JP6667561B2 - 排気ユニット - Google Patents

Description

本開示は、排気を通過させる排気ユニットに関する。

下記の特許文献１には、触媒と消音器とを１つの筐体内に配置した排気ユニットが提案されている。

特開２００６−２０７５３１号公報

一般的に、排気ユニットにおいては、触媒や消音器等の性能の向上、或いは、省スペース化等の機能性向上に対する要求がある。
本開示の一側面は、排気ユニットにおいて、機能性を向上できるようにすることが望ましい。

本開示の一態様は、排気ユニットであって、筐体と、壁部材と、触媒と、消音室と、を備える。筐体は、導入口から内燃機関の排気が導入され、排出口から排気が排出されるように構成される。壁部材は、筐体内に配置され、導入口から導入された排気を筐体内の外周に沿って進路を湾曲させつつ流通させるため筒状の流路を形成するように構成される。触媒は、流路内に配置される。消音室は、流路における触媒よりも下流側にて流路と連通するように構成される。また、壁部材は、消音室の内外を仕切る壁面の一部として機能する。

このような構成によれば、流路が排気を湾曲させつつ流通させるので、流路を直線的に配置するよりも省スペース化することができる。また、消音室は、触媒が配置された流路に隣接するので、消音室内の排気により触媒を保温することができる。よって、この構成では、機能性を向上させることができる。

本開示の一態様では、壁部材は、筐体の外壁部とともに流路を形成してもよい。
このような構成によれば、筐体の外壁部を流路の一部として利用するので、排気ユニットにおける部品点数の削減、および軽量化を図ることができる。

本開示の一態様では、筐体は、第１部材と、第１部材に組み付けられる第２部材と、をさらに備えてもよい。第１部材および第２部材の少なくとも一方は、触媒に近づくにつれて第１部材および第２部材の間隔が広くなるように構成された傾斜部、を備えてもよい。排気ユニットは、第１部材および第２部材の間に立設される板状の部材であって、傾斜部と壁部材とに当接し、第１部材および第２部材に挟まれることで、傾斜部から受ける押圧力を壁部材に伝えるように構成された板部材、をさらに備えてもよい。

このような構成によれば、板部材が壁部材を介して触媒を押圧するので、触媒が壁部材にて保持されやすくなり、触媒を筐体内で移動しにくくすることができる。
本開示の一態様では、板部材は、消音室を複数の部屋に仕切る仕切板として機能してもよい。

このような構成によれば、板部材を消音室の一部の構成として兼用することができるので、排気ユニットにおける部品点数の削減、および軽量化を図ることができる。
本開示の一態様では、排出口は、流路と交差する方向に向けられてもよい。

このような構成によれば、導入口から導入された排気を、筐体の外周に沿って流通させた後で、筐体の外周から遠い中央付近から排出する構成を容易に実現することができる。
本開示の一態様は、流路内に配置され、排気を冷却するように構成された熱交換器、をさらに備えてもよい。

このような構成によれば、熱交換器で排気の体積を減じてから排気を消音室に導入することができる。
本開示の一態様は、熱交換器よりも流路の下流側に配置され、排出口とは異なる排気の出口である排気取出口、をさらに備えてもよい。

このような構成によれば、熱交換器を通過することによって低温となった排気を排気取出口から取り出すことができる。
本開示の一態様では、熱交換器は、当該筐体内の外周のうちの、当該排気ユニットを使用する際に鉛直方向下側となる部位に配置されてもよい。

このような構成によれば、熱交換器が筐体内の鉛直方向下側に配置されるので、排気を冷却することによって生じる凝縮水が筐体内の他の部位に流れることを抑制することができる。

排気ユニットの構成を示すブロック図である。 排気ユニットのII−II断面図である。 排気ユニットのIII−III断面図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１−１．構成］
図１に示す排気ユニット１は、例えば、ＲＥＥＶ（航続距離延長型電気自動車：Range Extender Electric Vehicle）等の車両に搭載され、排気を通過させつつ浄化および消音を行う機能を有するユニットである。

排気ユニット１は、図１に示すように、筐体１０を備える。筐体１０は、導入口１１から内燃機関１００の排気が導入され、排出口１２から排気が排出されるように構成される。また、排気ユニット１は、第１フランジ部１１Ｊと、排気接続部１２Ｊと、冷却導入部２３ＩＮと、冷却排出部２３ＯＵＴと、排気取出部２５Ｊとを備えてもよい。筐体１０は、センサ取付部１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄと、第２フランジ部１０Ｊとを備えてもよい。

センサ取付部１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、図２に示すように、後述する流路１６において触媒２１，２２の上流側および下流側のそれぞれにおいて筐体１０の内外を連通するように設けられる。なお、上流側、下流側とは、排気の流れ方向に対する上流側、下流側を示す。

センサ取付部１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、センサ２６，２７，２８が筐体１０に取り付けられる部位であり、センサ２６，２７，２８が配置されるとセンサ取付部１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは密閉される。センサ２６，２７，２８としては、例えば、酸素センサ、ＮＯｘセンサ、温度センサ等の任意のセンサが配置される。

第２フランジ部１０Ｊは、筐体１０を固定するための部位である。第２フランジ部１０Ｊは、筐体１０の周囲に複数設けられる。図１では、一例として、第２フランジ部１０Ｊは４個設けられている。第２フランジ部１０Ｊは、例えば、筐体１０内において排気が旋回する面と平行な面上に配置されてもよい。第２フランジ部１０Ｊは、それぞれ、ボルト等の固定部材を挿通するための挿通孔１０Ｈを備える。排気ユニット１は、ＲＥＥＶの発電機として機能する内燃機関１００、或いは、内燃機関１００が設置される台座部に設けられた雌ネジ部等の被固定部に、挿通孔１０Ｈに挿通された固定部材を取り付けることによって内燃機関１００或いは台座部に取り付けられる。

第１フランジ部１１Ｊは、導入口１１と他の部材とを連結するための部位である。第１フランジ部１１Ｊは、排気を導入するための導入口１１が形成されており、内燃機関１００の排気管と接続される部位である。第１フランジ部１１Ｊが排気管と接続されると、導入口１１が排気管と連通し、排気管から導入口１１に排気を導入可能となる。

排気接続部１２Ｊは、筐体１０の内部を通過した排気が排出される排出口１２が形成され、大気と連通する排気管が接続される部位である。なお、排出口１２は、他の何らかの装置を介して大気と連通してもよい。排出口１２は、流路１６に対して、交差する方向に向けられる。すなわち、排出口１２は、流路１６での排気が旋回する面に対して、交差する方向に向けられる。本実施形態では、排出口１２は、流路１６と直交する方向に向けられる。

冷却導入部２３ＩＮは、冷却水等の熱交換媒体を導通する管が接続され、この管を介して熱交換媒体が導入される部位である。冷却排出部２３ＯＵＴは、熱交換媒体を導通する管が接続され、この管を介して熱交換媒体が排出される部位である。

排気取出部２５Ｊは、排気取出口２５が形成されるとともに、排気を導通する管が接続され、この管を介して排気の一部が排出される部位である。排気取出口２５は、排気の大部分が排出される排出口１２とは異なる排気の出口であり、排気取出口２５から排出される排気は、例えば、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）に利用される。

次に、筐体１０の内部構造について図２を用いて説明する。筐体１０の内部には、図２に示すように、壁部材１７と、複数の触媒２１，２２と、を備える。筐体１０の内部には、熱交換器２３と、インレットパイプ２４と、複数の板部材３１，３２と、バルブ３３と、を備えてもよい。
壁部材１７は、筐体１０内に配置され、導入口１１から導入された排気を筐体１０内の外周に沿って進路を湾曲させつつ流通させるため筒状の流路１６を形成するように構成される。

また、筐体１０の内部には、流路１６の下流側に複数の消音室１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃが配置される。複数の消音室１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃは、筐体１０の内部が壁部材１７にて仕切られることで、筐体１０の内面と、インレットパイプ２４と、壁部材１７と、で囲まれた空間である。複数の消音室１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃは、複数の板部材３１，３２にて仕切られることで複数の部屋に分割される。

すなわち、壁部材１７は、筐体１０の外壁部１０Ａとともに流路１６を形成するとともに、消音室１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃの一部も構成し、導入口１１からの導入直後の排気が通過する領域と、消音室１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃとを仕切る壁面の一部として機能する。また、筐体１０の外壁部１０Ａが流路１６の一部を形成し、センサ取付部１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄが外壁部１０Ａに配置されるので、筐体１０の外壁部１０Ａの内側にさらなるパイプを有する構成と比較して、簡素な構成でセンサを配置することができる。

また、筐体１０の外壁部１０Ａの内側にパイプを有する構成では、筐体１０とパイプとの熱応力差によってセンサ取付部１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの位置ずれが生じる虞があるが、本構成では筐体１０の外壁部１０Ａを流路１６の一部とするためこのような位置ずれの心配がない。

複数の触媒２１，２２は、流路１６内に配置され、周知の触媒としての機能を有する。すなわち、複数の触媒２１，２２は、所定の作動温度範囲内で、排気を浄化する作用を促進する機能を有する。複数の触媒２１，２２は、壁部材１７を介して消音室１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃに隣接して配置されるので、消音室１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ内の排気の余熱を用いて触媒が作動温度を維持できるように保温することができる。

熱交換器２３は、流路１６の触媒２１，２２よりも下流側であって、当該筐体１０内の外周のうちの、排気ユニット１を使用する際に鉛直方向下側となる部位に配置され、周知の熱交換器として機能する。すなわち、熱交換器２３は、流路１６を流通する排気と、冷却導入部２３ＩＮから導入され、冷却排出部２３ＯＵＴから排出される熱交換媒体との熱交換を行う。

熱交換器２３は、排気の温度を下げることで排気の体積を減じ、排気の圧力を低下させるため、排気が触媒２１，２２を通過することを促進する。よって、排気ユニット１は、筐体１０内に熱交換器２３を備えない構成よりも触媒２１，２２付近にて排気が筐体１０の外部に漏れることを抑制できる。

インレットパイプ２４は、インレットパイプ２４の内外を連通するための複数の孔部２４Ｈを備え、複数の孔部２４Ｈを介して、インレットパイプ２４を流れる排気を何れかの消音室１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃに供給する。インレットパイプ２４は、筐体１０の外壁部１０Ａとともに管状の流路１６を形成する。

複数の板部材３１，３２は、消音室１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃを複数の部屋に仕切る仕切板として機能する。また、複数の板部材３１，３２のうちの熱交換器２３から近い位置に配置された板部材３２は、消音室１８Ａ，１８Ｂを連通するか否かを切り替え可能なバルブ３３を備える。

消音室１８Ａは、排気を拡張させる拡張室として機能する。また、消音室１８Ｃは、排気を共鳴させる共鳴室として機能する。消音室１８Ｂは、バルブ３３の開閉に応じて、拡張室または共鳴室として機能する。

バルブ３３は、開閉部３３Ａを備える。開閉部３３Ａは、例えば、排気の圧力が高まると開き、排気の圧力が低くなると閉じるように構成され、この構成によって排気を複数の消音室１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃのうちの消音室１８Ａのみを通過させる構成と、複数の消音室１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃのうちの消音室１８Ａ，１８Ｂを通過させる構成とを切り替えられるようにする。つまり、排気ユニット１は、拡張室および共鳴室のサイズをバルブ３３によって変更できるので、消音しようとする排気音の周波数を変更することができる。

ここで、筐体１０は、図３に示すように、第１部材４０と、第２部材５０とを互いに組み付けて構成される。第１部材４０および第２部材５０の少なくとも一方は、触媒２１，２２に近づくにつれて第１部材４０および第２部材５０の間隔が広くなるように構成された傾斜部５０Ａ、を備える。また、筐体１０の第２部材５０には、内部が溝状に拡張されて構成される溝部１０Ｍ（図１参照）が形成されている。

熱交換器２３から遠い位置に配置された板部材３１は、第１部材４０、第２部材５０、インレットパイプ２４、壁部材１７にて、概ね隙間なく周囲を囲われており、特に、傾斜部５０Ａと壁部材１７とに当接する。また、板部材３１は、端部が溝部１０Ｍに係合されることで、図１での鉛直方向への移動が制限される。

板部材３１は、第１部材４０および第２部材５０を組み付ける際に、第１部材４０および第２部材５０に挟まれることで、傾斜部５０Ａから受ける押圧力を壁部材１７に伝えるように構成される。より詳細には、第１部材４０および第２部材５０を組み付ける際に必要となる鉛直方向の力は、図３のハッチング入り矢印にて示す斜め方向の押圧力に変換される。そして、板部材３１は、斜め方向の押圧力を傾斜部５０Ａから受け、第２部材５０に沿って、壁部材１７に対する水平方向の力を生じさせる。なお、鉛直方向は、図３での上下方向であり、水平方向は、図３における左右方向である。

壁部材１７は、板部材３１から水平方向の力を受けて、触媒２１を押圧する。なお、第１部材４０および第２部材５０は、それぞれ、壁部材１７の上下の端部が当接する部位付近に段差部４０Ｂ，５０Ｂを備える。段差部４０Ｂ，５０Ｂは、筐体１０の内部が壁部材１７側で壁部材１７の厚み程度だけ拡大するように構成された部位である。

第１部材４０および第２部材５０の組み付け時においては、壁部材１７と段差部４０Ｂ，５０Ｂとの間に隙間が設けられており、壁部材１７が板部材３１から水平方向の力を受けたときに、壁部材１７と段差部４０Ｂ，５０Ｂとが当接するように設定される。
この構成では、第１部材４０および第２部材５０の組み付け時に、触媒２１，２２は、第１部材４０および第２部材５０に挟まれることで、鉛直方向の力を受けて保持され、かつ壁部材１７と外壁部１０Ａとに挟まれることで、水平方向の力を受けて保持される。

［１−２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）本開示の一態様の排気ユニット１は、筐体１０と、壁部材１７と、触媒２１，２２と、消音室１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃと、を備える。筐体１０は、導入口１１から内燃機関１００の排気が導入され、排出口１２から排気が排出されるように構成される。壁部材１７は、筐体１０内に配置され、導入口１１から導入された排気を筐体１０内の外周に沿って進路を湾曲させつつ流通させるため筒状の流路１６を形成するように構成される。

触媒２１，２２は、流路１６内に配置される。消音室１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃは、流路１６における触媒２１，２２よりも下流側にて流路１６と連通するように構成される。また、消音室１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃは、壁部材１７が消音室１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃの内外を仕切る壁面の一部として機能する。

このような構成によれば、流路１６が排気を湾曲させつつ流通させるので、流路１６を直線的に配置するよりも省スペース化することができる。また、消音室１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃは、触媒２１，２２が配置された流路１６に隣接するので、消音室１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ内の排気により触媒２１，２２を保温することができる。よって、この構成では、機能性を向上させることができる。

（１ｂ）排気ユニット１において、壁部材１７は、筐体１０の外壁部１０Ａとともに流路１６を形成する。
このような構成によれば、筐体１０の外壁部１０Ａを流路１６の一部として利用するので、排気ユニット１における部品点数の削減、および軽量化を図ることができる。

（１ｃ）排気ユニット１において、筐体１０は、第１部材４０と、第１部材４０に組み付けられる第２部材５０と、をさらに備える。第１部材４０および第２部材５０の少なくとも一方は、触媒２１，２２に近づくにつれて第１部材４０および第２部材５０の間隔が広くなるように構成された傾斜部５０Ａを備える。排気ユニット１は、板部材３１をさらに備える。板部材３１は、第１部材４０および第２部材５０の間に立設される板状の部材であって、傾斜部５０Ａと壁部材１７とに当接し、第１部材４０および第２部材５０に挟まれることで、傾斜部５０Ａから受ける押圧力を壁部材１７に伝えるように構成される。

このような構成によれば、板部材３１が壁部材１７を介して触媒２１，２２を押圧するので、触媒２１，２２が壁部材１７にて保持されやすくなり、触媒２１，２２を筐体１０内で移動しにくくすることができる。

（１ｄ）排気ユニット１において、板部材３１は、消音室１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃを複数の部屋に仕切る仕切板として機能する。
このような構成によれば、板部材３１を消音室１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃの一部の構成として兼用することができるので、排気ユニット１における部品点数の削減、および軽量化を図ることができる。

（１ｅ）排気ユニット１において、排出口１２は、導入口１１に対して直交する方向に向けられる。
このような構成によれば、導入口１１から導入された排気を、筐体１０の外周に沿って流通させた後で、筐体１０の外周から遠い中央付近から排出する構成を容易に実現することができる。

（１ｆ）排気ユニット１は、流路１６内に配置された熱交換器２３をさらに備える。
このような構成によれば、熱交換器２３で排気の体積を減じてから排気を消音室１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃに導入することができる。

（１ｇ）本開示の一態様は、熱交換器２３よりも流路１６の下流側に配置され、排出口１２とは異なる排気の出口である排気取出口２５、をさらに備える。
このような構成によれば、熱交換器２３を通過することによって低温となった排気を排気取出口２５から取り出すことができる。

（１ｈ）排気ユニット１において、熱交換器２３は、当該筐体１０内の外周のうちの、当該排気ユニット１を使用する際に鉛直方向下側となる部位に配置される。
このような構成によれば、熱交換器２３が筐体１０内の鉛直方向下側に配置されるので、排気を冷却することによって生じる凝縮水が筐体１０内の他の部位に流れることを抑制することができる。

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（２ａ）上記実施形態では、筐体１０を構成する第２部材５０に、傾斜部５０Ａを設けたが、第１部材４０および第２部材５０のうちの少なくとも一方に傾斜部５０Ａを設けてもよい。

（２ｂ）上記実施形態では、傾斜部５０Ａとして、断面が直線状となる平面状の傾斜部を備えたが、傾斜部５０は、板部材３１と当接する部位において、第１部材４０および第２部材５０を組み付ける方向に対して傾斜していればよい。例えば、傾斜部５０は、断面が円弧状等の曲線状となる曲面であってもよい。

（２ｃ）上記実施形態では、複数の板部材３１，３２のうちの一方の板部材３１が壁部材１７を介して触媒２１を保持する構成について説明したが、他方の板部材３２を板部材３１と同様に構成し、板部材３２が壁部材１７を介して触媒２２を保持するように構成してもよい。この際、第１部材４０および第２部材５０のうちの少なくとも一方において、板部材３２と当接する部位に、傾斜部を設けるとよい。上記のように構成しても、上記実施形態と概ね同様の効果を奏する。

（２ｄ）上記実施形態では、筐体１０に熱交換器２３を備えたが、熱交換器２３を備えない構成としてもよい。また、上記実施形態では、筐体１０に２つの触媒２１，２２を備えたが、触媒は１つでも３つ以上であってもよい。

（２ｅ）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。なお、特許請求の範囲に記載した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開示の実施形態である。

１…排気ユニット、１０…筐体、１０Ａ…外壁部、１０Ｂ…センサ取付部、１０Ｈ…挿通孔、１０Ｊ…第２フランジ部、１１…導入口、１１Ｊ…第１フランジ部、１２…排出口、１２Ｊ…排気接続部、１６…流路、１７…壁部材、１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ…消音室、２１，２２…触媒、２３…熱交換器、２３ＩＮ…冷却導入部、２３ＯＵＴ…冷却排出部、２４…インレットパイプ、２５…排気取出口、２５Ｊ…排気取出部、３１，３２…板部材、３３…バルブ、３３Ａ…開閉部、４０…第１部材、４０Ｂ，５０Ｂ…段差部、５０…第２部材、５０Ａ…傾斜部、１００…内燃機関。

Claims (8)

1. 導入口から内燃機関の排気が導入され、排出口から前記排気が排出されるように構成された筐体と、
   前記筐体内に配置され、前記導入口から導入された排気を前記筐体内の外周に沿って進路を湾曲させつつ流通させるため筒状の流路を形成するように構成された壁部材と、
   前記流路内に配置された触媒と、
   前記流路における前記触媒よりも下流側にて前記流路と連通するように構成された消音室と、
   を備え、
   前記壁部材は、前記消音室の内外を仕切る壁面の一部として機能するように構成され、
   前記筐体は、第１部材と、前記第１部材に組み付けられる第２部材と、をさらに備え、
   前記第１部材および前記第２部材の少なくとも一方は、前記触媒に近づくにつれて前記第１部材および前記第２部材の間隔が広くなるように構成された傾斜部、を備え、
   前記第１部材および前記第２部材の間に立設される板状の部材であって、前記傾斜部と前記壁部材とに当接し、前記第１部材および前記第２部材に挟まれることで、前記傾斜部から受ける押圧力を前記壁部材に伝えるように構成された板部材、
   をさらに備える排気ユニット。
2. 請求項１に記載の排気ユニットであって、
   前記板部材は、前記消音室を複数の部屋に仕切る仕切板として機能する
   ように構成された排気ユニット。
3. 請求項１又は請求項２に記載の排気ユニットであって、
   前記流路内に配置され、排気を冷却するように構成された熱交換器、
   をさらに備える排気ユニット。
4. 請求項３に記載の排気ユニットであって、
   前記熱交換器よりも前記流路の下流側に配置され、前記排出口とは異なる排気の出口である排気取出口、
   をさらに備える排気ユニット。
5. 導入口から内燃機関の排気が導入され、排出口から前記排気が排出されるように構成された筐体と、
   前記筐体内に配置され、前記導入口から導入された排気を前記筐体内の外周に沿って進路を湾曲させつつ流通させるため筒状の流路を形成するように構成された壁部材と、
   前記流路内に配置された触媒と、
   前記流路における前記触媒よりも下流側にて前記流路と連通するように構成された消音室と、
   前記流路内に配置され、排気を冷却するように構成された熱交換器と、
   前記熱交換器よりも前記流路の下流側に配置され、前記排出口とは異なる排気の出口である排気取出口と、
   を備え、
   前記壁部材は、前記消音室の内外を仕切る壁面の一部として機能する
   ように構成された排気ユニット。
6. 請求項３から請求項５の何れか１項に記載の排気ユニットであって、
   前記熱交換器は、当該筐体内の外周のうちの、当該排気ユニットを使用する際に鉛直方向下側となる部位に配置される
   ように構成された排気ユニット。
7. 請求項１から請求項６の何れか１項に記載の排気ユニットであって、
   前記壁部材は、前記筐体の外壁部とともに前記流路を形成する
   ように構成された排気ユニット。
8. 請求項１から請求項７の何れか１項に記載の排気ユニットであって、
   前記排出口は、前記流路と交差する方向に向けられる
   ように構成された排気ユニット。