(57)【要約】【課題】  触媒の暖気性を向上させることができるエンジンの排気構造を提供する。【解決手段】  本発明に係るエンジンの排気構造（１０）は、エンジン（５０）の過給機（８０）のタービン（８５）と排気ガス浄化のための触媒（４０）との間を連通するとともに、両者間で屈曲した形状を呈する排気ガス連通路（２０）と、タービンと触媒との間に配置され、排気ガス連通路内の排気ガスの少なくとも一部が流入する流入口と、流入口から流入した排気ガスを触媒の排気ガス連通路側の端面の中心に向かう方向に流出する流出口と、を有するチャンバ（３０）と、を備えることを特徴とするものである。本発明に係るエンジンの排気構造によれば、排気ガスの熱が排気ガス連通路によって奪われることが抑制されることから、触媒の暖気性が向上する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの過給機のタービンと排気ガス浄化のための触媒との間を連通するとともに、両者間で屈曲した形状を呈する排気ガス連通路と、
前記タービンと前記触媒との間に配置され、前記排気ガス連通路内の排気ガスの少なくとも一部が流入する流入口と、前記流入口から流入した排気ガスを前記触媒の前記排気ガス連通路側の端面の中心に向かう方向に流出する流出口と、を有するチャンバと、を備えることを特徴とするエンジンの排気構造。
【請求項２】
前記タービンと前記流入口とが対向している請求項１記載のエンジンの排気構造。
【請求項３】
前記チャンバは、前記流入口から流入した排気ガスを整流する整流チャンバを備える請求項１または２に記載のエンジンの排気構造。
【請求項４】
前記チャンバは、前記流入口から流入した排気ガスの流速を前記流入口から前記流出口にかけて上昇させるサイクロン式の整流チャンバを備える請求項１または２に記載のエンジンの排気構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気構造、特に過給機を有するエンジンの排気構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化抑制の観点から車両の排気ガスに含まれるＣＯ２の低減および車両の燃費向上が、地球規模の課題になっている。この点、過給機を有するエンジンは、小排気量の場合であっても過給機を有しないエンジンと同等のエンジン性能を確保できることから、ＣＯ２低減および燃費向上を図ることができる。そのため過給機を有するエンジンの注目度が高まってきている。
【０００３】
このような過給機を有するエンジンの排気構造として、過給機の駆動側タービンの下流側に排気ガス浄化のための触媒を備える構造がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−４９６４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、触媒は所定の触媒活性温度において性能が十分に発揮されるため、排気ガスの熱によって触媒を暖める必要がある。しかしながら、過給機と触媒との間を連通する排気ガス連通路は、設計上の都合から、過給機と触媒との間で屈曲した構造にせざるを得ない場合が多い。この場合、タービンからの排気ガスは排気ガス連通路の内壁面に沿って流れながら触媒に到達する。その結果、排気ガスの熱が排気ガス連通路に奪われることから、触媒の暖気性が悪化するおそれがある。
【０００６】
本発明は、触媒の暖気性を向上させることができるエンジンの排気構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るエンジンの排気構造は、エンジンの過給機のタービンと排気ガス浄化のための触媒との間を連通するとともに、両者間で屈曲した形状を呈する排気ガス連通路と、タービンと触媒との間に配置され、排気ガス連通路内の排気ガスの少なくとも一部が流入する流入口と、流入口から流入した排気ガスを触媒の排気ガス連通路側の端面の中心に向かう方向に流出する流出口と、を有するチャンバと、を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係るエンジンの排気構造によれば、チャンバによって、排気ガス連通路内の排気ガスの少なくとも一部は、触媒の排気ガス連通路側の端面の中心に向かう方向に流出される。それにより、排気ガスが排気ガス連通路の内壁面に沿って流れながら触媒に到達する場合に比較して、排気ガスの熱が排気ガス連通路によって奪われることが抑制される。その結果、触媒の暖気性が向上する。
【０００９】
上記構成において、タービンと流入口とが対向していてもよい。この構成によれば、タービン側からの排気ガスを流入口に容易に取り入れることができる。
【００１０】
上記構成において、チャンバは、流入口から流入した排気ガスを整流する整流チャンバを備えていてもよい。この構成によれば、整流チャンバによって、排気ガスを整流してから触媒の排気ガス連通路側の端面の中心に向かう方向に流出させることができる。それにより、チャンバから流出する排気ガスが拡散することを抑制できる。その結果、チャンバから流出する排気ガスが触媒の排気ガス連通路側の端面の中央部に当たり易くなる。したがって、触媒の暖気性をより向上させることができる。
【００１１】
上記構成において、チャンバは、流入口から流入した排気ガスの流速を流入口から流出口にかけて上昇させるサイクロン式の整流チャンバを備えていてもよい。この構成によれば、チャンバがサイクロン式の整流チャンバを備えない場合に比較して、チャンバから流出する排気ガスの流速を増大させることができる。その結果、触媒の暖気性をより向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、触媒の暖気性を向上させることができるエンジンの排気構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例１に係るエンジンの排気構造１０について説明する。図１（ａ）は、実施例１に係る排気構造１０の模式的断面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）をＡ方向から見た側面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、排気構造１０は、排気ガス連通路２０と、チャンバ３０と、を備える。
【００１５】
排気ガス連通路２０は、後述するエンジン５０の過給機８０の駆動側タービン８５と、排気ガス浄化のための触媒４０と、の間を連通する流路である。排気ガス連通路２０は、過給機８０側からの排気ガスが流入する排気ガス流入口２１を一端に有し、触媒４０が接続される触媒接続口２２を他端に有している。なお、図１（ａ）および図１（ｂ）は、触媒接続口２２に触媒４０が接続された状態を図示している。触媒４０は、その外周が保持器（図示せず）によって保持されている。
【００１６】
排気ガス連通路２０は、流路内の中心軸が屈曲した形状を呈している。すなわち、排気ガス連通路２０は、駆動側タービン８５と触媒４０との間で屈曲した形状を呈している。本実施例においては、排気ガス連通路２０は略９０度に屈曲した形状を呈している。
【００１７】
排気ガス連通路２０の壁面には、第１開口部２３と、第２開口部２４と、が開口されている。第１開口部２３は、排気ガス流入口２１から流入した排出ガスをチャンバ３０に取り入れるための開口部である。第２開口部２４は、チャンバ３０から流出する排出ガスを排気ガス連通路２０に戻すための開口部である。
【００１８】
第１開口部２３は、排気ガス流入口２１から流入した排出ガスの少なくとも一部をチャンバ３０に取り入れることができるような位置に開口されている。本実施例においては、第１開口部２３は、駆動側タービン８５と向かい合う位置に開口されている。この場合、排気ガス流入口２１から流入した排出ガスを第１開口部２３に容易に取り入れることができる。
【００１９】
チャンバ３０は、排気ガス連通路２０に接続されている。すなわち、チャンバ３０は、駆動側タービン８５と触媒４０との間に配置されている。チャンバ３０は、排気ガス連通路２０内の排気ガスの少なくとも一部がチャンバ３０に流入する流入口と、流入口から流入した排気ガスを触媒４０の排気ガス連通路２０側の端面（以下、触媒４０の排気ガス連通路２０側の端面を「触媒４０の端面」と称する）の中心に向かう方向に流出する流出口と、を有している。本実施例において、チャンバ３０の流入口は第１開口部２３に接続されている。チャンバ３０の流出口は第２開口部２４に接続されている。したがって、本実施例において、チャンバ３０の流入口は第１開口部２３に一致し、流出口は第２開口部２４に一致する。
【００２０】
チャンバ３０は、一端が第１開口部２３に接続された整流チャンバ３１と、一端が整流チャンバ３１の他端に接続され、他端が第２開口部２４に接続された整流チャンバ出口通路３２と、を備える。整流チャンバ３１は、第１開口部２３から流入した排気ガスを整流する機能を有する。整流チャンバ３１としては、整流機能を有するものであれば特に限定されない。本実施例においては、整流チャンバ３１は、その内部が円筒形状を有し、取り込んだ排気ガスを整流チャンバ３１の内部で旋回させることによって整流している。なお、整流チャンバ３１の内径は、整流チャンバ３１の長手方向にかけて略同一である。
【００２１】
整流チャンバ出口通路３２は、整流チャンバ３１によって整流された排気ガスを排気ガス連通路２０に戻すための流路である。整流チャンバ出口通路３２から流出した排出ガスは、触媒４０の端面の中心に向かう方向に進行する。すなわち、チャンバ３０は、排出ガスを触媒４０の端面の中心に向かう方向に流出させる流出口を有している。
【００２２】
なお、チャンバ３０から流出する排出ガスを触媒４０の端面の中心に向かわせる方法としては特に限定されない。例えば、チャンバ３０の流出口の位置（つまり、第２開口部２４の位置）、角度等を調整することによって、チャンバ３０から流出した排気ガスを触媒４０の端面の中心に向かわせることができる。
【００２３】
続いて、排気構造１０が用いられるエンジン５０の排気経路の全体について説明する。図２は、排気構造１０が用いられるエンジン５０の排気経路の全体を示す模式図である。なお、図２において、排気ガス連通路２０および触媒４０は、図示を簡略化するために模式的に図示されている。例えば、排気ガス連通路２０は屈曲した状態を直線状に延ばした状態で図示されている。そのため、図２の寸法および形状と図１（ａ）および図１（ｂ）の寸法および形状とは一致していない。また、図２において、チャンバ３０の図示は省略されている。図２に示すように、エンジン５０は、エンジン本体６０と、エキゾーストパイプ７０と、過給機８０と、を備える。
【００２４】
エキゾーストパイプ７０は、上流がエンジン本体６０の排気ポート（図示せず）に接続されている。エキゾーストパイプ７０は、エンジン本体６０から排出された排気ガスが通るパイプである。エキゾーストパイプ７０の下流には過給機８０の駆動側タービン８５を収納する駆動側タービン室８１が配置されている。なお、過給機８０の従動側タービンを収納する従動側タービン室８２は、エンジン５０の吸気ポート（図示せず）に接続されたインテークパイプ（図示せず）に連通している。駆動側タービン室８１の下流には、排気ガス連通路２０が接続されている。排気ガス連通路２０の下流には、触媒４０が接続されている。すなわち、排気ガス連通路２０は、過給機８０の駆動側タービン８５と触媒４０との間を連通している。
【００２５】
触媒４０は、排気ガスの有害成分を低減させることによって排気ガスを浄化できる触媒であれば特に限定されない。例えば、触媒４０として、モノリス型の触媒が用いられる。
【００２６】
図３（ａ）は、図２の駆動側タービン室８１付近の拡大図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）をＢ方向から見た模式図である。図３（ａ）の寸法と図３（ｂ）の寸法とは一致していない。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、駆動側タービン室８１にはターボメイン通路８３が形成されている。ターボメイン通路８３の上流側は、エキゾーストパイプ７０に連通している。ターボメイン通路８３の下流側は、排気ガス連通路２０の排気ガス流入口２１に連通している。
【００２７】
また、ターボメイン通路８３には、排気ガスバイパス通路８４が接続されている。排気ガスバイパス通路８４は、ターボメイン通路８３を流れる排気ガスを駆動側タービン８５に当たらないようにバイパスさせて排気ガス連通路２０に導くための通路である。排気ガスバイパス通路８４の下流側の終端には、後述する排気バイパスバルブ８６が配置される。
【００２８】
図４は、駆動側タービン８５および排気バイパスバルブ８６の配置状態を示す模式図である。具体的には、図４は、図３（ｂ）のターボメイン通路８３に駆動側タービン８５が配置され、排気ガスバイパス通路８４に排気バイパスバルブ８６が配置された状態を示している。また、図４は、図１（ａ）のＣ方向から駆動側タービン８５および排気バイパスバルブ８６を見た状態を示している。
【００２９】
図４に示すように、排気バイパスバルブ８６は、排気ガスバイパス通路８４の下流側の終端に配置されている。排気バイパスバルブ８６は、排気ガスバイパス通路８４を開閉するバルブである。本実施例においては、排気バイパスバルブ８６は、軸８７を中心に回転することによって、排気ガスバイパス通路８４を開閉する。図４は、排気バイパスバルブ８６が閉じた状態を図示している。排気バイパスバルブ８６には、図示しないＥＣＵ（電子制御装置）によって制御されるアクチュエータ（図示せず）が接続されている。ＥＣＵは、エンジン回転数、エンジントルク、過給圧等に基づいて排気バイパスバルブ８６の開閉作動をアクチュエータに指示する。アクチュエータは、ＥＣＵの指示に従って排気バイパスバルブ８６を開閉する。
【００３０】
排気バイパスバルブ８６が開いた状態になると（図４において、手前側（下流側）に開く）、エキゾーストパイプ７０からの排気ガスは、排気ガスパイパス通路１にバイパスされて、排気バイパスバルブ８６を通過して、排気ガス連通路２０の排気ガス流入口２１に流入する。排気バイパスバルブ８６が閉じた状態になると、エキゾーストパイプ７０からの排気ガスは、ターボメイン通路８３に配置された駆動側タービン８５に供給される。それにより駆動側タービン８５が駆動されて、エンジンが過給される。つまり、ＥＣＵは、アクチュエータを介して排気バイパスバルブ８６の開閉を制御することによって、過給機８０の駆動側タービン８５の駆動を制御することができる。なお、排気バイパスバルブ８６としては、例えばウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）が用いられる。
【００３１】
本実施例に係る排気構造１０は以下のように作動する。図４を参照して、エンジン５０の低温時において、排気バイパスバルブ８６は開いた状態になる。この場合、図２、図３（ａ）および図３（ｂ）を参照して、エキゾーストパイプ７０からの排気ガスは排気ガスバイパス通路８４を通って排気ガス連通路２０の排気ガス流入口２１に流入する。図１（ａ）および図１（ｂ）を参照して、排気ガス流入口２１に流入した排気ガスは排気ガス連通路２０の第１開口部２３からチャンバ３０に流入する。チャンバ３０に流入した排気ガスは整流チャンバ３１内を旋回することによって整流される。整流された排気ガスは、整流チャンバ出口通路３２を通って第２開口部２４から触媒４０の端面の中心方向に向けて流出される。触媒４０の端面の中心方向に向けて排出された排気ガスは、触媒４０の端面の中央部に当たる。
【００３２】
図４を参照して、エンジン５０が暖気されて適度な温度状態になった場合、排気バイパスバルブ８６は閉じた状態になる。この場合、排気ガスは駆動側タービン８５を回転させる。それにより、従動側タービンが回転して、エンジン５０は過給される。図１（ａ）および図１（ｂ）を参照して、駆動側タービン８５を回転させた排気ガスは、排気ガス連通路２０に流入する。その後、排気ガスは、チャンバ３０に取り込まれた後、触媒４０の端面の中心方向に向けて流出される。
【００３３】
ここで、排気構造１０がチャンバ３０を備えていない場合、排気ガス流入口２１側から排気ガス連通路２０に流入した排気ガスは、排気ガス連通路２０の内壁面（図１（ａ）の整流チャンバ３１が配置されている付近の内壁面）に当たって、内壁面に沿って触媒接続口２２側に流れる。この場合、排気ガスの熱が排気ガス連通路２０によって奪われる。その結果、触媒４０の温度を排気ガスの熱によって温めることが困難である。すなわち、触媒４０の暖気性は良くない。
【００３４】
その点、本実施例に係る排気構造１０によれば、排気ガス流入口２１側から流入した排気ガスは、チャンバ３０に流入した後に触媒４０の端面の中心に向かう方向に流出される。それにより、排気ガスが排気ガス連通路２０の内壁面に沿って流れながら触媒４０に到達する場合に比較して、排気ガスの熱が排気ガス連通路２０によって奪われることが抑制される。その結果、触媒４０の暖気性が向上する。
【００３５】
また、排気構造１０がチャンバ３０を備えない場合、触媒４０の端面の全体に排気ガスが当たることになる。この場合、触媒４０のみならず触媒４０の保持器にも排気ガスが当たることになり、排気ガスの熱が保持器に奪われるおそれがある。したがって、触媒４０の暖気性は良くない。この点、本実施例に係る排気構造１０によれば、排気ガスを触媒４０の端面の中央部に当てることができることから、触媒４０の保持器によって排気ガスの熱が奪われることが抑制される。その結果、触媒４０の暖気性が向上する。
【００３６】
また、低温起動時においては触媒４０の温度を早期に上昇させることが触媒４０の早期活性化の観点から好まれるが、本実施例に係る排気構造１０によれば、低温起動時においても、排気ガスバイパス通路８４を通った排気ガスを、その熱を奪うことなく触媒４０の端面の中心部に当てることができる。それにより、触媒４０の温度を早期に上昇させることができることから、触媒４０の早期活性化を図ることができる。したがって、排気ガスの浄化を促進することができる。
【００３７】
なお、チャンバ３０は、整流チャンバ３１を備えているが、これに限られない。チャンバ３０は、流入した排気ガスを触媒４０の端面の中心方向に向けて流出することができるものであれば、整流チャンバ３１を備えていなくてもよい。この場合、流入した排気ガスは、整流されずに触媒４０の端面の中心方向に向けて流出される。しかしながら、チャンバ３０が整流チャンバ３１を備えることによって、チャンバ３０から流出する排気ガスが拡散することが抑制される。それにより、チャンバ３０から流出する排気ガスが触媒４０の中央部に当たり易くなる。その結果、触媒４０の暖気性をより向上させることができる。したがって、チャンバ３０は、整流チャンバ３１を備えることが好ましい。特に、エンジン５０の低温起動時のように排気ガス量が少ない場合には、整流チャンバ３１を備えることによる効果はより発揮される。
【実施例２】
【００３８】
本発明の実施例２に係るエンジンの排気構造１０ａについて説明する。図５（ａ）は、実施例２に係る排気構造１０ａの模式的断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）をＡ方向から見た側面図である。排気構造１０ａは、チャンバ３０の代わりにチャンバ３０ａを備える点で、図１（ａ）および図１（ｂ）に示す排気構造１０と異なる。チャンバ３０ａは、整流チャンバ３１の代わりに整流チャンバ３１ａを備える点で、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すチャンバ３０と異なる。
【００３９】
整流チャンバ３１ａは、流入した排気ガスを上昇させて流出させるサイクロン式の整流チャンバである点で、整流チャンバ３１と異なる。本実施例においては、整流チャンバ３１ａは、上流側から下流側にかけて縮径した先すぼみの形状を呈している。それにより、整流チャンバ３１ａに流入した排気ガスは旋回しながら流速を増していき、整流チャンバ出口通路３２を通って流出する。したがって、チャンバ３０ａから流出する排気ガスの流速は、チャンバ３０から流出する排気ガスの流速に比較して速い。その他の構成は、排気構造１０と同様のため説明を省略する。
【００４０】
本実施例に係る排気構造１０ａによれば、チャンバ３０ａが整流チャンバ３１ａを備えることから、排気構造１０に比較して、チャンバ３０ａから流出する排気ガスの流速を増大させることができる。それにより、触媒４０の暖気性をより向上させることができる。
【００４１】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１（ａ）は、実施例１に係るエンジンの排気構造１０の模式的断面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）をＡ方向から見た側面図である。
【図２】図２は、実施例１に係るエンジンの排気構造１０が用いられるエンジン５０の排気経路の全体を示す模式図である。
【図３】図３（ａ）は、図２の駆動側タービン室８１付近の拡大図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）をＢ方向から見た模式図である。
【図４】図４は、実施例１に係る駆動側タービン８５および排気バイパスバルブ８６の配置状態を示す模式図である。
【図５】図５（ａ）は、実施例２に係るエンジンの排気構造１０ａの模式的断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）をＡ方向から見た側面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  エンジンの排気構造
２０  排気ガス連通路
２１  排気ガス流入口
２２  触媒接続口
２３  第１開口部
２４  第２開口部
３０  チャンバ
３１  整流チャンバ
３２  整流チャンバ出口通路
４０  触媒
５０  エンジン
６０  エンジン本体
７０  エキゾーストパイプ
８０  過給機
８１  駆動側タービン室
８２  従動側タービン室
８３  ターボメイン通路
８４  排気ガスバイパス通路
８５  駆動側タービン
８６  排気バイパスバルブ
【図１】
2010019103.tif 000003
【図２】
2010019103.tif 000004
【図３】
2010019103.tif 000005
【図４】
2010019103.tif 000006
【図５】
2010019103.tif 000007