JP2019218868A

JP2019218868A - エンジンの排気処理装置

Info

Publication number: JP2019218868A
Application number: JP2018114524A
Authority: JP
Inventors: 田中　多聞; Tamon Tanaka; 多聞田中
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2018-06-15
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2019-12-26

Abstract

【課題】水分の蒸発による熱衝撃で排気センサ３３のセンサ素子３３ａが損傷するのを抑制することができるエンジンの排気処理装置を提供する。【解決手段】排気管３２と、排気センサ３３を備え、排気センサ３３は、センサ差込孔３４から排気管３２内に差し込まれるセンサ先端部３３ｂと、センサ先端部３３ｂに設けられたセンサ素子３３ａと、センサ差込孔３４から排気管３２の外側に突出するセンサ突出部３３ｃを備えた、エンジンの排気処理装置において、カバー３５を備え、カバー３５は、センサ突出部３３ｃを周囲から覆う突出部カバー部３６を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの排気処理装置に関し、詳しくは、水分の蒸発による熱衝撃で排気センサのセンサ素子が損傷するのを抑制することができるものに関する。

従来、エンジンの排気処理装置として、排気管と、排気センサを備え、排気センサは、センサ差込孔から排気管内に差し込まれるセンサ先端部と、センサ先端部に設けられたセンサ素子と、センサ差込孔から排気管の外側に突出するセンサ突出部を備えているものがある (例えば、特許文献１参照)。

特開２０１７−１８０１９１号公報(図５〜図９参照)

特許文献１のものでは、センサ突出部が排気管の外側に露出し、センサ突出部から排気センサ内に雨や洗浄水が進入し易い。また、センサ突出部に風雨や洗浄水が吹き当たり、排気センサの温度が急低下し、排気センサのセンサ素子の周辺で排気中の水蒸気が凝縮することがある。これらの理由により、センサ素子の表面に水分が付着し、その水分の蒸発による熱衝撃でセンサ素子が損傷するおそれがある。

本発明の課題は、水分の蒸発による熱衝撃でセンサ素子が損傷するのを抑制することができるエンジンの排気処理装置を提供することにある。

本発明は、カバーを備え、カバーは、センサ突出部を周囲から覆う突出部カバー部を備えている。突出部カバー部は、内部にセンサ突出部の周囲を取り囲む突出部囲繞空気層を備えていることが望ましい。また、カバーは、排気管の両脇周壁部の外周面を覆う両脇カバー部を備えていることがより望ましい。

本発明は、次の効果を奏する。
雨や洗浄水に対する突出部カバー部の遮蔽機能で、センサ突出部から排気センサ内への雨や洗浄水の進入が抑制される。また、突出部カバー部の遮蔽機能で、センサ突出部に風雨や洗浄水が吹き当たり難く、排気センサの温度の急低下が起こり難いため、排気センサのセンサ素子の周辺で排気中の水蒸気が凝縮し難い。これらの理由により、センサ素子の表面に水分が付着し難く、その水分の蒸発による熱衝撃で、センサ素子が損傷するのを抑制することができる。

本発明の実施形態に係るエンジンの排気処理装置で用いる排気管と排気センサとカバーを説明する図で、図１(Ａ)は正面図、図１(Ｂ)は平面図、図１(Ｃ)は側面図、図１(Ｄ)は背面図である。本発明の実施形態に係るエンジンの背面図である。図２のエンジンの右側面図である。図２のエンジンの左側面図である。配管を一部縦断した図２のエンジンの上部背面図である。ＳＣＲ触媒ケースと排気導入管を一部縦断した図２のエンジンの上部左側面図である。

図１〜図６は本発明の実施形態に係るエンジンを説明する図であり、この実施形態では、立形の直列多気筒ディーゼルエンジンについて説明する。

このエンジンの概要は、次の通りである。
図３に示すように、このエンジンは、エンジン本体(１)と、エンジン本体(１)に搭載された排気処理装置(４１)を備えている。
エンジン本体(１)の構成は、次の通りである。
シリンダブロック(１２)の上部にシリンダヘッド(２０)が組み付けられ、シリンダヘッド(２０)の上部にシリンダヘッドカバー(７)が組み付けられ、シリンダブロック(１２)の前部に水ポンプケース(２１)が組み付けられ、水ポンプケース(２１)の前方にエンジン冷却ファン(２２)が配置され、シリンダブロック(１２)の後部にフライホイールハウジング(６)が配置され、シリンダブロック(１２)の下部にオイルパン(２３)が組み付けられている。
図３に示すように、シリンダヘッド(２０)の横一側には吸気マニホールド(２４)が組付けられ、図４に示すように、横他側には排気マニホールド(２５)が組み付けられている。

図２〜図４に示すように、排気処理装置(４１)は、ＤＰＦケース(２)とＳＣＲ触媒ケース(３)とを備えている。
ＤＰＦケース(２)にはＤＰＦ(４)が収容され、ＳＣＲ触媒ケース(３)にはＳＣＲ触媒(５)が収容されている。
図２に示すように、ＤＰＦケース(２)内には、上流側にＤＯＣ(２６)が収容され、下流側にＤＰＦ(４)が収容されている。ＤＰＦはディーゼル・パティキュレート・フィルタの略称、ＤＯＣはディーゼル酸化触媒の略称である。ＳＣＲ触媒ケース(３)内には、上流側にＳＣＲ触媒(５)が収容され、下流側に酸化触媒(２７)が収容され、アンモニアのスリップを防止している。ＳＣＲは選択的触媒還元の略称である。

図２に示すように、ＳＣＲ触媒ケース(３)はＤＰＦケース(２)に沿う向きに配置されている。
図２〜図４に示すように、ＤＰＦケース(２)は、フライホイールハウジング(６)の真上で、シリンダヘッドカバー(７)の真後に配置されている。
ＳＣＲ触媒ケース(３)は、シリンダヘッドカバー(７)の真上に配置されている。

図２〜図４に示すように、エンジン本体(１)は、ＤＰＦベースブラケット(８)とＳＣＲベースブラケット(９)とＤＰＦ支持台(１０)とＳＣＲ支持ステー(１１)とを備えている。
ＤＰＦベースブラケット(８)にはＤＰＦケース(２)が載置して取り付けられている。
ＳＣＲベースブラケット(９)にはＳＣＲ触媒ケース(３)が載置して取り付けられている。
ＤＰＦ支持台(１０)は、フライホイールハウジング(６)の上部に設けられ、フライホイールハウジング(６)はシリンダブロック(１２)の後端部に取り付けられ、ＤＰＦ支持台(１０)は、鋳造によるフライホイールハウジング(６)の肉盛部で形成され、ＤＰＦベースブラケット(８)はＤＰＦ支持台(１０)に載置して取り付けられている。
このフライホイールハウジング(６)は、連結したミッションケースとともに、トラクタ等の走行機体のメインフレームとして用いられる。
ＳＣＲ支持ステー(１１)は、上端部がＳＣＲベースブラケット(９)に固定され、下端部がシリンダブロック(１２)よりも高い位置のエンジン本体部品(１３)に固定されている。

このエンジン本体部品(１３)は、図３に示す吸気マニホールド(２４)と、図３に示す排気フランジ管(２８)である。排気フランジ管(２８)は、排気マニホールド(２５)の上部に取り付けられた過給機(２９)の排気タービン(２９ａ)とＤＰＦケース(２)の排気導入管(２ｄ)とを繋ぐ管である。
図３，４に示すように、ＳＣＲベースブラケット(９)は、前方に導出された前方延長部(９ａ)を備え、前方延長部(９ａ)は前方支持ステー(９ｂ)を介して、吸気マニホールド(２４)とエンジン吊り上げプレート(３１)に支持されている。これにより、ＳＣＲベースブラケット(９)の前後揺動が抑制される。

図５に示すように、排気処理装置(４１)は、ＤＰＦケース(２)の排気導出管(２ａ)と、ＳＣＲ触媒ケース(３)の排気導入管(３ａ)と、排気中継管(１４)とを備えている。
排気中継管(１４)は、ＤＰＦケース(２)の排気導出管(２ａ)とＳＣＲ触媒ケース(３)の排気導入管(３ａ)との間に介在され、排気中継管(１４)の直管部(１４ａ)で、ＤＰＦケース(２)から導出された排気(１５)と、尿素水インジェクタ(１６)から噴射された尿素水(１８)とが混合されるように構成されている。
排気中継管(１４)の直管部(１４ａ)は、ＤＰＦケース(２)及びＳＣＲ触媒ケース(３)に沿う向きに配置されている。
排気中継管(１４)の直管部(１４ａ)内には、ミキサプレート(３０)が設けられ、排気(１５)と尿素水(１８)との混合の促進が図られている。

図２に示すように、クランク軸中心軸線(１９)と平行な向きに見て、ＤＰＦケース(２)の周面の最も高い部分(２ｂ)は、ＳＣＲ触媒ケース(３)の周面の最も低い部分(３ｂ)よりも低い位置に配置され、排気中継管(１４)の直管部(１４ａ)は、ＳＣＲ触媒ケース(３)の周面の最も高い部分(３ｃ)と重なる位置に配置されている。

図２に示すように、排気処理装置(４１)は、スリップジョイント部(１７)を備え、スリップジョイント部(１７)は、排気中継管(１４)の両端部に配置されている。
図５に示すように、ＤＰＦケース(２)の排気導出管(２ａ)は、ＤＰＦケース(２)の一端側の周壁から径方向に導出されている。
ＳＣＲ触媒ケース(３)の両端側のうち、ＤＰＦケース(２)の排気導出管(２ａ)側と同じ側を一端側、反対側を他端側として、ＳＣＲ触媒ケース(３)の排気導入管(３ａ)は、他端側の周壁から一端側に向けて湾曲しながら導出されている。
排気中継管(１４)は、湾曲管部(１４ｂ)と直管部(１４ａ)とを備え、湾曲管部(１４ｂ)は、ＤＰＦケース(２)の排気導出管(２ａ)の導出端部に接続された排気管(３２)に接続され、排気管(３２)からＳＣＲ触媒ケース(３)の排気導入管(３ａ)に向かって湾曲しながら導出され、直管部(１４ａ)は、湾曲管部(１４ｂ)の導出端部(１４ｃ)からＳＣＲ触媒ケース(３)の排気導入管(３ａ)に向かって真っ直ぐに導出され、直管部(１４ａ)の導出端部(１４ｄ)はＳＣＲ触媒ケース(３)の排気導入管(３ａ)に接続されている。

図１(Ａ)〜(Ｃ)に示すように、排気処理装置(４１)は、排気管(３２)と、排気センサ(３３)を備え、排気センサ(３３)は、センサ差込孔(３４)から排気管(３２)内に差し込まれるセンサ先端部(３３ｂ)と、センサ先端部(３３ｂ)に設けられたセンサ素子(３３ａ)と、センサ差込孔(３４)から排気管(３２)の外側に突出するセンサ突出部(３３ｃ)を備えている。
図１(Ａ)〜(Ｃ)に示すように、このエンジンは、カバー(３５)を備え、カバー(３５)は、センサ突出部(３３ｃ)を周囲から覆う突出部カバー部(３６)を備えている。

このため、雨や洗浄水に対する突出部カバー部(３６)の遮蔽機能で、センサ突出部(３３ｃ)から排気センサ(３３)内への雨や洗浄水の進入が抑制される。また、突出部カバー部(３６)の遮蔽機能で、センサ突出部(３３ｃ)に風雨や洗浄水が吹き当たり難く、排気センサ(３３)の温度の急低下が起こり難いため、排気センサ(３３)のセンサ素子(３３ａ)の周辺で排気(１５)中の水蒸気が凝縮し難い。これらの理由により、センサ素子(３３ａ)の表面に水分が付着し難く、その水分の蒸発による熱衝撃で、センサ素子(３３ａ)が損傷するのを抑制することができる。

排気管(３２)は、ＤＰＦケース(２)の排気導出管(２ａ)と排気中継管(１４)の間に設けられ、排気センサ(３３)にはＮＯｘセンサが用いられている。ＮＯｘは窒素酸化物の略称である。センサ素子(３３ａ)はセラミックセンサ素子で、排気センサ(３３)のセンサ先端部(３３ｂ)の素子カバー内に収容されている。センサ先端部(３３ｂ)にはガス進入孔(図示せず)が設けられ、ガス進入孔からセンサ先端部(３３ｂ)に進入した排気(１５)がセンサ素子(３３ａ)に接触し、排気(１５)のＮＯｘの濃度が検出される。センサ素子(３３ａ)は、ＮＯｘの検出時には電熱ヒータで８００°Ｃ前後に加熱される。

排気管(３２)は他の個所に配置されたものであってもよく、排気センサ(３３)は酸素濃度センサや排気温度センサ等、他の排気センサであってもよい。
センサ差込孔(３４)は、排気管(３２)の外周面に溶接で固定されたボス(３４ａ)内に設けられている。図１(Ｃ)に示すように、排気センサ(３３)のコード(３３ｄ)は、突出部カバー部(３６)の下周壁(３６ｂ)と突出端壁(３６ｃ)に亘る切欠溝(３６ｄ)を介して切欠溝(３６ｄ)の奥端部(３６ｈ)に差し込まれ、奥端部(３６ｈ)から突出部カバー部(３６)の外に引き出されている。

図１(Ａ)〜(Ｃ)に示すように、突出部カバー部(３６)は、内部にセンサ突出部(３３ｃ)の周囲を取り囲む突出部囲繞空気層(３６ａ)を備えている。
このため、突出部囲繞空気層(３６ａ)の断熱機能により、センサ突出部(３３ｃ)からの放熱が抑制され、排気センサ(３３)の温度低下が抑制される。

図１(Ａ)〜(Ｃ)に示すように、排気管(３２)の周壁は、その周方向でセンサ差込孔(３４)と隣り合う両脇周壁部(３２ａ)(３２ａ)を備え、カバー(３５)は、両脇周壁部(３２ａ)(３２ａ)の外周面を覆う両脇カバー部(３７)(３７)を備えている。
このため、両脇カバー部(３７)(３７)の保温機能により、両脇周壁部(３２ａ)(３２ａ)からの放熱が抑制され、排気センサ(３３)の温度低下が抑制される。

図１(Ａ)〜(Ｃ)に示すように、両脇カバー部(３７)(３７)は、内部に両脇周壁部(３２ａ)(３２ａ)の外周面に沿う両脇空気層(３７ａ)(３７ａ)を備えている。
このため、両脇空気層(３７ａ)(３７ａ)の断熱機能により、両脇周壁部(３２ａ)(３２ａ)からの放熱が抑制され、排気センサ(３３)の温度低下が抑制される。

図１(Ａ)(Ｂ)(Ｄ)に示すように、排気管(３２)は、排気センサ(３３)のセンサ差込孔(３４)と反対側の反対側周壁部(３２ｂ)を備え、カバー(３５)は、反対側周壁部(３２ｂ)の外周面を覆う反対側カバー部(３８)を備えている。
このため、反対側カバー部(３８)の保温機能により、反対側周壁部(３２ｂ)からの放熱が抑制され、排気センサ(３３)の温度低下が抑制される。

図１(Ａ)〜(Ｄ)に示すように、カバー(３５)は、突出部カバー部(３６)と両脇カバー部(３７)(３７)を板金プレスで一体成型した前カバー(３５ａ)と、反対側カバー部(３８)を板金プレスで成型した後カバー(３５ｂ)を備えている。図１(Ａ)に示すように、突出部カバー部(３６)は両脇カバー部(３７)(３７)の中央位置から前方斜上に向けて突出している。突図１(Ａ)〜(Ｃ)に示すように、突出部カバー部(３６)は、突出端壁(３６ｃ)と上周壁(３６ｅ)と横周壁(３６ｆ)の隅角位置に隅角位置切欠部(３６ｇ)を備えている。また、前後カバー(３５ａ)(３５ｂ)は、境界位置の左右側の上下に境界位置切欠部(３５ｃ)(３５ｃ)を備えている。

図１(Ａ)(Ｂ)(Ｄ)に示すように、反対側カバー部(３８)は、内部に反対側周壁部(３２ｂ)の外周面に沿う反対側空気層(３８ａ)を備えている。
このため、反対側空気層(３８ａ)の断熱機能により、排気管(３２)の反対側周壁部(３２ｂ)からの放熱が抑制され、排気センサ(３３)の温度低下が抑制される。

図１(Ａ)(Ｂ)(Ｄ)に示すように、このエンジンは、排気管(３２)の反対側周壁部(３２ｂ)の外周面に沿う反対側内蔵カバー板(３９)を備え、反対側内蔵カバー板(３９)の外周面は反対側カバー部(３８)に覆われている。
このため、反対側内蔵カバー板(３９)と反対側カバー部(３８)の二重構造により、反対側周壁部(３２ｂ)からの放熱が抑制され、排気センサ(３３)の温度低下が抑制される。

図１(Ａ)(Ｂ)(Ｄ)に示すように、反対側カバー部(３８)は、内部に反対側内蔵カバー板(３９)の外周面に沿う反対側空気層(３８ａ)を備えている。
このため、反対側空気層(３８ａ)の断熱機能により、反対側内蔵カバー板(３９)からの放熱が抑制され、排気センサ(３３)の温度低下が抑制される。

図１(Ａ)〜(Ｄ)に示すように、金属製の反対側内蔵カバー板(３９)は、両端に金属製のカバー取付部(３９ａ)(３９ａ)を備え、カバー取付部(３９ａ) (３９ａ)に金属製のカバー(３５)が取り付けられている。
このため、反対側周壁部(３２ｂ)から反対側内蔵カバー板(３９)に伝導された熱は、カバー取付部(３９ａ) (３９ａ)を介してカバー(３５)に伝導され、カバー(３５)の温度が低下しにくく、排気センサ(３３)の温度低下が抑制される。

反対側内蔵カバー板(３９)は、長尺で矩形の板金をプレス加工で湾曲させて構成され、カバー取付部(３９ａ)(３９ａ)は、プレス加工で反対側内蔵カバー板(３９)を折り曲げて構成されている。反対側内蔵カバー板(３９)は、排気管(３２)の外周面に沿い、溶接で排気管(３２)に固定されている。

図１(Ａ)〜(Ｄ)に示すように、このエンジンは、カバー(３５)をカバー取付部(３９ａ) (３９ａ)に固定するボルトナット(４０)(４０)を備えている。
このため、ボルトナット(４０)(４０)の締結と解除により、カバー(３５)の取り付け、取り外しを容易に行うことができ、排気センサ(３３)のメンテナンスが容易になる。

前カバー(３５ａ)と後カバー(３５ｂ)は、ボルトナット(４０)(４０)でカバー取付部(３９ａ)(３９ａ)に共締めで固定されている。

(３２)…排気管、(３２ａ)…両脇周壁部、(３２ｂ)…反対側周壁部、(３３)…排気センサ、(３３ａ)…センサ素子、(３３ｂ)…センサ先端部、(３３ｃ)…センサ突出部、(３４)…センサ差込孔、(３５)…保温カバー、(３６)…突出部カバー部、(３６ａ)…突出部囲繞空気層、(３７)…両脇カバー部、(３７ａ)…両脇空気層、(３８)…反対側カバー部、(３８ａ)…反対側空気層、(３９)…反対側内蔵カバー板、(３９ａ)…カバー取付部、(４０)…ボルトナット。

Claims

排気管(３２)と、排気センサ(３３)を備え、排気センサ(３３)は、センサ差込孔(３４)から排気管(３２)内に差し込まれるセンサ先端部(３３ｂ)と、センサ先端部(３３ｂ)に設けられたセンサ素子(３３ａ)と、センサ差込孔(３４)から排気管(３２)の外側に突出するセンサ突出部(３３ｃ)を備えた、エンジンの排気処理装置において、
カバー(３５)を備え、カバー(３５)は、センサ突出部(３３ｃ)を周囲から覆う突出部カバー部(３６)を備えている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
請求項１に記載されたエンジンの排気処理装置において、
突出部カバー部(３６)は、内部にセンサ突出部(３３ｃ)の周囲を取り囲む突出部囲繞空気層(３６ａ)を備えている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
請求項１または請求項２に記載されたエンジンの排気処理装置において、
排気管(３２)の周壁は、その周方向でセンサ差込孔(３４)と隣り合う両脇周壁部(３２ａ)(３２ａ)を備え、カバー(３５)は、両脇周壁部(３２ａ)(３２ａ)の外周面を覆う両脇カバー部(３７)(３７)を備えている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
請求項３に記載されたエンジンの排気処理装置において、
両脇カバー部(３７)(３７)は、内部に両脇周壁部(３２ａ)(３２ａ)の外周面に沿う両脇空気層(３７ａ)(３７ａ)を備えている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
請求項１から請求項４のいずれかに記載されたエンジンの排気処理装置において、
排気管(３２)は、排気センサ(３３)のセンサ差込孔(３４)と反対側の反対側周壁部(３２ｂ)を備え、カバー(３５)は、反対側周壁部(３２ｂ)の外周面を覆う反対側カバー部(３８)を備えている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
請求項５に記載されたエンジンの排気処理装置において、
反対側カバー部(３８)は、内部に反対側周壁部(３２ｂ)の外周面に沿う反対側空気層(３８ａ)を備えている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
請求項５または請求項６に記載されたエンジンの排気処理装置において、
排気管(３２)の反対側周壁部(３２ｂ)の外周面に沿う反対側内蔵カバー板(３９)を備え、反対側内蔵カバー板(３９)の外周面は反対側カバー部(３８)に覆われている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
請求項７に記載されたエンジンの排気処理装置において、
反対側カバー部(３８)は、内部に反対側内蔵カバー板(３９)の外周面に沿う反対側空気層(３８ａ)を備えている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
請求項７または請求項８に記載されたエンジンの排気処理装置において、
金属製の反対側内蔵カバー板(３９)は、両端に金属製のカバー取付部(３９ａ) (３９ａ)を備え、カバー取付部(３９ａ) (３９ａ)に金属製のカバー(３５)が取り付けられている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
請求項９に記載されたエンジンの排気処理装置において、
カバー(３５)をカバー取付部(３９ａ) (３９ａ)に固定するボルトナット(４０)(４０)を備えている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。