JP4546871B2 - 車載エンジンの排気系構造 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジンなどから排出される排気ガスが通気される排気系部材、例えばディーゼル微粒子除去装置（以下、単に「ＤＰＦ」という）に排気圧力取出パイプなどの小径パイプが溶接された車載エンジンの排気系構造に関する。

近年、ディーゼルエンジンの排気系統には、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれるパティキュレート（すすなどの排気微粒子）を捕集するため、例えば触媒機能を有し、かつ上記パティキュレートを捕集するフィルターが設けられたＤＰＦが装備されている。このＤＰＦは、その使用に伴ってフィルターが目詰まりすることから、例えば所定タイミングで排気系統に供給された未燃焼の燃料をこのＤＰＦで燃焼させることにより再生されるのが一般的である。このＤＰＦを再生する所定のタイミングは、通常、ＤＰＦにおけるフィルターの上流側や下流側の排気圧力を検出し、この検出された各圧力の圧力差、或いは上記フィルターの上流側の排気圧力と大気圧との圧力差に基づいて定められるている。

そして、このような排気系統には、上記排気圧力を検出するため、例えば特許文献１に開示されているように、このＤＰＦの上流側に位置する排気管などの排気系部材の所定部分にその内部と連通する小径の圧力取出パイプが接合されるとともに、この圧力取出パイプによって取り出された圧力を読み取る圧力センサが設けられることが多い。この圧力取出パイプと排気管などの排気系部材とは、通常、排気系部材に設けられた内部連通孔に圧力取出パイプが差し込まれ、この状態で溶接されることによって気密に接合されることが多く、これにより両者が強固に取り付けられるものとなされている。
特開２００３−４２８８５号公報

ところで、上記圧力取出パイプは、排気管などの被接合部材に比べて小径でしかも薄肉に形成されていることが多い。このため、この圧力取出パイプを被接合部材と溶接する際に、この溶接熱によってその内周面が膨出して、いわゆる裏ビードが発生することがある。このような裏ビードが発生すると、圧力取出パイプ内部の通気路が閉塞されたり、狭められたりして適正に圧力を検出することができない等、排気系構造において所望の性能を確保できないという問題があった。

特に、特許文献１記載の構造において、溶接によって圧力取出パイプを接続すると、その熱容量が被接合部材の熱容量に比べて極端に小さいことから、上記問題が顕著に表れることになる。

ここで、このような排気系構造において所望の性能を確保するために、上記溶接に代えて、軸線方向に沿った通気路を有し周囲に雄ねじが刻設されたテーパー状の雄ねじボス部を排気系部材に立設し、この雄ねじボス部に圧力取出パイプを挿入して上記雄ねじにナットを螺着することにより両者を気密状態に圧着することも行われている。しかしながら、このような接合構造を採用すると、両者を気密状態に接合するためには精密な加工を要し、また精度の高い部品が増えて製造コストの増大を招くことになる。

本発明は、上記事情に鑑み、製造コストを極力抑えつつ、通気性を確保して所望の性能を最大限に発揮できる車載エンジンの排気系構造を提供することを目的とする。

本発明に係る車載エンジンの排気系構造は、エンジンから排出される排気ガスが通気される排気系部材に取付ボス部材が固定され、この取付ボス部材を介して当該排気系部材に小径パイプが通気可能な状態で溶接により連結される車載エンジンの排気系構造であって、上記取付ボス部材は、その内径が略一定に保たれた状態でその外径が先端から所定の長さに亘って漸次拡径され上記小径パイプの一端部に内嵌される差込受部が設けられるとともに、この差込受部の基端部側に上記小径パイプの一端が当接される位置決め部が設けられ、上記小径パイプは、その一端部に上記差込受部に沿って拡開された拡開取付部を有し、その一端が上記位置決め部に当接された状態でこの拡開取付部の一端部で上記差込受部に溶接材を用いて溶接されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、別部材からなる取付ボス部材を介して小径パイプが排気系部材に間接的に溶接されるので、排気系部材を容易に加工することができ、製造コストを抑制することができる。しかも、例えば小径パイプの熱容量と排気系部材の熱容量との間の熱容量を有する取付ボス部材を選択すると、排気系部材と取付ボス部材、および取付ボス部材と小径パイプとが各々適度に溶融して確実且つ強固に溶接され、これにより小径パイプと排気系部材との接合強度を向上させることができる。

また、小径パイプは、その拡開取付部が取付ボス部材の差込受部に外嵌された状態でこの拡開取付部の一端部において上記差込受部に溶接されているので、差込受部が裏当て材としての機能を果たし、溶接熱による小径パイプの内周面の膨出を防止することができる。しかも、差込受部は漸次拡径されてその基端部では十分な肉厚を有し、また溶接材を用いて溶接されることから、取付ボス部材の内周面が溶接熱によって膨出することも確実に防止することができる。このため、排気系部材から小径パイプに至る通気路を閉塞したり、狭めたりすることを確実に防止することができ、これにより排気系構造における所望の性能を最大限に発揮させることができる。ここで、取付ボス部材には位置決め部が設けられているので、差込受部がその機能を十分に果たすことができる位置にまで小径パイプを取付ボス部材に確実に外嵌することができ、この状態で溶接されていることから上記作用効果を確実かつ十分に引き出すことができる。

さらに、取付ボス部材の差込受部が小径パイプの拡開取付部に内嵌された状態で溶接されているので、両者の接合面を拡大させてさらなる接合強度を得ることができる。そして、このように接合強度が向上されているので、車両の振動等にも拘わらず耐久性を向上させることができる。

なお、上記小径パイプの拡開取付部は、予め拡開されているものであってもよいし、差込受部に小径パイプが外嵌される際に差込受部によって拡開されるものであってもよい。

ここで、上記位置決め部の具体的構成は特に限定されるものではなく、例えば取付ボス部材の周面に突設された一個ないしは複数個の膨出部等であってもよいが、上記位置決め部は、取付ボス部材の外径が段状に拡径されて形成された環状受面部として構成され、この環状受面部の外径は上記小径パイプの拡開取付部の外径よりも大きく形成されているのが好ましい（請求項２）。

このように構成すれば、環状に形成された環状受面部によって確実に小径パイプの位置決めがなされるとともに、小径パイプの拡開取付部の外径よりも大きく形成されたこの環状受面部が溶接材の接合面としての機能を果たして小径パイプと排気系部材との接合強度をさらに向上させることができる。

この発明において、上記排気系部材および小径パイプの具体的構成や用途等は特に限定されるものではないが、例えば上記排気系部材はディーゼルエンジンからの排気ガスに含まれる微粒子を除去するフィルターを含むディーゼル微粒子除去装置であり、上記小径パイプはこのディーゼル微粒子除去装置のフィルターの上流部および下流部の少なくとも上流部に接続され当該部分を流通する排気圧力を検出するための圧力取出パイプである場合に好ましく適用することができる（請求項３）。

すなわち、ディーゼルエンジンのディーゼル微粒子除去装置には小径の圧力取出パイプが接合されることが多く、これらを含む排気系構造についてこの発明を適用すれば、フィルターの少なくとも上流部の圧力を上記圧力取出パイプから適正に取り出すことができ、これにより圧力測定精度を向上させることができる。

この場合、上記ディーゼル微粒子除去装置はその本体部の少なくとも一部を覆う断熱カバーが設けられ、上記圧力取出パイプはその他端が可撓性ホースを介して圧力センサに接続されるとともにその中間部の所定部分が上記断熱カバーに取り付けられているのが好ましい（請求項４）。

このように構成すれば、小径の圧力取出パイプを通じて伝達される振動等をその中間部の取付部分で抑えることができ、圧力取出パイプとディーゼル微粒子除去装置との接合部分を振動等から保護することができ、これにより耐久性を向上させることができる。

このように断熱カバーが設けられている場合には、上記取付ボス部材は、その先端が上記断熱カバーよりも外側に突出しているのが好ましい（請求項５）。

このように構成すれば、断熱カバーを取り付けた状態で圧力取出パイプを容易かつ適正に取り付けることができ、これにより上記所望の性能を確実に得ることができる車載エンジンの排気系構造を得ることができる。

このように小径パイプに可撓性ホースを取り付けるように構成する場合には、上記ディーゼル微粒子除去装置はフレキシブル継手を含む排気管を介してディーゼルエンジンに接続され、上記圧力取出パイプは排気ガス流の上流側に向かって上記フレキシブル継手の近傍位置にまで配索されているのが好ましい（請求項６）。

このように構成すれば、排気管等の部材を通じてディーゼル微粒子除去装置に伝達される振動もフレキシブル継手によって抑制することができ、このディーゼル微粒子除去装置と圧力取出パイプとの接合部分を振動等から保護することができ、これにより耐久性を向上させることができる。

この発明において、小径パイプの内外径等は特に限定されるものではないが、上記小径パイプは、上記拡開取付部以外の部分の外径が１０ｍｍ以下でその内径が４ｍｍ以上に設定されているのが好ましい（請求項７）。

すなわち、小径パイプの外径が１０ｍｍよりも大きくなると、いわゆる裏ビードによる影響が小さくなるので小径パイプを直接的に排気系部材に溶接しても支障が少なく、またその内径が４．０ｍｍ未満になると通気性が十分に確保することができなくなる虞があるからである。

なお、この発明に係る車載エンジンの排気系構造の形成方法は、エンジンから排出される排気ガスが通気される排気系部材に小径パイプを通気可能に溶接する車載エンジンの排気系構造の形成方法において、内径が略一定に保たれた状態で、その外径が先端から所定の長さに亘って漸次拡径され上記小径パイプの一端部に内嵌される差込受部が設けられるとともに、この差込受部の基端部側に上記小径パイプの一端が当接される位置決め部が設けられた取付ボス部材を、上記排気系部材に設けられた内部連通孔に気密状態に固定するボス固定工程と、この差込受部に沿って拡開された拡開取付部を有する小径パイプの当該拡開取付部をその一端が位置決め部に当接するまで上記差込受部に外嵌するパイプ嵌合工程と、この外嵌された拡開取付部の一端部を溶接材を用いて上記差込受部に溶接する溶接工程とを含むことにより行うことができる。

この発明に係る車載エンジンの排気系構造によれば、製造コストを抑制しつつ、溶接熱による小径パイプの内周面の膨出を確実に防止することができるとともに、取付ボス部材の内周面が溶接熱によって膨出することも確実に防止することができ、これにより排気系部材から小径パイプに至る通気路を閉塞したり、狭めたりすることを確実に防止することができ、このため排気系構造における所望の性能を最大限に発揮させることができるという利点がある。しかも、ここで、位置決め部によって、差込受部がその機能を十分に果たすことができる位置にまで小径パイプが取付ボス部材に外嵌されて両者が溶接されており、上記効果を十分に引き出すことができる。また、両者の接合面を拡大させてさらなる接合強度を得ることができ、車両の振動等にも拘わらず耐久性を向上させることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は、当実施形態に係る排気系統を排気マニホールドおよび排気過給機を省略した状態で示す斜視図である。図２および図３は、排気系統の平面図および側面図である。

当実施形態の排気系統４は、車両前部のエンジンルームに搭載されたディーゼルエンジン３に適用されるものであり、車体前後方向に延設され、当該エンジン３における燃焼の結果発生する排気ガスを車体後方から大気中に放出するものである。具体的には、排気系統４は、ディーゼルエンジン３の複数個（当実施形態では４個）の排気ポート３１に上流分岐端がそれぞれ接続された排気マニホールド５と、この排気マニホールド５の下流合流端に接続された排気過給機６と、この排気過給機６から排出された排気ガスを車体の前部から後部にまで導いて大気中に放出する排気管７とを備え、当実施形態ではこの排気管７にディーゼル微粒子除去装置８（ＤＰＦ８）およびマフラ９が介在している。

排気マニホールド５は、エンジン３の各シリンダ（図示せず）から排出される排気ガスを集め下流の排気過給機６に導く管部材であり、上流側が排気ポート３１に応じて分岐して形成されるとともにこの分岐管を下流側で合流させて排気過給機６に導いている。当実施形態の排気マニホールド５には、図３に示すように、排気ガスの一部を吸気系統に導入させるＥＧＲ通路の上流側通路５１が形成されている。

排気過給機６は、排気流のエネルギーを利用してエンジン３への空気の充填効率を向上させるものである。この排気過給機６は、排気通路に配置されたタービン６１と、このタービン６１と同軸であって吸気通路に配置されたコンプレッサ６２とを備え、排気流でタービン６１を駆動させ、これによりコンプレッサ６２も駆動させて圧縮した空気をエンジン３に吸気するものである。

排気管７は、図１に示すように、排気過給機６（図２参照）からＤＰＦ８にまで延びるフロント管７ａと、ＤＰＦ８からマフラ９にまで延びるセンタ管７ｂと、マフラ９の下流以降のリヤ管（図示せず）とを備え、これらの各管７ａ，７ｂが車体下方において前後方向に延びるように配索されている。

フロント管７ａは、屈曲形成されるとともに後下がりに傾斜して配索され、その上流端がフランジ接合により排気過給機６に接合されているとともに、その下流端が球面ジョイント１０ａによってＤＰＦ８に接合されている。このフロント管７ａは、その構成部材である上記球面ジョイント１０ａと同様の球面ジョイント１０ｂを介して直列接続された第１および第２連結管７１，７２を備えている。

この球面ジョイント１０ａ，１０ｂ（フレキシブル継手の一例に相当）の具体的構成について説明する。なお、排気流の上下流に配置された二つの球面ジョイント１０ａ，１０ｂは、ともに同様の構成を有しているので、ここでは下流側に配置された球面ジョイント１０ｂ（フロント管７ａとＤＰＦ８とを繋ぐ球面ジョイント）について説明する。

球面ジョイント１０ｂは、図４に示すように、第２連結管７２の下流端部に接合された円環状フランジ１０１と、ＤＰＦ８の後述する上流側接続管部８３ｂの上流端に接合された球状フランジ１０２と、これらの円環状フランジ１０１と球状フランジ１０２との間に介在するガスケット１０３と、円環状フランジ１０１と球状フランジ１０２とを弾性的に連結することによりフロント管７ａとＤＰＦ８とを弾性連結する弾性連結部１０７とを備え、円環状フランジ１０１と球状フランジ１０２とがガスケット１０３を介して対向配置され、この状態で両フランジ１０１，１０２が弾性連結部１０７によって連結されることにより曲げ自由度を有するように構成されている。したがって、フロント管７ａは、ＤＰＦ８に対して回転変位可能に構成されている。

具体的には、円環状フランジ１０１は、第２連結管７２の下流端から所定の長さ上流側に位置する部分に、第２連結管７２の径方向外方に向かって突出した状態に接合されている。この結果、第２連結管７２の下流端部は、円環状フランジ１０１から突出した状態となっている。そして、この第２連結管７２の突出端部の周面に上記ガスケット１０３が装着され、このガスケット１０３が球状フランジ１０２の球状受面１０２ａに押し付けられることによりＤＰＦ８に対する第２連結管７２の相対位置に変化があってもフロント管７ａとＤＰＦ８との気密性が確保されるようになっている。なお、このガスケット１０３は、断面視略扇状に形成された環状体であり、各フランジ１０１，１０２に当接する部分がその形状に沿って形成されている。

弾性連結部１０７は、円環状フランジ１０１側からこのフランジ１０１および球状フランジ１０２を貫通するボルト１０４と、このボルト１０４に螺合されるナット１０５と、ボルト１０４に挿通され球状フランジ１０２とナット１０５との間に介在する平座金板１０８と、上記ボルト１０４に挿通され球状フランジ１０２と平座金板１０８との間に介在する弾性材（当実施形態ではコイルばね）１０６とを備え、ナット１０５をボルト１０４に螺合することにより平座金板１０８を介して弾性材１０６を弾性変形させ、この弾性回復力を利用して円環状フランジ１０１と球状フランジ１０２とを弾性的に連結している。

このようにフロント管７ａとＤＰＦ８とは弾性的に連結されているので、例えばフロント管７ａの軸線方向がＤＰＦ８の上流側接続管部８３ｂの軸線からずれた場合でもこのずれを吸収して両者を気密状態に接続することができるとともに、フロント管７ａを通じてＤＰＦ８へ振動が伝達されることを有効に防止している。しかも、この球面ジョイント１０ａ，１０ｂは、第１および第２連結管７１，７２との連結にも用いられていることから、フロント管７ａを通じたエンジン３のＤＰＦ８への振動伝達を効果的に防止することができる。

なお、図１および図３に示すように、第１連結管７１は、その中間部においてエンジン３の下部後面に接合されたクランク状の管ブラケット１１によって支持されている。したがって、この管ブラケット１１とエンジン３との間に介在する排気系部材、すなわち排気マニホールド５および排気過給機６は両側からエンジン３に支持されていることとなり、これにより排気マニホールド５および排気過給機６の支持剛性を向上させることができる。

次に、この球面ジョイント１０ａを介してフロント管７ａに連結されるＤＰＦ８について説明する。ＤＰＦ８は、ディーゼルエンジン３から排出される排気ガスを通気させて浄化するためのものであり、当実施形態では、排気ガス中の有害成分（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ）を浄化する触媒部材８１と、排気ガス中に含まれるパティキュレート（すすなどの排気微粒子）を捕集するパティキュレートフィルタ８２（以下、単に「フィルタ」という）とを含んで構成されている。

すなわち、ＤＰＦ８は、図３および図５に示すように、触媒部材８１と、この触媒部材８１の下流側に直列配置されたフィルタ８２と、内部のガス流通路に触媒部材８１およびフィルタ８２が所定の間隔を設けて収納保持されるＤＰＦハウジング８３と、このＤＰＦハウジング８３の外周面、特に触媒部材８１およびフィルタ８２に対応する外周面を被覆する断熱カバー８４とを備え、ＤＰＦ８に導入された排気ガスが触媒部材８１を流通することによりその排気ガスに含まれる有害成分を除去するとともに、この触媒部材８１を通過した排気ガスがフィルタ８２を通過することによりこの排気ガスに含まれるパティキュレートを除去し、この排気ガスをＤＰＦ８の下流側へ排出するように構成されている。なお、ＤＰＦハウジング８３と断熱カバー８４との間にセラミックマットなどの断熱材を介在させて断熱効果を向上させるようにしてもよい。

触媒部材８１は、排気ガス中のＨＣ（未燃焼燃料成分）やＣＯの酸化作用を有し、ハニカム状のコージェライト製担体に貴金属系触媒（例えば、γ−アルミナにＰｔおよびＰｄを担持させたもの）をコーティングして全体として略円筒状に形成されている。このハニカム状に形成された触媒部材８１の各セルは全て両端が開口し、排気ガスは専ら各セルを軸線方向に流通するものとなされている。一方、フィルタ８２は、コージェライト製のハニカム状ウォールフロータイプのもので、全体として略円筒状に形成されるとともに、各セルの端面は交互に目封じされて排気ガスがセル間を必ず移動するように構成されている。

ＤＰＦハウジング８３は、円筒状のハウジング本体８３ａと、このハウジング本体８３ａの上流端部に接続され漸次縮径されて第２連結管７２（フロント管７ａ）に接続される上流側接続管部８３ｂと、ハウジング本体８３ａの下流端部に接続され漸次縮径されてセンタ管７ｂに接続される下流側接続管部８３ｃとを備えている。

このＤＰＦ８は、フィルタ８２の上流側と下流側の圧力を検出して、この検出された圧力の差に基づいて図示しないコントロールユニットによって再生され、目詰まりが防止されるように構成されている。したがって、ＤＰＦハウジング８３におけるフィルタ８２の上流側および下流側の所定部分には、それぞれ圧力取出用のパイプ１６ａ，１６ｂの一端部が取付ボス部材１５ａ，１５ｂを介して連通接続されている。

具体的には、このハウジング８３の本体８３ａにおける下半部の所定部分であって触媒部材８１とフィルタ８２との間に対応する部分には上流側取付ボス部材１５ａが側方に突出した状態で溶接によって接合されているとともに、下流側接続管部８３ｃにおける下半部の所定部分には下流側取付ボス部材１５ｂが側方に突出した状態で溶接によって接合されている。この取付ボス部材１５とＤＰＦ８との溶接は、ハウジング８３の所定部分に穿設された取付用開口８３ｄ（図６参照）に取付ボス部材１５の基端部が挿入された状態で、溶接材を用いたアーク溶接によって行われている（図６，７参照）。この結果、取付ボス部材１５とＤＰＦ８とは溶接部２６によっても接合されている。

この上流側および下流側取付ボス部材１５ａ，１５ｂは、ＤＰＦ８に対する取り付け箇所が異なるものの、部材としては同一であるので、ここでは、上流側取付ボス部材１５ａを例にとって説明する。

図６および図７に示すように、取付ボス部材１５ａは、軸線方向に沿って直線的に延在する断面略円形のガス流通路１５１ａを有する略円筒状のボス部材である。このガス流通路１５１ａは、フィルタ８２の上流側のＤＰＦハウジング８３の内部に開口し、これにより排気系統４の排気ガス流通路と連通するように構成されている。この取付ボス部材１５ａは、ＤＰＦハウジング８３に固定された状態で、このハウジング８３を被覆する断熱カバー８４の外周面から突出するようにその長さが設定されている。したがって、このＤＰＦハウジング８３に断熱カバー８４が取り付けられた状態で、圧力取出パイプ１６を容易に接合することができ、これによりこの圧力取出パイプ１６の接合に対する信頼性を向上させることができる。

この取付ボス部材１５ａは、その外径が先端から所定の長さに亘って漸次テーパー状に拡径されて形成され圧力取出パイプ１６ａの一端部が接続される差込受部１５２と、差込受部１５２の基端縁（ＤＰＦ８側の端縁）において外径が段状に拡径されて形成された環状受面部１５３と、この環状受面部１５３からＤＰＦ８側の基端部にかけて寸胴形状を呈するボス本体部１５１とを備え、ガス流通路１５１ａを構成する内径ｄ３は全長に亘って略一定に形成されている。

この差込受部１５２は、その外径が先端（ＤＰＦ８と反対側の端縁）から漸次拡径される結果、図７に示すように、略円錐台状に形成されている。この差込受部１５２は、圧力取出パイプ１６ａの先端部が外嵌されて、このパイプ１６ａとの溶接の際に裏当て材として機能するものである。この差込受部１５２の先端における外径および肉厚は、当実施形態では、圧力取出パイプ１６ａの後述するパイプ本体１６１の外径および肉厚と略同等に形成されている。ただし、圧力取出パイプ１６ａの後述する拡開取付部１６２が組付前に予め拡開形成されていない場合には、取付容易性および拡開取付部１６２の加工性の観点から、当該圧力取出パイプ１６ａの後述するパイプ本体１６１の内径ｄ１よりも小さく形成されるのが好ましい。

また、この差込受部１５２の軸線に対する母線の傾斜角度は特に限定されるものではないが、３０°〜６０°の範囲内に設定されるのが好ましい。この傾斜角度が３０°未満になると、径が拡大する割合が減少して差込受部１５２の基端部の肉厚が不十分になって裏当て材として十分に機能しなくなる虞がある。また、上記傾斜角度が６０°を上回ると圧力取出パイプ１６ａとの接合面が減少して接合強度が減少する虞がある。したがって、この差込受部１５２の母線の軸線に対する傾斜角度は上記範囲内に設定されるのが好ましい。

環状受面部１５３は、圧力取出パイプ１６ａの組付時に当該パイプ１６ａの先端に当接して位置決めするとともに、取付ボス部材１５ａと圧力取出パイプ１６ａとの溶接の際に用いられる溶接材２５の接合面としても機能するものである。この環状受面部１５３は、その法線が取付ボス部材１５ａの軸線方向と一致する平面を形成し、その外径が圧力取出パイプ１６ａの後述する拡開取付部１６２の先端外径よりも大きく形成されている。したがって、図７に示すように、圧力取出パイプ１６ａが取付ボス部材１５ａに取り付けられた状態で、環状受面部１５３の外周縁部が露出するようになっている。

一方、圧力取出パイプ１６ａは、鋼管によって形成された小径、薄肉の筒状金属部材である。この圧力取出パイプ１６ａは、内径ｄ１が一定に保たれたパイプ本体１６１と、パイプ本体１６１の一端部に設けられた上記差込受部に沿って拡開された拡開取付部１６２とを有し、軸線に沿って取付ボス部材１５ａのガス流通路１５１ａに連通するガス流通路１６１ａが形成されている。パイプ本体１６１は、上記したように小径、薄肉に形成されている。すなわち、パイプ本体１６１は、好ましくは、その内径ｄ１が４〜９ｍｍの範囲内に設定されるとともに、肉厚を少なくとも０．５ｍｍ以上確保した状態でその外径ｄ２が５〜１０ｍｍの範囲内に設定されている。すなわち、圧力取出パイプ１６ａの外径ｄ２が１０ｍｍよりも大きくなると、いわゆる裏ビードによって内径ｄ１が変化する等の影響が小さくなり、またその内径ｄ１が４．０ｍｍ未満になると排気ガスの通気性を十分に確保することができなくなるからである。

拡開取付部１６２は、上記差込受部１５２に沿ってラッパ状に拡開して形成されている。この拡開取付部１６２は、その肉厚がパイプ本体１６１の肉厚と略同等に形成され、当実施形態では圧力取出パイプ１６ａを取付ボス部材１５ａに組み付ける前に予め拡開されたものが用いられている。拡開取付部１６２の先端における外径は、上記環状受面部１５３の外径よりも小さく形成されている。

そして、上記圧力取出パイプ１６ａは、次のようにしてＤＰＦハウジング８３に固定された取付ボス部材１５ａに取り付けられている。すなわち、拡開取付部１６２を取付ボス部材１５ａに向けて圧力取出パイプ１６ａを、その軸線と取付ボス部材１５ａの軸線とを一致させて、その拡開取付部１６２の先端が環状受面部１５３に当接する状態にまで、拡開取付部１６２を差込受部１５２に外嵌する。そして、この組付状態で、溶接材を用いて、拡開取付部１６２をその先端部において差込受部１５２および環状受面部１５３に溶接する。その結果、拡開取付部１６２、差込受部１５２、および環状受面部１５３、特に拡開取付部１６２および差込受部１５２が溶融するとともに溶接材が溶融することにより、強固に圧力取出パイプ１６ａと取付ボス部材１５ａとが接合される。そして、この環状受面部１５３上であって、拡開取付部１６２の先端部の周囲に溶接材によって形成される溶接部２５が形成されている。

この圧力取出パイプ１６ａは、図２および図５に示すように、断熱カバー８４の側方を当該カバー８４に沿って配索され、その他端部１６３（前端部）がフロント管７ａの下流側球面ジョイント１０ａと略対向する位置にまで延びている。この圧力取出パイプ１６ａは、断熱カバー８４の上流端部においてブラケット２３ａによって支持されている。一方、圧力取出パイプ１６ｂも、断熱カバー８４における圧力取出パイプ１６ａが配索された同じ側の側方を当該カバー８４に沿って配索され、その他端部１６３（前端部）がフロント管７ａの下流側球面ジョイント１０ａと略対応する位置にまで延びている。この圧力取出パイプ１６ｂも、断熱カバー８４の下流端部においてブラケット２３ｂによって支持されている。また、圧力取出パイプ１６ｂは、車体前後方向についてブラケット２３ａと同じ位置においてブラケット２４によっても断熱カバー８４に支持されている。これらのブラケット２３（２３ａ，２３ｂ），２４は、その基端部が断熱カバー８４にボルトにより接合されているとともに、その先端部が上記各圧力取出パイプ１６の周面を抱持している。

各圧力取出パイプ１６ａ，１６ｂの先端部１６３は、支持ブラケット１８を介してともに断熱カバー８４の上流側縮径部分に支持されている。この支持ブラケット１８は、中央部がボルトによって断熱カバー８４に取り付けられているとともに、その車幅方向両端部で各圧力取出パイプ１６ａ，１６ｂを抱持するように構成されている。また、圧力取出パイプ１６の各先端部１６３には、可撓性を有する連結パイプ１７（可撓性パイプの一例に相当）の一端部（後端部）が連通接続されている。連結パイプ１７は、耐熱性を有する軟質合成樹脂によって形成されており、フロント管７ａとＤＰＦ８との相対位置変化に追随して撓むものとなされている。この連結パイプ１７は、第２連結管７２の周面と離間した状態で当該第２連結管７２に沿って配索され、その他端部が上流側球面ジョイント１０ｂに略対応する位置に配置されている。すなわち、連結パイプ１７は、車体前後方向について、フロント管７ａの第２連結管７２に略対応した状態で配設されている。

この各連結パイプ１７の他端部（前端部）には、鋼管からなる金属剛性パイプ１９がそれぞれ連通接続されている。各剛性パイプ１９は、連結パイプ１７との接続部分の近傍位置でパイプ支持ブラケット２０によってフロント管７ａに支持されている。また、各剛性パイプ１９は、エンジン３の後面に沿って配索され、各々可撓性ホース２７を介して圧力センサ２２に連通接続されている。

この圧力センサ２２は、ダッシュパネル２１の前面上部に取り付けられ、フィルタ８２の上流側および下流側の圧力差を図示しないコントロールユニットに出力するように構成されている。なお、このコントロールユニットは、圧力センサからの出力を受けて、フィルタ８２の上流側および下流側の圧力差が所定圧力差以上になった場合に、エンジン３において排気ガスに後噴射燃料を供給して、この後噴射燃料をＤＰＦ８に導入するように構成されている。そして、この未燃焼燃料はＤＰＦ８の触媒部材８１またはフィルタ８２において燃焼され、これによりフィルタ８２に滞留するすす等のパティキュレートを焼却除去してＤＰＦ８が再生される。

このＤＰＦ８に戻って、このＤＰＦ８は、その上流端部に側方に突出した状態で設けられたマウントラバー１２によって車体のフロアパネル（図示せず）の下方に弾性的に支持されている。このマウントラバー１２には、防振装置、すなわち、断面楕円形状の円筒状ゴムを有する支持装置が設けられ、上記ゴムの径方向に大きな弾性を有し、当該径方向の振動を吸収することにより、車体からＤＰＦ８への振動伝達を抑制するように構成されている。なお、当実施形態のマウントラバー１２は、アルミダイキャストによって製造されている。

図１に戻って、センタ管７ｂは、上流端がＤＰＦハウジング８３の下流側接続管部８３ｃに連通接続され、車体後方に略真っ直ぐ延びて形成されている。このセンタ管７ｂは、その上流端部のＤＰＦ８に近接した位置で、マウントラバー１３によって車体に弾性的に支持されている。そして、センタ管７ｂの下流端部はマフラ９に接続されている。このマフラ９は、排気吐出音を軽減するためのものであり、ここでは公知のものが用いられているので、その説明は省略する。このマフラ９もマウントラバー１４によって弾性的に支持されている。これらのマウントラバー１３，１４も、上記マウントラバー１２と同様に構成されている。

なお、ＤＰＦ８を専ら支持するマウントラバー１２，１３は、その軸線が排気系統４が延びる方向に沿って配設されている。したがって、ＤＰＦ８は、車体前後方向について車体に対する変位が小さいものとなされ、これにより排気系統４の排気ガス流通路や圧力取出用の排気ガス経路を構成する各管状部材の不測の抜出を効果的に防止するものとなされている。

以上のように構成された車載ディーゼルエンジンの排気系構造によれば、ＤＰＦハウジング８３に取付用開口８３ｄが形成され、この取付用開口８３ｄに別部材からなる取付ボス部材１５が取り付けられているので、その製造時にＤＰＦハウジング８３の加工が容易となる。そして、この取付ボス部材１５は、その熱容量が、圧力取出パイプ１６、特にその拡開取付部１６２の熱容量よりも大きく、ＤＰＦハウジング８３の熱容量よりも小さくなるように設計されているので、ＤＰＦハウジング８３と取付ボス部材１５とを溶接する際に各部材８３，１５の接合箇所が適度に溶融して確実かつ強固に溶接されるとともに、取付ボス部材１５と圧力取出パイプ１６とを溶接する際にも各部材１５，１６の接合箇所が適度に溶融して確実かつ強固に溶接され、これにより、圧力取出パイプ１６を直接ＤＰＦハウジング８３に溶接する場合に比べて、圧力取出パイプ１６とＤＰＦハウジング８３との接合強度を向上させることができる。

また、圧力取出パイプ１６は、その拡開取付部１６２が取付ボス部材１５の差込受部１５２に外嵌された状態でこの拡開取付部１６２の一端部において差込受部１５２に溶接されているので、この差込受部１５２が拡開取付部１６２の裏当て材として機能し、これにより溶接熱による圧力取出パイプ１６の内周面の膨出を確実に防止することができる。しかも、差込受部１５２は漸次拡径されてその基端部（ＤＰＦ８側の端部）では圧力取出パイプ１６の肉厚よりも厚い十分な肉厚を有し、また溶接材による溶接部２５によっても溶接されることから、取付ボス部材１５の内周面が溶接熱によって膨出してそのガス流通路１５１ａの通路面積や通路断面形状が変化することも確実に防止することができる。このため、ＤＰＦハウジング８３から圧力取出パイプ１６に至るガス流通路１５１ａ，１６１ａを閉塞したり、狭めたりすることを確実に防止することができ、これによりＤＰＦ８のフィルタ８２の上下各流部の排気圧力を適正に取り出すことができ、圧力測定精度が低下したり、複数の排気系統４を構成した場合に各構造によってばらついたりすることもなく、良好なまま維持することができる。

また、取付ボス部材１５には、環状受面部１５３が設けられ、圧力取出パイプ１６の取付時にバラツキなく確実に適正位置に位置決めされた状態で取付ボス部材１５に溶接されていることから、複数の排気系統４を製造する場合でも、バラツキがなく、確実に上記効果を得ることができる。

しかも、取付ボス部材１５の差込受部１５２の外周面と圧力取出パイプ１６の拡開取付部１６２の内周面とが面接触した状態で溶接され面接合されていることから、取付ボス部材１５と圧力取出パイプ１６との接合強度を向上させることができる。すなわち、上記したように、取付ボス部材１５を介在させて間接的に圧力取出パイプ１６をハウジング８３に取り付けることと相俟って、圧力取出パイプ１６とＤＰＦハウジング８３との接合強度を飛躍的に向上させることができる。このように両部材１６，８３の接合強度が向上されているので、車両の振動等にも拘わらず、その接合に対する耐久性を向上させることができる。

また、ＤＰＦ８は曲げ自由度を有する上下流一対の球面ジョイント１０ａ，１０ｂを含むフロント管７ａを介してディーゼルエンジン３に接続され、マウントラバー１２，１３により車体に弾性的に支持されているとともに、圧力取出パイプ１６は取付ボス部材１５の近傍位置でブラケット２３によってＤＰＦ８の断熱カバー８４に支持されているので、取付ボス部材１５を介した圧力取出パイプ１６とＤＰＦハウジング８３との接合部分に伝達される振動等は各マウントラバー１２，１３，ブラケット２３で吸収等される。したがって、両部材１６，８３の接合部分は振動等から保護されるので、その耐久性をさらに向上させることができる。

また、ＤＰＦ８から圧力センサ２２に至るまでの排気ガス流通路が、ＤＰＦ８やエンジン３等、比較的高温雰囲気となる部分について、鋼管等からなる金属パイプ１６，１９から構成されているので、パイプ１６，１９とＤＰＦ８やエンジン３との接触を防止してこれらのパイプ１６，１９の破損を確実に防止することができるとともに、パイプ１６，１９の支持剛性を向上させることができる。一方、ＤＰＦ８から圧力センサ２２に至るまでの排気ガス流通路が、球面ジョイント１０ａ，１０ｂを含むフロント管７ａや比較的離れた車載部材（エンジン３と圧力センサ２２）間に対応して設けられる部分について、可撓性を有する連結パイプ１７等によって構成されているので、エンジン３とＤＰＦ８との相対変位やエンジン３とダッシュパネル２１との相対変位に追随して変形させることができ、これによりこれらの各パイプ１６，１７，１９等に疲れが生じることを有効に防止して、これらの破損を効果的に防止することができる。

なお、以上に説明した車載エンジンの排気系構造は、本発明に係る構造の一実施形態であり、その具体的構成等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。以下、その変形例を説明する。

（１）上記実施形態では、圧力取出パイプ１６の拡開取付部１６２は、予め拡開されているものが用いられているが、差込受部１５２に圧力取出パイプ１６が外嵌される際に差込受部１５２によって拡開されるものであってもよい。

（２）上記実施形態では、圧力取出パイプ１６ａ，１６ｂは、ＤＰＦハウジング８３に沿って配索され、ともにその先端部１６３が相互に揃えられた状態で下流側球面ジョイント１０ａに対応する位置に配置されているが、この圧力取出パイプ１６ａ，１６ｂの配索経路やその先端部の配置位置は特に限定されるものではなく、例えば図８に示すように構成されるものであってもよい。この図８では、下流側の圧力取出パイプ１６ｂの配索経路、先端部２１６の配置位置については、上記実施形態と同様であるが、上流側の圧力取出パイプ１６ａの先端部２１７の配置位置が上記実施形態と異なる。

すなわち、下流側の圧力取出パイプ１６ｂの先端部２１６はＤＰＦ８の長手方向に沿って配置され、一方、上流側の圧力取出パイプ１６ａの先端部２１７はＤＰＦ８の長手方向に対して傾斜した状態に配置されている。そして、この先端部２１７の先端は、下流側の圧力取出パイプ１６ｂの先端部２１６の先端に比べて後方側に配置されている。

（３）上記実施形態では、位置決め部が環状受面部１５３として構成されているが、位置決め部は圧力取出パイプの先端に当接して位置決めできるものであればその具体的構成を特に限定されるものではなく、例えば取付ボス部材１５の周面に突設された一個ないし複数個の突出部として構成されてもよい。ただし、位置決め部を上記実施形態のように環状受面部１５３として構成した場合には、この環状受面部１５３に圧力取出パイプ１６の先端の全周が当接されることにより当該圧力取出パイプ１６の位置決めが確実に行われるとともに、環状受面部１５３が溶接材の接合面としての機能を果たして圧力取出パイプとＤＰＦ８との接合強度をさらに向上させることができるという利点がある。

（４）上記実施形態では、フロント管７ａに一対の球面ジョイント１０ａ，１０ｂが用いられているが、この球面ジョイント１０ａ，１０ｂの少なくともいずれか一方に代えて、蛇腹状に形成されたフレキシブルチューブを用いるものとしてもよい。

本発明に係る車載エンジンの排気構造を含む排気系統を排気マニホールドおよび排気過給機を省略した状態で示す斜視図である。 同排気系統の平面図である。 同排気系統の側面図である。 同排気系統に含まれる球面ジョイントを示す断面図である。 同排気系統に含まれるＤＰＦを示す一部切欠き底面図である。 ＤＰＦハウジングに対する圧力取出パイプの接合構造を示す断面図である。 同接合構造を示す斜視図である。 他の実施形態に係るＤＰＦを示す平面図である。

符号の説明

３ ディーゼルエンジン
７ 排気管
７ａ フロント管
７ｂ センタ管
８ ディーゼル微粒子除去装置（ＤＰＦ）
１０ａ 下流側球面ジョイント（フレキシブル継手の一例）
１０ｂ 上流側球面ジョイント（フレキシブル継手の一例）
１５ 取付ボス部材
１５ａ 上流側取付ボス部材
１５ｂ 下流側取付ボス部材
１６ 圧力取出パイプ
１６ａ 圧力取出パイプ
１６ｂ 圧力取出パイプ
１７ 連結パイプ（可撓性パイプの一例）
２２ 圧力センサ
２３ ブラケット
２５ 溶接部
８３ ＤＰＦハウジング
８３ｄ 取付用開口
８４ 断熱カバー
１５２ 差込受部
１５３ 環状受面部
１６１ パイプ本体
１６１ａ ガス流通路
１６２ 拡開取付部

Claims (7)

1. エンジンから排出される排気ガスが通気される排気系部材に取付ボス部材が固定され、この取付ボス部材を介して当該排気系部材に小径パイプが通気可能な状態で溶接により連結される車載エンジンの排気系構造であって、
   上記取付ボス部材は、その内径が略一定に保たれた状態でその外径が先端から所定の長さに亘って漸次拡径され上記小径パイプの一端部に内嵌される差込受部が設けられるとともに、この差込受部の基端部側に上記小径パイプの一端が当接される位置決め部が設けられ、
   上記小径パイプは、その一端部に上記差込受部に沿って拡開された拡開取付部を有し、その一端が上記位置決め部に当接された状態でこの拡開取付部の一端部で上記差込受部に溶接材を用いて溶接されていることを特徴とする車載エンジンの排気系構造。
2. 上記位置決め部は、取付ボス部材の外径が段状に拡径されて形成された環状受面部として構成され、この環状受面部の外径は上記小径パイプの拡開取付部の外径よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１記載の車載エンジンの排気系構造。
3. 上記排気系部材はディーゼルエンジンからの排気ガスに含まれる微粒子を除去するフィルターを含むディーゼル微粒子除去装置であり、上記小径パイプはこのディーゼル微粒子除去装置のフィルターの上流部および下流部の少なくとも上流部に接続され当該部分を流通する排気圧力を検出するための圧力取出パイプであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の車載エンジンの排気系構造。
4. 上記ディーゼル微粒子除去装置はその本体部の少なくとも一部を覆う断熱カバーが設けられ、上記圧力取出パイプはその他端が可撓性ホースを介して圧力センサに接続されるとともにその中間部の所定部分が上記断熱カバーに取り付けられていることを特徴とする請求項３記載の車載エンジンの排気系構造。
5. 上記取付ボス部材は、その先端が上記断熱カバーよりも外側に突出していることを特徴とする請求項４記載の車載エンジンの排気系構造。
6. 上記ディーゼル微粒子除去装置はフレキシブル継手を含む排気管を介してディーゼルエンジンに接続され、上記圧力取出パイプは排気ガス流の上流側に向かって上記フレキシブル継手の近傍位置まで配索されていることを特徴とする請求項４または請求項５記載の車載エンジンの排気系構造。
7. 上記小径パイプは、上記拡開取付部以外の部分の外径が１０ｍｍ以下でその内径が４ｍｍ以上に設定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の車載エンジンの排気系構造。

Images