JP4769314B2

JP4769314B2 - 横置きｖバンク型内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP4769314B2
Application number: JP2009139716A
Authority: JP
Inventors: 司三上
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2009-06-11
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2029-06-11
Also published as: JP2010285923A

Description

本発明は、車両の左右方向に気筒列が配列されるように車体に対して横置きしたＶバンク型内燃機関の排気浄化装置に関する。

近年、ディーゼル車から排出される粒状物質による大気汚染対策として、ディーゼル車の排ガスに関する規制が強化されており、これに合わせてディーゼル車の排気浄化装置の改良が図られている。

例えば、特許文献１には、ガス中の一酸化窒素ＮＯを二酸化窒素ＮＯ_２に酸化させるための触媒を有するハニカム型モノリス体と、このハニカム型モノリス体の下流側に配置され、二酸化窒素ＮＯ_２を含有するガスを受ける微粒子フィルタ装置と、を備えるディーゼル排ガス処理装置が開示されている。これによれば、微粒子フィルタ装置に捕集された微粒子を二酸化窒素ＮＯ_２に接触させて微粒子を燃焼させることができる。

また、特許文献２には、横置きしたＶ型エンジンの前方に排気浄化用の触媒装置を配置するとともに、触媒装置の下流に接続された排気管をＶ型エンジンの下方に設置したＶ型エンジンの排気装置が開示されている。

特開平１−３１８７１５号公報特許第３３８５７５８号公報

ところで、排気浄化性能の更なる向上を図るには、排気浄化装置を大型化することが考えられる。しかしながら、単に排気浄化装置を大型化すると、内燃機関全体が大型化して車両への搭載が困難になる。
また、排気浄化装置は、早期に活性温度まで昇温させるために、エンジン近傍の比較的高温となる場所に設置する必要があるが、内燃機関の周囲には様々な装置や部品がレイアウトされているため、排気浄化装置を大型化すると、他の装置や部品のレイアウト上の制約が多くなるという問題がある。
また、排気浄化装置を大型化すると、メンテナンス時に取り外しが困難になる。

本発明は、これらの点に鑑みて成されたものであり、内燃機関全体の大型化を抑制しながら排気浄化効率の向上を図ることが可能な横置きＶバンク型内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とする。

本発明は、車両前後方向に互いに離間して配置されるとともに車両左右方向に気筒列がそれぞれ配列された一対のバンクを有し、後側バンクが前側バンクに対して車両左右方向にオフセットされた横置きＶバンク型内燃機関の排気浄化装置であって、前記各バンクから延びる排気マニホールドを、前記内燃機関の車両左右方向の一方側であって前側バンクと後側バンクの略中間で合流させる合流部と、前記合流部から上方に向かって延出する第１排気管と、前記第１排気管の下流側に接続され、前記後側バンクの車両左右方向の一方側に沿って配設された第１排気浄化部と、前記第１排気浄化部の下流側から前記後側バンクの下方に向かって延設された第２排気管と、前記第２排気管の下流側に接続され、前記後側バンクの下方に前記気筒列の方向に沿って配設された第２排気浄化部と、前記第２排気浄化部の下流側に接続され、前記第２排気浄化部から下向きに屈曲し、車両床下に向かって延設された第３排気管と、を備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、第２排気浄化部が、デッドスペースである後側バンクの下方の空間に気筒列の方向に沿って配置されているので、第２排気浄化部を大型化しても内燃機関全体の大型化を抑制することができる。
また、内燃機関の側方であって前側バンクと後側バンクの略中間で排気マニホールドを合流させているので、各排気マニホールドの長さを等しくできるとともに、合流部までの距離を最短にすることができる。

また、第２排気浄化部は、断面楕円形状を呈する排気微粒子捕集用のフィルタであり、後側バンクの下方であってクランクケースの後方に配置されているのが好ましい。

かかる構成によれば、断面楕円形状を呈する排気微粒子捕集用のフィルタが後側バンクの下方であってクランクケースの後方に配置されるので、フィルタの容量を確保しつつ内燃機関全体のコンパクト化を図ることができる。

また、前記第１排気管及び前記第１排気浄化装置の少なくとも一部は、前記後側バンクが前記前側バンクに対して車両左右方向にオフセットして生じた空間に位置するように配置されているのが好ましい。

かかる構成によれば、バンクのオフセットにより生じた空間に第１排気管及び第１排気浄化部の少なくとも一部が位置するので、内燃機関全体のコンパクト化を図ることができるとともに、第１排気管及び第１排気浄化部を内燃機関本体に一層近接して配置して、排気効率を向上させることができる。

本発明によれば、内燃機関全体の大型化を抑制しながら排気浄化効率の向上を図ることができる。

排気浄化装置の平面図である。排気浄化装置の左側面図である。排気浄化装置の斜視図である。第２排気浄化部のメンテナンスを説明するための図面である。

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。説明において、同一の要素には同一の番号を付し、重複する説明は省略する。また、説明において方向を示す場合は、車両の前後左右上下を基準とする。

排気浄化装置２の説明に先立って、エンジン１の構成について説明する。
図１、図２に示すように、内燃機関本体を構成する自動車用のエンジン１は、いわゆるＶ型エンジンであり、クランクシャフト（図示省略）の軸方向が車両Ｃの左右方向を向くように、エンジンルーム内に横置きされている。エンジン１は、図２に示すように、下から順に、オイルを貯留するオイルパン１１と、シリンダ及びクランクケースを構成するシリンダブロック１２と、燃焼室及び給排気ポートを構成するシリンダヘッド１３Ａ，１３Ｂと、動弁機構を覆うシリンダヘッドカバー１４Ａ，１４Ｂと、を積み重ねて構成されている。

エンジン１の上部には、前側のシリンダヘッド１３Ａとシリンダヘッドカバー１４Ａとによって、前側バンクＶ１が形成されており、後側のシリンダヘッド１３Ｂとシリンダヘッドカバー１４Ｂとによって、後側バンクＶ２が形成されている。前側バンクＶ１及び後側バンクＶ２の内部には、それぞれ３つの気筒ｃからなる気筒列が、車両左右方向に配列されている。

図１に示すように、前側バンクＶ１と後側バンクＶ２は、車両前後方向に互いに離間して配置されている。また、後側バンクＶ２は、前側バンクＶ１に対して車両右方向にオフセットして形成されている。これにより、後側バンクＶ２の左側には、オフセット空間Ｓ１が形成されている。
図２、図３に示すように、前側バンクＶ１は、シリンダブロック１２から前方かつ上方に向かって斜めに延出している。同様に、後側バンクＶ２は、シリンダブロック１２から後方かつ上方に向かって斜めに延出している。つまり、後側バンクＶ２は、シリンダブロック１２の後面よりも後方に張り出している。この後側バンクＶ２の下方（真下）であってシリンダブロック１２の後方（真後ろ）の空間Ｓ２は、デッドスペースになり易い。

次に、横置きＶバンク型内燃機関の排気浄化装置２（以下、単に「排気浄化装置２」という。）について説明する。
図１、図２に示すように、排気浄化装置２は、上流側から順に、１対の排気マニホールド３と、合流部４と、ターボチャージャ５と、第１排気浄化部６と、第２排気管７と、第２排気浄化部８と、第３排気管９と、第３排気浄化部１０と、を主に備えている。

一対の排気マニホールド３は、エンジン１からの排気を通流させるための管状部材であり、前側バンクＶ１に連結された前側排気マニホールド３１と、後側バンクＶ２に連結された後側排気マニホールド３２と、を備えている。
図１、図２に示すように、前側排気マニホールド３１の上流部３１ａは、前側バンクＶ１の前側の傾斜面Ｖ１ａに連結されている。同様に、後側排気マニホールド３２の上流部３２ａは、後側バンクＶ２の後側の傾斜面Ｖ２ａに連結されている。

前側排気マニホールド３１の上流部３１ａには、前側バンクＶ１の３つの気筒ｃに対応して、３つの流入口３１ｂが形成されている。同様に、後側排気マニホールド３２の上流部３２ａには、後側バンクＶ１の３つの気筒ｃに対応して、３つの流入口３２ｂが形成されている
前側排気マニホールド３１の下流部３１ｃと、後側排気マニホールド３２の下流部３２ｃとは、エンジン１の左側方に向かって湾曲しており、後記する合流部４にそれぞれ連結されている。

図２に示すように、合流部４は、前側排気マニホールド３１からの排気と、後側排気マニホールド３２からの排気と、を合流させて、後記するターボチャージャ５に排出する三又状の管状部材である。合流部４は、エンジン１の左側であって前側バンクＶ１と後側バンクＶ２の略中間に配置されている。これにより、前側排気マニホールド３１と後側排気マニホールド３２の長さ寸法が略等しくなる。
合流部４は、合流部本体４１と、合流部本体４１から前方に延出し、前側排気マニホールド３１に連結する前側連結部４２と、合流部本体４１から後方に延出し、後側排気マニホールド３２に連結する後側連結部４３と、合流部本体４１から上方に延出し、ターボチャージャ５のタービンハウジング５１に連結する上側連結部４４と、から構成されている。

図１、図２に示すように、ターボチャージャ５は、排気によってタービンを駆動してコンプレッサを回転させて吸気を加圧する装置である。ターボチャージャ５は、主に、タービンを内蔵するタービンハウジング５１と、コンプレッサを内蔵するコンプレッサハウジング５２と、を有している。ターボチャージャ５は、エンジン１の左方であって、１対のバンクＶ１，Ｖ２の間の谷部に固定されている。
タービンハウジング５１の下方には、合流部４の上側連結部４４が連結されている。また、タービンハウジング５１の後側面には、排気を排出するための排気管５３が設けられている。図１及び図２に示すように、排気管５３の一部は、後側バンクＶ２の左側に形成されたオフセット空間Ｓ１に位置している。
なお、「上側連結部４４」と「タービンハウジング５１」と「排気管５３」とが、特許請求の範囲における「第１排気管」を構成している。

第１排気浄化部６は、いわゆる三元触媒ＴＷＣ（Three-Way Catalyst）であり、排気中に含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物などの有害物質を酸化・還元して浄化する装置である。第１排気浄化部６は、例えば白金などの触媒を担持したハニカム状部材を円筒状のハウジングに収容して構成されている。第１排気浄化部６は、ターボチャージャ５の排気管５３の下流側に連結されている。図２に示すように、第１排気浄化部６は、後側バンクＶ２の左側に沿って配置されており、上流側よりも下流側が下方となるように傾斜している。

ここで、第１排気浄化部６は、後側バンクＶ２の左側に形成されたオフセット空間Ｓ１内に第１排気浄化部６の少なくとも一部が位置するように配置するのが好ましい。このようにすれば、第１排気浄化部６をエンジン１に近づけて浄化効率を向上させることができるとともに、排気浄化装置２を含めたエンジン１全体をコンパクト化することができる。
なお、本実施形態では、排気管５３の一部と第１排気浄化部６の一部が、オフセット空間Ｓ１に配置されている。

第２排気管７は、第１排気浄化部６と後記する第２排気浄化部８とを連結する管状部材である。第２排気管７は、図３に示すように、第１排気浄化部６の下流側から下方に延出した後に、後側バンクＶ２の下方であってシリンダブロック１２（より詳しくはクランクケース）の後方の空間Ｓ２（図２参照）に向かって車両右方向に屈曲している。第２排気管７の下流端は、後記する第２排気浄化部８の左側面に連結されている。
なお、図３においては、説明の都合上、排気マニホールド３、合流部４、及び、ターボチャージャ５を省略して描いている。

第２排気浄化部８は、いわゆるディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）であり、排気中の粒状物質（ＰＭ）を捕集する装置である。第２排気浄化部８は、断面視で楕円形状（あるいは小判型）を呈するハウジングの内部に、排気中の粒状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ（図示省略）を収容して構成されている。
図１、図２に示すように、第２排気浄化部８は、楕円の短径方向を上下方向に向けた状態で、後側バンクＶ２の下方であってシリンダブロック１２（より詳しくはクランクケース）の後方の空間Ｓ２に、気筒列の方向（車両左右方向）に沿って設置されている。本実施形態では、第２排気浄化部８の前側の半分程度が、後側バンクＶ２の下方（真下）に位置している。

図２、図３に示すように、第２排気浄化部８の下方には、タイヤＷを駆動するためのハーフシャフトＨと、タイヤＷを操舵するためのステアリングギアボックスのラック部Ｒが配置されている。ハーフシャフトＨは、シリンダブロック１２と第３排気管９との間に、車両左右方向に沿って延設されている。また、ラック部Ｒは、第３排気管９の車両後方側に、車両左右方向に沿って延設されている。
なお、本実施形態では、第２排気浄化部８の短径方向の寸法Ｄ１は、シリンダブロック１２からラック部Ｒまでの距離Ｌ１よりも小さく形成されているとともに、第２排気浄化部８の長径方向の寸法Ｄ２は、シリンダブロック１２からラック部Ｒまでの距離Ｌ１よりも大きく形成されている。

第３排気管９は、第２排気浄化部８と後記する第３排気浄化部１０とを連結する管状部材である。第３排気管９は、図３に示すように、第２排気浄化部８の下流側から延出して下向きに屈曲する上流側部材９１と、上流側部材９１の下流側から車両後方に向かって屈曲して車両Ｃの床下に向かって延設された下流側部材９２と、を備えている。下流側部材９２の中間部には、可撓性を有するフレキシブル管９２ａが設けられており、エンジン１の振動を吸収可能に構成されている。

第３排気浄化部１０は、いわゆるリーンＮＯｘ触媒ＬＮＣ（Lean NOx Catalyst）であり、リーン運転時に生成されるＮＯｘを捕捉し、捕捉されたＮＯｘを、リッチ運転時に排気ガス中のＨＣ、ＣＯにより還元して窒素ガスＮ_２を放出する装置である。第３排気浄化部１０は、車両Ｃの床下に配置されている。

つぎに、図４を参照して、第２排気浄化部８のメンテナンスについて説明する。
図４（ａ）に示すように、第２排気浄化部８は、後側バンクＶ２の下方の空間Ｓ２に配置されており、第２排気浄化部８の下方には、ハーフシャフトＨと、ラック部Ｒが配置されている。

第２排気浄化部８のメンテナンスを行うためには、図４（ｂ）に示すように、まず、車両Ｃをジャッキで持ち上げて、ハーフシャフトＨを車両Ｃから取り外す。それから、第２排気管７と第２排気浄化部８との連結を解除するとともに、第３排気管９の上流側部材９１と第２排気浄化部８との連結を解除する。これにより、第２排気浄化部８は、上下方向に回転自在な状態となる。

そして、図４（ｃ）に示すように、第２排気浄化部８を楕円の長径方向が上下方向を向くように傾けて、エンジン１とラック部Ｒとの間の隙間から第２排気浄化部８を取り出す。これにより、エンジン１を車両Ｃから取り外すことなく、排気浄化装置２から第２排気浄化部８を取り外すことができる。

なお、車両Ｃから取り外してメンテナンスを終えた第２排気浄化部８は、前記と逆の手順を行うことで、車両Ｃに容易に取り付けることができる。

以上のように構成された排気浄化装置２によれば、第２排気浄化部８が、デッドスペースである後側バンクＶ２の下方の空間Ｓ２を利用して配置されているので、第２排気浄化部８を大型化しても排気浄化装置２を含めたエンジン１全体の大型化を抑制することができる。

また、エンジン１の左側であって前側バンクＶ１と後側バンクＶ２の略中間で前側排気マニホールド３１と後側排気マニホールド３２とを合流させているので、各排気マニホールド３１，３２の長さを等しくできるとともに、合流部４までの距離を最短にすることができる。

また、第２排気浄化部８を楕円形状にし（オーバル化し）、短径方向を上下に向けて配置したので、第２排気浄化部８を大型化しながら、後側バンクＶ２と、シリンダブロック１２と、ハーフシャフトＨと、ラック部Ｒとに囲まれた空間Ｓ２に、第２排気浄化部８を配置することができる。つまり、エンジン１の周囲に配置された他の部材のレイアウトに与える影響を抑えてエンジン１のコンパクト化を図りながら、第２排気浄化部８の容量を確保することができる。

また、前側バンクＶ１に対して、後側バンクＶ２を車両右方向にオフセットして形成されたオフセット空間Ｓ１に、第１排気管の一部を構成するターボチャージャ５の排気管５３と、第１排気浄化部６の一部と、を位置させているので、エンジン１に排気経路と第１排気浄化部６とを近接して配置することができる。そのため、排気を高温に保つことができ、浄化効率を向上させることができる。また、排気浄化装置２を含めたエンジン１全体をコンパクト化することができる。

また、第２排気浄化部８の短径方向の寸法Ｄ１が、シリンダブロック１２からラック部Ｒまでの距離Ｌ１よりも小さく形成されているので、ハーフシャフトＨを取り外すだけで、排気浄化装置２から第２排気浄化部８を取り外すことができる。また、第２排気浄化部８の長径方向の寸法Ｄ２が、シリンダブロック１２からラック部Ｒまでの距離Ｌ１よりも大きく形成されているので、第２排気浄化部８の容量を確保することができる。そのため、第２排気浄化部８の性能向上とメンテナンスの容易化の両立を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態では、前側バンクＶ１の前側の傾斜面Ｖ１ａに前側排気マニホールド３１を取り付けるとともに、後側バンクＶ２の後側の傾斜面Ｖ２ａに後側排気マニホールド３２を取り付けたが、前側バンクＶ１の後側の傾斜面に前側排気マニホールド３１を取り付けるとともに、後側バンクＶ２の前側の傾斜面に後側排気マニホールド３２を取り付けて、前側バンクＶ１と後側バンクＶ２の間の谷部に各排気マニホールド３を配置するようにしてもよい。
このようにすれば、合流部４までの排気経路をさらに短くすることができるので、さらに高温の排気を第１排気浄化部６の三元触媒ＴＷＣに供給することができ、排気浄化効率を更に向上させることができる。

また、本実施形態では、第２排気浄化部の断面形状を楕円形（あるいは小判型）としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば長方形状に形成してもよい。

また、本実施形態では、第１排気管を構成する排気管５３の一部と、第１排気浄化部６の一部とを、オフセット空間Ｓ１に配置したが、第１排気管と第１排気浄化部６の全体をオフセット空間Ｓ１に配置してもよい。また、第１排気浄化部及び第１排気浄化部６のうち、いずれか一方の一部のみをオフセット空間Ｓ１に配置してもよい。かかる構成でも、内燃機関をコンパクトにすることができる。

１エンジン
Ｖ１前側バンク
Ｖ２後側バンク
２排気浄化装置
３排気マニホールド
３１前側排気マニホールド
３２後側排気マニホールド
４合流部
５ターボチャージャ
５１タービンハウジング
５２コンプレッサ這う靭部
５３排気管
６第１排気浄化部
７第２排気管
８第２排気浄化部
９第３排気管
１０第３排気浄化部

Claims

車両前後方向に互いに離間して配置されるとともに車両左右方向に気筒列がそれぞれ配列された一対のバンクを有し、後側バンクが前側バンクに対して車両左右方向にオフセットされた横置きＶバンク型内燃機関の排気浄化装置であって、
前記各バンクから延びる排気マニホールドを、前記内燃機関の車両左右方向の一方側であって前側バンクと後側バンクの略中間で合流させる合流部と、
前記合流部から上方に向かって延出する第１排気管と、
前記第１排気管の下流側に接続され、前記後側バンクの車両左右方向の一方側に沿って配設された第１排気浄化部と、
前記第１排気浄化部の下流側から前記後側バンクの下方に向かって延設された第２排気管と、
前記第２排気管の下流側に接続され、前記後側バンクの下方に前記気筒列の方向に沿って配設された第２排気浄化部と、
前記第２排気浄化部の下流側に接続され、前記第２排気浄化部から下向きに屈曲し、車両床下に向かって延設された第３排気管と、
を備えることを特徴とする横置きＶバンク型内燃機関の排気浄化装置。
前記第２排気浄化部は、断面楕円形状を呈する排気微粒子捕集用のフィルタであり、前記後側バンクの下方であってクランクケースの後方に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の横置きＶバンク型内燃機関の排気浄化装置。
前記第１排気管及び前記第１排気浄化装置の少なくとも一部は、前記後側バンクが前記前側バンクに対して車両左右方向にオフセットして生じた空間に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の横置きＶバンク型内燃機関の排気浄化装置。