(57)【要約】【課題】排ガスの偏りを抑制しつつ、過剰に高温な排ガスがマニホールド触媒に流入することを防止する内燃エンジンの排気通路構造を提供する。【解決手段】排気通路３１に設けられ、整流部３２２の周囲に冷却部３２１を備えて内燃エンジン１から排出された排ガスを冷却しながら整流する冷却整流器３２と、冷却整流器３２よりも下流の排気通路３１に設けられ、冷却整流器３２で整流された排ガスが流れる触媒コンバーター３３と、触媒コンバーター３３の中央付近に流れる排ガスを妨碍することで、周囲付近に流れる排ガスの流量又は流速を中央付近よりも大きくする中央流れ妨碍部材１００と、を含む。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられ、整流部の周囲に冷却部を備えて内燃エンジンから排出された排ガスを冷却しながら整流する冷却整流器と、
前記冷却整流器よりも下流の前記排気通路に設けられ、前記冷却整流器で整流された排ガスが流れる触媒コンバーターと、
前記触媒コンバーターの中央付近に流れる排ガスを妨碍することで、周囲付近に流れる排ガスの流量又は流速を中央付近よりも大きくする中央流れ妨碍部材と、
を含む内燃エンジンの排気通路構造。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃エンジンの排気通路構造において、
前記中央流れ妨碍部材は、前記冷却整流器の上流に設けられる、
内燃エンジンの排気通路構造。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃エンジンの排気通路構造において、
前記中央流れ妨碍部材は、前記冷却整流器と前記触媒コンバーターとのあいだに設けられる、
内燃エンジンの排気通路構造。
【請求項４】
請求項１又は請求項３に記載の内燃エンジンの排気通路構造において、
前記中央流れ妨碍部材は、前記冷却整流器の直後に設けられる、
内燃エンジンの排気通路構造。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の内燃エンジンの排気通路構造において、
前記中央流れ妨碍部材は、前記排気通路を構成する排気管の壁面を貫通して前記排気通路の中央付近まで延びる棒状部材である、
内燃エンジンの排気通路構造。
【請求項６】
請求項５に記載の内燃エンジンの排気通路構造において、
前記中央流れ妨碍部材は、前記排気管の曲がり部分の外周側の壁面を貫通する、
内燃エンジンの排気通路構造。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の内燃エンジンの排気通路構造において、
前記冷却部は、冷却水が一方から流入して他方から流出し、
前記中央流れ妨碍部材は、前記冷却部の流出側の排気管壁面を貫通する、
内燃エンジンの排気通路構造。
【請求項８】
請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載の内燃エンジンの排気通路構造において、
前記中央流れ妨碍部材は、空燃比センサーである、
内燃エンジンの排気通路構造。
【請求項９】
請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載の内燃エンジンの排気通路構造において、
前記中央流れ妨碍部材は、排気温度センサーである、
内燃エンジンの排気通路構造。
【請求項１０】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の内燃エンジンの排気通路構造において、
前記中央流れ妨碍部材は、ワイヤーを介して前記排気通路を構成する排気管の内壁に取り付けられて前記排気通路の中央付近に配置される部材である、
内燃エンジンの排気通路構造。
【請求項１１】
請求項１０に記載の内燃エンジンの排気通路構造において、
前記中央流れ妨碍部材は、円錐形状又は円錐台形状である、
内燃エンジンの排気通路構造。
【請求項１２】
請求項１０に記載の内燃エンジンの排気通路構造において、
前記中央流れ妨碍部材は、プレート状である、
内燃エンジンの排気通路構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃エンジンの排気通路構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、排気マニホールドの集合部の形状を工夫することで、排ガスを偏らすことなく、マニホールド触媒コンバーターに導いていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１４８３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マニホールド触媒の早期活性させるには、マニホールド触媒を排気マニホールドにできるだけ近づけることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構造では、マニホールド触媒を排気マニホールドの出口に近づけると、排ガスの偏りを抑制できない。また、高負荷時にはマニホールド触媒に特に高温の排ガスが導入されることとなり、マニホールド触媒を劣化させてしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、排ガスの偏りを抑制しつつ、過剰に高温な排ガスがマニホールド触媒に流入することを防止する内燃エンジンの排気通路構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。
【０００８】
本発明による内燃エンジンの排気通路構造のひとつの実施形態は、排気通路に設けられ、整流部の周囲に冷却部を備えて内燃エンジンから排出された排ガスを冷却しながら整流する冷却整流器と、前記冷却整流器よりも下流の前記排気通路に設けられ、前記冷却整流器で整流された排ガスが流れる触媒コンバーターと、含む。そして、前記触媒コンバーターの中央付近に流れる排ガスを妨碍することで、周囲付近に流れる排ガスの流量又は流速を中央付近よりも大きくする中央流れ妨碍部材を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この態様によれば、内燃エンジンから排出された高温の排ガスは、中央流れ妨碍部材によって、整流部の中央付近に導入されることが妨碍されて整流部の周囲側に導かれる。この結果、マニホールド触媒コンバーターの中央付近が周辺付近に比べて温度が高いという温度の偏分布が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明による内燃エンジンの排気通路構造の全体を示す図である。
【図２】図２は、冷却整流器３２の斜視図である。
【図３】図３は、整流部３２２を一端から見た図である。
【図４】図４は、図２の冷却整流器３２のIV-IV断面図である。
【図５】図５は、冷却整流器３２を流れる排ガスの温度分布を示す図である。
【図６】図６は、内燃エンジンの排気通路構造の第１実施形態の要部を示す図である。
【図７】図７は、内燃エンジンの排気通路構造の第２実施形態の要部を示す図である。
【図８】図８は、内燃エンジンの排気通路構造の第３実施形態の要部を示す図である。
【図９】図９は、内燃エンジンの排気通路構造の第４実施形態の要部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、本発明による内燃エンジンの排気通路構造の全体を示す図である。
【００１３】
内燃エンジン１の排気管３１（排気通路）には、上流から順に、冷却整流器３２と、マニホールド触媒コンバーター３３と、床下触媒コンバーター３４と、が設けられる。
【００１４】
冷却整流器３２は、内燃エンジン１から排出された排ガスを冷却しつつ整流する。冷却整流器３２については、さらに図２から図４を参照して後述する。
【００１５】
マニホールド触媒コンバーター３３は、車両のエンジンルーム内に設けられるとともに、冷却整流器３２に近接して設けられる。マニホールド触媒コンバーター３３は、ハニカム担体の表面に三元触媒を担持させたものである。マニホールド触媒コンバーター３３は、暖機されて活性化し、排気中の炭化水素や窒素酸化物、一酸化炭素などの有害物質を無害な物質に高効率で転換するようになる。マニホールド触媒コンバーター３３から排出された排ガスは、排気管３１（排気通路）を通って床下触媒コンバーター３４に導入される。
【００１６】
床下触媒コンバーター３４は、車両の床下に設けられる。床下触媒コンバーター３４は、マニホールド触媒コンバーター３３と同様の構造である。床下触媒コンバーター３４も、マニホールド触媒コンバーター３３と同様に、暖機されて、排気中の炭化水素や窒素酸化物、一酸化炭素などの有害物質を、三元触媒によって無害な物質に転換して排出する。床下触媒コンバーター３４から排出された排ガスは、排気騒音を低減させるマフラー（図示せず）を介して外気に排出される。
【００１７】
図２は、冷却整流器３２の斜視図である。
【００１８】
冷却整流器３２は、排ガスを冷却する冷却部３２１と、排ガスの流れを一定方向に整える整流部３２２とを含む。冷却整流器３２の入口３２ａが内燃エンジン側であり、出口３２ｂがマニホールド触媒コンバーター側である。冷却整流器３２は、内燃エンジン１から排出された排ガスを冷却しつつ整流する。冷却整流器３２で整流された排ガスは、マニホールド触媒コンバーター３３に流れる。
【００１９】
図３は、整流部３２２を一端から見た図である。
【００２０】
整流部３２２は、隔壁３２２ａによって仕切られた複数のセル３２２ｂを有するハニカム構造体である。なお本実施形態でいうハニカム構造体とは、セル３２２ｂの形状を六角形状のものに限定する趣旨ではない。セル３２２ｂの形状としては格子形状やその他種々の形状であってもよい。
【００２１】
セル３２２ｂは、一方の端面から他方の端面まで軸方向に貫通する。このセル３２２ｂに、排気が流通する。このような構造であるので、冷却整流器３２に導入された排気は、整流部３２２の各セル３２２ｂを通過することで整流される。
【００２２】
ハニカム構造体の材質としては、ＳｉＣ（炭化ケイ素）を含むとよい。ＳｉＣは、熱伝導が高いので、整流部３２２を流れる排気が、冷却部３２１のウォータージャケット３２１ａを流れる冷却水との間の熱交換効率が高くなるからである。
【００２３】
図４は、図２の冷却整流器３２のIV-IV断面図である。
【００２４】
冷却部３２１は、整流部３２２の周囲に構成される。冷却部３２１は、ウォータージャケット３２１ａで形成される。ウォータージャケット３２１ａの内側が、整流部３２２を収容するための収容部３２１ｂである。ウォータージャケット３２１ａは、導入口３２１ｃから冷却水を導入し、排出口３２１ｄから冷却水を排出する。
【００２５】
冷却部３２１の導入口３２１ｃ及び排出口３２１ｄは、冷却部３２１の側面に対向するように形成される。
【００２６】
導入口３２１ｃは、シリンダーブロック２１のウォータージャケット２１ａと連通している。このようになっているので、ウォーターポンプ（図示せず）によって圧送されてシリンダーブロック２１のウォータージャケット２１ａに導入された冷却水の一部が、導入口３２１ｃから、ウォータージャケット３２１ａに導入される。
【００２７】
排出口３２１ｄは、冷却水排出配管３２４によって、冷却水の出口側となるシリンダーヘッド２２のウォータージャケット２２ａと連通している。このようになっているので、排出口３２１ｄから排出された冷却水は、シリンダーヘッド２２のウォータージャケット２２ａに戻される。
【００２８】
以上のような構造によって、冷却整流器３２に導かれた高温の排ガスは、整流部３２２で整流されつつ、冷却部３２１のウォータージャケット３２１ａを流れる冷却水で冷却されて、マニホールド触媒コンバーター３３に向かう。
【００２９】
次に実施形態の理解を容易にするために、図５を参照して発明のコンセプトについて説明する。
【００３０】
図５は、冷却整流器３２を流れる排ガスの温度分布を示す図である。
【００３１】
上述したように、内燃エンジン１から排出された高温の排ガスは、冷却整流器３２の整流部３２２で整流されつつ、冷却部３２１のウォータージャケット３２１ａを流れる冷却水で冷却されて、マニホールド触媒コンバーター３３に向かう。排気管中では、排ガスの速度及び流量が、中央付近で大きく周辺付近で小さくなる。また、冷却部３２１は、整流部３２２の周囲に形成されているので、整流部３２２は、外周側ほど冷却され、中央付近は冷却されにくい。また、冷却水は、導入口３２１ｃから排出口３２１ｄに向かうにつれて温度が上昇するので、整流部３２２は、導入口３２１ｃに近いほど冷却され、排出口３２１ｄに向かうにつれて冷却されにくくなる。すなわち、冷却整流器３２は、中央付近に多くの排ガスが流れる上に、中央付近のほうが冷却されにくいので、冷却整流器３２を流れる排ガスの温度に偏分布が生じる。具体的には、図５に示されるような温度分布になる。
【００３２】
このような温度分布の排ガスがマニホールド触媒コンバーター３３に導入されると、マニホールド触媒コンバーター３３の内部でも、温度の偏分布が生じる。そうすると、たとえば、触媒が中央付近では活性状態であるが周辺付近では不活性状態であったり、周辺付近で活性状態であるが中央付近では過熱状態であって触媒成分の劣化が懸念されるおそれがある。
【００３３】
そこで、発明者らは、マニホールド触媒コンバーター３３に導入される排ガスの温度をできる限り均一化させるようにしたのである。具体的な内容は、以下に説明される。
【００３４】
図６は、内燃エンジンの排気通路構造の第１実施形態の要部を示す図である。
【００３５】
この図６では、棒状の中央流れ妨碍部材１００が、冷却整流器３２の手前（排ガス流れ方向上流側）に、排気管３１の壁面を貫通して排気通路の中央付近まで延びるように、配置されている。このような構造になっているので、内燃エンジン１から排出された高温の排ガスは、中央流れ妨碍部材１００によって、整流部３２２の中央付近に導入されることが妨碍されて整流部３２２の周囲側に導かれる。これによって、整流部３２２の中央付近を流れる排ガスの流量又は流速が、中央流れ妨碍部材１００が無い場合に比べて小さくなり、また整流部３２２の周囲付近を流れる排ガスと比べても小さくなる。この結果、マニホールド触媒コンバーター３３の中央付近が周辺付近に比べて温度が高いという温度の偏分布が緩和されるのである。また中央流れ妨碍部材１００として棒状部材を用いれば、設置が簡単である。
【００３６】
なお、冷却部３２１の排出口３２１ｄの側の排気管壁面を貫通するように、中央流れ妨碍部材１００を取り付けることがさらに好ましい。上述したように、排出口３２１ｄに近いほど排気温度が高く、排出口３２１ｄに遠いほど排気温度が低くなりやすいので、このようにすれば、排気温度が高くなりやすいところに排ガスが流れることを防止できるからである。
【００３７】
中央流れ妨碍部材１００としては、専用の部材を用いてもよいが、空燃比センサーや排気温度センサーを用いれば、無用なコストアップを回避できるので好ましい。
【００３８】
このように、この第１実施形態によれば、排気通路（排気管３１）に設けられ、整流部３２２の周囲に冷却部３２１を備えて内燃エンジン１から排出された排ガスを冷却しながら整流する冷却整流器３２と、冷却整流器３２よりも下流の排気通路（排気管３１）に設けられ、冷却整流器３２で整流された排ガスが流れる触媒コンバーター（マニホールド触媒コンバーター３３）とを含む。さらに、触媒コンバーター（マニホールド触媒コンバーター３３）の中央付近に流れる排ガスを妨碍することで、周囲付近に流れる排ガスの流量又は流速を中央付近よりも大きくする中央流れ妨碍部材１００を含む。このような構造であるので、内燃エンジン１から排出された高温の排ガスは、中央流れ妨碍部材１００によって、整流部３２２の中央付近に導入されることが妨碍されて整流部３２２の周囲側に導かれる。これによって、整流部３２２の中央付近を流れる排ガスの流量又は流速が、中央流れ妨碍部材１００が無い場合に比べて小さくなり、また整流部３２２の周囲付近を流れる排ガスと比べても小さくなる。この結果、触媒コンバーター（マニホールド触媒コンバーター３３）の中央付近が周辺付近に比べて温度が高いという温度の偏分布が緩和されるのである。
【００３９】
特に、中央流れ妨碍部材１００が、冷却整流器３２の上流に設けることで、冷却整流器３２の周辺部分に流れる排ガス量を増やすことができ、排ガスの温度を低下させやすい。
【００４０】
また中央流れ妨碍部材１００として棒状部材を用いれば、設置が簡単である。
【００４１】
さらに中央流れ妨碍部材１００が冷却部３２１の排出口３２１ｄの側の排気管壁面を貫通するように取り付けられれば、排気温度が高くなりやすいところに排ガスが流れることを防止でき、温度の偏分布が緩和されやすい。
【００４２】
また中央流れ妨碍部材１００としては、専用の部材を用いてもよいが、空燃比センサーや排気温度センサーを用いれば、無用なコストアップを回避できるので好ましい。
【００４３】
（第２実施形態）
図７は、内燃エンジンの排気通路構造の第２実施形態の要部を示す図である。
【００４４】
この図７では、中央流れ妨碍部材１００が、冷却整流器３２の手前（排ガス流れ方向上流側）であって、排気通路の中央付近にワイヤー１０１を介して排気管３１の内壁に取り付けられている。
【００４５】
このような構造であっても、内燃エンジン１から排出された高温の排ガスは、中央流れ妨碍部材１００によって、整流部３２２の中央付近に導入されることが妨碍されて整流部３２２の周囲側に導かれる。これによって、整流部３２２の中央付近を流れる排ガスの流量又は流速が、中央流れ妨碍部材１００が無い場合に比べて小さくなり、また整流部３２２の周囲付近を流れる排ガスと比べても小さくなる。この結果、マニホールド触媒コンバーター３３の中央付近が周辺付近に比べて温度が高いという温度の偏分布が緩和されるのである。
【００４６】
なお、図７では、中央流れ妨碍部材１００は、排ガス流れ方向上流側が窄まり、下流側に向けて広がる円錐形状（円錐台形状）である。このような形状であれば、排気管３１を流れる排ガスの通気抵抗が少なく圧損が小さい。
【００４７】
ただし、中央流れ妨碍部材１００は、簡易的には、プレート状であってもよい。プレート状であれば、低コストで、マニホールド触媒コンバーター３３の温度の偏分布を緩和できる。
【００４８】
このように、この第２実施形態によれば、中央流れ妨碍部材１００が、ワイヤー１０１を介して排気通路を構成する排気管３１の内壁に取り付けられて排気通路の中央付近に配置されているので、整流部３２２の中央付近を流れる排ガスの流量又は流速が、中央流れ妨碍部材１００が無い場合に比べて小さくなり、また整流部３２２の周囲付近を流れる排ガスと比べても小さくなる。この結果、触媒コンバーター（マニホールド触媒コンバーター３３）の中央付近が周辺付近に比べて温度が高いという温度の偏分布が緩和される。
【００４９】
また中央流れ妨碍部材１００として円錐形状又は円錐台形状の部材を用いれば、排気管３１を流れる排ガスの通気抵抗が少なく圧損が小さい。
【００５０】
また中央流れ妨碍部材１００としてプレート状の部材を用いれば、簡易に実施できる。
【００５１】
（第３実施形態）
図８は、内燃エンジンの排気通路構造の第３実施形態の要部を示す図である。
【００５２】
この図８では、棒状の中央流れ妨碍部材１００が、排気管３１の曲がり部分の外周側の壁面を貫通するように配置されている。
【００５３】
排気管３１の曲がり部分では、排ガスは、内周側よりも外周側に流れ易い。そこで、図８のように、棒状の中央流れ妨碍部材１００を配置することで、外周側への流れを妨碍して、冷却整流器３２を流れる排ガスの偏流をできるだけ防止することができる。この結果、マニホールド触媒コンバーター３３の温度の偏分布が緩和されるのである。
【００５４】
このように、この第３実施形態によれば、中央流れ妨碍部材１００が、排気管３１の曲がり部分の外周側の壁面を貫通することで、マニホールド触媒コンバーター３３の温度の偏分布が緩和されやすい。
【００５５】
（第４実施形態）
図９は、内燃エンジンの排気通路構造の第４実施形態の要部を示す図である。
【００５６】
この図９では、中央流れ妨碍部材１００が、冷却整流器３２とマニホールド触媒コンバーター３３とのあいだに設けられている。特に、中央流れ妨碍部材１００が、冷却整流器３２の直後に配置されている。
【００５７】
このような構造であっても、中央付近を流れる温度の高い排ガスが、マニホールド触媒コンバーター３３に流入することを緩和でき、マニホールド触媒コンバーター３３の内部の温度の偏分布が抑制されるのである。
【００５８】
また、中央流れ妨碍部材１００を、冷却整流器３２の下流に配置することで、排気管３１を流れる排ガスの通気抵抗を少なく、圧損を小さくできる。
【００５９】
このように、この第４実施形態によれば、中央流れ妨碍部材１００が冷却整流器３２と触媒コンバーター３３とのあいだ、特に、冷却整流器３２の下流に配置されれば、排気管３１を流れる排ガスの通気抵抗を少なく、圧損を小さくできる。
【００６０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００６１】
たとえば、各部の具体的な形状は適宜変更してよい。
【００６２】
また上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１  内燃エンジン
３１  排気管（排気通路）
３２  冷却整流器
３２１  冷却部
３２２  整流部
３３  マニホールド触媒コンバーター
１００  中央流れ妨碍部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015197101.tif 000009
【図８】
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【図９】
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