JP6090208B2

JP6090208B2 - エンジンの排気装置

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Publication number: JP6090208B2
Application number: JP2014036956A
Authority: JP
Inventors: 周津田; 博明出口; 丹羽　靖; 靖丹羽; 規之丸岡; 和也新居田; 野村　健太郎; 健太郎野村
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2034-02-27
Also published as: JP2015161225A; CN104879206A; DE102015002374A1; US20150240750A1; CN104879206B; US10047674B2

Description

本発明は、ターボ過給機付きエンジンの排気装置に関するものである。

近年、ダウンサイジングの要請からターボ過給機付きエンジンが見直されている。特許文献１には、この種のエンジンとして、内部に排気マニホールドが一体成型されたシリンダヘッドを備え、このシリンダヘッドの側面に、排気マニホールドの集合部に連通するターボ過給機が固定され、このターボ過給機に対して、触媒装置を備えた排気管が気筒列方向に連結されたものが開示されている。

このようなエンジン構造は、シリンダヘッドとは別体の排気マニホールドを備えるエンジンに比べ、エンジンの過給圧特性を高めながらエンジン全体をコンパクトにでき、また、組立工数も低減することができるという利点がある。さらに、シリンダヘッドから排出される高温の排気ガスがターボ過給機のみを介して触媒装置に送られるので、触媒装置を活性化促進の観点からも有利なものである。

特許第４８０３０５９号公報

エンジンにおいては、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）の低減が重要な課題であり、その対策としては、ＥＧＲ（排気ガスの一部を吸気通路に還流させる）を行うことが有効である。また、排気処理装置を設けて、排気ガス中に含まれる煤等の微粒子を捕集することが必要となる場合もある。特許文献１のようなエンジンについても、排気ガス特性を改善する観点からＥＧＲを行うことや排気ガス中の微粒子の捕集を行うことが想定されるが、その場合、エンジンの大型化を抑制する上では、ターボ過給機や触媒装置との関係を考慮しながらＥＧＲ装置や排気処理装置をコンパクトに配置することが重要となる。しかし、特許文献１には、この点についての開示は見られない。

なお、ＥＧＲを行うと、燃焼温度が低下して排気ガスの温度が低くなるため、排気浄化触媒が活性化し難くなるという問題もある。燃焼効率の高いディーゼルエンジンの場合も同様である。よって、ＥＧＲ装置や排気浄化装置を配置する場合には、触媒装置等の活性化に寄与し得るものとするのであるのが望ましい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ターボ過給機、触媒装置、排気処理装置およびＥＧＲ装置を備えた多気筒エンジンについて、エンジンのコンパクト化を図りながら触媒装置の活性化に寄与する、エンジンの排気装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、複数の気筒を備えたエンジンの排気装置であって、各気筒に通じかつ気筒列方向と直交するエンジン幅方向の一側面に開口する集合排気口を有する排気多枝通路を内部に備えたシリンダヘッドを有するエンジン本体と、前記エンジン本体の前記一側面側に配置され、前記集合排気口から排出される排気ガスによりタービンを回転させて吸入空気を圧縮するターボ過給機と、前記気筒列方向において前記ターボ過給機に隣設され、当該ターボ過給機を経由した排気ガス中の特定成分に反応して当該特定成分を無害化する触媒装置と、前記触媒装置を経由した排気ガス中の特定成分を捕集する排気処理装置と、前記排気処理装置を経由した排気ガスの一部を吸気通路に還流させるためのＥＧＲ装置と、を含み、前記ターボ過給機は、当該集合排気口から排出される排気ガスを上向きに案内し、上向きの旋回流を形成しながらタービンを旋回させるように構成され、前記触媒装置は、触媒物質が担持される担体と、この担体を収容するとともに前記排気ガスが当該担体のうち主に下部領域を前記気筒列方向に通過するように当該担体の前記下部領域の両側に排気ガスの導入口及び導出口を備える容器とを備えており、前記ＥＧＲ装置および前記排気処理装置は、前記ターボ過給機および前記触媒装置の下側に、互いに前記気筒列方向に並んだ状態で配置されているものである。

このようなエンジンの排気装置によれば、ターボ過給機、触媒装置、排気処理装置及びＥＧＲ装置をエンジン本体の一側面に集約してコンパクトに配置することができる。特に、ターボ過給機の上記構成によれば、エンジン本体に対してターボ過給機全体をより上寄りに配置することができ、また、触媒装置の上記構成によれば、エンジン本体に対して触媒装置全体をより上寄りに配置することができる。そのため、ターボ過給機および触媒装置の下方に無理なくＥＧＲ装置および排気処理装置を配置することができる。しかも、このエンジンの排気装置によれば、ターボ過給機、触媒装置、排気処理装置及びＥＧＲ装置がエンジン本体の一側面に集約して配置されることで、それら周辺の雰囲気温度が比較的高く保たれる。そのため、排気ガスからの放熱が抑制され、触媒装置の活性化促進にも寄与するものとなる。

上記構成においては、ターボ過給機を経由した排気ガスが前記触媒装置を前記気筒列方向に通過した後、反転して前記排気処理装置に導入され、当該排気処理装置を前記気筒列方向に通過するように前記触媒装置および前記排気処理装置が互いに接続されているのが好適である。

この構成によれば、ターボ過給機および触媒装置と排気処理装置およびＥＧＲ装置とをより一層上下方向に集約（接近）して配置することが可能となる。

上記のような構成は、ターボ過給機が、可動ベーンを有し、この可動ベーンの作動により前記タービンに流入する排気ガスの流速を調整することが可能な可変容量型のターボ過給機である場合に、より有用なものとなる。

つまり、可変容量型のターボ過給機は、可動ベーンを作動させるための機構部分を含むため全体が径方向に大型化する傾向があるが、このエンジンの排気装置の構成によれば、上記の通り、エンジン本体に対してターボ過給機をより上寄りに配置することができるので、ターボ過給機が可変容量型のものであっても、その下方に無理なくＥＧＲ装置を配置することが可能となる。

なお、より具体的な構成として、前記排気処理装置は、排気ガス中の微粒子を捕集するものであり、前記ＥＧＲ装置は、前記吸気通路に還流される排気ガスを冷却するＥＧＲクーラと前記吸気通路に還流される排気ガス量を調整するＥＧＲ弁を含むものである。

この構成によれば、ターボ過給機および触媒装置の下方に、排気ガス中の微粒子を捕集する排気処理装置や、ＥＧＲクーラ及びＥＧＲ弁をコンパクトに配置することが可能となる。

この場合、前記排気処理装置に接続され、当該排気処理装置を通過した排気ガスを前記エンジン幅方向外向きに案内する排気管を含み、この排気管のうち、反排気処理装置側の側面に前記ＥＧＲ装置が組付けられているのが好適である。

この構成によれば、ＥＧＲ装置と排気管とがエンジン幅方向に重なり合うことがなく、エンジンのコンパクト化を図る上で有利となる。

以上説明したように、本発明のエンジンの排気装置によれば、ターボ過給機、触媒装置、排気処理装置およびＥＧＲ装置を備えた多気筒エンジンについて、エンジンのコンパクト化を図りながら、触媒装置の活性化に寄与することができる。

本発明にかかるエンジンの排気装置が適用されるエンジン（ディーゼルエンジン）の全体構成を示す概略図である。エンジンの排気側の概略側面図である。ターボ過給機を示す概略断面図である。触媒装置を示す概略断面図である。触媒装置の作用を説明する図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。

図１は、本発明が適用されるディーゼルエンジンの全体構成を示す概略図である。同図に示されるディーゼルエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される４サイクルのターボ過給機付きディーゼルエンジンである。

このディーゼルエンジン（以下、エンジンと略す）のエンジン本体１は、直列多気筒型のものであり、複数の気筒２ａ（図１では１つのみ図示）を有するシリンダブロック２と、このシリンダブロック２上に配設されるシリンダヘッド３と、シリンダブロック２の下側に配設され、潤滑油が貯溜されるオイルパン４と、シリンダヘッド３の上部を覆うシリンダヘッドカバー５とを有している。

上記エンジン本体１の各気筒２ａには、ピストン８が往復動可能に嵌挿されており、このピストン８の頂面には、燃焼室８ａを区画するキャビティが形成されている。

ピストン８は、コンロッド９を介してクランクシャフト１０と連結されており、このピストン８の往復運動に応じて上記クランクシャフト１０が中心軸回りに回転する。

上記シリンダヘッド３には、各気筒２ａの燃焼室８ａに開口する吸気ポート１２および排気ポート１３が形成されているとともに、これら吸気ポート１２および排気ポート１３を開閉するための吸気弁１６および排気弁１７が設けられている。

上記シリンダヘッド１２には、軽油を主成分とする燃料を噴射するインジェクタ１８が、各気筒２ａにつき１つずつ設けられている。インジェクタ１８は、その先端に備わる噴口（燃料の噴射口）がピストン１４頂面のキャビティに臨むように配置されており、圧縮上死点（圧縮行程の終了時）の前後にかけた適宜のタイミングで燃焼室１４ａに向けて燃料を噴射する。

気筒２ａの配列方向（気筒列方向）と直交するエンジン幅方向（図１では左右方向）において、上記エンジン本体１の一側面には、各気筒２ａの吸気ポート１２に連通するように吸気通路２０が接続され、上記エンジン本体１の他側面には、各気筒２ａの排気ポート１３に連通するように排気通路３０が接続されている。すなわち、外部からの吸入空気が上記吸気通路２０および吸気ポート１２を通じて燃焼室８ａに導入されるとともに、燃焼室８ａで生成された排気ガス（燃焼ガス）が上記排気ポート１３および吸気通路２０を通じて外部に排出されるようになっている。

上記吸気通路２０および排気通路３０にはターボ過給機６０が設けられている。ターボ過給機６０は、吸気通路２０に配設されたコンプレッサ６２ａと、コンプレッサ６２ａと同軸に連結され、かつ排気通路３０に配設されたタービン６２ｂとを有している。

ターボ過給機６０は、排気エネルギーにより駆動されて吸入空気を圧縮する。すなわち、エンジンの運転中、排気通路３０を高温・高速の排気ガスが通過すると、その排気ガスのエネルギーを受けてターボ過給機６０のタービン６２ｂが回転するとともに、これに連結軸６２ｃ（図３参照）を介して連結されたコンプレッサ６２ａも同時に回転する。これにより、吸気通路２０を通過する空気（吸入空気）が圧縮されて高圧化され、エンジン本体１の各気筒２ａへと圧送される。

上記吸気通路２０の上流端部には、吸入空気を濾過するためのエアクリーナ２１が設けられており、吸気通路２０の下流端付近（エンジン本体１の近傍）には、サージタンク２４が設けられている。サージタンク２４よりも下流側の吸気通路２０は、気筒２ａごとに分岐した独立通路とされ、各独立通路の下流端が各気筒２ａの吸気ポート１２にそれぞれ接続されている。

上記吸気通路２０におけるエアクリーナ２１とサージタンク２４との間には、上流側から順に、ターボ過給機６０のコンプレッサ６２ａと、吸気通路２０の通路断面積を調節するための開閉可能なスロットルバルブ２３と、コンプレッサ６２ａにより圧縮された空気を冷却するためのインタークーラ２２とが設けられている。なお、スロットルバルブ２３は、エンジンの運転中は基本的に全開もしくはこれに近い高開度に維持されており、エンジンの停止時等の必要時にのみ閉弁されて吸気通路２０を遮断する。

上記排気通路３０の上流端は、各気筒２ａの排気ポート１３に連続する独立通路と各独立通路が集合する集合部とを含む排気多枝通路、つまり、排気マニホールドとされている。図１では明確に示していなが、この排気マニホールドは、上記シリンダヘッド３の内部に一体に成形されている。シリンダヘッド３の一側面には、上記集合部となる集合排気口３ａ（図２参照）が形成されており、この集合排気口３ａに連通するように上記排気通路３０が設けられている。

上記排気通路３０における排気マニホールドよりも下流側には、上流側から順に、ターボ過給機６０のタービン６２ｂと、排気ガス中の有害成分を除去するための複数種類の排気浄化装置と、排気音を低減するためのサイレンサ３４とが設けられている。

上記排気浄化装置としては、上流側から順にＤＯＣ（酸化触媒）３１とＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）３２とが設けられている。当例では、ＤＯＣ３１が本発明の触媒装置に相当し、ＤＰＦ３２が本発明の排気処理装置に相当する。

上記ＤＯＣ３１は、エンジン本体１から排出される排気ガス中のＣＯおよびＨＣを酸化することにより無害化するものである。すなわち、排気ガス中のＣＯ（一酸化炭素）やＨＣ（炭化水素）は、このＤＯＣ３１を通過するときに酸化され、ＣＯ２（二酸化炭素）やＨ２Ｏ（水）に浄化される。なお、ＤＯＣ３１はその内部で起きるこのような排気ガスの酸化反応によって排気ガスの温度を上昇させ、下流のＤＰＦ３２に高温の排気ガスを流入させる役割も担う。

上記ＤＰＦ３２は、エンジン本体１から排出される排気ガス中に含まれる煤等の微粒子を捕集するものである。ＤＰＦ３２は、例えばＳｉＣ（炭化ケイ素）等のセラミックス製のウォールスルータイプのフィルタである。排気ガス中の微粒子はＤＰＦ３２のセル壁を流入側から流出側に向かって通過するときにセル壁に捕集される。当例のＤＰＦ３２は、排気ガスの酸化反応を促進する触媒（例えば白金等）を担持する触媒付きフィルタである。つまり、ＤＰＦ３２は、その内部で起きるこのような排気ガスの酸化反応によって排気ガスの温度を上昇させ、捕集した微粒子を燃焼し除去する、いわゆる連続再生型フィルタである。

上記吸気通路２０と排気通路３０との間には、エンジン本体１から排出された高圧の排気ガスの一部を吸気通路２０のうち比較的高圧力の部位に還流するＨＰ−ＥＧＲ通路５１と、低圧の排気ガスの一部を吸気通路２０のうち比較的低圧力の部位に還流するＬＰ−ＥＧＲ通路５５とが設けられている。

詳しくは、ＨＰ−ＥＧＲ通路５１は、スロットルバルブ２３とサージタンク２４との間の吸気通路２０と排気マニホールドとターボ過給機６０のタービン６２ｂとの間の排気通路３０とを互いに接続する。ＨＰ−ＥＧＲ通路５１には、吸気通路２０への排気ガスの還流量を調整するための開閉可能なＥＧＲバルブ５２が設けられている。一方、ＬＰ−ＥＧＲ通路５５は、エアクリーナ２１とターボ過給機６０のコンプレッサ６２ａとの間の吸気通路２０とＤＰＦ３２とサイレンサ３４との間の排気通路３０とを互いに接続する。ＬＰ−ＥＧＲ通路５５には、吸気通路２０への排気ガスの還流量を調整するための開閉可能なＥＧＲバルブ５６と、還流されるＥＧＲガスをエンジンの冷却水によって冷却するＥＧＲクーラ５７とが設けられている。当例では、このＬＰ−ＥＧＲ通路５５に設けられるＥＧＲバルブ５６およびＥＧＲクーラ５７が本発明のＥＧＲ装置に相当する。

このように排気ガスの一部を排気通路３０から吸気通路２０に還流させ、気筒２ａに導入される吸気の一部を新気から酸素濃度の低いＥＧＲガスに置換することにより、吸気全体としての酸素濃度を低下させる、ひいては燃焼温度を低下させることによりＮＯｘの発生を抑制するようになっている。その場合、エンジン本体１の運転状態に応じてＥＧＲバルブ５２、５６が開閉制御されることにより、ＨＰ−ＥＧＲ通路５１を通じて還流される高温高圧のＥＧＲガスの量とＬＰ−ＥＧＲ通路５５を通じて還流される高温高圧のＥＧＲガスの量とが上記運転状態に応じて調整される。

次に、上記エンジンの主に排気系の具体的な構造について図２を参照しつつ説明する。

図２は、上記エンジンの排気側の側面図である。なお、以下の説明中では、気筒２ａの配列方向（気筒列方向）をエンジンの前後方向として、特に言及しない限り、各部の「前」、「後」はこのエンジンの前後を基準とする。また、エンジンの前後方向と直交する方向をエンジンの幅方向とする。

同図に示すように、エンジン本体１の排気側の側面であって上記シリンダヘッド３の側面には、上記排気マニホールドの集合排気口３ａが形成されており、この集合排気口３ａに対応する位置に上記ターボ過給機６０が設けられている。

ターボ過給機６０は、図３に示すように、連結軸６２ｃが集合排気口３ａより上側に位置し、集合排気口３ａからほぼ水平に吐出される排気流をタービンケーシング６１ｂ内に形成されるタービン室６３で上向き案内し、上向きの旋回流（同図では時計回りの旋回流）を形成しながらタービン６２ｂを回転させる構成とされている。このようなターボ過給機６０によれば、同図に示すように、ターボ過給機６０の大部分が集合排気口３ａよりも上方に位置する。これにより、当該エンジンでは、エンジン本体１に対して当該ターボ過給機６０が全体的に上寄りに配置されている。

このターボ過給機６０は、同図に示すように、複数の可動ベーン６４を備える可変容量型過給機（ＶＧＴ：ＶａｒｉａｂｌｅＧｅｏｍｅｔｒｙＴｕｒｂｏ）であり、タービン６２ｂへの排気ガスの流れを前記可動ベーン６４により調整することでタービン効率を変更可能に構成されている。すなわち、同図に示すように、タービン室６３には、略中央部に配置されたタービン６２ｂの周囲を取り囲むように複数の可動ベーン６４が配されている。これらの可動ベーン６４は、タービン室６３の側壁に回転可能に支持される支持軸６５に固定されている。そして、これらの可動ベーン６４が支持軸６５を中心として各々同図において反時計回りに揺動すると、隣設する可動ベーン６４同士が接近して、隣設する可動ベーン６４間に形成されるノズルの開度が絞られる一方、可動ベーン６４が時計回りに揺動すると、隣設する可動ベーン６４間に形成されるノズルの開度が大きくなるように構成されている。つまり、排気ガスの流量の少ないときには、ノズル開度を絞ることで高い過給効率を得ることができ、他方、排気ガスの流量が大きいときには、ノズル開度を緩める（大きくする）ことで通気抵抗を低減して過給効率を高めることができるようになっている。

詳細図を省略しているが、可動ベーン６４の駆動機構は、タービンケーシング６１ｂに回転可能に支持されるリング部材６６と、このリング部材６６の正逆回転に伴い各支持軸６５が正逆回転するように、当該リング部材６６と各支持軸６５とを連結する複数の連結部材６７と、タービンケーシング６１ｂに進退可能に支持されるロッド６９と、当該ロッド６９の進退に伴いリング部材６６を正逆回転するように当該ロッド６９とリング部材６６とを連結するリンク６８と、ロッド６９を前退駆動する図外の負圧アクチュエータとを含む。つまり、駆動機構は、負圧アクチュエータによるロッド６９の直線運動を、リンク６８、リング部材６６及び連結部材６７を介して上記各支持軸６５の回転運動に変換し、各可動ベーン６４を揺動させる。

図２に戻って、エンジン本体１の排気側の側面であって、上記ターボ過給機６０のエンジン前側の位置には上記ＤＯＣ３１が配置されている。このＤＯＣ３１は、上記の通り、排気ガス中のＣＯおよびＨＣを酸化することにより無害化するものである。

ＤＯＣ３１は、図４に示すように、触媒物質（例えば、白金、パラジュームなど）が担持される円柱状のモノリス担体７０と、この担体７０を横向き（中心軸が水平になる姿勢）で収容するケーシング７１（容器）とを含む。ケーシング７１は、前後方向に貫通する筒状であり、後端（ターボ過給機６０側）にガス導入口７２を、前端にガス導出口７３を各々備えている。ガス導入口７２とガス導出口７３とは前後方向に対向しており、これらの中心はターボ過給機６０の連結軸６２ｃとほぼ同一軸線上に存在する。

ケーシング７１は、ガス導入口７２から導入される排気ガスが担体７０のうち主にその下部領域７０ａ（図５に示す）を通過してガス導出口７３から排出されるように形成されている。具体的には、ガス導入口７２およびガス導出口７３を通る中心線Ｃ１に対して担体７０の中心線Ｃ２が上方にオフセットされるようにケーシング７１が形成されている。この構成により、エンジン本体１に対して当該ＤＯＣ３１が全体的に上寄りに配置されている。当例では、ガス導入口７２およびガス導出口７３の各中心線は共通しているが、多少ずれていても、全体としてガス導入口７２およびガス導出口７３の各中心線に対して担体７０の中心線Ｃ２が上方にオフセットされていればよい。

なお、ケーシング７１のうち担体７０より後側部分は、ガス導入口７２から担体７０の周縁に向かって広がる漏斗状に形成されており、担体７０よりも前側部分は、担体７０の周縁からガス導出口７３に向かって窄まる漏斗状に形成されている。

そして、上記のようにエンジン本体１に対してターボ過給機６０及びＤＯＣ３１が上寄りに配置されることによって当該ターボ過給機６０及びＤＯＣ３１の下方に形成されたスペースにＤＰＦ３２およびＥＧＲバルブ５６が配置されている。

ＤＰＦ３２は、ＤＯＣ３１のほぼ真下の位置に当該ＤＯＣ３１に近接して配置されている。このＤＰＦ３２は、その前端がＵ字状配管３０ａ（排気通路３０の一部）を介してＤＯＣ３１の前端に接続されている。これにより上記ガス導出口７３を介してＤＯＣ３１から排出される排気ガスがＤＰＦ３２前端の図外のガス導入口から当該ＤＰＦ３２内に導入される。

なお、図示を省略しているが、ＤＰＦ３２とＤＯＣ３１とは、金属製のカバーにより外側から一体に覆われており、これにより、ＤＯＣ３１およびＤＰＦ３２の放熱を抑制するとともに、車両搭載時の周辺機器を当該ＤＯＣ３１およびＤＰＦ３２から遮熱するようになっている。

ＤＰＦ３２の後端には、上記サイレンサ３４に繋がる主排気管３０ｂ（排気通路３０の一部／本発明の排気管に相当する）が接続されている。この主排気管３０ｂは、ＤＰＦ３２の後端部からエンジン本体１の幅方向外側に向かってやや斜め下向きに伸びている。

そして、この主排気管３０ｂのうち後側の側面（つまり、反ＤＰＦ３２側の側面）に設けられた取付部（図示省略）にＥＧＲクーラ５７が固定され、このＥＧＲクーラ５７の後側にＥＧＲバルブ５６が固定されている。これによりＥＧＲクーラ５７およびＥＧＲバルブ５６がＤＰＦ３２の後側であってかつ上記ターボ過給機６０のほぼ真下の位置に配置されている。

上記ＥＧＲバルブ５６の後側には、上記ＬＰ−ＥＧＲ通路５５を構成するＥＧＲ配管５５ａの上流側の端部が接続されている。そしてこのＥＧＲ配管５５ａの下流側の端部が上流側吸気配管２０ａ（吸気通路２０の一部）に接続されている。上流側吸気配管２０ａは、エアクリーナ２１とターボ過給機６０のコンプレッサ６２ａとの間の吸気通路２０を構成するものであり、ターボ過給機６０のコンプレッサケーシング６１ａに後側から接続されている。ＥＧＲ配管５５ａは、この上流側吸気配管２０ａとコンプレッサケーシング６１ａとの接続部分の近傍位置において当該上流側吸気配管２０ａの途中部分に接続されている。

なお、図２中の符号２０ｂは、ターボ過給機６０のコンプレッサケーシング６１ａに接続された下流側吸気配管である。この下流側吸気配管２０ｂは、上記インタークーラ２２とターボ過給機６０のコンプレッサ６２ａとの間の吸気通路２０を構成するものである。また、同図中の符号５８は、エンジン本体１内に溜まったブローバイガスを吸気通路２０に導入するためのブローバイガス配管（通路）５８である。このブローバイガス配管５８は、上記シリンダヘッドカバー５と上記上流側吸気配管２０ａとの間を互いに接続している。

このディーゼルエンジンでは、図２中に一点鎖線矢印で示すように、エンジン本体１（シリンダヘッド３）の集合排気口３ａから吐出された排気ガスは、ターボ過給機６０に導入されてタービン６２ｂを回転させる。そして、ＤＯＣ３１を前後方向に通過し、さらにＤＯＣ３１の前方で反転してＤＰＦ３２に導入され、ＤＰＦ３２を前後方向に通過した後、主排気管３０ｂを通じてサイレンサ３４に案内される。また、同図中に破線矢印で示すように、ＤＰＦ３２を通過した排気ガスの一部が、ＥＧＲクーラ５７及びＥＧＲバルブ５６を介して上流側吸気配管２０ａに還流される。

以上のようなエンジンによれば、ターボ過給機６０、ＤＯＣ３１、ＤＰＦ３２及びＥＧＲ装置（ＥＧＲバルブ５６及びＥＧＲクーラ５７）がエンジン本体１の一側面に集約されてコンパクトに配置される。そのため、エンジンの大型化を抑制することができ、いわゆるダウンサイジングにも都合が良いものとなる。しかも、このようにターボ過給機６０、ＤＯＣ３１、ＤＰＦ３２およびＥＧＲ装置が一側面に集約して配置される結果、これらの周辺の雰囲気温度が比較的高く保たれる。そのため、排気ガスからの放熱が抑制され、ＤＯＣ３１の活性化促進およびＤＰＦ３２の再生（酸化反応）促進に寄与するものとなる。ディーゼルエンジンはもともと燃焼効率が高く、ガソリンエンジンに比べて排気ガスの温度が低くなる傾向があるが、ＥＧＲが行われる場合には特に排気ガスの温度が低くなり、ＤＯＣ３１の活性化温度やＤＰＦ３２の再生温度を維持することが難しくなるおそれがある。この点、上記構成によれば、ＤＯＣ３１の活性化温度やＤＰＦ３２の再生温度を維持し易くなるため、エンジンのコンパクト化を図りながら、ＤＯＣ３１の活性化促進およびＤＰＦ３２の再生促進を図ることが可能となる。

さらに、このエンジンでは、集合排気口３ａから吐出される排気ガスを上向きに案内し、上向きの旋回流を形成しながらタービン６２ｂを回転させるようにターボ過給機６０が構成されることで、エンジン本体１に対してターボ過給機６０が全体的に上寄りに配置されており、さらに、ガス導入口７２およびガス導出口７３を通る中心線Ｃ１に対して担体７０の中心線Ｃ２が上方にオフセットされるようにＤＯＣ３１が構成されることで、エンジン本体１に対してＤＯＣ３１が全体的に上寄りに配置されている。つまり、エンジン本体１に対してターボ過給機６０及びＤＯＣ３１を全体的に上寄りに配置した上で、これらターボ過給機６０及びＤＯＣ３１の下方スペースにＤＰＦ３２及びＥＧＲ装置が配置されている。よって、エンジン本体１が比較的小型の場合、若しくはターボ過給機６０やＤＯＣ３１が比較的大型の場合でも、ターボ過給機６０及びＤＯＣ３１の下方に無理なくＤＰＦ３２及びＥＧＲ装置を配置することができるという利点がある。当例では、ターボ過給機６０は、可変容量型ターボ過給機であり、上記の通り可動ベーン６４とその駆動機構を備えるために、全体が径方向（タービン６２ｂの径方向）に大型化する傾向がある。しかし、上記のような構成が採用されている結果、当例では、ターボ過給機６０が可変容量型のものでありながらも、その下方に無理なくＥＧＲ装置が配置されている。

また、ＤＯＣ３１の活性化促進に関して次のような利点もある。すなわち、ガス導入口７２およびガス導出口７３の中心線Ｃ１に対して担体７０の中心線Ｃ２が上方にオフセットされるようにＤＯＣ３１が構成される上記ＤＯＣ３１では、図５に示すように、排気ガスの主流（白抜矢印）が担体７０の下側を中心とする下部領域７０ａを主に通過し、それよりも上側の上部領域７０ｂは殆ど通過しない。しかし、上部領域７０ｂも排気ガスの主流から受ける熱気（破線矢印）で加熱され、その熱を蓄えることとなる。そのため、運転状態の変化（アクセルオフ等）により一時的に低温の排気ガスが下部領域７０ａを通過するような場合、当該下部領域７０ａの温度は低下するものの、排気ガスが殆ど通過しない上部領域７０ｂの温度はある程度高温に保たれることとなる。つまり、担体７０の上部領域７０ｂが蓄熱機能を発揮することで、担体７０全体としての著しい温度低下が抑制され、その後、高温の排気ガスが導入されることで、ＤＯＣ３１（担体７０）の温度が速やかに活性温度まで上昇することとなる。従って、上記のようなＤＯＣ３１の構成によれば、エンジンのコンパクトに寄与するのみならず、ＤＯＣ３１の活性化促進にも寄与することとなる。

また、上記エンジンによれば、ＤＯＣ３１を通過した排気ガスが、ＤＯＣ３１の前方で反転してＤＰＦ３２に導入され、当該ＤＰＦ３２を前後方向に通過するようにＤＯＣ３１とＤＰＦ３２がＵ字状配管３０ａを介して接続されていることで、ＤＯＣ３１とＤＰＦ３２とが上下方向に非常に接近した配置となっている。よって、過給機６０及びＤＯＣ３１とＥＧＲ装置及びＤＰＦ３２とを上下方向により効果的に集約（接近）して配置することができるという利点もある。なお、ＤＯＣ３１およびＤＰＦ３２は上記の通りカバーによって外側から覆われるが、このようにＤＯＣ３１及びＤＰＦ３２を近接して配置できる分、当該カバーをコンパクト化できるという利点もある。

ところで、以上説明したディーゼルエンジンは、本発明に係るエンジンの排気装置が適用されたエンジンの好ましい実施形態の例示であって、ディーゼルエンジンやその排気装置の具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

また、上記実施形態では、本発明をディーゼルエンジンに適用したが、これに限らず、ガソリンエンジンに適用してもよい。

１エンジン本体１
２シリンダブロック
３シリンダヘッド
３ａ集合排気口
４オイルパン
５シリンダヘッドカバー
２０吸気通路
３０排気通路
３１ＤＯＣ（触媒装置）
３２ＤＰＦ（排気処理装置）
５１ＨＰ−ＥＧＲ通路
５５ＬＰ−ＥＧＲ通路
５６ＥＧＲバルブ（ＥＧＲ装置）
５７ＥＧＲクーラ（ＥＧＲ装置）
６０ターボ過給機
６１ａコンプレッサケーシング
６１ｂタービンケーシング
６２ａコンプレッサ
６２ｂタービン

Claims

複数の気筒を備えたエンジンの排気装置であって、
各気筒に通じかつ気筒列方向と直交するエンジン幅方向の一側面に開口する集合排気口を有する排気多枝通路を内部に備えたシリンダヘッドを有するエンジン本体と、
前記エンジン本体の前記一側面側に配置され、前記集合排気口から排出される排気ガスによりタービンを回転させて吸入空気を圧縮するターボ過給機と、
前記気筒列方向において前記ターボ過給機に隣設され、当該ターボ過給機を経由した排気ガス中の特定成分に反応して当該特定成分を無害化する触媒装置と、
前記触媒装置を経由した排気ガス中の特定成分を捕集する排気処理装置と、
前記排気処理装置を経由した排気ガスの一部を吸気通路に還流させるためのＥＧＲ装置と、を含み、
前記ターボ過給機は、当該集合排気口から排出される排気ガスを上向きに案内し、上向きの旋回流を形成しながらタービンを旋回させるように構成され、
前記触媒装置は、触媒物質が担持される担体と、この担体を収容するとともに前記排気ガスが当該担体のうち主に下部領域を前記気筒列方向に通過するように当該担体の前記下部領域の両側に排気ガスの導入口及び導出口を備える容器とを備えており、
前記ＥＧＲ装置および前記排気処理装置は、前記ターボ過給機および前記触媒装置の下側に、互いに前記気筒列方向に並んだ状態で配置されている、ことを特徴とするエンジンの排気装置。
請求項１に記載のエンジンの排気装置において、
ターボ過給機を経由した排気ガスが前記触媒装置を前記気筒列方向に通過した後、反転して前記排気処理装置に導入され、当該排気処理装置を前記気筒列方向に通過するように前記触媒装置と前記排気処理装置とが互いに接続されている、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、
前記ターボ過給機は、可動ベーンを有し、この可動ベーンの作動により前記タービンに流入する排気ガスの流速を調整することが可能な可変容量型のターボ過給機である、ことを特徴とするエンジンの排気装置。
請求項１乃至３の何れか一項に記載のエンジンの排気装置において、
前記排気処理装置は、排気ガス中の微粒子を捕集するものであり、
前記ＥＧＲ装置は、前記吸気通路に還流される排気ガスを冷却するＥＧＲクーラと前記吸気通路に還流される排気ガス量を調整するＥＧＲ弁を含む、ことを特徴とするエンジンの排気装置。
請求項４に記載のエンジンの排気装置において、
前記排気処理装置に接続され、当該排気処理装置を通過した排気ガスを前記エンジン幅方向外向きに案内する排気管を含み、この排気管のうち、反排気処理装置側の側面に前記ＥＧＲ装置が組付けられている、ことを特徴とするエンジンの排気装置。