JP7103572B1

JP7103572B1 - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP7103572B1
Application number: JP2021049274A
Authority: JP
Inventors: 英介鵜飼; 敏哉徳田
Original assignee: Sango Co Ltd
Current assignee: Sango Co Ltd
Priority date: 2021-01-29
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2022-07-20
Anticipated expiration: 2041-01-29
Also published as: JP2022117372A

Abstract

【課題】単一導入管を有する排気浄化装置において、浄化部材の上流面への排気ガス当たりを均一にする。
【解決手段】本発明の排気浄化装置は、内燃機関の側部に配置される排気浄化装置であって、内燃機関に接続し屈曲部を経て排気ガスが流通する導入管４と、該導入管の下流端が内部に開口する円筒状の拡張部５と、該拡張部の下流に連通し浄化部材を内装する接続部とを少なくとも有し、前記下流端１８は前記拡張部の中心軸２０よりも前記内燃機関側に位置するとともに前記浄化部材の上流面を指向することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

発明の詳細な説明

本発明は、排気浄化装置に関する。

内燃機関（エンジン）の排気浄化装置において、浄化部材である触媒担体へ高温のまま排気ガスを導入するためにエンジン側部に近接配置するレイアウトが多用されている。また、同じ目的から、エンジンにおいてもヘッド内で各気筒からの排出流路を集合させて、単一ポートにて排気ガスを排出するレイアウトが多用されている。而して、排気浄化装置においては、単一の導入管がポートと排気浄化部材の上流のボリューム部（拡張部）とを連通するような形状が主流となっている。

そのようにエンジンに触媒担体が近接した排気浄化装置においては、浄化効率を確保するためには、触媒担体の上面へ均一に排気ガスを当てて一様度を高める必要がある。一様度を高めるには上流のボリュームである拡張部の容量を十分に確保すれば良いことが知られているが、搭載スペース制約や排気ガス温低下の懸念から、拡張部の容積を大きくできないという背反がある。

また、単一の流入管が拡張部の側部に接続するというレイアウトによって、拡張室内に触媒担体と同軸の強い旋回流が発生しやすくなり、触媒担体上面の中心部に排気ガスが当たり難くなって、更に一様度を悪化させる要因となっている。

特開２０２０－１２５７２９号公報

この種の排気浄化装置における一様度の向上方法として、特許文献１においては、拡張部（第１屈曲部）の上面に内側へ突出する部位（排気分散部）を設け、強制的に旋回流を３方向へ分散させることで一様度を向上させる提案がされている。

しかしながら、複雑な分散部の形状は、エンジンの運転状態によって逐次変化する排気ガスの流量や速度に常時適合させることが難しいとともに、流体抵抗となって背圧の増加も招き、エンジン性能に影響を与えてしまう可能性がある。また、拡張部を構成する金属に複雑な形状を形成することは、成形においても困難性がある。

そこで本発明は、簡単なレイアウトによって、背圧増加を招くことなく一様度を常に高く維持できるような排気浄化装置を提供することを課題とする。

前記の課題を達成するため、請求項１記載の発明に係る排気浄化装置は、内燃機関の側部に配置される排気浄化装置であって、内燃機関に接続し屈曲部を経て排気ガスが流通する単一の導入管と、該導入管の下流端が内部に開口し内部に位置する円筒状の拡張部と、該拡張部の下流に連通し浄化部材を内装する接続部とを少なくとも有し、前記下流端は、前記拡張部の中心軸よりも前記内燃機関側に位置するとともに前記拡張部の側面を指向し、更に前記浄化部材の上流面を指向することを特徴とする。

また、前記導入管と前記拡張部は一体形成され、前記導入管に内装されたノズル部が前記拡張部内へ突出し前記下流端を構成するようにすると良い。

本発明によれば、拡張部内に、触媒担体上流面に対して傾いた複合旋回流が発生するので、上流面に満遍なく排気ガスが当たり、排気浄化効率を高く維持できる。

本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置の正面図である。本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置の上面視の図である。本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置の正面視のＡ－Ａ断面図である。本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置の構成を説明するための模式図である。本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置の排気ガス流れを説明するための模式図である。

以下、本発明の望ましい実施形態について図を参照して説明する。以下においては、内燃機関（以下、エンジン）側を排気ガス流れの上流側とし、図１の正面図における紙面上方を、搭載および稼働状態における上方とする。図１においては、紙面の裏側が上流側となる。

図１乃至図３に本発明の第１実施形態の排気浄化装置１を示す。排気浄化装置１は、図示しない内燃機関のヘッド面に取り付けられている。具体的には、エンジンのヘッドに穿設された排出ポートに開口２３を対向させて、第１フランジ２がヘッドに取付けられる。取り付けは、４つの締結孔８にエンジンのスタッドボルトが嵌装され、スタッドボルトにナットを螺合させて、第１フランジ２をエンジンヘッドへ圧着させている。

開口２３と連通し、導入管４が第１フランジ２に溶接にて固定されている。導入管４はエンジンから離れる方向へ延出した後、エルボ部１６にて略直角に屈曲し、円筒状の拡張部５の側面１９へつながっている。エルボ部１６においては、排気ガスの状態を検知するセンサを取付けるための第１センサ台座９が設けられている。なお、本実施形態においては、後述の通り、導入管４と拡張部５とが一体に形成されている。そして、導入管４が拡張部５に接続する部分の内部には、別体のノズル部１７が内装固定されており、ノズル部１７の最後端が下流端１８である。したがって、本実施形態における導入管４は、ノズル部１７および下流端１８も包含する。

拡張部５は頂面１０と側面１９を有する略円筒状であって、側面１９が外方へ凸状である。拡張部５の中心軸２０は、本実施形態の搭載および稼働状態においては鉛直であり、かつ、下流の浄化部材２４と同軸である。そして、側面１９の一部に導入管４が連通するとともに、ノズル部１７は拡張部５内へ突き出している。すなわち、下流端１８は拡張部５内に位置する。

導入管４と拡張部５とは、プレス品による溶接構造体として一体に形成されている。すなわち、鉛直軸に略直角な分割面で分割された上方の第１半体と下方の第２半体とが、分割面において相互に溶接されている。そして拡張部５の鉛直下方の開口には、接続部６が嵌装され溶接固定されている。

接続部６は円筒状であり、その内部には、保持部材２５を介して浄化部材２４が嵌装保持されている。保持部材２５はセラミック繊維であり、浄化部材２４はセラミック製や金属製の触媒担体である。そして、浄化部材２４の上流面２６は、鉛直上方に位置する拡張部５内に露出している。

以上が本発明の構成部材であるが、排気浄化装置１として下記の構成部材も更に含まれる。接続部６を内嵌するように鉛直下方に収容部７が配され、収容部７の下流側には導出部２２が内嵌され、導出部２２の後端には第２フランジ３が外嵌固定されている。そして第２フランジ３に穿設された締結孔１５によって、後流部品と第２フランジ３とが接続される。

収容部７も、鉛直軸に略直角な分割面で分割されたプレス製の第３半体１３と下方の第４半体１４とが、分割面において相互に溶接され構成されており、全体として略Ｌ字状の大きなボリュームを有する。そして、第３半体１３の一部には、排気ガスの状態を検知するセンサを取付けるための第２センサ台座２１が設けられている。なお、円筒状の導出部２２内にも、緩衝部材を介して浄化部材が内装保持されているが、説明は省略する。

本実施形態の構成は上記の通りであるが、その排気ガス流れについては、理解し易いように、図４および図５の模式図にて説明する。導入管４内を流下した排気ガスαはエルボ部１６を経てノズル部１７の下流端１８で拡張部５内へ放出される。拡張部５は円筒状でありその側面１９は外側へ凸の曲面状であるので、下流端１８から放出された排気ガスは側面１９に当接してどちらかに曲がるのであるが、円筒の中心軸２０に対し下流端１８がＡだけオフセット（エンジン方向に位置）しているので、上面視（図５）において左回りの弱い渦βを形成する。更に、ノズル部１７および下流端１８は浄化部材２４の上流面２６を指向している（図５において下方に傾いている）ので、渦βは鉛直軸に対して傾いた軸を有する渦となる。

その後、更に排気ガスαが下端１８から吐出され続けるので、渦βに励起され、かつ、側面１９の曲面に助長されて、より大きな渦γが形成される。その結果、拡張部５内の空間は、渦βおよびγを含んで上流面２６に対して傾いた複合渦流で満たされる。したがって、それら渦である排気ガスは拡張部５内に長い時間滞留しつつ浄化部材２４の上流面２６に斜めに満遍なく当たる形となり、良好な一様度を実現することができる。そして、これら複合渦流は排気ガスの多少に関係なく存在するので、エンジンの運転状況にかかわらず良好な一様度を維持でき、好適な排気浄化を実現できるものである。

上述した実施形態の他、種々の形態で本開示を実現することもできる。例えば、導入管４は拡径部５と別体のパイプとし、そのパイプ下流部を側面１９へ嵌入させても良いし、中心軸２０や浄化部材２４の中心軸は、同軸や鉛直配置でなくても構わない。

以上、本発明の実施形態を説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱し範囲の変更があっても本発明に包含される。

１排気浄化装置
２第１フランジ
３第２フランジ
４導入管
５拡張部
６接続部
７収容部
１６エルボ部
１７ノズル部
１８下流端
１９側面
２０中心軸
２４浄化部材
２６上流面
α、β、γ 排気ガス流

Claims

内燃機関の側部に配置される排気浄化装置であって、
内燃機関に接続し屈曲部を経て排気ガスが流通する単一の導入管と、
該導入管の下流端が内部に開口し内部に位置する円筒状の拡張部と、
該拡張部の下流に連通し浄化部材を内装する接続部とを少なくとも有し、
前記下流端は、前記拡張部の中心軸よりも前記内燃機関側に位置するとともに前記拡張部の側面を指向し、更に前記浄化部材の上流面を指向する
ことを特徴とする排気浄化装置。