JP2015055227A

JP2015055227A - 排ガスセンサの取付構造

Info

Publication number: JP2015055227A
Application number: JP2013190332A
Authority: JP
Inventors: 紀之内海; Noriyuki Uchiumi; 敏浩臼井; Toshihiro Usui; ▲高▼橋　嘉則; 嘉則 ▲高▼橋; Yoshinori Takahashi; 一幸長谷川; Kazuyuki Hasegawa; 敏雄慶徳; Toshio Yoshinori; 健二柳父; Kenji Yanabu; 平沼　智; Satoshi Hiranuma; 智平沼
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2015-03-23

Abstract

【課題】排ガス浄化装置より下流側に取り付けられる排ガスセンサにおいて、排気通路内の排ガスを十分に混合し、排ガス成分を均一化して排ガスセンサの検知精度を向上するとともに、センサの故障を抑制することのできる排ガスセンサの取付構造を提供すること。【解決手段】内燃機関の排気通路（２）に配設され、排ガスを浄化処理する排ガス浄化部（１６、１８、２０、２２）と、前記排ガス浄化部より下流側の排気通路（２ｂ）に設けられ、排ガス成分を検出する排ガスセンサ（３０）と、前記排ガスセンサと排ガス浄化部との間に配設され、排ガスの流れを攪拌する排ガス攪拌部（３２）と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、排ガス成分を検出する排ガスセンサの取付構造に関し、詳しくは排ガス浄化装置下流に配置される排ガスセンサの取付構造に関する。

近年、排ガス規制の厳格化に伴い、より精度の高い排ガス浄化を行うため、排ガス浄化装置を通過した後の排ガス成分も検知する必要がある。
例えば、特許文献１には、排ガス浄化装置の下流にＮＯｘセンサを設け、当該ＮＯｘセンサを用いて、実際の燃料噴射量と指示された燃料噴射量との偏差を補正する構成が開示されている。

特開２０１３−１０８４０８号公報

特許文献１のように排ガス浄化装置より下流側にＮＯｘセンサを設ける場合、排ガス浄化装置が有する触媒の触媒成分の担持状態のバラツキや、排気管形状により排ガス流が偏る等して、排ガス浄化装置より下流側の排気通路内の排ガス分布は必ずしも均一ではなく、ＮＯｘセンサの取付位置によってＮＯｘの検知精度が異なり、ＮＯｘの誤検知等を招くおそれがある。

また、排ガスの温度にも偏りが生じたり、排ガスの流速が速く熱の持ち去りが大きい部分がある。センサに急激な温度変化が生じるとセラミックス等により構成されるセンサの計測部にヒートクラックが生じて故障を招くおそれがある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、排ガス浄化装置より下流側に取り付けられる排ガスセンサにおいて、排気通路内の排ガスを十分に混合し、排ガス成分を均一化して排ガスセンサの検知精度を向上するとともに、センサの故障を抑制することのできる排ガスセンサの取付構造を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明に係る排ガスセンサの取付構造では、内燃機関の排気通路に配設され、排ガスを浄化処理する排ガス浄化部と、前記排ガス浄化部より下流側の排気通路に設けられ、排ガス成分を検出する排ガスセンサと、前記排ガスセンサと排ガス浄化部との間に配設され、排ガスの流れを攪拌する排ガス攪拌部と、を備えたことを特徴としている。

上記手段を用いる本発明によれば、排ガス浄化部より下流側に排ガスセンサが設けられ、当該排ガス浄化部と排ガスセンサとの間に排ガスの流れを攪拌する排ガス攪拌部を配設することで、当該排ガス攪拌部により攪拌された排ガスが排ガスセンサを通過することとなる。

これにより、排ガス浄化装置より下流側に取り付けられる排ガスセンサにおいて、排気通路内の排ガスを十分に混合し、排ガス成分及び排ガス温度の均一化することで、排ガスセンサの検知精度を向上することができるとともに、排ガスセンサの故障を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る排ガスセンサの取付構造を示す概略構成図である。フィンの拡大斜視図である。フィンの変形例における正面図（ａ）及び当該フィンの配設状態における断面図（ｂ）である。

以下、本発明を具体化した排ガスセンサの取付構造の一実施形態を説明する。図１は本発明の排ガスセンサの取付構造を示す概略構成図であり、以下同図に基づき説明する。
図１に示す排ガス浄化装置１は、図示しないディーゼルエンジン（内燃機関）の排気通路を形成する排気管２に介装されている。なお、エンジンの構成は従来技術と同様であり、詳しい説明は省略する。

排ガス浄化装置１は、上流側排気管２ａと接続された上流側ケーシング１０と下流側排気管２ｂと接続された下流側ケーシング１２とを有し、当該上流側ケーシング１０と下流側ケーシング１２とがミキシング管１４により接続されている。

上流側ケーシング１０内には上流側より前段酸化触媒１６及びＤＰＦ１８（ディーゼルパティキュレートフィルタ）が収容され、下流側ケーシング１２内には上流側よりＳＣＲ触媒２０（アンモニア選択還元型ＮＯx触媒）及び後段酸化触媒２２が収容されている。

ミキシング管１４内には尿素水噴射用の噴射ノズル２４が配設されている。噴射ノズル２４の先端はミキシング管１４内の中心に位置し、噴射ノズル２４の基端はミキシング管１４の外周に設置された電磁弁２４ａに接続されている。電磁弁２４ａには図示しない尿素タンクから所定圧の尿素水が供給されており、電磁弁２４ａの開閉に応じて噴射ノズル２４の先端から尿素水が放射状に噴射される。

このように、排ガス浄化装置１は上流側ケーシング１０及び下流側ケーシング１２の内部に、排ガスを浄化処理するための各触媒１６、２０、２２及びＤＰＦ１８からなる排ガス浄化部を有している。
下流側排気管２ｂには、ＮＯｘセンサ３０（排ガスセンサ）が設けられている。ＮＯｘセンサ３０は、下流側排気管２ｂ内に臨むセラミックスの計測部を有しており、当該計測部を通過する排ガスのＮＯｘ濃度を検出するものである。本実施形態では、下流側排気管２ｂが排ガス浄化装置１との接続部分付近で湾曲しており、当該湾曲した凸側の外周面にＮＯｘセンサ３０が取り付けられている。ＮＯｘセンサ３０は車両が搭載する図示しないＥＣＵと電気的に接続されており、検出したＮＯｘ濃度の情報はＥＣＵに伝達される。

また、排ガス浄化装置１の下流側ケーシング１２の下流部分は通路断面積が縮小するようにテーパ状をなしており、当該下流側ケーシング１２の後端と接続されている下流側排気管２ｂの入口部分にはフィン３２（排ガス攪拌手段）が設けられている。

ここで図２にはフィンの拡大図が示されており、同図に示すようにフィン３２は下流側排気管２ｂの内周面と当接する外周筒３２ａと、当該外周筒３２ａより内周側にて同心円状に形成された内周筒３２ｂと、内周筒３２ｂの外周面から放射状に延びて外周筒３２ａの内周面と接続されている複数のブレード３２ｃとから構成されている。各ブレード３２ｃは、当該フィン３２を通過する排ガスが旋回流を形成するよう湾曲した翼型形状をなしている。

このように、フィン３２は排ガス浄化装置１の最下流にある後段酸化触媒２２よりも下流側であってＮＯｘセンサ３０よりも上流側、即ち後段酸化触媒２２とＮＯｘセンサ３０との間に位置して設けられている。なお、排ガス浄化装置１及び排気管２には、当該ＮＯｘセンサ３０以外にも、各種センサ類が取り付けられているが、図示及び説明は省略する。

以下、このように構成された排ガスセンサの取付構造における作用、効果について説明する。
エンジンの運転中において、エンジンから排出された排ガスは、図示しない排気マニホールド及び上流側排気管２ａを経て上流側ケーシング１０内に導入され、前段酸化触媒１６を経てＤＰＦ１８を流通する際に、含有しているＰＭ（パティキュレートマター）が捕集される。

その後、排ガスはミキシング管１４内で噴射ノズル２４から尿素水が噴射され、尿素水は排気熱及び排ガス中の水蒸気により加水分解されてアンモニア（ＮＨ３）を生成する。
そして、生成されたアンモニアによりＳＣＲ触媒２０上で排ガス中のＮＯxが無害なＮ２に還元されてＮＯxの浄化が行われる一方、このときの余剰アンモニアが後段酸化触媒２２によりＮＯに酸化されて処理される。

ＤＰＦ１８に捕集されたＰＭは種々の要因により焼却除去され、これによりＤＰＦ１８が再生される。例えばエンジンの排ガス温度が比較的高い運転状態では、前段酸化触媒１６上の酸化作用により排ガス中のＮＯからＮＯ２が生成され、そのＮＯ２がＤＰＦ１８上で酸化反応することによりＰＭは連続的に焼却される（連続再生）。

以上のようにして排ガス浄化部を通過することでＮＯxやＰＭなどの種々の有害成分が取り除かれた排ガスは、下流側排気管２ｂに導入される。下流側排気管２ｂに導入された排ガスは、入口部分に配設されフィン３２を通過することで旋回流となって攪拌されながら下流側へと流れていく。

そして、フィン３２の下流側にあるＮＯｘセンサ３０には、攪拌されて排ガス成分が十分混合された排ガスが流通する。排ガス浄化装置１の各触媒１６、２０、２２やＤＰＦ１８の製造上のバラツキに起因する排ガス成分の偏りや、下流側排気管２ｂの形状による排ガス成分の偏りが解消することとなる。このように、ほぼ均一化された状態の排ガスにおけるＮＯｘ成分を検出することとで、ＮＯｘセンサ３０は浄化後の排ガス中におけるＮＯｘの平均的な濃度を検出することができ、誤検知等を抑制することができる。

また、フィン３２により排ガスを攪拌することで排気通路内における排ガス温度の偏りも解消することができる。特に本実施形態のようにＮＯｘセンサ３０を、下流側排気管２ｂの湾曲部に設けることで、直線形状部分よりも排ガスの流速が遅く、温度変化をより小さくすることができる。このように排ガスを十分に混合し、温度変化の少ない位置にて排ガス成分を検出することで、ＮＯｘセンサ３０の計測部におけるヒートクラック等の故障も抑制することができる。

これらのことから本実施形態に係る排ガスセンサの取付構造によれば、排気通路内の排ガスを十分に混合し排ガス成分を均一化することで排ガスセンサの検知精度を向上することができるとともに、排ガスセンサの故障を抑制することができる。

以上で本発明に係る排ガスセンサの取付構造の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
上記実施形態におけるフィン３２は図２に示すような形状のものとしたが、排ガスを攪拌するフィンの形状はこれに限られるものではない。

例えば、図３には、フィンの変形例における正面図（ａ）及び当該フィンの配設状態における断面図（ｂ）が示されており、同図に基づきフィンの変形例について説明する。
変形例におけるフィン４０は、上記実施形態と同様に下流側排気管２ｂの入口部分に配設されている。図３（ａ）（ｂ）に示すように、フィン４０は、一対の縦板４０ａ及び一対の横板４０ｂの下流端から排ガス流れ方向に対して傾斜したブレード４０ｃが複数設けられている。このような形状のフィン４０であっても、排ガスを攪拌することができ、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

また、上記実施形態では、フィン３２を下流側排気管２ｂの入口部分に設けているが、フィンの位置は排ガス浄化部と排ガスセンサとの間であればよく、これに限られるものではない。例えば、排ガス浄化装置の下流側ケーシング内の後段触媒の下流側のテーパ状に縮小している部分や、下流側排気管２ｂの入口より下流側に設けてもよい。

また、上記実施形態では、排ガス浄化装置１より下流側に取り付けられる排ガスセンサとして、ＮＯｘセンサを用いているが、排ガスセンサはこれに限られるものではない。例えば酸素（Ｏ２）成分を検出するＯ２センサや、アンモニア（ＮＨ３）を検出するＮＨ３センサ等、他の排ガス成分を検出する排ガスセンサであってもよい。

また、上記実施形態では、内燃機関をディーゼルエンジンとしたが、例えばガソリンエンジン等の他の内燃機関であってもよい。

１排ガス浄化装置
２排気管
１０上流側ケーシング
１２下流側ケーシング
１４ミキシング管
１６前段酸化触媒（排ガス浄化部）
１８ＤＰＦ（排ガス浄化部）
２０ＳＣＲ触媒（排ガス浄化部）
２２後段酸化触媒（排ガス浄化部）
２４噴射ノズル
３０ＮＯｘセンサ（排ガスセンサ）
３２、４０フィン（排ガス攪拌部）

Claims

内燃機関の排気通路に配設され、排ガスを浄化処理する排ガス浄化部と、
前記排ガス浄化部より下流側の排気通路に設けられ、排ガス成分を検出する排ガスセンサと、
前記排ガスセンサと排ガス浄化部との間に配設され、排ガスの流れを攪拌する排ガス攪拌部と、
を備えたことを特徴とする排ガスセンサの取付構造。