CN112424459A - 车载发动机的排气结构 - Google Patents

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Abstract

一种车载发动机(1)的排气结构，该车载发动机(1)的排气结构在发动机主体(2)的一侧配置有进气通路(3)，并在另一侧配置有排气通路(4)，该车载发动机(1)的排气结构包括：涡轮增压器(14)的涡轮(14T)，该涡轮(14T)被配置在发动机主体(2)的另一侧并连接于排气通路(4)；第一排气净化装置(21)，该第一排气净化装置(21)连接于比涡轮(14T)更下游的排气通路(4)；以及第二排气净化装置(22)，该第二排气净化装置(22)连接于比第一排气净化装置(21)更下游的排气通路(4)，第一排气净化装置(21)配置为接近涡轮增压器(14)的后方，第二排气净化装置(22)配置为接近发动机主体(2)的另一侧的气缸体(2b)。

Description

车载发动机的排气结构
技术领域
本公开涉及车载发动机的排气结构。
背景技术
车载发动机的排气管中，设置有用于使废气无害化的排气净化装置。作为相关的排气净化装置，已知氧化催化剂、NOx催化剂以及微粒过滤器等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开2015-161225号公报
专利文献2：日本国特开2002-285836号公报
专利文献3：日本国特开2014-104393号公报
专利文献4：日本国特开2008-196328号公报
发明内容
[发明要解决的课题]
在此，相关的排气净化装置通过成为催化剂活化温度以上，才会发挥所期望的性能。因此，排气净化装置小于催化剂活化温度时，为了使排气净化装置升温至催化剂活化温度以上而进行后喷射或排气管喷射。这些喷射次数及喷射量对应于排气净化装置的温度而决定。
但是，后喷射或排气管喷射会引起燃耗恶化，因此优选抑制在必要的最低限度，由于这个原因，期待将排气净化装置维持在高温。
因此，本公开是鉴于相关情况而发明的，其目的在于提供一种易于将排气净化装置维持为高温的车载发动机的排气结构。
[用于解决技术问题的方法]
根据本公开的一方案，提供一种车载发动机的排气结构，所述车载发动机在发动机主体的一侧配置有进气通路，并在另一侧配置有排气通路，所述车载发动机的排气结构包括：
涡轮增压器的涡轮，其被配置在所述发动机主体的另一侧，并连接于所述排气通路；
第一排气净化装置，其被设置在比所述涡轮更下游的排气通路；以及
第二排气净化装置，其被设置在比所述第一排气净化装置更下游的排气通路，
所述第一排气净化装置配置为接近车辆前后方向上的所述涡轮增压器的后方，
所述第二排气净化装置配置为接近所述发动机主体的另一侧的气缸体。
优选地，所述第一排气净化装置被形成为在从前方观察所述涡轮增压器时，与所述涡轮增压器重叠而隐藏。
优选地，所述气缸体的下部比所述气缸体的上部向侧方伸出地形成，所述第二排气净化装置配置为接近所述气缸体的所述上部及所述下部之间的台阶部的上方。
优选地，在所述发动机主体的另一侧设置有排气歧管，所述第二排气净化装置以被所述气缸体、所述台阶部以及所述排气歧管围着的方式配置。
优选地，所述涡轮增压器被配置在所述发动机主体的前侧，所述第一排气净化装置被配置在所述发动机主体的后侧。
优选地，所述第二排气净化装置被配置在所述发动机主体的后侧，且比所述第一排气净化装置更靠下方。
优选地，所述第一排气净化装置由氧化催化剂构成。
优选地，所述第二排气净化装置由NOx催化剂构成。
[发明效果]
根据上述方式，能够容易将排气净化装置维持在高温。
附图说明
图1是本公开的一实施方式的车载发动机的概要说明图。
图2是从车辆前方观察发动机的主视图。
图3是发动机的排气侧的侧视图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本公开的实施方式。此外，后述的实施方式中的前后左右上下的各方向是指车辆的各方向。
图1是本公开的发动机1的概要说明图。图2是从车辆前方观察发动机1的主视图。发动机(内燃机)1是被搭载于车辆的多气缸的压缩点火式内燃机，即柴油发动机。图示例表示直列4气缸发动机，但发动机的气缸配置形式、气缸数等是任意的。
如图1和图2所示，发动机1包括发动机主体2、被连接于发动机主体2的进气通路3及排气通路4、燃料喷射装置5。发动机主体2包括气缸盖2a、气缸体2b、曲轴箱2c等的结构部件、以及被容纳在其内部的活塞6、曲轴7、进气阀8a、排气阀8b等的可动构件。气缸体2b的下部13a比气缸体2b的上部13b更向侧方伸出地形成。而且，在气缸体2b的上部13b和下部13a之间，形成有台阶部13c。
燃料喷射装置5由共轨式燃料喷射装置形成。燃料喷射装置5包括在高压状态下存储燃料的共轨5a与被连接于共轨5a的喷射器5b。喷射器5b是燃料喷射阀，被设置于各气缸。喷射器5b将从共轨5a所供给的高压燃料直接喷射到气缸9内。
进气通路3被配置在发动机主体2的一侧(车辆的左侧)。进气通路3主要由被设置于发动机主体2(尤其是气缸盖2a)的进气歧管10以及被连接于进气歧管10的进气管11所划分而成。进气歧管10被连接于各气缸的进气端口3a，将从进气管11输送来的进气分配供给至各气缸的进气端口3a。进气管11中，从上游侧依次设置有空气滤清器12、涡轮增压器14的压缩机14C、内部冷却器15、以及电子控制式的进气节流阀16。
排气通路4被配置在发动机主体2的另一侧(车辆的右侧)。排气通路4主要由被设置于发动机主体2(尤其是气缸盖2a)的排气歧管17和被连接于排气歧管17的排气管18所划分而成。排气歧管17被连接于各气缸的排气端口4a，使从这些排气端口4a输送来的废气集合。在排气歧管17和排气管18之间设置有涡轮增压器14的涡轮14T。
另外，在比涡轮14T更下游侧的排气管18上，从上游侧依次设置有第一排气净化装置21、第二排气净化装置22、第三排气净化装置23。第一排气净化装置21由氧化催化剂(DOC:Diesel Oxidation Catalyst)构成。第二排气净化装置22由NOx催化剂构成。第三排气净化装置23由微粒过滤器(下面称为“DPF”)构成。
可用在第一排气净化装置21中的氧化催化剂氧化并净化排气气体中的未燃成分(碳化氢HC以及一氧化碳CO)。
氧化催化剂是使许多白金等的贵金属在基材表面上的涂布材料中分散配置而形成的。氧化催化剂具有以HC、CO的氧化时产生的热加热排气气体，升温排气气体的功能。由此，可以促进后段的DPF以及NOx催化剂的活化。特别是柴油发动机的情况，在氧过多的状态下进行燃烧，空气过剩率λ大于1，并排气温度为相对低温。因此，后段的DPF及NOx催化剂不易活化。出于促进其活化的目的，设置有氧化催化剂。
另外，氧化催化剂还具有将排气中的NO氧化为NO2的功能。相比于NO，NO2具有较高的氧化能力，因此该功能在以更低的温度氧化除去后段的DPF所捕获的微粒状物质(PM：Particulate Matter)的方面是有利的。另外，相比于NO，NO2更容易在低温下还原，因此该功能在提高后段的NOx催化剂的还原效率(尤其是小于活性开始温度(低温状态)下的还原效率)的方面是有利的。优选地，氧化催化剂被构成为将从其中所排出的废气的NO/NO2比率调整为NOx催化剂的还原效率为最高的值(例如1/2＝0.5)。
可用在第二排气净化装置22中的NOx催化剂是用于净化排气气体中的氮氧化物NOx的催化剂。NOx催化剂由选择还原型NOx催化剂(SCR:Selective Catalytic Reduction)形成，添加了还原剂时可连续性地还原NOx。
NOx催化剂可以例示出在沸石或氧化铝等的基材表面负载Pt等的贵金属的催化剂，在其基材表面离子交换并负载Cu等的过渡金属的催化剂，在其基材表面负载二氧化钛/钒催化剂(V2O5/WO3/TiO2)的催化剂等。NOx催化剂在其催化剂温度(催化剂床温度)处于活性温度域，且添加了尿素水时，还原净化NOx。添加尿素水后，在催化剂的基础上尿素水加水分解，生成氨气。该氨气与NOx反应，NOx被还原。
可用在第三排气净化装置23中的DPF由所谓连续再生式的带催化剂的DPF形成，捕获排气中所含的微粒状物质，并且连续性地燃烧除去捕获的微粒状物质。
接着，针对涡轮增压器14、第一排气净化装置21以及第二排气净化装置22的形状及配置进行说明。
如图2及图3所示，涡轮增压器14在前后延伸地形成，并且大致形成为截面圆形。涡轮增压器14的涡轮14T以及压缩机14C被形成为大致同径。涡轮14T及压缩机14C之间的涡轮增压器14的中间部被形成为比涡轮14T及压缩机14C直径小。另外，涡轮增压器14被配置在发动机主体2的另一侧(右侧)的前侧。另外，涡轮增压器14使压缩机14C位于前侧，使涡轮14T位于后侧。涡轮14T的出口14a在涡轮增压器14的后端朝向后地形成。
第一排气净化装置21在前后延伸地形成，并大致形成为圆柱状。第一排气净化装置21形成为比在图示的例子中涡轮增压器14的涡轮14T以及压缩机14C直径小。此外，第一排气净化装置21也可以被形成为比涡轮增压器14的涡轮14T以及压缩机14C直径大。另外，第一排气净化装置21配置为与涡轮14T呈同轴状、接近其后方、并接近排气歧管17。由此，第一排气净化装置21位于相对于从车辆前方向后方吹来的行驶风，隐藏在涡轮14T的后方的位置。此外，第一排气净化装置21的形状并不限定于圆柱状，是任意的。第一排气净化装置21优选在从前方观察涡轮增压器14时，与涡轮增压器14重叠，尽可能多的部分隐藏。
第一排气净化装置21在前端具有入口21a，在后端具有出口21b。第一排气净化装置21的入口21a经由与涡轮14T的出口14a在前后延伸的排气管18呈同轴状连接。此外，第一排气净化装置21的入口21a也可以与涡轮14T的出口14a直接连接。
第二排气净化装置22被形成为左右方向的尺寸小于上下方向的尺寸及前后方向的尺寸的扁平形状。另外，第二排气净化装置22配置为接近发动机主体2的另一侧(右侧)的后侧的气缸体2b。另外，第二排气净化装置22配置为接近气缸体2b的台阶部13c的上方。另外，第二排气净化装置22配置为接近排气歧管17。而且，第二排气净化装置22以被气缸体2b、台阶部13c以及排气歧管17围着的方式配置。
通常，发动机主体2的排气侧的后部是热容易滞留的部分，存在成为布局上难以利用的无用空间的趋势。但是，如上所述，通过将第二排气净化装置22以使气缸体2b、台阶部13c以及排气歧管17环抱的方式配置，从而能够有效地利用无用空间，并且能够将第二排气净化装置22维持为相对的高温。
第二排气净化装置22在后端具有入口22a，在前侧下端具有出口22b。第二排气净化装置22的入口22a经由被弯曲成U字状的排气管18，被连接于第一排气净化装置21的出口21b。另外，被连接于第二排气净化装置22的出口22b的排气管18向下方延伸并向后方弯曲。
此外，图3的一点划线为驾驶室的底面24。
接着，叙述本实施方式的作用。
发动机1工作时，燃料在发动机主体2的各气缸中燃烧，高温的废气排出至排气端口4a。由此，发动机主体2的另一侧(排气侧)成为高温。另外，废气从排气端口4a依次在排气歧管17、涡轮14T中流动。由此，排气歧管17成为高温。另外，压缩机14C工作。废气通过驱动涡轮14T消耗能量。由此，废气的温度降低若干。其后，废气依次在第一排气净化装置21、第二排气净化装置22、第三排气净化装置23中流动。
此时，第一排气净化装置21配置为接近排气歧管17及涡轮14T。因此，第一排气净化装置21接收来自排气歧管17及涡轮14T的辐射热。另外，第一排气净化装置21被形成为比涡轮增压器14的涡轮14T直径小，配置为接近涡轮14T的后方。因此，第一排气净化装置21相对于行驶风，隐藏在涡轮14T的后方，行驶风难以吹到。另外，发动机1的上方由驾驶室的底面24所覆盖。因此，行驶风在发动机1的周围大致从前方向后方流动，几乎不会吹到第一排气净化装置21。因此，第一排气净化装置21被抑制放热，易于通过来自排气歧管17以及涡轮14T的辐射热维持在高温。因此，能够防止或抑制第一排气净化装置21小于催化剂活化温度。而且，即使在第一排气净化装置21小于催化剂活化温度、为了其升温而需要后喷射或排气管喷射(有排气管喷射阀的情况)的情况下，也能够抑制其喷射量，能够改善燃耗。
另外，第二排气净化装置22配置为接近发动机主体2的另一侧(右侧)的后侧的气缸体2b、台阶部13c及排气歧管17，并以被它们围着的方式配置。并且，第二排气净化装置22被形成为左右方向的尺寸小于上下方向的尺寸以及前后方向的尺寸的扁平形状。因此，第二排气净化装置22能够在较广的面积接收来自气缸体2b、台阶部13c以及排气歧管17的辐射热，易于维持高温。因此，能够抑制或防止第二排气净化装置22成为催化剂活化温度以下。而且，即使在第二排气净化装置22小于催化剂活化温度、为了其升温而需要后喷射或排气管喷射(有排气管喷射阀的情况)的情况下，也能够抑制其喷射量，能够改善燃耗。
以上，详细地叙述了本公开的实施方式，但本公开还可以是以下的其他实施方式。
例如，第一排气净化装置21由氧化催化剂构成，第二排气净化装置22由NOx催化剂构成，但并不限定于此。第一排气净化装置21以及第二排气净化装置22也可以由微粒过滤器等、优选被维持为高温的其他的排气净化装置所构成。
本公开的实施方式并不仅局限于前述的实施方式，由权利要求书所规定的本公开的思想所包含的所有变形例、应用例、均等物包含在本公开中。因此，本公开并不受限定性的解释，而是可以运用在归属于本公开的思想范围内的其他任意技术中。
本申请基于2018年07月19日提交的日本国专利申请(特愿2018-135994)，其内容作为参照引用至此。
[工业上的可利用性]
根据本公开，实现易于将排气净化装置维持在高温的效果，在能够应用于柴油发动机等的车载发动机的方面是有用的。
附图标记说明
1 发动机
2 发动机主体
2a 气缸盖
2b 气缸体
2c 曲轴箱
3 进气通路
3a 进气端口
4 排气通路
4a 排气端口
5 燃料喷射装置
5a 共轨
5b 喷射器
6 活塞
7 曲轴
8a 进气阀
8b 排气阀
9 气缸
10 进气歧管
11 进气管
12 空气滤清器
13a 下部
13b 上部
13c 台阶部
14 涡轮增压器
14C 压缩机
14T 涡轮
14a 出口
15 内部冷却器
16 进气节流阀
17 排气歧管
18 排气管
21 第一排气净化装置
21a 入口
21b 出口
22 第二排气净化装置
22a 入口
22b 出口
23 第三排气净化装置
24 底面

Claims (8)

1.一种车载发动机的排气结构，所述车载发动机在发动机主体的一侧配置有进气通路，并在另一侧配置有排气通路，所述车载发动机的排气结构包括：
涡轮增压器的涡轮，其被配置于所述发动机主体的另一侧，并连接于所述排气通路；
第一排气净化装置，其被设置在比所述涡轮更下游的排气通路；以及
第二排气净化装置，其被设置在比所述第一排气净化装置更下游的排气通路，
所述第一排气净化装置配置为接近车辆前后方向上的所述涡轮增压器的后方，
所述第二排气净化装置配置为接近所述发动机主体的另一侧的气缸体。
2.如权利要求1所述的车载发动机的排气结构，
所述第一排气净化装置被形成为在从前方观察所述涡轮增压器时，与所述涡轮增压器重叠而隐藏。
3.如权利要求1或2所述的车载发动机的排气结构，
所述气缸体的下部比所述气缸体的上部向侧方伸出地形成，
所述第二排气净化装置配置为接近所述气缸体的所述上部以及所述下部之间的台阶部的上方。
4.如权利要求3所述的车载发动机的排气结构，
在所述发动机主体的另一侧设置有排气歧管，
所述第二排气净化装置以被所述气缸体、所述台阶部以及所述排气歧管围着的方式配置。
5.如权利要求1至4的任一项所述的车载发动机的排气结构，
所述涡轮增压器被配置在所述发动机主体的前侧，
所述第一排气净化装置被配置在所述发动机主体的后侧。
6.如权利要求5所述的车载发动机的排气结构，
所述第二排气净化装置被配置在所述发动机主体的后侧，且比所述第一排气净化装置更靠下方。
7.如权利要求1至6的任一项所述的车载发动机的排气结构，
所述第一排气净化装置由氧化催化剂构成。
8.如权利要求1至7的任一项所述的车载发动机的排气结构，
所述第二排气净化装置由NOx催化剂构成。
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