| 【発明の名称】 |
内燃機関の排気ガスの排出処理装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】デイデイエ・ミル
【氏名】ジエラール・ボルトリユシ
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| 【要約】 |
【課題】冷却時にエンジンを発進するときの触媒装置の動作条件を改善して汚染防止規格を満たし、バルブの重なり段階でエンジンに過圧波が遡らないようにすることができる内燃機関の排気ガスの排出処理装置を提供する。
【解決手段】主排気ライン１０が、排気管２１、２２、２３、２４によってエンジンの気筒１、２、３、４の出口に一端で接続され、触媒装置１１および少なくとも一つの膨張装置１２を含んでいる。触媒装置１１の入口１１ａは、排気管に直接接続されており、排気ラインは、膨張装置の入口まで排気管の出口とは独立した二つの流れに排気ガスを分離する手段を含む。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 排気管（２１、２２、２３、２４）によってエンジンの気筒（１、２、３、４）の出口に一端が接続されており、排気ガスが流れる長手方向の管路を備えた触媒装置（１１）と少なくとも一つの膨張装置（１２）とを備える主排気ライン（１０）を含むタイプの、内燃機関の排気ガスの排出処理装置であって、触媒装置（１１）の入口（１１ａ）が、排気管（２１、２２、２３、２４）に直接接続されており、排気ライン（１０）が、膨張装置（１２）の入口まで排気管（２１、２２、２３、２４）の出口とは独立した二つの流れに排気ガスを分離する手段（２５；３１；４３ａ、４３ｂ）を含むことを特徴とする内燃機関の排気ガスの排出処理装置。
【請求項２】 第一のマニホルド（２５）が、触媒装置（１１）の入口（１１ａ）に取り付けられて２個の独立したチャンバ（２６ａ、２６ｂ）を含み、各チャンバが、片側で排気管群（２１、２４）に、反対側で触媒装置（１１）の管路群に接続され、第二のマニホルド（３１）が、前記触媒装置（１１）の出口（１１ｂ）に取り付けられて２個の独立したチャンバ（３２ａ、３２ｂ）を含み、各チャンバが、片側で触媒装置（１１）の管路群に、反対側で、前記膨張装置（１２）の入口に接続される連結マニホルド（４３ａ、４３ｂ）に接続されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】 第一のマニホルド（２５）のチャンバ（２６ａ、２６ｂ）が、触媒装置（１１）の入口（１１ａ）側に広がる円錐形であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】 第二のマニホルド（３１）のチャンバ（３２ａ、３２ｂ）が、触媒装置（１１）の出口（１１ｂ）側に広がる円錐形であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】 第一のマニホルド（２５）の各チャンバ（２６ａ、２６ｂ）が、点火順序に従わない２個の気筒（１、２、３、４）の出口に接続されることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】 第一のマニホルド（２５）のチャンバ（２６ａ）が、気筒（１、４）に接続され、前記第一のマニホルド（２５）のチャンバ（２６ｂ）が、気筒（２、３）に接続されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】 排気管（２１、２２、２３、２４）および第一のマニホルド（２５）が、鋳造により一体成形されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気ガスの排出処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の排気ガスは、様々な汚染物質を含んでおり、大気中への廃棄を最大限制限することが必要である。これらの汚染物質は主に、一酸化炭素ＣＯ、不完全燃焼による炭化水素ＨＣ、および窒素酸化物ＮＯｘからなる。
【０００３】自動車の汚染基準に関する規制は、ますます厳しくなる傾向にあり、その結果、新しい規制は、様々な汚染物質について定められた廃棄の上限をますます下げる傾向にある。
【０００４】これらの規制を満たすために、排気ラインにおいてエンジンの排気管と膨張装置との間に触媒装置を介在させることが知られている。触媒装置は、大抵が、触媒材料を吸着させた構造を含む金属外装（エンベロープ）から構成されており、触媒装置を通る排気ガスに対する接触面積が非常に大きい。
【０００５】前述のガスのような汚染ガスは、触媒と接触すると、触媒が排気ガスによって化学反応を開始するのに十分な温度になるやいなや、化学的な酸化もしくは還元反応によって除去される。
【０００６】実際、触媒は、一定の温度、いわゆる開始温度である約３５０℃を越えると、１００％近く有効に作用する。
【０００７】この温度を下回ると、触媒変換の有効性は殆どなくなる。
【０００８】従って、自動車の汚染物質の放出を測定すると、汚染物質の放出のうち約８０％が、触媒が開始されていない段階で放出されており、この段階は、触媒装置がエンジンから離れていればいるほど長くなることが判明している。
【０００９】触媒装置の収量（効率）を改善するために、排気装置に空気噴射技術を用いることも知られている。しかし、この技術は、比較的コストが高くつく。
【００１０】もう一つの解決方法は、エンジンの排気ガスを出すマニホルドのできるだけ近くに触媒装置を配置することからなる。これによって排気装置における空気噴射装置は不要となり、あらゆる場合に触媒装置のセラミックスに吸着された貴金属の量を低減し、冷却時においてエンジン発進後の触媒装置の開始時間を短縮することができる。
【００１１】だが、エンジン性能を良好にするため、製造メーカーはまた、「排気吹き出し（ｂｏｕｆｆｅｅｓ ｄ’ｅｃｈａｐｐｅｍｅｎｔ）」とも称される過圧波現象を考慮に入れなければならない。
【００１２】事実、エンジンバルブの交差あるいは重なり段階（ｐｈａｓｅ ｄｅ ｃｒｏｉｓｅｍｅｎｔ）の間、吸気および排気バルブは同時に開放され、気筒の充填、従ってエンジンの性能が、吸気圧条件および排気圧条件によって左右される。
【００１３】気筒が排気段階を開始すると、燃焼ガスが下死点前で気筒からの排出を開始し、前記過圧波を発生する。この過圧波は、前記気筒に連結された管内に伝播される。
【００１４】過圧波はまた、マニホルド内にも広がる。
【００１５】過圧波が通る経路は多岐にわたるが、特に、排気段階にある気筒から、点火順序においてこの気筒に先行する気筒に向かう経路が存在する。
【００１６】たとえば、過圧波が、点火順序において気筒ｉに続く気筒ｉ＋１から送られる場合、この過圧波は、４個の気筒の流れの合流点を介して気筒ｉの排気バルブに遡る。この過圧波は、気筒ｉの重なり段階中に到着して燃焼ガスを気筒内に送り出すので、前記気筒の充填を低減し、吸入された混合気の温度を上昇させ、エンジン性能を害する。
【００１７】４気筒エンジンの場合、２個の点火装置の間のスペース（ｅｓｐａｃｅ）は１８０°Ｖであり、一般に使用されている排気管の長さで、気筒ｉ＋１が発生する過圧波が気筒ｉの排気管に遡ることが観察され、これは気筒ｉの充填を損なう。
【００１８】こうした典型的な例は、気筒ｉの重なり段階で排気バルブに到達する過圧波に関連している。
【００１９】短いマニホルドの場合、マニホルド内を過圧波が通る時間は常に十分に短く、バルブの重なり中に妨害波が到達してしまう。
【００２０】この現象を回避するために理想的な解決方法は、エンジンからできるだけ離れたところに４気筒の接合点を配置することからなり、これは触媒装置もまた遠ざけることを意味する。
【００２１】しかしながら、汚染を防ぐという上記の制約を考慮すると、この方法を検討することはできない。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、課された汚染防止規格を、冷却時におけるエンジン発進時の触媒装置の動作条件を改善することによって満たすとともに、バルブの重なり段階でエンジンに過圧波が遡らないようにすることができる内燃機関の排気ガスの排出処理装置を提案し、それによって上記の不都合をなくすことにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】従って、本発明の目的は、主排気ラインが、排気管によってエンジンの気筒の出口に一端で接続され、排気ガスが流れる長手方向の管路を備えた触媒装置と少なくとも一つの膨張装置とを備えており、触媒装置の入口が排気管に直接接続され、排気ラインが、膨張装置の入口まで排気管の出口とは独立した二つの流れに排気ガスを分離する手段を含むことを特徴とする内燃機関の排気ガスの排出処理装置を提供することにある。
【００２４】本発明の他の特徴によれば、・第一のマニホルドが、触媒装置の入口に取り付けられて２個の独立したチャンバを含み、各チャンバが、片側で排気管群に、反対側で触媒装置の管路群に接続され、第二のマニホルドが、前記触媒装置の出口に取り付けられて２個の独立したチャンバを含み、各チャンバが、片側で触媒装置の管路群に、反対側で、前記膨張装置の入口に接続される連結マニホルドに接続され、分離手段が、前記第一および第二のマニホルドから形成される。
【００２５】・第一のマニホルドのチャンバが、触媒装置の入口側に広がる円錐形である。
【００２６】・第二のマニホルドのチャンバが、触媒装置の出口側に広がる円錐形である。
【００２７】・第一のマニホルドの各チャンバが、点火順序に従わない２個の気筒の出口に接続される。
【００２８】・第一のマニホルドのチャンバの一方が、第一および第四の気筒に接続され、前記チャンバの他方が、第二および第三の気筒に接続される。
【００２９】・排気管および第一のマニホルドが、鋳造により一体成形される。
【００３０】本発明の特徴および長所は、添付図面に関して例として挙げられた以下の説明を読めば明らかになるであろう。
【００３１】
【発明の実施の形態】図１では、たとえば点火順に直列４気筒１、２、３、４を含む内燃機関Ｍの排気ガスの排出処理装置を示した。
【００３２】排気ガスの排出処理装置は、特に触媒装置１１および第一の膨張装置１２を備えた主排気ライン１０を含む。
【００３３】一般に、触媒装置１１は、触媒材料を吸着させた構造を備える金属外装から構成され、触媒装置を通る排気ガスのための長手方向の流通路を決定する。
【００３４】排気ガスは、触媒と接触すると、触媒が排気ガスによって化学反応を開始するのに十分な温度になるやいなや、化学的な酸化もしくは還元反応によって除去される。
【００３５】触媒装置１１は、エンジンＭの気筒出口付近に配置され、その入口１１ａは、連結要素２０によって前記気筒出口に直接接続されている。
【００３６】触媒装置１１の出口１１ｂは、中間連結要素３０を介して膨張装置１２に接続されている。
【００３７】膨張装置１２の出口は、排気ラインの他の部分に接続されている（図示せず）。
【００３８】一般に、排気ライン１０は、膨張装置１２の入口まで独立した二つの流れに排気ガスを分離する手段を含む。
【００３９】連結要素２０は、マニホルド２５（以下、第一のマニホルドとする）と、各気筒１、２、３、４を第一のマニホルド２５に接続する４個の排気管２１、２２、２３、２４とから構成される。
【００４０】気筒１、２、３、４の出口には、たとえばねじ留め装置（図示せず）を介して端部フランジ２９が固定されており、このフランジは、エンジンＭのシリンダヘッドの排出口にそれぞれ対応する４個の穴を備える。
【００４１】端部フランジ２９に設けられたこれらの穴は、図２に示したように排気管２１、２２、２３、２４によって第一のマニホルド２５に接続される。
【００４２】図３に示したように、触媒装置１１の入口１１ａに取り付けられる第一のマニホルド２５は、内部に２個のチャンバ２６ａ、２６ｂを画定する外装２６を含み、各チャンバは、触媒装置１１の入口１１ａに向かって広がる円錐形である。
【００４３】チャンバ２６ａは、気筒１、４の排気口にそれぞれ接続される第一の排気管群２１、２４に接続され、チャンバ２６ｂは、気筒２、３の排気口にそれぞれ接続される第二の排気管群２２、２３に接続される。
【００４４】かくして、気筒の燃焼室から送られる排気ガスは独立した二つの流れに分離され、気筒の点火順序が１−３−４−２である場合、第一のマニホルド２５では、気筒１、４の燃焼室から送られる第一の流れが燃焼室２６ａに向かい、気筒２、３の燃焼室から送られる第二の流れが燃焼室２６ｂに向かう。
【００４５】実際、第一のマニホルド２５の各チャンバ２６ａ、２６ｂは、点火順序には従わない２個の気筒の出口に接続される。
【００４６】図３に示したように、チャンバ２６ａ、２６ｂは、外装２６の高さ全体に延びる横方向の仕切り２７によって隔てられている。
【００４７】好適には、排気管２１、２２、２３、２４および第一のマニホルド２５は、たとえば鋳造により一体成形された部品である。
【００４８】第一のマニホルド２５の外装２６は、横方向の仕切り２７に酸素センサ（図示せず）を設置するための穴２８を含む。
【００４９】酸素センサを各チャンバ２６ａ、２６ｂに設置する場合、外装２６には前記チャンバにそれぞれ通じる２個の穴が穿孔される。
【００５０】第一のマニホルド２５および排気管２１、２２、２３、２４からなるアセンブリは、図示していないが適切な手段によって触媒装置１１の入口１１ａに固定される。
【００５１】触媒装置１１の出口１１ｂと膨張装置１２の入口との間の連結要素３０は、２個のサブアセンブリを含み、各サブアセンブリは、触媒装置１１の出口１１ｂに固定されるマニホルド３１（以下、第二のマニホルドとする）（図４）と、第二のマニホルド３１および触媒装置１２の入口の間に配置される連結管４１（図５）とからそれぞれ構成される。
【００５２】図４に示した第二のマニホルド３１は、２個のチャンバ３２ａ、３２ｂを内側に画定する外装３２を含んでおり、これらのチャンバは、外装３２の高さ全体に延びる横方向の仕切り３３によって互いに隔てられている。
【００５３】第二のマニホルド３１は、図示していないが適切な手段によって触媒装置１１の出口１１ｂに固定されており、ねじ留め装置（図示せず）によって連結管４１と接続される接続フランジ３４を反対端に含んでいる。
【００５４】第二のマニホルド３１の各チャンバ３２ａ、３２ｂは、触媒装置１１の出口１１ｂに向かって広がる円錐形である。
【００５５】第二のマニホルド３１のフランジ３４は、２個の穴４２ａ、４２ｂを含むフランジ４２によって連結管４１に接続されており、これらの穴は、前記第二のマニホルド３１のチャンバ３２ａ、３２ｂにそれぞれ接続される。
【００５６】連結管４１は、前記連結管４１の長さの一部に延びる２個の管４３ａ、４３ｂを含む第一の部分と、前記連結管４１の他の部分に延びた単一管４４からなる第二の部分とから形成される。
【００５７】管４３ａは、一端で第二のマニホルド３１のチャンバ３２ａに、他端で管４４に接続され、管４３ｂは、一端で前記第二のマニホルド３１のチャンバ３２ｂに、他端でこの管４４に接続される。管４４は、図示していないが適切な手段によって、それ自体が、膨張装置１２の入口に接続される。
【００５８】本発明による排出処理装置により、触媒装置１１はエンジンの近傍に配置され、このエンジンの気筒の出口に直接接続されるので、触媒装置の触媒を速やかに化学反応の開始に十分な温度にすることができる。
【００５９】しかも、本発明による排出処理装置により、有害な過圧波が十分に長い経路の後でしかエンジンに遡れないようにし、前記エンジンのバルブの重なり段階後に過圧波が到達するようにして、排気管の分離を保つことができる。
【００６０】事実、排気ガスは、独立した二つの流れに分離される。
【００６１】気筒１、４から送られる第一の流れは、排気管２１、２４によって第一のマニホルド２５のチャンバ２６ａに向かい、次いで触媒装置１１の第一の管路群を通って、この触媒装置１１の出口に誘導される。また、排気ガスのこうした第一の流れは、第二のマニホルド３１のチャンバ３２ａおよび管４３ａから膨張装置１２に誘導される。
【００６２】気筒２、３から送られる排気ガスの第二の流れは、排気管２２、２３によって第一のマニホルド２５のチャンバ２６ｂに誘導され、次いで触媒装置１１の第二の管路群を通る。触媒装置１１の出口で、排気ガスの第二の流れは、第二のマニホルド３１のチャンバ３２ｂおよび管４３ｂを通過する。
【００６３】その後、二つの流れは一つの流れに集められて、管４４を介して膨張装置１２に誘導される。
【００６４】本発明による排気ガスの排出処理装置の構成は、触媒装置をエンジン付近に設置可能であり、従って、触媒装置の触媒の温度を速やかに上昇するとともに、エンジンのバルブ重なり段階の間に有害な過圧波がエンジンに遡らないようにすることができるという長所を有する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５００３５５６６２
【氏名又は名称】プジヨー・シトロエン・オートモビル・エス・アー
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| 【出願日】 |
平成１３年１月１９日（２００１．１．１９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６２００７
【弁理士】
【氏名又は名称】川口 義雄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２４１３２３（Ｐ２００１−２４１３２３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年９月７日（２００１．９．７） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１１１４１（Ｐ２００１−１１１４１） |
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