JP2020133508A - Flow passage structure - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、流路構造に関し、特に、エンジンから排出される排気ガスを流通させる排気管の流路構造に関する。 The present disclosure relates to a flow path structure, and more particularly to a flow path structure of an exhaust pipe through which exhaust gas discharged from an engine flows.
一般的に、エンジンの排気管には、排気ガス中の粒子状物質(Particulate Matter:以下、PM)を検出するPMセンサ、排気ガス中の窒素酸化物(NOx)を検出するNOxセンサ、排気ガスの空燃比を検出するラムダセンサ等の各種センサ類が設けられている。 Generally, the exhaust pipe of an engine has a PM sensor that detects particulate matter (PM) in the exhaust gas, a NOx sensor that detects nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas, and exhaust gas. Various sensors such as a lambda sensor for detecting the air-fuel ratio of the air-fuel ratio are provided.
この種のセンサ類の一例として、一対の電極間に捕集されるPMによって変化する電極間の抵抗値に基づいて、排気ガス中のPM量を検出するPMセンサ等が知られている(例えば、特許文献1等参照)。 As an example of this type of sensor, a PM sensor that detects the amount of PM in the exhaust gas based on the resistance value between the electrodes that changes depending on the PM collected between the pair of electrodes is known (for example, , Patent Document 1 etc.).
ところで、上記のような排気ガスの状態量を検出する各種センサ類においては、検出精度を確保するために、センサ部に流れ込む排気ガスにある程度の流速を必要とする場合がある。しかしながら、センサが設けられる排気管の形状等によっては、センサ部の排気流速を十分に確保できない場合もある。排気流速を確保するには、排気管の流路面積を絞ることも考えられるが、この場合は排気ガスの流通抵抗が増加することで、背圧の上昇を招く可能性がある。 By the way, in various sensors for detecting the state amount of the exhaust gas as described above, a certain flow velocity may be required for the exhaust gas flowing into the sensor unit in order to ensure the detection accuracy. However, depending on the shape of the exhaust pipe provided with the sensor, the exhaust flow velocity of the sensor unit may not be sufficiently secured. In order to secure the exhaust flow velocity, it is conceivable to narrow the flow path area of the exhaust pipe, but in this case, the flow resistance of the exhaust gas increases, which may lead to an increase in back pressure.
本開示の技術は、背圧の上昇を抑えつつ、流体流速を効果的に向上することができる流路構造を提供することを目的とする。 An object of the present disclosure technique is to provide a flow path structure capable of effectively improving a fluid flow velocity while suppressing an increase in back pressure.
本開示の技術は、流体を流通させる流路本体部と、前記流路本体部の内部を上流側空間部と下流側空間部とに仕切る仕切壁と、前記仕切壁に開口する流体導入口部と、前記流体導入口部から前記下流側空間部側に延びる筒体部及び、該筒体部の前記流体導入口部とは反対側の端部に開口する流体吐出口部を有すると共に、前記上流側空間部と前記下流側空間部とを連通させる連通管と、を備え、前記流体導入口部の開口面積が、前記筒体部の流路断面積及び、前記流体吐出口部の開口面積よりも大きく形成されていることを特徴とする。 The technique of the present disclosure includes a flow path main body for flowing a fluid, a partition wall for partitioning the inside of the flow path main body into an upstream space portion and a downstream space portion, and a fluid introduction port portion opening in the partition wall. It has a tubular body portion extending from the fluid introduction port portion to the downstream side space portion side, and a fluid discharge port portion opening at an end portion of the tubular body portion opposite to the fluid introduction port portion. A communication pipe for communicating the upstream side space portion and the downstream side space portion is provided, and the opening area of the fluid introduction port portion is the flow path cross-sectional area of the tubular body portion and the opening area of the fluid discharge port portion. It is characterized in that it is formed larger than.
また、前記筒体部が、前記流体導入口部から前記流体吐出口部に向かうに従い流路断面積を縮小させた中空円錐台形筒状に形成されていることが好ましい。 Further, it is preferable that the tubular body portion is formed in a hollow conical trapezoidal shape in which the cross-sectional area of the flow path is reduced from the fluid introduction port portion toward the fluid discharge port portion.
また、前記流路本体部が円筒状の周壁部を有しており、前記仕切壁が、その周縁を前記周壁部の内周面に固定された円板状に形成されており、前記筒体部が、前記周壁部の内周面に沿って湾曲して形成されており、前記流体吐出口部から吐出される流体が前記下流側空間部内を前記周壁部の内周に沿って旋回して流されることが好ましい。 Further, the flow path main body portion has a cylindrical peripheral wall portion, and the partition wall is formed in a disk shape in which the peripheral edge thereof is fixed to the inner peripheral surface of the peripheral wall portion. The portion is formed to be curved along the inner peripheral surface of the peripheral wall portion, and the fluid discharged from the fluid discharge port portion swirls in the downstream space portion along the inner peripheral surface of the peripheral wall portion. It is preferable to be washed away.
また、前記流体本体部がエンジンから排出される排気ガスを流通させる排気管であり、前記上流側空間部内には前記排気ガスを浄化する触媒を担持した担体又は、前記排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタが収容されており、前記排気管の前記流体吐出口部に隣接する部位には、前記排気ガスの状態量を検出するセンサが設けられていることが好ましい。 Further, the fluid body is an exhaust pipe through which the exhaust gas discharged from the engine flows, and a carrier carrying a catalyst for purifying the exhaust gas or a particulate substance in the exhaust gas is contained in the upstream space. It is preferable that a filter for collecting the exhaust gas is housed, and a sensor for detecting the state amount of the exhaust gas is provided at a portion of the exhaust pipe adjacent to the fluid discharge port portion.
本開示の技術によれば、背圧の上昇を抑えつつ、流体流速を効果的に向上することができる。 According to the technique of the present disclosure, the fluid flow velocity can be effectively improved while suppressing the increase in back pressure.
以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る流路構造を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, the flow path structure according to the present embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. The same parts are designated by the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed explanations about them will not be repeated.
図1は、本実施形態に係るエンジン10の排気系を示す模式的な全体構成図である。
FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram showing an exhaust system of the
図1に示すように、エンジン10は、シリンダヘッドや複数の気筒が形成されたシリンダブロック等を含むエンジン本体部11を備えている。エンジン本体部11のシリンダヘッドには、各気筒から排出される排気ガスを集合させる排気マニホールド12が設けられている。
As shown in FIG. 1, the
排気マニホールド12には、排気上流側から順に、上流配管13、前段後処理装置20の前段ケーシング21、接続配管14、後段後処理装置40の後段ケーシング41(本開示の流路本体部の一例)及び、下流配管15等が接続されている。
In the
上流配管13は、略円筒状に形成されており、その上流端を排気マニホールド12の排気集合部12Aに接続されている。上流配管13の下流端は、前段ケーシング21の上流側開口部に接続されている。
The
前段ケーシング21は、略円筒状に形成されており、その内部には、排気上流側から順に、酸化触媒22及び、フィルタ23が収容されている。
The
酸化触媒22は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体の表面に触媒成分等を担持して形成されている。酸化触媒22は、エンジン10のポスト噴射や図示しない排気管インジェクタの排気管噴射によって未燃燃料(炭化水素:HC)が供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
The
フィルタ23は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。フィルタ23は、排気ガス中のPMを隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、PM堆積量が所定量に達すると、これを燃焼除去するフィルタ強制再生が実施される。
The
接続配管14は、全体として略S字状の円筒状に形成されており、前段ケーシング21の下流側開口部と後段ケーシング41の上流側開口部とを接続する。接続配管14の所定部位には、尿素水噴射装置30の一部を構成する尿素水インジェクタ35が設けられている。
The
尿素水噴射装置30は、尿素水を貯留する尿素水タンク31と、尿素水タンク31内の尿素水に浸漬されて異物を除去するストレーナ32と、ストレーナ32に接続された供給配管33と、供給配管33に設けられて尿素水タンク31から尿素水を汲み上げる尿素水ポンプ34と、供給配管33から供給される尿素水を接続配管14内に噴射する尿素水インジェクタ35とを備えている。
The urea
尿素水インジェクタ35から接続配管14内に噴射された尿素水は、排気熱により加水分解されてアンモニア(NH3)に生成され、下流側の選択的還元触媒48(Selective Catalytic Reduction:以下、SCR触媒)に還元剤として供給される。
The urea water injected from the
後段ケーシング41は、略円筒状に形成されている。後段ケーシング41の内部には、後段ケーシング41の内部空間を上流側空間部41Aと下流側空間部41Bとに区画する仕切壁50が設けられている。上流側空間部41A内には、SCR触媒48が収容されている。
The
SCR触媒48は、例えば多孔質のセラミック製担体にゼオライト等を担持して形成されている。SCR触媒48は、尿素水インジェクタ35から還元剤として供給されるアンモニアを吸着すると共に、吸着したアンモニアで通過する排気ガス中からNOxを選択的に還元浄化する。
The
後段ケーシング41の下流側の周壁には、下流側空間部41Bと連通して排気ガスを大気に導く略円筒状の下流配管15が接続されている。また、後段ケーシング41の下流側の周壁には、PMセンサ90やNOxセンサ91等が設けられている。なお、後段ケーシング41に設けられるセンサは、PMセンサ90やNOxセンサ91に限定されず、排気温度センサ等の他の排気状態量を検出するセンサであってもよい。
A substantially cylindrical
本実施形態において、仕切壁50には、上流側空間部41Aと下流側空間部41Bとを連通させると共に、上流側空間部41Aから下流側空間部41Bに流れ込む排気ガスの流速を増加させる連通管60が設けられている。以下、仕切壁50及び、連通管60を含む本実施形態の流路構造の詳細を図2,3に基づいて説明する。
In the present embodiment, the
図2は、本実施形態に係る後段後処理装置40を、後段ケーシング41の一部を切り欠いて示す模式的な斜視図である。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing the
図2に示すように、後段ケーシング41は、全体として略有底筒状に形成されており、略円筒状の周壁部42と、周壁部42の下流端を塞ぐ円板状の側壁部43とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
周壁部42の内部のうち、筒軸方向の中間位置よりも下流側の所定部位には、周壁部42の内径と略同径の外径を有する円板状の仕切壁50が設けられている。仕切壁50は、その周縁を周壁部42の内周面に溶接等で接合固定されている。この仕切壁50によって、後段ケーシング41の内部空間が、上流側空間部41Aと下流側空間部41Bとに区画形成されている。なお、仕切壁50は、ボルトナット等で周壁部42に締結固定してもよい。
A disk-
後段ケーシング41の周壁部42のうち、上流側空間部41Aに対応する部位(以下、上流側周壁部42Aという)には、SCR触媒48が不図示のマット部材等を介して収容保持されている。上流側周壁部42Aの上流側端には、前述の接続配管14(図1に示す)が接続されている。
Of the
後段ケーシング41の周壁部42のうち、下流側空間部41Bに対応する部位(以下、下流側周壁部42Bという)には、PMセンサ90及びNOxセンサ91が、センサ軸方向を略鉛直方向(又は、僅かに傾く方向)に向けた状態で、それらのセンサ部90A,91Aが下流側空間部41B内に露出するように取り付けられている。PMセンサ90及び、NOxセンサ91は、好ましくは、下流配管15から浸入する水等の被水を防止すべく、下流側周壁部42Bの筒軸心よりも鉛直方向上方の部位に設けられている。
The
下流側周壁部42Bのうち、筒軸心よりも鉛直方向下方の部位、言い換えれば、筒軸心を挟んで各センサ90,91と対向する部位には、排気ガスを大気に導く円筒状の下流配管15が接続されている。すなわち、排気ガスが下流側空間部41B内から下流配管15を介して下方に向けて排出されるように構成されている。
Of the downstream
仕切壁50は、略円板状に形成されており、その平面を周壁部42の筒軸心(排気ガスの流れ方向)に直交させて設けられている。仕切壁50には、半円弧状に湾曲する排気導入口部51(流体導入口部)が開口形成されている。
The
排気導入口部51は、仕切壁50を下流側から軸方向視した状態で、仕切壁50の軸心よりも図中左側の部位に、仕切壁50の周縁に沿って半円弧状に延びるように設けられている。なお、排気導入口部51は、各センサ90,91の配置位置に応じて、図示例とは異なる位置(例えば、仕切壁50の軸心よりも図中右側)に設けられてもよい。
The
連通管60は、全体として略C字状に湾曲する筒状に形成された筒体本体部61を有しており、仕切壁50の下流側空間部41Bに臨む側面に設けられている。具体的には、筒体本体部61は、その上流側の開口周縁を排気導入口部51の周縁に溶接等で接合されると共に、下流側周壁部42Bの内周面に沿って上方に向かって湾曲しながら延設されている。また、筒体本体部61は、その下流端に形成された排気吐出口部62(流体吐出口部)が、PMセンサ90のセンサ部90Aに臨んで開口するように設けられている。
The
本実施形態において、排気導入口部51の開口面積V1は、排気吐出口部62の開口面積V2よりも大きく(V1>V2)、言い換えれば、連通管60の筒体本体部61の流路断面積(排気ガスの流れ方向と直交する流路断面積)が、上流側の排気導入口部51から下流側の排気吐出口部62に向かうに従い縮小するように形成されている。
In the present embodiment, the opening area V1 of the
このように、連通管60の筒体本体部61を下流側周壁部42Bの内周面に沿って湾曲しながら次第に縮径する略中空円錐台形筒状に形成することで、上流側空間部41Aから排気導入口部51を介して筒体本体部61内に流れ込む排気ガスが、排気吐出口部62から下流側空間部41B内に向けて流速を増加させながら吐出されるようになる。また、排気導入口部51の開口面積V1を、筒体本体部61の流路断面積及び、排気吐出口部62の開口面積V2よりも大きく形成することで、筒体本体部61内を流れる排気ガスの流通抵抗の増加が抑えられるようになり、背圧の上昇も効果的に抑止されるようになる。
In this way, the
なお、排気導入口部51や排気吐出口部62の開口面積をどの程度にするかは、後段ケーシング41の寸法、上流側に配されるSCR触媒48の容量、エンジン10の排気量等の各種仕様に応じて、背圧の上昇を効果的に抑えられる範囲内にて適宜に設定すればよい。
The opening area of the
以上のように構成された本実施形態に係る流路構造の作用効果を図3に基づいて説明する。 The action and effect of the flow path structure according to the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIG.
図3は、下流側周壁部42Bを径方向に切り欠くと共に、仕切壁50及び、連通管60を排気流れ方向の下流側から軸方向視した模式図である。
FIG. 3 is a schematic view of the downstream
図3に示すように、上流側空間部41Aから排気導入口部51を介して連通管60の筒体本体部61内に流れ込んだ排気ガスE1は、筒体本体部61内を通過して排気吐出口部62から下流側空間部41B内に吐出される。排気吐出口部62から吐出された排気ガスE2は、下流側周壁部42Bの内周面に沿って流れながら、排気吐出口部62と隣接するPMセンサ90のセンサ部90A、さらには、NOxセンサ91のセンサ部91Aに導かれる。各センサ部90A,91Aを通過した排気ガスE3は、下流側周壁部42Bの内周面に沿って下流側空間部41B内を旋回しながら下流配管15に到達し、下流配管15から効率的に排出されるようになっている。
As shown in FIG. 3, the exhaust gas E1 that has flowed from the
本実施形態において、連通管60の筒体本体部61は、下流側周壁部42Bの内周面に沿って湾曲しながら次第に縮径する略中空円錐台形筒状に形成されており、連通管60内を通過する排気ガスE1が排気吐出口部62から下流側空間部41B内に向けて、その流速を増加させながら吐出されるように構成されている。これにより、排気吐出口部62と隣接する各センサ90,91のセンサ部90A,91Aに流れ込む排気ガスE2の流速を確実に増加させることが可能となり、各センサ90,91の検出精度を効果的に向上することができる。
In the present embodiment, the tubular body
また、排気ガスE1を連通管60の筒体本体部61内に取り入れる排気導入口部51の開口面積を、筒体本体部61の流路断面積及び、排気吐出口部62の開口面積V2よりも大きく形成したことにより、筒体本体部61内を通過する排気ガスE1の流通抵抗の増加が効果的に抑えられるように構成されている。これにより、背圧の上昇が確実に抑止されるようになり、エンジン10の燃費性能の悪化等を防止することが可能になる。
Further, the opening area of the
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。 It should be noted that the present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified and implemented without departing from the gist of the present disclosure.
例えば、上記流路構造は、後段ケーシング41に設けられるものとして説明したが、前段ケーシング21に設けることもできる、また、本実施形態の適用は、エンジン10の排気系流路に限定されず、吸気系流路や、エンジン以外の他の装置の流体流路にも広く適用することが可能である。
For example, although the above-mentioned flow path structure has been described as being provided in the rear-
10 エンジン
13 上流配管
14 接続配管
15 下流配管
20 前段後処理装置
21 前段ケーシング
22 酸化触媒
23 フィルタ
40 後段後処理装置
41 後段ケーシング(流路本体部)
41A 上流側空間部
41B 下流側空間部
42 周壁部
50 仕切壁
51 排気導入口部(流体導入口部)
60 連通管
61 筒体本体部
62 排気吐出口部
90 PMセンサ
91 NOxセンサ
10
60
Claims (4)
前記流路本体部の内部を上流側空間部と下流側空間部とに仕切る仕切壁と、
前記仕切壁に開口する流体導入口部と、
前記流体導入口部から前記下流側空間部側に延びる筒体部及び、該筒体部の前記流体導入口部とは反対側の端部に開口する流体吐出口部を有すると共に、前記上流側空間部と前記下流側空間部とを連通させる連通管と、を備え、
前記流体導入口部の開口面積が、前記筒体部の流路断面積及び、前記流体吐出口部の開口面積よりも大きく形成されている
ことを特徴とする流路構造。 The main body of the flow path that allows fluid to flow,
A partition wall that divides the inside of the flow path main body into an upstream space portion and a downstream space portion,
A fluid inlet that opens into the partition wall and
It has a tubular body that extends from the fluid introduction port to the downstream space side, and a fluid discharge port that opens at the end of the tubular body that is opposite to the fluid introduction port, and is on the upstream side. A communication pipe for communicating the space portion and the downstream space portion is provided.
A flow path structure characterized in that the opening area of the fluid introduction port is formed to be larger than the cross-sectional area of the flow path of the tubular body and the opening area of the fluid discharge port.
請求項1に記載の流路構造。 The flow path structure according to claim 1, wherein the tubular body portion is formed in a hollow conical trapezoidal tubular shape in which the cross-sectional area of the flow path is reduced from the fluid introduction port portion toward the fluid discharge port portion.
請求項1又は2に記載の流路構造。 The flow path main body portion has a cylindrical peripheral wall portion, and the partition wall is formed in a disk shape in which the peripheral edge thereof is fixed to the inner peripheral surface of the peripheral wall portion, and the tubular body portion is formed. , It is formed to be curved along the inner peripheral surface of the peripheral wall portion, and the fluid discharged from the fluid discharge port portion swirls and flows in the downstream space portion along the inner peripheral surface of the peripheral wall portion. The flow path structure according to claim 1 or 2.
請求項1から3の何れか一項に記載の流路構造。 The fluid body is an exhaust pipe through which exhaust gas discharged from the engine flows, and a carrier carrying a catalyst for purifying the exhaust gas or a particulate substance in the exhaust gas is captured in the upstream space. Any one of claims 1 to 3, wherein a collecting filter is housed, and a sensor for detecting the state amount of the exhaust gas is provided at a portion of the exhaust pipe adjacent to the fluid discharge port portion. The flow path structure according to.
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