(57)【要約】【課題】過給機の出口に設けた排気浄化装置の排気ガス浄化能力を向上させることができる排気系構造を提供すること。【解決手段】過給機の出口に排気浄化装置を設けた内燃機関の排気系構造であって、排気浄化装置の排気浄化部の上流側端部が過給機の出口の鉛直方向における下端よりも鉛直方向において上側に位置するとともに、排気浄化部の下流側端部が過給機の出口の鉛直方向における下端よりも鉛直方向において下側に位置する、内燃機関の排気系構造。【選択図】図２
2018091152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機の出口に排気浄化装置を設けた内燃機関の排気系構造であって、
前記排気浄化装置の排気浄化部の上流側端部が前記過給機の出口の鉛直方向における下端よりも鉛直方向において上側に位置するとともに、
前記排気浄化部の下流側端部が前記過給機の出口の鉛直方向における下端よりも鉛直方向において下側に位置する、
内燃機関の排気系構造。
【請求項２】
前記排気浄化装置の排気浄化部の上流側端部が前記過給機の軸線よりも鉛直方向において上側に位置するとともに、
前記排気浄化部の下流側端部が前記過給機の軸線よりも鉛直方向において下側に位置する、
請求項１に記載の内燃機関の排気系構造。
【請求項３】
前記過給機の出口から前記排気浄化装置に至る排気通路は、前記過給機の出口の軸線方向から上方に湾曲した後、下方に湾曲する曲がり部を有し、
前記曲がり部の下流側端部には、前記曲がり部を通過した排気ガスを前記排気浄化部の上流側端面に拡散させる拡散部が設けられている、
請求項１又は２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】
本発明は、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を浄化する排気浄化装置（触媒、フィルタ等）を備えた排気系構造が知られている。
【０００３】
特許文献１には、ターボ過給機の出口に触媒コンバータを設けた排気系構造が開示されている。特許文献１に記載の排気系構造では、ターボ過給機の出口に直線管及び曲がり管を介して触媒コンバータを配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−４９６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、排ガス規制の強化により、排気浄化装置における排気ガス浄化能力の向上が望まれている。
【０００６】
本発明の目的は、排気浄化装置における排気ガス浄化能力を向上させることができる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】
【０００７】
本発明に係る内燃機関の排気系構造は、過給機の出口に排気浄化装置を設けた内燃機関の排気系構造であって、前記排気浄化装置の排気浄化部の上流側端部が前記過給機の出口の鉛直方向における下端よりも鉛直方向において上側に位置するとともに、前記排気浄化部の下流側端部が前記過給機の出口の鉛直方向における下端よりも鉛直方向において下側に位置する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の内燃機関の排気系構造によれば、過給機の出口に設けた排気浄化装置を大きくすることができ、排気浄化装置における排気ガス浄化能力を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気系を示す概略図
【図２】図１の部分拡大図
【図３】図２のＡ−Ａ断面図
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図
【図５】拡散部での排気ガスの拡散の様子を示す概略図
【図６】参考例に係る排気系の部分拡大図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
図１は、本発明に係る排気系を示す概略図である。図２は、図１の部分拡大図である。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及び図２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「前方」、左方向を「−Ｘ方向」又は「後方」という。
【００１２】
また、図１及び図２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「上側」、下方向を「−Ｙ方向」又は「下側」という。なお、以下の説明では、「上側」および「下側」はそれぞれ、「鉛直方向における上側」および「鉛直方向における下側」という意味で用いる。
【００１３】
さらに、図１及び図２において紙面に垂直な方向をＺ方向又は車幅方向といい、手前方向を「＋Ｚ方向」又は「右側」、奥方向を「−Ｚ方向」又は「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】
図１及び図２に示すように、排気系１は、エンジン２の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、上記各部材を、エンジン２の右側に配置している。ただし、車幅方向に関して、上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（開放方向）、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、中空管状の管８の内部空間により構成されている。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、管８の延在方向（つまり、軸８ａの方向）に沿って流通させて、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、管８の中心軸に相当する。
【００１７】
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、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、管８の中空断面形状とは、管８の内周面により画成される内部空間の横断面（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、管８の中空断面形状の外形（外周縁の形状）は、軸８ａに直交する仮想平面に関する管８の内周面の断面形状に一致する。
【００１９】
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、管８は、図１及び図２に示すように、排気ガス出口４ａと同じ−Ｘ方向に延ばされる。また、管８の中空断面形状は、下流側の一部を除き、排気ガス出口４ａの形状と同じ円である。
【００２０】
管８の中空断面形状を排気ガス出口４ａと同じ形状とした理由は、ターボ過給機４から管８に流入した排気ガスの流速を、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、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】
上述のとおり、管８の下流側端部には、排気浄化装置である後処理装置６の上流側端部が接続されている。後処理装置６は、管状のケース１０に、排気ガスを浄化するためのＤＯＣ１１（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（ＤＰＦ）１２が収容されてなる。なお、管８の下流側端部と後処理装置６の上流側端部とを接続する構造の詳細については後述する。
【００２２】
ケース１０は、ケース１０の外周面に溶接固定されたブラケット１４を介してエンジン２に固定されている。具体的には、本実施形態の場合、ブラケット１４は、エンジン２から突出した（本実施形態の場合、エンジン２から右側に突出した）第２ブラケット１５に対して取り付けられる（本実施形態の場合、前方から取り付けられる）。
【００２３】
ＤＯＣ１１及びＤＰＦ１２は、無機質マット１３でケース１０に保持される。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、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、−Ｙ方向に延びている。
【００２４】
また、軸１１ａは、ＤＯＣ１１の上流側端面１１ｂ及び下流側端面１１ｃに対して面直方向に延在する。つまり、ＤＯＣ１１の上流側端面１１ｂ及び下流側端面１１ｃは、ＸＺ平面上に延在しており、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及び下流側端面１１ｃと同じ形状となる。
【００２５】
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。
【００２６】
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。また、図２に示すように、軸１２ａは、軸１１ａと一致している。すなわち、軸１２ａは、−Ｙ方向に延びている。
【００２７】
また、軸１２ａは、ＤＰＦ１２の上流側端面１２ｂ及び下流側端面１２ｃに対して面直方向に延在する。つまり、ＤＰＦ１２の上流側端面１２ｂ及び下流側端面１２ｃは、ＸＺ平面上に延在しており、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及び下流側端面１２ｃと同じ形状となる。
【００２８】
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。
【００２９】
後処理装置６の下流側端部には、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を通過し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、後方へ向けて導出される。
【００３０】
次に、ターボ過給機４の排気ガス出口４ａとＤＯＣ１１との位置関係の詳細について説明する。図２には、ターボ過給機４の排気ガス出口４ａの中心軸４ｂが示されている。なお、中心軸４ｂは、ターボ過給機４の軸線の一例である。図２に示すように、ＤＯＣ１１の上流側端面１１ｂは、中心軸４ｂよりも上側に位置している。また、ＤＯＣ１１の下流側端面１１ｃは、中心軸４ｂよりも下側に位置している。
【００３１】
次に、管８の構造、及び管８の下流側端部と後処理装置６の上流側端部とを接続する構造の詳細について説明する。図２には、管８及びＤＯＣ１１を通過する排気ガスの流れが破線で示されている。また、図３には、図２のＡ−Ａ断面が示されている。また、図４には、図２のＢ−Ｂ断面が示されている。また、図５には、ＤＯＣ１１の上流側端面１１ｂを上側から見た場合に排気ガスが曲がり部８ｂ（後述する）の下流側端部から拡散部８ｃ（後述する）によって上流側端面１１ｂに拡散する様子が示されている。
【００３２】
図２に示すように、管８は、曲がり部８ｂと、拡散部８ｃとを有する。曲がり部８ｂは、ターボ過給機４の排気ガス出口４ａから、−Ｘ方向に延びながら＋Ｙ方向に湾曲し、さらに−Ｙ方向に湾曲している。また、拡散部８ｃは、曲がり部８ｂの下流側端部（Ｂ−Ｂ断面の位置よりも下流側）から車幅方向及び後方へ向かって広がる部分である。管８の軸８ａは、曲がり部８ｂの軸と一致する。そのため、以下の説明において、「軸８ａ」は、管８の軸を意味するとともに、曲がり部８ｂの軸を意味するものとして用いる。
【００３３】
曲がり部８ｂは、排気ガス出口４ａから排出された排気ガスを、軸８ａの方向に導く機能を有する。曲がり部８ｂのＡ−Ａ断面の位置における中空断面形状は、図３に示すように、円である。また、曲がり部８ｂは、−Ｙ方向に湾曲しながら徐々に車幅方向に拡径する。そのため、曲がり部８ｂのＢ−Ｂ断面の位置における中空断面形状は、図４に示すように、車幅方向に長軸を有する略楕円となる。
【００３４】
拡散部８ｃは、曲がり部８ｂを流通してきた排気ガスの一部を、軸８ａから離れる方向に導く機能を有する。拡散部８ｃは、周壁部８ｄと、周壁部８ｄの上側を塞ぐ蓋部８ｅとを有する。蓋部８ｅにおける上流側端面１１ｂと対向する面は、対向面８ｆを形成する。
【００３５】
上流側端面１１ｂと対向面８ｆとの間には、排気ガスが通過する隙間が設けられている。本実施形態では、蓋部８ｅは上流側端面１１ｂに対して平行に設けられており、上流側端面１１ｂと対向面８ｆとの隙間は一定である。なお、蓋部８ｅをテーパ状とし、上流側端面１１ｂと対向面８ｆとの隙間を、外径側ほど小さくしてもよい。 
【００３６】
＜本実施形態の効果＞
以上のように、本実施形態に係る内燃機関の排気系構造によれば、ＤＯＣ１１の上流側端面１１ｂがターボ過給機４の排気ガス出口４ａの中心軸４ｂよりも上側に位置しているとともに、下流側端面１１ｃが中心軸４ｂよりも下側に位置している。
【００３７】
これにより、ＤＯＣ１１の下流側端面の上下方向の位置を変更することなく、ＤＯＣ１１の軸方向長さを長くすることができる。そのため、ＤＯＣ１１の体積を大きくすることができ、排気ガス浄化能力を向上させることが可能となる。
【００３８】
また、本実施形態に係る内燃機関の排気系構造によれば、管８は、ターボ過給機４の排気ガス出口４ａから、−Ｘ方向に延びながら＋Ｙ方向に湾曲し、さらに−Ｙ方向に湾曲する曲がり部８ｂと、曲がり部８ｂの下流側端部に設けられ、曲がり部８ｂを通過した排気ガスをＤＯＣ１１の上流側端面１１ｂに拡散させる拡散部８ｃとを有する。
【００３９】
管８をこのような構成としたことによる効果について、参考例を示しながら説明する。図６に示すように、参考例に係る内燃機関の排気系構造における管１８は、拡散部を備えておらず、ＤＯＣ１１の上流側端面１１ｂに向けて徐々に拡径している。
【００４０】
なお、参考例に係る内燃機関の排気系構造は、管１８の形状が管８の形状と異なる点のみが上記実施形態に係る内燃機関の排気系構造と異なっており、その他の構造は、上記実施形態の構造と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４１】
参考例に係る内燃機関の排気系構造の場合、管１８は、拡散部を備えておらず、ＤＯＣ１１の上流側端面１１ｂに向けて徐々に拡径しているため、排気ガスの流れは、図６に示すように、ＤＯＣ１１の一部分（−Ｘ方向側）に集中する。そのため、ＤＯＣ１１への排気ガスの流入量に偏りが生じる。
【００４２】
これに対して、本実施形態の場合、管８は、曲がり部８ｂの下流側端部に、曲がり部８ｂを通過した排気ガスをＤＯＣ１１の上流側端面１１ｂに拡散させる拡散部８ｃを設けている。
【００４３】
これにより、ＤＯＣ１１の上流側端面１１ｂに到達した排気ガスの一部を、上流側端面１１ｂに沿って軸８ａから離れる方向に拡散させることができる。そのため、ＤＯＣ１１への排気ガスの流入量の偏りを抑制することができ、ＤＯＣ１１を有効に利用することが可能となる。
【００４４】
＜変形例＞
なお、上記実施の形態では、ＤＯＣ１１の上流側端面１１ｂをターボ過給機４の排気ガス出口４ａの中心軸４ｂよりも上側に位置させるとともに、下流側端面１１ｃを中心軸４ｂよりも下側に位置させたが、これに限定されない。
【００４５】
ＤＯＣ１１の上流側端面１１ｂをターボ過給機４の排気ガス出口４ａの下端よりも上側に位置させるとともに、下流側端面１１ｃを排気ガス出口４ａの下端よりも下側に位置させてもよい。こうすることでも、ＤＯＣ１１の下流側端面の上下方向の位置を変更することなく、ＤＯＣ１１の軸方向長さを長くすることができる。そのため、ＤＯＣ１１の体積を大きくすることができ、排気ガス浄化能力を向上させることが可能となる。
【００４６】
また、上記実施の形態では、車両に適用する場合を例に挙げて説明を行ったが、これに限定されない。本発明の排気系構造は、車両搭載前の状態の内燃機関に適用してもよいし、車両に搭載することを前提としない内燃機関に適用してもよい。
【００４７】
また、上記実施の形態では、管８が後方に延ばされたが、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、前方に延ばされてもよい。
【００４８】
また、上記実施の形態では、触媒としてＤＯＣ１１を用いたものを説明したが、これに限定されない。触媒として、ＤＯＣに代えて、リーンＮＯｘトラップ触媒（ＬＮＴ）を用いてもよい。
【００４９】
また、上記実施の形態では、ケース１０のＤＯＣ１１の下流側にＤＰＦ１２を設けたものを説明したが、これに限定されない。ケース１０にＤＯＣ１１のみを担持させるようにしてもよい。また、ＤＯＣ１１の下流側に、各種排気浄化部（例えば、ＳＣＲ、ＳＣＲ機能を有するＳＤＰＦ、各種スリップ触媒等）を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の内燃機関の排気系構造は、排気浄化部の体積を大きく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】
【００５１】
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
４ｂ  中心軸
５  上流側排気通路
６  後処理装置
７  下流側排気通路
８、１８  管
８ａ、１１ａ、１２ａ  軸
８ｂ  曲がり部
８ｃ  拡散部
８ｄ  周壁部
８ｅ  蓋部
８ｆ  対向面
１０  ケース
１１  ＤＯＣ
１１ｂ、１２ｂ  上流側端面
１１ｃ、１２ｃ  下流側端面
１２  ＤＰＦ
１３  無機質マット
１４  ブラケット
１５  第２ブラケット
【図１】
2018091152.tif 000003
【図２】
2018091152.tif 000004
【図３】
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【図４】
2018091152.tif 000006
【図５】
2018091152.tif 000007
【図６】
2018091152.tif 000008