JP2006283708A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガソリンエンジン用の排気ガス浄化装置５に備える三元触媒コンバータ６の目詰まりおよび整流部材７の目詰まりを抑制または防止する。
【解決手段】排気ガスが流通される多数の通路６ａ・・を有する三元触媒コンバータ６と、三元触媒コンバータ６の排気ガス導入側に配置されかつ三元触媒コンバータ６の各通路６ａ・・に対する排気ガスの流入を各通路６ａ・・の中心軸線に対し略平行に整流する整流部材７とを有する。整流部材７の整流作用により排気ガスに含まれる金属系化合物が三元触媒コンバータ６の排気ガス導入部に付着しにくくなる。しかも、整流部材７は、円筒形の外装ケース（４）に支持部材９を介して変位可能に支持されている。これにより、ガソリンエンジンの振動が外装ケース（４）に伝達されると、支持部材９を介して整流部材７が変位（振動）されるので、排気ガスに含まれる金属系化合物が整流部材７の排気ガス導入部に付着しにくくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車等の車両に搭載されるガソリンエンジンに用いる排気ガス浄化装置に関する。

例えばガソリンエンジンでは、三元触媒コンバータを備える排気ガス浄化装置を用いている。この排気ガス浄化装置は、一般的に、外装ケースの内部に三元触媒コンバータを収納配置した構造になっている（特許文献１参照。）。

この三元触媒コンバータには、浄化性能ならびに排気性能の向上を図るために、例えばハニカム状の多数の通路を設けるとともに、この各通路の壁面にプラチナ、ロジウム等の貴金属をコーティングした構成になったものがある。

ところで、ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置において、排気ガスに混在するパティキュレート（粒子状物質：炭素微粒子、サルフェート等の硫黄系微粒子、高分子炭化水素微粒子等）を捕集するフィルタの上流に、フィルタに排気ガスを整流して流入させる整流部材を設置したものがある（特許文献２参照。）。
特開２００４−２６３６００号公報 特開２００４−１２４７２３号公報

上記特許文献１に係る従来例のようなガソリンエンジンの場合、使用する燃料に、アンチノック剤としてＭＭＴ（Methylcyclopentadienyl Manganese Tricarbonyl）等の金属系添加物が添加されているので、燃料の燃焼に伴いマンガン酸化物等の金属系化合物が生成され、排気ガスに混じって燃焼室から排出される。

このように排気ガスに金属系化合物が混じっている場合、上記従来例における三元触媒コンバータにおける通路の入り口に金属系化合物が付着することがあり、使用経過に伴い、前記通路の入り口に金属系化合物が堆積して通路の断面積が小さくなるといった目詰まり現象が発生するおそれがある。

近年では、ガソリンエンジンの冷間時に三元触媒コンバータを素早く昇温させるために、前記排気ガス浄化装置をシリンダヘッドの排気ポート近傍に配置することがある。具体的に、シリンダヘッドの排気ポートには、例えば側面視略逆さＬ字形状のエキゾーストマニホールドが取り付けられているので、このエキゾーストマニホールドの下流側に排気ガス浄化装置を取り付けることがある。

この場合、排気ポートから真っ直ぐに排出される排気ガスは、エキゾーストマニホールドのコーナー部によって方向転換されてから、排気ガス浄化装置の三元触媒コンバータの通路に流入するために、換言すれば、三元触媒コンバータの通路に対し排気ガスが斜め方向から流入するようになるために、通路入り口で排気ガスの流れがはく離し逆流領域が発生して、上述した目詰まりが発生しやすくなる。

一方、上記特許文献２に係る従来例のようなディーゼルエンジンの場合、それに使用する燃料が上述したガソリンエンジンに使用する燃料とは異なるものであって、ディーゼルエンジンに使用する燃料には上述したアンチノック剤（ＭＭＴ）が添加されていない。つ
まり、このようなディーゼルエンジンでは、そもそも、上述したガソリンエンジンにおいて生成される金属系化合物が原因となって三元触媒コンバータが目詰まりするという不具合が発生しない。但し、ディーゼルエンジンの場合、パティキュレートによる目詰まりが発生するが、これについては、加熱手段により燃焼させることで対処している。

ところで、本願発明者は、仮に、上記ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置における整流部材を上記ガソリンエンジンの排気ガス浄化装置の三元触媒コンバータの上流に設置すれば、三元触媒コンバータの目詰まりを抑制または防止できると考えたが、その場合、今度は整流部材の排気ガス入り口に金属系化合物が付着、堆積することが懸念される。

本発明は、ガソリンエンジンに用いる排気ガス浄化装置に備える三元触媒コンバータの目詰まりおよび整流部材の目詰まりを抑制または防止することを目的としている。

本発明に係る排気ガス浄化装置は、ガソリンエンジンから排出される排気ガスを浄化するものであって、前記排気ガスが流通される多数の通路を有する三元触媒コンバータと、三元触媒コンバータの排気ガス導入側に配置されかつ前記三元触媒コンバータの各通路に対する排気ガスの流入を当該各通路の中心軸線に対し略平行に整流する整流部材とを有し、前記整流部材は、外装ケースに支持部材を介して変位可能に支持されていることを特徴としている。

この構成によれば、整流部材によって三元触媒コンバータに対し真っ直ぐに排気ガスを流入させることができるので、排気ガスに含まれる金属系化合物が三元触媒コンバータの排気ガス導入部に付着しにくくなる。しかも、エンジン稼動に伴う振動等の外力が外装ケースに加わると、支持部材で支持している整流部材が振動することになる。これにより、整流部材の排気ガス導入部に排気ガスが流入する際に、排気ガスに含まれる金属系化合物が前記排気ガス導入部に付着しにくくなるので、経時的に金属系化合物が排気ガス導入部に堆積して整流部材が目詰まりすることが抑制または防止されることになる。

上記排気ガス浄化装置において、前記支持部材は、整流部材を変位可能に支持するものであれば何でもよいのであるが、その一例として、例えば弾性体や板ばね等とすることができる。これら弾性体や板ばねを支持部材とした場合には、振動等の外力が外装ケースに付与されると、弾性体や板ばね自身が振動することになって整流部材をその質量に応じて繰り返し変位させることになる。

上記排気ガス浄化装置において、前記三元触媒コンバータは、ガソリンエンジンの排気ポートの近傍に配置され、かつ各通路が前記排気ポートから排出直後の排気ガスの進行方向に対し傾くような姿勢で設置されたものとすることができる。

この構成によれば、排気ガスの熱によって三元触媒コンバータが比較的早急に暖められることになるので、エンジン冷間時であっても浄化作用を向上させるうえで有利となる。但し、排気ポートから真っ直ぐに排出される排気ガスは、それに対し傾いた整流部材の通路に流入するために、整流部材の通路に対し排気ガスが斜め方向から流入するようになって通路入り口に排気ガス中の金属系化合物が付着、堆積しやすくなると思われるが、この場合も、上述した整流部材の振動作用によって、通路入り口に排気ガス中の金属系化合物が付着、堆積することが抑制または防止される。

上記排気ガス浄化装置において、前記外装ケースは、ガソリンエンジンの排気ポートに取り付けられる排気管とされたものとすることができる。

ここで言う排気管は、エキゾーストマニホールド、センターマフラー等を含む意味で使用しており、エキゾーストマニホールドまたはセンターマフラーのいずれか一方とすることができる。

このように、外装ケースを排気管で兼用させていれば、構成部品点数を少なくできて、設備コストの軽減に貢献できる。また、排気管をエキゾーストマニホールドとする場合には、三元触媒コンバータをガソリンエンジンの排気ポートに可及的に近づけることができるから、エンジン冷間時に三元触媒コンバータを早急に昇温させることが可能になり、好ましい。

本発明に係る排気ガス浄化装置によれば、三元触媒コンバータの目詰まりおよび整流部材の目詰まりを抑制または防止できるから、長期にわたって所期の性能を確保することが可能になる。

以下、本発明の実施形態を図１から図３に示して説明する。

図１において、１はガソリンエンジンのシリンダブロック、２はシリンダヘッド、３は燃焼室、４は排気管の一部であるエキゾーストマニホールド、５は排気ガス浄化装置である。

排気ガス浄化装置５は、エキゾーストマニホールド４そのものを外装ケースとし、その内部に三元触媒コンバータ６と、整流部材７とを設けた構成である。

三元触媒コンバータ６は、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を一括して化学反応により無害な成分に変化させるものである。この三元触媒コンバータ６は、ハニカム状の多数の通路６ａ・・・を有し、図示していないが、各通路６ａ・・・の壁面にプラチナ、ロジウム等の貴金属をコーティングした構造である。

一方、整流部材７は、三元触媒コンバータ６の各通路６ａ・・・に対する排気ガスの流入を各通路６ａ・・・の中心軸線に対し略平行に整流するものである。この整流部材７は、ハニカム状の多数の通路７ａ・・・を有する構造であり、各通路７ａ・・・は三元触媒コンバータ６の各通路６ａ・・・と略同径とされている。

これら三元触媒コンバータ６および整流部材７は、エキゾーストマニホールド４の内部に収納配置されている。

具体的に、まず、エキゾーストマニホールド４は、図１において側面視略逆さＬ字形状に屈曲されていて、シリンダヘッド２の排気ポート２ａの開放方向に沿って真っ直ぐに延びる横向き直線部４ａと、この横向き直線部４ａから略９０度下向きに屈曲する下向き直線部４ｂと、両直線部４ａ、４ｂを連接するコーナー部４ｃとを有している。

三元触媒コンバータ６は、外形が長尺な円柱形に形成されていて、エキゾーストマニホールド４の下向き直線部４ｂの内周に略同心状にマット８を介して取り付けられている。

なお、マット８は、例えばアルミナ繊維の集合体からなり、圧縮すると繊維間で反発が起こり、その反発力によって三元触媒コンバータ６を保持するようになっている。

一方の整流部材７は、外形が短尺な円柱形に形成されていて、エキゾーストマニホール
ド４の下向き直線部４ｂの内周において三元触媒コンバータ６よりも上流側に離隔した状態で支持部材９を介して略同心状に取り付けられている。

この整流部材７の各通路７ａ・・・の数は、三元触媒コンバータ６の各通路６ａ・・・の数と同じにされているとともに、整流部材７の外径寸法が三元触媒コンバータ６の外径寸法と略同じに設定されており、さらに、整流部材７の各通路７ａ・・・の内径が三元触媒コンバータ６の各通路６ａ・・・の内径と略同じに設定されている。

なお、支持部材９は、エキゾーストマニホールド４に対し整流部材７を径方向ならびに軸方向に変位可能に支持するものであり、例えば整流部材７の円周等間隔の数箇所（図では四箇所）に配置されている。

この支持部材９は、板ばねからなり、平面から見ると長方形に形成されていて、その中央部を傾斜させることによって、両端の平坦部９ａ，９ｂを傾斜部９ｃで段付き平行に連接した形状になっている。

このような構成の排気ガス浄化装置５の場合、ガソリンエンジンを始動させると、燃料が燃焼室で燃焼されて排気ガスが排気ポート２ａからエキゾーストマニホールド４に排出される。

このとき、エキゾーストマニホールド４に排出された排気ガスは、整流部材７によって三元触媒コンバータ６に対し真っ直ぐに流入されるようになる。

そのため、三元触媒コンバータ６の各通路６ａの入り口に、排気ガスに含まれる金属系化合物（燃料に添加されるアンチノック剤（ＭＭＴ等）の燃焼により生成されるマンガン酸化物等）が付着することを抑制または防止できるようになる。これにより、三元触媒コンバータ６の目詰まりを長期にわたって抑制または防止される。

しかも、排気ポート２ａから真っ直ぐに排出される排気ガスは、エキゾーストマニホールド４の横向き直線部４ａを経てコーナー４ｃ部によって方向転換されて下向き直線部４ｂに流通するが、この下向き直線部４ｂに到達すると、整流部材７における各通路７ａの入り口に流入することになる。

このとき、図３の矢印で示すように、整流部材７の各通路７ａに対して排気ガスが斜め方向から流入するようになる。しかしながら、ガソリンエンジンが稼動中であってその振動がエキゾーストマニホールド４に伝達されているために、支持部材９がそのばね性によって振動して整流部材７を径方向および軸方向に微小に変位（振動）させるようになる。

このように整流部材７が微小振動されるので、前述したように整流部材７の各通路７ａに対し排気ガスが斜め方向から流入しても、排気ガス中に含まれる金属系化合物（マンガン酸化物等）が、整流部材７における各通路７ａの入り口に付着しにくくなる。

これにより、経時的に前記金属系化合物が整流部材７における各通路７ａの入り口に堆積することを抑制または防止することができるから、各通路７ａの目詰まり現象を長期にわたって抑制または防止できるようになる。

なお、外装ケース内で整流部材７の可動可能範囲（振幅の最大）を設定すれば、整流部材７が振動しているときに整流部材７の各通路７ａ・・・と三元触媒コンバータ６の各通路６ａ・・・とが重なる領域を確保することが可能になり、好ましい。

以下、本発明の他の実施形態を説明する。

（１）上記支持部材９としての板ばねは、整流部材７を変位可能に支持するようばね性を有する弾性体であれば特に限定されるものではなく、図示しないが、例えば波型の板ばね、皿ばね、ダイヤフラムスプリング、コイルスプリング等の他、所定の弾力および耐熱性を有する合成樹脂材やゴム材等とすることができる。さらに、上記支持部材９は、上記実施形態において三元触媒コンバータ６を支持するマット８を利用することができる。

（２）上記実施形態では、エキゾーストマニホールド４を排気ガス浄化装置５の外装ケースとしたが、図４に示すように、エキゾーストマニホールド４とは別体の外装ケース１０を用意し、この外装ケース１０の内部に三元触媒コンバータ６および整流部材７を取り付けて排気ガス浄化装置５を構成し、この排気ガス浄化装置５をエキゾーストマニホールド４の下流側に取り付けるようにすることができる。

（３）上記実施形態では、エキゾーストマニホールド４を排気ガス浄化装置５の外装ケースとしたが、図５に示すように、センターマフラー１１を排気ガス浄化装置５の外装ケースとすることができる。また、図６に示すように、センターマフラー１１とは別体の外装ケース１０を用意し、この外装ケース１０の内部に三元触媒コンバータ６および整流部材７を取り付けて排気ガス浄化装置５を構成し、この排気ガス浄化装置５をセンターマフラー１１の上流側、例えばセンターマフラー１１とエキゾーストマニホールド４との間に取り付けるようにすることができる。

このように、センターマフラー１１のように排気管の直線部分を流れる排気ガスでも、その流れに乱れが生ずるために、整流部材７を用いることが三元触媒コンバータ６の目詰まりを抑制または防止するうえで有利となる。しかも、排気ガスが整流部材７の通路７ａ・・・の入り口に真っ直ぐには流入しなくなるものの、上記整流部材７の振動作用によって、整流部材７の目詰まりを抑制または防止できる。

本発明に係る排気ガス浄化装置の一実施形態を示す断面図である。 図１の（２）−（２）線断面の矢視図である。 図１の（３）−（３）線断面の矢視図である。 本発明に係る排気ガス浄化装置の他の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る排気ガス浄化装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る排気ガス浄化装置のさらに他の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

２ シリンダヘッド
２ａ 排気ポート
３ 燃焼室
４ エキゾーストマニホールド（外装ケース）
５ 排気ガス浄化装置
６ 三元触媒コンバータ
６ａ 通路
７ 整流部材
７ａ 通路
９ 支持部材

Claims (5)

1. ガソリンエンジンから排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置であって、
   前記排気ガスが流通される多数の通路を有する三元触媒コンバータと、三元触媒コンバータの排気ガス導入側に配置されかつ前記三元触媒コンバータの各通路に対する排気ガスの流入を当該各通路の中心軸線に対し略平行に整流する整流部材とを有し、
   前記整流部材は、外装ケースに支持部材を介して変位可能に支持されていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 前記支持部材は、前記整流部材の変位を許容する弾性体からなることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
3. 前記支持部材は、前記整流部材の変位を許容する板ばねからなることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
4. 前記三元触媒コンバータは、ガソリンエンジンの排気ポートの近傍に配置され、かつ各通路が前記排気ポートから排出直後の排気ガスの進行方向に対し傾くような姿勢で設置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の排気ガス浄化装置。
5. 前記外装ケースは、内燃機関の排気ポートに取り付けられる排気管とされていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の排気ガス浄化装置。

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