JP2018150928A - エンジンの排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガス流れによる悪影響を抑えて差圧の検出精度を向上させ且つ安定化させたエンジンの排気装置を提供する。【解決手段】差圧検出装置８の下流側圧力取出部８２を、ＧＰＦ終端部７の排気ガス出口７１と、その排気ガス出口７１から離間した位置に設けられたＥＧＲ用排気ガス案内路７２Ａとの間に配置させ、ＧＰＦ３下流側の安定した静圧を取り出せるようにした。【選択図】図５

Description

本発明は、エンジンの排気装置に関するものである。

従来より、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の自動車エンジンの排気経路の上流に、排気ガス中のパティキュレートマターを浄化するためのパティキュレートフィルタが配設されることが行われている。

排気ガス中のパティキュレートマターは、パティキュレートフィルタの隔壁に捕集され、一定量堆積されたところで、焼却除去される。

そして、パティキュレートマターの堆積量は、パティキュレートフィルタよりも上流側と下流側の排気ガスの差圧（排気ガスの圧力差）を検出することにより行われることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２５６８０５号公報

ところで、パティキュレートフィルタの上流側と下流側との差圧を検出するために、排気ガスを当該上流側及び下流側からそれぞれ取り出すが、排気装置の構造いかんによっては、差圧を検出するための排気ガスが排気経路の排気ガスの流れの影響を受けて、検出される差圧の信頼性が低くなることが懸念される。

そこで、本発明は、排気ガス流れによる悪影響を抑えて、差圧検出手段の信頼性を向上させることを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、パティキュレートフィルタ下流側の差圧検出用排気ガスの取出部を排気ガス排出口とＥＧＲガス取出口との間に配置し、排気ガスの流れに伴う動圧が差圧検出に大きく影響しないようにした。

ここに開示するエンジンの排気装置は、
エンジンの排気経路上に配設され、該エンジンから排出される排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ本体がフィルタケースに収容されてなるパティキュレートフィルタと、
前記フィルタ本体よりも排気ガス流れ方向上流側の排気ガスと前記フィルタ本体よりも排気ガス流れ方向下流側の排気ガスとの差圧を検出する差圧検出手段とを備え、
前記差圧検出手段は、
前記フィルタ本体よりも排気ガス流れ方向上流側の排気ガスを取り出す上流側排気ガス取出部と、
前記フィルタ本体よりも排気ガス流れ方向下流側の排気ガスを取り出す下流側排気ガス取出部と、
前記上流側排気ガス取出部及び前記下流側排気ガス取出部により取り出した排気ガスから前記差圧を検出する差圧検出部とを備え、
前記フィルタケースの下流側の端部には、排気ガス排出口とＥＧＲガス取出口とが設けられ、
前記差圧検出手段の前記下流側排気ガス取出部は、前記フィルタケースの下流側の端部の前記排気ガス排出口と前記ＥＧＲガス取出口との間に配置されていることを特徴とする。

これによれば、下流側排気ガス取出部が排気ガス排出口とＥＧＲガス取出口の間に配置されているから、該取出部から取り出される差圧検出用の排気ガスは、排気ガス排出口及びＥＧＲガス取出口各々に向かう排気ガスの流れに伴う動圧の影響を大きく受けることがなくなる。よって、差圧検出の信頼性向上に有利になる。

一実施形態では、前記フィルタケースの排気ガス流れ方向上流側に接続されたＬ字状に屈曲したＬ字状排気管と、
前記Ｌ字状排気管におけるＬ字状の曲がりの外周側壁の、当該Ｌ字状の屈曲部から前記フィルタ本体の方に離隔した部位に形成された外側へ凹んだ段部とを備え、
前記差圧検出手段の上流側排気ガス取出部が前記段部に設けられている。

これによれば、排気ガスがＬ字状排気管におけるＬ字状の曲がりの外周側壁に沿って流れるものの、この外周側壁の外側へ凹んだ段部の付近では排気ガスの流れが穏やかになる。そうして、上流側排気ガス取出部は排気ガスの流れが穏やかになる当該段部に設けられているから、該取出部から取り出される差圧検出用の排気ガスは、排気ガスの流れに伴う動圧の影響を大きく受けることがなくなる。

一実施形態では、前記Ｌ字状排気管の上流部には、排気ガスを浄化するための触媒が接続されており、
前記パティキュレートフィルタの軸方向に視て、前記触媒の下流部が前記フィルタ本体の上流側の端面の一部に重なっている。

これによれば、触媒の上流端からパティキュレートフィルタの下流端までの距離を短縮化できるから、排気装置のコンパクト化に有利になるととともに、排気ガスを温度があまり低下しない状態でパティキュレートフィルタに流入させることができ、該フィルタの再生（ＰＭの燃焼除去）に有利になる。

一実施形態では、前記パティキュレートフィルタは、排気ガスが横方向に通過するように横置きにされていて、
前記フィルタケースの排気ガス流れ方向上流側に接続されたＬ字状に屈曲したＬ字状排気管を備え、
前記差圧検出手段の上流側排気ガス取出部及び下流側排気ガス取出部は、それぞれ前記Ｌ字状排気管の下部及び前記フィルタケースの下流側の端部の下部に配置されており、
前記差圧検出手段の差圧検出部は、前記パティキュレートフィルタの上側辺りに配置されている。

これによれば、差圧検出部をパティキュレートフィルタの上側辺りに配置することで、差圧検出部に対する作業性が向上する。また、上流側排気ガス取出部及び下流側排気ガス取出部各々と差圧検出部との距離をある程度確保することで、排気ガス取出用の配管作業性が向上する。

一実施形態では、前記ＥＧＲガス取出口に接続され、前記Ｌ字状排気管におけるＬ字状の曲がりの外周側に対応する前記パティキュレートフィルタの側方を通るように設けられたＥＧＲガス取出管と、
前記パティキュレートフィルタの側方に配置され、前記ＥＧＲガス取出管を支持するＥＧＲ管支持部材と、
前記上流側排気ガス取出部と前記差圧検出部を接続する上流側排気ガス取出管と、
前記ＥＧＲガス取出管に固定され、前記上流側排気ガス取出管を支持する取出管支持部材とを備えている。

これによれば、上流側排気ガス取出管は、取出管支持部材及びＥＧＲガス取出管を介してＥＧＲ管支持部材に支持されている。このようなＥＧＲガス取出管を利用した上流側排気ガス取出管の支持構造により、排気装置のコンパクト化が図れ、そのレイアウト性を高めることができる。

本発明によれば、下流側排気ガス取出部を排気ガス排出口とＥＧＲガス取出口の間に配置したから、該下流側排気ガス取出部から取り出される差圧検出用の排気ガスは、排気ガス排出口及びＥＧＲガス取出口各々に向かう排気ガスの流れに伴う動圧の影響を大きく受けることがなくなる。よって、差圧検出の信頼性向上に有利になる。

図１は、実施形態１に係る排気浄化装置がエンジンに取り付けられた状態を模式的に示す側面図である。 図２は、図１の模式的な平面図である。 図３は、図１の排気浄化装置を示す側面図である。 図４は、図３の排気浄化装置を左上後方から見た斜視図である。 図５は、図３の排気浄化装置を左前方から見た斜視図である。 図６は、図３のＶＩ−ＶＩ線における断面図である。 図７は、図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。 図８は、接続管を左上前方から見た斜視図である。 図９は、ＧＰＦ終端部を前方から見た図である。 図１０は、差圧検出装置を左上後方から見た斜視図である。 図１１は、差圧検出装置を右下後方から見た斜視図である。 図１２は、差圧センサの断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。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全くない。

（実施形態１）
＜エンジン＞
実施形態１に係る排気装置１が適用されるエンジンは、自動車に搭載された直列４気筒ガソリンエンジン（直列多気筒エンジン）である。このエンジンは、ＦＦ車両の前方に横置きされている。

なお、本発明は、４気筒のガソリンエンジンに限らず、その他の多気筒エンジンや、ディーゼルエンジンにも適用することができる。また、ＦＦ車両に限らず、例えばＲＲ車両、４ＷＤ車両等、バイクも含め種々のレイアウトを採用する車両に適用可能である。

図１に示すように、エンジンは、シリンダブロックＥ１とシリンダヘッドＥ２とを有するエンジン本体Ｅを備えている。詳細な図示は省略するが、エンジンは、シリンダブロックＥ１とシリンダヘッドＥ２とにより構成される第１気筒乃至第４気筒を備える。この第１気筒乃至第４気筒は、図１の紙面に垂直な方向に紙面の手前から奥側に向かって順に直列に配置されている。そして、シリンダブロックＥ１のシリンダボア（図示せず）と、該シリンダボア内のピストン（図示せず）と、シリンダヘッドＥ２とにより、気筒毎に燃焼室が形成されている。

シリンダヘッドＥ２には、４つの燃焼室にそれぞれ接続された４つの排気ポート（図示せず）が形成されている。燃焼室において発生した排気ガスは、この排気ポートを含む排気経路を通じて車外に排出される。

＜排気経路＞
上述の排気ポートには、図１及び図２に示すように、本実施形態に係る排気装置１が接続され、さらにその下流側に、テールパイプを有する下流側排気システム（図示せず）が接続されている。このようにエンジンの排気経路は、上述の排気ポートと、排気装置１と、下流側排気システムとにより構成されている。

＜排気装置＞
本実施形態に係る排気装置１は、図１及び図２に示すように、エンジン本体Ｅの４つの排気ポートに接続された排気マニホールドＭと、排気マニホールドＭの下流端に接続部Ｎを介して接続された排気浄化装置Ｑとを備えている。

＜排気マニホールド及び接続部＞
エンジンの４つの燃焼室から排気ポートを通して排出される排気ガスは、排気マニホールドＭから接続部Ｎを介して触媒装置Ｑに送り込まれる。排気マニホールドＭは、図２及び図４に示すように、４つの各排気ポートに接続された各独立排気管と、気筒列方向の一端側に配置され、４つの前記独立排気管が接続されて下方に延びる集合管を備えている。

接続部Ｎは、排気マニホールドＭの集合管から排気ガスを排気浄化装置Ｑに導入する管状の部材である。

＜方向＞
本明細書の説明において、「上下方向」及び「前後方向」とは、図１に示すように、エンジン本体Ｅを基準として、シリンダヘッドＥ２側を上側、シリンダブロックＥ１側を下側、エンジン本体Ｅ側を前側、排気マニホールドＭ側を後側とする方向をいうものとする。また、「左右方向」とは、図２に示すように、エンジン本体Ｅを基準として気筒の配列方向、言い換えると、図１の紙面に垂直であって、手前側を左側、奥側を右側とする方向をいうものとする。さらに、「上流」や「下流」は、燃焼室から排気ポートを通じて排出される排気ガスの流れる方向を基準とし、「排気ガス流れ方向上流側」や「排気ガス流れ方向下流側」と称することがある。

なお、本実施形態において、「前後方向」は、図１に示すように、後述するパティキュレートフィルタ（以下、「ＰＦ」と称する。）としてのガソリンパティキュレートフィルタ３（以下、「ＧＰＦ３」と称する。）の中心軸Ｌ３と平行になっている。

＜排気浄化装置＞
排気浄化装置Ｑは、図６に示すように、接続部Ｎの出口に接続された三元触媒２と、その下流側に配置されたＧＰＦ３と、三元触媒２とＧＰＦ３とを接続するＬ字状排気管４とを備えている。

＜三元触媒＞
三元触媒２は、排気ガス中の炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯ、窒素酸化物ＮＯｘを浄化するための触媒である。三元触媒２は、詳細な説明は省略するが、例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の貴金属を金属酸化物からなるサポート材上に担持してなる触媒成分を、ハニカム担体上にコートしてなる触媒等が挙げられる。三元触媒２としては、特に限定されるものではなく、いかなる公知のものも用いることができる。

三元触媒２は、図６に示すように、中心軸Ｌ２を有する円筒状の触媒である。三元触媒２の形状は、特に限定されるものではないが、排気経路への配設が容易であり、均一な排気ガス流れを得る観点から、筒状であることが好ましい。三元触媒２の中心軸Ｌ２に垂直な断面の形状は、特に限定されるものではなく、真円状、楕円状、矩形状、多角形状等のいかなる形状を採用することができるが、均一な排気ガス流れを得るとともに製造コストを抑える観点から、好ましくは真円状、楕円状である。

図６に示すように、三元触媒２の排気ガスを浄化する触媒本体は、上流側の端面２Ａと下流側の端面２Ｂを有する。便宜上、触媒本体の上流側の端面２Ａ及び触媒本体の下流側の端面２Ｂを、三元触媒２の上流側の端面２Ａ及び三元触媒２の下流側の端面２Ｂと称することがある。両端面２Ａ，２Ｂは同一径の円形である。

三元触媒２は、触媒本体として、上流側に配置された前段部２１と下流側に配置された後段部２２とを備えている。前段部２１は、エンジン本体Ｅの低負荷運転時の低温の排気ガスの浄化を行う低温活性に優れた三元触媒である。また後段部２２は、高負荷運転時等の高温の排気ガスの浄化を行う高温活性に優れた三元触媒である。なお、本実施形態において、三元触媒２は、前段部２１及び後段部２２を備えた２段構成であるが、これに限られるものではなく、単一の触媒構成であってもよいし、さらに３つ以上に分割された多段構成であってもよい。

さらに、三元触媒２は、触媒本体としての前段部２１及び後段部２２の外周全体を覆うマット２３と、そのマット２３の外周全体を覆うケース２４とを備えている。

排気ガス温度は、エンジンの軽負荷運転時では４００℃前後である一方、エンジンの高負荷運転時には８００℃前後の高温となる。そうすると、三元触媒２を通過した後の高温の排気ガスに、三元触媒２自身が常に曝されることで、三元触媒２が熱害により劣化する虞が生じる。

マット２３は、高温の排気ガスに曝される環境下においても安定して触媒本体としての前段部２１及び後段部２２を保持するためのものであり、例えばセラミックなどの高耐熱性、保温性を有する材料で形成されている。

ケース２４は、触媒本体（前段部２１及び後段部２２）並びにマット２３を保持するためのものであり、例えば鉄、ステンレス鋼等の金属製である。なお、マット２３及びケース２４としては、公知のものを使用してもよい。

＜ＧＰＦ＞
図６に示すように、ＧＰＦ３は、三元触媒２の下流側に配設されており、三元触媒２を通過した排気ガス中のパティキュレートマター（以下、「ＰＭ」と称する。）をトラップするためのフィルタ本体（浄化装置本体）３３を備えている。フィルタ本体３３は、詳細な説明は省略するが、例えばハニカム担体等に目封じを施し、フィルタ機能を追加したものであり、トラップしたＰＭの燃焼を促進するため触媒コートを有するものであってもよい。排気ガス中のＰＭはフィルタ本体３３の隔壁に捕集され、ＰＭが堆積したところで、例えば、出力を得るために燃料をエンジンの燃焼室に噴射するメイン噴射の後、エンジンの膨張行程においてフィルタ本体３３の温度を高めるための燃料を燃焼室に噴射するポスト噴射を行い、フィルタ本体３３に堆積したＰＭを焼却除去する。フィルタ本体３３としては、特に限定されるものではなく、いかなる公知のものも用いることができる。

ＧＰＦ３は、図１〜図３に示すように、中心軸Ｌ３を有する円筒状のものである。フィルタ本体３３の形状は、特に限定されるものではないが、排気経路への配設が容易であり、均一な排気ガス流れを得る観点から、筒状であることが好ましい。フィルタ本体３３の中心軸Ｌ３に垂直な断面の形状は、特に限定されるものではなく、真円状、楕円状、矩形状、多角形状等のいかなる形状を採用することができるが、均一な排気ガス流れを得るとともに製造コストを抑える観点から、好ましくは真円状、楕円状である。

図６に示すように、ＧＰＦ３のフィルタ本体３３は、上流側の端面３Ａ及び下流側の端面３Ｂを有する。便宜上、フィルタ本体３３の上流側の端面２Ａ及びフィルタ本体３３の下流側の端面２Ｂを、ＧＰＦ３の上流側の端面２Ａ及びＧＰＦ３の下流側の端面２Ｂと称することがある。両端面３Ａ，３Ｂは同一径の円形である。

ＧＰＦ３は、三元触媒２と同様に、フィルタ本体３３と、フィルタ本体３３の外周全体を覆うマット３４と、そのマット３４の外周全体を覆う筒状ケース３５と、フィルタ本体３３の下流側の端面３Ｂを、スペースを空けて覆う下流側カバー７とを備えている。筒状ケース３５と下流側カバー７とがフィルタ本体３３を収容するフィルタケースを構成している。マット３４及び筒状ケース３５は、上述の三元触媒２のマット２３及びケース２４と同様の目的で用いられ、これらと同様の構成のものを用いることができる。

＜Ｌ字状排気管＞
Ｌ字状排気管４は、三元触媒２とＧＰＦ３とを接続するためのＬ字状に屈曲した管状部材であり、排気経路の一部を形成している。

図６に示すように、Ｌ字状排気管４は、上流側開口４Ａと、下流側開口４Ｂと、両開口４Ａ，４Ｂ間の曲がり部４Ｃとを備えている。そして、曲がり部４Ｃは、上流側開口４Ａから気筒列方向（下流側）に延びる第１管状部４Ｃ１と、下流側開口４Ｂからエンジン本体側に向かって延びる第２管状部４Ｃ２と、これら第１管状部４Ｃ１と第２管状部４Ｃ２とを接続する屈曲部４Ｃ３とを備えている。そして、屈曲部４Ｃ３は、Ｌ字状の曲がりの外周側に位置する外周側屈曲部４Ｃ３１と、内周側に位置する内周側屈曲部４Ｃ３２とを備えている。

図６に示すように、三元触媒２は、その下流部がＬ字状排気管４に上流側開口４Ａから挿入されている。一方、ＧＰＦ３は、その上流端部がＬ字状排気管４に下流側開口４Ｂから挿入されている。

−三元触媒とＧＰＦの相対配置−
図７は、図２におけるＶＩＩ−ＶＩＩ断面を示す図であるが、三元触媒２の中心軸Ｌ２に垂直であり且つＧＰＦ３及び排気ガス排出管５を通る断面を左側から見た図である。図７に記載された断面を以下「ＶＩＩ−ＶＩＩ断面」と称する。図７における符号ＰＬ３２で示す線は、ＧＰＦ３の中心軸Ｌ３を含み且つ三元触媒２の中心軸Ｌ２に平行な平面を示している。

図７に示すように、ＶＩＩ−ＶＩＩ断面上で、三元触媒２の中心軸Ｌ２の位置は、平面ＰＬ３２、すなわちＧＰＦ３のＧＰＦ中心軸Ｌ３よりも下側にある。これにより、後述のごとく、排気マニホールドＭを三元触媒２の上方に配置させることができ、排気装置１を車両内にコンパクトに配置させることができる。

図６に示すように、三元触媒２の下流側の端面２ＢとＧＰＦ３の上流側の端面３Ａとは、曲がり部４Ｃ内で、二面角αが約９０度となるように配置されている。この二面角αは、この角度に限定されるものではないが、三元触媒２からＧＰＦ３への排気ガス流れを十分に確保する観点から、互いに好ましくは６０度以上１２０度以下、より好ましくは７０度以上１１０度以下、特に好ましくは８０度以上１００度以下である。

加えて、三元触媒２とＧＰＦ３とは、ＧＰＦ３の軸方向に視て、三元触媒２の下流部がＧＰＦ３の上流側の端面の一部に重なる関係になるように配設されている。すなわち、三元触媒２とＧＰＦ３とに重複部分３１が形成されている。

図６は、図３におけるＶＩ−ＶＩ断面を示す図であるが、三元触媒２の中心軸Ｌ２を含み且つＧＰＦ３の中心軸Ｌ３と平行な断面を上側から見た図である。図６に記載された断面を以下「ＶＩ−ＶＩ断面」と称する。図６に示すように、ＶＩ−ＶＩ断面上で、重複部分３１を形成する三元触媒２の側面の長さＨ３１は、三元触媒２及びＧＰＦ３をコンパクトに配置させつつ、ＧＰＦ３内の排気ガス流れを均一にする観点から、三元触媒２の全長Ｈ２の好ましくは１０％以上５０％未満である。

また、三元触媒２の側面の長さＨ３１は、図６のＶＩ−ＶＩ断面において、三元触媒２及びＧＰＦ３をコンパクトに配置させつつ、ＧＰＦ３内の排気ガス流れを均一にする観点から、ＧＰＦの幅Ｗ３の好ましくは１０％以上５０％未満である。

このように、三元触媒２とＧＰＦ３とを互いに横方向に配置するときに、三元触媒２及びＧＰＦ３の重複部分３１を形成することで、排気マニホールドＭの下流端からＧＰＦ３までの距離を短縮化できる。また重複部分３１を形成しつつも、その範囲を上述の範囲未満に抑えることにより、排気装置１のコンパクト化を実現させるとともに、ＧＰＦ３の、特に重複部分３１の影になる部分の利用効率を向上させることができる。

−第１管部材及び第２管部材−
Ｌ字状排気管４は、図６及び図８に示すように、第１管部材４０と、第２管部材４１とにより構成されている。すなわち、Ｌ字状排気管４は、図６に示すように、下流側開口４Ｂの略中心を通る略垂直な面に接合ラインを設けて接合された第１管部材４０と第２管部材４１とにより構成されている。接合ラインは、三元触媒２の下流側の端面２Ｂ近傍であって、該端面２Ｂよりも下流側を通っている。

第１管部材４０が上流側開口４Ａを形成し、第１管部材４０と第２管部材４１との接合により下流側開口４Ｂが形成されている。具体的に説明すると、第１管部材４０は、上流側開口４Ａを形成しているとともに、下流側開口４Ｂの一部と、曲がり部４Ｃの内周側屈曲部４Ｃ３２を含む一部を形成している。第２管部材４１が、下流側開口４Ｂの残部と、曲がり部４Ｃの外周側屈曲部４Ｃ３１を含む残部を形成している。

Ｌ字状排気管４を第１管部材４０と第２管部材４１によって形成するから、該Ｌ字状排気管４の形成が容易になる。また、応力が集中し易い曲率半径の小さな内周側屈曲部４Ｃ３２を第１管部材４０によって形成したから、すなわち、応力が集中しやすい部位を避けて接合ラインを設けたから、Ｌ字状排気管４の耐久性確保に有利になる。

また、本明細書において、図８に示すＬ字状排気管４を含む排気装置１をエンジン本体Ｅに組み付けた状態で、Ｌ字状排気管４の最上部及び最下部に位置する個所をそれぞれ天部４Ｄ及び底部４Ｅというものとする。なお、本実施形態においては、天部４Ｄ及び底部４Ｅは第１管部材４０と第２管部材４１の接合部近傍に存する。

−第１壁部及び第２壁部−
Ｌ字状排気管４は、図６及び図８に示すように、三元触媒２を通過した排気ガスをＧＰＦ３へと案内するための第１壁部４２及び第２壁部４３を備えている。図６に示すように、第１壁部４２は、三元触媒２の下流側の端面２Ｂと対向しており、第２壁部４３は、ＧＰＦ３の上流側の端面３Ａと対向していて、外周側屈曲部４Ｃ３１を形成している。

第１壁部４２及び第２壁部４３はＬ字状排気管４を構成する一方の第２管部材４１に形成されている。従って、第１壁部４２及び第２壁部４３によって接合ラインがない滑らかな壁面を得ることができるから、排気ガス流れの乱れの抑制に有利になる。

三元触媒２の下流側の端面２Ｂに対向する第１壁部４２は、図６及び図８に示すように、下流側開口４Ｂを形成する上流側壁部４２Ｃと、外周側屈曲部４Ｃ３１に続く下流側壁部４２Ａと、両壁部４２Ａ，４２Ｃを滑らかに繋ぐ傾斜壁部４２Ｂを備えている。上流側壁部４２Ｃは下流側壁部４２Ａよりも三元触媒２側に出張っている。換言すれば、下流側壁部４２Ａが外側へ凹んだ段部になっている。これら壁部４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃは第２管状部４Ｃ２の一部を構成している。

上流側壁部４２Ｃが下流側壁部４２Ａよりも三元触媒２側に出張っているから、図６に示すように、三元触媒２を通過して上流側壁部４２Ｃに到達した排気ガスはＧＰＦ３の上流側の端面３Ａの中央側に向かいやすくなる。すなわち、排気ガスがＧＰＦ３におけるＬ字状排気管４におけるＬ字状の曲がりの外周側に対応する部位に集中することが抑制され、ＧＰＦ３の重複部分３１の影になる部位に向かう排気ガス流れが誘起される。

図６及び図８に示すように、上流側壁部４２Ｃよりも外側へ凹んだ下流側壁部４２Ａには、図２に示す後述する差圧検出装置８の上流側排気ガス取出部８１が設置される台座４７が設けられ、この台座４７に圧力検出のための排気ガス取出口４７Ａが開口している。

図８に示すように、Ｌ字状排気管４の天部４Ｄ側では、第２管部材４１に台座４４が設けられている。この台座４４には、例えば、図２に示すＮＯｘセンサ９２（検出手段）が設置されている。この台座４４には、ＮＯｘセンサ９２を取り付けるための取付口９２Ａが設けられている。

三元触媒２を通過した排気ガスは、図６に実線矢印で示すように、第１壁部４２の壁面に沿って巻き上がるように流れ、Ｌ字状排気管４からＰＦ３に流入していく。Ｌ字状排気管４の下流側壁部４２Ａは上流側壁部４２Ｃよりも三元触媒２から離間しているため、下流側壁部４２Ａ付近の排気ガスの流速は低い。従って、下流側壁部４２Ａの台座４７に設置された上流側排気ガス取出部８１からの排気ガスの取り出しにより、排気ガスの流れの影響を大きく受けることなく、安定して、ＧＰＦ３の上流側の圧力を検出することができる。

また、Ｌ字状排気管４の天部４ＤのＮＯｘセンサ９２が設けられた台座４４の付近には、三元触媒２からの排気ガスが直接当たらないため、排気ガスの流れの影響を大きく受けることなく、安定して、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出することができる。

なお、台座４４，４７には、上流側圧力取出部８１やＮＯｘセンサ９２以外の各種センサ等の制御用デバイスを設置するようにしてもよい。これにより、安定した検出精度を確保することができる。

なお、台座４４，４７は、平坦に形成されているが、曲面状等に形成されていてもよい。

＜ＧＰＦの下流側の端部＞
図６及び図７に示すように、ＧＰＦ３の下流側カバー７には、ＧＰＦ３を通過した排気ガスを排気ガス排出管５に導く排気ガス排出口７１と、排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてエンジンの吸気系に供給するためのＥＧＲガス取出口７０が設けられている。ＥＧＲガス取出口７０にＥＧＲガス導入部７２Ａを介してＥＧＲガス取出管６が接続されている。

＜排気ガス排出管＞
排気ガス排出管５は、ＧＰＦ３を通過した排気ガスを下流側排気システムへ導くとともに、三元触媒２及びＧＰＦ３による排気ガスの浄化に伴い発生した水分を溜めて除去するためのものである。

図６に示す、符号ＰＲＬ３１で示す線は、ＧＰＦ３の中心軸Ｌ３のＶＩ−ＶＩ断面上への投影線である。また、符号Ｌ５で示す線は、排気ガス排出管５の中心軸を示している。そして、符号Ｐ５で示す点は、当該排気ガス出口中心軸Ｌ５上の点であって、排気ガス排出管５の入口の中心を示す。

図６に示すように、排気ガス排出口７１の中心は、ＧＰＦ３の中心軸Ｌ３に対応する投影線ＰＲＬ３１から三元触媒２側へ偏倚している。これに対応して、排気ガス排出管５の入口の中心Ｐ５も、ＧＰＦ３の中心軸Ｌ３に対応する投影線ＰＲＬ３１から三元触媒２側へ偏倚している。

本構成によれば、図６及び図９に示すように、ＧＰＦ３に流入した排気ガスについて、排気ガス排出管５に向かう流れが生じる。この排気ガス排出管５に向かう排気ガス流れにつられて、重複部分３１の影になる部分に流れ込む排気ガス量が増加する。よって、ＧＰＦ３の利用効率を向上させることができる。

なお、排気ガス排出管５の中心Ｐ５の偏倚量は、重複部分３１に流入する排気ガス量を十分に確保して、ＧＰＦ３の利用効率を向上させる観点から、好ましくは、Ｖ−Ｖ断面上で、排気ガス排出管５の三元触媒２側の右側面５Ａが、ＧＰＦ３の三元触媒２側のＧＰＦ側面３Ｃよりも右側、すなわち三元触媒２側に位置する程度に設定することができる。このとき、排気ガス排出管５付近の通気抵抗の増加を抑制する観点から、Ｖ−Ｖ断面上で、排気ガス排出管５の左側面５Ｂが、ＧＰＦ３の三元触媒２側の側面３Ｃよりも左側に位置する程度に、排気ガス排出管５の偏倚量を設定することが好ましい。

また、図７に示すように、排気ガス排出管５は、平面ＰＬ３２から下側に配置されている。言い換えると、図９に示すように、排気ガス排出管５の中心位置Ｐ５が、下流側カバー７の中心位置Ｏ７よりも下側に配置されるように構成されている。このように、排気ガス排出管５をＧＰＦ３に対して下方に配置することにより、三元触媒２及びＧＰＦ３による排気ガスの浄化に伴い発生した水分を排気ガス排出管５において効果的に溜めて除去することができる。

＜ＥＧＲ＞
エンジン本体Ｅの構成として、ノッキングの発生防止や窒素酸化物ＮＯｘ量の低減を目的として、排気ガスの一部をエンジンの吸気系に再循環させるＥＧＲを採用している。ＧＰＦ３の下流側に、ＧＰＦ３の側方（左側）を通って前方に延びるＥＧＲガス取出管６（ＥＧＲ経路）が設けられている。

図６に示すように、ＥＧＲガス取出口７０の中心は、ＧＰＦ３の中心軸Ｌ３に対応する投影線ＰＲＬ３１から排気ガス排出口７１の反対側に偏倚している。ＥＧＲガス取出管６は、ＧＰＦ３の側方（排気ガス排出管５が設けられている側とは反対側）に突出したＥＧＲガス導入部７２Ａの先端部のＥＧＲガス導入口７２に接続されている。ＥＧＲガス取出管６は、ＧＰＦ３の側方をＥＧＲガス導入口７２からエンジン本体側に向かってＧＰＦ３の中心軸と平行に延びている。図９に示すように、ＥＧＲガス導入口７２は、ＧＰＦ３の下流側カバー７の中心位置Ｏ７よりも下側に配置されている。

これにより、図６に実線矢印で示すように、三元触媒２から排出された排気ガスがＬ字状排気管４を通過するときの該排気ガスの慣性方向にＥＧＲガスを取り出すことができる。よって、十分な量のＥＧＲガスを確保できる。また、排気ガス排出管５への排気ガス流れとの相互干渉を抑えつつＥＧＲガスを取り出すことができる。さらに、ＧＰＦ３内の排気ガスの流れを左右に分散させて均一化させることができ、ＧＰＦ３の利用効率・機能・性能をさらに向上させることができる。

図６及び図９に示すように、ＧＰＦ３の下流側カバー７における排気ガス排出口７１とＥＧＲガス取出口７０との間には、下流側排気ガス取出口７７Ａが開口した台座７７が設けられ、この台座７７に、後述する差圧検出装置８の下流側排気ガス取出部８２が設置されている。台座７７付近は、排気ガスの流れが、排気ガス排出口７１側と、ＥＧＲガス取出口７０側とに分岐するところであり、排気ガスの流速が穏やかで均一となる傾向がある。従って、下流側排気ガス取出部８２からの排気ガスの取出により、排気ガスの圧力変化の影響を大きく受けることなく、排気ガス圧力を検出することができる。

なお、台座７７の下側には、ＥＧＲガス取出口７０よりも底部が低くなった空間部７８が形成されている。ＥＧＲ経路に生じた凝縮水が逆流しても空間部７８に溜まるため、ＥＧＲガス取出口７０やＥＧＲガス導入部７２Ａが凝縮水で閉塞されることを防ぐことができる。

＜差圧検出装置＞
ＧＰＦ３には、図１〜図５等に示すように、ＧＰＦ３のフィルタ本体３３よりも上流側及び下流側の排気ガスの差圧を検出するための差圧検出装置８が設けられている。差圧検出装置８により検出した排気ガスの差圧から、ＧＰＦ３に堆積したＰＭ量が算出される。

差圧検出装置８は、図６、図１０及び図１１に示すように、フィルタ本体３３よりも上流側の排気ガスを取り出す上流側排気ガス取出部８１と、フィルタ本体３３よりも下流側の排気ガスを取り出す下流側排気ガス取出部８２と、両取出部８１，８２から取り出した排気ガスの圧力から前記差圧を検出する差圧センサ（差圧検出部）８３とを備えている。

上流側排気ガス取出部８１は、上述のごとく、Ｌ字状排気管４の台座４７に設けられている。一方、下流側排気ガス取出部８２は、上述のごとく、ＧＰＦ３の下流側カバー７の台座７７に設けられている。上流側排気ガス取出部８１と差圧センサ８３とは、図１０及び図１１に示すように、上流側排気ガス取出管８１Ａにより接続されている。下流側排気ガス取出部８２と差圧センサ８３とは、下流側排気ガス取出管８２Ａにより接続されている。

図１１等に示すように、上流側排気ガス取出管８１Ａは、取出管８１Ａ１と、この取出管８１Ａ１に接続された取出管８１Ａ２からなる。また、下流側排気ガス取出管８２Ａは、取出管８２Ａ１と、この取出管８２Ａ１に接続された取出管８２Ａ２からなる。

図１〜図３に示すように、差圧センサ８３は、ＧＰＦ３の側方の上側に配置されている。

図１２に示すように、差圧センサ８３は、両面受圧形式のダイヤフラム９３を備え、このダイヤフラム９３の表面に歪みゲージを有する差圧検出膜（図示省略）が設けられている。ダイヤフラム９３は回路基板９４に接着剤９５によって固定されている。回路基板９４には、ダイヤフラム９３の下面側に上流側排気ガス取出部８１から取り出される排気ガスの圧力を導入する上流側圧力導入孔口９４ａが形成されている。ダイヤフラム９３の歪みゲージと回路基板９４とはボンディングワイヤ９５によって接続されている。回路基板９４には、ダイヤフラム９３及びボンディングワイヤ９５を覆うカバー９６が接着剤によって固定されている。このカバー９６に、下流側排気ガス取出部８２から取り出される排気ガスの圧力をダイヤフラム９３の上面側に導入する下流側圧力導入孔口９６ａが形成されている。ダイヤフラム９３及びボンディングワイヤ９５はゲル状物質９７で被覆されている。

差圧センサ８３では、ダイヤフラム９３の上面側と下面側に加わる圧力差によるダイヤフラム９３の歪みが歪みゲージによって検出される。すなわち、当該圧力差が歪みゲージの変形による電気抵抗の変化として検出される。

図１１において、符号８５はＬ字状排気管４に固定される第１支持部材であり、この第１支持部材８５に第２支持部材８４が固定され、この第２支持部材８４に差圧センサ８３が差圧センサ取付板８３Ａを介して支持されている。第２支持部材８４は、図１に示すように、シリンダブロックＥ１に固定されている。第２支持部材８４は、シリンダブロックＥ１とＬ字状排気管４に結合されているから、シリンダブロックＥ１による差圧センサ８３とＬ字状排気管４の支持に兼用されていることになる。

なお、図２では差圧センサ取付板８３Ａの図示を省略している。

上流側排気ガス取出部８１及び下流側排気ガス取出部８２は、安定した圧力検出の観点から、ＧＰＦ３のそれぞれ上流側下部及び下流側下部に配置されている。これに対し、差圧センサ８３をＧＰＦ３の側方上側に配置することにより、差圧センサ８３に対する作業性が向上する。また、上流側排気ガス取出部８１及び下流側排気ガス取出部８２から、長い取出管８１Ａ１，８２Ａ１を延設しておくとともに、これらに接続する取出管８１Ａ２，８２Ａ２の長さも長く設定することで、管の接続作業等を含む差圧検出装置８の設置作業の作業性が向上する。

また、差圧センサ８３及び上流側排気ガス取出部８１は、ＧＰＦ３に対し、ＥＧＲガス取出管６と同じ側に配置されている。ゆえに、上流側排気ガス取出管８１Ａも、ＥＧＲガス取出管６と同じ側に延びるように配置させることができる。

ＥＧＲガス取出管６は、図３及び図４に示すように、ＥＧＲ管支持部材６１を介して図外の例えば変速機等のエンジン関連部品により支持されている。そして、ＥＧＲガス取出管６には、図１０及び図１１に示すように、ＧＰＦ３を支持する第１支持部材３８が取り付けられている。さらに、第１支持部材３８には、上流側圧力取出経路８１Ａを支持する取出管支持部材８１Ａ３が固定されている。そうして、図４に示すように、上流側圧力取出経路８１Ａも、ＥＧＲ管支持部材６１により支持されている。このように、ＥＧＲ管支持部材６１を利用して、上流側排気ガス取出経路８１Ａを支持することで、装置のコンパクト性及びレイアウト性を高めることができる。

（その他の実施形態）
以下、本発明に係る他の実施形態について詳述する。なお、これらの実施形態の説明において、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

実施形態１の排気装置１はＦＦ車両に適用されていたが、４つの排気ポートに接続された排気マニホールドＭの独立排気管を後方に延ばしつつ集合させ、エンジン本体Ｅの後方において車幅方向中央側を後方に延ばすようにすることでＦＲ車両にも適用することができる。

実施形態１において、上流側の触媒は三元触媒２、下流側のＰＦはＧＰＦ３という構成であったが、触媒やＰＦはこれらに限られるものではなく、種々の触媒やＰＦを用いることができる。例えば、上流側の触媒は酸化触媒等であってもよい。また、排気浄化装置１をディーゼルエンジンに適用する場合には、ＰＦとしてディーゼルパティキュレートフィルタを採用してもよい。

実施形態１において、図９に示すように、三元触媒２はＧＰＦ３よりもやや下方に設けられていた。この点、三元触媒２はＧＰＦ３と同程度の高さ又はＧＰＦ３よりも高い位置に設けられてもよい。なお、どのような場合においても、台座部４４や移行壁部４２Ａ等の各種センサ等の取付位置は、接続管４の天部４Ｄ側に限らず、底部４Ｅ側や第１接続部材４０等の排気ガス流れが均一化される位置に適宜設けることができる。

実施形態１では、排気マニホールドＭの下流端出口がエンジンの気筒列方向における第１気筒側に配置されて、Ｌ字状排気管４の上流側開口４Ａが気筒列方向における第１気筒側を向いているが、車両レイアウトに応じて、上流側開口４Ａが他の方向、例えば第１気筒側や上側或いは下側を向くようにしてもよい。

実施形態１では、排気マニホールドＭの下流端出口が気筒の配列の右側に配置されるように構成されており、接続管４は、図６に示すように、第１開口４Ａが右側に配置されるように構成されていた。この点、車両レイアウトに応じて、第１開口４Ａが他の方向、例えば第４気筒側等を向くようにしてもよい。

本発明は、排気ガス流れによる悪影響を抑えて差圧の検出精度を向上させ且つ安定化させたエンジンの排気装置を提供することができるので、極めて有用である。

１ エンジンの排気装置
２ 三元触媒
３ ＧＰＦ（パティキュレートフィルタ）
３Ａ 上流側の端面
４ Ｌ字状排気管
４Ｃ 曲がり部
４Ｃ３ 屈曲部
５ 排気ガス排出管
６ ＥＧＲガス取出管（ＥＧＲ経路）
７ 下流側カバー（フィルタケースを構成する）
８ 差圧検出装置（差圧検出手段）
３１ 重複部分
３３ フィルタ本体
３５ ケース（フィルタケースを構成する）
４２Ａ 下流側壁部（段部）
４２Ｃ 上流側壁部
６１ ＥＧＲ管支持部材
７０ ＥＧＲガス取出口
７１ 排気ガス排出口
８１ 上流側排気ガス取出部
８１Ａ 上流側排気ガス取出管
８１Ａ３ 取出管支持部材
８２ 下流側排気ガス取出部
８３ 差圧センサ（差圧検出部）
Ｅ エンジン本体
Ｅ１ シリンダブロック
Ｅ２ シリンダヘッド
Ｍ 排気マニホールド

Claims (5)

1. エンジンの排気経路上に配設され、該エンジンから排出される排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ本体がフィルタケースに収容されてなるパティキュレートフィルタと、
   前記フィルタ本体よりも排気ガス流れ方向上流側の排気ガスと前記フィルタ本体よりも排気ガス流れ方向下流側の排気ガスとの差圧を検出する差圧検出手段とを備え、
   前記差圧検出手段は、
   前記フィルタ本体よりも排気ガス流れ方向上流側の排気ガスを取り出す上流側排気ガス取出部と、
   前記フィルタ本体よりも排気ガス流れ方向下流側の排気ガスを取り出す下流側排気ガス取出部と、
   前記上流側排気ガス取出部及び前記下流側排気ガス取出部により取り出した排気ガスから前記差圧を検出する差圧検出部とを備え、
   前記フィルタケースの下流側の端部には、排気ガス排出口とＥＧＲガス取出口とが設けられ、
   前記差圧検出手段の前記下流側排気ガス取出部は、前記フィルタケースの下流側の端部の前記排気ガス排出口と前記ＥＧＲガス取出口との間に配置されていることを特徴とするエンジンの排気装置。
2. 請求項１において、
   前記フィルタケースの排気ガス流れ方向上流側に接続されたＬ字状に屈曲したＬ字状排気管と、
   前記Ｌ字状排気管におけるＬ字状の曲がりの外周側壁の、当該Ｌ字状の屈曲部から前記フィルタ本体の方に離隔した部位に形成された外側へ凹んだ段部とを備え、
   前記差圧検出手段の上流側排気ガス取出部が前記段部に設けられていることを特徴とするエンジンの排気装置。
3. 請求項２において、
   前記Ｌ字状排気管の上流部には、排気ガスを浄化するための触媒が接続されており、
   前記パティキュレートフィルタの軸方向に視て、前記触媒の下流部が前記フィルタ本体の上流側の端面の一部に重なっていることを特徴とするエンジンの排気装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
   前記パティキュレートフィルタは、排気ガスが横方向に通過するように横置きにされていて、
   前記フィルタケースの排気ガス流れ方向上流側に接続されたＬ字状に屈曲したＬ字状排気管を備え、
   前記差圧検出手段の上流側排気ガス取出部及び下流側排気ガス取出部は、それぞれ前記Ｌ字状排気管の下部及び前記フィルタケースの下流側の端部の下部に配置されており、
   前記差圧検出手段の差圧検出部は、前記パティキュレートフィルタの上側辺りに配置されていることを特徴とするエンジンの排気装置。
5. 請求項２において、
   前記ＥＧＲガス取出口に接続され、前記Ｌ字状排気管におけるＬ字状の曲がりの外周側に対応する前記パティキュレートフィルタの側方を通るように設けられたＥＧＲガス取出管と、
   前記パティキュレートフィルタの側方に配置され、前記ＥＧＲガス取出管を支持するＥＧＲ管支持部材と、
   前記上流側排気ガス取出部と前記差圧検出部を接続する上流側排気ガス取出管と、
   前記ＥＧＲガス取出管に固定され、前記上流側排気ガス取出管を支持する取出管支持部材とを備えていることを特徴とするエンジンの排気装置。

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