(57)【要約】【課題】排気浄化触媒の風食による目詰まりや流入困難性を解消しつつ、排気浄化触媒よりも上流側の背圧の上昇を回避し得る過給機付内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気通路１０にターボチャージャー２０の排気タービン２１と排気浄化装置３０とが配設された過給機付内燃機関の排気浄化装置において、ターボチャージャーのウェイストゲート２５の出口２８に、排気タービン２１の下流に形成される旋回流を相殺する、逆方向の旋回流を生じさせる逆旋回流発生手段２９を設けた。【選択図】図１
2009275527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路にターボチャージャーの排気タービンと排気浄化装置とが配設された過給機付内燃機関の排気浄化装置において、
前記ターボチャージャーのウェイストゲートの出口に、前記排気タービンの下流に形成される旋回流を相殺する、逆方向の旋回流を生じさせる逆旋回流発生手段を設けたことを特徴とする過給機付内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記逆旋回流発生手段は、前記ウェイストゲートの出口と前記排気タービンの出口との間に基端部が位置され、前記排気通路内に捻られて延在する板部材であることを特徴とする請求項１に記載の過給機付内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記逆旋回流発生手段は、前記ウェイストゲートの出口に設けられた羽根車であることを特徴とする請求項１に記載の過給機付内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記逆旋回流発生手段は、前記ウェイストゲートの出口通路を前記排気タービンの出口通路に対し、半径方向にオフセットして合流させて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の過給機付内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に、ターボチャージャーの排気タービンと排気浄化装置とが配設された過給機付内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の出力向上や燃費の低減を図るべく、ターボチャージャー等の過給機のタービンが排気通路に設けられ、また、エミッションの排出を抑制するべく、その排気通路に排気浄化装置が配設されている内燃機関は広く知られている。かかる排気浄化装置としては、通常、軸方向に対して垂直方向の断面積が排気通路の断面積よりも大きいハニカム構造体の触媒担体が、筒状の容器（ケーシング）内に収容された触媒コンバーターが用いられている。
【０００３】
このように、内燃機関の排気通路に過給機のタービンが設けられている場合、タービンよりも下流側の排気通路内においては排気の流れが排気通路の軸周りに旋回する旋回流となる。このとき、タービンより下流側の排気通路に円柱状のハニカム構造体の触媒担体が設けられていると、排気ガスが旋回しながら、すなわち、円柱状の触媒担体に対し接線方向ないしは傾斜方向の速度成分が大きい状態で、該触媒担体に流入することになる。このことに起因して、該触媒担体の各セルに排気が流入し難くなったり、風食による目詰まりを各セルの入口部に生じさせることがある。この結果、触媒担体に排気が流入するときの流通抵抗が増加し易くなり、触媒担体よりも上流側の背圧が上昇し、内燃機関でのポンプ損失増加による出力の低下を招く虞があることから、これを抑制するとして、特許文献１や特許文献２に記載の技術が提案されている。
【０００４】
すなわち、特許文献１に記載の技術では、ディーゼルエンジンに備えられたターボチャージャーからの排気ガスを導く排気管にケーシングを設け、該ケーシング内に触媒を備えてなる排気浄化装置であって、ケーシングの入口部にターボチャージャーからの排気ガスをケーシング内に均一に導くためのガス分散板を設けると共に、ガス分散板と該ガス分散板に隣接して設けられるフロースルー型の触媒との間に、ケーシングの長手方向に延びる整流孔を形成して排気ガスの旋回を抑制する整流体を設けている。
【０００５】
また、特許文献２に記載の技術では、排気通路と排気浄化触媒とを連通する排気導入部および過給機のタービンと排気導入部との間の排気通路のいずれかの内部に整流板が設けられ、この整流板が、排気通路の軸に対して排気が旋回する方向に捩れた形状であり、且つ、排気通路の軸に対する捩れの傾斜角がタービン側端部から排気浄化触媒側端部に近づくにつれて徐々に小さくなり、排気浄化触媒側端部近傍では排気通路の軸に対して略平行となるように形成されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３３２８７２号公報
【特許文献２】特開２００７−３３２８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記特許文献１及び特許文献２に記載の技術は、いずれも、排気通路内における排気ガスの旋回流れを抑制するために抵抗体としての整流体ないしは整流板を設けており、言わば、排気ガスの旋回流れに対し受動的に作用して、その旋回流れを抑制しようとするものである。これらは、排気ガスの旋回流れを抑制し、旋回流が直接に排気浄化触媒に流入するのを回避することは可能であるが、あくまでも、整流体ないしは整流板が抵抗体として受動的に作用するので、排気浄化触媒よりも上流側の背圧の上昇を抑制するには十分とは言えない。
【０００８】
そこで、本発明は、これらの従来技術に対して作動原理が異なる、すなわち、排気ガスの旋回流れに対し能動的に作用して、その旋回流れを相殺することにより、排気浄化触媒の風食による目詰まりや流入困難性を解消しつつ、排気浄化触媒よりも上流側の背圧の上昇を回避し得る過給機付内燃機関の排気浄化装置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】
【０００９】
上記目的を達成する、本発明に係る過給機付内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路にターボチャージャーの排気タービンと排気浄化装置とが配設された過給機付内燃機関の排気浄化装置において、前記ターボチャージャーのウェイストゲートの出口に、前記排気タービンの下流に形成される旋回流を相殺する、逆方向の旋回流を生じさせる逆旋回流発生手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記逆旋回流発生手段は、前記ウェイストゲートの出口と前記排気タービンの出口との間に基端部が位置され、前記排気通路内に捻られて延在する板部材であってもよい。
【００１１】
また、前記逆旋回流発生手段は、前記ウェイストゲートの出口に設けられた羽根車であってもよい。
【００１２】
さらに、前記逆旋回流発生手段は、前記ウェイストゲートの出口通路を前記排気タービンの出口通路に対し、半径方向にオフセットして合流させて構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、排気通路において排気タービンから流出したときに下流に形成される旋回流が、ウェイストゲートの出口に設けられた逆旋回流発生手段によって生じさせられた逆旋回流によって相殺されるので、排気浄化装置に流入するときには排気通路の軸方向に略平行な流れとなる。つまり、排気ガスが旋回しながら、すなわち、接線方向ないしは傾斜方向の速度成分が大きい状態で、排気浄化装置に流入することがなく、軸方向に略平行な流れとなって排気浄化装置に流入する。したがって、排気ガスが排気浄化装置に流入するときの流通抵抗や風食による目詰まりを抑制することができ、排気浄化装置よりも上流側の背圧の上昇を確実に抑制することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る過給機付内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施形態について、添付付図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
ここでは、本発明を車両用の内燃機関に適用した場合を例に挙げて説明する。図１は、第１の実施形態に係る過給機付内燃機関の排気浄化装置における排気系の概略構成を示す軸方向の断面図である。
【００１６】
排気通路１０は内燃機関（図示略）に接続されており、該排気通路１０にはターボチャージャー２０の排気タービン２１が設けられている。より詳しくは、ターボチャージャー２０は、タービンハウジング２２に回転自在に収容されている排気タービン２１に対し、半径方向のスクロール２３からその動翼に流入し、軸方向の排気タービン出口２４から流出する排気ガスのエネルギーにより不図示のコンプレッサを回転駆動して、吸入空気を加圧して過給するものである。そして、その過給圧制御装置として、本第１の実施形態では、排気タービン２１の入口側と出口側とを連通するバイパス通路としてのウェイストゲート２５が、タービンハウジング２２の壁部に開口形成されている。このウェイストゲート２５にはその開口部を開閉し、排気タービン２１に流入する排気ガス量を制御するウェイストゲートバルブ２６が設けられている。そして、このウェイストゲートバルブ２６は、例えば、直流モータ等の電動アクチュエータや圧力式アクチュエータからなるウェイストゲートバルブ作動用アクチュエータ２７により駆動されて、その「全閉」、「全開」およびそれらの間の中間位置をとることができる。
【００１７】
また、タービンハウジング２２よりも下流側の排気通路１０は、本第１の実施形態では、図１のII‐II位置断面図である図２に示すように、円形のウェイストゲート出口２８及び円形の排気タービン出口２４を包絡する楕円形断面に形成されている。そして、ウェイストゲート出口２８と排気タービン出口２４との間に基端部が位置されて、排気通路１０内に延在する板部材２９が設けられている。この板部材２９は、ウェイストゲート出口２８から流出する排気ガスに、後述する旋回流を与えるべく軸方向に沿って捻られている。
【００１８】
さらに、楕円形断面の排気通路１０の下流に排気浄化装置３０が設けられている。排気浄化装置３０は、例えば、ケーシングに収容され、格子状に設けられた複数の隔壁によって軸方向に延びるセルが形成されているハニカム構造体の触媒担体３２を備えている。この触媒担体３２に担持される触媒としては、酸化触媒や、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒等を例示することが出来る。
【００１９】
ここで、上述の第１の実施形態において、排気タービン２１の円形出口２４から排出される排気の流れは、例えば、排気タービン２１が図１の左方から見て時計方向に回転しているとした場合、図１及び図２の矢印に示すように、排気タービン２１より下流側の排気通路１０において、反時計方向に旋回する旋回流となる（以下の説明においても同様）。そこで、本第１の実施形態においては、この排気の旋回流れを相殺すべく、時計方向に旋回する旋回流を生じさせる逆旋回流発生手段としての捻れ板部材２９が設けられている。
【００２０】
この捻れ板部材２９は、タービンハウジング２２における、ウェイストゲート出口２８と排気タービン出口２４との間に基端部が位置されて、ウェイストゲート出口２８からの排気ガスの流れる方向に延びると共に、排気タービン２１の円形出口２４から排出される排気ガスの旋回方向と逆に捩られた形状となっている。したがって、排気タービン２１の円形出口２４から排出され反時計方向に旋回する旋回流である排気ガスと、ウェイストゲート出口２８から排出され捻れ板部材２９により時計方向に旋回する旋回流とされた排気ガスとは、排気浄化装置３０に到達する前に衝突し、互いにその旋回流が弱化ないしは相殺される。かくて、排気タービン２１の出口２４から流出したときには旋回流となっている排気ガスの流れが、捻れ板部材２９による逆方向の旋回流によって能動的に相殺される結果、排気ガスは、排気浄化装置３０の軸方向、すなわち、触媒担体３２のセルの軸方向に略平行な流れとなって各セルに流入する。これにより、円柱状の触媒担体３２に対し接線方向ないしは傾斜方向の速度成分が大きい状態で、排気ガスが触媒担体３２に流入することがなく、排気浄化装置３０に流入するときの流通抵抗や風食による目詰まりを抑制することができ、排気浄化装置３０よりも上流側の背圧の上昇を確実に抑制することが出来る。
【００２１】
なお、排気タービン２１の円形出口２４から排出される排気ガスに旋回流が生じるのは、内燃機関の高出力運転状態などの排気ガス流量が多いときであり、このときは、通常、ウェイストゲート２５からのバイパス流量割合も大きくなるので、十分に相殺作用を奏させることができる。
【００２２】
（第２の実施形態）
次に、本発明に係る過給機付内燃機関の排気浄化装置の第２の実施形態を説明する。この第２の実施形態は、第１の実施形態における逆旋回流発生手段としての捻れ板部材２９に関連する構造以外は、第１の実施形態と同じであるので、同じく図１のII‐II位置に対応する位置における断面図である図３を参照して、その相違点のみ説明する。
【００２３】
ここで、本第２の実施形態においては、逆旋回流発生手段として、ウェイストゲート２５の出口２８に羽根車３５が設けられている。この羽根車３５は、円形のウェイストゲート出口２８を覆う形態で回転自在に設けられており、その羽根の捻り方向が排気タービン２１の動翼の捻り方向とは逆にされている。換言すると、排気ガス流が、前述のように、排気タービン２１の出口２４から流出したときに反時計方向に旋回する旋回流となる場合には、この羽根車３５を通過した排気ガス流が時計方向に旋回する旋回流となるように、その羽根が捻られている。
【００２４】
この第２の実施形態によれば、排気タービン２１の円形出口２４から排出され反時計方向に旋回する旋回流である排気ガスと、ウェイストゲート出口２８から排出され羽根車３５により時計方向に旋回する旋回流とされた排気ガスとは、排気浄化装置３０に到達する前に衝突し、互いにその旋回流が弱化ないしは相殺される。かくて、この第２の実施形態においても、排気タービン２１の出口２４から流出したときには旋回流となっている排気ガスの流れが、羽根車３５による逆方向の旋回流によって能動的に相殺される結果、排気ガスは、排気浄化装置３０の軸方向、すなわち、触媒担体３２のセルの軸方向に略平行な流れとなって各セルに流入する。したがって、円柱状の触媒担体３２に対し接線方向ないしは傾斜方向の速度成分が大きい状態で、排気ガスが触媒担体３２に流入することがなく、排気浄化装置３０に流入するときの流通抵抗や風食による目詰まりを抑制することができ、排気浄化装置３０よりも上流側の背圧の上昇を確実に抑制することが出来る。
【００２５】
（第３の実施形態）
次に、本発明に係る過給機付内燃機関の排気浄化装置の第３の実施形態を説明する。この第３の実施形態は、第１及び第２の実施形態における、捻れ板部材２９及び羽根車３５に代えて、ターボチャージャー２０の下流側の排気通路１０の形状を変更することにより逆旋回流発生手段を構成するようにしている。すなわち、第１及び第２の実施形態においての楕円形断面に構成されていた排気通路１０に代えて、異なる断面形状の排気通路１０‘として構成されている。なお、他の構造は、第１の実施形態と同じであるので、同一機能部位には同一符号を用いてその相違点のみ説明する。
【００２６】
図４は、本第３の実施形態における逆旋回流発生手段としての排気通路１０‘の、図１のII‐II位置に対応する位置における断面形状を示す断面図である。この第３の実施形態において、ターボチャージャー２０の下流側の排気通路１０’は、ウェイストゲート２５の出口２８に連なる出口通路３７が排気タービン２１の出口２４に連なる出口通路３９に対し、半径方向にオフセットして合流されて構成されている。より詳しくは、ウェイストゲート出口２８からの出口通路３７が、排気タービン出口２４に連なり軸方向に延在する出口通路３９に対し、そのほぼ接線方向から合流するように、排気通路１０’が構成されている。そして、その合流方向は、軸方向に延在する出口通路３９内に形成される旋回流と逆方向の旋回流を生じさせる方向とされている。
【００２７】
この第３の実施形態によれば、排気タービン２１の円形出口２４から排気タービン出口２４に連なり軸方向に延在する出口通路３９に排出され反時計方向に旋回する旋回流である排気ガスに対し、ウェイストゲート出口２８から出口通路３７に排出された排気ガスが、軸方向に延在する出口通路３９の接線方向から逆方向の旋回流を生じさせるべく合流する。かくて、この第３の実施形態においても、排気タービン２１の出口２４から流出したときには反時計方向に旋回する旋回流となっている排気ガスの流れに対し、ウェイストゲート出口２８から出口通路３７に排出された排気ガスが、出口通路３９の接線方向から逆方向の旋回流を生じさせるべく合流する結果、排気浄化装置３０に到達する前に反時計方向に旋回する旋回流がこの合流によって能動的に弱化ないしは相殺される。したがって、排気ガスは、排気浄化装置３０の軸方向、すなわち、触媒担体３２のセルの軸方向に略平行な流れとなって各セルに流入する。このように、第３の実施形態によっても、円柱状の触媒担体３２に対し接線方向ないしは傾斜方向の速度成分が大きい状態で、排気ガスが触媒担体３２に流入することがなく、排気浄化装置３０に流入するときの流通抵抗や風食による目詰まりを抑制することができ、排気浄化装置３０よりも上流側の背圧の上昇を確実に抑制することが出来る。
【００２８】
なお、上述の第３の実施形態に関しては、図４に示す例に限られず、バイパス通路であるウェイストゲート及びウェイストゲートバルブがタービンハウジング２２以外に設けられる、いわゆる、外付けタイプの場合には、このバイパス通路を排気タービン出口２４に連なる排気通路に対し、半径方向にオフセットして合流させるようにしてもよい。
【００２９】
さらに、上述した実施形態において、タービンハウジング２２よりも下流側の楕円形断面に形成された排気通路１０は、排気浄化装置３０に到るまで全て直線状である必要はなく、途中で、直角を限度として所定の角度まで曲げられて形成されてもよい。また、排気浄化装置３０に到る途中に、円形以外の異形断面（例えば、三角形）部を形成するようにしてもよい。このようにすると、旋回流の相殺作用がさらに促進される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る過給機付内燃機関の排気浄化装置の第１の実施形態における排気系の概略構成を示す軸方向の断面図である。
【図２】図１のII‐II位置断面図である。
【図３】本発明に係る過給機付内燃機関の排気浄化装置の第２の実施形態において、図１のII‐II位置に対応する位置における断面形状を示す断面図である。
【図４】本発明に係る過給機付内燃機関の排気浄化装置の第３の実施形態において、図１のII‐II位置に対応する位置における断面形状を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０，１０‘    排気通路
２０    ターボチャージャー
２１    排気タービン
２２    タービンハウジング
２４    排気タービン出口
２５    ウエィストゲート
２６    ウエィストゲートバルブ
２８    ウェイストゲート出口
２９    捻れ板部材
３０    排気浄化装置
３５    羽根車
３７、３９    出口通路
【図１】
2009275527.tif 000003
【図２】
2009275527.tif 000004
【図３】
2009275527.tif 000005
【図４】
2009275527.tif 000006