JPH0821231A

JPH0821231A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JPH0821231A
Application number: JP17757994A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Ishikawa; 泰石川; Haruo Kimura; 春男木村; Akio Taniguchi; 章雄谷口; Hiroaki Sugiura; 博昭杉浦; Tsutomu Nakayama; 勉中山
Original assignee: Mazda Motor Corp; Nippon Steel Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp; Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-07-05
Filing date: 1994-07-05
Publication date: 1996-01-23
Anticipated expiration: 2017-08-26
Also published as: JP3318696B2

Abstract

(57)【要約】【目的】排気マニホールド直付けのキャタライザに排
気ガスの熱によるクラックが発生するのを防止するとと
もに、排気ガスをキャタ上流端に均一に流入させること
ができるようにする。【構成】排気マニホールド１の集合部４のスロート状
に拡径する排気出口端４ａの入口部分に内壁を部分的に
突設させた構造の堰５を設け、メタルキャタ２に最も近
い一部気筒から直線状に流入する排気ガスの流れを、他
の気筒からの排気ガスによって生成されるスワール流に
対し略平行に偏向させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気浄化装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用等の内燃機関の排気系には排気ガ
ス浄化用触媒（キャタライザ）を設けるのが普通で、例
えば、Ｐｔ（白金）、Ｒｈ（ロジウム）等の貴金属を触
媒成分としてセラミック担体に担持させたキャタライザ
が一般に使用されている。しかし、キャタライザは、所
定の活性温度に達するまでは十分に機能せず、したがっ
て、冷間始動時等の排気ガス浄化性能に問題があった。
そこで、ガス温度の高い上流側の排気マニホールド出口
部にキャタライザを直接接続することにより、キャタラ
イザに高温の排気ガスを当てて触媒活性速度を高めよう
とする試みが従来から行われている。排気マニホールド
直付けのキャタライザとしては所謂メタルキャタが適し
ている。メタルキャタは、メタル製の平板と波板を巻き
合わせて形成したハニカム状の担体に触媒成分を担持さ
せたものである。実開昭６１−１８１８１７号公報には
このように排気マニホールドにキャタライザを直接接続
した内燃機関の排気浄化装置の一例が示されている。こ
の公報に示された排気浄化装置の場合、排気マニホール
ドの排気出口端とキャタライザとの間で排気を旋回させ
る手段を設け、排気を旋回させることによってキャタ上
流端への均一な排気導入を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】出力軸方向に複数の気
筒を配列した多気筒内燃機関においては、排気マニホー
ルドは各気筒の排気ポートにそれぞれ接続される複数の
独立通路と、これら複数の独立通路を一つに集合させる
集合部とで構成されるのが普通であるが、このような多
気筒内燃機関の排気マニホールドにキャタライザを直接
接続した場合、各気筒の吸気ポートから排出され各独立
通路を介して排気マニホールドの集合部で合流する排気
ガスは、十分に拡散しないままキャタライザに流入す
る。そして、このような多気筒内燃機関の場合に、排気
マニホールドの各独立通路を流れ集合部に至る排ガスの
流れは気筒間で一様でなく、例えば一部気筒が集合部に
近接した位置にあって排気ガスの主流がその独立通路の
軸心上を通過して集合部に流れ、他の気筒が集合部から
離れた位置にあって排気ガスの主流が排気出口端の接線
上へ向かって流れる場合に、前記一部気筒からの排気ガ
スは高温のままキャタライザに直接流入し、他の気筒か
らの排気ガスは排気マニホールドの排気出口端およびキ
ャタライザの排気導入端の内壁に沿って冷却されながら
キャタライザに流入する。そのため、排気ガスが高温の
まま当たる部分に熱による劣化が進み、また、排気導入
端部に近いキャタ担体の温度勾配が大きくなり、クラッ
クが発生しやすくなる。また、このように各気筒の排気
ガスが充分に拡散せず不均一のままキャタ上流部に流入
すると、触媒の反応面積が有効に利用されないため、十
分な触媒性能が得られない。

【０００４】排気マニホールドの排気出口端とキャタラ
イザとの間で排気を旋回させる手段を設けたものは上記
のように従来から知られている。しかし、そのような旋
回装置を設けると、排気マニホールドあるいはキャタラ
イザの構造が複雑となるため、実用化は難しい。

【０００５】本発明はこのような問題点を解決するため
のものであって、排気マニホールド直付けのキャタライ
ザに排気ガスの熱によるクラックが発生するのを防止す
るとともに、排気ガスをキャタ上流端に均一に流入させ
ることができるようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、出力軸方向に
複数の気筒を配列した多気筒内燃機関であって、該内燃
機関の各気筒の排気ポートにそれぞれ接続される複数の
独立通路とこれら複数の独立通路を一つに集合させる集
合部とを有する排気マニホールドを備えるとともに、該
排気マニホールドの出力軸方向長の範囲に配置され該排
気マニホールドの前記集合部に直接接続されるキャタラ
イザとを備える内燃機関の排気浄化装置において、前記
複数の気筒の排気ポートのうち、排気流が独立通路を介
して直線状に前記キャタライザに流入する一部気筒の排
気ポートに対し、該排気ポートからの排気流に対向する
排気マニホールド内壁部分に排気流を偏向させる偏向手
段を設けることにより上記目的を達成したものものであ
る。

【０００７】ここで、排気マニホールドは集合部で側面
視にて下方へ屈曲した構造のものであってよい。

【０００８】また、上記排気浄化装置は、キャタライザ
の排気導入端が略円形状に形成され、排気マニホールド
の前記集合部の排気出口端も略円形状に形成され、排気
マニホールドの各独立通路が、上面視にて前記一部気筒
からの排気ガスの主流がその気筒の独立通路の軸心上を
通過して前記偏向手段へと向かい、他の気筒からの排気
ガスの主流が前記円形状の排気出口端の接線上へ向かう
よう構成するのがよい。

【０００９】また、複数の気筒は前記一部気筒がキャタ
ライザに最も近接した位置にあるようなものであってよ
い。

【００１０】また、前記偏向手段は例えば排気マニホー
ルド内壁から突設された堰である。

【００１１】前記偏向手段は、また、例えば排気マニホ
ールドの壁厚を変化させることなく排気流を偏向させる
よう排気マニホールド内壁を変形させたものである。

【００１２】前記偏向手段は、また、例えば排気マニホ
ールド外壁を内方へ凹陥させて排気流を偏向させるもの
である。

【００１３】また、前記偏向手段は前記一部気筒からの
排気ガスの流れの範囲に部分的に設けるのがよい。

【００１４】また、前記他の気筒からの排気ガスが前記
集合部内にスワール流を生成するよう排気マニホールド
を構成し、前記偏向手段を前記スワール流れに対し略平
行に排気流を偏向させるものとするのがよい。

【００１５】また、前記偏向手段は、その上流側とキャ
タライザ側とを連通する連通路を有するものとするのが
よい。

【００１６】

【作用】本発明の構成によれば、複数の気筒の排気ポー
トのうち、排気流が独立通路を介して直線状にキャタラ
イザに流入する一部気筒の排気ポートに対し、該排気ポ
ートからの排気流に対向する排気マニホールド内壁部分
に排気流を偏向させる偏向手段が設けられたことによ
り、前記一部気筒からの排気流が偏向手段によって偏向
され、高温のまま直線状にキャタライザに流入するのが
防止される。そのため、排気ガスの熱によるキャタライ
ザの劣化が抑制されるとともに温度勾配が低減され、ク
ラックの発生が防止される。また、排気流が拡散して均
一にキャタライザに流入し、それにより、触媒の反応面
積が有効に利用され、触媒性能が高まる。

【００１７】特に排気マニホールドが集合部で側面視に
て下方へ屈曲した構造である場合に、上記作用が効果的
に働く。

【００１８】また、特に、キャタライザの排気導入端が
略円形状に形成され、排気マニホールドの前記集合部の
排気出口端も略円形状に形成され、排気マニホールドの
各独立通路が、上面視にて前記一部気筒からの排気ガス
の主流がその気筒の独立通路の軸心上を通過して前記偏
向手段へと向かい、他の気筒からの排気ガスの主流が前
記円形状の排気出口端の接線上へ向かうよう構成された
場合に、上記作用が顕著である。

【００１９】また、複数の気筒のうち前記一部気筒がキ
ャタライザに最も近接した位置にある場合にも上記作用
が効果的に働く。

【００２０】そして、前記偏向手段は排気マニホールド
内壁から突設された堰であることにより所期の機能を果
たす。

【００２１】また、前記偏向手段は例えば排気マニホー
ルドの壁厚を変化させることなく排気流を偏向させるよ
う排気マニホールド内壁を変形させたものであることに
より所期の機能を果たす。

【００２２】また、前記偏向手段は排気マニホールド外
壁を内方へ凹陥させて排気流を偏向させるものであるこ
とにより所期の機能を果たす。

【００２３】また、前記偏向手段が前記一部気筒からの
排気ガスの流れの範囲に部分的に設けられたものである
ことにより所期の作用が得られる。

【００２４】また、前記他の気筒からの排気ガスが前記
集合部内にスワール流を生成するよう排気マニホールド
が構成され、前記偏向手段が前記スワール流れに対し略
平行に排気流を偏向させるものである場合に、排気流の
拡散が良好となり、均一化が促進されて上記作用が顕著
となる。

【００２５】また、前記偏向手段がその上流側とキャタ
ライザ側とを連通する連通路を有する場合に、偏向手段
の上下流の圧力バランスが保たれ、排気ガスは偏向手段
の背後に回り込んでキャタ上流端に均等に流入する。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２７】図１は本発明の一実施例を示す内燃機関の
排気浄化装置の一部破断全体図、図２は図１に示す実施
例の排気マニホールドの正面図、図３は図１に示す実施
例の排気マニホールドの平面図、図４は図１に示す実施
例の排気マニホールドの背面図、図５は図１に示す実施
例の排気マニホールドの左側面図、図６は図２のＡ−Ａ
線断面図、図７は図５のＢ矢視図である。また、図８は
図１に示す実施例における排気ガスの流れを説明する模
式図、図９は図１に示す実施例の変形例に係る断面図で
ある。

【００２８】図において、１は排気マニホールドであ
り、２は排気マニホールド１に直付けされたメタルキャ
タである。排気マニホールド１は、Ｖ型６気筒エンジン
の一方のバンクに取り付けられるものであって、出力軸
方向に配列された３気筒の各排気ポートに接続される独
立通路３Ａ，３Ｂ，３Ｃと、それら独立通路３Ａ，３
Ｂ，３Ｃを下流側で一つに集合させる集合部４とを有す
る。そして、上記集合部４は排気マニホールド１の出力
軸方向長の範囲の一端側に配置され、側面視にて下方へ
屈曲した構造で、下端側は平面視にて略円形状でスロー
ト状に拡径した排気出口端４ａを構成している。そし
て、排気出口端４ａの先端部外周にはキャタ連結部１ａ
が設けられている。

【００２９】排気マニホールド１の各独立通路３Ａ，３
Ｂ，３Ｃは、上面視にて前記一端側の気筒からの排気ガ
スの主流がその気筒の独立通路３Ａの軸心上を通過して
集合部４に流入し、他の気筒からの排気ガスの主流が前
記略円形状の排気出口端４ａの接線上へ向かうよう構成
されている。また、排気マニホールド１の上記集合部４
のスロート状に拡径する排気出口端４ａの入口部分に
は、内壁を部分的に突設させた構造の堰５が設けられて
いる。この堰５は、集合部４に最も近く、従ってメタル
キャタ２に最も近い気筒から独立通路３Ａを介して流入
する排気ガスの流れの範囲にあり、他の気筒からそれぞ
れの独立通路３Ｂ，３Ｃを介して流入する排気ガスによ
って生成されるスワール流に対し略平行に排気ガスを偏
向させる形状である。また、堰５には、その上流側と下
流側（キャタ側）を連通する連通路６が設けられてい
る。

【００３０】また、排気マニホールド１には、独立通路
３Ａ，３Ｂ，３Ｃの部分の正面側外壁から突設された出
力軸方向の補強用リブ１ｂが設けられ、また、集合部４
の堰５より上流で各気筒からの排気流が交差する位置に
センサ穴１ｃが設けられている。上記センサ穴１ｃには
空燃比センサ７が取り付けられる。このように出力軸方
向に補強用リブ１ｂが設けられたことにより、冷間時と
高温時とで逆方向に現れる熱変形に対して剛性が高くな
り、シリンダヘッド取付面におけるシール性が確保しや
すくなる。また、空燃比センサ７が各気筒からの排気ガ
スが交ざり合う位置に配設されることは、空燃比フィー
ドッバク制御にとって好都合である。

【００３１】メタルキャタ２は、メタル製の平板と波板
を巻き合わせて形成したハニカム状の担体８に触媒成分
を担持させたものであって、担体８は排気流入方向の上
流部および周縁側の数巻き分の範囲で平版と波板の接点
がろう付されている。例えば図１における一点鎖線の外
側の領域ｓがろう付の範囲である。メタルキャタ２は、
担体８を囲む筒状キャタケース１０の略円形状の上流端
が排気マニホールド１のキャタ連結部１ａに嵌入され電
気溶接されている。図１の１６がその溶接部である。キ
ャタケース１０は担体８の外周全面を覆うもので、下端
側がろう付により担体８に接合されている。また、キャ
タケース１０の下端は図示しない排気管に接続される出
口コーン１７に嵌入され電気溶接にって接合されてい
る。図１の１８がその溶接部である。また、グラスウー
ル１４がキャタケース１０の外周面に配設され、断面コ
の字状で２分割構造のガイド１９によって保持されてい
る。上記ガイド１９は、グラスウール１４をメタルキャ
タ６の外周面に保持した状態で図示しないボルトにより
一体結合されるもので、各半割部はインシュレータ１２
にスポット溶接で固定される。

【００３２】排気マニホールド１の集合部４に設ける上
記堰５は、また、図９に示すように排気マニホールド１
の壁厚を変化させることなく、外壁を内方へ凹陥させる
ことによって構成してもよく、その他、いろいろな設計
が可能である。また、上記連通路６は必ずしも設けなく
てもよい。

【００３３】また、上記実施例ではＶ型エンジンについ
て説明したが、本発明は直列エンジンにも適用できる。
また、排気マニホールドに直付けするキャタライザはメ
タルキャタに限るものではない。

【００３４】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、排気マニホールド直付けのキャタライザに排気ガス
の熱によるクラックの発生するのを防止することがで
き、また、排気ガスがキャタ上流端を均一に流入させる
ようにできる。

【００３５】特に請求項１に係る構成によれば、複数の
気筒の排気ポートのうち、排気流が独立通路を介して直
線状にキャタライザに流入する一部気筒の排気ポートに
対し、該排気ポートからの排気流に対向する排気マニホ
ールド内壁部分に、排気流を偏向させる偏向手段を設け
たことにより、前記一部気筒からの排気流を偏向手段に
よって偏向させて、高温のまま直線状にキャタライザに
流入するのを防止することができ、それにより、排気ガ
スの熱によるキャタライザの劣化を抑制するとともに温
度勾配を低減してクラックの発生を防止するとともに、
排気流を十分拡散させて均一にキャタライザに流入さ
せ、触媒の反応面積を有効に利用して触媒性能を高める
ようにできる。

【００３６】また、請求項２に係る構成によれば、排気
マニホールドが集合部で側面視にて下方へ屈曲した構造
である場合に上記効果を奏するようにできる。

【００３７】また、請求項３に係る構成によれば、キャ
タライザの排気導入端が略円形状に形成され、排気マニ
ホールドの前記集合部の排気出口端も略円形状に形成さ
れ、排気マニホールドの各独立通路が、上面視にて前記
一部気筒からの排気ガスの主流がその気筒の独立通路の
軸心上を通過して前記偏向手段へと向かい、他の気筒か
らの排気ガスの主流が前記円形状の排気出口端の接線上
へ向かうよう構成された場合に上記効果を顕著なものと
することができる。

【００３８】また、請求項４に係る構成によれば、複数
の気筒のうち前記一部気筒がキャタライザに最も近接し
た位置にある場合にも上記効果を奏するようにできる。

【００３９】また、請求項５に係る構成によれば、前記
偏向手段が排気マニホールド内壁から突設された堰であ
ることにより上記効果を奏することができる。

【００４０】また、請求項６に係る構成によれば、前記
偏向手段を排気マニホールドの壁厚を変化させることな
く排気流を偏向させるよう排気マニホールド内壁を変形
させたものとして上記効果を奏するようにできる。

【００４１】また、請求項７に係る構成によれば、前記
偏向手段を排気マニホールド外壁を内方へ凹陥させて排
気流を偏向させるものとして上記効果を奏するようにで
きる。

【００４２】また、請求項８に係る構成によれば、前記
偏向手段を前記一部気筒からの排気ガスの流れの範囲に
部分的に設けることにより上記効果を奏するようにでき
る。

【００４３】また、請求項９に係る構成によれば、前記
他の気筒からの排気ガスが前記集合部内にスワール流を
生成するよう排気マニホールドが構成され、前記偏向手
段が前記スワール流れに対し略平行に排気流を偏向させ
るものである場合に、特に排気流の拡散を良好とし、均
一化を促進して上記効果を顕著なものとすることができ
る。

【００４４】また、請求項１０に係る構成によれば、前
記偏向手段の上流側とキャタライザ側とを連通する連通
路を設けることにより、偏向手段の上下流の圧力バラン
スを保ち、排気ガスをキャタ上流端に均等に流入させる
ようにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す内燃機関の排気浄化装
置の一部破断全体図

【図２】図１に示す実施例の排気マニホールドの正面図

【図３】図１に示す実施例の排気マニホールドの平面図

【図４】図１に示す実施例の排気マニホールドの背面図

【図５】図１に示す実施例の排気マニホールドの左側面
図

【図６】図２のＡ−Ａ線断面図

【図７】図５のＢ矢視図

【図８】図１に示す実施例における排気ガスの流れを説
明する模式図

【図９】図１に示す実施例の変形例に係る断面図

【符号の説明】

１排気マニホールド２メタルキャタ（キャタライザ）３Ａ，３Ｂ，３Ｃ独立通路４集合部４ａ排気出口端５堰（偏向手段）６連通路

フロントページの続き (72)発明者谷口章雄広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者杉浦博昭広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者中山勉広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】出力軸方向に複数の気筒を配列した多気
筒内燃機関であって、該内燃機関の各気筒の排気ポート
にそれぞれ接続される複数の独立通路とこれら複数の独
立通路を一つに集合させる集合部とを有する排気マニホ
ールドを備えるとともに、該排気マニホールドの出力軸
方向長の範囲に配置され該排気マニホールドの前記集合
部に直接接続されるキャタライザとを備える内燃機関の
排気浄化装置において、前記複数の気筒の排気ポートの
うち、排気流が独立通路を介して直線状に前記キャタラ
イザに流入する一部気筒の排気ポートに対し、該排気ポ
ートからの排気流に対向する排気マニホールド内壁部分
に排気流を偏向させる偏向手段を設けたことを特徴とす
る内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】排気マニホールドが集合部で側面視にて
下方へ屈曲した構造とされた請求項１記載の内燃機関の
排気浄化装置。
【請求項３】キャタライザの排気導入端が略円形状に
形成され、排気マニホールドの前記集合部の排気出口端
も略円形状に形成され、排気マニホールドの各独立通路
が、上面視にて前記一部気筒からの排気ガスの主流がそ
の気筒の独立通路の軸心上を通過して前記偏向手段へと
向かい、他の気筒からの排気ガスの主流が前記略円形状
の排気出口端の接線上へ向かうよう構成された請求項１
または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】複数の気筒のうち前記一部気筒がキャタ
ライザに最も近接した位置にある請求項１，２または３
記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】前記偏向手段が排気マニホールド内壁か
ら突設された堰である請求項１，２，３または４記載の
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】前記偏向手段が排気マニホールドの壁厚
を変化させることなく排気流を偏向させるよう排気マニ
ホールド内壁を変形させたものである請求項１，２，３
または４記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】前記偏向手段が排気マニホールド外壁を
内方へ凹陥させて排気流を偏向させるものである請求項
１，２，３または４記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】前記偏向手段が前記一部気筒からの排気
ガスの流れの範囲に部分的に設けられた請求項１，２，
３，４，５，６または７記載の内燃機関の排気浄化装
置。
【請求項９】前記他の気筒からの排気ガスが前記集合
部内にスワール流を生成するよう排気マニホールドが構
成され、前記偏向手段が前記スワール流に対し略平行に
排気流を偏向させるものである請求項３，４，５，６，
７または８記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】前記偏向手段がその上流側とキャタラ
イザ側とを連通する連通路を有する請求項１，２，３，
４，５，６，７，８または９記載の内燃機関の排気浄化
装置。