(57)【要約】【課題】排気後処理装置への排気の流入を均一化させつつ圧力損失を最小限に抑える。【解決手段】酸化触媒１２に排気を導入する筒状の導入部１４の構造であって、内部を通過する排気の剥離層の境界上に位置する点を結び排気管２から酸化触媒１２に向かって内径が段階的に拡大するように内壁を形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管と該排気管より大径の排気後処理装置との間に設けられ、前記排気管から前記排気後処理装置に排気を導入する筒状の排気後処理装置用排気導入装置であって、
内部を通過する排気の剥離層の境界上に位置する点を結び前記排気管から前記後処理装置に向かって内径が段階的に拡大するように内壁が形成されたことを特徴とする排気後処理装置用排気導入装置。
【請求項２】
前記剥離層の境界上に位置する点は、前記排気導入装置の上流側端部の内径をφ１、下流側端部の内径をφ２、排気流通方向の長さをＬ、ａとｂとｃを定数とする場合、式
（Ｄｎ−φ１）／（φ２−φ１）＝ａ×（Ｌｎ／Ｌ）ｃ＋ｂ
により求められた前記上流側端部からの排気流通方向の距離Ｌｎ及び内径Ｄｎにより規定されることを特徴とする請求項１に記載の排気後処理装置用排気導入装置。
【請求項３】
前記内壁は、前記上流側端部からの排気流通方向の距離Ｌｎ及び内径Ｄｎにより規定された点の間が直線で結ばれたテーパーコーン状に形成されることを特徴とする請求項２に記載の排気後処理装置用排気導入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気後処理装置用排気導入装置に係り、詳しくは内燃機関の排気管より大径の排気後処理装置に排気を導入する排気導入装置の形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される内燃機関の排気管には、排気浄化触媒等の排気後処理装置が備えられている。排気後処理装置は、通常、排気処理量を確保するために排気管より大径に形成されている。そして、排気管と排気後処理装置との間には、排気管から排気後処理装置の排気流入面に排気が極力均一に導かれるように排気導入装置が設けられている。排気導入装置としては、例えばバッフルプレートや、排気管から後処理装置に向かって内径が徐々に拡大するテーパーコーン形状の筒体が一般的に用いられている（特許文献１、特許文献２）。
【特許文献１】特開２００７−２７０６４４号公報
【特許文献２】特開２００２−７９１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のように排気導入装置としてバッフルプレートを用いると、排気流入面に排気が均一に流入するためには構造を複雑化しなければならず、圧力損失が大幅に増加するとともに重量及びコストが増加してしまうといった問題点がある。
一方、テーパーコーンを用いた場合には、内壁の傾斜によっては排気流れに剥離が発生する場合があり、圧力損失が増加するとともに排気後処理装置への排気の流入が十分に均一化できない虞がある。また、排気流れの剥離を防止するには、テーパーコーンの排気流れ方向の長さを大きくして傾斜を緩やかにしなければならず、スペース的に問題がある。
【０００４】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、排気後処理装置への排気の流入を均一化させつつ圧力損失を抑制することが可能な、コンパクトな排気導入装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した目的を達成するために、請求項１は、内燃機関の排気管と該排気管より大径の排気後処理装置との間に設けられ、排気管から排気後処理装置に排気を導入する筒状の排気後処理装置用排気導入装置であって、内部を通過する排気の剥離層の境界上に位置する点を結び排気管から後処理装置に向かって内径が段階的に拡大するように内壁が形成されたことを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２では、請求項１において、剥離層の境界上に位置する点は、排気導入装置の上流側端部の内径をφ１、下流側端部の内径をφ２、排気流通方向の長さをＬ、ａとｂとｃを定数とする場合、式
（Ｄｎ−φ１）／（φ２−φ１）＝ａ×（Ｌｎ／Ｌ）ｃ＋ｂ
により求められた上流側端部からの排気流通方向の距離Ｌｎ及び内径Ｄｎにより規定されることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項３では、請求項２において、内壁は、上流側端部からの排気流通方向の距離Ｌｎ及び内径Ｄｎにより規定された点の間が直線で結ばれたテーパーコーン状に形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の排気後処理装置用排気導入装置によれば、剥離層の境界上に位置する点を結んで内径が段階的に拡大するように内壁が形成されているので、排気が通過する際に剥離層の発生を抑制できる。したがって、圧力損失が抑制されるとともに、流れが均一化した状態で排気後処理装置に排気を流入させることができ、排気後処理装置の性能を十分に発揮させることができる。また、従来技術のテーパーコーンと比較して、内壁の傾斜を極力大きくすることができ、排気流れ方向にコンパクトにすることができる。
【０００９】
請求項２の排気後処理装置用排気導入装置によれば、剥離層の境界上に位置する点を計算により容易に求めることができる。したがって、排気導入装置の形状を容易に設定することができ、製作性を向上させることができる。
請求項３の排気後処理装置用排気導入装置によれば、剥離層の境界上に位置する点を例えば数箇所求め、これらの間をテーパーコーン状に形成することで、排気の剥離層の発生を抑制した上で排気導入装置の形状をより簡単に設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
図１には、本発明に係る排気後処理装置用排気導入装置を備えた内燃機関の排気系の概略構成図が示されている。
本実施形態の内燃機関（以下エンジン１という）としては、ディーゼルエンジンが採用されている。
【００１１】
図１に示すように、エンジン１の排気通路である排気管２には、排気を浄化処理する排気後処理装置として、連続再生式ディーゼル・パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）ユニット（以下ＤＰＦユニット１０という）が備えられている。ＤＰＦユニット１０は、筒状のケーシング１１内に酸化触媒１２とＤＰＦ１３とが内蔵されて構成されている。酸化触媒１２は、排気中のＮＯから酸化剤としてＮＯ２を生成する機能を有する。ＤＰＦ１３は、酸化触媒１２の下流側に配置され、排気中のパティキュレートマター（ＰＭ）を捕捉する機能を有する。そして、ＤＰＦユニット１０は、酸化触媒１２において生成されたＮＯ２によって、ＤＰＦ１３に堆積したＰＭを常時連続的に酸化除去する機能を有する。
【００１２】
また、ＤＰＦユニット１０では、ＤＰＦ１３や酸化触媒１２の温度が低くＤＰＦユニット１０が連続再生機能を果たせないような状況のときには、ＤＰＦ１３に堆積したＰＭを強制的に燃焼除去（強制再生）させる。
詳しくは、強制再生を行う場合には、膨張行程或いは排気行程において燃料を筒内に追加供給、即ちポスト噴射を行うようにしている。
【００１３】
これにより、ポスト噴射による未燃燃料（ＣＯ等）と排気中の酸素との酸化反応を酸化触媒１２上で促進させて酸化触媒１２を活性化させるようにでき、この酸化反応の熱によってＤＰＦ１３を加熱させ、ＤＰＦ１３上のＰＭを高温状態として強制的に燃焼除去することができる。
図２は、ＤＰＦユニット１０の一部構造を示す断面図である。
【００１４】
図２に示すように、酸化触媒１２は、その酸化処理量を確保するために、排気管２より大径に形成されている。そして、ＤＰＦユニット１０のケーシング１１の、酸化触媒１０より上流側の部位である導入部１４（排気導入装置）は、排気管２と接続する入口部１４ａから酸化触媒１２の排気導入面１２ａに近接する出口部１４ｂに向かって徐々に内径が大きくなるようなテーパ形状に形成されている。したがって、排気管２から導入部１４に流入した排気は、広がりつつ導入部１４内を通過して、酸化触媒１２の排気導入面１２ａに流入する。
【００１５】
図３は、導入部１４の詳細な構造を示す断面図である。
本実施形態の導入部１４は、排気流通方向に沿って入口部１４ａから区間Ｉ〜VIに分けられ、各区間における内径の拡大率がその前後の区間と異なるように形成されている。
具体的には、各区間（ｎ＝１〜６）における内径Ｄｎは、以下の（１）式に基づいて設定されている。
【００１６】
（Ｄn−φ１）／（φ２−φ１）＝ａ×（Ｌn／Ｌ）ｃ+ｂ・・・（１）
上記（１）式において、φ１は導入部１４の入口部１４ａの内径、φ２は導入部１４の出口部１４ｂの内径、Ｌは導入部１４の排気流通方向の長さ、Ｌｎは各区間の入口部１４ａからの排気流通方向の距離である。また、ａ、ｂ及びｃは定数であって、各区間において以下のように設定される。
区間Ｉ  Ｌn＝０．４３８２×Ｌ  ａ＝１．１８３  ｃ＝２．０２７  ｂ＝０．００
区間II  Ｌn＝０．６４６０×Ｌ  ａ＝０．２９１  ｃ＝１．０００  ｂ＝０．０９４
区間III  Ｌn＝０．６８５７×Ｌ  ａ＝１．３８２  ｃ＝１．０００  ｂ＝−０．６１０
区間IV  Ｌn＝０．８４８６×Ｌ  ａ＝１．０００  ｃ＝２．５６７  ｂ＝−０．０４２
区間V  Ｌn＝０．９７７４×Ｌ  ａ＝２．２０７  ｃ＝１．０００  ｂ＝−１．２５９
区間VI  Ｌn＝１．００００×Ｌ  ａ＝４．５０２  ｃ＝１．０００  ｂ＝−３．５０２
上記のＬn、ａ、ｂ及びｃは、導入部１４を通過する排気の剥離層の境界上に位置する点を結ぶように設定されている。例えば、導入部１４の入口部１４ａから剥離層の発生境界までが区間Ｉに設定されている。そして、その下流側の区間IIは区間Ｉより勾配が少なく設定されている。また、区間Ｉ、IIと同様に、区間IVによる剥離層の発生境界から下流側の区間Vは区間IVより勾配が少なく設定されている。なお、区間III及び区間VIは前後の区間を繋ぐ区間であり、省略してもよい。即ち、本実施形態では、内径を大きく拡大する区間Ｉ及びIVと、これらの区間での剥離層の発生を抑制する区間II及びVと、前後の区間を繋ぐ区間III及びVIとに分けられて勾配が決定されている。
【００１７】
以上の構成により、本実施形態における形状の導入部１４を備えたＤＰＦユニット１０では、導入部１４において内径が十分に拡大しつつも排気の剥離層の発生を抑えることができる。したがって、排気抵抗を抑制することができるとともに、酸化触媒１２の排気導入面１２ａに排気が均一に流入することから、酸化触媒１２における酸化処理能力を十分に発揮させることができる。
【００１８】
図４は、本実施形態とテーパーコーンとで、圧力損失と排気の拡散度合（排気流れの均一性に関連する）を比較したグラフである。本図では、管断面積拡大率（φ２／φ１）を変更して、本実施形態と従来技術のテーパーコーンとを比較している。図中、左下方へ位置する程、圧力損失が少なく排気の拡散度合も大きく良好となる。
一般的に圧力損失と排気の拡散度合とはトレードオフの関係にあるが、図４に示すように、本実施形態はテーパーコーンより圧力損失が低下するとともに特に拡散度合が大きく増加する（十分に拡散される）。また、この効果は管断面積拡大率が大きいほど大きく得られる。
【００１９】
図５は、平均管勾配（φ２−φ１）／２Ｌと排気の拡散度合との関係を示すグラフである。
図５に示すように、４種類の平均管勾配（φ２−φ１）／２Ｌにおいて拡散度合を確認したが、いずれも本実施形態の方がテーパーコーンより拡散度合が上昇することが判明した。そして、この効果は、平均管勾配（φ２−φ１）／２Ｌが大きいほど、即ち長さＬが小さく拡大率の大きい導入部ほど、大きく得られることが判明した。
【００２０】
したがって、本発明を排気の導入部に採用することで、圧力損失を抑制しつつも排気の拡散度合を良好にして触媒での効率を向上させるＤＰＦユニットを、長さを抑えて実現することができる。
なお、本実施形態では、区間１〜６まで設けているが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば区間３及び６を省略してもよい。本発明は区間数に限定されるものではなく、排気の剥離層の境界上に位置する点を結ぶようにして導入部を形成すればよい。
【００２１】
また、本実施形態では、ディーゼルエンジンのＤＰＦユニットに本発明を適用しているが、他の触媒やフィルタ等の排気後処理装置への排気導入部に本発明を適用してもよい。また、ディーゼルエンジンだけではなく、ガソリンエンジン等の他の内燃機関においても、排気後処理装置に本発明を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る排気後処理装置用排気導入装置を備えた内燃機関の排気系の概略構成図である。
【図２】ＤＰＦユニットの一部構造を示す断面図である。
【図３】導入部の詳細な構造を示す断面図である。
【図４】本実施形態とテーパーコーンとで、圧力損失及び排気の拡散度合を比較したグラフである。
【図５】平均管勾配と排気の拡散度合との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２３】
１  エンジン
２  排気管
１０  連続再生式ＤＰＦ
１２  酸化触媒
１４  導入部
【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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