(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排ガス流路において、ガス流の流れ方向を流路の外周方向に向けさせるガス流の流れ方向変更手段と、この流れ方向変更手段の下流側であって、前記ガス流路の内側に沿ってその一部または全周にわたり設けられた、前記ガス流の上流方向に開口部を有する異物捕集部とを有するとともに、前記異物捕集部の、径方向の深さをｔ、ガス流れ方向の長さをＬとし、ガス流路の前記異物捕集部におけるガス通過部の内径をＤとする時、ｔ／Ｄが０．１以上且つＬ／ｔが２以上好ましくは３以上であることを特徴とするガス流路。
【請求項２】
前記流れ方向変更手段が、ガス流を、ガス流路の内壁に沿って螺旋状に旋回させるような配管構造である請求項１記載のガス流路。
【請求項３】
前記流れ方向変更手段が、ガス流を、ガス流路の内壁に沿って螺旋状に旋回させるような案内羽根である請求項１記載のガス流路。
【請求項４】
前記流れ方向変更手段が、ガス流路の内壁外表面からガス流路へ突き出した板から成る請求項１記載のガス流路。
【請求項５】
前記流れ方向変更手段が、ハニカム構造体から成る請求項１記載のガス流路。
【請求項６】
前記異物捕集部が、ガス流路の壁面と２重管構造を成す請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス流路。
【請求項７】
前記異物捕集部が、ガス流路の壁面の一部または全周を、ガス流路の外側方向へ膨らませて成る請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス流路。
【請求項８】
前記ガス流路がほぼ水平である場合において、前記異物捕集部を、ガス流路の中心より下方にのみ設けた請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス流路。
【請求項９】
前記異物捕集部が、１つまたは複数の開閉可能な開口部を持つ請求項１〜８のいずれか１項に記載のガス流路。
【請求項１０】
前記ガス流路が、排気ガス浄化装置の上流側に配設されている請求項１〜９のいずれか１項に記載のガス流路。
【請求項１１】
前記排気ガス浄化装置が、ハニカム構造の触媒担体から成る請求項１０記載のガス流路。
【請求項１２】
前記ガス流路が、ターボチャージャーの上流側に配設されている請求項９記載のガス流路。
【請求項１３】
前記ガス流路が、電気ヒーターの上流側に配設されている請求項１〜９のいずれか１項に記載のガス流路。
【請求項１４】
前記電気ヒーターが、ハニカム構造の加熱素子から成る請求項１３記載のガス流路。
【請求項１５】
前記ガス流路が導電性でほぼ水平である場合において、前記電気ヒーターに電力を供給する複数の電極の全てを、または、前記ガス流路を構成する配管の電位に最も近い１つの電極を除く残りの電極の全てを、前記ガス流路の上方近傍に、好ましくは流路断面の中心より上方に、より好ましくは流路断面の中心の真上から±４５゜の範囲に装着した請求項１３または１４記載のガス流路。
【請求項１６】
前記ガス流路が、排気ガスセンサの上流側に配設されている請求項１〜９のいずれか１項に記載のガス流路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス以外の成分、即ち金属片等の固体や水等の液体が異物として通過することがあるガス流路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、内燃機関の排ガス流路のように、上流側から流れてくる、流路壁内面の錆、溶接屑や組み付け時に流路に入り込んだゴミ等の固体、あるいは凝縮水のような液体が、ガス流とともに高速でガス流路の内壁、あるいはガス流路中に配設されたあるいはガス流路に接続された構造体に衝突することにより、これらのガス流路内壁あるいは構造体を破損せしめることがある。
【０００３】
このような場合、従来は、例えば図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、高速で衝突する上記固体や液体からガス流路５１の内壁５３や図１２（ｃ）に一例の構造を示すハニカム構造体５２を破損から守るため、破損を受ける恐れのあるガス流路５１あるいは構造体５２の上流側に、一般的には金網５４を設けたり（図１２（ａ））、じゃま板５５を設ける（図１２（ｂ））ことがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したように金網５４やじゃま板５５を設けただけでは、上記固体や液体を十分に除去することができず、長期耐久性に問題がある場合が多くあった。すなわち、ガス流路の上流側から飛来してきた異物による流路内壁表面の損傷が発生したり、ガス流路の上流側から飛来してきた異物により下流側構造体の破損が発生したり、ガス流路の上流側から飛来してきた異物が導電性を持ち、ガス流路にある電気回路に接触した場合、ショートを引き起こしたりすることがあるため、いずれの場合も長期耐久性を維持することができなかった。
【０００５】
本発明の目的は上述した課題を解消して、ガス流中の異物による損傷をなくし、長期耐久性を得ることができるガス流路を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のガス流路は、内燃機関の排ガス流路において、ガス流の流れ方向を流路の外周方向に向けさせるガス流の流れ方向変更手段と、この流れ方向変更手段の下流側であって、前記ガス流路の内側に沿ってその一部または全周にわたり設けられた、前記ガス流の上流方向に開口部を有する異物捕集部とを有するとともに、前記異物捕集部の、径方向の深さをｔ、ガス流れ方向の長さをＬとし、ガス流路の前記異物捕集部におけるガス通過部の内径をＤとする時、ｔ／Ｄが０．１以上且つＬ／ｔが２以上好ましくは３以上であることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明では、流れ方向変更手段によりガス流をガス流路の外周方向に向けさせ、その後ガス流路壁面に配設した異物捕集部でガス流中の異物を捕集することで、ガス流中の異物による損傷を防ぐことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のガス流路の一例の構成を示す図である。図１に示す実施例では、ガス流路１中に支持材２を利用して構造体３を設けている。構造体３はガス流４が通過しさえすれば従来から公知のすべての例を使用することができるが、本例では排気ガス浄化装置のハニカム構造の触媒担体を構造体３として考える。本発明のガス流路１で特徴的なのは、ガス流路１において、ガス流４の流れ方向を流路の壁面に向けさせるガス流の流れ方向変更手段として、中心から外周方向に向かうテーパを有する１つまたは複数の板からなるテーパグリッド５を設けた点と、このテーパグリッド５の下流側であって構造体３の上流側に、ガス流路１の内壁の全周にわたってガス流路１の壁面と２重管構造となるよう、ガス流４の上流方向に開口部６ａを有する異物捕集部としてのポケット状受け皿６を設けた点である。このとき、テーパグリッド５は平板状であっても、円盤状であってもその形状はいずれでも良い。
【０００９】
図１に示す構成のガス流路１では、ガス流４はテーパグリッド５を通過し、ガス流路１の内壁方向に向く。そのため、ガス流４中に含まれる、流路壁内面の錆、溶接屑や組み付け時に流路に入り込んだゴミ等の固体、あるいは凝縮水のような液体からなる異物は、偏向されたガス流４とともに開口部６ａを介してポケット状受け皿６に流れ込む。ここで、ガスに比べて固体および液体からなる異物は重いため、異物のみポケット状受け皿６の中に残り、ガスはポケット状受け皿６から流れ出てガス流路１の下流側へ流れていく。そのため、ポケット状受け皿６によりガス流４中の異物を捕集することができる。その結果、ポケット状受け皿６の部分を通過したガス流４中には異物が存在せず、これより下流側のガス流路１では構造体３の破壊等は発生しない。
【００１０】
図２〜図６はそれぞれ本発明のガス流路の他の例の構成を示す図である。図２〜図６に示すいずれの例においても、図１に示す例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図２に示す実施例において、図１に示す例と異なる点は、ガス流４の流れ方向変更手段として、ガス流４をガス流路１の内壁に沿って螺旋状に旋回させるような配管構造、すなわち、２つのガス供給管１１−１と１１−２の先端が互いにガス流路１の内壁に沿って下流側を向くよう配置した構造を採用した点である。そのため、図２に示す例では、ガス流４中の異物をより有効にポケット状受け皿６に供給でき、異物の捕集効率を向上させることができる。
【００１１】
図３に示す実施例において、図１に示す例と異なる点は、ガス流４の流れ方向変更手段として、ガス流４をガス流路１の内壁に沿って螺旋状に旋回させるような羽根形状を有する案内羽根１２を使用した点と、ポケット状受け皿６を、ガス流路１の壁面の全周をガス流路１の外側方向へ膨らませて構成した点である。そのため、図３に示す例では、図２に示す例と同様に異物の捕集効率を向上させることができるとともに、ポケット状受け皿６を簡単に構成することができる。また、異物捕集部の内径をその上流および下流の内径と同一とすることが出来るため圧力損失の点でも好ましい。
【００１２】
図４に示す例において、図１に示す例と異なるのは、ガス流４の流れ方向変更手段として、ガス流路１の内壁外表面からガス流路１へ突き出した板１３を使用した点と、ポケット状受け皿６を、ガス流路１の壁面の一部をガス流路１の外側方向へ膨らませた２重管構造とした点である。図４に示す構成のガス流路は、通常ガス流路１がほぼ水平に配置された場合に好適に使用される。そして、ポケット状受け皿６は、板１３の突出した先端の延長上であって、ガス流路１の中心より下方にのみ存在するよう構成している。上流から飛来する異物は、当然のことながらガスに比べ重く、流路の下方に溜まり易い。このため、異物の大きさや重量によっては、具体的には例えば異物１個が１．５ｍｍ角以上および／または１ｇ以上である場合、ポケット状受け皿６は、図４に示す例のように、下方にのみ有るだけでも充分にその機能を発揮することができる。
【００１３】
図５に示す例において、図１に示す例と異なるのは、ガス流４の流れ方向変更手段として、ハニカム構造体１４を利用した点と、図５に示す例ではポケット状受け皿６を膨径した２重管構造の部分を下側にのみ設けて構成した点、および図６に示す例ではポケット状受け皿６を膨径した２重管構造で形成した点である。そして、図５に示す例では、ガス流路１中にハニカム構造体１４を斜めに取り付け、ハニカム構造体１４の貫通孔１５が下側のポケット状受け皿６の方向を向くよう構成している。また、図６に示す例では、ハニカム構造体１４が中心から外側に向かうテーパを有している。いずれの例でも、上述した実施例と同様に異物を捕集することができる。ハニカム構造体１４の材質は特に限定しないが、高温のガス流中で使用する場合は、コージェライト等のセラミックスあるいはステンレス等の金属材料からなるハニカム構造体１４を使用することが好ましい。
【００１４】
図７および図８はそれぞれ本発明のガス流路の他の例の構成を示す図である。図７および図８はそれぞれすでに説明した図２および図３の例に対応している。いずれの例においても、ポケット状受け皿６に、１つまたは複数の開閉可能な開口部１６を設けている。そのため、図７および図８に示す例では、図２および図３の例と比較して、ポケット状受け皿６で捕集した異物をガス流路１外へ取り出して廃棄することができる。上記異物除去操作を定期的に行うことで、ポケット状受け皿６に捕集された異物が再度ガス流路１内へ戻ることを防止することができる。
【００１５】
図９および図１０は本発明のガス流路の具体的な一例の構成を示す図である。図９および図１０に示す例とも、本発明のガス流路が内燃機関の排ガス流路の例を示している。まず、図９に示す例では、図３に示す構成のガス流路１を、エンジン２１とターボチャージャー２２との間に設けている。そのため、図９に示す例では、異物によりターボチャージャー２２の破損を防止することができる。
【００１６】
また、図１０に示す例では、図４に示す構成のガス流路１を、電源２４およびスイッチ２５とともに電気回路を構成する電気ヒーター２３の上流側に設けている。そのため、図１０に示す例では、異物による電気ヒーター２３の破損を防止することができる。なお、図１０では電気ヒーター２３として電気抵抗ヒーターの例を記載したが、他の構成の電気ヒーター例えばハニカム構造をした加熱素子からなる電気ヒーターでも使用できることはいうまでもない。
【００１７】
さらに、ガス流路１を酸素センサ等の排気ガスセンサの上流側に設けることもできる。本発明のガス流路１は固体のみならず液体も捕集することができる。そのため、特開平５−２６８４２号公報で述べられているように、内燃機関の始動時に発生する水が酸素センサ等の排気ガスセンサのセンサ素子部に到達し、センサ素子にクラックあるいは割れを発生せしめるという問題を、ガスセンサの設計変更なしに解決することができる。
【００１８】
また、上述したように、電気ヒーター２３をガス流路１に設ける場合であって、ガス流路１が導電性でほぼ水平に配置されている場合は、例えば図１０に示す例において、電気ヒーター２３に電力を供給する複数の電極２６のすべてを、または、ガス流路１を構成する配管の電位に最も近い電位を有する１つの電極２６を除く残りの電極のすべてを、ガス流路１の上方近傍、好ましくは流路断面の中心より上方に、より好ましくは流路断面の中心の真上から±４５°の範囲に装着すると良い。その理由は以下の通りである。
【００１９】
すなわち、ガス流路１が導電性があり、且つ上流から飛来してきた異物が導電性を持つ場合、異物が電気ヒーター２３へ電力を供給する電極２６とガス流路１の両方に同時に接触すると、ガス流路１と電極２６は、その両方が電気的に絶縁されていない場合短絡する。その時、ガス流路１と電極２６との間に電位差があると電流が流れる。その時に流れる電流は、電位差が大きければ大きいほど大電流となり、例えば５０アンペアあるいは１００アンペアのような大電流の場合は、電気ヒーター２３や電源２４の損傷のみならずガス流路１も同時に溶損する場合も有る。また、導電性異物は金属である場合が多く、その重さのために、ガス流路１の中心より下方に飛来および／または堆積し易い。このような短絡を出来る限り防止するには、電極２６を出来るだけガス流路１の上方に、好ましくは流路断面の中心より上方に、さらに好ましくは流路断面の中心の真上から±４５°の範囲に装着することが望ましい。これにより、異物による短絡の発生確率を低減することが出来る。
【００２０】
ここで、電極２６の全てを、上述したようにガス流路１の上方に配設することが困難である場合がある。このような場合は、ガス流路１との電位差が最も小さい電極、即ちガス流路１の電位に最も近い電極２６の１つを除く残りの電極２６について、出来るだけガス流路１の上方に、好ましくは流路断面の中心より上方に、さらに好ましくは流路断面の中心の真上から±４５°の範囲に装着することが望ましい。
【００２１】
以下、実際の例について説明する。
実施例
エンジン実機を用いた捕集試験を行った。まず、２０００ｃｃ、４気筒のエンジンに図１１に示す構成のガス流路１を配置した。ここで、図１１に示すように、ガス流路１のポケット状受け皿６におけるガス通過部の内径をＤ、ポケット状受け皿６の径方向の深さをｔ、ポケット状受け皿６のガス流れ方向の長さをＬとした。次に、Ｄを７０ｍｍとして、ｔおよびＬを種々変えることでｔ／ＤおよびＬ／ｔの値を変えて試験を行った。この時、ガス流路１の上流側から、ガス流路１中へ、ガス流路中の異物を模擬した厚さ０．５ｍｍ、幅１ｍｍ、長さ１．５ｍｍの鉄片を５０個流入させた。また、エンジンは３０００回転と５０００回転で運転した。そして、その際のポケット状受け皿６に捕集された鉄片の割合を求めて比較した。なお、３０００回転と５０００回転で同じ結果を得ることができた、結果を以下の表１に示す。
【００２２】
【表１】
0003679183.tif 000002
【００２３】
表１の結果から、ｔ／Ｄが０．０５では、Ｌ／ｔがいずれの値でも、ガス流中の異物をポケット状受け皿６に確実に捕集することができなかった。また、ｔ／Ｄが０．１以上で、且つＬ／ｔが１の時は、一度捕集された異物は、ガス流による脈動および／またはガス流路の振動により、再びガス流路中へ移動してしまい効果が少なかった。以上のことから、ｔ／Ｄは０．１以上、且つＬ／ｔは２以上、より好ましくは３以上が好ましいことがわかった。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明から明かなように、本発明によれば、ガス流路にガス流れの流れ方向変更手段および異物捕集部を設けているため、流れ方向変更手段によりガス流をガス流路の壁面に衝突させ、その後ガス流路壁面に配設した異物捕集部でガス流中の異物を捕集することで、ガス流中の異物による損傷を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス流路の一例の構成を示す図である。
【図２】本発明のガス流路の他の例の構成を示す図である。
【図３】本発明のガス流路のさらに他の例の構成を示す図である。
【図４】本発明のガス流路のさらに他の例の構成を示す図である。
【図５】本発明のガス流路のさらに他の例の構成を示す図である。
【図６】本発明のガス流路のさらに他の例の構成を示す図である。
【図７】本発明のガス流路のさらに他の例の構成を示す図である。
【図８】本発明のガス流路のさらに他の例の構成を示す図である。
【図９】本発明のガス流路の具体的な一例を説明するための図である。
【図１０】本発明のガス流路の具体的な他の例を説明するための図である。
【図１１】実施例で使用したガス流路の一例の構成を示す図である。
【図１２】従来のガス流路の一例の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  ガス流路、２  支持材、３  構造体、４  ガス流、５  テーパグリッド、６ポケット状受け皿、６ａ  開口部、１１−１、１１−２  ガス供給管、１２  案内羽根、１３  板、１４  ハニカム構造体、１５  貫通孔、１６  開口部、２１  エンジン、２２  ターボチャージャー、２３  電気ヒーター、２４  電源、２５  スイッチ、２６  電極
【図１】
0003679183.tif 000003
【図２】
0003679183.tif 000004
【図３】
0003679183.tif 000005
【図４】
0003679183.tif 000006
【図５】
0003679183.tif 000007
【図６】
0003679183.tif 000008
【図７】
0003679183.tif 000009
【図８】
0003679183.tif 000010
【図９】
0003679183.tif 000011
【図１０】
0003679183.tif 000012
【図１１】
0003679183.tif 000013
【図１２】
0003679183.tif 000014