特開 2024-39217 排気管

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024039217

(43)【公開日】2024-03-22

(54)【発明の名称】排気管

(51)【国際特許分類】

   F01N 13/08 20100101AFI20240314BHJP

   F01N 13/14 20100101ALI20240314BHJP

【ＦＩ】

F01N13/08 A

F01N13/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022143602

(22)【出願日】2022-09-09

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110000394

【氏名又は名称】弁理士法人岡田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】塩谷 敏史

【テーマコード（参考）】

3G004

【Ｆターム（参考）】

3G004AA01

3G004AA09

3G004BA06

3G004BA09

3G004DA01

3G004DA11

3G004DA14

3G004DA15

3G004EA05

3G004FA01

3G004GA06

(57)【要約】

【課題】インシュレータで覆うことができないフランジ近傍の遮熱性や断熱性を向上することができる排気管を提供することを提供する。
【解決手段】排気管１は、外管２と、外管２の周囲を覆うインシュレータ４と、外管２の内部に設けられた内管３と、を有し、内管３は、上流側が外管２に接続されて、外管２との接続箇所から下流端３ｄに至るまで、外管２の内周面２ａとの間に空洞部３ｂを形成しながら下流側に延び、外管２は、別の排気管との接続用のフランジ２ｂが下流端２ｄに設けられており、インシュレータ４の下流端４ａは、フランジ２ｂから上流側に所定距離Ｌだけ離れた位置に設定されており、内管３の下流端３ｄは、インシュレータ４の下流端４ａを超えるまで下流側に延び、かつ、フランジ２ｂの直前まで下流側に延びている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の排気ガスを導く排気通路の一部を形成する排気管であって、
外管と、
前記外管の周囲を覆うインシュレータと、
前記外管の内部に設けられた内管と、
を有し、
前記内管は、上流側が前記外管に接続されて、前記外管との接続箇所から下流端に至るまで、前記外管の内周面との間に空洞部を形成しながら下流側に延び、
前記外管は、別の排気管との接続用のフランジが下流端に設けられており、
前記インシュレータの下流端は、前記フランジから上流側に所定距離だけ離れた位置に設定されており、
前記内管の下流端は、前記インシュレータの下流端を超えるまで下流側に延びており、
前記内管の下流端は、前記フランジの直前まで下流側に延びている、
排気管。

【請求項2】

請求項１に記載の排気管であって、
前記外管の下流端に設けられた前記フランジは、排気ガス浄化装置の流入端に設けられたフランジに接続される、
排気管。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の排気ガスを導く排気通路の一部を形成する排気管に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関を搭載した車両には、内燃機関で生じた燃焼ガスを排気ガスとして外部へ導く排気管が備えられている。排気管は、通常車両下面に沿って配置されるうえ、排気ガスによって非常に高温となっている。

【0003】

そのため、舗装されていない場所を走行する際、枯草等が排気管に触れて引火するおそれがある。また、排気管からの放熱で排気ガスの温度が下がり、触媒の浄化能力を十分に発揮させることができない可能性が有る。そこで、排気管を筒状のインシュレータで覆って、排気管の内部と外部の間を２層以上の構造とし、遮熱や断熱を行う技術が知られている。

【0004】

例えば特許文献１は、内部を流れる排気の流れ方向が変えられた単数または複数の屈曲部が形成された排気管を覆うインシュレータが開示されている。インシュレータは、排気管の少なくとも１つの屈曲部と、当該屈曲部から所定距離だけ車両の前方側の排気管と、を周方向に覆う筒状の形状を有し、覆った個所の前記排気管からの熱を遮断している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２１－７６０４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載されたようなインシュレータを用いて、排気管の全域を覆うことは困難であり、製造の都合上、インシュレータで覆えない部分が残ってしまうという問題があった。具体的には、上流側の排気管に設けられたフランジと、下流側の排気管に設けられたフランジとを接続することで、これら排気管同士を連結するような場合、製造の都合上、インシュレータをフランジに近接させることができない。そのため、インシュレータとフランジの間に隙間が空いて、インシュレータに覆われない部分が生じてしまう。排気管においてこのような部分が存在すると、上述のような枯草の引火や、触媒の浄化能力の低下が起こる可能性があり、好ましくない。

【0007】

本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、インシュレータで覆うことができないフランジ近傍の遮熱性や断熱性を向上することができる排気管を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を達成するため本開示による排気管は、内燃機関の排気ガスを導く排気通路の一部を形成する排気管であって、外管と、前記外管の周囲を覆うインシュレータと、前記外管の内部に設けられた内管と、を有し、前記内管は、上流側が前記外管に接続されて、前記外管との接続箇所から下流端に至るまで、前記外管の内周面との間に空洞部を形成しながら下流側に延び、前記外管は、別の排気管との接続用のフランジが下流端に設けられており、前記インシュレータの下流端は、前記フランジから上流側に所定距離だけ離れた位置に設定されており、前記内管の下流端は、前記インシュレータの下流端を超えるまで下流側に延びており、前記内管の下流端は、前記フランジの直前まで下流側に延びている。

【0009】

これによれば、内管の下流端が外管とフランジとの境界に位置する結果、インシュレータで覆われず外管が露出している全域が２層構造となり、遮熱性や断熱性をより向上することができる。また、排気管の製造時において外管の外周面にフランジを溶接する際には、専用の治具（外管に挿入することで外管の径を補正するための治具）を用いて溶接している。このような治具をセットする際も、内管の下流端が外管とフランジとの境界に位置しているため、外管の下流側から挿入した治具を、内管の下流端に当たるまで押し込むだけで、適切な位置で位置決めすることができる。

【0010】

上記排気管において、前記外管の下流端に設けられた前記フランジは、排気ガス浄化装置の流入端に設けられたフランジに接続されてもよい。

【0011】

これによれば、インシュレータで覆われず外管が露出している全域が２層構造となり、排気ガス浄化装置の直前の排気管の排気ガスの保温効果が高いので、例えば、排気ガス浄化装置に向けて添加された反応液を、適切な温度で気化させたまま排気ガス浄化装置に届けることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】ディーゼルエンジンを搭載した車両の概略図である。

【図2】図１における排気システムの一部を示す部分断面図である。

【図3】図２における尿素水拡散用排気管とＮＯｘ後処理装置の接続部付近の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

●［ディーゼルエンジンを搭載した車両の概要（図１）］
以下、本発明の一実施形態に係る排気管としての尿素水拡散用排気管１について説明する。まず、図１を用いて、ディーゼルエンジンを搭載した車両の概要を説明する。

【0014】

図１に示すように車両５０の前部には、ディーゼルエンジン５１（内燃機関に相当）が搭載されている。ディーゼルエンジン５１は、吸気マニホルド５２から供給される吸気を圧縮し、燃料の自然着火を起こして燃焼ガスを発生させ、熱エネルギーを運動エネルギーに変換する。ディーゼルエンジン５１は、排気システム５３を有しており、不要になった燃焼ガスを浄化して排気ガスとして大気中に放出する。

【0015】

排気システム５３は、排気マニホルド５４、過給機５５、第１浄化装置５６、ＮＯｘ後処理装置２１、第２浄化装置５７、サイレンサ５８等によって一連の排気通路を形成しており、それぞれが排気管を介して連結されている。排気管には、燃料添加弁５９や尿素添加弁１２が設けられているものがある。各添加弁からは燃料や尿素水が噴射される。例えば、第１浄化装置５６は、酸化触媒と微粒子捕集フィルタを有しており、ＣＯ、ＨＣを浄化してスス等の微粒子を捕集する。また、ＮＯｘ後処理装置２１は、ＳＣＲ触媒を有しており、ＮＯｘを浄化する。また、第２浄化装置５７は、酸化触媒を有し、浄化に利用されなかったアンモニアを浄化する。

【0016】

排気システム５３は、排気ガスによって高温となっている。また、排気システム５３の大部分は、車両５０の下面に沿って配置されている。したがって、車両５０が舗装されていない場所を走行する際、枯草６０等が排気システム５３に触れる場合がある。特にＮＯｘ後処理装置２１へと続く排気管（尿素水拡散用排気管１、図２参照）は、排気システム５３において比較的上流側に位置するとともに、路面との距離が近いため、枯草等が触れても引火しないような対策が必要な部分である。また、排気ガスの温度を維持してＮＯｘ後処理装置２１に排気ガスを届ける必要もある（詳細は後述する）。

【0017】

●［尿素水拡散用排気管１の概要（図２）］
図２は、図１における排気システムの一部を示す部分断面図である。図２に示すように、本発明に係る尿素水拡散用排気管１は、ディーゼルエンジン５１（図１参照）の排気ガスを導く排気通路の一部を形成している。尿素水拡散用排気管１の上流側には、尿素水混合用排気管１１が接続されており、下流側には、ＮＯｘ後処理装置２１（排気ガス浄化装置に相当）が接続されている。ディーゼルエンジン５１から排出された排気ガスは、尿素水混合用排気管１１に流入し、本発明に係る尿素水拡散用排気管１を通って、ＮＯｘ後処理装置２１へ導かれる。

【0018】

図２において最上流に位置する尿素水混合用排気管１１は、分散装置１３を介して尿素水拡散用排気管１と接続されている。尿素水混合用排気管１１は、尿素添加弁１２を有し、尿素添加弁１２からは、分散装置１３に向かって尿素水が噴射される。尿素水は、分散装置１３に当たって微粒化され、尿素水拡散用排気管１には微粒化した尿素水が混ざった排気ガスが流入する。

【0019】

尿素水拡散用排気管１は、微粒化した尿素水を気化させ、尿素を排気ガス中に拡散させてＮＯｘ後処理装置２１へと導く。そのため、尿素水拡散用排気管１は、排気ガスの温度を維持し尿素水の気化を促進するとともに、ＮＯｘ後処理装置２１のＳＣＲ触媒２６を活性化温度に維持するような排気通路であることが望ましく、外管２と、外管２の内部に設けられた内管３とを有し、断熱性を高めている。また、尿素水拡散用排気管１は、枯草等が外管２に触れて引火しないように、外管２の周囲を覆うインシュレータ４を有し、遮熱性を高めている。このような３層構造の尿素水拡散用排気管１において、微粒化した尿素水は、内管３を流れるうちに気化し、尿素が排気ガス中に拡散する。尿素水拡散用排気管１は、下流端２ｄにフランジ２ｂが設けられている。フランジ２ｂは、ＮＯｘ後処理装置２１の流入端に設けられたフランジ２７に接続されている。ＮＯｘ後処理装置２１には、尿素を含む排気ガスが流入する。

【0020】

ＮＯｘ後処理装置２１は、ＳＣＲ触媒２６を有し、排気ガス中に拡散された尿素によって排気ガス中のＮＯｘを還元して除去する。浄化された排気ガスは、さらに下流へと導かれ最終的に大気中に排出される。

【0021】

●［尿素水拡散用排気管１の構造（図２、図３）］
図２に示すように尿素水拡散用排気管１において、内管３は、上流側が外管２に接続されている。具体的には、外管２の内周面２ａに対して、内管３の外周面３ａが例えばスポット溶接にて接続されている。このように外管２と内管３とは、上流側にて接続されて一体となっている。なお、図２では、尿素水拡散用排気管１は、ほぼ真っ直ぐ延びた形状で描かれているが、屈曲していても良い。尿素水拡散用排気管１を屈曲させる場合、外管２と内管３の空洞部３ｂを保持するために、空洞部３ｂに砂等の粒状物を入れて充満させて、そのうえで外管２と内管３をいっしょに曲げ加工する。

【0022】

図２、図３に示すように内管３は、外管２との接続箇所から下流端３ｄ（図３参照）に至るまで、外管２の内周面２ａとの間に空洞部３ｂを形成しながら下流側に延びている。このような空洞部３ｂを存在させることにより、外管２と内管３との間で約１００℃の温度降下を期待することができる。その結果、外管２の外周面２ｃの温度は、約３００℃とすることができる。図３に示すように内管３の下流端３ｄは、ワイヤメッシュ６にて外管２の内周面２ａに接触することなく保持されている。ワイヤメッシュ６は、外管２に接触しないように内管３を安定して保持するために、空洞部３ｂに配置されている。ワイヤメッシュ６は、内管３に形成された環状凸部３ｃに挟まれて、内管３の軸方向への動きが規制されている。

【0023】

図２に示すように外管２は、上流側にて分散装置１３を嵌めることができるように拡径している。分散装置１３は、外管２の上流側に嵌め込まれて溶接されている。一方、図３に示すように外管２は、下流側にてＮＯｘ後処理装置２１との接続が可能となるように、接続用のフランジ２ｂが下流端２ｄに設けられている。具体的には、外管２の下流端２ｄの外周面２ｃに対しフランジ２ｂが溶接されている。なお、ＮＯｘ後処理装置２１における排気ガスの流入端（別の排気管）にもフランジ２７が設けられている。

【0024】

図２、図３に示すようにインシュレータ４は、外管２の周囲を覆っている。インシュレータ４は、例えば、外管２の長手方向に沿って半割状に分割されたものが接合されて筒状とされている。上述した外管２とフランジ２ｂの溶接は、インシュレータ４で外管２を覆った後に行われる。そのため、図３に示すようにインシュレータ４の下流端４ａは、フランジ２ｂから上流側に所定距離Ｌだけ離れた位置に設定されている。つまり、インシュレータ４は、下流端４ａからフランジ２ｂにかけては、外管２を覆っていない。なお、ワイヤメッシュ５は、インシュレータ４と外管２の間にできた隙間から枯草等が入らないように、インシュレータ４の下流端４ａ内側に配置されている。

【0025】

図３に示すように内管３の下流端３ｄは、インシュレータ４の下流端４ａを超えるまで下流側に延び、フランジ２ｂの直前で止まっている（内管３は、フランジ２ｂに対して排気管の長手方向にオーバーラップしない）。これにより、インシュレータ４で覆われず外管２が露出しているフランジ２ｂ近傍が、外管２と内管３の２層構造となり、尿素水拡散用排気管１の遮熱性や断熱性を向上することができる。つまり、インシュレータ４の下流端４ａとフランジ２ｂの間の外管２に直接、枯草等が接触したとしても、引火してしまうことはない（遮熱性の向上）。また、外管２からの放熱が防止されるので、排気ガスは、その温度を維持したままＮＯｘ後処理装置２１に流入する（断熱性の向上）。

【0026】

また、内管３の下流端３ｄが外管２とフランジ２ｂとの境界に位置している。そのため、尿素水拡散用排気管１の製造時において外管２の外周面２ｃにフランジ２ｂを溶接する際に用いる治具であって、外管２の径を補正するための治具を、外管２の下流側から挿入して内管３の下流端３ｄに当たるまで押し込むだけで、治具を適切な位置で位置決めすることができる。

【0027】

●［ＮＯｘ後処理装置２１の上流側の構造（図３）］
尿素水拡散用排気管１にて尿素が拡散された排気ガスは、ＮＯｘ後処理装置２１へと導かれる。ＮＯｘ後処理装置２１においても枯草対策や排気ガスの保温対策が取られている。

【0028】

図３に示すように内管２３は、上流側が外管２２に対し、例えばスポット溶接にて接続されている。図３に示すように内管２３は、外管２２との接続箇所から下流端に至るまで、外管２の内周面２ａとの間に空洞部２３ａを形成しながら下流側に延びている。

【0029】

図３に示すように外管２２は、上流側にて尿素水拡散用排気管１と接続ができるように、接続用のフランジ２７が上流端２２ａに設けられている。具体的には、外管２２の上流端２２ａの外周面２２ｃに対しフランジ２７が溶接されている。フランジ２７は、尿素水拡散用排気管１の下流端に設けられたフランジ２ｂに接続されている。

【0030】

図３に示すようにインシュレータ２４は、外管２２の周囲を覆っている。尿素水拡散用排気管１と同様、インシュレータ２４の上流端２４ａは、フランジ２７から下流側に所定距離だけ離れた位置に設定されている。つまり、インシュレータ２４は、上流端２４ａからフランジ２７にかけては、外管２２を覆っていない。ただし、インシュレータ２４で覆われず外管２２が露出しているフランジ２７近傍については、外管２２と内管２３の２層構造となっており、遮熱性や断熱性が低下することはない。また、ワイヤメッシュ２５は、インシュレータ２４と外管２２の間にできた隙間から枯草等が入らないように、インシュレータ４の上流端２４ａ内側に配置されている。

【0031】

本発明の尿素水拡散用排気管１は、本実施の形態で説明した外観、構成、構造等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。

【0032】

本実施の形態の説明では、本発明に係る排気管として、ＮＯｘ後処理装置２１の上流側に接続された尿素水拡散用排気管１を例に説明した。しかし、フランジ近傍がインシュレータで覆うことができずに外管が露出するような排気管であれば、尿素水拡散用排気管１に限定されず、排気システムのいかなる部分に配置された排気管であっても良い。

【0033】

本実施の形態の説明では、内管３の下流端３ｄがフランジ２ｂの直前まで延びている例（図３参照）を説明した。しかし、内管３の下流端３ｄがインシュレータ４の下流端４ａを超えて下流側まで延びていれば、外管２のみの１層構造となる部分が削減されるので、その分だけ遮熱性や断熱性を向上することはできる。したがって、例えば、内管３の下流端３ｄは、インシュレータ４の下流端４ａとフランジ２ｂの間まで延びるものであっても良い。また、内管３の下流端３ｄは、フランジ２ｂとオーバーラップするまで延びていても良い。

【符号の説明】

【0034】

１ 尿素水拡散用排気管
２、２２ 外管
２ａ 内周面
２ｂ、２７ フランジ
２ｃ、３ａ、２２ｃ 外周面
２ｄ、３ｄ、４ａ 下流端
３ 内管
３ｂ、２３ａ 空洞部
３ｃ 環状凸部
４、２４ インシュレータ
４ａ 下流端
５、６、２５ ワイヤメッシュ
１１ 尿素水混合用排気管
１２ 尿素添加弁
１３ 分散装置
２１ ＮＯｘ後処理装置
２６ ＳＣＲ触媒
５０ 車両
５１ ディーゼルエンジン
５２ 吸気マニホルド
５３ 排気システム
５４ 排気マニホルド
５５ 過給機
５６ 第１浄化装置
５７ 第２浄化装置
５８ サイレンサ
５９ 燃料添加弁
６０ 枯草

【図1】

【図2】

【図3】