(57)【要約】【課題】触媒コンバータ内の排気を試料として効率良く採取できる排気採取装置を提供する。【解決手段】排気採取装置３は、内燃機関の排気通路１００に配置された触媒コンバータ１０１内の排気を採取するため、触媒コンバータ１０１の出口１０１ｂ側から挿入された状態で排気を採取する排気採取管５と、排気採取管５が挿入され、その排気採取管５を触媒コンバータの出口１０１ｂ側の所定位置まで案内できる案内管６、７とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され、かつ入口側から出口側へ延びる壁部にて仕切られた複数の貫通空間が設けられた触媒コンバータ内の排気を採取する排気採取装置であって、
前記触媒コンバータの前記出口側から前記貫通空間に挿入された状態で排気を採取する排気採取管と、前記排気採取管が挿入され、挿入された前記排気採取管を前記触媒コンバータの前記出口側の所定位置まで案内できる案内管とを備えることを特徴とする排気採取装置。
【請求項２】
前記触媒コンバータの前記出口側に着脱可能に配置されて前記排気通路の一部を構成する支持管を更に備え、
前記案内管は、前記排気通路内から前記支持管の周壁を貫いて前記排気通路の外部へ引き出されるようにして前記支持管に取り付けられ、
前記排気採取管は、一端が前記触媒コンバータの前記貫通空間内に位置し、かつ他端が前記排気通路の外部へ引き出されるようにして前記案内管に挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の排気採取装置。
【請求項３】
前記案内管として、前記排気採取管を前記触媒コンバータの前記出口側の中央部に案内する第１の案内管と、前記排気採取管を前記触媒コンバータの前記出口側の前記中央部よりも径方向外側に案内する第２の案内管とが設けられ、
前記第１及び第２の案内管のそれぞれに前記排気採取管が挿入されていることを特徴とする請求項２に記載の排気採取装置。
【請求項４】
前記案内管に案内された前記排気採取管に熱を加える加熱手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気採取装置。
【請求項５】
前記加熱手段として、前記排気採取管が採取した排気の温度低下を抑制できる温度に設定された高温媒体を前記案内管の内部へ供給する高温媒体供給手段が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の排気採取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に配置された触媒コンバータ内の排気を採取する排気採取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に配置された触媒コンバータの浄化能力等の性能を試験するため、触媒コンバータの上流及び下流のそれぞれから排気を採取する排気採取装置が知られている。例えば、触媒コンバータの上流及び下流のそれぞれに時分割サンプリング装置を設け、微小な時間間隔で排気をサンプリングして自動的に排気の成分を分析する装置が知られている（特許文献１）。また、触媒コンバータの上流及び下流のそれぞれに試料採取管を設け、これらの採取管を三方電磁弁で切り替えることにより採取位置を変更して触媒コンバータの浄化率を測定する装置（特許文献２）や、触媒コンバータの上流及び下流から導管によって排気を試料として採取し、その試料を触媒示差熱センサに導いて触媒コンバータの炭化水素転化効率を測定する装置（特許文献３）などが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特許第３１７７１３４号公報
【特許文献２】特開２００５−１７２６３１号公報
【特許文献３】特開平６−２３５７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、触媒コンバータの性能を詳細に分析するためには触媒コンバータ内の排気を採取することが望ましい。一般に、触媒コンバータは排気と触媒物質との接触面積を稼ぐため入口側から出口側へ延びる壁部にて仕切られた複数の貫通空間が形成され、その壁部に触媒物質が担持される。そこで、その貫通空間に排気採取管を挿入することにより、触媒コンバータ内の排気を試料として採取できる。この方法として、触媒コンバータの横から壁部を突き破るようにして排気採取管を挿入することがある。この場合は触媒コンバータの壁部を排気採取管の挿入により一部破損させるものであるので、再使用できない問題がある。また、排気採取管を壁部に沿って挿入する方法もあるが、この場合でも排気採取管を触媒コンバータの貫通空間に挿入し、かつその位置合わせを行うためには触媒コンバータを排気通路から取り外さなければならないので、試料採取の準備に手間がかかる。
【０００５】
そこで、本発明は触媒コンバータ内の排気を試料として効率良く採取できる排気採取装置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】
【０００６】
本発明の排気採取装置は、内燃機関の排気通路に配置され、かつ入口側から出口側へ延びる壁部にて仕切られた複数の貫通空間が設けられた触媒コンバータ内の排気を採取する排気採取装置であって、前記触媒コンバータの前記出口側から前記貫通空間に挿入された状態で排気を採取する排気採取管と、前記排気採取管が挿入され、挿入された前記排気採取管を前記触媒コンバータの前記出口側の所定位置まで案内できる案内管とを備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
この排気採取装置によれば、排気採取管が案内管に挿入されることにより、その排気採取管は触媒コンバータの出口側の所定位置まで案内される。所定位置まで案内された排気採取管を更に押し込むことにより排気採取管を触媒コンバータの出口側から貫通空間へ挿入することができる。従って、排気採取管を触媒コンバータの貫通空間内に挿入してその位置合わせを行うために、触媒コンバータを排気通路から取り外す必要はないので、触媒コンバータ内の排気を試料として効率良く採取できる。また、排気採取管をスライドさせることで、触媒コンバータの長手方向に関する任意の位置から排気を採取することが可能となる。
【０００８】
本発明の排気採取装置の一態様においては、前記触媒コンバータの前記出口側に着脱可能に配置されて前記排気通路の一部を構成する支持管を更に備え、前記案内管は、前記排気通路内から前記支持管の周壁を貫いて前記排気通路の外部へ引き出されるようにして前記支持管に取り付けられ、前記排気採取管は、一端が前記触媒コンバータの前記貫通空間内に位置し、かつ他端が前記排気通路の外部へ引き出されるようにして前記案内管に挿入されてもよい（請求項２）。この態様によれば、支持管に案内管が取り付けられることによりこれらが一体化しているので、支持管を排気通路に装着することで案内管の位置決めが完了する。排気を採取する必要がない場合は支持管を案内管ごと排気通路から取り外すせばよい。このように、この態様によれば排気採取装置の排気通路への取り付け及びその取り外しが容易になり利便性が向上する。
【０００９】
また、本発明の排気採取装置の一態様においては、前記案内管として、前記排気採取管を前記触媒コンバータの前記出口側の中央部に案内する第１の案内管と、前記排気採取管を前記触媒コンバータの前記出口側の前記中央部よりも径方向外側に案内する第２の案内管とが設けられ、前記第１及び第２の案内管のそれぞれに前記排気採取管が挿入されてもよい（請求項３）。この場合、触媒コンバータの中央部の排気とその中央部よりも径方向外側の排気とを同時に採取することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の排気採取装置の一態様においては、前記案内管に案内された前記排気採取管に熱を加える加熱手段を更に備えてもよい（請求項４）。排気採取管にて採取される排気はその温度が変化することにより粘性が変化する。これにより、排気採取管に導かれる排気の温度変化によって流量が変動する。この態様によれば、排気採取管に熱が加えられることにより排気採取管に導かれる排気の温度低下を抑えることができるため、排気採取管にて採取される排気の温度変化を原因とした流量変動を防止することができる。また、排気採取管の温度変化が抑えられて温度が安定化するので、排気採取管の熱劣化を防止することができる。
【００１１】
この態様では、加熱手段として種々の態様を採用できる。例えば、加熱手段として、案内管にリボンヒータ等の発熱体を装着することにより排気採取管に熱を加えるようにしてもよい。また、加熱手段として、前記排気採取管が採取した排気の温度低下を抑制できる温度に設定された高温媒体を前記案内管の内部へ供給する高温媒体供給手段が設けられてもよい（請求項５）。この場合は、高温媒体を導く通路として案内管を利用しているので、案内管にて案内される排気採取管へ満遍なく熱を加えることが容易になる。高温媒体の設定温度は排気採取管が採取した排気の温度低下を抑制できる温度であればよい。温度低下を完全になくすことは必須ではないが、高温媒体の設定温度が排気通路内の排気の温度と同等であれば好ましい。高温媒体は空気等の気体でもよいし液体でもよい。高温媒体の熱源としてヒータ等の発熱体を設けてもよいが、その熱源として排気通路を流れる排気を利用してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明の排気採取装置によれば、排気採取管が案内管に挿入されることにより、その排気採取管は触媒コンバータの出口側の所定位置まで案内される。所定位置まで案内された排気採取管を更に押し込むことにより排気採取管を触媒コンバータの出口側から貫通空間へ挿入することができる。従って、排気採取管を触媒コンバータの貫通空間内に挿入し、その位置合わせを行うために触媒コンバータを排気通路から取り外す必要はないので、触媒コンバータ内の排気を試料として効率良く採取できる。また、触媒コンバータを破損させずに触媒コンバータ内の排気の試料採取が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明の一実施形態に係る排気採取装置が組み込まれた排気分析機の要部を示し、図２は図１のII−II線に沿った断面を示している。排気分析機１は内燃機関の排気通路１００に配置された触媒コンバータ１０１内の排気を分析するため、触媒コンバータ１０１内の排気を試料として採取する排気採取装置３と、その排気採取装置３が採取した排気の成分や特定成分の濃度等を測定する分析装置４とを備えている。分析装置４は排気の分析結果を得るための所定の演算を行うコンピュータ等の演算部、演算部の演算結果を分析結果として出力する出力部及び分析結果を記憶する記憶部（いずれも不図示）を備えた周知の装置である。
【００１４】
内燃機関の排気は図中左側から右側に向かって排気通路１００にて導かれる。触媒コンバータ１０１は触媒本体１０２とこの触媒本体１０２が収められて排気通路１００の一部を構成するケーシング１０３とを備える。触媒本体１０２は図２に示すように壁部１０２ａにて仕切られた複数の貫通空間１０４が設けられている。壁部１０２ａはセラミック等の多孔質材料で構成され、触媒コンバータ１０１の入口１０１ａ側から出口１０１ｂ側へ延びている。触媒本体１０２は、アルミナをベースとし、これに白金、パラジウム及びロジウムを加えた触媒物質が壁部１０２ａにコーティングされた三元触媒として構成されている。
【００１５】
図３は図１に示した排気採取装置３の要部を拡大した斜視図である。図１及び図３に示すように、排気採取装置３は触媒コンバータ１０１の出口１０１ｂ側から貫通空間１０４に挿入された状態で排気を採取する排気採取管５と、この排気採取管５が挿入されて触媒コンバータ１０１の出口１０１ｂ側の中央部に案内する第１の案内管６と、その中央部よりも径方向外側に排気採取管５を案内する第２の案内管７と、これらの案内管６、７が取り付けられて排気通路１００の一部を構成する支持管８とを備えている。
【００１６】
排気採取管５は触媒コンバータ１０１の貫通空間１０４内に挿入できる十分に細い管であり、曲げ変形が可能な柔軟性を有している。排気採取管５の材料としては排気の熱に耐え得るガラスやステンレス鋼が選択される。各案内管６、７は排気採取管５を挿入できる内径を有したステンレス鋼製の管であり、排気採取管５を所定位置に案内できるように所定形状に曲げられている。各案内管６、７は排気通路１００内から支持管８の周壁を貫いて外部へ引き出されるようにして溶接等の接合手段にて支持管８に取り付けられている。これにより、排気通路１００に支持管８が設けられた状態で、排気採取管５を各案内管６、７に挿入することにより、排気採取管５は触媒コンバータ１０１の出口側１０１ｂの中央部と、その中央部よりも径方向外側とにそれぞれ案内される。そして、排気採取管５を更に押し込むことにより、触媒コンバータ１０１の貫通空間１０４に排気採取管５を挿入することができる。
【００１７】
支持管８の両端にはフランジ９が設けられており、上流側のフランジ９はケーシング１０４のフランジ１０５に、下流側のフランジ９は排気通路１００のフランジ１０６にボルト等の締結手段（不図示）を介してそれぞれ取り付けられる。図３に示すように、支持管８のフランジ９には等間隔に６つのボルト孔９ａが形成されており、ケーシング１０４のフランジ１０５にはフランジ９のボルト孔９ａと対応する不図示のボルト孔が形成されている。フランジ９のボルト孔９ａとフランジ１０５のボルト孔との組み合わせを変更することで、第２の案内管７による排気採取管５の案内位置を６０°ずつ変更することが可能である。
【００１８】
排気採取管５はその一端が触媒コンバータ１０１の貫通空間１０４内に位置し、その他端が排気通路１００の外部へ引き出されるようにして第１の案内管６及び第２の案内管７にそれぞれ挿入される。排気採取管５の一端は案内管６、７から露出した露出部５ａの長さを調整することによりスライドする。そのため、その一端を貫通空間１０４の長手方向の任意の位置、例えば図１のａ、ｂ、ｃの各位置に設定することができる。排気採取管５の他端はカプラ１０を介して分析装置４に接続される。
【００１９】
図１に示すように、排気採取装置３には、排気採取管５にて採取した排気が排気採取管５から分析装置４へ導かれる過程で温度が低下することを抑制するため、加熱手段としての高温空気供給装置１１が設けられている。高温空気供給装置１１は、高温媒体としての高温空気を各案内管６、７に供給するため、連結部１２ａを介して各案内管６、７に連通する供給管１２と、供給管１２を通過する空気を加熱するヒータ１３と、空気を供給管１２に取り込んでヒータ１３にて加熱された空気を各案内管６、７に圧送するポンプ１４とを備えている。なお、図３に示すように、各案内管６、７の先端部側面には高温空気を排気通路１００内に排出するための排出口６ａ、７ａが設けられている。
【００２０】
高温空気の設定温度は排気採取管５を通る排気の温度低下を抑制できる限度でヒータ１３を操作することにより適宜設定される。この設定温度は排気の温度と同等にすることが好ましいが、少なくとも排気通路１００の外部の雰囲気温度よりも高くすれば、排気採取管５を通る排気の温度低下をある程度抑制することができる。高温空気供給装置１１にて高温空気が各案内管６、７に供給されると、排気採取管５と各案内管６、７との間に形成される隙間は高温空気で満たされる。これにより、排気採取管５を通る排気の温度低下を抑制できる。その温度低下が抑制されることで、排気採取管５を通る排気の粘性の変動が抑えられる結果、採取される排気の流量変動が抑制される。これにより、排気採取管５にて正確な量の排気を採取できるため分析装置４による分析結果の信頼性が向上する。
【００２１】
本発明は以上の形態に限定されず、種々の形態にて実現できる。図示の形態では互いに構成が相違する二本の案内管を設けているが案内管の本数に制限はなく、また案内管が案内する位置にも制限はない。また、図示の形態は、二本の案内管のそれぞれに排気採取管が挿入されて、互いに相違する位置から排気を同時に採取できるように構成されているが、排気採取管がいずれか一方の案内管のみに挿入された状態で排気採取装置を使用することになんら問題はない。
【００２２】
上述した形態では、排気採取管５の露出部５ａの長さを調整することで排気の採取位置を調整しているが、採取した排気の温度低下を抑制する観点から露出部５ａが少ないほど好ましい。そこで、図４に示すように、各案内管６、７にそれらの一部を伸縮できる長さ調整部１５を設けてもよい。これにより、排気の採取位置の変更に応じて長さ調整部１５を操作して各案内管６、７の長さを伸縮することにより、露出部５ａを可能な限り少なくできる。長さ調整部１５は、図４に示すように互いに径の相違する複数の管を相互にスライド可能に組み合わせた周知の伸縮機構で実現できる。
【００２３】
また、高温空気供給装置１１は、その熱源としてヒータ１３を使用しているが、この形態に代えて、供給管１４と排気通路１００との間で熱交換可能なように、供給管１４を排気通路１００に隣接させることにより、排気通路１００を流れる排気を熱源として利用することもできる。この場合はヒータ１３を省略又はヒータ１３の発熱量を低減できる利点がある。また、高温空気供給装置１１の代りに、各案内管６、７の周りにリボンヒータ等の発熱体を装着することにより加熱手段を実現してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気採取装置が組み込まれた排気分析機の要部を示した図。
【図２】図１のII−II線に沿った断面を示す断面図。
【図３】図１に示した排気採取装置の要部を拡大した斜視図。
【図４】図１に示した形態の変形例を示した図。
【符号の説明】
【００２５】
３  排気採取装置
５  排気採取管
６  第１の案内管
７  第２の案内管
８  支持管
１１  高温空気供給装置（加熱手段、高温媒体供給手段）
１００  排気通路
１０１  触媒コンバータ
１０１ａ  入口
１０１ｂ  出口
１０２  触媒本体
１０２ａ  壁部
１０４  貫通空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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