JP3922011B2 - 排気管 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気管の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関では、内燃機関より排出される排気を大気中に放出する前に、排気中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有毒ガス成分を浄化又は除去することにより排気ミッションを向上させることが要求されており、これら排気ミッションを向上させる手段の一つに排気浄化触媒により排気中に含まれる有害ガスを浄化する技術が提案されている。
【０００３】
排気浄化触媒としては、例えば三元触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒、酸化触媒、若しくはこれらの排気浄化触媒を適宜組み合わせてなる排気浄化触媒など、多種多様の排気浄化触媒が開発されている。
【０００４】
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒においては、その排気浄化の機能として、この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が高い時は排気中のＮＯｘを吸収し、流入する排気の酸素濃度が低下し、かつ還元剤がその排気中に存在する時は吸収していたＮＯｘを放出しつつ窒素に還元せしめる触媒である。
【０００５】
しかし、この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒では、その浄化する排気中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が存在すると、このＳＯｘもＮＯｘと同様に吸収する特性（ＳＯｘ被毒）を有していた。
【０００６】
この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸収されたＳＯｘは、触媒上で硫酸塩を形成し、この硫酸塩はＮＯｘを吸収、還元する工程で還元できず、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収能力を低下させるものであった。
【０００７】
よって、このＳＯｘを除去するために、例えば吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の雰囲気温度を約５００〜７００℃の高温にすると共に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気中に燃料を添加して空燃比を低くする。すると、この燃料中のＨＣや、排気に含まれるＣＯと硫酸塩が反応して還元、除去を行い、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を回復させることができる（ＳＯｘ被毒回復）。
【０００８】
この、排気中に燃料を添加して空燃比が低くなった状態を形成するために、内燃機関の一部の気筒より排出される排気を空燃比が高い状態とし、他の気筒より排出される排気を空燃比が低い状態として、これらの排気を集合させ、触媒に流入させて、燃料と酸素を反応させて触媒温度を上昇させ、ＳＯｘ被毒回復を行う方法がある。
【０００９】
また、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒には、内燃機関の排気量が大きくなると、それに対する浄化能力を向上させるために大型となるが、その搭載性の問題からこれを分割し、複数の触媒を用いて触媒の浄化能力を向上させる場合がある。
【００１０】
更に、搭載性の観点、例えばプロペラシャフトとの干渉を避けるため等から、複数、例えば２個の触媒を、その前の排気通路の中心軸線に対して外れた位置（オフセット位置）に設ける場合もある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように内燃機関の排気量の増大に伴って、排気浄化触媒を分割することにより、搭載空間確保の問題を解決しつつ、その排気浄化能力を向上させることは可能となったが、その浄化すべき排気を流す排気通路の構造が複雑になる結果となった。
【００１２】
前記のＳＯｘ被毒回復時においては、上流側で、空燃比が高い排気と、空燃比が低い排気とが均等な空燃比になるように混合された状態の排気が、分割されたそれぞれの排気浄化触媒に流入することが必要となる。触媒流入前に空燃比の異なるこれらの排気が十分に混合されていないと、それぞれの触媒で空燃比が異なることにより、一方の触媒のＳＯｘ被毒回復が遅れたりする。さらに場合によっては、一方の触媒の雰囲気がＳＯｘ被毒回復に必要な空燃比にならないことによって十分なＳＯｘ被毒回復ができなくなることもある。
【００１３】
また、複数の排気浄化触媒を設けると、必然的に排気通路に屈曲部が形成されることになる。この屈曲部にそのまま排気が流れる場合は、各触媒に流入する排気量が異なり、結果として各触媒におけるＳＯｘ被毒回復に要する時間が異なってくる。
【００１４】
これらの問題は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に限ったものではなく、例えばディーゼル機関などで、排気中の微粒子を捕捉して還元、除去するパティキュレートフィルタで、その酸化燃焼時に添加剤として燃料を排気通路上流よりパティキュレートフィルタに供給する場合なども同様の問題が発生する。
【００１５】
本発明は上記問題に鑑みてされたもので、排気浄化触媒を分割し、排気通路が屈曲した排気管において、複数の排気浄化触媒にほぼ均一な成分の排気を偏りがないように導入することができる排気管を提供することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、前記の課題を解決するために、以下の手段を採用した。
すなわち、内燃機関の複数の排気口に接続された排気管の複数の排気通路を単一の排気通路に集合させる排気集合部と、この排気集合部下流に接続された直線状排気通路と、この直線状排気通路の下流に設けられた複数に分岐した排気通路とを備えた排気管であって、この排気管内には、前記排気集合部の集合位置から直線状排気通路にかけて設けられた第１の仕切板と、前記直線状排気通路から排気通路分岐位置にかけて設けられ、前記第１の仕切板とは連続しない第２の仕切板とを有し、第１の仕切板の終端に対して第２の仕切板の始端が捩れ位置にあることを特徴とする排気管とした。
【００１７】
この排気管では、排気集合部にて集められるそれぞれ空燃比の異なる排気が排気集合部の集合位置に設置された第１の仕切板を介して合流し、１本の排気通路に集合させられる。次に排気通路の直線状の部分に、第１の仕切板と捩れの位置、好ましくは第１の仕切板に対して軸方向に９０°回転した位置に設けた第２の仕切板により、前記第１の仕切板にて合流した排気を、分岐する排気通路に均等な空燃比になるように分流することができる。
【００１８】
前記の分岐した排気通路には排気浄化装置が設けられ、排気に対する浄化装置の排気流入面面積を大きくして排気浄化能力の向上を図っている。
【００１９】
また、前記第２の仕切板は排気通路を均等に分割することにより、分岐する排気通路に流れる排気の流量がそれぞれ均等になるように作用する。
【００２０】
前記第１の仕切板及び第２の仕切板には、それぞれ第１の仕切板及び第２の仕切板によって分割された排気通路間を連通する貫通孔を設けることができる。これは、仕切板に孔を開けることにより、仕切板表面の摩擦係数を他の配管内面より大きくし、排気流中に部分的な抵抗となる部分を設けて、排気流中に乱流を生じさせること、仕切板を通過するそれぞれの排気の圧力差により、貫通孔を通して他の排気通路に流入することによる排気の混合を促進させるものである。その結果、排気集合部の枝管より集められる空燃比の異なる排気を配管内部で混合することになる。
【００２１】
第２の発明では、
排気を均一に排気浄化装置に流入させる手段として、内燃機関の排気口に接続された排気管の排気通路を単一の排気通路に集合させる排気集合部と、この排気集合部下流に接続された直線状排気通路と、この直線状排気通路の下流に設けられ、断面積が拡大した拡大排気通路と、この拡大排気通路に並列して設けられた複数の排気浄化装置とを備えた排気管であって、前記直線状排気通路下流から排気浄化装置を有する拡大排気通路に斜方向から排気が流入するように直線状排気通路と拡大排気通路との間に屈曲排気通路を介在させ、排気通路の流れ方向中心軸が、拡大排気通路の流れ方向中心軸と、拡大排気通路分岐位置より上流にて交わるように形成されたことを特徴とする排気管とした。
【００２２】
この排気管は、直線状排気通路までの構成は前記排気管と同様であるが、直線状排気通路から後方の構成が異なり、排気が排気集合部にて集められ、直線状排気通路を通過した後に屈曲排気通路に流入する。この屈曲排気通路の曲率半径を小さくし、この屈曲排気通路から分岐位置までを構成する拡大排気通路と触媒の中心軸線との成す角を８０°〜９０°とする。これにより、屈曲排気通路で排気に負荷抵抗となる澱みを発生させて排気を混合するとともに、屈曲排気通路の下流に形成される拡大排気通路を排気浄化装置を有する各通路の分岐位置に斜方向から流入するようにする。この斜方向から流入する際には、拡大排気通路の流れ方向中心軸が、排気浄化装置の流れ方向中心軸と、拡大排気通路分岐位置より上流にて交わることにより、入射側に設置された排気浄化装置に排気が集中することなく、並列した排気浄化装置に偏りなく排気を流入させることが可能となる。
【００２３】
また、前記直線状排気通路断面の軸方向当射影と排気浄化装置の排気流入面とは直接重合ぜず、かつ前記直線状排気通路下流から屈曲排気通路、拡大排気通路を介して排気浄化装置の排気流入面までの管径が段階的に大きくなることとした。
【００２４】
これは、直線状排気通路を流れる排気が、排気浄化装置の排気流入面に直接流れ込まないように、直線状排気通路を流れた後に屈曲排気通路を設けて抵抗とし、その後に排気流入面に流入することと、前記屈曲排気通路による抵抗で流れ方向を変えられてその流速が緩んだ排気を、排気通路径より大きな排気流入面に均一に流入させるために、排気通路径を段階的に大きくして、通路全体の圧力を均一にして排気浄化装置に流入させるためである。
【００２５】
以上のように本発明によれば、排気管内を流れる排気を均一に分散、混合可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明に係る内燃機関の排気通路を構成する排気管の具体的な実施態様を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１は、本発明に係る内燃機関の排気系を構成する排気管及び内燃機関の燃焼室から排気口までの概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、６つの気筒を有する４サイクルの水冷式ガソリンエンジンである。この内燃機関１には各気筒の燃焼室２ａ〜２ｆに臨むよう点火栓３が取り付けられている。
【００２８】
前記内燃機関１には、吸気枝管１１が接続され、この吸気枝管１１の各支管は、図示してない吸気ポートを介して各気筒の燃焼室２ａ〜２ｆと連通している。前記吸気枝管１１はサージタンク１２に接続され、このサージタンク１２は吸気管を介してエアクリーナボックス１３に接続されている。
【００２９】
前記吸気管には図示しないアクセルペダルと連動して、前記吸気管内を流れる吸気流量を調節するスロットル弁１４が設けられている。スロットル弁１４には、その開度に対応した電気信号を出力するスロットルポジションセンサ３１が取り付けられ、その開度が検出される。
【００３０】
前記吸気枝管１１の各支管１１ａ〜１１ｆには各気筒の吸気ポートへ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁４が取り付けられている。この燃料噴射弁４は燃料分配管５と連通しており、燃料分配管５は図示しない燃料ポンプと連通している。この燃料ポンプから排出された燃料は前記燃料分配管５に供給され、次いで燃料分配管５から各燃料噴射弁４へ分配されるようになっている。
【００３１】
これらの燃料噴射弁４は、電気配線を介して駆動回路３２と接続されており、この駆動回路３２から燃料噴射弁４へ駆動電力が印加されると、弁が開弁して燃料を噴射するようになっている。
【００３２】
一方、内燃機関１には、図示しない排気ポートと連通している排気枝管２１をまとめた排気集合管２２が接続され、その下流には排気中の有害物を浄化するための触媒が設けられた排気管が接合されている。
【００３３】
触媒機構の設置箇所及び排気経路の構成は、図２に示すように燃焼室２ａ〜２ｃに対応する排気枝管２１ａ〜２１ｃと燃焼室２ｄ〜２ｆに対応する排気枝管２１ｄ〜２１ｆとをそれぞれ集合させた後に第１の触媒２３ａ、２３ｂを設ける。
【００３４】
この第１の触媒２３ａ、２３ｂを通過した後、排気枝管２１ａ〜２１ｆが合流して１本の直線状排管２４となり、この直線状配管２４の直線部の終了箇所において二手に分岐し、その分岐した排気通路に第２の触媒２５ａ、２５ｂを設ける。
【００３５】
この第２の触媒２５ａ、２５ｂの後方において排気管は再び合流して１本の排気管となり、この排気通路内には第３の触媒２６が配設されている。この第３の触媒２６の後部にはマフラ２７が接続されている。
【００３６】
前記第１の触媒２３ａ、２３ｂ及び第２の触媒２５ａ、２５ｂは、例えば排気の流れ方向に沿った貫通孔を複数有するような格子状に形成されたコージェライトからなるセラミック担体と、このセラミック担体の表面にコーティングされた触媒層を備えたものとする。この触媒層には多数の細孔を有する多孔質のアルミナ（ＡＬ2Ｏ3）の表面にＮＯｘ吸収剤として機能する、例えばカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、のようなアルカリ土類金属、あるいはイットリウム（Ｙ）のような希土類と、酸化触媒（貴金属触媒）として機能する、例えば白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持されており、ＮＯｘ触媒として構成されている。
【００３７】
このようなＮＯｘ触媒は、排気中の酸素濃度が高い状態ではＮＯｘを吸収し、排気中の酸素濃度が低い状態（排気中にＨＣやＣＯ等が存在）では、貴金属触媒がこれらＨＣやＣＯの酸化反応を促進することで、ＮＯｘを酸化成分、ＨＣやＣＯを還元成分とする酸化還元反応が両者間で発生する。すなわち、ＨＣやＣＯはＨＯやＣＯ2に酸化され、ＮＯｘはＮ2に還元される。
【００３８】
しかし、その成分中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）を含んだ排気が前記ＮＯｘ触媒に流入した場合、ＮＯｘが吸収される工程と同様な工程でそのＮＯｘ触媒に吸収される（ＳＯｘ被毒状態）。この吸収されたＳＯｘは、ＮＯｘを還元する工程で還元することは不可能であり、結果としてＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収能力を低下させ、ＮＯｘ触媒の浄化能力が減少することとなる。
【００３９】
前記第１の触媒２３ａ、２３ｂは内燃機関始動直後の低温時に、排気中の有害物をいち早く浄化する役目を果たすものである。よって、極力排気ポートの近部に設けて、排気通路内にて排気が温度低下しない位置にて排気を内部に取り込み、また熱量を小さくすることにより、触媒床温を極力早く浄化反応可能な温度まで上昇させる。
【００４０】
これに対して、第２の触媒２５ａ、２５ｂは、駆体を大きくして、そのＮＯｘ吸収能力を大きくすることにより、排気の雰囲気が長期に渡って高酸素濃度になった場合やＳＯｘが流入してＳＯｘ被毒状態になりつつある場合でも、ＮＯｘを吸収して大気中にＮＯｘが排出されることを防止可能となる。
【００４１】
第３の触媒２６は、例えば排気の流れ方向に沿う貫通孔を複数有するような格子状に形成されたコージェライトからなるセラミック担体と、このセラミック担体の表面にコーティングされた触媒層を備え、この触媒層が多数の細孔を有する多孔質のアルミナ（ＡＬ2Ｏ3）の表面に白金−ロジウム（Ｐｔ−Ｒｈ）系あるいは、パラジウム−ロジウム（Ｐｄ−Ｒｈ）系の貴金属触媒物質を担持させて形成した三元触媒である。
【００４２】
このように構成された第３の触媒２６は、所定温度以上の時に活性し、触媒本体に流入する排気の空燃比が所望の空燃比近傍にあると、排気に含まれるＨＣ及びＣＯを排気中のＯ3と反応させてＨ2Ｏ及びＣＯ2に酸化すると同時に、排気中のＮＯｘを排気中のＨＣ及びＣＯと反応させてＨ2Ｏ、ＣＯ2、Ｎ2へ還元する。
【００４３】
前記のように構成された第３の触媒２６は、第２の触媒２５ａ、２５ｂの下流に設けられることにより、第２の触媒２５ａ、２５ｂで未浄化のまま排出される排気を浄化し、外気へ排出される有害ガス成分を極力少なくする役割を果たすものである。
【００４４】
また第２の触媒２５ａ、２５ｂ下流には、排気中のＮＯｘ濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力するＮＯｘセンサ３３を有している。
【００４５】
一方、内燃機関１には、図示しないクランクシャフトの端部に取り付けられたタイミングロータと、内燃機関１のシリンダブロックに取り付けられた電磁ピックアップとを含み、前記クランクシャフトが所定の角度回転する都度、パルス信号を出力するクランク角センサ３４が取り付けられている。
【００４６】
このように構成された内燃機関１には、この内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）８０が併設されている。ＥＣＵ８０には、ＮＯｘセンサ３３、スロットルポジションセンサ３１、クランク角センサ３４等の各種センサが電気配線を介して接続され、各センサの出力信号がＥＣＵ８０に入力されるようになっている。
【００４７】
また、前記ＥＣＵ８０には、点火栓３、駆動回路３２等が電気配線を介して接続され、前記した各種センサの出力信号値をパラメータとして点火栓３、駆動回路３２等を制御することが可能である。
【００４８】
図３に示すように、ＥＣＵ８０は中央演算処理装置（ＣＰＵ）８１、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）８２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３及び運転停止後も記憶した情報が消去されないバックアップＲＡＭ８４、タイマカウンタ８５等と、Ａ／Ｄ変換器を含む外部入力回路８６と、外部出力回路８７とが、双方向性バス８８により接続されて構成される論理演算回路を備える。
【００４９】
ＥＣＵ８０は、前記各種センサの検出信号を外部入力回路を解して入力し、これら信号に基づいてＥＣＵ８０に設けたＣＰＵ８１において、ＲＯＭ８２に記憶されているプログラムから、内燃機関１の燃料噴射等についての基本制御を実行する他、燃料噴射の供給量制御や点火制御、吸気量制御等、内燃機関１の運転状態に関係する各種制御を行う。
【００５０】
次に、本発明の要旨である排気管の構成を説明する。
【００５１】
先ず、ＮＯｘ触媒である第２の触媒２５ａ、２５ｂにて排気中のＳＯｘによるＳＯｘ被毒が発生し、排気中のＮＯｘ成分が第２の触媒２５ａ、２５ｂを通過して下流に排出されるようになる。これを第２の触媒２５ａ、２５ｂ下流のＮＯｘセンサ３３により検出し、排気中のＮＯｘ濃度が既定値以上である時は、ＣＰＵ８１がＲＯＭ８２に記憶してあるプログラムに従い、ＳＯｘ被毒回復手段である触媒への燃料添加制御を実行する。この制御により内燃機関１の燃焼室２ａ〜２ｃでは通常通り燃料噴射弁にて燃料噴射が行われ、点火栓３にて燃料点火が行われるが、燃焼室２ｄ〜２ｆでは、燃料噴射のみ行われ燃料点火は行われない。
【００５２】
これにより、燃焼室２ｄ〜２ｆでは未燃焼燃料が発生することによりその排気は還元剤である燃料過剰状態となる。また燃焼室２ａ〜２ｃでは通常の燃焼が行われるため燃料希薄状態となる。よって排気枝管２１ａ〜２１ｃと排気枝管２１ｄ〜２１ｆではその空燃比が異なることとなり、これら異なる空燃比の排気を均一に混合してＳＯｘ被毒してる触媒に流入させ、触媒床温を上昇させると共に、還元剤となる燃料にてＳＯｘ成分を還元する。
【００５３】
図２に示すように排気通路は前記の排気枝管２１ａ〜２１ｃ、２１ｄ〜２１ｆをそれぞれ排気集合管２２ａ、２２ｂに集め、その後の排気通路内に第１の触媒２３ａ、２３ｂを設ける。この第１の触媒２３ａ、２３ｂの後方では図４に示すように合流部４１にて２本の排気通路を合流させる。合流後、１本になった排気通路は直線状配管２４となり、この直線状配管２４の下流に分岐部４２が設けられ、この分岐部４２より再び２本の排気通路となる。この２本の排気通路内にはそれぞれ第２の触媒２５ａ、２５ｂが設けられ、その後に排気通路は再び合流して１本の排気通路となり、第３の触媒２６及びマフラ２７を経る排気通路が構成される。
【００５４】
前記の合流部４１は図４（ａ）に示すように合流部４１の中央に仕切板２８ａを設けており、この仕切板２８ａには図４（ａ）に示すように貫通孔４３が多数開けられている。この貫通孔４３によりそれぞれ排気集合管２３ａ、２３ｂより流れてきた排気の流れが乱されて乱流が発生し、それぞれ濃度の異なる排気が撹拌、流通されることになる。
【００５５】
また、直線状配管２４が終了する箇所である分岐位置４２には前記の仕切板２８ａと直角の捩れ位置になるように仕切板２８ｂを設ける。図４（ｂ）に示すように直線部分に仕切板２８ｂを設けることにより、それぞれの触媒に同量の排気を流すことが可能となる。また、この仕切板２８ｂを合流位置４１の仕切板２８ａに対して軸方向に９０°回転した捩れ位置に設けることにより、合流箇所で撹拌された排気を、それぞれの通路に偏りなく流すことが可能となる。
【００５６】
また、前記仕切板２８ｂに、前記仕切板２８ａと同様の貫通孔４３を設けることにより、分岐位置４２においても排気を撹拌、流通させることが可能となる。
【００５７】
直線状配管２４後方の分岐部４２にて分かれた排気通路は、流れる排気が直線状配管２４から直接に第２の触媒２５ａ、２５ｂに流入しないようにクランク形状として、かつ触媒位置に近づくに従いその管径も大きくする。この構成は、配管をクランク形状にすることにより排気抵抗を生じさせるためのもので、その抵抗を受けた排気の通路を徐々に広げることにより、排気が通路内に拡散し、その結果、配管断面より大きな触媒断面に均一な排気を流入させることが可能となる。
【００５８】
第２の触媒２５ａ、２５ｂの後方にて排気通路が再び合流した後に第３の触媒２６を設ける。この第３の触媒２６で排気中に残存する未処理分ＮＯｘ等をを浄化し、その排気はマフラ２７を介して外気に放出される。
【００５９】
以上の構成により、併設する第２の触媒２５ａ、２５ｂにそれぞれほぼ同量の排気を流入させることが可能となり、その流入した排気もほぼ均一な成分となる。これにより、ＳＯｘ被毒回復のために行うＮＯｘ触媒の昇温工程が第２の触媒２５ａ、２５ｂにて同時に行えるようになり、ＳＯｘ被毒回復に際しＳＯｘの還元剤として用いられる燃料も第２の触媒２５ａ、２５ｂにそれぞれ同量となるように添加することができる。また、第２の触媒２５ａ、２５ｂに排気が流入する際には、それぞれの排気流入面２９に対してほぼ均一に排気が流入するので、各触媒におけるＳＯｘ被毒回復をほぼ均等に行える。
【００６０】
（実施の形態２）
次に実施の形態２について述べる。この実施の形態では、排気管の先端から直線状配管２４までの構造は実施の形態１のものと同様であるので説明を省略し、直線状配管２４以降の構造について説明する。ここでは第２の触媒２５ａ、２５ｂを構成する排気通路を、図５（ａ）に示すように分岐箇所を排気流入面２９ａ、ｂ直前に設けた形態とした。
【００６１】
本構成においては図５（ｂ）に示すよう、並列に配置された触媒の中心軸４６と配管の直線箇所から各触媒の流入面までを構成する拡大排気通路となるコーン状配管３０の中心軸４５とが成す角度をθ＝８０°〜９０°となるようにして、直線状配管２４からコーン状配管３０の下流に設けられた第２の触媒２５ａ、２５ｂの排気流入面２９ａ、ｂに直接排気が流入しないようにする。これにより直線状配管２４から第２の触媒２５ａ、２５ｂ迄の間の排気流れの負荷抵抗を大きくする。また、前記コーン状配管３０を流れる排気が触媒を有する配管の分岐位置に斜方より流入するように触媒を設置する。また、前記コーン状配管３０の中心軸４５が第２の触媒２５ａ、２５ｂの中心軸４６と分岐位置４２より上流側で交わるようにそれぞれの排気通路を設置することにより、入射方向外側の触媒である第２の触媒２５ｂに対するコーン状配管３０の断面投射面積を大きくする。
【００６２】
このように第２の触媒２５ｂに対する前記のコーン状配管３０の断面投射面積を大きくすれば、入射方向外側である第２の触媒２５ｂに流入する排気流量を多くすることが可能となる。
【００６３】
これに対して入射方向内側に配置した第２の触媒２５ａは、この第２の触媒２５ａ上流の排気通路形状が屈曲しており、かつこの第２の触媒２５ａはその屈曲している排気通路の外周側に設置されているため、排気流入面２９ａに流入する排気の速度が速くなって排気圧が高まり、排気流入面２９ａに対応するコーン状配管３０の断面等射影の単位面積当たりの排気流量が大きくなる。
【００６４】
よって、コーン状配管３０の対応する断面当射面積は小さいが、排気流速が早くて排気圧が高い入射方向内側の第２の触媒２５ａと、コーン状配管３０の対応する投射面積は大きいが、排気流速は遅くて排気圧が低い入射方向外側の第２の触媒２５ｂとが存在するため、コーン形状、コーン状配管の中心軸４５と触媒中心軸４６との交点位置及びこれらが成す角を調整することにより、双方の第２の触媒２５ａ、２５ｂにほぼ同量の排気流量を流入させることが可能となり、それぞれのＮＯｘ触媒を同様にＳＯｘ被毒から昇温還元させることが可能となる。また、実施の形態１と同様に排気流入面２９ａ、ｂ迄の管径を徐々に大きくすることにより、第２の触媒２５ａ、２５ｂへの偏流を無くし排気流入面２９ａ、ｂの流量分布を均一化することも可能となる。よって本実施の形態においても実施の形態１と同様に第２の触媒２５ａ、２５ｂにおいてほぼ均等にＳＯｘ被毒回復を行うことが可能となる。
【００６５】
このように、実施の形態１及び２の構成により、異なった空燃比の排気を混合して空燃比が均一な排気とし、複数の触媒を有した排気通路にほぼ等量の排気を分配することが可能となる。また、実施の形態１において、貫通孔４３を設けることにより、合流部４１での脈動を低減し、排気管放射音を低減すること等も副次的な作用として例示できる。
【００６６】
更に付け加えるならば、実施の形態１において、図１の直線状配管２４の上流のみの構成、すなわち合流部４１に仕切板２８ａが設置してあり、かつその仕切板２８ａに貫通孔４３が設けられる構成であっても、排気集合管に流入する異なった濃度の排気を合流部４１にて混合可能であり、その下流に単一の触媒を設けて、この触媒の排気流入面に対して均等な空燃比になるように混合された排気を流入させることも可能である。
また、逆に図１の直線状配管２４上流において既に均一な空燃比の排気が流れているのであれば、直線状配管２４下流の排気管構成のみによって、第２の触媒２５ａ、２５ｂに均等に排気を流入させることが可能となる。
【００６７】
以上、例示した構成においてはガソリンエンジンとそれに付属する触媒において特にＳＯｘ被毒回復について述べたものであるが、これに限らず例えばディーゼルエンジンとディーゼルエンジンより排出される煤や、ＳＯＦ等の粒子状物質を浄化するフィルタ状の排気浄化装置においても本実施の形態１及び２の構成と同様な構成にて排気を浄化することが可能である。すなわち、内燃機関の種類、排気浄化装置の種類に関わらず、本発明の構成をとることによりほぼ均一な排気を複数の排気通路に設けられた排気浄化装置に偏らないように流入させ、各々の排気浄化装置でほぼ均等に排気を浄化することが可能となる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、異なる空燃比の排気が流入する集合管から１本の排気管に流入させる際にほぼ均一な空燃比の排気となるように集合させ、そのほぼ均一な空燃比の排気を後方の排気通路に分配できる。従ってこの排気通路に設置される排気浄化触媒に偏りなく排気を流入させて、複数設けられた排気浄化触媒のＳＯｘ被毒を均等に回復すること等が可能となる。
【００６９】
このように、複数の排気通路に各々設置される排気浄化装置がある場合に、これらが同様な排気浄化環境を形成するので、特定の排気浄化装置に負担がかかることがなくなる。すなわち、同一の排気浄化装置を使用して同一に排気浄化をすることが可能となるから、何れかの排気浄化装置のみが早期に劣化することもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態１に係るガソリンエンジンとその排気通路を示す概念
平面図。
【図２】本実施の形態１に係る排気通路の側面図。
【図３】同実施の形態に係る、ＥＣＵ周りの構成概念図。
【図４】（ａ）同実施の形態に係る、直線部排気通路内の平面断面図。
（ｂ）同実施の形態に係る、直線部排気通路内の側面断面図。
【図５】（ａ）本実施の形態２に係る、第２の触媒を有する排気通路の断面斜視図。
（ｂ）同実施の形態に係る、第２の触媒を有する排気通路の断面図。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ａ〜２ｆ 燃焼室
３ 点火栓
４ 燃料噴射弁
５ 燃料分配管
１１ａ〜１１ｆ 吸気枝管
１２ サージタンク
１３ エアクリーナボックス
１４ スロットル弁
２１ａ〜２１ｆ 排気枝管
２２ａ、２２ｂ 排気集合管
２３ａ、２３ｂ 第１の触媒
２４ 直線状配管
２５ａ、２５ｂ 第２の触媒
２６ 第３の触媒
２７ マフラ
２８ａ、２８ｂ 仕切板
２９ 排気流入面
３０ コーン状配管
３１ スロットルポジションセンサ
３２ 駆動回路
３３ センサ
３４ クランク角センサ
４１ 合流位置
４２ 分岐位置
４３ 貫通孔
４４ 中心軸
４５ 中心軸
４６ 触媒中心軸
８０ 電子制御装置（ＥＣＵ）
８１ 中央演算処理装置（ＣＰＵ）
８２ 読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）
８３ ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）
８４ バックアップＲＡＭ
８５ タイマカウンタ
８６ 外部入力回路
８７ 外部出力回路
８８ 双方向バス
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気管の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関では、内燃機関より排出される排気を大気中に放出する前に、排気中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有毒ガス成分を浄化又は除去することにより排気ミッションを向上させることが要求されており、これら排気ミッションを向上させる手段の一つに排気浄化触媒により排気中に含まれる有害ガスを浄化する技術が提案されている。
【０００３】
排気浄化触媒としては、例えば三元触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒、酸化触媒、若しくはこれらの排気浄化触媒を適宜組み合わせてなる排気浄化触媒など、多種多様の排気浄化触媒が開発されている。
【０００４】
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒においては、その排気浄化の機能として、この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が高い時は排気中のＮＯｘを吸収し、流入する排気の酸素濃度が低下し、かつ還元剤がその排気中に存在する時は吸収していたＮＯｘを放出しつつ窒素に還元せしめる触媒である。
【０００５】
しかし、この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒では、その浄化する排気中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が存在すると、このＳＯｘもＮＯｘと同様に吸収する特性（ＳＯｘ被毒）を有していた。
【０００６】
この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸収されたＳＯｘは、触媒上で硫酸塩を形成し、この硫酸塩はＮＯｘを吸収、還元する工程で還元できず、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収能力を低下させるものであった。
【０００７】
よって、このＳＯｘを除去するために、例えば吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の雰囲気温度を約５００〜７００℃の高温にすると共に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気中に燃料を添加して空燃比を低くする。すると、この燃料中のＨＣや、排気に含まれるＣＯと硫酸塩が反応して還元、除去を行い、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を回復させることができる（ＳＯｘ被毒回復）。
【０００８】
この、排気中に燃料を添加して空燃比が低くなった状態を形成するために、内燃機関の一部の気筒より排出される排気を空燃比が高い状態とし、他の気筒より排出される排気を空燃比が低い状態として、これらの排気を集合させ、触媒に流入させて、燃料と酸素を反応させて触媒温度を上昇させ、ＳＯｘ被毒回復を行う方法がある。
【０００９】
また、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒には、内燃機関の排気量が大きくなると、それに対する浄化能力を向上させるために大型となるが、その搭載性の問題からこれを分割し、複数の触媒を用いて触媒の浄化能力を向上させる場合がある。
【００１０】
更に、搭載性の観点、例えばプロペラシャフトとの干渉を避けるため等から、複数、例えば２個の触媒を、その前の排気通路の中心軸線に対して外れた位置（オフセット位置）に設ける場合もある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように内燃機関の排気量の増大に伴って、排気浄化触媒を分割することにより、搭載空間確保の問題を解決しつつ、その排気浄化能力を向上させることは可能となったが、その浄化すべき排気を流す排気通路の構造が複雑になる結果となった。
【００１２】
前記のＳＯｘ被毒回復時においては、上流側で、空燃比が高い排気と、空燃比が低い排気とが均等な空燃比になるように混合された状態の排気が、分割されたそれぞれの排気浄化触媒に流入することが必要となる。触媒流入前に空燃比の異なるこれらの排気が十分に混合されていないと、それぞれの触媒で空燃比が異なることにより、一方の触媒のＳＯｘ被毒回復が遅れたりする。さらに場合によっては、一方の触媒の雰囲気がＳＯｘ被毒回復に必要な空燃比にならないことによって十分なＳＯｘ被毒回復ができなくなることもある。
【００１３】
また、複数の排気浄化触媒を設けると、必然的に排気通路に屈曲部が形成されることになる。この屈曲部にそのまま排気が流れる場合は、各触媒に流入する排気量が異なり、結果として各触媒におけるＳＯｘ被毒回復に要する時間が異なってくる。
【００１４】
これらの問題は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に限ったものではなく、例えばディーゼル機関などで、排気中の微粒子を捕捉して還元、除去するパティキュレートフィルタで、その酸化燃焼時に添加剤として燃料を排気通路上流よりパティキュレートフィルタに供給する場合なども同様の問題が発生する。
【００１５】
本発明は上記問題に鑑みてされたもので、排気浄化触媒を分割し、排気通路が屈曲した排気管において、複数の排気浄化触媒にほぼ均一な成分の排気を偏りがないように導入することができる排気管を提供することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、前記の課題を解決するために、以下の手段を採用した。
すなわち、内燃機関の複数の排気口に接続された排気管の複数の排気通路を単一の排気通路に集合させる排気集合部と、この排気集合部下流に接続された直線状排気通路と、この直線状排気通路の下流に設けられた複数に分岐した排気通路とを備えた排気管であって、この排気管内には、前記排気集合部の集合位置から直線状排気通路にかけて設けられた第１の仕切板と、前記直線状排気通路から排気通路分岐位置にかけて設けられ、前記第１の仕切板とは連続しない第２の仕切板とを有し、第１の仕切板の終端に対して第２の仕切板の始端が捩れ位置にあることを特徴とする排気管とした。
【００１７】
この排気管では、排気集合部にて集められるそれぞれ空燃比の異なる排気が排気集合部の集合位置に設置された第１の仕切板を介して合流し、１本の排気通路に集合させられる。次に排気通路の直線状の部分に、第１の仕切板と捩れの位置、好ましくは第１の仕切板に対して軸方向に９０°回転した位置に設けた第２の仕切板により、前記第１の仕切板にて合流した排気を、分岐する排気通路に均等な空燃比になるように分流することができる。
【００１８】
前記の分岐した排気通路には排気浄化装置が設けられ、排気に対する浄化装置の排気流入面面積を大きくして排気浄化能力の向上を図っている。
【００１９】
また、前記第２の仕切板は排気通路を均等に分割することにより、分岐する排気通路に流れる排気の流量がそれぞれ均等になるように作用する。
【００２０】
前記第１の仕切板及び第２の仕切板には、それぞれ第１の仕切板及び第２の仕切板によって分割された排気通路間を連通する貫通孔を設けることができる。これは、仕切板に孔を開けることにより、仕切板表面の摩擦係数を他の配管内面より大きくし、排気流中に部分的な抵抗となる部分を設けて、排気流中に乱流を生じさせること、仕切板を通過するそれぞれの排気の圧力差により、貫通孔を通して他の排気通路に流入することによる排気の混合を促進させるものである。その結果、排気集合部の枝管より集められる空燃比の異なる排気を配管内部で混合することになる。
【００２１】
第２の発明では、
排気を均一に排気浄化装置に流入させる手段として、内燃機関の排気口に接続された排気管の排気通路を単一の排気通路に集合させる排気集合部と、この排気集合部下流に接続された直線状排気通路と、この直線状排気通路の下流に設けられ、断面積が拡大した拡大排気通路と、この拡大排気通路に並列して設けられた複数の排気浄化装置とを備えた排気管であって、前記直線状排気通路下流から排気浄化装置を有する拡大排気通路に斜方向から排気が流入するように直線状排気通路と拡大排気通路との間に屈曲排気通路を介在させ、排気通路の流れ方向中心軸が、拡大排気通路の流れ方向中心軸と、拡大排気通路分岐位置より上流にて交わるように形成されたことを特徴とする排気管とした。
【００２２】
この排気管は、直線状排気通路までの構成は前記排気管と同様であるが、直線状排気通路から後方の構成が異なり、排気が排気集合部にて集められ、直線状排気通路を通過した後に屈曲排気通路に流入する。この屈曲排気通路の曲率半径を小さくし、この屈曲排気通路から分岐位置までを構成する拡大排気通路と触媒の中心軸線との成す角を８０°〜９０°とする。これにより、屈曲排気通路で排気に負荷抵抗となる澱みを発生させて排気を混合するとともに、屈曲排気通路の下流に形成される拡大排気通路を排気浄化装置を有する各通路の分岐位置に斜方向から流入するようにする。この斜方向から流入する際には、拡大排気通路の流れ方向中心軸が、排気浄化装置の流れ方向中心軸と、拡大排気通路分岐位置より上流にて交わることにより、入射側に設置された排気浄化装置に排気が集中することなく、並列した排気浄化装置に偏りなく排気を流入させることが可能となる。
【００２３】
また、前記直線状排気通路断面の軸方向当射影と排気浄化装置の排気流入面とは直接重合ぜず、かつ前記直線状排気通路下流から屈曲排気通路、拡大排気通路を介して排気浄化装置の排気流入面までの管径が段階的に大きくなることとした。
【００２４】
これは、直線状排気通路を流れる排気が、排気浄化装置の排気流入面に直接流れ込まないように、直線状排気通路を流れた後に屈曲排気通路を設けて抵抗とし、その後に排気流入面に流入することと、前記屈曲排気通路による抵抗で流れ方向を変えられてその流速が緩んだ排気を、排気通路径より大きな排気流入面に均一に流入させるために、排気通路径を段階的に大きくして、通路全体の圧力を均一にして排気浄化装置に流入させるためである。
【００２５】
以上のように本発明によれば、排気管内を流れる排気を均一に分散、混合可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明に係る内燃機関の排気通路を構成する排気管の具体的な実施態様を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１は、本発明に係る内燃機関の排気系を構成する排気管及び内燃機関の燃焼室から排気口までの概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、６つの気筒を有する４サイクルの水冷式ガソリンエンジンである。この内燃機関１には各気筒の燃焼室２ａ〜２ｆに臨むよう点火栓３が取り付けられている。
【００２８】
前記内燃機関１には、吸気枝管１１が接続され、この吸気枝管１１の各支管は、図示してない吸気ポートを介して各気筒の燃焼室２ａ〜２ｆと連通している。前記吸気枝管１１はサージタンク１２に接続され、このサージタンク１２は吸気管を介してエアクリーナボックス１３に接続されている。
【００２９】
前記吸気管には図示しないアクセルペダルと連動して、前記吸気管内を流れる吸気流量を調節するスロットル弁１４が設けられている。スロットル弁１４には、その開度に対応した電気信号を出力するスロットルポジションセンサ３１が取り付けられ、その開度が検出される。
【００３０】
前記吸気枝管１１の各支管１１ａ〜１１ｆには各気筒の吸気ポートへ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁４が取り付けられている。この燃料噴射弁４は燃料分配管５と連通しており、燃料分配管５は図示しない燃料ポンプと連通している。この燃料ポンプから排出された燃料は前記燃料分配管５に供給され、次いで燃料分配管５から各燃料噴射弁４へ分配されるようになっている。
【００３１】
これらの燃料噴射弁４は、電気配線を介して駆動回路３２と接続されており、この駆動回路３２から燃料噴射弁４へ駆動電力が印加されると、弁が開弁して燃料を噴射するようになっている。
【００３２】
一方、内燃機関１には、図示しない排気ポートと連通している排気枝管２１をまとめた排気集合管２２が接続され、その下流には排気中の有害物を浄化するための触媒が設けられた排気管が接合されている。
【００３３】
触媒機構の設置箇所及び排気経路の構成は、図２に示すように燃焼室２ａ〜２ｃに対応する排気枝管２１ａ〜２１ｃと燃焼室２ｄ〜２ｆに対応する排気枝管２１ｄ〜２１ｆとをそれぞれ集合させた後に第１の触媒２３ａ、２３ｂを設ける。
【００３４】
この第１の触媒２３ａ、２３ｂを通過した後、排気枝管２１ａ〜２１ｆが合流して１本の直線状排管２４となり、この直線状配管２４の直線部の終了箇所において二手に分岐し、その分岐した排気通路に第２の触媒２５ａ、２５ｂを設ける。
【００３５】
この第２の触媒２５ａ、２５ｂの後方において排気管は再び合流して１本の排気管となり、この排気通路内には第３の触媒２６が配設されている。この第３の触媒２６の後部にはマフラ２７が接続されている。
【００３６】
前記第１の触媒２３ａ、２３ｂ及び第２の触媒２５ａ、２５ｂは、例えば排気の流れ方向に沿った貫通孔を複数有するような格子状に形成されたコージェライトからなるセラミック担体と、このセラミック担体の表面にコーティングされた触媒層を備えたものとする。この触媒層には多数の細孔を有する多孔質のアルミナ（ＡＬ2Ｏ3）の表面にＮＯｘ吸収剤として機能する、例えばカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、のようなアルカリ土類金属、あるいはイットリウム（Ｙ）のような希土類と、酸化触媒（貴金属触媒）として機能する、例えば白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持されており、ＮＯｘ触媒として構成されている。
【００３７】
このようなＮＯｘ触媒は、排気中の酸素濃度が高い状態ではＮＯｘを吸収し、排気中の酸素濃度が低い状態（排気中にＨＣやＣＯ等が存在）では、貴金属触媒がこれらＨＣやＣＯの酸化反応を促進することで、ＮＯｘを酸化成分、ＨＣやＣＯを還元成分とする酸化還元反応が両者間で発生する。すなわち、ＨＣやＣＯはＨＯやＣＯ2に酸化され、ＮＯｘはＮ2に還元される。
【００３８】
しかし、その成分中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）を含んだ排気が前記ＮＯｘ触媒に流入した場合、ＮＯｘが吸収される工程と同様な工程でそのＮＯｘ触媒に吸収される（ＳＯｘ被毒状態）。この吸収されたＳＯｘは、ＮＯｘを還元する工程で還元することは不可能であり、結果としてＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収能力を低下させ、ＮＯｘ触媒の浄化能力が減少することとなる。
【００３９】
前記第１の触媒２３ａ、２３ｂは内燃機関始動直後の低温時に、排気中の有害物をいち早く浄化する役目を果たすものである。よって、極力排気ポートの近部に設けて、排気通路内にて排気が温度低下しない位置にて排気を内部に取り込み、また熱量を小さくすることにより、触媒床温を極力早く浄化反応可能な温度まで上昇させる。
【００４０】
これに対して、第２の触媒２５ａ、２５ｂは、駆体を大きくして、そのＮＯｘ吸収能力を大きくすることにより、排気の雰囲気が長期に渡って高酸素濃度になった場合やＳＯｘが流入してＳＯｘ被毒状態になりつつある場合でも、ＮＯｘを吸収して大気中にＮＯｘが排出されることを防止可能となる。
【００４１】
第３の触媒２６は、例えば排気の流れ方向に沿う貫通孔を複数有するような格子状に形成されたコージェライトからなるセラミック担体と、このセラミック担体の表面にコーティングされた触媒層を備え、この触媒層が多数の細孔を有する多孔質のアルミナ（ＡＬ2Ｏ3）の表面に白金−ロジウム（Ｐｔ−Ｒｈ）系あるいは、パラジウム−ロジウム（Ｐｄ−Ｒｈ）系の貴金属触媒物質を担持させて形成した三元触媒である。
【００４２】
このように構成された第３の触媒２６は、所定温度以上の時に活性し、触媒本体に流入する排気の空燃比が所望の空燃比近傍にあると、排気に含まれるＨＣ及びＣＯを排気中のＯ3と反応させてＨ2Ｏ及びＣＯ2に酸化すると同時に、排気中のＮＯｘを排気中のＨＣ及びＣＯと反応させてＨ2Ｏ、ＣＯ2、Ｎ2へ還元する。
【００４３】
前記のように構成された第３の触媒２６は、第２の触媒２５ａ、２５ｂの下流に設けられることにより、第２の触媒２５ａ、２５ｂで未浄化のまま排出される排気を浄化し、外気へ排出される有害ガス成分を極力少なくする役割を果たすものである。
【００４４】
また第２の触媒２５ａ、２５ｂ下流には、排気中のＮＯｘ濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力するＮＯｘセンサ３３を有している。
【００４５】
一方、内燃機関１には、図示しないクランクシャフトの端部に取り付けられたタイミングロータと、内燃機関１のシリンダブロックに取り付けられた電磁ピックアップとを含み、前記クランクシャフトが所定の角度回転する都度、パルス信号を出力するクランク角センサ３４が取り付けられている。
【００４６】
このように構成された内燃機関１には、この内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）８０が併設されている。ＥＣＵ８０には、ＮＯｘセンサ３３、スロットルポジションセンサ３１、クランク角センサ３４等の各種センサが電気配線を介して接続され、各センサの出力信号がＥＣＵ８０に入力されるようになっている。
【００４７】
また、前記ＥＣＵ８０には、点火栓３、駆動回路３２等が電気配線を介して接続され、前記した各種センサの出力信号値をパラメータとして点火栓３、駆動回路３２等を制御することが可能である。
【００４８】
図３に示すように、ＥＣＵ８０は中央演算処理装置（ＣＰＵ）８１、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）８２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３及び運転停止後も記憶した情報が消去されないバックアップＲＡＭ８４、タイマカウンタ８５等と、Ａ／Ｄ変換器を含む外部入力回路８６と、外部出力回路８７とが、双方向性バス８８により接続されて構成される論理演算回路を備える。
【００４９】
ＥＣＵ８０は、前記各種センサの検出信号を外部入力回路を解して入力し、これら信号に基づいてＥＣＵ８０に設けたＣＰＵ８１において、ＲＯＭ８２に記憶されているプログラムから、内燃機関１の燃料噴射等についての基本制御を実行する他、燃料噴射の供給量制御や点火制御、吸気量制御等、内燃機関１の運転状態に関係する各種制御を行う。
【００５０】
次に、本発明の要旨である排気管の構成を説明する。
【００５１】
先ず、ＮＯｘ触媒である第２の触媒２５ａ、２５ｂにて排気中のＳＯｘによるＳＯｘ被毒が発生し、排気中のＮＯｘ成分が第２の触媒２５ａ、２５ｂを通過して下流に排出されるようになる。これを第２の触媒２５ａ、２５ｂ下流のＮＯｘセンサ３３により検出し、排気中のＮＯｘ濃度が既定値以上である時は、ＣＰＵ８１がＲＯＭ８２に記憶してあるプログラムに従い、ＳＯｘ被毒回復手段である触媒への燃料添加制御を実行する。この制御により内燃機関１の燃焼室２ａ〜２ｃでは通常通り燃料噴射弁にて燃料噴射が行われ、点火栓３にて燃料点火が行われるが、燃焼室２ｄ〜２ｆでは、燃料噴射のみ行われ燃料点火は行われない。
【００５２】
これにより、燃焼室２ｄ〜２ｆでは未燃焼燃料が発生することによりその排気は還元剤である燃料過剰状態となる。また燃焼室２ａ〜２ｃでは通常の燃焼が行われるため燃料希薄状態となる。よって排気枝管２１ａ〜２１ｃと排気枝管２１ｄ〜２１ｆではその空燃比が異なることとなり、これら異なる空燃比の排気を均一に混合してＳＯｘ被毒してる触媒に流入させ、触媒床温を上昇させると共に、還元剤となる燃料にてＳＯｘ成分を還元する。
【００５３】
図２に示すように排気通路は前記の排気枝管２１ａ〜２１ｃ、２１ｄ〜２１ｆをそれぞれ排気集合管２２ａ、２２ｂに集め、その後の排気通路内に第１の触媒２３ａ、２３ｂを設ける。この第１の触媒２３ａ、２３ｂの後方では図４に示すように合流部４１にて２本の排気通路を合流させる。合流後、１本になった排気通路は直線状配管２４となり、この直線状配管２４の下流に分岐部４２が設けられ、この分岐部４２より再び２本の排気通路となる。この２本の排気通路内にはそれぞれ第２の触媒２５ａ、２５ｂが設けられ、その後に排気通路は再び合流して１本の排気通路となり、第３の触媒２６及びマフラ２７を経る排気通路が構成される。
【００５４】
前記の合流部４１は図４（ａ）に示すように合流部４１の中央に仕切板２８ａを設けており、この仕切板２８ａには図４（ａ）に示すように貫通孔４３が多数開けられている。この貫通孔４３によりそれぞれ排気集合管２３ａ、２３ｂより流れてきた排気の流れが乱されて乱流が発生し、それぞれ濃度の異なる排気が撹拌、流通されることになる。
【００５５】
また、直線状配管２４が終了する箇所である分岐位置４２には前記の仕切板２８ａと直角の捩れ位置になるように仕切板２８ｂを設ける。図４（ｂ）に示すように直線部分に仕切板２８ｂを設けることにより、それぞれの触媒に同量の排気を流すことが可能となる。また、この仕切板２８ｂを合流位置４１の仕切板２８ａに対して軸方向に９０°回転した捩れ位置に設けることにより、合流箇所で撹拌された排気を、それぞれの通路に偏りなく流すことが可能となる。
【００５６】
また、前記仕切板２８ｂに、前記仕切板２８ａと同様の貫通孔４３を設けることにより、分岐位置４２においても排気を撹拌、流通させることが可能となる。
【００５７】
直線状配管２４後方の分岐部４２にて分かれた排気通路は、流れる排気が直線状配管２４から直接に第２の触媒２５ａ、２５ｂに流入しないようにクランク形状として、かつ触媒位置に近づくに従いその管径も大きくする。この構成は、配管をクランク形状にすることにより排気抵抗を生じさせるためのもので、その抵抗を受けた排気の通路を徐々に広げることにより、排気が通路内に拡散し、その結果、配管断面より大きな触媒断面に均一な排気を流入させることが可能となる。
【００５８】
第２の触媒２５ａ、２５ｂの後方にて排気通路が再び合流した後に第３の触媒２６を設ける。この第３の触媒２６で排気中に残存する未処理分ＮＯｘ等をを浄化し、その排気はマフラ２７を介して外気に放出される。
【００５９】
以上の構成により、併設する第２の触媒２５ａ、２５ｂにそれぞれほぼ同量の排気を流入させることが可能となり、その流入した排気もほぼ均一な成分となる。これにより、ＳＯｘ被毒回復のために行うＮＯｘ触媒の昇温工程が第２の触媒２５ａ、２５ｂにて同時に行えるようになり、ＳＯｘ被毒回復に際しＳＯｘの還元剤として用いられる燃料も第２の触媒２５ａ、２５ｂにそれぞれ同量となるように添加することができる。また、第２の触媒２５ａ、２５ｂに排気が流入する際には、それぞれの排気流入面２９に対してほぼ均一に排気が流入するので、各触媒におけるＳＯｘ被毒回復をほぼ均等に行える。
【００６０】
（実施の形態２）
次に実施の形態２について述べる。この実施の形態では、排気管の先端から直線状配管２４までの構造は実施の形態１のものと同様であるので説明を省略し、直線状配管２４以降の構造について説明する。ここでは第２の触媒２５ａ、２５ｂを構成する排気通路を、図５（ａ）に示すように分岐箇所を排気流入面２９ａ、ｂ直前に設けた形態とした。
【００６１】
本構成においては図５（ｂ）に示すよう、並列に配置された触媒の中心軸４６と配管の直線箇所から各触媒の流入面までを構成する拡大排気通路となるコーン状配管３０の中心軸４５とが成す角度をθ＝８０°〜９０°となるようにして、直線状配管２４からコーン状配管３０の下流に設けられた第２の触媒２５ａ、２５ｂの排気流入面２９ａ、ｂに直接排気が流入しないようにする。これにより直線状配管２４から第２の触媒２５ａ、２５ｂ迄の間の排気流れの負荷抵抗を大きくする。また、前記コーン状配管３０を流れる排気が触媒を有する配管の分岐位置に斜方より流入するように触媒を設置する。また、前記コーン状配管３０の中心軸４５が第２の触媒２５ａ、２５ｂの中心軸４６と分岐位置４２より上流側で交わるようにそれぞれの排気通路を設置することにより、入射方向外側の触媒である第２の触媒２５ｂに対するコーン状配管３０の断面投射面積を大きくする。
【００６２】
このように第２の触媒２５ｂに対する前記のコーン状配管３０の断面投射面積を大きくすれば、入射方向外側である第２の触媒２５ｂに流入する排気流量を多くすることが可能となる。
【００６３】
これに対して入射方向内側に配置した第２の触媒２５ａは、この第２の触媒２５ａ上流の排気通路形状が屈曲しており、かつこの第２の触媒２５ａはその屈曲している排気通路の外周側に設置されているため、排気流入面２９ａに流入する排気の速度が速くなって排気圧が高まり、排気流入面２９ａに対応するコーン状配管３０の断面等射影の単位面積当たりの排気流量が大きくなる。
【００６４】
よって、コーン状配管３０の対応する断面当射面積は小さいが、排気流速が早くて排気圧が高い入射方向内側の第２の触媒２５ａと、コーン状配管３０の対応する投射面積は大きいが、排気流速は遅くて排気圧が低い入射方向外側の第２の触媒２５ｂとが存在するため、コーン形状、コーン状配管の中心軸４５と触媒中心軸４６との交点位置及びこれらが成す角を調整することにより、双方の第２の触媒２５ａ、２５ｂにほぼ同量の排気流量を流入させることが可能となり、それぞれのＮＯｘ触媒を同様にＳＯｘ被毒から昇温還元させることが可能となる。また、実施の形態１と同様に排気流入面２９ａ、ｂ迄の管径を徐々に大きくすることにより、第２の触媒２５ａ、２５ｂへの偏流を無くし排気流入面２９ａ、ｂの流量分布を均一化することも可能となる。よって本実施の形態においても実施の形態１と同様に第２の触媒２５ａ、２５ｂにおいてほぼ均等にＳＯｘ被毒回復を行うことが可能となる。
【００６５】
このように、実施の形態１及び２の構成により、異なった空燃比の排気を混合して空燃比が均一な排気とし、複数の触媒を有した排気通路にほぼ等量の排気を分配することが可能となる。また、実施の形態１において、貫通孔４３を設けることにより、合流部４１での脈動を低減し、排気管放射音を低減すること等も副次的な作用として例示できる。
【００６６】
更に付け加えるならば、実施の形態１において、図１の直線状配管２４の上流のみの構成、すなわち合流部４１に仕切板２８ａが設置してあり、かつその仕切板２８ａに貫通孔４３が設けられる構成であっても、排気集合管に流入する異なった濃度の排気を合流部４１にて混合可能であり、その下流に単一の触媒を設けて、この触媒の排気流入面に対して均等な空燃比になるように混合された排気を流入させることも可能である。
また、逆に図１の直線状配管２４上流において既に均一な空燃比の排気が流れているのであれば、直線状配管２４下流の排気管構成のみによって、第２の触媒２５ａ、２５ｂに均等に排気を流入させることが可能となる。
【００６７】
以上、例示した構成においてはガソリンエンジンとそれに付属する触媒において特にＳＯｘ被毒回復について述べたものであるが、これに限らず例えばディーゼルエンジンとディーゼルエンジンより排出される煤や、ＳＯＦ等の粒子状物質を浄化するフィルタ状の排気浄化装置においても本実施の形態１及び２の構成と同様な構成にて排気を浄化することが可能である。すなわち、内燃機関の種類、排気浄化装置の種類に関わらず、本発明の構成をとることによりほぼ均一な排気を複数の排気通路に設けられた排気浄化装置に偏らないように流入させ、各々の排気浄化装置でほぼ均等に排気を浄化することが可能となる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、異なる空燃比の排気が流入する集合管から１本の排気管に流入させる際にほぼ均一な空燃比の排気となるように集合させ、そのほぼ均一な空燃比の排気を後方の排気通路に分配できる。従ってこの排気通路に設置される排気浄化触媒に偏りなく排気を流入させて、複数設けられた排気浄化触媒のＳＯｘ被毒を均等に回復すること等が可能となる。
【００６９】
このように、複数の排気通路に各々設置される排気浄化装置がある場合に、これらが同様な排気浄化環境を形成するので、特定の排気浄化装置に負担がかかることがなくなる。すなわち、同一の排気浄化装置を使用して同一に排気浄化をすることが可能となるから、何れかの排気浄化装置のみが早期に劣化することもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態１に係るガソリンエンジンとその排気通路を示す概念
平面図。
【図２】本実施の形態１に係る排気通路の側面図。
【図３】同実施の形態に係る、ＥＣＵ周りの構成概念図。
【図４】（ａ）同実施の形態に係る、直線部排気通路内の平面断面図。
（ｂ）同実施の形態に係る、直線部排気通路内の側面断面図。
【図５】（ａ）本実施の形態２に係る、第２の触媒を有する排気通路の断面斜視図。
（ｂ）同実施の形態に係る、第２の触媒を有する排気通路の断面図。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ａ〜２ｆ 燃焼室
３ 点火栓
４ 燃料噴射弁
５ 燃料分配管
１１ａ〜１１ｆ 吸気枝管
１２ サージタンク
１３ エアクリーナボックス
１４ スロットル弁
２１ａ〜２１ｆ 排気枝管
２２ａ、２２ｂ 排気集合管
２３ａ、２３ｂ 第１の触媒
２４ 直線状配管
２５ａ、２５ｂ 第２の触媒
２６ 第３の触媒
２７ マフラ
２８ａ、２８ｂ 仕切板
２９ 排気流入面
３０ コーン状配管
３１ スロットルポジションセンサ
３２ 駆動回路
３３ センサ
３４ クランク角センサ
４１ 合流位置
４２ 分岐位置
４３ 貫通孔
４４ 中心軸
４５ 中心軸
４６ 触媒中心軸
８０ 電子制御装置（ＥＣＵ）
８１ 中央演算処理装置（ＣＰＵ）
８２ 読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）
８３ ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）
８４ バックアップＲＡＭ
８５ タイマカウンタ
８６ 外部入力回路
８７ 外部出力回路
８８ 双方向バス
Claims (6)
- 内燃機関の複数の排気口に接続された排気管の複数の排気通路を単一の排気通路に集合させる排気集合部と、この排気集合部下流に接続された直線状排気通路と、この直線状排気通路の下流に設けられた複数に分岐した排気通路とを備えた排気管であって、
この排気管内には、前記排気集合部の集合位置から直線状排気通路にかけて設けられた第１の仕切板と、
前記直線状排気通路から排気通路分岐位置にかけて設けられ、前記第１の仕切板とは連続しない第２の仕切板とを有し、
第１の仕切板の終端に対して第２の仕切板の始端が捩れ位置にあることを特徴とする排気管。 - 前記分岐した排気通路には排気浄化装置が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排気管。
- 前記第１及び第２の仕切板は排気通路を均等に分割することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気管。
- 前記第１の仕切板及び第２の仕切板は、それぞれ第１の仕切板及び第２の仕切板によって分割された排気通路を互いに連通させる貫通孔を有することを特徴とする請求項１〜３何れかに記載の排気管。
- 内燃機関の排気口に接続された排気管の排気通路を単一の排気通路に集合させる排気集合管と、この排気集合管下流に接続された直線状排気通路と、この直線状排気通路の下流に設けられ、断面積が拡大した拡大排気通路と、この拡大排気通路に並列して設けられた複数の排気浄化装置とを備えた排気管であって、
前記直線状排気通路下流から排気浄化装置を有する拡大排気通路に斜方向から排気が流入するように直線状排気通路と拡大排気通路との間に屈曲排気通路を介在させ、
排気通路の流れ方向中心軸が、拡大排気通路の流れ方向中心軸と、拡大排気通路分岐位置より上流にて交わるように形成されたことを特徴とする排気管。 - 前記直線状排気通路断面の軸方向当射影と排気浄化装置の排気流入面とは直接重合ぜず、かつ前記直線状排気通路下流から屈曲排気通路、拡大排気通路を介して排気浄化装置の排気流入面までの管径が段階的に大きくなることを特徴とする請求項５に記載の排気管。
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