发动机的排气装置的制造方法
【专利摘要】发动机的排气装置具有：排气通路，其使从发动机排出的排气流过；整流器，其具有对排气通路内的排气的流向进行整流的整流部；以及废热回收器，其设置于比整流器靠下游侧的排气通路，并且具有回收排气的热量的废热回收部、以及经由冷却流体从外周侧对废热回收部进行冷却的冷却部。排气通路具有：第1缩径部，其从整流器朝向废热回收器而逐渐地缩径；以及第2缩径部，其从废热回收器朝向下游而逐渐地缩径。
【专利说明】
发动机的排气装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种发动机的排气装置。
【背景技术】
[0002]在JP2011-169514A公开了一种排气装置，其具有使从发动机排出的排气流过的排气通路、设置于排气通路的催化剂、以及在比催化剂靠下游的排气通路设置的排气回收器。由这种排气装置所具有的废热回收器回收后的热量被用于发动机的暖机、制热等。
【发明内容】
[0003]在上述的发动机的排气装置中，废热回收器的上游侧的排气通路构成为朝向该废热回收器而扩径。在这样的结构中，经过催化剂后的排气不是均匀地流入至废热回收器，而是偏向废热回收器的中央部分而流入。其结果，不能有效利用废热回收器的整体，存在通过该废热回收器而实现的废热的回收效率降低这样的课题。
[0004]本发明的目的就是鉴于上述的问题而提出的，在于提供一种能够提高通过废热回收器而实现的废热回收效率的发动机的排气装置。
[0005]根据本发明的一个方式，发动机的排气装置具有:排气通路，其使从发动机排出的排气流过;整流器，其具有对排气通路内的排气的流向进行整流的整流部；以及废热回收器，其设置于比整流器靠下游侧的排气通路，并且具有回收排气的热量的废热回收部、以及经由冷却流体从外周侧对废热回收部进行冷却的冷却部。排气通路具有:第I缩径部，其从整流器朝向废热回收器而逐渐地缩径；以及第2缩径部，其从废热回收器朝向下游而逐渐地缩径。
【附图说明】
[0006]图1是具有第I实施方式涉及的排气装置的发动机的概略结构图。
[0007]图2是地板下催化转化器的排气净化部的主视图。
[0008]图3是废热回收器的斜视图。
[0009]图4是图3的废热回收器的IV-1V剖视图。
[0010]图5是废热回收器附近的排气装置的剖视图。
[0011 ]图6是表示第2实施方式涉及的发动机的排气装置的剖视图。
【具体实施方式】
[0012]下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
[0013](第!实施方式)
[0014]图1是具有第I实施方式涉及的排气装置60的发动机I的概略结构图。
[0015]图1所示的发动机I为例如搭载于车辆的直列4缸内燃机。发动机I具有气缸体10和在气缸体10的上部固定的气缸盖20。
[0016]气缸体10由气缸部1A和在该气缸部1A的下部形成的曲轴箱1B构成。
[0017]在气缸部1A形成4个气缸11。在气缸11内，活塞12设置为自由滑动。活塞12受到混合气体燃烧时的燃烧压力，沿气缸11进行往复运动。
[0018]曲轴箱1B将I根曲轴13支撑为自由旋转。在各活塞12连结连杆14。这些连杆14的下端与曲轴13连结。活塞12的往复运动经由连杆14及曲轴13而转换为旋转运动。
[0019]气缸盖20安装于气缸体10的上表面。由气缸盖20的下表面、气缸11的侧面以及活塞12的顶面形成燃烧室15。
[0020]另外，在气缸盖20形成有与燃烧室15连通的进气口30及排气口 40。对于I个燃烧室15，设置2个进气口 30和2个排气口 40。
[0021 ]在进气口 30设置进气阀31。进气阀31由可变气门机构32的摆动凸轮驱动，与活塞12的上下移动相对应地将进气口 30进行开闭。可变气门机构32构成为，能够改变进气阀31的升程量或动作角等气门特性。另外，在排气口 40设置排气阀41。排气阀41由可变气门机构42的摆动凸轮驱动，与活塞12的上下移动相对应地将排气口 40进行开闭。可变气门机构42构成为，能够改变排气阀41的升程量或动作角等气门特性。
[0022]在进气口30与排气口 40之间的气缸盖20设置火花塞27。火花塞27在发动机I的每个燃烧室15中设置I个。该火花塞27在规定的定时对燃烧室15内的混合气体进行点火。
[0023]在气缸体10的气缸部1A及气缸盖20设置有水套16、22。水套16、22成为用于对气缸11及燃烧室15的周围进行冷却的冷却水(冷却流体)循环的通路。
[0024]发动机I还具有进气装置50和排气装置60，该进气装置50将进气(新气)引导至该发动机I，该排气装置60将来自该发动机I的排气引导向外部。
[0025]进气装置50具有进气管21、进气歧管22、空气滤清器23、空气流量计24、电子控制式的节气阀25、以及燃料喷射阀26。
[0026]进气管21是使进气流过的通路。进气歧管22将进气管21和进气口30连通。进气歧管22将进气分配至发动机I的各气缸。这些进气管21及进气歧管22作为将进气引导至发动机I的进气通路而起作用。
[0027]在进气管21的上游端设置空气滤清器23。空气滤清器23去除从外部引入的进气中的尘垢、尘埃等异物。
[0028]在比空气滤清器23靠下游的进气管21设置空气流量计24。空气流量计24检测在进气管21内流动的进气量，对控制器80输出检测信号。
[0029]在比空气流量计24靠下游的进气管21设置节气阀25。节气阀25通过使进气管21的通路剖面积连续地或阶段性地进行变化，从而调整导入至各燃烧室15的进气量。节气阀25由节气阀致动器25A驱动而进行开闭。节气阀25的开度由节气阀传感器25B进行检测。
[0030]在进气歧管22针对发动机I的每个气缸而设置燃料喷射阀26。即，在进气歧管22的各支管，各设置一个燃料喷射阀26。燃料喷射阀26在规定的定时，将与发动机的运转状态对应的量的燃料喷射至进气歧管22内。供给至燃料喷射阀26的燃料储存于未图示的燃料箱。
[0031]发动机I的排气装置60是将来自该发动机I的排气净化而向外部导出的装置。排气装置60具有排气管61、排气歧管62、歧管催化转化器63、地板下催化转化器64、废热回收器70 ο
[0032]排气歧管62的上游端与气缸盖20连接，排气歧管62的下游端与排气管61连接。排气歧管62汇集来自各排气口 40的排气并向排气管61引导。这些排气歧管62及排气管61作为将来自发动机I的排气向外部进行引导的排气通路而起作用。
[0033]在排气歧管62的汇流管62A设置歧管催化转化器63。歧管催化转化器63具有净化排气的排气净化部63A。排气净化部63A构成为格子状的载体、即具有排气能够通过的多个通孔的圆筒状部件。排气净化部63A也可以构成为通孔的剖面形状呈六边形即蜂巢构造体。此外，排气净化部63A的通孔的剖面形状不限于四边形或六边形，也可以为圆形或三角形等其他形状。
[0034]在排气净化部63A的表面承载有对排气进行净化的三元催化剂。排气净化部63A利用三元催化剂而净化在从通孔通过的排气所包含的碳氢化合物、氮氧化物、一氧化碳等有害物质。排气净化部63A的通孔具有将排气的流向整流为固定方向(通路延伸方向)的功能。这样，歧管催化转化器63构成为具有将排气的流向进行汇整的排气净化部63A(整流部)的整流器。
[0035]比排气净化部63A靠上游侧的汇流管62A形成为朝向该排气净化部63A而扩径的扩径部62B。比排气净化部63A靠下游侧的汇流管62A形成为从该排气净化部63A朝向下游而缩径的缩径部62C。通过这样构成汇流管62A，从而即使在汇流管62A内配置排气净化部63A，也可抑制排气阻力的增加。
[0036]在排气歧管62的汇流管62A的下游端连接排气管61。排气管61是将从排气歧管62通过后的排气向外部进行引导的通路。在排气管61从上游侧起依次配置地板下催化转化器64和废热回收器70。
[0037]地板下催化转化器64具有净化排气的排气净化部64A。排气净化部64A构成为如图2所示的格子状的载体、即具有排气能够通过的多个通孔64B的圆筒状部件。排气净化部64A也可以构成为通孔64B的剖面形状呈六边形即蜂巢构造体。此外，通孔64B的剖面形状不限于四边形或六边形，也可以为圆形或三角形等其他形状。
[0038]在排气净化部64A的表面承载有对排气进行净化的三元催化剂。排气净化部64A利用三元催化剂而净化在从通孔64B通过的排气所包含的碳氢化合物、氮氧化物、一氧化碳等有害物质。排气净化部64A的通孔64B具有将排气的流向整流为固定方向(通路延伸方向)的功能。这样，地板下催化转化器64构成为具有将排气的流向进行整流的排气净化部64A(整流部)的整流器。
[0039]如图1所示，废热回收器70与地板下催化转化器64的下游侧相邻而设置。废热回收器70是对从地板下催化转化器64的排气净化部64A通过后的排气的热量进行回收的装置。由废热回收器70回收后的热量被用于发动机I的暖机、制热等。
[0040]从发动机I排出至排气装置60的排气由歧管催化转化器63及地板下催化转化器64进行净化，在由废热回收器70回收热量之后，通过排气管61而被引导向外部。
[0041]上述的发动机I由控制器80进行控制。控制器80由具有中央运算装置(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、以及输入输出接口(I/O接口)的微型计算机构成。
[0042]在控制器80除了被输入来自空气流量计24、节气阀传感器25B的检测信号之外，还被输入来自温度传感器81、发动机转速传感器82、加速器踏板传感器83等检测发动机的运转状态的各种传感器的检测信号。温度传感器81检测在水套16流动的冷却水的温度。发动机转速传感器82基于曲轴角而检测发动机转速。加速器踏板传感器83检测加速器踏板的踏入量。
[0043]控制器80基于检测出的发动机I的运转状态，将节气阀开度、燃料喷射量、点火定时等控制为最优。
[0044]下面，参照图3及图4，对废热回收器70的结构进行说明。图3是废热回收器70的斜视图，图4是图3的废热回收器70的IV-1V剖视图。
[0045]如图3及图4所示，废热回收器70具有回收排气的热量的废热回收部71和经由冷却水而冷却废热回收部71的冷却部72。
[0046]冷却部72为圆筒部件，在冷却部72的内部配置有废热回收部71。冷却部72的内径形成得比废热回收部71的外径稍大，废热回收部71嵌入在冷却部72的内周面。
[0047]废热回收部71由导热率比形成排气管61、排气歧管62的材料的导热率高的材料、例如碳化硅(SiC)形成。废热回收部71是具有排气能够通过的多个通孔71A的格子状的圆筒部件。通孔71A沿轴向从废热回收部71的一个端面贯通至另一个端面。废热回收部71也可以构成为通孔71A的剖面形状呈六边形即蜂巢构造体。此外，通孔71A的剖面形状不限于四边形或六边形，也可以为圆形或三角形等其他形状。
[0048]废热回收部71利用从通孔71A通过的排气而进行加热。从废热回收部71通过后的排气的温度变得比通过前的排气的温度低。
[0049]冷却部72以收容有废热回收部71的状态设置于排气管61。冷却部72的内部构成为使排气流过的排气通路的一部分。
[0050]冷却部72具有环状流路72A、导入口 72B以及排出口 72C，该环状流路72A沿废热回收部71的外周而形成，该导入口 72B将冷却水导入至环状流路72A，该排出口 72C从环状流路72A排出冷却水。导入口 72B和排出口 72C沿废热回收部71的周向错开180度而配置。
[0051]在废热回收器70的环状流路72A，利用发动机I的水栗(不图示)而压送的冷却水通过导入口 72B而流入。冷却水在环状流路72A内流动，从外周侧对废热回收部71进行冷却。在环状流路72A通过的冷却水由于废热回收部71而升温，从排出口 72C通过而从废热回收器70排出。排出后的冷却水供给至气缸体10及气缸盖20的水套16、22、未图示的制热装置，用于发动机I的暖机、车室内的制热。
[0052]下面，参照图5，对废热回收器70附近的排气通路的构造进行说明。图5是废热回收器70附近的排气装置60的剖视图。
[0053]如图5所示，废热回收器70及地板下催化转化器64设置于排气管61，该排气管61构成排气通路的一部分。废热回收器70的废热回收部71、以及地板下催化转化器64的排气净化部64A为圆筒状部件，分别配置于同轴上。
[0054]排气管61具有:扩径部61A，其形成于地板下催化转化器64的排气净化部64A的上游侧;第I缩径部61B，其形成于地板下催化转化器64与废热回收器70之间；以及第2缩径部61C，其形成于废热回收器70的下游侧。
[0055]排气管61的扩径部61A为锥形状，构成为通路直径从上游侧朝向排气净化部64A而通路直径逐渐地扩大。
[0056]排气管61的第I缩径部61B是将地板下催化转化器64与废热回收器70连结的连结通路(连结部)。第I缩径部61B为锥形状，构成为通路直径从地板下催化转化器64朝向废热回收器70而通路直径逐渐地缩小。此外，扩径部61A与第I缩径部61B之间的排气管61形成为通路直径固定的平坦路径，在该平坦路径上设置有排气净化部64A。
[0057]排气管61的第2缩径部61C是与废热回收器70的排气出口连接的连接通路(连接部)。第2缩径部61C为锥形状，构成为通路直径从废热回收器70朝向下游而逐渐地缩小。
[0058]废热回收器70配置于第I缩径部61B与第2缩径部61C之间。废热回收器70的废热回收部71的外径构成为，比排气净化部64A的外径小，且比第2缩径部61C的下游侧的排气管61的内径大。此外，比第2缩径部61C靠下游侧的排气管61的内径和比扩径部61A靠上游侧的排气管61的内径构成得相同。另外，排气净化部64A的外径构成为大于比扩径部61A靠上游侧的排气管61的内径。
[0059]如图5的箭头所示，流入至排气净化部64A之前的排气的流向为比较不规则的流向。在地板下催化转化器64的上游侧流动的排气从扩径部61A通过而扩散，被导入至地板下催化转化器64。引导至地板下催化转化器64的排气从排气净化部64A的通孔64B通过而被整流，成为沿通路延伸方向的直线的流向。
[0060]从排气净化部64A通过后的排气从第I缩径部61B通过而被引导至废热回收器70。从而，利用排气净化部64A整流后的排气比较均匀地流入至废热回收器70的废热回收部71。但是，从存在于靠近排气净化部64A外周的通孔64B流出的排气沿第I缩径部61B而汇集，因此流入至废热回收部71的外周部分的排气的量比中央部分多。这样，通过增加流入至废热回收部71的外周部分的排气的量，从而废热回收部71的外周部分变得容易被加热。其结果，能够进一步提高废热回收部71的外周部分的温度。
[0061]废热回收器70的冷却部72是从废热回收部71的外周侧夺取热量的构造。因此，通过如上所述地提高废热回收部71的外周部分的温度，能够利用冷却部72有效地回收废热回收部71的热量。
[0062]从废热回收器70通过后的排气从第2缩径部61C通过而集中至靠近排气管61中央，从排气管61通过而向外部排出。
[0063]根据上述的第I实施方式涉及的发动机I的排气装置60，能够取得以下的效果。
[0064]在发动机I的排气装置60中，构成排气通路的排气管61具有:第I缩径部61B，其在地板下催化转化器64与废热回收器70之间朝向下游而逐渐地缩径；以及第2缩径部61C，其从废热回收器70朝向下游而逐渐地缩径。由于在从地板下催化转化器64的排气净化部64A通过时所整流的排气被引导至废热回收器70的废热回收部71，因此排气变得容易流入至废热回收部71。由于从存在于靠近排气净化部64A外周的通孔64B流出的排气沿第I缩径部61B而汇集，因此废热回收部71的外周部分的温度被进一步提高。由于废热回收器70是从废热回收部71的外周夺取热量的构造，因此通过使废热回收部71的外周部分的温度升高，能够提高废热回收效率。另外，由于使地板下催化转化器64的排气净化部64A作为整流部而起作用，因此无需另外设置具有整流部的整流器，能够使排气装置60的结构简单化。
[0065]排气管61还具有扩径部61A，该扩径部61A从上游侧朝向地板下催化转化器64而逐渐地扩径。将排气的流向进行汇整的地板下催化转化器64的排气净化部64A在扩径部61A与第I缩径部61B之间设置于通路内径大的部分。因此，能够配置外径大的排气净化部64A，能够提高排气净化部64A处的整流效果。
[0066]地板下催化转化器64的排气净化部64A形成为具有多个通孔64B的筒部件，废热回收器70的废热回收部71也形成为具有多个通孔71A的筒部件。另外，废热回收部71的外径构成为，小于排气净化部64A的外径，大于比第2缩径部61C靠下游侧的排气管61的内径。通过这样的结构，能够对废热回收部71的入口面整体比较均匀地供给排气。其结果，能够提高通过废热回收器70而实现的废热回收效率。
[0067]此外，在发动机I的排气装置60中，地板下催化转化器64的排气净化部64A优选构成为通孔64B的剖面形状呈六边形即蜂巢构造体。通过这样构成，能够在排气净化部64A密集地配置通孔64B，提升整流功能。由此，能够将更均匀的排气供给至废热回收器70。
[0068]另外，优选废热回收器70的废热回收部71也构成为通孔71A的剖面形状呈六边形即蜂巢构造体。通过这样构成，能够在废热回收部71密集地配置通孔71A，废热回收功能提升。由此，能够进一步提高废热回收器70处的废热回收效率。
[0069]并且，优选构成为，排气净化部64A的通孔64B的开口面积(通路直径)比废热回收部71的通孔71A小，通孔64B的数量比通孔71A多。通过这样使排气净化部64A的孔比废热回收部71的孔细，能够提高排气净化部64A的整流效果。由此，从排气净化部64A通过后的排气容易流入至废热回收部71，能够提高通过废热回收器70而实现的废热回收效率。
[0070](第2实施方式)
[0071]参照图6，对本发明的第2实施方式涉及的发动机I的排气装置60进行说明。
[0072]第2实施方式涉及的发动机I的排气装置60在废热回收器70设置于紧邻歧管催化转化器63的后方这点与第I实施方式的排气装置不同。此外，下面对实现与第I实施方式相同功能的结构等使用相同的标号，适当地省略重复的说明。
[0073]如图6所示，在排气歧管62的下游端连接有排气管61，在该排气管61设置有歧管催化转化器63。本实施方式涉及的歧管催化转化器63的结构与第I实施方式涉及的歧管催化转化器63相同。设置歧管催化转化器63的部分的排气管61的内径构成为与在排气歧管62的下游形成的汇流管的内径大致相同。
[0074]在本实施方式中，废热回收器70设置于在歧管催化转化器63的下游的排气管61，而不是在地板下催化转化器64的下游。
[0075]排气管61具有:第I缩径部61B，其形成于歧管催化转化器63与废热回收器70之间；以及第2缩径部61C，其形成于废热回收器70的下游侧。
[0076]排气管61的第I缩径部61B是将歧管催化转化器63与废热回收器70连结的连结通路(连结部)。第I缩径部61B为锥形状，构成为通路直径从歧管催化转化器63朝向废热回收器70而逐渐地缩小。
[0077]排气管61的第2缩径部61C是与废热回收器70的排气出口连接的连接通路(连接部)。第2缩径部61C为锥形状，构成为通路直径从废热回收器70朝向下游而逐渐地缩小。此夕卜，在比第2缩径部61C靠下游的排气管61，设置有在图6中未图示的地板下催化转化器64。
[0078]废热回收器70的废热回收部71的外径构成为，比排气净化部63A的外径小，且比第2缩径部61C的下游侧的排气管61的内径大。
[0079]根据第2实施方式涉及的发动机I的排气装置60，由于从歧管催化转化器63的排气净化部63A的通孔63B通过而被整流后的排气被引导至废热回收器70的废热回收部71，因此排气变得容易流入至废热回收部71。由于从存在于靠近排气净化部63A外周的通孔63B流出的排气沿第I缩径部61B而汇集，因此废热回收部71的外周部分的温度进一步升高。由于废热回收器70是从废热回收部71的外周侧夺取热量的构造，因此通过使废热回收部71的外周部分的温度升高，能够提高废热回收效率。
[0080]此外，在发动机I的排气装置60中，歧管催化转化器63的排气净化部63A优选构成为通孔63B的剖面形状呈六边形即蜂巢构造体。通过这样构成，能够在排气净化部63A密集地配置通孔63B，提升整流功能。
[0081]另外，优选废热回收器70的废热回收部71也构成为通孔71A的剖面形状呈六边形即蜂巢构造体。通过这样构成，能够在废热回收部71密集地配置通孔71A，提升废热回收功會K。
[0082]并且，优选构成为，排气净化部63A的通孔63B的开口面积(通路直径)比废热回收部71的通孔71A小，通孔63B的数量比通孔71A多。通过这样使排气净化部63A的孔比废热回收部71的孔细，能够提高排气净化部63A的整流效果。
[0083]此外，本发明不限定于上述的实施方式，显然在其技术性的思想的范围内可以进行各种变更。
[0084]在上述实施方式中，将催化转化器的排气净化部63A、64A设为整流部。然而，在排气装置60中，也可以在废热回收器70的上游侧，配置仅具有排气整流功能而无排气净化功能的整流部。
[0085]以上对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式仅示出了本发明的应用例的一部分，并不旨在将本发明的技术性的范围限定于上述实施方式的具体的结构。
[0086]本发明主张基于2014年4月4日在日本特许厅申请的特愿2014-78162的优先权，该申请的全部内容通过参照而引入至本说明书。
【主权项】
1.一种发动机的排气装置，其具有: 排气通路，其使从发动机排出的排气流过； 整流器，其具有对所述排气通路内的排气的流向进行整流的整流部；以及废热回收器，其设置于比所述整流器靠下游侧的所述排气通路，具有回收排气的热量的废热回收部、以及经由冷却流体从外周侧对所述废热回收部进行冷却的冷却部， 所述排气通路具有: 第I缩径部，其从所述整流器朝向所述废热回收器而逐渐地缩径；以及 第2缩径部，其从所述废热回收器朝向下游而逐渐地缩径。2.根据权利要求1所述的发动机的排气装置，其中， 所述整流部构成为具有排气能够通过的多个整流孔的筒部件， 所述废热回收部构成为具有排气能够通过的多个通孔的筒部件， 所述废热回收部的外径小于所述整流部的外径，大于比所述第2缩径部靠下游侧的所述排气通路的内径。3.根据权利要求2所述的发动机的排气装置，其中， 所述排气通路还具有扩径部，该扩径部从所述整流器的上游侧朝向所述整流器而逐渐地扩径。4.根据权利要求2或3所述的发动机的排气装置，其中， 所述整流孔的开口面积比所述通孔的开口面积小， 所述整流孔的数量比所述通孔的数量多。5.根据权利要求2至4中任一项所述的发动机的排气装置，其中， 所述整流部构成为所述整流孔的剖面形状呈六边形即蜂巢构造体。6.根据权利要求2至5中任一项所述的发动机的排气装置，其中， 所述废热回收部构成为所述通孔的剖面形状呈六边形即蜂巢构造体。7.根据权利要求1至6中任一项所述的发动机的排气装置，其中， 所述整流器是具有净化排气并作为所述整流部而起作用的排气净化部的催化转化器。
【文档编号】F01N3/24GK106062334SQ201580012002
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2015年3月10日 公开号201580012002.5, CN 106062334 A, CN 106062334A, CN 201580012002, CN-A-106062334, CN106062334 A, CN106062334A, CN201580012002, CN201580012002.5, PCT/2015/56928, PCT/JP/15/056928, PCT/JP/15/56928, PCT/JP/2015/056928, PCT/JP/2015/56928, PCT/JP15/056928, PCT/JP15/56928, PCT/JP15056928, PCT/JP1556928, PCT/JP2015/056928, PCT/JP2015/56928, PCT/JP2015056928, PCT/JP201556928
【发明人】深见彻, 荻原智, 户田康公, 永井宏幸
【申请人】日产自动车株式会社