JP2023084312A - 排気管構造 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力損失の増大を抑制しつつ、排気ガスに対する還元剤の分散性を高めることができる排気管構造を提供する。【解決手段】排気管構造１は、車両の内燃機関に接続される構造であって、排気ガスＧを流通させる排気管１０と、排気管１０内に還元剤Ｋを導入するインジェクタ５０と、排気ガスＧと還元剤Ｋとの合流位置若しくはその下流側に配置され、排気ガスＧ中に還元剤Ｋを分散させる分散板２５と、分散板２５よりも下流側に配置され、排気ガスＧ中の還元剤Ｋを混合するミキサ２６と、分散板２５及びミキサ２６を保持する筒状部材２７と、を備え、筒状部材２７は、分散板２５とミキサ２６とを所定の間隔をもって離間させるスペーサ部分２７ａを有している。【選択図】図３

Description

本開示は、排気管構造に関する。

従来の排気管構造として、例えば特許文献１に記載の排ガス浄化装置がある。この従来の排ガス浄化装置は、排気ガス流路における拡径流路の上流側に設けられ、上流側から流入した排気ガスを拡径流路へ拡散するように流出させる拡散部材と、排気ガス流路における拡散部材よりも上流側へ還元剤を供給する供給装置とを備えている。また、還元剤が排気ガスと合流する合流位置には、還元剤の流れを複数に分岐して拡散部材へ誘導する誘導部材が設けられている。

また、例えば特許文献２に記載の排気浄化装置は、筒状のインジェクタ本体を有するインジェクタが排気管に設けられている。インジェクタ本体は、排気管内に挿入されている。インジェクタ本体の一端には、還元剤を噴出させるノズルが取り付けられるノズル取付部が設けられ、他端には、噴出された還元剤を拡散する制御羽根が設けられている。

特開２０１４－１００６２８号公報 特開２０２０－０４５７７４号公報

上記特許文献１に記載の排ガス浄化装置における拡散部材は、拡径流路における排気ガスの流れの偏りを抑制する機能を有するものの、排気ガス中に偏って存在する還元剤を分散させる機能は有していないと考えられる。特に、排気ガスと還元剤とが合流する位置において還元剤の供給方向と排気ガスの流通方向とが異なる場合、排気ガスの流れの影響で還元剤の流れが偏り易くなるおそれがある。

上記特許文献２に記載の排気浄化装置では、排気管内に挿入されたインジェクタ本体の側壁に排気ガスを取り込む取込開口部が設けられている。インジェクタ本体内に導入された還元剤は、取込開口部からインジェクタ本体に取り込まれた排気ガスと共にインジェクタ本体内の当て板に衝突し、排気ガス中に分散する。しかしながら、特許文献２の構成では、取込開口部付近の排気ガスの圧力損失が増大し、内燃機関の性能に影響を与えることが懸念される。

本開示は、上記課題の解決のためになされたものであり、圧力損失の増大を抑制しつつ、排気ガスに対する還元剤の分散性を高めることができる排気管構造を提供することを目的とする。

本開示の一側面に係る排気管構造は、車両の内燃機関に接続される排気管構造であって、排気ガスを流通させる排気管と、排気管内に還元剤を導入するインジェクタと、排気ガスと還元剤との合流位置若しくはその下流側に配置され、排気ガス中に還元剤を分散させる分散板と、分散板よりも下流側に配置され、排気ガス中の還元剤を混合するミキサと、分散板及びミキサを保持する筒状部材と、を備え、筒状部材は、分散板とミキサとを所定の間隔をもって離間させるスペーサ部分を有している。

この排気管構造では、分散板及びミキサを保持する筒状部材において、分散板とミキサとを所定の間隔をもって離間させるスペーサ部分が設けられている。分散板とミキサとを離間させることで、分散板で十分に排気ガス中に還元剤が十分に分散した状態でミキサによる排気ガス中の還元剤の混合を進行させることができ、還元剤が分散板及びミキサの双方をすり抜けてしまうことも抑制できる。したがって、排気ガスに対する還元剤の分散性を高めることができる。また、この排気管構造では、分散板とミキサとの間にスペーサ部分が存在することで、排気ガスと還元剤との合流位置で細くなった主流がある程度広がった状態でミキサに向かうこととなる。したがって、ミキサ近傍での主流の滞留が抑えられ、圧力損失の増大を抑制できる。

スペーサ部分は、分散板を通過した還元剤が少なくとも一回当該スペーサ部分に衝突可能な長さを有していてもよい。これにより、排気ガス中に還元剤が一層確実に分散した状態でミキサによる排気ガス中の還元剤の混合を進行させることができる。したがって、排気ガスに対する還元剤の分散性をより高めることが可能となる。

筒状部材は、ブラケットを介して排気管に接合されていてもよい。これにより、分散板及びミキサを排気管内でしっかりと保持できる。また、ブラケットによって筒状部材による排気ガスの筒状部材の保温効果が高められ、還元剤の蒸発を促進できる。

ブラケットと排気管との間には、排気ガスが流通可能な隙間部分が設けられていてもよい。この場合、隙間部分に高温の排気ガスの一部が流通することにより、筒状部材による排気ガスの保温効果が更に高められる。したがって、還元剤の蒸発を一層効果的に促進できる。

本開示によれば、圧力損失の増大を抑制しつつ、排気ガスに対する還元剤の分散性を高めることができる。

本開示の一実施形態に係る排気管構造の上流側を示す側面図である。 図１に示した排気管構造の要部近傍を示す拡大斜視図である。 図１に示した排気管構造の要部近傍を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の一側面に係る排気管構造の好適な実施形態について詳細に説明する。以下では、説明の便宜上、車両への排気管の取付状態を基準として、「上」「下」の用語を用いる。また、排気管における排気ガスの流れ方向を基準として「上流」「下流」の用語を用いる。

図１は、本開示の一実施形態に係る排気管構造の上流側を示す側面図である。また、図２は、図１に示した排気管構造の要部近傍を示す拡大斜視図である。図１及び図２に示すように、排気管構造１は、排気管１０を第１ヒートインシュレータ２０及び第２ヒートインシュレータ３０によって断熱してなる構造体である。排気管１０は、例えばステンレス鋼などの金属材料によって構成されている。排気管１０は、当該排気管１０の屈曲又は膨出により鉛直下方に張り出す張出領域１９を有している。第１ヒートインシュレータ２０は、張出領域１９よりも上流側の排気管１０を覆うように配置されている。第２ヒートインシュレータ３０は、張出領域１９よりも下流側の排気管１０を覆うように配置されている。

排気管１０は、車両に搭載される内燃機関に接続され、内燃機関の燃焼室での燃焼で生じた排気ガスを排出する排気通路を構成する。排気管１０は、内燃機関に接続された状態において、例えば車両の前後方向に沿って延在する。内燃機関の一例としては、ディーゼルエンジンが挙げられる。排気管構造１が適用される車両としては、例えば乗用車、ピックアップトラック、バス、ダンプなどが挙げられる。

排気管１０の上流側には、例えばターボチャージャ、ＤＯＣ(Diesel Oxidation Catalyst)、ＤＰＦ(DieselParticulate Filter)等が設けられる。排気管１０の下流側には、例えばＳＣＲ（SelectiveCatalytic Reduction）が設けられる。図１及び図２の例では、還元剤（例えば尿素水）をＳＣＲに噴射するためのインジェクタ５０が排気管１０に配置されている。インジェクタ５０は、排気管１０の上流側を向くように排気管１０の壁部に取り付けられている。

排気管１０の上流側には、図１に示すように、接続部１１と、屈曲部１２，１３，１４とが設けられている。接続部１１には、排気管１０の上流側（内燃機関側）に配置された別の排気管が接続される。接続部１１から延びる直線部分１５は、上流側の排気管の配管経路に合わせ、インジェクタ５０に向かって下方に傾斜している。屈曲部１２は、当該屈曲部１２よりも下流側に延びる直線部分１６の下方への傾斜が直線部分１５の下方への傾斜よりも小さくなるように排気管１０を屈曲させている。屈曲部１２よりも下流側の直線部分１５の延在方向は、直線部分１５よりもインジェクタ５０の方向に沿ったものとなる。

屈曲部１３は、インジェクタ５０の基端部付近に設けられている。屈曲部１３は、当該屈曲部１３よりも下流側の直線部分１７の下方への傾斜が直線部分１６の下方への傾斜よりも大きくなるように排気管１０を屈曲させている。屈曲部１３よりも下流側の直線部分１７は、インジェクタ５０の取付位置に向かって下方に延在している。屈曲部１４は、インジェクタ５０よりも下流側の直線部分１８が概ねインジェクタ５０の軸方向に沿って延びるように、屈曲部１３のすぐ下流で排気管１０を屈曲させている。インジェクタ５０よりも下流側の直線部分１８は、水平面に対して僅かに上方に傾斜した状態で延在している。

これらの屈曲部１２，１３，１４により、排気管１０の配管経路は、例えば車両の下部構成（例えばサスペンションのクロスメンバ当）との干渉を回避可能な経路となっている。また、車両後方に向かって還元剤を噴射するように取り付けられたインジェクタ５０により、排気管１０の内部において還元剤を下流側に向かって噴射することが可能となっている。

排気管１０は、屈曲部１４の屈曲により張り出す張出領域１９を有している。すなわち、排気管１０では、屈曲部１４よりも下流側の一定範囲が屈曲部１４の屈曲により形成された張出領域１９となっている。張出領域１９は、一例として、排気管１０を含む排気通路のうち、最も鉛直下方に位置する点（地上高が最小の点）を含んだ領域となっている。

図２に示すように、第１ヒートインシュレータ２０は、張出領域１９よりも上流側の排気管１０の外表面に沿って設けられた一対の遮熱板２１，２２を有している。第２ヒートインシュレータ３０は、張出領域１９よりも下流側の排気管１０の外表面に沿って設けられた一対の遮熱板３１，３２を有している。第１ヒートインシュレータ２０は、排気管１０の軸方向から見た場合に、遮熱板２１，２２による左右分割構造となっている。同様に、第２ヒートインシュレータ３０は、排気管１０の軸方向から見た場合に、遮熱板３１，３２による左右分割構造となっている。

第１ヒートインシュレータ２０の下流側端部２０ａと第２ヒートインシュレータ３０の上流側端部３０ａとは、排気管１０の周方向に沿うと共に外部に連通する隙間部分が形成されるように重複部分Ｒを有している。本実施形態では、第２ヒートインシュレータ３０の上流側端部３０ａが重複部分Ｒにおいて拡径し、第１ヒートインシュレータ２０の下流側端部２０ａに対して排気管１０の径方向の外側となるように配置されている。隙間部分には、ワイヤメッシュ４０が配置されている。ワイヤメッシュ４０は、例えばステンレス鋼等によって形成されている。ワイヤメッシュ４０は、水などの液体を通過させる一方で、枯草などの異物を捕捉する。

図３は、図１に示した排気管構造の要部近傍を示す断面図である。同図に示すように、排気管１０内には、張出領域１９に対応して、分散板２５と、ミキサ２６と、筒状部材２７とが配置されている。分散板２５は、排気管１０を通る排気ガスＧ中に還元剤Ｋを分散させる部材である。分散板２５は、例えば排気管１０の径方向に延びる３枚の羽根２５ａを中心軸回りに配置することによって構成されている。ミキサ２６は、排気ガスＧ中の還元剤Ｋを混合する部材である。ミキサ２６は、例えば排気管１０の径方向に延びる８枚の羽根２６ａを中心軸回りに配置することによって構成されている。

羽根２５ａ，２６ａは、いずれも排気管１０を通る排気ガスＧの流通方向（排気管１０の軸方向）に対して所定の角度をもって傾斜している。ミキサ２６におけるそれぞれの羽根２６ａの傾斜角度は、分散板２５におけるそれぞれの羽根２５ａの傾斜角度よりも大きくなっていてもよい。ミキサ２６におけるそれぞれの羽根２６ａの幅は、分散板２５におけるそれぞれの羽根２５ａの幅よりも大きくなっていてもよい。

筒状部材２７は、分散板２５及びミキサ２６を保持する部分である。筒状部材２７は、例えばステンレス鋼などの金属材料によって構成され、排気管１０の内径よりも一回り小さい外径を有している。筒状部材２７の一端側には、分散板２５が保持されている。筒状部材２７の他端側には、ミキサ２６が保持されている。筒状部材２７の中間部分は、分散板２５とミキサ２６とを所定の間隔をもって離間させるスペーサ部分２７ａとなっている。スペーサ部分２７ａは、分散板２５を通過した還元剤Ｋが少なくとも一回当該スペーサ部分２７ａに衝突可能な長さＬを有している。本実施形態では、スペーサ部分２７ａの長さＬは、分散板２５を通過した還元剤Ｋがミキサ２６の羽根２６ａに当たるまでにスペーサ部分２７ａの内壁に１回衝突可能な長さとなっている。

筒状部材２７は、排気ガスＧと還元剤Ｋとの合流位置若しくはその下流側において分散板２５がインジェクタ５０と正対し、且つミキサ２６が分散板２５よりも下流側に位置するように排気管１０内に配置されている。排気管１０に対する筒状部材２７の固定にあたって、筒状部材２７の外周側には、筒状部材２７を排気管１０に取り付けるための筒状のブラケット２８が設けられている。ブラケット２８は、例えばステンレス鋼などの金属材料によって構成され、筒状部材２７の外径よりも一回り大きい内径を有している。

本実施形態では、ブラケット２８は、第１ヒートインシュレータ２０の下流側端部２０ａと第２ヒートインシュレータ３０の上流側端部３０ａとの重複部分Ｒに位置している。ブラケット２８は、例えば溶接によって、重複部分Ｒの位置で排気管１０に対して強固に固定されている。排気管１０への固定状態において、ブラケット２８と排気管１０との間には、排気ガスＧが流通可能な隙間部分Ｓが設けられている。排気管１０の径方向に対する隙間部分Ｓの幅に特に制限はないが、一例として、排気管１０の壁部の厚さと同程度とすることができる。

以上のような排気管構造１では、図３に示すように、排気管１０の上流側から流れてくる排気ガスＧと、インジェクタ５０から排気管１０に導入された還元剤Ｋとが張出領域１９において合流する。還元剤Ｋが合流した排気ガスＧの主流が筒状部材２７の一端側の分散板２５に衝突することで、還元剤Ｋが排気ガスＧ中に分散する。還元剤Ｋは、上方からの排気ガスＧの流れによって下方に押されながら分散板２５の羽根２５ａに衝突する。

分散板２５を通った還元剤Ｋは、排気ガスＧ中に分散しながら筒状部材２７におけるスペーサ部分２７ａの内壁に衝突し、上方に跳ね上がりながら筒状部材２７の他端側のミキサ２６の羽根２６ａに衝突する。ミキサ２６の羽根２６ａに衝突した還元剤Ｋは、排気ガスＧ中により均一に混合され、排気ガスＧの主流と共に排気管１０の下流に流れる。排気管１０を流通する排気ガスＧの一部は、分散板２５及びミキサ２６を通らず、筒状部材２７とブラケット２８との間の隙間部分Ｓを通過する。隙間部分Ｓを通った排気ガスＧは、筒状部材２７の下流側で分散板２５及びミキサ２６を経た排気ガスＧの主流と合流する。

以上説明したように、排気管構造１では、分散板２５及びミキサ２６を保持する筒状部材２７において、分散板２５とミキサ２６とを所定の間隔をもって離間させるスペーサ部分２７ａが設けられている。分散板２５とミキサ２６とを離間させることで、分散板２５で十分に排気ガスＧ中に還元剤Ｋが十分に分散した状態でミキサ２６による排気ガスＧ中の還元剤Ｋの混合を進行させることができ、還元剤Ｋが分散板２５及びミキサ２６の双方をすり抜けてしまうことも抑制できる。したがって、排気ガスＧに対する還元剤Ｋの分散性を高めることができる。また、排気管構造１では、分散板２５とミキサ２６との間にスペーサ部分２７ａが存在することで、排気ガスＧと還元剤Ｋとの合流位置で細くなった主流がある程度広がった状態でミキサ２６に向かうこととなる。したがって、ミキサ２６近傍での主流の滞留が抑えられ、圧力損失の増大を抑制できる。

排気管構造１では、スペーサ部分２７ａは、分散板２５を通過した還元剤Ｋが少なくとも一回当該スペーサ部分２７ａに衝突可能な長さＬを有している。これにより、排気ガスＧ中に還元剤Ｋが一層確実に分散した状態でミキサ２６による排気ガスＧ中の還元剤Ｋの混合を進行させることができる。したがって、排気ガスＧに対する還元剤Ｋの分散性をより高めることが可能となる。

排気管構造１では、筒状部材２７がブラケット２８を介して排気管１０に接合されている。これにより、分散板２５及びミキサ２６を排気管１０内でしっかりと保持できる。また、ブラケット２８によって筒状部材２７による排気ガスＧの保温効果が高められ、還元剤Ｋの蒸発を促進できる。

排気管構造１では、ブラケット２８と排気管１０との間に排気ガスＧが流通可能な隙間部分Ｓが設けられている。この隙間部分Ｓに高温の排気ガスＧの一部が流通することにより、筒状部材２７による排気ガスＧの保温効果が更に高められる。したがって、還元剤Ｋの蒸発を一層効果的に促進できる。

本開示は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、スペーサ部分２７ａの長さＬは、分散板２５を通過した還元剤Ｋがスペーサ部分２７ａに１回衝突可能な長さを有しているが、スペーサ部分２７ａの長さＬは、分散板２５を通過した還元剤Ｋがスペーサ部分２７ａに衝突せずにミキサ２６の羽根２６ａに当たる長さであってもよい。この場合、ミキサ２６の位置が分散板２５に近接する分、ミキサ２６から排気管１０の下流のＳＣＲまでの距離を確保できる。したがって、ＳＣＲに到達するまでの間に排気ガスＧ中の還元剤Ｋの混合を十分に進行させることができる。

スペーサ部分２７ａの長さＬは、分散板２５を通過した還元剤Ｋがスペーサ部分２７ａに２回以上衝突可能な長さであってもよい。この場合、ミキサ２６の羽根２６ａに当たるまでに、排気ガスＧ中に還元剤Ｋをより十分に分散させることができる。また、筒状部材２７とブラケット２８との間の隙間部分Ｓは、必ずしも設けられていなくてもよい。隙間部分Ｓに排気ガスＧの一部を流通させない場合であっても、ブラケット２８によって筒状部材２７による排気ガスＧの保温効果が十分に奏される。

１…排気管構造、１０…排気管、２５…分散板、２６…ミキサ、２７…筒状部材、２７ａ…スペーサ部分、２８…ブラケット、５０…インジェクタ、Ｓ…隙間部分、Ｇ…排気ガス、Ｋ…還元剤。

Claims (4)

1. 車両の内燃機関に接続される排気管構造であって、
   排気ガスを流通させる排気管と、
   前記排気管内に還元剤を導入するインジェクタと、
   前記排気ガスと前記還元剤との合流位置若しくはその下流側に配置され、前記排気ガス中に前記還元剤を分散させる分散板と、
   前記分散板よりも下流側に配置され、前記排気ガス中の前記還元剤を混合するミキサと、
   前記分散板及び前記ミキサを保持する筒状部材と、を備え、
   前記筒状部材は、前記分散板と前記ミキサとを所定の間隔をもって離間させるスペーサ部分を有している排気管構造。
2. 前記スペーサ部分は、前記分散板を通過した前記還元剤が少なくとも一回当該スペーサ部分に衝突可能な長さを有している請求項１記載の排気管構造。
3. 前記筒状部材は、ブラケットを介して前記排気管に接合されている請求項１又は２記載の排気管構造。
4. 前記ブラケットと前記排気管との間には、前記排気ガスが流通可能な隙間部分が設けられている請求項３記載の排気管構造。
   

Images