JP7525411B2 - 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、触媒コンバータで排気ガスを浄化すると共に、浄化された排気ガスの一部を、ＥＧＲガスとして内燃機関に循環させるＥＧＲ（排気再循環）装置が公知である。

このようなＥＧＲ装置において、省スペース化を目的として、触媒を通過した排気ガスの一部を、触媒の上流側に戻してＥＧＲ配管へ排出する構成が考案されている（特許文献１参照）。

このＥＧＲ装置では、触媒の上流側の空間が、排気ガスを触媒に送る第１空間と、排気ガスをＥＧＲ配管に送る第２空間とに仕切り部材によって仕切られている。

特開２０２０－１５９２１７号公報

上述の上流側からＥＧＲガスを取り出す構成では、仕切部材と触媒との間に隙間が存在すると、この隙間を介して排気ガスが第１空間から第２空間に流れる可能性がある。その結果、触媒を通過していない非浄化ガスがＥＧＲ配管に供給されるおそれがある。

本開示の一局面は、浄化された排気ガスの回収効率を高められる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、内燃機関の排気ガスが導入される内部空間を有する上流部と、上流部に連結された筒状の触媒ケースと、触媒ケースに格納された触媒とを有する触媒コンバータと、触媒コンバータの排気ガスの流れ方向における下流側に連結された内部空間を有する下流部と、排気ガスの一部を内燃機関に循環させるＥＧＲ配管と、を備えるＥＧＲ装置である。

下流部は、排気ガスを下流部の外部に排出する排出口と、ＥＧＲ配管が連結されたＥＧＲ取り出し口と、触媒ケースの内部と排出口とを連通させる第１空間と、触媒ケースの内部とＥＧＲ取り出し口とを連通させる第２空間とに下流部の内部空間を仕切る仕切り部と、を有する。

このような構成によれば、下流部内に区画された第２空間を介して触媒を通過した排気ガスの一部がＥＧＲ配管へ回収されるので、浄化されていない排気ガスがＥＧＲ配管へ供給されることが抑制される。また、仕切り部によって、排気ガスをＥＧＲ取り出し口へ誘導することができる。その結果、浄化された排気ガスの回収効率が高められる。

本開示の一態様では、下流部は、排出口が設けられた筒状の下流部本体と、ＥＧＲ取り出し口が設けられた板状の取付部材と、を有してもよい。取付部材は、下流部本体の一部を外側から覆うように下流部本体に取り付けられてもよい。仕切り部は、下流部本体のうち、取付部材に覆われた部分で構成されてもよい。このような構成によれば、仕切り部を下流部本体の一部で形成できるので、仕切り部を別部材として設ける場合に比べて、低コストで第１空間及び第２空間に仕切られた下流部を形成できる。

本開示の一態様では、下流部は、排出口及びＥＧＲ取り出し口が設けられた筒状の下流部本体を有してもよい。仕切り部は、下流部本体の内部に配置された板状の部材で構成されてもよい。このような構成によれば、仕切り部の位置及び姿勢の調整による排気ガスの流れ方向の調節が容易となる。

本開示の一態様では、仕切り部は、第１空間と第２空間とを連通する連通孔を有してもよい。このような構成によれば、第２空間で発生した水を第１空間に連通孔を介して排出することができる。そのため、排気ガスの循環経路への水の混入が抑制できる。

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、図１のＥＧＲ装置の模式的な側面図である。 図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線での模式的な断面図である。 図４は、図１のＥＧＲ装置の下流部の模式的な分解図である。 図５Ａは、図３のＶＡ－ＶＡ線での模式的な断面図であり、図５Ｂは、図３のＶＢ－ＶＢ線で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．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１及び図２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、上流部２と、触媒コンバータ３と、下流部４と、ＥＧＲ配管５とを備える。

＜上流部＞
図３に示すように、上流部２は、内燃機関の排気ガスが導入される内部空間を有する部材である。上流部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。

上流部２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拡径する円錐台状の筒体（つまりコーン）である。上流部２の内部空間は、後述する触媒コンバータ３の触媒ケース３１に連通している。

上流部２の上流側の開口は、排気ガスを上流部２の内部に導入する導入口２１を構成している。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の配管が接続される。上流部２の下流側の開口は、触媒ケース３１の上流側の端部に溶接等によって固定されている。

＜触媒コンバータ＞
触媒コンバータ３は、上流部２の下流側に配置されている。触媒コンバータ３は、触媒ケース３１と、触媒３２と、マット３３とを有する。

触媒ケース３１は、上流部２に連結された筒状の部材である。触媒ケース３１の下流側の端部は、後述する下流部４の上流側の開口に溶接等によって固定されている。触媒ケース３１には、触媒３２とマット３３とが格納されている。

触媒３２は、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３２は、触媒ケース３１に格納されると共に、排気ガスが触媒ケース３１の軸方向に流れる複数の流路を触媒ケース３１内に構成している。つまり、触媒３２は、上流部２から下流部４に向かって延伸し、かつ互いに連通しない複数の流路を有している。

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、触媒ケース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。

触媒３２を排気ガスの流れ方向に沿った流路を有するハニカム形状とすることで、触媒３２のうち第２空間Ｓ２に排気ガスの流れ方向において重なる部分を通過した排気ガスが第２空間Ｓ２に案内されやすくなる。また、触媒３２をハニカム形状とすることで、ＥＧＲ配管５の内部の負圧が不十分であっても、内燃機関から供給される排気ガスの圧力によって、排気ガスを触媒３２、第２空間Ｓ２及びＥＧＲ配管５に送りやすくできる。

マット３３は、触媒ケース３１と触媒３２との間に配置された弾性変形可能なシート状の部材である。マット３３は、触媒ケース３１の周方向に沿って、触媒３２の外周面を覆っている。

＜下流部＞
下流部４は、触媒コンバータ３の下流側に連結された内部空間を有する部材である。下流部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（つまりコーン）である。

下流部４は、排出口４１と、ＥＧＲ取り出し口４２と、下流部本体４３と、取付部材４４とを有する。

排出口４１は、触媒コンバータ３によって浄化された排気ガスを下流部４の外部に排出する開口である。排出口４１は、下流部４の下流側の端部に設けられている。排出口４１には、排気ガスを系外に排出する配管が接続される。

ＥＧＲ取り出し口４２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４２は、下流部４の周壁に設けられている。ＥＧＲ取り出し口４２からは、浄化された排気ガスの一部がＥＧＲガスとして排出される。ＥＧＲ取り出し口４２の開口面積は、排出口４１の開口面積よりも小さい。

下流部本体４３は、排出口４１が設けられた筒状の部材である。下流部本体４３の上流側の端部は、触媒コンバータ３の触媒ケース３１に連通した開口を構成している。また、下流部本体４３の下流側の端部は、排出口４１を構成している。

図４に示すように、下流部本体４３は、後述する取付部材４４によって覆われる部分（つまり仕切り部４３Ａを構成する部分）が内側に凹んだ円錐台形状を有する。また、図５Ａに示すように、下流部本体４３は、触媒ケース３１の内部と排出口４１とを連通させる第１空間Ｓ１を画定している。

取付部材４４は、板状の部材を凹状（つまりボウル状）に成形したパッチである。取付部材４４の側壁には、ＥＧＲ取り出し口４２が設けられている。取付部材４４は、下流部本体４３の一部を外側から覆うように下流部本体４３及び触媒ケース３１に取り付けられている。

具体的には、図３に示すように、取付部材４４は、下流部本体４３の外周面と、触媒ケース３１の外周面とに跨るように、溶接等によってこれらの部材に固定されている。つまり、取付部材４４の縁部は、下流部本体４３の外周面と触媒ケース３１の外周面とに当接している。

下流部本体４３と取付部材４４とによって、触媒ケース３１の内部とＥＧＲ取り出し口４２とを連通させる第２空間Ｓ２が画定されている。

ＥＧＲ取り出し口４２は、触媒ケース３１の径方向において触媒ケース３１と重なる位置に配置されている。つまり、ＥＧＲ取り出し口４２、触媒ケース３１と下流部本体４３との連結部、及び排出口４１は、触媒ケース３１の軸方向においてこの順に配置されている。

したがって、触媒コンバータ３にて浄化された排気ガスがＥＧＲ配管５に供給される流路は、触媒ケース３１の出口とＥＧＲ取り出し口４２とを第２空間Ｓ２を介して結ぶように、Ｕ字状に湾曲している。

下流部本体４３は、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とに下流部４の内部空間を仕切る仕切り部４３Ａを有する。仕切り部４３Ａは、下流部本体４３のうち、取付部材４４で覆われた部分で構成されている。

仕切り部４３Ａは、触媒ケース３１の軸方向から視て触媒３２と重なる位置に配置されている。つまり、仕切り部４３Ａは、触媒ケース３１から排出される排気ガスの流路を、第１空間Ｓ１を通過する流路と第２空間Ｓ２を通過する流路とに分割している。

仕切り部４３ＡをＥＧＲ取り出し口４２に近づけると、第１空間Ｓ１の体積が大きくなるため、第１空間Ｓ１を通過する排気ガスの量が大きくなる。これにより、触媒３２を通過した排気ガスの圧力の上昇を抑制できる。

なお、本実施形態では、仕切り部４３Ａの板面は触媒ケース３１の軸方向と平行である（つまり、仕切り部４３Ａの厚み方向が触媒ケース３１の軸方向と直交している）が、仕切り部４３Ａの板面は、触媒ケース３１の軸方向に対して傾斜していてもよい。

また、製造誤差を考慮して、仕切り部４３Ａの上流側端部と触媒３２との間には、クリアランスが設けられるとよい。ただし、仕切り部４３Ａと触媒３２とは接触していてもよい。

図５Ｂに示すように、仕切り部４３Ａは、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを連通する連通孔４３Ｂを有している。連通孔４３Ｂの開口面積は、ＥＧＲ取り出し口４２の開口面積及びＥＧＲ配管５の流路断面積よりも小さい。

図３に示すように、連通孔４３Ｂは、下流部４の上流側の開口よりも排出口４１に近い位置に設けられている。つまり、連通孔４３Ｂは、触媒３２よりも排出口４１に近い位置に設けられている。また、仕切り部４３Ａは、複数の連通孔４３Ｂを有してもよい。

＜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。ＥＧＲ配管５は、一端が下流部４のＥＧＲ取り出し口４２に溶接等によって連結されている。ＥＧＲ配管５は、触媒コンバータ３と離れて配置されている。

＜排気ガスの流れ＞
導入口２１から上流部２の内部に導入された排気ガスは、触媒３２を触媒ケース３１の軸方向に通過し、下流部４内に流れ込む。

触媒コンバータ３を通過した一部の排気ガスは、ＥＧＲガスとして下流部４の第２空間Ｓ２に流れ込む。第２空間Ｓ２に流れ込んだＥＧＲガスは、ＥＧＲ配管５から内燃機関に供給される。このＥＧＲガスの流れは、ＥＧＲ配管５の内部が触媒コンバータ３に対して負圧となることで発生する。

触媒コンバータ３によって浄化された排気ガスのうち、第２空間Ｓ２に供給されるＥＧＲガスを除いた残り（つまり、第１空間Ｓ１に流れ込んだ排気ガス）は、下流部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。

［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）下流部４内に区画された第２空間Ｓ２を介して触媒３２を通過した排気ガスの一部がＥＧＲ配管５へ回収されるので、浄化されていない排気ガスがＥＧＲ配管５へ供給されることが抑制される。また、仕切り部４３Ａによって、排気ガスをＥＧＲ取り出し口４２へ誘導することができる。その結果、浄化された排気ガスの回収効率が高められる。

（１ｂ）第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを仕切る仕切り部４３Ａが下流部本体４３の一部で形成されるので、仕切り部４３Ａを別部材として設ける場合に比べて、低コストで第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２に仕切られた下流部４を形成できる。

（１ｃ）第２空間Ｓ２で発生した水を第１空間Ｓ１に連通孔４３Ｂを介して排出することができる。そのため、排気ガスの循環経路（つまりＥＧＲ配管５）への水の混入が抑制できる。また、連通孔４３Ｂを排出口４１に近い位置に設けることにより、第２空間Ｓ２に溜まる水が排出口４１に排出されやすくなる。

（１ｄ）取付部材４４が触媒ケース３１に固定されることで、ＥＧＲ取り出し口４２を触媒ケース３１の径方向外側に配置することができる。その結果、下流部本体４３の形状を簡素化できる。また、下流部本体４３の長さ（つまり絞り深さ）を小さくできるため、ＥＧＲ装置１の省スペース化を図ることができる。

（１ｅ）ＥＧＲ配管５を触媒ケース３１に沿わせる必要がないため、触媒ケース３１の形状の設計自由度が高められる。
（１ｆ）取付部材４４を介してＥＧＲ配管５を下流部４に溶接できるため、ＥＧＲ配管５の溶接作業が簡素化できる。

（１ｇ）下流部４に発生する熱応力が取付部材４４によって吸収されるため、下流部４における熱応力に起因する応力割れが抑制できる。

［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）上記実施形態のＥＧＲ装置において、仕切り部は、必ずしも下流部本体の一部でなくてもよい。例えば、本開示のＥＧＲ装置の下流部は、排出口及びＥＧＲ取り出し口が設けられた筒状の下流部本体と、下流部本体の内部に配置された板状の仕切り部とを有してもよい。これにより、仕切り部の位置及び姿勢の調整による排気ガスの流れ方向の調節が容易となる。また、従来形状の下流部本体を利用して、第１空間及び第２空間を形成することができる。

（２ｂ）上記実施形態のＥＧＲ装置において、下流部は、排出口と、ＥＧＲ取り出し口と、仕切り部とを有する一体品であってもよい。このような下流部は、例えば鋳造によって形成できる。

（２ｃ）上記実施形態のＥＧＲ装置において、上流部及び下流部の少なくとも一方は、触媒コンバータの触媒ケースと一体の部品であってもよい。さらに、上流部及び下流部は円錐形状に限定されない。

（２ｄ）上記実施形態のＥＧＲ装置において、仕切り部は、必ずしも連通孔を有しなくてもよい。

（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…上流部、３…触媒コンバータ、４…下流部、５…ＥＧＲ配管、
２１…導入口、３１…触媒ケース、３２…触媒、３３…マット、４１…排出口、
４２…ＥＧＲ取り出し口、４３…下流部本体、４３Ａ…仕切り部、４３Ｂ…連通孔、
４４…取付部材。

Claims (4)

1. 内燃機関の排気ガスが導入される内部空間を有する上流部と、
   前記上流部に連結された筒状の触媒ケースと、前記触媒ケースに格納された触媒とを有する触媒コンバータと、
   前記触媒コンバータの前記排気ガスの流れ方向における下流側に連結された内部空間を有する下流部と、
   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、
   前記下流部は、
   前記排気ガスを前記下流部の外部に排出する排出口と、
   前記ＥＧＲ配管が連結されたＥＧＲ取り出し口と、
   前記触媒ケースの内部と前記排出口とを連通させる第１空間と、前記触媒ケースの内部と前記ＥＧＲ取り出し口とを連通させる第２空間とに前記下流部の内部空間を仕切る仕切り部と、
   を有し、
   前記触媒は、前記触媒コンバータの前記排気ガスの流れ方向における上流側及び前記下流側の両端に端面を有する柱状の形状であり、
   前記第２空間は、前記触媒の前記下流側の前記端面の端部と接する、
   ＥＧＲ装置。
2. 請求項１に記載のＥＧＲ装置であって、
   前記下流部は、
   前記排出口が設けられた筒状の下流部本体と、
   前記ＥＧＲ取り出し口が設けられた板状の取付部材と、
   を有し、
   前記取付部材は、前記下流部本体の一部を外側から覆うように前記下流部本体に取り付けられ、
   前記仕切り部は、前記下流部本体のうち、前記取付部材に覆われた部分で構成される、ＥＧＲ装置。
3. 請求項１に記載のＥＧＲ装置であって、
   前記下流部は、前記排出口及び前記ＥＧＲ取り出し口が設けられた筒状の下流部本体を有し、
   前記仕切り部は、前記下流部本体の内部に配置された板状の部材で構成される、ＥＧＲ装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＥＧＲ装置であって、
   前記仕切り部は、前記第１空間と前記第２空間とを連通する連通孔を有する、ＥＧＲ装置。