(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に燃焼室が形成された内燃機関本体と、前記内燃機関本体の排気流路に配設され、排気ガスを浄化する触媒および前記触媒を収容する触媒部を有する触媒コンバータと、前記触媒コンバータの触媒よりも上流側の前記排気流路に設けられ、排気ガス流れの圧力脈動の周期を変えることにより排気ガス流れと前記触媒コンバータの触媒部との共鳴を回避するように構成された突起とを備え、
前記触媒コンバータは、前記触媒部に接続され、排気ガスを前記触媒部に導入する上流側排気ガス管部を有し、前記上流側排気ガス管部は、その上流端にフランジを有し、前記突起は、前記フランジの内径部の一部に設けられることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記触媒コンバータは、前記触媒部に接続され、排気ガスを前記触媒部から排出する下流側排気ガス管部を有し、前記突起は、前記上流側排気ガス管部の上流端の内壁面に設けられる請求項１に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒コンバータを備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、内燃機関において、排気ガスを浄化する触媒を有する触媒コンバータを、内燃機関本体に取り付けた排気ガス管の管路中に配設している。
【０００３】
触媒コンバータを備えた内燃機関は、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１７４３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
排気ガスを浄化する触媒の大きさや構造、内燃機関本体から触媒に至るまでの排気ガス管の形状等により、排気ガス流れによる共鳴現象が触媒コンバータで発生する場合がある。
【０００６】
排気ガス流れによる触媒コンバータの共鳴現象を軽減させる方法として、例えば、以下の（１）〜（３）に示すものがある。  
（１）ヘルムホルツ型共鳴器により共鳴音を打ち消す。  
（２）整流板を排気ガス管の管路中に設けることで、排気ガス流れの圧力脈動を低減させる。  
（３）排気ガス管を絞ることで（管内径小径化）、排気ガス流れの圧力脈動を低減させる。
【０００７】
上記の（１）〜（３）に示す方法により排気ガス流れによる触媒コンバータの共鳴現象を軽減させることは可能であるが、車両レイアウト上の問題並びに製造上の問題（コスト高）や、他性能への悪影響があり、必ずしも上記の（１）〜（３）に示す方法を採用出来るとは限らない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、車両レイアウト上の問題並びに製造上の問題（コスト高）や、他性能への悪影響を招くことなく、排気ガス流れによる触媒コンバータの共鳴現象を軽減させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、内部に燃焼室が形成された内燃機関本体と、前記内燃機関本体の排気流路に配設され、排気ガスを浄化する触媒を有する触媒コンバータとを備え、前記触媒コンバータの触媒よりも上流側の前記排気流路に、前記排気流路内の排気ガスの流れを乱して排気ガスの圧力脈動を低減させる突起を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
前記触媒コンバータは、前記触媒を収容する触媒部と、前記触媒部に接続され、排気ガスを前記触媒部に導入する上流側排気ガス管部と、前記触媒部に接続され、排気ガスを前記触媒部から排出する下流側排気ガス管部とを有し、前記突起は、前記上流側排気ガス管部の上流端の内壁面に設けられても良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、車両レイアウト上の問題並びに製造上の問題（コスト高）や、他性能への悪影響を招くことなく、排気ガス流れによる触媒コンバータの共鳴現象を軽減させることが出来るという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関（過給機付内燃機関）の概略構成図である。
【図２】（ａ）は触媒コンバータの側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視図である。
【図３】触媒コンバータ出口音の測定結果を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る内燃機関（自然吸気内燃機関）の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１４】
図１に本発明の一実施形態に係る内燃機関を示す。
【００１５】
図１に示す本実施形態に係る内燃機関（エンジン）１は、車両に搭載されるものであって、ターボチャージャ（過給機）５が装着された過給機付内燃機関（過給機付エンジン）である。図示例では、内燃機関１は直列４気筒エンジンであるが、内燃機関１は、単気筒エンジンや、直列６気筒エンジン及びＶ型６気筒エンジン等の他の多気筒エンジンであっても良い。
【００１６】
内燃機関１は、内部に燃焼室４が形成された内燃機関本体（エンジン本体）３（例えば、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等）と、内燃機関本体３に取り付けられ、吸気流路６の一部を形成する吸気マニホールド７と、内燃機関本体３に取り付けられ、排気流路８の一部を形成する排気マニホールド９と、吸気流路６及び排気流路８に配設され、内燃機関本体３に供給する吸気を昇圧するためのターボチャージャ５と、排気流路８に配設され、排気ガスを浄化する触媒１１を有する触媒コンバータ１０とを備える。
【００１７】
ターボチャージャ５は、排気流路８に配設されたタービン５ａと、吸気流路６に配設されたコンプレッサ５ｂとを有する。タービン５ａよりも下流側の排気流路８には、触媒コンバータ１０や、図示しないマフラー等が設けられる。コンプレッサ５ｂよりも上流側の吸気流路６には、図示しないエアフィルタ等が設けられ、コンプレッサ５ｂよりも下流側の吸気流路６には、インタークーラ６ａ等が設けられる。
【００１８】
図２に触媒コンバータ１０を示す。
【００１９】
図２に示す本実施形態の触媒コンバータ１０は、車両の床下（アンダーフロア）に配置されるものではなく、排気マニホールド９に直接接続され又は排気マニホールド９にタービン５ａを挟んで接続される所謂マニホールドコンバータと称されるものである。
【００２０】
本実施形態の触媒１１は、排気ガス中のＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）を酸化して無害化する酸化触媒（ＤＯＣ）である。なお、触媒１１は、酸化触媒には限定はされず、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を還元するＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ）やＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＬＮＴ）等の他の触媒であっても良い。
【００２１】
触媒コンバータ１０は、触媒１１を収容する略円筒状の触媒部（キャタリスト部）１２と、触媒部１２に接続され、排気ガスを触媒部１２に導入する上流側排気ガス管部１３と、触媒部１２に接続され、排気ガスを触媒部１２から排出する下流側排気ガス管部１４とを備える。
【００２２】
上流側排気ガス管部１３は、触媒部１２の上流端に接続された排気ガス管（上流側排気ガス管）１５と、排気ガス管１５の上流端に固定され、触媒コンバータ１０の上流端（コンバータ入口）をタービン５ａの下流端（タービン出口）と締結するフランジ（上流側フランジ）１６とから主に構成されている。
【００２３】
下流側排気ガス管部１４は、触媒部１２の下流端に接続された排気ガス管（下流側排気ガス管）１７と、排気ガス管１７の下流端に固定され、触媒コンバータ１０の下流端（コンバータ出口）を下流側の排気ガス管（図示せず）と締結するフランジ（下流側フランジ）１８とから主に構成されている。
【００２４】
ここで、本実施形態に係る内燃機関１では、タービン５ａと触媒コンバータ１０の触媒１１との間の排気流路８に、排気流路８内の排気ガスの流れを乱して排気ガスの圧力脈動を低減させる突起１９を設けている（図１参照）。
【００２５】
より詳細には、触媒コンバータ１０の上流端をタービン５ａの下流端と締結するフランジ１６の内径部に、突起１９を設けている。即ち、突起１９は、触媒コンバータ１０における上流側排気ガス管部１３の上流端の内壁面に設けられている。
【００２６】
突起１９の大きさや位置は、特に他性能への影響（エンジン排圧の上昇等）を考慮して、実験やシミュレーション等の結果（コンバータ出口音）に基づいて決定することが考えられる。例えば、突起１９の高さｈは、フランジ１６の内径ｄの０．２５倍程度に設定される（図２（ｂ）参照）。
【００２７】
次に、本実施形態に係る内燃機関１の作用効果を説明する。
【００２８】
ここで、本発明に至る試験により以下の（１）〜（５）に示すことが分かった。  
（１）排気ガス流れによる共鳴音の発生は、エンジン回転数に依存しない。  
（２）共鳴音の発生は、触媒コンバータの圧力損失の大小にも依存しない。  
（３）排気ガス流れによる共鳴音の発生はターボチャージャのブースト圧（ガス流量）に関係し、ブースト圧が大きい場合に発生する。  
（４）排気ガス流れによる共鳴音の発生は触媒コンバータの触媒部の容積に関係し、触媒部の容積がある一定以上大きい場合に発生する。  
（５）触媒コンバータ上流の排気ガス流れの圧力脈動が触媒コンバータの触媒部で増幅され（共振）、異音（共鳴音）となっている。
【００２９】
また、排気ガス流れによる共鳴音は、飲料瓶の口元に息を吹きかけたときに音が発生する現象と同じ原理（共鳴現象）で発生していると考えられる。
【００３０】
そこで、本実施形態に係る内燃機関１では、タービン５ａと触媒コンバータ１０の触媒１１との間の排気流路８に突起１９を設け、排気流路８内の排気ガス流れを積極的に乱して、排気ガス流れの圧力脈動を低減させる。
【００３１】
タービン５ａから排出される排気ガスは、タービン５ａのタービン翼の枚数による排気ガス流れの圧力脈動を持っている。その排気ガス流れの圧力脈動が触媒コンバータ１０の触媒部１２の共鳴周波数に一致すると、共鳴音が触媒コンバータ１０の触媒部１２で発生する。
【００３２】
このような状況において、タービン５ａと触媒コンバータ１０の触媒１１との間の排気流路８に突起１９を設けることにより、排気ガス流れの圧力脈動の周期（周波数）を乱し、排気ガス流れの圧力脈動の周期を変えることにより、排気ガス流れと触媒コンバータ１０の触媒部１２との共鳴を回避することが出来、触媒コンバータ１０での異音（共鳴音）の発生を抑制することが可能となる。
【００３３】
また、タービン５ａと触媒コンバータ１０の触媒１１との間の排気流路８に突起１９を設けることにより、突起１９によってカルマン渦を積極的に発生させ、そのカルマン渦を排気流路８内の排ガス流れに合流させることで、タービン５ａのタービン翼において生じた排気ガス流れの圧力脈動の脈動成分（脈動振幅）を乱し、触媒コンバータ１０の共鳴現象を引き起こす排気ガス流れの圧力脈動の脈動成分の低減を図る。排気ガス流れの圧力脈動の脈動成分を低減することにより、排気ガス流れと触媒コンバータ１０の触媒部１２との共鳴を回避することが出来、触媒コンバータ１０での異音（共鳴音）の発生を抑制することが可能となる。
【００３４】
触媒コンバータ１０への突起１９の追加は触媒コンバータ１０の外観に変化を生じさせるものではないので、車両レイアウト上の問題を招くことはない。また、触媒コンバータ１０に追加される突起１９は排気ガス流れを僅かに乱す程度の比較的小さなもので良いので、製造上の問題（コスト高）や、他性能への悪影響（エンジン排圧の上昇等）を招くこともない。
【００３５】
さらに、本実施形態に係る内燃機関１では、触媒コンバータ１０の上流端をタービン５ａの下流端と締結するフランジ１６の内径部に、突起１９を設けている。即ち、突起１９は、触媒コンバータ１０における上流側排気ガス管部１３の上流端の内壁面に設けられている。上流側排気ガス管部１３の上流端（フランジ１６）に突起１９を設けるのは、この突起１９の成形乃至加工が上流側排気ガス管１５等の途中に突起１９を設ける場合と比較して容易であるためである。
【００３６】
図３に触媒コンバータ出口音を測定した結果を示す。
【００３７】
図３から分かるように、突起が無い場合（突起無し）には、エンジン回転数が２０００ｒｐｍを超えると、触媒コンバータ出口音が急激に大きくなり、共鳴が生じる。一方、図３から分かるように、突起が有る場合（突起有り）には、エンジン回転数が２０００ｒｐｍを超えても、触媒コンバータ出口音が急激に大きくはならない。また、図３から分かるように、突起が有る場合には、エンジン回転数が２０００ｒｐｍを超える領域において、触媒コンバータ出口音を突起が無い場合と比べて１０ｄＢ（Ａ）程度低減することが出来る。
【００３８】
以上要するに、本実施形態に係る内燃機関１によれば、車両レイアウト上の問題並びに製造上の問題（コスト高）や、他性能への悪影響を招くことなく、排気ガス流れによる触媒コンバータ１０の共鳴現象を軽減させることが可能となる。
【００３９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００４０】
例えば、上述の実施形態では、本発明を過給機付内燃機関に適用したが、本発明は自然吸気内燃機関（自然吸気エンジン）にも適用することが可能である。本発明を自然吸気内燃機関に適用する場合、図４に示す内燃機関２のように、触媒コンバータ１０の触媒１１よりも上流側の排気流路８に、排気流路８内の排気ガスの流れを乱して排気ガスの圧力脈動を低減させる突起１９を設ける。この場合も、タービン出口とコンバータ入口とを締結するフランジ１６の内径部に突起１９を有する触媒コンバータ１０（図２参照）を用いることが出来、上述の実施形態と同様に、車両レイアウト上の問題並びに製造上の問題（コスト高）や、他性能への悪影響を招くことなく、排気ガス流れによる触媒コンバータの共鳴現象を軽減させることが出来る。
【００４１】
即ち、内燃機関本体３から排出される排気ガスは、内燃機関本体３の燃焼室４の数による排気ガス流れの圧力脈動を持っている。その排気ガス流れの圧力脈動が触媒コンバータ１０の触媒部１２の共鳴周波数に一致すると、共鳴音が触媒コンバータ１０の触媒部１２で発生する。このような状況において、触媒コンバータ１０の触媒１１よりも上流側の排気流路８に突起１９を設けることにより、排気ガス流れの圧力脈動の周期（周波数）を乱し、排気ガス流れの圧力脈動の周期を変えることにより、排気ガス流れと触媒コンバータ１０の触媒部１２との共鳴を回避することが出来、触媒コンバータ１０での異音（共鳴音）の発生を抑制することが可能となる。また、触媒コンバータ１０の触媒１１よりも上流側の排気流路８に突起１９を設けることにより、内燃機関本体３の燃焼室４において生じた排気ガス流れの圧力脈動の脈動成分（脈動振幅）を乱し、排気ガス流れの圧力脈動の脈動成分を低減することにより、排気ガス流れと触媒コンバータ１０の触媒部１２との共鳴を回避することが出来、触媒コンバータ１０での異音（共鳴音）の発生を抑制することが可能となる。
【００４２】
さらに、タービン出口とコンバータ入口とを締結するフランジ１６の内径部に突起１９を設けることに代えて、図１に示す内燃機関（過給機付内燃機関）１においては、タービン５ａの下流端の内壁面に突起１９を設けても良い。また、図４に示す内燃機関（自然吸気内燃機関）２においては、排気マニホールド９の下流端（マニホールド出口）の内壁面に突起１９を設けても良い。これらのようにしても、上述の実施形態と同様に、車両レイアウト上の問題並びに製造上の問題（コスト高）や、他性能への悪影響を招くことなく、排気ガス流れによる触媒コンバータの共鳴現象を軽減させることが出来る。
【符号の説明】
【００４３】
１  内燃機関（過給機付内燃機関）
２  内燃機関（自然吸気内燃機関）
３  内燃機関本体
４  燃焼室
８  排気流路
１０  触媒コンバータ（マニホールドコンバータ）
１１  触媒
１２  触媒部
１３  上流側排気ガス管部
１４  下流側排気ガス管部
１９  突起
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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