気筒の順に点火される。これにより、燃焼後の燃焼室内部のガスは、第 1の排気ポート E 1—第 3の排気ポート E 3—第 4の排気ポート E 4—第 2の排気ポート E 2—第 1の排気ポート E 1の順で各排気ポートカら排出される。まず、第 1の排気ポート E 1から排出された排気ガス流は、排気マ二ホールド 4の分岐管 6 aを流下して、排気集合部 7の第 1分室 7 Aを通って触媒 2に流入する。次に、第 3の排気ポート E 3から排出された排気ガス流力排気マ-ホールド 4 の分岐管 6 cを流下して、排気集合部 7の第 2分室 7 Bを通って触媒 2に流入する。さらに、第 4の排気ポート E 4から排出された排気ガス流が、排気マ二ホールド 4の分岐管 6 dを流下して、排気集合部 7の第 1分室 7 Aを通って触媒 2に流入し、次に、第 2の排気ポート E 2から排出された排気ガス流が、排気マニホールド 4の分岐管 6 bを流下して、排気集合部 7の第 2分室 7 Bを通って触媒 2 に流入する。

その際、分岐管 6 aと分岐管 6 dから第 1分室 7 Aを通って触媒 2に流入する排気ガス流の一部は、仕切板 8の切欠き 9を通して、第 2分室 7 Bに流入した後触媒 2に流入する。同様に、分岐管 6 bと分岐管 6 cから第 2分室 7 Bを通つて触媒 2に流入する排気ガス流の一部は、仕切板 8の切欠き 9を通して、第 1分室 7 Aに流入した後触媒 2に流入する。

このように、本実施形態に係る触媒一体型排気マ二ホールド 1によると、仕切板 8の触媒 2側の端面部 8 Aの片側に切欠き 9を設けたことにより、仕切板 8 によって分割された各分室 7 A， 7 Bに流入する排気ガスの一部が、切欠き 8を通して反対側の分室 7 B， 7 Aに流入した後に触媒 2側に流れる。従って、排気マ二ホールド 4が触媒容器 3に対して角度をもって連結される場合であっても、各分室 7 A， 7 Bから触媒 2に流入する排気ガスの流れが、触媒 2の多数のガス流通路の特定箇所のみに集中するのを緩和し、排気ガスの偏流に起因する触媒 2 の劣ィ匕と排気ガスの滞留を防ぐことができる。

また、仕切板 8の切欠き部位に 0₂センサ 1 0を配設したことにより、各分室 7 Α， 7 Βにそれぞれ 0₂センサ 1 0を設ける必要がなくなるので、触媒一体型排気マ二ホールド 1の製造コストを抑えることができる。

仕切板 8の切欠き 9を通して反対側の分室 7 Α, 7 Βに流入する排気ガスの量は、切欠き 9の開口面積の大きさに比例して多くなる。一方、切欠き 9の開口面積が大きくなると、排気工程の順番が連続する気筒の排気ポート Ε 1 , Ε 2 , Ε 3， Ε 4から流入する排気ガスが、切欠き 9を介して相互に干渉する虞がある。

従って、排気マ二ホールド 4と触媒容器 3の取付け角度、すなわち排気集合部 7から触媒 2に流入する排気ガスの角度等を考慮して、切欠き 9の開口面積を適宜設定することが望ましい。

次に、第 3図を参照して、本発明の第 2実施形態について説明する。なお、前述した第 1実施形態と同一要素については同一の符号を用いて参照し、詳細な説明は省略する。

同図に示すように、本実施形態に係る触媒一体型排気マ二ホールド 1 1は、第 1実施形態の触媒一体型排気マ二ホールド 1と実質的に同一の構成を有する。伹し、仕切板 8の端面部 8 Αの両側に切欠き 9が設けられている。

このような触媒一体型排気マ二ホールド 1 1によると、仕切板 8の端面部 8 Aの両側に切欠き 9が設けられているので、触媒 2への排気ガスの偏流をより均一化させることができる。

両端の切欠き 9， 9を通して反対側の分室に流入する排気ガスの量は、二つの切欠き 9， 9の開口面積の大きさに比例して多くなる。一方、両端の切欠き 9， 9の開口面積が大きくなると、排気工程の順番が連続する気筒の排気ポート E 1， E 2 , E 3 , E 4から流入する排気ガスが、切欠き 9， 9を介して相互に干渉する虞がある。

従って、排気マ二ホールド 4と触媒容器 3の取付け角度、すなわち排気集合部 7から触媒 2に流入する排気ガスの角度等を考慮して、二つの切欠き 9， 9の開口面積を適宜設定することが望ましい。

次に、第 4図を参照して、本発明の第 3実施形態について説明する。なお、前述した第 1実施形態と同一要素については同一の符号を用いて参照し、詳細な説明は省略する。

同図に示すように、本実施形態に係る触媒一体型排気マ二ホールド 2 1は、第 1実施形態の触媒一体型排気マ二ホールド 1と実質的に同一の構成を有する。但し、仕切板 8の切欠き 9が 0₂センサ 1 0とは反対側に設けられており、触媒

2側に位置する仕切板 8の端面部 8 Aと触媒 2の上面との間にクリアランス 1

2が設けられている。

また、 0₂センサ 1 0のプローブ部分に対応する位置には、凹部 1 3が設けられている。 0₂センサ 1 0のプローブ部分は、その円柱状外形部が、仕切板 8 の凹部 1 3に適合している。

このような触媒一体型排気マ二ホールド 2 1によると、仕切板 8の片側に設けた切欠き 9及び仕切板 8の端面部 8 Aと触媒 2の上端との間に設けたクリアランス 1 2により、触媒 2への排気ガスの偏流をより均一化させることができる。

切欠き 9及ぴクリアランス 1 2を通して反対側の分室に流入する排気ガスの量は、切欠き 9の開口面積及びクリアランス 1 2の面積の大きさに比例して多くなる。一方、切欠き 9の開口面積とクリアランス 1 2の面積が大きくなると、排気工程の順番が連続する気筒の排気ポート E 1， E 2 , E 3 , E 4から流入する排気ガスが、切欠き 9とクリアランス 1 2を介して相互に干渉する虞がある。

従って、排気マ二ホールド 4と触媒容器 3の取付け角度、すなわち排気集合部 7から触媒 2に流入する排気ガスの角度等を考慮して、切欠き 9の開口面積及びクリアランス 1 2の面積を適宜設定することが望ましい。

解析実験

本発明の排気マ二ホールドを用いて、各排気ポートから排出された排気ガスがどのように触媒に流れるかを解析する実験を行った。

解析実験では、直列 4気筒エンジンを用いて、エンジン回転数を 3 0 0 0 r p mに維持した状態で、各排気ポート E 1， E 2， E 3 , E 4から排気ガスが流出したときの触媒 2の中央部（A-A線）における排気ガスの流速をそれぞれ測定した。

図示した触媒一体型排気マ二ホールドは、仕切板 8の触媒側端面部の片側に切欠き 9が設けられており、切欠き 9の部位に 0₂センサ 1 0が配設されている。また、仕切板 8の端面部と触媒 2の上面との間にはクリアランス（図示せず）が設けられている。

なお、切欠き 9の面積は、排気集合部 7の下端における一方又は他方のガス通路面積（すなわち、排気集合部 7の下端での横断面積から仕切板 8の端面部横断面積を除いた面積の 1 / 2 ) P Aに対して 1 8 %とした。 0₂センサ 1 0の断面積を含めると、切欠き部位の開口面積は、ガス通路面積に対して 1 5 %となる。

第 5 ( c ) 図を参照すると、各排気ポート E l， E 2 , E 3， E 4から流出した排気ガスの一部は、切欠き 9を通して反対側の分室に流れた後、触媒 2に流れていることがわかる。

従って、各分室を流れる排気ガスの一部を反対側の分室に分散させ、排気ガスの偏流に起因する触媒 2の劣ィ匕と排気ガスの滞留を防ぐことができる。以上、本発明の好適な実施形態について述べたが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、様々に変形又は変更することが可能である。

例えば、前述した触媒一体型排気マ二ホールド 1， 1 1， 2 1は、 4気筒ェンジンに用いる 4一 2— 1の排気方式として説明したが、 6気筒エンジンに用いる 6 _ 2— 1の排気方式に適用することも可能である。

また、仕切板 8に設ける切欠き 9の位置や個数又はその開口面積、仕切板 8 の触媒 2側の端面部 8 Aと触媒 2の上端との間に設けたクリアランス 1 2の面積等は、適宜変更することが可能である。例えば、仕切板 8の中央部や端面部 8 Aの中央に切欠き 9を設けることも可能である。

Claims

請求の範囲

1 .触媒が収容される触媒容器に対して角度をもって連結される排気マ-ホールドであって、

エンジンの複数の排気ポートにそれぞれ連通する分岐管と、これら分岐管が集合する排気集合部と、この排気集合部内を分割する仕切板とを含み、

前記仕切板には、前記触媒側の端面部に切欠きが設けられたことを特徴とする排気マ二ホールド。

2 .前記仕切板の切欠き部位にセンサを配設したことを特徴とする請求項 1に記載の排気マ二ホールド。