(57)【要約】【課題】折り返し流路における排気の流速分布のばらつきを抑制できる内燃機関の排気構造を提供する。【解決手段】内燃機関の排気構造１００は、折り返し流路２０の往側流路２１と復側流路２２を仕切る隔壁板３０と、折り返し流路２０の折り返し部２３を閉じるように隔壁板３０に設けられた延在部４０と、折り返し部２３の上流側と下流側とを連通するように延在部４０に設けられた複数の穴５０と、を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
折り返し流路の往側流路と復側流路を仕切る隔壁板と、
前記折り返し流路の折り返し部を閉じるように前記隔壁板に設けられた延在部と、
前記折り返し部の上流側と下流側とを連通するように前記延在部に設けられた複数の穴と、を備えた
ことを特徴とする内燃機関の排気構造。
【請求項２】
排気を浄化するための複数の触媒を収容すると共に、排気出口穴が形成された箱型の後処理ケーシングを更に備え、
前記折り返し流路は、前記後処理ケーシングの外側に配置されて前記排気出口穴に接続されている
請求項１に記載の内燃機関の排気構造。
【請求項３】
前記折り返し流路の外壁を画成すると共に、前記隔壁板を収容する出口部ケーシングを更に備え、
前記出口部ケーシングは、前記排気出口穴を覆って前記後処理ケーシングの外面に取り付けられる
請求項２に記載の内燃機関の排気構造。
【請求項４】
前記往側流路と前記復側流路は、前記後処理ケーシングの外面の面方向に沿って延び、
前記往側流路に垂直に前記排気出口穴が接続され、
前記復側流路の出口端は大気開放されている
請求項３に記載の内燃機関の排気構造。
【請求項５】
前記出口部ケーシングは有底箱状に形成されている
請求項３または４に記載の内燃機関の排気構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、主として内燃機関の排気構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気構造としては、排気を任意の向きに排出し、または、排気管を任意の位置に設ける等、様々な理由により複雑化したものが存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５７２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、内燃機関の排気構造としては、隔壁板を用いて折り返し流路を形成したものが考えられる。しかし、折り返し流路においては、折り返し部を排気が通過する際に、排気の流速分布にばらつきが生じ易い。そして、この流速分布のばらつきが大きくなると、排気音の増大等の原因になる。
【０００５】
そこで、本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、折り返し流路における排気の流速分布のばらつきを抑制できる内燃機関の排気構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に係る内燃機関の排気構造は、折り返し流路の往側流路と復側流路を仕切る隔壁板と、前記折り返し流路の折り返し部を閉じるように前記隔壁板に設けられた延在部と、前記折り返し部の上流側と下流側とを連通するように前記延在部に設けられた複数の穴と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、排気を浄化するための複数の触媒を収容すると共に、排気出口穴が形成された箱型の後処理ケーシングを更に備え、前記折り返し流路は、前記後処理ケーシングの外側に配置されて前記排気出口穴に接続されていることが好ましい。
【０００８】
また、前記折り返し流路の外壁を画成すると共に、前記隔壁板を収容する出口部ケーシングを更に備え、前記出口部ケーシングは、前記排気出口穴を覆って前記後処理ケーシングの外面に取り付けられることが好ましい。
【０００９】
また、前記往側流路と前記復側流路は、前記後処理ケーシングの外面の面方向に沿って延び、前記往側流路に垂直に前記排気出口穴が接続され、前記復側流路の出口端は大気開放されていることが好ましい。
【００１０】
また、前記出口部ケーシングは有底箱状に形成されていることが好ましい。
【００１１】
本開示に係る内燃機関の排気構造によれば、折り返し流路における排気の流速分布のばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】内燃機関の排気構造の外観を示す概略斜視図である。
【図２】図１の右側面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ部分断面図である。
【図４】出口部ケーシングの概略斜視図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に基づいて、本開示の実施形態を説明する。なお、下記の実施形態では、図中に示す上下前後左右の各方向は、内燃機関の排気構造を用いた車両（不図示）の上下前後左右の各方向に一致する。但し、これらの方向は、説明の便宜上定められたものに過ぎないものとする。また、本開示は、下記の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施できるものとする。
【００１４】
図１は、内燃機関の排気構造１００の外観を示す概略斜視図である。また、図２は、図１の右側面図であり、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ部分断面図である。また、図４は、出口部ケーシング１０の概略斜視図であり、図５は、図３のＶ−Ｖ断面図である。
【００１５】
図示しないが、内燃機関は、車両に搭載された多気筒の圧縮着火式内燃機関、すなわちディーゼルエンジンである。また、車両は、トラック等の大型車両である。但し、内燃機関及び車両は、任意の種類、用途等であって良い。例えば、内燃機関は、ガソリンエンジンであっても良く、また、車両は、乗用車等の小型車両であっても良い。
【００１６】
図１〜図３に示すように、排気構造１００は、排気を浄化するための複数の触媒（不図示）と、複数の触媒を収容すると共に、排気出口穴２が形成された箱型の後処理ケーシング１と、を備える。また、詳細は後述するが、排気構造１００は、折り返し流路２０の外壁を画成すると共に、隔壁板３０を収容する出口部ケーシング１０を備える。
【００１７】
後処理ケーシング１は、底壁３と、前後左右の側壁４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと、天井壁５と、を有する。また、後処理ケーシング１は、内部に収容した複数の触媒等の形状や配置に合わせて湾曲されているが、全体として略三角柱状の箱型に形成される。
【００１８】
図示しないが、本実施形態の触媒としては、排気上流側から順に、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、選択還元型ＮＯｘ触媒、及びアンモニア酸化触媒が用いられる。これら複数の触媒は、何れも円柱状に形成される。ＤＯＣ及びＤＰＦは、同軸上に設けられ、後処理ケーシング１内の前側且つ下部の位置で、排気流れ方向が水平方向右向きになるように配置される。また、ＮＯｘ触媒及びアンモニア酸化触媒は、同軸上に設けられ、後処理ケーシング１内の後側の位置で、排気流れ方向が水平方向左向きになるように配置される。また、ＤＰＦとＮＯｘ触媒とは、排気通路によって互いに接続される。これにより、ＤＯＣ及びＤＰＦと、ＮＯｘ触媒及びアンモニア酸化触媒とは、互いに並列且つ反対向きに配置され、後処理ケーシング１内にコンパクトに纏められて収容される。なお、ＤＯＣ及びＤＰＦは、ＮＯｘ触媒及びアンモニア酸化触媒よりも、低い位置に位置されている。
【００１９】
後処理ケーシング１の前側壁４ａには、内燃機関の排気Ｇを導入するための排気入口管６が設けられる。図示しないが、排気入口管６の出口端は、ＤＯＣの入口端に接続される。
【００２０】
後処理ケーシング１の右側壁４ｄの前上角部には、噴射弁取付部７が設けられる。噴射弁取付部７には、ＤＰＦとＮＯｘ触媒との間の排気通路内に還元剤としての尿素水を噴射するための噴射弁８が取り付けられる。
【００２１】
後処理ケーシング１の底壁３は、左右方向に水平に延びると共に、前方から後方に向かうにつれ水平方向に対して斜め上方に向かうように傾斜している。より詳しくは、この底壁３は、上述した複数の触媒それぞれの下端部の形状に沿うように湾曲しつつ、これら複数の触媒の下端の高さ位置に合わせて傾斜している。
【００２２】
排気出口穴２は、左右方向に延びる長穴状に形成され（図４を参照）、傾斜された底壁３の中央部に位置される。なお、図示しないが、後処理ケーシング１内には、アンモニア酸化触媒の出口端から排気出口穴２に至る排気流路が形成される。
【００２３】
出口部ケーシング１０は、排気出口穴２を覆って後処理ケーシング１の外面１ａに取り付けられる。また、出口部ケーシング１０は、有底箱状に形成される。
【００２４】
具体的には、出口部ケーシング１０は、左右方向に水平に延びる略長方形状の底壁１１と、上下方向に延びる前後左右の側壁１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、を有し、上面全体が開口される。また、出口部ケーシング１０の左側壁１２ｃの下部には、大気開放された排気口１３が形成される。
【００２５】
出口部ケーシング１０の後側壁１２ｂは、鉛直方向に対して後傾している。出口部ケーシング１０は、この後側壁１２ｂの上端部近傍に後処理ケーシング１の排気出口穴２が位置するように配置される。
【００２６】
出口部ケーシング１０の側壁１２ａ〜１２ｄの上端部は、底壁３の外面１ａに溶接等により気密に接続される。これにより、後処理ケーシング１の排気入口管６から出口部ケーシング１０の排気口１３に至る排気流路が形成される。
【００２７】
次に、出口部ケーシング１０内の折り返し流路２０について、詳細に説明する。なお、図４及び図５に示す一点鎖線Ｘは、隔壁板３０と延在部４０との境界を表している。
【００２８】
図３〜図５に示すように、本実施形態の排気構造１００は、折り返し流路２０を備える。折り返し流路２０は、往側流路２１と、復側流路２２と、往側流路２１と復側流路２２との間の折り返し部２３と、を有する。
【００２９】
また、排気構造１００は、折り返し流路２０の往側流路２１と復側流路２２を仕切る隔壁板３０を備える。また、排気構造１００は、折り返し流路２０の折り返し部２３を閉じるように隔壁板３０に設けられた延在部４０と、折り返し部２３の上流側と下流側とを連通するように延在部４０に設けられた複数の穴５０と、を備える。
【００３０】
折り返し流路２０は、後処理ケーシング１の外側に配置されて排気出口穴２に接続されている。往側流路２１と復側流路２２は、底壁３の外面１ａの面方向に沿って概ね延びている。
【００３１】
往側流路２１は、図５中に示す一点鎖線Ｘよりも左側の位置で、隔壁板３０の上面部と、出口部ケーシング１０の前後の側壁１２ａ，１２ｂ及び左側壁１２ｃと、後処理ケーシング１の底壁３と、により画成される。
【００３２】
往側流路２１には、垂直に排気出口穴２が接続される。より詳しくは、図５に一点鎖線Ｃ１及びＣ２で示すように、往側流路２１の流路軸Ｃ１に対して、排気出口穴２の穴軸Ｃ２が垂直になっている。
【００３３】
復側流路２２は、一点鎖線Ｘよりも左側の位置で、隔壁板３０の下面部と、出口部ケーシング１０の前後の側壁１２ａ，１２ｂと、出口部ケーシング１０の底壁１１と、により画成される。復側流路２２の出口端２２ａは、大気開放され、排気Ｇを大気に放出させる。
【００３４】
折り返し部２３は、一点鎖線Ｘよりも右側の位置で、出口部ケーシング１０の前後の側壁１２ａ，１２ｂ及び右側壁１２ｄと、出口部ケーシング１０の底壁１１と、後処理ケーシング１の底壁３と、により画成される。
【００３５】
隔壁板３０は、排気出口穴２から排出された排気Ｇの流れの向きを変えるバッフルプレートであり、左右方向に延びる平板状に形成される。延在部４０は、隔壁板３０を右方向に延長して設けられる。従って、延在部４０は、隔壁板３０と一体に形成される。但し、延在部４０は、隔壁板３０と別体に設けられても良い。
【００３６】
隔壁板３０及び延在部４０は、全体として左右方向に延びる長方形状の板部材６０を構成する。板部材６０は、平板状に形成され、後処理ケーシング１の底壁３の外面１ａの面方向に沿うように配置される。図示例では、板部材６０の長手方向の長さが、延在部４０によって隔壁板３０の約１．５倍の長さになっている。
【００３７】
また、板部材６０は、全周に亘って出口部ケーシング１０の側壁１２ａ〜１２ｄの内面に、溶接等により気密に接続される。出口部ケーシング１０の排気口１３は、隔壁板３０の左側端より下方に位置する左側壁１２ｃの一部を開口して成る。
【００３８】
また、板部材６０としては、延在部４０に複数の穴５０を空けたパンチングメタルが用いられる。
【００３９】
複数の穴５０は、丸穴状にそれぞれ形成され、延在部４０を上下方向に貫通している。また、複数の穴５０は、延在部４０の全面に均等、緊密且つ千鳥状に設けられる。但し、各穴５０の形状及び配置は、任意であって良い。例えば、各穴５０は、四角穴であっても良く、また、格子状に配置されていても良い。
【００４０】
次に、本実施形態に係る排気構造１００の作用効果を説明する。
【００４１】
図１〜図３に白抜き矢印Ｇで示すように、内燃機関の排気Ｇは、排気入口管６を通じて後処理ケーシング１内に導入される。
【００４２】
図示しないが、後処理ケーシング１内に導入された排気Ｇは、ＤＯＣ及びＤＰＦ内を右方向に流れる。ＤＯＣは、排気中の未燃成分（炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯ）を酸化して浄化すると共に、その酸化熱で排気Ｇが昇温する。また、ＤＰＦは、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集する。ＤＰＦに捕集されたＰＭは、ＤＯＣで昇温された排気Ｇにより燃焼除去される。
【００４３】
また、図示しないが、ＤＯＣ及びＤＰＦを通過した排気Ｇは、噴射弁８から噴射された尿素水と混合され、ＮＯｘ触媒及びアンモニア酸化触媒内を左方向に流れる。ＮＯｘ触媒は、尿素水から生成されたアンモニアにより、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して浄化する。また、アンモニア酸化触媒は、ＮＯｘの還元に消費されなかった余剰のアンモニアを酸化して、大気への放出を抑制する。
【００４４】
アンモニア酸化触媒を通過した排気Ｇは、排気出口穴２を通じて、出口部ケーシング１０内の折り返し流路２０内に導入される。
【００４５】
図３〜図５に示すように、排気出口穴２から往側流路２１に導入された排気Ｇは、折り返し部２３でＵ字状に折り返されて方向転換した後、復側流路２２の出口端２２ａに向かって流れる。
【００４６】
このとき、排気Ｇは、排気出口穴２から下方に向かって導入された後、右向きに方向転換される。そして、排気Ｇは、折り返し部２３で折り返されて、複数の穴５０を通過する。
【００４７】
次に、複数の穴５０を通過した排気Ｇは、復側流路２２に導入された後、左方向に流れ、出口端２２ａから大気に放出される。
【００４８】
ここで比較例として、仮に、本実施形態の延在部４０及び複数の穴５０を備えていない排気構造について検討する。図示しないが、この比較例では、延在部４０の部分が単なる穴であるため、排気Ｇが折り返し部２３を単純に折り返す。
【００４９】
この場合、折り返し部２３を流れる排気Ｇは、Ｕ字状に折り返されて方向転換する際の慣性力によって、インコーナー側よりもアウトコーナー側の方が速い流速となる。また、これにより、復側流路２２を流れる排気Ｇも、隔壁板３０側よりも底壁１１側の方が速い流速となる。そして、このような流速分布のばらつきは、例えば内燃機関の高負荷稼働時に排気流量が増大する状況で、更に大きくなる。その結果、排気音が増大する等の問題が生じる。
【００５０】
これに対して、本実施形態に係る排気構造１００では、折り返し部２３を流れる排気Ｇを複数の穴５０に通過させることで整流できる。これにより、図５に示すように、複数の穴５０よりも下流側の折り返し部２３では、インコーナー側２０ｉｎよりもアウトコーナー側２０ｏｕｔの方が速い流速となるのを抑制できる。また、これにより、復側流路２２を流れる排気Ｇも、隔壁板３０側よりも底壁１１側の方が速い流速となるのを抑制できる。
【００５１】
このように、本実施形態によれば、複数の穴５０よりも下流側の折り返し部２３、及び復側流路２２において、排気Ｇの流速分布のばらつきを低減できる。その結果、内燃機関の高負荷稼働時に排気流量が増大する状況であっても、流速分布のばらつきを抑えることが可能になり、排気音を低減することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、隔壁板３０に延在部４０を設け、延在部４０に穴を空けて複数の穴５０を設けている。そのため、簡単な改良で容易に延在部４０及び複数の穴５０を作成できる。また、既存の構造に容易に適用できる。
【００５３】
また、折り返し流路２０は、後処理ケーシング１の排気出口穴２に接続されている。そのため、後処理ケーシング１から出る排気音を抑制できる。
【００５４】
また、出口部ケーシング１０は、折り返し流路２０の外壁を画成すると共に、隔壁板３０を収容しており、また、排気出口穴２を覆って後処理ケーシング１の外面に取り付けられる。そのため、折り返し流路２０を後処理ケーシング１の外側に簡単に設けることができる。
【００５５】
また、往側流路２１と復側流路２２は、後処理ケーシング１の外面１ａの面方向に沿って延びており、また、往側流路２１に垂直に排気出口穴２が接続される。そのため、出口部ケーシング１０が後処理ケーシング１の外側に突出する際の突出量を抑制できる。
【００５６】
また、出口部ケーシング１は、有底箱状に形成されている。そのため、出口部ケーシング１０を後処理ケーシング１に簡単に取り付けることできる。
【００５７】
他方、図示しないが、上述した実施形態は、以下のように変形することができる。
【００５８】
（変形例１）
上記の基本実施形態では、折り返し流路２０は、後処理ケーシング１の外側に配置されて排気出口穴２に接続されているが、後処理ケーシング１内の排気通路に適用しても良い。
【００５９】
例えば、ＤＯＣやＮＯｘ触媒等の触媒入口に折り返し流路を設ける場合に上記基本実施形態の排気構造を適用しても良い。この場合には、触媒に導入される排気の流速分布のばらつきを低減し、触媒温度分布のばらつきを抑えることができる。また、ＤＰＦでは、排気Ｇに含まれるＰＭが偏って捕集及び燃焼除去されるのを防止できる。こうして、触媒の排気浄化効率を向上させることが可能になり、温度のばらつきに起因した熱劣化も抑制できる。
【００６０】
（変形例２）
折り返し流路２０は、上記のような箱型の後処理ケーシング１に収容されていない触媒に対して適用しても良い。
【００６１】
例えば、触媒を内設した排気管の入口部に折り返し流路を設ける場合に上記基本実施形態の排気構造を適用しても良い。
【００６２】
以上、本開示の基本実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態は上述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１  後処理ケーシング
１ａ  外面
２  排気出口穴
３  底壁
１０  出口部ケーシング
１１  底壁
１２ａ  前側壁
１２ｂ  後側壁
１２ｃ  左側壁
１２ｄ  右側壁
１３  排気口
２０  折り返し流路
２１  往側流路
２２  復側流路
２３  折り返し部
３０  隔壁板
４０  延在部
５０  複数の穴
６０  板部材
１００  排気構造
【図１】
2020045817.tif 000003
【図２】
2020045817.tif 000004
【図３】
2020045817.tif 000005
【図４】
2020045817.tif 000006
【図５】
2020045817.tif 000007