JP6629898B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。より詳しくは、過給機と非真円形状の触媒コンバータとを備える内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気を、触媒コンバータで浄化する技術は広く知られている。この触媒コンバータは、三元触媒、酸化触媒、ＮＯｘ浄化触媒等の排気浄化触媒が担持された柱状のハニカム担体と、このハニカム担体を収容するケースと、を備える。例えば特許文献１には、このようなハニカム担体として、断面形状がオーバル形状となるものが提案されている。車両のエンジンルームには、内燃機関や触媒コンバータの他、様々な装置が配置されることから、オーバル形状のハニカム担体を用いることにより、真円形状のハニカム担体を用いた場合よりもエンジンルーム内のレイアウトの自由度を向上できる場合がある。

特開平１０−０４３６０３号公報

ところで、触媒コンバータの上流側には過給機のタービンを設ける場合があるが、特許文献１では触媒コンバータと過給機との接続構造については十分に検討されていない。過給機のタービンには、タービンインペラを経由した排気が流出するタービン出口と、タービンインペラを迂回した排気が流出するバイパス出口とが設けられており、これら２つの出口からは異なる流速、流量で排気が流出することから、上記のように非真円形状のハニカム担体を接続する場合、その機能が十分に発揮されるよう触媒コンバータを過給機に接続する必要がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、エンジンルームにおけるレイアウトの自由度の向上と、触媒コンバータにおける排気の浄化性能の向上と、を両立できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る内燃機関の排気浄化装置（例えば、後述の排気浄化装置１）は、タービン軸線（例えば、後述のタービン軸線Ｏｔ）に沿った排気が流出するタービン出口（例えば、後述のタービン出口２５）及びタービンインペラを迂回した排気が流出するバイパス出口（例えば、後述のバイパス出口２６）を備える過給機（例えば、後述の過給機２）と、触媒が担持された柱状のハニカム担体（例えば、後述のハニカム担体４２）を有する触媒コンバータ（例えば、後述の触媒コンバータ４）と、前記過給機と前記触媒コンバータとを接続し、前記タービン出口及び前記バイパス出口から流出する排気を前記ハニカム担体に導く接続部（例えば、後述の排気管３）と、を備えるものであって、前記ハニカム担体の中心軸線（例えば、後述の中心軸線Ｏｃ）に垂直な断面形状は、長手方向（例えば、後述の長手方向ＬＤ）及び短手方向（例えば、後述の短手方向ＳＤ）が定義される非真円形状であり、前記中心軸線に沿った平面視において、前記タービン軸線と平行であり前記中心軸線を通過しかつ前記ハニカム担体の外周を端点とする第１仮想線分（例えば、後述の第１仮想線分Ｌ１）は、当該第１仮想線分に直交し前記中心軸線を通過しかつ前記ハニカム担体の外周を端点とする第２仮想線分（例えば、後述の第２仮想線分Ｌ２）よりも長いことを特徴とする。

（２）この場合、排気下流側から前記タービン軸線に沿って視た正面視において、前記バイパス出口の少なくとも一部は、前記中心軸線と重なることが好ましい。

（３）この場合、前記バイパス出口には回動軸（例えば、後述の回動軸２７ｂ）を回動させることで当該バイパス出口を開閉する弁体（例えば、後述の弁体２７ａ）が設けられ、排気下流側から前記タービン軸線に沿って視た正面視において、前記弁体に対し前記触媒コンバータ側を第１方向（例えば、後述の第１方向Ｄ１）とし、前記弁体に対し前記第１方向と反対側を第２方向（例えば、後述の第２方向Ｄ２）とした場合、前記回動軸は前記弁体に対し前記第２方向側に設けられていることが好ましい。

（４）この場合、排気下流側から前記タービン軸線に沿って視た正面視において、前記タービン出口は前記バイパス出口に対し前記第２方向側に設けられていることが好ましい。

（５）この場合、前記中心軸線に沿った平面視において、前記ハニカム担体における単位体積当りの触媒担持量は、前記第２仮想線分で仮想的に区切られた領域のうち、前記タービン出口から遠い方の領域（例えば、後述の第１領域Ｒ１）の方が前記タービン出口から近い方の領域（例えば、後述の第２領域Ｒ２）よりも多いことが好ましい。

（６）この場合、前記排気浄化装置は、前記排気の流路のうち前記ハニカム担体の排気流入側端面（例えば、後述の流入側端面４２ａ）よりも上流側に設けられた上流側温度センサ（例えば、後述の上流側温度センサ６１）と、前記排気の流路のうち前記ハニカム担体の排気流出側端面（例えば、後述の流出側端面４２ｂ）よりも下流側に設けられた下流側温度センサ（例えば、後述の下流側温度センサ６２）と、をさらに備え、前記中心軸線に沿った平面視において、前記第２仮想線分よりも前記タービン出口から遠い領域を第１領域（例えば、後述の第１領域Ｑ１）と定義し、前記第２仮想線分よりも前記タービン出口に近い領域を第２領域（例えば、後述の第２領域Ｑ２）と定義した場合、前記上流側温度センサの感熱部（例えば、後述のサーミスタ素子６１ａ）は前記第１領域内に設けられ、前記下流側温度センサの感熱部（例えば、後述のサーミスタ素子６２ａ）は前記第２領域内に設けられることが好ましい。

（１）本発明では、触媒コンバータのハニカム担体として、その中心軸線に垂直な断面形状が、長手方向及び短手方向が定義される非真円形状のものを用いる。これにより、真円形状のハニカム担体を用いた場合と比較して、エンジンルーム内のレイアウトの自由度を向上できる。また本発明では、ハニカム担体の中心軸線に沿った平面視では、第１仮想線分（より具体的には、タービン軸線と平行であり中心軸を通過しかつハニカム担体の外周を端点とする線分）が、第２仮想線分（より具体的には、第１仮想線分に直交し中心軸を通過しかつハニカム担体の外周を端点とする線分）よりも長くなるように触媒コンバータを過給機に接続する。これにより、上記平面視では、ハニカム担体の長手方向がタービン軸線と略平行になる。したがって本発明によれば、過給時においてタービン出口からタービン軸線に沿って流出する排気を、ハニカム担体のうち長手方向に沿って過給機から遠い方へ流入させ、非過給時においてバイパス出口から流出する排気を、ハニカム担体のうち長手方向に沿って過給機から近い方へ流入させることができる。よって本発明によれば、過給機のタービン出口及びバイパス出口から流出する排気をハニカム担体にバランス良く流入させることができるので、触媒コンバータによる排気浄化性能も向上できる。

（２）バイパス出口から流出する排気は、タービン出口から流出する排気と比して流速が速く拡散されにくい。これに対し本発明では、バイパス出口を、その少なくとも一部が、ハニカム担体の中心軸線と重なるように設ける。よって本発明によれば、バイパス出口から流出する排気を拡散させながらハニカム担体に流入させることができる。

（３）本発明では、正面視において、バイパス出口に設けられる弁体に対し触媒コンバータ側を第１方向とし、その反対側を第２方向とした場合、弁体を開閉する回動軸を弁体に対し第２方向側に設ける。これにより、回動軸で弁体を開くと、弁体はバイパス出口に対し触媒コンバータと反対側へ退避するので、バイパス出口から流出する排気の流れが弁体によって阻害されることがない。よって本発明によれば、過給機のバイパス出口から流出する排気をハニカム担体にバランス良く流入させることができ、ひいては触媒コンバータによる排気浄化性能を向上できる。

（４）本発明では、タービン出口をバイパス出口に対し第２方向側に設ける。すなわち、正面視では、触媒コンバータからタービン出口の距離は、触媒コンバータからバイパス出口の距離よりも長い。これにより、タービン出口から流出する排気をハニカム担体のうち長手方向に沿って過給機から遠い方へ流入させ、バイパス出口から流出する排気を長手方向に沿って過給機から近い方へ流入させやすくできるので、過給機のタービン出口及びバイパス出口から流出する排気をハニカム担体にバランス良く流入させることができる。

（５）本発明では、第２仮想線分で仮想的に区切られた領域のうち、タービン出口から遠い方の領域の触媒担持量を、タービン出口から近い方の領域の触媒担持量よりも多くする。これにより、上記のようなタービン出口及びバイパス出口から流出する排気の流れの下で、ハニカム担体に担持されている触媒の劣化の偏在を抑制できる。

（６）本発明によれば、タービン出口から流出する排気の多くは第２仮想線分よりタービン出口から遠い第１領域側に流入し、バイパス出口から流出する排気の多くは第２仮想線分よりタービン出口に近い第２領域内に流入する。このため、ハニカム担体には、第１領域側と第２領域側とで温度差が生じやすくなっている。またハニカム担体に担持させる触媒として、例えば、酸化雰囲気下で排気中のＮＯｘを吸着し還元雰囲気下で吸着したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ浄化触媒を用いた場合、ハニカム担体の温度がＮＯｘの還元処理を実行するのに適した温度になった状態で排気を還元雰囲気にするリッチスパイクを実行する必要がある。ところがハニカム担体に温度分布が生じやすいと、還元処理を実行する適切なタイミングを把握することが困難になる。

本発明では、上流側温度センサの感熱部をハニカム担体の排気流入側端面よりも上流側でありかつ平面視では第２仮想線分よりタービン出口から遠い第１領域内に設け、下流側温度センサの感熱部をハニカム担体の排気流出側端面よりも下流側でありかつ平面視では第２仮想線分よりタービン出口に近い第２領域内に設ける。すなわち上流側温度センサでは、ハニカム担体のうち最も高温になりやすい部分の温度を検出し、下流側温度センサでは、ハニカム担体のうち最も低温になりやすい部分の温度を検出する。これにより本発明では、上流側温度センサの検出値と下流側温度センサの検出値とを用いることによって、ハニカム担体の最も高温となる部分と最も低温となる部分の温度差を把握できるので、上記のように還元処理を実行する適切なタイミングを把握することができる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成を示す部分断面図である。 排気浄化装置の構成を示す部分断面図である。 排気浄化装置の構成を示す部分断面図である。 触媒コンバータの構成を示す斜視図である。 触媒コンバータの構成を示す断面図である。 排気浄化装置において実現される排気の流れを説明するための図である。 排気浄化装置において実現される排気の流れを説明するための図である。 温度センサが取り付けられた排気浄化装置の構成を示す図である。 温度センサが取り付けられた排気浄化装置の構成を示す図である。 ハニカム担体と上流側温度センサと下流側温度センサとを、ハニカム担体の中心軸線に沿って上流側温度センサ側から視た平面図である。 ハニカム担体と上流側温度センサと下流側温度センサとを、ハニカム担体の中心軸線に対し垂直な第２仮想線分に沿って視た側面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１〜図３は、それぞれ内燃機関の排気浄化装置１の構成を示す部分断面図である。より具体的には、図１は、後述のタービン軸線Ｏｔに対し垂直な軸線に沿って視た側面図であり、図２は、排気上流側から後述のハニカム担体４２の中心軸線Ｏｃに沿って視た平面図であり、図３は、排気下流側からタービン軸線Ｏｔに沿って視た正面図である。

排気浄化装置１は、図示しない内燃機関の排気のエネルギを用いて吸気を圧縮する過給機２と、過給機２を経た排気を浄化する触媒コンバータ４と、過給機２と触媒コンバータ４とを接続し、過給機２から流出する排気を触媒コンバータ４に導く排気管３と、を備える。なお図１〜図３では、内燃機関の排気通路に設けられる排気タービン２１と内燃機関の吸気通路に設けられる吸気コンプレッサとを組み合わせて構成される過給機２のうち、特に排気タービン２１のみを図示する。この排気浄化装置１は、例えば、排気タービン２１が触媒コンバータ４に対し鉛直方向上方側になるように、図示しないエンジンルームに搭載される（図１及び図３参照）。

排気タービン２１は、吸気コンプレッサと連結されたタービンインペラ２２（図３参照）と、その内部にタービンインペラ２２をタービン軸線Ｏｔを中心として回転自在に収容するインペラ室（図示せず）が形成されたタービン本体２３と、を備える。

タービン本体２３には、内燃機関の排気通路に接続され、排気を上記インペラ室に導く排気導入部２４と、タービンインペラ２２を経た排気をタービン軸線Ｏｔに沿って流出させるタービン出口２５（図３参照）と、タービンインペラ２２を迂回するバイパス流路（図示せず）と、このバイパス流路を経た排気を流出させるバイパス出口２６（図３参照）と、バイパス出口２６に設けられた開閉弁２７と、この開閉弁２７を駆動するアクチュエータ２８と、が設けられている。

図３に示すように、開閉弁２７は、バイパス出口２６に設けられた円盤状の弁体２７ａと、この弁体２７ａに接続された回動軸２７ｂとを備える。弁体２７ａは、アクチュエータ２８を用いて回動軸２７ｂを正転又は逆転させることによってバイパス出口２６を開閉する。

また図３に示すように、排気下流側からタービン軸線Ｏｔに沿って視た正面視において、弁体２７ａに対し鉛直方向下方側に設けられた触媒コンバータ４側を第１方向Ｄ１と定義し、弁体２７ａに対し第１方向Ｄ１と反対側を第２方向Ｄ２と定義した場合、回動軸２７ｂは、弁体２７ａに対し第２方向Ｄ２側に設けられている。これにより、バイパス出口２６を開く際、弁体２７ａは回動軸２７ｂによって第２方向側、すなわち触媒コンバータ４側とは反対側へ変位するので、弁体２７ａによりバイパス出口２６から触媒コンバータ４への排気の流れが阻害されることもない。

また図３に示すように、タービン本体２３には、タービン出口２５とバイパス出口２６とが並設されている。また排気下流側からタービン軸線Ｏｔに沿って視た正面視において、タービン出口２５はバイパス出口２６に対し第２方向Ｄ２側に設けられている。換言すれば、上記正面視では、タービン出口２５から触媒コンバータ４までの距離は、バイパス出口２６から触媒コンバータ４までの距離よりも長い。また図３に示すように、上記上面視において、バイパス出口２６は、その少なくとも一部が触媒コンバータ４において規定されている後述の中心軸線Ｏｃと重なるように、タービン本体２３に形成されている。

図４は、触媒コンバータ４の構成を示す斜視図である。
触媒コンバータ４は、排気浄化触媒が担持された柱状のハニカム担体４２と、ハニカム担体４２を収容する筒状のケース部材４１と、ハニカム担体４２とケース部材４１との間において、ハニカム担体４２の外周を囲むように設けられたマット４３と、を備える。

ハニカム担体４２は、排気の流入側端面４２ａから排気の流出側端面４２ｂまで延び、排気の流路となる複数のセルと、これらセルを区画形成する多孔質の隔壁と、を有するフロースルー型である。またこのハニカム担体４２の隔壁に担持させる排気浄化触媒としては、酸化触媒、三元触媒、及びＮＯｘ浄化触媒等が用いられる。触媒コンバータ４は、過給機２から流出する排気をハニカム担体４２の各セルに通流させることにより、隔壁に担持された排気浄化触媒の作用下で排気を浄化する。ハニカム担体４２の材質としては、例えば、コーディエライト、アルミナチタネート、及びムライト等が用いられる。またマット４３には、耐熱、耐振性、シール機能及び振動吸収能力を有するアルミナ繊維、シリカ繊維、アルミナシリカ繊維、ガラス繊維等のセラミック繊維が用いられる。

図５は、触媒コンバータ４の構成を示す断面図である。より具体的には、図５は、柱状のハニカム担体４２において定義される中心軸線Ｏｃに対し垂直な面に沿った断面図である。
図５に示すように、ハニカム担体４２の中心軸線Ｏｃに対し垂直な断面視における輪郭Ｃ１は、短手方向ＳＤ及び長手方向ＬＤが定義される長円形状（所謂、トラック形状）である。図５における下方に描かれた直交する矢線ＬＤ及びＳＤはこの非真円形状の長手方向及び短手方向を概念的に表したものである。

以下では、ハニカム担体４２の断面視における輪郭Ｃ１を長円形状とした場合について説明するが、本発明はこれに限らない。本発明は、ハニカム担体の断面視における輪郭の形状が、短手方向及び長手方向が定義される非真円形状であればどのような形状でも適用できる。ここで短手方向及び長手方向が定義される非真円形状とは、真円が短手方向に沿ってやや扁平した形状であり、より具体的には図５に示すような長円形状の他、楕円形状、角丸長方形状、及び卵形状等が挙げられる。

輪郭Ｃ１において、短手方向ＳＤの対向する二辺を第１短径部ＳＤ１及び第２短径部ＳＤ２といい、長手方向ＬＤの対向する二辺を第１長径部ＬＤ１及び第２長径部ＬＤ２という。なお輪郭Ｃ１が長円形状である場合、図３に示すように、第１短径部ＳＤ１及び第２短径部ＳＤ２は互いに略平行の略直線状となり、第１長径部ＬＤ１及び第２長径部ＬＤ２は略半円状となる。

図１〜図３に戻り、排気管３の構成について説明する。
排気管３は、排気タービン２１のタービン本体２３と触媒コンバータ４のケース部材４１とを接続する管部材であり、排気タービン２１のタービン出口２５及びバイパス出口２６から流出する排気をハニカム担体４２の流入側端面４２ａに導く。

排気管３は、フランジ部３１と、このフランジ部３１から延出する管部３２と、を備える。フランジ部３１は、タービン本体２３においてタービン出口２５及びバイパス出口２６を囲繞するように形成されたタービンフランジ部２３ａに対し、締結機構３９によって締結されている。なおこの締結機構３９には、図２に示すような複数のボルト及びナットの他、Ｖクランプ等の既知のものが用いられる。

管部３２の一端側には、フランジ部３１を介して排気タービン２１に接続されている上流端部３３が形成され、管部３２の他端側には、触媒コンバータ４のケース部材４１の端部が接合される下流端部３４が形成されている。図１に示すように、管部３２は、断面視では略Ｌ字状である。すなわち、上流端部３３によって形成される開口の向きと下流端部３４によって形成される開口との向きは交差（本実施形態では、略直交）している。換言すれば、排気管３は、排気タービン２１から流出する排気の流れの向きを略９０°変化させて触媒コンバータ４へ導く。

本実施形態では以上のような排気管３を用いることにより、排気タービン２１と触媒コンバータ４とは、側面視ではタービン軸線Ｏｔとハニカム担体４２の中心軸線Ｏｃとが交差（本実施形態では、略直交）するように接続される。

次に、図２を参照しながら、上記のように長手方向ＬＤ及び短手方向ＳＤが定義される非真円形状のハニカム担体４２と排気タービン２１との相対位置関係について詳細に説明する。

図２に示すように、ハニカム担体４２は、排気上流側からハニカム担体４２の中心軸線Ｏｃに沿って視た平面視では、ハニカム担体４２の輪郭Ｃ１に対して定義される第１仮想線分Ｌ１が、同じくハニカム担体４２の輪郭Ｃ１に対して定義される第２仮想線分Ｌ２よりも長くなるように、排気管３によって排気タービン２１に接続される。

ここで第１仮想線分Ｌ１とは、平面視において、タービン軸線Ｏｔと平行であり、ハニカム担体４２の中心軸線Ｏｃを通過し、かつハニカム担体４２の輪郭Ｃ１を端点とする線分である。また第２仮想線分Ｌ２とは、平面視において、第１仮想線分Ｌ１に対し直交し、ハニカム担体４２の中心軸線Ｏｃを通過し、かつハニカム担体４２の輪郭Ｃ１を端点とする線分である。

なお、上記のように定義される第１仮想線分Ｌ１が第２仮想線分Ｌ２より長くなるようにすることは、換言すれば、タービン軸線Ｏｔと非真円形状のハニカム担体４２において定義される長手方向ＬＤとが略平行になるようにすることと等価である。図２には、本発明の最も好ましい例として、タービン軸線Ｏｔと長手方向ＬＤとが平行である場合を図示するが、本発明はこれに限らない。上記第１仮想線分Ｌ１が第２仮想線分Ｌ２より長ければ、タービン軸線Ｏｔと長手方向ＬＤとは平行でなくてもよい。第１仮想線分Ｌ１から第２仮想線分Ｌ２を減算して得られる差は、図２に示すようにタービン軸線Ｏｔと長手方向ＬＤとが平行である場合に最大となる。

次に、図６及び図７を参照して、排気浄化装置１において実現される排気の流れについて説明する。
図６及び図７は、排気浄化装置１において実現される排気の流れを説明するための図である。より具体的には、図６は、タービン軸線Ｏｔに対し垂直な軸線に沿って視た側面図であり、図７は、排気上流側から中心軸線Ｏｃに沿って視た平面図である。

図６では、タービン出口２５から流出する排気の主な流れを複数の実線の矢印で示し、バイパス出口２６から流出する排気の主な流れを複数の破線の矢印で示す。また図７では、ハニカム担体４２の流入側端面４２ａのうちタービン出口２５から流出する排気が主に流入する領域である第１領域Ｒ１を太実線で示し、バイパス出口２６から流出する排気が主に流入する領域である第２領域Ｒ２を太実線で示す。なお図６及び図７では、上記のように第１長径部ＬＤ１及び第２長径部ＬＤ２が定義されるハニカム担体４２において、第２長径部ＬＤ２の方が第１長径部ＬＤ１よりもタービン出口２５に近くなるように設けた場合について説明する。

図６及び図７に示すように、タービン出口２５及びバイパス出口２６から流出する排気は、排気管３によってその向きを変えられながらハニカム担体４２の流入側端面４２ａに流入する。この際排気浄化装置１では、第１仮想線分Ｌ１が第２仮想線分Ｌ２よりも長くなるようにハニカム担体４２を排気タービン２１に接続することにより、タービン出口２５から流出する排気をタービン出口２５から遠い第１長径部ＬＤ１側に定められた第１領域Ｒ１側に流入させ、バイパス出口２６から流出する排気をタービン出口から２５から近い第２長径部ＬＤ２側に定められた第２領域Ｒ２側に流入させることができる。これにより、タービン出口２５から流出する排気とバイパス出口２６から流出する排気とを、ハニカム担体４２の流入側端面４２ａにむらなく流入させることができる。

なお、タービン出口２５から流出する排気は、タービンインペラ２２を通過することによってある程度温度及び流速が低下するものの、内燃機関の過給圧制御時においてバイパス出口２６から流出する排気よりも高温である。またタービン出口２５から流出する排気の流量は、バイパス出口２６から流出する排気の流量よりも多い。このため、タービン出口２５から流出する排気が流入する第１領域Ｒ１と、バイパス出口２６から流出する排気が流入する第２領域Ｒ２とを、上記のように棲み分けした場合、第２領域Ｒ２よりも第１領域Ｒ１の方がハニカム担体４２に担持されている排気浄化触媒の劣化が速くなると考えられる。

そこで本実施形態では、このような触媒劣化の偏在を抑制するため、図７に示すように、中心軸線Ｏｃに沿った平面視において、ハニカム担体４２における単位体積当りの触媒担持量は、第２仮想線分Ｌ２で仮想的に区切られた領域のうち、タービン出口２５から遠い方の領域である第１領域Ｒ１の方が、タービン出口２５から近い方の領域である第２領域Ｒ２よりも多くなるようにする。

次に、本実施形態に係る排気浄化装置１における温度センサの実装例について、図８〜図１１を参照しながら説明する。

図８及び図９は、２つの温度センサ６１，６２が取り付けられた排気浄化装置１の構成を示す図である。より具体的には、図８は、タービン軸線Ｏｔに対し垂直な軸線に沿って視た排気浄化装置１の側面図であり、図９は、ハニカム担体４２の中心軸線Ｏｃに沿って視た排気浄化装置１の平面図である。

図８に示すように、触媒コンバータ４の排気下流側には、ハニカム担体４２の流出側端面４２ｂから流出する排気に含まれる粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタ５が設けられている。排気浄化フィルタ５は、柱状のフィルタ担体５１と、このフィルタ担体５１を収容するとともに触媒コンバータ４のケース部材４１に接続される筒状のケース部材５２と、を備える。フィルタ担体５１は、複数の多孔質壁と、これら多孔質壁によって区画形成された複数のセルと、を備える。

上流側温度センサ６１は、感熱部である棒状のサーミスタ素子６１ａと、このサーミスタ素子６１ａを保護する金属管６１ｂと、を備える。上流側温度センサ６１は、排気の流路のうちハニカム担体４２の流入側端面４２ａよりも上流側、より具体的には、管部３２のうち下流端部３４側に形成されたセンサ取付孔３６に取り付けられている。上流側温度センサ６１は、サーミスタ素子６１ａが管部３２内に臨むように、金属管６１ｂのサーミスタ素子６１ａ側の端部をセンサ取付孔３６に形成されたねじ溝に螺合することによって管部３２に固定されている。

下流側温度センサ６２は、感熱部である棒状のサーミスタ素子６２ａと、このサーミスタ素子６２ａを保護する金属管６２ｂと、を備える。下流側温度センサ６２は、排気の流路のうちハニカム担体４２の流出側端面４２ｂよりも下流側、より具体的には、ケース部材５２のうちハニカム担体４２の流出側端面４２ｂとフィルタ担体５１の流入側端面５１ａとの間に形成された貫通孔であるセンサ取付孔５３に取り付けられている。下流側温度センサ６２は、サーミスタ素子６２ａがケース部材５２内に臨むように、金属管６２ｂのサーミスタ素子６２ａ側の端部をセンサ取付孔５３に形成されたねじ溝に螺合することによってケース部材５２に固定されている。

図１０は、ハニカム担体４２と、管部３２に取り付けられた上流側温度センサ６１と、ケース部材５２に取り付けられた下流側温度センサ６２と、をハニカム担体４２の中心軸線Ｏｃに沿って上流側温度センサ６１側から視た平面図である。

図１０に示すように、中心軸線Ｏｃに沿った平面視において、第２仮想線分Ｌ２よりタービン出口から遠い領域を第１領域Ｑ１と定義し、第２仮想線分Ｌ２よりタービン出口に近い領域を第２領域Ｑ２と定義した場合、上流側温度センサ６１のサーミスタ素子６１ａは第１領域Ｑ１内に設けられ、下流側温度センサ６２のサーミスタ素子６２ａは第２領域Ｑ２内に設けられている。

本実施形態に係る排気浄化装置１によれば、以下の効果を奏する。
（１）排気浄化装置１では、触媒コンバータ４のハニカム担体４２として、その中心軸線Ｏｃに垂直な断面形状が、長手方向ＬＤ及び短手方向ＳＤが定義される非真円形状のものを用いる。これにより、真円形状のハニカム担体を用いた場合と比較して、エンジンルーム内のレイアウトの自由度を向上できる。また排気浄化装置１では、ハニカム担体４２の中心軸線Ｏｃに沿った平面視では、タービン軸線Ｏｔと中心軸線Ｏｃとハニカム担体４２の向きから規定される第１仮想線分Ｌ１が第２仮想線分Ｌ２よりも長くなるように触媒コンバータ４を排気タービン２１に接続する。これにより、上記平面視では、ハニカム担体４２の長手方向ＬＤがタービン軸線Ｏｔと略平行になる。したがって排気浄化装置１によれば、過給時にタービン出口２５からタービン軸線Ｏｔに沿って流出する排気を、ハニカム担体４２のうち長手方向ＬＤに沿って排気タービン２１から遠い方へ流入させ、非過給時にバイパス出口２６から流出する排気を、ハニカム担体４２のうち長手方向ＬＤに沿って排気タービン２１から近い方へ流入させることができる。よって排気浄化装置１によれば、タービン出口２５及びバイパス出口２６から流出する排気をハニカム担体４２にバランス良く流入させることができるので、触媒コンバータ４による排気浄化性能も向上できる。

（２）バイパス出口２６から流出する排気は、タービン出口２５から流出する排気と比して流速が速く拡散されにくい。これに対し排気浄化装置１では、バイパス出口２６を、その少なくとも一部が、ハニカム担体４２の中心軸線Ｏｃと重なるように設ける。よって排気浄化装置１によれば、バイパス出口２６から流出する排気を拡散させながらハニカム担体４２に流入させることができる。

（３）排気浄化装置１では、正面視において、弁体２７ａを開閉する回動軸２７ｂを弁体２７ａに対し第２方向Ｄ２側に設ける。これにより、回動軸２７ｂで弁体２７ａを開くと、弁体２７ａはバイパス出口２６に対し触媒コンバータ４と反対側へ退避するので、バイパス出口２６から流出する排気の流れが弁体２７ａによって阻害されることがない。よって排気浄化装置１によれば、排気タービン２１のバイパス出口２６から流出する排気をハニカム担体４２にバランス良く流入させることができ、ひいては触媒コンバータ４による排気浄化性能を向上できる。

（４）排気浄化装置１では、タービン出口２５をバイパス出口２６に対し第２方向Ｄ２側に設ける。すなわち、正面視では、触媒コンバータ４からタービン出口２５の距離は、触媒コンバータ４からバイパス出口２６の距離よりも長い。これにより、タービン出口２５から流出する排気をハニカム担体４２のうち長手方向ＬＤに沿って排気タービン２１から遠い方へ流入させ、バイパス出口２６から流出する排気を長手方向ＬＤに沿って排気タービン２１から近い方へ流入させやすくできるので、タービン出口２５及びバイパス出口２６から流出する排気をハニカム担体４２にバランス良く流入させることができる。

（５）排気浄化装置１では、第２仮想線分Ｌ２で仮想的に区切られた領域のうち、タービン出口２５から遠い方の第１領域Ｒ１の触媒担持量を、タービン出口２５から近い方の第２領域Ｒ２の触媒担持量よりも多くする。これにより、上記のようなタービン出口２５及びバイパス出口２６から流出する排気の流れの下で、ハニカム担体４２に担持されている排気浄化触媒の劣化の偏在を抑制できる。

（６）図１１は、ハニカム担体４２と、管部３２に取り付けられた上流側温度センサ６１と、ケース部材５２に取り付けられた下流側温度センサ６２と、をハニカム担体４２の中心軸線Ｏｃに対し垂直な第２仮想線分Ｌ２に沿って視た側面図である。なお図１１では、ハニカム担体４２における典型的な温度分布をハッチングの濃淡で示す。ハッチングが濃くなるほど高温になりやすい部分を示す。図１１に示すように、ハニカム担体４２では、仮想線分Ｌ２よりタービン出口２５から遠い第１領域Ｑ１内でありかつ流入側端面４２ａ側の部分が最も高温になりやすく、仮想線分Ｌ２よりタービン出口２５に近い第２領域Ｑ２内でありかつ流出側端面４２ｂ側の部分が最も低温になりやすい。

これに対し排気浄化装置１では、上流側温度センサ６１のサーミスタ素子６１ａをハニカム担体４２の流入側端面４２ａよりも上流側でありかつ平面視では第２仮想線分Ｌ２よりタービン出口２５から遠い第１領域Ｑ１内に設け、下流側温度センサ６２のサーミスタ素子６２ａをハニカム担体４２の流出側端面４２ｂよりも下流側でありかつ平面視では第２仮想線分Ｌ２よりタービン出口２５に近い第２領域Ｑ２内に設ける。すなわち上流側温度センサ６１では、ハニカム担体４２のうち最も高温になりやすい部分の温度を検出し、下流側温度センサ６２では、ハニカム担体４２のうち最も低温になりやすい部分の温度を検出する。これにより排気浄化装置１では、上流側温度センサ６１の検出値と下流側温度センサ６２の検出値とを用いることによって、ハニカム担体４２の最も高温となる部分と最も低温となる部分の温度差を把握できる。ハニカム担体４２に担持させる触媒として、酸化雰囲気下で排気中のＮＯｘを吸着し還元雰囲気下で吸着したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ浄化触媒を用いた場合、ハニカム担体の温度がＮＯｘの還元処理を実行するのに適した温度になった状態で排気を還元雰囲気にするリッチスパイクを実行する必要がある。これに対し本発明によれば、ハニカム担体４２の最も高温となる部分と最も低温となる部分の温度差を把握できるので、上記ＮＯｘ浄化触媒の還元処理を実行する適切なタイミングを把握することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。

１…排気浄化装置
２…過給機
２１…排気タービン
２５…タービン出口
２６…バイパス出口
２７…開閉弁
２７ａ…弁体
２７ｂ…回動軸
３…排気管（接続部）
４…触媒コンバータ
４２…ハニカム担体
４２ａ…流入側端面（排気流入側端面）
４２ｂ…流出側端面（排気流出側端面）
６１…上流側温度センサ
６１ａ…サーミスタ素子（感熱部）
６２ａ…サーミスタ素子（感熱部）
Ｏｔ…タービン軸線
Ｏｃ…中心軸線
Ｌ１…第１仮想線分
Ｌ２…第２仮想線分
Ｒ１，Ｑ１…第１領域
Ｒ２，Ｑ２…第２領域

Claims (6)

1. タービン軸線に沿った排気が流出するタービン出口及びタービンインペラを迂回した排気が流出するバイパス出口を備える過給機と、
   触媒が担持された柱状のハニカム担体を有する触媒コンバータと、
   前記過給機と前記触媒コンバータとを接続し、前記タービン出口及び前記バイパス出口から流出する排気を前記ハニカム担体に導く接続部と、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記ハニカム担体の中心軸線に垂直な断面形状は、長手方向及び短手方向が定義される非真円形状であり、
   前記中心軸線に沿った平面視において、前記タービン軸線と平行であり前記中心軸線を通過しかつ前記ハニカム担体の外周を端点とする第１仮想線分は、当該第１仮想線分に直交し前記中心軸線を通過しかつ前記ハニカム担体の外周を端点とする第２仮想線分よりも長く、
   排気下流側から前記タービン軸線に沿って視た正面視において、前記バイパス出口の少なくとも一部は、前記中心軸線と重なることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. タービン軸線に沿った排気が流出するタービン出口及びタービンインペラを迂回した排気が流出するバイパス出口を備える過給機と、
   触媒が担持された柱状のハニカム担体を有する触媒コンバータと、
   前記過給機と前記触媒コンバータとを接続し、前記タービン出口及び前記バイパス出口から流出する排気を前記ハニカム担体に導く接続部と、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記ハニカム担体の中心軸線に垂直な断面形状は、長手方向及び短手方向が定義される非真円形状であり、
   前記中心軸線に沿った平面視において、前記タービン軸線と平行であり前記中心軸線を通過しかつ前記ハニカム担体の外周を端点とする第１仮想線分は、当該第１仮想線分に直交し前記中心軸線を通過しかつ前記ハニカム担体の外周を端点とする第２仮想線分よりも長く、
   前記中心軸線に沿った平面視において、前記ハニカム担体における単位体積当りの触媒担持量は、前記第２仮想線分で仮想的に区切られた領域のうち、前記タービン出口から遠い方の領域の方が前記タービン出口から近い方の領域よりも多いことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 排気下流側から前記タービン軸線に沿って視た正面視において、前記バイパス出口の少なくとも一部は、前記中心軸線と重なることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記バイパス出口には回動軸を回動させることで当該バイパス出口を開閉する弁体が設けられ、
   排気下流側から前記タービン軸線に沿って視た正面視において、前記弁体に対し前記触媒コンバータ側を第１方向とし、前記弁体に対し前記第１方向と反対側を第２方向とした場合、前記回動軸は前記弁体に対し前記第２方向側に設けられていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 排気下流側から前記タービン軸線に沿って視た正面視において、前記タービン出口は前記バイパス出口に対し前記第２方向側に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. タービン軸線に沿った排気が流出するタービン出口及びタービンインペラを迂回した排気が流出するバイパス出口を備える過給機と、
   触媒が担持された柱状のハニカム担体を有する触媒コンバータと、
   前記過給機と前記触媒コンバータとを接続し、前記タービン出口及び前記バイパス出口から流出する排気を前記ハニカム担体に導く接続部と、
   前記排気の流路のうち前記ハニカム担体の排気流入側端面よりも上流側に設けられた上流側温度センサと、
   前記排気の流路のうち前記ハニカム担体の排気流出側端面よりも下流側に設けられた下流側温度センサと、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記ハニカム担体の中心軸線に垂直な断面形状は、長手方向及び短手方向が定義される非真円形状であり、
   前記中心軸線に沿った平面視において、前記タービン軸線と平行であり前記中心軸線を通過しかつ前記ハニカム担体の外周を端点とする第１仮想線分は、当該第１仮想線分に直交し前記中心軸線を通過しかつ前記ハニカム担体の外周を端点とする第２仮想線分よりも長く、
   前記中心軸線に沿った平面視において、前記第２仮想線分よりも前記タービン出口から遠い領域を第１領域と定義し、前記第２仮想線分よりも前記タービン出口に近い領域を第２領域と定義した場合、前記上流側温度センサの感熱部は前記第１領域内に設けられ、前記下流側温度センサの感熱部は前記第２領域内に設けられることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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