(57)【要約】【課題】  排気マニホールドにおいて排ガスを処理するにあたり、排ガスの排出を遅延させて処理能力を向上する。【解決手段】  ハニカムフィルタ７および吸着材８を備えた連通管３を含む第１連通路４と、排気マニホールドの前段に挿入される複数の筒体６を互いに連通させる第２連通路５とを備える。気筒♯１から排ガスが排出されているときには、排ガスの一部は連通路３に入り、ハニカムフィルタ７および吸着材８を通過させられる（Ａ１）。排ガスの他の一部は気筒♯２へと第２連通路５を経由して侵入し（Ａ３）、ここで滞留する。この滞留によって排出が遅延され、処理能力を向上できる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気マニホールドを構成する複数の排気路の間を結ぶ第１連通路を備え、当該第１連通路には浄化処理手段を備えた排気浄化装置であって、
前記複数の排気路のうち互いに隣接する排気路の間を結ぶ第２連通路を更に備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排気浄化装置であって、
前記第１連通路と、前記第２連通路と、前記排気路の一部を構成する筒体と、を一体的に結合してなり、前記筒体がエンジンの排気ポートと前記排気マニホールドとの間に介装されることを特徴とする排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用の排気浄化装置に関し、特に複数の排気路の間で排ガスを流通させるようにしたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、排気マニホールドの直後や排気管の中途に触媒装置を設け、排ガス中のＨＣやＮＯｘを除去する方法が行われている。前者はＳＣ（Start Catalyst）と称され、また後者はＵＦＣ（Under Floor Catalyst）と称されている。しかし、いずれの触媒装置も始動直後などの低温下では、触媒反応が活発でないため処理能力が低いという問題点がある。
【０００３】
このため、排気マニホールドを構成する各排気路を小排気通路で互いに連通させ、この小排気通路中に補助触媒を設けた構成が提案されている（特許文献１)。この構成によれば、迅速に昇温される排気マニホールドの熱によって補助触媒を活性化できるので、始動直後の排ガス処理能力を向上できるという利点がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３２２９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、排気マニホールドにおける排ガスの流速は大きいため、このような構成では排ガスの大部分が小排気通路に入らずに下流側に排出されてしまうという問題点がある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、排気マニホールドの近傍において排ガスを処理するにあたり、排ガスの排出を遅延させて処理能力を向上できる装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の本発明は、排気マニホールドを構成する複数の排気路の間を結ぶ第１連通路を備え、当該第１連通路には浄化処理手段を備えた排気浄化装置であって、前記複数の排気路のうち互いに隣接する排気路の間を結ぶ第２連通路を更に備えたことを特徴とする排気浄化装置である。
【０００８】
第１の本発明では、排気マニホールドを構成する複数の排気路に、個々の燃焼室から排ガスが順次供給されると、各排気路の間における圧力差によって、排ガスが第１連通路を通じて流れ、その際に排ガスが浄化処理手段によって浄化される。また、燃焼室からある排気路に供給された排ガスは、これに隣接する排気路へと、第２連通路を通じて侵入し、これによって排ガスが一時的に滞留させられる。このように第１の本発明では、第２連通路を通じて排ガスを隣接する排気路に滞留させることができるので、排ガスの排出の遅延によって処理能力を向上することができる。
【０００９】
第２の本発明は、請求項１に記載の排気浄化装置であって、前記第１連通路と、前記第２連通路と、前記排気路の一部を構成する筒体と、を一体的に結合してなり、前記筒体がエンジンの排気ポートと前記排気マニホールドとの間に介装されることを特徴とする排気浄化装置である。
【００１０】
第２の本発明では、各構成部分が互いに一体的に結合され、且つ装置が排気ポートと排気マニホールドとの間に介装可能とされているので、組み付けが容易であると共に、従来の構造に対する付加的な設置も容易に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施形態につき、以下に図面に従って説明する。図１において、本発明の実施形態に係る排気浄化装置１は、４気筒レシプロガソリンエンジンであるエンジン１０に適用されるものであり、エンジン１０のシリンダヘッド１１に形成された排気ポート１１ａと、排気マニホールド１２との間に挟むようにして設置される。排気マニホールド１２の下流側には、ＳＣである第１触媒装置１３およびＵＦＣである第２触媒装置１５が、排気管１４を介して接続されている。排気管１４の終端は、図示しない消音器を介して外部に開放している。
【００１２】
図２に示すように、排気浄化装置１は、縦管路２および連通管３から構成される第１連通路４と、第２連通路５と、筒体６とを一体的に結合してなる。筒体６は、排気ポート１１ａと排気マニホールド１２とに対して同軸に配置され、これによってエンジン１０からの排気路の一部を構成することになる。
【００１３】
図３に示すように、第１連通路４の連通管３は、長手方向の両端部が閉塞された円筒形の管である。連通管３の内部であって複数の縦管路２の間に位置する部分には、浄化処理手段として、触媒物質を担持させたハニカムフィルタ７、および吸着材８が設置されている。筒体６の内径は排気ポート１１ａおよび排気マニホールド１２の内径と略同等にされている。第２連通路５は、気筒♯１と気筒♯２、ならびに気筒♯３と気筒♯４にそれぞれ対応する筒体６を互いに連通させている。
【００１４】
ハニカムフィルタ７は、炭化珪素の多孔質焼結体からなる支持体を備えている。支持体の詳細は図示しないが、断面略正方形状の多数のセルがその軸線方向に沿って規則的に形成され、各セルが薄いセル壁によって互いに仕切られた構造を備えている。セル壁の気孔率は例えば約３０〜４５％とするが、気孔率は任意に選択できる。各セルの前端と後端はいずれも開放しており、これにより連通管３内が図３中左右方向に連通させられている。セル壁の表面では、アルミナなどの被覆層に白金、ロジウム、パラジウム等の貴金属微粒子が担持されており、これによってハニカムフィルタ７はいわゆる三元触媒として機能する。なお、本実施形態ではハニカムフィルタ７を三元触媒として構成したが、これをＮＯｘ吸蔵触媒やＨＣ吸蔵触媒として構成してもよい。
【００１５】
吸着材８には、例えばゼオライトや活性炭を用いるのが好適であり、またこれらを基材としてＢａ、Ｋ、Ｎａ、Ｃａ等のアルカリ金属、アルカリ土類金属を添加してもよい。吸着材８は、ＨＣ、ＮＯｘ等を一時的に吸着（トラップ）するためのものであり、これらの物質を第１触媒装置１３が活性温度に達したところで脱離させるように、その脱離温度を設定する。
【００１６】
以上のとおり構成された本実施形態の動作を説明する。いま、エンジン１０が始動されると、そのシリンダヘッド１１の排気ポート１１ａからは、気筒♯１→気筒♯３→気筒♯４→気筒♯２の順に排ガスが排出される。
【００１７】
ここで、例えば気筒♯１から排ガスが排出されているときには、他の気筒♯２ないし気筒♯４からは基本的に排気がされていないため、排ガスの一部は矢印Ａ１，Ａ２，Ａ３の方向に流れる。すなわち、排ガスは矢印Ａ１，Ａ２の経路で、縦管路２を経由して連通路３に入り、矢印Ａ１の経路で、ハニカムフィルタ７および吸着材８を通過させられる。他方、排ガスの他の一部は矢印Ａ３の経路で、気筒♯１に隣接している気筒♯２へと、第２連通路５を経由して侵入し、気筒♯２に対応する排気マニホールド１２の内部で滞留する。
【００１８】
また、気筒♯２から排ガスが排出されているときには、他の気筒♯１および気筒♯３、気筒♯４からは基本的に排気がされていないため、排ガスの一部は矢印Ａ４，Ａ５，Ａ６の方向に流れる。すなわち、先に気筒♯１からの排出の際に気筒♯２側の筒体６およびこれに対応する排気マニホールド１２の排気路中に滞留させられている排ガス、および今回気筒♯２からの排出によって新たに供給される排ガスは、矢印Ａ４，Ａ５の経路で、縦管路２を経由して連通路３に入り、ハニカムフィルタ７および吸着材８を通過させられる。他方、排ガスの他の一部は矢印Ａ６の経路で、気筒♯２に隣接している気筒♯１へと、第２連通路５を経由して侵入し、ここで滞留することになる。なお、連通管３の両端部であって縦管路２より外側の領域にも排ガスの一部が滞留する。
【００１９】
以上の動作は、気筒♯３および気筒♯４においても同様に行われる。その結果、一方の気筒からの排ガスの一部が、第２連通路５を経由して隣接する他方の気筒の排気路中に一時的に滞留し、この滞留ガスが、当該他方の気筒からの排出の際に、縦管路３を経由してハニカムフィルタ７および吸着材８を通過させられるという一連のサイクルが繰り返される。なお、吸着材８にトラップされたＨＣ、ＮＯｘ等の物質は、第１触媒装置１３が活性温度に達した段階で脱離されることになる。また、以上の排気脈動による連通管３内の排ガスの移動は、エンジン１０の回転数の上昇に伴って、例えば始動後数秒以内に鎮静化することになるが、回転数の上昇に伴って第１触媒装置１３や第２触媒装置１５が活性化するので、排ガスの処理能力に関する不都合は僅少である。
【００２０】
以上のように、本実施形態では、排気脈動によって排ガスの一部が第１連通路を通じて流れ、その際に排ガスがハニカムフィルタ７および吸着材８を往復状に通過することによって、排ガスが浄化される。したがって、始動直後の低温時における排ガス処理能力を向上できる。また、本実施形態に係る排気浄化装置１は排気マニホールド１２の前段に挿入されるので、ハニカムフィルタ７に担持された触媒物質を排気熱によって迅速に昇温・活性化することができる。
【００２１】
そして本実施形態では、燃焼室からある排気路に供給された排ガスの一部が、これに隣接する休止中の排気路へと第２連通路５を通じて侵入し、これによって排ガスが一時的に滞留させられるので、排ガスの排出の遅延によって処理能力を向上することができる。
【００２２】
また、本実施形態では、排気浄化装置１の構成部分である縦管路２、連通管３、第２連通路５および筒体６が互いに一体的に結合され、且つ排気浄化装置１が排気ポート１１ａと排気マニホールド１２との間に介装可能とされているので、組み付けが容易であると共に、従来の構造に対する付加的な設置も容易に行える。
【００２３】
なお、上記実施形態では触媒物質を担持させたハニカムフィルタ７、および吸着材８を排ガスの浄化処理手段として採用したが、本発明における浄化処理手段としては他の装置、例えば排ガス中のＰＭ（Particulate Matters；粒子状物質）を静電気力や濾過などにより捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）を用いてもよく、またこれらのうち任意のものを単独で或いは複数組み合わせて用いることも可能である。
【００２４】
また、上記実施形態の基本的構成において、排ガスの流路の形状や断面積を適切に設計することにより流路内に干渉や共鳴を生じさせ、これによって滞留ガス量を増大させたり、浄化処理手段における排ガスの通過回数を増大させることも可能である。
【００２５】
また、上記実施形態では排気浄化装置１を排気マニホールド１２とは別体に構成したが、本発明では排気浄化装置を排気マニホールドと一体に構成してもよく、このような構成も本発明の範疇に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジンおよび排気浄化装置を概略的に示す側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る排気浄化装置を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る排気浄化装置の動作を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１        排気浄化装置
２        縦管路
３        連通管
５        第２連通路
６        筒体
７        ハニカムフィルタ
８        吸着材
１０      エンジン
１１      シリンダヘッド
１１ａ    排気ポート
１３      第１触媒装置
１４      排気管
１５      第２触媒装置
【図１】
2005194985.tif 000003
【図２】
2005194985.tif 000004
【図３】
2005194985.tif 000005