JP4434033B2 - 横置きｖ型エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に対して横向きに配置された横置きＶ型エンジンの排気浄化装置に関する。

特許文献１には、多気筒内燃機関の排気浄化装置に関する技術が開示されている。この排気浄化装置では、各気筒列の排気通路に開閉弁が設けられており且つ各気筒列における開閉弁の上流側同士が連通路によって連通されている。さらに、一方の気筒列の排気通路における開閉弁より下流側に第一の触媒が設けられており、一方の気筒列の排気通路における該第一の触媒より下流側の部分と、他方の気筒列の排気通路における開閉弁より下流側の部分とが合流している。そして、この合流部より下流側の排気通路に第二の触媒が設けられている。

また、特許文献２には、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒を有する排気浄化装置に関する技術が開示されている。この排気浄化装置では、内燃機関のシリンダヘッドに、排気通路に向けて還元剤を噴射する還元剤噴射手段が設けられており、さらに、ＮＯｘ触媒より上流側の排気通路に排気中の還元剤を撹拌する撹拌器が設けられている。
特開平８−１２１１５３号公報 特開２００１−６５３３３号公報 特開平５−８７００２号公報 特開平６−２１２９６６号公報 特開２００１−２８０１２５号公報

内燃機関の排気浄化装置においては、排気通路に設ける排気浄化手段として、排気中のＮＯｘを浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒と称する）や、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭと称する）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する）等が用いられている。

排気浄化手段としてＮＯｘ触媒を用いた場合、該ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘやＳＯｘを還元するために該ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する必要がある。また、排気浄化手段として、酸化機能を有する触媒とフィルタとを組み合わせて用いる場合、酸化機能を有する触媒が、フィルタより上流側に配置されるかもしくはフィルタに担持される。そして、このような場合においても、フィルタに捕集されたＰＭを酸化・除去するために酸化機能を有する触媒に還元剤を供給する必要がある。

上記のような排気浄化手段に還元剤を供給する方法としては、該排気浄化手段より上流側の排気系に還元剤添加弁から還元剤を添加する方法がある。このような方法においては、還元剤添加弁から添加された還元剤を排気中において霧化および拡散させることが重要である。

また、車両に対して横置きに設置された横置きＶ型エンジンが内燃機関として用いられた場合、前方側バンクの排気マニホールドに接続された前方側排気通路が後方に向かって延設される。そして、この前方側排気通路と、後方側バンクの排気マニホールドに接続された後方側排気通路とが、該後方側バンク近傍もしくはそれより後方で互いに接続される。

このような、横置きＶ型エンジンの排気浄化装置では、上記のような排気浄化手段が、前方側排気通路と後方側排気通路との接続部より下流側の排気通路に設けられる場合がある。

本発明は、横置きＶ型エンジンの排気浄化装置において、排気通路に設けられた排気浄化手段に還元剤をより好適に供給することが可能な技術を提供することを課題とする。

本発明では、横置きＶ型エンジンにおいて、後方に向かって延設されている前方側排気通路と後方側排気通路とが、後方側バンク近傍もしくはそれより後方で互いに接続されており、さらに、これらの接続部より下流側の排気通路に排気浄化手段が設けられている。このような場合に、排気浄化手段に還元剤を供給する還元剤添加弁を、前方側バンクの排気マニホールド、または、前方側バンクに属する気筒の排気ポートに設置する。

より詳しくは、本発明に係る横置きＶ型エンジンの排気浄化装置は、
前方側バンクの排気マニホールドに一端が接続され後方に向かって延設されている前方側排気通路の他端と、後方側バンクの排気マニホールドに一端が接続されている後方側排気通路の他端とが、前記後方側バンク近傍もしくはそれより後方で互いに接続されており、さらに、これらの接続部に、他端から排気を放出する主排気通路の一端が接続されている横置きＶ型エンジンの排気浄化装置であって、
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を含んで構成されているか、または、パティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタより上流側に配置されているかもしくは該パティキュレートフィルタに担持されている酸化機能を有する触媒とを含んで構成されている排気浄化手段と、
排気中に還元剤を添加する還元剤添加弁と、を備え、
前記排気浄化手段が前記主排気通路に設けられており、
前記還元剤添加弁が、前記前方側バンクの排気マニホールド、または、前記前方側バンクに属する気筒の排気ポートに設けられている。

本発明では、前方側排気通路が後方に向かって延設されている。つまり、前方側排気通路は後方側バンクの方向に向かって延びている。そして、前方側排気通路の他端と後方側排気通路の他端とが、後方側バンク近傍もしくはそれより後方で互いに接続されている。そのため、前方側排気通路は後方側排気通路よりも長くなっている。

さらに、排気浄化手段は、前方側排気通路と後方側排気通路との接続部より下流側となる主排気通路に設けられている。従って、前方側バンクの排気マニホールド（以下、前方側排気マニホールドと称する）から排気浄化手段までの距離は、後方側バンクの排気マニホールド（以下、後方側排気マニホールドと称する）から排気浄化手段までの距離よりも必然的に長くなる。

そこで、本発明では、還元剤添加弁を、前方側排気マニホールド、または、前方側バンクに属する気筒の排気ポートに設置する。これにより、還元剤添加弁から排気浄化手段までの距離を可及的に長くすることが出来る。その結果、還元剤添加弁から添加された還元剤が、排気浄化手段に到達するまでの間において排気中により拡散されることになる。また、還元剤添加弁から排気浄化手段までの距離がより長くなることで、還元剤が添加されてから該還元剤が排気浄化手段に到達するまでの時間もより長くなる。そのため、還元剤の霧化がより促進されることになる。

つまり、本発明によれば、横置きＶ型エンジンの排気浄化装置において、排気通路に設
けられた排気浄化手段に還元剤をより好適に供給すること出来る。

本発明において、前方側バンクに複数の気筒が設けられおり、且つ、前方側バンクに属する気筒の排気ポートに還元剤添加弁を設ける場合、排気マニホールドにおける前方側排気通路の他端との接続部分に近接した気筒の排気ポートに還元剤添加弁を設けても良い。

このような気筒の排気ポートに還元剤添加弁を設けることで、他の気筒の排気ポートに還元剤添加弁を設けた場合に比べて、該還元剤添加弁から添加された還元剤が前方側排気通路に導入され易くなる。そのため、還元剤添加弁が設けられていない他の気筒へ還元剤が流入するのを抑制することが出来る。

本発明においては、前方側排気通路の少なくとも一部を断熱する断熱手段をさらに備えても良い。

このような構成によれば、前方側排気通路内を流れる排気の温度低下を抑制することが出来る。そのため、前方側排気通路内における還元剤の霧化をより促進することが出来る。また、排気浄化手段の温度を上昇させる際に、より早期に上昇させることも可能となる。

本発明において、ＥＧＲ通路を介して排気の一部を吸気系に導入させるＥＧＲ装置をさらに備えた場合、後方側排気マニホールドにＥＧＲ通路を接続しても良い。

本発明においては、還元剤は、前方側排気マニホールド、または、前方側バンクに属する気筒の排気ポートに添加される。そのため、還元剤が添加されない後方側排気マニホールドにＥＧＲ通路を接続することによって、ＥＧＲガスへの還元剤の混入を抑制することが出来る。

本発明において、ＥＧＲ装置をさらに備えた場合、後方側排気通路の一端部を、後方側排気マニホールドにおける一側方部分に接続すると共に、ＥＧＲ通路を後方側排気マニホールドにおける他側方部分に接続しても良い。

このような構成によれば、後方側排気マニホールドにおけるＥＧＲ通路の接続位置を、後方側排気通路との接続位置から可及的に離れた位置とすることが出来る。その結果、還元剤が後方側排気通路を介して後方側排気マニホールドに流入した場合であっても、ＥＧＲガスへの還元剤の混入を抑制することが出来る。

本発明によれば、横置きＶ型エンジンの排気浄化装置において、排気通路に設けられた排気浄化手段に還元剤をより好適に供給することが出来る。

以下、本発明に係る横置きＶ型エンジンの排気浄化装置の具体的な実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は、車両２のエンジンルーム３内に車両２に対して横置きに設置された横置きＶ型６気筒ディーゼルエンジンである。ここでは、内燃機関１において、車両２の前方側のバンク５ａを前方側バンク５ａとし、車両２の後方側のバンク５ｂを後方側バンク５ｂとする。前方側バンク５ａおよび後方側バンク５ｂにはそれぞれ３つの気筒４が設けられている。尚
、図１においては、その上方を車両２の前方方向とする。

内燃機関１における前方側バンク５ａの前側には、前方側排気マニホールド９ａが接続されており、該前方側バンク５ａの後側には、前方側吸気マニホールド８ａが接続されている。また、内燃機関１における後方側バンク５ｂの前側には、後方側吸気マニホールド８ｂが接続されており、該後方側バンク５ｂの後側には、後方側排気マニホールド９ｂが接続されている。つまり、前方側バンク５ａおよび後方側バンク５ｂによって形成されるＶ字の内側に前方側および後方側吸気マニホールド８ａ、８ｂが配置され、そのＶ字の外側に前方側および後方側排気マニホールド９ａ、９ｂが配置されている。

前方側吸気マニホールド８ａには前方側バンク５ａに属する各気筒４の吸気ポート６が接続されており、前方側排気マニホールド９ａには前方側バンク５ａに属する各気筒４の排気ポート７が接続されている。また、後方側吸気マニホールド８ｂには後方側バンク５ｂに属する各気筒４の吸気ポート６が接続されており、後方側排気マニホールド９ｂには後方側バンク５ｂに属する各気筒４の排気ポート７が接続されている。

前方側吸気マニホールド８ａの右側端部には、前方側吸気通路１０ａの一端が接続されている。また、後方側吸気マニホールド８ｂの右側端部には、後方側吸気通路１０ｂの一端が接続されている。

前方側吸気通路１０の他端と後方側吸気通路１０ｂの他端とが、内燃機関１の右側側方で互いに接続されている。さらに、これらの接続部に、他端から吸気が吸入される主吸気通路１０ｃの一端が接続されている。

また、前方側排気マニホールド９ａの左側端部には、前方側排気通路１１ａの一端が接続されている。この前方側排気通路１１ａは後方に向かって延設されている。つまり、前方側排気通路１１ａは後方側バンク５ｂの方向に向かって延びている。

また、前方側排気通路１１ａの一部は、外管１９に囲われた二重管構造となっている。図２は、前方側排気通路１１ａにおける二重管構造となっている部分の断面を示す図である。外管１９は、その内壁面と前方側排気通路１１ａの外壁面との間に空間を空けて設けられている。そのため、前方側排気通路１１ａの外壁面と外管１９の内壁面との間に空気層２０（図２の斜線部分）が形成されている。つまり、この二重管構造となっている部分は、空気層２０によって断熱される断熱構造となっている。

一方、後方側排気マニホールド９ｂの左側端部には、後方側排気通路１１ｂの一端が接続されている。そして、後方側バンク５ｂに向かって延びている前方側排気通路１１ａの他端と後方側排気通路１１ｂの他端とが、内燃機関１の左側側方であって、後方側バンク５ｂの後方且つ該後方側バンク５ｂの近傍で、互いに接続されている。さらに、これらの接続部に、他端から排気が放出される主排気通路１１ｃの一端が接続されている。

主排気通路１１ｃには、ターボチャージャーのタービン１２が設けられている。さらに、該タービン１２より下流側の主排気通路１１ｃには触媒コンバータ１３が設けられている。該触媒コンバータ１３内にはＮＯｘ触媒１４が設置されている。このＮＯｘ触媒１４は、周囲雰囲気が酸化雰囲気のときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、周囲雰囲気が還元雰囲気であり且つその温度がＮＯｘ還元可能温度以上のときは吸蔵されたＮＯｘを還元する触媒である。

また、還元剤として燃料を排気中に添加する燃料添加弁１８が、前方側排気マニホールド９ａにおける前方側排気通路１１ａとの接続部近傍に設置されている。この燃料添加弁
１８は、前方側排気通路１１ａに向けて燃料が添加されるように設けられている。

さらに、内燃機関１には、排気の一部を吸気系に導入するためのＥＧＲ装置１５が設けられている。このＥＧＲ装置１５は、ＥＧＲ通路１６およびＥＧＲ弁１７によって構成されている。

ＥＧＲ通路１６の一端は、後方側排気マニホールド９ｂにおける右側端部に接続されている。つまり、後方側排気マニホールド９ｂにおける、後方側排気通路１１ｂとの接続部分の反対側の端部に、ＥＧＲ通路１６が接続されている。そして、該ＥＧＲ通路１６の他端部は、主吸気通路１０ｃに接続されている。該ＥＧＲ通路１６の途中には、該ＥＧＲ通路１６を流れるＥＧＲガスの量を調整するＥＧＲ弁１７が設けられている。

以上述べたように構成された内燃機関１には、この内燃機関１を制御するためのＥＣＵ（図示なし）が併設されている。そして、燃料添加弁１８およびＥＧＲ弁１７は該ＥＣＵに電気的に接続されており、該ＥＣＵによって制御される。

例えば、本実施例では、ＮＯｘ触媒１４に吸蔵されたＮＯｘを還元させる場合、および、ＮＯｘ触媒１４に吸蔵されたＳＯｘを還元させる場合に、該ＮＯｘ触媒１４に燃料を供給すべく燃料添加弁１８から燃料が添加される。

上記のように、本実施例においては、前方側排気通路１１ａは後方に向かって延設されており、該前方側排気通路１１ａと後方側排気通路１１ｂとは、後方側バンク５ｂより後方且つ後方側バンク５ｂ近傍で互いに接続されている。そのため、前方側排気通路１１ａは後方側排気通路１１ｂよりも長くなっている。

さらに、ＮＯｘ触媒１４は、前方側排気通路１１ａと後方側排気通路１１ｂとの接続部より下流側となる主排気通路１１ｃに設けられている。従って、前方側排気マニホールド９ａからＮＯｘ触媒１４までの距離は、後方側排気マニホールド９ｂからＮＯｘ触媒１４までの距離よりも必然的に長くなる。

そして、燃料添加弁１８が前方側排気マニホールド９ａに設置されている。これにより、燃料添加弁１８からＮＯｘ触媒１４までの距離を可及的に長くすることが出来る。その結果、燃料添加弁１８から添加された燃料が、ＮＯｘ触媒１４に到達するまでの間において排気中により拡散されることになる。また、燃料添加弁１８からＮＯｘ触媒１４までの距離がより長くなることで、燃料が添加されてから該燃料がＮＯｘ触媒１４に到達するまでの時間もより長くなる。そのため、燃料の霧化がより促進されることになる。

つまり、本実施例によれば、横置きＶ型エンジンにおいて、主排気通路１１ｃに設けられたＮＯｘ触媒１４に還元剤である燃料をより好適に供給することが出来る。その結果、ＮＯｘ触媒１４に吸蔵されたＮＯｘやＳＯｘをより効率的に還元することが可能となる。また、前方側排気通路１１ａへの燃料の付着も抑制することが出来る。これらにより、燃費を向上させることが出来、また、排気エミッションの悪化を抑制することが出来る。

また、本実施例によれば、燃料添加弁１８からターボチャージャーのタービン１２までの距離も必然的により長くなる。そのため、燃料添加弁１８から添加された燃料がタービン１２に到達するまでの間により拡散および霧化されることになる。そのため、該タービン１２への燃料の付着も抑制することが出来る。

また、本実施例においては、燃料添加弁１８が、前方側排気マニホールド９ａにおける前方側排気通路１１ａの接続部分近傍に、前方側排気通路１１ａに向けて燃料が添加され
るように設けられている。

これにより、燃料添加弁１８から添加された燃料が前方側排気通路１１ａに導入され易くなる。そのため、前方側バンク５ａに属する気筒４内へ排気ポート７を介して燃料が流入するのを抑制することが出来る。

また、本実施例によれば、前方側排気通路１１ａの一部が二重管構造とされることで断熱構造となっている。これにより、前方側排気通路１１ａ内を流れる排気の温度低下を抑制することが出来る。そのため、前方側排気通路１１ａ内における還元剤の霧化をより促進することが出来る。また、ＮＯｘ触媒１４の温度を上昇させる際に、より早期に上昇させることも可能となる。

尚、前方側排気通路１１ａと後方側排気通路１１ｂとの接続部分より下流側、即ち、主排気通路１１ｃでは、後方側排気通路１１ｂを介して新たに排気が導入されるため、前方側排気通路１１ａに比べて排気温度が低下し難い。そのため、前方側排気通路１１ａでの排気の温度低下を抑制することがより重要である。また、二重管構造とする代わりに、前方側排気通路１１ａの少なくとも一部を断熱材で覆った構造としても良い。

また、本実施例によれば、ＥＧＲ通路１６が、燃料添加弁１８が設けられていない後方側排気マニホールド９ｂに接続されている。そのため、燃料添加弁１８から添加された燃料がＥＧＲガスへ混入するのを抑制することが出来る。

さらに、本実施例によれば、後方側排気マニホールド９ｂにおける、後方側排気通路１１ｂとの接続部分の反対側の端部に、ＥＧＲ通路１６が接続されている。これにより、後方側排気マニホールド９ｂにおけるＥＧＲ通路１６の接続位置を、後方側排気通路１１ｂとの接続位置から可及的に離れた位置とすることが出来る。その結果、燃料添加弁１８から添加された燃料が後方側排気通路１１ｂを介して後方側排気マニホールド９ｂに流入した場合であっても、ＥＧＲガスへの燃料の混入をより抑制することが出来る。

尚、本実施例においては、前方側バンク５ａに属するいずれかの気筒４の排気ポート７に燃料添加弁１８を設けても良い。このような構成であっても、燃料添加弁１８からＮＯｘ触媒１４までの距離を可及的に長くすることが出来る。

また、この場合、前方側排気マニホールド９ａにおける前方側排気通路１１ａの接続部分に近傍した気筒４の排気ポート７に燃料添加弁１８を設けても良い。燃料添加弁１８をこのような位置に設置することで、他の気筒４の排気ポート７に燃料添加弁１８を設けた場合に比べて、該燃料添加弁１８から添加された燃料が前方側排気通路１１ａに導入され易くなる。そのため、燃料添加弁１８が設けられていない他の気筒４へ燃料が流入するのを抑制することが出来る。

また、上記のように、排気ポート７に燃料添加弁１８を設置する場合は、前方側排気マニホールド９ａに向かって燃料が添加されるように燃料添加弁１８を設けるのが好ましい。

また、本実施例においては、ＮＯｘ触媒１４または酸化触媒を担持したフィルタを触媒コンバータ１３内に設置しても良い。また、図３に示すように、触媒コンバータ１３内に、ＮＯｘ触媒１４とフィルタ２１との両方を別々に設置しても良い。この場合、排気の流れに沿って上流側にＮＯｘ触媒１４が配置され、下流側にフィルタ２１が設置される。尚、図３の矢印は排気の流れる方向を表している。また、図３に示すような構成とした場合、ＮＯｘ触媒１４の代わりに酸化触媒を設置しても良い。

このように、触媒コンバータ１３内にフィルタが設けられている場合は、該フィルタに捕集されたＰＭを酸化・除去する場合にも、ＮＯｘ触媒１４または酸化触媒に燃料を供給すべく燃料添加弁１８から燃料が添加される。

この場合、本実施例によれば、ＮＯｘ触媒１４または酸化触媒に還元剤である燃料をより好適に供給することが出来るため、フィルタに捕集されたＰＭをより効率よく酸化・除去することが出来る。

本発明の実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図。 本発明の実施例に係る前方側排気通路における二重管構造となっている部分の断面を示す図。 本発明の実施例において、触媒コンバータ内にＮＯｘ触媒とフィルタとの両方を設けた場合の両者の配置を示す図。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・車両
３・・・エンジンルーム
４・・・気筒
５ａ・・前方側バンク
５ｂ・・後方側バンク
６・・・吸気ポート
７・・・排気ポート
８ａ・・前方側吸気マニホールド
８ｂ・・後方側吸気マニホールド
９ａ・・前方側排気マニホールド
９ｂ・・後方側排気マニホールド
１０ａ・・前方側吸気通路
１０ｂ・・後方側吸気通路
１０ｃ・・主吸気通路
１１ａ・・前方側排気通路
１１ｂ・・後方側排気通路
１１ｃ・・主排気通路
１２・・タービン
１３・・触媒コンバータ
１４・・ＮＯｘ触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）
１５・・ＥＧＲ装置
１６・・ＥＧＲ通路
１７・・ＥＧＲ弁
１８・・燃料添加弁
１９・・外管
２０・・空気層
２１・・フィルタ（パティキュレートフィルタ）

Claims (5)

1. 前方側バンクの排気マニホールドに一端が接続され後方に向かって延設されている前方側排気通路の他端と、後方側バンクの排気マニホールドに一端が接続されている後方側排気通路の他端とが、前記後方側バンク近傍もしくはそれより後方で互いに接続されており、さらに、これらの接続部に、他端から排気を放出する主排気通路の一端が接続されている横置きＶ型エンジンの排気浄化装置であって、
   吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を含んで構成されているか、または、パティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタより上流側に配置されているかもしくは該パティキュレートフィルタに担持されている酸化機能を有する触媒とを含んで構成されている排気浄化手段と、
   排気中に還元剤を添加する還元剤添加弁と、を備え、
   前記排気浄化手段が前記主排気通路に設けられており、
   前記還元剤添加弁が、前記前方側バンクの排気マニホールド、または、前記前方側バンクに属する気筒の排気ポートに設けられていることを特徴とする横置きＶ型エンジンの排気浄化装置。
2. 前記前方側バンクに複数の気筒が設けられており、
   前記還元剤添加弁が、前記前方側バンクに属する気筒のうち、前記排気マニホールドにおける前記前方側排気通路の他端との接続部分に近接した気筒の排気ポートに設けられていることを特徴とする請求項１記載の横置きＶ型エンジンの排気浄化装置。
3. 前記前方側排気通路の少なくとも一部を断熱する断熱手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２記載の横置きＶ型エンジンの排気浄化装置。
4. ＥＧＲ通路を介して排気の一部を吸気系に導入させるＥＧＲ装置をさらに備え、
   前記後方側バンクの排気マニホールドに前記ＥＧＲ通路が接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の横置きＶ型エンジンの排気浄化装置。
5. 前記後方側バンクの排気マニホールドにおける一側方部分に前記後方側排気通路の一端部が接続されており、前記後方側バンクの排気マニホールドにおける他側方部分に前記ＥＧＲ通路が接続されていることを特徴とする請求項４記載の横置きＶ型エンジンの排気浄化装置。

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