(57)【要約】【課題】排気浄化触媒より上流の排気通路に整流部材が配置される、内燃機関の排気通路構造において、冷間時における排気浄化触媒の暖機時間の増加を抑制する。【解決手段】本発明は、複数の枝管と、排気浄化触媒を内装した集合管と、排気浄化触媒より上流の集合管に配置される整流部材と、を備えた内燃機関の排気通路構造において、整流部材は、中心部分が開口した環状の多孔性板材で形成される。そして、各枝管には、排気流量が少ないときは各枝管から集合管へ流出した排気の大部分が整流部材の中心部分における開口部を通る一方で、排気流量が多いときは各枝管から集合管へ流出した排気の大部分が整流部材における多孔性板材に衝突するように形成された、２つの湾曲部が設けられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の各気筒から排出される排気を流通させるための複数の枝管と、
前記複数の枝管から排出される排気を合流させて流通させるための管であって、その途中に排気浄化触媒が配置される集合管と、
前記排気浄化触媒より上流の前記集合管に配置され、該集合管を流通する排気の流れ方向を調整するための整流部材と、
を備える、内燃機関の排気通路構造であって、
前記整流部材は、中心部分が開口した環状の多孔性板材で形成されており、
前記各枝管は、前記各枝管における下流側端部より手前の部位が、湾曲方向の相違する２つの湾曲部を有する略Ｓ字状に形成されており、
前記各枝管における２つの湾曲部は、前記各枝管の出口部分における軸線の延長線が前記整流部材の中心部分における開口部を通るように形成されるとともに、該２つの湾曲部の各々における湾曲部内側に位置する内壁面を相互に結ぶ直線の延長線上が前記整流部材における前記多孔性板材と交差するように形成される、
内燃機関の排気通路構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路構造として、排気浄化触媒より上流の排気通路に、排気の流れを整流するための整流部材が設けられる構造が知られている。例えば、排気の流れを所望の方向へ案内するための傾斜板が併設された複数のスリットを具備するとともに、排気浄化触媒の上流側端面を覆うように配置される整流部材を備えた、排気通路構造が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１９３７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来の排気通路構造によれば、排気が排気浄化触媒へ流入する直前に、該排気の流れが整流部材によって整流されることで、排気浄化触媒の上流側端面における広い範囲に均一に排気を流入させることができる。しかしながら、内燃機関が冷間始動された直後のように、排気浄化触媒を暖機させる必要があるときであっても、排気が整流部材に接触することになるため、排気の熱が整流部材に奪われることで、排気から排気浄化触媒へ伝達される熱量が少なくなる。その結果、排気浄化触媒の暖機に要する時間が長くなる可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気浄化触媒より上流の排気通路に整流部材が配置される、内燃機関の排気通路構造において、冷間時における排気浄化触媒の暖機時間の増加を抑制することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。すなわち、本発明は、内燃機関の各気筒から排出される排気を流通させるための複数の枝管と、前記複数の枝管から排出される排気を合流させて流通させるための管であって、その途中に排気浄化触媒が配置される集合管と、前記排気浄化触媒より上流の前記集合管に配置され、該集合管を流通する排気の流れ方向を調整するための整流部材と、を備える、内燃機関の排気通路構造である。前記整流部材は、中心部分が開口した環状の多孔性板材で形成される。また、前記各枝管は、前記各枝管における下流側端部より手前の部位が、湾曲方向の相違する２つの湾曲部を有する略Ｓ字状に形成される。そして、前記各枝管における２つの湾曲部は、前記各枝管の出口部分における軸線の延長線が前記整流部材の中心部分における開口部を通るように形成されるとともに、該２つの湾曲部の各々における湾曲部内側に位置する内壁面を相互に結ぶ直線の延長線上が前記整流部材における前記多孔性板材と交差するように形成されるようにした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、排気浄化触媒より上流の排気通路に整流部材が配置される、内燃機関の排気通路構造において、冷間時における排気浄化触媒の暖機時間の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。
【図２】枝管と集合管との接続部分における拡大断面図である。
【図３】整流部材の平面図である。
【図４】内燃機関が冷間始動された場合における排気浄化触媒の床温の経時変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１０】
図１は、本発明に係る内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒２を備える。なお、図１に示す例では、内燃機関１は、４つの気筒２を有しているが、３つ以下の気筒を有していてもよく、又は５つ以上の気筒を有していてもよい。この内燃機関１には、エキゾーストマニホールド３が接続されている。エキゾーストマニホールド３は、各気筒２から排出される排気を流通させるための複数の枝管３０と、それら枝管３０から排出される排気を合流させて流通させるための集合管３１と、を備える。集合管３１の途中には、排気中に含まれる有害ガス成分を浄化するための排気浄化触媒４が配置される。ここでいう排気浄化触媒４とは、触媒担体と該触媒担体に担持される触媒との総称であり、触媒担体に担持される触媒としては、例えば、酸化触媒、三元触媒、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ（NOX Storage Reduction）触媒）、又は選択
還元型触媒（ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒）等を用いることができる
。
【００１１】
図２は、エキゾーストマニホールド３における枝管３０と集合管３１との接続部分の拡大断面図である。なお、図２においては、便宜上１つの枝管のみを図示しているが、他の不図示の枝管も同様に構成されるものとする。図２に示すように、集合管３１における排気浄化触媒４より上流の部位には、整流部材３１０が配置される。整流部材３１０は、図３に示すように、複数の細孔３１０ａを有する多孔性板材を、中心部分が開口した環状に成形したものである。その際、整流部材３１０の外径は、集合管３１の内径と略同径に形成されるものとする。なお、図２に示す例では、整流部材３１０は、中心部分から径方向外側へ向かうにつれて排気浄化触媒４に近づくように傾斜したテーパ状に形成されているが、排気浄化触媒４の上流側端面と平行に形成されてもよい。上記したように構成される整流部材３１０は、排気浄化触媒４より上流の集合管３１において、集合管３１及び排気浄化触媒４と同軸に配置される。
【００１２】
ここで、各枝管３０から集合管３１へ流入した排気が上記の整流部材３１０に衝突すると、先ず、整流部材３１０の表面上を径方向外向きに排気が案内される。続いて、整流部材３１０の表面上を径方向外向きに案内された排気が集合管３１の内壁面に到達すると、その排気の流れ方向が径方向外向きから周方向へ転換される。つまり、各枝管３０から集合管３１へ流入した排気が整流部材３１０に衝突すると、該排気が径方向及び周方向へ拡散されることになる。また、上記の如く排気が流れる過程では、その排気の一部が整流部材３１０の細孔３１０ａを通って排気浄化触媒４の上流側端面に流入することになるため、排気浄化触媒４の上流側端面における広い範囲に排気を流入させることが可能となる。
【００１３】
ところで、内燃機関１が冷間始動された直後のように、排気浄化触媒４の暖機が必要な場合に、各枝管３０から集合管３１へ流入した排気の大部分が整流部材３１０に衝突すると、それらの排気の持つ熱が整流板や集合管３１の壁面に奪われることになるため、排気
から排気浄化触媒４へ伝達される熱量が少なくなってしまう。それにより、内燃機関１が冷間始動されてから排気浄化触媒４が活性温度以上に昇温するまでに要する時間が長くなることで、排気浄化触媒４で浄化されない有害ガス成分の量が多くなる虞がある。
【００１４】
これに対し、本実施例に係る排気通路構造では、内燃機関１が高負荷運転される場合のように排気流量が多い場合には、各枝管３０から集合管３１へ流入した排気の大部分を整流部材３１０に衝突させる一方で、内燃機関１が冷間始動完了直後のファーストアイドル運転される場合のように排気流量が少ない場合には、各枝管３０から集合管３１へ流入した排気の大部分が整流部材３１０に接触せずに排気浄化触媒４の上流側端面に直接流入するようにした。
【００１５】
具体的には、図２に示すように、各枝管３０を、集合管３１との接続部分（下流側端部）より手前で、略Ｓ字状に湾曲させる。すなわち、各枝管３０における下流側端部より手前の部位に、湾曲方向の相違する２つの湾曲部を形成する。その際、各枝管３０における２つの湾曲部は、各枝管３０の出口部分３０ｃにおける軸線の延長線（図２中の一点鎖線Ｌ１）が整流部材３１０の中心部分における開口部を通るように形成される。さらに、各枝管３０における２つの湾曲部は、上流側の湾曲部の湾曲部内側（すなわち、湾曲方向側（図２中の左側））に位置する内壁面３０ａと、下流側の湾曲部の湾曲部内側（図２中の右側）に位置する内壁面３０ｂと、を結ぶ直線の延長線（図２中の二点鎖線Ｌ２）が整流部材３１０の多孔性板材と交差するように形成される。
【００１６】
上記したように各枝管３０の形状が定められると、内燃機関１が冷間始動完了直後のファーストアイドル運転される場合のように排気流量が少ない場合には、排気の流速が小さくなることで、各枝管３０を流通する排気が枝管３０の内壁面に沿って流れ易い。そのため、各枝管３０から集合管３１へ流入する排気の大部分は、各枝管３０の出口部分３０ｃにおける軸線方向を指向して流れるようになる。つまり、各枝管３０から集合管３１へ流入した排気の大部分は、図２中の一点鎖線Ｌ１に沿って流れることになる。その結果、各枝管３０から集合管３１へ流入した排気の大部分は、整流部材３１０の中心部分における開口部を通過して、排気浄化触媒４の上流側端面に直接流入することになる。それにより、排気から整流部材３１０や集合管３１の壁面へ奪われる熱量が少なくなるため、排気から排気浄化触媒４へ伝達される熱量を多くすることができる。
【００１７】
ここで、内燃機関１の冷間始動された場合における排気浄化触媒４の床温（触媒床温）の経時変化を図４に示す。図４中の実線は、本実施例に係る排気通路構造における触媒床温の経時変化を示し、図４中の一点鎖線は、各枝管から集合管へ流入した排気の大部分が整流部材に衝突するように構成された比較例における触媒床温の経時変化を示す。図４に示すように、内燃機関１が始動されてから触媒床温が活性開始温度に上昇するまでに要する時間は、比較例よりも本実施例に係る排気通路構造の方が、短くなっている。よって、本実施例に係る排気通路構造によれば、整流部材３１０を設けることに起因して、排気浄化触媒４の暖機に要する時間が長くなることを抑制することができる。その結果、内燃機関１が冷間始動されてから触媒床温が活性開始温度へ上昇するまでの期間に、大気中へ排出される有害ガス成分の量を少なく抑えることが可能となる。
【００１８】
また、内燃機関１が高負荷運転される場合のように排気流量が多い場合には、排気の流速が大きくなることで、各枝管３０を流通する排気が各枝管３０の内壁面から剥離して流れ易い。そのため、排気が各枝管３０における上流側湾曲部の内壁面３０ａを通過した後に、その排気の大部分が各枝管３０の内壁面から剥離して、図２中の二点鎖線Ｌ２に沿って流れるようになる。斯様にして各枝管３０の内壁面から剥離した排気は、各枝管３０における下流側湾曲部の内壁面３０ｂをかすめて流れることで、その指向方向を図２中の二点鎖線Ｌ２に沿った方向に保ちつつ、集合管３１へ流入する。その結果、各枝管３０から
集合管３１へ流入した排気の大部分は、整流部材３１０に衝突することになる。それにより、排気浄化触媒４の上流側端面における広い範囲に均一に排気を流入させることができる。その結果、高温の排気が排気浄化触媒４の一部に集中して流れることに起因する、排気浄化触媒４の局所的な熱劣化や、排気浄化触媒４による有害ガス成分の浄化率の低下等を抑制することができる。
【符号の説明】
【００１９】
１      内燃機関
２      気筒
３      エキゾーストマニホールド
３０    枝管
３０ａ  内壁面
３０ｂ  内壁面
３０ｃ  出口部分
３１    集合管
３１０  整流部材
４      排気浄化触媒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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