(57)【要約】【課題】簡素な構成で、排気ガスの流速を効果的に調整可能な排気管を提供する。【解決手段】内燃機関１０から排出される排気ガスを流通させる排気管１２であって、排気管１２内に設けられると共に、一方の管内壁１３Ａと対向する一側面６０Ａの管軸方向長さが管内壁１３Ａとは反対側の管内壁１３Ｂと対向する他側面６０Ｂの管軸方向長さよりも長く形成されて、一側面６０Ａに沿って流れる排気ガスの流速を他側面６０Ｂに沿って流れる排気ガスの流速よりも速くする整流部材６０を備えた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガスを流通させる排気管であって、
排気管内に設けられると共に、一方の管内壁と対向する一側面の管軸方向長さが前記一方の管内壁とは反対側の管内壁と対向する他側面の管軸方向長さよりも長く形成されて、前記一側面に沿って流れる排気ガスの流速を前記他側面に沿って流れる排気ガスの流速よりも速くする整流部材を備える
ことを特徴とする排気管。
【請求項２】
前記整流部材よりも下流側の前記一方の管内壁側に液体を噴射するインジェクタが設けられた
請求項１に記載の排気管。
【請求項３】
前記排気管は選択的還元触媒を備える排気後処理装置の上流側に配置され、前記インジェクタは尿素水を噴射する
請求項２に記載の排気管。
【請求項４】
前記排気管はＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備える排気後処理装置の上流側に配置され、前記インジェクタは未燃燃料を噴射する
請求項２に記載の排気管。
【請求項５】
前記排気管は酸化触媒を備える排気後処理装置の上流側に配置され、前記インジェクタは未燃燃料を噴射する
請求項２に記載の排気管。
【請求項６】
前記整流部材よりも下流側の前記他方の管内壁側に排気ガスの状態量を取得するセンサが設けられた
請求項１に記載の排気管。
【請求項７】
前記整流部材は、その断面形状が前記一方の管内壁側に円弧状に凸となる円弧翼形状に形成された
請求項１から６の何れ一項に記載の排気管。
【請求項８】
前記インジェクタよりも上流側の排気管内に回転可能に設けられたシャフト及び、当該シャフトに固定されて排気流路を開閉可能なバルブを含む排気ブレーキ装置をさらに備え、
前記シャフトは前記バルブの一側面から突出すると共に、前記インジェクタから液体が噴射される際は、前記バルブの一側面が前記インジェクタ側の管内壁に向けられて、前記シャフト及び前記バルブが前記整流部材として機能する
請求項２に記載の排気管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気管に関し、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に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の排気管として、下流側の排気後処理装置に還元剤や未燃燃料を供給するインジェクタを備えるものがある。排気後処理装置としては、排気ガス中に含まれる窒素化合物（以下、ＮＯｘ）を浄化する選択的還元触媒（以下、ＳＣＲ）やＮＯｘ吸蔵還元型触媒（以下、ＬＮＴ）、排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）を酸化する酸化触媒（以下、ＤＯＣ）等を備えるものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
ＳＣＲは、インジェクタから排気管内に噴射された尿素水が排気熱により加水分解されて生成されるアンモニアを還元剤として排気ガス中に含まれるＮＯｘを選択的に還元浄化する。ＬＮＴは、排気ガスがリーン雰囲気のときに排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵すると共に、インジェクタから噴射されるＨＣによって排気ガスがリッチ雰囲気になったときに、吸蔵していたＮＯｘをＨＣで還元浄化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１０７６３４号公報
【特許文献２】特開２０１３−２４０７５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、ＳＣＲやＬＮＴ、ＤＯＣの浄化効率を向上させるには、インジェクタの噴口近傍に流速の速い排気ガスを指向させ、インジェクタから噴射される還元剤を排気ガス中に効果的に拡散させることで、触媒に供給される還元剤の分布の均一化を図ることが好ましい。
【０００６】
また、排気管には排気ガスの状態量を検出する各種センサ類が設けられている。これらセンサ類の測定精度を向上させるには、センサ部付近を流れる排気ガスの流速を遅くすることが好ましい場合もある。
【０００７】
本開示の技術は、簡素な構成で、排気ガスの流速を効果的に調整可能な排気管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】
【０００８】
本開示の技術は、内燃機関から排出される排気ガスを流通させる排気管であって、排気管内に設けられると共に、一方の管内壁と対向する一側面の管軸方向長さが前記一方の管内壁とは反対側の管内壁と対向する他側面の管軸方向長さよりも長く形成されて、前記一側面に沿って流れる排気ガスの流速を前記他側面に沿って流れる排気ガスの流速よりも速くする整流部材を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、前記整流部材よりも下流側の前記一方の管内壁側に液体を噴射するインジェクタが設けられてもよい。
【００１０】
また、前記排気管は選択的還元触媒を備える排気後処理装置の上流側に配置され、前記インジェクタは尿素水を噴射するものでもよい。
【００１１】
また、前記排気管はＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備える排気後処理装置の上流側に配置され、前記インジェクタは未燃燃料を噴射するものでもよい。
【００１２】
また、前記排気管は酸化触媒を備える排気後処理装置の上流側に配置され、前記インジェクタは未燃燃料を噴射するものでもよい。
【００１３】
また、前記整流部材よりも下流側の前記他方の管内壁側に排気ガスの状態量を取得するセンサが設けられてもよい。
【００１４】
また、前記整流部材は、その断面形状が前記一方の管内壁側に円弧状に凸となる円弧翼形状に形成されてもよい。
【００１５】
また、前記インジェクタよりも上流側の排気管内に回転可能に設けられたシャフト及び、当該シャフトに固定されて排気流路を開閉可能なバルブを含む排気ブレーキ装置をさらに備え、前記シャフトは前記バルブの一側面から突出すると共に、前記インジェクタから液体が噴射される際は、前記バルブの一側面が前記インジェクタ側の管内壁に向けられて、前記シャフト及び前記バルブが前記整流部材として機能するものでもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本開示の技術によれば、簡素な構成で、排気ガスの流速を効果的に調整可能な排気管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第一実施形態に係る排気管が適用された機関排気系を示す模式的な全体構成図である。
【図２】第一実施形態に係る排気管及び第１整流部材を示す模式的な断面図である。
【図３】第一実施形態に係る排気管及び第２整流部材を示す模式的な断面図である。
【図４】第二実施形態に係る排気管及び排気ブレーキ装置を示す模式的な全体構成図である。
【図５】第二実施形態に係る排気管及び整流部材を示す模式的な断面図である。
【図６】他の実施形態に係る排気管及びセンサの一例を示す模式的な全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態に係る排気管を説明する。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。
【００１９】
［第一実施形態］
図１は、第一実施形態に係る排気管が適用された機関排気系を示す模式的な全体構成図である。ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０の排気マニホールド１１には、上流配管１２が接続されている。また、上流配管１２の下流端には、前段後処理装置２０の前段ケーシング２０Ａが接続され、前段ケーシング２０Ａの下流端には接続配管１３が接続されている。また、接続配管１３の下流端には、後段後処理装置４０の後段ケーシング４０Ａが接続され、後段ケーシング４０Ａの下流端には、下流配管１４が接続されている。
【００２０】
上流配管１２は、略円筒状に形成されており、その管壁には、上流配管１２内に未燃燃料（ＨＣ）を管軸方向に対して斜めに噴射する排気管インジェクタ１５が設けられている。また、上流配管１２の内部には、詳細を後述する第１整流部材６０が設けられている。
【００２１】
前段後処理装置２０は、上流配管１２よりも拡径された略円筒状の前段ケーシング２０Ａ内に、排気上流側から順に、第１ＤＯＣ２１及び、パティキュレイト・フィルタ（以下、フィルタ）２２を備えている。
【００２２】
第１ＤＯＣ２１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表面に触媒成分等を担持して形成されている。第１ＤＯＣ２１は、排気管インジェクタ１５によって未燃燃料が供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
【００２３】
フィルタ２２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２２は、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭ堆積推定量が所定量に達すると、排気管インジェクタ１５から第１ＤＯＣ２１に未燃燃料を供給し、排気ガス温度をＰＭ燃焼温度まで上昇させるフィルタ強制再生制御が実施される。
【００２４】
接続配管１３は、略直線円筒状に形成されており、その管壁には、接続配管１３内に尿素水を管軸方向に対して斜めに噴射する尿素水インジェクタ１７が設けられている。尿素水インジェクタ１７から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に生成され、下流側のＳＣＲ４１に還元剤として供給される。また、接続配管１３の内部には、詳細を後述する第２整流部材７０が設けられている。
【００２５】
後段後処理装置４０は、接続配管１３よりも拡径された略円筒状の後段ケーシング４０Ａ内に、排気上流側から順に、ＳＣＲ４１及び、第２ＤＯＣ４２を備えている。
【００２６】
ＳＣＲ４１は、例えば多孔質セラミック担体にゼオライト等を担持して形成されている。ＳＣＲ４１は、尿素水インジェクタ１７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中からＮＯｘを選択的に還元浄化する。
【００２７】
第２ＤＯＣ４２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表面に触媒成分等を担持して形成されており、ＳＣＲ４１から下流側にスリップしたアンモニアを酸化する機能を有している。
【００２８】
次に、図２に基づいて、第１整流部材６０の詳細について説明する。第１整流部材６０は、排気管インジェクタ１５よりも上流側の上流配管１２内に設けられている。より詳しくは、第１整流部材６０は、排気管インジェクタ１５側の排気管内壁１２Ａと対向する一側面６０Ａの管軸方向長さが反排気管インジェクタ１５側の排気管内壁１２Ｂと対向する他側面６０Ｂの管軸方向長さよりも長くなるように、その横断面形状を排気管インジェクタ１５側に円弧状に凸となる略円弧翼形状に形成されている。
【００２９】
このように、排気管インジェクタ１５よりも上流側の上流配管１２内に、排気管インジェクタ１５側の曲率（又は曲率変化）が反排気管インジェクタ１５側よりも大きい略円弧翼形状の第１整流部材６０を配置したことで、第１整流部材６０の一側面６０Ａに沿って流れる排気ガスの流速は他側面６０Ｂに沿って流れる排気ガスの流速よりも速くなる。
【００３０】
これにより、排気管インジェクタ１５の噴口１５Ａに流速の速い排気ガスが当てられるようになり、排気管インジェクタ１５から噴射される未燃燃料を排気ガス中に効果的に拡散させることが可能になる。また、未燃燃料が排気ガス中に拡散されることで、第１ＤＯＣ２１（図１参照）に供給される未燃燃料の分布の均一化を図ることができる。
【００３１】
なお、上流配管１２の形状は、図２（Ａ）に示す直線形状又は、図２（Ｂ）に示す湾曲形状の何れであってもよい。また、第１整流部材６０の管軸方向の長さや管径方向の厚み、曲率等は、上流配管１２の管径やエンジン１０の仕様、排気管インジェクタ１５の噴射角度等に応じて適宜最適な値に設定すればよい。
【００３２】
次に、図３に基づいて、第２整流部材７０の詳細について説明する。第２整流部材７０は、尿素水インジェクタ１７よりも上流側の接続配管１３内に設けられている。より詳しくは、第２整流部材７０は、尿素水インジェクタ１７側の排気管内壁１３Ａと対向する一側面７０Ａの管軸方向長さが反尿素水インジェクタ１７側の排気管内壁１３Ｂと対向する他側面７０Ｂの管軸方向長さよりも長くなるように、その横断面形状を尿素水インジェクタ１７側に円弧状に凸となる略円弧翼形状に形成されている。
【００３３】
このように、尿素水インジェクタ１７よりも上流側の接続配管１３内に、尿素水インジェクタ１７側の曲率（又は曲率変化）が反尿素水インジェクタ１７側よりも大きい略円弧翼形状の第２整流部材７０を配置したことで、第２整流部材７０の一側面７０Ａに沿って流れる排気ガスの流速は他側面７０Ｂに沿って流れる排気ガスの流速よりも速くなる。
【００３４】
これにより、尿素水インジェクタ１７の噴口１７Ａに流速の速い排気ガスが当てられるようになり、尿素水インジェクタ１７から噴射される尿素水を排気ガス中に効果的に拡散させることが可能になる。また、尿素水が排気ガス中に拡散されることで、アンモニアの生成効率も効果的に促進され、ＳＣＲ４１（図１参照）に供給されるアンモニアの分布の均一化を図ることができる。
【００３５】
なお、接続配管１３の形状は、図３（Ａ）に示す直線形状又は、図３（Ｂ）に示す湾曲形状の何れであってもよい。また、第２整流部材７０の管軸方向の長さや管径方向の厚み、曲率等は、接続配管１３の管径やエンジン１０の仕様、尿素水インジェクタ１７の噴射角度等に応じて適宜最適な値に設定すればよい。
【００３６】
［第二実施形態］
次に、図４，５に基づいて、第二実施形態に係る排気管の詳細について説明する。第二実施形態の排気管は、第一実施形態の第１整流部材６０（又は、第２整流部材７０）を排気ブレーキ装置８０に置き換えたものである。他の構成については同一の符号を付しており、それらの詳細な説明は省略する。
【００３７】
図４に示すように、排気ブレーキ装置８０は、少なくとも、上流配管１２に回動自在に軸支されたシャフト８１と、シャフト８１に図示しないボルトによって固定されて排気流路を開閉可能な円盤状のシャッターバルブ８２と、図示しないエアタンクから供給される圧縮空気で作動するエアシリンダ８３と、シャフト８１とエアシリンダ８３のロッド８４とを連結するリンク機構８５とを備えている。
【００３８】
排気ブレーキの作動時は、エアシリンダ８３に圧縮空気が供給されてロッド８４が押し出され、リンク機構８５がシャフト８１を回動させることで、シャッターバルブ８２は閉弁される。一方、排気ブレーキの非作動時は、圧縮空気の供給が停止され、ロッド８４が図示しないスプリングの付勢力によってエアシリンダ８３内に押し戻されることで、シャッターバルブ８２は開弁される。
【００３９】
次に、図５に基づいて、本実施形態の排気ブレーキ装置８０と排気管インジェクタ１５との配置関係の詳細について説明する。シャフト８１及びシャッターバルブ８２の回転軸と直交する方向の断面形状は、シャフト８１がシャッターバルブ８２の一側面８２Ａの略中央から突出する形状を呈している。本実施形態において、排気ブレーキ装置８０は、排気ブレーキの非作動時（シャッターバルブ８２の開弁時）に、シャッターバルブ８２の一側面８２Ａが排気管インジェクタ１５側の排気管内壁１２Ａと対向するように、上流配管１２に装着されている。
【００４０】
すなわち、シャッターバルブ８２が開弁される排気ブレーキの非作動時には、シャフト８１が突出するシャッターバルブ８２の一側面８２Ａを排気管インジェクタ１５側の排気管内壁１２Ａと対向させることで、シャッターバルブ８２の一側面８２Ａ及びシャフト８１の外周に沿って流れる排気ガスの流速は他側面８２Ｂに沿って流れる排気ガスの流速よりも速くなる。このようなシャッターバルブ８２の開弁状態を排気管インジェクタ１５から未燃燃料が噴射されるフィルタ強制再生時や触媒昇温時、ＳＯｘパージ処理時に適用することで、排気管インジェクタ１５の噴口１５Ａに流速の速い排気ガスが当てられるようになり、未燃燃料を排気ガス中に効果的に拡散させることが可能になる。
【００４１】
［その他］
なお、本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明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。
【００４２】
例えば、ＮＯｘ触媒は、ＳＣＲ４１に限定されず、ＬＮＴであってもよい。ＮＯｘ触媒がＬＮＴの場合も、ＮＯｘパージ処理時やＳＯｘパージ処理時に排気管インジェクタ１５から噴射される未燃燃料を排気ガス中に効果的に拡散させることができる。
【００４３】
また、図６に示すように、整流部材６０（７０）を排気ガス流速が遅くなるほど測定精度が向上するセンサ９０（例えば、ＮＯｘ／ラムダセンサ等）の上流側に配置してもよい。この場合は、整流部材６０（７０）を排気管１２（１３，１４）内にセンサ９０とは反対側に円弧状に凸となるように配置すればよい。
【００４４】
また、エンジン１０はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他のエンジンにも広く適用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０  エンジン
１１  排気マニホールド
１２  上流配管
１３  接続配管
１４  下流配管
１５  排気管インジェクタ
１７  尿素水インジェクタ
２０  前段後処理装置
２１  第１ＤＯＣ
２２  フィルタ
４０  後段後処理装置
４１  ＳＣＲ
４２  第２ＤＯＣ
６０  第１整流部材
７０  第２整流部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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