JP6310098B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。詳しくは、排気浄化装置からの放熱を遮熱するためのカバーを備える内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来、内燃機関の排気浄化装置本体からの放熱による周辺部品への熱影響を回避するべく、遮熱用のカバーを備える排気浄化装置が知られている。この遮熱用のカバーは、排気浄化装置本体の少なくとも一部を覆うことで、排気浄化装置本体からの放熱を遮熱する。

ところで、上記遮熱用のカバーは、排気浄化装置本体に接して設けられるため、排気系の振動を増幅して放射音を発生し、車両のＮＶＨに悪影響を与えることがある。そのため、例えば遮熱用のカバーに孔を設けたものや（例えば、特許文献１参照）、遮熱用のカバーの表面に凸状のリブを設けたものが開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特許第４０９４４２３号公報 特開２００２−１６１７３９号公報

しかしながら、特許文献１のようにカバーに孔を設けたものでは、カバーの本来的機能である遮熱機能が損なわれるうえ、孔開けのための加工が必要となり、製造コストが嵩むという課題がある。
また、特許文献２のようにカバーに凸状のリブを設けたものでは、プレス加工により安価に製造はできるものの、放射音を十分に低減できていないのが現状である。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、遮熱機能を損なうことなく低コストで放射音を低減できるカバーを備えた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は、内燃機関の排気通路（例えば、後述の排気管９）に設けられ、前記内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置本体（例えば、後述の排気浄化装置本体１０）と、前記排気浄化装置本体の少なくとも一部を覆うように設けられ、前記排気浄化装置本体からの放熱を遮熱する略四角形状のカバー（例えば、後述のカバー２）と、を備え、前記カバーは、その表面に形成された複数の凸状のリブ（例えば、後述の凸状のリブ２０）を有し、前記リブは、前記カバーの対角線（例えば、後述の対角線Ｄ）の交点（例えば、後述の交点Ｘ）を中心とする中心部（例えば、後述の中心部Ｃ）から放射状に形成された放射状リブ（例えば、後述の放射状リブ２１，上下放射状リブ２１ａ，２１ａ，左右放射状リブ２１ｂ，２１ｂ，右斜め放射状リブ２１ｃ，２１ｃ，左斜め放射状リブ２１ｄ，２１ｄ）と、前記交点を中心とした円周の全周に亘って連続して形成された周状リブ（例えば、後述の周状リブ２２）と、を有する内燃機関の排気浄化装置（例えば、後述の排気浄化装置１）を提供する。

本発明では、略四角形状のカバーの表面に、複数の凸状のリブを形成する。具体的には、カバーの対角線の交点を中心とする中心部から放射状に延びる放射状リブと、カバーの対角線の交点を中心とした円周の全周に亘って連続して延びる周状リブと、を形成する。
本発明によれば、放射状リブがカバーの中心部付近に密集して形成されることとなるため、この放射状リブによってカバーの中心部付近の振動を低減できる。また、放射状リブに加えて周状リブがカバーの外周部付近を分断することとなるため、これら放射状リブ及び周状リブによってカバーの外周部付近の振動を低減できる。従って、本発明によれば、カバーから発生する放射音を確実に低減できる。
また、本発明によれば、孔を形成する必要が無いため、遮熱機能が損なわれることがない。さらには、放射状リブ及び周状リブはプレス加工によりカバーと一体成形されるため、安価に製造できる。

前記排気通路には、排気のエネルギーを用いて吸気を加圧する過給機（例えば、後述の過給機８）のタービン（例えば、後述のタービン８１）が設けられ、前記排気浄化装置本体は、前記タービンの近傍に設けられることが好ましい。

この発明では、排気のエネルギーを用いて吸気を加圧する過給機のタービンを排気通路に設けるとともに、排気浄化装置本体をタービンの近傍に設ける。
これにより、タービンのホワール振動により顕著に発生する放射音（ホワール音）を確実に低減でき、上記発明の効果がより顕著に発揮される。

前記中心部は、略平坦な平坦面で形成されることが好ましい。

この発明では、カバーの対角線の交点を中心とする中心部を、略平坦な平坦面で形成する。
これにより、上述の放射状リブ同士が中心部で連結されることで、凸状の平面が連続して形成されるのを回避でき、放射音をより確実に低減できる。

本発明によれば、遮熱機能を損なうことなく低コストで放射音を低減できるカバーを備えた排気浄化装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を車両前方側から見た図である。 上記実施形態に係る排気浄化装置のカバーの斜視図である。 上記実施形態に係る排気浄化装置のカバーの平面図である。 実施例１のカバーのＣＡＥによる振動解析結果を示す図である。 実施例２のカバーのＣＡＥによる振動解析結果を示す図である。 比較例１のカバーのＣＡＥによる振動解析結果を示す図である。 比較例２のカバーのＣＡＥによる振動解析結果を示す図である。 比較例３のカバーのＣＡＥによる振動解析結果を示す図である。 比較例４のカバーのＣＡＥによる振動解析結果を示す図である。 比較例５のカバーのＣＡＥによる振動解析結果を示す図である。 比較例６のカバーのＣＡＥによる振動解析結果を示す図である。 比較例７のカバーのＣＡＥによる振動解析結果を示す図である。 比較例８のカバーのＣＡＥによる振動解析結果を示す図である。 実施例１のカバーを備える排気浄化装置を搭載した車両のエンジン前方音測定結果を示す図である。 実施例１のカバーを備える排気浄化装置を搭載した車両のエンジン上方音測定結果を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置１を車両前方側から見た図である。
本実施形態に係る排気浄化装置１は、図示しない各気筒の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンの車両前方側に配置される。具体的には、排気浄化装置１は、ディーゼルエンジンの直下で車両前方側の側面に沿って下方に延びる排気管９に、排気の流れ方向を下方に向けた状態で設けられる。この排気浄化装置１は、排気中のＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣを浄化するとともに、排気中の粒子状物質（以下、「ＰＭ」という。）を浄化する。

排気管９の上流側には、過給機８を構成するタービン８１が設けられる。即ち、排気浄化装置本体１０は、タービン８１の近傍（直下）に設けられる。タービン８１は、タービンハウジング８０内に収容され、排気管９を流通する排気の運動エネルギーにより回転駆動する。このタービン８１の回転駆動により、図示しない吸気管に設けられたコンプレッサが回転駆動されることで、吸気が加圧される。
タービン８１は、ホワール振動により放射音（ホワール音）を発生させ、騒音の要因となる。このタービン８１によるホワール音の発生については、後段で詳述する。

図１に示すように、排気浄化装置１は、排気浄化装置本体１０と、カバー２と、を備える。

排気浄化装置本体１０は、上流側に配置された排気浄化触媒部１１と、下流側に配置されたＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）１２と、これら排気浄化触媒部１１とＤＰＦ１２とを格納する単一のケース部材１３と、を備える。即ち、排気浄化触媒部１１とＤＰＦ１２は、単一のケース部材１３内において、互いに近接して配置される。

排気浄化触媒部１１は、排気中のＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣを浄化する。排気浄化触媒部１１は、排気浄化触媒が担持されたハニカム基材により構成され、図示しない保持マットを介してケース部材１３内に格納される。
ハニカム基材は、断面が略真円の円柱状に形成されたフロースルー型のハニカム基材である。ハニカム基材の材質としては、コーディエライト、アルミナチタネート又はムライトが挙げられる。
排気浄化触媒としては、酸化触媒やＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＣ）等のＮＯｘ触媒が用いられる。例えば、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｈのうち少なくとも一つの貴金属と、ゼオライトと、Ｂａと、Ｃｅと、を含む。この排気浄化触媒により、排気中のＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣが浄化される。

ＤＰＦ１２は、排気中のＰＭを捕集する。ＤＰＦ１２は、ＰＭ燃焼触媒が担持されたフィルタにより構成され、図示しない保持マットを介してケース部材１３内に格納される。
フィルタは、断面が略真円の円柱状に形成されたウォールフロー型のフィルタである。フィルタの材質としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、コーディエライト、アルミナチタネート又はムライトが挙げられる。
ＰＭ燃焼触媒は、フィルタの全体に略均一に担持され、これにより、フィルタで捕集されたＰＭが燃焼除去される。ＰＭ燃焼触媒としては、例えば、Ａｇと、Ｐｔ及びＰｄのうち少なくとも一つの貴金属と、を含むものが用いられる。このＡｇ系のＰＭ燃焼触媒は、最も優れたＰＭ酸化能を有するとともに、他のＰＭ燃焼触媒と比べてより低温からＰＭを酸化浄化できる。

ケース部材１３は、断面が略環状の略円筒状であり、上述したように排気浄化触媒部１１とＤＰＦ１２とを格納する。ここで、略環状には、真円環、楕円環、複数の円弧を有する環状が含まれる。ケース部材１３は、ＳＵＳ等の金属で構成される。
ケース部材１３は、中心軸線に沿って周方向に２分割された２つのケース半体から構成されるクラムシェル方式のケース部材である。ケース部材１３は、これら２つのケース半体を突き合わせ溶接して一体化することで形成される。

カバー２は、排気浄化装置本体１０の車両前方側を覆うように設けられ、排気浄化装置本体１０からの放熱を遮熱する。より詳しくは、カバー２は、排気浄化装置本体１０のうち、排気浄化触媒部１１が格納された上流側部分の車両前方側を覆うように設けられる。カバー２は、略円筒状のケース部材１３の外周側面形状に沿って緩やかに湾曲しており、ＳＵＳ等の金属からなる略矩形状の板状部材で形成される。

カバー２は、その四隅に凸状の締結部２９を有する。これら四隅の締結部２９にボルトＢが締結されることで、カバー２がケース部材１３に固定される。
カバー２は、その上端部に、カバー２の表面から膨出して上端の２つの締結部２９同士を連結する上端膨出部２８ａを有する。同様にカバー２は、その下端部に、カバー２の表面から膨出して下端の２つの締結部２９同士を連結する下端膨出部２８ｂを有する。
また、カバー２の表面には、従来と同様に不可避的に、排気センサを取り付けるためのセンサ取り付け孔Ｈが形成される。

カバー２は、上述のタービン８１により発生するホワール振動を抑制し、ホワール音を低減できる形状を有する。ここで、カバー２の形状を説明する前に、タービン８１により発生するホワール音の発生メカニズムについて説明する。
先ず、タービン８１では、タービン８１の回転エネルギーにより、加振力が発生する。すると、この加振力がベアリングに伝達されてベアリングが振動する。次いで、このベアリングの振動が、タービン８１を支持するロケーションピンを介してタービンハウジング８０に伝達される。これにより、タービンハウジング８０が振動し始め、ホワール振動が発生する。このホワール振動は、排気浄化装置本体１０やカバー２に伝達される。このホワール振動の周波数は６００〜８００Ｈｚであり、この周波数帯は人間にとって耳障りで不快な周波数帯である。

次に、カバー２の形状について、図１〜図３を参照しながら詳しく説明する。ここで、図２はカバー２の斜視図であり、図３はカバー２の平面図である。
図１〜図３に示すように、カバー２は、その表面に形成された複数の凸状のリブ２０を有する。これら凸状のリブ２０は、上述の上端膨出部２８ａ及び下端膨出部２８ｂが形成されたカバー２の上端部及び下端部を除く領域に、全面に亘って形成される。

図２に示すように、これら凸状のリブ２０は、いずれもその端部がＲ形状となっている。即ち、凸状のリブ２０は、滑らかな凸状に形成されている。これは、凸状のリブ２０は、プレス加工によりカバー２の表面に一体成形されるため、成形上の制約によるものである。

図１〜図３に示すように、凸状のリブ２０は、放射状リブ２１と、周状リブ２２と、を含んで構成される。
これら放射状リブ２１と周状リブ２２は、高さは略同一である。これら放射状リブ２１と周状リブ２２が互いに交わることで、連結された略平坦なリブ上面２０ａが形成される。

放射状リブ２１は、対角上に配置された締結部２９同士を結んで形成される対角線Ｄ同士の交点Ｘを中心とする中心部Ｃから、放射状に延びて形成される（図３参照）。具体的には、放射状リブ２１は、略４５度間隔で計８本形成される。即ち、放射状リブ２１は、中心部Ｃから上下鉛直方向に延びる上下放射状リブ２１ａ，２１ａと、中心部Ｃから左右水平方向に延びる左右放射状リブ２１ｂ，２１ｂと、これら上下放射状リブ２１ａ，２１ａと左右放射状リブ２１ｂ，２１ｂから等間隔の位置で中心部Ｃから左右斜め方向に延びる右斜め放射状リブ２１ｃ，２１ｃ及び左斜め放射状リブ２１ｄ，２１ｄと、を含んで構成される。

周状リブ２２は、交点Ｘを中心とした円周の全周に亘って連続して形成される（図３参照）。周状リブ２２は、中心部Ｃの外縁を構成する中心リブ２４の外側に形成される。
なお、周状リブ２２よりも外側に形成された外周リブ２３は、交点Ｘを中心とした円周上に形成されてはいるものの、その左右端部が連続しておらず途切れているため、本実施形態の周状リブを構成しない。

図１〜図３に示すように、各放射状リブ２１の幅は略同一であり、各周状リブ２２の幅は略同一である。ただし、放射状リブ２１の幅は、周状リブ２２の幅よりも大きく設定されている。
また、中心部Ｃは、略平坦な平坦面で形成される。この平坦面で形成された中心部Ｃによって、放射状リブ２１が分断され、凸状の平面が連続して形成されるのが回避されている。

以上の構成を具備する本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、略矩形状のカバー２の表面に、複数の凸状のリブ２０を形成した。具体的には、カバー２の対角線Ｄの交点Ｘを中心とする中心部Ｃから放射状に延びる放射状リブ２１（上下放射状リブ２１ａ，２１ａ，左右放射状リブ２１ｂ，２１ｂ，右斜め放射状リブ２１ｃ，２１ｃ，左斜め放射状リブ２１ｄ，２１ｄ）、カバー２の対角線Ｄの交点Ｘを中心とした円周の全周に亘って連続して延びる周状リブ２２を形成した。
本実施形態によれば、放射状リブ２１がカバー２の中心部Ｃ付近に密集して形成されることとなるため、この放射状リブ２１によってカバー２の中心部Ｃ付近の振動を低減できる。また、放射状リブ２１に加えて周状リブ２２がカバー２の外周部付近を分断することとなるため、これら放射状リブ２１及び周状リブ２２によってカバー２の外周部付近の振動を低減できる。従って、本実施形態によれば、カバー２から発生する放射音（ホワール音）を確実に低減できる。
また、本実施形態によれば、孔を形成する必要が無いため、遮熱機能が損なわれることがない。さらには、放射状リブ２１及び周状リブ２２はプレス加工によりカバー２と一体成形されるため、安価に製造できる。

また本実施形態では、排気のエネルギーを用いて吸気を加圧する過給機８のタービン８１を排気管９に設けるとともに、排気浄化装置本体１０をタービン８１の近傍（直下）に設けた。
これにより、タービン８１のホワール振動により顕著に発生するホワール音を確実に低減でき、上述の効果がより顕著に発揮される。

また本実施形態では、カバー２の対角線Ｄの交点Ｘを中心とする中心部Ｃを、略平坦な平坦面で形成した。
これにより、上述の放射状リブ２１同士が中心部Ｃで連結されることで、凸状の平面が連続して形成されるのを回避でき、ホワール音をより確実に低減できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。

上記実施形態では、本発明の排気浄化装置をディーゼルエンジンに適用したが、これに限定されない。例えば、本発明の排気浄化装置をガソリンエンジンに適用してもよい。

上記実施形態では、排気浄化装置本体のうち、排気浄化触媒部が格納された上流側部分の車両前方側を主として覆うようにカバーを設けたが、これに限定されない。例えば、排気浄化装置本体の全体を覆うようにカバーを設けてもよく、カバーの配置は周辺部品の配置に応じて適宜設定される。

上記実施形態では、周状リブとして、円周状の周状リブをカバーの表面に形成したが、これに限定されない。例えば、周状リブとして、四角形状や多角形状の周状リブをカバーの表面に形成してもよい。

次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

［実施例１〜２、比較例１〜８］
上記実施形態のカバーを実施例１とし、本発明の放射状リブ及び周状リブを備えるカバーを実施例２とした。
また、本発明の放射状リブ及び周状リブのうち少なくとも一方を備えておらず、本発明の範囲外である各種カバーを比較例１〜８とした。

［振動解析評価］
実施例１〜２及び比較例１〜８の各カバーについて、ＣＡＥ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）による振動解析を実施した。具体的には、各カバーにおいて、５×５の２５点について振動解析を実施した。結果を図４〜図１３に示す。なお、図４〜図１３中では、各カバーの平面図及び側面図を示し、各図中のｔは、各カバーの厚み（ｍｍ）を示している。

図４は、実施例１のカバーのＣＡＥによる振動解析結果を示す図である。実施例１のカバーの形状は、上述した通りである。図４に示すように、実施例１のカバーでは、ホワール周波数帯６００〜８００Ｈｚにおいて、振動レベルが上限レベルを下回っていることが確認された。

図５は、実施例２のカバーのＣＡＥによる振動解析結果を示す図である。実施例２のカバーの形状は、実施例１と比べて、周状リブが四角形状である他、外周リブが菱形である点において相違する。図５に示すように、この実施例２のカバーにおいても、ホワール周波数帯６００〜８００Ｈｚにおいて振動レベルが上限レベルを下回っていることが確認された。

図６〜図１３は、比較例１〜比較例８の各カバーのＣＡＥによる振動解析結果を示す図である。
比較例１及び比較例２のカバーは、凸状リブを一切有しておらず、両者は厚みが相違するのみである。比較例３のカバーは、縦方向（鉛直方向）及び横方向（水平方向）にのみ凸状リブが形成されたものである。比較例４のカバーは、斜め方向に延びる凸状リブのみが形成されたものである。比較例５、７及び８のカバーは、放射状リブは形成されているものの、周状リブは形成されていない（途中で途切れている）ものである。比較例６のカバーは、横方向（水平方向）にのみ凸状リブが形成されたものである。
これら図６〜図１３に示すように、本発明の範囲外である比較例１〜比較例８のカバーはいずれも、ホワール周波数帯６００〜８００Ｈｚにおいて振動レベルが上限レベルを超えていることが確認された。

［騒音評価］
実施例１のカバーを備える排気浄化装置を、過給機を備えるエンジンベンチに搭載して騒音評価を実施した。具体的には、通常想定される高負荷運転条件にて運転を実施し、そのときの騒音を、エンジンの前方及び上方から測定した。結果を図１４及び図１５に示す。

図１４は、実施例１のカバーを備える排気浄化装置を搭載した車両のエンジン前方音測定結果を示す図である。図１５は、実施例１のカバーを備える排気浄化装置を搭載した車両のエンジン上方音測定結果を示す図である。測定は、ｎ数を４として実施した。
これら図１４及び図１５に示すように、エンジンの前方音及び上方音いずれも、ホワール周波数帯６００〜８００Ｈｚにおける騒音レベルが上限レベルを下回っていることが確認された。この結果から、本発明のカバー形状によれば、ホワール音を低減できることが確認された。
また、他の周波数帯においても、騒音レベルが上限レベルを下回っていることも確認された。

１…排気浄化装置
２…カバー
８…過給機
９…排気管（排気通路）
１０…排気浄化装置本体
２０…凸状のリブ
２１…放射状リブ
２１ａ…上下放射状リブ（放射状リブ）
２１ｂ…左右放射状リブ（放射状リブ）
２１ｃ…右斜め放射状リブ（放射状リブ）
２１ｄ…左斜め放射状リブ（放射状リブ）
２２…周状リブ
８１…タービン
Ｃ…中心部
Ｄ…対角線
Ｘ…交点

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置本体と、
   前記排気浄化装置本体の少なくとも一部を覆うように設けられ、前記排気浄化装置本体からの放熱を遮熱する略四角形状のカバーと、を備え、
   前記カバーは、その表面に形成された複数の凸状のリブを有し、
   前記リブは、前記カバーの対角線の交点を中心とする中心部から放射状に形成された放射状リブと、前記交点を中心とした円周の全周に亘って連続して形成された周状リブと、を有する内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記排気通路には、排気のエネルギーを用いて吸気を加圧する過給機のタービンが設けられ、
   前記排気浄化装置本体は、前記タービンの近傍に設けられる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記中心部は、略平坦な平坦面で形成される請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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