JP6816458B2 - 内燃機関の排気系構造 - Google Patents

Description

本開示は、内燃機関の排気系構造に関する。

従来、内燃機関の排気系に設けられ、内燃機関から排出される排気ガス中の一酸化炭素および未燃焼炭化水素等を除去する触媒を備えた排気浄化装置が知られている。排気浄化装置の触媒を有効に活用するためには、排気ガスを触媒の上流端になるべく偏りのない状態で流入させることが望まれる。

特許文献１には、図１に示すように、排気系において、上流側に配置された第一排気浄化部（前側触媒担体）３５と、第一排気浄化部３５よりも下流側に配置された第二排気浄化部（後側触媒担体）３６とを備えた排気浄化装置３７が開示されている。具体的には、特許文献１に開示された排気浄化装置３７の場合、第一排気浄化部３５の中心軸Ａ_１と第二排気浄化部３６の中心軸Ａ_２とが鈍角θを成している。また、第二排気浄化部３６の上流側端面３８が、第二排気浄化部３６の軸方向に直交する仮想平面（図示省略）に、第一排気浄化部３５の下流側端面３９を第一排気浄化部３５の中心軸Ａ_１の方向に投影した投影面部により構成されている。

特開平１０−１２１９４５号公報

ところで、特許文献１に開示された排気浄化装置３７の場合、第二排気浄化部３６の上流側端面３８のうち、第一排気浄化部３５の下流側端面３９を含む仮想平面（図示省略）と第二排気浄化部３６の上流側端面３８を含む仮想平面（図示省略）との交線（図示省略）に最も近い側の端部（図１に斜格子Ｂ_２で示す部分）に到達した排気ガスの一部が、第二排気浄化部３６の上流側端面３８に沿って、上記交線から最も遠い側の端部（図１に斜格子Ｂ_１で示す部分）に向かう流れとなり、上記最も遠い側の端部から流入する排気ガスの量が、上記最も近い側の端部から流入する排気ガスの量よりも多くなる可能性がある。即ち、第二排気浄化部３６への排気ガスの流入量が、部分的に偏る可能性がある。

本開示は、第二排気浄化部への排気ガスの流入量の偏りを小さくできる構造を提案する。

本開示の内燃機関の排気系構造は、第一ケース部の内側に配置された第一排気浄化部と、第二ケース部の内側に配置された状態で前記第一排気浄化部よりも下流側に設けられ、中心軸が前記第一排気浄化部の中心軸に対して傾斜した第二排気浄化部と、前記第一ケース部と前記第二ケース部とを連続する連続管部とを備え、前記第一排気浄化部の下流側端面を含む第一仮想平面と前記第二排気浄化部の上流側端面を含む第二仮想平面との交線を仮想交線Ｌとした場合に、前記第二排気浄化部の上流側端面が、少なくとも、前記第二仮想平面に前記第一排気浄化部の下流側端面を前記第一排気浄化部の中心軸の方向に投影した投影面部と、前記投影面部よりも前記仮想交線Ｌから最も遠い側に設けられた拡張面部とを含んで成り、前記連続管部は、前記第一排気浄化部の前記中心軸と同軸となる軸を有する直線管部と拡散部とを有し、前記拡散部は、前記直線管部の下流側かつ前記拡張面部の上流側に配置され、前記第二排気浄化部の上流側端面に沿う方向に流れる排気ガスが流入可能な拡張空間を形成し、前記連続管部の内面のうち、前記仮想交線Ｌから最も遠い側の端部であって、前記拡散部の上流側に、上流側から流れてきた排気ガスの流れを、前記連続管部の中心軸に近づく方向に変えるため変流部が設けられている。

本開示の内燃機関の排気系構造によれば、第二排気浄化部への排気ガスの流入量の偏りを小さくできる。

従来構造の内燃機関の排気系構造の一例を示す模式図 本開示に係る内燃機関の排気系構造が組み込まれた排気系の構成を示す概略図 本開示に係る内燃機関の排気系構造の実施の形態の第１例を示す、図２のＡ部に相当する部分の断面模式図 連続管部の凹部を図３の矢印イの方向から見た模式図 ＤＰＦに流入する排気ガスの流れの一部を概念的に説明するための模式図 本開示に係る内燃機関の排気系構造の実施の形態の第２例を示す、図２のＡ部に相当する部分の断面模式図 ＤＰＦの上流側端面の形状を説明するための模式図

以下、本開示に係る内燃機関の排気系構造について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態の第１例および第２例は、本開示に係る内燃機関の排気系構造の一例であり、本開示は実施の形態の第１例および第２例により限定されるものではない。

[１．実施の形態の第１例]
図２〜５を参照して、本開示に係る実施の形態の第１例について説明する。なお、図２は、本開示に係る内燃機関の排気系構造が組み込まれた排気系の構成を示す概略図である。また、図３は、図２のＡ部に相当する部分を、後述するＤＯＣ１２の軸１３とＤＰＦ１９の軸２０とを含む仮想平面に関する部分断面図である。なお、図２及び図３には、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸が描かれている。以下の説明では、図２における左右方向をＸ方向又は車両前後方向といい、右方向を「＋Ｘ方向」又は「車両前側」、左方向を「−Ｘ方向」又は「車両後側」という。また、図２における上下方向をＹ方向又は車両上下方向といい、上方向を「＋Ｙ方向」又は「車両上側」、下方向を「−Ｙ方向」又は「車両下側」という。さらに、図２において紙面に垂直な方向をＺ方向又は車両幅方向といい、手前方向を「＋Ｚ方向」又は「車両右側」、奥方向を「−Ｚ方向」又は「車両左側」という。また、排気通路を流れる排気ガスの流れ方向における上流側及び下流側を、単に「上流側」及び「下流側」という。

排気系１は、図２に示すように、エンジン２の車両右側に設けられた排気マニホールド３と、排気マニホールド３の集合部に連結されたターボ過給機４と、ターボ過給機４から延びる上流側排気通路５と、後処理装置６と、下流側排気通路７とを備える。なお、本例の場合、上記各部材を、エンジン２の車両右側に配置している。ただし、上記各部材のエンジン２に対する配置は、図示の構造に限定されるものではない。

ターボ過給機４の排気ガス出口４ａの方向、大きさ及び形状は、後処理装置６の形状、大きさ及び設置場所などに基づいて総合的に定められる。ここでは、排気ガス出口４ａの方向は−Ｘ方向である。排気ガス出口４ａをＸ方向から見た形状は、一般的な円である。後処理装置６は、ターボ過給機４の−Ｘ方向の位置に配置されている。

上流側排気通路５は、軸（本例の場合、中心軸）８ａを有する中空管状の直線管８により構成されている。このような直線管８は、上流側開口部から内部空間に流入した排気ガスを、直線管８の延在方向（つまり、軸８ａの方向）に沿って直線的に流通させて、下流側開口部から流出させる流路としての機能を有している。

このような直線管８の上流側端部は、排気ガス出口４ａに固定されている。一方、直線管８の下流側端部８ｂは、後述する後処理装置６（具体的には、第一後処理装置９の第一ケース部１８）の上流側端部に固定されている。なお、直線管８の延在方向（つまり、軸８ａの方向）、長さ、及び中空断面形状は、排気ガス出口４ａの方向、第一後処理装置９のＤＯＣ１２（後述する）の位置などに基づいて総合的に定められる。なお、直線管８の中空断面形状とは、直線管８の内周面により画成される内部空間（つまり、円柱状空間）の横断面形状（換言すれば、軸８ａに直交する仮想平面に関する断面形状）をいう。従って、直線管８の中空断面形状の外形（外周縁の形状）は、軸８ａに直交する仮想平面に関する直線管８の内周面の断面形状に一致する。

直線管８の延在方向は、例えば、ＤＯＣ１２の位置などに基づいて３次元的に傾けられる。ここでは、説明を分かりやすくするために、直線管８は、図２に示すように、排気ガス出口４ａと同じ−Ｘ方向に直線状に延在している。また、直線管８の中空断面形状は、排気ガス出口４ａの形状と同じ円である。直線管８の延在方向および中空断面形状を排気ガス出口４ａと同じ方向および形状とした理由は、ターボ過給機４から排気管８に流入した排気ガスの流速を直線管８でなるべく低下させずに高い状態に維持しつつＤＯＣ１２に向けて流出させるためである。また、直線管８の長さは、ターボ過給機４とＤＯＣ１２との間の放熱を防止するために、また、排気ガスの流速の低下を抑えるために、なるべく短いことが望ましい。なお、直線管８と後処理装置６との接続部の構造については、後述する。

後処理装置６は、上流側端部が直線管８の下流側端部に連続すると共に、下流側端部が下流側排気通路７の上流側端部に連続している。このような後処理装置６は、上流側端部から内部に流入した排気ガスに対して所定の浄化処理を施して、下流側端部から流出する機能を有する。以下、後処理装置６の具体的な構造について説明する。

後処理装置６は、第一後処理装置９と、第二後処理装置１０と、連続管部１１とを含んで構成されている。本例の場合、後処理装置６は、ターボ過給機４の−Ｘ方向に配置されている。

第一後処理装置９は、ＤＯＣ（酸化触媒）１２と、第一無機質マット１７（図３参照）と、第一ケース部１８とを含んで構成されている。なお、図２では、第一無機質マット１７および第一ケース部１８の板厚を省略して示している。本実施形態の場合、ＤＯＣ１２が第一排気浄化部である。

ＤＯＣ１２は、担体としての例えばアルミナに、参加触媒としての例えば白金、酸化イリジウムまたは酸化コバルトが担持されている。このようなＤＯＣ１２は、排気ガス中に含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物などの未燃焼ガスを酸化する機能を有する。なお、ＤＯＣ１２の基本的構造および機能については、従来から知られているＤＯＣと同様であるため詳しい説明は省略する。以下、本例に係るＤＯＣ１２の特徴部分の構成について詳説する。

ＤＯＣ１２は、軸（本例の場合、ＤＯＣ１２の中心軸）１３を有する柱状に形成されている。具体的には、ＤＯＣ１２の軸１３は、直線管８の軸８ａに対して所定の角度α（本例の場合、角度αは鋭角）で傾斜している。

また、ＤＯＣ１２の上流側端面１４は、ＤＯＣ１２の軸１３に直交する仮想平面Ｐ_ａ上に存在している。一方、ＤＯＣ１２の下流側端面１５は、仮想平面Ｐ_ａに対して軸１３の方向に離隔し、かつ、軸１３に直交する仮想平面Ｐ_ｂ上に存在している。ＤＯＣ１２の横断面形状（軸１３に直交する仮想平面に関する断面形状）は、ＤＯＣ１２の軸方向の全長にわたり同じ形状である。

また、ＤＯＣ１２の上流側端面１４は、仮想平面Ｐ_ａに対して、直線管８のうちの軸８ａの方向に関する中間部の中空断面形状を直線管８の軸８ａの方向に投影した像（換言すれば、投影面）により構成している。換言すれば、ＤＯＣ１２の上流側端面１４は、仮想平面Ｐ_ａに対して、直線管８のうちの軸８ａの方向に関する中間部の横断面形状を、軸８ａの方向に投影した場合の、直線管８の内周面に相当する部分を外周縁とした面である。

図３を参照して、ＤＯＣ１２の上流側端面１４の具体的形状について説明する。図３には、軸１３の方向から見たＤＯＣ１２の上流側端面１４の形状である楕円Ｅ_１、および、直線管８の軸８ａの方向から見た排気ガス出口４ａの形状である円Ｃが示されている。また、図３には、排気系１における排気ガスの流れが破線で示されている。

直線管８の軸８ａの方向は、前述したように−Ｘ方向に一致している。一方、ＤＯＣ１２の軸１３は、−Ｘ方向の軸８ａに対して３次元的に傾けられる。ここでは、説明を分かりやすくするために、図３に示すように、軸１３が、−Ｘ方向の軸８ａに対してＺ軸回りに所定角度αで傾けられている。つまり、ＤＯＣ１２の上流側端面１４は、軸８ａに対してＺ軸回りに所定角度（π／２−α）だけ傾けられている。前述したように、ＤＯＣ１２の上流側端面１４は、所定角度（π／２−α）で傾けられた面（換言すれば、仮想平面Ｐ_ａ）に対して、直線管８の中空断面形状（ここでは、図３に示す円Ｃ）を−Ｘ方向（つまり、軸８ａに沿って上流側から下流側に向かう方向）に沿って投影した像（換言すれば、投影面）により構成している。つまり、上流側端面１４の外形は、図３に示す楕円Ｅ_１（つまり、上記投影した像の外形）となる。なお、軸８ａに対する上流側端面１４の傾斜角度は、例えば、ＤＯＣ１２の大きさ、形状およびその配置場所、並びに、上流側端面１４に対して排気ガスが直接的に流入可能な角度に基づいて定められる。

第一無機質マット１７は、例えば、耐熱性を有する繊維状のマットにより構成された筒状部材である。このような第一無機質マット１７は、ＤＯＣ１２を第一ケース部１８の内周面に支持する機能を有する。具体的には、第一無機質マット１７は、ＤＯＣ１２の外周面に沿う内周面を有する楕円筒状である。このような第一無機質マット１７は、ＤＯＣ１２の外周面に外嵌されている。換言すれば、第一無機質マット１７は、第一ケース部１８の内周面に内嵌されている。

第一ケース部１８は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム合金などの金属板製の筒状部材である。第一ケース部１８は、内部空間にＤＯＣ１２および第一無機質マット１７を保持する（換言すれば、収納する）機能を有する。具体的には、第一ケース部１８は、第一無機質マット１７の外周面に沿う内周面を有する楕円筒状である。このような第一ケース部１８は、第一無機質マット１７の外周面に外嵌されている。換言すれば、第一ケース部１８は、ＤＯＣ１２の外周面に第一無機質マット１７を介して外嵌されている。

前述のような第一ケース部１８の上流側端部は、直線管８の下流側端部８ｂに接続されている。このようにして、直線管８から流出した排気ガスを、効果的に（漏れなく）ＤＯＣ１２に流入させるようにしている。一方、第一ケース部１８の下流側端部は連続管部１１の上流側端部に排気ガスの流通を可能な状態で連続している。

第二後処理装置１０は、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）１９と、第二無機質マット２３（図３参照）と、第二ケース部２４とを含んで構成されている。なお、図２では、第二無機質マット２３および第二ケース部２４の板厚を省略して示している。本実施形態の場合、ＤＰＦ１９が第二排気浄化部である。

ＤＰＦ１９は、排気ガス中に含まれる粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｒａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を捕集する機能を有する。なお、ＤＯＣ１９の基本的構造および機能については、従来から知られているＤＰＦと同様であるため詳しい説明は省略する。以下、本例に係るＤＰＦ１９の特徴部分の構成について詳説する。

ＤＰＦ１９は、軸（本例の場合、ＤＰＦ１９の中心軸）２０を有する柱状に形成されている。具体的には、ＤＰＦ１９の軸２０は、ＤＯＣ１２の軸１３に対して所定の角度βで傾斜している。また、軸２０と軸１３とは、ＤＰＦ１９の上流側端面２１よりも下流側、かつ、ＤＰＦ１９の下流側端面２２よりも上流側で交差している。換言すれば、軸２０と軸１３との交点は、ＤＰＦ１９の内部に位置している。なお、軸２０と軸１３との交点を、ＤＰＦ１９の上流側端面２１よりも上流側に配置することもできる。また、ＤＰＦ１９の軸２０は、ＤＯＣ１２の軸１３に対して３次元的に傾けることができる。ただし、本例の場合、説明を分かりやすくするために、図３に示すように、軸２０が、軸１３に対してＺ軸回りに所定角度βで傾けられた構成としている。具体的には、本例の場合、ＤＰＦ１９の軸２０は、Ｙ軸方向と一致している。

なお、以下の説明では、説明の便宜のために、ＤＯＣ１２の下流側端面１５を含む仮想平面Ｐ_ｂと、ＤＰＦ１９の上流側端面２１を含む仮想平面Ｐ_ｃとの交線を仮想交線Ｌ（本例の場合、図３の符号Ｌの位置を通り紙面に垂直な仮想線）として定義する。なお、前述したように仮想平面Ｐ_ｂは、ＤＯＣ１２の軸１３に直交する。一方、仮想平面Ｐ_ｃは、ＤＰＦ１９の軸２０に直交する。また、ＤＯＣ１２の軸１３に沿って、ＤＯＣ１２の下流側端面１５からＤＰＦ１９の上流側端面２１に向かう単位長さのベクトルを投影ベクトルと定義する。即ち、投影ベクトルに関しては、ＤＯＣ１２からＤＰＦ１９に向かう方向（換言すれば、上流側から下流側に向かう方向）が正の方向（以下、投影ベクトルの正方向という）で、反対が負の方向（以下、投影ベクトルの負方向という）となる。

ＤＰＦ１９の上流側端面２１は、ＤＰＦ１９の軸２０に直交する仮想平面Ｐ_ｃ上に存在している。一方、ＤＰＦ１９の下流側端面２２は、仮想平面Ｐ_ｃに対して軸２０の方向に離隔し、かつ、軸２０に直交する仮想平面Ｐ_ｄ上に存在している。本例の場合、ＤＰＦ１９の横断面形状（軸２０に直交する仮想平面に関する断面形状）は、ＤＰＦ１９の軸方向の全長にわたり同じ形状である。

ＤＰＦ１９の上流側端面２１は、軸２０の方向から見た形状が、図３、４に示すようなオーバル（卵形、長円形、楕円形など）である。このようなＤＰＦ１９の上流側端面２１は、少なくとも、軸２０に直交する仮想平面Ｐ_ｃに対して、ＤＯＣ１２の下流側端面１５を投影ベクトルの正方向に投影した像（換言すれば、投影面）を含んで構成されている。具体的には、本例の場合、ＤＰＦ１９の上流側端面２１は、軸２０に直交する仮想平面Ｐ_ｃに対して、ＤＯＣ１２の下流側端面１５を投影ベクトルの正方向に投影した像である投影面部２７と一致する状態で構成されている。

なお、本例の場合、図３に示すように、ＤＰＦ１９の上流側端面２１を構成する投影面部２７の形状である楕円Ｅ_２は、ＤＯＣ１２の下流側端面１５の形状である楕円Ｅ_１が長軸の方向に拡張された形状を有している。ただし、楕円Ｅ_１と楕円Ｅ_２との関係は、軸１３と軸２０との傾斜関係によって決まるものであって、本例の場合に限定されるものではない。また、ＤＯＣ１２の下流側端面１５の形状を、楕円Ｅ_１ではなく円とすることもできる。この場合にも、ＤＰＦの上流側端面を構成する投影面部の形状は楕円となる。

以上のように、本例の場合、ＤＰＦ１９の上流側端面２１の面積は、ＤＯＣ１２の下流側端面１５の面積よりも大きい。具体的には、ＤＰＦ１９の上流側端面２１の面積は、ＤＯＣ１２の下流側端面１５の面積よりも、楕円Ｅ_２の面積Ｓ_２と楕円Ｅ_１の面積Ｓ_１との差だけ大きくなっている。

第二無機質マット２３は、例えば、耐熱性を有する繊維状のマットにより構成された筒状部材である。このような第二無機質マット２３は、ＤＰＦ１９を第二ケース部２４の内周面に支持する機能を有する。具体的には、第二無機質マット２３は、ＤＰＦ１９の外周面に沿う内周面を有する楕円筒状である。このような第二無機質マット２３は、ＤＰＦ１９の外周面に外嵌されている。換言すれば、第二無機質マット２３は、第二ケース部２４の内周面に内嵌されている。

第二ケース部２４は、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム合金などの金属板製の筒状部材である。第二ケース部２４は、内部空間にＤＰＦ１９および第二無機質マット２３を保持する（換言すれば、収納する）機能を有する。具体的には、第二ケース部２４は、第二無機質マット２３の外周面に沿う内周面を有する楕円筒状である。このような第二ケース部２４は、第二無機質マット２３の外周面に外嵌されている。換言すれば、第二ケース部２４は、ＤＰＦ１９の外周面に第二無機質マット２３を介して外嵌されている。また、第二ケース部２４の上流側端部は、連続管部１１の下流側端部に排気ガスの流通を可能な状態で連続している。一方、第二ケース部２４の下流側端部は、下流側排気通路７の上流側端部に排気ガスの流通を可能な状態で連続している。

連続管部１１は、ＤＯＣ１２の軸１３と同軸となる軸（本例の場合、中心軸）３２を有する管状部材である。このような連続管部１１は、内周面のうち、仮想交線Ｌから最も遠い側の端部に、上流側から流れてきた排気ガスの流れを、連続管部１１の軸３２に近づく方向の流れに変える機能を有する変流凸部４０が設けられている。具体的には、変流凸部４０は、連続管部１１の内周面のうち、仮想交線Ｌから最も遠い側の端部、かつ、下流側端部寄り部分に、他の部分よりも連続管部１１の軸１３に近づく方向に突出した状態で形成されている。本例の場合、変流凸部４０は、連続管部１１の外周面のうち、仮想交線Ｌから最も遠い側の端部、かつ、下流側端部寄り部分に凹部４１を形成することにより形成されている。図４は、連続管部１１の外周面のうちの凹部４１が形成された部分を、図３の矢印イの方向から見た模式図である。凹部４１（換言すれば、変流凸部４０）は、図４に示すように、連続管部１１の周方向（図４の左右方向）に長い形状（例えば、長円形、矩形）に形成されている。なお、凹部４１（換言すれば、変流凸部４０）の形状は、本例の場合に限定されるものではない。

以上のような構成を有する連続管部１１は、内周面のうちの変流凸部４０よりも上流側部分の横断面形状（軸３２に直交する仮想平面に関する断面形状）が、第二ケース部２４の内周面（換言すれば、第二無機質マット２３の外周面）の横断面形状と等しい。従って、連続管部１１の内周面のうちの変流凸部４０よりも上流側部分の横断面形状は、ＤＯＣ１２の横断面形状である楕円Ｅ_１よりも全周にわたり、第二無機質マット２３の径方向に関する厚さ寸法Ｈだけ大きい楕円である。

本例の場合、ＤＰＦ１９の上流側端面２１のうちの仮想交線Ｌから最も遠い側の端部の周囲と、連続管部１１の内周面のうちの変流凸部４０の下流に隣接する凹部４１と、変流凸部４０の下流側端面４２とにより囲まれた部分に、ＤＰＦ１９の上流側端面２１に沿う方向に流れる排気ガスを流入させるための流量調整空間４３が形成されている。

以上のような構成を有する連続管部１１の下流側端部は、第二後処理装置１０の第二ケース部２４の上流側端部に、排気ガスの流通を可能な状態で連続している。

[１．１ 実施の形態の第１例の作用・効果]
以下、本例の作用・効果について図５を参照して説明する。図５は、本例における排気ガスの流れを模式的に示したものである。図中の矢印Ｆ_１〜Ｆ_１３は、排気ガスの流れを概念的に示したものである。なお、図５は、本例の作用・効果を概念的に説明するために、ＤＯＣ１２の軸１３およびＤＰＦ１９の軸２０を含む仮想平面に関する排気ガスの流れの１例を模式的に示したものである。

図５に示すように、ＤＯＣ１２の下流側端面１５から流出した排気ガスは、連続管部１１の内部空間を流通して、ＤＰＦ１９の上流側端面２１に流入する。具体的には、排気ガスの流れのうち、図５に示す流れＦ_１〜Ｆ_３は、連続管部１１によって軸３２（図３参照）の方向に沿った直線状の流れの状態で上流側端面２１の近傍に到達する。一方、流れＦ_４に関しては、軸３２の方向に沿った直線状の流れの状態で上流側端面２１の近傍に到達しない。この点については、後述する。流れＦ_１〜Ｆ_３のうちの流れＦ_１は、連続管部１１の内部空間のうち、連続管部１１の軸３２の方向に関する長さが最も短い部分を流通する流れである。換言すれば、流れＦ_１は、連続管部１１の内部空間のうち、軸３２の方向の全長にわたり仮想交線Ｌ（図３参照）に近い側の端部を流通する流れである。このような流れＦ_１は、上流側端面２１に到達すると、流れＦ_１の一部はＤＰＦ１９に流入し、ＤＰＦ１９のうち、仮想交線Ｌに近い側の端部（換言すれば、曲げの内側）を流通する流れＦ_５となる。一方、流れＦ_１の残部は、上流側端面２１に沿って仮想交線Ｌから離れる方向に向かう流れＦ_６となる。

流れＦ_６は、流れＦ_２と合流して流れＦ_７となる。流れＦ_７の一部は、ＤＰＦ１９に流入してＤＰＦ１９の内部のうちの中央寄り部分を流通する流れＦ_８となる。一方、流れＦ_７の残部は、ＤＰＦ１９の上流側端面２１に沿って仮想交線Ｌから離れる方向に向かう流れＦ_１０となる。

流れＦ_４は、軸３２の方向に沿った直線状の流れの状態で変流凸部４０の上流側端面に衝突して、下流側に向かうほど軸３２に近づく方向の流れＦ_９となる。そして、Ｆ_９は、流れＦ_１０と合流する。流れＦ_４は、連続管部１１の内部空間のうち、変流凸部４０がなければ、連続管部１１の軸３２の方向に関する長さが最も長い部分を流通する流れである。具体的には、流れＦ_４は、連続管部１１の内部空間のうち、変流凸部４０よりも上流側で仮想交線Ｌから最も遠い部分を流通する流れである。流れＦ_１０の一部は、ＤＰＦ１９に流入してＤＰＦ１９の内部のうちの中央寄り部分を流通する流れＦ_１１となる。一方、流れＦ_１０の残部は、ＤＰＦ１９の上流側端面２１に沿って仮想交線Ｌから離れる方向に向かう流れＦ_１２となり、流量調整空間４３に流入する。そして、このように流量調整空間４３に流入した流れＦ_１２は、上流側端面２１に沿ってそれ以上進めないため、ＤＰＦ１９の上流側端面２１のうちの仮想交線Ｌから最も遠い側の端部の周辺からＤＰＦ１９に流入して流れＦ_１３となる。

以上のように、本例の場合、ＤＰＦ１９の上流側端面２１のうち、仮想交線Ｌから最も遠い側の端部からＤＰＦ１９に流入する流れＦ_１３の流量を、変流凸部４０（つまり、流量調整空間４３）を設けていない場合よりも少なくできる。具体的には、流れＦ_１３の流量を、流れＦ_９の少なくとも一部に相当する量だけ少なくできる。

即ち、連続管部１１に変流凸部４０が設けられていない構造の場合には、流れＦ_４が、軸３２に沿った直線的な流れの状態で上流側端面２１のうちの仮想交線Ｌから最も遠い側の端部近傍に到達する。そして、流れＦ_４は、ＤＰＦ１９の上流側端面２１に沿って仮想交線Ｌから離れる方向に向かう流れ（つまり、変流凸部４０が設けられていない場合の、流れＦ_１０に相当する流れ）と合流して、ＤＰＦ１９の上流側端面２１のうち、仮想交線Ｌから最も遠い側の端部から流入する。一方、本例の場合、流れＦ_４は、変流凸部４０の上流側端面に衝突して流れＦ_９となり、流れＦ_４が、上記直線的な流れの状態で上流側端面２１のうちの仮想交線Ｌから最も遠い側の端部に到達することがない。また、流れＦ_９の少なくとも一部は、上流側端面２１のうちの仮想交線Ｌから最も遠い側の端部以外の部分で、ＤＰＦ１９に流入する。このため、本例によれば、流れＦ_１３の流量を、流れＦ_９の少なくとも一部に相当する量だけ少なくできる。この結果、流れＦ_１２の流量と、ＤＰＦ１９の上流側端面２１のうちの他の部分（例えば、上流側端面２１のうちの仮想交線Ｌに近い側の端部）から流入する流れの流量（例えば、図５の流れＦ_５）との差を小さくして、ＤＰＦ１９の上流側端面２１から流入する流量の偏りを小さくできる。

また、本例の場合、ターボ過給機４からの排気ガスは、直線管８を通ってＤＯＣ１２の上流側端面１４へ流出する。これにより、直線管８から流出する排気ガスは、流速が高くかつ均一であると共に、流出方向が直線状となる。この結果、ＤＯＣ１２の上流側端面１４に、流速が高くかつ均一排気ガスを直接的に当てることができるため、ＤＯＣ１２の浄化能力を上げることができる。また、ＤＯＣ１２の浄化能力が上げる分だけ、ＤＯＣ１２を小型化することが可能となる。また、ＤＯＣ１２を小型化した分だけ、コストを低減することができる。

また、本例の場合、ＤＯＣ１２の上流側端面１４が、直線管８の軸８ａに対して傾斜している。これにより、排気ガスが直接的にＤＯＣ１２に流入するため、直線管８からの排気ガスの流れ方向を上流側端面１４の方向へ変更する変向手段を設ける必要がなく、コストを低減することができる。

［２．実施の形態の第２例］
図６、７を参照して、本開示にかかる実施の形態の第２例について説明する。なお、本例は、第二後処理装置１０ａおよび連続管部１１ａの構造が、前述した実施の形態の第１例の場合と異なる。以下、実施の形態の第１例との相違点を中心に説明する。

本例の場合も、第二後処理装置１０ａは、ＤＰＦ１９ａと、第二無機質マット２３ａと、第二ケース部２４ａとを含んで構成されている。

ＤＰＦ１９ａの基本的構造および機能は前述した実施の形態の第１例の場合と同様であるため、説明は省略する。以下、本例に係るＤＰＦ１９ａについて、実施の形態の第１例のＤＰＦ１９との相違点の構成を中心に詳説する。

ＤＰＦ１９ａの上流側端面２１ａは、軸２０の方向から見た形状が、図６、７に示すようなオーバル（卵形、長円、楕円など）Ｇである。具体的には、ＤＰＦ１９ａの上流側端面２１ａは、軸２０に直交する仮想平面Ｐ_ｃに対して、ＤＯＣ１２の下流側端面１５を投影ベクトルの正方向に投影した像（換言すれば、投影面）である投影面部（図７に斜格子で示す部分以外の部分）２７と、少なくとも一部に投影面部２７よりも仮想交線Ｌから遠い側（図６、７の左側）に存在する部分を有すると共に、投影面部２７に連続した状態で設けられた拡張面部（図７に斜格子で示す部分）２８とにより構成されている。なお、拡張面部２８とは、少なくとも上記遠い側に存在する部分を備えていればよい。上記遠い側に存在する部分とは、投影面部２７の仮想交線Ｌから最も遠い側の端縁２６ａ（換言すれば、図７の二点鎖線γ）よりも、投影面部２７の中心Ｏ_２７から遠い側に位置する部分をいう。

具体的には、拡張面部２８は、投影面部２７のうちの仮想交線Ｌから遠い側の半部（図６、７の左側半部）から、仮想交線Ｌから離れる方向（図６、７の左方向）に延在した状態で形成されている。即ち、ＤＰＦ１９ａの上流側端面２１ａの仮想交線Ｌに近い側の端縁２５は、仮想平面Ｐ_ｃに対して、ＤＯＣ１２の下流側端面１５を投影ベクトルの方向（換言すれば、ＤＯＣ１２の軸１３に沿って上流側から下流側に向かう方向）に投影した像（換言すれば、投影面）の仮想交線Ｌに近い側の端縁２６と一致している。一方、ＤＰＦ１９ａの上流側端面２１ａの仮想交線Ｌから最も遠い側の端縁２５ａは、上記投影した像の仮想交線Ｌから最も遠い側の端縁２６ａよりも、仮想交線Ｌから遠い側に位置している。

なお、本例の場合、図６、７に示すように、ＤＰＦ１９ａの上流側端面２１ａを構成する投影面部２７の形状である楕円Ｅ_２は、ＤＯＣ１２の下流側端面１５の形状である楕円Ｅ_１が長軸の方向に拡張された形状を有している。ただし、楕円Ｅ_１と楕円Ｅ_２との関係は、軸１３と軸２０との傾斜関係によって決まるものであって、本例の場合に限定されるものではない。

以上のように、本例の場合、ＤＰＦ１９ａの上流側端面２１ａの面積は、ＤＯＣ１２の下流側端面１５の面積よりも大きい。具体的には、ＤＰＦ１９ａの上流側端面２１ａの面積は、ＤＯＣ１２の下流側端面１５の面積よりも、楕円Ｅ_２の面積Ｓ_２と楕円Ｅ_１の面積Ｓ_１との差に対して拡張面部２８の面積Ｓ_２８を足した分（つまり、Ｓ_２−Ｓ_１＋Ｓ_２８）だけ大きくなっている。

第二無機質マット２３ａは、ＤＰＦ１９ａの外周面に沿う内周面を有する楕円筒状である。このような第二無機質マット２３ａは、ＤＰＦ１９ａの外周面に外嵌されている。

第二ケース部２４ａは、第二無機質マット２３ａの外周面に沿う内周面を有する楕円筒状である。このような第二ケース部２４ａは、第二無機質マット２３ａの外周面に外嵌されている。また、第二ケース部２４ａの上流側端部は、連続管部１１ａの下流側端部に排気ガスの流通を可能な状態で連続している。一方、第二ケース部２４ａの下流側端部は、下流側排気通路７の上流側端部に排気ガスの流通を可能な状態で連続している。

連続管部１１ａは、下流側端部に、連続管部１１ａの内部空間を上流側から流通してきた排気ガスの一部を、連続管部１１ａの径方向外側（軸３２から離れる方向）に導くための拡散部３３を有する。なお、拡散部３３よりも上流側部分の構造は、前述した実施の形態の第１例の連続管部１１と同様である。

拡散部３３は、連続管部１１ａのうち、軸３２の方向に関して、変流凸部４０（換言すれば、凹部４１）の下流側部分の円周方向一部（本例の場合、図６の左半部）に、下流側に向かうほど連続管部１１ａの径方向外側に向かう（換言すれば、連続管部１１ａの軸３２から離れる）ように延出した庇状に形成されている。

本例の場合、拡散部３３を、ＤＰＦ１９ａの上流側端面２１ａのうちの拡張面部２８と、ＤＰＦ１９ａの軸２０の方向に、後述する拡散空間３４を介して重畳する状態で配置している。なお、本例の場合、連続管部１１ａのうちの拡散部３３以外の部分は、拡張面部２８に対して、ＤＰＦ１９ａの軸２０の方向に重畳していない。

この状態で、ＤＰＦ１９ａの軸２０の方向に関して、ＤＰＦ１９ａの上流側端面２１ａと、変流凸部４０の下流側端面４２との間部分に、ＤＰＦ１９ａの上流側端面２１ａに沿う方向に流れる排気ガスを流入させるための流量調整空間４３ａが形成されている。また、ＤＰＦ１９ａの軸２０の方向に関して、拡散部３３の内面と拡張面部２８との間部分には、下流側に向かうほど（換言すれば、拡張面部２８に近づくほど）、軸２０に直交する仮想平面（図示省略）に関する断面形状が小さくなる楔状の拡散空間３４が形成されている。換言すれば、拡散空間３４は、ＤＰＦ１９ａの軸２０から離れるほど、軸２０の方向に関する寸法が小さくなる楔状に形成されている。

即ち、拡散部３３は、拡散部３３の内面と拡張面部２８との間部分に、前述のような拡散空間３４を形成するためのものである。このような拡散空間３４は、ＤＰＦ１９ａの上流側端面２１ａに沿う方向に流れる排気ガスを流入させるためのものである。拡散空間３４は、前述のような楔状であるため、流入した排気ガスが、拡散空間３４の奥部に進む（換言すれば、連続管部１１ａの軸３２から離れる方向に進む）ほど、拡散部３３の内面の傾斜に基づいて排気ガスの流れを、拡張面部２８に向かう方向（換言すれば、ＤＰＦ１９ａの軸２０の方向）に変えることができる。

なお、軸２０に直交する仮想平面に関する断面形状が、ＤＰＦ１９ａの軸２０の方向に関して変化しない拡散空間を設けることもできる。

以上のような構成を有する連続管部１１ａの下流側端部は、第二後処理装置１０ａの第二ケース部２４ａの上流側端部に、排気ガスの流通を可能な状態で連続している。この状態で、拡散部３３の下流側端部は、第二ケース部２４ａのうちの拡張面部２８に外嵌された部分の上流側端部に連続している。その他の第二後処理装置１０ａの構造は、前述した実施の形態の第１例の場合と同様である。その他の構造および作用・効果は、前述した実施の形態の第１例の場合と同様である。

[２．１ 実施の形態の第２例の作用・効果]
本例の構造によれば、ＤＰＦ１９ａの上流側端面２１ａの投影面部２７のうち、仮想交線Ｌから最も遠い側の端部（つまり、図６、７の符号２６ａの周囲）からＤＰＦ１９ａに流入する流量を、拡散空間３４（つまり、拡張面部２８および拡散部３３）を設けていない場合よりも少なくできる。具体的には、上記遠い側の端部からＤＰＦ１９ａに流入する流量を、ＤＰＦ１９ａの上流側端面２１ａの拡張面部２８からＤＰＦ１９ａに流入する流れ（つまり、拡散空間３４に流入した排気ガス）の少なくとも一部に相当する量だけ少なくできる。この結果、ＤＰＦ１９ａの上流側端面２１ａから流入する流量の偏りを小さくできる。

［３．付記］
前述した各例において、直線管８、第一ケース部１８、連続管部１１、１１ａおよび第二ケース部２４、２４ａは、一体に設ける構成と別体に設ける構成とを、組み付け作業が可能な構造の範囲で適宜採用できる。
また、前述の各例では、直線管８は、排気ガス出口４ａから車両後側に延在した状態で配置されている。ただし、直線管８は、例えば、後処理装置６の設置場所等に応じて、排気ガス出口４ａから車両前方に延在した状態で配置されてもよい。

また、前述した例では、ＤＰＦ１９の軸２０は、図３、６に示すように、ＤＯＣ１２の軸１３に対してＺ軸回りに所定角度βで２次元的に傾けられるが、例えば、ＤＰＦ１９の大きさ、形状およびその配置場所等に応じて、軸１３に対して３次元的に傾けられてもよい。

また、前述した各実施の形態では、ＤＰＦの上流側にＤＯＣを設けたものを説明したが、これに限定されない。ＤＰＦの上流側に、ＤＯＣに代えて、他の触媒としてのリーンＮＯｘトラップ触媒（ＬＮＴ）、選択接触還元触媒（ＳＣＲ）等、排気ガスを浄化する様々な触媒を設けてもよいし、または、ＤＯＣに加えて、他の触媒を設けてもよい。この構成に本発明を適用した場合に、ＬＮＴの上流側端面は、直線管の軸に対して所定角度で傾けられる。

また、第一排気浄化部および第二排気浄化部は、ＤＰＦおよびＤＯＣに限定されるものではない。

本開示の内燃機関の排気系構造は、排気浄化部の全体を有効に活用することが要求される排気ガスの後処理装置として有用である。

６ 後処理装置
９ 第一後処理装置
１０、１０ａ 第二後処理装置
１１、１１ａ 連続管部
１２ ＤＯＣ
１３ 軸
１５ 下流側端面
１８ 第一ケース部
１９、１９ａ ＤＰＦ
２０ 軸
２１、２１ａ 上流側端面
２４、２４ａ 第二ケース部
２７ 投影面部
３３ 拡散部
３４ 拡散空間
４０ 変流凸部
４１ 凹部
４３、４３ａ 流量調整空間

Claims (3)

1. 第一ケース部の内側に配置された第一排気浄化部と、
   第二ケース部の内側に配置された状態で前記第一排気浄化部よりも下流側に設けられ、中心軸が前記第一排気浄化部の中心軸に対して傾斜した第二排気浄化部と、
   前記第一ケース部と前記第二ケース部とを連続する連続管部と、を備え、
   前記第一排気浄化部の下流側端面を含む第一仮想平面と前記第二排気浄化部の上流側端面を含む第二仮想平面との交線を仮想交線Ｌとした場合に、
   前記第二排気浄化部の上流側端面が、少なくとも、前記第二仮想平面に前記第一排気浄化部の下流側端面を前記第一排気浄化部の中心軸の方向に投影した投影面部と、前記投影面部よりも前記仮想交線Ｌから最も遠い側に設けられた拡張面部とを含んで成り、
   前記連続管部は、前記第一排気浄化部の前記中心軸と同軸となる軸を有する直線管部と拡散部とを有し、
   前記拡散部は、前記直線管部の下流側かつ前記拡張面部の上流側に配置され、前記第二排気浄化部の上流側端面に沿う方向に流れる排気ガスが流入可能な拡張空間を形成し、
   前記連続管部の内面のうち、前記仮想交線Ｌから最も遠い側の端部であって、前記拡散部の上流側に、上流側から流れてきた排気ガスの流れを、前記連続管部の中心軸に近づく方向に変えるため変流部が設けられている、
   内燃機関の排気系構造。
2. 前記変流部が、連続管部の内面に設けられた凸部であり、前記変流部と、前記第二排気浄化部の上流側端面との間に、前記第二排気浄化部の上流側端面に沿う方向に流れる排気ガスが流入可能な流量調整空間が設けられている、請求項１に記載の内燃機関の排気系構造。
3. 前記拡散空間は、前記連続管部の内面のうち前記変流部の下流側に位置する部分と、前記第二排気浄化部の上流側端面との間に設けられ、前記流量調整空間と連続している、請求項２に記載の内燃機関の排気系構造。

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