JP2015500433A - ピトー管接続 - Google Patents

Abstract

排気処理システムは排気処理装置を含む。前記排気処理装置は、シェル、および前記シェルに取付けられたセンサ装置を支持するように構成されたセンサーボスを含む。ピトー管は、それ自身の近接端において前記センサーボスに接続された前記センサ装置に排気が連通するように構成され、センサーボスからのピトー管の脱落を阻止するようにピトー管の末端が前記排気処理装置のシェルに取付けられ、排気ガスが前記センサ装置に効果的に連通することを保証する。

Description

関連出願のためのクロスリファレンス

本願は、2012年12月6日に出願された米国実用新案登録出願番号13/706,461と2011年12月8日に仮出願された米国仮出願番号61/568,222及び本願全体を参照してここに包含される内容に基づいて優先権を主張する。

本発明は、排気処理装置を含む排気システムに関する。

本欄の記載は必ずしも先行技術に必要とされない本発明の開示に関連する背景技術情報を提供するものである。

排気ガスセンサは、排気ガス流中の成分（例えば、酸素、炭化水素、一酸化二窒素など）の存在を検出するため、例えば内燃機関をリッチ運転からリーン運転に切り替えるか又はリーン運転からリッチ運転に切り替える場合か、あるいは排気処理装置の触媒をもはや所望の範囲内で運転できない場合に、および検出し及び／又は信号を送るために車両において利用されている。

排気ガスセンサは排気ガス流のなかに配置されることが要求されることから、通常、排気ガスセンサは排気装置の一部に取り付けられる。このような適用性の要求のために、排気装置それ自体は、ユニークな外観形状を有しており、排気センサを排気装置に取り付けるために（例えば、不規則な取付け面のために）任意の形状をとることができない。それゆえに、排気装置においては当該排気装置内のガスセンサの位置と形状にデザインが制限される。これらの不都合を解消するために、予め作製した取付けボスを付属品取付け方法により排気装置にしっかりと取り付けることができる。付属品取付け方法では、排気装置部品のシェルに穿孔された穴のなかに取付けボスを挿入するか又は穿孔された穴の周囲に取付けボスを配置し、ボスをシェルに溶接する。しかしながら、このような形状はセンサ装置に十分な量の排気ガスを到達させることを保証するものではない。

さらに、排気処理装置は、シェル内に設けた触媒レンガで断熱されている。触媒レンガの外側と排気処理装置の内側との間に配置された断熱ブランケット（マット）が触媒レンガの周囲に巻き付けられている。触媒レンガに流れるガスを監視すること、およびレンガ間のガス組成を監視することが望ましい。しかしながら、これらを公知の方法により正確に検出するためには、触媒レンガの流路内および触媒レンガの間（例えば、ミッド・ストリーム取付け）に取り付けられるガスセンサの感知エレメントのためにレンガ相互間に自由空間が十分な量あることが要求される。そこで、改良された排気ガスセンサ装置を提供することが有益である。

本欄は開示の一般的な要旨を提供するものであり、その全範囲又はその特徴の包括的な開示ではない。

本願開示は、シェルを含む排気処理装置と、前記シェルに取付けられたセンサ装置を支持するように構成されたセンサーボスと、前記センサ装置に排気を通流させる連通管と、を有する排気処理装置を提供する。前記連通管は、前記センサーボスに接続された第１端と前記シェルに固定された第２端を含む。

排気処理装置のさらなる面は、前記連通管がピトー管に連通していること、第１端がセンサーボスにプレス嵌めされ、第２端がシェルに溶接されていること、を含む。

さらに、少なくとも１つの触媒レンガが前記シェルに設けられ、連通管が該レンガより下流に配置されている。その代わりに、連通管が該レンガより上流に配置されていてもよい。

前記連通管は、センサ装置に排気を連通させるための少なくとも１つの貫通孔を含むことができる。また、前記連通管は、前記少なくとも１つの貫通孔に排気ガスを通流させ、前記センサーボスに連通し、前記連通管から排気ガスが出ていくために、少なくとも１つの出口孔を含んでいてもよい。好ましくは、前記貫通孔が前記排気処理装置の入口に面している。

最後に、本願開示の排気処理装置は、前記排気処理装置の入口のほうに向けて前記貫通孔が揃う非対称特徴を含むセンサーボスを含むことができる。

また、本願開示は、シェルと、前記シェルを通過した排気ガスを処理するために前記シェル内に配置された触媒レンガと、前記シェル内に排気ガスを連通させるセンサと、前記シェルに前記センサを安定させる取付構造と、前記センサに排気ガスの少なくとも一部を前記シェル内に直送するように配置された排気ガス連通管と、を有し、前記排気ガス連通管の第１端が前記取付構造に非固定的に接続され、前記排気ガス連通管の第２端が前記シェルに固定的に接続されている排気処理装置を提供する。

前記排気ガス連通管は、排気ガスの一部を受け、前記センサに直送する少なくとも１つの入口孔を含むことができる。さらに、前記排気ガス連通管は、排気ガスの一部を受け、該排気ガス連通管から出ていく該排気ガスの一部を前記入口孔により前記センサに直送する少なくとも１つの出口孔を含むことができる。

前記排気ガス連通管の第１端は前記取付構造にプレス嵌めされてもよく、また第２端は前記シェルに溶接されてもよい。

前記排気処理装置の触媒レンガは、ディーゼル用酸化触媒、選択接触還元触媒、および触媒被覆微粒子フィルタからなる群より選択されてもよい。

前記排気ガス連通管は前記触媒レンガより下流に配置されていてもよい。その代わりに、前記排気ガス連通管は前記触媒レンガより上流に配置されていてもよい。それにもかかわらず、少なくとも１つの入口孔は前記シェルの入口に面していてもよい。少なくとも１つの入口孔が前記シェルの入口に面していることを保証するために、前記取付構造は前記シェルの入口のほうに向けて少なくとも１つの入口孔が揃う非対称特徴を含むことができる。

本発明の適応性の更なる領域はここに提供された記載から明らかになるはずである。この概要の欄の記載と詳細実施例は、図示の目的のためのみに示されたものであり、本願の開示の範囲を限定するものではない。

ここに記載した図面は、選ばれた実施の形態を図示することのみを目的とするばかりではなく全ての可能性ある実施を含むものであり、本願の開示の範囲に限定されるものではない。

図１は、本願開示の根幹に係る排気システムを示す概略構成図である。 図２は、本願開示の根幹に係る排気システム処理部品を示す側面図である。 図３は、図２の排気システム処理部品を上方から見て示す平面図である。 図４は、図２の排気システム処理部品の断面図である。 図４Ａは、図４の一部を拡大して示す拡大断面図である。 図５は、図４中の線5-5に沿って切断した排気処理部品を示す断面図である。

添付の図面を参照して本発明の実施の形態をここに十分に記述説明する。

図１に本願開示に係る排気システムの概要を示す。排気システム10は少なくとも内燃機関12及び尾管アッセンブリ14を含むものである。尾管アッセンブリ14は例えばマフラー16と排気放出管18を含んでいる。エンジン12は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジンのような当業者に公知の内燃機関の型式とすることができる。また、排気システム10は、エンジン12の下流から尾管アッセンブリ14の上流までの間に設けられた少なくとも１つの排気処理装置20を含んでいる。図示した例において、排気システム10は、排気ライン22を介して尾管アッセンブリ14に接続された１対の排気処理装置20を含んでいる。排気処理装置20と尾管アッセンブリ14との間に延長管アッセンブリ21を設けることができる。

図２〜図６を参照して排気処理装置20の形状について説明する。排気処理装置20は入口端26と出口端28をもつ外装シェル24を含むことができる。入口端26に近接するところに第１の触媒レンガ30があり、そこから離れた出口端28に近接するところに第２の触媒レンガ32がある。第１の触媒レンガ30と第２の触媒レンガ32は、間隙34を挟んで離れたところにあり、当業者に公知のいずれかのタイプの触媒レンガを用いることができる。ある実施の形態では、第１及び第２の触媒レンガ30,32はガスコンバーター・レンガとしてもよい。また、他の実施の形態では、第１及び第２の触媒レンガ30,32は、選択接触還元（SCR）触媒、ディーゼル用酸化触媒（DOC）、触媒被覆ディーゼル排気微粒子フィルタ（DPF）レンガ、又はこれらの組合せとしてもよい。いずれにしても、外装シェル24と各触媒レンガ30,32との間には断熱マット36が設けられる。

入口端26及び出口端28は外装シェル24と一体または単一のものとして図に示しているが、入口端26と出口端28は分離した別々の部品として形成され、その後に外装シェル24にそれぞれ溶接されたものであると理解すべきである。この点で、何らかの実施の形態において、外装シェル24、入口端26および出口端28は、ステンレス鋼のような材料で形成した別々に分かれた部品である。しかしながら、例えばアルミニウムのような他の材料を用いてこれらを作製することも考慮される。また、入口端26は、入口端26そのものに接続された内装シェル38を含んでもよい。内装シェル38と入口端26との間に他の断熱マット40を形成することができる。入口端26は、出口端28と比べて入口端26のほうが一般により高い排気温度となるために、内装シェル38及び断熱マット40を含むものである。しかしながら、本願開示の範囲から外れることなく、内装シェル及び断熱マットを含むものとして出口端28を形成することができる。

排気処理装置20の使用中において、排気処理装置を通る排気ガスであるがゆえに各種の測定を行うセンサ装置を用いることがしばしば望ましい。例えば、何らかの実施の形態において、調整する必要のある排気処理装置のどの運転パラメータをより良く決定するために、圧力センサ、CMSセンサ、NOxセンサ、酸素（O₂）センサ、アンモニア（NH₃）センサ、微粒子物質センサ、温度センサ、又は排気処理の当業者に公知の他種タイプのセンサのようなセンサ装置を排気ガスの監視に用いることができる。

センサ装置を排気処理装置20に接続するために、センサーボス42を排気処理装置20に取り付けることができる。図２〜図５に示すように、センサーボス42は、触媒レンガ30と32の間の位置にて排気処理装置20の外装シェル24に取り付けられている。しかしながら、センサーボス42は触媒レンガ30,32の間の位置で外装シェル24に取り付けられることのみに限定されないと理解すべきである。むしろ、本願開示は、触媒レンガ30の上流（例えば、入口端26の隣り）にセンサーボス42を配置すること、または触媒レンガ32の下流（例えば、出口端28の隣り）にセンサーボス42を配置することをそれぞれ例示するようにしてもよい。また、センサーボス42をステンレス鋼、アルミニウム、又は他の金属材料のような材料で形成するようにしてもよい。これらの金属材料は、センサーボス42が外装シェル24にしっかりと堅固に取り付けられるように外装シェル24に対して溶接またはろう付けを容易にする材料である。センサ装置により監視される排気ガスにセンサ装置を連通（コミュニケーション）しやすくするために、センサーボス42は排気処理装置20を通流する排気ガスとセンサ装置との間の連通（コミュニケーション）を与える集中配列孔44を有している。センサーボス42をセンサ装置に接続するために、孔44の一部を細い糸状のスレッド（図示せず）にすることができる。しかしながら、センサ装置とセンサーボスとの間に他の接続方法を用いてもよい。

孔44は、排気処理装置20を通流する排気ガスがセンサ装置に効果的に連通するために十分な大きさではないか、又は十分な位置ではない。十分な量の排気ガスの一部を孔44を通してセンサ装置に連通させることを確実にするために、排気ガス連通管46（以下「ピトー管」という）を用いることができる。

ピトー管46は、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、または排気ガスの暴露に十分耐え得るこれら以外の他の材料で通常円筒管の形状に形成される。センサ装置に対するピトー管46内の排気ガスの入り込みを十分容易にするために、ピトー管46は少なくとも１つの貫通孔48を含んでいる。

貫通孔48が排気ガス流を受けて入口端26のほうに向かわせるために、センサーボス42は非対称特徴（段差部）50を含む。ピトー管46はセンサーボス42にプレス嵌めされるか又は他の方法で堅固に取付けられる。ピトー管46がセンサーボス42に堅固に取付けられるので、貫通孔48は段差部50と同じ向きに面が揃う。次いで、ピトー管46を含むセンサーボス42をシェル24の第１開口52を通してシェル24内に配置する際に、組立作業者によりセンサーボス42は段差部50が入口端26のほうを向くように取り扱われる。このように部品の位置合わせにおいて貫通孔48が段差部50と同じ向きに揃えられるために、段差部50が入口端26のほうを向くように揃えられるとき、貫通孔48も入口端26のほうを向くように揃う。排気処理装置20を流れる排気ガスは、貫通孔48の通過が確定した後に、センサ装置に連通する。センサーボス42とピトー管46を適正に位置合せした後に、溶接又はろう付けによりセンサーボス42をシェル24に堅固に接合することができる。本例の溶接技術はメタル・イナートガス（ミグ）溶接法を含むが、本願開示の範囲を逸脱しない限り他の溶接法を用いてもよい。

センサ装置に連通する排気ガス用の出口を設けるために、ピトー管46は第２の貫通孔54を含んでいてもよい。第２の貫通孔54は、少なくとも排気ガスの一部が最初にセンサ装置に連通することなく、排気ガスがピトー管46を単純に通り抜けないで貫通孔48に入って貫通孔48を確実に通過することを保証するために、貫通孔48に直交する配置とすることができる。

本実施の形態において、ピトー管46はセンサーボス42にプレス嵌めされ、ショルダー56を与えるために中央の孔44は放射状に拡張している。ショルダー56は、排気処理装置20の使用中にピトー管46に熱膨張を与えるためにピトー管46の末端58から離れている。この点では、排気処理装置20の使用中において、排気ガスが高温になり、高温の排気ガスに起因してエンジン12の稼働中にピトー管46が熱膨張する。一方、エンジン12が稼働していないとき、ピトー管46は冷えており、これに起因してピトー管46は元の大きさに縮小する。

センサーボス42にピトー管46をプレス嵌めすることは、排気処理装置20の使用中にピトー管46がセンサーボス42から脱落することなく、ピトー管46が熱膨張し、かつ収縮することを可能にする。これが本願開示の有利な面である。なぜなら、仮にピトー管46をセンサーボス42にがんじがらめに拘束して固定したとすると、ピトー管46の熱膨張と収縮がピトー管46とセンサーボス42の間の接合を弱め、最終的にはピトー管46がセンサーボス42から脱落してしまうというリスクが増大するからである。このような場合に、センサの効能（機能）は低下する。なぜなら、ピトー管46の助け無しにはセンサまで到達する排気ガスの量が減少してしまうからである。

ピトー管46がセンサーボス42から脱落しないことを更に確実にするために、ピトー管46はシェル24の全体にわたってピトー管46が伸びることを可能にする長さを有している。ということで、第１端60はセンサーボス42にプレス嵌めされるが、第２端62はシェル24を通り抜けて伸び出ている。第２端62は、一例として、シェル24に溶接されるか又はろう付けされる。ガスが漏れないで排気処理装置20に滞留することを保証するために、ピトー管46の第２端58にキャップ64を固定することができる。キャップ64は、排気処理装置20が気密な状態に長期間保たれるように、溶接、ろう付け又は当業者に公知の他の取付け方法により第２端62に固定されている。

上述した一例の配置によれば、ピトー管46は、熱膨張を考慮してセンサーボス42にプレス嵌めされ、シェル24に堅固に取付けられる。このようにして、ピトー管46は、排気処理装置20の使用中においてセンサーボス42からの脱落が防止されており、十分な排気ガス量がセンサ装置に連通することが保証される。

上述した種々の実施の形態は図示及び記載の目的のために便宜上提供されたものであり、本願開示を余すところなく示すものではなく、また限定するものでもない。個々の実施形態の個々の要素又は特徴は、一般にその個々の実施形態を限定するものではないが、たとえ図示されていないか又は記載されていないとしても、置き換え可能なものには適用可能である。同じことは多くの方法や手段に変えてもよい。そのような変更は本願開示から離れるものとはみなされず、あらゆる変形が本願開示の範囲内に含まれるものと意図されている。

10…排気システム、12…内燃機関、14…尾管アッセンブリ、16…マフラー、18…排気出口管、20…排気処理装置、22…排気ライン、24…外装シェル、26…入口端、28…出口端、
30,32…触媒レンガ、34…間隙、36…断熱マット、38…内装シェル、
40…断熱マット、42…センサーボス、44…孔、46…ピトー管（排気ガス連通管）、48…貫通孔、50…段差部（非対称特徴）、52…開口、54…第２の貫通孔、
60…第１端、62…第２端、64…キャップ。

Claims (21)

1. シェルを含む排気処理装置と、
   前記シェルに取付けられたセンサ装置を支持するように構成されたセンサーボスと、
   前記センサ装置に排気を通流させる連通管と、
   を有し、
   前記連通管は、前記センサーボスに接続された第１端と前記シェルに固定された第２端を含むことを特徴とする排気処理装置。
2. 前記連通管がピトー管であることを特徴とする請求項１記載の排気処理装置。
3. 前記第１端が前記センサーボスにプレス嵌めされていることを特徴とする請求項１記載の排気処理装置。
4. 前記第２端が前記シェルに溶接されていることを特徴とする請求項１記載の排気処理装置。
5. 前記シェルに配置された少なくとも１つの触媒レンガをさらに有することを特徴とする請求項１記載の排気処理装置。
6. 前記連通管が前記触媒レンガより下流に配置されていることを特徴とする請求項５記載の排気処理装置。
7. 前記連通管が前記触媒レンガより上流に配置されていることを特徴とする請求項５記載の排気処理装置。
8. 前記連通管は、前記センサ装置に排気を通流させるための少なくとも１つの貫通孔を含むことを特徴とする請求項１記載の排気処理装置。
9. 前記連通管は、前記少なくとも１つの貫通孔にガスを通過させるための少なくとも１つの出口孔を含むことを特徴とする請求項８記載の排気処理装置。
10. 前記貫通孔が前記排気処理装置の入口に面していることを特徴とする請求項８記載の排気処理装置。
11. 前記センサーボスは、前記排気処理装置の入口のほうを向く前記貫通孔に揃う非対称特徴を含むことを特徴とする請求項８記載の排気処理装置。
12. シェルと、
    前記シェルを通過した排気ガスを処理するために前記シェル内に配置された触媒レンガと、
    前記シェル内に排気ガスを連通させるセンサと、
    前記シェルに前記センサを安定させる取付構造と、
    前記センサに排気ガスの少なくとも一部を前記シェル内に直送するように配置された排気ガス連通管と、
    を有し、
    前記排気ガス連通管の第１端が前記取付構造に非固定的に接続され、
    前記排気ガス連通管の第２端が前記シェルに固定的に接続されている、
    ことを特徴とする排気処理装置。
13. 前記排気ガス連通管は、排気ガスの一部を受け、該排気ガスの一部を前記センサのほうに向ける少なくとも１つの入口孔を含むことを特徴とする請求項１２記載の排気処理装置。
14. 前記排気ガス連通管は、該排気ガス連通管から排気ガスが出ていくようにするために、前記排気ガスの一部を受け、前記入口孔により前記排気ガスの一部が前記センサのほうを向くことを可能にする少なくとも１つの出口孔を含むことを特徴とする請求項１３記載の排気処理装置。
15. 前記第１端が前記取付構造にプレス嵌めされていることを特徴とする請求項１２記載の排気処理装置。
16. 前記第２端が前記シェルに溶接されていることを特徴とする請求項１２記載の排気処理装置。
17. 前記触媒レンガは、ディーゼル用酸化触媒、選択接触還元触媒、および触媒被覆微粒子フィルタからなる群より選択されることを特徴とする請求項１２記載の排気処理装置。
18. 前記排気ガス連通管が前記触媒レンガより下流に配置されていることを特徴とする請求項１２記載の排気処理装置。
19. 前記排気ガス連通管が前記触媒レンガより上流に配置されていることを特徴とする請求項１２記載の排気処理装置。
20. 前記少なくとも１つの入口孔が前記シェルの入口に面していることを特徴とする請求項１３記載の排気処理装置。
21. 前記取付構造は、前記シェルの入口のほうを向く少なくとも１つの入口孔が揃う非対称特徴を含むことを特徴とする請求項２０記載の排気処理装置。

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