CN110088442B - 发动机的排气装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种发动机的排气装置，所述发动机的排气装置包括：第一催化剂，其设在发动机的排气路径上，用于净化从该发动机排出的废气；第二催化剂，其布置在所述第一催化剂的废气流动方向下游侧，用于净化通过该第一催化剂后的废气；以及连接部件，其形成所述排气路径的一部分，并连接所述第一催化剂和所述第二催化剂，所述连接部件呈管状，所述第一催化剂的下游端面和所述第二催化剂的上游端面彼此形成60度以上120度以下的二面角，所述第二催化剂的所述上游端面的一部分与所述第一催化剂的侧面的一部分靠近且相向而设，在包括所述第一催化剂的中心轴且与所述第二催化剂的中心轴平行的截面上，所述第一催化剂的侧面的所述一部分的长度为所述第一催化剂的全长的10％以上且小于50％。

Description

发动机的排气装置

技术领域

本公开涉及一种发动机的排气装置。

背景技术

到目前为止，采用的是将用于净化废气的多个催化剂串联地布置在柴油发动机、汽油发动机等汽车发动机的废气温度较高的排气路径的上游这样的做法。

此时，为将多个催化剂收纳得很紧凑，将废气流动方向上游侧的催化剂布置在废气流动方向下游侧的催化剂的横向上(例如参照专利文献1)，该做法已为众人所知。

在专利文献1中公开了以下技术：将第一废气处理单元和第二废气处理单元布置在壳体内且大致垂直的方向上，以保证第二废气处理单元的侧面与第一废气处理单元的上游端侧的至少50％重叠。

专利文献1：日本公表专利公报特表2012-529592号公报

发明内容

－发明要解决的技术问题－

然而，在专利文献1所公开的技术中，当通过第二废气处理单元后的废气向第一废气处理单元流入时，难以让废气朝着重叠部分和重叠部分以外的部分流动得很均匀，这样重叠部分处的第一废气处理单元的利用效率便有可能下降。并且，由于废气因重叠部分而流动不均匀，因此有可能出现废气流速较高的部分，导致废气通过阻力增大，输出下降。进而，由于重叠部分狭窄，所以有可能导致将各种传感器等控制用设备安装在第一废气处理单元和第二废气处理单元之间时的安装性降低。

因此，本公开的目的在于：提供一种包括多个催化剂的发动机的排气装置，该发动机的排气装置结构紧凑，催化剂的利用效率、功能、性能、控制用设备的安装性优异。

－用以解决技术问题的技术方案－

为了解决上述问题，在本公开中，在包括多个催化剂的发动机的排气装置中，使第一催化剂的侧面的一部分与第二催化剂的上游端面的一部分靠近且相向而设，并将该第一催化剂的侧面的该一部分的长度抑制在规定范围内。

也就是说，这里所公开的第一方面的技术所涉及的发动机的排气装置的特征在于，所述发动机的排气装置包括：第一催化剂，其设在发动机的排气路径上，用于净化从该发动机排出的废气；第二催化剂，其布置在所述第一催化剂的废气流动方向下游侧，用于净化通过该第一催化剂后的废气；以及连接部件，其形成所述排气路径的一部分，并连接所述第一催化剂和所述第二催化剂，所述连接部件呈管状，所述第一催化剂的下游端面和所述第二催化剂的上游端面彼此形成60度以上120度以下的二面角，所述第二催化剂的所述上游端面的一部分与所述第一催化剂的侧面的一部分靠近且相向而设，在包括所述第一催化剂的中心轴且与所述第二催化剂的中心轴平行的截面上，所述第一催化剂的侧面的所述一部分的长度为所述第一催化剂的全长的10％以上且小于50％。

根据第一方面的技术，使第一催化剂的侧面的一部分和第二催化剂的上游端面的一部分靠近且相向而设，并将与该第二催化剂的上游端面的一部分靠近且相向而设的第一催化剂的一部分的长度抑制在规定范围内，由此能够实现排气装置的紧凑化，能够提高催化剂的利用效率、功能、性能，并且能够提高控制用设备的安装性。

第二方面的技术在第一方面的技术的基础上，其特征在于：所述连接部件包括废气流动方向上游侧的第一开口部、废气流动方向下游侧的第二开口部、以及连接该第一开口部和该第二开口部的转弯部，所述第一催化剂从该第一催化剂的下游端面侧经所述第一开口部插入所述连接部件内，所述第二催化剂从该第二催化剂的上游端面侧经所述第二开口部插入所述连接部件内。

根据第二方面的技术，通过将第一催化剂和第二催化剂插入连接部件内，从而与将第一催化剂连接在连接部件的上游端并且将第二催化剂连接在连接部件的下游端的情况相比，能够省略用于连接的凸缘部，有助于排气装置的紧凑化。

第三方面的技术在第二方面的技术的基础上，其特征在于，所述连接部件的所述转弯部包括：第一壁部，其与所述第一催化剂的所述下游端面相向；以及第二壁部，其平滑地与所述第一壁部连接，并与所述第二催化剂的所述上游端面相向，所述第一壁部包括：过渡壁部，其从所述第二开口部平滑地延伸；倾斜壁部，其平滑地与所述过渡壁部连接，并朝向所述第一催化剂侧立起；以及阶梯壁部，其平滑地与所述倾斜壁部连接，并平滑地与所述第二壁部连接。

根据第三方面的技术，使与第一催化剂的下游端面相向的第一壁部中的阶梯壁部比过渡壁部更朝第一催化剂侧突出，由此能够抑制通过第一催化剂而到达阶梯壁部后的废气集中地朝向过渡壁部所在的第二催化剂的端部流动，并且能够促进废气朝向与第一催化剂的一部分靠近且相向而设的第二催化剂的一部分流动，其中，所述阶梯壁部与和第二催化剂的上游端面相向的第二壁部相连。这样一来，能够提高通过第一催化剂后的废气流的均匀性，从而能够提高第二催化剂的利用效率、功能、性能，并且能够提高控制用设备的安装性。

第四方面的技术在第三方面的技术的基础上，其特征在于，所述阶梯壁部形成为：当从所述第二开口部侧观察所述连接部件，所述第一开口部位于右侧时，以阶梯壁部曲率半径从所述连接部件的底部侧立起。

根据第四方面的技术，通过第一催化剂后的废气到达阶梯壁部，并且沿以阶梯壁部曲率半径弯曲而成的阶梯壁部的表面扩散到连接部件内的空间中。这样就能够降低废气向第二催化剂侧流动的速度。而且，扩散到连接部件内的废气流入第二催化剂，能够使废气在第二催化剂内均匀流动，并且能够抑制第二催化剂中的废气通过阻力上升。这样一来，能够提高包括与第一催化剂的一部分靠近且相向而设的第二催化剂的一部分在内的整体的利用效率、功能、性能，并且能够提高控制用设备的安装性。

第五方面的技术在第四方面的技术的基础上，其特征在于，所述过渡壁部形成为：当从所述第二开口部侧观察所述连接部件，所述第一开口部位于右侧时，以过渡壁部曲率半径从所述连接部件的底部侧立起，所述过渡壁部曲率半径比所述阶梯壁部曲率半径大。

根据第五方面的技术，通过第一催化剂后的废气到达过渡壁部，并且沿形成为平缓地弯曲的过渡壁部扩散到连接部件内。由于过渡壁部比阶梯壁部更平缓地弯曲，因此在第二催化剂的上游端面附近，废气流动的速度进一步降低，使从连接部件内向第二催化剂流入的废气均匀地流动，并且有效地抑制通过阻力上升，从而能够提高第二催化剂的利用效率、功能、性能，并且能够进一步提高控制用设备的安装性。

第六方面的技术在第三至第五方面中任一方面的技术的基础上，其特征在于，所述连接部件包括：第一连接部件，所述第一开口部、以及所述第二开口部的靠所述第一开口部侧的一部分形成在该第一连接部件上；以及第二连接部件，所述第二开口部的剩余部分形成在该第二连接部件上，所述第一壁部和所述第二壁部形成在所述第二连接部件上。

根据第六方面的技术，通过分成第一连接部件和第二连接部件而成型出连接部件，便能够以良好的精度成型出形状复杂的连接部件。此外，通过在第二连接部件上形成引导废气流动的第一壁部和第二壁部，而能够不在上述壁部形成分割部分的情况下获得平滑的壁面，由此能够抑制废气流紊乱。并且，因为第二开口部的靠第一开口部侧的一部分经由呈曲率半径较小的弯曲形状的转弯部壁面而与第一开口部连接，所以应力容易集中于该转弯部壁面上。通过让第一连接部件和第二连接部件的分割位置避开这样的应力容易集中的位置，能够确保连接部件的耐久性。

－发明的效果－

如上所述，根据本公开，能够实现发动机的排气装置的紧凑化，能够提高催化剂的利用效率、功能、性能，并且能够提高控制用设备的安装性。

附图说明

图1是示意性地示出已将实施方式1的排气净化装置安装在发动机上的状态下的侧视图。

图2是图1的示意俯视图。

图3是示出图1的排气净化装置的侧视图。

图4是图1的排气净化装置中的催化剂装置部分的俯视图。

图5是图3的V－V线的剖视图。

图6是示意性地示出图5中的废气的流动情况的图。

图7是图3的VII－VII线的剖视图。

图8是图3的VIII－VIII线的剖视图。

图9是图4的IX－IX线的剖视图。

图10是从第二开口部侧观察到的处于插入有三效催化剂的状态下的连接管的图。

图11是示意性地示出图10中的废气的流动情况的图。

图12是从左上前方观察到的连接管的立体图。

图13是从前方观察到的GPF下游端部的图。

图14是示出实施方式1的排气净化装置的布局的立体图。

图15是示意性地示出在图6的三效催化剂以及GPF的布置中增大了连接管的转弯部的第二壁部曲率半径的情况下废气的流动情况的图。

具体实施方式

下面，基于附图对本公开的实施方式进行详细说明。以下优选的实施方式只不过是从本质上说明本发明的示例而已，并无限制本公开、其应用对象或者其用途的意图。

(实施方式1)

＜发动机＞

应用实施方式1的排气净化装置1(发动机的排气装置)的发动机E是安装在汽车的直列四缸汽油发动机。发动机E横置于FF车辆的前方。

需要说明的是，应用本实施方式1的排气净化装置1的发动机不限定于四缸汽油发动机，也可以是其它的多缸发动机、柴油发动机。并且，不限定于FF车辆，例如还可以是FR车辆、MR车辆、RR车辆、4WD车辆等(也包括摩托车)采用各种布局的车辆。

如图1所示，发动机E包括汽缸体E1和汽缸盖E2。由上述汽缸体E1和汽缸盖E2构成的第一汽缸到第四汽缸依次串联布置在与图1的纸面垂直的方向上，省略详细图示。而且，在每个汽缸内由汽缸体E1的汽缸内周面、活塞、汽缸盖E2形成燃烧室。

在汽缸盖E2上形成有与四个燃烧室分别连接的四个排气道(未图示)，在燃烧室中产生的废气经过包括该排气道在内的排气路径向车外排出。

＜排气路径＞

如图1、图2所示，本实施方式的排气净化装置1连接在上述的排气道上，在该排气净化装置1的下游侧连接有延续到车外的下游侧废气通路(未图示)。这样，使用了排气净化装置1的排气路径由上述的排气道、排气净化装置1以及下游侧废气通路构成。

＜排气净化装置＞

如图1、图2所示，本实施方式的排气净化装置1包括连接在发动机E的四个排气道上的排气歧管M、连接在排气歧管M的出口上的连接部N以及连接在连接部N的出口上的催化剂装置Q。

＜排气歧管＞

如图1、图2所示，在所述四个排气道上连接有排气歧管M。

如图2所示，排气歧管M具有连接在四个排气道上的独立排气管在右侧集中起来这样的结构，且用于将经过排气道从四个燃烧室排出的废气集聚起来。集聚在排气歧管M内的废气经由连接在排气歧管M的出口上的连接部N送入催化剂装置Q中。

＜连接部＞

连接部N是管状部件，朝着催化剂装置Q引导从布置在催化剂装置Q的上侧的排气歧管M送入的废气。在本实施方式中，连接部N是从上侧向左侧弯曲而成的“L”字形的管状部件。

＜方向＞

在本说明书的说明中，如图1所示，“上下方向”以及“前后方向”指的是，以发动机E为基准，将汽缸盖E2侧作为上侧、将汽缸体E1侧作为下侧、将发动机E侧作为前侧、并将排气歧管M侧作为后侧的方向。并且，如图2所示，“左右方向”指的是，以发动机E为基准的汽缸的排列方向，换言之是与图1的纸面垂直的方向且将跟前侧作为左侧、将靠里侧作为右侧的方向。另外，“上游”、“下游”以从燃烧室经过排气道排出的废气的流动方向为基准。

需要说明的是，本实施方式中，如图1所示，“前后方向”与后述的作为第二催化剂的汽油微粒过滤器3(以下称作“GPF3”。)的GPF中心轴L3平行。

＜催化剂装置＞

如图2～图4所示，催化剂装置Q包括连接在连接部N的出口上且作为第一催化剂的三效催化剂2、布置在三效催化剂2的下游侧且作为第二催化剂的GPF3、连接上述三效催化剂2和GPF3且作为连接部件的连接管4、设在GPF3的下游侧的下游端的GPF下游端部7、设在GPF下游端部7的下游端的废气出口5以及EGR用取出口6。

＜三效催化剂＞

三效催化剂2是用于净化废气中的烃HC、一氧化碳CO、氮氧化物NOx的催化剂。三效催化剂2例如可以举出在蜂窝状载体上涂覆催化剂成分而成的催化剂等，上述催化剂成分通过在由金属氧化物构成的载体材料上担载Pt、Pd、Rh等贵金属而成，但对此省略详细的说明。作为三效催化剂2，没有特别限定，能够使用任何公知的三效催化剂。

如图5、图9所示，三效催化剂2是具有三效催化剂中心轴L2的圆筒状催化剂。三效催化剂2的形状没有特别限定，但从容易设置在排气路径上且废气均匀流动的观点出发，优选为筒状。与三效催化剂中心轴L2垂直的截面的形状没有特别限定，能够采用正圆形、椭圆形、矩形、多边形等任何形状，但从废气均匀流动且抑制制造成本的观点出发，优选为正圆形、椭圆形。

需要说明的是，如图7所示，将三效催化剂2的上游侧的端面表示为三效催化剂上游端面2A(第一催化剂的上游端面)，将下游侧的端面表示为三效催化剂下游端面2B(第一催化剂的下游端面)。三效催化剂上游端面2A以及三效催化剂下游端面2B呈直径相同的圆形。

如图5、图7以及图8所示，作为用于净化废气的催化剂主体，三效催化剂2是包括布置在上游侧的前段部21和布置在下游侧的后段部22的两段结构。前段部21是净化发动机E进行低负荷运转时的低温废气的低温活性优异的三效催化剂；后段部22是净化进行高负荷运转时等的高温废气的高温活性优异的三效催化剂。需要说明的是，在本实施方式中，三效催化剂2是包括前段部21以及后段部22的两段结构，但并不限定于此，既可以是单一催化剂结构，也可以是分割成三个以上的多段结构。

如图7所示，当将三效催化剂2的长边方向即与三效催化剂中心轴L2平行的方向上的全长设为H2时，前段部21的长度H21与后段部22的长度H22之比H21/H22约为1。能够根据发动机E的种类等改变前段部21与后段部22的长度比H21/H22，但从获得三效催化剂2的优异的催化剂性能的观点出发，优选为0.50以上2.0以下，更优选为0.75以上1.25以下。

需要说明的是，如图7所示，三效催化剂2的包括三效催化剂上游端面2A在内的一端部即前段部21的一端部从连接管4突出。

因为前段部21是适合在废气温度较低的情况下对废气进行净化的催化剂，所以暴露于高温废气中所产生的热损伤的影响增大。通过使前段部21从连接管4内向外侧突出，即使在高负荷运转时等，前段部21也不会暴露在已扩散到连接管4内的高温废气中，从而能够有效地防止前段部21的热损伤引起的劣化，从而能够降低三效催化剂2整体遭受热损伤的风险。

既可以让前段部21整体从连接管4突出，也可以仅让前段部21的一部分从连接管4突出。并且，能够根据前段部21的长度H21来调整突出量。从防止低温活性优异的催化剂遭受热损伤的观点出发，优选，前段部21的突出量为前段部21的长度H21的50％以上100％以下，更优选为60％以上95％以下，特别优选为70％以上90％以下。

需要说明的是，在设置使用的是高温活性优异的三效催化剂的后段部22的情况下，既可以让后段部22从连接管4突出，也可以不让后段部22从连接管4突出。从对高温废气显示出优异的净化性能以及将排气净化装置1的紧凑化的观点出发，优选，事先将后段部22整体插入连接管4内。

如图5所示，三效催化剂2包括覆盖作为催化剂主体的前段部21以及后段部22的整个外周的催化剂罩面23和覆盖该催化剂罩面23的整个外周的催化剂外壳24。

废气温度在轻负荷时是400℃左右的低气体温度，而在高负荷时是800℃左右的高气体温度。这样一来，由于三效催化剂2自身始终暴露于通过三效催化剂2后的高温废气中，三效催化剂2便可能因热损伤而劣化。

催化剂罩面23在暴露于高温废气的环境下也会稳定地保持作为催化剂主体的前段部21以及后段部22不发生不良的变化，催化剂罩面23例如由陶瓷等具有高耐热性、保温性的材料形成。厚度取决于三效催化剂2的大小、催化剂罩面23的材料等，没有特别限定。但从防止三效催化剂2遭受热损伤的观点出发，例如能够使厚度为2.0mm以上8.0mm以下，优选为3.0mm以上5.0mm以下，更优选为3.6mm以上4.0mm以下。若比2.0mm薄，则有难以获得足够的支承性能、耐热性能、保温性能的倾向；若比8.0mm厚，则有可能导致制造成本增加，难以确保用于安装控制用设备的空间。

催化剂外壳24用于保持三效催化剂2的前段部21、后段部22以及催化剂罩面23不发生不良的变化，催化剂外壳24例如由铁、不锈钢等金属制成。需要说明的是，催化剂罩面23以及催化剂外壳24也可以使用公知件。

＜GPF＞

GPF3设在三效催化剂2的下游侧，是用于捕获通过三效催化剂2后的废气中的微粒(以下称作“PM”。)的过滤器。能够列举出的GPF3如下：例如将蜂窝状载体等上的孔堵起来并增加过滤功能，并且为了促进堆积于过滤器的PM燃烧而涂布上催化剂涂层后而得到的过滤器，省略详细的说明。废气中的PM被GPF3的隔壁表面吸附，PM堆积起来后，例如为了提高到PM的燃烧温度，进行主喷射之后，再进行喷射燃料的后喷射，从而通过燃烧而将堆积于GPF3的PM除去。GPF3没有特别限定，能够使用任何公知件。

如图1、图2所示，GPF3是具有GPF中心轴L3的圆筒状催化剂。GPF3的形状没有特别限定，但从容易设在排气路径上且确保废气均匀流动的观点出发，优选GPF3的形状为筒状。与GPF中心轴L3垂直的截面的形状没有特别限定，能够采用正圆形、椭圆形、矩形、多边形等任何形状，但从确保废气均匀流动且抑制制造成本的观点出发，优选为正圆形、椭圆形。

如图9所示，将GPF3的上游侧的端面表示为GPF上游端面3A(第二催化剂的上游端面)；将下游侧的端面表示为GPF下游端面3B(第二催化剂的下游端面)。GPF上游端面3A以及GPF下游端面3B呈直径相同的圆形。

需要说明的是，与三效催化剂2一样，GPF3包括用于净化废气的GPF催化剂主体、覆盖该GPF催化剂主体的整个外周的GPF催化剂罩面以及覆盖该GPF催化剂罩面的整个外周的GPF催化剂外壳。GPF催化剂罩面以及GPF催化剂外壳的使用目的与上述的催化剂罩面23以及催化剂外壳24的使用目的相同，并且能够使它们结构相同。

＜连接管＞

连接管4是用于连接三效催化剂2和GPF3的管状部件，且形成排气路径的一部分。

如图10所示，连接管4包括上游侧的第一开口部4A、下游侧的第二开口部4B、以及连接该第一开口部4A和该第二开口部4B的转弯部4C。

如图10所示，三效催化剂2从它的三效催化剂下游端面2B侧经第一开口部4A插入连接管4内。另一方面，如图5等所示，GPF3从它的GPF上游端面3A侧经第二开口部4B插入连接管4内。通过将三效催化剂2和GPF3插入连接管4内，与将三效催化剂2连接在连接管4的上游端并且将GPF3连接在连接管4的下游端的情况相比，不需要设置用于连接的凸缘部等，能够省略凸缘部等，因此有助于排气净化装置1的紧凑化。

－三效催化剂与GPF的相对布置关系－

图9是示出图4的IX－IX截面的图，即是从左侧观察到的与三效催化剂2的三效催化剂中心轴L2垂直且通过GPF3以及废气出口5的截面的图。下面，将图9所记载的截面称作“IX－IX截面”(纵截面)。图9中的符号PL32所示的线代表包括GPF3的GPF中心轴L3且与三效催化剂2的三效催化剂中心轴L2平行的平面。

如图9所示，在IX－IX截面上，三效催化剂2的三效催化剂中心轴L2的位置在平面PL32即GPF3的GPF中心轴L3的下侧。由此，如后所述，能够将排气歧管M布置在三效催化剂2的上方，从而在车辆内能够将排气净化装置1布置得很紧凑。

如图5所示，布置三效催化剂2的三效催化剂下游端面2B和GPF3的GPF上游端面3A，保证在转弯部4C内，二面角α约为90度。该二面角α不限于该角度，但从充分确保废气从三效催化剂2向GPF3流动的观点出发，优选该二面角α为60度以上120度以下，更优选为70度以上110度以下，特别优选为80度以上100度以下。

除此之外，GPF3的GPF上游端面3A的一部分被三效催化剂2的侧面覆盖而在GPF3的GPF上游端面3A上形成了重叠部分31。换言之，重叠部分31是GPF3的GPF上游端面3A的一部分，该GPF3的GPF上游端面3A与三效催化剂2的侧面的一部分靠近且相向而设。

图5是示出图3的V－V截面的图，且是从上侧观察到的包括三效催化剂2的三效催化剂中心轴L2且与GPF3的GPF中心轴L3平行的截面的图。下面，将图5所记载的截面称作“V－V截面”(截面)。如图5所示，从将三效催化剂2以及GPF3布置得比较紧凑且确保废气在GPF3内均匀流动的观点出发，优选，在V－V截面上，三效催化剂2的形成重叠部分31的侧面的一部分的长度H31为三效催化剂2的全长H2的10％以上且小于50％。

在图5的V－V截面中，从将三效催化剂2以及GPF3布置得比较紧凑且确保废气在GPF3内均匀流动的观点出发，优选，三效催化剂2的侧面的长度H31为GPF的宽度W3的10％以上且小于50％。

这样，当将三效催化剂2和GPF3彼此横向布置时，通过形成第一催化剂和GPF3的重叠部分31且将其抑制在小于上述范围的范围内，便能够实现排气净化装置1的紧凑化，并且能够提高GPF3的利用效率，尤其能够提高重叠部分31的利用效率。

－第一连接部件以及第二连接部件－

并且，如图10、图12所示，连接管4由第一连接部件40和第二连接部件41构成。

如图12所示，在第一连接部件40且在连接管4的三效催化剂2的三效催化剂下游端面2B附近设有第一接合部40A，在第二连接部件41且在连接管4的三效催化剂2的三效催化剂下游端面2B附近设有第二接合部41A，将该第一接合部40A和该第二接合部41A嵌合在一起而形成连接管4。

如图10所示，第一开口部4A、和第二开口部4B的一部分即右侧一半形成在第一连接部件40上；第二开口部4B的剩余部分即剩余的左侧一半形成在第二连接部件41上。

换言之，连接管4由两个部件即第一连接部件40以及第二连接部件41构成，第一开口部4A、第二开口部4B的一部分以及转弯部4C的一部分形成在第一连接部件40上。而且，第二开口部4B的剩余部分和转弯部4C的剩余部分形成在第二连接部件41上。

通过分成第一连接部件40和第二连接部件41而成型出连接管4，便能够以良好的精度成型出形状复杂的连接管4。并且，因为第二开口部4B的第一开口部4A侧的一部分经由呈曲率半径较小的弯曲形状的转弯部4C的壁面而与第一开口部4A相连接，所以应力容易集中于该转弯部的壁面上。通过让第一连接部件40和第二连接部件41的分割位置避开这样的应力容易集中的位置，能够确保连接管4的耐久性。

并且，在本说明书中，如图10所示，将在包括连接管4的排气净化装置1已被安装到发动机E上的状态下位于连接管4的最上部和最下部的部位分别称作顶部4D和底部4E。需要说明的是，在本实施方式中，位于连接管4的最上部和最下部的部位就是第一连接部件40与第二连接部件41的接合部附近。

－支撑部－

如图10、图12所示，第一连接部件40包括用于对三效催化剂2的外周面进行面支撑的支撑部45。

如图5、图9、图10、图11以及图12所示，支撑部45由以下部件构成：第一开口部侧支撑部45A，其从第一开口部4A朝向三效催化剂2的三效催化剂下游端面2B对三效催化剂2的整个外周进行面支撑；和三效催化剂下游端面侧支撑部45B(支撑面)，其从该第一开口部侧支撑部45A延伸，并且对以三效催化剂2为基准位于与GPF3相反的一侧的三效催化剂2的外周面进行面支撑。需要说明的是，为了说明，图12中，用虚线示出第一开口部侧支撑部45A以及三效催化剂下游端面侧支撑部45B的边界。

如图9所示，三效催化剂下游端面侧支撑部45B在当从左侧即三效催化剂下游端面2B侧观察三效催化剂2时与三效催化剂2的三效催化剂中心轴L2所成的角度θ约为190度的角度范围内对三效催化剂2的外周面进行面支撑。角度θ不限定于该角度，但从排气净化装置1的紧凑化、提高连接管4对三效催化剂2的保持性能、以及抑制三效催化剂2受到的热损伤的观点出发，优选角度θ为180度以上。

三效催化剂2的外周面由如上所述形成在连接管4上且面积足够大的三效催化剂下游端面侧支撑部45B进行面支撑。这样一来，就能够提高对三效催化剂2的支撑性，并且能够进一步使催化剂装置Q的前后方向更加紧凑。

由于由三效催化剂下游端面侧支撑部45B支撑三效催化剂2，所以通过三效催化剂2后的废气不会与由三效催化剂下游端面侧支撑部45B支撑的外周面接触。这样一来，三效催化剂2中暴露在通过三效催化剂2本身后的废气中的部分的体积减少，从而能够减少因始终暴露于高温废气中而引起的热损伤。尤其是，由于三效催化剂2的整个外周如上所述被催化剂罩面23以及催化剂外壳24覆盖，所以能够抑制热损伤导致催化剂外壳24产生热延伸，进而能够抑制催化剂罩面23的面压降低。并且，能够防止催化剂罩面23因热损伤而被风蚀，能够防止三效催化剂2的催化剂主体偏离被催化剂罩面23以及催化剂外壳24保持的位置。

如图1所示，由于由三效催化剂下游端面侧支撑部45B支撑的外周面与发动机E的汽缸体E1相邻，所以通过三效催化剂2后的废气不会流入汽缸体E1侧，因此也能够抑制对催化剂装置Q的外侧造成热损伤。

－第一壁部以及第二壁部－

如图5、图6、图10以及图12所示，第二连接部件41包括用于朝着GPF3引导通过三效催化剂2后的废气的第一壁部42以及第二壁部43。如图5所示，第一壁部42与三效催化剂2的三效催化剂下游端面2B相对而设，第二壁部43与GPF3的GPF上游端面3A相对而设。

需要说明的是，当分成第一连接部件40以及第二连接部件41而成型出连接管4时，通过在第一连接部件40以及第二连接部件41中之一的第二连接部件41上形成第一壁部42以及第二壁部43，那么，当在引导废气的壁部不形成分割位置的情况下，也能够获得平滑的壁面。这样就能够抑制废气流紊乱。

如图10、图12所示，第一壁部42包括过渡壁部42A、倾斜壁部42B以及阶梯壁部42C。过渡壁部42A从形成第二开口部4B的下游端平滑地向前方延伸；倾斜壁部42B形成为平滑地与过渡壁部42A连接，并且朝向三效催化剂2侧立起；阶梯壁部42C的后方平滑地与倾斜壁部42B连接，阶梯壁部42C的前方以第二壁部曲率半径R3(规定曲率半径)且平滑地与第二壁部43连接，如图5所示。

如图10所示，过渡壁部42A形成为：当从第二开口部4B侧观察连接管4，第一开口部4A位于右侧时，以过渡壁部曲率半径R1从连接管4的底部4E侧立起。同样，阶梯壁部42C形成为以阶梯壁部曲率半径R2从连接管4的底部4E侧立起。需要说明的是，如图10所示，将过渡壁部曲率半径R1以及阶梯壁部曲率半径R2合起来称作第一壁部曲率半径R。

此处，将图10所示的第一壁部曲率半径R设定得比图5所示的第二壁部曲率半径R3大。

已知：废气等流体具有沿曲率半径较大的曲面流动的倾向。例如，考虑图15所示的情况，即连接管4的转弯部4C采用了一般的弯曲的管形状，即第二壁部曲率半径R3比第一壁部曲率半径R大且平缓地弯曲的形状的情况。在该情况下，如图15中虚线箭头所示，通过三效催化剂2后的废气的大部分沿以第二壁部曲率半径R3平缓地弯曲的壁面直接流入GPF3。这样一来，向GPF3的重叠部分31附近流入的废气量减少，从而GPF3的利用效率可能降低。并且，在废气量变多的部分，因为废气的流速变高，所以废气通过的阻力可能增大，输出可能降低。

另一方面，在本实施方式的排气净化装置1中，连接管4的转弯部4C的第一壁部42以及第二壁部43形成为：如图5、图6所示，第二壁部曲率半径R3缩小；如图10、图11所示，第一壁部曲率半径R比第二壁部曲率半径R3大。而且，如图9所示，三效催化剂3的三效催化剂中心轴L2从平面PL32往下侧偏移，所述平面PL32是包括GPF3的GPF中心轴L3且与三效催化剂2的三效催化剂中心轴L2平行的平面。

这样一来，如图6所示，废气的流动发生了变化。即，通过三效催化剂2后的废气沿第一壁部42的壁面流动的倾向比沿第一壁部42与第二壁部43的相连部的壁面流动的倾向大。具体而言，如图6中虚线箭头所示，像图15所示的那样流动的废气减少。另一方面，如图6中实线箭头所示，到达第一壁部42并且特别沿过渡壁部42A的以过渡壁部曲率半径R1弯曲而成的壁面、沿阶梯壁部42C的以阶梯壁部曲率半径R2弯曲而成的壁面流动的废气流增加。而且，如上所述，如图9所示，三效催化剂中心轴L2从平行于三效催化剂中心轴L2的平面PL32往下侧偏移，因此，一边沿着过渡壁部42A、阶梯壁部42C的弯曲而成的所述壁面，一边从下方朝着上方回旋而上的废气流增加。这样，通过利用这样到达第一壁部42且在三效催化剂2与GPF3间的空间内向上方回旋那样的废气的二次流动，就能够降低废气整体的流速，废气会扩散到连接管4内。这样便能够使流入GPF3的重叠部分31的废气量增加，并且降低流入GPF3的废气通过阻力而使废气流动得均匀，进而能够提高GPF3的利用效率、功能、性能。

第一壁部42中的与第二壁部43相连的阶梯壁部42C比过渡壁部42A更朝三效催化剂2侧突出。因此，如图6所示，能够抑制通过三效催化剂2并到达阶梯壁部42C后的废气集中地朝向过渡壁部42A所在的GPF3的端部流动，并且能够促进通过三效催化剂2并到达阶梯壁部42C后的废气向重叠部分31流动。

如图10所示，将过渡壁部曲率半径R1设定得比阶梯壁部曲率半径R2大。

如图7、图8以及图11中的实线箭头所示，通过三效催化剂2后的废气到达第一壁部42的尤其是过渡壁部42A、阶梯壁部42C，并且沿过渡壁部42A、阶梯壁部42C的弯曲的壁面向上方回旋或者向下方回旋，扩散到连接管4的转弯部4C内。此时，如图7、图8所示，过渡壁部42A形成为比阶梯壁部42C弯曲得平缓，以保证过渡壁部曲率半径R1比阶梯壁部曲率半径R2大，故在GPF3的GPF上游端面3A附近，能够使废气流动的速度进一步降低。这样一来，便能够进一步降低从连接管4内向GPF3流入的废气通过阻力，使废气均匀地流动，进而能够进一步提高GPF3的利用效率、功能、性能。

如图8所示，在连接管4的顶部4D侧且在第二连接部件41上设有基座部44，例如能够将图4所示的NOx传感器92(检测机构)等各种传感器等控制用设备设置在该基座部44上。需要说明的是，为了简化，图8中，省略图示NOx传感器92的传感器主体，仅示出用于安装该传感器主体的NOx传感器安装部92A。

如上所述，通过三效催化剂2后的废气扩散到连接管4内后而向GPF3流去。此时，通过三效催化剂2后的废气直接到达连接管4的顶部4D侧的情况较少，利用沿第一壁部42的壁面向上方回旋那样的废气的二次流动而让废气扩散到连接管4的顶部4D侧。这样一来，其量足以用来检测废气的成分浓度以及例如温度、压力等的废气以流速已下降的状态扩散到连接管4的顶部4D侧。这样一来，通过将各种传感器设置在连接管4的顶部4D侧，便能够确保稳定的检测精度，各种传感器等控制用设备的安装性提高。

需要说明的是，如图8所示，基座部44为平面形状，但形状不限定于此，例如也可以形成为曲面状等。并且，各种传感器等控制用设备也可以设置在基座部44以外的部分上。

＜GPF下游端部＞

如图3所示，在GPF3的下游端侧连接有GPF下游端部7。如图13所示，在该GPF下游端部7上形成有废气出口引入孔71和EGR用引入口72，该废气出口引入孔71用于安装通过GPF3后的废气的出口亦即废气出口5；该EGR用引入口72用于安装将废气的一部分引导到进气侧的EGR用取出口6。

＜废气出口＞

废气出口5用于朝着未图示的下游侧废气通路引导通过GPF3后的废气，并且将伴随三效催化剂2以及GPF3净化废气而产生的水分贮存起来，然后再除去。

图5中的符号PRL31所示的线是将GPF中心轴L3投影到V－V截面上的投影线。并且，符号L5所示的线示出废气出口5的废气出口中心轴。而且，符号P5所示的点是该废气出口中心轴L5上的点，并且，还是图13所示的与包括后述的废气出口引入孔71在内的平面的交点即废气出口引入孔71的中心，在下面的说明中称作废气出口5的中心位置P5。

如图5所示，与将GPF3的GPF中心轴L3投影到V－V截面上而得到的投影线PRL31相比，位于GPF3的GPF下游端面3B侧的废气出口5的中心位置P5向右侧即三效催化剂2侧做了偏移。

根据本结构，如图6、图13所示，流入GPF3的废气有朝向废气出口5流动的。于是，伴随着废气朝向废气出口5流动，流入重叠部分31的废气量就增加。这样便能够提高GPF3的利用效率。

需要说明的是，如图5所示，从充分确保向重叠部分31流入的废气量来提高GPF3的利用效率的观点出发，优选，在V－V截面上按以下所述设定废气出口5的偏移量：让废气出口5的靠三效催化剂2侧的废气出口右侧面5A位于GPF3的靠三效催化剂2侧的GPF侧面3C的右侧，即让该废气出口右侧面5A比该GPF侧面3C更靠三效催化剂2侧。此时，从抑制废气出口5附近的废气通过阻力增加的观点出发，优选，在V－V截面上按以下所述设定废气出口5的偏移量：让废气出口5的左侧的废气出口左侧面5B位于GPF3的靠三效催化剂2侧的GPF侧面3C的左侧。

如图9所示，废气出口5布置在平面PL32的下侧。这样，通过将废气出口5布置在GPF3的下方，能够有效地将伴随三效催化剂2以及GPF3净化废气而产生的水分贮存在废气出口5中然后除去。

＜EGR用取出口＞

为防止发生爆震或者为减少氮氧化物NOx量，发动机E能够采用让废气的一部分在进气侧进行再循环的EGR。在该情况下，能够将废气的EGR用取出口6设在GPF3的GPF下游端面3B侧。

如图5所示，在V－V截面上，EGR用取出口6布置在以GPF3的GPF中心轴L3的投影线PRL31为基准与废气出口5相反的一侧。而且，如图13所示，在GPF下游端部7且在与废气出口引入孔71保持有一定距离的位置处形成有用于朝着EGR用引入口72引导废气的EGR用废气引导路径72A。

根据本结构，能够确保足够用于EGR的废气量，并且能够将GPF3内的废气分散到废气出口5侧和EGR用取出口6侧而让废气均匀地流动。这样便能够进一步提高GPF3的利用效率、功能、性能。

＜在车身内的布置情况＞

本实施方式的排气净化装置1例如能够组装于图14所示的车辆布局Z的结构。

即，如图9所示，三效催化剂2设为比GPF3稍靠下方。因此，如图14所示，通过靠近三效催化剂2的上方来布置排气歧管M，便能够让排气净化装置1尤其在前后方向上变得更加紧凑。

如图1、图3所示，连接管4的底部4E和GPF3的GPF底部3D形成为直线状。因此而如图14所示，靠近连接管4以及GPF3的下方地布置有动力分割装置K(车辆部件)。这样，能够获得在前后左右上下方向上都更紧凑的车辆布局。

需要说明的是，布置在连接管4以及GPF3的下方的车辆部件不限定于动力分割装置K，也可以是其它车辆部件。具体而言，例如在驱动系统的驱动轴、排气净化装置1例如应用于FR车辆等的情况下，能够靠近连接管4以及GPF3的下方地布置装配系统的发动机支承座等。

(其他实施方式)

下面，对本公开的其它实施方式进行详细说明。需要说明的是，在这些实施方式的说明中，对与实施方式1相同的部分标注相同的符号并省略详细的说明。

实施方式1的排气净化装置1应用于FF车辆上，但通过使与四个排气道连接的排气歧管M的独立排气管向后方延伸并集合起来，在发动机E后端指向车宽方向中央侧之后再向后方延伸，从而也能够应用于FR车辆上。

在实施方式1中，第一催化剂是三效催化剂2，第二催化剂是GPF3，但催化剂不限定于此，能够使用各种催化剂。具体而言，例如，在将排气净化装置1应用于柴油发动机的情况下，可以采用柴油微粒过滤器。并且，也可以将氧化催化剂以及NOx净化用催化剂组合起来作第一催化剂以及第二催化剂用。

在实施方式1中，如图9所示，三效催化剂2设为比GPF3稍靠下方，并且，如图10所示，第一壁部42的过渡壁部42A以及阶梯壁部42C形成为从连接管4的底部4E侧起分别以过渡壁部曲率半径R1以及阶梯壁部曲率半径R2立起。关于以上两点，可以将三效催化剂2设在与GPF3大致相同的高度位置处或者将三效催化剂2设在比GPF3高的位置处。并且，第一壁部42的过渡壁部42A以及阶梯壁部42C也可以形成为从连接管4的顶部4D侧起分别以过渡壁部曲率半径R1以及阶梯壁部曲率半径R2立起。并且，还可以形成为从连接管4的顶部4D侧以及底部4E侧中之任一侧开始弯曲。并且，例如也可以形成基座部44之类的平缓的倾斜来代替弯曲形状，在该情况下，能够沿该倾斜形成废气的二次流动。需要说明的是，在任一情况下，用于安装传感器的基座部44等检测机构安装位置都不限定于连接管4的顶部4D侧，能够适当地设于底部4E侧或者第一连接部件40等废气均匀流动的位置。

在实施方式1中，将排气歧管M的出口设在汽缸排列方向的右侧，并且连接管4构成为：如图10所示，从后方观察时，第一开口部4A形成在右侧。关于这一点，第一开口部4A也可以根据车辆布局而布置在其它方向例如左侧或者上下方向上。

在实施方式1中，虽然采用了三效催化剂2和GPF3插入连接管4内的结构，但也可以不插入，而构成为经由连接用的凸缘部等连接在连接管4的上游端和下游端上。此外，还可以构成为：三效催化剂2和GPF3中的一者插入连接管4内，另一者经由连接用的凸缘部等连接在连接管4的端部上。需要说明的是，从排气净化装置1的紧凑化的观点出发，优选采用实施方式1的结构。

－产业实用性－

本公开能够实现发动机的排气装置的紧凑化，并且能够提高催化剂的利用效率、功能、性能、控制用设备的安装性，因此极其有用。

－符号说明－

1 排气净化装置(发动机的排气装置)

2 三效催化剂(第一催化剂)

2A 三效催化剂上游端面(第一催化剂的上游端面)

2B 三效催化剂下游端面(第一催化剂的下游端面)

3 汽油微粒过滤器、GPF(第二催化剂)

3A GPF上游端面(第二催化剂的上游端面)

3B GPF下游端面(第二催化剂的下游端面)

3C GPF侧面(第二催化剂的第一催化剂侧的侧面)

3D GPF底部(第二催化剂底部)

4 连接管(连接部件)

4A 第一开口部

4B 第二开口部

4C 转弯部

4D 顶部

4E 底部

5 废气出口

5A 废气出口右侧面

5B 废气出口左侧面

6 EGR用取出口

7 GPF下游端部

21 前段部

22 后段部

23 催化剂罩面

24 催化剂外壳

31 重叠部分

40 第一连接部件

40A 第一接合部

41 第二连接部件

42 第一壁部

42A 过渡壁部

42B 倾斜壁部

42C 阶梯壁部

43 第二壁部

44 基座部

45 支撑部

45A 第一开口部侧支撑部

45B 三效催化剂下游端面侧支撑部(支撑面)

71 废气出口引入孔

72 EGR用引入口

72A EGR用废气引导路径

92 NOx传感器(检测机构)

92A NOx传感器安装部

E 发动机

K 动力分割装置(车辆部件)

L2 三效催化剂中心轴(第一催化剂的中心轴)

L3 GPF中心轴(第二催化剂的中心轴)

L5 废气出口中心轴(废气出口的中心轴)

M 排气歧管

N 连接部

P5 中心位置

PRL31 投影线

PL32 平面

Q 催化剂装置

R 第一壁部曲率半径

R1 过渡壁部曲率半径

R2 阶梯壁部曲率半径

R3 第二壁部曲率半径(规定曲率半径)

α 二面角

θ 角度

Claims (4)

1.一种发动机的排气装置，其特征在于：

所述发动机的排气装置包括：

第一催化剂，其设在发动机的排气路径上，用于净化从该发动机排出的废气；

第二催化剂，其布置在所述第一催化剂的废气流动方向下游侧，用于净化通过该第一催化剂后的废气；以及

连接部件，其形成所述排气路径的一部分，并连接所述第一催化剂和所述第二催化剂，所述连接部件呈管状，

所述第一催化剂的下游端面和所述第二催化剂的上游端面彼此形成60度以上120度以下的二面角，

所述第二催化剂的所述上游端面的一部分与所述第一催化剂的侧面的一部分靠近且相向而设，

在包括所述第一催化剂的中心轴且与所述第二催化剂的中心轴平行的截面上，所述第一催化剂的侧面的所述一部分的长度为所述第一催化剂的全长的10％以上且小于50％,

所述连接部件包括废气流动方向上游侧的第一开口部、废气流动方向下游侧的第二开口部、以及连接该第一开口部和该第二开口部的转弯部，

所述第一催化剂从该第一催化剂的下游端面侧经所述第一开口部插入所述连接部件内，

所述第二催化剂从该第二催化剂的上游端面侧经所述第二开口部插入所述连接部件内，

所述连接部件的所述转弯部包括：

第一壁部，其与所述第一催化剂的所述下游端面相向；以及

第二壁部，其平滑地与所述第一壁部连接，并与所述第二催化剂的所述上游端面相向，

所述第一壁部包括：

过渡壁部，其从所述第二开口部平滑地延伸；

倾斜壁部，其平滑地与所述过渡壁部连接，并朝向所述第一催化剂侧立起；以及

阶梯壁部，其平滑地与所述倾斜壁部连接，并平滑地与所述第二壁部连接。

2.根据权利要求1所述的发动机的排气装置，其特征在于：

所述阶梯壁部形成为：当从所述第二开口部侧观察所述连接部件，所述第一开口部位于右侧时，以阶梯壁部曲率半径从所述连接部件的底部侧立起。

3.根据权利要求2所述的发动机的排气装置，其特征在于：

所述过渡壁部形成为：当从所述第二开口部侧观察所述连接部件，所述第一开口部位于右侧时，以过渡壁部曲率半径从所述连接部件的底部侧立起，

所述过渡壁部曲率半径比所述阶梯壁部曲率半径大。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的发动机的排气装置，其特征在于：

所述连接部件包括：

第一连接部件，所述第一开口部、以及所述第二开口部的靠所述第一开口部侧的一部分形成在该第一连接部件上；以及

第二连接部件，所述第二开口部的剩余部分形成在该第二连接部件上，

所述第一壁部和所述第二壁部形成在所述第二连接部件上。

Images