JP7666340B2 - 排気管構造 - Google Patents

Description

この発明は、排気管構造に関する。

例えば、特開２００９－１３８６５号公報には、内燃機関と、排気通路と、ＮＯｘ触媒と、を備える内燃機関の排気浄化装置が開示されている。排気通路は、第１排気通路と第２排気通路とに分岐しており、第１排気通路に第１ターボチャージャが配置されており、第２排気通路に第２ターボチャージャが配置されている。第１ターボチャージャ及び第２ターボチャージャの下流でかつＮＯｘ触媒の上流において、第１排気通路及び第２排気通路が合流している。

特開２００９－１３８６５号公報

特開２００９－１３８６５号公報に記載されるような内燃機関の排気浄化装置では、触媒に向かう排気に偏流が生じる場合がある。この場合、触媒の上流側において排気の流れによどみが生じ、そのよどみ付近にデポジットが堆積するため、触媒による排気の浄化が十分に行われない懸念がある。

本発明の目的は、触媒による排気の浄化作用の低下を抑制可能な排気管構造を提供することである。

この発明の一局面に従った排気管構造は、内燃機関からの排気が流れる排気経路と、前記排気経路内に設けられており、前記排気を浄化する触媒に向けて前記排気を案内する案内部材と、を備え、前記排気経路は、ターボチャージャを配置することが可能なターボチャージャ配置部と、前記排気の流れ方向における前記ターボチャージャ配置部の下流側に設けられており、前記流れ方向における下流に向かうにしたがって次第に前記排気の流路面積が大きくなる拡大部と、前記拡大部の下流側の端部につながっており、前記触媒が配置される触媒配置部と、を有し、前記案内部材は、前記拡大部に配置されており、かつ、前記拡大部の中心軸を含む中心線に沿う方向と、前記中心線と直交する直交方向における外側に向かう方向と、に前記排気を案内する。

この発明によれば、触媒による排気の浄化作用の低下を抑制可能な排気管構造を提供することができる。

本発明の一実施形態の排気管構造を含む内燃機関システムを概略的に示す図である。 図１におけるＩＩ－ＩＩ線での断面図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、本発明の一実施形態の排気管構造を含む内燃機関システムを概略的に示す図である。図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ線での断面図である。図１に示されるように、内燃機関システム１は、内燃機関２と、ターボチャージャ３と、ターボチャージャ３とは異なる他のターボチャージャ４と、触媒５と、排気管構造１０と、を備えている。

本実施形態では、内燃機関２は、Ｖ型の２バンク構造を有している。ターボチャージャ３、他のターボチャージャ４及び触媒５は、排気管構造１０に取り付けられる。本実施形態では、ターボチャージャ３は、プライマリターボチャージャに設定されており、他のターボチャージャ４は、セカンダリターボチャージャに設定されている。触媒５は、内燃機関２の排気を浄化する。触媒５として、例えば、酸化触媒（ＤＯＣ）が挙げられる。

排気管構造１０は、内燃機関２に接続されている。排気管構造１０は、排気経路１００と、切替部材２００と、案内部材３００と、を備えている。

排気経路１００は、内燃機関２に接続されており、内燃機関２からの排気が流れる。排気経路１００は、ターボチャージャ配置部１１０と、他のターボチャージャ配置部１２０と、合流部１３０と、拡大部１４０と、触媒配置部１５０と、を有している。

ターボチャージャ配置部１１０は、ターボチャージャ３を配置可能な部位である。他のターボチャージャ配置部１２０は、他のターボチャージャ４を配置することが可能な部位である。他のターボチャージャ配置部１２０は、ターボチャージャ配置部１１０と並列となるように内燃機関２に接続されている。

合流部１３０は、ターボチャージャ配置部１１０及び他のターボチャージャ配置部１２０の下流側に形成されている。合流部１３０は、ターボチャージャ配置部１１０を通過した排気と他のターボチャージャ配置部１２０を通過した排気とを合流させる。

拡大部１４０は、排気の流れ方向におけるターボチャージャ配置部１１０の下流側に設けられている。より詳細には、拡大部１４０は、前記流れ方向における合流部１３０の下流側の端部につながっている。すなわち、合流部１３０は、ターボチャージャ配置部１１０及び他のターボチャージャ配置部１２０の下流側でかつ拡大部１４０の上流側に形成されている。拡大部１４０は、前記流れ方向における下流に向かうにしたがって次第に排気の流路面積が大きくなる。

触媒配置部１５０は、拡大部１４０の下流側の端部につながっている。触媒配置部１５０は、触媒５を配置することが可能である。触媒配置部１５０は、円筒状に形成されてもよい。触媒配置部１５０の内径は、一定に形成されてもよい。

切替部材２００は、排気経路１００に設けられている。図１に示されるように、切替部材２００は、例えば他のターボチャージャ配置部１２０のうち他のターボチャージャ４が位置する部位の下流側の部位に設けられる。切替部材２００は、ターボチャージャ配置部１１０にのみ排気が流れる第１状態と、ターボチャージャ配置部１１０及び他のターボチャージャ配置部１２０の双方に排気が流れる第２状態と、に切り替え可能である。切替部材２００は、例えば切替弁で構成される。この場合、切替弁が閉じられた状態が前記第１状態に相当し、切替弁が開かれた状態が前記第２状態に相当する。

切替部材２００が第１状態のときには、ターボチャージャ配置部１１０のみを排気が通過するため、拡大部１４０において排気に偏流が生じやすくなる。案内部材３００は、その偏流の発生を抑制する部材である。すなわち、案内部材３００は、切替部材２００が第１状態のときに特に効果的である。ただし、切替部材２００が第２状態のときにも案内部材３００は偏流の発生を抑制可能である。

案内部材３００は、排気経路１００内に設けられている。より詳細には、案内部材３００は、拡大部１４０に配置されている。案内部材３００は、触媒５に向けて排気を案内する。案内部材３００は、拡大部１４０の中心軸を含む中心線ＡＸ（図１を参照）に沿う方向と、中心線ＡＸと直交する直交方向における外側に向かう方向と、に排気を案内する。換言すれば、案内部材３００は、触媒５のうち中心線ＡＸの近傍の領域と直交方向における外側の領域とに排気を案内する。図１及び図２に示されるように、案内部材３００は、第１案内板３１０と、第２案内板３２０と、を有している。

図１において矢印ＡＲ１で示されるように、切替部材２００が第１状態のときに、第１案内板３１０は、ターボチャージャ配置部１１０を通過した排気を、触媒５のうち中心線ＡＸを基準としてターボチャージャ配置部１１０が位置する側とは反対側（図１における左側）に位置する領域Ｒ１に向けて案内する。

図１において矢印ＡＲ２で示されるように、切替部材２００が第１状態のときに、第２案内板３２０は、ターボチャージャ配置部１１０を通過した排気を、触媒５のうち中心線ＡＸを基準としてターボチャージャ配置部１１０が位置する側と同じ側（図１における右側）に位置する領域Ｒ２に向けて案内する。

図１に示されるように、第１案内板３１０及び第２案内板３２０は、前記流れ方向における下流側に向かうにしたがって次第に中心線ＡＸから離間する形状を有している。第２案内板３２０は、第１案内板３１０よりも前記流れ方向における上流側に突出する突出部３２２を有していてもよい。

以上に説明したように、本実施形態の排気管構造１０では、案内部材３００は、切替部材２００が第１状態のときに比較的排気に偏流の生じやすい拡大部１４０に配置されており、かつ、中心線ＡＸに沿う方向と前記直交方向における外側に向かう方向とに排気を案内するため、拡大部１４０において排気に偏流が生じることが抑制される。よって、触媒５による排気の浄化作用の低下が抑制される。すなわち、前記領域Ｒ１及び領域Ｒ２においても排気が有効に浄化される。また、案内部材３００によって領域Ｒ１，Ｒ２に向かう排気の流速が大きくなるため、その領域Ｒ１，Ｒ２へのデポジットの堆積が抑制される。

なお、上記実施形態では、排気経路１００がターボチャージャ配置部１１０及び他のターボチャージャ配置部１２０を有する、いわゆるツインターボ式の内燃機関システムが例示されたが、上記実施形態における排気管構造１０は、いわゆるシングルターボ式の内燃機関システム、すなわち、排気経路１００が他のターボチャージャ配置部１２０を有しておらずターボチャージャ配置部１１０のみを有するシステムにも適用可能である。

また、中心線ＡＸと直交する平面での案内部材３００の断面は、円形ないし楕円形に形成されてもよい。

［態様］
上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

この開示の一局面に従った排気管構造は、内燃機関からの排気が流れる排気経路と、前記排気経路内に設けられており、前記排気を浄化する触媒に向けて前記排気を案内する案内部材と、を備え、前記排気経路は、ターボチャージャを配置することが可能なターボチャージャ配置部と、前記排気の流れ方向における前記ターボチャージャ配置部の下流側に設けられており、前記流れ方向における下流に向かうにしたがって次第に前記排気の流路面積が大きくなる拡大部と、前記拡大部の下流側の端部につながっており、前記触媒が配置される触媒配置部と、を有し、前記案内部材は、前記拡大部に配置されており、かつ、前記拡大部の中心軸を含む中心線に沿う方向と、前記中心線と直交する直交方向における外側に向かう方向と、に前記排気を案内する。

この排気管構造では、案内部材は、拡大部の中心軸を含む中心線に沿う方向と、前記中心線と直交する直交方向における外側に向かう方向と、に排気を案内するため、排気に偏流が生じることが抑制される。よって、触媒配置部ないし拡大部に排気のよどみが生じること及びそれに起因してよどみ付近にデポジットが堆積することが抑制されるため、触媒による排気の浄化作用の低下が抑制される。

また、前記排気管構造は、前記排気経路に設けられた切替部材をさらに備えていてもよい。この場合、前記排気経路は、前記ターボチャージャとは異なる他のターボチャージャを配置することが可能であり、かつ、前記ターボチャージャ配置部と並列となるように形成された他のターボチャージャ配置部と、前記ターボチャージャ配置部及び前記他のターボチャージャ配置部の下流側でかつ前記拡大部の上流側に形成されており、前記ターボチャージャ配置部を通過した前記排気と前記他のターボチャージャ配置部を通過した前記排気とを合流させる合流部と、をさらに有しており、前記切替部材は、前記ターボチャージャ配置部にのみ前記排気が流れる第１状態と、前記ターボチャージャ配置部及び前記他のターボチャージャ配置部の双方に前記排気が流れる第２状態と、に切り替え可能である。

前記案内部材は、前記ターボチャージャ配置部を通過した前記排気を、前記中心線を基準として前記ターボチャージャ配置部が位置する側とは反対側に向けて案内する第１案内板と、前記ターボチャージャ配置部を通過した前記排気を、前記中心線を基準として前記ターボチャージャ配置部が位置する側と同じ側に向けて案内する第２案内板と、を有していてもよい。この場合において、前記第１案内板及び前記第２案内板は、前記流れ方向における下流側に向かうにしたがって次第に前記中心線から離間する形状を有することが好ましい。

この態様では、２つのターボチャージャを備えるいわゆるツインターボ式の内燃機関システムにおいて一のターボチャージャのみが駆動されている場合（切替部材が第１状態である場合）においても、拡大部においてターボチャージャ配置部を通過した排気に偏流が生じることが有効に抑制される。

また、前記第２案内板は、前記第１案内板よりも前記流れ方向における上流側に突出する突出部を有していてもよい。

このようにすれば、切替部材が第１状態のときに、第２案内板の突出部によって前記中心線よりも第２案内板側に位置する触媒に向けて案内される排気の流量が増大するため、より均一に排気が触媒に向けて案内される。よって、触媒による排気の浄化作用がより高まる。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ 内燃機関システム、２ 内燃機関、３ ターボチャージャ（プライマリターボチャージャ）、４ 他のターボチャージャ（セカンダリターボチャージャ）、５ 触媒、１０ 排気管構造、１００ 排気経路、１１０ ターボチャージャ配置部、１２０ 他のターボチャージャ配置部、１３０ 合流部、１４０ 拡大部、１５０ 触媒配置部、２００ 切替部材、３００ 案内部材、３１０ 第１案内板、３２０ 第２案内板。

Claims (1)

1. 内燃機関からの排気が流れる排気経路と、
   前記排気経路に設けられた切替部材と、
   前記排気経路内に設けられており、前記排気を浄化する触媒に向けて前記排気を案内する案内部材と、を備え、
   前記排気経路は、
   ターボチャージャを配置することが可能なターボチャージャ配置部と、
   前記ターボチャージャとは異なる他のターボチャージャを配置することが可能であり、かつ、前記ターボチャージャ配置部と並列となるように形成された他のターボチャージャ配置部と、
   前記排気の流れ方向における前記ターボチャージャ配置部の下流側に設けられており、前記流れ方向における下流に向かうにしたがって次第に前記排気の流路面積が大きくなる拡大部と、
   前記ターボチャージャ配置部及び前記他のターボチャージャ配置部の下流側でかつ前記拡大部の上流側に形成されており、前記ターボチャージャ配置部を通過した前記排気と前記他のターボチャージャ配置部を通過した前記排気とを合流させる合流部と、
   前記拡大部の下流側の端部につながっており、前記触媒が配置される触媒配置部と、を有し、
   前記案内部材は、前記拡大部に配置されており、かつ、前記拡大部の中心軸を含む中心線に沿う方向と、前記中心線と直交する直交方向における外側に向かう方向と、に前記排気を案内し、
   前記切替部材は、前記ターボチャージャ配置部にのみ前記排気が流れる第１状態と、前記ターボチャージャ配置部及び前記他のターボチャージャ配置部の双方に前記排気が流れる第２状態と、に切り替え可能であり、
   前記案内部材は、
   前記ターボチャージャ配置部を通過した前記排気を、前記中心線を基準として前記ターボチャージャ配置部が位置する側とは反対側に向けて案内する第１案内板と、
   前記ターボチャージャ配置部を通過した前記排気を、前記中心線を基準として前記ターボチャージャ配置部が位置する側と同じ側に向けて案内する第２案内板と、を有し、
   前記第１案内板及び前記第２案内板は、前記流れ方向における下流側に向かうにしたがって次第に前記中心線から離間する形状を有し、
   前記第２案内板は、前記第１案内板よりも前記流れ方向における上流側に突出する突出部を有する、排気管構造。

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