(57)【要約】【課題】排気浄化部を有効に活用することが可能な排気系構造を提供すること。【解決手段】内燃機関の排気系構造は、内燃機関からの排気ガスが直線方向に沿って流れるように設けられる排気通路と、直線方向に対して傾斜する軸を有し、排気通路からの排気ガスを浄化する排気浄化部と、を備え、排気浄化部における排気ガス流れ方向の上流側端面は、排気通路の横断面形状を直線方向に投影可能な面であって、上流側端面に投影される横断面形状の像と同じ形状を有する。【選択図】図２
2018076853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排気ガスが直線方向に沿って流れるように設けられる排気通路と、
前記直線方向に対して傾斜する軸を有し、前記排気通路からの前記排気ガスを浄化する排気浄化部と、
を備え、
前記排気浄化部における排気ガス流れ方向の上流側端面は、前記排気通路の横断面形状を前記直線方向に投影可能な面であって、前記上流側端面に投影される前記横断面形状の像と同じ形状を有する内燃機関の排気系構造。
【請求項２】
前記排気浄化部の横断面形状は、前記上流側端面と同じ形状を有する請求項１に記載の内燃機関の排気系構造。
【請求項３】
前記排気通路は、ターボ過給機から車両後側に延ばされる請求項１または２に記載の内燃機関の排気系構造。
【請求項４】
前記排気通路は、ターボ過給機から車両前側に延ばされる請求項１または２に記載の内燃機関の排気系構造。
【請求項５】
前記排気通路は、直線状の軸を有する直線管を備える請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気系構造。
【請求項６】
前記上流側端面の形状は、楕円である請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気系構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関の排気系構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気系に設けられ、内燃機関から排出される排気ガス中の一酸化炭素および未燃焼炭化水素等を除去する触媒を備えた排気浄化装置が知られている。排気浄化装置の触媒を有効に活用するためには、排気ガスを触媒の上流端に均等に流入させることが望まれる。
【０００３】
特許文献１には、排気ガス導管に真っ直ぐな管が設けられ、真っ直ぐな管の軸に対して触媒の上流側端面を傾斜させるとともに、排気ガス導管に、排気ガスを触媒の上流端に均等に流入するための変向手段が設けられた排気浄化装置が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、排気ガス流入管の軸に対して触媒の上流側端面を傾斜させるとともに、触媒と排気ガス流入管を接続するコーンに、排気ガスを触媒の上流端に均等に流入するための湾曲膨出部が設けられた排気浄化装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００１−５２６３４９号公報
【特許文献２】特開２００４−３３２６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された触媒の上流側端面における排気ガスの流速分布は、中央部の位置、変向手段側の位置、および、その反対側の位置でそれぞれ高くなるが、それ以外の位置で低くなり、触媒を有効に活用することができないという問題があった。
【０００７】
同じく、特許文献２に記載された触媒の上流側端面においても、排気ガスの流速分布の低い場所が存在するため、触媒を有効に活用することができないという問題があった。
【０００８】
本開示の目的は、排気浄化部を有効に活用することが可能な排気系構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の内燃機関の排気系構造は、
内燃機関からの排気ガスが直線方向に沿って流れるように設けられる排気通路と、
前記直線方向に対して傾斜する軸を有し、前記排気通路からの前記排気ガスを浄化する排気浄化部と、
を備え、
前記排気浄化部における排気ガス流れ方向の上流側端面は、前記排気通路の横断面形状を前記直線方向に投影可能な面であって、前記上流側端面に投影される前記横断面形状の像と同じ形状を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の内燃機関の排気系構造によれば、排気浄化部を有効に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の一実施の形態にかかる排気系を示す概略図
【図２】図１の部分拡大図
【図３】比較例にかかるＤＯＣの上流側端面を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は一例であり、本発明はこの実施形態により限定されるものではない。
【００１３】
図１は、本発明に係る排気系を示す概略図である。なお、図１及び図２には、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸が描かれている。以下の説明では、図１における左右方向をＸ方向又は車両前後方向といい、右方向を「＋Ｘ方向」又は「車両前側」、左方向を「−Ｘ方向」又は「車両後側」という。また、図１における上下方向をＹ方向又は車両上下方向といい、上方向を「＋Ｙ方向」又は「車両上側」、下方向を「−Ｙ方向」又は「車両下側」という。さらに、図１において紙面に垂直な方向をＺ方向又は車両幅方向といい、手前方向を「＋Ｚ方向」又は「車両右側」、奥方向を「−Ｚ方向」又は「車両左側」という。また、排気通路を流れる排気ガスの流れ方向における上流側及び下流側を、単に「上流側」及び「下流側」という。
【００１４】
排気系１は、図１に示すように、エンジン２の車両右側に設けられた排気マニホールド３と、排気マニホールド３の集合部に連結されたターボ過給機４と、ターボ過給機４から延びる上流側排気通路５、後処理装置６、及び下流側排気通路７と、を備える。なお、本実施形態の場合、前記各部材を、エンジン２の車両右側に配置している。ただし、車両幅方向に関して、前記各部材のエンジン２に対する配置は、図示の構造に限定されるものではない。
【００１５】
ターボ過給機４の排気ガス出口４ａの方向、大きさ及び形状は、後処理装置６の形状、大きさ及び設置場所などに基づいて総合的に定められる。ここでは、排気ガス出口４ａの方向は−Ｘ方向である。排気ガス出口４ａの形状は一般的な円形状である。後処理装置６の設置場所は、ターボ過給機４の−Ｘ方向の位置に設定される。
【００１６】
上流側排気通路５は、中空管状の直線管８の内部空間により構成されている。直線管８は、内部空間に上流側開口部から流入した排気ガスを、直線管８の延在方向（つまり、軸８ａ（図２参照）の方向）に沿って直線的に流通させて、下流側開口部から流出させる流路としての機能を有している。なお、本構成例の場合、軸８ａは、直線管８の中心軸に相当する。
【００１７】
直線管８の上流側端部は、排気ガス出口４ａに接続されている。一方、直線管８の下流側端部は、後処理装置６のケース１０（後述する）の上流側端部に固定されている。直線管８の延在方向（つまり、軸８ａの方向）、長さ及び中空断面形状は、排気ガス出口４ａの方向、後処理装置６におけるＤＯＣ１１（後述する）の位置などに基づいて総合的に定められる。
【００１８】
なお、直線管８の中空断面形状とは、直線管８の内周面により画成される内部空間の横断面形状（軸８ａに直交する仮想平面に関する断面形状）をいう。換言すれば、直線管８の中空断面形状は、軸８ａに直交する仮想平面に関する直線管８の内周面の断面形状と一致する。
【００１９】
直線管８の延在方向は、例えば、ＤＯＣ１１の位置などに基づいて３次元的に傾けられる。ここでは、説明をわかりやすくするために、直線管８は、図１に示すように、排気ガス出口４ａと同じ−Ｘ方向に直線状に延ばされる。また、直線管８の中空断面形状は、排気ガス出口４ａの形状と同じ円形状である。
【００２０】
直線管８の延在方向および中空断面形状を排気ガス出口４ａと同じ方向および形状とした理由は、ターボ過給機４から直線管８に流入した排気ガスの流速を、直線管８でなるべく低下させずに、高い状態に維持しつつＤＯＣ１１に流出させるためである。また、直線管８の長さは、ターボ過給機４とＤＯＣ１１との間の放熱を防止するために、また、排気ガスの流速の低下を抑えるために、なるべく短いことが望ましい。
【００２１】
直線管８の下流側端部８ｂには、後処理装置６が接続されている。なお、直線管８の下流側端部８ｂと後処理装置６とを接続する構造の詳細については後述する。
【００２２】
後処理装置６は、図１に示すように、円管状のケース１０に、排気ガスを浄化するための酸化触媒（ＤＯＣ）１１（本発明の「排気浄化部」に対応）及びディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）１２が収容されてなる。なお、図１では、ＤＯＣ１１等を保持するための後述する無機質マット１３（図２参照）およびケース１０の板厚を省略して示している。
【００２３】
ＤＯＣ１１およびＤＰＦ１２は、無機質マット１３でケース１０に保持される（図２参照）。ＤＯＣ１１は軸１１ａを有する柱状に形成される。なお、本実施形態の場合、軸１１ａは、ＤＯＣ１１の中心軸に相当する。軸１１ａは、ＤＯＣ１１の上流側端面１１ｂの面直方向に延在する。つまり、ＤＯＣ１１の横断面形状（軸１１ａに直交する仮想平面に関する断面形状）は、上流側端面１１ｂと同じ形状となる。
【００２４】
同じく、ＤＰＦ１２は、軸１２ａを有する柱状に形成される。なお、本実施形態の場合、軸１２ａは、ＤＰＦ１２の中心軸に相当する。軸１２ａは、ＤＰＦ１２の上流側端面１２ｂの面直方向に延在する。つまり、ＤＰＦ１２の横断面形状（軸１２ａに直交する仮想平面に関する断面形状）は上流側端面１２ｂと同じ形状となる。
【００２５】
後処理装置６の設置場所は、前述したように、ターボ過給機４の−Ｘ方向の位置に定められている。ここで、ＤＯＣ１１およびＤＰＦ１２は、設置場所を有効に利用するために、−Ｘ方向に直線的に配置されるのではなく、各軸１１ａ，１２ａをＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に対して３次元的に傾けるように配置される。各軸１１ａ，１２ａの傾きについての詳細は後述する。
【００２６】
ＤＯＣ１１は、担体としての例えばアルミナに、酸化触媒としての例えば白金、酸化イリジウムまたは酸化コバルトが担持されている。ＤＯＣ１１は、排気ガス中に含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物などの未燃焼ガスを酸化する機能を有する。なお、ＤＯＣ１１の基本的構造及び機能については、従来から知られているＤＯＣと同様であるため、詳しい説明は省略する。
【００２７】
ＤＰＦ１２は、多孔質セラミックスの隔壁で区画された格子状の排気流路を形成する多数のセルを排気ガスの流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して構成されている。ＤＰＦ１２は、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集する機能を有する。なお、ＤＰＦ１２の基本的構造及び機能については、従来から知られているＤＰＦと同様であるため、詳しい説明は省略する。
【００２８】
後処理装置６の下流側の端部には、下流側排気通路７が接続されている。後処理装置６で浄化された排気ガスは、下流側排気通路７を通って外部に導出される。下流側排気通路７における下流側は、−Ｘ方向へ直線状に延びており、排気ガスは、下流側排気通路７の後端から、車両後方へ向けて導出される。
【００２９】
次に、直線管８の下流側端部８ｂと後処理装置６とを接続する構造の詳細について図１および図２を参照して説明する。図２は、図１の部分拡大図である。図２に、軸８ａ方向から見た排気ガス出口４ａの形状（すなわち、直線管８の中空断面形状）としての円Ｃと、軸１１ａ方向から見た上流側端面１１ｂの形状としての楕円Ｅとを示す。また、図２に、直線管８およびＤＯＣ１１における排気ガスの流れを破線で示す。
【００３０】
直線管８の軸８ａの方向は、上述するように−Ｘ方向である。ＤＯＣ１１の軸１１ａは、−Ｘ方向の軸８ａに対して３次元的に傾けられる。ここでは、説明をわかりやすくするために、図２に示すように、軸１１ａは、−Ｘ方向の軸８ａに対してＺ軸回り（反時計回り）に所定角度αで傾けられる。つまり、ＤＯＣ１１の上流側端面１１ｂは、軸８ａに対してＺ軸回り（時計回り）に所定角度（π／２−α）で傾けられる。
【００３１】
ＤＯＣ１１の上流側端面１１ｂは、直線管８の中空断面形状（ここでは円Ｃ）を直線方向（−Ｘ方向）に投影可能な面である。ＤＯＣ１１の上流側端面１１ｂに投影される中空断面形状の像は、楕円Ｅの長軸と一直線上に位置する長軸を有する楕円（楕円Ｅ’）となる。また、図２に示すように、楕円Ｅ’における排気ガス出口４ａ寄りの長軸端は、楕円Ｅにおける排気ガス出口４ａ寄りの長軸端と一致している。ここで、「中空断面形状を投影可能な面」とは、中空断面形状の全体を投影可能な面をいい、例えば、面が−Ｘ方向（投影方向）から外れて配置されることにより、中空断面形状の一部のみが投影されるような面をいわない。なお、本実施の形態においては、楕円Ｅおよび楕円Ｅ’における短軸同士が一直線上に位置しており、また、短軸端同士が一致しているため、楕円Ｅ’が楕円Ｅと等しい関係にある。
【００３２】
すなわち、本実施形の態では、上流側端面１１ｂの車両上下方向における下端は、直線管８の内周の車両上下方向における下端と同じ高さに位置している。なお、軸８ａに対する上流側端面１１ｂの傾斜角度は、例えば、ＤＯＣ１１の大きさ、形状およびその配置場所に基づいて定められる。
【００３３】
直線管８の下流側端部８ｂは、図２に示すように、楕円Ｅの上流側端面１１ｂの外周縁１１ｃに沿うように形成される。本実施形態では、ケース１０の上流側端縁１０ａに直線管８の下流側端部８ｂが嵌合され、溶接されることにより、直線管８及びケース１０が密閉される。
【００３４】
図３は、比較例にかかるＤＯＣ１１の上流側端面１１ｂを示す図である。図３に上流側端面１１ｂの形状としての楕円Ｅ、直線管８の中空断面形状としての円Ｃ、および、楕円Ｅの長軸を直径とする円Ｃ’を示す。
【００３５】
仮に、上流側端面１１ｂ’の形状を円Ｃ’とした比較例の場合に、図３に斜線部で示す領域における排気ガスの流速は、楕円Ｅで示す領域における排気ガスの流速に比較して低下する。排気ガスの流速が低下した分だけ、斜線部の領域における排気浄化能力が低下する。
【００３６】
これに対して、本実施形態では、斜線部の領域を削除することにより、上流側端面１１ｂの形状を楕円Ｅとする。楕円Ｅの領域は、図２に示すように、直線管８から排気ガスが直線的な流れでかつ高い流速で均一に当たる領域であり、均一に当たった排気ガスがＤＯＣ１１内に均一に流入するため、ＤＯＣ１１を有効に活用することができる。ここで、均一というときは、本実施形態にかかる上流側端面１１ｂにおける排気ガスの当たり及び流入が、図３に示す比較例にかかる上流側端面１１ｂ’における排気ガスの当たり及び流入より均一であるという意味である。
【００３７】
＜本実施形態の効果＞
以上のように、本実施形態にかかる内燃機関の排気系構造によれば、ＤＯＣの上流側端面１１ｂは、直線管８の中空断面形状が−Ｘ方向に投影可能な面であって、上流側端面１１ｂに投影された中空断面形状の像としての楕円Ｅと同じ形状を有する。これにより、上流側端面１１ｂ（楕円Ｅで示される領域）は、直線管８からの排気ガスが均一に当たる領域となるため、ＤＯＣ１１を有効に活用することができる。
【００３８】
また、ＤＯＣ１１の上流側端面１１ｂが直線管８の軸８ａに対して傾けられる。これにより、排気ガスが直接的にＤＯＣ１１に流入するため、直線管８からの排気ガスの流れ方向を上流側端面１１ｂの方向へ変更する変向手段を設ける必要がなく、コストを低減することができる。
【００３９】
また、ＤＯＣ１１の横断面形状は、上流側端面１１ｂと同じ形状を有する。これにより、ＤＯＣ１１の排気浄化能力を許容範囲内に維持することができる。
【００４０】
また、ターボ過給機４からの排気ガスが直線管８を通ってＤＯＣ１１の上流側端面１１ｂへ流れる。これにより、直線管８からの排気ガスが高い流速を維持しつつ、軸８ａに沿うように整流されて、ＤＯＣ１１の上流側端面１１ｂに均一にかつ直接的に当たるため、ＤＯＣ１１の排気浄化能力を上げることができる。また、ＤＯＣ１１の排気浄化能力が上がる分だけ、ＤＯＣ１１を小型化することが可能となる。また、ＤＯＣ１１を小型化した分だけ、コストを低減することができる。
【００４１】
＜本実施形態の変形例＞
なお、上記実施の形態では、直線管８が車両後側に延ばされたが、本発明はこれに限らず、例えば、後処理装置６の設置場所等に応じて、車両前側に延ばされてもよい。
【００４２】
また、上記実施形態では、ＤＯＣ１１の軸１１ａは上流側端面１１ｂの面直方向に延在される。つまり、ＤＯＣ１１の横断面形状と上流側端面１１ｂと同じ形状となる。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、軸１１ａは上流側端面１１ｂの面直方向に対して傾斜する方向に延在されてもよい。ＤＯＣ１１の軸１１ａが傾斜する方向に延在されることで、ＤＯＣ１１の横断面形状と上流側端面１１ｂと同じ形状とならない。この場合に、軸１１ａは、ＤＯＣ１１の排気処理能力を許容範囲に維持するために、ＤＯＣ１１の断面積が直線管８の中空部の断面積より大きい範囲の中で傾斜させることが好ましい。
【００４３】
また、上記実施形態では、ＤＰＦ１２の軸１２ａは、図２に示すように、ＤＯＣ１１の軸１１ａに対してＺ軸回りに所定角度βで２次元的に傾けられるが、例えば、ＤＰＦ１２の大きさ、形状およびその配置場所等に応じて、軸１１ａに対して３次元的に傾けられてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、ＤＰＦ１２の上流側にＤＯＣ１１を設けたものを説明したが、これに限定されない。ＤＰＦ１２の上流側に、ＤＯＣ１１に代えて、他の触媒としてのリーンＮＯｘトラップ触媒（ＬＮＴ）、選択接触還元触媒（ＳＣＲ）等、排気ガスを浄化する様々な触媒を設けるようにしてもよいし、ＤＯＣ１１に加えて、他の触媒を設けるようにしてもよい。この構成に本発明を適用した場合に、ＬＮＴの軸は、直線管８の軸８ａに対して所定角度で傾けられる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本開示の内燃機関の排気系構造は、排気浄化部を有効に活用することが要求される排気ガスの後処理装置として有用である。
【符号の説明】
【００４６】
１  排気系
２  エンジン
３  排気マニホールド
４  ターボ過給機
４ａ  排気ガス出口
５  上流側排気通路
６  後処理装置
７  下流側排気通路
８  直線管
８ａ  軸
８ｂ  下流側端部
１０  ケース
１１  ＤＯＣ
１１ａ  軸
１１ｂ  上流側端面
１２  ＤＰＦ
１２ａ  軸
１２ｂ  上流側端面
【図１】
2018076853.tif 000003
【図２】
2018076853.tif 000004
【図３】
2018076853.tif 000005