【解決手段】本開示の一態様は、排気ユニットであって、筐体と、壁部材と、触媒と、消音室と、を備える。筐体は、導入口から内燃機関の排気が導入され、排出口から排気が排出されるように構成される。壁部材は、筐体内に配置され、導入口から導入された排気を筐体内の外周に沿って進路を湾曲させつつ流通させるため筒状の流路を形成するように構成される。触媒は、流路内に配置される。消音室は、流路における触媒よりも下流側にて流路と連通するように構成される。また、壁部材は、消音室の内外を仕切る壁面の一部として機能する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一般的に、排気ユニットにおいては、触媒や消音器等の性能の向上、或いは、省スペース化等の機能性向上に対する要求がある。
本開示の一側面は、排気ユニットにおいて、機能性を向上できるようにすることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様は、排気ユニットであって、筐体と、壁部材と、触媒と、消音室と、を備える。筐体は、導入口から内燃機関の排気が導入され、排出口から排気が排出されるように構成される。壁部材は、筐体内に配置され、導入口から導入された排気を筐体内の外周に沿って進路を湾曲させつつ流通させるため筒状の流路を形成するように構成される。触媒は、流路内に配置される。消音室は、流路における触媒よりも下流側にて流路と連通するように構成される。また、壁部材は、消音室の内外を仕切る壁面の一部として機能する。
【0006】
このような構成によれば、流路が排気を湾曲させつつ流通させるので、流路を直線的に配置するよりも省スペース化することができる。また、消音室は、触媒が配置された流路に隣接するので、消音室内の排気により触媒を保温することができる。よって、この構成では、機能性を向上させることができる。
【0007】
本開示の一態様では、壁部材は、筐体の外壁部とともに流路を形成してもよい。
このような構成によれば、筐体の外壁部を流路の一部として利用するので、排気ユニットにおける部品点数の削減、および軽量化を図ることができる。
【0008】
本開示の一態様では、筐体は、第1部材と、第1部材に組み付けられる第2部材と、をさらに備えてもよい。第1部材および第2部材の少なくとも一方は、触媒に近づくにつれて第1部材および第2部材の間隔が広くなるように構成された傾斜部、を備えてもよい。排気ユニットは、第1部材および第2部材の間に立設される板状の部材であって、傾斜部と壁部材とに当接し、第1部材および第2部材に挟まれることで、傾斜部から受ける押圧力を壁部材に伝えるように構成された板部材、をさらに備えてもよい。
【0009】
このような構成によれば、板部材が壁部材を介して触媒を押圧するので、触媒が壁部材にて保持されやすくなり、触媒を筐体内で移動しにくくすることができる。
本開示の一態様では、板部材は、消音室を複数の部屋に仕切る仕切板として機能してもよい。
【0010】
このような構成によれば、板部材を消音室の一部の構成として兼用することができるので、排気ユニットにおける部品点数の削減、および軽量化を図ることができる。
本開示の一態様では、排出口は、流路と交差する方向に向けられてもよい。
【0011】
このような構成によれば、導入口から導入された排気を、筐体の外周に沿って流通させた後で、筐体の外周から遠い中央付近から排出する構成を容易に実現することができる。
本開示の一態様は、流路内に配置され、排気を冷却するように構成された熱交換器、をさらに備えてもよい。
【0012】
このような構成によれば、熱交換器で排気の体積を減じてから排気を消音室に導入することができる。
本開示の一態様は、熱交換器よりも流路の下流側に配置され、排出口とは異なる排気の出口である排気取出口、をさらに備えてもよい。
【0013】
このような構成によれば、熱交換器を通過することによって低温となった排気を排気取出口から取り出すことができる。
本開示の一態様では、熱交換器は、当該筐体内の外周のうちの、当該排気ユニットを使用する際に鉛直方向下側となる部位に配置されてもよい。
【0014】
このような構成によれば、熱交換器が筐体内の鉛直方向下側に配置されるので、排気を冷却することによって生じる凝縮水が筐体内の他の部位に流れることを抑制することができる。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
[1−1.構成]
図1に示す排気ユニット1は、例えば、REEV(航続距離延長型電気自動車:Range Extender Electric Vehicle)等の車両に搭載され、排気を通過させつつ浄化および消音を行う機能を有するユニットである。
【0017】
排気ユニット1は、
図1に示すように、筐体10を備える。筐体10は、導入口11から内燃機関100の排気が導入され、排出口12から排気が排出されるように構成される。また、排気ユニット1は、第1フランジ部11Jと、排気接続部12Jと、冷却導入部23INと、冷却排出部23OUTと、排気取出部25Jとを備えてもよい。筐体10は、センサ取付部10B,10C,10Dと、第2フランジ部10Jとを備えてもよい。
【0018】
センサ取付部10B,10C,10Dは、
図2に示すように、後述する流路16において触媒21,22の上流側および下流側のそれぞれにおいて筐体10の内外を連通するように設けられる。なお、上流側、下流側とは、排気の流れ方向に対する上流側、下流側を示す。
【0019】
センサ取付部10B,10C,10Dは、センサ26,27,28が筐体10に取り付けられる部位であり、センサ26,27,28が配置されるとセンサ取付部10B,10C,10Dは密閉される。センサ26,27,28としては、例えば、酸素センサ、NOxセンサ、温度センサ等の任意のセンサが配置される。
【0020】
第2フランジ部10Jは、筐体10を固定するための部位である。第2フランジ部10Jは、筐体10の周囲に複数設けられる。
図1では、一例として、第2フランジ部10Jは4個設けられている。第2フランジ部10Jは、例えば、筐体10内において排気が旋回する面と平行な面上に配置されてもよい。第2フランジ部10Jは、それぞれ、ボルト等の固定部材を挿通するための挿通孔10Hを備える。排気ユニット1は、REEVの発電機として機能する内燃機関100、或いは、内燃機関100が設置される台座部に設けられた雌ネジ部等の被固定部に、挿通孔10Hに挿通された固定部材を取り付けることによって内燃機関100或いは台座部に取り付けられる。
【0021】
第1フランジ部11Jは、導入口11と他の部材とを連結するための部位である。第1フランジ部11Jは、排気を導入するための導入口11が形成されており、内燃機関100の排気管と接続される部位である。第1フランジ部11Jが排気管と接続されると、導入口11が排気管と連通し、排気管から導入口11に排気を導入可能となる。
【0022】
排気接続部12Jは、筐体10の内部を通過した排気が排出される排出口12が形成され、大気と連通する排気管が接続される部位である。なお、排出口12は、他の何らかの装置を介して大気と連通してもよい。排出口12は、流路16に対して、交差する方向に向けられる。すなわち、排出口12は、流路16での排気が旋回する面に対して、交差する方向に向けられる。本実施形態では、排出口12は、流路16と直交する方向に向けられる。
【0023】
冷却導入部23INは、冷却水等の熱交換媒体を導通する管が接続され、この管を介して熱交換媒体が導入される部位である。冷却排出部23OUTは、熱交換媒体を導通する管が接続され、この管を介して熱交換媒体が排出される部位である。
【0024】
排気取出部25Jは、排気取出口25が形成されるとともに、排気を導通する管が接続され、この管を介して排気の一部が排出される部位である。排気取出口25は、排気の大部分が排出される排出口12とは異なる排気の出口であり、排気取出口25から排出される排気は、例えば、EGR(Exhaust Gas Recirculation)に利用される。
【0025】
次に、筐体10の内部構造について
図2を用いて説明する。筐体10の内部には、
図2に示すように、壁部材17と、複数の触媒21,22と、を備える。筐体10の内部には、熱交換器23と、インレットパイプ24と、複数の板部材31,32と、バルブ33と、を備えてもよい。
壁部材17は、筐体10内に配置され、導入口11から導入された排気を筐体10内の外周に沿って進路を湾曲させつつ流通させるため筒状の流路16を形成するように構成される。
【0026】
また、筐体10の内部には、流路16の下流側に複数の消音室18A,18B,18Cが配置される。複数の消音室18A,18B,18Cは、筐体10の内部が壁部材17にて仕切られることで、筐体10の内面と、インレットパイプ24と、壁部材17と、で囲まれた空間である。複数の消音室18A,18B,18Cは、複数の板部材31,32にて仕切られることで複数の部屋に分割される。
【0027】
すなわち、壁部材17は、筐体10の外壁部10Aとともに流路16を形成するとともに、消音室18A,18B,18Cの一部も構成し、導入口11からの導入直後の排気が通過する領域と、消音室18A,18B,18Cとを仕切る壁面の一部として機能する。また、筐体10の外壁部10Aが流路16の一部を形成し、センサ取付部10B,10C,10Dが外壁部10Aに配置されるので、筐体10の外壁部10Aの内側にさらなるパイプを有する構成と比較して、簡素な構成でセンサを配置することができる。
【0028】
また、筐体10の外壁部10Aの内側にパイプを有する構成では、筐体10とパイプとの熱応力差によってセンサ取付部10B,10C,10Dの位置ずれが生じる虞があるが、本構成では筐体10の外壁部10Aを流路16の一部とするためこのような位置ずれの心配がない。
【0029】
複数の触媒21,22は、流路16内に配置され、周知の触媒としての機能を有する。すなわち、複数の触媒21,22は、所定の作動温度範囲内で、排気を浄化する作用を促進する機能を有する。複数の触媒21,22は、壁部材17を介して消音室18A,18B,18Cに隣接して配置されるので、消音室18A,18B,18C内の排気の余熱を用いて触媒が作動温度を維持できるように保温することができる。
【0030】
熱交換器23は、流路16の触媒21,22よりも下流側であって、当該筐体10内の外周のうちの、排気ユニット1を使用する際に鉛直方向下側となる部位に配置され、周知の熱交換器として機能する。すなわち、熱交換器23は、流路16を流通する排気と、冷却導入部23INから導入され、冷却排出部23OUTから排出される熱交換媒体との熱交換を行う。
【0031】
熱交換器23は、排気の温度を下げることで排気の体積を減じ、排気の圧力を低下させるため、排気が触媒21,22を通過することを促進する。よって、排気ユニット1は、筐体10内に熱交換器23を備えない構成よりも触媒21,22付近にて排気が筐体10の外部に漏れることを抑制できる。
【0032】
インレットパイプ24は、インレットパイプ24の内外を連通するための複数の孔部24Hを備え、複数の孔部24Hを介して、インレットパイプ24を流れる排気を何れかの消音室18A,18B,18Cに供給する。インレットパイプ24は、筐体10の外壁部10Aとともに管状の流路16を形成する。
【0033】
複数の板部材31,32は、消音室18A,18B,18Cを複数の部屋に仕切る仕切板として機能する。また、複数の板部材31,32のうちの熱交換器23から近い位置に配置された板部材32は、消音室18A,18Bを連通するか否かを切り替え可能なバルブ33を備える。
【0034】
消音室18Aは、排気を拡張させる拡張室として機能する。また、消音室18Cは、排気を共鳴させる共鳴室として機能する。消音室18Bは、バルブ33の開閉に応じて、拡張室または共鳴室として機能する。
【0035】
バルブ33は、開閉部33Aを備える。開閉部33Aは、例えば、排気の圧力が高まると開き、排気の圧力が低くなると閉じるように構成され、この構成によって排気を複数の消音室18A,18B,18Cのうちの消音室18Aのみを通過させる構成と、複数の消音室18A,18B,18Cのうちの消音室18A,18Bを通過させる構成とを切り替えられるようにする。つまり、排気ユニット1は、拡張室および共鳴室のサイズをバルブ33によって変更できるので、消音しようとする排気音の周波数を変更することができる。
【0036】
ここで、筐体10は、
図3に示すように、第1部材40と、第2部材50とを互いに組み付けて構成される。第1部材40および第2部材50の少なくとも一方は、触媒21,22に近づくにつれて第1部材40および第2部材50の間隔が広くなるように構成された傾斜部50A、を備える。また、筐体10の第2部材50には、内部が溝状に拡張されて構成される溝部10M(
図1参照)が形成されている。
【0037】
熱交換器23から遠い位置に配置された板部材31は、第1部材40、第2部材50、インレットパイプ24、壁部材17にて、概ね隙間なく周囲を囲われており、特に、傾斜部50Aと壁部材17とに当接する。また、板部材31は、端部が溝部10Mに係合されることで、
図1での鉛直方向への移動が制限される。
【0038】
板部材31は、第1部材40および第2部材50を組み付ける際に、第1部材40および第2部材50に挟まれることで、傾斜部50Aから受ける押圧力を壁部材17に伝えるように構成される。より詳細には、第1部材40および第2部材50を組み付ける際に必要となる鉛直方向の力は、
図3のハッチング入り矢印にて示す斜め方向の押圧力に変換される。そして、板部材31は、斜め方向の押圧力を傾斜部50Aから受け、第2部材50に沿って、壁部材17に対する水平方向の力を生じさせる。なお、鉛直方向は、
図3での上下方向であり、水平方向は、
図3における左右方向である。
【0039】
壁部材17は、板部材31から水平方向の力を受けて、触媒21を押圧する。なお、第1部材40および第2部材50は、それぞれ、壁部材17の上下の端部が当接する部位付近に段差部40B,50Bを備える。段差部40B,50Bは、筐体10の内部が壁部材17側で壁部材17の厚み程度だけ拡大するように構成された部位である。
【0040】
第1部材40および第2部材50の組み付け時においては、壁部材17と段差部40B,50Bとの間に隙間が設けられており、壁部材17が板部材31から水平方向の力を受けたときに、壁部材17と段差部40B,50Bとが当接するように設定される。
この構成では、第1部材40および第2部材50の組み付け時に、触媒21,22は、第1部材40および第2部材50に挟まれることで、鉛直方向の力を受けて保持され、かつ壁部材17と外壁部10Aとに挟まれることで、水平方向の力を受けて保持される。
【0041】
[1−2.効果]
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1a)本開示の一態様の排気ユニット1は、筐体10と、壁部材17と、触媒21,22と、消音室18A,18B,18Cと、を備える。筐体10は、導入口11から内燃機関100の排気が導入され、排出口12から排気が排出されるように構成される。壁部材17は、筐体10内に配置され、導入口11から導入された排気を筐体10内の外周に沿って進路を湾曲させつつ流通させるため筒状の流路16を形成するように構成される。
【0042】
触媒21,22は、流路16内に配置される。消音室18A,18B,18Cは、流路16における触媒21,22よりも下流側にて流路16と連通するように構成される。また、消音室18A,18B,18Cは、壁部材17が消音室18A,18B,18Cの内外を仕切る壁面の一部として機能する。
【0043】
このような構成によれば、流路16が排気を湾曲させつつ流通させるので、流路16を直線的に配置するよりも省スペース化することができる。また、消音室18A,18B,18Cは、触媒21,22が配置された流路16に隣接するので、消音室18A,18B,18C内の排気により触媒21,22を保温することができる。よって、この構成では、機能性を向上させることができる。
【0044】
(1b)排気ユニット1において、壁部材17は、筐体10の外壁部10Aとともに流路16を形成する。
このような構成によれば、筐体10の外壁部10Aを流路16の一部として利用するので、排気ユニット1における部品点数の削減、および軽量化を図ることができる。
【0045】
(1c)排気ユニット1において、筐体10は、第1部材40と、第1部材40に組み付けられる第2部材50と、をさらに備える。第1部材40および第2部材50の少なくとも一方は、触媒21,22に近づくにつれて第1部材40および第2部材50の間隔が広くなるように構成された傾斜部50Aを備える。排気ユニット1は、板部材31をさらに備える。板部材31は、第1部材40および第2部材50の間に立設される板状の部材であって、傾斜部50Aと壁部材17とに当接し、第1部材40および第2部材50に挟まれることで、傾斜部50Aから受ける押圧力を壁部材17に伝えるように構成される。
【0046】
このような構成によれば、板部材31が壁部材17を介して触媒21,22を押圧するので、触媒21,22が壁部材17にて保持されやすくなり、触媒21,22を筐体10内で移動しにくくすることができる。
【0047】
(1d)排気ユニット1において、板部材31は、消音室18A,18B,18Cを複数の部屋に仕切る仕切板として機能する。
このような構成によれば、板部材31を消音室18A,18B,18Cの一部の構成として兼用することができるので、排気ユニット1における部品点数の削減、および軽量化を図ることができる。
【0048】
(1e)排気ユニット1において、排出口12は、導入口11に対して直交する方向に向けられる。
このような構成によれば、導入口11から導入された排気を、筐体10の外周に沿って流通させた後で、筐体10の外周から遠い中央付近から排出する構成を容易に実現することができる。
【0049】
(1f)排気ユニット1は、流路16内に配置された熱交換器23をさらに備える。
このような構成によれば、熱交換器23で排気の体積を減じてから排気を消音室18A,18B,18Cに導入することができる。
【0050】
(1g)本開示の一態様は、熱交換器23よりも流路16の下流側に配置され、排出口12とは異なる排気の出口である排気取出口25、をさらに備える。
このような構成によれば、熱交換器23を通過することによって低温となった排気を排気取出口25から取り出すことができる。
【0051】
(1h)排気ユニット1において、熱交換器23は、当該筐体10内の外周のうちの、当該排気ユニット1を使用する際に鉛直方向下側となる部位に配置される。
このような構成によれば、熱交換器23が筐体10内の鉛直方向下側に配置されるので、排気を冷却することによって生じる凝縮水が筐体10内の他の部位に流れることを抑制することができる。
【0052】
[2.他の実施形態]
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
【0053】
(2a)上記実施形態では、筐体10を構成する第2部材50に、傾斜部50Aを設けたが、第1部材40および第2部材50のうちの少なくとも一方に傾斜部50Aを設けてもよい。
【0054】
(2b)上記実施形態では、傾斜部50Aとして、断面が直線状となる平面状の傾斜部を備えたが、傾斜部50は、板部材31と当接する部位において、第1部材40および第2部材50を組み付ける方向に対して傾斜していればよい。例えば、傾斜部50は、断面が円弧状等の曲線状となる曲面であってもよい。
【0055】
(2c)上記実施形態では、複数の板部材31,32のうちの一方の板部材31が壁部材17を介して触媒21を保持する構成について説明したが、他方の板部材32を板部材31と同様に構成し、板部材32が壁部材17を介して触媒22を保持するように構成してもよい。この際、第1部材40および第2部材50のうちの少なくとも一方において、板部材32と当接する部位に、傾斜部を設けるとよい。上記のように構成しても、上記実施形態と概ね同様の効果を奏する。
【0056】
(2d)上記実施形態では、筐体10に熱交換器23を備えたが、熱交換器23を備えない構成としてもよい。また、上記実施形態では、筐体10に2つの触媒21,22を備えたが、触媒は1つでも3つ以上であってもよい。
【0057】
(2e)上記実施形態における1つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、1つの構成要素が有する1つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、1つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される1つの機能を、1つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。