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JP2004076587A - Exhaust pipe structure of internal combustion engine - Google Patents

Exhaust pipe structure of internal combustion engine Download PDF

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JP2004076587A
JP2004076587A JP2002233716A JP2002233716A JP2004076587A JP 2004076587 A JP2004076587 A JP 2004076587A JP 2002233716 A JP2002233716 A JP 2002233716A JP 2002233716 A JP2002233716 A JP 2002233716A JP 2004076587 A JP2004076587 A JP 2004076587A
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JP
Japan
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pipe
catalyst
exhaust pipe
catalyst case
exhaust
Prior art date
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Application number
JP2002233716A
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Japanese (ja)
Inventor
Junichi Yamaguchi
山口 淳一
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】構成部品の配置変更やマフラの大型化を抑制しつつも、排気音の発生をより抑えることができる内燃機関の排気管構造を提供する。
【解決手段】内管25と触媒ケース31とを接続し、外管26と触媒ケース31の外周面から離間した状態でその外周面の全体を覆うとともに前記触媒後端パイプ34が接続される外筒部33とを接続する。また、外筒部33内には、触媒ケース31の外周面と外筒部33の内周面との間の空間35を上流側区画室35aと下流側区画室35bとに区画する区画板36を設ける。また、内管25の壁面に対し、同内管25の外周面と外管26の内周面との間の空間26aと内管25の内部の空間25aとを連通する共鳴用開口37を設け、その空間26aにおける共鳴用開口37の中心よりも下流に共鳴パイプを形成する。また、上流側区画室35aを、上記共鳴パイプに連結される共鳴室とする。
【選択図】   図1
Provided is an exhaust pipe structure of an internal combustion engine that can suppress generation of exhaust noise while suppressing a change in arrangement of components and an increase in the size of a muffler.
An inner tube is connected to a catalyst case, and the outer tube is entirely separated from the outer surface of the catalyst case, and the outer tube is connected to the catalyst rear end pipe. The tube part 33 is connected. A partition plate 36 for partitioning a space 35 between the outer peripheral surface of the catalyst case 31 and the inner peripheral surface of the outer cylinder portion 33 into an upstream compartment 35a and a downstream compartment 35b is provided in the outer cylinder 33. Is provided. In addition, a resonance opening 37 is provided in the wall surface of the inner tube 25 for communicating a space 26a between the outer peripheral surface of the inner tube 25 and the inner peripheral surface of the outer tube 26 with the space 25a inside the inner tube 25. A resonance pipe is formed downstream of the center of the resonance opening 37 in the space 26a. Further, the upstream compartment 35a is a resonance chamber connected to the resonance pipe.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気管構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の排気系には、同機関から排出された排気を浄化するための触媒コンバータや、排気が上記排気系内を流通することにより生じる排気音を消音するためのマフラが設けられている(例えば特許第3078253号公報や実開昭55―135118号公報等参照)。
【0003】
また、このような排気系にあっては、上記触媒コンバータ内の触媒が機関始動後において速やかに活性状態となるように、同触媒を排気の熱を利用して暖機することがあり、この場合には、排気の保温を目的として、上記排気系における触媒コンバータの上流側に二重管構造の排気管が用いられることも多い。
【0004】
また一般に、前記内燃機関が搭載される車両では、前記排気系は、当該車両の床下スペースに配設されている。なお、この床下スペースには、上記排気系を構成する部品の他にも、例えば車両の足回り部品や燃料タンクなどの多くの構成部品が設けられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関の排気系に上記マフラが設けられるとはいえ、このマフラはあくまで、上記排気音の音圧レベルを低減するためのものでしかなく、同マフラを通じて排気音が完全に消音される訳ではない。
【0006】
一方、近年は、車両走行時等の静粛性に対する要求もより高まりつつある。そして、こうした要求に応えるべく、上記排気音の音圧レベルの更なる低減を図ろうとすると、自ずと上記マフラ自体の容量を増加させざるを得なくなる。
【0007】
しかしながら上述のように、車両の床下スペースには十分な空きがないことが多いため、上記マフラの容量増加にも自ずと限界が生じる。結局、上記静粛性に対する要求に応えようにも、スペース的な制約から、その実現が困難なものとなっている。
【0008】
もっとも、上記床下スペースに設けられる各種構成部品を含めて、前記車両に搭載される各種構成部品の配設態様を根本的に変更するなどすれば、容量の大きなマフラであれ、これを設けることが可能となることもある。ただし、このような設計の変更は大掛かりなものとなり、生産コスト等の面でも不利となる。
【0009】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、構成部品の配置変更やマフラの大型化等を招くことなく、より高い静粛性を実現することのできる内燃機関の排気管構造を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
請求項1に記載の発明は、内燃機関の排気マニホールドと同機関からの排気を浄化する触媒が収容された触媒コンバータとの間を内管と外管とからなる二重管構造とし、このうちの内管の管壁に共鳴用の開口を設けることによって、それら内管と外管との間に共鳴パイプを形成したことを要旨とする。
【0011】
一般に、触媒コンバータが例えば車両の床下スペースに配置される場合、排気マニホールドと触媒コンバータとの間には、内管と外管とからなる二重管構造を有する二重管が比較的長い管長を有して設けられている。これにより、前記内管の管壁に設けられる共鳴用の開口の中心から前記二重管構造を有する部分の端部までにおける内管の軸線に沿った長さ(共鳴パイプ長)を十分に確保することができる。
【0012】
このため、内燃機関の排気系において一般的に設けられるマフラの容量を増加することなく、内燃機関からの排気が排気系内を流通する際に生じる低周波音を消すことができ、排気音の発生をより抑えることができる。また、前記マフラを大きくする必要がないため、同マフラが外部から視認されることがなく、例えば車両等の見栄えが悪化することを抑制することができる。
【0013】
また従来では、内燃機関の排気系に触媒コンバータが設けられる場合には、排気を保温するために内燃機関と触媒コンバータとの間を二重管構造とすることが多く、その二重管構造における内管の外周面と外管の内周面との間の空間は、専ら断熱層として利用されるのみであった。
【0014】
これに対して上記構成では、二重管構造の内管の外周面と外管の内周面との間の空間は、断熱層として利用されるのみならず、共鳴パイプとしても利用されることとなる。このため、例えば排気系における一重の排気管の外周面の一部を覆うように外管を設けるなどして、共鳴パイプとして機能する空間を格別に形成する必要がなくなる。また、前記排気系が、例えば車両の床下スペースの限られた空間に設けられる場合であっても、その床下スペースを有効に活用することができる。
【0015】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の排気管構造において、前記共鳴用の開口の前記内管における軸線方向の位置および前記内管の外径および前記外管の内径は、当該排気管の共鳴周波数、および前記排気が前記二重管構造を構成する内管の内部を流通する際に生じる気柱共鳴の振動波形に応じて設定されてなることを要旨とする。
【0016】
上記構成によれば、格別の装置等を設けることなく簡素な構成で所望の共鳴周波数や気柱共鳴を消音することができる。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の内燃機関の排気管構造において、前記二重管構造を構成する内管は、前記触媒コンバータにおいて前記触媒が収容された触媒ケースに接続されてなり、該触媒ケースの外側には、前記二重管構造を構成する外管が延長されるかたちで、かつ前記触媒ケースの外周面から離間された状態でその外周面の全周を覆う外筒部が設けられてなり、該外筒部の前記外管につながる側の他端が、前記触媒ケースの外周面もしくは同触媒ケースの下流側の排気管に接続されて、前記触媒ケースと前記外筒部との間に前記共鳴パイプと連結される共鳴室であるマフラが形成されてなることを要旨とする。
【0017】
一般に、触媒コンバータは、内燃機関の排気量が大きくなるほど多くの触媒が必要とされるため、その触媒ケースも自ずと大きなものとなる。また通常、例えば内燃機関が車両に搭載され、触媒コンバータが車両の床下スペースに配置される場合には、前記床下スペースにおいて触媒コンバータが配置される部分は、同一のプラットフォーム間では、最も大きな触媒ケースを有する触媒コンバータに合わせてその搭載スペースが確保される。そして、比較的小さな触媒ケースを有する触媒コンバータが上記車両の床下スペースに配置される場合には、その床下スペースにおいて触媒ケースの周囲に空きが生じることとなる。
【0018】
この点、上記構成によれば、上述のように床下スペースにおいて触媒ケースの周囲に空いた部分が形成される場合には、その触媒ケースの周囲の空いた部分に前記外筒部が設けられることとなる。このため、前記車両の床下スペースに配置された構成部品を配置変更することなく外筒部を設けることができる。
【0019】
また、二重管構造の内管の外周面と外管の内周面との間に、例えばワイヤメッシュ等の介在物を設けなくてもそれら内管と外管との接触を抑制することが可能となる。これにより、二重管構造の排気管内を排気が流通している際に、その二重管構造の内管の熱が外管に直接伝わったり、前記介在物を介して伝わったりすることがない。このため、内燃機関からの排気が内管の内部を流通する際、その排気の熱が内管に伝わりにくくなり、排気の温度を低下しにくくすることができる。この結果、温度が高く維持された排気を触媒ケース内に流入させることができ、その触媒ケース内の触媒を好適に昇温することができる。また、同触媒の暖機性を向上することができる。
【0020】
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の内燃機関の排気管構造において、前記外筒部は、前記触媒ケースの全体を覆うとともに、該触媒ケースの下流側直近の排気管に接続されてなり、同外筒部の内部には、前記マフラを上流側区画室と下流側区画室とに区画する区画板が設けられるとともに、同外筒部に接続された排気管と前記触媒ケースとは互いに離間した状態に維持されてなることを要旨とする。
【0021】
上記構成によれば、触媒ケースの外周面と外筒部の内周面との間の空間における上流側区画室が共鳴室としての機能を有する一方、下流側区画室が、触媒ケースの内部を通過して触媒ケースの下流側直近の排気管の内部に流入する排気を膨張させる膨張室としての役割を担うこととなる。このため、排気が二重管構造をなす排気管内を流通する際に生じる排気音のレベルをより好適に低く抑えることができる。
【0022】
また、触媒ケースと、同触媒ケースの下流側直近の排気管とが直接接続されていないため、二重管構造をなす排気管内を高温の排気が流通している際の内管と外管との熱膨張によって内管が外管に対して相対変位しても、その熱膨張差を好適に吸収することができる。また、この熱膨張を吸収するために格別の部品を設けなくてもよいため、排気系の部品点数の増大を抑制することができる。
【0023】
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の内燃機関の排気管構造において、前記触媒ケースは、その下流側の部分において下流に向かうほどその内径が徐々に小さくなるコーン部を有し、同コーン部は、その下流側先端の開口が前記外筒部に接続された排気管における上流側の開口と対向するように設けられてなることを要旨とする。
【0024】
上記構成によれば、触媒ケース内を流通する排気は、同触媒ケースの下流側のコーン部によって、外筒部が接続された排気管の開口へと整流される。このため、触媒ケース内を流通する排気が、前記外筒部が接続された排気管の内部へ流入する際の通気抵抗が増大することを抑制することができ、ひいては、機関出力の低下を抑制することができる。
【0025】
請求項6に記載の発明は、請求項4または5に記載の内燃機関の排気管構造において、前記触媒ケースには、少なくとも該触媒ケースの内部に生じる水分を前記下流側区画室内に排出するための水抜き孔が設けられてなることを要旨とする。
【0026】
一般に、内燃機関の運転停止後において、同内燃機関が夜間等の外気温度の低い環境下で放置されると、エキゾーストマニホールドおよび二重管構造を構成する排気管および触媒ケース等は、その温度の低い外気によって急速に冷却される。そして、それらエキゾーストマニホールドおよび二重管構造を構成する排気管および触媒ケース等の壁面とそれらの内部に残留している排気との温度差により、その排気中の水蒸気等が凝縮され、水分、いわゆる凝縮水が発生する。
【0027】
この凝縮水が触媒コンバータの内部に徐々に溜まり、前記触媒が凝縮水に長時間浸かるようなことがあると、その触媒における凝縮水に浸かっている部分の成分が凝縮水中に溶出することがあり、触媒による排気の浄化性能の低下を招く要因となる。
【0028】
この点、上記構成によれば、エキゾーストマニホールドおよび二重管構造を構成する排気管および触媒ケース等の内部に凝縮水が生じても、その凝縮水は、排気とともに触媒ケース内の触媒の内部を通過し、その後、触媒ケースに設けられた水抜き孔を介して前記外筒部内の下流側区画室へと速やかに排出される。
【0029】
このため、凝縮水が触媒ケース内に溜まることによる触媒と凝縮水との長時間に亘る接触、および触媒の成分の凝縮水への溶出を抑制することができ、ひいては、触媒コンバータによる排気の浄化能力の低下を抑制することができる。
【0030】
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の内燃機関の排気管構造において、前記外筒部に接続された排気管の下面は、前記触媒コンバータ内の触媒の下面よりも重力方向下方に設けられ、前記水抜き孔は、該外筒部に接続された排気管の下面よりも更に重力方向下方に設けられてなることを要旨とする。
【0031】
上記構成によれば、触媒ケースの内部等にて生じた凝縮水は、同触媒ケースの内部において触媒に接触するほど溜まることなく外筒部内の下流側区画室内へと排出される。さらに、この下流側区画室へと排出された凝縮水は、触媒ケース内の触媒に接触する前に前記外筒部が接続された排気管の内部へと排出される。
【0032】
このため、凝縮水が触媒ケース内に溜まることに起因した触媒と凝縮水との長時間に亘る接触を確実に抑制することができる。
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の内燃機関の排気管構造において、前記外筒部に接続された排気管は、その上流側の端部が前記外筒部の内部に挿入された状態で接続されてなり、同排気管における前記外筒部の内部に挿入された部分は、その上流側に向かうほど拡径される態様で形成されてなることを要旨とする。
【0033】
上記構成によれば、触媒ケースの内部から前記外筒部内の下流側区画室へと排出された凝縮水は、排気が排気系内を流通している際において、その排気に引っ張られるかたちで前記外筒部が接続された排気管における外筒部の内部に挿入された部分の内周面上を下方から上方へと流れる。このため、上記下流側区画室内の凝縮水を、排気の流れを利用して前記外筒部が接続された排気管の内部へと容易に排出させることができる。
【0034】
請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の内燃機関の排気管構造において、前記外筒部に接続された排気管は、その軸線が前記外筒部の軸線よりも重力方向下方に位置するように接続されてなることを要旨とする。
【0035】
上記構成によれば、外筒部における内周の下面と、同外筒部が接続された排気管における内周の下面との間の距離を小さくすることができる。このため、外筒部内の下流側区画室の内部に溜まる前記凝縮水の量を減少させることができる。
【0036】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、車載内燃機関の排気管構造に具体化した一実施形態について、図1および図2を参照して説明する。
【0037】
図1に示されるように、内燃機関10のシリンダヘッド11には、その排気ポート12に連通されるように排気系20が接続されている。
この排気系20は、内燃機関10側から順に、エキゾーストマニホールド21、フロントパイプ22、センターパイプ23、テールパイプ(図示略)を備えて構成されている。また、これらエキゾーストマニホールド21、フロントパイプ22、センターパイプ23、前記テールパイプは、それらの端部にそれぞれ設けられるフランジ24にてボルト(図示略)により互いに接続されている。また、排気系20は、その大部分が車両における床15の下方の床下スペース16内に設けられている。
【0038】
前記フロントパイプ22は、内燃機関10からの排気の流れ方向の上流側の端部、すなわちエキゾーストマニホールド21側の端部から軸線方向の中央よりもやや下流までの間において、内管25と外管26とからなる二重管構造を構成する二重管部27を備えている。
【0039】
上記二重管部27には、内管25の熱膨張による外管26に対しての相対変位を吸収するための熱膨張吸収機構28が設けられている。この熱膨張吸収機構28としては、例えば蛇腹管29等を備える公知の構成を採用することができる。
【0040】
また、フロントパイプ22には、上記二重管部27に接続されるとともに、内燃機関10からの排気を浄化するための触媒コンバータ30が設けられている。この触媒コンバータ30は、その触媒ケース31の内部にNOx吸蔵還元型触媒32aと、同NOx吸蔵還元型触媒32aの外周面を覆うシールマット32bとを備えている。ここで、NOx吸蔵還元型触媒32aは、セラミック製の担体上に例えばカリウム(K)と白金(Pt)などの貴金属とが担持されている。なお、上記担体はメタル製であってもよく、この場合には、シールマット32bを設けずにメタル製の担体を直接、触媒ケース31にて保持する構成であってもよい。
【0041】
また、前記センターパイプ23および前記テールパイプの少なくとも一方には、該排気系20内を流通する排気の排気音レベルを低くするためのマフラ(メインマフラ)(図示略)が設けられている。
【0042】
本実施形態では、同図1に示されるように、二重管部27の内管25は、触媒コンバータ30の触媒ケース31に接続される一方、二重管部27の外管26は、同外管26が下流側に延長されるかたちで、かつ前記触媒ケース31の外周面から離間した状態でその触媒ケース31の全体を覆う外筒部33に接続されている。本実施形態では、上記触媒ケース31として金属製、例えば鉄製のケースが用いられ、その肉厚が0.3mm以上かつ0.8mm以下の範囲に入るように設定されている。
【0043】
また、外筒部33は、前記二重管部27の外管26につながる側の他端が、上記触媒ケース31の下流側直近の触媒後端パイプ34に接続されている。この触媒後端パイプ34は、その軸線m1が外筒部33の軸線m2よりも重力方向下方に位置し、上流側の端部34aが外筒部33の内部に挿入された状態で外筒部33に接続されている。
【0044】
また、外筒部33の内部、すなわち、前記触媒ケース31の外周面と外筒部33の内周面との間の空間35内には、同空間35を上流側区画室35aと下流側区画室35bとに区画する環状の区画板36が設けられている。この区画板36は、触媒ケース31の外周面と外筒部33の内周面との両面に当接した状態で例えば溶接やかしめ加工等により固定されている。
【0045】
また、本実施形態では、前記触媒ケース31と触媒後端パイプ34とは、互いに離間した状態に維持されており、これら触媒ケース31と触媒後端パイプ34とは接続されていない。
【0046】
また、本実施形態では、触媒ケース31は、NOx吸蔵還元型触媒32aよりも下流の部分において、下流に向かうほど内径が徐々に小さくなる後方側コーン部31aを有している。この後方側コーン部31aは、その下流側先端の開口31bが前記触媒後端パイプ34における上流側の開口34bと対向するように設けられている。
【0047】
また、本実施形態では、触媒後端パイプ34における外筒部33の内部の下流側区画室35b内に挿入された部分の上流側の端部34aは、前記外筒部33と触媒後端パイプ34との接続部から上記上流側の開口34bに向かうほど拡径される態様で形成されている。詳しくは、この触媒後端パイプ34の上流側の端部34aは、その上流側の開口34bの外周面が外筒部33の内周面における下部にほぼ接触するようにフレア状に形成されている。
【0048】
また、本実施形態では、前記二重管部27の内管25の管壁には、同内管25の外周面と外管26の内周面との間の空間26aと内管25の内部の空間25aとを連通するように共鳴用開口37が形成されている。これにより、上記空間26aにおける内管25の軸線方向での共鳴用開口37の中心から前記外管26と外筒部33との接続部までの間に共鳴パイプを形成し、また、この共鳴パイプと連結される前記外筒部33内の上流側区画室35aを共鳴室であるマフラとしている。
【0049】
また、本実施形態では、上記共鳴用開口37の上記内管25における軸線方向の位置、詳しくは内管25の軸線方向における共鳴用開口37の中心から前記外管26と外筒部33との接続部までの距離L1は、二重管部27の共鳴周波数、および二重管部27での気柱共鳴の振動波形に応じて設定される。さらに、前記二重管部27の内管25の外径および外管26の内径、詳しくは、上記内管25の軸線方向での共鳴用開口37の中心から外管26と外筒部33との接続部までの間における上記軸線と直交する面での前記空間26aの断面積は、共鳴周波数に応じて予め設定される。
【0050】
また、本実施形態では、上記二重管部27の内管25と外管26とは、前記エキゾーストマニホールド21と接続される前記フランジ24より下流において互いに当接しないように設けられている。さらに、二重管部27の前記空間26a内には、内管25の外周面と外管26の内周面との間の距離を一定に保つべく両面に接触するように設けられる例えばワイヤメッシュ等の接触部材が設けられていない。すなわち、二重管部27の内管25と外管26とは、エキゾーストマニホールド21側のフランジ24と、前記外筒部33の空間35内に設けられる区画板36とにより、互いに接触しないように支持されているのみである。
【0051】
また、図2に示されるように、本実施形態では、前記触媒ケース31には、二重管部27(図1参照)の内管25内の空間25aや触媒ケース31自身の内部等にて生じる水分、いわゆる凝縮水を前記外筒部33の空間35内に排出するための水抜き孔38が設けられている。
【0052】
この水抜き孔38は、詳しくは、触媒ケース31の前記後方側コーン部31aにおける下面に形成され、同触媒ケース31内に流入した前記凝縮水は、この後方側コーン部31aに形成された水抜き孔38を介して外筒部33の前記下流側区画室35b内に排出される。
【0053】
さらに、この水抜き孔38と前記NOx吸蔵還元型触媒32aと触媒後端パイプ34とは、前記内燃機関10と排気系20とがそれぞれ使用位置に配置された状態において、以下のような関係を有するように設けられている。
【0054】
すなわち、同図2に示されるように、前記触媒後端パイプ34は、外筒部33との接続部よりも下流の一般部における下面が触媒ケース31内のNOx吸蔵還元型触媒32aの下面よりも重力方向下方に位置するように設けられている。また、前記水抜き孔38は、その下部が触媒後端パイプ34の前記一般部における下面よりも更に重力方向下方に位置するように設けられている。これにより、水平な路面40に対するNOx吸蔵還元型触媒32aの下面の高さおよび触媒後端パイプ34における一般部の下面の高さおよび水抜き孔38の下部の高さをそれぞれH1、H2、H3とすると、H1>H2>H3となっている。
【0055】
以上詳述したように、この実施形態にかかる内燃機関の排気管構造によれば、以下に示すような優れた効果が得られるようになる。
(1)本実施形態では、二重管部27の内管25と触媒ケース31とを、一方、外管26と触媒コンバータ30の触媒ケース31の外周面から離間された状態でその外周面の全体を覆うとともに前記触媒後端パイプ34に接続される外筒部33とを接続している。また、触媒ケース31の外周面と外筒部33の内周面との間の空間35内には、それら触媒ケース31の外周面と外筒部33の内周面との両面に接触して前記空間35内を上流側区画室35aと下流側区画室35bとに区画する区画板36を設けている。また、内管25の管壁には、同内管25の外周面と外管26の内周面との間の空間26aと内管25の内部の空間25aとを連通する共鳴用開口37を設けている。
【0056】
これにより、触媒ケース31の外周面と外筒部33の内周面との間の上流側区画室35aと、二重管部27における内管25の外周面と外管26の内周面との間の空間26aとが連通された状態となる。そして、上記上流側区画室35aが共鳴室としての機能を有するようになる一方、上記空間26aにおける共鳴用開口37より下流の部分が共鳴パイプとしての機能を有するようになる。また、上記空間26aにおける共鳴用開口37より上流の部分がサイドブランチ型のマフラとしての機能を有するようになる。ここで、二重管部27はある程度の長さを有しているため、排気系20からの排気音に含まれる低周波音を消すのに十分な内管25の軸線方向における共鳴用開口37の中心から前記外管26と外筒部33との接続部までの距離(共鳴パイプ長)L1を容易に確保することができる。
【0057】
このため、排気系20に設けられる前記マフラ(メインマフラ)の容量を増加せずとも、上記低周波音を消すことができ、排気音の発生をより抑えることができる。また、上記マフラを大きくする必要がないため、同マフラが外部から視認されることがなく、車両の見栄えが悪化することを抑制することができる。
【0058】
また従来では、内燃機関の排気系において触媒コンバータが設けられる場合には、排気を保温するために内燃機関と触媒コンバータとの間に二重管が使用されることが多く、その二重管部における内管の外周面と外管の内周面との間の空間は、専ら断熱層として利用されるのみであった。
【0059】
これに対して本実施形態では、二重管部27における内管25の外周面と外管26の内周面との間の空間26aは、断熱層として利用されるのみならず、排気音のレベルを低く抑える共鳴パイプとしても利用されることとなる。このため、例えば排気系20のセンターパイプ23や前記テールパイプ等の一重の排気管部に対してその外周面の一部を覆うように外管を新たに設けるなどして、共鳴パイプとして機能する空間を格別に形成する必要がなくなる。また、排気系20のみならず多数の構成部品が設けられる前記車両の床下スペース16を有効に活用することができる。
【0060】
また一般に、触媒コンバータは、内燃機関の排気量が大きくなるほど多くの触媒が必要とされるため、自ずと触媒ケースも大きなものが用いられる。通常、車載内燃機関の排気系に設けられる触媒コンバータが車両の床下スペースに配置される場合には、その床下スペースにおいて触媒コンバータが配置される部分は、同一のプラットフォーム間では、最も大きな触媒ケースを有する触媒コンバータに合わせてその搭載スペースが確保される。
【0061】
これにより、比較的小さな触媒ケースを有する触媒コンバータが上記車両の床下スペースに配置される場合には、その触媒ケースの周囲に空きが生じることとなる。この触媒ケースの周囲の空いた部分に本実施形態の外筒部33を設ける構成とすれば、前記車両の床下スペースに配置される構成部品を配置変更することなく外筒部33を設けることができる。
【0062】
(2)本実施形態では、内管25の軸線方向における共鳴用開口37の中心から前記外管26と外筒部33との接続部までの距離L1を、二重管部27での共鳴周波数、および排気が二重管部27の内管25内を流通する際に生じる気柱共鳴の振動波形に応じて設定している。また、二重管部27の内管25の外径及び外管26の内径即ち、内管25の軸線方向での共鳴用開口37の中心から外管26と外筒部33との接続部までの間の二重管部27の軸線と直交する面での内管25の外周面と外管26の内周面との間の空間26aの断面積を、二重管部27での共鳴周波数に応じて設定している。
【0063】
これにより、共鳴用開口37の内管25における軸線方向の位置、および内管25の外径および外管26の内径をそれぞれ設定することにより、同一の大きさの触媒ケース31と外筒部33とを用いながらも、異なる周波数の音を消すことができる。また、共鳴用開口37の内管25における軸線方向の位置を二重管部27にて発生する気柱共鳴の振動波形に応じて設定することにより、その気柱共鳴も好適に消音することができる。また、格別の装置等を設けることなく簡素な構成で所望の共鳴周波数や気柱共鳴を消音することができる。
【0064】
なお、共鳴用開口37の内管25における軸線方向の位置が前記エキゾーストマニホールド21に対して接近するほど、すなわち、前記内管25の軸線方向における共鳴用開口37の中心から前記外管26と外筒部33との接続部までの距離L1が大きくなるほど共鳴周波数は低くなる。また、外管26の内径と内管25の外径との差、すなわち、二重管部27の軸線に直交する平面での内管25の外周面と外管26の内周面との間の断面積が大きくなるほど共鳴周波数は高くなる。
【0065】
(3)本実施形態では、二重管部27の内管25と外管26とを、エキゾーストマニホールド21と接続される前記フランジ24より下流において互いに当接しないように設けている。さらに、二重管部27の前記空間26a内において、内管25の外周面と外管26の内周面との両面に接触する例えばワイヤメッシュ等の介在物を設けていない。
【0066】
これにより、二重管部27に排気が流通している際に、内管25の熱が外管26に直接伝わったり、上記接触部材を介して伝わったりすることがない。このため、内管25の内部を排気が流通する際、その排気の熱が内管25に伝わりにくくなり、同排気の温度をより低下しにくくすることができる。
【0067】
この結果、排気は、その温度が高く維持された状態で内管25の内部から触媒ケース31の内部に流入してNOx吸蔵還元型触媒32aの内部を通過することとなり、同NOx吸蔵還元型触媒32aを好適に昇温することができるとともに、そのNOx吸蔵還元型触媒32aの暖機性を向上することができる。
【0068】
(4)本実施形態では、触媒ケース31と触媒後端パイプ34とを互いに離間した状態に維持されるように設けている。これにより、触媒ケース31の外周面と外筒部33の内周面との間の空間35における下流側区画室35bは、触媒ケース31の内部を通過して触媒後端パイプ34の内部に流入する排気を膨張させる膨張室としての役割を担うこととなる。このため、排気が二重管部27内を流通する際に生じる排気音のレベルをより好適に低く抑えることができる。
【0069】
(5)本実施形態では、触媒ケース31には、NOx吸蔵還元型触媒32aよりも下流の部分において、下流に向かうほど内径が徐々に小さくなるとともに、その先端の開口31bが触媒後端パイプ34における上流側の開口34bと対向する後方側コーン部31aを設けている。
【0070】
これにより、触媒ケース31内を流通する排気は、その後方側コーン部31aによって触媒後端パイプ34の開口34bへと整流される。このため、触媒ケース31内を流通する排気が触媒後端パイプ34の内部へ流入する際の通気抵抗の増大を抑制することができ、ひいては、機関出力の低下を抑制することができる。
【0071】
(6)本実施形態では、触媒ケース31には、二重管部27の内管25内の空間25aおよび触媒ケース31自身の内部にて生じる水分を外筒部33内の下流側区画室35b内に排出するための水抜き孔38を設けている。
【0072】
一般に、内燃機関10の運転停止後において、同内燃機関10が夜間等の外気温度の低い環境下で放置されると、エキゾーストマニホールド21および二重管部27および触媒ケース31は、その温度の低い外気によって急速に冷却される。そして、それらエキゾーストマニホールド21および二重管部27および触媒ケース31の壁面とそれらの内部に残留している排気との温度差により、その排気中の水蒸気等が凝縮され、水分、いわゆる凝縮水が発生する。
【0073】
この凝縮水が触媒コンバータ30の内部に徐々に溜まり、NOx吸蔵還元型触媒32aが上記凝縮水に長時間浸かるようなことがあると、NOx吸蔵還元型触媒32aにおける凝縮水に浸かっている部分の成分(例えばカリウム(K)等)が凝縮水中に溶出することがある。そして、こうしたNOx吸蔵還元型触媒32aの成分の凝縮水への溶出は、NOx吸蔵還元型触媒32aによる排気の浄化性能の低下を招く要因となる。
【0074】
これに対して本実施形態では、上記凝縮水が生じても、その凝縮水は、排気とともに触媒ケース31内のNOx吸蔵還元型触媒32aの内部を通過し、その後、触媒ケース31の水抜き孔38を介して該触媒ケース31の外周面と外筒部33の内周面との間の下流側区画室35bへと速やかに排出される。
【0075】
このため、凝縮水が触媒ケース31内に溜まることによる前記NOx吸蔵還元型触媒32aと凝縮水との長時間に亘る接触、および同NOx吸蔵還元型触媒32aの成分の凝縮水への溶出を抑制することができ、ひいては、触媒コンバータ30による排気の浄化能力の低下を抑制することができる。
【0076】
(7)本実施形態では、水抜き孔38とNOx吸蔵還元型触媒32aと触媒後端パイプ34とを、排気系20を使用位置に配置した状態で路面40に対し、NOx吸蔵還元型触媒32aの下面の高さH1>触媒後端パイプ34における一般部の下面の高さH2>水抜き孔38の下部の高さH3となるように設けている。
【0077】
これにより、エキゾーストマニホールド21および二重管部27および触媒ケース31の内部にて生じた凝縮水は、触媒ケース31の内部においてNOx吸蔵還元型触媒32aに接触するほど溜まることなく触媒ケース31の外周面と外筒部33の内周面との間の下流側区画室35bへと排出される。また、同下流側区画室35bへと排出された凝縮水は、上記NOx吸蔵還元型触媒32aに接触する前に触媒後端パイプ34の内部へ流入する。
【0078】
このため、凝縮水が触媒ケース31内に溜まることによるNOx吸蔵還元型触媒32aと凝縮水との長時間に亘る接触を確実に抑制することができる。
(8)本実施形態では、外筒部33と触媒後端パイプ34とを、同触媒後端パイプ34の上流側の端部34aが触媒ケース31の外周面と外筒部33の内周面との間の下流側区画室35b内に挿入された状態で接続している。また、触媒後端パイプ34における外筒部33内の下流側区画室35b内に挿入された上流側の端部34aを、その開口34bに向かうほど拡径されるフレア状に形成している。
【0079】
これにより、触媒ケース31の内部から同触媒ケース31の外周面と外筒部33の内周面との間の下流側区画室35b内へ排出された凝縮水は、その下流側区画室35b内を流通する排気に引っ張られるかたちで触媒後端パイプ34の上流側の端部34aの内周面上を開口34bから下流へ向かって流れる。このため、外筒部33の下流側区画室35b内の凝縮水を、排気の流れを利用して触媒後端パイプ34の内部へと容易に流出させることができる。
【0080】
(9)本実施形態では、外筒部33と触媒後端パイプ34とを、同触媒後端パイプ34の軸線m1が外筒部33の軸線m2に対して重力方向下方に位置するように接続している。これにより、外筒部33における内周の下面と触媒後端パイプ34における内周の下面との間の距離L2(図1参照)を小さくすることができる。このため、触媒ケース31の外周面と外筒部33の内周面との間の下流側区画室35b内に溜まる前記凝縮水の量を減少させることができる。
【0081】
(10)本実施形態では、触媒コンバータ30の触媒ケース31を金属製ケースとし、その触媒ケース31の肉厚を0.3mm以上かつ0.8mm以下の範囲に入るように設定している。
【0082】
上述のように、触媒コンバータ30の触媒ケース31は、その全体が外筒部33により覆われているため、触媒ケース31の外周面と外筒部33の内周面との間の空間35が断熱層としての機能を有するようになり、触媒ケース31の熱が外筒部33に伝わりにくくなる。
【0083】
また、このように触媒ケース31は、その全体が外筒部33により覆われているため、同触媒ケース31の肉厚を薄くすることが可能となり、触媒ケース31自身の熱容量を低減することができる。そして、この触媒ケース31の肉厚を上述の0.3mm以上かつ0.8mm以下の範囲内に設定すれば、触媒ケース31自身の熱容量低減と上記断熱層の形成とにより、触媒ケース31内に流入した排気の熱が同触媒ケース31に伝わりにくくなり、NOx吸蔵還元型触媒32aの暖機性をより向上することができる。
【0084】
なお、触媒ケース31の肉厚を0.3mm未満にした場合には、二重管部27の内管25内の空間25aや触媒ケース31の内部にて発生した凝縮水により触媒ケース31に錆が生じ、同触媒ケース31に穴が形成されるおそれがある。一方、触媒ケース31の肉厚を0.8mmよりも大きくした場合には、触媒ケース31自身の熱容量があまり低減されないため、NOx吸蔵還元型触媒32aの暖機性の向上効果が半減する。
【0085】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように適宜変更することもできる。
・上記実施形態において、触媒コンバータ30の触媒ケース31は、その肉厚が0.3mm以上かつ0.8mm以下の範囲に入るように設定されたものには限定されない。また、この触媒ケース31は、金属製ケースには限定されず、金属以外の材料から形成されるものであってもよい。
【0086】
・上記実施形態において、路面40に対するNOx吸蔵還元型触媒32aの下面の高さH1と触媒後端パイプ34の一般部の下面の高さH2と水抜き孔38の下部の高さH3とがH1>H2=H3、またはH1>H3≧H2となるように水抜き孔38とNOx吸蔵還元型触媒32aと触媒後端パイプ34とを設けてもよい。要は、路面40に対するNOx吸蔵還元型触媒32aの下面の高さH1が触媒後端パイプ34の一般部の下面の高さH2および水抜き孔38の下部の高さH3よりも大きくなるように水抜き孔38とNOx吸蔵還元型触媒32aと触媒後端パイプ34とを設ける構成であればよい。
【0087】
・上記実施形態において、触媒ケース31の水抜き孔38が設けられる位置は、必ずしも後方側コーン部31aでなくてもよい。この水抜き孔38を、例えば、触媒ケース31のNOx吸蔵還元型触媒32aと対応する大径部31c(図2参照)におけるNOx吸蔵還元型触媒32aよりも下流に設ける構成としてもよい。
【0088】
・上記実施形態では、カリウム(K)が担持されたNOx吸蔵還元型触媒32aの例を示したが、本発明は、上記カリウム(K)以外で前記凝縮水中に溶出可能な成分が担持されたNOx吸蔵還元型触媒32aを備える排気系にも同様に適用することができる。
【0089】
また、本発明は、前記凝縮水中に溶出不能な成分が担持されたNOx吸蔵還元型触媒32aを備える排気系にも同様に適用することができる。なお、この場合には、触媒ケース31の水抜き孔38を省略する構成としてもよい。
【0090】
・上記実施形態において、例えば触媒後端パイプ34の開口34bが触媒ケース31の前記大径部31cにおける内径とほぼ同寸の内径を有するように形成される場合等には、触媒ケース31の後方側コーン部31aを省略する構成としてもよい。
【0091】
・上記実施形態において、触媒後端パイプ34を外筒部33に対して、触媒後端パイプ34の軸線m1が外筒部33の軸線m2よりも重力方向下方に位置するように接続する構成には限定されない。この外筒部33に対する触媒後端パイプ34の接続される位置は、前記路面40に対するNOx吸蔵還元型触媒32aの下面の高さH1が触媒後端パイプ34の一般部の下面の高さH2および水抜き孔38の下部の高さH3より大きくなる関係が成立する範囲内で任意である。
【0092】
・上記実施形態では、触媒後端パイプ34の上流側の端部34aを、その内径が触媒後端パイプ34の軸線方向において曲線的に変化するように設ける構成としたが、この上流側の端部34aを、例えばその内径が触媒後端パイプ34の軸線方向において直線的に変化するように設ける構成等としてもよい。
【0093】
・上記実施形態において、触媒後端パイプ34を、その上流側の端部34aを外筒部33の下流側区画室35b内に挿入せずに、同端部34aの先端にて外筒部33に接続する構成としてもよい。
【0094】
・上記実施形態において、例えば、NOx吸蔵還元型触媒32aの前記担体に担持される成分が前記凝縮水中に溶出不能である場合や、触媒ケース31の後方側コーン部31aの下部が下流に向かって下り勾配を有する場合等には、触媒ケース31と触媒後端パイプ34とを接続する構成としてもよい。なお、後者の場合には、水抜き孔38を省略する構成としてもよい。また、前者および後者のいずれの場合であっても、触媒後端パイプ34の上流側の端部34aをフレア状に形成する構成でなくてもよい。
【0095】
・上記実施形態において、例えば、二重管部27の軸線方向の一部にて内管25および外管26の少なくとも一方を変形させてそれら内管25と外管26とを当接させる構成としてもよい。また、二重管部27の軸線方向の一部にて内管25の外周面と外管26の内周面との間の空間26a内にそれら両面に接触する介在物(例えばワイヤメッシュ等)を設ける構成としてもよい。なお、これらいずれかの構成を採用した場合には、排気の保温性の観点から、二重管部27の軸線方向における内管25と外管26との当接位置や上記接触部材を設ける位置は、なるべく内管25の共鳴用開口37よりも上流側に設定することが望ましい。
【0096】
・上記実施形態において、外筒部33の空間35内に区画板36を設ける代わりに、例えば外筒部33をその内周面が触媒ケース31の大径部31cにおける外周面の全周に当接するように形成し、該外筒部33の内部の空間35を上流側区画室35aと下流側区画室35bとに区画する構成としてもよい。
【0097】
・また、例えば触媒ケース31の後方側コーン部31aの下面が下流に向かって下り勾配を有するように設けられる場合等には、外筒部33の下流側の端部を例えば触媒ケース31における大径部31c等の外周面に接続するとともに、触媒ケース31と触媒後端パイプ34とを接続する構成としてもよい。なお、このようにした場合には、触媒後端パイプ34の上流側の端部34aをフレア状に形成する構成でなくてもよいし、触媒ケース31の水抜き孔38を省略する構成としてもよい。
【0098】
・上記実施形態において、外筒部33の空間35内の区画板36を、外筒部33の内周面または触媒ケース31の外周面のどちらか一方の面に対してのみ摺動可能に設けるとともに、熱膨張吸収機構28を省略する構成としてもよい。このようにした場合でも、触媒ケース31と触媒後端パイプ34とが離間した状態で設けられているため、二重管部27内を高温の排気が流通することによって内管25と外管26とが熱膨張し、内管25が外管26に対して相対変位しても、その熱膨張差を好適に吸収することができる。また、この熱膨張を吸収するために格別の部品を設けなくてもよいため、排気系20の部品点数の増大を抑制することができる。
【0099】
・上記実施形態では、NOx吸蔵還元型触媒32aが収容された触媒コンバータ30を備える排気系20の例を示したが、本発明は、例えば三元触媒やディーゼル酸化触媒等が収容された触媒コンバータを備える排気系にも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態が適用されたフロントパイプおよびその周辺の構成を示す概略構成図。
【図2】同実施形態のフロントパイプの一部を拡大して示す断面図。
【符号の説明】
10…内燃機関、11…シリンダヘッド、12…排気ポート、15…床、16…床下スペース、20…排気系、21…エキゾーストマニホールド、22…フロントパイプ、23…センターパイプ、24…フランジ、25…内管、25a…空間、26…外管、26a…空間、27…二重管部、28…熱膨張吸収機構、29…蛇腹管、30…触媒コンバータ、31…触媒ケース、31a…後方側コーン部、31b…開口、31c…大径部、32a…NOx吸蔵還元型触媒、32b…シールマット、33…外筒部、34…触媒後端パイプ、34a…端部、34b…開口、35…空間、35a…上流側区画室、35b…下流側区画室、36…区画板、37…共鳴用開口、38…水抜き孔、40…路面。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust pipe structure of an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an exhaust system of an internal combustion engine is provided with a catalytic converter for purifying exhaust gas discharged from the engine and a muffler for silencing an exhaust sound generated when the exhaust gas flows through the exhaust system. (See, for example, Japanese Patent No. 3078253 and Japanese Utility Model Laid-Open No. 55-135118).
[0003]
Further, in such an exhaust system, the catalyst in the catalytic converter may be warmed up using the heat of the exhaust gas so that the catalyst is quickly activated after the engine is started. In such cases, a double-pipe exhaust pipe is often used upstream of the catalytic converter in the exhaust system for the purpose of keeping the exhaust gas warm.
[0004]
In general, in a vehicle on which the internal combustion engine is mounted, the exhaust system is disposed in a space under the floor of the vehicle. In addition, in the underfloor space, in addition to the components constituting the exhaust system, many components such as a vehicle underbody component and a fuel tank are provided.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, although the muffler is provided in the exhaust system of the internal combustion engine, this muffler is only for reducing the sound pressure level of the exhaust sound, and the exhaust sound is completely silenced through the muffler. Not in translation.
[0006]
On the other hand, in recent years, demands for quietness during vehicle running and the like have been increasing. If the sound pressure level of the exhaust sound is further reduced to meet such demands, the capacity of the muffler itself must be naturally increased.
[0007]
However, as described above, since there is often no sufficient space below the floor of the vehicle, the increase in the capacity of the muffler is naturally limited. As a result, it is difficult to achieve the above requirement for quietness due to space restrictions.
[0008]
However, even if the arrangement of the various components mounted on the vehicle is fundamentally changed, including the various components provided in the underfloor space, the muffler having a large capacity can be provided. Sometimes it is possible. However, such a design change is a large-scale change, which is disadvantageous in terms of production cost and the like.
[0009]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an exhaust pipe of an internal combustion engine capable of achieving higher quietness without causing a change in the arrangement of components and an increase in the size of a muffler. It is to provide structure.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The means for achieving the above object and the effects thereof will be described below.
The invention according to claim 1 has a double-pipe structure comprising an inner pipe and an outer pipe between an exhaust manifold of an internal combustion engine and a catalytic converter containing a catalyst for purifying exhaust gas from the engine. The gist is that a resonance pipe is formed between the inner pipe and the outer pipe by providing a resonance opening in the pipe wall of the inner pipe.
[0011]
Generally, when the catalytic converter is disposed, for example, in a space under the floor of a vehicle, a double pipe having a double pipe structure including an inner pipe and an outer pipe has a relatively long pipe length between the exhaust manifold and the catalytic converter. It is provided. Thereby, a sufficient length (resonance pipe length) along the axis of the inner pipe from the center of the resonance opening provided in the pipe wall of the inner pipe to the end of the portion having the double pipe structure is provided. can do.
[0012]
Therefore, without increasing the capacity of a muffler generally provided in the exhaust system of the internal combustion engine, low-frequency noise generated when exhaust gas from the internal combustion engine flows through the exhaust system can be eliminated, and the exhaust noise can be reduced. Generation can be further suppressed. Further, since it is not necessary to increase the size of the muffler, the muffler is not visually recognized from the outside, and for example, the appearance of a vehicle or the like can be prevented from being deteriorated.
[0013]
Conventionally, when a catalytic converter is provided in an exhaust system of an internal combustion engine, a double pipe structure is often used between the internal combustion engine and the catalytic converter to keep the exhaust gas warm. The space between the outer peripheral surface of the inner tube and the inner peripheral surface of the outer tube was used exclusively as a heat insulating layer.
[0014]
On the other hand, in the above configuration, the space between the outer peripheral surface of the inner tube and the inner peripheral surface of the outer tube of the double tube structure is used not only as a heat insulating layer but also as a resonance pipe. It becomes. For this reason, it is not necessary to particularly form a space functioning as a resonance pipe, for example, by providing an outer pipe so as to cover a part of the outer peripheral surface of the single exhaust pipe in the exhaust system. Further, even when the exhaust system is provided in, for example, a limited space under the floor of the vehicle, the space under the floor can be effectively utilized.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, in the exhaust pipe structure of the internal combustion engine according to the first aspect, an axial position of the resonance opening in the inner pipe, an outer diameter of the inner pipe, and an inner diameter of the outer pipe. The gist of the invention is that the resonance frequency is set in accordance with the resonance frequency of the exhaust pipe and the vibration waveform of air column resonance generated when the exhaust gas flows through the inner pipe constituting the double pipe structure.
[0016]
According to the above configuration, a desired resonance frequency or air column resonance can be silenced with a simple configuration without providing a special device or the like.
According to a third aspect of the present invention, in the exhaust pipe structure of the internal combustion engine according to the first or second aspect, the inner pipe constituting the double pipe structure is provided in a catalyst case in which the catalyst is accommodated in the catalytic converter. Outside of the catalyst case, the outer tube constituting the double tube structure is extended, and the outer circumference of the outer circumference of the catalyst case is separated from the outer circumference of the catalyst case. An outer cylinder portion for covering is provided, and the other end of the outer cylinder portion connected to the outer tube is connected to an outer peripheral surface of the catalyst case or an exhaust pipe on the downstream side of the catalyst case. A main point is that a muffler which is a resonance chamber connected to the resonance pipe is formed between the muffler and the outer cylinder portion.
[0017]
In general, a catalytic converter requires a larger amount of catalyst as the displacement of the internal combustion engine increases, so that the size of the catalyst case naturally increases. Also, usually, for example, when an internal combustion engine is mounted on a vehicle and the catalytic converter is arranged in a space under the floor of the vehicle, the portion where the catalytic converter is arranged in the space under the floor is the largest catalyst case between the same platforms. The mounting space is secured in accordance with the catalytic converter having the above. When a catalytic converter having a relatively small catalyst case is disposed in the underfloor space of the vehicle, a space is created around the catalyst case in the underfloor space.
[0018]
In this regard, according to the above configuration, in the case where a vacant portion is formed around the catalyst case in the underfloor space as described above, the outer cylindrical portion is provided in the vacant portion around the catalyst case. It becomes. For this reason, the outer cylinder can be provided without changing the arrangement of the components arranged in the underfloor space of the vehicle.
[0019]
Further, it is possible to suppress the contact between the inner pipe and the outer pipe without providing an intervening material such as a wire mesh between the outer peripheral face of the inner pipe and the inner peripheral face of the outer pipe having a double pipe structure. It becomes possible. Thus, when the exhaust gas flows through the exhaust pipe having the double pipe structure, the heat of the inner pipe having the double pipe structure is not directly transmitted to the outer pipe or transmitted through the inclusion. . Therefore, when the exhaust gas from the internal combustion engine flows through the inner tube, the heat of the exhaust gas is less likely to be transmitted to the inner tube, and the temperature of the exhaust gas can be hardly reduced. As a result, the exhaust gas maintained at a high temperature can flow into the catalyst case, and the temperature of the catalyst in the catalyst case can be appropriately raised. Further, the warm-up property of the catalyst can be improved.
[0020]
According to a fourth aspect of the present invention, in the exhaust pipe structure for an internal combustion engine according to the third aspect, the outer cylinder portion covers the entirety of the catalyst case and is connected to an exhaust pipe immediately downstream of the catalyst case. A partition plate for partitioning the muffler into an upstream compartment and a downstream compartment is provided inside the outer tubular portion, and an exhaust pipe connected to the outer tubular portion and the catalyst case are provided. Means that they are maintained in a state of being separated from each other.
[0021]
According to the above configuration, while the upstream compartment in the space between the outer peripheral surface of the catalyst case and the inner peripheral surface of the outer cylindrical portion has a function as a resonance chamber, the downstream compartment has the inside of the catalyst case. It functions as an expansion chamber that expands the exhaust gas that has passed and flows into the exhaust pipe immediately downstream of the catalyst case. For this reason, the level of the exhaust noise generated when the exhaust gas flows through the exhaust pipe having the double pipe structure can be more suitably suppressed.
[0022]
In addition, since the catalyst case and the exhaust pipe immediately downstream of the catalyst case are not directly connected, the inner pipe and the outer pipe when high-temperature exhaust flows through the exhaust pipe having a double pipe structure are not connected. Even if the inner pipe is displaced relative to the outer pipe due to the thermal expansion, the difference in thermal expansion can be suitably absorbed. In addition, since it is not necessary to provide a special component to absorb the thermal expansion, it is possible to suppress an increase in the number of components of the exhaust system.
[0023]
According to a fifth aspect of the present invention, in the exhaust pipe structure of the internal combustion engine according to the fourth aspect, the catalyst case has a cone portion whose inner diameter gradually decreases toward the downstream in a downstream portion thereof. The gist of the present invention is that the cone portion is provided such that an opening at a downstream end thereof is opposed to an upstream opening of an exhaust pipe connected to the outer cylinder portion.
[0024]
According to the above configuration, the exhaust gas flowing through the inside of the catalyst case is rectified by the cone on the downstream side of the catalyst case to the opening of the exhaust pipe to which the outer cylinder is connected. For this reason, it is possible to suppress an increase in airflow resistance when exhaust gas flowing through the inside of the catalyst case flows into the exhaust pipe to which the outer cylinder portion is connected, and thus suppress a decrease in engine output. can do.
[0025]
According to a sixth aspect of the present invention, in the exhaust pipe structure of the internal combustion engine according to the fourth or fifth aspect, the catalyst case is configured to discharge at least moisture generated inside the catalyst case into the downstream compartment. The gist of the present invention is that a drain hole is provided.
[0026]
In general, after the internal combustion engine is stopped, if the internal combustion engine is left in an environment where the outside air temperature is low, such as at night, the exhaust manifold and the exhaust pipe and the catalyst case, etc., which constitute the double pipe structure, have the same temperature. Rapidly cooled by low outside air. Then, due to the temperature difference between the exhaust manifold and the wall of the exhaust pipe and the catalyst case and the like constituting the double pipe structure and the exhaust remaining in the inside thereof, water vapor and the like in the exhaust are condensed, and water, so-called Condensed water is generated.
[0027]
If the condensed water gradually accumulates in the catalytic converter and the catalyst is immersed in the condensed water for a long time, the components of the catalyst immersed in the condensed water may elute in the condensed water. This causes a reduction in exhaust gas purification performance of the catalyst.
[0028]
In this regard, according to the above configuration, even if condensed water is generated inside the exhaust pipe and the catalyst case that constitute the exhaust manifold and the double pipe structure, the condensed water flows together with the exhaust gas inside the catalyst in the catalyst case. After that, it is quickly discharged to a downstream compartment in the outer cylinder through a drain hole provided in the catalyst case.
[0029]
For this reason, contact between the catalyst and the condensed water for a long time due to accumulation of the condensed water in the catalyst case and elution of the components of the catalyst into the condensed water can be suppressed. Capability reduction can be suppressed.
[0030]
According to a seventh aspect of the present invention, in the exhaust pipe structure of the internal combustion engine according to the sixth aspect, the lower surface of the exhaust pipe connected to the outer cylinder is lower than the lower surface of the catalyst in the catalytic converter in the direction of gravity. The drainage hole is provided further below the lower surface of the exhaust pipe connected to the outer cylinder in the direction of gravity.
[0031]
According to the above configuration, the condensed water generated in the inside of the catalyst case and the like is discharged into the downstream compartment inside the outer cylinder without being accumulated so as to contact the catalyst inside the catalyst case. Further, the condensed water discharged into the downstream compartment is discharged into the exhaust pipe to which the outer cylinder is connected before contacting the catalyst in the catalyst case.
[0032]
For this reason, the contact between the catalyst and the condensed water for a long time due to the accumulation of the condensed water in the catalyst case can be reliably suppressed.
According to an eighth aspect of the present invention, in the exhaust pipe structure for an internal combustion engine according to the seventh aspect, an exhaust pipe connected to the outer cylinder has an upstream end inserted into the outer cylinder. The gist is that a portion of the exhaust pipe inserted into the outer cylinder portion is formed in such a manner that the diameter thereof is increased toward the upstream side.
[0033]
According to the above configuration, the condensed water discharged from the inside of the catalyst case to the downstream compartment in the outer cylinder portion is drawn by the exhaust gas when the exhaust gas flows through the exhaust system. The air flows upward from below on the inner peripheral surface of the portion of the exhaust pipe to which the outer tube is connected in the exhaust tube. For this reason, the condensed water in the downstream compartment can be easily discharged to the inside of the exhaust pipe to which the outer cylindrical portion is connected by using the flow of the exhaust gas.
[0034]
According to a ninth aspect of the present invention, in the exhaust pipe structure for an internal combustion engine according to the eighth aspect, the exhaust pipe connected to the outer cylinder has an axis lower than an axis of the outer cylinder in the direction of gravity. The gist is that they are connected so as to be positioned.
[0035]
According to the above configuration, the distance between the lower surface of the inner circumference of the outer cylinder and the lower surface of the inner circumference of the exhaust pipe to which the outer cylinder is connected can be reduced. For this reason, it is possible to reduce the amount of the condensed water that accumulates in the downstream compartment in the outer cylinder.
[0036]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in an exhaust pipe structure of a vehicle-mounted internal combustion engine will be described with reference to FIGS.
[0037]
As shown in FIG. 1, an exhaust system 20 is connected to a cylinder head 11 of the internal combustion engine 10 so as to communicate with an exhaust port 12 thereof.
The exhaust system 20 includes an exhaust manifold 21, a front pipe 22, a center pipe 23, and a tail pipe (not shown) in order from the internal combustion engine 10 side. The exhaust manifold 21, the front pipe 22, the center pipe 23, and the tail pipe are connected to each other by bolts (not shown) at flanges 24 provided at their ends. Most of the exhaust system 20 is provided in the underfloor space 16 below the floor 15 of the vehicle.
[0038]
The front pipe 22 has an inner pipe 25 and an outer pipe 26 between the upstream end in the flow direction of the exhaust gas from the internal combustion engine 10, that is, from the end on the exhaust manifold 21 side to a position slightly downstream from the center in the axial direction. And a double-pipe portion 27 that forms a double-pipe structure.
[0039]
The double pipe section 27 is provided with a thermal expansion absorbing mechanism 28 for absorbing relative displacement of the inner pipe 25 with respect to the outer pipe 26 due to thermal expansion. As the thermal expansion absorbing mechanism 28, a known configuration including, for example, a bellows tube 29 can be adopted.
[0040]
Further, the front pipe 22 is provided with a catalytic converter 30 connected to the double pipe portion 27 and for purifying exhaust gas from the internal combustion engine 10. The catalytic converter 30 includes a NOx storage-reduction catalyst 32a and a seal mat 32b that covers an outer peripheral surface of the NOx storage-reduction catalyst 32a inside the catalyst case 31. Here, in the NOx storage reduction catalyst 32a, for example, potassium (K) and a noble metal such as platinum (Pt) are supported on a ceramic carrier. The carrier may be made of metal. In this case, the metal carrier may be directly held in the catalyst case 31 without providing the seal mat 32b.
[0041]
At least one of the center pipe 23 and the tail pipe is provided with a muffler (main muffler) (not shown) for lowering the exhaust sound level of exhaust flowing through the exhaust system 20.
[0042]
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the inner tube 25 of the double tube portion 27 is connected to the catalyst case 31 of the catalytic converter 30, while the outer tube 26 of the double tube portion 27 is connected to the same. The outer tube 26 is connected to an outer cylindrical portion 33 covering the whole of the catalyst case 31 in a state of being extended to the downstream side and separated from the outer peripheral surface of the catalyst case 31. In the present embodiment, a metal case, for example, an iron case is used as the catalyst case 31, and the thickness thereof is set to be in a range of 0.3 mm or more and 0.8 mm or less.
[0043]
The other end of the outer tube portion 33 on the side connected to the outer tube 26 of the double tube portion 27 is connected to a catalyst rear end pipe 34 immediately downstream of the catalyst case 31. The catalyst rear end pipe 34 has its axis m1 located below the axis m2 of the outer cylinder 33 in the direction of gravity, and the upstream end 34a is inserted into the outer cylinder 33 while the outer cylinder 34 is inserted. 33.
[0044]
Further, in the space 35 between the outer peripheral surface of the catalyst case 31 and the inner peripheral surface of the outer cylindrical portion 33, the same space 35 is provided inside the outer cylindrical portion 33 and the upstream partitioned chamber 35a and the downstream partitioned portion. An annular partition plate 36 for partitioning into the chamber 35b is provided. The partition plate 36 is fixed by, for example, welding or caulking while being in contact with both the outer peripheral surface of the catalyst case 31 and the inner peripheral surface of the outer cylindrical portion 33.
[0045]
In the present embodiment, the catalyst case 31 and the catalyst rear end pipe 34 are kept apart from each other, and the catalyst case 31 and the catalyst rear end pipe 34 are not connected.
[0046]
Further, in the present embodiment, the catalyst case 31 has a rear cone portion 31a whose inner diameter gradually decreases toward the downstream in a portion downstream of the NOx storage reduction catalyst 32a. The rear-side cone portion 31a is provided such that an opening 31b at a downstream end thereof is opposed to an upstream-side opening 34b in the catalyst rear end pipe 34.
[0047]
In the present embodiment, the upstream end 34 a of the portion of the catalyst rear end pipe 34 inserted into the downstream compartment 35 b inside the outer cylinder 33 is connected to the outer cylinder 33 and the catalyst rear end pipe. It is formed in such a manner that the diameter increases as it goes from the connection portion to the upstream opening 34b. Specifically, the upstream end 34a of the catalyst rear end pipe 34 is formed in a flared shape such that the outer peripheral surface of the upstream opening 34b substantially contacts the lower part of the inner peripheral surface of the outer cylindrical portion 33. I have.
[0048]
In this embodiment, the space between the outer peripheral surface of the inner tube 25 and the inner peripheral surface of the outer tube 26 and the inner space of the inner tube 25 Opening 37 is formed so as to communicate with the space 25a. Thereby, a resonance pipe is formed between the center of the resonance opening 37 in the axial direction of the inner tube 25 in the space 26a and the connection portion between the outer tube 26 and the outer tube portion 33. The upstream-side compartment 35a in the outer cylindrical portion 33 connected to the outer cylinder 33 is a muffler which is a resonance chamber.
[0049]
Further, in the present embodiment, the position of the resonance opening 37 in the axial direction of the inner tube 25, specifically, the center of the resonance opening 37 in the axial direction of the inner tube 25, causes the outer tube 26 and the outer cylinder 33 to move from the center. The distance L1 to the connection part is set according to the resonance frequency of the double pipe part 27 and the vibration waveform of the air column resonance in the double pipe part 27. Further, the outer diameter of the inner tube 25 and the inner diameter of the outer tube 26 of the double tube portion 27, more specifically, from the center of the resonance opening 37 in the axial direction of the inner tube 25, The cross-sectional area of the space 26a in a plane perpendicular to the axis up to the connection portion is set in advance according to the resonance frequency.
[0050]
In the present embodiment, the inner pipe 25 and the outer pipe 26 of the double pipe section 27 are provided so as not to abut on each other downstream of the flange 24 connected to the exhaust manifold 21. Further, in the space 26a of the double pipe portion 27, for example, a wire mesh provided so as to be in contact with both surfaces so as to keep the distance between the outer peripheral surface of the inner tube 25 and the inner peripheral surface of the outer tube 26 constant. No contact member is provided. That is, the inner pipe 25 and the outer pipe 26 of the double pipe section 27 are not in contact with each other by the flange 24 on the exhaust manifold 21 side and the partition plate 36 provided in the space 35 of the outer pipe section 33. It is only supported.
[0051]
Further, as shown in FIG. 2, in the present embodiment, the catalyst case 31 includes a space 25a in the inner tube 25 of the double tube portion 27 (see FIG. 1), the inside of the catalyst case 31 itself, and the like. A drain hole 38 is provided for discharging generated moisture, that is, condensed water, into the space 35 of the outer cylindrical portion 33.
[0052]
Specifically, the drain hole 38 is formed on the lower surface of the rear-side cone portion 31a of the catalyst case 31, and the condensed water flowing into the catalyst case 31 is formed by the water formed in the rear-side cone portion 31a. It is discharged into the downstream-side compartment 35b of the outer cylindrical portion 33 through the hole 38.
[0053]
Further, the drain hole 38, the NOx occlusion reduction type catalyst 32a, and the catalyst rear end pipe 34 have the following relationship in a state where the internal combustion engine 10 and the exhaust system 20 are respectively disposed at the use positions. It is provided to have.
[0054]
That is, as shown in FIG. 2, the lower surface of the catalyst rear end pipe 34 in the general portion downstream of the connection portion with the outer cylinder portion 33 is lower than the lower surface of the NOx storage reduction type catalyst 32a in the catalyst case 31. Is also provided so as to be located below in the direction of gravity. The drain hole 38 is provided such that the lower portion thereof is located further below the lower surface of the general portion of the catalyst rear end pipe 34 in the direction of gravity. Thereby, the height of the lower surface of the NOx storage reduction catalyst 32a with respect to the horizontal road surface 40, the height of the lower surface of the general portion of the catalyst rear end pipe 34, and the height of the lower portion of the drain hole 38 are H1, H2, H3, respectively. Then, H1>H2> H3.
[0055]
As described in detail above, according to the exhaust pipe structure of the internal combustion engine according to this embodiment, the following excellent effects can be obtained.
(1) In the present embodiment, the inner tube 25 of the double tube portion 27 and the catalyst case 31 are separated from the outer tube 26 and the outer surface of the catalyst case 31 of the catalytic converter 30 in a state of being separated from the outer surface of the catalyst case 31. It covers the entirety and is connected to an outer cylinder 33 connected to the catalyst rear end pipe 34. Further, in a space 35 between the outer peripheral surface of the catalyst case 31 and the inner peripheral surface of the outer cylindrical portion 33, both surfaces of the outer peripheral surface of the catalyst case 31 and the inner peripheral surface of the outer cylindrical portion 33 are in contact with each other. A partition plate 36 is provided for partitioning the space 35 into an upstream compartment 35a and a downstream compartment 35b. In addition, a resonance opening 37 that communicates a space 26a between the outer peripheral surface of the inner tube 25 and the inner peripheral surface of the outer tube 26 and the space 25a inside the inner tube 25 is formed in the tube wall of the inner tube 25. Provided.
[0056]
Thereby, the upstream-side compartment 35a between the outer peripheral surface of the catalyst case 31 and the inner peripheral surface of the outer cylinder portion 33, the outer peripheral surface of the inner tube 25 in the double tube portion 27, and the inner peripheral surface of the outer tube 26 Is in communication with the space 26a. Then, while the upstream-side partitioned chamber 35a has a function as a resonance chamber, a portion downstream of the resonance opening 37 in the space 26a has a function as a resonance pipe. Further, a portion of the space 26a upstream of the resonance opening 37 has a function as a side branch type muffler. Here, since the double pipe portion 27 has a certain length, the resonance opening 37 in the axial direction of the inner pipe 25 which is sufficient to suppress low frequency noise included in the exhaust sound from the exhaust system 20. (Resonance pipe length) L1 from the center of the above to the connecting portion between the outer tube 26 and the outer tube portion 33 can be easily secured.
[0057]
For this reason, even if the capacity of the muffler (main muffler) provided in the exhaust system 20 is not increased, the low frequency noise can be eliminated, and the generation of exhaust noise can be further suppressed. Further, since it is not necessary to increase the size of the muffler, the muffler is not visually recognized from the outside, so that the appearance of the vehicle can be prevented from being deteriorated.
[0058]
Conventionally, when a catalytic converter is provided in an exhaust system of an internal combustion engine, a double pipe is often used between the internal combustion engine and the catalytic converter to keep the exhaust gas warm. The space between the outer peripheral surface of the inner tube and the inner peripheral surface of the outer tube was only used exclusively as a heat insulating layer.
[0059]
On the other hand, in the present embodiment, the space 26a between the outer peripheral surface of the inner tube 25 and the inner peripheral surface of the outer tube 26 in the double tube portion 27 is not only used as a heat insulating layer, but also serves to reduce exhaust noise. It will also be used as a resonance pipe that keeps the level low. For this reason, for example, a space that functions as a resonance pipe is provided by newly providing an outer pipe so as to partially cover the outer peripheral surface of a single exhaust pipe section such as the center pipe 23 or the tail pipe of the exhaust system 20. Need not be formed specially. Further, the underfloor space 16 of the vehicle, in which a large number of components are provided as well as the exhaust system 20, can be effectively utilized.
[0060]
Further, in general, a catalytic converter requires a larger amount of catalyst as the displacement of the internal combustion engine increases, so that a large catalytic converter is naturally used. Usually, when the catalytic converter provided in the exhaust system of the vehicle-mounted internal combustion engine is arranged in the space under the floor of the vehicle, the portion where the catalytic converter is arranged in the space under the floor is the largest catalyst case between the same platforms. The mounting space is secured in accordance with the catalytic converter.
[0061]
As a result, when a catalytic converter having a relatively small catalyst case is disposed in the underfloor space of the vehicle, a space is created around the catalyst case. If the outer cylindrical portion 33 of the present embodiment is provided in a vacant portion around the catalyst case, the outer cylindrical portion 33 can be provided without changing the arrangement of the components arranged in the underfloor space of the vehicle. it can.
[0062]
(2) In the present embodiment, the distance L1 from the center of the resonance opening 37 in the axial direction of the inner tube 25 to the connection between the outer tube 26 and the outer tube 33 is determined by the resonance frequency in the double tube 27. , And the exhaust gas flow through the inner tube 25 of the double tube portion 27. Further, from the outer diameter of the inner tube 25 and the inner diameter of the outer tube 26 of the double tube portion 27, that is, from the center of the resonance opening 37 in the axial direction of the inner tube 25 to the connection portion between the outer tube 26 and the outer tube portion 33. The cross-sectional area of the space 26a between the outer peripheral surface of the inner tube 25 and the inner peripheral surface of the outer tube 26 in a plane orthogonal to the axis of the double pipe 27 between It is set according to.
[0063]
Thus, by setting the position of the resonance opening 37 in the axial direction of the inner tube 25, and the outer diameter of the inner tube 25 and the inner diameter of the outer tube 26, respectively, the catalyst case 31 and the outer cylindrical portion 33 having the same size are provided. The sound of a different frequency can be extinguished by using. Further, by setting the axial position of the resonance opening 37 in the inner tube 25 in accordance with the vibration waveform of the columnar resonance generated in the double tube portion 27, the columnar resonance can also be appropriately silenced. it can. In addition, a desired resonance frequency and air column resonance can be silenced with a simple configuration without providing a special device or the like.
[0064]
The closer the position of the resonance opening 37 in the axial direction of the inner tube 25 to the exhaust manifold 21, that is, from the center of the resonance opening 37 in the axial direction of the inner tube 25, The resonance frequency becomes lower as the distance L1 to the connection portion with the tube portion 33 increases. Also, the difference between the inner diameter of the outer tube 26 and the outer diameter of the inner tube 25, that is, the distance between the outer circumferential surface of the inner tube 25 and the inner circumferential surface of the outer tube 26 on a plane orthogonal to the axis of the double tube portion 27. The resonance frequency increases as the cross-sectional area increases.
[0065]
(3) In the present embodiment, the inner pipe 25 and the outer pipe 26 of the double pipe section 27 are provided so as not to abut on each other downstream of the flange 24 connected to the exhaust manifold 21. Further, in the space 26a of the double pipe portion 27, there is no intervening material such as a wire mesh which is in contact with both the outer peripheral surface of the inner tube 25 and the inner peripheral surface of the outer tube 26.
[0066]
Accordingly, when the exhaust gas is flowing through the double pipe portion 27, the heat of the inner pipe 25 is not directly transmitted to the outer pipe 26 or transmitted through the contact member. Therefore, when the exhaust gas flows through the inner pipe 25, the heat of the exhaust gas is less likely to be transmitted to the inner pipe 25, and the temperature of the exhaust gas can be made more difficult to lower.
[0067]
As a result, the exhaust gas flows from the inside of the inner tube 25 into the inside of the catalyst case 31 and passes through the inside of the NOx occlusion-reduction type catalyst 32a while the temperature thereof is maintained at a high temperature. The temperature of the NOx storage reduction catalyst 32a can be improved while the temperature of the NOx storage catalyst 32a can be appropriately increased.
[0068]
(4) In the present embodiment, the catalyst case 31 and the catalyst rear end pipe 34 are provided so as to be kept apart from each other. As a result, the downstream compartment 35b in the space 35 between the outer peripheral surface of the catalyst case 31 and the inner peripheral surface of the outer cylindrical portion 33 passes through the inside of the catalyst case 31 and flows into the inside of the catalyst rear end pipe 34. This serves as an expansion chamber for expanding the exhaust gas. For this reason, the level of the exhaust noise generated when the exhaust gas flows through the inside of the double pipe portion 27 can be more suitably suppressed.
[0069]
(5) In the present embodiment, in the catalyst case 31, in a portion downstream of the NOx storage reduction catalyst 32 a, the inner diameter gradually decreases toward the downstream, and the opening 31 b at the tip thereof is connected to the catalyst rear end pipe 34. Is provided with a rear-side cone portion 31a facing the upstream opening 34b.
[0070]
As a result, the exhaust gas flowing in the catalyst case 31 is rectified by the rear cone 31a to the opening 34b of the catalyst rear end pipe 34. For this reason, it is possible to suppress an increase in the ventilation resistance when the exhaust gas flowing through the inside of the catalyst case 31 flows into the inside of the catalyst rear end pipe 34, and it is possible to suppress a decrease in the engine output.
[0071]
(6) In the present embodiment, the catalyst case 31 is provided with the space 25a in the inner tube 25 of the double tube portion 27 and the moisture generated in the catalyst case 31 itself in the downstream section chamber 35b in the outer tube portion 33. A drain hole 38 is provided for discharging water into the inside.
[0072]
Generally, when the internal combustion engine 10 is left in an environment where the outside air temperature is low, such as at night, after the operation of the internal combustion engine 10 is stopped, the exhaust manifold 21, the double pipe section 27, and the catalyst case 31 have a low temperature. Rapidly cooled by outside air. Then, due to the temperature difference between the exhaust manifold 21, the double pipe portion 27, and the wall surface of the catalyst case 31 and the exhaust gas remaining in the inside thereof, water vapor and the like in the exhaust gas are condensed, and water, that is, so-called condensed water is formed. appear.
[0073]
When the condensed water gradually accumulates in the catalytic converter 30 and the NOx storage reduction catalyst 32a is immersed in the condensed water for a long time, the portion of the NOx storage reduction catalyst 32a that is immersed in the condensed water may be used. Components (eg, potassium (K), etc.) may elute in condensed water. Such elution of the components of the NOx storage reduction catalyst 32a into the condensed water is a factor that causes a reduction in the exhaust gas purification performance of the NOx storage reduction catalyst 32a.
[0074]
On the other hand, in the present embodiment, even if the condensed water is generated, the condensed water passes through the inside of the NOx storage reduction catalyst 32a in the catalyst case 31 together with the exhaust gas. The fuel is rapidly discharged to the downstream compartment 35b between the outer peripheral surface of the catalyst case 31 and the inner peripheral surface of the outer cylindrical portion 33 via the inner surface 38.
[0075]
For this reason, contact between the NOx storage reduction catalyst 32a and the condensed water for a long time due to accumulation of the condensed water in the catalyst case 31 and elution of the components of the NOx storage reduction catalyst 32a into the condensed water are suppressed. As a result, it is possible to suppress a reduction in the exhaust gas purifying ability of the catalytic converter 30.
[0076]
(7) In the present embodiment, the drain hole 38, the NOx storage-reduction catalyst 32a, and the catalyst rear end pipe 34 are disposed on the road surface 40 in a state where the exhaust system 20 is located at the use position. The height H1 of the lower surface of the catalyst rear end pipe 34> the height H2 of the lower surface of the general portion of the catalyst rear end pipe 34> the height H3 of the lower part of the drain hole 38 is provided.
[0077]
As a result, the condensed water generated inside the exhaust manifold 21, the double pipe portion 27, and the catalyst case 31 does not accumulate in the inside of the catalyst case 31 so as to contact the NOx storage reduction catalyst 32 a, and the outer periphery of the catalyst case 31 It is discharged to the downstream compartment 35b between the surface and the inner peripheral surface of the outer cylindrical portion 33. The condensed water discharged into the downstream compartment 35b flows into the catalyst rear end pipe 34 before coming into contact with the NOx storage reduction catalyst 32a.
[0078]
For this reason, contact for a long time between the NOx storage-reduction type catalyst 32a and the condensed water due to the accumulation of the condensed water in the catalyst case 31 can be suppressed.
(8) In the present embodiment, the outer cylindrical portion 33 and the catalyst rear end pipe 34 are connected to each other, and the upstream end 34 a of the catalyst rear end pipe 34 is connected to the outer peripheral surface of the catalyst case 31 and the inner peripheral surface of the outer cylindrical portion 33. Are connected in a state of being inserted into the downstream-side compartment 35b. The upstream end 34a of the catalyst rear end pipe 34 inserted into the downstream compartment 35b in the outer cylindrical portion 33 is formed in a flared shape whose diameter increases toward the opening 34b.
[0079]
As a result, the condensed water discharged from the inside of the catalyst case 31 into the downstream compartment 35b between the outer peripheral surface of the catalyst case 31 and the inner peripheral surface of the outer cylindrical portion 33 flows into the downstream compartment 35b. Flows on the inner peripheral surface of the upstream end 34a of the catalyst rear end pipe 34 from the opening 34b to the downstream in a form of being pulled by the exhaust gas flowing through. For this reason, the condensed water in the downstream-side compartment 35b of the outer cylindrical portion 33 can easily flow out into the catalyst rear end pipe 34 by using the flow of the exhaust gas.
[0080]
(9) In the present embodiment, the outer cylinder 33 and the catalyst rear end pipe 34 are connected such that the axis m1 of the catalyst rear end pipe 34 is located below the axis m2 of the outer cylinder 33 in the direction of gravity. are doing. Thereby, the distance L2 (see FIG. 1) between the inner lower surface of the outer cylinder portion 33 and the inner lower surface of the catalyst rear end pipe 34 can be reduced. Therefore, the amount of the condensed water that accumulates in the downstream compartment 35b between the outer peripheral surface of the catalyst case 31 and the inner peripheral surface of the outer cylindrical portion 33 can be reduced.
[0081]
(10) In the present embodiment, the catalyst case 31 of the catalytic converter 30 is a metal case, and the thickness of the catalyst case 31 is set to fall within a range of 0.3 mm or more and 0.8 mm or less.
[0082]
As described above, the entirety of the catalyst case 31 of the catalytic converter 30 is covered by the outer cylindrical portion 33, so that the space 35 between the outer peripheral surface of the catalyst case 31 and the inner peripheral surface of the outer cylindrical portion 33 is formed. It becomes to have a function as a heat insulating layer, and it becomes difficult for the heat of the catalyst case 31 to be transmitted to the outer cylinder portion 33.
[0083]
Further, since the entirety of the catalyst case 31 is covered with the outer cylindrical portion 33, the thickness of the catalyst case 31 can be reduced, and the heat capacity of the catalyst case 31 itself can be reduced. it can. If the thickness of the catalyst case 31 is set in the range of 0.3 mm or more and 0.8 mm or less, the heat capacity of the catalyst case 31 itself is reduced and the heat insulating layer is formed, so that the inside of the catalyst case 31 is formed. The heat of the inflowing exhaust gas is not easily transmitted to the catalyst case 31, and the warm-up property of the NOx storage reduction catalyst 32a can be further improved.
[0084]
When the thickness of the catalyst case 31 is less than 0.3 mm, the catalyst case 31 is rusted by the condensed water generated in the space 25 a in the inner tube 25 of the double tube portion 27 and inside the catalyst case 31. And a hole may be formed in the catalyst case 31. On the other hand, when the thickness of the catalyst case 31 is larger than 0.8 mm, since the heat capacity of the catalyst case 31 itself is not so reduced, the effect of improving the warm-up property of the NOx storage reduction catalyst 32a is reduced by half.
[0085]
The above embodiment can be appropriately modified as follows, for example.
In the above embodiment, the thickness of the catalyst case 31 of the catalytic converter 30 is not limited to 0.3 mm or more and 0.8 mm or less. The catalyst case 31 is not limited to a metal case, and may be formed of a material other than metal.
[0086]
In the above embodiment, the height H1 of the lower surface of the NOx storage reduction catalyst 32a with respect to the road surface 40, the height H2 of the lower surface of the general portion of the catalyst rear end pipe 34, and the height H3 of the lower portion of the drain hole 38 are H1. The drain hole 38, the NOx storage reduction catalyst 32a, and the catalyst rear end pipe 34 may be provided so that> H2 = H3 or H1> H3 ≧ H2. The point is that the height H1 of the lower surface of the NOx storage reduction catalyst 32a with respect to the road surface 40 is larger than the height H2 of the lower surface of the general portion of the catalyst rear end pipe 34 and the height H3 of the lower portion of the drain hole 38. Any configuration may be used as long as the drain hole 38, the NOx storage reduction catalyst 32a, and the catalyst rear end pipe 34 are provided.
[0087]
In the above embodiment, the position where the drain hole 38 of the catalyst case 31 is provided may not necessarily be the rear cone portion 31a. The drain hole 38 may be provided, for example, downstream of the NOx storage-reduction catalyst 32a in the large-diameter portion 31c (see FIG. 2) corresponding to the NOx storage-reduction catalyst 32a of the catalyst case 31.
[0088]
In the above embodiment, the example of the NOx storage reduction type catalyst 32a supporting potassium (K) is shown. However, in the present invention, a component other than the potassium (K) that can be eluted in the condensed water is supported. The present invention can be similarly applied to an exhaust system including the NOx storage reduction catalyst 32a.
[0089]
Further, the present invention can be similarly applied to an exhaust system including the NOx occlusion reduction type catalyst 32a in which components that cannot be eluted in the condensed water are carried. In this case, a configuration in which the drain hole 38 of the catalyst case 31 is omitted may be adopted.
[0090]
In the above embodiment, for example, when the opening 34b of the catalyst rear end pipe 34 is formed so as to have an inside diameter substantially the same as the inside diameter of the large diameter portion 31c of the catalyst case 31, the rear of the catalyst case 31 is used. The side cone part 31a may be omitted.
[0091]
In the above embodiment, the rear catalyst pipe 34 is connected to the outer cylinder 33 so that the axis m1 of the rear catalyst pipe 34 is positioned lower than the axis m2 of the outer cylinder 33 in the direction of gravity. Is not limited. The position at which the catalyst rear end pipe 34 is connected to the outer cylinder portion 33 is such that the height H1 of the lower surface of the NOx storage reduction catalyst 32a with respect to the road surface 40 is equal to the height H2 of the lower surface of the general portion of the catalyst rear end pipe 34 and Any value is possible within a range in which the relationship of being larger than the height H3 of the lower part of the drain hole 38 is established.
[0092]
In the above-described embodiment, the upstream end 34a of the catalyst rear end pipe 34 is provided such that its inner diameter changes in a curve in the axial direction of the catalyst rear end pipe 34. The portion 34a may be provided, for example, such that its inner diameter changes linearly in the axial direction of the catalyst rear end pipe 34.
[0093]
In the above embodiment, the catalyst rear end pipe 34 is inserted into the outer cylindrical portion 33 at the tip of the end 34 a without inserting the upstream end 34 a into the downstream compartment 35 b of the outer cylindrical portion 33. May be connected.
[0094]
In the above embodiment, for example, when the components of the NOx storage reduction catalyst 32a that are supported on the carrier cannot be eluted into the condensed water, or when the lower part of the rear cone 31a of the catalyst case 31 is directed downstream. In the case where there is a down slope, the catalyst case 31 and the catalyst rear end pipe 34 may be connected. In the latter case, the drain hole 38 may be omitted. In any of the former and latter cases, the upstream end 34a of the catalyst rear end pipe 34 may not be formed in a flare shape.
[0095]
In the above embodiment, for example, at least one of the inner pipe 25 and the outer pipe 26 is deformed at a part in the axial direction of the double pipe section 27 so that the inner pipe 25 and the outer pipe 26 come into contact with each other. Is also good. In addition, in a space 26a between the outer peripheral surface of the inner tube 25 and the inner peripheral surface of the outer tube 26 at a part in the axial direction of the double tube portion 27, an inclusion (for example, a wire mesh or the like) that comes into contact with the both surfaces. May be provided. In the case where any one of these configurations is adopted, from the viewpoint of heat insulation of the exhaust, the contact position between the inner tube 25 and the outer tube 26 in the axial direction of the double tube portion 27 and the position where the contact member is provided. Is preferably set as far upstream as possible from the resonance opening 37 of the inner tube 25.
[0096]
In the above embodiment, instead of providing the partitioning plate 36 in the space 35 of the outer cylindrical portion 33, for example, the outer cylindrical portion 33 is applied to the entire circumference of the outer circumferential surface of the large diameter portion 31c of the catalyst case 31. The space 35 inside the outer cylindrical portion 33 may be divided into an upstream compartment 35a and a downstream compartment 35b.
[0097]
In addition, for example, when the lower surface of the rear cone portion 31a of the catalyst case 31 is provided so as to have a downward slope toward the downstream, the downstream end of the outer cylindrical portion 33 is, for example, large in the catalyst case 31. The catalyst case 31 and the catalyst rear end pipe 34 may be connected to the outer peripheral surface such as the diameter portion 31c. In this case, the upstream end 34a of the catalyst rear end pipe 34 may not be formed in a flare shape, and the water drain hole 38 of the catalyst case 31 may be omitted. Good.
[0098]
In the above embodiment, the partition plate 36 in the space 35 of the outer cylinder 33 is provided so as to be slidable only on one of the inner peripheral surface of the outer cylinder 33 and the outer peripheral surface of the catalyst case 31. At the same time, the configuration may be such that the thermal expansion absorbing mechanism 28 is omitted. Even in this case, since the catalyst case 31 and the catalyst rear end pipe 34 are provided apart from each other, the high-temperature exhaust gas flows through the inside of the double pipe portion 27, so that the inner pipe 25 and the outer pipe 26 are formed. Is thermally expanded, and even if the inner pipe 25 is displaced relative to the outer pipe 26, the difference in thermal expansion can be suitably absorbed. In addition, since it is not necessary to provide a special component for absorbing the thermal expansion, an increase in the number of components of the exhaust system 20 can be suppressed.
[0099]
In the above-described embodiment, the example of the exhaust system 20 including the catalytic converter 30 accommodating the NOx storage reduction catalyst 32a has been described. However, the present invention relates to a catalytic converter accommodating, for example, a three-way catalyst or a diesel oxidation catalyst. The present invention can be similarly applied to an exhaust system including
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a front pipe to which an embodiment of the present invention is applied and a periphery thereof.
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a part of the front pipe according to the embodiment;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Internal combustion engine, 11 ... Cylinder head, 12 ... Exhaust port, 15 ... Floor, 16 ... Underfloor space, 20 ... Exhaust system, 21 ... Exhaust manifold, 22 ... Front pipe, 23 ... Center pipe, 24 ... Flange, 25 ... Inner pipe , 25a ... space, 26 ... outer tube, 26a ... space, 27 ... double tube portion, 28 ... thermal expansion absorption mechanism, 29 ... bellows tube, 30 ... catalyst converter, 31 ... catalyst case, 31a ... rear side cone portion, 31b ... opening, 31c ... large diameter part, 32a ... NOx storage reduction type catalyst, 32b ... seal mat, 33 ... outer cylinder part, 34 ... catalyst rear end pipe, 34a ... end part, 34b ... opening, 35 ... space, 35a ... Upstream compartment, 35b Downstream compartment, 36 Partition plate, 37 Resonance opening, 38 Drain hole, 40 Road surface.

Claims (9)

内燃機関の排気マニホールドと同機関からの排気を浄化する触媒が収容された触媒コンバータとの間を内管と外管とからなる二重管構造とし、このうちの内管の管壁に共鳴用の開口を設けることによって、それら内管と外管との間に共鳴パイプを形成したことを特徴とする内燃機関の排気管構造。A double pipe structure consisting of an inner pipe and an outer pipe is provided between the exhaust manifold of the internal combustion engine and the catalytic converter containing a catalyst that purifies exhaust gas from the engine. An exhaust pipe structure for an internal combustion engine, wherein a resonance pipe is formed between the inner pipe and the outer pipe by providing the openings. 前記共鳴用の開口の前記内管における軸線方向の位置および前記内管の外径および前記外管の内径は、当該排気管の共鳴周波数、および前記排気が前記二重管構造を構成する内管の内部を流通する際に生じる気柱共鳴の振動波形に応じて設定されてなる
請求項1に記載の内燃機関の排気管構造。
The axial position of the resonance opening in the inner pipe and the outer diameter of the inner pipe and the inner diameter of the outer pipe are the resonance frequency of the exhaust pipe, and the inner pipe in which the exhaust forms the double pipe structure. The exhaust pipe structure of an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust pipe structure is set in accordance with a vibration waveform of an air column resonance generated when flowing through the inside of the internal combustion engine.
前記二重管構造を構成する内管は、前記触媒コンバータにおいて前記触媒が収容された触媒ケースに接続されてなり、該触媒ケースの外側には、前記二重管構造を構成する外管が延長されるかたちで、かつ前記触媒ケースの外周面から離間された状態でその外周面の全周を覆う外筒部が設けられてなり、該外筒部の前記外管につながる側の他端が、前記触媒ケースの外周面もしくは同触媒ケースの下流側の排気管に接続されて、前記触媒ケースと前記外筒部との間に前記共鳴パイプと連結される共鳴室であるマフラが形成されてなる
請求項1または2に記載の内燃機関の排気管構造。
The inner tube constituting the double tube structure is connected to a catalyst case containing the catalyst in the catalytic converter, and an outer tube constituting the double tube structure extends outside the catalyst case. An outer cylinder portion is provided to cover the entire outer periphery of the catalyst case in a state separated from the outer peripheral surface of the catalyst case, and the other end of the outer cylinder portion on the side connected to the outer tube is provided. A muffler, which is a resonance chamber connected to the outer peripheral surface of the catalyst case or an exhaust pipe on the downstream side of the catalyst case and connected to the resonance pipe between the catalyst case and the outer cylinder portion, The exhaust pipe structure of an internal combustion engine according to claim 1 or 2.
前記外筒部は、前記触媒ケースの全体を覆うとともに、該触媒ケースの下流側直近の排気管に接続されてなり、同外筒部の内部には、前記マフラを上流側区画室と下流側区画室とに区画する区画板が設けられるとともに、同外筒部に接続された排気管と前記触媒ケースとは互いに離間した状態に維持されてなる
請求項3に記載の内燃機関の排気管構造。
The outer cylinder portion covers the entirety of the catalyst case and is connected to an exhaust pipe immediately downstream of the catalyst case. Inside the outer cylinder portion, the muffler is connected to the upstream compartment and the downstream side. 4. The exhaust pipe structure for an internal combustion engine according to claim 3, wherein a partition plate for partitioning the exhaust pipe into the partition chamber is provided, and the exhaust pipe connected to the outer cylindrical portion and the catalyst case are maintained apart from each other. .
前記触媒ケースは、その下流側の部分において下流に向かうほどその内径が徐々に小さくなるコーン部を有し、同コーン部は、その下流側先端の開口が前記外筒部に接続された排気管における上流側の開口と対向するように設けられてなる
請求項4に記載の内燃機関の排気管構造。
The catalyst case has a cone part whose inner diameter gradually decreases toward the downstream in a downstream part thereof, and the cone part has an exhaust pipe whose opening at the downstream end is connected to the outer cylinder part. The exhaust pipe structure for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the exhaust pipe structure is provided so as to face the upstream opening in (1).
前記触媒ケースには、少なくとも該触媒ケースの内部に生じる水分を前記下流側区画室内に排出するための水抜き孔が設けられてなる
請求項4または5に記載の内燃機関の排気管構造。
The exhaust pipe structure for an internal combustion engine according to claim 4 or 5, wherein the catalyst case is provided with a drain hole for discharging at least moisture generated inside the catalyst case into the downstream compartment.
前記外筒部に接続された排気管の下面は、前記触媒コンバータ内の触媒の下面よりも重力方向下方に設けられ、前記水抜き孔は、該外筒部に接続された排気管の下面よりも更に重力方向下方に設けられてなる
請求項6に記載の内燃機関の排気管構造。
The lower surface of the exhaust pipe connected to the outer cylinder portion is provided below the lower surface of the catalyst in the catalytic converter in the direction of gravity, and the drain hole is located between the lower surface of the exhaust pipe connected to the outer cylinder portion. 7. The exhaust pipe structure for an internal combustion engine according to claim 6, further comprising:
前記外筒部に接続された排気管は、その上流側の端部が前記外筒部の内部に挿入された状態で接続されてなり、同排気管における前記外筒部の内部に挿入された部分は、その上流側に向かうほど拡径される態様で形成されてなる
請求項7に記載の内燃機関の排気管構造。
The exhaust pipe connected to the outer cylinder is connected with its upstream end inserted into the outer cylinder, and is inserted into the outer cylinder in the exhaust pipe. The exhaust pipe structure for an internal combustion engine according to claim 7, wherein the portion is formed so as to increase in diameter toward an upstream side thereof.
前記外筒部に接続された排気管は、その軸線が前記外筒部の軸線よりも重力方向下方に位置するように接続されてなる
請求項8に記載の内燃機関の排気管構造。
The exhaust pipe structure for an internal combustion engine according to claim 8, wherein the exhaust pipe connected to the outer cylinder is connected such that an axis thereof is located below the axis of the outer cylinder in the direction of gravity.
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