(57)【要約】【課題】背圧の上昇を抑えつつ、流体流速を効果的に向上する。【解決手段】流体を流通させる流路本体部４１と、流路本体部４１の内部を上流側空間部４１Ａと下流側空間部４１Ｂとに仕切る仕切壁５０と、仕切壁５０に開口する流体導入口部５１と、流体導入口部５１から下流側空間部４１Ｂ側に延びる筒体部６１及び、筒体部６１の流体導入口部５１とは反対側の端部に開口する流体吐出口部６２を有すると共に、上流側空間部４１Ａと下流側空間部４１Ｂとを連通させる連通管６０とを備え、流体導入口部５１の開口面積が、筒体部６１の流路断面積及び、流体吐出口部６２の開口面積よりも大きく形成されている。【選択図】図２
2020133508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を流通させる流路本体部と、
前記流路本体部の内部を上流側空間部と下流側空間部とに仕切る仕切壁と、
前記仕切壁に開口する流体導入口部と、
前記流体導入口部から前記下流側空間部側に延びる筒体部及び、該筒体部の前記流体導入口部とは反対側の端部に開口する流体吐出口部を有すると共に、前記上流側空間部と前記下流側空間部とを連通させる連通管と、を備え、
前記流体導入口部の開口面積が、前記筒体部の流路断面積及び、前記流体吐出口部の開口面積よりも大きく形成されている
ことを特徴とする流路構造。
【請求項２】
前記筒体部が、前記流体導入口部から前記流体吐出口部に向かうに従い流路断面積を縮小させた中空円錐台形筒状に形成されている
請求項１に記載の流路構造。
【請求項３】
前記流路本体部が円筒状の周壁部を有しており、前記仕切壁が、その周縁を前記周壁部の内周面に固定された円板状に形成されており、前記筒体部が、前記周壁部の内周面に沿って湾曲して形成されており、前記流体吐出口部から吐出される流体が前記下流側空間部内を前記周壁部の内周に沿って旋回して流される
請求項１又は２に記載の流路構造。
【請求項４】
前記流体本体部がエンジンから排出される排気ガスを流通させる排気管であり、前記上流側空間部内には前記排気ガスを浄化する触媒を担持した担体又は、前記排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタが収容されており、前記排気管の前記流体吐出口部に隣接する部位には、前記排気ガスの状態量を検出するセンサが設けられている
請求項１から３の何れか一項に記載の流路構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、流路構造に関し、特に、エンジンから排出される排気ガスを流通させる排気管の流路構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、エンジンの排気管には、排気ガス中の粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭ）を検出するＰＭセンサ、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を検出するＮＯｘセンサ、排気ガスの空燃比を検出するラムダセンサ等の各種センサ類が設けられている。
【０００３】
この種のセンサ類の一例として、一対の電極間に捕集されるＰＭによって変化する電極間の抵抗値に基づいて、排気ガス中のＰＭ量を検出するＰＭセンサ等が知られている（例えば、特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４４５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のような排気ガスの状態量を検出する各種センサ類においては、検出精度を確保するために、センサ部に流れ込む排気ガスにある程度の流速を必要とする場合がある。しかしながら、センサが設けられる排気管の形状等によっては、センサ部の排気流速を十分に確保できない場合もある。排気流速を確保するには、排気管の流路面積を絞ることも考えられるが、この場合は排気ガスの流通抵抗が増加することで、背圧の上昇を招く可能性がある。
【０００６】
本開示の技術は、背圧の上昇を抑えつつ、流体流速を効果的に向上することができる流路構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の技術は、流体を流通させる流路本体部と、前記流路本体部の内部を上流側空間部と下流側空間部とに仕切る仕切壁と、前記仕切壁に開口する流体導入口部と、前記流体導入口部から前記下流側空間部側に延びる筒体部及び、該筒体部の前記流体導入口部とは反対側の端部に開口する流体吐出口部を有すると共に、前記上流側空間部と前記下流側空間部とを連通させる連通管と、を備え、前記流体導入口部の開口面積が、前記筒体部の流路断面積及び、前記流体吐出口部の開口面積よりも大きく形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、前記筒体部が、前記流体導入口部から前記流体吐出口部に向かうに従い流路断面積を縮小させた中空円錐台形筒状に形成されていることが好ましい。
【０００９】
また、前記流路本体部が円筒状の周壁部を有しており、前記仕切壁が、その周縁を前記周壁部の内周面に固定された円板状に形成されており、前記筒体部が、前記周壁部の内周面に沿って湾曲して形成されており、前記流体吐出口部から吐出される流体が前記下流側空間部内を前記周壁部の内周に沿って旋回して流されることが好ましい。
【００１０】
また、前記流体本体部がエンジンから排出される排気ガスを流通させる排気管であり、前記上流側空間部内には前記排気ガスを浄化する触媒を担持した担体又は、前記排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタが収容されており、前記排気管の前記流体吐出口部に隣接する部位には、前記排気ガスの状態量を検出するセンサが設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本開示の技術によれば、背圧の上昇を抑えつつ、流体流速を効果的に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係るエンジンの排気系を示す模式的な全体構成図である。
【図２】本実施形態に係る後段後処理装置の後段ケーシングの一部を切り欠いて示す模式的な斜視図である。
【図３】本実施形態に係る流路構造を構成する仕切壁及び連通管を軸方向から視た模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る流路構造を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１４】
図１は、本実施形態に係るエンジン１０の排気系を示す模式的な全体構成図である。
【００１５】
図１に示すように、エンジン１０は、シリンダヘッドや複数の気筒が形成されたシリンダブロック等を含むエンジン本体部１１を備えている。エンジン本体部１１のシリンダヘッドには、各気筒から排出される排気ガスを集合させる排気マニホールド１２が設けられている。
【００１６】
排気マニホールド１２には、排気上流側から順に、上流配管１３、前段後処理装置２０の前段ケーシング２１、接続配管１４、後段後処理装置４０の後段ケーシング４１（本開示の流路本体部の一例）及び、下流配管１５等が接続されている。
【００１７】
上流配管１３は、略円筒状に形成されており、その上流端を排気マニホールド１２の排気集合部１２Ａに接続されている。上流配管１３の下流端は、前段ケーシング２１の上流側開口部に接続されている。
【００１８】
前段ケーシング２１は、略円筒状に形成されており、その内部には、排気上流側から順に、酸化触媒２２及び、フィルタ２３が収容されている。
【００１９】
酸化触媒２２は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体の表面に触媒成分等を担持して形成されている。酸化触媒２２は、エンジン１０のポスト噴射や図示しない排気管インジェクタの排気管噴射によって未燃燃料（炭化水素：ＨＣ）が供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
【００２０】
フィルタ２３は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。フィルタ２３は、排気ガス中のＰＭを隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭ堆積量が所定量に達すると、これを燃焼除去するフィルタ強制再生が実施される。
【００２１】
接続配管１４は、全体として略Ｓ字状の円筒状に形成されており、前段ケーシング２１の下流側開口部と後段ケーシング４１の上流側開口部とを接続する。接続配管１４の所定部位には、尿素水噴射装置３０の一部を構成する尿素水インジェクタ３５が設けられている。
【００２２】
尿素水噴射装置３０は、尿素水を貯留する尿素水タンク３１と、尿素水タンク３１内の尿素水に浸漬されて異物を除去するストレーナ３２と、ストレーナ３２に接続された供給配管３３と、供給配管３３に設けられて尿素水タンク３１から尿素水を汲み上げる尿素水ポンプ３４と、供給配管３３から供給される尿素水を接続配管１４内に噴射する尿素水インジェクタ３５とを備えている。
【００２３】
尿素水インジェクタ３５から接続配管１４内に噴射された尿素水は、排気熱により加水分解されてアンモニア（ＮＨ３）に生成され、下流側の選択的還元触媒４８（Selective Catalytic Reduction：以下、ＳＣＲ触媒）に還元剤として供給される。
【００２４】
後段ケーシング４１は、略円筒状に形成されている。後段ケーシング４１の内部には、後段ケーシング４１の内部空間を上流側空間部４１Ａと下流側空間部４１Ｂとに区画する仕切壁５０が設けられている。上流側空間部４１Ａ内には、ＳＣＲ触媒４８が収容されている。
【００２５】
ＳＣＲ触媒４８は、例えば多孔質のセラミック製担体にゼオライト等を担持して形成されている。ＳＣＲ触媒４８は、尿素水インジェクタ３５から還元剤として供給されるアンモニアを吸着すると共に、吸着したアンモニアで通過する排気ガス中からＮＯｘを選択的に還元浄化する。
【００２６】
後段ケーシング４１の下流側の周壁には、下流側空間部４１Ｂと連通して排気ガスを大気に導く略円筒状の下流配管１５が接続されている。また、後段ケーシング４１の下流側の周壁には、ＰＭセンサ９０やＮＯｘセンサ９１等が設けられている。なお、後段ケーシング４１に設けられるセンサは、ＰＭセンサ９０やＮＯｘセンサ９１に限定されず、排気温度センサ等の他の排気状態量を検出するセンサであってもよい。
【００２７】
本実施形態において、仕切壁５０には、上流側空間部４１Ａと下流側空間部４１Ｂとを連通させると共に、上流側空間部４１Ａから下流側空間部４１Ｂに流れ込む排気ガスの流速を増加させる連通管６０が設けられている。以下、仕切壁５０及び、連通管６０を含む本実施形態の流路構造の詳細を図２，３に基づいて説明する。
【００２８】
図２は、本実施形態に係る後段後処理装置４０を、後段ケーシング４１の一部を切り欠いて示す模式的な斜視図である。
【００２９】
図２に示すように、後段ケーシング４１は、全体として略有底筒状に形成されており、略円筒状の周壁部４２と、周壁部４２の下流端を塞ぐ円板状の側壁部４３とを備えている。
【００３０】
周壁部４２の内部のうち、筒軸方向の中間位置よりも下流側の所定部位には、周壁部４２の内径と略同径の外径を有する円板状の仕切壁５０が設けられている。仕切壁５０は、その周縁を周壁部４２の内周面に溶接等で接合固定されている。この仕切壁５０によって、後段ケーシング４１の内部空間が、上流側空間部４１Ａと下流側空間部４１Ｂとに区画形成されている。なお、仕切壁５０は、ボルトナット等で周壁部４２に締結固定してもよい。
【００３１】
後段ケーシング４１の周壁部４２のうち、上流側空間部４１Ａに対応する部位（以下、上流側周壁部４２Ａという）には、ＳＣＲ触媒４８が不図示のマット部材等を介して収容保持されている。上流側周壁部４２Ａの上流側端には、前述の接続配管１４（図１に示す）が接続されている。
【００３２】
後段ケーシング４１の周壁部４２のうち、下流側空間部４１Ｂに対応する部位（以下、下流側周壁部４２Ｂという）には、ＰＭセンサ９０及びＮＯｘセンサ９１が、センサ軸方向を略鉛直方向（又は、僅かに傾く方向）に向けた状態で、それらのセンサ部９０Ａ，９１Ａが下流側空間部４１Ｂ内に露出するように取り付けられている。ＰＭセンサ９０及び、ＮＯｘセンサ９１は、好ましくは、下流配管１５から浸入する水等の被水を防止すべく、下流側周壁部４２Ｂの筒軸心よりも鉛直方向上方の部位に設けられている。
【００３３】
下流側周壁部４２Ｂのうち、筒軸心よりも鉛直方向下方の部位、言い換えれば、筒軸心を挟んで各センサ９０，９１と対向する部位には、排気ガスを大気に導く円筒状の下流配管１５が接続されている。すなわち、排気ガスが下流側空間部４１Ｂ内から下流配管１５を介して下方に向けて排出されるように構成されている。
【００３４】
仕切壁５０は、略円板状に形成されており、その平面を周壁部４２の筒軸心（排気ガスの流れ方向）に直交させて設けられている。仕切壁５０には、半円弧状に湾曲する排気導入口部５１（流体導入口部）が開口形成されている。
【００３５】
排気導入口部５１は、仕切壁５０を下流側から軸方向視した状態で、仕切壁５０の軸心よりも図中左側の部位に、仕切壁５０の周縁に沿って半円弧状に延びるように設けられている。なお、排気導入口部５１は、各センサ９０，９１の配置位置に応じて、図示例とは異なる位置（例えば、仕切壁５０の軸心よりも図中右側）に設けられてもよい。
【００３６】
連通管６０は、全体として略Ｃ字状に湾曲する筒状に形成された筒体本体部６１を有しており、仕切壁５０の下流側空間部４１Ｂに臨む側面に設けられている。具体的には、筒体本体部６１は、その上流側の開口周縁を排気導入口部５１の周縁に溶接等で接合されると共に、下流側周壁部４２Ｂの内周面に沿って上方に向かって湾曲しながら延設されている。また、筒体本体部６１は、その下流端に形成された排気吐出口部６２（流体吐出口部）が、ＰＭセンサ９０のセンサ部９０Ａに臨んで開口するように設けられている。
【００３７】
本実施形態において、排気導入口部５１の開口面積Ｖ１は、排気吐出口部６２の開口面積Ｖ２よりも大きく（Ｖ１＞Ｖ２）、言い換えれば、連通管６０の筒体本体部６１の流路断面積（排気ガスの流れ方向と直交する流路断面積）が、上流側の排気導入口部５１から下流側の排気吐出口部６２に向かうに従い縮小するように形成されている。
【００３８】
このように、連通管６０の筒体本体部６１を下流側周壁部４２Ｂの内周面に沿って湾曲しながら次第に縮径する略中空円錐台形筒状に形成することで、上流側空間部４１Ａから排気導入口部５１を介して筒体本体部６１内に流れ込む排気ガスが、排気吐出口部６２から下流側空間部４１Ｂ内に向けて流速を増加させながら吐出されるようになる。また、排気導入口部５１の開口面積Ｖ１を、筒体本体部６１の流路断面積及び、排気吐出口部６２の開口面積Ｖ２よりも大きく形成することで、筒体本体部６１内を流れる排気ガスの流通抵抗の増加が抑えられるようになり、背圧の上昇も効果的に抑止されるようになる。
【００３９】
なお、排気導入口部５１や排気吐出口部６２の開口面積をどの程度にするかは、後段ケーシング４１の寸法、上流側に配されるＳＣＲ触媒４８の容量、エンジン１０の排気量等の各種仕様に応じて、背圧の上昇を効果的に抑えられる範囲内にて適宜に設定すればよい。
【００４０】
以上のように構成された本実施形態に係る流路構造の作用効果を図３に基づいて説明する。
【００４１】
図３は、下流側周壁部４２Ｂを径方向に切り欠くと共に、仕切壁５０及び、連通管６０を排気流れ方向の下流側から軸方向視した模式図である。
【００４２】
図３に示すように、上流側空間部４１Ａから排気導入口部５１を介して連通管６０の筒体本体部６１内に流れ込んだ排気ガスＥ１は、筒体本体部６１内を通過して排気吐出口部６２から下流側空間部４１Ｂ内に吐出される。排気吐出口部６２から吐出された排気ガスＥ２は、下流側周壁部４２Ｂの内周面に沿って流れながら、排気吐出口部６２と隣接するＰＭセンサ９０のセンサ部９０Ａ、さらには、ＮＯｘセンサ９１のセンサ部９１Ａに導かれる。各センサ部９０Ａ，９１Ａを通過した排気ガスＥ３は、下流側周壁部４２Ｂの内周面に沿って下流側空間部４１Ｂ内を旋回しながら下流配管１５に到達し、下流配管１５から効率的に排出されるようになっている。
【００４３】
本実施形態において、連通管６０の筒体本体部６１は、下流側周壁部４２Ｂの内周面に沿って湾曲しながら次第に縮径する略中空円錐台形筒状に形成されており、連通管６０内を通過する排気ガスＥ１が排気吐出口部６２から下流側空間部４１Ｂ内に向けて、その流速を増加させながら吐出されるように構成されている。これにより、排気吐出口部６２と隣接する各センサ９０，９１のセンサ部９０Ａ，９１Ａに流れ込む排気ガスＥ２の流速を確実に増加させることが可能となり、各センサ９０，９１の検出精度を効果的に向上することができる。
【００４４】
また、排気ガスＥ１を連通管６０の筒体本体部６１内に取り入れる排気導入口部５１の開口面積を、筒体本体部６１の流路断面積及び、排気吐出口部６２の開口面積Ｖ２よりも大きく形成したことにより、筒体本体部６１内を通過する排気ガスＥ１の流通抵抗の増加が効果的に抑えられるように構成されている。これにより、背圧の上昇が確実に抑止されるようになり、エンジン１０の燃費性能の悪化等を防止することが可能になる。
【００４５】
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００４６】
例えば、上記流路構造は、後段ケーシング４１に設けられるものとして説明したが、前段ケーシング２１に設けることもできる、また、本実施形態の適用は、エンジン１０の排気系流路に限定されず、吸気系流路や、エンジン以外の他の装置の流体流路にも広く適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  エンジン
１３  上流配管
１４  接続配管
１５  下流配管
２０  前段後処理装置
２１  前段ケーシング
２２  酸化触媒
２３  フィルタ
４０  後段後処理装置
４１  後段ケーシング（流路本体部）
４１Ａ  上流側空間部
４１Ｂ  下流側空間部
４２  周壁部
５０  仕切壁
５１  排気導入口部（流体導入口部）
６０  連通管
６１  筒体本体部
６２  排気吐出口部
９０  ＰＭセンサ
９１  ＮＯｘセンサ
【図１】
2020133508.tif 000003
【図２】
2020133508.tif 000004
【図３】
2020133508.tif 000005