JPWO2018021483A1 - 車両の吸排気装置 - Google Patents
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Abstract
Description
排気浄化装置がエンジンの外面に隣接しているので、排気浄化装置がエンジンの近くに配置される。これにより、エンジンから排出される排気ガスがより短い経路を通ってすぐに排気浄化装置に導入されるから、排気ガスの温度が下がるのが抑制され、比較的高温の排気ガスが排気浄化装置に導入される。よって例えば圧縮自己着火で燃焼を行う場合に生じる排気ガスが比較的低温であっても、排気ガスの温度が過剰に下がった状態で排気浄化装置に供給されるのが回避されるから、排気浄化装置の触媒等で排気ガスの浄化が良好に行われる。また、これにより、例えば圧縮自己着火運転と火花点火運転とを併用している車両用エンジンにおいて排気浄化装置に触媒が用いられている場合にも、触媒の活性温度範囲を設定しやすくなる。
過給機が排気ガス以外の力で駆動されるので、排気ガスのエネルギが過給機によって奪われるのが防止される。よって排気ガスが排気浄化装置に到達するまでに排気ガスの温度が下がってしまうのが防止され、これによっても比較的高温の排気ガスが排気浄化装置に供給され、排気ガスの浄化が良好に行われる。
このように構成された本発明においては、過給機がエンジンの出力軸によって駆動されるスーパーチャージャであるか、または電動の過給機であるので、ターボチャージャ等の排気ガスの力で駆動する過給機を使用する場合に比べて、排気ガスのエネルギが過給機によって奪われるのが防止される。よって排気ガスが排気浄化装置に到達するまでに排気ガスの温度が下がってしまうのが防止され、比較的高温の排気ガスを排気浄化装置に供給することが可能となり、排気ガスの浄化が良好に行われる。
このように構成された本発明においては、火花着火運転を実行する際には、ターボ過給機により過給し、圧縮自己着火運転を実行する際には、スーパーチャージャにより過給するように構成されているので、圧縮自己着火運転時には、排気ガスの温度が触媒装置の活性温度範囲から外れるのが防止されるとともに、火花着火運転時の特に高負荷運転時においては、ターボ過給機の駆動によって排気ガスエネルギーを消費させることで、排気ガスの温度が触媒装置の活性温度範囲から外れるのが防止される。
このように構成された本発明においては、火花着火運転を実行する際には、ターボ過給機により過給し、圧縮自己着火運転を実行する際には、電動の過給機により過給するように構成されているので、圧縮自己着火運転時には、排気ガスの温度が触媒装置の活性温度範囲から外れるのが防止されるとともに、火花着火運転時の特に高負荷運転時においては、ターボ過給機の駆動によって排気ガスエネルギーを消費させることで、排気ガスの温度が触媒装置の活性温度範囲から外れるのが防止される。
このように構成された本発明においては、排気系がエンジンの車両後方側に配置されているので、車両が走行した場合に排気系の排気浄化装置がエンジンに隠れ、排気浄化装置が走行風で過冷却されるのが防止される。これにより、排気浄化装置の触媒の良好な活性環境が確保される。
また、吸気系がエンジンの車両前方側に配置され、過給機も車両前方側に配置されているので、過給機を含めて吸気系がエンジンの車両前方側に集約して配置されるから、過給のレスポンスが向上する。
このように構成された本発明においては、排気浄化装置では粒子フィルタ部の下流にEGRガス導出部が配置され、EGRガス導出部が過給機の上流に接続されているので、粒子フィルタ部でデポジットが低減された排気ガスが過給機の上流に供給されるので、過給機内部へのデポジット成分の付着が抑制され、過給効率の低下が抑制される。
このような構成の本発明によれば、排気浄化装置がエンジンの外面に支持部で支持され、排気浄化装置の重量部が支持部よりもエンジンの外面から離れる方向に延びて配置されているので、エンジンの運転中、排気浄化装置は振動してダイナミックダンパとして機能する。これにより、エンジンの振動が排気浄化装置の振動で抑制されるから、車両の振動、騒音が低減する。
図1には、本発明の第1実施形態に係る車両の吸排気装置1の平面図を示し、図2には、本発明の第1実施形態に係る車両の吸排気装置1の側面図を示し、図3には、本発明の第1実施形態に係る車両の吸排気装置1の側面図であって一部を破断した図を示し、図4には、本発明の第1実施形態に係る車両の吸排気装置1の底面図を示す。なお、図1は、車両の吸排気装置1を上方から見た図であるが、この図において左右方向が車両の前後方向を示し、左側が車両の前方向、右側が車両の後ろ方向を示す。また、この図において、上下方向が車両の車幅方向を示し、上側が車両の右方向、下側が車両の左方向を示す。
下流側部分34は、上流側部分32に一体的に形成された略筒状部分であり、その中心軸(長手方向軸線)が上流側部分32の中心軸に対して略直角に配置されている。また、下流側部分34の中心軸は、車両100の前後方向に延びており、下流側部分34の上流端が下流端よりも上方に位置するように、すなわち、下流側部分34の上流端から下流端に向かうにしたがって下方に傾斜するように配置されている。下流側部分34には、GPF(Gasoline Particulate Filter)が内蔵されている。
EGRガス導出部22の長手方向軸線は、車両100の前後方向に沿って、つまり下流側部分34の中心軸とほぼ平行に、下流側部分34を流れる排気ガスのガス流れ方向に沿って配置されており、EGRガス導出部22の上流端22Aは、下流側部分34の中心軸に平行な軸線に交わる面、本実施形態では略直交する面で開口している。
EGRガス導出部22の下流端22Gは、左側面22Eに形成されており、したがって、EGRガス導出部22の出口(下流端22G)は、車幅方向左側に向かって開口している。また、EGRガス導出部22の出口は、その開口面を含む面が、下流側部分34の外周に接するように配置されている。
第1EGRクーラ本体36は、略直方体に形成されており、その長手方向軸線が、排気浄化装置18の下流側部分34の中心軸とほぼ平行に配置され、その一側面が下流側部分34の外周面に隣接して配置されている。
また、第1EGRクーラ本体36の上面には、第1EGRクーラ本体36の側面から排気浄化装置18の方へ突出するブラケット42が設けられており、このブラケット42を排気浄化装置18の下流側部分34の側面にボルト止めや溶接等で固定することにより、第1EGRクーラ24の外面が、排気浄化装置18の外面に固定されている。したがって、第1EGRクーラ24は、EGRガス導出部22を介して排気浄化装置18に接続されているのとは別の箇所において、互いに固定され取り付けられている。
また、第1EGRクーラ24は、側面視において、排気浄化装置18の下流側部分34の上下方向寸法内に収まっており、第1EGRクーラ24は、側面視において、排気浄化装置18の上方向及び下方向に突出しない。
第2EGRクーラ本体46は、略直方体に形成されており、その長手方向軸線が、車両100の前後方向に沿って配置され、その一側面がエンジン2のシリンダブロック4の左側面に隣接して配置されている。
また、第2EGRクーラ本体46の上面及び下面には、第2EGRクーラ本体46の上面から上方に、または下面から下方に突出するブラケット52が設けられており、これらのブラケット52をシリンダブロック4の左側面にボルト止めや溶接等で固定することにより、第2EGRクーラ26の外面が、シリンダブロック4の外面に固定され取り付けられている。
第2EGRガス流出部50は、第2EGRクーラ本体46より車両前方に位置して管状に形成され、第2EGRクーラ本体46側の一端50Aで第2EGRクーラ本体46に一体的に連結している。第2EGRガス流出部50の他端は、車両100の前方に向かって開口し、第2EGRクーラ26の第2EGRガス流出口50Bとなっている。第2EGRガス流出口50Bは、第2EGR配管30の一端と連結している。
第2EGR配管30は、第2EGRクーラ26の第2EGRガス流出部50と、吸気通路11とを連通する管状部材である。第2EGR配管30は、車両100の前方方向に沿って延び吸気通路11下側で上方に向かって曲がって延び、EGRバルブ10に下側から連結している。
本実施形態では、第1EGRクーラ24、第2EGRクーラ26、第1EGR配管28、及び第2EGR配管30を備えて、排気浄化装置18から取り出した排気ガスの一部をEGRガスとして吸気側に供給するためのEGRガス通路が形成されている。
図2〜図4に示すように、エンジン2及び排気系装置1Aは、車両100のエンジンルーム102に配置されており、エンジンルーム102の後方には、車室104が形成されている。エンジンルーム102と車室104は、ダッシュパネル106によって区切られている。ダッシュパネル106は、車室104下部に配置されたロアダッシュパネル108と、ロアダッシュパネル108の前端に連結されるとともに、車室104の前部に車幅方向に延びるアッパダッシュパネル110とを有する。
まず、エンジン2から排出された排気ガスは、排気マニホールド12の排気管14を通って混合管16で合流し、下方向に向かって流れて排気浄化装置導入路17に流入する。排気浄化装置導入路17に流入した排気ガスは、下方向から車幅方向左方向に向きを変えて排気浄化装置18に入る。排気浄化装置18では、排気ガスは、上流側部分32の触媒装置を左方向に向かって通り、下流側部分34のGPFを車両100の後方に向かって通り、浄化される。下流側部分34を通った後の排気ガスの一部は、排気出口18Aから出てフレキシブルパイプ20を通り、その後図示しないマフラ等を通って車外に排出される。
車両100の前方に向かって流れるEGRガスは、第1EGRガス流入部38から第1EGRクーラ本体36に入って冷却され、第1EGRガス流出部40から車幅方向左向きにガスの流れを変更しながら第1EGR配管28に出る。第1EGR配管28を通ったEGRガスは、車両100の前方に向かって第2EGRクーラ26に流入し、第2EGRクーラ26によって更に冷却され、車両100の前方に向かって第2EGRクーラ26から第2EGR配管30に入り、EGRバルブ10を介して吸気通路11に流入する。
エンジン2の吸排気装置1がスーパーチャージャ9を備えているので、リーンバーンを行うことができ、排気浄化装置18のGPFに必要な酸素を排気ガス中に残すことができるから、GPFにおいて排気ガスの良好な浄化を行うことができる。また、スーパーチャージャ9によって過給することにより、圧縮自己着火に必要な空気量を確保することができる。さらに、過給により燃焼室内での吸気流動が大きくなるので燃焼を促進することができる。これにより、デポジットの発生を抑制することができる。
排気浄化装置18がエンジン2の外面に隣接しているので、排気浄化装置18がエンジン2の近くに配置されることになる。これにより、エンジン2から排出される排気ガスがより短い経路を通ってすぐに排気浄化装置18に導入されるから、排気ガスの温度が下がりにくく、比較的高温の排気ガスを排気浄化装置18に導入することができる。よって、圧縮自己着火で燃焼を行う場合に生じる排気ガスが比較的低温であっても、排気ガスの温度が過剰に下がった状態で排気浄化装置18に導入されるのを回避することができるので、排気浄化装置18の触媒装置で排気ガスの浄化を良好に行うことができる。
ここで、例えば圧縮自己着火運転と火花点火運転とを併用する車両用エンジンにおいては、考えられる排気ガスの温度範囲が広くなるため、従来、排気浄化装置18の触媒装置の活性温度範囲を設定するのが難しかった。本実施形態では、排気浄化装置18をエンジン2の外面に隣接して配置しているので、排気ガスの温度の低下を抑制することができ、排気ガスの温度が触媒装置の活性温度範囲から外れるのを防止することができる。これにより、触媒装置の活性温度範囲の設定が容易になる。
また、吸気系装置がエンジン2の車両前方側に配置され、スーパーチャージャ9も車両前方側に配置されているので、スーパーチャージャ9を含めた吸気系装置がエンジン2の車両前方側に集約して配置される。これにより、過給のレスポンスを向上させることができる。
また、EGRガス導出部22が排気浄化装置18の下流側に配置されているので、排気浄化装置18を通過して、より温度が低下した状態の排気ガスをEGRガスとして取り出すことができるから、より低い温度のEGRガスをエンジン2に供給することができる。
更に、第1EGRクーラ24の第1EGRガス流入口38Bが、第1EGRガス流出口40Bよりも下方に位置しているので、第2EGRクーラ26から流れてきた凝縮水及び第1EGRクーラ24で発生した凝縮水は、第1EGRガス流出口40B側から第1EGRガス流入口38B側へ、上流側に向かって流れる。そして、第1EGRガス流入口38Bは、排気浄化装置18の排気出口18Aよりも上方に位置しているので、凝縮水は、排気浄化装置18の排気出口18Aに向かって流れる。排気出口18Aはフレキシブルパイプ20と接続しているので、凝縮水はフレキシブルパイプ20を通って外部に排出される。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態では、第1実施形態と比べて、エンジン2の後方にターボ過給機62が配置され、排気浄化装置18から吸気通路に至るまでのEGRガスの経路が異なる。
図7は、本発明の第2実施形態に係る車両の吸排気装置60の側面図である。この図7に示すように、エンジン2の後方且つエンジン2の車幅方向中央よりも左側には、ターボ過給機62が配置されている。ターボ過給機62は、右側に配置されたタービン(図示せず)と、左側に配置されたコンプレッサ62Aとを有する。タービンは、排気マニホールド12に接続されており、コンプレッサ62Aは、下流側にコンプレッサ下流通路66を有する。コンプレッサ下流通路66は、一端でターボ過給機62のコンプレッサ62Aに接続され、エンジン2の車幅方向左端まで、エンジン2の後方で車幅方向に沿って延び、エンジン2の車幅方向左側の側面に沿って、前方側に向かって下方に傾斜するように延び、エンジン2の前方側において吸気マニホールド8に接続されている。本実施形態においては、ターボ過給機62のコンプレッサ62Aからコンプレッサ下流通路66を通って吸気マニホールド8へ通る吸気の通路が、吸気通路68となっている。
エンジン2の後方にターボ過給機62が設けられ、コンプレッサ下流通路66がターボ過給機62の車幅方向左側に設けられている構造において、EGRクーラ64が、排気浄化装置18の車幅方向左側の側面で隣接して取り付けられ、EGRクーラ下流通路70も、排気浄化装置18の車幅方向左側に配置されている。そして、EGRクーラ下流通路70が、コンプレッサ下流通路66において、エンジン2の後方で車幅方向に沿って延びる部分に接続されている。このような構造により、EGRクーラ64及びEGRクーラ下流通路70を共に、コンプレッサ下流通路66が設けられた、ターボ過給機62の車幅方向左側、つまり排気浄化装置18の車幅方向左側に配置したので、排気浄化装置18からコンプレッサ下流通路66までのEGRガスの経路を短くすることができ、EGR制御のレスポンスを良好にすることができる。
次に、本発明の第3実施形態に係る車両用エンジンの吸排気装置80について説明する。第3実施形態では、第1実施形態に係る車両用エンジンの吸排気装置80の排気浄化装置82のエンジン2への固定構造について説明する。また、第3実施形態に係る吸排気装置80は、第1実施形態の吸排気装置1に比べて、排気浄化装置82から吸気通路に至るまでのEGRガスの経路の構成が異なる。
排気浄化装置82の下流側部分84の下流端(後方端)には、径方向に突出するEGR導出部85が設けられている。EGR導出部85の出口(下流端)85Aは、車両100の前方に向かって開口している。出口85Aには、EGR配管86が接続され、このEGR配管86は、車両100の前後方向に沿って延び、その下流端にはEGRクーラ87が接続されている。本実施形態では、EGRクーラ87は1つのみ設けられており、このEGRクーラ87は、エンジン2のシリンダブロック4の側面に固定されている。EGRクーラ87は、また、上流側の端部がEGR配管86に接続され、下流側の端部が吸気通路に接続されている。本実施形態では、EGR配管86、及びEGRクーラ87を含んで、EGRガス通路が形成されている。
前述の図8及び図9〜11を参照すると、排気浄化装置82は、下流側部分84のエンジン側の端部、つまり車両前方側の端部においてエンジン2の外面に固定されている。より具体的には、図9及び図10に示すように、エンジン2のシリンダブロック4の外面には後方側の外面から後方に向かって突出するボス4Aが形成されており、第1のエンジン側支持ブラケット88がこのボス4Aにボルトで締結されている。第1のエンジン側支持ブラケット88は、車両100の前後方向及び上下方向に沿って延びる板状部材であり、車幅方向の寸法は前後方向または上下方向の寸法に比べて小さい。
ここで、第2の浄化装置側支持ブラケット94は、第1の浄化装置側支持ブラケット90よりも車両100の後方側に位置している。また、第2の浄化装置側支持ブラケット94は、エンジン2の外面に支持されているものの、長孔94Cを介して第2のエンジン側支持ブラケット92に支持されているため、排気浄化装置92は、車幅方向に移動可能に支持されている。
車両用エンジン2及び吸排気装置80の運転中、重量部である排気浄化装置82の下流側部分84が第1の浄化装置側支持ブラケット90よりもエンジン2の外面から離れる方向に、より具体的には車両100の前後方向に沿って延びているため、排気浄化装置82は振動して、ダイナミックダンパとして機能する。これにより、エンジン2の振動を打ち消す。
ここで、下流側部分84をダイナミックダンパとして利用するにあたっては、排気浄化装置導入路83は、ダイナミックダンパのばねとして作用する。また、第1のエンジン側支持ブラケット88及び第1の浄化装置側支持ブラケットによる支持部は、下流側部分84の水平方向の振動を許容するとともに、ダイナミックダンパのばね定数を調整するものとして作用する。一方、第2のエンジン側支持ブラケット92、中継ブラケット93、及び第2の浄化装置側支持ブラケット94による支持部は、下流側部分84が水平方向に振動するのを許容する一方で、上下方向に振動するのを抑制するように作用する。
排気浄化装置82がエンジン2の外面に第1のエンジン側支持ブラケット88及び第1の浄化装置側支持ブラケット90で支持され、排気浄化装置82の重量部である下流側部分84が、これらの支持ブラケット88,90による支持位置よりもエンジン2の外面から離れる方向に後方に延びて配置されているので、エンジン2の運転中、排気浄化装置82が振動してダイナミックダンパとして機能する。これにより、エンジン2の振動を排気浄化装置82の振動で打ち消すことができ、車両100の振動、騒音を低減することができる。
第1EGRクーラ24またはEGRクーラ64の長手方向軸線は、排気浄化装置の下流側部分34の中心軸線とほぼ平行であってもよい。例えば車両の側面視において、EGRクーラの長手方向軸線と排気浄化装置の下流側端部の中心軸線とが必ずしも一致または平行になっていなくてもよく、互いに交わっていてもよい。要するに、EGRクーラの長手方向軸線は、車両の前後方向に沿って配置されていればよい。
また、前述の実施形態では、第1EGRクーラ24及び第2EGRクーラ26の冷却水回路は直列に連結されていたが。これに限らず、異なる冷却性能を持たせるために第1EGRクーラ及び第2EGRクーラがそれぞれ異なる冷却水回路上に設けられていてもよい。
前述の実施形態では、エンジンはリーンバーンを行うようになっていたが、これに限らず、燃焼の空燃比は任意に選択することができる。
過給機は、前述の実施形態では、エンジンの燃焼による力によってベルト駆動されるスーパーチャージャが用いられていたが、これに限らず、例えばモータ等の電力で駆動される電動の過給機等、排気ガス以外の力によって駆動される任意の過給機を採用することができる。
1A,60A 排気系装置
2 エンジン
11 吸気通路
18 排気浄化装置
22 EGRガス導出部
24 第1EGRクーラ
26 第2EGRクーラ
28 第1EGR配管
30 第2EGR配管
32 上流側部分
34 下流側部分
100 車両
Claims (8)
- 圧縮自己着火運転を実行可能に構成された車両用エンジンの吸排気装置であって、
吸気通路上に、排気ガス以外の力で駆動される過給機を備え、
排気通路上に配置される排気浄化装置は、前記エンジンの外面に隣接して配置されている、
ことを特徴とする車両用エンジンの吸排気装置。 - 前記過給機は、前記エンジンの出力軸によって駆動されるスーパーチャージャである、
請求項1に記載の車両用エンジンの吸排気装置。 - 前記過給機は、電動の過給機である、
請求項1に記載の車両用エンジンの吸排気装置。 - 火花着火運転を実行可能に構成され、
前記排気通路における前記排気浄化装置よりも上流にはターボ過給機を有し、
前記火花着火運転を実行する際には、前記ターボ過給機により過給し、
前記圧縮自己着火運転を実行する際には、前記スーパーチャージャにより過給するように構成されている、
請求項2に記載の車両用エンジンの吸排気装置。 - 火花着火運転を実行可能に構成され、
前記排気通路における前記排気浄化装置よりも上流にはターボ過給機を有し、
前記火花着火運転を実行する際には、前記ターボ過給機により過給し、
前記圧縮自己着火運転を実行する際には、前記電動の過給機により過給するように構成されている、
請求項3に記載の車両用エンジンの吸排気装置。 - 前記エンジンは、車両前方側に吸気系が配置され、車両後方側に排気系が配置され、
前記過給機は、前記エンジンの車両前方側に配置されている、
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の車両用エンジンの吸排気装置。 - 前記排気浄化装置は、粒子フィルタ部と、前記粒子フィルタ部よりも下流に設けられたEGRガス導出部とを有し、
前記EGRガス導出部は、EGRガス通路を介して前記過給機の上流に接続されている、
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の車両用エンジンの吸排気装置。 - 前記排気浄化装置は、前記エンジンの前記外面に支持部で支持され、前記排気浄化装置の重量部は、前記支持部よりも前記外面から離れる方向に延びて配置される、
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の車両用エンジンの吸排気装置。
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