JP2018076853A - Exhaust system structure for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、内燃機関の排気系構造に関する。 The present disclosure relates to an exhaust system structure of an internal combustion engine.
従来、内燃機関の排気系に設けられ、内燃機関から排出される排気ガス中の一酸化炭素および未燃焼炭化水素等を除去する触媒を備えた排気浄化装置が知られている。排気浄化装置の触媒を有効に活用するためには、排気ガスを触媒の上流端に均等に流入させることが望まれる。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an exhaust purification device that is provided in an exhaust system of an internal combustion engine and includes a catalyst that removes carbon monoxide, unburned hydrocarbons, and the like in exhaust gas discharged from the internal combustion engine. In order to effectively use the catalyst of the exhaust gas purification device, it is desired that the exhaust gas be allowed to uniformly flow into the upstream end of the catalyst.
特許文献1には、排気ガス導管に真っ直ぐな管が設けられ、真っ直ぐな管の軸に対して触媒の上流側端面を傾斜させるとともに、排気ガス導管に、排気ガスを触媒の上流端に均等に流入するための変向手段が設けられた排気浄化装置が開示されている。
In
また、特許文献2には、排気ガス流入管の軸に対して触媒の上流側端面を傾斜させるとともに、触媒と排気ガス流入管を接続するコーンに、排気ガスを触媒の上流端に均等に流入するための湾曲膨出部が設けられた排気浄化装置が開示されている。
Further, in
しかしながら、特許文献1に記載された触媒の上流側端面における排気ガスの流速分布は、中央部の位置、変向手段側の位置、および、その反対側の位置でそれぞれ高くなるが、それ以外の位置で低くなり、触媒を有効に活用することができないという問題があった。
However, the flow velocity distribution of the exhaust gas on the upstream end face of the catalyst described in
同じく、特許文献2に記載された触媒の上流側端面においても、排気ガスの流速分布の低い場所が存在するため、触媒を有効に活用することができないという問題があった。
Similarly, the upstream end face of the catalyst described in
本開示の目的は、排気浄化部を有効に活用することが可能な排気系構造を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide an exhaust system structure capable of effectively utilizing an exhaust purification unit.
本開示の内燃機関の排気系構造は、
内燃機関からの排気ガスが直線方向に沿って流れるように設けられる排気通路と、
前記直線方向に対して傾斜する軸を有し、前記排気通路からの前記排気ガスを浄化する排気浄化部と、
を備え、
前記排気浄化部における排気ガス流れ方向の上流側端面は、前記排気通路の横断面形状を前記直線方向に投影可能な面であって、前記上流側端面に投影される前記横断面形状の像と同じ形状を有する。
The exhaust system structure of the internal combustion engine of the present disclosure is:
An exhaust passage provided such that exhaust gas from the internal combustion engine flows along a linear direction;
An exhaust purification unit that has an axis inclined with respect to the linear direction and purifies the exhaust gas from the exhaust passage;
With
The upstream end surface in the exhaust gas flow direction in the exhaust purification unit is a surface capable of projecting the cross-sectional shape of the exhaust passage in the linear direction, and the image of the cross-sectional shape projected on the upstream end surface Have the same shape.
本開示の内燃機関の排気系構造によれば、排気浄化部を有効に活用することができる。 According to the exhaust system structure of the internal combustion engine of the present disclosure, the exhaust purification unit can be effectively used.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は一例であり、本発明はこの実施形態により限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, embodiment described below is an example and this invention is not limited by this embodiment.
図1は、本発明に係る排気系を示す概略図である。なお、図1及び図2には、X軸、Y軸及びZ軸が描かれている。以下の説明では、図1における左右方向をX方向又は車両前後方向といい、右方向を「+X方向」又は「車両前側」、左方向を「−X方向」又は「車両後側」という。また、図1における上下方向をY方向又は車両上下方向といい、上方向を「+Y方向」又は「車両上側」、下方向を「−Y方向」又は「車両下側」という。さらに、図1において紙面に垂直な方向をZ方向又は車両幅方向といい、手前方向を「+Z方向」又は「車両右側」、奥方向を「−Z方向」又は「車両左側」という。また、排気通路を流れる排気ガスの流れ方向における上流側及び下流側を、単に「上流側」及び「下流側」という。 FIG. 1 is a schematic view showing an exhaust system according to the present invention. 1 and 2, the X axis, the Y axis, and the Z axis are drawn. In the following description, the left-right direction in FIG. 1 is referred to as the X direction or the vehicle front-rear direction, the right direction is referred to as “+ X direction” or “vehicle front side”, and the left direction is referred to as “−X direction” or “vehicle rear side”. Further, the vertical direction in FIG. 1 is referred to as the Y direction or the vehicle vertical direction, the upward direction is referred to as “+ Y direction” or “vehicle upper side”, and the downward direction is referred to as “−Y direction” or “vehicle lower side”. Further, in FIG. 1, a direction perpendicular to the paper surface is referred to as a Z direction or a vehicle width direction, a front direction is referred to as “+ Z direction” or “vehicle right side”, and a back direction is referred to as “−Z direction” or “vehicle left side”. Further, the upstream side and the downstream side in the flow direction of the exhaust gas flowing through the exhaust passage are simply referred to as “upstream side” and “downstream side”.
排気系1は、図1に示すように、エンジン2の車両右側に設けられた排気マニホールド3と、排気マニホールド3の集合部に連結されたターボ過給機4と、ターボ過給機4から延びる上流側排気通路5、後処理装置6、及び下流側排気通路7と、を備える。なお、本実施形態の場合、前記各部材を、エンジン2の車両右側に配置している。ただし、車両幅方向に関して、前記各部材のエンジン2に対する配置は、図示の構造に限定されるものではない。
As shown in FIG. 1, the
ターボ過給機4の排気ガス出口4aの方向、大きさ及び形状は、後処理装置6の形状、大きさ及び設置場所などに基づいて総合的に定められる。ここでは、排気ガス出口4aの方向は−X方向である。排気ガス出口4aの形状は一般的な円形状である。後処理装置6の設置場所は、ターボ過給機4の−X方向の位置に設定される。
The direction, size and shape of the
上流側排気通路5は、中空管状の直線管8の内部空間により構成されている。直線管8は、内部空間に上流側開口部から流入した排気ガスを、直線管8の延在方向(つまり、軸8a(図2参照)の方向)に沿って直線的に流通させて、下流側開口部から流出させる流路としての機能を有している。なお、本構成例の場合、軸8aは、直線管8の中心軸に相当する。
The
直線管8の上流側端部は、排気ガス出口4aに接続されている。一方、直線管8の下流側端部は、後処理装置6のケース10(後述する)の上流側端部に固定されている。直線管8の延在方向(つまり、軸8aの方向)、長さ及び中空断面形状は、排気ガス出口4aの方向、後処理装置6におけるDOC11(後述する)の位置などに基づいて総合的に定められる。
The upstream end of the
なお、直線管8の中空断面形状とは、直線管8の内周面により画成される内部空間の横断面形状(軸8aに直交する仮想平面に関する断面形状)をいう。換言すれば、直線管8の中空断面形状は、軸8aに直交する仮想平面に関する直線管8の内周面の断面形状と一致する。
Note that the hollow cross-sectional shape of the
直線管8の延在方向は、例えば、DOC11の位置などに基づいて3次元的に傾けられる。ここでは、説明をわかりやすくするために、直線管8は、図1に示すように、排気ガス出口4aと同じ−X方向に直線状に延ばされる。また、直線管8の中空断面形状は、排気ガス出口4aの形状と同じ円形状である。
The extending direction of the
直線管8の延在方向および中空断面形状を排気ガス出口4aと同じ方向および形状とした理由は、ターボ過給機4から直線管8に流入した排気ガスの流速を、直線管8でなるべく低下させずに、高い状態に維持しつつDOC11に流出させるためである。また、直線管8の長さは、ターボ過給機4とDOC11との間の放熱を防止するために、また、排気ガスの流速の低下を抑えるために、なるべく短いことが望ましい。
The reason why the extending direction and the hollow cross-sectional shape of the
直線管8の下流側端部8bには、後処理装置6が接続されている。なお、直線管8の下流側端部8bと後処理装置6とを接続する構造の詳細については後述する。
A
後処理装置6は、図1に示すように、円管状のケース10に、排気ガスを浄化するための酸化触媒(DOC)11(本発明の「排気浄化部」に対応)及びディーゼルパティキュレートフィルター(DPF)12が収容されてなる。なお、図1では、DOC11等を保持するための後述する無機質マット13(図2参照)およびケース10の板厚を省略して示している。
As shown in FIG. 1, the
DOC11およびDPF12は、無機質マット13でケース10に保持される(図2参照)。DOC11は軸11aを有する柱状に形成される。なお、本実施形態の場合、軸11aは、DOC11の中心軸に相当する。軸11aは、DOC11の上流側端面11bの面直方向に延在する。つまり、DOC11の横断面形状(軸11aに直交する仮想平面に関する断面形状)は、上流側端面11bと同じ形状となる。
The
同じく、DPF12は、軸12aを有する柱状に形成される。なお、本実施形態の場合、軸12aは、DPF12の中心軸に相当する。軸12aは、DPF12の上流側端面12bの面直方向に延在する。つまり、DPF12の横断面形状(軸12aに直交する仮想平面に関する断面形状)は上流側端面12bと同じ形状となる。
Similarly, the
後処理装置6の設置場所は、前述したように、ターボ過給機4の−X方向の位置に定められている。ここで、DOC11およびDPF12は、設置場所を有効に利用するために、−X方向に直線的に配置されるのではなく、各軸11a,12aをX方向、Y方向およびZ方向に対して3次元的に傾けるように配置される。各軸11a,12aの傾きについての詳細は後述する。
As described above, the installation location of the
DOC11は、担体としての例えばアルミナに、酸化触媒としての例えば白金、酸化イリジウムまたは酸化コバルトが担持されている。DOC11は、排気ガス中に含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物などの未燃焼ガスを酸化する機能を有する。なお、DOC11の基本的構造及び機能については、従来から知られているDOCと同様であるため、詳しい説明は省略する。
In DOC11, for example, platinum, iridium oxide or cobalt oxide as an oxidation catalyst is supported on alumina as a carrier. The
DPF12は、多孔質セラミックスの隔壁で区画された格子状の排気流路を形成する多数のセルを排気ガスの流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して構成されている。DPF12は、排気ガス中に含まれる粒子状物質(PM)を捕集する機能を有する。なお、DPF12の基本的構造及び機能については、従来から知られているDPFと同様であるため、詳しい説明は省略する。
The
後処理装置6の下流側の端部には、下流側排気通路7が接続されている。後処理装置6で浄化された排気ガスは、下流側排気通路7を通って外部に導出される。下流側排気通路7における下流側は、−X方向へ直線状に延びており、排気ガスは、下流側排気通路7の後端から、車両後方へ向けて導出される。
A
次に、直線管8の下流側端部8bと後処理装置6とを接続する構造の詳細について図1および図2を参照して説明する。図2は、図1の部分拡大図である。図2に、軸8a方向から見た排気ガス出口4aの形状(すなわち、直線管8の中空断面形状)としての円Cと、軸11a方向から見た上流側端面11bの形状としての楕円Eとを示す。また、図2に、直線管8およびDOC11における排気ガスの流れを破線で示す。
Next, details of a structure for connecting the
直線管8の軸8aの方向は、上述するように−X方向である。DOC11の軸11aは、−X方向の軸8aに対して3次元的に傾けられる。ここでは、説明をわかりやすくするために、図2に示すように、軸11aは、−X方向の軸8aに対してZ軸回り(反時計回り)に所定角度αで傾けられる。つまり、DOC11の上流側端面11bは、軸8aに対してZ軸回り(時計回り)に所定角度(π/2−α)で傾けられる。
The direction of the axis 8a of the
DOC11の上流側端面11bは、直線管8の中空断面形状(ここでは円C)を直線方向(−X方向)に投影可能な面である。DOC11の上流側端面11bに投影される中空断面形状の像は、楕円Eの長軸と一直線上に位置する長軸を有する楕円(楕円E’)となる。また、図2に示すように、楕円E’における排気ガス出口4a寄りの長軸端は、楕円Eにおける排気ガス出口4a寄りの長軸端と一致している。ここで、「中空断面形状を投影可能な面」とは、中空断面形状の全体を投影可能な面をいい、例えば、面が−X方向(投影方向)から外れて配置されることにより、中空断面形状の一部のみが投影されるような面をいわない。なお、本実施の形態においては、楕円Eおよび楕円E’における短軸同士が一直線上に位置しており、また、短軸端同士が一致しているため、楕円E’が楕円Eと等しい関係にある。
The
すなわち、本実施形の態では、上流側端面11bの車両上下方向における下端は、直線管8の内周の車両上下方向における下端と同じ高さに位置している。なお、軸8aに対する上流側端面11bの傾斜角度は、例えば、DOC11の大きさ、形状およびその配置場所に基づいて定められる。
That is, in the present embodiment, the lower end of the
直線管8の下流側端部8bは、図2に示すように、楕円Eの上流側端面11bの外周縁11cに沿うように形成される。本実施形態では、ケース10の上流側端縁10aに直線管8の下流側端部8bが嵌合され、溶接されることにより、直線管8及びケース10が密閉される。
As shown in FIG. 2, the
図3は、比較例にかかるDOC11の上流側端面11bを示す図である。図3に上流側端面11bの形状としての楕円E、直線管8の中空断面形状としての円C、および、楕円Eの長軸を直径とする円C’を示す。
FIG. 3 is a view showing the
仮に、上流側端面11b’の形状を円C’とした比較例の場合に、図3に斜線部で示す領域における排気ガスの流速は、楕円Eで示す領域における排気ガスの流速に比較して低下する。排気ガスの流速が低下した分だけ、斜線部の領域における排気浄化能力が低下する。
In the case of the comparative example in which the shape of the
これに対して、本実施形態では、斜線部の領域を削除することにより、上流側端面11bの形状を楕円Eとする。楕円Eの領域は、図2に示すように、直線管8から排気ガスが直線的な流れでかつ高い流速で均一に当たる領域であり、均一に当たった排気ガスがDOC11内に均一に流入するため、DOC11を有効に活用することができる。ここで、均一というときは、本実施形態にかかる上流側端面11bにおける排気ガスの当たり及び流入が、図3に示す比較例にかかる上流側端面11b’における排気ガスの当たり及び流入より均一であるという意味である。
On the other hand, in this embodiment, the shape of the
<本実施形態の効果>
以上のように、本実施形態にかかる内燃機関の排気系構造によれば、DOCの上流側端面11bは、直線管8の中空断面形状が−X方向に投影可能な面であって、上流側端面11bに投影された中空断面形状の像としての楕円Eと同じ形状を有する。これにより、上流側端面11b(楕円Eで示される領域)は、直線管8からの排気ガスが均一に当たる領域となるため、DOC11を有効に活用することができる。
<Effect of this embodiment>
As described above, according to the exhaust system structure of the internal combustion engine according to the present embodiment, the
また、DOC11の上流側端面11bが直線管8の軸8aに対して傾けられる。これにより、排気ガスが直接的にDOC11に流入するため、直線管8からの排気ガスの流れ方向を上流側端面11bの方向へ変更する変向手段を設ける必要がなく、コストを低減することができる。
Further, the
また、DOC11の横断面形状は、上流側端面11bと同じ形状を有する。これにより、DOC11の排気浄化能力を許容範囲内に維持することができる。
Moreover, the cross-sectional shape of DOC11 has the same shape as the
また、ターボ過給機4からの排気ガスが直線管8を通ってDOC11の上流側端面11bへ流れる。これにより、直線管8からの排気ガスが高い流速を維持しつつ、軸8aに沿うように整流されて、DOC11の上流側端面11bに均一にかつ直接的に当たるため、DOC11の排気浄化能力を上げることができる。また、DOC11の排気浄化能力が上がる分だけ、DOC11を小型化することが可能となる。また、DOC11を小型化した分だけ、コストを低減することができる。
Further, the exhaust gas from the turbocharger 4 flows through the
<本実施形態の変形例>
なお、上記実施の形態では、直線管8が車両後側に延ばされたが、本発明はこれに限らず、例えば、後処理装置6の設置場所等に応じて、車両前側に延ばされてもよい。
<Modification of this embodiment>
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、DOC11の軸11aは上流側端面11bの面直方向に延在される。つまり、DOC11の横断面形状と上流側端面11bと同じ形状となる。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、軸11aは上流側端面11bの面直方向に対して傾斜する方向に延在されてもよい。DOC11の軸11aが傾斜する方向に延在されることで、DOC11の横断面形状と上流側端面11bと同じ形状とならない。この場合に、軸11aは、DOC11の排気処理能力を許容範囲に維持するために、DOC11の断面積が直線管8の中空部の断面積より大きい範囲の中で傾斜させることが好ましい。
Moreover, in the said embodiment, the axis |
また、上記実施形態では、DPF12の軸12aは、図2に示すように、DOC11の軸11aに対してZ軸回りに所定角度βで2次元的に傾けられるが、例えば、DPF12の大きさ、形状およびその配置場所等に応じて、軸11aに対して3次元的に傾けられてもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、DPF12の上流側にDOC11を設けたものを説明したが、これに限定されない。DPF12の上流側に、DOC11に代えて、他の触媒としてのリーンNOxトラップ触媒(LNT)、選択接触還元触媒(SCR)等、排気ガスを浄化する様々な触媒を設けるようにしてもよいし、DOC11に加えて、他の触媒を設けるようにしてもよい。この構成に本発明を適用した場合に、LNTの軸は、直線管8の軸8aに対して所定角度で傾けられる。
Moreover, although the said embodiment demonstrated what provided DOC11 in the upstream of DPF12, it is not limited to this. Various catalysts for purifying exhaust gas such as a lean NOx trap catalyst (LNT) and a selective catalytic reduction catalyst (SCR) as other catalysts may be provided on the upstream side of the
本開示の内燃機関の排気系構造は、排気浄化部を有効に活用することが要求される排気ガスの後処理装置として有用である。 The exhaust system structure of the internal combustion engine of the present disclosure is useful as an exhaust gas aftertreatment device that requires effective use of an exhaust purification unit.
1 排気系
2 エンジン
3 排気マニホールド
4 ターボ過給機
4a 排気ガス出口
5 上流側排気通路
6 後処理装置
7 下流側排気通路
8 直線管
8a 軸
8b 下流側端部
10 ケース
11 DOC
11a 軸
11b 上流側端面
12 DPF
12a 軸
12b 上流側端面
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記直線方向に対して傾斜する軸を有し、前記排気通路からの前記排気ガスを浄化する排気浄化部と、
を備え、
前記排気浄化部における排気ガス流れ方向の上流側端面は、前記排気通路の横断面形状を前記直線方向に投影可能な面であって、前記上流側端面に投影される前記横断面形状の像と同じ形状を有する内燃機関の排気系構造。 An exhaust passage provided such that exhaust gas from the internal combustion engine flows along a linear direction;
An exhaust purification unit that has an axis inclined with respect to the linear direction and purifies the exhaust gas from the exhaust passage;
With
The upstream end surface in the exhaust gas flow direction in the exhaust purification unit is a surface capable of projecting the cross-sectional shape of the exhaust passage in the linear direction, and the image of the cross-sectional shape projected on the upstream end surface An exhaust system structure of an internal combustion engine having the same shape.
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