(57)【要約】【課題】  触媒コンバータを効率的に活性化させることができる排気系の排気構造を提供する。【解決手段】  ターボチャージャ４のタービンホイール４５から排出された排気ガスを触媒コンバータ５へと案内する第１排気管６と、エンジン１から排出された排気ガスをターボチャージャ４のタービンホイール４５を迂回して触媒コンバータ５へと案内する第２排気管７とを備える。タービンホイール４５から排出された排気ガスを触媒へと案内する排気管と、排気ガスをタービンホイール４５を通さずに触媒へと案内する排気管とを分けたことで、第２排気管７の径を小さくして表面積を小さくし、第２排気管７を通る排気ガスの温度低下を低減することができる。このため、触媒コンバータ５を早急に暖め、活性化状態にして排気ガスの浄化を促進することができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機のタービンから排出された排気ガスを排気浄化触媒装置へと案内する第１排気管と、
内燃機関から排出された排気ガスを前記過給機のタービンを迂回して前記排気浄化触媒装置へと案内する第２排気管と、を有することを特徴とする排気系の排気構造。
【請求項２】
前記第２排気管は、前記排気ガスを前記排気浄化触媒装置の略中心に案内するように取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の排気系の排気構造。
【請求項３】
前記第２排気管は、前記第１排気管内を通って、前記排気浄化触媒装置の略中心に前記排気ガスを案内することを特徴とする請求項１または２記載の排気系の排気構造。
【請求項４】
前記第１排気管と前記排気浄化触媒装置との接合口の中心と、前記第２排気管と前記排気浄化触媒装置との接合口の中心とを一致させることを特徴とする請求項３記載の排気系の排気構造。
【請求項５】
前記第１排気管と前記第２排気管との前記排気浄化触媒装置側の端部を、前記排気浄化触媒装置との接合面で揃えたことを特徴とする請求項３又は４記載の排気系の排気構造。
【請求項６】
前記第２排気管は、前記第１排気管との接合面で切断されていることを特徴とする請求項１記載の排気系の排気構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気タービン駆動過給機（ターボチャージャ）を備えた車両に搭載される排気構造に関する。特に、触媒の早期活性化を図り排気ガスの浄化を促進する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャを装着したエンジンは、排気ガスの圧力を利用してターボチャージャのタービンを駆動し、タービンに連結されたコンプレッサによって吸入空気を過給することによって高出力を得ている。また、一般的に、ターボチャージャには、排気バイパス装置が設けられており、過給圧が所定圧力に達したときにウエイストゲートバルブを開いて、排気ガスの圧力をタービン下流側に逃がすことにより、過給圧の過度の上昇を防止している。
【０００３】
近年、環境への配慮から、エンジンの始動直後に触媒コンバータを活性化させて、有害な汚染物質を大気中に放出しないような取り組みがなされている。触媒コンバータによる汚染物質の変換は、一般に４００℃以上の十分高い温度に達したときにのみ行なわれる。このため、特に内燃機関の冷間起動の際には、触媒温度が所定温度にまで到達していないので、内燃機関から放出される汚染物質が処理されないまま、あるいは不十分に処理された状態で排出される時間がある程度継続することになる。
【０００４】
タービンよりも下流側の配管構成として、特許文献１に示す構成が一般的に採られている（図１参照）。図１に示す配管構造は、過給圧調整用のバイパス通路１００に、タービンを通過した排気ガス１０１を導き、１本の配管で触媒コンバータに排気ガスを導入している。エンジン始動時には、バイパス通路１００のガス導入口１０２を大きく開きことで、排気ガスのほとんどがバイパス通路１００から触媒コンバータに流入するため、触媒を早期に活性化できるとしている。
【０００５】
また、特許文献２では、タービンホイールを収容するタービンハウジングにおいて、排気ガスの流入口と流出口とを、互いに近接させ、望ましくは互いに延長線上に配置することにより、排気ガスの流入口と流出口とをつなぐバイパス導管の長さを非常に短くし、タービンを通過する排気ガスの大部分をバイパス導管を通過させ、下流側にある触媒コンバータに案内する構成を開示している。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１９５０４６号公報
【特許文献２】特表２０００−５０４８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、タービンを通過した排気ガスと、過給圧調整用のバイパスを通過した排気ガスとが同じ配管に流れる構成では、配管を太くせざるを得ず、配管の熱容量が大きくなって触媒コンバータに到達するまでに排ガスのもつ熱が奪われ温度が低下してしまうという問題が生じる。
【０００８】
また、特許文献２に開示のバイパス導管は、エンジン始動時以外の通常時にはモータ、ソレノイドなどの高価なアクチュエータを設けて、バイパス導管に通じる弁を開け閉めする制御を行わなければならず、費用が高くなるという課題がある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、触媒コンバータを効率的に活性化させることができる排気系の排気構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的を達成するために本発明の排気系の排気構造は、過給機のタービンから排出された排気ガスを排気浄化触媒装置へと案内する第１排気管と、内燃機関から排出された排気ガスを前記過給機のタービンを迂回して前記排気浄化触媒装置へと案内する第２排気管とを備える構成とする。
このように本発明は、タービンから排出された排気ガスを排気浄化触媒装置へと案内する排気管と、排気ガスをタービンを通さずに排気浄化触媒装置へと案内する排気管とを分けたことで、第２排気管の径を小さくして表面積を小さくし、第２排気管を通る排気ガスの温度低下を低減することができる。このため、排気浄化触媒装置を早急に暖め、活性化状態にして排気ガスの浄化を促進することができる。
【００１１】
上記排気系の排気構造において、前記第２排気管は、前記排気ガスを前記排気浄化触媒装置の略中心に案内するように取り付けられているとよい。
排気ガスが排気浄化触媒装置の略中心に導かれるので、排気浄化触媒装置の触媒の温度分布を小さくして、排気浄化触媒装置の割れを防止することができる。
【００１２】
上記排気系の排気構造において、前記第２排気管は、前記第１排気管内を通って、前記排気浄化触媒装置の略中心に前記排気ガスを案内するとよい。
従って、第１排気管からの排気ガスと第２排気管からの排気ガスとで、排気浄化触媒装置の全体に均一に排気ガスを送り込むことができる。さらに、タービンを通らない高温の排気ガスを排気浄化触媒装置の略中心に案内することができるので、排気浄化触媒装置の触媒の温度分布を小さくして、排気浄化触媒装置の割れを防止することができる。
【００１３】
上記排気系の排気構造において、前記第１排気管と前記排気浄化触媒装置との接合口の中心と、前記第２排気管と前記排気浄化触媒装置との接合口の中心とを一致させるとよい。
従って、排気浄化触媒装置の全体に均一に排気ガスを送り込むことができる。
【００１４】
上記排気系の排気構造において、前記第１排気管と前記第２排気管との前記排気浄化触媒装置側の端部を、前記排気浄化触媒装置との接合面で揃えるとよい。
従って、排気浄化触媒装置内に流れ込む排気ガスの流速を一定にして、触媒内での温度差をできるだけ少なくすることができる。
【００１５】
上記排気系の排気構造において、前記第２排気管は、前記第１排気管との接合面で切断されているとよい。
従って、第２排気管を流れる排気ガスが途中から表面積の広い第１排気管を流れるので、第２排気管を流れてきた排気ガスの流速を遅くすることができる。このため、排気浄化触媒装置の触媒の温度分布を小さくして、排気浄化触媒装置の割れを防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、触媒コンバータを効率的に活性化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例を説明する。
【実施例】
【００１８】
まず、図２を参照しながら本実施例の構成を説明する。図２には、エンジン１と、その周辺部の構成が示されている。
エンジン１の吸気通路２と排気通路３との間には過給機としてのターボチャージャ４が設けられており、同ターボチャージャ４によって、エンジン１の各気筒へ吸入空気が過給される。また、排気通路３のターボチャージャ４の下流側には、排気ガス中のＮＯｘを浄化するための触媒コンバータ５が設けられている。
【００１９】
図３には、ターボチャージャ４の外観形状を示す。ターボチャージャ４は、センタハウジング４１、タービンハウジング４２、コンプレッサハウジング４３を備えている。
タービンハウジング４２内には、排気通路３の一部を構成するエキゾーストマニホールド３１から送り込まれる排気によって回転するタービンホイール４５が備えられている。また、コンプレッサハウジング４３内には、吸気通路２内の空気を強制的にエンジン１の燃焼室へ送り込むコンプレッサホイール４６が備えられている。これらのタービンホイール４５とコンプレッサホイール４６とは、ロータシャフト４７を介して一体回転可能に連結されている。そして、タービンホイール４５に排気ガスが吹き付けられて同タービンホイール４５が回転するとコンプレッサホイール４６も回転し、吸気通路２内の空気が強制的にエンジン１の燃焼室に送り込まれる。
【００２０】
また、触媒コンバータ５は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が担持された担体であり、排気の空燃比がリーンの場合には排気中のＮＯｘを吸蔵し、同空燃比がリッチの場合には吸蔵したＮＯｘを還元・放出する。
【００２１】
本実施例は、図２に示すようにターボチャージャ４のタービンホイール４５から排出された排気ガスを触媒コンバータ５へと導く第１排気管６と、エンジン１から排出された排気ガスをターボチャージャ４のタービンホイール４５を迂回して触媒コンバータ５へと導く第２排気管７とを設けている。タービンホイール４５から排出された排気ガスを触媒コンバータ５へと導く排気管と、排気ガスをタービンホイール４５を通さずに触媒コンバータ５へと導く排気管とを分けたことで、第２排気管７の径を小さくして表面積を小さくし、第２排気管７を通る排気ガスの温度低下を低減することができる。第２排気管７を通る排気ガスは、タービンホイール４５を通過しないガスなので、タービンホイール４５で仕事を行った排気ガスよりも高温の状態を維持している。この高温ガスの温度低下を最小限にして触媒コンバータ５に導くことで、触媒コンバータ５を早急に暖めて活性化状態にし、排気ガスの浄化を促進することができる。
【００２２】
図４（Ａ）には、第１排気管６と第２排気管７とを排気ガス取入口側から見た構成を示す。図４（Ａ）に示すように第１排気管６と第２排気管７とはそれぞれ独立した排気ガス取入口を有しており、第１排気管６の排気ガス取入口６１は、図３に示すようにターボチャージャ４の排気口に接続されている。また第２排気管７の排気ガス取入口７１は、ターボチャージャ４のタービンホイール４５よりも上流側の排気通路３に接続されている。また、第１排気管６と第２排気管７の排気ガス取入口６１、７１には、排気フランジ６０が設けられている。排気フランジ６０にはボルト穴が設けられている。このボルト穴を通したボルトによって、第１排気管６とターボチャージャとを固定し、第２排気管７と排気通路３とを固定する。
【００２３】
図４（Ｂ）には、第１排気管６、第２排気管７、触媒コンバータ５を、図４（Ａ）に示すＸＹ線で切断した断面の形状を示す。図４（Ｂ）に示すように第２排気管７の排気ガス取入口７１付近には、バルブ７０が設けられている。本実施例では、エンジン１の始動とともにこのバルブ７０を開けて、排気ガスが第２排気管７に流れるようにするため、電気的な制御によってモータを駆動させ、このモータの駆動力を利用してバルブ７０を開閉させる。これ以外に、バルブ７０を開くバネを設けて、バネ力を利用してバルブ７０を開いてもよい。
【００２４】
図５を参照しながら第１排気管６と第２排気管７との詳細な構成について説明する。図５（Ａ）に示すように第２排気管７は、第１排気管６内を通って、触媒コンバータ５との境界面８まで延びている。また、第１排気管６と第２排気管７とを鉛直方向に対して垂直に切断すると、それぞれの切断面の中心が略一致するように第２排気管７を第１排気管６内に通している。従って、第１排気管６からの排気ガスと第２排気管７からの排気ガスとを、触媒コンバータ５の全体に均一に送り込むことができる。さらに、タービンホイール４５を通らない高温の排気ガスを触媒コンバータ５の略中心に案内することができるので、触媒コンバータ５の触媒の温度分布を小さくして、触媒コンバータ５の割れを防止することができる。
また、触媒コンバータ５に接する第１排気管６と第２排気管７との端部を、触媒コンバータ５との境界面８で揃えたことで、触媒コンバータ５内に流れ込む排気ガスの流速を一定にして、触媒内での温度差をできるだけ少なくすることができる。
【００２５】
また、第２排気管７の端部は、図５（Ｂ）に示すように境界面８まで延ばさずに、第１排気管６内の中間部分でカットしてもよい。また、図５（Ｃ）に示すように第１排気管６の排気管面で第２排気管７をカットすることもできる。このような構造とすることで、第２排気管７内を流れてきた排気ガスが途中から表面積の広い第１排気管６を流れるので、第２排気管７を流れてきた排気ガスの流速を遅くすることができる。このため、触媒コンバータ５の触媒の温度分布を小さくして、触媒コンバータ５の割れを防止することができる。
【００２６】
上述した実施例は本発明の好適な実施例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の排気管の構造を示す図である。
【図２】本発明の全体構造を示す図である。
【図３】ターボチャージャの外観形状を示す図である。
【図４】（Ａ）は、第１排気管と第２排気管と触媒コンバータとを排気ガス取入口側から見た構成図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＸＹ線で切断した断面の構造を示す図である。
【図５】第１排気管と第２排気管の断面形状を示す図であり、（Ａ）は、第１排気管の端部を触媒コンバータの境界面まで延ばした構成であり、（Ｂ）は、第１排気管の端部を第２排気管の途中でカットした構成であり、（Ｃ）は、第１排気管の端部を第２排気管の配管面でカットした構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  エンジン
２  吸気経路
３  排気経路
４  ターボチャージャ
５  触媒コンバータ
６  第１排気管
７  第２排気管
８  境界面
４１  センタハウジング
４２  タービンハウジング
４３  コンプレッサハウジング
４５  タービンホイール
４６  コンプレッサホイール
【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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