JP7087722B2

JP7087722B2 - エンジンの排気装置

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Publication number: JP7087722B2
Application number: JP2018121286A
Authority: JP
Inventors: 良平權田; 紘一八城
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2022-06-21
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Description

ここに開示された技術は、エンジンの排気装置に関する技術分野に属する。

従来より、排気通路に排気浄化触媒と微粒子捕集フィルタとが設けられた、エンジンの排気装置が知られている。

例えば、特許文献１には、排気浄化装置（排気浄化触媒）が、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、排気ガスの流路の横断面が拡大するよう、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タービンの出口と上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、上記コーン部の上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、内方に凹んだ凹部が形成された排気装置が開示されている。

また、特許文献１の排気装置では、排気浄化装置の下側に、第２の排気浄化装置として、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するケースに収容されたディーゼルパティキュレートフィルタ（微粒子捕集フィルタ）が配設されている。さらに、特許文献１の排気装置では、排気浄化装置とディーゼルパティキュレートフィルタとを接続するアウトレット（接続通路）には、その流路断面積が、ディーゼルパティキュレートフィルタの横断面の面積よりも狭い部分が形成されている。

特開２０１８－１７１４６号公報

ところで、エンジンに設けられる排気装置は、エンジンルームが狭いときでも該エンジンルーム内に収容できるように、出来る限りコンパクトな構成とされることが望ましい。特許文献１のように排気浄化触媒や微粒子捕集フィルタを扁平形状にすると、エンジンルームが比較的狭い場合に、排気浄化触媒や微粒子捕集フィルタをエンジンの近傍に効率的に配置することができ、コンパクトな構成とすることができる。

しかしながら、特許文献１のように、接続通路の一部の流路断面積が、微粒子捕集フィルタの横断面の面積よりも狭くなっていると、一旦、排気ガスが狭い範囲に集約されるため、微粒子捕集フィルタに流入する排気ガスの速度分布に偏りが生じるおそれがある。微粒子捕集フィルタに流入する排気ガスの速度分布に偏りが生じると、微粒子捕集フィルタによる排気浄化性能が低下してしまう。また、微粒子捕集フィルタに捕集された微粒子を高温の排気ガスにより燃焼除去して、該微粒子捕集フィルタを再生する際に、該微粒子捕集フィルタの温度分布が不均一になってしまう。このため、扁平形状を有する微粒子捕集フィルタに対して、排気ガスの速度分布を均一にする観点からは改良の余地がある。

ここに開示された技術は、斯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、扁平形状を有する微粒子捕集フィルタに流入する排気ガスの速度分布を出来る限り均一にして、微粒子捕集フィルタを適切に再生可能にすることにある。

上記課題を解決するために、ここに開示された技術では、エンジンの排気装置を対象として、上記エンジンの排気通路に設けられた排気浄化触媒と、上記排気通路における上記排気浄化触媒よりも下流側に、該排気浄化触媒と隣接して配置された微粒子捕集フィルタと、上記排気浄化触媒と上記微粒子捕集フィルタとを接続する接続通路とを備え、上記微粒子捕集フィルタは、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、上記接続通路は、その流路断面積が上記微粒子捕集フィルタの上記横断面の面積よりも小さい小断面積部を部分的に有し、上記接続通路における上記微粒子捕集フィルタとの接続部分には、その流路断面積が上記微粒子捕集フィルタの上記横断面の面積と同程度になるように拡大される拡大部が形成され、上記拡大部には、上記小断面積部を通過した後の排気ガスを、該拡大部の周壁に沿って旋回させるようなガイド壁部が設けられており、上記排気浄化触媒は、横方向に延びるように、上記エンジンのエンジン本体の側壁部に支持されており、上記微粒子捕集フィルタは、上記排気浄化触媒の下側に配置されているとともに、上記横方向に延びかつ上記扁平形状における上記一対の長辺が上下方向に延びるように上記エンジン本体の上記側壁部に支持されており、上記接続通路は、上記小断面積部が上下方向に延びるように、上記排気浄化触媒及び上記微粒子捕集フィルタに接続されており、上記ガイド壁部は、上記拡大部の周壁における上記エンジン本体の上記側壁部から遠い側の部分に形成されかつ上下方向に延びかつ下側に向かって上記エンジン本体の上記側壁部に近づくように湾曲している、構成とした。

この構成によると、接続通路には、その流路断面積が微粒子捕集フィルタの横断面の面積よりも小さい小断面積部を部分的に形成されている。このため、排気ガスは、小断面積部を通過する際に狭い範囲に集約された後、微粒子捕集フィルタに流入することになる。排気ガスに狭い範囲に集約されたまま微粒子捕集フィルタに流入すると、排気ガスの速度分布に偏りが生じて、微粒子捕集フィルタによる排気浄化性能が低下してしまう。また、微粒子捕集フィルタの温度分布が不均一になってしまい、微粒子捕集フィルタの再生が適切に実行されなくなる。特に、上記の構成においては、微粒子捕集フィルタが扁平形状を有しているため、温度分布が不均一になりやすい。

これに対して、上記の構成では、流路断面積が微粒子捕集フィルタの横断面の面積と同程度になるように拡大される拡大部が形成され、該拡大部には、小断面積部を通過した後の排気ガスを、該拡大部の周壁に沿って旋回させるようなガイド壁部が設けられている。これにより、小断面積部から拡大部に流入した排気ガスは、ガイド壁部により拡大部の周壁に沿って旋回しながら、該拡大部の横断面全体に広がる。拡大部の流路断面積は、最終的に微粒子捕集フィルタの横断面の面積と同程度になるため、排気ガスが微粒子捕集フィルタに入流するときには、該排気ガスは微粒子捕集フィルタの横断面全体に分布するようになる。したがって、扁平形状を有する微粒子捕集フィルタに流入する排気ガスの速度分布を出来る限り均一にして、微粒子捕集フィルタを適切に再生可能にすることができる。

また、小断面積部とガイド壁部とが上下方向に延びているため、小断面積部から流出した排気ガスが、スムーズにガイド壁部に沿って流れるようになる。そして、拡大部の周壁におけるエンジン本体の側壁部から遠い側の部分に形成されたガイド壁部が、下側に向かってエンジン本体の側壁部に近づくように湾曲していることにより、排気ガスは、ガイド壁部に沿って流れた後、拡大部の周壁に沿って旋回するように流れる。この結果、排気ガスをスムーズに拡大部の周壁に沿って旋回させることができ、扁平形状を有する微粒子捕集フィルタに流入する排気ガスの速度分布の均一化を向上させることができる。

また、微粒子捕集フィルタは、横方向に延びかつ扁平形状における一対の長辺が上下方向に延びるようにエンジンの側壁部に支持されているため、排気装置の構成をコンパクトにすることができる。

上記一実施形態において、上記排気浄化触媒は、上記接続通路との接続部分に近づくにつれて下側に位置するように傾斜して配設されていてもよい。

この構成によると、排気浄化触媒を通過した排気ガスが、上下方向に延びる小断面積部に向かってスムーズに流れるようになる。これにより、接続通路内において、排気ガスはガイド壁部までスムーズに流れるようになる。この結果、排気ガスをよりスムーズに旋回させることができ、扁平形状を有する微粒子捕集フィルタに流入する排気ガスの速度分布の均一化をより向上させることができる。

上記一実施形態において、上記接続通路は、上記エンジン本体の上記側壁部の面直方向から見て、下側に向かって上記微粒子捕集フィルタに近づくように傾斜していてもよい。

この構成によると、接続通路を流れる排気ガスに、微粒子捕集フィルタに向かう流れ成分を与えることができるため、ガイド壁部により拡大部の周壁に沿って旋回する排気ガスが、微粒子捕集フィルタに向かってスムーズに流れるようになる。これにより、扁平形状を有する微粒子捕集フィルタに流入する排気ガスの速度分布の均一化を一層向上させることができる。

上記一実施形態において、上記拡大部の周壁における上記ガイド壁部と対向する部分には、排気ガスの状態を検出する排気ガスセンサが装着されていてもよい。

すなわち、一般に、接続通路には、排気ガスの状態（例えば、温度や圧力）を検出するための排気ガスセンサが設けられる。排気ガスセンサを、上記拡大部の周壁における上記ガイド壁部と対向する部分に設けることで、ガイド壁部により排気ガスに旋回成分を与える際に、排気ガスセンサが抵抗にならない。これにより、扁平形状を有する微粒子捕集フィルタに流入する排気ガスの速度分布の均一化をより一層向上させることができる。

上記エンジンの排気装置において、上記微粒子捕集フィルタの下流側に隣接して配設され、供給される還元剤により排気ガス中のＮＯｘを還元する第１選択還元型触媒と、上記接続通路における上記小断面積部よりも上流側の部分に設けられ、上記還元剤を供給するための還元剤供給手段とを更に備えていてもよい。

すなわち、選択還元型触媒への還元剤の供給は、一般に、排気通路を流れる排気ガスに還元剤を噴射して、排気ガスの流れによって還元剤を選択還元型触媒まで送ることで行われる。上記の構成のように、接続通路における小断面積部よりも上流側の部分に還元剤供給手段を配設しておけば、還元剤供給手段から排気ガスに供給された還元剤は、排気ガスが拡大部の周壁に沿って旋回することにより、微粒子捕集フィルタの横断面全体に広がる。これにより、第１選択還元型触媒に供給される還元剤の分布を出来る限り均一にすることができる。

上記第１選択還元型触媒を備えたエンジンの排気装置において、上記微粒子捕集フィルタには、上記第１選択還元型触媒と同じ機能の第２選択還元型触媒が担持されていてもよい。

この構成によると、排気装置における排気ガス中のＮＯｘの浄化性能を向上させることができる。

また、還元剤供給手段から排気ガスに供給された還元剤は、排気ガスが拡大部の周壁に沿って旋回することにより、微粒子捕集フィルタの横断面全体に広がるため、第２選択還元型触媒に供給される還元剤の分布も出来る限り均一にすることができる。

以上説明したように、ここに開示された技術によると、微粒子捕集フィルタが扁平形状を有するとともに、排気浄化触媒と微粒子捕集フィルタとを接続する接続通路に、微粒子捕集フィルタの横断面の面積よりも流路断面積が狭い部分が形成されていたとしても、排気ガスを旋回させることにより、扁平形状を有する微粒子捕集フィルタに流入する排気ガスの速度分布を出来る限り均一にして、微粒子捕集フィルタを適切に再生可能にすることができる。

実施形態１に係る排気装置を備えるエンジンの概略構成図である。エンジンを車両右側から見た側面図である。エンジンを車両前側から見た正面図である。図２のIV－IV線で排気装置を切断した断面図である。図２のV－V線で排気装置を切断した断面図である。図２のVI－VI線で排気装置を断面図である。図３のVII－VII線で排気装置を断面図である。ＤＰＦに流入する排気ガスの速度分布を解析する際に用いた従来の排気装置のモデルの側面図である。図８に示すモデルを用いて、ＤＰＦに流入する排気ガスの速度分布を解析した結果を示す図である。実施形態１に係る排気装置をモデルにして、ＤＰＦに流入する排気ガスの分布を解析した結果を示す図である。実施形態２に係る排気装置を備えるエンジンの概略構成図である。実施形態２に係るエンジンを車両右側から見た側面図である。実施形態２に係るエンジンを車両前側から見た正面図である。

以下、例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るエンジン１を示す。このエンジン１のエンジン本体１０は、複数の気筒１１が直列に並んだ多気筒エンジンであって、軽油を主成分とした燃料が供給されるディーゼルエンジンである。エンジン本体１０は車両のエンジンルームに縦置きに配設されている。つまり、エンジン本体１０の気筒列方向が車両前後方向と一致するようになっている。尚、以下の説明では、車両後側から車両前側を見たときの左側を車両左側、右側を車両右側という。

複数の気筒１１（図１において１つのみ図示している）が設けられたシリンダブロック１２と、このシリンダブロック１２上に配設されたシリンダヘッド１３と、シリンダブロック１２の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン１４とを有している。このエンジン本体１０の各気筒１１内には、ピストン１５が往復摺動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン１５と、シリンダブロック１２と、シリンダヘッド１３とによって燃焼室が区画されている。ピストン１５は、シリンダブロック１２内においてコンロッド１７を介してクランクシャフト１８と連結されている。

シリンダヘッド１３には、気筒１１毎に、吸気ポート１９及び排気ポート２０が形成されているとともに、これら吸気ポート１９及び排気ポート２０には、上記燃焼室側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。各吸気ポート１９及び各排気ポート２０はそれぞれ車幅方向に延びている。本実施形態１では、エンジン１が上記車両に搭載された状態において、各吸気ポート１９はシリンダヘッド１３における車両左側にそれぞれ位置し、各排気ポート２０はシリンダヘッド１３における車両右側にそれぞれ位置する。

各吸気弁２１は吸気側カム３１によって開閉され，各排気弁２２は排気側カム４１によって開閉される。吸気側カム３１及び排気側カム４１は、クランクシャフト１８の回転と連動してそれぞれ回転駆動される。図示は省略するが、吸気弁２１及び排気弁２２のそれぞれの開閉タイミングや開閉期間を調整するための、例えば油圧作動式の弁可変機構が設けられている。

シリンダヘッド１３には、気筒１１毎に、気筒１１内に燃料を直接噴射するインジェクタ２３が取り付けられている。インジェクタ２３は、図２に示すように、その噴口が上記燃焼室の天井面の中央部分から、該燃焼室内に臨むように配設されている。

図１に示すように、エンジン本体１０の一側壁部（本実施形態１では、エンジン本体１０の左側側壁部）には、各気筒１１の吸気ポート１９に連通する様に吸気通路５０が接続されている。一方、エンジン本体１０の他側壁部（エンジン本体１０の後述する右側側壁部１０ａ）には、各気筒１１からの既燃ガス（つまり、排気ガス）を排出する排気通路６０が接続されている。

吸気通路５０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ５１が配設されている。一方、吸気通路５０における下流側近傍には、サージタンク５２が配設されている。このサージタンク５２よりも下流側の吸気通路５０は、気筒１１毎に分岐する独立吸気通路とされ、これら各独立吸気通路の下流端が各気筒１１の吸気ポート１９にそれぞれ接続されている。

吸気通路５０におけるエアクリーナ５１とサージタンク５２との間には、上流側から下流側へ向かって順に、ターボ過給機５３のコンプレッサ５３ａと、吸気調整弁５４と、熱交換器としての水冷式のインタークーラ５８とが配設されている。

上記排気通路６０の上流側の部分は、気筒１１毎に分岐して排気ポート２０の外側端に接続された独立排気通路と該各独立排気通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。

この排気通路６０における上記排気マニホールドよりも下流側には、ターボ過給機５３のタービン５３ｂと、排気浄化触媒としての酸化触媒６１が配設されている。排気通路６０における酸化触媒６１よりも下流側には、微粒子捕集フィルタとしてのディーゼルパティキュレートフィルタ６２（以下、ＤＰＦ６２という）が配設されている。酸化触媒６１とＤＰＦ６２との間には、酸化触媒６１とＤＰＦ６２とを接続する接続通路６３が設けられている。排気通路６０におけるＤＰＦ６２よりも下流側には、排気シャッター弁６４が配設されている。

ターボ過給機５３は、タービン５３ｂに流入する排気ガスの流路断面積を変化させることで、タービン５３ｂに流入する排気ガスの流速を調整可能な可変容量型のターボ過給機として構成されている。タービン５３ｂの入口、つまり排気通路６０におけるタービン５３ｂの直上流部には、排気ガスの流路断面積を調整のための可動式ベーン５３ｃが配設されている。排気通路６０には、ターボ過給機５３をバイパスするための排気側バイパス通路６５が設けられている。この排気側バイパス通路６５には、該排気側バイパス通路６５へ流れる排気ガスの流量を調整するためのウエストゲートバルブ６６が配設されている。ターボ過給機５３のタービン５３ｂ及びベーン５３ｃは、タービンケース５３ｄ（図２参照）内に収容されている。

酸化触媒６１は、排気ガス中のＣＯ及びＨＣが酸化されてＣＯ_２及びＨ_２Ｏが生成される反応を促すものである。

ＤＰＦ６２は、エンジン１の排気ガス中に含まれるスート（煤）等の微粒子を捕集するものである。ＤＰＦ６２は、再生可能なフィルタである。ＤＰＦ６２に上記微粒子が所定量捕集されたときには、排気ガスに未燃燃料（未燃ＨＣ）を含ませるようにインジェクタ２３から燃料が噴射される。該未燃燃料は、酸化触媒６１により酸化反応されて、該酸化反応の反応熱によって排気ガスが昇温される。そして、昇温された高温の排気ガスがＤＰＦ６２に流入することで、ＤＰＦ６２に捕集された上記微粒子が燃焼除去されて、ＤＰＦ６２が再生される。

排気シャッター弁６４は、その開度を調整することで、排気通路６０内の排気圧を調整することが可能な弁である。この排気シャッター弁６４は、例えば、後述する低圧ＥＧＲ通路７０によって、排気通路６０を流れる排気ガスの一部を吸気通路５０に還流させる際に、排気通路６０内の排気圧を高めるために利用される場合がある。

本実施形態では、吸気通路５０と排気通路６０とに接続され、排気通路６０を流れる排気ガスの一部を吸気通路５０に還流可能な高圧ＥＧＲ通路７０及び低圧ＥＧＲ通路８０が設けられている。

高圧ＥＧＲ通路７０は、吸気通路５０におけるインタークーラ５８とサージタンク５２との間の部分と、排気通路６０における上記排気マニホールドとターボ過給機５３のタービン５３ｂとの間の部分とに接続されている。高圧ＥＧＲ通路７０内には、該高圧ＥＧＲ通路７０を通って吸気通路５０に還流される排気ガスの流量を調整する電磁式の高圧ＥＧＲ弁７２が設けられている。

一方で、低圧ＥＧＲ通路８０は、吸気通路５０におけるエアクリーナ５１とターボ過給機５３のコンプレッサ５３ａとの間の部分と、排気通路６０におけるＤＰＦ６２と排気シャッター弁６４との間の部分とに接続されている。低圧ＥＧＲ通路８０には、該低圧ＥＧＲ通路８０を通って吸気通路５０に還流される排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ８１と、低圧ＥＧＲ通路８０を通って還流される排気ガスの流量を調整する電磁式の低圧ＥＧＲ弁８２とが設けられている。

図２は、エンジン１を車両右側から見た側面図である。図３は、エンジン１を車両前側から見た正面図である。尚、図３では、吸気系に関する要素（吸気通路５０等）及びＥＧＲシステムに関する要素（高圧ＥＧＲ通路７０等）は省略している。

本実施形態１では、図２に示すように、排気通路６０の上流側の部分（低圧ＥＧＲ通路８０との接続部分よりも上流側）は、エンジン本体１０に対して車両右側に配設されている。ターボ過給機５３のタービン５３ｂ、酸化触媒６１、接続通路６３及びＤＰＦ６２は、エンジン本体１０の右側側壁部１０ａ（厳密には、シリンダヘッド１２の右側側壁部及びシリンダブロック１３の右側側壁部）に支持されている。

ターボ過給機５３のタービン５３ｂは、図２に示すように、右側側壁部１０ａにおける車両前後方向の中央の上側部分にタービンケース５３ｄを介して支持されている。タービン５３ｂの車両後側には、ターボ過給機５３のコンプレッサ５３ａが配設されている。

酸化触媒６１は、図２に示すように、タービン５３ｂの車両前側に配設されている。酸化触媒６１は、触媒入口部６１ａが車両後側に位置し、触媒出口部６１ｂが車両前側に位置するように、車両右側から見て横方向（厳密には、車両前後方向）に延びるように、右側側壁部１０ａに支持されている。酸化触媒６１の触媒出口部６１ｂには、接続通路６３が接続されている。酸化触媒６１は、図２に示すように、接続通路６３との接続部分（つまり、触媒出口部６１ｂ）に近づくにつれて下側に位置するように傾斜して配設されている。具体的には、酸化触媒６１は、車両前側に向かって下側に傾斜して配設されている。本実施形態１では、図５に示すように、酸化触媒６１は、円形の横断面を有している。酸化触媒６１は、図５に示すように、触媒ケース６１ｃ内に酸化触媒コンバータ６１ｄが収容された構成となっている。

ＤＰＦ６２は、図２及び図３に示すように、酸化触媒６１の下側に、該酸化触媒６１と隣接して配置されている。ＤＰＦ６２は、フィルタ入口部６２ａが車両前側に位置し、フィルタ出口部６２ｂが車両前側に位置するように、車両右側から見て横方向（厳密には、車両前後方向）に延びている。ＤＰＦ６２は、図５に示すように、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ている。ＤＰＦ６２は、上記扁平形状における上記一対の長辺が上下方向に延びるように、すなわち、上下方向に長くかつ車幅方向に短くなるように配設されている。より具体的には、ＤＰＦ６２は、図３～図５に示すように、上下方向に延びつつ、下側に向かってエンジン本体１０の右側側壁部１０ａに近づくように、すなわち、下側に向かって左側に傾斜して配設されている。ＤＰＦ６２は、図５に示すように、フィルタケース６２ｃ内に、フィルタ本体６２ｄが収容された構成となっている。

ＤＰＦ６２のフィルタ出口部６２ｂには、アウトレットコーン６７が取り付けられている。アウトレットコーン６７は、図２に示すように、車両右側から見て、下側の部分が車両後側に向かって真っ直ぐに伸びている一方、上側の部分が車両後側に向かって下側に傾斜して延びている。アウトレットコーン６７の上側の部分には、第１ブラケット１０１が取り付けられている。第１ブラケット１０１は、２つのボルトを介してエンジン本体１０の右側側壁部１０ａに取付固定されている。また、アウトレットコーン６７の下側の部分には、第２ブラケット１０２が取り付けられている。第２ブラケット１０２は、ボルトを介して右側側壁部１０ａに取付固定されている。さらに、ＤＰＦ６２の下側の部分におけるフィルタ入口部６２ａの近傍部分には、第３ブラケット１０３が取り付けられている。第３ブラケット１０３は、ボルトを介して右側側壁部１０ａに取付固定されている。

接続通路６３は、図２及び図７に示すように、酸化触媒６１及びＤＰＦ６２よりも車両前側に配設されている。接続通路６３は、酸化触媒６１の触媒出口部６１ｂとＤＰＦ６２のフィルタ入口部６２ａとを接続するようにＵ字状をなしている。接続通路６３は、全体的に、エンジン本体１０の右側側壁部１０ａの面直方向から見て（つまり、車両右側から見て）、下側に向かってＤＰＦ６２に近づくように、すなわち、下側に向かって傾斜するように配設されている。接続通路６３は、触媒出口部６１ｂと接続された導入部６３１と、導入部６３１から下側に向かって延びかつ流路断面積がＤＰＦ６２の上記横断面の面積よりも小さい小断面積部６３２と、小断面積部６３２の下端部から車両後側に延びかつ流路断面積がＤＰＦ６２の上記横断面の面積と同程度になるように拡大される拡大部６３３とを有している。つまり、接続通路６３は、流路断面積がＤＰＦ６２の上記横断面の面積よりも小さい小断面積部６３２を部分的に有している。

導入部６３１は、図２及び図７に示すように、触媒出口部６１ｂから車両前側に向かって僅かに下側に傾斜して延びた後、下側に向かって車両後側に僅かに傾斜して延びている。導入部６３１の車両左側の壁部には、図３に示すように、第４ブラケット１０４が取り付けられている。第４ブラケット１０４は、ボルトを介して、エンジン本体１０の右側側壁部１０ａの前側端部に取付固定されている。

小断面積部６３２は、図２及び図７に示すように、上下方向に延びるように、具体的には、下側に向かって車両後側に僅かに傾斜して延びるように配設されている。このことから、接続通路６３は、小断面積部６３２が上下方向に延びるように、酸化触媒６１及びＤＰＲ６２に接続されている。小断面積部６３２は、図４に示すように、拡大部６３３との接続部分が、該小断面積部６３２の他の部分よりも拡径されている。小断面積部６３２は、この拡径された部分でも、その流路断面積がＤＰＦ６２の上記横断面の面積よりも狭くなっている。

拡大部６３３は、図２及び図７に示すように、小断面積部６３２の下端から、下側かつ車両後側に向かって広がるように延びている。拡大部６３３は、ＤＰＦ６２のフィルタ入口部６２ａとの接続部分の流路断面積が、ＤＰＦ６２の上記横断面の面積と同程度になるように、車両後側に向かって徐々に拡大されている。具体的には、拡大部６３３は、図７に示すように、上側の部分が車両後側に向かって上側に傾斜し、下側の部分が車両後側に向かって下側に傾斜して延びている。

拡大部６３３の車両前側の前側壁部６３３ａは、図２及び図７に示すように、導入部６３１及び小断面積部６３２の傾斜角度と同程度の角度で、下側に向かってＤＰＦ６２に近づくように傾斜して、すなわち、下側に向かって車両後側に傾斜して延びている。

図３及び図４に示すように、拡大部６３３の車両右側の壁部（つまり、拡大部６３３の周壁におけるエンジン本体１０の右側側壁部１０ａから遠い側の部分）及び車両左側の壁部（以下、左側側壁部６３３ｂという）は、下側に向かって車両左側に傾斜して延びている。また、図６に示すように、拡大部６３３の車両右側の壁部及び左側側壁部６３３ｂは、車両後側に向かって左側に傾斜して延びている。特に、拡大部６３３の車両右側の壁部は、下側に向かって車両後側に延びつつエンジン本体１０の右側側壁部１０ａに近づくように（つまり、車両左側に）湾曲傾斜している。詳しくは後述するが、拡大部６３３の車両右側の壁部が上記のような構成をしていることにより、小断面積部６３２を通過して拡大部６３３に流入した排気ガスの一部は、該拡大部６３３の周壁に沿って旋回するようになる。つまり、拡大部６３３の車両右側の壁部は、小断面積部６３２を通過した後の排気ガスを、該拡大部６３３の周壁に沿って旋回させるようなガイド壁部６３４を構成する。以下の説明では、拡大部６３３の車両右側の壁部をガイド壁部６３４という。

ガイド壁部６３４の内面は、図４に示すように、小断面積部６３２の車両右側の内面に連続して延びている。また、ガイド壁部６３４の内面は、小断面積部６３２よりも車両右側に位置しないようになっている。つまり、小断面積部６３２を上側から見たときには、ガイド壁部６３４の内面と小断面積部６３２の少なくとも一部とが重複するようになっている。

ガイド壁部６３４の下側部分は、図４に示すように、車両左側に向かって上側に湾曲傾斜している。

拡大部６３３の左側側壁部６３３ｂには、図３、図４及び図６に示すように、車両右側に向かって凹んだ凹部６３３ｃが形成されている。凹部６３３ｃには、湾曲していない平らな平面部６３３ｄが形成されている。凹部６３３ｃの該平面部６３３ｄには、図３に示すように、排気ガスの状態を検出するための排気ガスセンサ９０が接続されている。つまり、排気ガスセンサ９０は、拡大部６３３の周壁におけるガイド壁部６３４と対向する部分である左側側壁部６３３ｂの凹部６３３ｃに接続されている。排気ガスセンサ９０は、例えば、排気ガスの温度を検出する排気温度センサや、排気ガスの排気通路内での圧力を検出する排気圧センサである。

ここで、本実施形態１のように接続通路６３に、その流路断面積がＤＰＦ６２の横断面の面積よりも小さい小断面積部６３２が形成されていると、排気ガスは、小断面積部６３２を通過する際に狭い範囲に集約された後、ＤＰＦ６２に流入することになる。排気ガスに狭い範囲に集約されたままＤＰＦ６２に流入すると、ＤＰＦ６２に流入する排気ガスの速度分布に偏りが生じて、ＤＰＦ６２による排気浄化性能が低下してしまう。また、ＤＰＦ６２に流入する排気ガスの速度分布に偏りが生じると、ＤＰＦ６２を再生させる際に、ＤＰＦ６２の温度分布が不均一になってしまい、ＤＰＦ６２の再生が適切に実行されなくなる。特に、本実施形態１では、ＤＰＦ６２が扁平形状を有しているため、温度分布が不均一になりやすい。

そこで、本実施形態１では、拡大部６３３にガイド壁部６３４を設けて、拡大部６３３に流入した排気ガスを、該拡大部６３３の周壁に沿って旋回させるようにして、ＤＰＦ６２に流入する排気ガスの速度分布を出来る限り均一にするようにしている。以下、接続通路６３内での排気ガスの流れについて説明する。

酸化触媒６１を通過して導入部６３１に流入した排気ガスは、図７に示すように、導入部６３１の壁面に沿って小断面積部６３２に向かって流れる。小断面積部６３２に流入した排気ガスは小断面積部６３２を通過する際に狭い範囲に集約される。

小断面積部６３２を通過した排気ガスは、図４に示すように、拡大部６３３のガイド壁部６３４に沿って流れる。ガイド壁部６３４は、上述したように、下側に向かって車両後側に延びつつ車両左側に湾曲傾斜しているため、ガイド壁部６３４に沿って流れた排気ガスには、車両後側及び車両左側の流れ成分が与えられる。また、ガイド壁部６３４の下側の部分は、車両左側に向かって上側に湾曲傾斜しているため、ガイド壁部６３４の下側の部分に到達した排気ガスには、車両左側及び上側の流れ成分が与えられる。これにより、拡大部６３３内の排気ガスは、図４に示すように、拡大部６３３の車両左側の部分では左側側壁部６３３ｂに沿って上側に上昇する。この結果、拡大部６３３内において、排気ガスが、ＤＰＦ６２に向かって流れつつ拡大部６３３の周壁に沿って旋回するようになる。

排気ガスが拡大部６３３の周壁に沿って旋回することにより、排気ガスが拡大部６３３の横断面全体に広がる。拡大部６３３の流路断面積は、最終的にＤＰＦ６２の横断面の面積と同程度になるため、排気ガスがＤＰＦ６２に入流するときには、該排気ガスはＤＰＦ６２の横断面全体に分布するようになる。これにより、ＤＰＦ６２に流入する排気ガスの速度分布を出来る限り均一にすることができる。

車両前側から見たときの、ガイド部６３４の入口部分における排気ガスの主流方向に対する鋭角側の傾斜角度αは、排気ガスに旋回成分を与えつつ出来る限り排気抵抗を発生させない角度に設定されている。具体的には、上記傾斜角度αは１０°～２０°に設定されている。

ここで、接続通路の形状がＤＰＦ６２に流入する排気ガスの速度分布に与える影響についてシミュレーションを行った結果を図９及び図１０に示す。図９は、本実施形態１のような拡大部６３３を有していないモデル（以下、従来構造のモデルという）を用いてＤＰＦ６２の入口部６２ａにおける排気ガスの速度分布を算出した結果であり、図１０は、本実施形態１のようなガイド壁６３４を有する拡大部６３３が設けられたモデル（以下、本実施形態１のモデルという）を用いてＤＰＦ６２の入口部６２ａにおける排気ガスの速度分布を算出した結果である。図９及び図１０のいずれも、図中の矢印の向きが排気ガスの流れ方向を示している。

この解析で用いた従来構造のモデルは図８に示している。従来構造のモデルでは、本実施形態１のような拡大部６３３を有しておらず、小断面積部６３２と同程度の流路断面積の通路がＤＰＦ６２のフィルタ入口部６２ａまで延びた構成となっている。従来構造のモデルでも、導入部６３１から小断面積部６３２までの構成は同じ構成としている。

図９に示すように、従来構造のモデルでは、狭い範囲に集約された排気ガスがそのままＤＰＦ６２に流入するため、排気ガスの速度分布に大きな偏りが生じていることが分かる。特に、ＤＰＦ６２の下側には排気ガスがほとんど流れていないことが分かる。一方で、本実施形態１のモデルでは、排気ガスがＤＰＦ６２の入口部６２ａの周壁に沿って旋回していることが分かる。また、排気ガスが入口部６２ａの横断面全体に広がって、排気ガスの速度分布が均一になっていることが分かる。このように、本実施形態１のようなガイド壁部６３４を有する拡大部６３３を設けることにより、ＤＰＦ６２の横断面が扁平形状を有していたとしても、ＤＰＦ６２に流入する排気ガスの速度分布を出来る限り均一にすることができる。

しがたって、本実施形態１では、接続通路６３は、その流路断面積がＤＰＦ６２の横断面の面積よりも小さい小断面積部６３２を部分的に有し、接続通路６２におけるＤＰＦ６２との接続部分には、その流路断面積がＤＰＦ６２の横断面の面積と同程度になるように拡大される拡大部６３３が形成され、拡大部６３３には、小断面積部６３２を通過した後の排気ガスを、該拡大部６３３の周壁に沿って旋回させるようなガイド壁部６３４が設けられているため、排気ガスが小断面積部６３２で狭い範囲に集約されたとしても、ガイド壁部６３４により排気ガスを旋回させて、ＤＰＦ６２に流入する排気ガスの速度分布を出来る限り均一にすることができる。これにより、ＤＰＦ６２による排気浄化性能を向上させることができる。また、ＤＰＦ６２を再生させる際の、ＤＰＦ６２の温度分布が出来る限り均一にすることができ、ＤＰＦ６２の再生を適切に実行することができる。

また、本実施形態１では、車両前側から見て、小断面積部６３２とガイド壁部６３４とが上下方向に延びている。これにより、小断面積部６３２から流出した排気ガスが、スムーズにガイド壁部６３４に沿って流れるようになる。この結果、排気ガスをスムーズに拡大部６３３の周壁に沿って旋回させることができ、扁平形状を有するＤＰＦ６２に流入する排気ガスの速度分布の均一化を向上させることができる。

特に、本実施形態１では、ガイド壁部６３４が小断面積部６３２の車両右側の内面に連続して延びている。このため、小断面積部６３２からガイド壁部６３４までの排気ガスの流れをかなりスムーズにすることができる。これにより、排気ガスをスムーズに拡大部６３３の周壁に沿って旋回させることができる。

さらに、本実施形態１では、小断面積部６３２を上側から見たときには、ガイド壁部６３４の内面と小断面積部６３２の少なくとも一部とが重複するようになっている。これにより、小断面積部６３２を通過した排気ガスの少なくとも一部は、確実にガイド壁部６３４に沿って流れるようになる。このため、拡大部６３３内において、排気ガスを該拡大部６３３の周壁に沿って旋回させやすくすることができる。

また、本実施形態１では、酸化触媒６１は、接続通路６３との接続部分に近づくにつれて下側に位置するように傾斜して配設されている。このため、酸化触媒６１を通過した排気ガスが、上下方向に延びる小断面積部６３２に向かってスムーズに流れるようになる。これにより、接続通路６３内において、排気ガスはガイド壁部６３４までスムーズに流れるようになる。この結果、排気ガスをよりスムーズに旋回させることができ、扁平形状を有するＤＰＦ６２に流入する排気ガスの速度分布の均一化をより向上させることができる。

さらに、本実施形態１では、接続通路６３は、エンジン本体１０の右側側壁部１０ａの面直方向から見て（車両右側から見て）、下側に向かってＤＰＦ６２に近づくように傾斜している。このため、接続通路６３を流れる排気ガスに、ＤＰＦ６２に向かう流れ成分を効果的に与えることができる。これにより、ガイド壁部６３４により拡大部６３３の周壁に沿って旋回する排気ガスが、ＤＰＦ６２に向かってスムーズに流れるようになる。この結果、扁平形状を有するＤＰＦ６２に流入する排気ガスの速度分布の均一化を一層向上させることができる。

また、本実施形態１では、ガイド壁部６３４は、拡大部６３３の車両右側の壁部は、下側に向かって車両後側（ＤＰＦ６２に近づく方向）に延びつつエンジン本体１０の右側側壁部１０ａに近づくように（つまり、車両左側に）湾曲傾斜している。これにより、ガイド壁部６３４自体でも、排気ガスに、ＤＰＦ６２に向かう流れ成分を効果的に与えることができる。この結果、扁平形状を有するＤＰＦ６２に流入する排気ガスの速度分布の均一化をさらに向上させることができる。

さらに、本実施形態１では、排気ガスセンサ９０が設けられる平面部６３３ｄの内面が、ＤＰＦ６２の外周部に向かう傾斜面で形成されている。これにより、ＤＰＦ６２に向かう流れ成分を与えられた排気ガスは、拡大部６３３内で旋回しながらも、平面部６３３ｄの上記傾斜面に沿って案内されて、ＤＰＦ６２に向かって流れていく。この結果、扁平形状を有するＤＰＦ６２に流入する排気ガスの速度分布の均一化をより向上させることができる。

また、本実施形態１では、排気ガスセンサ９０は、拡大部６３３の周壁におけるガイド壁部６３４と対向する部分（左側側壁部６３３ｂ）に設けることで、ガイド壁部６３４により排気ガスを旋回させる際に、排気ガスセンサ９０が抵抗にならない。これにより、扁平形状を有するＤＰＦ６２に流入する排気ガスの速度分布の均一化をより一層向上させることができる。

（実施形態２）
以下、実施形態２について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明において実施形態１と共通の部分については、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図１１は、本実施形態２の排気装置を備えるエンジン２０１を示す。本実施形態２では、エンジン２０１において、供給される還元剤により排気ガス中のＮＯｘを還元する第１選択還元型触媒（以下、Selective Catalytic Reductionを省略して第１ＳＣＲ触媒２６８という）が、ＤＰＦ６２の下流側に隣接して配設されている。また、本実施形態２では、ＤＰＲ６２に、上記第１ＳＣＲ触媒２６８と同じ機能の第２選択還元型触媒（以下、第２ＳＣＲ触媒２６９という）が担持されている。さらに、本実施形態２では、接続通路６３に、第１及び第２ＳＣＲ触媒２６８，２６９に還元剤としてのアンモニアを供給するための尿素インジェクタ２９２（還元剤供給手段）が配設されている。また、本実施形態２では、排気通路６０における低圧ＥＧＲ通路８０よりも下流側でかつ排気シャッター弁６７よりも上流側の部分に、第１及び第２ＳＣＲ触媒２６８，２６９から排出された未反応のアンモニアを酸化させて浄化するスリップ触媒２７０が設けられている。

第１及び第２ＳＣＲ触媒２６８，２６９は、尿素インジェクタ２９２から噴射された尿素（（ＮＨ_２）_２ＣＯ）から生成されたアンモニアを吸着し、この吸着したアンモニアを排気ガス中のＮＯｘと反応（還元）させて浄化する。尿素インジェクタ２９２から噴射された尿素は、排気ガスの流れによって接続通路６３を流れる。アンモニアは、接続通路６３を流れる尿素が、接続通路６３内で熱分解反応又は加水分解反応することによって生成される。尚、尿素では無く、アンモニアそのものを供給するようにしてもよく、尿素以外のアンモニアの前駆体を供給するようにしてもよい。

図１２は、本実施形態２のエンジン２０１を車両右側から見た側面図である。図１３は、エンジン２０１を車両前側から見た正面図である。尚、図１２及び図１３では、ＥＧＲシステムに関する要素（高圧ＥＧＲ通路７０、低圧ＥＧＲ通路８０等）は省略している。

本実施形態２でも、図１２に示すように、排気通路６０の上流側の部分（低圧ＥＧＲ通路８０との接続部分よりも上流側）は、エンジン本体１０に対して車両右側に配設されている。ターボ過給機５３のタービン５３ｂ、酸化触媒６１、接続通路６３、ＤＰＦ６２、第１ＳＣＲ触媒２６８及び第２ＳＣＲ触媒２６９は、エンジン本体１０の右側側壁部１０ａ（厳密には、シリンダヘッド１２の右側側壁部及びシリンダブロック１３の右側側壁部）に支持されている。

本実施形態２では、図１２に示すように、ＤＰＦ６２及び第１ＳＣＲ触媒２６８は、同じケース内に車両前後方向に隣接して収容されている。つまり、ＤＰＦ６２に担持された第２ＳＣＲ触媒２６９と第１ＳＣＲ触媒２６８とは、車両前後方向に隣接して配設されている。ＤＰＦ６２及び第１ＳＣＲ触媒２６８を隣接して配設するために、上記ケースは、上記実施形態１と比べて、車両後側に長く延びている。ＤＰＦ６２は、上記実施形態１と同様に、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するとともに、上下方向に長くかつ車幅方向に短くなるように配設されている。第１及び第２ＳＣＲ触媒２６８，２６９も、ＤＰＦ６２と同様に、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ているとともに、上下方向に長くかつ車幅方向に短くなるように配設されている。

本実施形態２でも、上記実施形態１と同様に、ＤＰＦ６２は、酸化触媒６１の下側に、該酸化触媒６１と隣接して配置されている。このため、第１及び第２ＳＣＲ触媒２６８，２６９も、酸化触媒６１の下側に配設される。

接続通路６３の導入部６３１の上側の壁部には、図１３に示すように、尿素インジェクタ２９２及び排気ガス中のＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサ（図示省略）を取り付ける取付部６３１ａがそれぞれ設けられている。

本実施形態２でも、上記実施形態１と同様に、接続通路６３には、流路断面積がＤＰＦ６２の横断面の面積よりも小さい小断面積部６３２と、流路断面積がＤＰＦ６２の横断面の面積と同程度になるように拡大される拡大部６３３とが形成されている。また、拡大部６３３には、上記実施形態１と同様に、小断面積部６３２を通過した後の排気ガスを、該拡大部６３３の周壁に沿って旋回させるようなガイド壁部６３４が設けられている。このため、排気ガスが小断面積部６３２で狭い範囲に集約されたとしても、ガイド壁部６３４により排気ガスを旋回させて、ＤＰＦ６２に流入する排気ガスの速度分布を出来る限り均一にすることができる。これにより、本実施形態２でも、ＤＰＦ６２による排気浄化性能を向上させることができる。また、ＤＰＦ６２を再生させる際の、ＤＰＦ６２の温度分布が出来る限り均一にすることができ、ＤＰＦ６２の再生を適切に実行することができる。

また、ガイド壁部６３４により、排気ガスを拡大部６３３の周壁に沿って旋回させることで、還元剤としてのアンモニアがＤＰＦ６２の横断面全体に広がる。これにより、第１及び第２ＳＣＲ触媒２６８，２６９に供給されるアンモニアの分布（第１及び第２ＳＣＲ触媒２６８，２６９の横断面における分布）を出来る限り均一にすることができる。これにより、還元剤としてのアンモニアが第１及び第２ＳＣＲ触媒２６８，２６９の横断面全体に吸着されるため、排気ガスも第１及び第２ＳＣＲ触媒２６８，２６９の排気ガスの浄化効率を向上させることができる。

（その他の実施形態）
ここに開示された技術は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、上記実施形態１及び２では、エンジン本体１０はディーゼルエンジンであったが、これに限らず、ガソリンを主成分とした燃料が供給されるガソリンエンジンであってもよい。このときには、微粒子捕集フィルタは、ディーゼルパティキュレートフィルタではなく、ガソリンパティキュレートフィルタとなる。

また、上記実施形態１及び２では、エンジン本体１０は車両のエンジンルームに縦置きに配設されていたが、これに限らず、エンジン本体１０は車両のエンジンルームに横置きに配設されていてもよい。このとき、酸化触媒６１やＤＰＦ６２等を含む排気通路６０は、エンジン本体１０の車両後側に配置される。

さらに、上記実施形態１及び２では、排気浄化触媒として酸化触媒６１を用いていたが、これに限らず、例えば、ＮＯｘを吸蔵及び還元可能な触媒を用いてもよい。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。

ここに開示された技術は、エンジンの排気装置において、排気浄化触媒と微粒子捕集フィルタとを接続する接続通路に、流路断面積が微粒子捕集フィルタの横断面の面積よりも小さい小断面積部が形成されている場合に有用である。

１エンジン
１０エンジン本体
１０ａ右側側壁部（エンジン本体の側壁部）
６０排気通路
６１酸化触媒（排気浄化触媒）
６２ＤＰＦ（微粒子捕集フィルタ）
６３接続通路
９０排気ガスセンサ
２６８第１ＳＣＲ触媒（第１選択還元型触媒）
２６９第２ＳＣＲ触媒（第２選択還元型触媒）
２９２尿素インジェクタ（還元剤供給手段）
６３２小断面積部
６３３拡大部
６３３ｂ左側側壁部（拡大部の周壁におけるガイド壁部と対向する部分）
６３４ガイド壁部

Claims

エンジンの排気装置であって、
上記エンジンの排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
上記排気通路における上記排気浄化触媒よりも下流側に、該排気浄化触媒と隣接して配置された微粒子捕集フィルタと、
上記排気浄化触媒と上記微粒子捕集フィルタとを接続する接続通路とを備え、
上記微粒子捕集フィルタは、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、
上記接続通路は、その流路断面積が上記微粒子捕集フィルタの上記横断面の面積よりも小さい小断面積部を部分的に有し、
上記接続通路における上記微粒子捕集フィルタとの接続部分には、その流路断面積が上記微粒子捕集フィルタの上記横断面の面積と同程度になるように拡大される拡大部が形成され、
上記拡大部には、上記小断面積部を通過した後の排気ガスを、該拡大部の周壁に沿って旋回させるようなガイド壁部が設けられており、
上記排気浄化触媒は、横方向に延びるように、上記エンジンのエンジン本体の側壁部に支持されており、
上記微粒子捕集フィルタは、上記排気浄化触媒の下側に配置されているとともに、上記横方向に延びかつ上記扁平形状における上記一対の長辺が上下方向に延びるように上記エンジン本体の上記側壁部に支持されており、
上記接続通路は、上記小断面積部が上下方向に延びるように、上記排気浄化触媒及び上記微粒子捕集フィルタに接続されており、
上記ガイド壁部は、上記拡大部の周壁における上記エンジン本体の上記側壁部から遠い側の部分に形成されかつ上下方向に延びかつ下側に向かって上記エンジン本体の上記側壁部に近づくように湾曲していることを特徴とするエンジンの排気装置。
請求項１に記載のエンジンの排気装置において、
上記排気浄化触媒は、上記接続通路との接続部分に近づくにつれて下側に位置するように傾斜して配設されていることを特徴とするエンジンの排気装置。
請求項１又は２に記載のエンジンの排気装置において、
上記接続通路は、上記エンジン本体の上記側壁部の面直方向から見て、下側に向かって上記微粒子捕集フィルタに近づくように傾斜していることを特徴とするエンジンの排気装置。
請求項１～３のいずれか１つに記載のエンジンの排気装置において、
上記拡大部の周壁における上記ガイド壁部と対向する部分には、排気ガスの状態を検出する排気ガスセンサが装着されていることを特徴とするエンジンの排気装置。
請求項１～４のいずれか１つに記載のエンジンの排気装置において、
上記微粒子捕集フィルタの下流側に隣接して配設され、供給される還元剤により排気ガス中のＮＯｘを還元する第１選択還元型触媒と、
上記接続通路における上記小断面積部よりも上流側の部分に設けられ、上記還元剤を供給するための還元剤供給手段とを更に備えることを特徴とするエンジンの排気装置。
請求項５に記載のエンジンの排気装置において、
上記微粒子捕集フィルタには、上記第１選択還元型触媒と同じ機能の第２選択還元型触
媒が担持されていることを特徴とするエンジンの排気装置。