JP2008248814A - 排気通路構造 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒容器内に流入するガス流れを改善して、触媒容器全体に均一にガスを流入させる。
【解決手段】本発明は、触媒担体１１を内蔵する触媒容器９と、触媒容器９に接続され、その触媒容器９の入口直前で排ガスの流れ方向を変更するように湾曲形成されるとともに、触媒担体１１への入口で排ガスの流れを拡散させるガス拡散空間を有する排気管１０と、を有する排気通路構造であって、排気管１０は、その排気管１０の外周側に形成され、湾曲部分の外周側の内壁１０ｃに沿って流れる排ガスを、触媒容器９の軸線方向に流れるようにする排ガス流れ方向変更部１０ｂと、排ガス流れ方向変更部１０ｂに連接されて前記触媒容器９と接続する外周側の排気管１０と触媒担体１１とで囲まれるガス拡散空間１５を、湾曲部分の内周側近傍のガス拡散空間１４よりも小さくした空間縮小部１０ｅと、を含むことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は排気通路構造に関する。

触媒コンバータ内のガス流れを改善する装置として、触媒担体の上流側に排ガスの流量や方向等を調節できる制御部材を設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３０３８２７号公報

しかしながら、前述した従来の装置は、触媒担体の上流側に制御部材を設置する空間が触媒コンバータ内に必要となる。そのため、触媒コンバータの大型化や触媒搭載量の低下を招くという問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、触媒コンバータの大型化や触媒搭載量の低下を招くことなく触媒コンバータ内のガス流れを改善することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするため、本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、触媒担体（１１）を内蔵する触媒容器（９）と、前記触媒容器（９）に接続され、その触媒容器（９）の入口直前で排ガスの流れ方向を変更するように湾曲形成されるとともに、前記触媒担体（１１）への入口で排ガスの流れを拡散させるガス拡散空間を有する排気管（１０）と、を有する排気通路構造であって、前記排気管（１０）は、その排気管（１０）の外周側に形成され、前記湾曲部分の外周側の内壁（１０ｃ）に沿って流れる排ガスを、前記触媒容器（９）の軸線方向に流れるようにする排ガス流れ方向変更部（１０ｂ）と、前記排ガス流れ方向変更部（１０ｂ）に連接されて前記触媒容器（９）と接続する外周側の排気管（１０）と前記触媒担体（１１）とで囲まれるガス拡散空間（１５）を、前記湾曲部分の内周側近傍のガス拡散空間（１４）よりも小さくした空間縮小部（１０ｅ）と、を含むことを特徴とする。

触媒容器内に流入するガス流れを改善して、触媒容器全体に均一にガスを流入させることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。

まず図１及び図２を参照して本発明による触媒コンバータが搭載された車両の構成を説明する。図１は、車両全体の概略構成を示す縦断面図である。図２は、図１のII−II線に沿うエンジンルームの概略断面図である。

図１に示すように、車両１の前部にはエンジンルーム２が設けられる。エンジンルーム２には、横置きされたエンジン３が搭載される。エンジン３には、排気マニホールド４及びターボチャージャ５を介して排気を浄化する触媒コンバータ６が接続される。触媒コンバータ６の後方には、エンジンルーム２と車室８とを仕切るダッシュパネル７が設けられる。

本実施形態では、触媒容量やエンジンルーム２の内部に配置される各部品のレイアウトの都合上、触媒コンバータ６を横向きに搭載している。そのため、図２に示すように、ターボチャージャ５の出口から触媒コンバータ６の触媒容器９の入口までの排気管１０を湾曲させる必要がある。

この場合、車両側方に搭載されるＡＢＳコントローラ等の車両補機１１や遮熱板１２により、排気が拡散するのに十分な長さをもった排気管１０を、触媒容器９の軸線Ｌと同方向に設けることができない。したがって、触媒容器９の内部に均一に排気を導入することが難しい。

そこで、本実施形態では、ガスの流れ方向と圧力損失とを調整することで触媒容器９の内部に均一に排気を導入する。

図３は、本発明による触媒コンバータ６の縦断面図である。

触媒コンバータ６は、触媒物質を担持した担体（以下「触媒担体」という）１１を触媒容器９に内蔵したものであり、触媒コンバータ入口６ａから触媒容器入口６ｂまでの排気管１０が湾曲した形状となっている。以下では、必要に応じて軸線Ｌより上側に存在する触媒担体のことをＣＡＴ_upr１２といい、軸線Ｌより下側に存在する触媒担体のことをＣＡＴ_lwr１３という。

また、触媒担体１１の上流側端面の近傍には、ガス拡散用の空間が設けられる。ガス拡散用の空間として、ＣＡＴ_upr１２の上流側端面１２ａの近傍には空間１４が、ＣＡＴ_lwr１３の上流側端面１３ａの近傍には空間１５が設けられる。

排気管１０は、触媒コンバータ入口６ａから軸線Ｌとほぼ平行に延びた後、第１湾曲部１０ａで鈍角に曲がって触媒容器入口６ｂに接続するように形成される。つまり、排気管１０は、軸線Ｌに対して触媒容器側に傾斜した状態で触媒容器入口６ｂに接続している。

排気管１０を、このようなガスの流れ方向が触媒容器９の入口直前で９０度以上変更するようなＵ字形状とした場合、排気管１０を流れる排気の多くは、排気管１０の周壁のうち、外周側の内壁（以下「外側内壁」という）１０ｃに沿って触媒容器９へ流れ込むこととなる。そこで、外側内壁１０ｃに沿って触媒容器９へ流れ込む排気が触媒担体１１の中心へ向かって流れるように、排気管１０に第２湾曲部１０ｂを形成する。

しかしながら、触媒コンバータ６が横向きに搭載されている場合、これだけでは、なお上方から流入してくる排気を触媒容器９の全体に均一に導入することは難しく、ＣＡＴ_lwr１３へ流れ込む排気が多くなる。

そこで、本発明では、空間１５を空間１４よりも狭くなるように設定する。つまり、ＣＡＴ_lwr１３の上流側端面１３ａの近傍のガス拡散用の空間１５を減少させることで局部圧力損失を増大させ、ＣＡＴ_lwr１３に排気が導入されにくくする。これにより、ＣＡＴ_lwr１３に流れ込んでいた排気の一部がＣＡＴ_upr１２へ流れ込むこととなり、触媒担体１１の端面全体に均一に排気を導入させることができる。以下では、空間１４と空間１５の具体的な設定方法について図４を参照して説明する。

図４において、線分Ｍは、第２湾曲部１０ｂと、排気管１０の内周側１０ｆと触媒容器入口６ｂとが接続する部位１０ｄと、を結ぶ線分である。このとき、線分Ｍと触媒容器入口６ｂの断面とがなす角をθ１とする。そして、線分Ｍと軸線Ｌとの交点をＱとする。

線分Ｎは、第２湾曲部１０ｂと、第２湾曲部１０ｂからＣＡＴ_lwr１３へと延びる排気管１０ｅと触媒容器入口６ｂとが接続する部位１０ｇと、を結ぶ線分である。このとき、線分Ｎと触媒容器入口６ｂの断面とがなす角をθ２とする。そして、線分Ｎと軸線Ｌとの交点をＰとする。

以上のようにθ１及びθ２を定義したとき、ｔａｎθ１＞ｔａｎθ２となるように設定する。つまり、交点Ｐが交点Ｑよりも触媒担体側となるように排気管１０を形成する。なお、本実施形態では、ｔａｎθ１＝２ｔａｎθ２となるように設定しており、可能であれば、ｔａｎθ１≧２ｔａｎθ２とすることが望ましい。

次に図５を参照して、本発明よる触媒コンバータ６の作用について説明する。

触媒コンバータ入口６ａからガス量Ｑのガスが流入すると、その半分（１／２Ｑ）以上のガスが、触媒容器９の上流に形成された第２湾曲部１０ｂに衝突する。第２湾曲部１０ｂに衝突したガスは、衝突面となる外側壁１０ｃに沿って流れるため、半分以上のガスがＣＡＴ_lwr１３へ向かって流れることになる。

しかしながら、空間１５を空間１４よりも狭くして、空間１５の局部圧力損失を増大させたため、ＣＡＴ_lwr１３に向かって流れ込んでいた排気の一部がＣＡＴ_upr１２へ流れ込むことになる。

また、第２湾曲部に衝突しなかった半分（１／２Ｑ）以下のガスは、拡散空間１４で拡散される。通常であれば、空間１４で拡散されたガスはそれぞれ半分（１／４Ｑ）ずつＣＡＴ_upr１２とＣＡＴ_lwr１３とに向かって流れ込む。しかし、空間１５を空間１４よりも狭くして、空間１５の局部圧力損失を増大させたため、空間１４で拡散されたガスもＣＡＴ_upr１２に多く流れ込む。

これにより、結果として、触媒担体１１の端面の全体に均一に排気を導入させることができる。

次に、図６及び図７を参照して本発明による触媒コンバータ６の効果について説明する。

図６は、触媒コンバータ内の圧力分布を大中小の３段階に分けて示した図である。

図６に示すように、触媒容器９の内部圧力が、触媒断面径方向に均一に分布していることがわかる。これは、排気が流れやすい触媒担体下側の入口容積を減少させて、触媒担体下側に排気が流れにくくすることで、結果として触媒担体全体に排気が導入されていることを示している。

図７は、触媒断面の流速分布を大中小の３段階に分けて示した図である。

図７に示すように、触媒の上半分と下半分との流速の偏りが少ないことがわかる。

以上説明した本実施形態によれば、排気管１０が触媒容器９の軸線Ｌに対して触媒容器側に傾斜した状態で触媒容器入口６ｂに接続している横置きされた触媒コンバータ６において、触媒容器内に流れ込む排気が触媒担体１１の中心へ向かって流れるように、排気管１０に第２湾曲部１０ｂを形成した。これにより、ＣＡＴ_lwr１３に流入するガス量を制限することができ、ガス拡散の基点を触媒担体１１の中心付近とすることができる。

また、ＣＡＴ_upr１２の上流側端面１２ａの近傍のガス拡散用の空間１４に対して、ＣＡＴ_lwr１３の上流側端面１３ａの近傍のガス拡散用の空間１５の容積が小さくなるように、排気管１０を形成した。これにより、ＣＡＴ_lwr１３に流れ込んでいた排気の一部をＣＡＴ_upr１２へ流れ込ませ、触媒容器全体に均一に排気を導入させることができる。その結果、触媒の利用効率を向上させることができ、排気性能を向上させることができる。また、触媒が均一に反応を起こすため触媒の部分劣化等を防止できる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。例えば、本実施形態では、排気管１０がＵ字形状をしている場合で説明したが、これに限らず流路が複雑な形状をしている場合に適用できる。

車両全体の概略構成を示す縦断面図である。 図１のII−II線に沿うエンジンルームの概略断面図である。 本発明による触媒コンバータの縦断面図である。 ガス拡散空間の設定方法について説明する図である。 本発明よる触媒コンバータの作用について説明する図である。 触媒コンバータ内の圧力分布図である。 触媒断面の流速分布図である。

符号の説明

１ 車両
６ｂ 触媒容器入口
９ 触媒容器
１０ 排気管
１０ｂ 第２湾曲部（ガス流れ方向変更部）
１０ｅ 排気管（空間縮小部）
１１ 触媒担体
１４ ガス拡散空間
１５ ガス拡散空間

Claims (4)

1. 触媒担体を内蔵する触媒容器と、
   前記触媒容器に接続され、その触媒容器の入口直前で排ガスの流れ方向を変更するように湾曲形成されるとともに、前記触媒担体への入口で排ガスの流れを拡散させるガス拡散空間を有する排気管と、
   を有する排気通路構造であって、
   前記排気管は、
   その排気管の外周側に形成され、前記湾曲部分の外周側の内壁に沿って流れる排ガスを、前記触媒容器の軸線方向に流れるようにする排ガス流れ方向変更部と、
   前記排ガス流れ方向変更部に連接されて前記触媒容器と接続する外周側の排気管と前記触媒担体とで囲まれるガス拡散空間を、前記湾曲部分の内周側近傍のガス拡散空間よりも小さくした空間縮小部と、を含む
   ことを特徴とする排気通路構造。
2. 前記排気管は、排気管の外周側と触媒容器とが接続する部位と前記排ガス流れ変更部とを結ぶ線と、前記触媒容器の軸線との交点が、排気管の内周側と触媒容器とが接続する部位と前記排ガス流れ変更部とを結ぶ線と、前記触媒容器の軸線との交点よりも触媒容器側となるように形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の排気通路構造。
3. 前記排ガス流れ変更部は、前記触媒容器の軸線よりも排気管の内周側に形成される
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気通路構造。
4. 前記排気管は、触媒容器の入口直前で排ガスの流れ方向を９０度以上変更させるように湾曲形成される
   ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１つに記載の排気通路構造。

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