JP2022075245A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気浄化装置の車両への搭載を容易にしつつ、排ガスの浄化効果を向上させる。
【解決手段】排気浄化装置は、ケース部と、開口部と、整流パイプとを備える。開口部は、浄化部の配置領域の上流側領域に連通するよう、ケース部に設けられる。整流パイプは、排気マニホールドからの排ガスが流入し、開口部から上流側領域に突出する。そして、整流パイプの第１部分は、排ガスを偏心方向に流下させる。また、整流パイプの第２部分は、浄化部の配置領域の端面における中央部分の正面を通過してケース部２の内周面に向かうよう、排ガスを誘導する。
【選択図】図３

Description

本開示は、排気浄化装置に関する。

特許文献１に記載されているように、車両のエンジンの各気筒から排ガスが流入する排気マニホールドの下流側に接続される排気浄化装置が知られている。このような排気浄化装置では、触媒が配置されたケーシング内に各気筒から流入した排ガスの流れが不揃となるため、排ガスの浄化効果が十分に得られない恐れがある。

国際公開ＷＯ２０１０／０５３０３３

これに対し、特許文献１の排気浄化装置では、ケーシングの側壁の一部が、外周側に突出した形状を有する突出部として構成されている。そして、排気マニホールドからケーシングの内部に流入した排ガスを突出部の内周面に衝突させて排ガスを整流し、整流された排ガスを触媒に流入させることで、排ガスの浄化効果を向上させている。しかしながら、突出部を設けたことにより、排気浄化装置の配置スペースが制限され、排気浄化装置の車両への搭載が困難になる恐れがある。

本開示の一態様においては、排気浄化装置の車両への搭載を容易にしつつ、排ガスの浄化効果を向上させるのが望ましい。

本開示の一態様は、車両の排ガスの流路に設けられる排気浄化装置であって、ケース部と、開口部と、整流パイプと、を備える。ケース部は、排ガスの浄化部が内部に配置されるよう構成されており、内部に配置された浄化部の中心軸に沿って延びる。開口部は、ケース部の内部における浄化部の配置領域の上流側に位置する上流側領域に連通するよう、ケース部に設けられる。整流パイプは、車両のエンジンの排気マニホールドからの排ガスが流入するよう構成されていると共に、上流側領域に突出するように開口部に設けられる。また、整流パイプは、第１部分と、第２部分とを備える。第１部分は、開口部を通過する。第２部分は、第１部分よりも下流側に位置する。第１部分は、排気マニホールドから流入し、当該第１部分を通過する排ガスを、中心軸に向かわない偏心方向に流下させるよう構成されている。第２部分は、上流側領域に位置すると共に湾曲又は屈曲している。また、第２部分は、当該第２部分に設けられた整流パイプの出口から流出した排ガスが、浄化部の配置領域の端部に位置する端面における中央部分の正面を通過してケース部の内周面に向かうよう、排ガスを誘導するよう構成されている。

上記構成によれば、排気マニホールドに接続されるエンジンの各気筒からの排ガスは、整流パイプの第２部分における湾曲又は屈曲した部分の内周面に衝突し、これにより、各気筒からの不揃な排ガスの流れが一様になるように促される。

また、第２部分は、整流パイプの出口から流出した排ガスを、浄化部の配置領域の端面における中央部分の正面を通過してケース部の内周面に向かうように誘導する。このため、上流側領域では、該出口から流出した排ガスは内周面に衝突して二手に分かれ、２つの排ガスの旋回流が形成される。これにより、排ガスの流れがより一様になると共に、圧損が抑制される。

また、整流パイプの出口から流出した排ガスは、浄化部の配置領域の端面における中央部分の正面を通過してケース部の内周面に向かう。つまり、整流パイプの出口とケース部の内周面との間には、一定の距離が設けられる。このため、ケース部を特殊な形状にして整流パイプの出口とケース部の内周面との間の距離を確保しなくても、排ガスの流れがより一様になるよう促されると共に、圧損が抑制される。これにより、排気浄化装置が車両への搭載に不利な形状になるのを回避できる。

さらに、整流パイプにおける開口部を通過する第１部分は、中心軸に向かわない偏心方向に排ガスを流下させる。このため、第１部分の向き及び形状を柔軟に設定でき、車両への搭載が容易になる。

したがって、排気浄化装置の車両への搭載を容易にしつつ、排ガスの浄化効果を向上させることができる。
本開示の一態様では、整流パイプの出口は、端面の中央部分の正面に位置してもよい。

上記構成によれば、上流側領域にて、良好に２つの排ガスの旋回流が形成される。このため、より一層、排ガスの流れが一様になると共に、圧損が抑制される。
本開示の一態様では、端面は略円形であり、端面の直径をＡとしてもよい。整流パイプにおける上流側領域に突出する部分の長さを、差込長さとしてもよい。差込長さは、Ａ／２以下であってもよい。

上記構成によれば、上流側領域にて、良好に２つの排ガスの旋回流が形成される。このため、より一層、排ガスの流れが一様になると共に、圧損が抑制される。
本開示の一態様では、端面は略円形であり、端面の直径をＡとしてもよい。整流パイプにおける上流側領域に突出する部分の長さを、差込長さとしてもよい。差込長さは、Ａ／４以上であってもよい。

上記構成によれば、上流側領域にて、良好に２つの排ガスの旋回流が形成される。このため、より一層、排ガスの流れが一様になると共に、圧損が抑制される。
本開示の一態様では、ケース部は、中心軸を囲む側壁を有してもよい。開口部は、側壁に設けられていてもよい。

上記構成によれば、側壁に整流パイプを設けることができ、これにより、整流パイプの出口から流出した排ガスが直ちに浄化部に流入するのを抑制できる。このため、上流側領域にて、良好に２つの排ガスの旋回流を形成でき、その結果、より一層、排ガスの流れが一様になると共に、圧損が抑制される。

本開示の一態様では、第２部分は、整流パイプの出口から流出した排ガスを、端面に略平行に流れるように誘導してもよい。
上記構成によれば、整流パイプの出口から流出した排ガスが、直ちに浄化部に流入するのを抑制できる。このため、上流側領域にて、良好に２つの排ガスの旋回流が形成でき、その結果、より一層、排ガスの流れが一様になると共に、圧損が抑制される。

排気浄化装置の斜視図である。 排気浄化装置のケース部における入口部及び中央部の中心軸に平行な断面図である。 排気浄化装置のケース部における入口部の中心軸に直交する断面図である。

以下、本開示の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本開示の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

［１．排気浄化装置の概要］
本実施形態の排気浄化装置１は、車両の排ガスの流路の一部を構成しており、多気筒のエンジンに接続された排気マニホールド５の下流側に設けられる（図１参照）。排気浄化装置１は、内部に配置された浄化部４により排ガスを浄化する（図２参照）。本実施形態では、一例として、浄化部４は円柱状であるが、浄化部４の形状はこれに限定されない。また、浄化部４は、一例として、触媒として構成されている。しかし、触媒に加えて、又は、触媒に替えてフィルタが用いられても良い。排気浄化装置１は、ケース部２と、整流パイプ３とを備える。

［２．ケース部］
ケース部２は、内部に排ガスの流路を形成すると共に、排ガスの浄化部４が内部に配置されるよう構成されており、内部に配置された浄化部４の中心軸１０に沿って延びる（図１～３参照）。つまり、ケース部２における排ガスの流れ方向は、中心軸１０の方向に略一致する。なお、排気浄化装置１は、例えば、中心軸１０が略上下方向に延びるように車両に搭載されても良い。無論、これに限らず、排気浄化装置１は、中心軸１０が様々な方向に向いた状態で車両に搭載され得る。また、浄化部４が円柱状でない場合には、排ガスの流れ方向に垂直な断面の重心を通過する線を、中心軸１０としても良い。

以後、ケース部２における中心軸１０に直交する断面を、単に断面と記載する。ケース部２は、排気マニホールド５からの排ガスを流入させるよう構成された入口部２０と、中央部２５と、排ガスを流出させるよう構成された出口部２７とを備える（図１参照）。

［２－１．中央部］
中央部２５は、中心軸１０を囲むように直線状に延びる略円筒状の形状であり、中心軸１０は、中央部２５の略円形の断面における略中心を通過する（図１～３参照）。なお、これに限らず、中央部２５は、例えば、湾曲又は屈曲した経路に沿って延びる形状であっても良いし、略円筒状以外の形状であっても良い。

また、中央部２５の内側には浄化部４が配置される。本実施形態では、一例として、中央部２５の内側の空間の全域が、浄化部４の配置領域となる。つまり、中心軸１０は、浄化部４の配置領域の断面の中心を通過し、中央部２５における上流側の開口（以後、入口）が、浄化部４の配置領域における上流側の端部に位置する端面２６を形成する。

なお、本実施形態では、一例として、端面２６は略円形であり、中心軸１０は、端面２６に対し略直交すると共に端面２６の略中心を通過する。また、端面２６の中央に位置し、端面２６の中心を含む部分を、中央部分２６Ａとも記載する。中央部分２６Ａは、一例として、中心軸１０又はその付近に中心が位置し、その直径が端面２６の直径の１／３程度の略円形の領域であっても良い。また、端面２６が略円形以外の形状である場合、中心軸１０又はその付近にその中心が位置し、その幅が端面２６の幅の１／３程度の領域を、中央部分２６Ａとしても良い。

［２－２．入口部］
入口部２０は、中央部２５の入口（換言すれば、端面２６）を塞ぐ部位であり、側壁２１と、頂部２２と、開口部２３とを備える（図１～３参照）。頂部２２は、中央部２５の入口に対面する壁状の部位であり、中心軸１０に対し略直交する。一方、側壁２１は、中心軸１０を囲むように配置された略円筒状の部位であり、中心軸１０は、側壁２１の断面の略中心を通過する。また、側壁２１は、中央部２５の入口を囲む縁部から頂部２２へと広がっており、側壁２１における頂部２２に隣接する部分は、丸みが形成されている。つまり、入口部２０の頂部２２の角は、Ｒ加工がされており、排ガスがスムーズに流れるよう構成されている。

以後、入口部２０の内側の領域を、上流側領域２４と記載する。上流側領域２４は、浄化部４の配置領域の上流側に位置し、端面２６に隣接する。
［２－３．開口部］
開口部２３は、入口部２０の側壁２１に設けられる（図１～３参照）。具体的には、側壁２１には、上流側領域２４に連通する入口２１Ａが設けられている。開口部２３は、入口２１Ａを囲む壁状の部位であり、入口２１Ａの縁部から側壁２１の外側に向かって偏心方向３２（詳細は後述する）に平行に突出する。また、開口部２３の一部は、側壁２１の断面の接線に沿って延びる。なお、開口部２３は、例えば、入口部２０の頂部２２に設けられていても良い。

［２－３．出口部］
出口部２７は、中央部２５における入口部２０の反対側の端部を塞ぐ部位であり、入口部２０と同様の側壁及び頂部を備える（図１参照）。また、出口部２７の側壁には、浄化部４を通過した排ガスをケース部２の外部へと流出させる開口部が設けられている。

［３．整流パイプ］
整流パイプ３は、上流側領域２４に突出するように開口部２３に設けられると共に、上流側の端部が排気マニホールド５に接続され、排気マニホールド５から流入した排ガスを上流側領域２４に誘導する（図１～３参照）。整流パイプ３は、端面２６に略平行な面上に位置する軸線３０に沿って延びる。整流パイプ３における軸線３０に直交する断面は、一例として略円形であり、軸線３０は、該断面の略中心を通過する。また、整流パイプ３は、第１部分３１と第２部分３３とを備える。

［３－１．第１部分］
第１部分３１は、開口部２３を通過するように設けられ、開口部２３に接合される（図２、３参照）。また、第１部分３１は、排気マニホールド５から流入し、当該第１部分３１を通過する排ガスを、中心軸１０に向かわない方向（以後、偏心方向３２）に流下させるよう構成されている。

より詳しくは、第１部分３１の一部は、側壁２１の断面の接線に沿って延びる。また、第１部分３１は、一例として、偏心方向３２に沿って直線状に延びており、中心軸１０は、第１部分３１の内部領域の、偏心方向３２に沿って下流側に位置する領域を通過しない。このため、第１部分３１を通過する排ガスは、偏心方向３２に沿って流下し、第１部分３１の内部における排ガスの流路の偏心方向３２に沿った延長線上には、中心軸１０が存在しない。

なお、本実施形態では、偏心方向３２は、一例として端面２６に略平行であるが、偏心方向３２はこれに限定されない。また、第１部分３１は、直線状に限らず、当該第１部分３１を通過する排ガスを偏心方向３２に流下させることが可能な範囲で様々な形状を有し得る。

［３－２．第２部分］
一方、第２部分３３は、第１部分３１の下流側に位置し、整流パイプ３を通過した排ガスが流出する出口３４を備える（図２、３参照）。また、第２部分３３は、上流側領域２４に位置すると共に、図３に示すように、中心軸１０の方向に第２部分３３を平面視すると、第２部分３３は、出口３４が端面２６の中心を向くように湾曲している。

また、第２部分３３は、出口３４から流出した排ガスが、浄化部４の配置領域の端面２６における中央部分２６Ａの正面を通過して入口部２０の内周面に向かうよう、該排ガスを誘導する。

また、上述したように、整流パイプ３の軸線３０は、端面２６に略平行な面に沿って延びる。このため、第２部分３３は、出口３４から流出した排ガスを、端面２６に略平行に流れ、入口部２０の側壁２１に向かうように誘導する。なお、これに限らず、第２部分３３は、例えば、排ガスを入口部２０の頂部２２に向かうように誘導しても良い。

なお、第２部分３３の形状は、上述したものに限らず、出口３４から流出した排ガスを同様の態様で誘導可能となる範囲で、様々な形状を有し得る。具体的には、中心軸１０の方向に平面視した時の第２部分３３は、例えば、屈曲した形状であっても良い。

［４－３．差込長さ］
ここで、略円形である端面２６の直径をＡとする。また、整流パイプ３における上流側領域２４に突出する部分の長さを、差込長さＢとする。より詳しくは、差込長さＢとは、例えば、整流パイプ３の上流側領域２４に突出する部分における軸線３０の長さであっても良い。また、差込長さＢとは、例えば、入口部２０の側壁２１の入口２１Ａから、整流パイプ３の出口３４までの最短距離であっても良い。

本実施形態では、整流パイプ３の差込長さＢは、Ａ／４以上Ａ／２以下となっており、整流パイプ３の出口３４は、中央部分２６Ａの正面に位置する。無論、これに限らず、例えば、差込長さＢは、Ａ／２よりも長くても良いし、Ａ／４よりも短くても良い。

また、シミュレーションを行い、整流パイプ３の差込長さにより、上流側領域２４における流速一様度及び圧損がどの程度変化するかを計測した。なお、流速一様度とは、排ガスの流れが一定である程度を数値化したものである。

差込長さＢがＡ／４である場合は、整流パイプ３を設けない場合に比べ、流速一様度が約１３．５％増加すると共に、圧損が約４０．８％低下した。なお、整流パイプ３を設けない場合とは、排気浄化装置１に整流パイプ３を設けず、排気マニホールド５から流出した排ガスを、開口部２３を介して上流側領域２４に流入させる場合を意味する。

また、差込長さＢがＡ／４である場合は、差込長さＢが３×Ａ／４である場合に比べ、流速一様度が約１．１％増加すると共に、圧損が約２７．７％低下した。
また、差込長さＢがＡ／２である場合は、整流パイプ３を設けない場合に比べ、流速一様度が約１３．５％増加すると共に、圧損が約２９．１％低下した。

また、差込長さＢがＡ／２である場合は、差込長さＢが３×Ａ／４である場合に比べ、流速一様度が約１．１％増加すると共に、圧損が約１３．３％低下した。
［５．効果］
（１）上記実施形態によれば、排気マニホールド５に接続されるエンジンの各気筒からの排ガスは、整流パイプ３の第２部分３３の内周面に衝突し、これにより、各気筒からの不揃な排ガスの流れが一様になるように促される。

また、第２部分３３は、整流パイプ３の出口３４から流出した排ガスを、浄化部４の配置領域の端面２６における中央部分２６Ａの正面を通過して、入口部２０の側壁２１に向かうように誘導する。このため、上流側領域２４では、該出口３４から流出した排ガスは側壁２１に衝突して二手に分かれ、同程度の規模の２つの旋回流３５、３６が形成される（図３参照）。これにより、排ガスの流れがより一様になると共に、圧損が抑制される。

また、整流パイプ３の出口３４から流出した排ガスは、端面２６における中央部分２６Ａの正面を通過して入口部２０の側壁２１に向かう。つまり、整流パイプ３の出口３４と側壁２１との間には、一定の距離が設けられる。このため、入口部２０を特殊な形状にして整流パイプ３の出口３４と側壁２１との間の距離を確保しなくても、排ガスの流れがより一様になるよう促されると共に、圧損が抑制される。これにより、排気浄化装置１が車両への搭載に不利な形状になるのを回避できる。

さらに、整流パイプ３における開口部２３を通過する第１部分３１は、中心軸１０に向かわない偏心方向３２に排ガスを流下させる。このため、第１部分３１の向き及び形状を柔軟に設定でき、車両への搭載が容易になる。

したがって、排気浄化装置１の車両への搭載を容易にしつつ、排ガスの浄化効果を向上させることができる。
（２）また、整流パイプ３の出口３４は、端面２６の中央部分２６Ａの正面に位置する。そして、整流パイプ３の差込長さＢは、Ａ／４以上Ａ／２以下である。このため、上流側領域２４にて、良好に２つの排ガスの旋回流が形成され、その結果、より一層、排ガスの流れが一様になると共に、圧損が抑制される。

（４）また、開口部２３は、入口部２０の側壁２１に設けられており、整流パイプ３の第２部分３３は、出口３４から流出した排ガスを、端面２６に略平行に流れるように誘導する。これにより、整流パイプ３の出口３４から流出した排ガスが直ちに浄化部４に流入するのを抑制できる。このため、上流側領域２４にて、良好に２つの排ガスの旋回流３５、３６を形成でき、その結果、より一層、排ガスの流れが一様になると共に、圧損が抑制される。

［６．他の実施形態］
（１）上記実施形態では、ケース部２における入口部２０及び中央部２５の断面は、略円形となっており、浄化部４の配置領域の端面２６もまた、略円形となっている。しかし、該断面及び端面２６の形状は、略円形に限らず、例えば、楕円形状であっても良いし、多角形状であっても良い。このような構成を有する場合であっても、同様の効果が得られる。

（２）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

１…排気浄化装置、１０…中心軸、２…ケース部、２０…入口部、２１…側壁、２１Ａ…入口、２２…頂部、２３…開口部、２４…上流側領域、２５…中央部、２６…端面、２６Ａ…中央部分、３…整流パイプ、 ３０…軸線、３１…第１部分、３２…偏心方向、３３…第２部分、３４…出口、４…浄化部、５…排気マニホールド。

Claims (6)

1. 車両の排ガスの流路に設けられる排気浄化装置であって、
   排ガスの浄化部が内部に配置されるよう構成されており、内部に配置された前記浄化部の中心軸に沿って延びるケース部と、
   前記ケース部の内部における前記浄化部の配置領域の上流側に位置する上流側領域に連通するよう、前記ケース部に設けられた開口部と、
   前記車両のエンジンの排気マニホールドからの排ガスが流入するよう構成されていると共に、前記上流側領域に突出するように前記開口部に設けられる整流パイプと、
   を備え、
   前記整流パイプは、前記開口部を通過する第１部分と、前記第１部分よりも下流側に位置する第２部分とを備え、
   前記第１部分は、前記排気マニホールドから流入し、当該第１部分を通過する排ガスを、前記中心軸に向かわない偏心方向に流下させるよう構成されており、
   前記第２部分は、前記上流側領域に位置すると共に湾曲又は屈曲しており、当該前記第２部分に設けられた前記整流パイプの出口から流出した排ガスが、前記浄化部の前記配置領域の端部に位置する端面における中央部分の正面を通過して前記ケース部の内周面に向かうよう、該排ガスを誘導するよう構成されている
   排気浄化装置。
2. 請求項１に記載された排気浄化装置において、
   前記整流パイプの前記出口は、前記端面の前記中央部分の正面に位置する
   排気浄化装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載された排気浄化装置において、
   前記端面は略円形であり、前記端面の直径をＡとし、
   前記整流パイプにおける前記上流側領域に突出する部分の長さを、差込長さとし、
   前記差込長さは、Ａ／２以下である
   排気浄化装置。
4. 請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載された排気浄化装置において、
   前記端面は略円形であり、前記端面の直径をＡとし、
   前記整流パイプにおける前記上流側領域に突出する部分の長さを、差込長さとし、
   前記差込長さは、Ａ／４以上である
   排気浄化装置。
5. 請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載された排気浄化装置において、
   前記ケース部は、前記中心軸を囲む側壁を有し、
   前記開口部は、前記側壁に設けられている
   排気浄化装置。
6. 請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載された排気浄化装置において、
   前記第２部分は、前記整流パイプの前記出口から流出した排ガスを、前記端面に略平行に流れるように誘導する
   排気浄化装置。

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