JP6538334B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関から排出される排ガスを浄化する排気浄化装置に関する。

内燃機関から排出される排ガスを浄化する装置として、排気流路に触媒を配設した排気浄化装置が知られている。この種の排気浄化装置では、触媒の下流側の排気流路に、当該触媒による排ガスの浄化効果を判断するための排気センサが設けられる。

ところで、内燃機関から排出される排ガスの成分の分布は、例えば内燃機関における気筒間の燃焼状態のばらつきなどにより、排気流路において一様でなくばらついている。それにもかかわらず、触媒から流出した排ガスのうち、排気センサに当たるのは排気センサの近くを流れる一部の排ガスのみであり、排気センサから離れた位置を流れる排ガスは排気センサに当たらずに流れてしまう。その結果、排気センサに当たる排ガスの成分のばらつきが大きくなり、排気センサに基づく触媒の浄化効果の判断を正確に行えないという問題があった。

このような問題を解決するために、排気センサの上流側に排気流路内側に突出した突出部を形成し、排気センサから離れた位置を流れる排ガスを当該突出部により排気センサ側に導くようにした排気管が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１３−１２７２１０号公報

しかしながら、前述した特許文献１に記載の排気管は、例えば、種類（例えば自動車の車種）の異なる排気系に流用しようとした場合、突出部の最適な形状が異なり得る。このため、排気流路の形状を共通化できたとしても、突出部の形状を共通化できない限り、同じ排気管を異なる排気系で流用できない問題があった。

本発明は、排気センサに当たる排ガスの成分のばらつきを抑えることができ、かつ、突出部の最適な形状が異なる複数種類の排気系で部品の流用が可能な排気浄化装置の提供を目的としている。

本発明の一側面は、排気浄化装置であって、第１の排気管と、触媒と、第２の排気管と、排気センサと、突出部材と、を備える。第１の排気管は、排気流路を形成する。触媒は、第１の排気管に収容され、第１の排気管を流れる排ガスを浄化する。第２の排気管は、第１の排気管の下流側で排気流路を形成する。排気センサは、第２の排気管の内側に配設される。突出部材は、第２の排気管とは別部品であって、第２の排気管の外面に接合され、第２の排気管に形成された貫通孔を介して第２の排気管の内面よりも内側に突出する。

このような構成によれば、排気センサに当たる排ガスの成分のばらつきを突出部材により抑えることができ、かつ、突出部材の最適な形状が異なる複数種類の排気系で少なくとも第２の排気管の流用が可能となる。

上記構成において、突出部材及び排気センサは、第２の排気管の軸方向に垂直な共通の断面と交わる位置に配設されてもよい。このような構成によれば、排気流路の一部が突出部材及び排気センサの両方によって覆われ、排気流路を流れる排ガスを排気センサに導きやすくすることができる。

上記構成において、突出部材は、排気センサと対向する位置に配設されてもよい。このような構成によれば、排気センサと対向する位置が突出部材によって覆われ、突出部材が配設されていなければ排気センサに当たりにくい位置を流れる排ガスを排気センサに導きやすくすることができる。

上記構成において、突出部材には、第２の排気管の外面に当接するつば部が形成されてもよい。このような構成によれば、突出部材の落下を防止することができる。加えて、つば部が外面に当接することにより、溶接の際に突出部材の位置を定めやすくすることができる。

実施形態の排気浄化装置を含む排気系の外観図である。 実施形態の排気浄化装置の断面図である。 図２のIII−III断面図である。 図４（Ａ）は実施形態の突出部材の斜視図、図４（Ｂ）は実施形態の突出部材をその中心軸に沿って突起側から見た正面図、図４（Ｃ）は実施形態の突出部材をその中心軸と直交する方向から見た側面図である。 第１変形例の排気浄化装置の断面図である。 図５のVI−VI断面図である。 図７（Ａ）は第１変形例の突出部材の斜視図、図７（Ｂ）は第１変形例の突出部材をその中心軸に沿って突起側から見た正面図、図７（Ｃ）は第１変形例の突出部材をその中心軸と直交する方向から見た側面図である。 第２変形例の排気浄化装置の断面図である。 第３変形例の排気浄化装置の断面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
［１．構成］
図１及び図２に示す排気浄化装置１は、自動車の内燃機関から排出された排ガスを浄化するための装置であり、内燃機関の各気筒から排出された排ガスを合流させるエキゾーストマニホールド５の下流側に設けられている。

排気浄化装置１は、上流側コーン１１と、触媒ケース１２と、下流側コーン１３と、触媒１４と、排気センサ１５と、突出部材３０と、を備える。上流側コーン１１、触媒ケース１２及び下流側コーン１３は、内燃機関から排出された排ガスを自動車の外部へ導くための排気流路の一部を形成する。

上流側コーン１１は、エキゾーストマニホールド５の下流側に設けられ、エキゾーストマニホールド５を介して流入する排ガスを触媒１４へ導く排気流路を形成する。
触媒ケース１２は、上流側コーン１１の下流側で排気流路を形成する。

下流側コーン１３は、触媒ケース１２と共通する中心軸１２２を有し、触媒ケース１２の下流側で排気流路を形成する。また、下流側コーン１３における排気センサ１５が配設される位置と対向する位置には、突出部材３０を配設するための貫通孔１３ａが形成されている。

触媒１４は、触媒ケース１２に収容され、触媒ケース１２を流れる排ガスを浄化する。
排気センサ１５は、触媒１４の排ガス浄化効果を判断するためのセンサであり、触媒１４の下流側に設けられている。具体的には、排気センサ１５は、下流側コーン１３により形成される排気流路に、センサ部が突出するように配設され、当該排気流路を流れる排ガスの成分（本実施形態では酸素濃度）を検出する。

突出部材３０は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示すように、曲面状のつば部３０ａと、上面が平面をなす突出部３０ｂと、を備える帽子状の部材である。図２及び図３に示すように、突出部材３０は、下流側コーン１３の外側から突出部３０ｂが貫通孔１３ａに挿入された状態で、下流側コーン１３の外面に当接したつば部３０ａが溶接されることにより、下流側コーン１３に配設されている。このため、突出部３０ｂは、排気センサ１５と対向する位置で、下流側コーン１３の内面よりも内側（排気流路）に突出する。また、排気センサ１５及び突出部３０ｂは、下流側コーン１３の軸方向に垂直な共通の断面と交わる位置に配設されている。図２に示すように、突出部材３０は、排ガスが当たり高温になり得るため、下流側コーン１３よりも板厚が厚く、耐高温性に優れた材料（本実施形態では耐熱ステンレス）で形成されている。

［２．作用］
次に、本実施形態の排気浄化装置１の作用について説明する。
図１及び図２に示すように、内燃機関の各気筒から排出された排ガスは、エキゾーストマニホールド５及び上流側コーン１１を介して触媒１４へ導かれ、触媒１４によって浄化される。浄化された排ガスは、触媒１４から下流側コーン１３へ流出した後、その一部は排気センサ１５の方向へ流れ、また他の一部は突出部材３０の方向へ流れる。突出部材３０の方向に流れた排ガスは、突出部材３０に当たることにより、その一部が排気センサ１５方向へ導かれる。その結果、排気センサ１５に当たる排ガスの成分のばらつきが抑えられる。

［３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）排気浄化装置１では、下流側コーン１３とは別部品の突出部材３０が、下流側コーン１３の外面に接合され、下流側コーン１３に形成された貫通孔１３ａを介して下流側コーン１３の内面よりも内側に突出している。このため、排気センサ１５に当たる排ガスの成分のばらつきを突出部材３０により抑えることができ、かつ、突出部材３０の最適な形状が異なる複数種類の排気系で少なくとも下流側コーン１３の流用が可能となる。

（１ｂ）突出部材３０及び排気センサ１５は、下流側コーン１３の軸方向に垂直な共通の断面と交わる位置に配設される。したがって、本実施形態によれば、排気流路の一部が突出部材３０及び排気センサ１５の両方によって覆われ、排気流路を流れる排ガスを排気センサ１５に導きやすくすることができる。

（１ｃ）突出部材３０は、排気センサ１５と対向する位置に配設される。したがって、本実施形態によれば、排気センサ１５と対向する位置が突出部材３０によって覆われ、突出部材３０が配設されていなければ排気センサ１５に当たりにくい排気流路内の位置を流れる排ガスを排気センサ１５に導きやすくすることができる。

（１ｄ）突出部材３０には、下流側コーン１３の外面に当接するつば部３０ａが形成される。したがって、本実施形態によれば、突出部材３０の落下を防止することができる。また、つば部３０ａを溶接することにより、下流側コーン１３の内側（排気流路）にスパッタなどの異物が混入することを防ぐことができる。加えて、つば部３０ａが下流側コーン１３の外面に当接するため、溶接の際に突出部材３０の位置を定めやすくすることができる。

なお、本実施形態では、上流側コーン１１が第１の排気管の一例に相当し、下流側コーン１３が第２の排気管の一例に相当する。
［４．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を取り得ることは言うまでもない。

（２ａ）上記実施形態では、排気センサ１５として酸素センサを例示したが、これに限定されるものではない。例えば、ＮＯｘセンサ、空燃費センサ又は温度センサが用いられた排気浄化装置に対しても本発明は適用可能である。

（２ｂ）上記実施形態では、突出部３０ｂの上面が平面をなす帽子状の突出部材３０を例示したが、これに限定されるものではない。
例えば、図５に示す第１変形例の排気浄化装置２は、上記実施形態の排気浄化装置１と比較すると、突出部材３０に代えて、突出部材４０が用いられている点が異なる。図７（Ａ）、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）に示すように、第１変形例の突出部材４０は、上記実施形態のつば部３０ａと同様の曲面状のつば部４０ａと、上面が概略半球状の突出部４０ｂと、を備える帽子状の部材である。なお、上記実施形態と同様、突出部４０ｂは、図５及び図６に示すように、排気センサ１５と対向する位置で、下流側コーン１３の内面よりも内側（排気流路）に突出する。また、排気センサ１５及び突出部４０ｂは、下流側コーン１３の軸方向に垂直な共通の断面と交わる位置に配設されている。このような構成によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。

また例えば、図８に示す第２変形例の排気浄化装置３は、上記実施形態の排気浄化装置１と比較すると、下流側コーン１３に代えて、下流側コーン２３が用いられている点が異なる。第２変形例の下流側コーン２３には、上記実施形態の下流側コーン１３の貫通孔１３ａよりも上流側（排気センサ１５よりも上流側）に、貫通孔２３ａが形成されている。そして、突出部材３０は、下流側コーン２３の外側から突出部３０ｂが貫通孔２３ａに挿入された状態で、下流側コーン２３の外面に当接したつば部３０ａが溶接されることにより、下流側コーン２３に配設されている。このため、突出部３０ｂは、排気センサ１５よりも上流側で、下流側コーン２３の内面よりも内側（排気流路）に突出する。このような構成によれば、排気流路を流れる排ガスが排気センサ１５の上流側で排気センサ１５側に導かれるため、上記実施形態と同様の効果が得られる。

また例えば、図９に示す第３変形例の排気浄化装置４は、第２変形例の排気浄化装置３と比較すると、突出部材３０に代えて、第１変形例と同じ突出部材４０が用いられている点が異なる。つまり、突出部４０ｂが、排気センサ１５よりも上流側で、下流側コーン２３の内面よりも内側（排気流路）に突出する。このような構成によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。

（２ｃ）上記実施形態では、突出部材３０が、排気センサ１５と対向する位置（下流側コーン１３の軸方向に垂直な断面において１８０度の角度をなす位置）に配設されている構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、下流側コーン１３の軸方向に垂直な断面において９０度の角度をなす位置や、１２０度の角度をなす位置に配設されてもよい。

（２ｄ）上記実施形態では、突出部材３０が、下流側コーン１３よりも板厚が厚く、耐高温性に優れた材料で形成されている構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、突出部材３０は、下流側コーン１３と同じ板厚であってもよく、また、同じ材料で形成されてもよい。

（２ｅ）上記実施形態では、突出部材３０が溶接により下流側コーン１３と接合される構成を例示したが、これに限定されるものではなく、例えばろう付けによって接合されてもよい。

（２ｆ）上記実施形態では、１個の突出部材３０が下流側コーン１３に配設される構成を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば複数個配設されてもよい。
（２ｇ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略してもよい。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、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

１，２，３，４…排気浄化装置、５…エキゾーストマニホールド、１１…上流側コーン、１２…触媒ケース、１３，２３…下流側コーン、１３ａ，２３ａ…貫通孔、１４…触媒、１５…排気センサ、３０，４０…突出部材、３０ａ，４０ａ…つば部、３０ｂ，４０ｂ…突出部、１２２…中心軸。

Claims (2)

1. 排気流路を形成する第１の排気管と、
   前記第１の排気管に収容され、前記第１の排気管を流れる排ガスを浄化する触媒と、
   前記第１の排気管の下流側で排気流路を形成する第２の排気管と、
   前記第２の排気管の内側に配設された排気センサと、
   前記第２の排気管とは別部品であって、前記第２の排気管の外面に接合され、前記第２の排気管に形成された貫通孔を介して前記第２の排気管の内面よりも内側に突出する突出部材と、
   を備え、
   前記突出部材及び前記排気センサは、前記第２の排気管の軸方向に垂直な共通の断面と交わる位置に配設され、
   前記突出部材は、前記排気センサと対向する位置に配設されている、排気浄化装置。
2. 請求項１に記載の排気浄化装置であって、
   前記突出部材には、前記第２の排気管の外面に当接するつば部が形成されている、排気浄化装置。

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