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技術 自動車用排気システム

出願人 カルソニックカンセイ株式会社
発明者 野田浩二
出願日 2000年9月8日 (19年0ヶ月経過) 出願番号 2000-273777
公開日 2002年3月27日 (17年5ヶ月経過) 公開番号 2002-089248
状態 未査定
技術分野 推進装置の冷却,吸排気,燃料タンクの配置 排気消音装置 排気の後処理
主要キーワード 円筒管形状 フランジ穴 近傍形 フランジ継ぎ手 四角穴 同一流路 ツインカム 下流側フランジ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2002年3月27日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

背圧増加の防止と浄化効率の向上とをバランス良く満足できる自動車用排気システムを提供する。

解決手段

ツインカムエンジン排気ポート1〜4を二つの排気弁の突き合わせ形状に外接四隅にRを有する四角形状とし、エキゾーストマニホールド7のフランジ穴9〜12と分岐管13〜16のフランジ固着部近傍形状を排気ポートと同形状とし、排気ポート1,4を合流した分岐管の集合部19と、排気ポート2,3を合流した分岐管の集合部20とをメタル担体触媒コンバータ21,22に連接し、そのコンバータの下流側同士を、集合部に仕切り26aを有した集合管23と仕切り付きフランジ継ぎ手30を介して仕切り付きフロント管27に接続し、その下流側を合流し低背圧床下触媒コンバータ29に接続した構成。

概要

背景

従来の排気系は、近年の大気汚染問題に対応して排気浄化性能の向上のため1排気系に対し1触媒コンバータとしていたものを、複数の触媒コンバータで対応するようになってきている。具体的には、触媒コンバータを床下位置に配置するのみでなくエキゾーストマニホールド直下にも配置し、エンジン始動直後浄化性能を早期に向上させる工夫を行なっている。

概要

背圧増加の防止と浄化効率の向上とをバランス良く満足できる自動車用排気システムを提供する。

ツインカムエンジン排気ポート1〜4を二つの排気弁の突き合わせ形状に外接四隅にRを有する四角形状とし、エキゾーストマニホールド7のフランジ穴9〜12と分岐管13〜16のフランジ固着部近傍形状を排気ポートと同形状とし、排気ポート1,4を合流した分岐管の集合部19と、排気ポート2,3を合流した分岐管の集合部20とをメタル担体触媒コンバータ21,22に連接し、そのコンバータの下流側同士を、集合部に仕切り26aを有した集合管23と仕切り付きフランジ継ぎ手30を介して仕切り付きフロント管27に接続し、その下流側を合流し低背圧床下触媒コンバータ29に接続した構成。

目的

本発明の解決しようとする課題は、設計の自由度が大きく、また、加工コストの低減ができるうえで、背圧増加の防止と浄化効率の向上をバランス良く満足できる自動車用排気システムを提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

ツインカムエンジン排気ポートを、二つの排気弁の突き合わせ形状に外接四隅にRを有するR付き四角穴に設け、エキゾーストマニホールドフランジの穴を前記エンジンの排気ポートと同形状に設け、かつ、前記フランジに固着される分岐管をその取り付け部近傍ではフランジ穴と同形状のR付き四角管とすると共に、その後徐々に円筒管形状に変化させ、前記排気ポートを1ないし4の配置順で示すもののうち排気ポート1および排気ポート4と連通する分岐管の集合部と、同排気ポート2および排気ポート3と連通する分岐管の集合部とをそれぞれ独立したメタル担体触媒コンバータ連接し、前記メタル担体触媒コンバータの下流側同士を、集合部に仕切りを有した仕切り付き集合管と仕切り付きフランジ継ぎ手を介して仕切り付きフロント管に接続し、前記仕切り付きフロント管の下流側を合流させて低背圧床下触媒コンバータに接続していることを特徴とする自動車用排気システム

請求項2

仕切り付きフランジ継ぎ手の仕切り板上流側フランジに固定の仕切り板と下流側フランジに固定の仕切り板とで形成すると共に、前記上流側フランジの仕切り板を下流側に円弧状に突出し、前記下流側フランジの仕切り板先端を前記円弧状突出部に沿う凹状に形成しフランジ同士は固定状態としたことを特徴とする請求項1記載の自動車用排気システム。

請求項3

床下触媒コンバータが円筒型セラミック担体触媒コンバータであり、仕切り付きフロント管下流側はフランジ継ぎ手を介して前記床下触媒コンバータのディフューザに接続され、同下流側は前記フランジ継ぎ手部分で合流することを特徴とする請求項1または請求項2記載の自動車用排気システム。

技術分野

0001

本発明は、自動車用排気システムに関し、特に背圧増加の防止と浄化効率の向上に優れた自動車用排気システムに関する。

背景技術

0002

従来の排気系は、近年の大気汚染問題に対応して排気浄化性能の向上のため1排気系に対し1触媒コンバータとしていたものを、複数の触媒コンバータで対応するようになってきている。具体的には、触媒コンバータを床下位置に配置するのみでなくエキゾーストマニホールド直下にも配置し、エンジン始動直後浄化性能を早期に向上させる工夫を行なっている。

発明が解決しようとする課題

0003

しかしながら、上記従来の自動車用排気システムにあっては、下記のような問題点があった。
(1)触媒コンバータというエンジン背圧を高める要素を殖やすことは、エンジン出力に悪影響を与える。
(2)エキゾーストマニホールド直下に触媒コンバータを配置することから、背圧増加によるエンジン出力の低下が直ちにエンジンに現れる。
(3) これらの問題から、背圧の改善とこれに反作用的な浄化効率の改善を両立する排気系が望まれていた。

0004

本発明の解決しようとする課題は、設計の自由度が大きく、また、加工コストの低減ができるうえで、背圧増加の防止と浄化効率の向上をバランス良く満足できる自動車用排気システムを提供することにある。

課題を解決するための手段

0005

上記課題を解決するために、本発明請求項1記載の自動車用排気システムにあっては、ツインカムエンジンの排気ポートを、二つの排気弁の突き合わせ形状に外接四隅にRを有するR付き四角穴に設け、エキゾーストマニホールドのフランジの穴を前記エンジンの排気ポートと同形状に設け、かつ、前記フランジに固着される分岐管をその取り付け部近傍ではフランジ穴と同形状のR付き四角管とすると共に、その後徐々に円筒管形状に変化させ、前記排気ポートを1ないし4の配置順で示すもののうち排気ポート1および排気ポート4と連通する分岐管の集合部と、同排気ポート2および排気ポート3と連通する分岐管の集合部とをそれぞれ独立したメタル担体触媒コンバータ連接し、前記メタル担体触媒コンバータの下流側同士を、集合部に仕切りを有した仕切り付き集合管と仕切り付きフランジ継ぎ手を介して仕切り付きフロント管に接続し、前記仕切り付きフロント管の下流側を合流させて低背圧床下触媒コンバータに接続していることを特徴とする。

0006

請求項2記載の自動車用排気システムにあっては、請求項1記載の自動車用排気システムにおいて、仕切り付きフランジ継ぎ手の仕切り板上流側フランジに固定の仕切り板と下流側フランジに固定の仕切り板とで形成すると共に、前記上流側フランジの仕切り板を下流側に円弧状に突出し、前記下流側フランジの仕切り板先端を前記円弧状突出部に沿う凹状に形成しフランジ同士は固定状態としたことを特徴とする。

0007

請求項3記載の自動車用排気システムにあっては、請求項1または請求項2記載の自動車用排気システムにおいて、床下触媒コンバータが円筒型セラミック担体触媒コンバータであり、仕切り付きフロント管下流側はフランジ継ぎ手を介して前記床下触媒コンバータのディフューザに接続され、同下流側は前記フランジ継ぎ手部分で合流することを特徴とする。

0008

請求項1記載の発明では、上述のように構成されるため、エンジンシリンダの各排気は、爆発順序を排気ポート1ないし(以下、ないしを〜と記載)4の並びで見て1−2−4−3とすると、まず排気ポート1の排気が分岐管からその集合部を介し一方のメタル担体触媒コンバータを流下し、その下流では仕切り付き集合管の一方から仕切り付きフランジ継ぎ手と仕切り付きフロント管を介し、常に一方側の流路を流下して床下配置のセラミック担体触媒コンバータに達することになる。一方、前記排気ポート1の排気に続いて次の爆発による排気ポート2から排出される排気は、分岐管から集合部を介し他方のメタル担体触媒コンバータを流下し、その下流では仕切り付き集合管の他方から仕切り付きフランジ継ぎ手と仕切り付きフロント管を介し、常に他方側の流路を流下して床下配置のセラミック担体触媒コンバータに達する。次の排気ポート4からの排気は、前記排気ポート1からの排気と同様に、床下配置のセラミック担体触媒コンバータに達するまで常に一方側の流路を経由して流下するため、前記排気ポート2からの排気とは干渉する事がなく、また、前記先行する排気ポート1の排気に対しては180度遅れで流下するものであるから、床下配置のセラミック担体触媒コンバータに到達するまで干渉することがない。

0009

前記排気ポートのR付き四角穴と合同形のフランジの穴およびフランジの穴と分岐管は合同形としていることから、前記エンジンシリンダからの各排気の流速乱れが生じない。また、エキゾーストマニホールドから床下配置の触媒コンバータまではデュアル化した一本の配管を通すのみであるから、狭いエンジンルームでも周辺レイアウト制約されることなく配置でき、排気の脈動と流れを良好に維持する。

0010

従って、以下に列挙するような効果が得られる。
(1)排気ポートと合同形のフランジの穴およびそれに続く分岐管により、各排気の流れが良くなりエンジンシリンダでの背圧防止効果を落すことがないと共に、狭小なエンジンルームでの設計の自由度を増し、無駄がなく精度の良い排気経路を得ることができる。また、分岐管の加工コストを低減することができる。
(2) 分岐管からフロント管まで2つの排気ポートの排気流下タイミングのずれを利用した吸引効果を維持すると共に、床下触媒コンバータの直前まで各排気の排気干渉による背圧を避けることができる。
(3)排気温度が高い間に、昇温特性が良好であると共に壁厚が薄く抵抗が低いメタル担体コンバータを流下させることにより、コールドスタート時の浄化特性の向上を図ると共に、背圧増加を可及的に防止することができる。
(4) 床下触媒コンバータの入口に達して初めて各排気が合流し、脈動を維持して触媒コンバータを流下することにより、十分な排気浄化を達成することができる。
これにより、可及的に背圧上昇を防止すると共に、浄化効率を上昇させバランスの良い自動車用排気システムを得ることができる。

0011

請求項2記載の発明では、メタル担体触媒コンバータを流下した排気は、仕切り付き集合管から仕切り付きフランジ継ぎ手が有す端部同士を円弧状に沿わせた一対の仕切り板を介して仕切り付きフロント管に流下する。このため、排気ポートからの各排気は、仕切り付きフランジ継ぎ手内でも合流することなくスムーズに仕切り付きフロント管に流下し背圧上昇を防止することができる。

0012

請求項3記載の発明では、フランジ継ぎ手で合流する排気は円形断面のセラミック担体触媒コンバータにディフューザを介して流下する。このため、触媒コンバータの直前まで脈動を保持した排気は楕円断面の触媒コンバータより流下特性の良い円形断面の触媒コンバータとの相乗効果により、背圧上昇をより効果的に防止すると共に、浄化効率を上昇させバランスの良い自動車用排気システムを低コストで得ることができる。

発明を実施するための最良の形態

0013

以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。図1は実施の形態の自動車用排気システムを示す説明図である。同図(イ),(ロ)に示すように、1〜4はツインカムエンジン5において数値順に並んだ排気ポートであり、それぞれ二つの排気弁の突き合わせ形状6に外接する長辺側直線部6aと短辺側直線部6bで形成する矩形の四隅にRを設けることにより、四隅に丸みを有する四角穴に形成している。8はエキゾーストマニホールド7のフランジであり、このフランジ8に設けた穴9〜12は、前記ツインカムエンジン5の排気ポート1〜4と同一ピッチで同形状、つまり図2に示すように、長辺側直線部6aと短辺側直線部6bで形成する矩形の四隅にRを設けることにより、四隅に丸みを有する四角穴に形成している。

0014

13〜16はエキゾーストマニホールド7の分岐管であり、それぞれ前記穴9〜12に合わせフランジ8に固着している。この分岐管13〜16は、図1(ハ)に示すように、フランジ8への取り付け部近傍ではフランジ穴と同形状のR付き四角管形状17とすると共に、その後徐々に円筒管形状18に変化している。また、このエキゾーストマニホールド7において、前記排気ポート1〜4の配置順で示すもののうち排気ポート1および排気ポート4を連通した分岐管13,16の集合部19と、同排気ポート2および排気ポート3を連通した分岐管14,15の集合部20とをそれぞれ独立したメタル担体触媒コンバータ21,22に連接している。このメタル担体触媒コンバータ21,22は、共にφ80×115mmの円筒状のハニカム体であり、例えば20Cr−5AlSUS合金板厚30μm・ハニカム密度600セル仕様のものが適用できる。

0015

23は仕切り付き集合管であり、前記メタル担体触媒コンバータ21,22の下流側同士をそれぞれ分岐部24,25に接続している。この仕切り付き集合管23は、図1(ニ)に示すように、SUS鋼板をプレスして設けた一対の部品23a,23bをもなか合わせにして形成したものであり、集合部26に仕切り26aを設けて合流不可能に形成している。

0016

27は仕切り付きフロント管であり,図1(ホ)に示すように、内部を仕切り27aで2分割している。この仕切り付きフロント管27はフランジ継ぎ手28を介して終端を床下配置の円筒型で低背圧型のセラミック担体触媒コンバータ29に接続している。このセラミック担体触媒コンバータ29は、φ120×50mmの低円筒型ハニカム体であり、例えば壁厚2ミル(65μm)・ハニカム密度900セル仕様のものが適用できる。29aは仕切り付きフロント管27の下流側をフランジ継ぎ手28で接続したディフューザである。

0017

30は仕切り付きフランジ継ぎ手であり、前記仕切り付き集合管23の下流側を前記仕切り付きフロント管27に接続するものである。この仕切り付きフランジ継ぎ手30の仕切りは、図3に示すように、前記仕切り付き集合管23の仕切り26aに連続し上流側フランジ30aに固定の仕切り板31と、前記仕切り付きフロント管27の仕切り27aとで形成している。また、前記上流側フランジの仕切り板31には、下流側に突出した円弧状突出部32を設け、前記下流側フランジの仕切り板27aには、先端が前記円弧状突出部に沿う凹状部27bを設けている。この仕切り付きフランジ継ぎ手30は、フランジ30a,30b同士をボルトナットで固定した際にわずかな隙間を介して対向するようになっている。

0018

次に、本実施の形態の作用を説明する。エンジンシリンダの各排気は、爆発順序を排気ポート1〜4の並びで見て1−2−4−3とすると、まず排気ポート1の排気が分岐管13から集合部19を介し一方のメタル担体触媒コンバータ21を流下し、仕切り付き集合管23の一方から仕切り付きフランジ継ぎ手30と仕切り付きフロント管27を介し、常に一方側の流路を流下した後、床下セラミック担体触媒コンバータ29直前のフランジ継ぎ手28に達し、このフランジ継ぎ手28で初めて合流してからセラミック担体触媒コンバータ29にディフューザ29aを介して流下する。前記排気ポート1の排気に続いて次の爆発工程による排気ポート2から排気が排出される。この排気は分岐管14から集合部20を介し他方のメタル担体触媒コンバータ22を流下し、仕切り付き集合管23の他方から仕切り付きフランジ継ぎ手30と仕切り付きフロント管27を介し、常に他方側の流路を流下して床下配置のセラミック担体触媒コンバータ29に達する。更に次の爆発工程により、排気ポート4から排出された排気は、床下配置のセラミック担体触媒コンバータ29に達するまで常に一方側の流路を流下するため、前記排気ポート2からの排気とは干渉する事がない。この排気ポート4からの排気は、前記排気ポート1と集合部19で流路が合流して同一流路を経由して流下するが180度遅れであり、互いに干渉することがないと共に、排気ポート1からの排気が流下した後、短時間排気が無い状態、すなわち負圧状態となるので、この排気ポート4からの排気は吸引効果で円滑に流下する。更に、排気はこの吸引効果を維持して床下配置のセラミック担体触媒コンバータ29まで流下することができる。

0019

また、前記エンジンシリンダからの各排気は、排気ポート1〜4の形状により、それぞれ二つの排気弁の突き合わせ形状6に外接する長辺側直線部6aと短辺側直線部6bで形成する矩形の四隅にRを設けた形状で排出される。この後、フランジの穴9〜12とそれに続く分岐管13〜16では、前記排気ポート1〜4と合同形の形状となっていることから、流速に乱れなく流下する。更にまた、エキゾーストマニホールドに連設した前記触媒コンバータ21,22は、板厚30μmと薄手のSUS合金を用い、ハニカム密度600セル、約φ80×115mmの円筒状のメタル担体からなるので、セラミックスに比較して昇温速度が早くコールドスタート時の排気浄化効率が高い。しかも、二系統排気流路それぞれに設けられているので、背圧増加を可及的に防止している。更に床下に設けられた触媒コンバータ29は、壁厚2ミル(65μm)のセラミック担体では薄壁材であり、ハニカム密度900セルで約φ120×50mmの円筒状のセラミック担体触媒コンバータからなるので、セル数が多いにもかかわらず薄壁にすることにより排気抵抗を小さくして背圧の増加を防止している。また、入口面積を大きくすると共に長さを短くすることにより、合流した排気が流下しても背圧が増加しないようにしている。そして、このように構成することにより、複数の触媒コンバータを用いているにもかかわらず、排気系全体の背圧を可及的に押えることができた。

0020

従って、この実施の形態1では下記のような効果が得られる。
(1)背圧を増加させる要素である触媒コンバータを複数用いているにもかかわらず、可及的に背圧の増加を防止することができる。
(2)排気ポート1〜4と合同形のフランジの穴9〜12およびそれに続く分岐管13〜16により、各排気の流れが良くなりエンジンシリンダでの背圧防止効果を落すことがないと共に、狭小なエンジンルームでの設計の自由度を増し、無駄がなく精度の良い排気経路を得ることができる。また、分岐管13〜16の加工コストを低減することができる。
(3) 分岐管13と16または14と15からフロント管27まで、2つの排気ポートの排気流下タイミングのずれを利用した吸引効果を維持すると共に、床下触媒コンバータ29の直前まで各排気の排気干渉による背圧を避けることができる。
(4)排気温度が高い間に、壁厚が薄く排気抵抗が低いメタル担体コンバータ21,22を流下させることにより、コールドスタート時の浄化特性の向上を図ると共に、背圧増加を可及的に防止することができる。
(5) 床下のメタル担体触媒コンバータ29の入口に達して初めて各排気が合流し、そこまで脈動を維持して触媒コンバータを流下することにより、十分な排気浄化を達成することができる。
これにより、可及的に背圧上昇を防止すると共に、浄化効率を上昇させバランスの良い自動車用排気システムを得ることができる。

0021

以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明の具体的な構成は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更などがあっても本発明に含まれる。例えば、実施の形態では4気筒のエンジンで説明してきたが、同様の構成とすることにより、8気筒エンジンにも採用することができる。

図面の簡単な説明

0022

図1(イ)は本発明実施の形態の自動車用排気システムを示す説明図、(ロ)は(イ)図の排気ポートを示す拡大図、(ハ)は同図分岐管のフランジ穴側形状を示す説明図、(ニ)は同図のA−A線による断面図、(ホ)は同図のB−B線による断面図である。
図2実施の形態のフランジとフランジ穴の一部を示す正面図である。
図3実施の形態の仕切り付きフランジ継ぎ手を示す断面図である。

--

0023

1〜4排気ポート
5ツインカムエンジン
6 二つの排気弁の突き合わせ形状
7エキゾーストマニホールド
8 エキゾーストマニホールドのフランジ
9〜12 フランジの穴
13〜16 エキゾーストマニホールドの分岐管
17 R付き四角管形状
18円筒管形状
19,20 分岐管の集合部
21,22メタル担体触媒コンバータ
23仕切り付き集合管
26 仕切り付き集合管集合部
26a 仕切り付き集合管の仕切り
27 仕切り付きフロント管
27a 仕切り付きフロント管の仕切り
27b 仕切り付きフロント管の仕切りの凹部
29セラミック担体触媒コンバータ
30 仕切り付きフランジ継ぎ手
31上流側フランジの仕切り板
32 上流側フランジの仕切り板の円弧状突出部

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