特開 2024-83265 内燃機関の排気ガス浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024083265

(43)【公開日】2024-06-20

(54)【発明の名称】内燃機関の排気ガス浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/28 20060101AFI20240613BHJP

   F01N 3/20 20060101ALI20240613BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20240613BHJP

【ＦＩ】

F01N3/28 311U

F01N3/20 F ZAB

F01N3/20 M

F01N3/24 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023201793

(22)【出願日】2023-11-29

(31)【優先権主張番号】10 2022 132 796.5

(32)【優先日】2022-12-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】510153962

【氏名又は名称】マン・エナジー・ソリューションズ・エスイー

【氏名又は名称原語表記】ＭＡＮ ＥＮＥＲＧＹ ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ ＳＥ

【住所又は居所原語表記】Ｓｔａｄｔｂａｃｈｓｔｒ．１ ８６１５３ Ａｕｇｓｂｕｒｇ，ＧＥＲＭＡＮＹ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】アルミン・グラープマイアー

(72)【発明者】

【氏名】トーマス・エーガー

(72)【発明者】

【氏名】ベルンハルト・リッター

(72)【発明者】

【氏名】ヨハネス・リーパート

【テーマコード（参考）】

3G091

【Ｆターム（参考）】

3G091AB01

3G091BA00

3G091CA12

3G091CA13

3G091CA27

3G091HA01

3G091HA46

3G091HB01

3G091HB03

(57)【要約】

【課題】エンジンの近傍に追加のスペースを必要とせず、軽量な排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】排気ガス浄化装置（１０）は、少なくとも１つの気筒列の互いに隣接する気筒に沿って長手方向に延在している排気管（１１）と、排気管（１１）を第１の排気管部（１６）と第２の排気管部（１７）とに分割する触媒コンバータ（１５）とを有し、排気管部（１６、１７）は、それぞれ長手方向が少なくとも１つの気筒列の気筒に沿って延在しており、排気管（１１）は、少なくとも１つの気筒列の気筒に連結されて、排気ガスを第１の排気管部（１６）に導入し、第１の排気管部（１６）から出た未浄化の排気ガスは、触媒コンバータ（１５）を介して排気管（１１）の長手方向に対して横方向に第２の排気管部（１７）に導かれ、第２の排気管部（１７）から出た浄化された排気ガスとして、内燃機関の少なくとも１つの更なるアセンブリの方向に導かれる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の排気ガス浄化装置（１０）であって、
内燃機関の少なくとも１つの気筒列のうち互いに隣接する気筒に沿って長手方向に延在している排気管（１１）と、
前記排気管（１１）内に配置され、前記排気管（１１）を第１の排気管部（１６）と第２の排気管部（１７）とに分割する触媒コンバータ（１５）であって、前記排気管部（１６、１７）は、その長手方向がそれぞれ前記少なくとも１つの気筒列の気筒に沿って延在している、触媒コンバータ（１５）と、
前記排気管（１１）は、前記少なくとも１つの気筒列の気筒からの排気ガスを前記排気管（１１）の前記第１の排気管部（１６）に導入するために、前記少なくとも１つの気筒列の気筒に連結されており、
前記排気管（１１）の前記第１の排気管部（１６）から排出される未浄化の排気ガスは、前記排気管（１１）の長手方向に対して横方向に前記触媒コンバータ（１５）を介して前記排気管（１１）の前記第２の排気管部（１７）に導かれ、前記排気管（１１）の前記第２の排気管部（１７）から排出される浄化された排気ガスとして、内燃機関の少なくとも１つの更なるアセンブリの方向に導かれる、排気ガス浄化装置。

【請求項2】

２つの排気管部（１６，１７）を有する前記排気管（１１）は、１つの気筒列又は２つの気筒列の全ての気筒に沿って延在しており、前記排気管（１１）の前記第１の排気管部（１６）は、１つの気筒列又は２つの気筒列の全ての気筒に連結されている、ことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。

【請求項3】

前記触媒コンバータ（１５）をバイパスする排気ガスが、前記第１の排気管部（１６）から前記内燃機関の少なくとも１つの更なるアセンブリの方向に、未浄化の状態で直接導くことができる少なくとも１つのバイパス（１９）を備えている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置。

【請求項4】

前記バイパス（１９）は、前記排気管（１１）の一端（１４）に形成されている、ことを特徴とする請求項３に記載の排気ガス浄化装置。

【請求項5】

前記バイパス（１９）は、前記排気管（１１）の前記端部（１３、１４）に形成され、前記排気管（１１）から出る排気ガスは、前記内燃機関の少なくとも１つの別のアセンブリの方向に導かれる、ことを特徴とする請求項４に記載の排気ガス浄化装置。

【請求項6】

前記バイパス（１９）に割り当てられ、該バイパス（１９）を遮断及び開放するように装備された制御可能な閉鎖デバイス（２０）を備えている、ことを特徴とする請求項４または５に記載の排気ガス浄化装置。

【請求項7】

前記閉鎖デバイス（２０）は、前記バイパス（１９）を完全に遮断または完全に開放し、若しくは部分的に遮断または開放するように装備されている、ことを特徴とする請求項６に記載の排気ガス浄化装置。

【請求項8】

各々の前記触媒コンバータ（１５）には、少なくとも１つの好ましくは格子状の案内要素（２２）が割り当てられている、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。

【請求項9】

各々の気筒列の気筒と前記排気管（１１）との連結領域には、流量制御要素（２３）が配置されており、該流量制御要素（２３）は、各々の気筒列の気筒の排気ガスが前記排気管（１１）の前記第１の排気管部（１６）に流入する流れを制御している、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の排気ガス浄化装置（exhaust gas purification device）に関する。

【背景技術】

【0002】

実際に知られている内燃機関は、燃料が燃焼される気筒を含む。内燃機関の気筒は、互いに並んで配列された気筒の少なくとも１つの気筒列（cylinder bank）を形成している。Ｖ型設計の内燃機関の場合には、複数の気筒が隣接して配列された２つの気筒列が設けられている。更に、実際に知られている内燃機関は、排気ガス浄化装置を備えている。排気ガス浄化装置は、気筒から排出される排気ガスを浄化している。典型的には、それぞれの排気ガス過給機の少なくとも１つのタービンは、排気ガス浄化装置の下流に配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１１０４９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の内燃機関では、排気ガス浄化装置の設置スペースが大きくなってしまう。これは欠点である。

【0005】

エンジンの既存寸法（設置スペース）内に好適に設置することができ、従ってエンジンの近傍に追加のスペースを必要とせず、更に軽量な構造である排気ガス浄化システムが必要とされている。本発明の目的は、対応する内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この目的は、請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置によって解決される。

【0007】

本発明に係る排気ガス浄化装置は、内燃機関の少なくとも１つの気筒列のうち互いに隣接する気筒に沿って長手方向に延在している排気管を備えている。また、本発明に係る排気ガス浄化装置は、前記排気管内に配置され、前記排気管を第１の排気管部と第２の排気管部とに分割する触媒コンバータを備え、前記排気管部は、その長手方向がそれぞれ前記少なくとも１つの気筒列の気筒に沿って延在している。排気管は、少なくとも１つの気筒列の気筒からの排気ガスを排気管の第１の排気管部に導入するために、少なくとも１つの気筒列の気筒に連結されている。未浄化の排気ガスは、排気管の第１の排気管部から出発して、排気管の長手方向に対して横方向に触媒コンバータを介して排気管の第２の排気管部に導かれ、内燃機関の少なくとも１つの更なるアセンブリの方向に排気管の第２の排気管部から発生する浄化された排気ガスとして導かれる。

【0008】

本発明に係る排気ガス浄化装置において、排気管は、少なくとも１つの気筒列の気筒に沿って延在している。この排気管には、排気管を未浄化の排気ガス用の第１の排気管部と浄化された排気ガス用の第２の排気管部とに分割する触媒コンバータが収容されている。１つの気筒列または２つの気筒列については、内燃エンジンの少なくとももう１つのアセンブリの方向に、気筒から出る排気ガスを受け入れ、浄化し、排出するために、排気管内に触媒コンバータを配置した単一の排気管を備えている。触媒コンバータによって互いに分離された排気管の２つの排気管部は、それぞれの気筒列の気筒に沿って長手方向に延在している。排気管内に収容された触媒コンバータは、それぞれの排気管の長手方向に対して横方向に流される。本発明に係る排気ガス浄化装置は、設置スペースが少なく、エンジンルーム内に一体化することができる。また、本発明に係る排気ガス浄化装置は軽量である。

【0009】

好適には、２つの排気管部を有する排気管は、１つの気筒列又は２つの気筒列の全ての気筒に沿って延在しており、排気管の第１の排気管部は、１つの気筒列又は２つの気筒列の全ての気筒に連結されている。本実施形態は、軽量で設置スペースの少ない排気ガス浄化装置を提供するために特に好ましい。あるいは、複数の排気ガス浄化装置を、本発明に従ってエンジンに取り付けることができ、好適には、例えば気筒列当たり１つの排気ガス浄化バンクを、２つの気筒列を有するエンジンに取り付けることができる。

【0010】

好適には、排気ガス浄化装置は、触媒コンバータをバイパスする排気ガスが、第１の排気管部から内燃機関の少なくとも１つの更なるアセンブリの方向に、未浄化の状態で直接導くことができる少なくとも１つのバイパスを備えている。特に、バイパスは、排気管から出る排気ガスを内燃機関の少なくとも１つの別のアセンブリの方向に導くことができる排気管の端部に形成されている。特に、バイパスは、制御可能な閉鎖デバイスを介して遮断及び開放することができる。バイパスと、バイパスを遮断したり開放したりするのに役立つ制御可能な閉鎖デバイスとによって、排気ガスの流量制御は、内燃機関の異なる動作点及び負荷変化に特に適合させることができる。これにより、排気ガス浄化装置を備える内燃機関のエンジンダイナミクスを調整又は向上させることができる。

【0011】

好適には、流れ案内要素（flow guiding element）は、それぞれの気筒列の気筒と排気管との連結領域に配置され、排気管の第１の排気管部に入るときにそれぞれの気筒列の気筒の排気ガスの流れを案内している。流れ案内要素によって、気筒からの排気ガスの排気管の第１の排気管部への導入及び第１の排気管部における排気ガスの分布を改善することができ、触媒コンバータを通る良好な流れを提供することができる。

【0012】

好適には、各々の触媒コンバータには、少なくとも１つの好ましくは格子状の案内要素が割り当てられている。案内要素によって、触媒コンバータの領域における排気ガスの流量制御を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】内燃機関の排気ガス浄化装置の例示的実施形態の斜視図である。

【図2】図１の排気ガス浄化装置の第１の断面図である。

【図3】図１の排気ガス浄化装置の第２の断面の抜粋である。

【図4】図２の詳細を示す図である。

【図5】図３の詳細の代替である。

【図6】第１の状態における図３の詳細である。

【図7】第２の状態における図６の詳細である。

【図8】第３の状態における図６の詳細である。

【図9】図１の排気ガス浄化装置の第３の断面の抜粋である。

【図10】第１の状態における図６の詳細に対する代替である。

【図11】第２の状態における図１０の詳細である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の好ましい更なる発展は、従属請求項及び以下の記載から得られる。以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0015】

図１は、内燃機関の排気ガス浄化装置１０の斜視図であり、図１の排気ガス浄化装置１０は、２つの気筒列を有する内燃機関用として示されている。

【0016】

各々の気筒列は、一列に配列された１０個の気筒で構成されている。図１の排気ガス浄化装置１０が示す気筒列当たりの気筒数は、純粋に例示的なものである。

【0017】

本発明に係る図１の排気ガス浄化装置１０は、排気管１１を備えている。この排気管１１は、内燃機関の１つまたは複数の気筒列のうち隣り合う気筒に沿って長手方向に延在している。

【0018】

図１の例示的な実施形態では、排気管１１は、複数の管セグメント１１ａから組み立てられ、各々の場合において、互いに隣接して配置される管セグメント１１ａは、長さ補償構成要素（length-compensating component）、ここでは例示的に蛇腹状の（bellows-like）補償器１２によって互いに接続されている。補償器１２は、例えば、熱的に誘起された長さ変化を補償するのに役立つ。

【0019】

排気管１１は、第１の端部１３で閉じられている。反対側の第２の端部１４では、排気ガスは、内燃機関の少なくとも１つの別のアセンブリの方向、例えば排気ガス過給機のタービンの方向に排気管１１から排出することができる。

【0020】

排気管１１内には、複数の触媒コンバータ１５が配置されている。図２の排気ガス浄化装置１０の縦断面を示す図２は、複数のそのような触媒コンバータ１５を示し、触媒コンバータ１５は、排気管１１の内部、従って排気管１１を第１の排気管部１６と第２の排気管部１７とに分割している。排気管１１の排気管部１６，１７は、その長手方向が２つの気筒列の気筒に沿って互いに平行に延在している。

【0021】

排気管１１は、各々の気筒列の気筒に、すなわち、各々の気筒列の気筒からそれぞれの排気管１１の第１の排気管部１６に排気ガスが導入されるように連結されている。従って、図１及び図２の例示的な実施形態では、各々の排気管セグメント１１ａは、２つの気筒列のそれぞれの２つの気筒と相互作用するように提供されている。そして、これら４つの気筒にはそれぞれ入口開口部１８が形成されており、各々の入口開口部１８を介して各々の気筒列の各々の気筒から排気管１１、すなわち各々の排気管１１の第１の排気管部１６に排気ガスを導入することができる。１つの気筒列のみが存在する場合、排気管１１は、入口開口部１８を介してこの１つの気筒列の気筒に連結されている。そして必要の無い入口開口部は、構成部品に確保されている（saved）。

【0022】

未浄化の排気ガスは、排気管１１の第１の排気管部１６から出発して、触媒コンバータ１５を介して排気管１１の長手方向に対して横方向に、すなわち第２の排気管部１７の方向に流れ、そこに浄化された排気ガスが蓄積されている。排気管１１の第２の排気管部１７から放出されるこの浄化された排気ガスは、内燃機関の少なくとも１つの更なるアセンブリの方向に、すなわち排気管１１の第２の端部１４から放出される方向に導くことができる。更に、第１の端部１３は、第２の端部１４と同様に具体化することができ、第１の端部１３を介して排気ガスを別のアセンブリに供給することができる。

【0023】

排気管１１は、その２つの排気管部１６、１７と共に、１つの気筒列又は２つの気筒列の全ての気筒に沿って延在し、各々の場合において、排気管１１又は複数の排気管１１が気筒列に沿って延在している。また、排気管１１の第１の排気管部１６は、入口開口部１８を介して、一方の気筒列または２つの気筒列の全ての気筒に接続されており、各々の気筒の排気ガスが排気管１１の第１の排気管部１６に流入可能となっている。排気管１１の管セグメント１１ａの入口開口部１８を介して第１の排気管部１６に入る排気ガスは、第１の排気管部１６内に広がり、触媒コンバータ１５を介して流れ、次いで、浄化された排気ガスとして第２の排気管部１７に蓄積され、そこから第２の端部１４の方向に、また、第１の端部１３がそれに応じて具体化される場合には、第１の端部１３の方向に、内燃機関の少なくとも１つの更なるアセンブリに導かれる。

【0024】

排気ガス浄化装置１０は、バイパス１９を備えている。バイパス１９は、排気管の第２の端部１４に形成され、そこから排気ガスを内燃機関の少なくとも１つの別のアセンブリの方向に導くことができる。更に、第１の端部においても更なるアセンブリのために排気ガスを抽出するために、更なるバイパスを他端に追加的に取り付けることができる。

【0025】

バイパス１９は、触媒コンバータ１５をバイパスした未浄化の排気ガスを、第１の排気管部１６から内燃機関の少なくとも１つの別のアセンブリの方向に直接導くために形成されている。バイパス１９には、制御可能な閉鎖デバイス２０が割り当てられている。

【0026】

図６、図７及び図８は、この閉鎖デバイス２０を異なる状態で示しており、図６の状態では閉鎖デバイス２０はバイパス１９を完全に遮断し、図７ではバイパスを完全に開放し、図８では閉鎖デバイス２０はバイパス１９を部分的に開放している。

【0027】

図６の状態では、バイパス１９を介して排気ガスが流れることはできないが、全ての排気ガスは、第２の排気管部１７から発生して排気管１１から、すなわち内燃機関の少なくとも１つの更なるアセンブリの方向に排出されるために、触媒コンバータ１５を介して第１の排気管部１６から流れる必要がある。図７の状態では、第１の排気管部１６から出る全ての排気ガスは、内燃機関の少なくとも１つの別のアセンブリの方向に直接導くことができる。従って、図７の状態では、触媒コンバータ１５を介して排気ガスが流れることは無い。図８の状態では、排気ガスは、一方では部分的に触媒コンバータ１５を介して、他方では部分的に触媒コンバータ１５をバイパスするバイパス１９を介して流れることができ、その結果、部分的には浄化された排気ガスとして、また部分的には未浄化の排気ガスとして、内燃機関の少なくとも１つの更なるアセンブリに供給されている。

【0028】

閉鎖デバイス２０は、図６、図７及び図８の状態の間でアクチュエータ２１を介して移動し、排気ガス浄化装置を含む内燃機関の動作点又は負荷点における排気ガス制御を調整することができる。

【0029】

図６、図７及び図８に示す閉鎖デバイス２０は、軸２１を中心に旋回可能なフラップとして形成されており、軸２１は、触媒コンバータ１５の１つ、すなわち、第２の端部１４の領域に直接配置された触媒コンバータ１５に面している。更に、図６、図７及び図８に示す閉鎖デバイスを第１の端部１３に配置することもできる。

【0030】

図１０及び図１１は、閉鎖デバイス２０の別の実施形態を示しており、閉鎖デバイス２０は、軸２１を中心に旋回可能であり、この軸２１は、排気管１１の端部１４の領域に配置された触媒コンバータ１５とは反対を向いている閉鎖デバイス２０の端部に設けられている。

【0031】

図１０の状態では、閉鎖デバイス２０はバイパス１９を完全に閉鎖し、図１１では、閉鎖デバイス２０はバイパス１９を完全に開放している。従って、図１０の状態は、図６の状態に対応し、図１１の状態は、図７の状態に対応している。

【0032】

本発明の有利な更なる発展形態によれば、各々の触媒コンバータ１５には、排気ガス制御のための少なくとも１つの案内要素２２が割り当てられている。従って、図５は、各々の触媒コンバータ１５が、入口側端部及び出口側端部、すなわち、第１の排気管部１６に割り当てられた端部及び第２の排気管部１７に割り当てられた端部の両方において、排気ガス制御のための案内要素２２をそれぞれ割り当てられていることを示している。図５によるこの案内要素２２は、触媒コンバータの領域における排気ガスの流量制御、すなわち、一方では第１の排気管部１６から出る触媒コンバータ１５の流入及び触媒コンバータから第２の排気管部１７への流出を改善するために、グリッド状の案内要素として具体化されている。

【0033】

図９から最も明らかなように、流れ案内要素２３は、気筒と排気管１１との連結領域に、すなわち、排気管１１の各々の入口開口１８に隣接して形成され、この流れ案内要素２３は、各々の気筒から出て、各々の入口開口部１８を介して排気管１１の第１の排気管部１６に流れる排気ガスの流量制御に役立つ。これにより、気筒から入口開口部１８を介して第１の排気管部１６内に流入する排気ガスが、触媒コンバータ１５を介して第２の排気管部１７の方向に流れる前に、第１の排気管部１６の領域に均等に広がることが確保されている。これにより、触媒コンバータ１５を通る流れ、ひいては排気浄化を向上させることができる。

【符号の説明】

【0034】

１０ 排気ガス浄化装置
１１ 排気管
１１ａ 管セグメント
１２ 補償器
１３ 第１の端部
１４ 第２の端部
１５ 触媒コンバータ
１６ 第１の排気管部
１７ 第２の排気管部
１８ 入口開口部
１９ バイパス
２０ 閉鎖デバイス
２１ アクチュエータ（軸）
２２ 案内要素
２３ 流れ案内要素

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【外国語明細書】