JP5381937B2

JP5381937B2 - 車両の排気系装置

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Publication number: JP5381937B2
Application number: JP2010200754A
Authority: JP
Inventors: 靖丹羽; 知宏砂田; 栄之介末國; 潤司梅村; 英也堀井; 一明西村; 篤宏旗生; 周津田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2010-09-08
Filing date: 2010-09-08
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2030-09-08
Also published as: DE202011104961U1; JP2012057519A; CN202381198U

Description

本発明は、エンジンルーム内に横置き式に搭載されたエンジンの車両後方側にターボ過給機と排気浄化ユニットとが車幅方向に併設され、該排気浄化ユニットの下流側から取り出された排気ガスが排気還流通路を介して吸気側に還流されるように構成された車両の排気系装置に関するものである。

従来、ディーゼルエンジンでは、圧縮行程における圧縮比の低下により各軸受部等の機械抵抗を低減して燃費を向上できるとともに、圧縮比の減少により燃焼温度を低下させて排気に含まれるＮｏｘを低減できることが知られている。しかし、このように圧縮比を低下させた場合には、エンジン出力の低下を招くため、圧縮比を増大させることなくエンジン出力を向上させる有効な手段として、エンジンから排出される排気ガスの運動エネルギーを利用して吸気を過給するターボ過給機が広く採用されている。

また、ディーゼルエンジンには、例えばＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）を有する大型の排気浄化ユニットが設けられるため、該排気浄化ユニットを上記ターボ過給機に加えてコンパクトにレイアウトすることが望まれている。例えば、下記特許文献１に開示されているように、小型のターボ過給機と、大型のターボ過給機と、該大型のターボ過給機のタービン出口に接続されたＤＰＦをエンジンの一側壁に備えたエンジンの吸排気構造において、大型のターボ過給機を小型のターボ過給機よりも下方にオフセットして配置し、ＤＰＦを小型のターボ過給機の下方で、大型のターボ過給機と略同じ高さ位置に配置するとともに、その排気導入口を大型のターボ過給機のタービン側に開口させるように配置している。これにより、上記小型のターボ過給機、大型のターボ過給機およびＤＰＦ等をエンジンの一側壁側にコンパクトに配置できるとともに、排気エネルギーの損失が少なくかつ温度の高い排気が得られるようにしてターボ過給機の過給性能およびＤＰＦの再生効率を向上できるようにしている。

特開２００６−７０８７８号公報

上記特許文献１に開示されたエンジンの吸排気構造では、エンジン後方に設けられたスペースを利用して過給エア管を配管しているが、上記小型のターボ過給機に設けられたタービンの排出部から大型のターボ過給機に設けられたタービンの排気導入部に接続されたタービン間通路が小型のターボ過給機を迂回してその上方位置に配置されている。このため、上記タービン間通路が略コ字状に形成され通路長が長くなることが避けられず、その設置スペースを確保することが困難であるという問題があった。

また、エンジンから導出された排気ガスの一部を吸気系に還流させることにより燃焼ガス温度を下げてＮＯｘを低減させるため、排気還流システムを設けることが一般的に行われているが、該排気還流システムには、排気ガスを還流させるＥＧＲ管や、排気還流量を調節するＥＧＲ制御弁ユニットおよび排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ等が設けられており、これらを上記ターボ過給機とともにエンジンの周辺部においてコンパクトかつ適正に配設できるようにすることが望まれていた。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、エンジンとダッシュパネルとの間にターボ過給機、ＥＧＲクーラおよびＥＧＲ制御弁ユニット等をコンパクトかつ適正に配設できる車両の排気系装置を提供することを目的としている。

請求項１に係る発明は、エンジンルーム内に横置き式に搭載されたエンジンの車両後方側にターボ過給機と排気浄化ユニットとが車幅方向に併設され、該排気浄化ユニットの下流側から取り出された排気ガスが排気還流システムを介して吸気側に還流されるように構成された車両の排気系装置であって、上記排気浄化ユニットがターボ過給機よりも車幅方向の外方側に配設されるとともに、上記排気還流システムには、エンジンの後方側壁面と排気浄化ユニットとの間に配設されたＥＧＲクーラと、その下流側に配設されて排気ガスの還流量を調節するＥＧＲ制御弁ユニットと、上記ＥＧＲクーラに排気ガスを供給する第１ＥＧＲ管と、ＥＧＲクーラから導出された排気ガスを上記ＥＧＲ制御弁ユニットに供給する第２ＥＧＲ管と、該ＥＧＲ制御弁ユニットから導出された排気ガスを吸気側に導出する第３ＥＧＲ管とが設けられ、第２ＥＧＲ管が上記ターボ過給機と排気浄化ユニットとの間を通って車両後方側に延びるように設置されるとともに、上記ＥＧＲ制御弁ユニットが車両の前後方向から見てダッシュパネルのトンネル部のエリア内に配設されたものである。

請求項２に係る発明は、上記請求項１に記載の車両の排気系装置において、上記ターボ過給機として、回転軸が略平行に配列された第１ターボ過給機と第２ターボ過給機が上下に配設され、第２ＥＧＲ管が、下方側の第１ターボ過給機と排気浄化ユニットとの間から車両の後方側に延びるように設置されたものである。

請求項３に係る発明は、上記請求項１または２に記載の車両の排気系装置において、上記第３ＥＧＲ管は、ＥＧＲ制御弁ユニットの設置部から上方に向って延びる直線状部を有し、該直線状部内に排気ガス中の固体微粒子を捕集するフィルタ筒が配設されたものである。

請求項４に係る発明は、上記請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両の排気系装置において、上記排気浄化ユニットは、ＤＰＦを有する縦長の筒形状に形成されたものである。

請求項５に係る発明は、上記請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両の排気系装置において、上記第１ＥＧＲ管と第２ＥＧＲ管とは、排気浄化ユニットを挟んでその車幅方向の両側部位に配設されたものである。

請求項１に係る発明では、上記ＥＧＲクーラから導出された排気ガスをＥＧＲ制御弁ユニットに供給する第２ＥＧＲ管をターボ過給機と排気浄化ユニットとの間から車両の後方側に延びるように設置したため、該ターボ過給機、排気浄化ユニット、ＥＧＲクーラおよびＥＧＲ制御弁ユニット等を互いに干渉させることなく、これらをコンパクト化した状態でエンジンとダッシュパネルとの間における限られた空間内に設置することができる。また、上記ターボ過給機と排気浄化ユニットとの間から車両後方側に延びるように第２ＥＧＲ管を設置するとともに、その下流端部に設けられたＥＧＲ制御弁ユニットを車両の前後方向から見てダッシュパネルのトンネル部のエリア内に配設したため、車両の衝突時に入力された衝撃荷重に応じて上記ＥＧＲ制御弁ユニットが車両の後方側に押動された場合においても、該ＥＧＲ制御弁ユニットがダッシュパネルに干渉するのを効果的に防止できるという利点がある。

請求項２に係る発明では、ターボ過給機として、回転軸が略平行に配列された第１ターボ過給機と第２ターボ過給機とが上下に配設された車両の排気系装置において、上記第２ＥＧＲ管を、下方側の第１ターボ過給機と排気浄化ユニットとの間から車両の後方側に延びるように設置したため、上記第１，第２ターボ過給機、排気浄化ユニット、ＥＧＲクーラおよびＥＧＲ制御弁ユニット等を互いに干渉させることなく、エンジンとダッシュパネルとの間における限られた空間内に適正状態で設置できる等の利点がある。

請求項３に係る発明では、上記第３ＥＧＲ管に、ＥＧＲ制御弁ユニットの設置部から上方に向って延びる直線状部を設け、該直線状部内に排気ガス中の固体微粒子を捕集するフィルタ筒が配設したため、上記第３ＥＧＲ管の直線状部を有効に利用して所定の長さを有するフィルタ筒を配設することかでき、該フィルタ筒により排気ガス中の固体微粒子を確実に捕集して除去することにより、上記第２ターボ過給機の第２コンプレッサに異物などの固体微粒子が供給されることに起因した過給効率の低下等を効果的に防止できるという利点がある。

請求項４に係る発明では、上記排気浄化ユニットをＤＰＦに設けるとともに、該排気浄化ユニットを縦長の筒形状に形成したため、該排気浄化ユニットの容量を充分に確保しつつ、これと並列にターボ過給機、ＥＧＲクーラおよびＥＧＲ制御弁ユニット等をコンパクト化した状態で、エンジンとダッシュパネルとの間における限られた空間内に適正状態で設置できるという利点がある。

請求項５に係る発明では、排気浄化ユニットを挟んでその車幅方向の両側部位に、上記第１ＥＧＲ管と第２ＥＧＲ管とを配設した場合には、該第１ＥＧＲ管および第２ＥＧＲ管を互いに干渉させることなく、エンジンとダッシュパネルとの間における限られた空間内に適正状態で設置することができる。

本発明に係る車両の排気系装置の実施形態を示す側面図である。上記排気系装置の具体的構成を示す背面図である。上記排気系装置の具体的構成を示す平面図である。上記排気系装置の配管構造を示す概略図である。ターボ過給機の具体的構成を示す背面図である。ターボ過給機の具体的構成を示す側面図である。排気還流システムの具体的構成を示す斜視図である。フィルタ筒の具体的構成を示す断面図である。運転モード切替用の制御マップである。各運転モードにおけるバルブの開閉状態を示すグラフである。

図１〜図４は、本発明に係る車両の排気系装置を直列４気筒のディーゼルエンジン１に適用した実施形態を示している。該エンジン１は、シリンダブロック２と、該シリンダブロック２の上部に配設されるシリンダヘッド３と、該シリンダヘッド３の上部を覆うシリンダヘッドカバー４と、シリンダブロック２の左側端部に配設される変速機ユニット５等を有している。なお、当実施形態の左右方向とは、エンジン１の背面視におけるクランクシャフト方向の左右方向をいう。

上記エンジン１は、クランクシャフト（図示略）方向が車略方向に延びるように横置きに配置され、シリンダヘッド３に形成された吸気ポートが車両前側に位置し、かつ排気ポートが車両後側に位置するように配置されている。該エンジン１は、圧縮行程における圧縮比が、通常のディーゼルエンジンの圧縮比に比べて低く、例えば圧縮比が１４程度に制御されるよう構成されている。上記変速機ユニット５は、その外面を覆うトランスファーケース（図示略）を備え、該トランスファーケースは、エンジン１の後方側壁面よりも車両後方に張り出すように設置されている。

上記エンジン１の吸気系には、吸気中のダスト等を除去するエアクリーナ６と、主として低速時に吸気を過給する小型の第１ターボ過給機７を構成する第１コンプレッサ７ａと、主として中高速時に吸気を過給する第１ターボ過給機７より容量が大きい大型の第２ターボ過給機８を構成する第２コンプレッサ８ａと、加圧により高温となった吸気を冷却するインタークーラ９と、吸気通路を開閉する吸気シャッタ弁１９と、吸気をエンジン１の各吸気ポート３ａへ導く吸気マニホールド１０とが設けられている。

上記第１ターボ過給機７は、図４および図５に示すように、第１コンプレッサ７ａと、第１タービン７ｂと、該第１コンプレッサ７ａおよび第１タービン７ｂを同期回転可能に連結する第１タービンシャフト７ｃと、第１コンプレッサ７ａの外周を覆う第１コンプレッサハウジング２１と、第１タービン７ｂの外周を覆う第１タービンハウジング２２と、第１タービンシャフト７ｃを回転自在に軸支し、かつ該第１タービンシャフト７ｃの外周を覆う第１センタハウジング２３等を備えている。

上記第１センタハウジング２３が第１コンプレッサハウジング２１と第１タービンハウジング２２を一体的に連結するように設置されている。図１に示すように、第１ターボ過給機７は、その第１タービンシャフト（回転軸）７ｃがエンジン１の車両後方側において、車幅方向に延びように設置された該エンジン１のクランクシャフトと略平行に配列されている。

上記第２ターボ過給機８は、第２コンプレッサ８ａと、第２タービン８ｂと、該第２コンプレッサ８ａおよび第２タービン８ｂを同期回転可能に連結する第２タービンシャフト８ｃと、第２コンプレッサ８ａの外周を覆う第２コンプレッサハウジング３１と、第２タービン８ｂの外周を覆う第２タービンハウジング３２と、第２タービンシャフト８ｃを回転自在に軸支し、かつ該第２タービンシャフト８ｃの外周を覆う第２センタハウジング３３等を備えている。

上記第２センタハウジング３３は、第２コンプレッサハウジング３１と第２タービンハウジング３２を一体的に連結するよう構成されている。図１に示すように、第２ターボ過給機８は、第１ターボ過給機７の上方位置に配置され、上記第２タービンシャフト（回転治具）８ｃがエンジン１の車両後方側において、上記第１タービンシャフト７ｃと同様にエンジン１のクランクシャフトと略平行に配列されている。

上記第２コンプレッサ８ａの吸気導入部には、エアクリーナ６から延びる吸気流入通路１４が接続されている。また、上記第２コンプレッサ８ａの吸気導出部と第１コンプレッサ７ａの吸気導入部とは、コンプレッサ接続通路１５により接続されている。さらに、該コンプレッサ接続通路１５の途中部からインタークーラ９を介して吸気マニホールド１０へ吸気を送る吸気送り通路１６が分岐している。

上記吸気送り通路１６には、吸気カットバルブ１７が設けられている。該吸気カットバルブ１７は、スイングバルブにより構成され、アクチュエータ１７ａにより駆動されるよう構成されている。また、上記第１コンプレッサ７ａの吸気導出部には、コンプレッサ下流通路１８が接続され、該コンプレッサ下流通路１８は、吸気カットバルブ１７の下流側位置において吸気送り通路１６に接続されている。

図５に示すように、第１コンプレッサハウジング２１と、第２コンプレッサハウジング３１と、コンプレッサ接続通路１５と、吸気送り通路１６の一部と、コンプレッサ下流通路１８の一部とにより一体的な吸気通路ユニット４９が形成されている。該吸気通路ユニット４９は、靭性の高い金属材料、例えばアルミ合金製の鋳造成形品により形成されている。

エンジン１の排気系には、各排気ポート３ｂから排出された排気ガスを１つに集合させる排気マニホールド１１と、該排気ガスの排気エネルギーにより駆動される第１ターボ過給機７の第１タービン７ｂと、同様に排気エネルギーにより駆動される第２ターボ過給機８の第２タービン８ｂと、排気ガスを浄化する排気浄化ユニット１２と、排気ガスの一部を吸気マニホールド１０へ還流させる排気還流システム１３等が設けられている。上記排気マニホールド１１は、シリンダヘッド３の内部において各排気ポート３ｂを合流させるように形成されている。

第１ターボ過給機７と第２ターボ過給機８は、エンジン１の後方側壁面に沿って上下に配置され、第１タービン７ｂの排気排出部と第２タービン８ｂの排気排出部とがエンジン１の右側に配置されている。第１ターボ過給機７は、シリンダブロック２の上部における左側位置に配置され、第２ターボ過給機８は、シリンダヘッドカバー４における左側位置に配置されている。そして、上記第１ターボ過給機７と第２ターボ過給機８とは、シリンダヘッド３の後方側壁面に設けられた取付部にボルト止めにより固定されている。

エンジン１の排気系には、第１タービン７ｂの排気排出部から第２タービン８ｂの排気導入部に向けて延びるタービン間通路４１と、排気マニホールド１１と接続されて排気ガスを第１タービン７ｂの導入部に導出する導入通路４２と、該導入通路４２と上記タービン間通路４１とを接続する第１バイパス通路４３と、該第１バイパス通路４３を開閉するレギュレートバルブ４４（制御弁）等が設けられている。該レギュレートバルブ４４は、バタフライバルブにより構成され、アクチュエータ４４ａにより駆動されるように構成されている。

図５，図６に示すように、タービン間通路４１は、タービンシャフト７ｃ，８ｃの軸方向から視て第１タービン７ｂの排出部（軸心位置）から第２ターボ過給機８側（上方側）へ略ストレート状に延びて第２タービン８ｂの外周部に接線方向から接続されている。これにより、第１タービン７ｂの排出部から第２タービン８ｂの導入部までを短距離の通路長で接続することができ、排気ガスの通路抵抗を低減しつつ外気へ放熱される排気ガスの熱エネルギーを抑制し得るようになっている。

上記第１タービンハウジング２２と、第２タービンハウジング３２と、タービン間通路４１と、第１バイパス通路４３と、導入通路４２とにより一体的な排気通路ユニット５０が構成されている。該排気通路ユニット５０には、第１ターボ過給機７側の第１ユニット部５１と、第２ターボ過給機８側の第２ユニット部５２と、第１ユニット部５１と第２ユニット部５２の接続部分に介装される中間部材５３が設けられている。排気通路ユニット５０は、熱膨張率が低く温間耐力と耐酸化性が高い金属材料、例えばＳｉ−Ｍｏ−Ｃｒ系Ｆｅによる鋳造成形品として形成されている。

第１ユニット部５１には、第１タービンハウジング２２と、エンジン１から第１タービン７ｂを介して第２タービン８ｂへ排気ガスを送るタービン間通路４１の一部と、エンジン１から第１タービン７ｂへ排気ガスを供給する導入通路４２と、エンジン１から第２タービン８ｂへ排気ガスを送る第１バイパス通路４３の一部とが一体的に形成されている。図５に示すように、第１ユニット部５１の前側には、上下左右にボルト穴を有するフランジ部５１ａが形成され、吸気通路ユニット４９と排気通路ユニット５０とがシリンダヘッド３の取付部にボルト止めされている。

第２ユニット部５２には、第２タービンハウジング３２と、エンジン１から第１タービン７ｂを介して第２タービン８ｂへ排気ガスを送るタービン間通路４１の一部と、エンジン１から第２タービン８ｂへ排気ガスを送る第１バイパス通路４３の一部とが一体的に形成されている。第１ユニット部５１と第２ユニット部５２の接続部分に介装される中間部材５３には、レギュレートバルブ４４が回転自在に枢支され、第１バイパス通路４３の一部とタービン間通路４１の一部とが形成されている。

第１ユニット部５１と第２ユニット部５２と中間部材５３の外縁部には、それぞれボルト穴が形成されており、排気通路ユニット５０として一体的にボルト止めされるようになっている。第１バイパス通路４３の内周面の一部には、レギュレートバルブ４４の軸直交側外縁部に対応してレギュレートバルブ４４の着座部が形成されている。これにより、レギュレートバルブ４４は全閉状態から所定開角度、例えば８０度までリニアに開角度調整することができ、アクチュエータ４４ａにより第１バイパス通路４３の排気流量を細かく調整できるように構成されている。

また、上記排気系には、図４等に示すように、第２タービン８ｂの排出部から右側へ延びるように設置されて排気浄化ユニット１２と接続されるタービン下流通路４５が設けられている。第２タービン８ｂの排気導入部とタービン下流通路４５の間には、第２バイパス通路４６が形成されている。該第２バイパス通路４６の内部には、ウエストゲートバルブ４７が設けられている。該ウエストゲートバルブ４７は、スイングバルブにより構成され、アクチュエータ４７ａにより駆動可能に形成されている。

排気浄化ユニット１２は、エンジン１の後方側壁面に沿って設置された第１ターボ過給機７および第２ターボ過給機８の車幅方向外方側、当実施形態では第１ターボ過給機７および第２ターボ過給機８の右側位置に隣接して配置されている。そして、上記排気浄化ユニット１２は、その排気入口が第２タービン８ｂの排出部と略同じ高さの上側位置に配設されるとともに、排気浄化ユニット１２の排気出口が第１ターボ過給機７よりも下方側に位置するよう縦長の筒状に形成されている。

排気浄化ユニット１２には、酸化触媒と、酸化触媒の下流側に配置されたＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）とがインシュレータにより被覆された状態で一体的に収容されている。なお、上記ＤＰＦは、単に煤を除去するフィルタに限られず、触媒をフィルタに担持させたものであってもよい。また、上記酸化触媒は、排気ガス中の一酸化炭素および炭化水素等を充分に酸化する機能を有するものである。

上記排気還流システム１３は、図４に示すように、エンジン１の冷間運転時または低速低負荷時等に第１タービン７ｂの上流部に位置する導入通路４２から導出された比較的に高圧の排気ガスを、インタークーラ９の下流部において吸気通路に還流させる高圧排気還流システム６１と、エンジンの通常運転時に上記排気浄化ユニット１２とその下流部に設置された排気絞りバルブ４８との間に位置する導入通路４２から導出された比較的に低圧の排気ガスを、第２コンプレッサ８ａの上流部に還流する低圧排気還流システム６２とを有している。

上記高圧排気還流システム６１は、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ６３および第１ＥＧＲ制御弁６４が設けられた第１高圧排気還流通路６５と、上記ＥＧＲクーラ６３をバイパスするとともに第２ＥＧＲ制御弁６６が設けられた第２高圧排気還流通路６７とを有している。なお、上記高圧排気還流システム６１は、その具体的な設置位置の図示を省略しているが、例えばエンジン１の左側部分の上方部等に配設されるものである。

上記低圧排気還流システム６２は、図４および図７に示すように、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ７１と、その下流側に配設されて排気ガスの還流量を調節するＥＧＲ制御弁ユニット７２と、上記ＥＧＲクーラ７１に排気ガスを供給する第１ＥＧＲ管７３と、上記ＥＧＲクーラ７１から導出された排気ガスを上記ＥＧＲ制御弁ユニット７２に供給する第２ＥＧＲ管７４と、該ＥＧＲ制御弁ユニット７２から導出された排気ガスを吸気側に導出する第３ＥＧＲ管７５とを有している。

図２および図３に示すように、ＥＧＲクーラ７１は、エンジン１の後方側壁面と上記排気浄化ユニット１２との間に配設されている。上記第１ＥＧＲ管７３は、排気浄化ユニット１２の下端部に接続されたタービン下流通路４５から分岐して、排気浄化ユニット１２の右側を通り上方に延びるように設置されている。そして、上記第１ＥＧＲ管７３の上端部が、エンジン１の後方側壁面と上記排気浄化ユニット１２との間に右側から導入されるとともに、その下流端部が上記ＥＧＲクーラ７１の右側面部に接続されている。また、上記第１ＥＧＲ管７３の上下方向に中間部には、該第１ＥＧＲ管７３の熱伸縮を吸収するための蛇腹状部７３ａが設けられている。

上記第２ＥＧＲ管７４は、ＥＧＲクーラ７１の左側面部から第１，第２ターボ過給機７，８のうち下方に位置する第１ターボ過給機７と排気浄化ユニット１２との間を通って車両後方側に延びるように設置されるとともに、その下流端部が上記ＥＧＲ制御弁ユニット７２に接続されている。該ＥＧＲ制御弁ユニット７２は、図２に示すように、車両の前後方向から見てダッシュパネル２５に接合されたトンネル部２６のエリア内で、その外周部近傍に配設されている。また、上記第２ＥＧＲ管７４は、エンジン１の後方側において排気浄化ユニット１２の左側に配設されるとことにより、上記第１ＥＧＲ管７３と第２ＥＧＲ管７４とが排気浄化ユニット１２を挟んでその車幅方向の反対側部位に配設されている。

上記第３ＥＧＲ管７５は、ＥＧＲ制御弁ユニット７２の設置部から上方に向って延びる直線状部７７と、その上端部から第２タービンハウジング３２の上方を通って第２コンプレッサハウジング３１の吸気導入部に接続されるように延びる略水平部７８とを有している。また、上記第３ＥＧＲ管７５の直線状部７７は、図８に示すように、第３ＥＧＲ管７５の熱伸縮を吸収するための蛇腹状部７５ａを有する中間筒７９と、その上端部に接続された上部筒８０と、中間筒７９の下端部に接続された下部筒８１とに３分割され、上部筒８０と上記略水平部７８とが一体に連設されている。

上記第３ＥＧＲ管７５の直線状部７７内には、排気ガス中に含有された異物などの固体微粒子を捕集することにより第１ターボ過給機７の第１コンプレッサ７ａの吸気導入部に異物などの固体微粒子が供給されるのを防止するフィルタ筒７６が配設されている。該フィルタ筒７６は、排気ガス流の上流端部が円形に形成されるとともに、下流端部が偏平化された金属製のメッシュ材からなっている。

次に、図４、図９および図１０に基づき、第１，第２ターボ過給機７，８の制御について説明する。図１０の制御マップに示すように、エンジン１は、車両の走行状態に応じて、低速モードＭ１、中速モードＭ２、中高速モードＭ３、高速モードＭ４に制御され、始動時モードＭ０を加えて５つの運転モードＭ０〜Ｍ４によりエンジン１に対する吸気および排気ガスの制御が実行される。具体的には、エンジン１の制御部（図示略）が各車載センサの検出値に基づき運転モードＭ０〜Ｍ４を判定し、吸気カットバルブ１７、レギュレートバルブ４４およびウエストゲートバルブ４７を制御するように構成されている。

エンジン１を始動させる際に実行される始動時モードＭ０では、吸気カットバルブ１７を閉作動するとともに、レギュレートバルブ４４およびウエストゲートバルブ４７を開作動するように制御する。これにより、エンジン１の排気ガスは図４に示すように、排気ポート３ｂおよび排気マニホールド１１を通過して導入通路４２へ導かれる。このとき、レギュレートバルブ４４が開状態となっているため、排気ガスは第１バイパス通路４３を通過し、第１タービン７ｂをバイパスする。第１タービン７ｂをバイパスした排気ガスは、ウエストゲートバルブ４７が開作動しているため、第２タービン８ｂをバイパスして排気浄化ユニット１２へ送り込まれる。これにより、運動エネルギーの損失が少なく温度の高い排気ガスを排気浄化ユニット１２に導入することができる。なお、第１コンプレッサ７ａと第２コンプレッサ８ａが作動していないため、吸気は過給されない。

低速モードＭ１では、吸気カットバルブ１７、レギュレートバルブ４４およびウエストゲートバルブ４７を閉作動制御する。エンジン１の排気ガスは、レギュレートバルブ４４が閉作動しているため、第１タービン７ｂと第２タービン８ｂを回動して排気浄化ユニット１２へ送り込まれる。また、上記吸気ポート３ａには、第１コンプレッサ７ａと第２コンプレッサ８ａにより過給された吸気が供給され、これにより低速時の小さな排気運動エネルギーであっても過給効果を得ることができる。

中速モードＭ２では、吸気カットバルブ１７およびウエストゲートバルブ４７を閉作動するとともに、レギュレートバルブ４４の開度を調整するように制御する。レギュレートバルブ４４の開度は、エンジンスピートが高い程、またエンジントルクが高い程大きくなるように制御される。エンジン１の運転状態に応じて上記レギュレートバルブ４４の開度が制御されることにより、排気ガスの一部が第１タービン７ｂに供給されてこれを回動した後第２タービン８ｂに供給されるとともに、排気ガスの残部が第１タービン７ｂとバイパスして第２タービン８ｂに直接供給されることにより、該第２タービン８ｂが回動される。また、上記吸気ポート３ａには、第１コンプレッサ７ａと第２コンプレッサ８ａにより過給された吸気が供給される。これにより、第１コンプレッサ７ａの過給効率と排気抵抗の低減とを両立することができる。

中高速モードＭ３では、吸気カットバルブ１７およびレギュレートバルブ４４を開作動するとともに、ウエストゲートバルブ４７を閉状態とするように制御する。エンジン１の排気ガスは、第１タービン７ｂをバイパスして第１バイパス通路４３からタービン間通路４１に供給され、第２タービン８ｂを回動した後、排気浄化ユニット１２へ送り込まれる。また、上記吸気ポート３ａには、第２コンプレッサ８ａにより過給された吸気が供給される。

高速モードＭ４では、吸気カットバルブ１７およびレギュレートバルブ４４を開作動するとともに、ウエストゲートバルブ４７の開度を調整するように制御する。ウエストゲートバルブ４７は、エンジンスピートが所定値以上、またエンジントルクが所定値以上のとき開状態となるように制御される。ウエストゲートバルブ４７が運転状態に応じて開度調整されることにより、第１タービン７ｂをバイパスした排気ガスの一部がからタービン間通路４１に供給され、第２タービン８ｂを回動するとともに、排気ガスの残部が第２タービン８ｂをバイパスして排気浄化ユニット１２へ送り込まれる。また、吸気ポート３ａには、第２コンプレッサ８ａにより過給された吸気が供給される。これにより、第２コンプレッサ８ａの過給効率を確保しつつ、吸排気抵抗を低減することができる。

そして、エンジン１の始動時またはエンジン温度の低い時に、吸気温度を上昇させることにより、燃料の気化、霧化を促進させることを目的として、高圧排気還流システム６１により排気ガス還流を行なう場合には、上記第１ＥＧＲ制御弁６４を閉止するとともに、第２ＥＧＲ制御弁６６を開放する。これにより、エンジン１の始動時等において排気ガス温度の低い場合には、エンジン１から排出された排気ガスが冷却されることなく第２高圧排気還流通路６７を介して吸気系に還流されることになる。

一方、エンジン１の低速低負荷時等においてエンジン温度の高い時に、吸気充填量を確保することを目的として上記高圧排気還流システム６１により排気ガスの還流を行う場合には、上記第１ＥＧＲ制御弁６４を開放するとともに、第２ＥＧＲ制御弁６６を閉止することにより、高温の排気ガスがＥＧＲクーラ６３において所定温度に冷却された後、第１高圧排気還流通路６５を介して吸気系に還流されるようになっている。

また、エンジン１の通常運転時等において、上記低圧排気還流システム６２により排気ガスの還流を行う場合には、低圧排気還流システム６２の第２ＥＧＲ管７４を開放状態とする制御信号をＥＧＲ制御弁ユニット７２に出力する。これにより排気浄化ユニット１２の下流側から第１ＥＧＲ管７３から導出された排気ガスが第２ＥＧＲ管７４を介してＥＧＲクーラ７１に供給され、所定温度に冷却されるとともに、ＥＧＲ制御弁ユニット７２の設置部を通過した後、フィルタ筒７６により排気ガス中の固体微粒子が捕集されて除去された状態で第１ターボ過給機７の第１コンプレッサ７ａの吸気導入部に供給される。

上記のようにエンジンルーム内に横置き式に搭載されたエンジン１の車両後方側にターボ過給機７と排気浄化ユニット１２とが車幅方向に併設され、該排気浄化ユニット１２の下流側から取り出された排気ガスが排気還流システム６２を介して吸気側に還流されるように構成された車両の排気系装置において、上記排気浄化ユニット１２をターボ過給機７よりも車幅方向の外方側に配設するとともに、上記排気還流システム６２に、エンジン１の後方側壁面と排気浄化ユニット１２との間に配設されたＥＧＲクーラ７１と、その下流側に配設されて排気ガスの還流量を調節するＥＧＲ制御弁ユニット７２と、上記ＥＧＲクーラ７１に排気ガスを供給する第１ＥＧＲ管７３と、ＥＧＲクーラ７１から導出された排気ガスを上記ＥＧＲ制御弁ユニット７２に供給する第２ＥＧＲ管７４と、該ＥＧＲ制御弁ユニット７２から導出された排気ガスを吸気側に導出する第３ＥＧＲ管７５とを設け、第２ＥＧＲ管７４を上記ターボ過給機７と排気浄化ユニット１２との間から車両後方側に延びるように設置するとともに、上記ＥＧＲ制御弁ユニット７２を車両の前後方向から見てダッシュパネル２５に接合されたトンネル部２６のエリア内でその外周部近傍に配設したため、エンジン１とダッシュパネル２５との間における限られた空間内に、ターボ過給機７、ＥＧＲクーラ７１およびＥＧＲ制御弁ユニット７２等をコンパクトかつ適正に配設できるという利点がある。

すなわち、上記実施形態では、回転軸が略平行に配列された小型の第１ターボ過給機７と大型の第２ターボ過給機８とが上下に配設された車両の排気系装置において、上記第２ＥＧＲ管７４を、下方側の第１ターボ過給機７と排気浄化ユニット１２との間から車両の後方側に延びるように設置したため、上記第１，第２ターボ過給機７、排気浄化ユニット１２、ＥＧＲクーラ７１およびＥＧＲ制御弁ユニット７２等を互いに干渉させることなく、これらをコンパクト化した状態でエンジン１とダッシュパネル２５との間に形成された狭い空間部に設置することができる。しかも、上記ターボ過給機７と排気浄化ユニット１２との間から車両後方側に延びるように第２ＥＧＲ管７４を設置するとともに、その下流端部に設けられたＥＧＲ制御弁ユニット７２を車両の前後方向から見てダッシュパネル２５に接合されたトンネル部２６のエリア内でその外周部近傍等に配設したため、車両の衝突時に入力された衝撃荷重に応じて上記ＥＧＲ制御弁ユニット７２が車両の後方側に押動された場合においても、該ＥＧＲ制御弁ユニット７２がダッシュパネル２５に干渉するのを効果的に防止できるという利点がある。

また、上記実施形態に示すように、第３ＥＧＲ管７５に、ＥＧＲ制御弁ユニット７２の設置部から上方に向って延びる直線状部７７を設け、該直線状部７７内に排気ガス中の固体微粒子を捕集するフィルタ筒７６を配設した場合には、上記第３ＥＧＲ管７５の直線状部７７を有効に利用して所定の長さを有するフィルタ筒７６を配設することかできるため、該フィルタ筒７６により排気ガス中の固体微粒子を確実に捕集して除去することができる。したがって、上記第２ターボ過給機８の第２コンプレッサ８ａに異物などの固体微粒子が供給されることによる弊害、例えば第２コンプレッサ８ａのインペラに固体微粒子が付着することに起因した過給効率の低下等を効果的に防止できるという利点がある。

さらに、上記実施形態では、排気浄化ユニット１２をＤＰＦが設けられた縦長の筒形状に形成したため、該排気浄化ユニット１２の容量を充分に確保しつつ、これと並列にターボ過給機７、ＥＧＲクーラ７１およびＥＧＲ制御弁ユニット７２等をコンパクト化した状態で、エンジン１とダッシュパネル２５との間における限られた空間内に適正状態で設置できるという利点がある。

また、上記実施形態に示すように、排気浄化ユニット１２を挟んでその車幅方向の両側部位に、上記ＥＧＲクーラ７１に排気ガスを供給する第１ＥＧＲ管７３と、ＥＧＲクーラ７１から導出された排気ガスを上記ＥＧＲ制御弁ユニット７２に供給する第２ＥＧＲ管７４とを配設した場合には、該第１ＥＧＲ管７３および第２ＥＧＲ管７４を互いに干渉させることなく、エンジン１とダッシュパネル２５との間における限られた空間内に適正状態で設置することができる。

１エンジン
７第１ターボ過給機
８第２ターボ過給機
１２排気浄化ユニット
１３排気還流システム
２５ダッシュパネル
２６トンネル部
７１ＥＧＲクーラ
７２ＥＧＲ制御弁ユニット
７３第１ＥＧＲ管
７４第２ＥＧＲ管
７５第３ＥＧＲ管
７６フィルタ筒
７７直線状部

Claims

エンジンルーム内に横置き式に搭載されたエンジンの車両後方側にターボ過給機と排気浄化ユニットとが車幅方向に併設され、該排気浄化ユニットの下流側から取り出された排気ガスが排気還流システムを介して吸気側に還流されるように構成された車両の排気系装置であって、上記排気浄化ユニットがターボ過給機よりも車幅方向の外方側に配設されるとともに、上記排気還流システムには、エンジンの後方側壁面と排気浄化ユニットとの間に配設されたＥＧＲクーラと、その下流側に配設されて排気ガスの還流量を調節するＥＧＲ制御弁ユニットと、上記ＥＧＲクーラに排気ガスを供給する第１ＥＧＲ管と、ＥＧＲクーラから導出された排気ガスを上記ＥＧＲ制御弁ユニットに供給する第２ＥＧＲ管と、該ＥＧＲ制御弁ユニットから導出された排気ガスを吸気側に導出する第３ＥＧＲ管とが設けられ、第２ＥＧＲ管が上記ターボ過給機と排気浄化ユニットとの間を通って車両後方側に延びるように設置されるとともに、上記ＥＧＲ制御弁ユニットが車両の前後方向から見てダッシュパネルのトンネル部のエリア内に配設されたことを特徴とする車両の排気系装置。
上記ターボ過給機として、回転軸が略平行に配列された第１ターボ過給機と第２ターボ過給機が上下に配設され、第２ＥＧＲ管が、下方側の第１ターボ過給機と排気浄化ユニットとの間から車両の後方側に延びるように設置されたことを特徴とする請求項１に記載の車両の排気系装置。
上記第３ＥＧＲ管は、ＥＧＲ制御弁ユニットの設置部から上方に向って延びる直線状部を有し、該直線状部内に排気ガス中の固体微粒子を捕集するフィルタ筒が配設されたことを特徴とする請求項１または２に記載の車両の排気系装置。
上記排気浄化ユニットは、ＤＰＦを有する縦長の筒形状に形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両の排気系装置。
上記第１ＥＧＲ管と第２ＥＧＲ管とは、排気浄化ユニットを挟んでその車幅方向の両側部位に配設されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両の排気系装置。