(57)【要約】      （修正有）【課題】フロントパイプ内の排ガスに旋回流を生起させ、該旋回流によって、排ガスがＤＰＦ浄化装置の上流側全域に均等に配風されるようにして、ＤＰＦの耐久性と、ＮＯｘの還元浄化効率の向上を図ることを目的とする。【解決手段】排ガス浄化装置７の上流側に配置されるフロントパイプ形状であって、該フロントパイプの上流側に形成された複数の連続した屈曲部６３，６４と、該屈曲部６３，６４に連続して、屈曲部６３，６４の長さより同じか又は、長くして、フロントパイプの軸線を中心とした排ガス旋回流の密度均一化を図る直線部６５とを備えたことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと排ガス浄化装置とを連結して、前記エンジン側の排気管と、該排気管に連続して前記排ガス浄化装置に連結し、内部に排ガス通路が形成されたフロントパイプ形状であって、前記フロントパイプの前記排ガス通路の上流側に形成された複数の連続した屈曲部と、
該屈曲部の下流側に前記屈曲部の長さと同じか、それよりも長くした直線部を備え、
前記屈曲部にて排ガス旋回流を生成し、前記直線部にて前記フロントパイプの軸線を中心とした排ガス旋回流の密度均一化を図ることを特徴とする排ガス浄化装置のフロントパイプ構造。
【請求項２】
前記複数の屈曲部は略Ｓ字状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化装置のフロントパイプ構造。
【請求項３】
前記複数の屈曲部は、前記軸線が三次元に変化した形状に形成されていることを特徴とする請求項１または、２記載の排ガス浄化装置のフロントパイプ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されたエンジンの排ガス浄化装置の上流側に配置される排気管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車に搭載されるディーゼルエンジン（以後「エンジン」と称す）の排気系には、エンジンから排出される排ガスに含まれ、有害物質とされるディーゼル排気微粒子〔以後「ＰＭ（Particulate  Matter）」と称す〕及びＮＯｘ（窒素酸化物）が含まれており、ＰＭはディーゼルパティキュレートフィルタ〔以後「ＤＰＦ(Diesel  Ｐarticulate  Ｆilter)」と称す〕にて補足される。
ＤＰＦ浄化装置には、上流側に排ガスに含まれているＮＯｘを酸化触媒(以後「ＤＯＣ」と称す)にてＮＯ２に酸化した後に、ＰＭを濾過するＤＰＦが一体で収納されている。
【０００３】
図１で示すように、エンジン１の排気マニホールド８に近設されている排気ターボチャージャ２の排気タービン２ｂから排出される排ガスは、該排気タービン２ｂとＤＰＦ浄化装置７との間に配設される排気管４と、該排気管４に連続したフロントパイプとを介して、ＤＰＦ浄化装置７に導出されている。
そして、エンジン１から排出された排ガスは、排気マニホールド、排気タービン２ｂ、フロントパイプ６、ＤＰＦ浄化装置７、ＮＯｘ還元触媒装置を経て、車外に放出される装置が知られている。
【０００４】
そのような装置を搭載した技術が特開平８−３１９８２０号公報（特許文献１）に開示されている。
ＤＰＦ浄化装置７のＤＰＦに堆積したＰＭを電気ヒータや、バーナー等を用いずに酸化除去する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３１９８２０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、特許文献１に開示される技術は、排ガス温度が低いエンジンの軽負荷運転時においても、ＤＰＦ７４に堆積したＰＭ酸化除去するものであり、フロントパイプ内を流れる排ガスの偏流によって、ＤＰＦ浄化装置７の酸化触媒７２の上流側前面全域に排ガスが均等に配風されるようにした技術は開示されておらず、排ガスの偏流によって酸化触媒７２および、ＤＰＦ７４を通過する排ガスは偏った流れをして、ＤＰＦ７４のＰＭ堆積量が不均一になる。
従って、ＤＰＦ７４に溜まったＰＭを軽油等で燃焼させると、ＤＯＣは偏流で流れの多い箇所は軽油が多く流れてしまうため、設定温度より高温となり、ＤＯＣ劣化が進行し、堆積量の多い部分も高熱になり、ＤＰＦ７４（フィルタ）の劣化進行が早まると共に、ＨＣのスリップ以外に浄化率低下などが考えられる。
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明においては、フロントパイプ内の排ガスに旋回流を生起させ、該旋回流によって、排ガスがＤＰＦ浄化装置の上流側全域に均等に配風されるようにして、ＤＰＦの耐久性と、ＮＯｘの還元浄化効率の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために本発明においては、エンジンと排ガス浄化装置とを連結して、前記エンジン側の排気管と、該排気管に連続して前記排ガス浄化装置に連結し、内部に排ガス通路が形成されたフロントパイプ形状であって、前記フロントパイプの前記排ガス通路の上流側に形成された複数の連続した屈曲部と、
該屈曲部の下流側に前記屈曲部の長さと同じか、それよりも長くした直線部を備え、
前記屈曲部にて排ガス旋回流を生成し、前記直線部にて前記フロントパイプの軸線を中心とした排ガス旋回流の密度均一化を図ることを特徴とする。  
【０００９】
かかる発明によれば、フロントパイプの上流側の屈曲部において、屈曲の内側と外側の流れの変化（速度）と、速度変化に伴うガス密度の変化により、排ガスに旋回流を生起させ、それを連続させることにより、旋回流を強くし、直線部において旋回流の排ガス密度を均一化させることにより、排ガスが排ガス浄化装置のフィルタ前面に均一にあたるようにすることができる。  
【００１０】
また、本発明において好ましくは、前記複数の屈曲部は略Ｓ字状に形成されるとよい。
【００１１】
このような構造にすることにより、複数の屈曲部を略Ｓ字状に形成することで、一段目の屈曲と、それに続く二段目の屈曲とが屈曲方向が逆になるので、一段目の外側を流れた排ガス流は旋回して、二段目においても外側を流れるので、旋回が加速され、直線部における旋回流の排ガス密度均一化がさらに促進される。
【００１２】
また、本発明において好ましくは、前記複数の屈曲部は、前記軸線が三次元に変化した形状に形成するとよい。
【００１３】
このような構造にすることにより、複数の屈曲部を三次元に形成させることにより、屈曲部が増加するため、排ガスの旋回がさらに加速され、直線部における旋回流の排ガス密度均一化がさらに促進される。
また、搭載範囲が限定される車両においては屈曲部を三次元に形成することにより、Ｒを適宜大きくして、排ガスの流通抵抗が増すのを抑制すると共に、適度の旋回流を得るようにすることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
フロントパイプに、屈曲部による排ガスの旋回（パイプの軸線を中心とした）を発生させる複数の屈曲部と、旋回した排ガスの密度差を解消させる直線状の密度解消部排ガスの密度均一化部を設けることにより、排ガス浄化装置の要素部材［ＤＯＣ（酸化触媒）と、ＤＯＣに続くＤＰＦ（ＰＭフィルター）］前面に均等に配風されるようになるため、ＤＰＦに溜まったＰＭを軽油等で燃焼させても、ＰＭの燃焼による高熱発生を抑制して、ＤＰＦ（フィルタ）の耐久性向上を図ると共に、ＤＯＣ触媒の局所的な熱劣化を防ぐことによるＮＯ２生成が多く行われ易く、後続のＮＯｘ還元触媒装置におけるＮＯｘ還元作用が促進され、排ガス浄化効果の向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明が実施される排気系統の概略全体構成図を示す。
【図２】（Ａ）は本発明の実施形態の平面斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の側面斜視図、（Ｃ）は（Ｂ）のＡ矢視図を示す。
【図３】本実施形態の屈曲部における排ガスの流れの説明図を示す。
【図４】（Ａ）は本実施形態におけるフロントパイプ全体の排ガスの流れ変化図を示し、（Ｂ）は従来構造の排ガスの流れ変化図を示す。
【図５】（Ａ）は本実施形態における排ガス分布図、（ｂ）は従来構造における排ガス分布図をしめす。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１７】
図１は本発明が実施される排気系統の概略全体構成図を示し、１はエンジンを示し、２は該エンジンの排気マニホールド8から排出される排ガスによって排気タービン２ｂを駆動し、該排気タービン２ｂと同軸的に連結したコンプレッサー２ａを駆動して、エアクリーナ３からの吸気を圧縮するターボチャージャである。圧縮された吸気はインタークーラ６で冷却され、吸気管５を介してエンジン１に導入される。
一方、ターボチャージャ２の排気タービン２ｂを駆動した排ガスは、排気管４を介して、フロントパイプ６に導入され、該フロントパイプ６を介してＤＰＦ浄化装置７に流れ、該ＤＰＦ浄化装置７の排ガス流路系下流側のＮＯｘ還元触媒装置9を経て、大気に開放される。
【００１８】
ＤＰＦ浄化装置７は、排ガス流路系上流側に排ガス中のＮＯｘをＮＯ２に変換する第１ＤＯＣ触媒（酸化触媒）、その下流側に排ガス中に含まれているディーゼル排気微粒子〔以後「ＰＭ（Particulate  Matter）」と称す〕を捕捉するディーゼルパティキュレートフィルタ〔以後「ＤＰＦ(Diesel  Ｐarticulate  Ｆilter)」と称す〕が内蔵されている。
また、ＮＯｘ還元触媒装置９には、第１ＤＯＣ触媒によってＮＯ２に変換され、還元剤である尿素水（ＳＣＲ）と混合して、窒素Ｎ２と、水Ｈ２０に還元するＳＣＲ触媒９１と、ＳＣＲ触媒９１の排ガス流路系下流側に配設され、該ＳＣＲ触媒９１でスリップしたＮＨ３（アンモニア）を酸化する第２ＤＯＣ触媒が内蔵されている。
【００１９】
図２は本発明のフロントパイプ６の形状を示すものである。
図２（Ａ）は平面斜視図を示したもので，（Ｂ）はその側面斜視図、（Ｃ）は（Ｂ）のＺ矢視図を示したものである。
６１はターボチャージャ２の排気タービン２ｂ側からの排ガスが排気管４を介して導入される導入口であり、内部が排ガス通路となっている。
図面上、フロントパイプ６は導入口６１から下方に延在し、Ｕ字状（円弧状）で且つ三次元に屈曲Ｒ１（図３参照）を有した第１屈曲部６３と、該第１屈曲部６３に連続して、第１屈曲部６３とは反対方向に屈曲（Ｓ字状）して、ＤＰＦ浄化装置７の軸線に自らの軸線が滑らかに連続するように形成された屈曲Ｒ２（図３参照）を有した第２屈曲部６４と、ＤＰＦ浄化装置７の軸線と同一に配設された直線部６５とで構成されている。
直線部６５の長さＬ２は第１、第２屈曲部６３，６４の長さＬ１と略同じか又は長く形成されている。
また、第１屈曲部は屈曲半径が小さくなっている。Ｒ１と、Ｒ２は同じである必要はない。これは、車両への搭載を考慮して、形成するとよい。Ｒが小さいと排ガスの旋回流は強くなるが、流通抵抗が増す。一方、Ｒが大きいと旋回流が弱くなるが、流通抵抗は減少する。
従って、搭載範囲が限定される車両においては屈曲部を三次元に形成することにより、Ｒを適宜大きくして、排ガスの流通抵抗が増すのを抑制すると共に、適度の旋回流を得るようにすることが可能となる。
【００２０】
図３は本発明の本実施形態におけるフロントパイプ６の内部を流れる排ガスの屈曲部における流れの説明図を示す。
尚、図は説明用のため、二次元に表わしてある。
また、屈曲部は、フロントパイプ６の径が大きいため、第１屈曲部のＲ部と、第２屈曲部のＲ部とを完全に連続させることは工作上コストが高くなるので、若干の直線部が介存するが連続として扱う。
但し、若干の直線部とは屈曲部において旋回流を生起させる排ガス密度の均一化が進まない程度の長さであって、屈曲部の内側半径Ｒより短い長さとする。
【００２１】
フロントパイプ６は排ガスが導入される入口６１と、入口６１に連続した円弧状の第１屈曲部６３、該第１屈曲部６３に連続して略Ｓ字状に屈曲した円弧状の第２屈曲部６４、該第２屈曲部６４に滑らかに連続した直線部６５が形成されている。
第１屈曲部６３において、便宜上、屈曲部の外側を流れる排ガス流を第１流線６６ａ、軸線部分を流れる排ガス流を第２流線６６ｂ、屈曲部の内側を流れる排ガス流を第３流線６６ｃとする。
【００２２】
ターボチャージャ２の排気タービン２ｂから排出された排ガスは入口６１からフロントパイプ６に導入されると、第１屈曲部６３に到達する。
第１屈曲部６３の終了地点Ｐ１において、屈曲部の外側を流れる第１流線６６ａは、内側を流れる第３流線６６ｃ及び、第２流線６６ｂより流れが速く、且つ排ガス密度（圧力）が入口６１を流れる時点より低くなっている。
ところが、第３流線は流れる距離が短くなっている分、第１流線６６ａ及び、第２流線６６ｂより流れが遅くなり、第１流線６６ａ及び、第２流線６６ｂより排ガス密度（圧力）が高くなっている。
この現象は、排ガスの流れ速度が変化してくる第１屈曲部６３の途中から現れ、Ｐ１点付近では排ガス密度（圧力）の高い方から低い方に流れ、第２流線６６ｂを中心に旋回を始める。
【００２３】
該第２流線６６ｂを中心に旋回が始まると、第１流線６６ａは第１屈曲部６３の内側に旋回し、第３流線６６ｃは外側に旋回する。
Ｓ字状に屈曲したフロントパイプ６の第２屈曲部６４は、第１屈曲部６３に対して反対側に屈曲している。
従って、該旋回した排ガスは次の第２屈曲部６４において、第１流線６６ａは外側を流れ、第３流線６６ｃは内側を流れる状態になる。
そのため、第１流線６６ａは更に加速され、第３流線６６ｃは第１流線６６ａに対して、更に、速度差が大きくなり、旋回力は増加する。
【００２４】
第２屈曲部６４を通過した排ガスは、該第２屈曲部６４と滑らかに接続された直線部６５に導入される。
直線部６５に導入された排ガスは、該直線部６５内を直線部６５の軸線に沿って慣性力によって旋回しながらＤＰＦ浄化装置７側に流れる。
そして、屈曲部で旋回力を与えられた排ガスは、直線部６５内で旋回しながら排ガス密度を均一化して、ＤＰＦ浄化装置７側に導出される。
ＤＰＦ浄化装置７の排ガス導入部である拡径部７１で排ガスは旋回しながら拡散して、ＤＯＣ触媒の前面に略均一（排ガス密度および、速度）に接触するようになる。
また、直線部６５の長さＬ２は屈曲部（第１屈曲部６３＋第２屈曲部６４）の長さＬ１より長くしてある。
これは、屈曲部で流速及び密度（ガス圧）を変化させて、旋回流を生起させた排ガスを、ＤＰＦ浄化装置７に到達する前に均一化させるために必要な長さとなっている。
排ガスの密度（圧力）を均一化させるには、少なくとも排ガスの密度差を生起させるのに要した直線長さが必要と判断した。
短い場合には、不均一な状態でＤＰＦ浄化装置７に到達している。
【００２５】
これらの結果を図４及び、図５に基づいて説明する。
図４（Ａ）は、本実施形態の、フロントパイプ６内における、排ガスの流れを流線で示したもので、直線部６５において、排ガスは当該部内で旋回し、排ガスの密度均一化が進み、拡径部７１において旋回流が拡大しながらＤＰＦ浄化装置７側に導出している。
図４（Ｂ）は、フロントパイプの排ガス流路系上流側に一箇所の屈曲部を設けたものであるが、旋回流が弱いため、直線部における旋回が不十分となり、排ガスの密度均一化が十分に進まず、拡径部７１ａにおいて渦巻状の流れが発生して、ＤＰＦ浄化装置７側への導出が不均一になっていることが判明した。
【００２６】
図５（Ａ）は本実施形態における、ＤＰＦ浄化装置７側へ流出した排ガスの分布を示すものであり、同一エンジン、同一負荷及び、同一回転数にて実施したものである。色の濃い方が排ガスの流量が多いことを示している。
その結果、円形状のＤＯＣ触媒中心部と外周部のｇエリアが薄く他エリアより排ガス流通量が少ない。
ｅエリアは略円形の帯状に分布しており、ｇエリアより排ガス流通量が多く、排ガスが旋回して、密度の変化の修正が成されていることが伺える。
ｄエリアはｅエリアより若干排ガス流通量が多くなっている。
しかし、排ガスは、円形状のＤＯＣ触媒前面に略三段階ぐらいに分布しており、排ガス流量（密度）が略均一化されている。
【００２７】
一方、図５（Ｂ）は、従来形状を示すもので、フロントパイプの排ガス流路系上流側に一箇所の屈曲部を設けたものにおいては、排ガス流通量が六段階に分布しており、排ガス流量（密度）の多い順からａエリア、ｂエリア、ｃエリア、ｆエリア、ｈエリア、ｉエリアとなっている。ｈエリア及び、ｉエリアは他のエリアに比べて、排ガス流量が少ない事が判る。
排ガスは図５（Ｂ）において、上側に集中した内容になっており、この配置姿勢でそのままＤＯＣに流れると、内部では局所的に高温となることで触媒の熱劣化が進行し、ＤＰＦ７４に流れると、ＤＰＦ７４のｊエリア相当部が、ＰＭ燃焼時に高温となり、ＤＰＦ７４の耐久性を劣化させる原因になる。
【００２８】
このように構成することにより、フロントパイプの上流側の屈曲部において、屈曲の内側と外側の流れの変化（速度）と、速度変化に伴うガス密度の変化により、排ガスに旋回流を生起させ、それを連続させることにより、旋回流を強くし、直線部において旋回流の排ガス密度を均一化させることにより、排ガスが排ガス浄化装置のフィルタ前面に均一にあたるようにすることができる。
また、複数の屈曲部を略Ｓ字状に形成することで、一段目の屈曲と、それに続く二段目の屈曲とが屈曲方向が逆になるので、一段目の外側を流れた排ガス流は旋回して、二段目においても外側を流れるので、旋回が加速され、直線部における旋回流の排ガス密度均一化がさらに促進される。
さらに、排ガスが略均一な状態で第１酸化触媒を通過するので、排ガス中のＮＯｘが第１ＤＯＣ触媒によるＮＯ２生成が行われ易く、後工程のＮＯｘ還元触媒９１での還元作用が促進されることで、排気ガス浄化効率の向上が期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
車両に搭載されたエンジンの排ガス浄化装置の上流側に配置される排気管に採用して、排気浄化装置の耐久性と、その効果の促進に利用できる。
【符号の説明】
【００３０】
１        エンジン
２        ターボチャージャ
６        フロントパイプ
７        ＤＰＦ浄化装置
８        エア圧力センサ（エア圧力検出手段）
９        ＮＯｘ還元触媒装置
６３      第１屈曲部（屈曲部）
６４      第２屈曲部（屈曲部）
６５      直線部    
【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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