JP7468996B2 - Ｅｇｒ装置 - Google Patents

Description

本開示は、ＥＧＲ装置に関する。

自動車の内燃機関において、触媒で排気ガスを浄化し、浄化された排気ガスの一部を内燃機関に循環させるＥＧＲ（排気再循環）装置が公知である。
下記特許文献１では、触媒の下流の出口側ディフューザを拡張させて排気通路を形成し、触媒コンバータの側方のＥＧＲ通路を通過してＥＧＲガスを内燃機関に送るＥＧＲ装置が開示されている。

特開２００４－１７６５５４号公報

上述のように触媒の下流の出口側ディフューザを拡張させて排気通路を形成すると、ＥＧＲ装置の下流側部分のサイズが大きくならざるを得ない。そのため、自動車におけるＥＧＲ装置の搭載に必要なスペースが増大する。

本開示の一局面は、搭載に必要なスペースを低減できるＥＧＲ装置を提供することを目的としている。

本開示の一態様は、ＥＧＲ装置であって、ケースと、触媒と、ＥＧＲ配管と、を備える。ケースは、内燃機関の排気ガスが流入する。触媒は、ケースの内部に格納され、排気ガスの流れ方向に関して当該触媒よりも上流側の第１空間と下流側の第２空間とを連結する流路を有する。ＥＧＲ配管は、排気ガスの一部を内燃機関に循環させる。

ケースにおける触媒の側面を覆う部分の少なくとも一部は、内管と外管とを有する二重管部である。二重管部の外管には、ＥＧＲ配管が連結されたＥＧＲ取り出し口が設けられている。二重管部は、第１空間からＥＧＲ取り出し口への排気ガスの流入を抑制するように内管と外管との隙間を閉塞する閉塞部を備え、かつ、第２空間からＥＧＲ取り出し口への排気ガスの流入が可能となるように上述した隙間が第２空間に向けて開放されている。

このような構成によれば、第１空間から触媒を通過して第２空間に到達した排気ガスの一部が、二重管部の内管と外管の隙間を通過してＥＧＲ取り出し口から排出される。二重管部はケースにおける触媒の側面を覆う部分であるため、ＥＧＲ取り出し口の位置は、ケースにおける触媒の側面を覆う部分である。そのため、触媒の下流側にＥＧＲガスの流路を形成する必要がなくなり、ＥＧＲ装置における触媒の下流側のサイズ増加が抑制できる結果、ＥＧＲ装置の搭載に必要なスペースが低減できる。

上述したＥＧＲ装置は、さらに、上述した隙間に配置され、内管及び外管に当接する当接部材を備えてもよい。このような構成によれば、当接部材によって内管と外管との相対的な位置が変化してしまうことを抑制できる。また、内管と外管が当接することで、内管の振動が抑制できる。

上述したＥＧＲ装置は、さらに、上述した隙間に配置され、第２空間からＥＧＲ取り出し口へ向かって移動する固形の異物を捕集する捕集部材を備えてもよい。このような構成によれば、捕集部材によって異物がＥＧＲ配管を通って内燃機関に送られてしまうことを抑制できる。

上述した捕集部材は、内管及び外管に当接する当接部材であってもよい。このような構成によれば、捕集部材が内管及び外管に当接することで、内管と外管との相対的な位置が変化してしまうことを抑制でき、また、内管の振動が抑制できる。

また、上述した捕集部材は、二重管部を軸方向の中央部を基準として第１空間側の部分と第２空間側の部分とに区分した場合に、第２空間側の部分に配置されてもよい。このような構成によれば、捕集部材が第２空間側に配置されることで、異物が二重管部の隙間におけるＥＧＲ取り出し口近くの深い位置まで進入してしまうことを抑制できる。そのため、捕集部材に捕集された異物が二重管部の隙間から脱落しやすくなる結果、異物が第２空間に戻り、下流側へ排出されることを促進できる。

また、上述した捕集部材は、ワイヤーメッシュであってもよい。このような構成によれば、ワイヤーメッシュによる異物の捕集が実現できる。またワイヤーメッシュは弾性を有しているため、内管と外管とに良好に接触し、内管と外管との相対的な位置変化や振動を良好に抑制することができる。

図１は、実施形態のＥＧＲ装置の模式的な正面図である。 図２は、実施形態のＥＧＲ装置の模式的な斜視図である。 図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線での模式的な断面図である。 図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線での模式的な断面図である。 図５は、図１とは異なる実施形態のＥＧＲ装置の模式的な断面図である。

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．実施形態］
［１－１．構成］
図１～図４に示すＥＧＲ装置１は、内燃機関の排気ガス流路内に設けられる。

ＥＧＲ装置１は、排気ガスの浄化を行うと共に、浄化した排気ガスの一部を内燃機関に循環させる。ＥＧＲ装置１が設けられる内燃機関としては、例えば、自動車に用いられるガソリンエンジン又はディーゼルエンジンが挙げられる。

ＥＧＲ装置１は、上流コーン２と、触媒コンバータ３と、下流コーン４と、ＥＧＲ配管５とを備える。上流コーン２、後述する触媒コンバータ３の二重管部３１、及び下流コーン４によって、内燃機関の排気ガスが流入するケース１１が構成される。

＜上流コーン＞
上流コーン２は、内燃機関の排気ガスが導入される部材である。上流コーン２は、ＥＧＲ装置１において排気ガスの流れ方向における最も上流側に配置されている。

上流コーン２は、図４に示すように、上面と下面とがそれぞれ開口し、上流側から下流側に向かって拡径する円錐台状の筒体である。上流コーン２は、導入口２１を有する。
導入口２１は、排気ガスを上流コーン２の内部に導入する開口であり、上流コーン２の上流側の端部に設けられている。導入口２１には、内燃機関に連結された排気マニホールド等が接続される。

上流コーン２は、上流側の端部が導入口２１を構成し、下流側の端部は後述する触媒コンバータ３の二重管部３１に連通した開口を構成している。上流コーン２は、導入口２１及び二重管部３１に連通した第１空間Ｓ１を画定している。

＜触媒コンバータ＞
触媒コンバータ３は、上流コーン２の下流側に配置されている。触媒コンバータ３は、二重管部３１と、触媒３２と、マット３３と、ＥＧＲ取り出し口３４とを有する。

二重管部３１は、上流コーン２に連結された筒状の部材である。二重管部３１は、図３及び図４に示すように、ケース１１における触媒３２の側面３２ａを覆う部分であって、内管３１ａと外管３１ｂとを有する。内管３１ａと外管３１ｂは、いずれも円筒形状であり、それぞれの中心軸が一致するように配置されている。外管３１ｂは内管３１ａを囲うように配置される。

二重管部３１は、上流側（即ち、第１空間Ｓ１側）の端部において、内管３１ａと外管３１ｂとの隙間を閉塞する閉塞部３７を有する。閉塞部３７において、外管３１ｂは、その径が上流に向かって徐々に小さくなる。それにより、内管３１ａと外管３１ｂとの間隔が徐々に小さくなり、最終的には内管３１ａと外管３１ｂとの隙間がなくなる。

二重管部３１の上流側の端部は、上流コーン２の下流側の開口に溶接等によって固定されている。二重管部３１の内管３１ａには、触媒３２とマット３３とが格納されている。
また、外管３１ｂには、ＥＧＲ配管５が連結されたＥＧＲ取り出し口３４が設けられている。つまり、ＥＧＲ取り出し口３４が形成されている位置は、ケース１１における触媒３２の側面３２ａを覆う部分である。触媒３２の側面３２ａを覆う部分とは、二重管部３１のうち、触媒３２の上流側端部と下流側端部の間の位置である。二重管部３１の軸方向の長さは、触媒３２の軸方向の長さより若干長く、側面３２ａは全面が内管３１ａ及び外管３１ｂにより覆われる。

内管３１ａと外管３１ｂとの隙間には、ワイヤーメッシュ３８が配置される。ワイヤーメッシュ３８は、金属のメッシュを曲げて重ねることにより厚みを持たせたものであり、弾性を有する。ワイヤーメッシュ３８は無数のワイヤーが重なることによって異物を捕集することができるが、排気ガスは通過する。

ワイヤーメッシュ３８は、二重管部３１を軸方向（即ち、排気ガス流れ方向）の中央部を基準として第１空間Ｓ１側の部分と第２空間Ｓ２側の部分とに分けた場合に、第２空間Ｓ２側の部分となる位置に配置される。またワイヤーメッシュ３８は、二重管部３１の周方向に沿って、内管３１ａの側面を囲むように配置される。なお本実施形態では、ワイヤーメッシュ３８は外管３１ｂの内側にスポット溶接により固定されている。ワイヤーメッシュ３８が、当接部材及び捕集部材に相当する。

触媒３２は、触媒３２に設けられた触媒成分と排気ガスとの接触によって排気ガス中の環境汚染物質を改質又は捕集し、排気ガスを浄化する。触媒成分とは、例えば、白金族元素や希土類などであってもよい。

触媒３２は、ケース１１の内部に格納される。より具体的には二重管部３１の内管３１ａの内部に格納される。また触媒３２は、排気ガスが二重管部３１の軸方向に流れる複数の流路３５を二重管部３１内に構成している。複数の流路３５同士は互いに連通しないが、連通していてもよい。上述した触媒成分は、流路３５を構成する壁面と、側面３２ａと、に備えられている。

触媒３２は、例えば、排気ガスの流れ方向と垂直な断面が多角形（例えば四角形、六角形等）の複数のチューブが集合した立体形状を有する。つまり、触媒３２は、二重管部３１の軸方向に延伸する複数の仕切り板が格子状に配置された立体形状（例えばハニカム形状）を有する。なお上述した側面３２ａは、触媒３２における第１空間Ｓ１を向く面及び第２空間Ｓ２を向く面を底面としたときの側面である。

マット３３は、図３及び図４に示すように、内管３１ａと触媒３２との間に配置された弾性変形可能な部材である。マット３３は、内管３１ａの周方向に沿って、触媒３２の側面を囲むように配置される。

ＥＧＲ取り出し口３４は、後述するＥＧＲ配管５が連結された開口である。ＥＧＲ取り出し口３４からはＥＧＲガスが排出される。ＥＧＲ取り出し口３４は、二重管部３１の外管３１ｂに設けられている。またＥＧＲ取り出し口３４は、外管３１ｂを第１空間Ｓ１側の部分と第２空間Ｓ２側の部分とに区分した場合に第１空間Ｓ１側となる位置に設けられている。ＥＧＲ取り出し口３４の開口面積は、導入口２１の開口面積よりも小さい。ＥＧＲ取り出し口３４は、バーリング加工により穴の周囲が外側に向けて立ち上がっている。

＜下流コーン＞
図１及び図３に示すように、下流コーン４は、触媒コンバータ３の下流側に連結された部材である。下流コーン４は、上面と下面とがそれぞれ開口し、上流側から下流側に向かって縮径する円錐台状の筒体である。

下流コーン４の上流側の開口は、二重管部３１における外管３１ｂの下流側（即ち、第２空間Ｓ２側）の端部に溶接等によって固定されている。下流コーン４の下流側の開口は、ＥＧＲ装置１から排気ガスが排出される排出口４１を構成している。下流コーン４は、二重管部３１及び排出口４１に連通した第２空間Ｓ２を画定している。

＜ＥＧＲ配管＞
ＥＧＲ配管５は、排気ガスの一部を内燃機関に循環させるための配管である。ＥＧＲ配管５は、一端が触媒コンバータ３のＥＧＲ取り出し口３４に溶接等によって連結されている。

＜排気ガスの流れ＞
図４に示すように、触媒３２の流路３５は、排気ガスの流れ方向における当該触媒３２よりも上流側の第１空間Ｓ１と、触媒３２よりも下流側の第２空間Ｓ２とを連結するように形成されている。

二重管部３１は、閉塞部３７によって、内管３１ａと外管３１ｂとの第１空間Ｓ１側の隙間が閉塞されているため、第１空間Ｓ１からＥＧＲ取り出し口３４へ排気ガスは流入しない。一方で、内管３１ａと外管３１ｂとの第２空間Ｓ２側の隙間は、第２空間Ｓ２からＥＧＲ取り出し口３４への排気ガスの流入が可能となるように第２空間Ｓ２に向けて開放されている。

そのため、導入口２１から上流コーン２の第１空間Ｓ１内に導入された排気ガスは、触媒３２を二重管部３１の軸方向に通過し、下流コーン４の第２空間Ｓ２内に流れ込む。内管３１ａと外管３１ｂとの隙間は、排気ガスが第２空間Ｓ２からＥＧＲ取り出し口３４まで流れるための流路３６となる。よって、第２空間Ｓ２に流れ込んだ排気ガスの一部は、内管３１ａと外管３１ｂとの隙間の流路３６を通ってＥＧＲ取り出し口３４に到達し、ＥＧＲ配管５に流れ込む。

このＥＧＲガスの流れは、ＥＧＲ配管５が触媒コンバータ３に対して負圧となることで発生する。ＥＧＲ配管５に流れ込んだＥＧＲガスは、内燃機関に供給される。
触媒コンバータ３によって浄化された排気ガスのうち、ＥＧＲ配管５に供給されるＥＧＲガスを除いた残りの部分は、下流コーン４の排出口４１から図示しない配管を通じて大気に向かって排出される。

なお、閉塞部３７やマット３３は、実質的に排気ガスを通過させない。ここでいう実質的とは、ＥＧＲ装置１の機能や性能に影響する程度の排気ガスの漏れが生じていないことを意味する。

［１－２．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）上流コーン２から触媒３２を通過して下流コーン４に到達した排気ガスの一部は、二重管部３１の備える内管３１ａ及び外管３１ｂの間に形成された流路３６をＥＧＲ取り出し口３４の設けられた方向に流れ、外管３１ｂのＥＧＲ取り出し口３４から排出される。そのため、触媒３２で浄化された排気ガスを、触媒３２の側面を覆う二重管部３１の壁面からＥＧＲガスとして取り出すことができる。その結果、下流コーン４にＥＧＲガスの流路を形成する必要がなくなり、下流コーン４のサイズ増加が抑制されるため、ＥＧＲ装置１の搭載に必要な自動車のスペースが低減できる。

（１ｂ）ＥＧＲ装置１では、二重管部３１の備える内管３１ａ及び外管３１ｂの間にワイヤーメッシュ３８が備えられている。ワイヤーメッシュ３８は弾性を有しており、内管３１ａ及び外管３１ｂの両方に当接している。そのため、自動車の振動等を受けることによる内管３１ａの位置の変化や振動を抑制でき、それらに起因するＥＧＲ装置１の破損や性能低下を抑制できる。

（１ｃ）ワイヤーメッシュ３８は、第２空間Ｓ２からＥＧＲ取り出し口３４へ向かって移動する固形の異物を捕集する。そのため、異物がＥＧＲ配管５を通って内燃機関に送られてしまうことを抑制できる。

またワイヤーメッシュ３８は、二重管部３１の上述した第２空間Ｓ２側の部分に配置されているため、異物が二重管部３１の隙間の深い位置まで進入してしまうことを抑制できる。その結果、ワイヤーメッシュ３８に捕集された異物が二重管部３１の隙間から脱落しやすくなり、異物が排出口４１から排出されることを促進できる。なお、ワイヤーメッシュ３８は、二重管部３１の第２空間Ｓ２側の端部から少し第１空間Ｓ１側の位置に配置されている。二重管部３１の第２空間Ｓ２側の端部は下流コーン４と溶接する部分であるため、その端部にワイヤーメッシュ３８が配置されていると、溶接時にワイヤーメッシュ３８の変形や変質などが生じてしまう可能性がある。そこで、ワイヤーメッシュ３８を端部から離して配置することで、溶接時に上述した変形や変質などが生じてしまうことを抑制する。

（１ｄ）ワイヤーメッシュ３８は、変形や振動を抑制する上記（１ｂ）にて説明した機能と、異物を捕集する上記（１ｃ）にて説明した機能と、の両方の機能を有している。そのため、２つ以上の部品によって上述した２つの機能を奏する構成と比較して部品点数を削減することができる。

［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、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（２ａ）二重管部３１の構成は、上記実施形態に例示した構成に限定されない。例えば上記実施形態では、二重管部３１の軸方向の長さが触媒３２の軸方向の長さよりも若干長い構成を例示した。しかしながら、二重管部３１の長さは触媒３２の軸方向の長さより短く、二重管部３１は触媒３２の側面３２ａのうち、触媒３２の軸方向に関する一部分のみを覆っていてもよい。また、二重管部３１の長さは触媒３２の軸方向の長さよりも長くてもよい。その場合には、ＥＧＲ取り出し口３４は、二重管部３１の外管３１ｂのうち触媒３２の側面３２ａを覆う部分に配置されていればよい。

また、上記実施形態では、閉塞部３７は二重管部３１の上端に設けられている構成を例示したが、閉塞部３７が形成される位置は二重管部３１の上端に限定されない。閉塞部３７は、第１空間Ｓ１からＥＧＲ取り出し口３４への排気ガスの流入を抑制できる様々な位置に配置できる。

また、上記実施形態では、内管３１ａと外管３１ｂとの間隔を狭めて重ねることで閉塞部３７となる構成を例示したが、内管３１ａと外管３１ｂとの隙間を閉塞可能であれば、それ以外の構成であってもよい。例えば、内管３１ａと外管３１ｂとの隙間を埋めるシール部材が設けられていてもよい。

（２ｂ）上記実施形態のＥＧＲ装置１では、内管３１ａと外管３１ｂとの隙間に、捕集部材及び当接部材として機能するワイヤーメッシュ３８を配置する構成を例示した。しかしながら、ワイヤーメッシュ３８以外の部品が上記隙間に配置されていてもよい。例えば、捕集部材、当接部材のいずれか一方の機能のみを有する部品のみが配置されていてもよいし、捕集部材として機能する部品と当接部材として機能する部品との両方が配置されていてもよい。また、上記隙間には何も配置されていなくてもよい。

なお、捕集部材として機能する部品としては、シート状のメッシュが例示されるが、これに限定されない。また、当接部材として機能する部品としては、マット３３と同様の弾性を有する樹脂部品が例示されるが、これに限定されない。当接部材は、高い弾性を有していない部材、例えば金属製の板材や棒材などであってもよい。

（２ｃ）上記実施形態では、ワイヤーメッシュ３８が二重管部３１における第２空間Ｓ２側の部分に形成される構成を例示したが、二重管部３１における軸方向の中央部分や第１空間Ｓ１側の部分に形成されていてもよい。

（２ｄ）上記実施形態では、ワイヤーメッシュ３８は外管３１ｂの内側面に溶接されている構成を例示した。しかしながら、ワイヤーメッシュ３８は、内管３１ａの外側面に溶接される構成であってもよい。ワイヤーメッシュ３８を内管３１ａに溶接する場合、管の外側面にワイヤーメッシュを配置して溶接することとなるため、溶接作業が容易になる。しかしながら、管の内側面に溶接痕が残ることとなるため、その部分に触媒３２を配置できず、図５に示されるように、外管３１ｂが触媒３２よりも大きく下流側に伸びだすこととなる。

（２ｅ）上記実施形態では、ＥＧＲ取り出し口３４が二重管部３１における第１空間Ｓ１側の部分に形成される構成を例示したが、二重管部３１における軸方向の中央部分や第２空間Ｓ２側の部分に形成されていてもよい。

（２ｆ）ケース１１の具体的な構成は、上記実施形態のＥＧＲ装置１にて例示した構成に限定されない。つまり、内燃機関のガスが流入可能であり、内部に触媒３２を保持可能であればよく、上述した上流コーン２、二重管部３１、下流コーン４と同等の形状や構成を備えていなくてもよい。

（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、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開示の実施形態である。

１…ＥＧＲ装置、２…上流コーン、３…触媒コンバータ、４…下流コーン、５…ＥＧＲ配管、１１…ケース、２１…導入口、３１…二重管部、３１ａ…内管、３１ｂ…外管、３２…触媒、３２ａ…側面、３３…マット、３４…ＥＧＲ取り出し口、３５，３６…流路、３７…閉塞部、３８…ワイヤーメッシュ、４１…排出口、Ｓ１…第１空間、Ｓ２…第２空間

Claims (5)

1. ＥＧＲ装置であって、
   内燃機関の排気ガスが流入するケースと、
   前記ケースの内部に格納される触媒であって、前記排気ガスの流れ方向に関して当該触媒よりも上流側の第１空間と下流側の第２空間とを連結する流路を有する触媒と、
   前記排気ガスの一部を前記内燃機関に循環させるＥＧＲ配管と、を備え、
   前記ケースにおける前記触媒の側面を覆う部分の少なくとも一部は、内管と外管とを有する二重管部であり、
   前記ケースにおける前記第１空間を形成する部分は、前記二重管部の前記上流側において、前記二重管部の外周を覆い、前記外周と密接するように前記二重管部と連結し、
   前記二重管部の前記外管には、前記ＥＧＲ配管が連結されたＥＧＲ取り出し口が設けられており、
   前記二重管部は、前記第１空間から前記ＥＧＲ取り出し口への前記排気ガスの流入を抑制するように前記内管と前記外管との隙間を閉塞する閉塞部を備え、かつ、前記第２空間から前記ＥＧＲ取り出し口への前記排気ガスの流入が可能となるように前記隙間が前記第２空間に向けて開放されており、
   さらに、前記隙間に配置され、前記内管及び前記外管に当接する当接部材を備え、
   前記当接部材は、前記内管の変位を抑制するための部材であり、
   前記閉塞部は、前記外管の前記上流側の開口と前記内管との隙間を閉塞し、かつ、前記内管の前記上流側の端部よりも前記下流側に位置し、かつ、前記触媒の径方向外側に位置する、
   ＥＧＲ装置。
2. 請求項１に記載のＥＧＲ装置であって、
   前記当接部材は、前記第２空間から前記ＥＧＲ取り出し口へ向かって移動する固形の異物を捕集する捕集部材として構成されている、ＥＧＲ装置。
3. 請求項２に記載のＥＧＲ装置であって、
   前記当接部材は、前記二重管部を軸方向の中央部を基準として前記第１空間側の部分と前記第２空間側の部分とに区分した場合に、前記第２空間側の部分に配置される、ＥＧＲ装置。
4. 請求項３に記載のＥＧＲ装置であって、
   前記当接部材は、前記二重管部における前記第２空間側の端部から離間した位置に設けられる、ＥＧＲ装置。
5. 請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のＥＧＲ装置であって、
   前記捕集部材は、ワイヤーメッシュである、ＥＧＲ装置。

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