特開 2020-197174 エンジンの排気構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-197174(P2020-197174A)

(43)【公開日】2020年12月10日

(54)【発明の名称】エンジンの排気構造

(51)【国際特許分類】

   F02B 77/11 20060101AFI20201113BHJP

   F01N 3/26 20060101ALI20201113BHJP

   F01N 13/14 20100101ALI20201113BHJP

【ＦＩ】

   F02B77/11 D

   F01N3/26 A

   F01N13/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2019-104498(P2019-104498)

(22)【出願日】2019年6月4日

(71)【出願人】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】南雲 活広

(72)【発明者】

【氏名】長崎 博志

(72)【発明者】

【氏名】上刎 慶幸

(72)【発明者】

【氏名】初崎 央

【テーマコード（参考）】

3G004

3G091

【Ｆターム（参考）】

3G004AA01

3G004EA05

3G004FA04

3G004GA04

3G091AA02

3G091AA28

3G091AB02

3G091AB13

3G091BA04

3G091BA15

3G091BA19

3G091HA15

(57)【要約】

【課題】エンジン４の側方に配置した触媒装置９が温度の低いエンジン４によって熱を奪われて温度が低下することを抑制する。
【解決手段】エンジン４と触媒装置９の間において縦壁となるように配置された遮熱用のインシュレータ３２を備えている。インシュレータ３２は、エンジン４と触媒装置９の間を触媒装置９の側面に沿って延び、その延設された端部にエンジン４側から触媒装置９の端面側に逸れ曲がった曲り部３２ａを備えている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンの側方に配置され、該エンジンから排出される排気ガスを浄化する触媒装置と、
上記エンジンと上記触媒装置の間に配置された遮熱用のインシュレータとを備え、
上記インシュレータは、上記エンジンと上記触媒装置の間において縦壁となるように該触媒装置の側面に沿って延びる縦壁部を備え、該縦壁部の触媒装置の側面に沿って延設された端部に上記エンジン側から上記触媒装置の端面側に逸れ曲がった曲り部とを備えていることを特徴とするエンジンの排気構造。

【請求項2】

請求項１において、
上記インシュレータは上記エンジンと上記触媒装置の下部の間に配置された下部インシュレータであり、
さらに、上記エンジンと上記触媒装置の上部との間に縦壁となるように配置された遮熱用の上部インシュレータを備え、
上記上部インシュレータの上端から上記触媒装置を上から覆うカバーが延設されていることを特徴とするエンジンの排気構造。

【請求項3】

請求項１又は請求項２において、
上記エンジンの端部から上記触媒装置の端部側に張り出した、上記触媒装置を上記エンジンに支持する板状ブラケットを備え、
上記板状ブラケットは、その板面が縦になった部分を備え、上記エンジンと上記触媒装置の間の少なくとも一部を塞いでいることを特徴とするエンジンの排気構造。

【請求項4】

請求項２を引用する請求項３において、
上記触媒装置は、上記エンジンの上部の側方を該エンジンの長手方向に延びる上流側触媒と、該上流側触媒に接続され上記エンジンの下部の側方を該エンジンの長手方向に延びる下流側触媒とを備え、
上記下部インシュレータは、上記エンジンの下部と上記下流側触媒の間に配置されており、
上記上部インシュレータは、上記エンジンの上部と上記上流側触媒の間に配置されており、
上記上流側触媒を間に挟んで上記板状ブラケットの反対側に配置され、上記上流側触媒のまわりを当該反対側から覆う遮熱用のインシュレータを備えていることを特徴とするエンジンの排気構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はエンジンの排気構造に関する。

【背景技術】

【0002】

エンジンの排気管には排気ガスを浄化する触媒装置が設けられている。触媒装置によって排気ガスを浄化するためには、触媒装置の温度を所定温度以上に保つ必要がある。その一方で、触媒装置の温度が高くなりすぎると、触媒の劣化を招く等の不具合がある。従って、触媒装置の温度管理は重要である。

【0003】

特許文献１には、縦置きエンジンの前側の複数気筒から排気ガスを排出する前側排気マニホールドと、該エンジンの後側の複数気筒から排気ガスを排出する後側排気マニホールドとを備えた排気構造が記載されている。前後の排気マニホールド各々には触媒装置が接続されている。この両触媒装置は縦置きエンジンの側方に前後に間隔をおいて配置されている。前後の排気マニホールド及び前後の触媒装置の上部は１つのインシュレータによって側方から覆われている。

【0004】

この文献１の排気構造は、インシュレータを走行風のガイドとして用い、前後の排気マニホールド及び前後の触媒装置を走行風によって均等に冷却するものである。そのために、インシュレータは、その前端に上下に並ぶ２つの走行風取入口を備えている。下側の走行風取入口から入った走行風が前側の排気マニホールドに当たり、上側の走行風取入口から入った走行風が後側の排気マニホールドに当たるように、インシュレータの内部が隔壁によって仕切られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１７−２１７９９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、車両を停車状態にしたときは、エンジンの停止に伴ってその温度が低下する。そうすると、エンジンの側方に配置された触媒装置は、温度が低いエンジン側に熱を奪われて温度が下がっていく。その場合、車両走行のためにエンジンの稼働を再開したとき、触媒装置の温度が低くなっていて、排気ガスを効率良く浄化することができないことが懸念される。

【0007】

そこで、本発明は、エンジンの側方に配置した触媒装置が温度の低いエンジンによって熱を奪われて温度が低下することを抑制する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、上記課題を解決するために、エンジンと触媒装置の間に遮熱用のインシュレータを配置した。

【0009】

ここに開示するエンジンの排気構造は、
エンジンの側方に配置され、該エンジンから排出される排気ガスを浄化する触媒装置と、
上記エンジンと上記触媒装置の間に配置された遮熱用のインシュレータとを備え、
上記インシュレータは、上記エンジンと上記触媒装置の間において縦壁となるように該触媒装置の側面に沿って延びる縦壁部を備え、該縦壁部の上記触媒装置の側面に沿って延設された端部に上記エンジン側から上記触媒装置の端面側に逸れ曲がった曲り部を備えていることを特徴とする。

【0010】

この構造によれば、触媒装置からエンジンに向かう輻射熱がインシュレータによって遮られる。よって、触媒装置は、エンジンによって熱を奪われることが抑制される。しかも、インシュレータの縦壁部の端部にエンジン側から触媒装置の端面側に逸れ曲がった曲り部が設けられているから、触媒装置からエンジン側に熱が逃げることがさらに抑制され、触媒装置の温度保持に有利になる。

【0011】

一実施形態では、上記インシュレータは上記エンジンと上記触媒装置の下部の間に配置された下部インシュレータであり、
さらに、上記エンジンと上記触媒装置の上部との間に縦壁となるように配置された遮熱用の上部インシュレータを備え、
上記上部インシュレータの上端から上記触媒装置を上から覆うカバーが延設されている。

【0012】

これによれば、触媒装置の上部からエンジン側に熱を奪われることが上記インシュレータによって抑制される。さらに、触媒装置によって加熱された熱気が下部インシュレータ及び上部インシュレータに沿って上昇するものの、その熱気がカバーの下に滞留するから、触媒装置の温度保持に有利になる。

【0013】

一実施形態では、上記エンジンの端部から上記触媒装置の端部側に張り出した、上記触媒装置を上記エンジンに支持する板状ブラケットを備え、
上記板状ブラケットは、その板面が縦になった部分を備え、上記エンジンと上記触媒装置の間の少なくとも一部を塞いでいる。

【0014】

従って、エンジンと触媒装置の間から熱が逃げることが板状ブラケットによって抑制されるから、触媒装置の温度保持に有利になる。

【0015】

一実施形態では、上記触媒装置は、上記エンジンの上部の側方を該エンジンの長手方向に延びる上流側触媒と、該上流側触媒に接続され上記エンジンの下部の側方を該エンジンの長手方向に延びる下流側触媒とを備え、
上記下部インシュレータは、上記エンジンの下部と上記下流側触媒の間に配置されており、
上記上部インシュレータは、上記エンジンの上部と上記上流側触媒の間に配置されており、
上記上流側触媒を間に挟んで上記板状ブラケットの反対側に配置され、上記上流側触媒のまわりを当該反対側から覆う遮熱用のインシュレータを備えている。

【0016】

従って、触媒装置から板状ブラケットの反対側に熱が逃げることがインシュレータによって抑制されるから、触媒装置の温度保持に有利になる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、エンジンと触媒装置の間に配置された遮熱用のインシュレータとを備え、このインシュレータは、エンジンと触媒装置の間において縦壁となるように該触媒装置の側面に沿って延び、その延設された端部にエンジン側から触媒装置の端面側に逸れ曲がった曲り部を備えているから、触媒装置からエンジン側に熱が奪われることが抑制され、触媒装置の温度保持に有利になる。よって、エンジンの稼働を再開したときの排気ガスの処理に有利になる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】車両の前部の概略側面図。

【図2】車両の前部の正面図。

【図3】エンジン及び触媒装置の正面図。

【図4】エンジン及び触媒装置の側面図。

【図5】触媒装置を含む排気系部品を除いて示すエンジンの側面図。

【図6】触媒装置を含む排気系部品を除いて示すエンジンの正面図。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

【0020】

＜車両前部の概略構成＞
図１に示す車両１の前部において、２はボンネット３で覆われたエンジンルーム、４は直列多気筒エンジン、５はエンジンルーム２と車室を仕切るダッシュパネルである。エンジン４は、そのクランクシャフトと平行な気筒列方向が車両前後方向に延びる姿勢で車両１に搭載された縦置きエンジンである。エンジン４の後方にトランスミッション６が配置されている。エンジンルーム２には、エンジン４の下面を下から覆うアンダーカバー７が設けられている。

【0021】

図２に示すように、車両１の前端部に車両１の走行風をエンジンルーム２に導入する走行風導入口８が開口している。走行風導入口８にはフロントグリル（図示省略）が取付けられる。

【0022】

＜エンジン及びその排気系の構成＞
図３に示すように、エンジン４を車両前側から見てその側方（排気マニホールドが存する側（同図の左側））に触媒装置９がエンジン４に近接して配置されている。触媒装置９はエンジン４から排出される排気ガスを処理する。図４に示すように、触媒装置９は上流側触媒１１と下流側触媒１２を備えてなる。

【0023】

本例の上流側触媒１１は、排気ガス中のＨＣ及びＣＯを酸化浄化する酸化触媒（ＤＯＣ）である。上流側触媒１１は、その軸心がエンジン４の上部側方、すなわち、シリンダヘッド１３の側方を該エンジン４の気筒列方向（車両前後方向）に延びており、排気ガスが車両前方に向かって流れる。エンジン４と上流側触媒１１は車両１の幅方向に並んでいる。図３から明らかなように、上流側触媒１１の幅はエンジン４の幅よりも狭くなっている。上流側触媒１１の上流端はターボ過給機１４のタービン１５の排気ガス出口に接続（直結）されている。タービン１５の排気ガス入口部１５ａは図５に示すエンジン４の２つの排気マニホールド各々の集合部１６に接続されている。２つの排気マニホールドの一方は、全気筒のうちの複数気筒から排気ガスを排出し、他方は、全気筒のうちの残りの複数気筒から排気ガスを排出する。いずれの排気マニホールドもエンジン４のシリンダヘッド１３の内部に組み込まれている。

【0024】

本例の下流側触媒１２は、排気ガス中のパティキュレートを捕集し燃焼除去する触媒付パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）である。下流側触媒１２は、上流側触媒１１の下方に配置され、その軸心がエンジン４の下部側方、すなわち、シリンダブロック１７の側方を該エンジン４の気筒列方向に延びており、排気ガスが車両後方に向かって流れる。エンジン４と下流側触媒１２は車両１の幅方向に並んでいる。図３から明らかなように、下流側触媒１２の幅はエンジン４の幅よりも狭くなっている。図４に示すように、上流側触媒１１の下流端と下流側触媒１２の上流端がエンジン４の前端側において接続されている。従って、排気ガスは、上流側触媒１１を車両前方に向かって流れ、上流側触媒１１と下流側触媒１２の接続部でＵターンして、下流側触媒１２を車両後方に向かって流れる。

【0025】

下流側触媒１２の下流端に続く排気管２１に、排気ガスの一部をエンジン４の吸気系に再循環させるＥＧＲ装置のＥＧＲクーラ２２が立設状態で接続されている。ＥＧＲクーラ２２は吸気系に再循環させる排気ガスを冷却する。ＥＧＲクーラ２２の上端に、排気ガスをターボ過給機１４のコンプレッサー２３側に導くＥＧＲ管２４が接続されている。排気管２１はフレキシブルチューブ２５を介してさらに下流側の排気管２６に接続されている。

【0026】

＜インシュレータ及びブラケット＞
エンジン４と触媒装置９の間には遮熱用の複数のインシュレータが設けられている。すなわち、図３乃至図５に示すように、エンジン４のシリンダヘッド１３と上流側触媒１１の間に縦壁となるように上部インシュレータ３１が配置されている。また、エンジン４のシリンダブロック１７と下流側触媒１２の間に縦壁となるように下部インシュレータ３２が配置されている。

【0027】

なお、図３乃至図６においては、インシュレータ３１，３２，３５，３６及び板状ブラケット３４については、その外形を明確にするため太線で表している。

【0028】

上部インシュレータ３１は、シリンダヘッド１３と上流側触媒１１の間を該上流側触媒１１の側面に沿ってエンジン４の気筒列方向（車両前後方向）に延びている。上部インシュレータ３１は上流側触媒１１の略全長にわたっている。上部インシュレータ３１には、その上端から上流側触媒１１の上に張出したカバー３３が設けられている。カバー３３は上流側触媒１１を上から覆っている。

【0029】

下部インシュレータ３２は、シリンダブロック１７と下流側触媒１２の間を該下流側触媒１２の側面に沿ってエンジン４の気筒列方向（車両前後方向）に延びる縦壁部を備えている。下部インシュレータ３２は下流側触媒１２の略全長にわたっている。下部インシュレータ３２のエンジン４の気筒列方向に延びた縦壁部のエンジン前端側の端部には、図３に示すように、エンジン４側から下流側触媒１２の前端面（車両前側の端面）側に逸れ曲がった曲り部３２ａが設けられている。曲り部３２ａは、車両前側から下流側触媒１２の前端面を一部覆うように、下部インシュレータ３２の上端から下端の範囲にわたって形成されている。図２に示すように、下部インシュレータ３２の前端の曲り部３２ａの少なくとも上部は、エンジンルーム２の走行風導入口８に相対するように臨んでいる。

【0030】

図３に示すように、エンジン４のシリンダヘッド４の前端部には、上流側触媒１１をエンジン４に支持する板状ブラケット３４が固定されている。図５及び図６にも示すように、板状ブラケット３４は、その板面が縦になった部分３４ａをを備え、下部インシュレータ３２の曲り部３２ａの上方において、エンジン４と上流側触媒１１の間の下部を車両前側から塞いでいる。

【0031】

図４及び図５に示すように、上流側触媒１１を間に挟んで板状ブラケット３４の反対側、つまり、車両後側には、遮熱用の２つのインシュレータ３５，３６が配置されている。すなわち、ターボ過給機１４の上半周側に後部上側インシュレータ３５が配置され、ターボ過給機１４の下半周側に後部下側インシュレータ３６が配置されている。

【0032】

図６に示すように、後部上側インシュレータ３５は、その板面を縦にして車両幅方向に広がっていて、上流側触媒１１の上側を車両後側から覆っている。後部下側インシュレータ３６は、その板面を縦にして車両幅方向に広がった部分を有し、上流側触媒１１の下側を車両後側から覆っている。インシュレータ３５，３６はターボ過給機１４に支持されている。

【0033】

なお、図３乃至図６において、３７はエンジン４のオイルパンである。

【0034】

＜インシュレータ及びブラケットの効果＞
［車両走行中］
車両１の走行中は、エンジン４の稼働により高温の排気ガスが触媒装置９に流れるから、触媒装置９の冷却が必要になる。トランスミッション６についてもその作動の信頼性確保のために冷却する必要がある。

【0035】

上記車両１の前部構造では、走行風導入口８からエンジンルーム２に導入された走行風の一部がエンジン４及び触媒装置９に向かう。その走行風は、エンジン４及び触媒装置９に遮られるため、これを外側に迂回するようにその両者の外周面に沿って車両後方へ流れる形になる。

【0036】

ここに、エンジン４と触媒装置９の下流側触媒１２の間には、下部インシュレータ３２が両者を隔てる縦壁となるように配置され、且つ下部インシュレータ３２の前端部がその両者の間から車両前方に臨んでいる。従って、エンジン４及び下流側触媒１２の両者に対して総体的に当たるかっこうになる当該走行風は、下部インシュレータ３２によってエンジン４側と下流側触媒１２側に分かれて車両後方へ流れる。そして、トランスミッション６はエンジン４の後方に配置されているから、エンジン４側に流れる走行風が主としてトランスミッション６の方に流れる。

【0037】

上記走行風の分流において、下流側触媒１２の幅がエンジン４の幅よりも狭いから、エンジン４側に流れてトランスミッション６に向かう走行風量が下流側触媒１２側に流れる走行風量よりも多くなる。特に、下部インシュレータ３２の前端部の曲り部３２ａが走行風の流れをエンジン４側に向けるから、エンジン４側に流れる走行風量が多くなる。

【0038】

エンジン４側に流れる走行風は、その一部がエンジン４をその吸気系側（図２及び図３において右側）に迂回して車両後方へ流れる。吸気系は触媒装置８が設けられている排気系に比べて温度が低いから、走行風が吸気系から受ける熱量が少ない。すなわち、エンジン４側に流れる走行風は、温度があまり上昇せず、比較的低い状態でトランスミッション６に向かう。また、下流側触媒１２側に流れて排気系側の熱で加熱される走行風がエンジン４側に流れる走行風に混ざることは、下部インシュレータ３２によって抑えられる。さらに、エンジン４側に流れる走行風が車両下方に抜けることがアンダーカバー７によって抑制される。そのため、エンジン４側に流れる走行風がトランスミッション６の方に流れやすくなる。

【0039】

このように、エンジン４側に流れてトランスミッション６に向かう走行風量が多くなり、しかも、その走行風の温度が比較的低いことから、トランスミッション６の冷却に有利になる。その一方で、下流側触媒１２にも、風量は少ないものの、走行風導入口８から導入される温度が低い走行風が当たるから、これを冷却することができる。

【0040】

また、板状ブラケット３４がエンジン４と上流側触媒１１の隙間を車両前側から塞ぐ形で設けられているから、この隙間を抜けて車両後方に流れる走行風量が少なくなる。この隙間を抜ける走行風は、エンジン４及び上流側触媒１１で加熱されて温度が高くなるところ、その抜け量が少なくなることにより、トランスミッション６の温度の上昇が抑制される。

【0041】

［車両の停車］
車両１が走行状態から停車すると、触媒装置９は、エンジン４の停止に伴って高温の排気ガスが供給されなくなるから、放熱によって冷えていく。触媒装置９が触媒の活性温度以下まで冷えてしまうと、車両１の運転を再開したときのエンジン４から排出される排気ガスの浄化性等が悪化する。問題となるのは、触媒装置９の輻射熱がエンジン４に伝わって、すなわち、触媒装置９がエンジン４に熱を奪われてその冷却が進んでしまうことである。

【0042】

これに対して、上記実施形態の排気構造によれば、上流側触媒１１からエンジン４に向かう輻射熱は上部インシュレータ３１によって遮られる。すなわち、その輻射熱がエンジン４に奪われず、上流側触媒１１と上部インシュレータ３１の間に滞留するから、上流側触媒１１の冷却が進むことが抑えられる。

【0043】

同じく、下流側触媒１２からエンジン４に向かう輻射熱は下部インシュレータ３２によって遮られる。すなわち、その輻射熱がエンジン４に奪われず、下流側触媒１２と下部インシュレータ３２の間に滞留するから、下流側触媒１２の冷却が進むことが抑えられる。特に、下部インシュレータ３２の前端部にはエンジン４側から下流側触媒１２の前端面側に逸れ曲がった曲り部３２ａが設けられているから、下流側触媒１２からエンジン４側に熱が逃げることがさらに抑制され、下流側触媒１２の温度保持に有利になる。

【0044】

また、下流側触媒１２で加熱された熱気が下部インシュレータ３２に沿って上昇し、さらに、上流側触媒１１によって加熱された熱気と共に上部インシュレータ３１に沿って上昇する。これに対して、上部インシュレータ３１には上流側触媒１１を上から覆うカバー３３が設けられているから、その熱気はカバー３３の下に滞留して放散が抑えられる。よって、上流側触媒１１及び下流側触媒１２の温度保持に有利になる。

【0045】

加えて、板状ブラケット３４がエンジン４と上流側触媒１１の隙間を車両前側から塞ぐ形で配置されている。従って、この隙間から車両前方に熱が逃げることが板状ブラケット３４によって抑制されるため、上流側触媒１１及び下流側触媒１２の温度保持に有利になる。

【0046】

さらに、上流側触媒１１のまわりから車両後方に熱が逃げることが後部上側インシュレータ３５及び後部下側インシュレータ３６によって抑制されるから、上流側触媒１１及び下流側触媒１２の温度保持に有利になる。

【0047】

よって、車両１の運転、すなわち、エンジン４の運転を再開したときに上流側及び下流側の触媒１１，１２による排気ガスの処理効率の低下が抑えられ、或いは触媒１１，１２を早期に活性化させて、排気ガスを処理することができる。

【0048】

なお、上記実施形態のエンジン４は縦置きであるが、気筒列方向を車両１の幅方向に配置する横置きエンジンであっても、上記インシュレータないしはブラケットの配置構造を採用することで、上記車両停車中の触媒装置９の保温を図ることができる。

【0049】

また、上記実施形態の下部インシュレータ３２は、触媒１２に沿って延びる縦壁部と曲り部３２ａが一体になっているが、縦壁部と曲り部は別体になっていてもよい。

【0050】

また、上部インシュレータ３１を設けることは必須ではないが、これを設けるケースにおいては、上部インシュレータ３１とカバー３３は別体にしてもよい。

【符号の説明】

【0051】

１ 車両
２ エンジンルーム
４ エンジン
６ トランスミッション
７ アンダーカバー
８ 走行風導入口
９ 触媒装置
１１ 上流側触媒
１２ 下流側触媒
３１ 上部インシュレータ
３２ 下部インシュレータ
３２ａ 曲り部
３３ カバー
３４ 板状ブラケット
３５ 後部上側インシュレータ
３６ 後部下側インシュレータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】