JP6361704B2 - エンジンの排気構造 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、エンジンの排気構造に関する。

特許文献１には、ターボ過給機付きエンジンの排気構造が記載されている。この排気構造では、タービンの直下流に、径が拡大する拡管部を設けている。拡管部内には、タービンから吐出される旋回流を整流する整流板が配設されている。拡管部の下流には、横断面が円形状の排気浄化装置が接続されている。排気浄化装置は、触媒コンバータを収容している。この排気構造では、拡管部において排気ガスの流れを整流するため、排気浄化装置を通過する排気ガスの速度分布が均一化し、触媒による排気ガスの浄化性能を十分に発揮させることが可能になる。

特開２００６−３２９０３１号公報

ところで、タービンの直下流に排気浄化装置を接続しようとすると、排気浄化装置はエンジンの近傍に配設される。エンジンルーム内のレイアウトの関係から、排気浄化装置の形状を、扁平な形状にすることが考えられる。つまり、排気浄化装置の、例えば触媒コンバータを収容するケースの横断面形状を、相対する一対の短辺と相対する一対の長辺とを含む扁平形状にすれば、狭小なエンジンルーム内において、エンジンの近傍に、排気浄化装置を、効率的に配設することが可能になる。

ところが、タービンの直下流に排気浄化装置を接続すると、タービン回転数が高いときに、排気浄化装置に流入する排気ガスは、強い旋回流となる。排気浄化装置が扁平な形状を有していると、強い旋回流が、扁平な形状の排気浄化装置に流入したときに、排気浄化装置内において、長辺側の部位における排気ガスの速度が、短辺側の部位における排気ガスの速度よりも高くなることが、本願発明者等の検討から明らかになった。排気浄化装置を通過する排気ガスの速度分布に偏りが生じると、排気浄化性能の低下を招く恐れがある。また、排気浄化装置の特定の部位における排気ガスの流量が多くなることによって、当該部位の温度が過剰に高くなって熱害が懸念される。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、タービンの直下流に接続された、扁平な形状の排気浄化装置を備えるエンジンの排気構造において、排気浄化装置のケースに流入する排気ガスの速度分布の偏りを防止することにある。

ここに開示する技術は、エンジンの排気構造に係る。エンジンの排気構造は、エンジンの排気管に配設されかつ、前記エンジンの排気ガスのエネルギにより回転するよう構成されたターボ過給機のタービンと、前記タービンの直下流に接続されかつ、前記排気ガスを浄化するよう構成された排気浄化装置と、を備え、前記排気浄化装置は、相対する一対の短辺と相対する一対の長辺とを含む扁平形状の横断面を有しかつ、触媒コンバータを収容するよう構成されたケースと、前記排気ガスの流路の横断面が拡大するよう、前記排気ガスの主流方向に対し傾斜した傾斜壁により構成されたコーン部を有しかつ、前記タービンの出口と前記ケースの入口とをつなぐよう構成されたインレットコーンと、を有する。

そして、前記コーン部の前記傾斜壁における一対の長辺それぞれに対応する部位には、内方に凹んだ凹部が形成されている。

この構成によると、排気浄化装置は、タービンの直下流に接続される。排気浄化装置は、タービンの出口に直接接続されていてもよい。この構成は、排気浄化装置に流入する排気ガスの温度が高くなるから、排気浄化装置の早期活性化に有利になる。また、エンジンの熱効率が高いことに起因して、排気ガスの温度が低いエンジンにおいては、排気浄化装置をタービンの直下流に接続することによって、排気浄化装置に流入する排気ガスの温度が高くなるため、排気浄化装置を活性状態に維持する上でも有利になる。

タービンの直下流に接続された排気浄化装置は、エンジンの近傍に配設される。排気浄化装置は、扁平形状の横断面を有するケースを有する。ケースの形状を扁平形状にすることによって、狭小なエンジンルーム内において、エンジンの近傍に、排気浄化装置を効率良く、配設することが可能になる。

排気浄化装置は、インレットコーンを有する。インレットコーンは、排気ガスの主流方向に対し傾斜した傾斜壁により構成されたコーン部を有する。タービンからの排気ガスは、インレットコーンを介することによって、排気ガスの主流方向に対して直交する方向に拡散しながら、触媒コンバータを収容するケースに流入する。

タービンの回転数が高いときには、ケースに流入する排気ガスの旋回が強くなる。排気ガスの流れは、遠心力により、コーン部内において外周側に向かうようになる。扁平な形状のケースにおいて、長辺側の部位は、短辺側の部位よりもインレットコーンの入口に近い。排気ガスの旋回が強いときには、排気浄化装置のケース内における長辺側の部位の速度は、短辺側の部位の速度よりも高くなる。

前記の構成では、コーン部の傾斜壁における一対の長辺それぞれに対応する部位に、内方に凹んだ凹部を形成している。インレットコーン内において、遠心力により外周側に向かおうとする排気ガスの流れが凹部によって規制される。排気ガスの流れは、凹部によって、長辺側から短辺側に向かうように変更される。こうして、排気ガスの旋回が強いときに、扁平な形状のケースに流入する排気ガスの速度分布の偏りが抑制される。その結果、排気浄化装置を通過する排気ガスの速度分布が均等化し、排気浄化性能を高く維持することが可能になる。また、扁平な形状のケースにおける長辺側の部位の排気ガスの流量が、局所的に多くなることが防止されるから、当該部位における熱害の発生を防止することが可能になる。

前記凹部は、前記排気ガスの主流方向に沿うと共に、前記長辺に沿う第１壁と、前記第１壁に連続しかつ、前記第１壁から外方に広がると共に、前記長辺に沿う第２壁と、を含んでいる、としてもよい。

こうすることで、インレットコーン内において、比較的強い旋回流れにより外周側に向かおうとする排気ガスの流れは、長辺に沿う第１壁に沿って流れる。排気ガスは、長辺側から短辺側に向かって流れるようになるから、扁平な形状のケースに流入する排気ガスの速度分布が均等化する。

前記タービンの出口と、前記インレットコーンの入口との間には、前記排気ガスの流路の横断面が次第に拡大する拡大部が設けられている、としてもよい。

排気ガスが拡大部を通過するに伴い、排気ガスの速度が低下する。インレットコーンを通過する際に、排気ガスは、主流方向に対して直交する方向に拡散しやすくなる。排気浄化装置のケースに流入する排気ガスの速度分布の偏りが抑制される。

ここに開示する技術の一態様として、前記コーン部に対する前記タービンの出口の接続位置は、一対の短辺が相対する方向の一方の短辺の方にずれており、前記コーン部の入口を挟んだ一対の長辺が相対する方向の一側と他側とのうち、前記コーン部の入口から前記排気ガスの旋回方向に従って前記一方の短辺に至る際に通過する側の長辺の部位に形成された第１凹部と、前記コーン部の入口から前記排気ガスの旋回方向に従って他方の短辺に至る際に通過する側の長辺の部位に形成された第２凹部と、を比較したときに、前記第２凹部は、前記第１凹部よりも大きく形成されている。

凹部の大きさが大きい（つまり、凹部の深さが深いこと、及び／又は、凹部の長さが長いことを含む）と、外周側に向かおうとする排気ガスの流れを規制して、排気ガスの流れを長辺側から短辺側へと変更する作用が強まる。

コーン部に対する排気管の接続位置が、一対の短辺が相対する方向の一方の短辺の方にずれているときに、第２凹部の大きさを大きくすると、外周側に向かおうとする排気ガスの流れを強く規制し、コーン部の入口から遠く離れた、他方の短辺側に、排気ガスの流れを変更させることが可能になる。

これに対し、第１凹部の大きさを小さくすると、外周側に向かおうとする排気ガスの流れの規制が弱くなり、コーン部の入口に近い、一方の短辺側に、排気ガスの流れを変更させることが可能になる。

従って、コーン部に対するタービンの出口の接続位置が、中心から、ずれているときに、第１凹部と第２凹部との大きさを異ならせることによって、ケース内に流入する排気ガスの速度分布を均等化することが可能になる。

ここに開示する技術の一態様として、前記凹部は、前記長辺に沿う方向において前記排気ガスの旋回方向の上流側に位置する上流側凹部と、前記長辺に沿う方向において前記排気ガスの旋回方向の下流側に位置する下流側凹部とを含み、前記下流側凹部は、前記上流側凹部よりも凹みが深く形成されている。

下流側凹部は、上流側凹部よりも凹みが深いため、排気ガスの流れを強く規制し、排気ガスの流れの方向を、短辺側に大きく変更させる。上流側凹部と下流側凹部とを組み合わせることによって、コーン部内の排気ガスの流れのコントロール性が高まる。ケース内に流入する排気ガスの速度分布を、さらに均等化させる上で、有利になる。

前記エンジンが配設されたエンジンルーム内には、前記排気浄化装置と、前記排気浄化装置の下流に接続された第２の排気浄化装置と、が配設されている、としてもよい。

第２の排気浄化装置は、その内部に、触媒コンバータを収容していてもよい。また、第２の排気浄化装置は、その内部に、フィルタ（例えばディーゼルパティキュレートフィルタ）を収容していてもよい。

第２の排気浄化装置をエンジンルーム内に配設することによって、いわゆる床下のスペースが空く。車室空間を拡大させることが可能になる。また、排気浄化装置及び第２の排気浄化装置を共に、エンジンルーム内に配設することによって、これら排気浄化装置及び第２の排気浄化装置の温度管理に有利になる。

前記エンジンは、縦置きに搭載され、前記排気浄化装置は、前記ケースの横断面が上下方向に長い扁平形状であって、前記エンジンの側方に配設され、前記エンジン及び前記排気浄化装置は、その周囲が隔壁によって囲まれることによって、カプセル化している、としてもよい。

エンジン及び排気浄化装置を、隔壁によって囲んでカプセル化することによって、エンジン及び排気浄化装置の保温に有利になる。エンジンが、高効率エンジンであるときには、アイドルストップ中、又は、アイドル運転中に、エンジン及び排気浄化装置の温度を比較的高く維持する上で、有利になる。また、エンジンが覆われているため、エンジンの運転中の、音の低減にも有利になる。

また、排気浄化装置を、上下方向に長い扁平形状にすることによって、縦置きのエンジンの側方に、排気浄化装置をコンパクトに配設することが可能になる。エンジンルーム内のスペース効率の向上に有利になる。また、排気浄化装置の設置スペースが小さくても、排気浄化装置の容積を大きくすることが可能になり、エンジンの背圧を低くすることが可能になる。

前記タービンは、前記エンジンの排気マニホールドよりも上方に配置され、前記排気浄化装置は、前記エンジンの上部付近に配設され、前記排気浄化装置の上方に、前記エンジン及び前記排気浄化装置を覆う遮熱壁が配設されている、としてもよい。

こうすることで、排気ガスのエネルギが高い状態で、排気ガスをタービンに流入させることを可能にしながら、ターボ過給機付きエンジンを、車幅方向にコンパクトに構成することが可能になる。また、エンジン、及び、エンジンの上部付近に配設された排気浄化装置の上側を遮熱壁が覆うため、エンジン及び排気浄化装置の保温に有利になる。

以上説明したように、前記エンジンの排気構造によると、タービンの回転数が高くて排気ガスの旋回が強いときに、扁平な形状の排気浄化装置のケースに流入する排気ガスの速度分布の偏りを抑制して、排気浄化性能を高く維持することが可能になる。

また、扁平な形状のケースにおける長辺側の部位の、排気ガスの流量が多くなることが防止されるから、当該部位における熱害の発生を防止することが可能になる。

図１は、エンジンの排気構造が適用されたエンジンの構成を示す側面図である。 図２は、エンジンの構成を示す平面図である。 図３は、排気浄化装置を左後方から見た斜視図である。 図４は、排気浄化装置を右後方から見た斜視図である。 図５は、排気浄化装置の左側面図である。 図６は、排気浄化装置の右側面図である。 図７は、排気浄化装置の正面図である。 図８は、図６のVIII−VIII端面図である。 図９は、実施例に係る、モデル化したインレットコーンの形状を示す斜視図である。 図１０は、ストレートノズルと、拡大ノズルとで、排気ガスの旋回が弱いときにおける、インレットコーン内の排気ガスの流れを比較する図である。 図１１は、ストレートノズルと、拡大ノズルとで、排気ガスの旋回が強いときにおける、インレットコーン内の排気ガスの流れを比較する図である。 図１２は、インレットコーンに凹部を形成した構成における、インレットコーン内の排気ガスの流れを示す図である。 図１３は、図１２のXIII−XIII断面図である。 図１４は、図１２のXIV−XIV断面図である。 図１５は、インレットコーンに対する排気管の接続位置が中心からずれたときの、排気ガスの流れを説明する図である。

以下、ここに開示するエンジンの排気構造について、図面を参照しながら説明をする。尚、以下の説明は、例示である。図１及び図２は、ここに開示するエンジンの排気構造が適用されたエンジンの構成を示す図である。自動車に搭載されるエンジン１は、多気筒の内燃機関である。具体的に、これらの図に示すエンジン１は、直列４気筒のディーゼルエンジンである。但し、エンジン１はディーゼルエンジンに限らない。エンジンは、いわゆるガソリンエンジンであってもよい。エンジン１は、エンジンルーム１００内に縦置きに配設されている。つまり、図１及び図２における紙面右側が、自動車の前側に相当する。エンジン１の後端には変速機１０が取り付けられている。

エンジン１の左側部（つまり、自動車の後方から前方を見た状態での左に相当し、図２における紙面上側である）には、吸気マニホールド１１が取り付けられている。吸気マニホールド１１の上側には、インタークーラー１２が配設されている。詳細な図示は省略するが、吸気管１３は、インタークーラー１２を介して、吸気マニホールド１１に接続されている。

エンジン１の右側部（つまり、自動車の後方から前方を見た状態での右に相当し、図２における紙面下側である）には、排気管の一部としての排気マニホールド１４が取り付けられている。図１及び図２に示すように、排気マニホールド１４の上側には、ターボ過給機１５が配設されている。ターボ過給機１５は、エンジン１の上端部付近に配設されている。ターボ過給機１５は、回転軸が車両前後方向に伸びるように配設されている。ターボ過給機１５は、タービン１５１が前側に、コンプレッサ１５２が後側になるように配設されている。タービン１５１には、排気マニホールド１４が接続されている。コンプレッサ１５２には、吸気管１３が接続されている。

タービン１５１の前側には、排気浄化装置２が配設されている。排気浄化装置２は、タービン１５１の直下流に接続されている。排気浄化装置２は、酸化触媒コンバータ２４を有している。排気浄化装置２は、エンジン１の右側方の前端部における上端部付近に配設されている。排気浄化装置２の横断面は、上下方向に長くかつ、車幅方向に短い扁平な形状を有している。排気浄化装置２の構成の詳細は後述する。

排気浄化装置２の下流には、第２の排気浄化装置３１が接続されている。第２の排気浄化装置３１は、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）である。第２の排気浄化装置３１は、エンジン１の右側方において、排気マニホールド１４の下側に配設されている。第２の排気浄化装置３１は、その横断面が、上下方向に長くかつ、車幅方向に短い扁平な形状を有している。第２の排気浄化装置３１は、車両前後方向に伸びるように配設されている。ＤＰＦである第２の排気浄化装置３１を、エンジンルーム１００内に配設することによって、図示は省略するが、車両の床下のスペースが空く。これにより、車室空間を拡大することが可能になる。また、運転者のドライビングポジションが最適化するように、車室空間の設計自由度が高まる。

前述の通り、排気浄化装置２及び第２の排気浄化装置３１はそれぞれ、扁平な形状を有している。排気浄化装置２及び第２の排気浄化装置３１はそれぞれ、エンジン１の右側方に配設されているが、これら排気浄化装置２及び第２の排気浄化装置３１、並びに、エンジン１は、車幅方向にコンパクトに構成することが可能になる。狭小なエンジンルーム１００内におけるスペース効率が高まる。

また、排気浄化装置２を扁平な形状にすることによって、排気浄化装置２をコンパクトにしながら、その容積を大きくすることが可能になる。これにより、エンジン１の背圧が低くなるから、燃費が向上する。

エンジンルーム１００内において、これら排気浄化装置２及び第２の排気浄化装置３１、並びに、エンジン１は、遮熱壁３２によって囲まれている。具体的に、遮熱壁３２は、エンジン１の左側方から、エンジン１の上方を通って、エンジン１の右側方に至るよう構成されている。尚、図１の符号３３は、エンジンフード（ボンネット）を例示している。遮熱壁３２は、エンジン１とエンジンフード３３との間で、エンジンフード３３に沿うように配設されている。エンジン１、排気浄化装置２及び第２の排気浄化装置３１は、遮熱壁３２によってカプセル化されている。

このエンジン１は、熱効率が大幅に高くなるよう構成されている。つまり、エンジン１の冷却損失や排気損失は極めて低い。そのため、エンジン１の温度や、排気ガスの温度は、比較的、低い。アイドルストップ中やアイドル運転中のエンジン１及び排気浄化装置２の温度を高く維持するために、遮熱壁３２は、エンジン１及び排気浄化装置２の熱が放熱されることを防止する。遮熱壁３２によって、エンジン１及び排気浄化装置２の温度を高く維持することが可能になる。

また、排気浄化装置２及び第２の排気浄化装置３１を共に、エンジンルーム１００内に配設することによって、これら排気浄化装置２及び第２の排気浄化装置３１に流入する排気ガスの温度を高くすることが可能になる。排気浄化装置２の活性化に有利になると共に、これら排気浄化装置２及び第２の排気浄化装置３１の温度管理に有利になる。

また、遮熱壁３２によってエンジン１をカプセル化することは、エンジン１の運転時の音の低減にも有利になる。

図３〜図８は、排気浄化装置２の構成を示している。具体的に、図３は、排気浄化装置２を後方の左側から見た斜視図、図４は、排気浄化装置２を後方の右側から見た斜視図、図５は、排気浄化装置２の左側面図、図６は、排気浄化装置２の右側面図、図７は、排気浄化装置２の正面図、及び、図８は、図６のVIII−VIII端面図である。

排気浄化装置２は、触媒コンバータ２４を収容するケース２１と、ケース２１の上流側に取り付けられるインレットコーン４と、ケース２１の下流側に取り付けられるアウトレット２３と、を有している。アウトレット２３は、ケース２１と、排気浄化装置２の下側に配設された第２の排気浄化装置３１とを接続するように、上下方向に伸びている（図１も参照）。アウトレット２３はまた、排気ガスの主流方向を、車両の後方から前方に向かう方向から、車両の前方から後方に向かう方向へと反転するよう構成されている。

ケース２１は、両端が開口した筒状を有している。ケース２１の上流側（図８における紙面左側）の開口は、ケース２１の入口を構成し、ケース２１の下流側（図８における紙面右側）の開口は、ケース２１の出口を構成する。ケース２１は、筒軸が、ほぼ水平方向、正確には、図１に示すように、車両の前方に向かうに従い、僅かに下方に傾斜するように、配設されている。ケース２１は、上下方向に相対する一対の短辺と、左右方向（つまり、車幅方向）に相対する一対の長辺とを含む扁平な略矩形状の横断面を有している。図８に示すように、ケース２１は、触媒コンバータ２４を収容している。触媒コンバータ２４とケース２１の内周面との間には、触媒コンバータ２４を保持する保持マット２５が介在している。保持マット２５は、繊維状の素材によって構成されたマット状の部材である。

インレットコーン４は、ケース２１の入口に取り付けられるコーン部４１と、コーン部４１とタービンの出口とを連結するストレート部４２と、を有している。

ストレート部４２は、両端開口の円筒状を有している。ストレート部４２は、図１に示すように、略水平方向に伸びるタービン１５１の回転軸と一致するように、筒軸がほぼ水平方向に伸びて配設されている。ストレート部４２の横断面積は、ケース２１の横断面積よりも大幅に小さい。ストレート部４２の筒軸はまた、ケース２１の筒軸よりも上方にずれて位置している。これにより、ケース２１の上端の上下方向位置は、図１に示すように、比較的低い位置に位置するようになる。前述したように、ケース２１は、筒軸が車両の前方に向かうに従い下方に傾斜するように配設されている。図１に仮想的に示すように、前方に向かうに従い下方に傾斜するエンジンフード３３の下側で、エンジンルーム１００内におけるエンジン１の前端部付近に、排気浄化装置２を配置することが可能になる。

ストレート部４２が接続されるタービン１５１の出口には、図１においては破線で、図３〜図８の各図においては一点鎖線で示すように、拡大部としての拡大ノズル１５３が設けられている。拡大ノズル１５３は、排気ガスの流路の横断面が次第に拡大するように、流路を区画する内周面が、車両前後方向に対して傾いている。

断面積が拡大する拡大ノズル１５３を通過するに伴い、排気ガスの速度は低下する。そのため、インレットコーン４を通過する際に、排気ガスは、主流方向に対して直交する方向に拡散し易くなる。排気浄化装置２のケース２１に流入する排気ガスの速度分布が均等化して、排気浄化性能が高まる。また、速度分布の均等化により排気抵抗が低下するため、燃費の向上に有利になる。

コーン部４１は、小さい横断面積のストレート部４２と、大きい横断面積のケース２１との間を連結する。コーン部４１は、排気ガスの流路の横断面が拡大するように、排気ガスの主流方向に対して傾斜した傾斜壁によって構成されている。コーン部４１は、横断面が円形状のストレート部４２と、横断面が扁平な矩形状のケース２１との間を連結するように、４つの傾斜壁４１１、４１２、４１３、４１４によって構成されている。４つの傾斜壁は、ケース２１における一対の長辺のそれぞれに対応する２つの傾斜壁４１１、４１２と、一対の短辺のそれぞれに対応する２つの傾斜壁４１３、４１４である。図３、図４、及び、図７では、４つの傾斜壁４１１、４１２、４１３、４１４の境界線を二点鎖線によって仮想的に示している。一対の長辺のそれぞれに対応する２つの傾斜壁は、右側の傾斜壁４１１と左側の傾斜壁４１２とである。一対の短辺のそれぞれに対応する２つの傾斜壁は、上側の傾斜壁４１３と下側の傾斜壁４１４とである。右側の傾斜壁４１１と左側の傾斜壁４１２とは、互いに同じ形状である。前述したように、ストレート部４２は、ケース２１の中心に対し上方にずれている（換言すると、コーン部４１に対するタービン１５１の出口の接続位置は、上側にずれている）。そのため、上側の傾斜壁４１３と下側の傾斜壁４１４とは、形状が異なる。

コーン部４１における右側の傾斜壁４１１と左側の傾斜壁４１２とには、凹部４３、４４がそれぞれ形成されている。各凹部４３、４４は、コーン部４１の内方に凹んでいる。各凹部４３、４４は、排気ガスの主流方向（つまり、車両の前後方向）に沿うと共に、長辺に沿う第１壁４３１、４４１と、第１壁４３１、４４１に連続しかつ、第１壁４３１、４４１から外方に広がると共に、長辺に沿う第２壁４３２、４４２とを含んでいる。

右側の傾斜壁４１１の凹部（つまり、第１凹部４３）と左側の傾斜壁４１２の凹部（つまり、第２凹部４４）とは、その大きさが相違する。具体的には、左側の傾斜壁４１２の第２凹部４４は、右側の傾斜壁４１１の第１凹部４３よりも大きい。ここで、凹部が大きいとは、図８に示すように、内方に凹んだ凹部４３、４４の深さが深いことを意味する。凹部の深さが深いため、第２凹部４４の第１壁４４１は、第１凹部４３の第１壁４３１よりも長くかつ、第２凹部４４の第２壁４４２は、第１凹部４３の第２壁４３２よりも長い。

図３、及び図４に矢印で示すように、タービン１５１から吐出される旋回流は、排気浄化装置２を正面から見たときに、反時計回り方向に旋回する。図７に示すように、コーン部４１の入口を挟んだ右側と左側とのうち、コーン部４１の入口から排気ガスの旋回方向に従って上側の短辺に至る際に通過する側の長辺は、右側の長辺であり、コーン部４１の入口から排気ガスの旋回方向に従って下側の短辺に至る際に通過する側の長辺は、左側の長辺である。従って、この排気浄化装置２の構成は、コーン部４１の入口から排気ガスの旋回方向に従って、下側の短辺に至る際に通過する側の第２凹部４４の大きさを、上側の短辺に至る際に通過する第１凹部４３よりも大きくしている、ということができる。

排気浄化装置２は、タービン１５１の出口の直下流に接続されている。タービン１５１の回転数が高いときには、インレットコーン４を介してケース２１に流入する排気ガスの旋回が強くなる。旋回が強いと、排気ガスの流れは、遠心力により外周側に向かうようになる。扁平な横断面形状のケース２１において、長辺側の部位は、短辺側の部位よりも、インレットコーン４の入口に近い。このため、長辺側の部位における排気ガスの流量は、短辺側の部位における排気ガスの流量に比べて多くなり得る。

しかしながら 前記の構成の排気浄化装置２では、コーン部４１の傾斜壁４１１、４１２、４１３、４１４における一対の長辺それぞれに対応する右側の傾斜壁４１１及び左側の傾斜壁４１２に、内方に凹んだ第１凹部４３及び第２凹部４４を形成している。インレットコーン４内において、外周側に向かおうとする排気ガスの流れは、第１凹部４３及び第２凹部４４によって規制される。排気ガスは、第１凹部４３及び第２凹部４４の第１壁４３１、４４１に沿って流れ、排気ガスの流れは、長辺側から短辺側に向かうように変更される。こうして、排気ガスの旋回が強いときに、扁平な横断面形状のケース２１に流入する排気ガスの速度分布が偏ってしまうことが抑制される。排気浄化装置２の排気浄化性能を高く維持することが可能になる。

また、第１凹部４３及び第２凹部４４を設けることによって、扁平な横断面形状のケース２１における長辺側の部位における、排気ガスの流量が増えることが防止されるから、当該部位における熱害（例えば触媒コンバータ２４を保持する保持マット２５の風蝕）の発生を防止することが可能になる。排気浄化装置２の信頼性が向上する。

そして、前記の構成では、インレットコーン４のストレート部４２が、コーン部４１の中心に対し上方にずれて接続されているが、そのずれの方向と排気ガスの旋回方向に対応するよう、左側の傾斜壁４１２の第２凹部４４を大きくしている。排気ガスの旋回が強いときに、外周側に向かおうとする排気ガスの流れを、第２凹部４４が強く規制し、インレットコーン４の入口から遠く離れた下側の短辺側に、排気ガスの流れを変更させることが可能になる（図７の矢印参照）。

一方、右側の傾斜壁４１１の第１凹部４３を小さくすることによって、外周側に向かおうとする排気ガスの流れの規制が弱くなり、インレットコーン４の入口に近い上側の短辺側に、排気ガスの流れを変更させることが可能になる。

従って、コーン部４１に対するストレート部４２の接続位置が、中心からずれている排気浄化装置２においても、ケース２１内に流入する排気ガスの速度分布を均等化することが可能になる。

次に、インレットコーンの形状に関して実施したシミュレーションについて、図を参照しながら説明する。尚、このシミュレーションでは、図９に示すように、インレットコーン４０をモデル化している。つまり、モデル化したインレットコーン４０は、ストレート部を省略しており、コーン部４０２のみを有している。タービン１５１の出口の拡大ノズル１５３は、コーン部４０２に直接、接続されている。拡大ノズル１５３は、コーン部４０２の中心に接続されている。尚、図９に示すインレットコーン４０には、凹部を設けていない。この実施例では、拡大ノズル１５３とコーン部４０２とにおける流れをシミュレートしている。尚、このシミュレーションでは、図９に矢印で示すように、タービン１５１から吐出される旋回流は、排気浄化装置２を正面から見たときに、時計回り方向に旋回する。前述した実施形態の説明とは逆向きである。

図１０及び図１１は、拡大ノズル１５３の、排気ガスの流れに対する影響を確認したシミュレーション結果である。つまり、タービン１５１の出口が拡大ノズル１５３ではなく、ストレート形状のストレートノズル１５４である構成と、タービン１５１の出口が拡大ノズル１５３である構成とを比較している。図１０及び図１１における左の列が、ストレートノズル１５４の構成のシミュレーション結果であり、右の列が、拡大ノズル１５３の構成のシミュレーション結果である。また、図１０は、タービン１５１から吐出される排気ガスの旋回が弱いとき（言い換えると、タービン１５１の回転数が低いとき）の結果であり、図１１は、排気ガスの旋回が強いとき（言い換えると、タービン１５１の回転数が高いとき）の結果である。

図１０の符号１００１、１００４はそれぞれ、インレットコーンの形状を示している。図１０の符号１００２、１００５はそれぞれ、コーン部４０２の出口における、排気ガスの主流方向（つまり、インレットコーンの軸方向）の速度分布を示す等速度線図を例示している。速度「１．０」は、平均速度である。図１０の符号１００３、１００６はそれぞれ、インレットコーンの中心軸を通る断面における排気ガスの流れ方向を例示している。同様に、図１１の符号１１０１、１１０４はそれぞれ、インレットコーンの形状を示している。図１１の符号１１０２、１１０５はそれぞれ、コーン部４０２の出口における、排気ガスの主流方向（つまり、インレットコーンの軸方向）の速度分布を示す等速度線図を例示している。速度「１．０」は、平均速度である。図１１の符号１１０３、１１０６はそれぞれ、インレットコーンの中心軸を通る断面における排気ガスの流れ方向を例示している。

先ず、図１０を参照しながら、旋回が弱いときのインレットコーン内の排気ガスの流れについて説明をする。旋回が弱い時には、インレットコーンの軸方向の速度成分が高くなる。ストレートノズル１５４を通ってコーン部４０２に流入した排気ガスは、符号１００３に示すように、コーン部４０２において、あまり拡散せずに、そのまま直進をして、排気浄化装置のケース２１に流入する。符号１００２に示すように、コーン部４０２の出口において、排気ガスの速度は、中央部が相対的に高く、外周部は相対的に低い。

これに対し、拡大ノズル１５３を有する構成では、拡大ノズル１５３を通過する間に、排気ガスの速度が低下する。拡大ノズル１５３内において、排気ガスが拡散を始める。そのため、符号１００６に示すように、コーン部４０２において、排気ガスは拡散し易くなる。符号１００５に示すように、コーン部４０２の出口において、排気ガスの速度分布は、ストレートノズル１５４の構成よりも均等化する。ケース２１に流入する排気ガスの速度分布が均等化すると、触媒コンバータを通過する排気ガスの浄化性能が高まる。また、排気抵抗が低くなって、燃費の向上に有利になる。

次に、図１１を参照しながら、旋回が強いときのインレットコーン内の排気ガスの流れについて説明をする。旋回が強いときには、遠心力によって排気ガスが、外周側へと流れようとする。ストレートノズル１５４において、排気ガスの流れは、ノズルの外周側に寄る。また、符号１１０３に示すように、ストレートノズル１５４とコーン部４０２との接続箇所において、排気ガスは、コーン部４０２の内周面に沿って流れるようになる。こうして、符号１１０２に示すように、コーン部４０２の出口において、排気ガスの速度は、外周部において高くなる。また、旋回が強いときには、遠心力によって排気ガスが、外周側へと流れようとする一方で、排気ガスの、インレットコーンの軸方向の速度成分は低下する。そのため、コーン部４０２の出口において、排気ガスの速度は、中央部において低くなる。ケース２１に流入する排気ガスの速度分布が不均一になる。

一方、拡大ノズル１５３を有する構成では、拡大ノズル１５３を通過する際に、排気ガスの速度が低下するから、排気ガスの流れがノズルの外周側に寄ることが抑制される。その結果、符号１１０６に示すように、拡大ノズル１５３とコーン部４０２との接続箇所において、排気ガスが、コーン部４０２の内周面に沿って流れる傾向が緩和される。コーン部４０２内において、排気ガスが拡散し、符号１１０５に示すように、コーン部４０２の出口において、排気ガスの速度分布は、ストレートノズル１５４の構成よりも均等化する。

このように、コーン部４０２よりも上流側に、拡大ノズル１５３を設けることによって、排気ガスの旋回が弱いとき、及び、旋回が強いときのそれぞれにおいて、排気浄化装置２のケース２１内に流入する排気ガスの速度分布を均等化させることが可能になる。

次に、コーン部に凹部を設けた構成における、排気ガスの流れを検討する。図１１に符号１１０５で示すように、排気ガスの旋回が強くなると、一対の短辺と一対の長辺とを含む扁平な横断面形状のケース２１における、長辺に対応する箇所の速度が高くなっている。排気浄化装置２を通過する排気ガスの速度分布に偏りが生じると、排気浄化性能の低下を招く恐れがある。また、排気ガスの旋回が強いときは、タービンの回転数が高いときに相当する。長辺に対応する箇所において、排気ガスの流量が多くなることによって、当該部位の温度が過剰に高くなって熱害が懸念される。

従って、コーン部４０２よりも上流に拡大ノズル１５３を設けることによって、排気ガスの速度分布は、相対的に均等化するものの、改善の余地がある。

図１２は、コーン部４０２に凹部を形成したときの、インレットコーン内の排気ガスの流れをシミュレートした結果を示している。図１２の符号１２０１は、コーン部４０２に、内方に凹む凹部４０３を形成したインレットコーン４０を示している。図１３に断面を示すように、コーン部４０２における右側の傾斜壁と左側の傾斜壁との両方に、凹部４０３は、設けられている。右側の傾斜壁の凹部４０３と左側の傾斜壁の凹部４０３とは、互いに同じ形状である。各凹部４０３は、前記と同様に、排気ガスの主流方向（つまり、図１３における紙面上下方向）に沿うと共に、長辺に沿う第１壁４０３１と、第１壁４０３１に連続しかつ、第１壁４０３１から外方に広がると共に、長辺に沿う第２壁４０３２とを含んでいる。

前述したように、排気ガスの旋回が強いときには、排気ガスは、遠心力によって外周側に向かうようになる。凹部４０３の第１壁４０３１は、拡大ノズル１５３からコーン部４０２に流入しかつ、長辺側の部位の外周側に向かおうとする排気ガスの流れに干渉し、第１壁４０３１に沿って、長辺側から短辺側に向かう流れに変更する。これにより排気ガスが、コーン部４０２の入口から、長辺に対応する部位に流れることが規制される。図１１の符号１１０５と、図１２の符号１２０２との比較から明らかなように、凹部４０３を設けることによって、長辺側の部位の速度が低下し、その代わりに、短辺側の部位の速度が高まる。短辺側の部位は、コーン部４０２の入口から離れているため、排気ガスの流量が低下し易いが、コーン部４０２に凹部４０３を設けることによって、短辺側の部位を流れる排気ガスの流量を増やすことが可能になる。

このように、コーン部４０２に凹部４０３を設けることによって、扁平な断面形状を有する排気浄化装置２において、ケース２１内を通過する排気ガスの速度分布が、さらに均等化する。排気浄化性能の向上、及び、長辺に対応する箇所の熱害の防止が図られる。

図１２の符号１２０３は、長辺側から短辺側に向かう排気ガスの流れを、さらに促進させる構成を採用したインレットコーン４０を示している。このインレットコーン４０は、凹部４０３に対し長辺に沿う方向に隣り合うと共に、凹部４０３よりも、排気ガスの旋回方向の下流側となる位置に、下流側凹部４０５を設けている。下流側凹部４０５は、排気ガスの主流方向に沿うと共に、長辺に沿う第１壁４０５１と、第１壁４０５１に連続しかつ、第１壁４０５１から外方に広がると共に、長辺に沿う第２壁４０５２とを含んでいる。下流側凹部４０５は、図１４に仮想的に示す凹部４０３よりも、凹みを深くしている。凹部４０３よりも旋回方向の下流側に、下流側凹部４０５を設けることにより、長辺側から短辺側に向かう排気ガスの流れが、さらに促進する。図１２の符号１２０２と、符号１２０４とを比較すれば明らかなように、短辺に対応する部位において、排気ガスの速度が相対的に高くなる箇所（図１２において斜めのハッチングを付した箇所）は、下流側凹部４０５を設けることによって、排気ガスの旋回方向（ここでは、時計回り方向）の下流側の位置に移動をする。このように、（上流側）凹部４０３と、下流側凹部４０５とを組み合わせることによって、扁平な断面形状を有する排気浄化装置２において、排気ガスの速度が高くなる領域の位置を、コントロールすることが可能になる。排気ガスの流れを、コーン部４０２内において拡散させて、ケース２１に流入する排気ガスの速度分布が均等化する。排気浄化装置２の浄化性能を高く維持することができると共に、排気浄化装置２における特定の箇所の熱害が回避される。

図１５は、前述した実施形態と同様に、コーン部４０２の入口が、中心から、一対の短辺が相対する方向の一方の短辺の方にずれた影響を検討するための図である。図１５の等速度線図は、図１２の符号１２０２と同じである。コーン部４０２の入口が、図１５に白丸で示すように、コーン部４０２の中心から、一方の短辺の方、つまり、図１５の例では、白抜きの矢印で示すように、紙面上方にずれたと仮定する。これにより、コーン部４０２の入口と、上側の短辺との距離は相対的に短く、コーン部４０２の入口と、下側の短辺との距離は相対的に長くなる。

コーン部４０２に設けた凹部４０３は、前述したように、排気ガスの旋回が強いときに、コーン部４０２の入口から流入した排気ガスが、長辺側の外周部に流れることを規制し、排気ガスの流れを、長辺側から短辺側へと変更する。凹部４０３が大きいほど、長辺側から短辺側へ排気ガスの流れを促進する。

排気ガスの旋回方向（つまり、図１５の時計回り方向）を考慮して、図１５に矢印で示すように、排気ガスの流れを、長辺側から短辺側へと変更しようとすると、右側の傾斜壁に設ける凹部は、長辺側から短辺側へ排気ガスの流れを促進させるべく、大きくすることが望ましい。一方、左側の傾斜壁に設ける凹部は小さくすることが望ましい。

つまり、コーン部４０２の入口から排気ガスの旋回方向に従って上側の短辺に至る際に通過する左側の長辺の部位に形成された第１凹部と、コーン部４０２の入口から排気ガスの旋回方向に従って下側の短辺に至る際に通過する右側の長辺の部位に形成された第２凹部と、を比較したときに、第２凹部は、第１凹部よりも大きく形成することが望ましい。

これは、図３〜図８に示す排気浄化装置２のインレットコーン４の構成と同じである。但し、前述した実施形態と、図１５に示す構成とは、旋回方向が逆であるため、第１凹部及び第２凹部の位置は、逆になる。

つまり、インレットコーン４の入口が、上下方向にずれているときに、入口を挟んだ右側の凹部と、左側の凹部との大きさを異ならせることによって、扁平な横断面形状を有する排気浄化装置２のケース２１に流入する排気ガスの速度分布の均等化を図ることが可能になる。

１ エンジン
１００ エンジンルーム
１４ 排気マニホールド（排気管）
１５ ターボ過給機
１５１ タービン
１５３ 拡大ノズル（拡大部）
２ 排気浄化装置
２１ ケース
２４ 触媒コンバータ
３１ 第２の排気浄化装置
３２ 遮熱壁（隔壁）
４、４０インレットコーン
４１、４０２ コーン部
４１１、４１２、４１３、４１４ 傾斜壁
４３ 第１凹部
４３１ 第１壁
４３２ 第２壁
４４ 第２凹部
４４１ 第１壁
４４２ 第２壁
４０３ （上流側）凹部
４０３１ 第１壁
４０３２ 第２壁
４０５ 下流側凹部
４０５１ 第１壁
４０５２ 第２壁

Claims (7)

1. エンジンの排気管に配設されかつ、前記エンジンの排気ガスのエネルギにより回転するよう構成されたターボ過給機のタービンと、
   前記タービンの直下流に接続されかつ、前記排気ガスを浄化するよう構成された排気浄化装置と、を備え、
   前記排気浄化装置は、
   相対する一対の短辺と相対する一対の長辺とを含む扁平形状の横断面を有しかつ、触媒コンバータを収容するよう構成されたケースと、
   前記排気ガスの流路の横断面が拡大するよう、前記排気ガスの主流方向に対し傾斜した傾斜壁により構成されたコーン部を有しかつ、前記タービンの出口と前記ケースの入口とをつなぐよう構成されたインレットコーンと、を有し、
   前記コーン部の前記傾斜壁における一対の長辺それぞれに対応する部位には、内方に凹んだ凹部が形成され、
   前記コーン部に対する前記タービンの出口の接続位置は、一対の短辺が相対する方向の一方の短辺の方にずれており、
   前記コーン部の入口を挟んだ一対の長辺が相対する方向の一側と他側とのうち、前記コーン部の入口から前記排気ガスの旋回方向に従って前記一方の短辺に至る際に通過する側の長辺の部位に形成された第１凹部と、前記コーン部の入口から前記排気ガスの旋回方向に従って他方の短辺に至る際に通過する側の長辺の部位に形成された第２凹部と、を比較したときに、前記第２凹部は、前記第１凹部よりも大きく形成されているエンジンの排気構造。
2. エンジンの排気管に配設されかつ、前記エンジンの排気ガスのエネルギにより回転するよう構成されたターボ過給機のタービンと、
   前記タービンの直下流に接続されかつ、前記排気ガスを浄化するよう構成された排気浄化装置と、を備え、
   前記排気浄化装置は、
   相対する一対の短辺と相対する一対の長辺とを含む扁平形状の横断面を有しかつ、触媒コンバータを収容するよう構成されたケースと、
   前記排気ガスの流路の横断面が拡大するよう、前記排気ガスの主流方向に対し傾斜した傾斜壁により構成されたコーン部を有しかつ、前記タービンの出口と前記ケースの入口とをつなぐよう構成されたインレットコーンと、を有し、
   前記コーン部の前記傾斜壁における一対の長辺それぞれに対応する部位には、内方に凹んだ凹部が形成され、
   前記凹部は、前記長辺に沿う方向において前記排気ガスの旋回方向の上流側に位置する上流側凹部と、前記長辺に沿う方向において前記排気ガスの旋回方向の下流側に位置する下流側凹部とを含み、
   前記下流側凹部は、前記上流側凹部よりも凹みが深く形成されているエンジンの排気構造。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンの排気構造において、
   前記凹部は、前記排気ガスの主流方向に沿うと共に、前記長辺に沿う第１壁と、前記第１壁に連続しかつ、前記第１壁から外方に広がると共に、前記長辺に沿う第２壁と、を含んでいるエンジンの排気構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの排気構造において、
   前記タービンの出口と、前記インレットコーンの入口との間には、前記排気ガスの流路の横断面が次第に拡大する拡大部が設けられているエンジンの排気構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンの排気構造において、
   前記エンジンが配設されたエンジンルーム内には、前記排気浄化装置と、前記排気浄化装置の下流に接続された第２の排気浄化装置と、が配設されているエンジンの排気構造。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンジンの排気構造において、
   前記エンジンは、縦置きに搭載され、
   前記排気浄化装置は、前記ケースの横断面が上下方向に長い扁平形状であって、前記エンジンの側方に配設され、
   前記エンジン及び前記排気浄化装置は、その周囲が隔壁によって囲まれることによって、カプセル化しているエンジンの排気構造。
7. 請求項６に記載のエンジンの排気構造において、
   前記タービンは、前記エンジンの排気マニホールドよりも上方に配置され、
   前記排気浄化装置は、前記エンジンの上部付近に配設され、
   前記排気浄化装置の上方に、前記エンジン及び前記排気浄化装置を覆う遮熱壁が配設されているエンジンの排気構造。