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WO2011068054A1 - 排気浄化装置 - Google Patents

排気浄化装置 Download PDF

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WO2011068054A1
WO2011068054A1 PCT/JP2010/070813 JP2010070813W WO2011068054A1 WO 2011068054 A1 WO2011068054 A1 WO 2011068054A1 JP 2010070813 W JP2010070813 W JP 2010070813W WO 2011068054 A1 WO2011068054 A1 WO 2011068054A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
exhaust
purification catalyst
exhaust purification
downstream port
vehicle
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/070813
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
宏至 竹内
理恵子 榊原
久宜 加藤
一紀 中村
高晴 永利
慶祐 安仲
篤 木全
洋一 外山
貴幸 宮里
大五郎 渡辺
Original Assignee
トヨタ自動車 株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by トヨタ自動車 株式会社 filed Critical トヨタ自動車 株式会社
Priority to BR112012012363-7A priority Critical patent/BR112012012363A2/pt
Priority to CN201080053816.0A priority patent/CN102630269B/zh
Publication of WO2011068054A1 publication Critical patent/WO2011068054A1/ja

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/18—Construction facilitating manufacture, assembly, or disassembly
    • F01N13/1805—Fixing exhaust manifolds, exhaust pipes or pipe sections to each other, to engine or to vehicle body
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/08—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling
    • F01N1/086—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling having means to impart whirling motion to the gases
    • F01N1/087—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling having means to impart whirling motion to the gases using tangential inlets into a circular chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K13/00—Arrangement in connection with combustion air intake or gas exhaust of propulsion units
    • B60K13/04—Arrangement in connection with combustion air intake or gas exhaust of propulsion units concerning exhaust

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust purification device.
  • Vehicles such as automobiles are provided with an exhaust purification device for purifying exhaust gas from an internal combustion engine.
  • an exhaust purification device as shown in FIG. 9, an exhaust pipe 102 extending downward from a front portion of the internal combustion engine 101, an exhaust purification catalyst 104 extending below the engine 101 in the front-rear direction of the vehicle, An exhaust pipe having a downstream port 103 of the exhaust pipe 102 and an exhaust guide 105 connecting the front end of the exhaust purification catalyst 104 is known.
  • “front” and “rear” correspond to the front side and the rear side of the vehicle, respectively.
  • Exhaust gas discharged from the internal combustion engine 101 to the exhaust pipe 102 flows into the exhaust guide portion 105 via the downstream port 103 of the exhaust pipe 102 and further flows into the exhaust purification catalyst 104 from its front end. It is released into the atmosphere after being purified in
  • the exhaust purification catalyst 104 is provided as close to the front side of the vehicle as possible (upstream in the exhaust flow direction), and the exhaust purification catalyst 104 is heated by the heat of the exhaust so that high-temperature exhaust flows into the exhaust purification catalyst 104.
  • the effective warm-up of is planned.
  • the exhaust pipe 102 that guides the exhaust of the internal combustion engine 101 to the exhaust purification catalyst 104 projects from the front of the internal combustion engine 101 because the exhaust of the internal combustion engine 101 is exhausted from the engine 101 toward the front of the vehicle. It extends downward along the front surface.
  • the exhaust guide portion 105 is formed in a shape bent approximately 90 ° so that the downstream port 103 of the exhaust pipe 102 can be connected to the front end of the exhaust purification catalyst 104.
  • the exhaust guide portion 105 is bent by approximately 90 ° as described above, the exhaust flowing from the downstream port 103 of the exhaust pipe 102 toward the front end of the exhaust purification catalyst 104 via the exhaust guide portion 105 is the same exhaust gas. Flows through the lower part of the exhaust guide part 105 mainly as indicated by the arrows in the figure. As a result, most of the exhaust gas that has reached the exhaust purification catalyst 104 through the exhaust guide portion 105 flows into the catalyst 104 from the lower half of the front end face of the exhaust purification catalyst 104. Thus, if the inflow of exhaust gas from the front end surface of the exhaust purification catalyst 104 is biased to the lower half of the front end surface, it becomes difficult to effectively purify the exhaust gas at the exhaust purification catalyst 104.
  • Patent Document 1 discloses the configuration shown in [1] to [3] below in the exhaust purification device. Employment is disclosed.
  • the central axis of the exhaust pipe connected to the exhaust guide portion is inclined with respect to the central axis of the exhaust purification catalyst, and the inclination angle is set to a small value of less than 45 °.
  • the central axis of the exhaust pipe is relative to the center of the front end face of the exhaust purification catalyst.
  • An exhaust pipe is provided so as to be offset in the inclination direction.
  • a bulging portion that is curved to bulge outward is formed on the opposite side of the exhaust guide portion from the inclination direction.
  • FIGS. 10 and 11 show application examples of the above-described configurations [1] to [3] for the exhaust emission control device of FIG.
  • the arrangements [1] to [3] can be realized by arranging the exhaust purification catalyst 104 so as to be inclined upward.
  • the downstream end of the exhaust pipe 102 is formed so as to extend obliquely toward the rear side and the lower side of the vehicle with a tilt angle of less than 45 ° with respect to the horizontal plane.
  • the configurations 1] to [3] can be realized.
  • JP 2004-332607 A paragraphs [0024] to [0032], FIGS. 3 to 5)
  • the exhaust purification catalyst 104 is inclined to the front rising state in the example of FIG. It is highly likely that the exhaust purification catalyst 104 will not fit between the lower part of the internal combustion engine 101 and the road surface, so this example cannot be actually used.
  • the exhaust purification catalyst 104 can be arranged so as to extend in the front-rear direction (horizontal direction), so that the exhaust purification catalyst 104 does not fit completely between the lower part of the internal combustion engine 101 and the road surface. Absent.
  • the downstream end portion of the exhaust pipe 102 must be extended toward the rear side of the vehicle.
  • the exhaust purification catalyst 104 must be arranged on the downstream side (rear side of the vehicle) in the exhaust flow direction, and it is difficult to effectively warm up the exhaust purification catalyst 104 by the exhaust of the internal combustion engine 101. become.
  • An object of the present invention is to provide an exhaust gas that can uniformly flow in exhaust gas from the front end face of the exhaust purification catalyst over the entire front end face without shifting the position of the exhaust purification catalyst downstream in the exhaust flow direction. It is to provide a purification device.
  • an exhaust emission control device provided in an internal combustion engine mounted on a vehicle.
  • the exhaust purification device includes an exhaust pipe, an exhaust purification catalyst, and an exhaust guide.
  • the exhaust pipe extends downward from a front portion of the internal combustion engine and has a downstream port.
  • the exhaust purification catalyst extends in the front-rear direction of the vehicle below the internal combustion engine.
  • the exhaust guide unit connects the downstream port to the front end of the exhaust purification catalyst so that the central axis of the exhaust pipe is inclined with respect to the central axis of the exhaust purification catalyst.
  • the exhaust guide portion connects the downstream port and the front end of the exhaust purification catalyst so that at least a part of an extended portion obtained when the downstream port is extended to the downstream side hits a lower portion of the inner surface of the exhaust guide portion.
  • a bulging portion that bulges toward the front of the vehicle is formed in a portion on the front side of the vehicle with respect to the extended portion.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an internal combustion engine to which an exhaust emission control device according to an embodiment of the present invention is applied and an exhaust system thereof.
  • the side view which shows the external shape of the exhaust guide part of FIG.
  • the front view which shows the external shape of the exhaust guide part of FIG.
  • FIGS. 1 and 2 correspond to the front side and the rear side of the automobile, respectively.
  • FIG. 1 schematically shows an internal combustion engine 1 mounted on an automobile and its exhaust system.
  • the internal combustion engine 1 includes an exhaust pipe 2 that extends downward from a front portion (left portion in the figure) of the internal combustion engine 1.
  • an exhaust purification catalyst 3 is provided in the middle of the pipe line so as to extend in the vertical direction.
  • An exhaust guide portion 6 is connected to the downstream port 4 of the exhaust pipe 2, and the exhaust guide portion 6 has a front end of an exhaust purification catalyst 5 that extends in the front-rear direction of the automobile (left-right direction in the figure) below the internal combustion engine 1. It is connected.
  • the front end of the exhaust purification catalyst 5 is connected to the downstream port 4 of the exhaust pipe by the exhaust guide portion 6.
  • the exhaust purification device provided in the automobile to purify the exhaust gas of the internal combustion engine 1 includes the exhaust purification catalyst 5, the exhaust guide portion 6 and the like.
  • the exhaust gas emitted from the internal combustion engine 1 to the exhaust pipe 2 is purified by the exhaust purification catalyst 3, and then the exhaust guide section 6 via the downstream port 4 of the exhaust pipe 2.
  • the exhaust purification apparatus the exhaust gas is exhausted in order to allow warm exhaust gas to flow into the exhaust purification catalyst 5 located downstream of the exhaust purification catalyst 3 and to effectively warm up the catalyst 5 with the heat of the exhaust gas.
  • the purification catalyst 5 is provided on the upstream side in the exhaust flow direction as much as possible. However, since the exhaust purification catalyst 3 is provided on the front side of the internal combustion engine 1, the exhaust purification catalyst 5 is provided on the lower side of the internal combustion engine 1 as close to the front side of the automobile as possible.
  • FIG. 2 is a side view of the exhaust guide portion 6, and FIG. 3 is a front view of the exhaust guide portion 6.
  • FIG. 4 schematically shows a state in which the inside of the exhaust guide portion 6 is viewed from the side
  • FIG. 5 schematically shows a state in which the inside of the exhaust guide portion 6 is viewed from the front side in front. Is.
  • the outer shape of the exhaust guide 6 is the shape shown in FIGS.
  • the exhaust guide portion 6 connects the downstream port 4 of the exhaust pipe 2 and the front end of the exhaust purification catalyst 5 so as to realize the following configurations [a] to [c].
  • the inclination angle ⁇ formed by the central axis C1 and the central axis C2 is set to a value within the range of 45 to 135 °.
  • FIG. 1 As shown in FIG.
  • FIGS. 6 schematically shows a state of the inside of the exhaust guide portion 6 viewed from the side
  • FIG. 7 schematically shows a state of the inside of the exhaust guide portion 6 viewed from the front side. Is.
  • the exhaust gas that has entered the exhaust guide portion 6 from the downstream port 4 of the exhaust pipe 2 hits the lower inner surface of the exhaust guide portion 6, and is divided into the rear side and the front side of the automobile, and is divided into the rear side.
  • the exhausted gas flows into the catalyst 5 from the lower half of the front end face of the exhaust purification catalyst 5.
  • the exhaust gas that has flowed to the front side flows forward along the inner surface of the bulging portion 7 of the exhaust guide portion 6, and turns to the upper side and further to the rear side by the inner surface to change the direction of the front end surface of the exhaust purification catalyst 5. It flows into the catalyst 5 from the upper half.
  • the inner surface of the bulging portion 7 and the upper inner surface of the exhaust guide portion 6 are curved so that the exhaust gas flowing along them is smoothly guided to the upper half of the exhaust purification catalyst 5.
  • the amount of exhaust gas that splits into the rear side of the vehicle after the exhaust gas that has entered the exhaust guide unit 6 from the downstream port 4 of the exhaust pipe 2 hits the lower inner surface of the exhaust guide unit 6 and the amount of exhaust gas that flows into the front side of the vehicle
  • This ratio varies depending on the inclination angle ⁇ formed by the central axis C1 and the central axis C2 with the internal combustion engine 1 in between.
  • the inclination angle ⁇ in this example is a value within the range of 45 to 135 ° described above, and the amount of exhaust gas diverted to the rear side of the vehicle is equal to the amount of exhaust gas diverted to the front side of the vehicle.
  • a value (for example, 95 °) is set.
  • the central axis C1 of the exhaust pipe 2 is located away from the central axis C2 of the exhaust purification catalyst 5 in the horizontal direction.
  • Exhaust gas that has entered the interior of the exhaust gas 6 and then diverted to the front side of the automobile by hitting the inside of the lower surface of the exhaust gas guide 6 flows as indicated by an arrow Y in FIG. That is, the exhaust gas draws a spiral trajectory around the central axis C ⁇ b> 2 of the exhaust purification catalyst 5 when flowing forward along the inner surface of the bulging portion 7 (FIG. 6) of the exhaust guide portion 6. .
  • the flow of the exhaust gas diverted to the front side of the automobile interferes with the flow of exhaust gas that enters the exhaust guide portion 6 from the downstream port 4 of the exhaust pipe 2.
  • the exhaust pipe 2 is arranged so that an extended portion (broken line in FIG. 4) obtained when the downstream port 4 of the exhaust pipe 2 is extended is detached from the front end face of the exhaust purification catalyst 5 toward the front side of the automobile.
  • the central axis C1 of the exhaust pipe 2 is made to stand with respect to the central axis C2 of the exhaust purification catalyst 5.
  • the exhaust purification catalyst is shifted toward the rear side of the vehicle so that the downstream end portion of the exhaust pipe is laid down with respect to the central axis of the exhaust purification catalyst as in the prior art (see FIG. 11). There is no need.
  • the exhaust gas that has entered the exhaust guide portion 6 from the downstream port 4 of the exhaust pipe 2 hits the lower inner surface of the exhaust guide portion 6 and is divided into the rear side and the front side of the automobile. 5 flows into the catalyst 5 from the lower half of the front end face.
  • the exhaust gas that has flowed to the front side flows forward along the inner surface of the bulging portion 7 of the exhaust guide portion 6, and turns to the upper side and further to the rear side by the inner surface to change the direction of the front end surface of the exhaust purification catalyst 5. It flows into the catalyst 5 from the upper half. For this reason, it is possible to prevent the exhaust purification catalyst 5 from being biased in the exhaust purification catalyst 5 such that the exhaust gas flows only from the lower half of the front end face thereof.
  • the inflow of exhaust gas from the front end surface of the exhaust purification catalyst 5 is made uniform over the entire front end surface without shifting the position of the exhaust purification catalyst 5 to the downstream side (rear side of the automobile) in the exhaust flow direction. Will be able to do.
  • Exhaust gas that has entered the exhaust guide portion 6 from the downstream port 4 of the exhaust pipe 2 hits the lower inner surface of the exhaust guide portion 6 and is divided into the rear side and the front side of the vehicle.
  • a spiral locus is drawn around the central axis C ⁇ b> 2 of the exhaust purification catalyst 5. This is because the central axis C1 of the exhaust pipe 2 is located away from the central axis C2 of the exhaust purification catalyst 5 in the horizontal direction. Then, as the exhaust gas diverted to the front side of the automobile flows in a spiral locus as described above, the exhaust gas bypasses the flow of the exhaust gas that enters the exhaust guide portion 6 from the downstream port 4 of the exhaust pipe 2.
  • the inclination angle ⁇ is a value within the range of 45 ° to 135 ° described above, and the flow of exhaust from the downstream port 4 of the exhaust pipe 2 is below the exhaust guide 6.
  • a value (95 ° in this example) is set so that the amount of exhaust gas diverted to the rear side of the vehicle and the amount of exhaust gas diverted to the front side of the vehicle when hitting the inner surface are equal.
  • the amount of exhaust gas that flows into the rear side of the automobile and flows into the catalyst 5 from the lower half at the front end portion of the exhaust purification catalyst 5 is the same as that from the upper half of the exhaust purification catalyst 5 that flows into the front side of the automobile.
  • the amount of exhaust gas flowing into the catalyst 5 becomes equal. Therefore, the inflow of exhaust gas from the front end surface of the exhaust purification catalyst 5 can be performed more accurately and uniformly over the entire front end surface.
  • the said embodiment can also be changed as follows, for example. As shown in FIG. 8, on the inner surface of the exhaust guide portion 6, it protrudes toward the downstream port 4 at a position overlapping with an extended portion (broken line) obtained when the downstream port 4 of the exhaust pipe 2 is extended downstream. You may form the diversion part 8 which diverts a part of exhaust_gas
  • the amount of exhaust gas flowing to the front side of the automobile and the amount of exhaust gas flowing to the rear side of the automobile are adjusted only by adjusting the inclination of the flow dividing section 8 while fixing the inclination angle ⁇ . It is also possible to prevent the change of the tilt angle ⁇ from causing a great influence on the arrangement of other components.
  • the range of 45 to 135 ° is exemplified as the range of the inclination angle ⁇ , but a more preferable range is 70 to 120 °, and the most preferable range is 80 to 110 °.
  • the exhaust guide portion 6 includes the downstream port 4 of the exhaust pipe 2 and the exhaust purification catalyst so that a part of the extended portion obtained when the downstream port 4 of the exhaust pipe 2 is extended to the downstream side hits the lower part of the inner surface of the exhaust guide portion 6. 5 may be connected to the front end.

Landscapes

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Abstract

　内燃機関に設けられる排気浄化装置は、排気管と、排気浄化触媒と、排気案内部と、を含む。排気管は、内燃機関の前側部分から下方に延び、下流ポートを有する。排気浄化触媒は、内燃機関の下方で車両の前後方向に延びる。排気案内部は、下流ポートを排気浄化触媒の前端に、排気管の中心軸線が排気浄化触媒の中心軸線に対し傾斜した状態となるように繋ぐ。排気案内部は、下流ポートを下流側に延長したときに得られる延長部分の少なくとも一部が排気案内部の内面下部に当たるように、下流ポートと排気浄化触媒の前端とを繋ぐ。排気案内部において、延長部分よりも車両の前側の部分には、車両の前方に向けて膨らむ膨出部が形成されている。

Description

排気浄化装置
　本発明は、排気浄化装置に関する。
　自動車等の車両には、内燃機関の排気を浄化するための排気浄化装置が設けられている。こうした排気浄化装置としては、図９に示されるように、内燃機関１０１の前側部分から下方に延びる排気管１０２と、同機関１０１の下側で車両の前後方向に延びる排気浄化触媒１０４と、前記排気管１０２の下流ポート１０３に前記排気浄化触媒１０４の前端を繋ぐ排気案内部１０５とを備えたものが知られている。なお図中における「前」、「後」は、それぞれ車両の前側及び後側に対応する。内燃機関１０１から排気管１０２に出された排気が同排気管１０２の下流ポート１０３を介して排気案内部１０５に流入し、更に排気浄化触媒１０４に対しその前端から流入し、同排気浄化触媒１０４にて浄化された後に大気中に放出される。
　排気浄化触媒１０４は、可能な限り車両の前側寄り（排気の流れ方向における上流側）に設けられ、同排気浄化触媒１０４に高温の排気が流入するようにして同排気の熱による排気浄化触媒１０４の効果的な暖機が図られている。一方、内燃機関１０１の排気を排気浄化触媒１０４に導く排気管１０２は、内燃機関１０１の排気が同機関１０１から車両の前方に向けて排出されることから、内燃機関１０１の前面から突出して同前面に沿って下方に延びている。そして、排気案内部１０５は、上記排気管１０２の下流ポート１０３を上記排気浄化触媒１０４の前端に繋ぐことができるよう、ほぼ９０°屈曲した形状に形成されている。
　ただし、排気案内部１０５を上述したようにほぼ９０°屈曲した形状にすると、排気管１０２の下流ポート１０３から排気案内部１０５を介して排気浄化触媒１０４の前端に向けて流れる排気が、同排気に作用する遠心力や重力の関係から、主に図中矢印で示されるように排気案内部１０５の下部を通って流れる。その結果、排気案内部１０５を通って排気浄化触媒１０４に達した排気のほとんどは、排気浄化触媒１０４の前端面の下半分から同触媒１０４内部に流入する。このように排気浄化触媒１０４の前端面からの排気の流入が同前端面の下半分に偏って行われると、排気浄化触媒１０４での効果的な排気の浄化を行うことが困難になる。
　また、排気浄化触媒の前端面からの排気の流入を同前端面全体に亘って均一に行うため、例えば特許文献１には、以下の［１］～［３］に示す構成を排気浄化装置に採用することが開示されている。
［１］排気案内部に繋がる排気管の中心軸線を排気浄化触媒の中心軸線に対し傾斜させ、その傾斜角度を４５°未満という小さい値に設定する。
［２］排気案内部に繋がる排気管の下流ポートを延長したときの延長部分が排気浄化触媒の前端面から外れない範囲で、同排気管の中心軸線が排気浄化触媒の前端面の中心に対し上記傾斜の方向にオフセットされるよう排気管を設ける。
［３］排気案内部における上記傾斜の方向と反対側に、外方に膨出するよう湾曲する膨出部を形成する。
　特許文献１の排気浄化装置では、こうした［１］～［３］の構成を採用することにより、排気浄化触媒の前端面からの排気の流入を同前端面全体に亘って均一に行えるようにしている。
　従って、特許文献１における上記［１］～［３］の構成を図９の排気浄化装置に適用すれば、排気浄化触媒１０４の前端面からの排気の流入が同前端面の下半分に偏って行われることに起因して排気浄化触媒１０４での効果的な排気の浄化を行うことが困難になるという問題を解消することが可能と考えられる。ここで、図９の排気浄化装置に対する上記［１］～［３］の構成の適用例を図１０及び図１１に示す。なお、図１０の例では、排気浄化触媒１０４を前上がりの状態に傾斜させて配置することにより、上記［１］～［３］の構成を実現できるようにしている。また、図１１の例では、排気管１０２の下流端部を車両の後方側かつ下方側に向けて水平面に対し傾斜角４５°未満の状態で傾斜して延びるように形成することで、上記［１］～［３］の構成を実現できるようにしている。
特開２００４－３３２６０７公報（段落［００２４］～［００３２］、図３、～図５）
　ところで、排気浄化装置に対する上記［１］～［３］の構成の適用例である図１０及び図１１のうち、図１０の例に関しては、排気浄化触媒１０４を前上がりの状態に傾斜させて配置しなければならず、その排気浄化触媒１０４が内燃機関１０１の下部と路面との間に収まりきらない可能性が高いため、この例を実際に採用することはできない。一方、図１１の例では、排気浄化触媒１０４を前後方向（水平方向）に延びるように配置できるため、その排気浄化触媒１０４が内燃機関１０１の下部と路面との間に収まり切らなくなるということはない。しかし、この例では、上記［１］及び上記［２］の構成を実現するため、排気管１０２の下流端部を車両の後方側に向かって長く延ばさなければならない。その結果、排気浄化触媒１０４を排気の流れ方向におけるより下流側（車両の後方側）に配置せざるを得なくなり、内燃機関１０１の排気により排気浄化触媒１０４を効果的に暖機することが困難になる。
　本発明の目的は、排気浄化触媒の位置を排気の流れ方向における下流側にずらすことなく、排気浄化触媒の前端面からの排気の流入を同前端面全体に亘って均一に行うことのできる排気浄化装置を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の一態様では、車両に搭載された内燃機関に設けられる排気浄化装置が提供される。排気浄化装置は、排気管と、排気浄化触媒と、排気案内部と、を含む。前記排気管は、前記内燃機関の前側部分から下方に延び、下流ポートを有する。前記排気浄化触媒は、前記内燃機関の下方で車両の前後方向に延びる。前記排気案内部は、前記下流ポートを前記排気浄化触媒の前端に、前記排気管の中心軸線が前記排気浄化触媒の中心軸線に対し傾斜した状態となるように繋ぐ。前記排気案内部は、前記下流ポートを下流側に延長したときに得られる延長部分の少なくとも一部が前記排気案内部の内面下部に当たるように、前記下流ポートと前記排気浄化触媒の前端とを繋ぐ。前記排気案内部において、前記延長部分よりも車両の前側の部分には、車両の前方に向けて膨らむ膨出部が形成されている。
本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用される内燃機関及びその排気系を模式的に示す図。 図１の排気案内部の外形を示す側面図。 図１の排気案内部の外形を示す正面図。 図１の排気案内部の内部を側方から見た状態を模式的に示す図。 図１の排気案内部の内部を前側正面から見た状態を模式的に示す図。 図１の排気案内部の内部における排気の流れを示す図。 図１の排気案内部の内部における排気の流れを示す図。 排気案内部の他の例を示す図。 従来の排気浄化装置が適用される内燃機関及びその排気系を模式的に示す図。 従来の排気浄化装置が適用される内燃機関及びその排気系を模式的に示す図。 従来の排気浄化装置が適用される内燃機関及びその排気系を模式的に示す図。
　以下、本発明を自動車に搭載された内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置に具体化した一実施形態を図１～図７に従って説明する。なお図中における「前」、「後」は、それぞれ自動車の前側及び後側に対応する。
　図１は、自動車に搭載される内燃機関１及びその排気系を模式的に示したものである。この内燃機関１は、同内燃機関１の前側部分（図中、左側の部分）から下方に延びる排気管２を備えている。排気管２において、その管路の途中には排気浄化触媒３が上下方向に延びるように設けられている。同排気管２の下流ポート４には排気案内部６が接続され、同排気案内部６は、内燃機関１の下方で自動車の前後方向（図中左右方向）に延びる排気浄化触媒５の前端と繋がっている。言い換えれば、この排気案内部６により排気管の下流ポート４に排気浄化触媒５の前端が繋がれている。
　内燃機関１の排気を浄化すべく自動車に設けられた排気浄化装置は、上記排気浄化触媒５及び排気案内部６等を備えている。こうした排気浄化装置の設けられた自動車では、内燃機関１から排気管２に出された排気が排気浄化触媒３にて浄化された後、同排気管２の下流ポート４を介して排気案内部６に流入し、更に排気浄化触媒５に対しその前端から流入し、同排気浄化触媒５にて浄化された後に大気中に放出される。また、上記排気浄化装置においては、排気浄化触媒３の下流に位置する排気浄化触媒５に高温の排気を流入させて同排気の熱による同触媒５の効果的な暖機を図るべく、その排気浄化触媒５を可能な限り排気の流れ方向における上流側に設けるようにしている。ただし、内燃機関１の前側には上記排気浄化触媒３が設けられているため、排気浄化触媒５は内燃機関１の下側において可能な限り自動車の前側寄りに設けられている。
　次に、排気管２の下流ポート４と排気浄化触媒５の前端とを繋ぐ排気案内部６の詳細な構造について、図２～図５を参照して説明する。なお、図２は排気案内部６の側面図であり、図３は同排気案内部６の正面図である。また、図４は排気案内部６の内部を側方から見た状態を模式的に示したものであり、図５は排気案内部６の内部を前側正面から見た状態を模式的に示したものである。
　排気案内部６の外形に関しては図２及び図３に示される形状とされている。この排気案内部６は、次の［ａ］～［ｃ］の構成を実現するよう、排気管２の下流ポート４と排気浄化触媒５の前端とを繋いでいる。
［ａ］図４に示されるように、排気管２の中心軸線Ｃ１が排気浄化触媒５の中心軸線Ｃ２に対し傾斜した状態（９０°を含む）とし、より具体的には内燃機関１を挟んで前記中心軸線Ｃ１と前記中心軸線Ｃ２とがなす傾斜角度θが４５～１３５°の範囲内の値となるようにする。
［ｂ］図４に示されるように、排気管２の下流ポート４を図中破線で示されるように下流側に延長したときに得られる延長部分の少なくとも一部（この例では全部）が、排気案内部６の内面下部に当たるようにする。
［ｃ］図５に示されるように、排気管２の中心軸線Ｃ１を排気浄化触媒５の中心軸線Ｃ２に対し水平方向について離れて位置するようにする。
　また、図４に示されるように、排気案内部６において、排気管２の下流ポート４の延長部分（図中破線）よりも自動車の前側の部分には、自動車の前方に向けて膨らむように湾曲する膨出部７が形成されている。
　次に、上記排気案内部６を介して排気管２から排気浄化触媒５に流れる排気の流れについて、図６及び図７を参照して説明する。なお、図６は排気案内部６の内部を側方から見た状態を模式的に示したものであり、図７は排気案内部６の内部を前側正面から見た状態を模式的に示したものである。
　図６に示されるように、排気管２の下流ポート４から排気案内部６に入った排気は、同排気案内部６の下部内面に当たって自動車の後側と前側とに分流し、後側に分流した排気は排気浄化触媒５の前端面の下半分から同触媒５内部に流入する。一方、前側に分流した排気は排気案内部６の膨出部７の内面に沿って前方に向かって流れ、同内面により上側、更には後側に向きを変えて排気浄化触媒５の前端面の上半分から同触媒５内部に流入する。なお、上記膨出部７の内面、及び排気案内部６の上部内面は、それらに沿って流れる排気が円滑に排気浄化触媒５の上半分に導かれるように湾曲されている。
　排気管２の下流ポート４から排気案内部６に入った排気が同排気案内部６の下部内面に当たった後に自動車の後側に分流する排気の量と自動車の前側に分流する排気の量との比率は、内燃機関１を挟んで中心軸線Ｃ１と中心軸線Ｃ２とがなす傾斜角度θによって変わってくる。ちなみに、この例での傾斜角度θは、上述した４５～１３５°の範囲内の値であって、自動車の後側に分流する排気の量と自動車の前側に分流する排気の量とが等しくなる値（例えば９５°）に設定されている。
　また、図７に示されるように、排気管２の中心軸線Ｃ１は排気浄化触媒５の中心軸線Ｃ２に対し水平方向について離れて位置しているため、排気管２の下流ポート４から排気案内部６内に入った後に同排気案内部６の下面内部に当たって上記自動車の前側に分流した排気は、同図に矢印Ｙで示すように流れる。すなわち、この排気は、排気案内部６の膨出部７（図６）の内面に沿って前方に向かって流れる際、排気浄化触媒５の中心軸線Ｃ２周りに螺旋状の軌跡を描くようになる。これにより、自動車の前側に分流した排気の流れが排気管２の下流ポート４から排気案内部６内に入ってくる排気の流れと干渉することは抑制される。
　以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す利点が得られる。
　（１）排気管２の下流ポート４を延長したときに得られる延長部分（図４の破線）が排気浄化触媒５の前端面から自動車の前側に向けて外れるように同排気管２が配置され、それによって排気管２の中心軸線Ｃ１が排気浄化触媒５の中心軸線Ｃ２に対し立った状態とされる。こうした構成では、従来（図１１参照）のように排気管の下流端部を排気浄化触媒の中心軸線に対し寝かせた状態とするために、排気浄化触媒を自動車の後側に向けてずらす、といった必要はない。また、排気管２の下流ポート４から排気案内部６に入った排気は、同排気案内部６の下部内面に当たって自動車の後側と前側とに分流し、後側に分流した排気は排気浄化触媒５の前端面の下半分から同触媒５内部に流入する。一方、前側に分流した排気は排気案内部６の膨出部７の内面に沿って前方に向かって流れ、同内面により上側、更には後側に向きを変えて排気浄化触媒５の前端面の上半分から同触媒５内部に流入する。このため、排気浄化触媒５に対しその前端面の下半分のみから排気が流入するという、排気浄化触媒５における排気の流入の偏りを防止できる。以上により、排気浄化触媒５の位置を排気の流れ方向における下流側（自動車の後側）にずらすことなく、排気浄化触媒５の前端面からの排気の流入を同前端面全体に亘って均一に行うことができるようになる。
　（２）排気管２の下流ポート４から排気案内部６に入った排気は同排気案内部６の下部内面に当たって自動車の後側と前側とに分流し、自動車の前側に分流した排気は排気案内部６の膨出部７の内面に沿って前方に向かって流れる際に排気浄化触媒５の中心軸線Ｃ２周りに螺旋状の軌跡を描くようになる。これは、排気管２の中心軸線Ｃ１が排気浄化触媒５の中心軸線Ｃ２に対し水平方向について離れて位置しているためである。そして、自動車の前側に分流した排気が上述したように螺旋状の軌跡を描いて流れることで、その排気が排気管２の下流ポート４から排気案内部６内に入ってくる排気の流れを迂回して流れるようになる。これにより、自動車の前側に分流した排気の流れが排気管２の下流ポート４から排気案内部６内に入ってくる排気の流れと干渉することを抑制し、上記自動車の前側に分流した排気を効率よく排気浄化触媒５の前端面の上半分に向けて流すことができるようになる。
　（３）排気浄化触媒５の中心軸線Ｃ２に対する排気管２の中心軸線Ｃ１の傾斜角度θを４５°～１３５°の範囲内の値に設定することで、排気管２の下流ポート４からの排気の流れが排気案内部６の下部内面にあたったとき、自動車の前側に流れる排気の量又は自動車の後側に流れる排気の量が過度に少なくなることが抑制される。このため、排気浄化触媒５の前端面の上半分から同触媒５内部に流入する排気の量が過度に少なくなったり、排気浄化触媒５の前端面の下半分から同触媒５内部に流入する排気の量が過度に少なくなったりすることを抑制できる。
　（４）上記傾斜角度θに関して、より具体的には、上述した４５°～１３５°の範囲内の値であって、排気管２の下流ポート４からの排気の流れが排気案内部６の下部内面にあたったときに自動車の後側に分流する排気の量と自動車の前側に分流する排気の量とが等しくなる値（この例では９５°）に設定される。このため、自動車の後側に分流して排気浄化触媒５の前端部における下半分から同触媒５内部に流入する排気の量と、自動車の前側に分流して排気浄化触媒５の上半分から同触媒５内部に流入する排気の量とが等しくなる。従って、排気浄化触媒５の前端面からの排気の流入を、より的確に同前端面全体に亘って均一に行うことができる。
　なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
　図８に示すように、排気案内部６の内面において、排気管２の下流ポート４を下流側に延長したときに得られる延長部分（破線）と重なる位置に、下流ポート４に向けて突出して同下流ポート４から流れる排気の一部を自動車の前側（図中左側）に分流させる分流部８を形成してもよい。
　この構成によれば、排気管２の下流ポート４からの排気の流れ方向に対し、分流部８の傾き等を調整することにより、その排気が排気案内部６の下部内面に当たったときに自動車の前側に流れる排気の量と自動車の後側に流れる排気の量とを適宜調整することが可能になる。従って、それら排気の量の調整として上記傾斜角度θによる調整と合わせて上記分流部８による調整を行うことで、より細かく且つ精度よく上記排気の量の調整を行うことができる。なお、上記傾斜角度θを変更しようとする場合、その変更による他の部品の配置等への影響が大きくなることは避けられない。上記分流部８を備えた構成では、上記傾斜角度θを固定しつつ分流部８の傾き等の調整だけで自動車の前側に流れる排気の量と自動車の後側に流れる排気の量とを調整し、上記傾斜角度θの変更による他の部品の配置等への大きな影響を生じさせないようにすることも可能である。
　上記傾斜角度θの範囲として４５～１３５°という範囲を例示したが、より好ましい範囲としては７０～１２０°という範囲があげられ、最も好ましい範囲としては８０～１１０°という範囲があげられる。
　上記傾斜角度θの設定例として９５°をあげたが、この値は適宜変更することが可能である。
　排気案内部６は、排気管２の下流ポート４を下流側に延長したときに得られる延長部分の一部が排気案内部６の内面下部に当たるよう、排気管２の下流ポート４と排気浄化触媒５の前端とを繋ぐものであってもよい。

Claims (5)

  1. 　車両に搭載された内燃機関に設けられる排気浄化装置において、
    　前記内燃機関の前側部分から下方に延び、下流ポートを有する排気管と、
    　前記内燃機関の下方で車両の前後方向に延びる排気浄化触媒と、
    　前記下流ポートを前記排気浄化触媒の前端に、前記排気管の中心軸線が前記排気浄化触媒の中心軸線に対し傾斜した状態となるように繋ぐ排気案内部とを備え、
    　前記排気案内部は、前記下流ポートを下流側に延長したときに得られる延長部分の少なくとも一部が前記排気案内部の内面下部に当たるように、前記下流ポートと前記排気浄化触媒の前端とを繋ぎ、
    　前記排気案内部において、前記延長部分よりも車両の前側の部分には、車両の前方に向けて膨らむ膨出部が形成されている、排気浄化装置。
  2. 　前記排気案内部は、前記排気管の中心軸線が前記排気浄化触媒の中心軸線に対し水平方向について離れて位置するよう、前記下流ポートと前記排気浄化触媒の前端とを繋ぐ、請求項１に記載の排気浄化装置。
  3. 　前記排気浄化触媒の中心軸線に対する前記排気管の中心軸線の傾斜角度は、前記下流ポートから前記排気案内部に入った排気が同排気案内部の下部内面に当たったとき、車両の後側に分流する排気の量と車両の前側に分流する排気の量とが等しくなる値に設定されている、請求項１に記載の排気浄化装置。
  4. 　前記排気案内部の内面における前記延長部分と重なる位置に、前記下流ポートに向けて突出して同下流ポートから流れる排気の一部を車両の前側に分流させる分流部が形成されている、請求項１に記載の排気浄化装置。
  5. 　前記内燃機関を挟んで前記排気浄化触媒の中心軸線と前記排気管の中心軸線とがなす傾斜角度が４５°～１３５°の範囲内の値となっている、請求項１に記載の排気浄化装置。
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