(57)【要約】  従来よりも小さい排気管構造で排気の偏流を十分に抑制でき、排気浄化触媒を速やかに昇温できる内燃機関の排気管構造を提供すること。  エンジンルーム（Ｅ）内でエンジン（２）の近傍に排気浄化触媒を備える円筒状の排気浄化触媒装置（７）が配置された排気管構造（１０）であって、排気浄化触媒装置（７）の上端部（７０）に向かって湾曲して延びる排気管本体部（１）と、排気管本体部（１）と上端部（７０）とを接続する排気管導入部（５）とを備え、排気管本体部（１）は、排気流入口（１１）の中心（Ｃ１）が排気流入口（１１）側から見たときに排気浄化触媒装置（７）の中心軸線（Ｘ）からオフセットして配置され且つ排気浄化触媒装置（７）側の端部（１２）が排気管導入部（５）の外周側に接続され、排気管導入部（５）は、上端部（７０）の上端面（７０ａ）との間に空間を有するとともに、端部（１２）から排気浄化触媒装置（７）の外周端部（７ａ）まで排気浄化触媒装置（７）側に傾斜して延びている排気管構造（１０）である。
2016194201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンルーム内で内燃機関の近傍に、排気浄化触媒を備える略筒状の排気浄化触媒装置が配置された内燃機関の排気管構造であって、  前記内燃機関側から前記排気浄化触媒装置の中心軸線方向の一端部に向かって湾曲して延びる排気管本体部と、  前記排気管本体部と前記排気浄化触媒装置の一端部とを接続し、前記排気管本体部から前記排気浄化触媒装置内に排気を導入する排気管導入部と、を備え、  前記排気管本体部は、前記内燃機関側の排気流入口の中心が該排気流入口側から見たときに前記排気浄化触媒装置の中心軸線からオフセットして配置され、且つ、前記排気浄化触媒装置側の端部が前記排気管導入部の外周側に接続され、  前記排気管導入部は、前記排気浄化触媒装置の一端部の端面との間に空間を有するとともに、前記排気管本体部の前記排気浄化触媒装置側の端部から前記排気浄化触媒装置の外周端部まで、前記排気浄化触媒装置側に傾斜して延びている内燃機関の排気管構造。
【請求項２】
前記排気管本体部と前記排気管導入部との境界部近傍に配置された検出素子部を有する排気センサをさらに備える請求項１に記載の内燃機関の排気管構造。
【請求項３】
前記排気管導入部は、前記排気管本体部の前記排気浄化触媒装置側の端部からその周方向に沿って螺旋状に前記排気浄化触媒装置側に傾斜している請求項１又は２に記載の内燃機関の排気管構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、内燃機関の排気管構造に関する。詳しくは、エンジンルーム内で内燃機関の近傍に排気浄化触媒装置が配置された内燃機関の排気管構造に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、エンジンルーム内で内燃機関の近傍に排気浄化触媒装置が配置された内燃機関の排気管構造が知られている。この排気管構造では、レイアウトの制約上、筒状の排気浄化触媒装置はその中心軸線を略上下方向に向けた状態で配置される。そのため、内燃機関側から延びる排気管は、略水平方向に延びた後に下方に大きく曲がって排気浄化触媒装置の上端部に接続される。【０００３】  ところが上記のような排気管構造では、排気の流れが排気管の曲がり部において外側に偏ったものとなり、偏った流れの排気が排気浄化触媒装置に流入する。そのため、排気浄化触媒装置内に均一に排気が流入しないため、排気浄化触媒の速やかな昇温が困難であり、排気浄化触媒装置の浄化性能を十分に発揮できなかった。場合によっては、排気の偏流によって排気浄化触媒が劣化することがあった。そこで、上記曲がり部の外側部分の内壁に、排気の流れを内側に寄せるためのガス流変向部を設けた排気管構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  しかしながら、特許文献１の排気管構造では、内燃機関側から延びる排気管が略水平方向に延びた後に下方に大きく屈曲して形成されるため、排気管の長さが長い。そのため、排気管の設置スペースを大きく確保する必要があるうえ、排気管の熱容量が大きいためその下流側に配置された排気浄化触媒の速やかな昇温が困難であった。【０００６】  本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来よりも小さい排気管構造で排気浄化触媒装置に流入する排気の偏流を十分に抑制でき、排気浄化触媒を速やかに昇温できる内燃機関の排気管構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  上記目的を達成するため本発明は、エンジンルーム（例えば、後述のエンジンルームＥ）内で内燃機関（例えば、後述のエンジン２）の近傍に、排気浄化触媒を備える略筒状の排気浄化触媒装置（例えば、後述の排気浄化触媒装置７）が配置された内燃機関の排気管構造（例えば、後述の排気管構造１０）であって、前記内燃機関側から前記排気浄化触媒装置の中心軸線（例えば、後述の中心軸線Ｘ）方向の一端部（例えば、後述の上端部７０）に向かって湾曲して延びる排気管本体部（例えば、後述の排気管本体部１）と、前記排気管本体部と前記排気浄化触媒装置の一端部とを接続し、前記排気管本体部から前記排気浄化触媒装置内に排気を導入する排気管導入部（例えば、後述の排気管導入部５）と、を備え、前記排気管本体部は、前記内燃機関側の排気流入口（例えば、後述の排気流入口１１）の中心（例えば、後述の中心Ｃ１）が該排気流入口側から見たときに前記排気浄化触媒装置の中心軸線からオフセットして配置され、且つ、前記排気浄化触媒装置側の端部（例えば、後述の排気浄化触媒装置側の端部１２）が前記排気管導入部の外周側に接続され、前記排気管導入部は、前記排気浄化触媒装置の一端部の端面（例えば、後述の上端面７０ａ）との間に空間を有するとともに、前記排気管本体部の前記排気浄化触媒装置側の端部から前記排気浄化触媒装置の外周端部（例えば、後述の外周端部７ａ）まで、前記排気浄化触媒装置側に傾斜して延びている内燃機関の排気管構造を提供する。【０００８】  本発明では、排気管本体部を湾曲して延びるように設けるとともに、排気管本体部の排気流入口の中心が、排気流入口側から見たときに排気浄化触媒装置の中心軸線からオフセットするように配置する。同時に、排気管本体部の排気浄化触媒側の端部を、排気管本体部と排気浄化触媒装置の一端部とを接続する排気管導入部の外周側に接続する。またさらに、排気浄化触媒装置の一端部の端面との間に空間を有するとともに、排気管本体部の排気浄化触媒装置側の端部から排気浄化触媒装置の外周端部まで排気浄化触媒装置側に傾斜して延びるように、排気管導入部を設ける。  これにより、排気管本体部から排気管導入部に流出した排気は、排気管導入部において旋回流となって排気浄化触媒装置内に流入する。従って本発明によれば、排気の流れに旋回流を発生させることで、排気浄化触媒装置に流入する排気の偏流を十分に抑制できる。そのため、排気浄化触媒装置に排気をバランス良く導くことができるため、排気浄化触媒への排気当たりを均一にして最適化でき、下流側の排気浄化触媒を速やかに昇温できる。また本発明の排気管構造によれば、排気管の長さを従来よりも短くでき、排気浄化触媒への排気当たりの最適化を従来よりも短距離で実現できる。従って、従来よりも小さい排気管構造で省スペース化できるとともに、排気管の熱容量を低減できるため、排気浄化触媒をより速やかに昇温できる。【０００９】  また本発明では、前記排気管本体部と前記排気管導入部との境界部（例えば、後述の境界部５０）近傍に配置された検出素子部（例えば、後述の検出素子部９１）を有する排気センサ（例えば、後述の排気センサ９）をさらに備えることが好ましい。【００１０】  この��明では、排気センサの検出素子部を、排気管本体部と排気管導入部との境界部近傍に配置する。  上述したように、排気管本体部から排気管導入部に流出した排気は旋回流となる。そのため、旋回流の起点となる排気管本体部と排気管導入部との境界部近傍に排気センサの検出素子部を配置することにより、排気が旋回流となって拡散する前の排気の主流を捉えることができ、排気センサの検出精度を向上できる。【００１１】  また本発明では、前記排気管導入部は、前記排気管本体部の排気浄化触媒装置側の端部からその周方向に沿って螺旋状に前記排気浄化触媒装置側に傾斜していることが好ましい。【００１２】  この発明では、排気管本体部と排気浄化触媒装置の一端部とを接続する排気管導入部を、排気管本体部の排気浄化触媒装置側の端部からその周方向に沿って螺旋状に排気浄化触媒装置側に傾斜するように形成する。  この発明によれば、排気の流れに旋回流をより確実に発生させることができるため、上述の効果がより確実に奏される。
【発明の効果】
【００１３】  本発明によれば、従来よりも小さい排気管構造で排気浄化触媒装置に流入する排気の偏流を十分に抑制でき、排気浄化触媒を速やかに昇温できる内燃機関の排気管構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気管構造を備える排気系の正面図である。
【図２】上記実施形態に係る内燃機関の排気管構造を備える排気系の側面図である。
【図３】上記実施形態に係る内燃機関の排気管構造を備える排気系の斜視図である。
【図４】上記実施形態に係る内燃機関の排気管構造を排気管本体部の排気流入口側から見た図である。
【図５】上記実施形態に係る内燃機関の排気管構造の側面図である。
【図６】上記実施形態に係る内燃機関の排気管構造の断面図である。
【図７】上記実施形態に係る内燃機関の排気管構造の断面図である。
【図８】上記実施形態に係る内燃機関の排気管構造の断面図である。
【図９】上記実施形態に係る内燃機関の排気管構造の断面図である。
【図１０】上記実施形態に係る内燃機関の排気管構造の断面図である。
【図１１】上記実施形態に係る内燃機関の排気管構造の平面図である。
【図１２】上記実施形態に係る内燃機関の排気管構造の側面図である。
【図１３】上記実施形態に係る内燃機関の排気管構造を排気管本体部の排気流入口側から見た図である。
【図１４】上記実施形態に係る内燃機関の排気管構造の排気の流れを模式的に示す図である。
【図１５】従来の内燃機関の排気管構造の側面図である。
【図１６】従来の内燃機関の排気管構造を排気管本体部の排気流入口側から見た図である。
【図１７】従来の内燃機関の排気管構造の排気の流れを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】  本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面中に示されるＦｒは車両前方を示し、Ｒｒは車両後方を示し、Ｔｏｐは車両上方を示し、Ｄｏｗｎは車両下方を示し、Ｒは運転席から見た右方向を示し、Ｌは運転席から見た左方向を示している。
【００１６】  先ず、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気管構造の全体構成について、図１〜図３を参照して説明する。  ここで、図１は、本実施形態に係る内燃機関の排気管構造を備える排気系の正面図（車両前方側から見た図）である。図２は、本実施形態に係る内燃機関の排気管構造を備える排気系の側面図（右側面図）である。図３は、本実施形態に係る内燃機関の排気管構造を備える排気系の斜視図（要部拡大斜視図）である。
【００１７】  図１〜図３に示すように、本実施形態に係る内燃機関の排気管構造１０は、エンジンルームＥ内に配置され、図示しない車両に搭載された内燃機関（以下、「エンジン」という。）２の車両前方側に配置される。エンジン２は、図示しない各気筒の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンである。
【００１８】  本実施形態に係るエンジン２の排気管構造１０は、排気管本体部１と、過給機としてのターボチャージャ３と、排気管導入部５と、排気浄化触媒装置７と、排気センサ９と、を備える。
【００１９】  排気管本体部１の上流側には、ターボチャージャ３が配置される。ターボチャージャ３は、図示しないタービンを内部に収容するタービンハウジング３１と、同じく図示しないコンプレッサを内部に収容するコンプレッサハウジング３２と、を備える。このターボチャージャ３は、排気の運動エネルギーによりタービンが回転駆動し、この回転駆動によってコンプレッサが回転駆動することで、吸気を加圧する。
【００２０】  排気管本体部１は、エンジン２側に配置されたターボチャージャ３から、後述する排気浄化触媒装置７の中心軸線Ｘ方向の一端部、具体的にはその上端部７０に向かって、湾曲して延びている。このように、本実施形態の排気管本体部１は、エンジン側から略水平方向に延びた後に下方に大きく屈曲して形成される従来の排気管（本体部）の形状とは相違しており、排気管本体部１の長さが従来よりも短く形成されている。
【００２１】  また、排気管本体部１の上流側の排気流入口１１は、後述するようにガスケット４を介して、ターボチャージャ３の出口に接続されている。一方、図２や図３から明らかであるように、排気管本体部１の排気浄化触媒装置７側（下流側）の端部１２は、後述する排気管導入部５の外周側に接続されている。この点においても、排気管導入部の中心部あるいは排気浄化触媒装置の中心部に接続される従来の排気管（本体部）と相違している。なお、排気管本体部１のより詳細な構造については、後段で詳述する。
【００２２】  排気管導入部５は、排気管本体部１と、後述する排気浄化触媒装置７の上端部７０とを接続する。ここで、本発明における「接続」とは、本実施形態のように排気管本体部１と排気管導入部５とが一体化されて単一部材で構成されている場合と、別部材として形成された排気管本体部と排気管導入部とが連結されている場合を含む。本実施形態では、排気管本体部１と排気管導入部５とは一体化されて単一部材で構成されており、これら排気管本体部１と排気管導入部５は、接続面１３により、互いに接続されている（図５参照）。
【００２３】  この排気管導入部５は、排気管本体部１を流れる排気を排気浄化触媒装置７内に排気を導入する。排気管導入部５は、後述する円筒状の排気浄化触媒装置７の上端部７０を覆うように、平面視略円形状に設けられる。なお、排気管導入部５の詳細な構造については、後段で詳述する。
【００２４】  排気浄化触媒装置７は、エンジンルームＥ内でエンジン２の（直下）近傍に配置される。より詳しくは、排気浄化触媒装置７は、ターボチャージャ３の直下に配置される。排気浄化触媒装置７は、円筒状であり、その中心軸線Ｘを略上下方向に向けた状態で、エンジン２の車両前方側の側面に沿って配置される。従って、排気は、排気浄化触媒装置７内を上方から下方に向かって流れ、その過程で排気中のＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣが浄化されるとともに、排気中の粒子状物質（以下、「ＰＭ」という。）が浄化される。
【００２５】  図１及び図２に示すように、排気浄化触媒装置７は、排気浄化触媒部７１と、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＦ」という。）７２と、ケース７３と、を備える。排気浄化触媒部７１及びＤＰＦ７２は、単一のケース７３内に収容され、互いに近接して配置される。
【００２６】  排気浄化触媒部７１は、排気中のＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣを浄化する。排気浄化触媒部７１は、排気浄化触媒が担持されたハニカム基材により構成され、図示しない保持マットを介してケース７３内に格納される。  ハニカム基材は、断面が略真円の円柱状に形成されたフロースルー型のハニカム基材である。ハニカム基材の材質としては、コーディエライト、アルミナチタネート又はムライトが挙げられる。  排気浄化触媒としては、酸化触媒やＮＯｘ触媒が用いられる。例えば、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｈのうち少なくとも一つの貴金属と、ゼオライトと、Ｂａと、Ｃｅと、を含む。この排気浄化触媒により、排気中のＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣが浄化される。
【００２７】  ＤＰＦ７２は、排気中のＰＭを捕集する。ＤＰＦ７２は、ＰＭ燃焼触媒が担持されたフィルタにより構成され、図示しない保持マットを介してケース７３内に格納される。  フィルタは、断面が略真円の円柱状に形成されたウォールフロー型のフィルタである。フィルタの材質としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、コーディエライト、アルミナチタネート又はムライトが挙げられる。  ＰＭ燃焼触媒は、フィルタの全体に略均一に担持され、これにより、フィルタで捕集されたＰＭが燃焼除去される。ＰＭ燃焼触媒としては、例えば、Ａｇと、Ｐｔ及びＰｄのうち少なくとも一つの貴金属と、を含むものが用いられる。このＡｇ系のＰＭ燃焼触媒は、最も優れたＰＭ酸化能を有するとともに、他のＰＭ燃焼触媒と比べてより低温からＰＭを酸化浄化できる。
【００２８】  ケース７３は、円筒状であり、上述したように排気浄化触媒部７１とＤＰＦ７２を格納する。ケース７３は、ＳＵＳ等の金属で構成される。ケース７３は、中心軸線Ｘに沿って周方向に２分割された２つのケース半体から構成されるクラムシェル方式のケース部材により構成される。ケース７３は、これら２つのケース半体を突き合わせ溶接して一体化することで形成される。
【００２９】  排気センサ９は、排気の温度を検出する温度センサである。排気センサ９は、その先端部に検出素子部９１を備え、かかる検出素子部９１で排気の温度を検出する。本実施形態の排気センサ９は、その検出素子部９１の配置に特徴を有している。この検出素子部９１の配置については後段で詳述する。
【００３０】  なお本実施形態の排気管構造１０では、排気管本体部１の上部にＬＡＦセンサ９０も取り付けられている。ＬＡＦセンサ９０は、図示しない検出素子部が排気管本体部１内に上方から挿入されることで、排気の空燃比を検出可能となっている。
【００３１】  次に、排気管本体部１のより詳細な構造について、図４及び図５を参照して詳しく説明する。  ここで、図４は、本実施形態に係る排気管構造１０を排気管本体部１の排気流入口１１側から見た図である。より具体的には、排気管構造１０を排気管本体部１の排気流入口１１に直交する方向から見た図である。また、図５は、本実施形態に係る排気管構造１０の側面図である。
【００３２】  図４に示すように、排気管本体部１の上流側の排気流入口１１には、ターボチャージャ３の出口に連結するためのガスケット４が接続される。また、図４に示すように排気管本体部１を排気流入口１１側から見たときに、円形状の排気流入口１１の中心Ｃ１は、排気浄化触媒装置７の中心軸線Ｘからオフセットして配置されている。即ち、排気流入口１１側から見たときに、排気流入口の中心Ｃ１は、排気浄化触媒装置７の中心軸線Ｘ上に位置していない。具体的には本実施形態では、排気流入口１１の中心Ｃ１は、排気浄化触媒装置７の中心軸線Ｘから、中心軸線Ｘに直交する方向に距離Ｌ１離隔して配置されている。この点において、本実施形態の排気管構造１０は、通常は排気流入口側から排気管本体部を見たときに排気流入口の中心が排気浄化装置の中心軸線上に配置される従来の排気管構造と相違している。
【００３３】  ここで、図示しないタービンハウジング３１の出口中心は、排気管本体部１の排気流入口１１の中心Ｃ１と重なるように配置される。従って、本実施形態の排気管構造１０では、タービンハウジング３１の出口側から排気管本体部１を見たときに、タービンハウジング３１の出口中心は、上述の排気流入口１１の中心Ｃ１と同様に、排気浄化触媒装置７の中心軸線Ｘからオフセットして配置される。
【００３４】  また、図５に示すように、排気流入口１１の中心Ｃ１は、排気浄化触媒装置７の中心軸線Ｘ上に位置する上端部７０の上端面７０ａの中心Ｃ２に対して、上下方向に距離Ｌ２離隔して配置されている。上述したように本実施形態の排気管本体部１は、湾曲して形成されているため、従来の排気管本体部と比べて長さが短いうえに上下方向の寸法も小さく形成されている。即ち、距離Ｌ２は従来の排気管（本体部）と比べて小さく設定されている。  なお、排気管本体部１は、図５に示す接続面１３により、排気管導入部５に接続されている。
【００３５】  次に、排気管導入部５の詳細な構造について、図６〜図１０を参照して詳しく説明する。  ここで、図６〜図１０は、本実施形態のエンジン２の排気管構造１０の断面図である。より具体的には、図６〜図１０は、排気管本体部１の排気浄化触媒装置７側（下流側）の端部１２が接続される一の外周側から、径方向に対向する他の外周側に向かって位置をずらしながら５か所、鉛直平面で切断したときの断面図である。図番が大きくなるほど、他の外周側の断面図を示している。なお、これらの図では、排気センサ９及び空燃比センサ９０は省略して示している。
【００３６】  これら図６〜図１０から明らかであるように、排気管導入部５は、排気浄化触媒装置７の上端部７０の上端面７０ａとの間に空間を有している。この点において本実施形態の排気管構造１０は、排気浄化触媒装置の上端面との間に空間を有さずに排気管本体部又は排気管導入部が接続される従来の排気管構造と相違している。
【００３７】  また、排気管導入部５は、排気管本体部１の排気浄化触媒装置７側の端部１２から排気浄化触媒装置７の外周端部７ａまで、排気浄化触媒装置７側（下流側）に傾斜して延びている。これにより、排気管本体部１から排気管導入部５に流出した排気は、排気管導入部５において旋回流となって排気浄化触媒装置７内に流入するようになっている。
【００３８】  より詳しくは、排気管導入部５は、排気管本体部１の排気浄化触媒装置７側（下流側）の端部１２から、その周方向に沿って緩やかな螺旋状に排気浄化触媒装置７側に傾斜している。即ち、排気管導入部５は、下流側（排気浄化触媒装置７側）ほど、緩やかに螺旋状に下方に傾斜している。従って、排気管導入部５は、排気管本体部１の排気浄化触媒装置７側（下流側）の端部１２が接続される一の外周側よりも、排気浄化触媒装置７の中心を挟んで対向する他の外周側の方が下方に位置している。これにより、排気の旋回流がより確実に生じるようになっている。
【００３９】  次に、排気センサ９の検出素子部９１の配置について、図１１〜図１３を参照して説明する。  ここで、図１１は排気管構造１０の平面図であり、図１２は排気管構造１０の側面図であり、図１３は排気管構造１０を排気管本体部１の排気流入口１１側から見た図であり、いずれも排気センサ９の検出素子部９１の配置を正確に示す図である。なお、これら図１１〜図１３では、上述の図１〜図１０と比べてガスケット４の形状が相違する例を示しているが、その他の構成は同一である。
【００４０】  これら図１１〜図１３に示すように、排気センサ９の検出素子部９１は、排気管本体部１と排気管導入部５との境界部５０近傍に配置されている。  ここで、本発明における境界部５０とは、排気管導入部５における排気管本体部１寄りの外周側の部分であり、より具体的には、排気管導入部５における排気管本体部１と排気管導入部５の接続面１３の近傍を意味する。かかる境界部５０は、上述した排気管導入部５で生じる排気の旋回流の起点となる部分であり、旋回流となって拡散する前の排気の主流が通る部分である。このように排気の主流が通る部分に検出素子部９１が配置されることで、高い検出精度が得られるようになっている。  また、これら図１１〜図１３に示すように、ＬＡＦセンサ９０も旋回流の起点となる境界部５０よりも上流側の排気管本体部１に設けられているため、排気の主流が通ることで高い検出精度が得られるようになっている。
【００４１】  次に、本実施形態に係るエンジン２の排気管構造１０に対して、所定の運転条件でエンジン２を運転して排気を排気浄化触媒装置７内に流入させたときの排気のＵＩ値について説明する。  ここで、ＵＩ値とは、流体の流れの均一性の指標として用いられるものであり、下記の数式（１）による計算により求められる。［数１］ ＵＩ＝１−Σ｛｜Ｖｉ−Ｖａｖｅ｜×Ｓｉ／（２×Ｖａｖｅ×Ｓ）｝  ・・・数式（１）   上記数式（１）において、Ｖｉは流路断面を分割した各エリアにおける流速（排気濃度）を表し、Ｖａｖｅは、流路断面全体における平均流速（断面排気濃度）を表す。また、Ｓｉは各エリアの面積を表し、Ｓは流路断面の総面積を表す。
【００４２】  図１４は、本実施形態に係るエンジン２の排気管構造１０に排気を流入させたときの排気の流れを模式的に示す図である。図１４中、黒矢印は排気の流れを示している。この図１４に示すように本実施形態の排気管構造１０では、排気管本体部１から排気管導入部５に流出する排気は、境界部５０近傍を起点として旋回流となって排気浄化触媒装置７に流入することが分かる。
【００４３】  そこで、本実施形態に係る排気浄化触媒装置７の上端部７０の断面におけるＵＩ値を、上記数式（１）に従って算出した。比較として、従来の排気管構造１０Ａについても、同様にＵＩ値を算出した。
【００４４】  ここで、図１５は、従来の排気管構造１０Ａの側面図である。図１６は、従来の排気管構造１０Ａを排気管本体部１Ａの排気流入口１１Ａ側から見た図である。  これら図１５及び図１６に示す従来の排気管構造１０Ａは、排気管本体部１Ａと排気管導入部５Ａの構成が本実施形態と相違している。
【００４５】  具体的には、排気管本体部１Ａは、排気流入口１１Ａの中心Ｃ１Ａが、排気浄化触媒装置７の中心軸線Ｘから中心軸線Ｘに直交する方向に距離Ｌ１Ａオフセットしている点は本実施形態に類似しているが、排気管本体部１Ａが下方に大きく屈曲して形成されるため長さが長い点が相違する。そのため、排気流入口１１Ａの中心Ｃ１Ａと、排気浄化触媒装置７の中心軸線Ｘ上に位置する上端部７０の上端面７０ａの中心Ｃ２との上下方向の距離Ｌ２Ａは、本実施形態における距離Ｌ２よりも大きくなっている。
【００４６】  また、排気管導入部５Ａは、排気浄化触媒装置７の外周端部７ａまで空間を有して傾斜して延びてはおらず、外周端部７ａでは空間を有さずに排気浄化触媒装置７の上端面７０ａに接続されている。従って、外周端部７ａでは、排気管導入部５Ａは上端面７０ａに沿う平面状に形成されている。
【００４７】  図１７は、従来の排気管構造１０Ａに排気を流入させたときの排気の流れを模式的に示す図である。図１４と同様に図１７中、黒矢印は排気の流れを示している。この図１７に示すように従来の排気管構造１０Ａでは、排気管導入部５Ａにおいて排気は旋回流とはならずに放射状に拡散して排気浄化触媒装置７に流入することが分かる。
【００４８】  以上説明した従来の排気管構造１０Ａと本実施形態の排気管構造１０について、質量流量０．０５（ｋｇ／秒）にてＵＩ値を算出した結果、前者が０．９３６であったのに対して後者は０．９３５でほぼ同等であることが分かった。即ち、排気管本体部１Ａの長さが長く、排気を十分拡散させてから排気浄化触媒装置７内に導入できる従来の排気管構造１０Ａと比べて、本実施形態の排気管構造１０は排気管本体部１が小さいにも関わらず略同等のＵＩ値が得られることが確認された。この結果から、本実施形態の排気管構造１０は、排気管本体部１の長さが従来よりも短いにも関わらず、排気浄化触媒への排気当たりを最適化できることが確認された。
【００４９】  以上の構成を備える本実施形態に係るエンジン２の排気管構造１０の動作及び効果について、以下に説明する。  本実施形態では、排気管本体部１を湾曲して延びるように設けるとともに、排気管本体部１の排気流入口１１の中心Ｃ１が、排気流入口１１側から見たときに排気浄化触媒装置７の中心軸線Ｘからオフセットするように配置した。同時に、排気管本体部１の排気浄化触媒装置７側（下流側）の端部１２を、排気管本体部１と排気浄化触媒装置７の上端部７０とを接続する排気管導入部５の外周側に接続した。またさらに、排気浄化触媒装置７の上端部７０の上端面７０ａとの間に空間を有するとともに、排気管本体部１の排気浄化触媒装置７側の端部１２から排気浄化触媒装置７の外周端部７ａまで排気浄化触媒装置７側に傾斜して延びるように、排気管導入部５を設けた。  これにより本実施形態によれば、排気管本体部１から排気管導入部５に流出した排気は、排気管導入部５において旋回流となって排気浄化触媒装置７内に流入する。即ち、排気の流れに旋回流を発生させることで、排気浄化触媒装置７に流入する排気の偏流を十分に抑制できる。そのため、排気浄化触媒装置７に排気をバランス良く導くことができるため、排気浄化触媒部７１に担持される排気浄化触媒への排気当たりを均一にして最適化でき、排気浄化触媒を速やかに昇温できる。  また本実施形態の排気管構造１０によれば、排気管本体部１の長さを従来よりも短くでき、排気浄化触媒への排気当たりの最適化を従来よりも短距離で実現できる。従って、従来よりも小さい排気管構造１０で省スペース化できるとともに、排気管本体部１の熱容量を低減できるため、排気浄化触媒をより速やかに昇温できる。
【００５０】  また本実施形態では、排気センサ９の検出素子部９１を、排気管本体部１と排気管導入部５との境界部近傍に配置した。  上述したように、排気管本体部１から排気管導入部５に流出した排気は旋回流となる。そのため、旋回流の起点となる排気管本体部１と排気管導入部５との境界部近傍に排気センサ９の検出素子部９１を配置することにより、排気が旋回流となって拡散する前の排気の主流を捉えることができ、排気センサ９の検出精度を向上できる。
【００５１】  また本実施形態では、排気管本体部１と排気浄化触媒装置７の上端部７０とを接続する排気管導入部５を、排気管本体部１の排気浄化触媒装置７側（下流側）の端部１２からその周方向に沿って螺旋状に排気浄化触媒装置７側に傾斜するように形成した。  これにより本実施形態によれば、排気の流れに旋回流をより確実に発生させることができるため、上述の効果がより確実に奏される。
【００５２】  なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。  例えば上記実施形態では、本発明の排気管構造をディーゼルエンジンの排気系に適用したが、これに限定されず、ガソリンエンジンの排気系に適用してもよい。  また上記実施形態では、排気管本体部と排気管導入部とを一体化させて構成したが、これに限定されない。これら排気管本体部と排気管導入部とを別体として構成してもよい。  また上記実施形態では、排気管本体部の上部にＬＡＦセンサを設けたが、これに限定されない。ＬＡＦセンサの代わりに、Ｏ２センサ、Ａ／Ｆセンサ、ＮＯｘセンサ等を設けてもよい。
【符号の説明】
【００５３】  １…排気管本体部  ２…エンジン（内燃機関）  ３…ターボチャージャ  ５…排気管導入部  ７…排気浄化触媒装置  ７ａ…外周端部  ９…排気センサ  １０…排気管構造  １１…排気流入口  １２…排気浄化触媒装置側の端部  ５０…境界部  ７０…上端部（一端部）  ７０ａ…上端面（一端部の端面）  ９１…検出素子部  Ｅ…エンジンルーム  Ｃ１…排気流入口の中心  Ｘ…中心軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年9月15日(2016.9.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンルーム内で内燃機関の近傍に、排気浄化触媒を備える略筒状の排気浄化触媒装置が配置された内燃機関の排気管構造であって、
前記内燃機関側から前記排気浄化触媒装置の中心軸線方向の一端部に向かって湾曲して延びる排気管本体部と、
前記排気管本体部と前記排気浄化触媒装置の一端部とを接続し、前記排気管本体部から前記排気浄化触媒装置内に排気を導入する排気管導入部と、を備え、
前記排気管本体部は、前記内燃機関側の排気流入口の中心が該排気流入口側から見たときに前記排気浄化触媒装置の中心軸線からオフセットして配置され、且つ、前記排気浄化触媒装置側の端部が前記排気管導入部の外周側に接続され、
前記排気管導入部は、前記排気浄化触媒装置の一端部の端面との間に空間を有するとともに、前記排気管本体部の前記排気浄化触媒装置側の端部から前記排気浄化触媒装置の外周端部まで、前記排気浄化触媒装置側に傾斜して延びており、
前記排気管導入部は、前記排気管本体部の前記排気浄化触媒装置側の端部が接続される一の外周側から、その周方向に沿って該一の外周側に対向する他の外周側に向かって、螺旋状に前記排気浄化触媒装置側に傾斜して延びている内燃機関の排気管構造。
【請求項２】
前記排気管本体部と前記排気管導入部との境界部近傍に配置された検出素子部を有する排気センサをさらに備える請求項１に記載の内燃機関の排気管構造。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
前記排気管導入部における前記排気浄化触媒装置側の端部が、該排気浄化触媒装置の外周側に接続されることで前記排気浄化触媒装置を構成する排気浄化触媒部の外周端よりも外側に配置される請求項１又は２に記載の内燃機関の排気管構造。
【国際調査報告】
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