(57)【要約】【課題】排気系構造の省スペース化を図る。【解決手段】内燃機関Ｅから排出される排気ガスを流通させる上流側排気管１２と、上流側排気管１２よりも大径のケーシング４１を含む排気浄化装置４０と、上流側から下流側に向かうに従い拡径する拡径管部３３を有すると共に、その上流端を上流側排気管１２の下流端に接続されており、拡径管部３３の下流端をケーシング４１の上流端に接続された接続排気管３０とを備え、接続排気管３０は、拡径管部３３の下流側軸心Ｘ４を拡径管部３３の上流側軸心Ｘ３に対して管径方向に所定量オフセットして形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガスを流通させる上流側排気管と、
前記上流側排気管よりも大径のケーシングを含む排気浄化装置と、
上流側から下流側に向かうに従い拡径する拡径管部を有すると共に、その上流端を前記上流側排気管の下流端に接続されており、前記拡径管部の下流端を前記ケーシングの上流端に接続された接続排気管と、を備え、
前記接続排気管は、前記拡径管部の下流側軸心を該拡径管部の上流側軸心に対して管径方向に所定量オフセットして形成されている
ことを特徴とする排気系構造。
【請求項２】
前記接続排気管は、上流側から順に、湾曲管部、直線管部及び、前記拡径管部を一体に有する
請求項１に記載の排気系構造。
【請求項３】
前記排気浄化装置から排出される排気ガスを大気に放出するテールパイプをさらに備え、
前記テールパイプは、前記接続排気管の管壁のうち、前記下流側軸心がオフセットされている側の管壁の外側に隣接配置される
請求項１又は２に記載の排気系構造。
【請求項４】
前記排気浄化装置の前記ケーシング内には、排気ガス中の粒子状物質を捕集可能なフィルタが収容されており、前記ケーシング及び前記フィルタは、その軸心を前記下流側軸心と一致するように前記ケーシング内に収容されている
請求項１から３の何れか一項に記載の排気系構造。
【請求項５】
前記排気浄化装置の前記ケーシング内には、尿素水から排気熱により加水分解されて生成されるアンモニアを還元剤として排気ガス中に含まれる窒素化合物を還元浄化する選択的還元触媒が収容されており、前記ケーシングの前記選択的還元触媒よりも上流側には、前記尿素水を噴射する尿素水インジェクタが設けられている
請求項１から３の何れか一項に記載の排気系構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、排気系構造に関し、特に、内燃機関の排気系構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、内燃機関の排気系構造は、排気ガスを流通させる排気管に排気浄化装置が接続されている。この種の排気浄化装置のケーシングは、上流側の排気管よりも大径に形成されており、これらケーシング及び排気管を拡径管で互いに連結するのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−３５１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１記載の構造では、排気浄化装置のケーシングと上流側の排気管とを、湾曲管及び拡径管を介して連結しており、これら湾曲管や拡径管は別体部品として構成されている。このため、部品点数の増加や重量の増加等を招く可能性がある。
【０００５】
また、拡径管の上流端から下流端に至る軸心が、直上流の排気管の軸心や直下流のケーシングの軸心と略同一直線上に配置されている。このため、拡径管や排気管の周囲に、テールパイプ等の他の部品類を配置するスペースに改善の余地がある。
【０００６】
本開示の技術は、上記課題に鑑みてなされたものであり、排気系構造の省スペース化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の技術は、内燃機関から排出される排気ガスを流通させる上流側排気管と、前記上流側排気管よりも大径のケーシングを含む排気浄化装置と、上流側から下流側に向かうに従い拡径する拡径管部を有すると共に、その上流端を前記上流側排気管の下流端に接続されており、前記拡径管部の下流端を前記ケーシングの上流端に接続された接続排気管と、を備え、前記接続排気管は、前記拡径管部の下流側軸心を該拡径管部の上流側軸心に対して管径方向に所定量オフセットして形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、前記接続排気管は、上流側から順に、湾曲管部、直線管部及び、前記拡径管部を一体に有することが好ましい。
【０００９】
また、前記排気浄化装置から排出される排気ガスを大気に放出するテールパイプをさらに備え、前記テールパイプは、前記接続排気管の管壁のうち、前記下流側軸心がオフセットされている側の管壁の外側に隣接配置されることが好ましい。
【００１０】
また、前記排気浄化装置の前記ケーシング内には、排気ガス中の粒子状物質を捕集可能なフィルタが収容されており、前記ケーシング及び前記フィルタは、その軸心を前記下流側軸心と一致するように前記ケーシング内に収容されていることが好ましい。
【００１１】
また、前記排気浄化装置の前記ケーシング内には、尿素水から排気熱により加水分解されて生成されるアンモニアを還元剤として排気ガス中に含まれる窒素化合物を還元浄化する選択的還元触媒が収容されており、前記ケーシングの前記選択的還元触媒よりも上流側には、前記尿素水を噴射する尿素水インジェクタが設けられてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の技術によれば、排気系構造の省スペース化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る排気系構造を示す模式的な全体構成図である。
【図２】本実施形態の排気系構造の要部を示す模式的な斜視図である。
【図３】比較例の排気系構造を示す模式的な分解斜視図である。
【図４】他の実施形態に係る排気系構造を示す模式的な全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る排気系構造について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１５】
［全体構成］
図１は、本実施形態に係る排気系構造１０を示す模式的な全体構成図である。同図に示すように、内燃機関としてのエンジンＥはシリンダヘッドＣＨを備えている。シリンダヘッドＣＨの排気側の側部には、各気筒から不図示の排気ポートを介して排気ガスを導出する排気マニホールド１１が設けられている。
【００１６】
排気マニホールド１１の排気集合部１１Ａには、上流側排気管１２の上流端が接続されている。上流側排気管１２の下流端は、接続排気管３０を介して排気浄化装置４０の上流端に連結されている。接続排気管３０には、排気ガス中の窒素化合物（ＮＯｘ）を検出するＮＯｘセンサ７０が設けられている。
【００１７】
排気浄化装置４０の下流端には、下流側排気管１４の上流端が接続されている。さらに、下流側排気管１４の下流端には、排気ガスを大気に放出するテールパイプ１５が接続されている。
【００１８】
排気浄化装置４０は、ケーシング４１と、ケーシング４１内に配置された酸化触媒４２と、ケーシング４１内の酸化触媒４２よりも下流側に配置されたパティキュレイト・フィルタ（以下、フィルタ）４３とを備えている。
【００１９】
ケーシング４１は、接続排気管３０の湾曲管部３１及び、直線管部３２の管径よりも大径の略円筒状に形成されている。ケーシング４１内には、酸化触媒４２及び、フィルタ４３が、その軸心をケーシング４１の軸心と略一致させた状態で収容されている。ケーシング４１の上流端は、接続排気管３０の拡径管部３３の下流端に接続されている。接続排気管３０の詳細については後述する。
【００２０】
酸化触媒４２は、例えば、セラミック製のハニカム構造担体のセル表面に酸化触媒成分を担持して形成されている。酸化触媒４２は、排気管インジェクタ７１の排気管噴射及び、又は筒内インジェクタ７２のポスト噴射によりＨＣ（未燃燃料）が供給されると、これを酸化して排気ガス温度を上昇させる。
【００２１】
フィルタ４３は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された複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形成されている。フィルタ４３は、排気ガス中に含まれる煤等を隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、煤堆積量が所定量に達すると、これを燃焼除去するフィルタ再生が実施されるようになっている。なお、図示例において、フィルタ４３及び酸化触媒４２は、それぞれ別体に示されているが、酸化触媒一体型のフィルタを用いてもよい。
【００２２】
［接続排気管］
次に、図２に基づいて、本実施形態に係る接続排気管３０の詳細構造について説明する。
【００２３】
接続排気管３０は、排気上流側から順に、湾曲管部３１、直線管部３２及び、拡径管部３３を備えている。これら湾曲管部３１、直線管部３２及び、拡径管部３３は、好ましくは一体に形成されている。
【００２４】
湾曲管部３１は、上流側排気管１２の下流端から排気浄化装置４０に向けて湾曲形成されている。湾曲管部３１の管径Ｄ１は、好ましくは、上流側から下流側に至る全長に亘って略同径に形成されている。なお、以下の説明において、湾曲管部３１のうち、管壁の曲率半径が小さい側を湾曲内側部３１Ａ、管壁の曲率半径が大きい側を湾曲外側部３１Ｂと称する。
【００２５】
本実施形態において、接続排気管３０は、好ましくは、湾曲管部３１の湾曲内側部３１Ａが湾曲外側部３１Ｂに対して鉛直方向上方に位置するように上流側排気管１２に接続されている。
【００２６】
直線管部３２は、略円筒状に形成されており、その軸心Ｘ２が湾曲管部３１の下流端の軸心Ｘ１と略一致するように、湾曲管部３１の下流端から排気浄化装置４０に向けて延設されている。直線管部３２の管径Ｄ２は、好ましくは、湾曲管部３１の管径Ｄ１と略同径に形成されている。直線管部３２の管壁のうち、湾曲内側部３１Ａに隣接する部位（図示例では上側の管壁部）には、ＮＯｘセンサ７０が取り付けられている。
【００２７】
拡径管部３３は、その下流端の管径Ｄ４が上流端の管径Ｄ３よりも拡径された略円錐台形状に形成されている。具体的には、拡径管部３３の上流端の管径Ｄ３は、直線管部３２の管径Ｄ２と略同径に形成されており、拡径管部３３の下流端の管径Ｄ４は、ケーシング４１の管径Ｄ５と略同径に形成されている。拡径管部３３の下流端には、被固定フランジ部３４が設けられている。被固定フランジ部３４は、ケーシング４１の上流端に設けられた固定フランジ部４１Ａにボルト・ナット等の締結手段で固定されるようになっている。
【００２８】
本実施形態において、拡径管部３３は、ケーシング４１の軸心Ｘ５と略一致する下流端の軸心Ｘ４が、その上流端の軸心Ｘ３に対して管径方向のうち鉛直方向下方（湾曲内側部３１Ａに対して湾曲外側部３１Ｂが位置する方向）に所定量オフセットするように形成されている。すなわち、直線管部３２及び、拡径管部３３の管壁外側のうち、鉛直方向下方側（軸心Ｘ４のオフセット方向側）の領域には、テールパイプ１５等の周辺部品を隣接配置可能なスペースＳが確保されている。
【００２９】
次に、本実施形態に係る排気系構造１０の作用効果を説明する。
【００３０】
図３は、比較例の排気系構造を示す模式的な分解斜視図である。比較例の接続排気管３００では、湾曲管部３１０、直線管部３２０、拡径管部３３０及び、フランジ部３４０が別体部品として構成されている。このため、部品点数の増加や重量の増加等を招く課題がある。また、比較例の接続排気管３００では、図中に破線Ｘで示すように、湾曲管部３１０の下流端の軸心、直線管部３２０の軸心、拡径管部３３０の軸心及び、フランジ部３４０の軸心が、何れも略同一直線上に配置されている。このため、テールパイプ等の周辺部品を配置するスペースＳが狭くなり、省スペース化に改善の余地がある。
【００３１】
これに対し、図２に示す本実施形態の排気系構造１０では、拡径管部３３が、その下流端の軸心Ｘ４を上流端の軸心Ｘ３に対して鉛直方向下方に所定量オフセットするように形成されている。すなわち、拡径管部３３及び直線管部３２の下方のスペースＳが、比較例よりも拡張されるように構成されている。これにより、スペースＳにテールパイプ１５等の周辺部品を効果的に収容することが可能となり、さらには、排気系全体のサイズが縮小することで、省スペース化を確実に図ることができる。
【００３２】
また、接続排気管３０の湾曲管部３１、直線管部３２及び、拡径管部３３を一体に形成したことにより、部品点数を削減しつつ、重量も効果的に抑えることができる。
【００３３】
［その他］
なお、本開示は、上述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、適宜に変形して実施することが可能である。
【００３４】
例えば、接続排気管３０は、湾曲管部３１、直線管部３２及び、拡径管部３３を有するものとして説明したが、湾曲管部３１又は直線管部３２の少なくとも一方を省略して構成してもよい。
【００３５】
また、排気浄化装置４０は、ケーシング４１内に酸化触媒４２やフィルタ４３を備えるもとして説明したが、これらに代えて、図４に示すように、尿素水から排気熱により加水分解されて生成されるアンモニア（ＮＨ３）を還元剤として排気ガス中に含まれる窒素化合物（以下、ＮＯｘ）を還元浄化する選択的還元触媒（以下、ＳＣＲ触媒）４５を備えるように構成してもよい。
【００３６】
より具体的には、図４に示すように、尿素水噴射装置５０は、尿素水を貯留する尿素水タンク５１と、尿素水タンク５１から尿素水を汲み上げる尿素水ポンプ５２と、ケーシング４１内のＳＣＲ触媒４５よりも上流側に尿素水を噴射する尿素水インジェクタ５３とを備えている。尿素インジェクタ５３は、好ましくは、下流側排気管１４とは反対側のケーシング４１に、そのノズル部５３Ａがケーシング４１内に径方向に挿入されてＳＣＲ触媒４５の上流端から所定の距離をおいて離間するように取り付けられている。尿素水インジェクタ５３のノズル部５３Ａからケーシング４１内に噴射された尿素水は、排気熱により加水分解されてアンモニア（ＮＨ３）に生成され、下流側のＳＣＲ触媒４５に還元剤として供給されるようになる。
【００３７】
このように、ＳＣＲ触媒４５を適用した場合においても、上記実施形態と同様に、排気系全体のサイズが縮小することで、省スペース化を確実に図ることができる。また、上記実施形態と同様に、各排気管部品３０，３１，３２,３３を一体に形成したことにより、部品点数を削減しつつ、重量も効果的に抑えることができる。
【００３８】
なお、図４に示す他の実施形態において、ケーシング４１内にはＳＣＲ触媒４５のみが示されているが、ＳＣＲ触媒４５よりも下流側にアンモニアスリップ触媒をさらに収容してもよい。また、ＮＯｘ触媒は、ＳＣＲ触媒４５に限定されず、ＬＮＴ触媒等の他のＮＯｘ触媒であってもよい。
【符号の説明】
【００３９】
Ｅ  エンジン
１１  排気マニホールド
１２  上流側排気管
１４  下流側排気管
１５  テールパイプ
３０  接続排気管
３１  湾曲管部
３２  直線管部
３３  拡径管部
４０  排気浄化装置
４１  ケーシング
４２  酸化触媒
４３  フィルタ
４５  ＳＣＲ触媒
５３  尿素インジェクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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