(57)【要約】【課題】エンジンが排気温度の低下する運転状態に移行した際に排気の熱エネルギを有効利用して排気後処理装置の排気浄化効率を向上させることが可能なエンジン用排気装置を提供する。【解決手段】エンジン１の排気を排気後処理装置３２に供給する外管２６と、外管２６内に設けられてエンジン１の排気を排気後処理装置３２に供給する内管２８とにより排気管２０を構成する。そして、内管２８の周壁にその外方と内方との間で外管２６内の排気を流通可能とする連通孔６０を形成し、開度を変更することにより外管２６から排気後処理装置３２に供給される排気の量を変更可能な開閉弁３０を外管２６内に設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気を排気後処理装置に供給する第１排気管と、
上記第１排気管内に設けられ、周壁にその外方と内方との間で上記第１排気管内の排気を流通可能とする連通手段を有して上記エンジンの排気を上記排気後処理装置に供給する第２排気管と、
上記第１排気管に設けられ、開度を変更することにより上記第１排気管から上記排気後処理装置に供給される上記排気の量を変更可能な開閉弁と
を備えることを特徴とするエンジン用排気装置。
【請求項２】
上記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
上記排気の温度が所定温度以下となる運転状態が上記運転状態検出手段によって検出されると、上記第１排気管から上記排気後処理装置に供給される上記排気の量が減少する方向に上記開閉弁を制御する制御手段と
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジン用排気装置。
【請求項３】
上記第１排気管は、外殻と、上記外殻の内側に上記外殻から離間して設けられた内殻とにより形成された断熱構造を有することを特徴とする請求項１に記載のエンジン用排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの排気を排気後処理装置に供給するエンジン用排気装置に関し、特に排気の流動経路を可変とした排気管を有するエンジン用排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンには、排気中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）やパティキュレートなどの大気汚染物質が大気中へ放出しないようにするための排気後処理装置が設けられている。
例えばＮＯｘについては、エンジンの排気通路にアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒を配設し、還元剤としてアンモニアを供給することにより、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒でＮＯｘを選択還元して排気を浄化するようにした排気後処理装置が知られている。
【０００３】
また、パティキュレートについては、エンジンの排気通路にパティキュレートフィルタを設け、排気中に含まれるパティキュレートをパティキュレートフィルタで捕集し、大気中にパティキュレートが放出されないようにする技術が従来より用いられている。このパティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートは、前段酸化触媒を用いた連続再生や、必要に応じて実行される強制再生により、パティキュレートフィルタから除去され、パティキュレートを捕集する機能の低下が防止されるようになっている。
【０００４】
排気後処理装置に用いられるこれらの触媒は、活性温度以上の温度に保持されることにより触媒機能を発揮するため、排気浄化装置に流入する排気の温度低下が生じることのないように様々な工夫が行われている。
排気温度の低下を抑制するようにした排気装置の１つとして、エンジンの排気を排気後処理装置に供給する外管と、この外管内に設けられてエンジンの排気を排気後処理装置に供給する内管とによりエンジンの排気管を構成し、エンジン始動直後でエンジンの排気温度が低い場合には、外管下流端に設けられた開閉弁を閉じることにより内管のみを介して排気を排気後処理装置に供給し、外管による断熱効果を得て排気温度の低下を抑制するようにした排気装置が特許文献１や特許文献２によって提案されている。
【特許文献１】特開平１０−１５９５４７号公報
【特許文献２】特開２００１−２３４７３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び２の排気装置では、外管内に設けられた内管を使用して排気を排気後処理装置に供給する際に、外管は開閉弁によって完全に閉塞されている。このため、外管による断熱効果を利用することにより、内管内を流動する排気の温度が低下しないようにする効果しか得ることができず、内管を介して排気後処理装置に供給される排気の温度を、内管に流入する排気の温度より上昇させることはできない。従って、エンジンが低速低負荷運転に移行するなどして内管に流入する排気の温度自体が大きく低下してしまった場合には、内管のみを使用して排気後処理装置に排気を供給したとしても、排気後処理装置に供給される排気の温度も直ちに低下してしまい、排気後処理装置が良好に機能できなくなるおそれがある。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンが排気温度の低下する運転状態に移行した際に排気の熱エネルギを有効利用して排気後処理装置の排気浄化効率を向上させることが可能なエンジン用排気装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明のエンジン用排気装置は、エンジンの排気を排気後処理装置に供給する第１排気管と、上記第１排気管内に設けられ、周壁にその外方と内方との間で上記第１排気管内の排気を流通可能とする連通手段を有して上記エンジンの排気を上記排気後処理装置に供給する第２排気管と、上記第１排気管に設けられ、開度を変更することにより上記第１排気管から上記排気後処理装置に供給される上記排気の量を変更可能な開閉弁とを備えることを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
このように構成されたエンジン用排気装置によれば、第１排気管及び第２排気管を介してエンジンの排気を排気後処理装置に供給しているときに、開閉弁の開度を変更して第１排気管から排気後処理装置に供給される排気の量を減少させると、エンジンから第１排気管に流入した排気の一部が、第２排気管の周壁に形成された連通手段を介して第２排気管内に流入し、エンジンから直接的に第２排気管に流入した排気と共に排気後処理装置に供給される。開閉弁の開度が小さくなるほど、第２排気管の周壁に形成された連通手段を介して第１排気管から第２排気管内に流入する排気の量が多くなり、開閉弁を全閉にした場合には、それまでにエンジンから第１排気管に流入した排気の全量が第２排気管内に流入し、エンジンから第２排気管に流入した排気と共に排気後処理装置に供給される。
【０００９】
また、上記エンジン用排気装置において、上記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、上記排気の温度が所定温度以下となる運転状態が上記運転状態検出手段によって検出されると、上記第１排気管から上記排気後処理装置に供給される上記排気の量が減少する方向に上記開閉弁を制御する制御手段とを更に備えることを特徴とする（請求項２）。
【００１０】
このように構成されたエンジン用排気装置によれば、排気の温度が所定温度以下となるエンジンの運転状態を運転状態検出手段が検出すると、制御手段が開閉弁を制御することにより、第１排気管から排気後処理装置に供給される排気の量が減少する。この結果、第２排気管の周壁に形成された連通手段を介して第１排気管から第２排気管内に流入する排気の量が増大する。
【００１１】
また、上記エンジン用排気装置において、上記第１排気管は、外殻と、上記外殻の内側に上記外殻から離間して設けられた内殻とにより形成された断熱構造を有していてもよい（請求項３）。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のエンジン用排気装置によれば、開閉弁を全閉にした場合には、それまでにエンジンから第１排気管に流入した排気の全量が第２排気管の周壁に形成された連通手段を介して第２排気管内に流入し、エンジンから第２排気管に流入した排気と共に排気後処理装置に供給される。従って、エンジンの運転状態が例えば高速高負荷運転状態のように比較的排気温度の高い状態から、例えば低速低負荷運転状態のように比較的排気温度の低い状態に変化した場合に、エンジンの運転状態が変化する前に第１排気管内に流入して残留している比較的温度の高い排気の全量を、開閉弁を全閉することにより、第２排気管の周壁に形成された連通手段を介して第２排気管内に流入させることが可能となる。この結果、上記運転状態の変化によって比較的低い温度の排気がエンジンから第２排気管に流入しても、しばらくの間は第１排気管から排気後処理装置に供給される排気の温度を、排気後処理装置が良好に機能を発揮可能な温度に維持することが可能となる。
【００１３】
また、このように全閉とはせずに開閉弁の開度を減少するようにした場合、開閉弁の開度が小さくなるほど、第２排気管の周壁に形成された連通手段を介して第１排気管から第２排気管内に流入する排気の量が多くなる。従って、エンジン運転状態の変化による排気温度の低下が例えば低速低負荷運転への移行のように大幅なものではない場合には、開閉弁の開度を変更することにより第２排気管の周壁に形成された連通手段を介して第１排気管から第２排気管内に流入する排気の量を調整すれば、排気後処理装置に供給される排気の温度を適正な範囲内に維持することが可能となる。
【００１４】
このようにして、排気温度が低下した場合に、それまでの比較的温度の高い排気の熱エネルギを温度の低下した排気に利用することにより、排気後処理装置が排気温度の低下によって良好に機能を発揮できなくなる時間を低減することが可能となり、排気後処理装置の排気浄化効率を向上させることができる。
また、排気後処理装置の機能を良好に維持するために、余分の燃料をエンジンに供給して排気温度を上昇させる場合があるが、このような余分の燃料をエンジンに供給する必要性が減少するので、エンジンの燃費を向上させることもできる。
【００１５】
また、請求項２のエンジン用排気装置によれば、排気の温度が所定温度以下となるエンジンの運転状態を運転状態検出手段が検出すると、制御手段が開閉弁を制御して、第１排気管から排気後処理装置に供給される排気の量を減少させることにより、第２排気管の周壁に形成された連通手段を介して第１排気管から第２排気管内に流入する排気の量が増大するので、上述したように比較的温度の高い排気の熱エネルギを有効利用して温度の上昇した排気を確実に排気後処理装置に供給することができる。
【００１６】
また、請求項３のエンジン用排気装置によれば、第１排気管が、外殻と、この外殻の内側に外殻から離間して設けられた内殻とにより形成される断熱構造を有しているので、第１排気管の周壁からの放熱を抑制して第１排気管内に残留する比較的高温の排気の温度低下を抑えることが可能となる。従って、エンジンが比較的排気温度の低くなる運転状態に移行した場合に、開閉弁の開度の変更によってより長い期間にわたり第１排気管から第２排気管に比較的高い温度の排気を供給し続けることができる。この結果、排気後処理装置の排気浄化効率を更に向上させることが可能となり、エンジンの燃費もより改善することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るエンジン用排気装置が適用された４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）の全体構成図である。
エンジン１は各気筒共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えており、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料を、各気筒に設けられたインジェクタ４に供給し、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に燃料が噴射される。
【００１８】
吸気通路６にはターボチャージャ８が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入し、コンプレッサ８ａで過給された吸気はインタークーラ１０及び吸気制御弁１２を介して吸気マニホールド１４に導入される。また、吸気通路６のコンプレッサ８ａより上流側には、エンジン１への吸入空気流量を検出するための吸気量センサ１６が設けられている。
【００１９】
一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド１８を介して排気管２０に接続されている。なお、排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４との間には、ＥＧＲ弁２２を介して排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４とを連通するＥＧＲ通路２４が設けられている。
排気管２０は、ターボチャージャ８のタービン８ｂより下流側の部分において、外管（第１排気管）２６と、この外管２６内に設けられた内管（第２排気管）２８とによって構成されており、エンジン１の排気はターボチャージャ８のタービン８ｂを経た後、外管２６及び内管２８にそれぞれ供給されるようになっている。また、外管２６の下流端の直前の部分にはバタフライ弁からなる開閉弁３０が介装されている。ターボチャージャ８のタービン８ｂより下流側の部分におけるこのような排気管２０の詳細な構成については後述する。
【００２０】
なお、タービン８ｂの回転軸はコンプレッサ８ａの回転軸と連結されており、タービン８ｂが排気管２０内を流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動するようになっている。
排気管２０は排気後処理装置３２に接続されており、排気後処理装置３２は、上流側ケーシング３４と、上流側ケーシング３４の下流側に連通路３６で連通された下流側ケーシング３８とで構成される。上流側ケーシング３４内には、前段酸化触媒４０が収容されると共に、この前段酸化触媒４０の下流側にはパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）４２が収容されている。
【００２１】
フィルタ４２は、排気中のパティキュレートを捕集してエンジン１の排気を浄化するために設けられる。フィルタ４２はハニカム型のセラミック体からなり、エンジン１の排気が内部を流通することによって排気中のパティキュレートを捕集する。前段酸化触媒４０は排気中のＮＯを酸化させてＮＯ２を生成するので、このように前段酸化触媒４０とフィルタ４２とを配置することにより、フィルタ４２に捕集され堆積しているパティキュレートは、前段酸化触媒４０から供給されたＮＯ２と反応して酸化し、フィルタ４２の連続再生が行われるようになっている。
【００２２】
一方、下流側ケーシング３８内には、排気中のアンモニアを吸着し、吸着したアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元して浄化するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒（以下ＳＣＲ触媒という）４４が収容されると共に、このＳＣＲ触媒４４の下流側にはＳＣＲ触媒４４から流出したアンモニアを酸化してＮ２とするための後段酸化触媒４６が収容されている。この後段酸化触媒４６は、フィルタ４２の強制再生でパティキュレートが焼却される際に発生するＣＯを酸化し、ＣＯ２として大気中に排出する機能も有している。
【００２３】
連通路３６内には、フィルタ４２から流出して連通路３６へと流入する排気中に尿素水を噴射供給する尿素水インジェクタ４８が設けられており、尿素水タンク５０から図示しない尿素水ポンプにより尿素水インジェクタ４８に対して尿素水が供給されるようになっている。
尿素水インジェクタ４８から噴射された尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、ＳＣＲ触媒４４に供給される。ＳＣＲ触媒４４は供給されたアンモニアを吸着し、吸着したアンモニアと排気中のＮＯｘとの脱硝反応を促進することにより、ＮＯｘを浄化して無害なＮ２とする。このとき、アンモニアがＮＯｘと反応せずにＳＣＲ触媒４４から流出した場合には、このアンモニアが後段酸化触媒４６によって酸化され、無害なＮ２となって大気中に放出される。
【００２４】
なお、ターボチャージャ８のタービン８ｂ下流側の内管２８内には、内管２８内に流入する排気の温度を検出するための排気温度センサ（運転状態検出手段）５２が設けられており、排気温度センサ５２の検出結果は、上流側ケーシング内に流入する排気の温度を適正に維持するための、後述する排気温度制御に使用される。
このように構成されるエンジン１の運転制御をはじめとする総合的な制御を行うため、ＥＣＵ（制御手段）５４が設けられる。ＥＣＵ５４はＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づきＥＣＵ５４に接続された各種デバイスの制御を行っている。
【００２５】
ＥＣＵ５４の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した吸気流量センサ１６、排気温度センサ５２のほかに、エンジン１の回転数を検出する回転数センサ５６及び図示しないアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ５８などの各種センサ類が接続されている。また、ＥＣＵ５４の出力側には、演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ４、ＥＧＲ弁２２、開閉弁３０及び尿素水インジェクタ４８などの各種デバイス類が接続されている。
【００２６】
エンジン１の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ４からの燃料供給制御もＥＣＵ５４によって行われる。エンジン１の運転に必要な燃料供給量（主噴射量）は、回転数センサ５６によって検出されたエンジン１の回転数とアクセル開度センサ５８によって検出されたアクセル開度とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ４の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ４が開弁駆動され、各気筒に主噴射が行われることにより、エンジン１の運転に必要な量の燃料が供給される。
【００２７】
ＥＣＵ５４は、このような各気筒への燃料供給制御のほか、フィルタ３４を強制再生して機能回復させるための制御や、ＳＣＲ触媒４４で排気中のＮＯｘを選択還元するために必要なアンモニアをＳＣＲ触媒４４に供給するための尿素水供給制御も行って、排気後処理装置３２の排気浄化効率を良好に維持するようにしている。
排気後処理装置３２の排気浄化効率は、エンジン１から供給される排気の温度によっても影響を受けるため、排気管２０のうちのターボチャージャ８のタービン８ｂより下流側の部分は、排気後処理装置３２に供給される排気の温度低下を抑制するような構成が採用されている。以下では、この部分における排気管２０の構成について、図面に基づき詳細に説明する。
【００２８】
図２は、ターボチャージャ８のタービン８ｂより下流側となる排気管２０の軸線方向における断面図であり、図３乃至８はそれぞれ、図２中のIII−III線、IV−IV線、V−V線、VI−VI線、VII−VII線、及びVIII−VIII線に沿う断面図である。
前述したように、ターボチャージャ８のタービン８ｂより下流側の排気管２０は、外管２６と、この外管２６内に設けられた内管２８とからなる。図２に示すように、外管２６内に位置する内管２８の周壁には、内管２８の外方と内方との間で排気が流通可能な連通孔（連通手段）６０が多数形成されている。なお、図２では左方がタービン８ｂ側、右方が排気後処理装置３２側となる。
【００２９】
図３に示すように、内管２８の上流側端部には、内管２８の周壁から放射状に延びる複数のフィン部材６２が内管２８と一体的に設けられており、これらフィン部材６２が外管２６の内周面に当接して固定されることにより、内管２８と外管２６とが同軸状に配置され、それぞれの内部をエンジン１からの排気が流動できるようになっている。このとき、図４に示すように外管２６及び内管２８内を流動する排気は、内管２８の周壁に形成されている複数の連通孔６０を介し、内管２８の外方と内方との間で相互に流通可能となっている。なお、内管２８及び外管２６は、それぞれの上流側端部が上流側フランジ６２に嵌合して固定されており、図示しないタービン８ｂ側のフランジと上流側フランジ６２とを接合してボルト及びナットを締結することにより、タービン８ｂに接続されている。
【００３０】
一方、排気管２０の下流端側では、図２に示すように内管２８が上方に湾曲して外管２６の外方に引き出されている。そして、これに対応して外管２６がその上部周壁を下方に湾曲させながら縮径されることにより、排気管２０の下流端では内管２８と外管２６とがそれぞれ別個に開口している。内管２８及び外管２６をこのように構成することにより、外管２６が縮径し始める位置より下流側では、図５に示すように下流側となるのに従って内管２８の中心位置が外管２６の中心位置より上方に徐々に偏倚していく。そして、上述したような外管２６の縮径と内管２８の上方への湾曲により、図６に示すように内管２８の周壁上部と外管２６の周壁上部とが一致した後は、図７に示すように内管２８が徐々に外管２６の上部外方に引き出された状態となる。
【００３１】
排気管２０の下流端では、上述したように内管２８及び外管２６がそれぞれ別個に開口しており、図８に示すように内管２８及び外管２６の下流側端部が、それぞれ下流側フランジ６４に嵌合して固定されている。そして、下流側フランジ６４が排気後処理装置３２の上流側ケーシング３４に形成された図示しないフランジと接合されてボルト及びナットを締結することにより、内管２８及び外管２６は上流側ケーシング３４に接続され、上流側ケーシング３４内が内管２８及び外管２６の双方に連通するようになっている。
【００３２】
また、外管２６は、上述のように上方の周壁が下方に向かって湾曲し始める部分より上流側において、外殻２６ａと、断熱材２６ｂを介装して外殻２６ａから離間され、外殻２６ａの内方に設けられた内殻２６ｃとによる断熱構造が採用されている。このような断熱構造は、外管２６の縮径のため、上方の周壁が下方に向かって湾曲し始める部分の直前において、外殻２６ａが縮径されることにより内殻２６ｃに直接重合されている。更に、外管２６の上流端においても、上流側フランジ６２への嵌合部分において外殻２６ａと内殻２６ｃとの間に排気が浸入するのを防止するため、外殻２６ａが縮径されて内殻２６ｃに直接重合されている。
【００３３】
図２に示すように、内管２８が外管２６から完全に引き出された状態となった位置における外管２６には、前述した開閉弁３０が設けられている。この開閉弁３０は、外管２６を完全に閉塞する全閉状態から全開状態まで、図示しないアクチューエータによって開度を変更することが可能となっており、排気後処理装置３２内の前段酸化触媒４０、ＳＣＲ触媒４４及び後段酸化触媒４６が良好に機能を発揮するように、排気後処理装置３２に供給される排気の温度を適正に維持するための排気温度制御の際にはＥＣＵ５４が開閉弁３０のアクチュエータを制御する。
【００３４】
エンジン１の運転状態が変化して排気温度が低下し始めた場合、この排気温度制御において開閉弁３０を閉方向に制御すれば、開閉弁３０を通過して外管２６から排気後処理装置３２に供給される排気の量が減少する。これに伴い、内管２８の周壁に形成された複数の連通孔６０を介して内管２８内に流入する外管２６内の排気の量が増加する。従って、エンジン１から排出される排気の温度低下前に外管２６内に流入して残留している比較的温度の高い排気が内管２８内の比較的温度の低い排気と混ざり合うことにより、内管２８から排気後処理装置３２に供給される排気の温度を、排気後処理装置３２内の前段酸化触媒４０、ＳＣＲ触媒４４及び後段酸化触媒４６が良好に機能可能な温度に維持することが可能となる。
【００３５】
また開閉弁３０の開度を変更することにより、外管２６内に残留する比較的高温の排気が連通孔６０を介して内管２８内に流入する量を調整することができる。従って、エンジン１から排出される排気の温度に応じて開閉弁３０の開度を調整するようにすれば、エンジン１から排出される排気の温度が低下した場合に、排気後処理装置３２に供給される排気の温度を、高い浄化効率が得られるように調整することが可能となる。
【００３６】
排気後処理装置３２の排気浄化効率として、例えばＳＣＲ触媒４４の浄化効率を対象とした場合、ＳＣＲ触媒４４の浄化効率を高く維持可能な排気温度と開閉弁３０の開度との関係は、エンジン１から排出される排気の量によって変動するため、ＥＣＵ５４はエンジン１から排出される排気の温度と、エンジン１からの排気の排出量と相関関係のある吸入空気流量とをパラメータとした開閉弁３０の開度マップを予め記憶している。
【００３７】
この開度マップにおける排気温度、吸入空気流量及び開閉弁３０の開度の関係は、予め実験によりエンジン１の吸入空気流量及び排気温度を様々に変化させた場合に、ＳＣＲ触媒４４の浄化効率を高く維持可能な温度の排気が排気後処理装置３２に供給されるような開閉弁３０の開度を求めることによって定められている。
ＥＣＵ５４は、エンジン１から排出される排気の温度として排気温度センサ５２によって検出された内管２８に流入する排気の温度を用いると共に、吸気流量センサ１６によって検出されたエンジン１の吸入空気流量を用い、排気温度制御を行う。
【００３８】
ＥＣＵ５４は、エンジン１の運転中に吸気流量センサ１６及び排気温度センサ５２の検出値を常時監視しており、排気温度センサ５２が検出した排気温度が、排気後処理装置３２に収容された各触媒の活性化温度に対応した所定温度（例えば約２００℃）以下となった場合、記憶している開度マップからそのときの吸気流量センサ１６及び排気温度センサ５２の検出値に対応する開閉弁３０の目標開度を読み出し、開閉弁３０の開度が目標開度となるようにアクチュエータを制御する。このときの開閉弁３０の目標開度は全開よりも閉方向となっており、開閉弁３０が閉方向に制御されることにより、排気温度の低下前に外管２６内に流入して外管２６内に残留している比較的高温の排気が、内管２８の周壁に形成されている連通孔６０を介して内管２８内に流入する。内管２８内の比較的低温の排気は、流入した高温の排気と混合されることによって温度が上昇し、排気後処理装置３２に供給される排気は各触媒の活性化温度より高い温度となる。
【００３９】
この結果、エンジン１の排気温度が低下した場合であっても、外管２６内に残留する高温の排気がなくなるまでの間は、排気後処理装置３２に供給される排気の温度を各触媒の活性化温度より高く維持することが可能となり、この間の排気浄化効率を良好に維持することができる。また、このときの開閉弁３０の開度は、排気後処理装置３２に供給される排気が、排気後処理装置３２における例えばＳＣＲ触媒４４の浄化効率を高く維持可能な温度となるような開度に設定されているので、排気後処理装置３２の排気浄化効率を高い状態で維持することができる。
【００４０】
また、例えばエンジン１が低速低負荷運転状態などに移行して排気温度が大幅に低下した場合には、ＥＣＵ５４が排気温度センサ５２によって検出された排気温度に基づき開閉弁３０を制御することにより、開閉弁３０が全閉状態となる。従って、排気後処理装置３２に供給される排気は全て内管２８側から供給されることになるが、このとき外管２６内に残留している比較的高温の排気の全量が、内管２８の周壁に形成された連通孔６０を介して内管２８内に流入する。この結果、外管２６内に比較的高温の排気が残留している間は、上述したように内管２８から排気後処理装置３２に供給される排気の温度を、内管２８に流入する排気の温度より上昇させ、排気後処理装置３２内の各触媒の活性化温度より高温に維持することが可能となる。
【００４１】
このようにして、外管２６に残留する比較的温度の高い排気の熱エネルギを、内管２８に流入する温度の低下した排気に利用することにより、排気後処理装置３２に収容された各触媒が排気温度の低下によって良好に機能を発揮できなくなる時間を低減することが可能となり、排気後処理装置３２の排気浄化効率を向上させることができる。
また、排気後処理装置３２の機能を良好に維持するために、主噴射とは別にインジェクタ４からのポスト噴射によって各気筒に燃料を供給し、排気温度を上昇させる場合があるが、このようなポスト噴射による余分の燃料をエンジン１に供給する必要性が減少するので、エンジン１の燃費を向上させることもできる。
【００４２】
更に、排気温度が低下して外管２６に残留する高温の排気が内管２８に供給されているときに、外管２６の周壁から大気への放熱が前述した外管２６の断熱構造によって抑制されているので、外管２６に残留する比較的高温の排気の温度低下を抑制する。この結果、排気後処理装置３２内の各触媒の活性化温度より高温の排気を排気後処理装置３２に供給可能な期間をより長く確保することが可能となる。
【００４３】
以上で本発明の一実施形態に係るエンジン用排気装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、本発明の連通手段として、内管２８の周壁に形成した複数の連通孔６０により内管２８の外方と内方との間で排気を流通可能としたが、連通手段の形態はこれに限定されるものではない。即ち、メッシュ状の素材や焼結多孔体など、排気が流通可能なものであれば連通手段を上記実施形態とは異なる形態としてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、開閉弁３０の開度を連続的に変更し、排気後処理装置３２に流入する排気の温度を良好に維持するようにしたが、開閉弁３０の開度の制御形態はこれに限定されるものではない。例えば、全開及び全閉のいずれかに選択的に切り換え制御するようにして、排気後処理装置３２に流入する排気の温度が各触媒の活性化温度より低下するような運転状態となった場合、即ち例えばエンジン１の負荷が所定負荷以下となった場合や、排気温度センサ５２が検出した排気温度が所定温度以下となった場合などに開閉弁３０を全閉としてもよい。この場合、排気後処理装置３２に流入する排気の温度の精度は上記実施形態より低下するものの、開閉弁３０を全閉とすることによって外管２６内に残留する高温の排気の全量が内管２８内に流入するので、上記実施形態と同様に、エンジン１の排気温度が低下してもしばらくの間は、排気後処理装置３２に流入する排気の温度を各触媒の活性化温度以上に維持することが可能となる。
【００４５】
更に、開閉弁３０の開度を、全閉及び全開のほかに所定の中間開度の３段階に切り換えるようにしてもよい。この場合、例えばエンジン１の運転領域をエンジン１の負荷と回転数とに応じ、排気後処理装置３２に流入する排気の温度が各触媒の活性化温度より高くなる高温領域、排気後処理装置３２に流入する排気の温度が各触媒の活性化温度より低くなる領域の中でも比較的排気温度の低い低温領域、及び排気後処理装置３２に流入する排気の温度が各触媒の活性化温度より低くなる領域の中でも比較的排気温度の高い中間領域の３つに分割し、ＥＣＵ５４は高温領域において開閉弁３０を全開とする一方で低温領域では開閉弁３０を全閉とし、中間領域では中間開度に制御する。このように制御することにより、上記実施形態と同様に、エンジン１の排気温度が低下してもしばらくの間は、排気後処理装置３２に流入する排気の温度を各触媒の活性化温度以上に維持することが可能となる。
【００４６】
また、上記実施形態と同様に開閉弁３０の開度を連続的に変更する場合において、排気後処理装置３２に流入する排気の温度を検出する流入排気温度センサを更に設け、排気温度センサ５２によって検出される排気温度が低下して開閉弁３０の軽度を閉方向に制御する際に、流入排気温度センサによって検出される排気の温度に基づき、排気後処理装置３２に流入する排気の温度が排気後処理装置３２内の各触媒の活性化温度より高くなるように、開閉弁３０をフィードバック制御するようにしてもよい。このような制御により、排気後処理装置３２に流入する排気の温度をより一層精度よく、排気後処理装置３２内の各触媒の活性化温度より高くなるように調整することが可能となる。
【００４７】
更に、上記実施形態では、内管２８の上流端側に設けた排気温度センサ５２を本発明の運転状態検出手段とし、排気温度センサによって検出された排気温度が所定温度以下に低下した場合に、排気温度が所定温度以下となる運転状態であるとＥＣＵ５４が判断するようにしたが、排気温度が所定温度以下となる運転状態であるか否かの判断はこれに限定されるものではない。例えば、エンジン１の負荷と回転数とに基づき、排気温度が所定温度以下となる運転状態であるか否かを判断してもよいし、その他のエンジン１の運転状態に応じて判断するようにしてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、排気管２０の下流端側で内管２８を上方に湾曲させると共に外管２６を縮径することにより、それぞれが断面円形の内管２８及び外管２６を別個に開口させるようにして開閉弁３０をバタフライ弁としたが、排気管２０の下流端側における構造はこれに限定されるものではない。例えば、排気管２０の下流端において円筒状の排気管２０を中間壁により上下に２分割し、２分割された排気管２０の上下いずれか一方に内管２８を接続すると共に、２分割された排気管２０の上下いずれか他方に外管２６を接続するようにしてもよい。この場合、開閉弁３０は２分割された排気管２０の断面形状に合わせたフラップ弁としてもよいし、２分割された排気管２０の断面形状に合わせた形状の仕切部材に形成された孔を開閉するバタフライ弁としてもよい。
【００４９】
更に、上記実施形態では、外管２６の下流端の直前に開閉弁３０を設けることにより、外管２６内に残留する高温の排気を最大限利用できるようにしたが、開閉弁３０の位置はこれに限定されるものではなく、外管２６内に残留する高温の排気の利用量を減らすことが可能な場合など、必要に応じ、上記実施形態の位置よりも上流側に開閉弁３０を設けるようにしてもよい。
【００５０】
また、上記実施形態では、外管２６の一部に、外殻２６ａ、断熱材２６ｂ及び内殻２６ｃからなる断熱構造を採用するようにしたが、外管２６の全てにこのような断熱構造を採用するようにしてもよいし、外管２６への断熱構造の採用を省略するようにしてもよい。
更に、上記実施形態では、エンジン１を４気筒のディーゼルエンジンとしたが、エンジン１の気筒数及び形式はこれに限定されるものではなく、様々なエンジンの排気装置に本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジン用排気装置が適用されたエンジンの全体構成図である。
【図２】排気管の軸線方向における断面図である。
【図３】図２中のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】図２中のIV−IV線に沿う断面図である。
【図５】図２中のV−V線に沿う断面図である。
【図６】図２中のVI−VI線に沿う断面図である。
【図７】図２中のVII−VII線に沿う断面図である。
【図８】図２中のVIII−VIII線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  エンジン
２０  排気管
２６  外管（第１排気管）
２６ａ  外殻
２６ｂ  断熱材
２６ｃ  内殻
２８  内管（第２排気管）
３０  開閉弁
３２  排気後処理装置
５２  排気温度センサ（運転状態検出手段）
５４  ＥＣＵ（制御手段）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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