JP2019157827A - 車両の排気構造 - Google Patents

Abstract

【課題】異物が排気出口管内に浸入した場合でもその滞留を抑制する。【解決手段】本開示の一の態様によれば、車両Ｖの進行方向に向かって排気ガスを大気中に排出する開口出口端を備えた排気出口管４と、排気出口管の底面部に設けられ、開口出口端から排気出口管内に浸入した異物Ｘを排出するための排出穴とを備えたことを特徴とする車両の排気構造が提供される。【選択図】図１

Description

本開示は車両の排気構造に係り、特に、車両に搭載された内燃機関の排気ガスを大気中に排出するための排気構造に関する。

内燃機関が搭載された車両では、内燃機関の燃焼室から排出された排気ガスが排気管を通じた後に大気中に排出される。そして排気管を流れる過程で触媒等を含む排気浄化装置を通過し、有害成分を除去もしくは低減される。

一般的に排気管は、排気ガスを大気中に排出する排気出口管を備える。通常、排気出口管は車両の後方に向けられ、排気ガスを車両の後方に向けて排出するよう構成されている。

特開２０１７−４３９７８号公報 特開２００４−６０５１１号公報 実開平５−５００２５号公報

この場合、車両後退時に車両の後方から向かってきた水や泥等の異物が排気出口管内に浸入し、異物が排気出口管やその上流側に滞留する結果、排気構造を損傷させる虞がある。その他、車両の進行方向と排気出口管の向きとが一致する場合には、排気出口管の先方から異物が排気出口管に浸入する虞がある。

そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、異物が排気出口管内に浸入した場合でもその滞留を抑制することができる車両の排気構造を提供することにある。

本開示の一の態様によれば、
車両の進行方向に向かって排気ガスを大気中に排出する開口出口端を備えた排気出口管と、
前記排気出口管の底面部に設けられ、前記開口出口端から前記排気出口管内に浸入した異物を排出するための排出穴と、
を備えたことを特徴とする車両の排気構造が提供される。

好ましくは、前記排気構造は、前記排気出口管内に設けられ、前記排気出口管内の排気ガスが前記排出穴内に流入するのを規制する規制部材をさらに備える。

好ましくは、前記排気出口管は、車両前方かつ斜め下に向けられる。

本開示によれば、異物が排気出口管内に浸入した場合でもその滞留を抑制することができる。

車両の右側面図である。 排気浄化装置の斜視図である。 排気浄化装置の正面図である。 樋状部材の斜視図である。 排気出口管付近の右側面断面図である。 第１変形例の樋状部材の斜視図である。 第２変形例の樋状部材の斜視図である。 第２変形例の排気出口管付近の右側面断面図である。 第３変形例の樋状部材の斜視図である。 第３変形例の排気出口管付近の右側面断面図である。 第４変形例の樋状部材の斜視図である。 第５変形例の樋状部材の斜視図である。 第５変形例の排気出口管付近の右側面断面図である。 第６変形例の車両の右側面図である。 第６変形例の排気出口管付近の右側面断面図である。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。

本実施形態に係る車両の排気構造は、図１に示すような大型車両Ｖ、具体的にはトラックに適用される。車両Ｖに搭載される動力源としての内燃機関（エンジンともいう）Ｅはディーゼルエンジンである。但し車両および内燃機関の種類、用途等に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジンはガソリンエンジンであってもよい。車両Ｖの直交三軸（前後左右上下）の各方向を矢印で示す。

本実施形態に係る排気構造は、エンジンＥの燃焼室から排出された排気ガスを大気中に排出するためのものである。排気構造は、エンジンＥに接続された排気マニホールド（図示せず）と、排気マニホールドの下流側に接続された排気管（図示せず）と、排気管の下流側に接続された排気浄化装置１とを備える。排気浄化装置１は、詳しくは後述するが、そのケーシング２の内部に複数の触媒等を含み、排気中の有害成分を除去もしくは低減する。浄化後の排気ガスは、図中白抜き矢印および符号Ｇで示すように、排気出口管４から車両前方に向かって大気中に排出される。

本実施形態の排気出口管４は、排気浄化装置１のケーシング２に一体的に設けられている。しかしながら排気出口管は、通常の排気構造のように単なる独立管であってもよい。

図２および図３を参照して、排気浄化装置１を説明する。なお排気浄化装置１の各方向を車両Ｖの各方向と一致させて定義する。但しこの定義はあくまで便宜的なものに過ぎない点に留意されたい。

排気浄化装置１は、複数の触媒等をコンパクトに纏めて収容する密閉箱型のケーシング２を備える。ケーシング２には装置入口管３と、前述の排気出口管４とが設けられる。ケーシング２内には装置入口管３から排気ガスＧが導入される。浄化処理もしくは後処理後のケーシング２内の排気ガスは、排気出口管４から外部に排出される。装置入口管３には前述の排気管がフランジ接続され、この排気管を通じてエンジンから排気ガスが送られてくる。一方、排気出口管４は大気開放され、排気ガスＧを大気中に直接排出する。

ケーシング２の前面部の左端部にはセンサ取付凹部５が設けられ、センサ取付凹部５の底面部にはセンサ挿通穴６が設けられる。仮想線で示すセンサ、本実施形態ではＮＯｘセンサ７が、その先端検出部をセンサ挿通穴６に挿通させた状態で、センサ取付凹部５の底面部に固定して取り付けられる。取付状態において、ＮＯｘセンサ７は斜め上向き状態でセンサ取付凹部５内に収容される。ＮＯｘセンサ７は、排気ガスのＮＯｘ濃度を検出するためのセンサである。

ケーシング２の左側面部１９の前上角部には、噴射弁取付凹部８が設けられ、噴射弁取付凹部８の底面部には噴射弁挿通穴９が設けられる。仮想線で示す噴射弁、本実施形態では尿素水を噴射する尿素水噴射弁（以下単に噴射弁という）１０が、噴孔を有するその先端部を噴射弁挿通穴９に挿通させた状態で、噴射弁取付凹部８の底面部に固定して取り付けられる。取付状態において、噴射弁１０は、噴孔を右側に向けて左右方向に沿って配置され、その先端部が噴射弁取付凹部８内に収容される。

図示しないが、ケーシング２の内部には、金属管および金属板により仕切られた排気通路が形成されている。この排気通路は、左右方向に複数回折り返す形状となっている。そしてこの排気通路内に、４つの後処理部材、すなわち第１酸化触媒、フィルタ、選択還元型ＮＯｘ触媒および第２酸化触媒が、上流側から順に配置されている。

第１酸化触媒は、排気ガス中の未燃成分（炭化水素ＨＣおよび一酸化炭素ＣＯ）を酸化して浄化すると共に、このときの反応熱で排気ガスを加熱昇温する。フィルタは、所謂ディーゼルパティキュレートフィルタ（DPF: Diesel Particulate Filter）または触媒付煤フィルタ（CSF: Catalyzed Soot Filter）と称されるもので、触媒を担持した連続再生式フィルタである。フィルタは、ウォールフロー型とされ、排気中に含まれる粒子状物質（以下PM: Particulate Matterという）を捕集すると共に、捕集したＰＭを触媒反応により連続的に酸化して燃焼除去する。

選択還元型ＮＯｘ触媒（SCR: Selective Catalytic Reduction）は、噴射弁１０から噴射された尿素水に由来するアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元除去する。第２酸化触媒は、アンモニアスリップ酸化触媒とも称され、ＮＯｘ触媒から排出された（スリップした）余剰アンモニアを酸化除去する。噴射弁１０は、フィルタの下流側かつＮＯｘ触媒の上流側の位置に尿素水を噴射する。またＮＯｘセンサ７は、フィルタの下流側かつ噴射弁１０の上流側の位置のＮＯｘ濃度を検出する。

ケーシング内排気通路の上流端は装置入口管３に連通接続され、ケーシング内排気通路の下流端は排気出口管４に連通接続される。装置入口管３に流入した排気ガスは、その後ケーシング２内排気通路を流れ、その過程で４つの後処理部材を通過し、浄化される。その後排気ガスは、排気出口管４を通じて大気に排出される。

図１に示すように、本実施形態において排気浄化装置１は車両Ｖの右側部に取り付けられる。具体的には排気浄化装置１は、車両Ｖのはしご形シャシフレーム１３よりも車両右側であって、かつ右側前輪１４の車両後方の位置に取り付けられる。なお周知のように、キャブ１５の下方且つ左右のサイドフレーム間にはエンジンＥが搭載され、このエンジンＥよりも車両後方の位置に排気浄化装置１が取り付けられる。

排気出口管４は、車両の進行方向に向かって排気ガスＧを排出するよう指向される。本実施形態において排気出口管４は、車両前方、具体的には車両前方かつ斜め下に向かって排気ガスＧを排出するよう指向される。

図３〜図５に示すように、ケーシング２は、後方斜め上から前方斜め下に向かって傾斜する板状の底壁１１を有する。この底壁１１の下面部に、樋状部材１２が溶接等により取り付けられている。これら底壁１１と樋状部材１２により排気出口管４が形成される。また底壁１１には連通穴１６が形成され、これによりケーシング内排気通路の下流端１７と排気出口管４内とが連通される。

排気出口管４は、その下流端の開口部であって排気ガスの実質的な出口をなす開口出口端２１を備える。開口出口端２１は、車両前方かつ斜め下に向かって排気ガスＧを大気中に排出するよう指向される。また排気出口管４（樋状部材１２）は、底面部２２と左右の側面部２３Ｌ，２３Ｒとを備える。底面部２２は概ね、水平方向に対し底壁１１よりも大きい角度で下向きに傾斜される。側面部２３Ｌ，２３Ｒは略三角形の形状を有する。排気出口管４は、車両の後方斜め上から前方斜め下に向かって延びると共に、車両左右方向に長い長方形の通路断面形状を有する。概して、側面部２３Ｌ，２３Ｒの高さは、開口出口端２１から上流側に離れるにつれ徐々に減少する。これに伴って排気出口管４の通路断面積も、開口出口端２１から上流側に離れるにつれ徐々に減少する。底面部２２の下流端部２２Ａは、それより上流側の部分よりも、水平方向に対する傾斜角が小さくなるように折曲されている。

図５に示すように、排気ガスＧは、ケーシング内排気通路の下流端１７から連通穴１６を通じて排気出口管４内に流入し、排気出口管４内をその長手方向に沿って流れた後、開口出口端２１を通じて、車両前方斜め下に向かって大気中に排出される。こうして本実施形態の車両Ｖでは、所謂前方排気の構成がなされている。

なお排気ガスが「車両前方に向かう」とは、文字通りに車両前後方向に平行に前方に向かう場合の他、車両前後方向に対し所定の傾斜角を持って前方に向かう場合が含まれる。傾斜方向は上下左右を問わず、傾斜角は例えば４５°以下の角度とすることができる。よって本実施形態のように車両前方かつ斜め下に向かう場合も「車両前方に向かう」態様に含まれ、前方排気の範疇である。

ところで、このように排気出口管４（具体的には開口出口端２１）を車両前方に向けると、前方から向かってきた水や泥等の異物Ｘが開口出口端２１を通じて排気出口管４内に浸入し、異物Ｘが排気出口管４内やその上流側に滞留する結果、排気構造を損傷させる虞がある。

具体的には、車両走行中に右側前輪１４によって後方に跳ね上げられた水、泥、あるいはその混合物である泥水等の異物Ｘが、排気流れ方向とは逆に、開口出口端２１から排気出口管４内に浸入し、排気出口管４内、あるいは連通穴１６の通過後ケーシング内排気通路内に、滞留する虞がある。こうなると、水分に起因した腐食、管もしくは通路内の詰まりや閉塞、これに伴う排気抵抗の増加、後処理部材の物理的損傷等の不具合を生じさせる虞がある。

そこで本実施形態では、かかる問題を解決すべく、排気出口管４の底面部２２に、開口出口端２１から排気出口管４内に浸入した異物Ｘを排出するための排出穴２５を設けている。

本実施形態においては、比較的大きい排出穴２５が一つ設けられている。排出穴２５は、車両左右方向に長い長方形の形状を有し、折曲された下流端部２２Ａよりも排気流れ方向上流側で、且つ下流端部２２Ａに近接した位置に設けられている。排出穴２５が、車両前方に向かうにつれ下方に傾斜された底面部２２に設けられる結果、排出穴２５は、車両後方かつ斜め下に向けられる。

このような排出穴２５を設けると、図５に示すように、車両走行中に右側前輪１４によって跳ね上げられ車両前方かつ斜め下から開口出口端２１に向かってきた異物Ｘを、開口出口端２１から排気出口管４内に一旦浸入させた後、そのままほぼ直接的に、異物Ｘの勢いを利用して、排出穴２５を通じて排気出口管４外に排出することができる。また、仮に浸入した異物Ｘが直接排出されず、排出穴２５の上方（排気流れ方向上流側）の底面部２２に付着した場合でも、異物Ｘを底面部２２に沿って滑落させ、排出穴２５から排出することができる。従って異物Ｘが排気出口管４内に浸入した場合でも、その滞留を抑制することができ、滞留に伴う上記諸問題を解決することが可能である。

次に、本実施形態の変形例を幾つか説明する。なお上述の基本実施形態と同様の部分には図中同一符号を付して説明を割愛し、以下、基本実施形態との相違点を主に説明する。

（第１変形例）
図６に示す第１変形例では、排出穴２５Ａの数が複数（具体的には五つ）であり、その形状は円形である。このように排出穴の数および形状は任意に変更可能である。これら排出穴２５Ａは、基本実施形態の排出穴２５とほぼ同じ排気流れ方向の位置にあり、車両左右方向に間隔を隔てて配列されている。但し排出穴２５Ａの排気流れ方向の位置を、基本実施形態の排出穴２５の位置と異ならせてもよい。

（第２変形例）
図７および図８に示す第２変形例では、排気出口管４内に、排気出口管４内の排気ガスＧが排出穴２５Ｂ内に流入するのを規制する規制部材２６が設けられている。

具体的に述べると、本変形例でも、基本実施形態と同様の横長長方形の排出穴２５Ｂが設けられる。この排出穴２５Ｂを形成するに当たり、板状の底面部２２が横長Ｈ字状に切り込まれ、その切り込みを境に折曲されることにより、排出穴２５Ｂの上端縁と下端縁に逆向きに折曲された上側折曲片２７Ａと下側折曲片２７Ｂとが設けられる。上側折曲片２７Ａは上向きに、下側折曲片２７Ｂは下向きに折曲される。これにより横長長方形の排出穴２５Ｂができると同時に、排出穴２５Ｂの上端縁と下端縁に排出穴２５Ｂを部分的に覆う上側折曲片２７Ａおよび下側折曲片２７Ｂが形成される。上側折曲片２７Ａと下側折曲片２７Ｂは互いに略平行とされ、下流端部２２Ａとも略平行とされる。

これによれば、排気出口管４内に浸入した異物Ｘを排出穴２５Ｂから排出できる点は前記同様である。これに加え、本変形例では、上側折曲片２７Ａが排出穴２５Ｂの上方を覆い、排気出口管４内の排気ガスＧが排出穴２５Ｂ内に流入するのを規制する。こうして上側折曲片２７Ａは、排気出口管４に一体に形成された規制部材２６を構成する。これにより、排気出口管４内の排気ガスＧが意図しない位置すなわち排出穴２５Ｂから排出されるのを抑制すると共に、排気ガスＧを正規の位置すなわち開口出口端２１から積極的に排出することができる。なお、排気ガスＧが排出穴２５Ｂから排出されると、排気ガスＧが意図しない向きに排出されるので、排出穴２５Ｂの出口付近で排気熱による熱害が懸念されるが、本変形例ではこれを抑制できる。

また、上側折曲片２７Ａと下側折曲片２７Ｂにより、排出穴２５Ｂを容易に形成できると共に、排出穴２５Ｂを通じた異物Ｘの排出方向（図中矢示）をより明確に規定できるメリットもある。

（第３変形例）
図９および図１０に示す第３変形例は、規制部材２６の変形例に関する。本変形例では、板状の底面部２２が横長の角張ったＵ字状に切り込まれ、その切り込みを境に上方に折曲されることにより、横長長方形の排出穴２５Ｃができると同時に、排出穴２５Ｃの上端縁にのみ上側折曲片２７Ａが形成される。この上側折曲片２７Ａが規制部材２６を形成することで、第２変形例と同様の作用効果を発揮することができる。

（第４変形例）
図１１に示す第４変形例では、第３変形例と同様の構造でかつより小型の排出穴２５Ｄと上側折曲片２７Ａとの組み合わせが、底面部２２に複数設けられている。本変形例では当該組み合わせが、排気流れ方向およびその直角方向に複数配置され、千鳥状に配置されている。但し配置方法は変更可能である。

これによれば、排気出口管４内に浸入した異物Ｘが下段（排気流れ方向下流側）の排出穴２５Ｄから直接排出されず、その上方（排気流れ方向上流側）に飛んでいった場合（矢印ａの場合）でも、上段（排気流れ方向上流側）の排出穴２５Ｄから異物Ｘを直接排出することができ、異物Ｘの排出効率を向上できる。また、排出穴２５Ｄを千鳥状に配置したことで、下段の隣り合う排出穴２５Ｄの間をすり抜けて異物Ｘが上段に向かった場合でも、そこに位置する上段の排出穴２５Ｄを通じて異物Ｘを排出することができ、異物Ｘの排出効率を向上できる。それ故、異物Ｘの滞留をより一層抑制できる。

なお上側折曲片２７Ａの機能は前記同様である。第２変形例（図７および図８）と同様、上側折曲片２７Ａと下側折曲片２７Ｂの両方を設けた構造に変更してもよい。

（第５変形例）
図１２および図１３に示す第５変形例は、第３変形例（図９および図１０）の上側折曲片２７Ａに穴２８を追加した構成である。本変形例において、穴２８は円形であり、上側折曲片２７Ａの長手方向（排気流れ方向の直角方向）に複数設けられている。但し穴２８の形状、数等は変更可能である。穴２８は排出穴２５Ｃの上方に位置される。

これによると、図１３に示すように、排気出口管４内に浸入した異物Ｘが排出穴２５Ｃより上方（排気流れ方向上流側）に飛んでいった場合でも、矢印ａで示す如く、その異物Ｘを滑落させ、穴２８および排出穴２５Ｃを順次通じて排気出口管４外に落下排出することができる。

なお、同じルートを通じて排気ガスも管外に排出される可能性があるが、穴２８の数や大きさ等を調節すれば同ルートを通じた排気ガス流量を制限できるし、そもそも排出穴２５Ｃの出口付近で熱害の虞が無い場合は問題ない。従って本変形例の構造も好適に実施可能である。

本変形例の穴２８を第２変形例（図７、図８）および第４変形例（図１１）の上側折曲片２７Ａに追加してもよい。

（第６変形例）
図１４および図１５に示す第６変形例では、車両右側面視における排気浄化装置１のケーシング２の形状が直方体形状に変更され、その水平な底壁１１に高さ一定の樋状部材１２が取り付けられ、排気出口管４が形成されている。排気出口管４は、車両前後方向に平行に延び、その後端に開口出口端２１を有する。従って開口出口端２１は、車両前後方向に平行に前方に向けられる。排気出口管４の断面形状は基本実施形態と同様の横長長方形であり、管長手方向に一定である。

排気出口管４の底面部２２に排出穴２５Ｅが設けられる。これにより、開口出口端２１から排気出口管４内に浸入した異物Ｘを排出穴２５Ｅから管外に排出できる。これに加え本変形例では、開口出口端２１の反対側（車両後側）に位置する端面部２９にも、第２排出穴３０が設けられる。これにより、開口出口端２１から排気出口管４内に浸入した異物Ｘを、第２排出穴３０を通じても管外に排出できる。これにより異物Ｘの排出を促進してその滞留を一層抑制できる。

以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態は他にも様々考えられる。

（１）例えば、本開示の排気構造は、上述の排気浄化装置１ではなく、単に排気管に複数の触媒を直列配置したより一般的な排気浄化装置を備えた車両にも適用可能である。この場合、当該排気管の出口端部が特許請求の範囲にいう排気出口管をなす。

（２）前記実施形態では排気出口管を車両の右側部に配置したが、その設置位置は任意であり、例えば車両の左側部に配置してもよい。

（３）規制部材２６は上側折曲片２７Ａ以外の部材、例えば別体で取り付けられた部材等によって形成してもよい。

前述の各実施形態および各変形例の構成は、特に矛盾が無い限り、部分的にまたは全体的に組み合わせることが可能である。本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

４ 排気出口管
２１ 開口出口端
２５，２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ，２５Ｅ 排出穴
２６ 規制部材
Ｖ 車両
Ｘ 異物

Claims (3)

1. 車両の進行方向に向かって排気ガスを大気中に排出する開口出口端を備えた排気出口管と、
   前記排気出口管の底面部に設けられ、前記開口出口端から前記排気出口管内に浸入した異物を排出するための排出穴と、
   を備えたことを特徴とする車両の排気構造。
2. 前記排気出口管内に設けられ、前記排気出口管内の排気ガスが前記排出穴内に流入するのを規制する規制部材をさらに備えた
   請求項１に記載の車両の排気構造。
3. 前記排気出口管は、車両前方かつ斜め下に向けられる
   請求項１または２に記載の車両の排気構造。

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