JP2005297734A - エンジンの排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 効果的に車室フロアのフラット化及び低床化を図ることのできるエンジンの排気装置を提供すること。
【解決手段】 排気装置１は、エンジンルーム７内及びフロアパネル１３下方に設けられた排気管としてのエキゾーストマニホールド４、エキゾーストパイプ９，１５の途中に設けられた触媒コンバータ５及びマフラ１０を備える。フロアパネル１３は、座席１１の座部１２下方において上方に向かって膨出するように形成され、マフラ１０は、その膨出により形成される収容凹部１４内に設けられる。そして、触媒コンバータ５は、エキゾーストマニホールド４の直下、即ち車室６とエンジンルーム７とを区画するダッシュパネル８よりも前方に設けられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車室下方にマフラを有するエンジンの排気装置に関するものである。

近年、上記のようなエンジンの排気装置においては、排ガス浄化性能や出力性能等といった、基本性能はもとより高い静粛性が求められており、こうした要求に応えるべくマフラの容量は拡大の一途を辿っている。

ところで、車両においては、その静粛性の向上もさることながら、フットスペース等の車室空間の拡大もまた重要な課題の一つとなっている。そして、こうした車室空間の更なる拡大を図るための対策の一つとして車室フロアのフラット化及び低床化を図る方法がある。

例えば、特許文献１には、車室下方のフロアパネル下部に設けられるマフラを、比較的容量の小さなものに分割して複数箇所に分散配置する排気装置が開示されている。そして、こうした排気装置を採用することで、マフラの設置に伴うフロアパネルの膨出を抑制して車室フロアのフラット化及び低床化を図ることが可能になり、ひいては車室空間の拡大を図ることができるようになる。
特許第２９７１３４１号明細書

しかしながら、マフラとしての基本性能を考慮した場合、その小型化には限界があり、同マフラの設置に伴うフロアパネルの膨出は避けられないものである。従って、上記従来例のように小型マフラを複数箇所に分散配置するとしても、その車室フロアのフラット化及び低床化への貢献程度は自ずと限界があり、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。

この発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、効果的に車室フロアのフラット化及び低床化を図ることのできるエンジンの排気装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、エンジンルーム内及びフロアパネル下方に設けられた排気管の途中に触媒コンバータ及びマフラを備えたエンジンの排気装置であって、前記フロアパネルを座席の座部下方において上方に向かって膨出させ、該膨出により形成される収容凹部内に前記マフラを設けるとともに、前記触媒コンバータを前記エンジンルームと車室とを区画するダッシュパネルよりも前方に設けることを要旨とする。

上記構成によれば、触媒コンバータがエンジンルーム内に配置されるとともに、マフラがデッドスペースとなりやすい座席の座部下方に形成された収容凹部内に収容される。これにより、座席の座部下方以外については、フロアパネルに上記のような収容凹部を設けるための膨出部を形成する必要がなくなるため、その座席の座部下方以外の車室フロアについては容易にそのフラット化及び低床化を図ることができる。その結果、車室空間を拡大することができるとともに、例えば、従来見られるようなフロントフロアトンネルを廃し左右の座席間をフラット化して前後の座席間の所謂ウォークスルーを実現する、或いはフットスペースまわりを低床化して居住性及び乗降性の向上を図る等、容易に多種多様な車室レイアウトを設定することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のエンジンの排気装置において、前記マフラは前部座席下方のみに設けられることを要旨とする。
上記構成によれば、後部座席下方の車室フロア形状の設計自由度が向上する。従って、例えば、後部座席下方にマフラ以外の構造体（例えば燃料タンク）等を収容することにより、荷室を拡大する、或いは後部座席下方の車室フロアをフラット化するとともに該座席を跳ね上げ型として荷室を拡大可能とする等、更に車室レイアウトの自由度を向上させることができるようになる。

以下、本発明をエンジンの排気装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は本実施形態の排気装置１が適用される車両２とそのエンジン３、及び同エンジン３の排気系各部を示す概略図である。同図に示すように、車両２に搭載されたエンジン３の排気系には、エキゾーストマニホールド４が設けられている。尚、本実施形態の車両２では、そのエキゾーストマニホールド４が車両後方側となるようにエンジン３が搭載された所謂後方排気型の搭載方式を採用している。そして、このエキゾーストマニホールド４の下流側には、触媒コンバータ５が接続されている。この触媒コンバータ５は、燃焼ガス中の有害な成分を浄化するためのものである。

本実施形態では、触媒コンバータ５は、車室６よりも車両前方に設けられている。詳しくは、車室６とエンジンルーム７とを区画するダッシュパネル８よりも前方であって、エキゾーストマニホールド４の直下に設けられている。

また、触媒コンバータ５の下流側には、エキゾーストパイプ９を介してマフラ１０が接続されている。このマフラ１０は、エンジン３から排出される燃焼ガスの圧力変動を打ち消して静音を図るためのものである。

本実施形態では、フロアパネル１３は、各座席１１の座部１２下方において車室６側、即ち上方に向かって膨出するように形成され、その膨出により同フロアパネル１３の下面側に収容凹部１４（１４ａ，１４ｂ）が形成されている。そして、マフラ１０は、この座席１１の座部１２下方に形成された収容凹部１４内に設けられている。詳しくは、マフラ１０は、前部座席１１ａの座部１２ａ下方の収容凹部１４ａ内に設けられている。即ち、マフラ１０は、前部座席１１ａの座部１２ａ下方のみに設けられており、排気系にはこのマフラ１０以外のマフラは設けられていない。

以上のように構成される排気系において、エンジン３から排出された燃焼ガスは、エキゾーストマニホールド４、触媒コンバータ５、エキゾーストパイプ９、マフラ１０へと流れる。そして、触媒コンバータ５において燃焼ガスの有害な成分が浄化され、マフラ１０において静音化されて、エキゾーストパイプ１５から外部へと排出される。即ち、本実施形態では、エンジンルーム７内及びフロアパネル１３の下方に設けられたエキゾーストマニホールド４、エキゾーストパイプ９，１５により排気管が構成され、触媒コンバータ５及びマフラ１０は、その途中に設けられている。

さて、図２に示すように、触媒コンバータ５は、前段触媒２１と後段触媒２２とがケース２３内に直列配置された所謂タンデム一体型の触媒コンバータである。
図３（ａ）（ｂ）に示すように、本実施形態では、前段触媒２１及び後段触媒２２は、担持体２４が格子状に形成されたモノリス型触媒であり、前段触媒２１には、同担持体２４にＰｄ系触媒が付着された酸化触媒を、後段触媒２２には、Ｐｔ（Ｐｔ−Ｒｈ）系触媒が付着された三元触媒を採用している。そして、前段触媒２１の触媒径Ｄ及び排気方向の長さＬの比率（Ｄ／Ｌ）は、１以上（Ｄ／Ｌ≧１）となっている。また、前段触媒２１のセル２５の数（セル数ｎ）及びセル２５の壁厚（壁厚ｄ）は、それぞれｎ＝６００〜９００セル、ｄ＝２〜３ｍｍとなっている。尚、後段触媒２２については、Ｄ／Ｌ≦１、ｎ＝４００セル以下、ｄ＝２〜４ｍｍと、従来とほぼ同一の仕様となっている。

また、図２に示すように、前段触媒２１及び後段触媒２２とケース２３との間には、燃焼ガスのリーク防止及び担持体２４の保護を目的とする防護シート２６ａ，２６ｂがそれぞれ介挿されている。そして、本実施形態では、前段触媒２１とケース２３との間に介挿される防護シート２６ａはアルミナを主成分とするアルミナ系シートが、後段触媒２２とケース２３との間に介挿される防護シート２６ｂは有機バインダを含む熱膨張性シートが採用されている。

そして、本実施形態では、前段触媒２１と後段触媒２２との間には、燃焼ガス中の酸素センサ２７が設けられている。尚、同酸素センサ２７の検出信号は、空燃比制御等のフィードバック制御に用いられる。

以上、本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１）マフラ１０は、座席１１の座部１２の下方に形成された収容凹部１４内に設けられる。即ち、マフラ１０は、デッドスペースとなりやすい座席１１の座部１２の下方に収容される。従って、フロアパネル１３には、座席１１の座部１２の下方以外に収容凹部１４を形成するための膨出部を設ける必要がなくなり、該座席１１の座部１２の下方以外の車室フロアについては容易にそのフラット化及び低床化を図ることができる。その結果、車室空間の拡大を図ることができるとともに、例えば、従来見られるようなフロントフロアトンネルを廃し左右の座席１１間をフラット化して前後の座席１１間の所謂ウォークスルーを実現する、或いはフットスペースまわりを低床化して居住性及び乗降性の向上を図る等、多種多様な車室レイアウトを容易に設定することができるようになる。

（２）マフラ１０は、前部座席１１ａの座部１２ａの下方のみに設けられる。これにより、後部座席１１ｂ下の車室フロア形状の設計自由度が向上する。従って、例えば、後部座席１１ｂ下方にマフラ１０以外の構造体（例えば燃料タンク）等を収容することにより、荷室を拡大する、或いは後部座席１１ｂ下方の車室フロアをフラット化するとともに該座席を跳ね上げ型として荷室を拡大可能とする等、更に車室レイアウトの自由度を向上させることができるようになる。

（３）触媒コンバータ５は、車室６よりも前方、詳しくは車室６とエンジンルーム７とを区画するダッシュパネル８よりも前方に設けられる。これにより、フロアパネル１３には、触媒コンバータ５を収容するための膨出部を形成する必要がなくなり、容易に車室フロアのフラット化及び低床化を図ることができるようになる。

（４）触媒コンバータ５は、前段触媒２１と後段触媒２２とを備え、前段触媒２１にはＰｄ系触媒を採用し、後段触媒２２には、Ｐｔ（Ｐｔ−Ｒｈ）系触媒を採用する。即ち、前段触媒２１についてはＰｄ系触媒にて低温時の暖機性の向上を図り、後段触媒２２についてはＰｔ系触媒にて耐久性を確保する、という組合せにすることにより、低温時の暖機性と耐久性とをバランスよく両立することができる。その結果、低温時の浄化性能を全般的に向上させることができるようになる。

（５）前段触媒２１及び後段触媒２２には、担持体２４が格子状に形成されたモノリス型触媒を採用する。そして、前段触媒２１は、そのセル数ｎを６００〜９００セル、そのセル壁厚ｄを２〜３ｍｍする。

このような構成とすれば、従来見られるようなｎ＝４００セル以下、ｄ＝２〜４ｍｍといった構成の触媒と比較した場合、そのセル壁厚ｄの薄型化により、燃焼ガスの脈動流に起因する背圧上昇を抑制することができるとともに、その比表面積の拡大に伴う熱容量の低減により低温時の暖機性を向上させることができるようになる。そして、セル２５の高密度化により、サイズの大型化を回避しつつその浄化性能を向上させることができ、更に、貴金属である触媒物質（Ｐｄ、Ｐｔ及びＲｈ）の使用量を低減することができる。

（６）前段触媒２１の触媒径Ｄ及び排気方向の長さＬの比率（Ｄ／Ｌ）は１以上（Ｄ／Ｌ≧１）とする。これにより、十分な容量を確保しつつ、燃焼ガスの脈動流に起因する背圧上昇を抑えることができる。その結果、エンジン３の出力低下を招くことなく、優れた浄化性能及び耐久性を確保することができるようになる。

（７）前段触媒２１とケース２３との間に介挿される防護シート２６ａはアルミナを主成分とするアルミナ系シートとし、後段触媒２２とケース２３との間に介挿される防護シート２６ｂは有機バインダを含む熱膨張性シートとする。このような構成とすれば、有機バインダーの成分による酸素センサ２７の誤検出を防止することができ、加えて触媒コンバータ５の低コスト化及び耐久性の向上を図ることができるようになる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・図４に示す排気装置３１のように、後部座席１１ｂの座部１２ｂの下方のみにマフラ３２を設けてもよく、図５に示す排気装置３３のように、前部座席１１ａの座部１２ａの下方、及び後部座席１１ｂの座部１２ｂの下方にそれぞれマフラ３４ａ、３４ｂを設ける構成としてもよい。また、各座席１１の下方に設けられるマフラは複数であってもよい。

・触媒コンバータについては、それが車室６よりも車両前方（ダッシュパネル８よりも前方）にあれば、図６に示す排気装置４１のように、前段触媒を収容する第１の触媒コンバータ４２と、後段触媒を収容する第２の触媒コンバータ４３とに分割して備えたものであってもよい。

・本実施形態では、後方排気型の搭載方式を採用するエンジン３の排気装置１に具体化したが、図７に示す排気装置４５のように、前方排気型の搭載方式を採用するエンジン４６の排気装置に具体化してもよい。

・本実施形態では、前部座席１１ａの後方に後部座席１１ｂが一列設けられた２列座席構成としたが、後部座席を２列有する所謂３列シート構成等、前部座席１１ａの後方の座席は複数列設けてもよい。

・本実施形態では、後段触媒２２については、前段触媒２１を通過することによる燃焼ガスの低温化及び層流化に伴って使用環境が緩和されることを考慮し、その仕様を従来とほぼ同一のＤ／Ｌ≦１、ｎ＝４００セル以下、ｄ＝２〜４ｍｍとした。しかし、これに限らず、後段触媒２２の仕様はエンジン３の出力性能等に合わせて適宜変更してもよい。

・前段触媒２１とケース２３との間に介挿される防護シート２６ａには、アルミナ−シリカ系シートを採用してもよく、後段触媒２２とケース２３との間に介挿される防護シート２６ｂには、アルミナ系シートと熱膨張性シートとが重層された複合シートを採用してもよい。

本実施形態の排気装置が適用される車両とそのエンジン、及び同エンジンの排気系各部を示す概略図。 本実施形態の触媒コンバータの概略図。 （ａ）（ｂ）本実施形態の触媒の構成を概略的に示す模式図。 別例の排気装置の概略図。 別例の排気装置の概略図。 別例の排気装置の概略図。 別例の排気装置の概略図。

符号の説明

１，３１，３３，４１，４５…排気装置、２…車両、３，４６…エンジン、５，４２，４３…触媒コンバータ、６…車室、７…エンジンルーム、８…ダッシュパネル、１０，３２，３４ａ，３４ｂ…マフラ、１１…座席、１１ａ…前部座席、１１ｂ…後部座席、１２，１２ａ，１２ｂ…座部、１３…フロアパネル、１４，１４ａ，１４ｂ…収容凹部。

Claims (2)

1. エンジンルーム内及びフロアパネル下方に設けられた排気管の途中に触媒コンバータ及びマフラを備えたエンジンの排気装置であって、
   前記フロアパネルを座席の座部下方において上方に向かって膨出させ、該膨出により形成される収容凹部内に前記マフラを設けるとともに、前記触媒コンバータを前記エンジンルームと車室とを区画するダッシュパネルよりも前方に設けること、
   を特徴とするエンジンの排気装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの排気装置において、前記マフラは前部座席下方のみに設けられること、を特徴とするエンジンの排気装置。

Images