特許 7323482 排気ガス浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-31

(45)【発行日】2023-08-08

(54)【発明の名称】排気ガス浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/24 20060101AFI20230801BHJP

   F01N 3/00 20060101ALI20230801BHJP

   F01N 13/00 20100101ALI20230801BHJP

   F01N 99/00 20100101ALI20230801BHJP

【ＦＩ】

F01N3/24 Q

F01N3/00 F

F01N13/00 A

F01N99/00

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020033476

(22)【出願日】2020-02-28

(65)【公開番号】P2021134765

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2022-07-29

(73)【特許権者】

【識別番号】391002498

【氏名又は名称】フタバ産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】石松 貴洋

【審査官】前田 浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２２７１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１７３０４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ ３／２４

Ｆ０１Ｎ ３／００

Ｆ０１Ｎ １３／００

Ｆ０１Ｎ ９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の排気ガス浄化装置であって、
排気ガス中の環境汚染物質を改質又は捕集するように構成された浄化用部材と、
前記浄化用部材が配置された筒状の本体部と、
前記本体部の前記排気ガスの排出口に連結されると共に、前記排気ガスの流れに沿って縮径する縮径部と、
前記縮径部に取り付けられたセンサと、
を備え、
前記縮径部は、
内周面と、
前記本体部から前記排気ガスが流入するように構成された上流側開口と、
前記排気ガスを排出するように構成されると共に、前記上流側開口において前記縮径部の中心軸と平行な方向から視て、前記上流側開口と重なるように配置された下流側開口と、
上流部と、
前記上流部よりも内径の小さい下流部と、
前記上流部と前記下流部とを連結する段差と、
を有し、
前記内周面は、
前記下流部において前記縮径部の径方向外側に突出した凸部と、
前記凸部よりも前記上流側開口に近い位置に前記凸部及び前記段差と連続して設けられると共に、前記凸部に対し前記縮径部の径方向に凹んだ凹部と、
を有し、
前記センサは、前記凸部を貫通する、排気ガス浄化装置。

【請求項2】

請求項１に記載の排気ガス浄化装置であって、
前記センサの先端は、前記縮径部の中心軸を含む断面において、前記凸部の最上流点と前記凸部の最下流点とを結ぶ仮想直線よりも前記縮径部の径方向内側に位置する、排気ガス浄化装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の排気ガス浄化装置であって、
前記センサの先端は、前記下流側開口において前記縮径部の中心軸と平行な方向から視て、前記下流側開口よりも前記縮径部の径方向外側に位置する、排気ガス浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、排気ガス浄化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関の排気ガス成分に関する規制に対応することを目的として、内燃機関の排気ガス流路には、排気ガス浄化装置が設置される。排気ガス浄化装置では、触媒やフィルターによって有害な排気ガス成分が除去されたことを確認するために、触媒やフィルターの下流側にセンサが配置される。

【0003】

センサは、先端に排気ガスが接触することによって、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）、粒状物質（ＰＭ）等の測定対象成分の濃度を検出する（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－１６９１４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

センサは、先端に接触する排気ガスの流れ方向によって検出精度が変化する。そのため、上記公報では、センサの上流側にブレードを設けてセンサに排気ガスを誘導している。しかし、ブレードの設置によって溶接工数が増えるほか、溶接時に発生するスパッタ等の異物が装置内に付着するおそれがある。

【0006】

本開示の一局面は、排気ガスの流れを変える部品を設置しなくともセンサの検出精度を高められる排気ガス浄化装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様は、内燃機関の排気ガス浄化装置である。排気ガス浄化装置は、排気ガス中の環境汚染物質を改質又は捕集するように構成された浄化用部材と、浄化用部材が配置された筒状の本体部と、本体部の排気ガスの排出口に連結されると共に、排気ガスの流れに沿って縮径する縮径部と、縮径部に取り付けられたセンサと、を備える。

【0008】

縮径部は、内周面と、本体部から排気ガスが流入するように構成された上流側開口と、排気ガスを排出するように構成されると共に、上流側開口において縮径部の中心軸と平行な方向から視て、上流側開口と重なるように配置された下流側開口と、を有する。内周面は、縮径部の径方向外側に突出した凸部と、凸部よりも上流側開口に近い位置に凸部と連続して設けられると共に、凸部に対し縮径部の径方向に凹んだ凹部と、を有する。センサは、凸部を貫通する。

【0009】

このような構成によれば、内周面に設けられた凹部と凸部とによって、内周面に沿って流れていた排気ガスが内周面から剥離する。そのため、排気ガスの流れを変える部品を設置しなくとも縮径部内において排気ガスの速度を高めつつ、排気ガスをセンサの先端に誘導することができる。その結果、センサの検出精度が高められる。

【0010】

本開示の一態様では、センサの先端は、縮径部の中心軸を含む断面において、凸部の最上流点と凸部の最下流点とを結ぶ仮想直線よりも縮径部の径方向内側に位置してもよい。このような構成によれば、内周面から剥離した排気ガスをより的確にセンサの先端に誘導できる。

【0011】

本開示の一態様では、センサの先端は、下流側開口において縮径部の中心軸と平行な方向から視て、下流側開口よりも縮径部の径方向外側に位置してもよい。このような構成によれば、例えば縮径部の下流側に接続される配管から侵入する水等がセンサに接触することが抑制される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、実施形態における排気ガス浄化装置の模式的な中央断面図である。

【図2】図２は、図１の排気ガス浄化装置における縮径部及びセンサの模式的な側面図である。

【図3】図３は、図２の縮径部及びセンサの模式的な正面図である。

【図4】図４Ａ及び図４Ｂは、図１の排気ガス浄化装置における排気ガスの流れを示す模式図である。

【図5】図５は、図１とは異なる実施形態における排気ガス浄化装置の模式的な中央断面図である。

【図6】図６は、図１及び図５とは異なる実施形態における排気ガス浄化装置の模式的な中央断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１に示す排気ガス浄化装置（以下、単に「浄化装置」ともいう。）１は、内燃機関の排気ガス流路内に設けられ、排気ガス中の環境汚染物質を低減する。浄化装置１は、浄化用部材２と、本体部３と、縮径部４と、センサ５とを備える。

【0014】

浄化装置１が設けられる内燃機関は、特に限定されないが、浄化装置１はディーゼル機関の排気ガス浄化装置として特に好適に使用できる。ディーゼル機関としては、自動車、鉄道、船舶、建機等の輸送機器、発電施設などで駆動用又は発電用として用いられるものが挙げられる。

【0015】

＜浄化用部材＞
浄化用部材２は、排気ガス中の環境汚染物質を改質又は捕集するように構成されている。ここで、「環境汚染物質」とは、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、粒状物質（ＰＭ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、炭化水素類（ＨＣ）等を意味する。

【0016】

浄化用部材２としては、例えばディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、ディーゼル微粒子捕集フィルター（ＤＰＦ）、ＮＯｘ吸着剤等が挙げられる。ＤＯＣは、排気ガスに含まれるＰＭ中の可溶有機成分（ＳＯＦ）、ＣＯ及びＨＣを酸化させる触媒である。ＤＰＦは、排気ガスに含まれるＰＭを捕集するフィルターである。ＮＯｘ吸着剤は、ＮＯｘを吸着除去する物質である。

【0017】

＜本体部＞
本体部３は、浄化用部材２が内部に配置された筒状の部材である。本体部３は、排気ガスＧの導入口３Ａと、排気ガスＧの排出口３Ｂとを有する。本体部３は、軸方向（つまり排気ガスの流れ方向）に沿って径が変化しない。

【0018】

＜縮径部＞
縮径部４は、本体部３の排気ガスＧの排出口３Ｂに連結されると共に、排気ガスＧの流れに沿って縮径している。縮径部４は、周壁４１と、内周面４２と、センサボス４３と、上流側開口４４と、下流側開口４５とを有する。

【0019】

本実施形態では、縮径部４は、非連続的に１段階で縮径している。具合的には、縮径部４は、上流側開口４４の径と内径が等しい上流部４Ａと、下流側開口４５の径と内径が等しい下流部４Ｂとを有する。なお、下流部４Ｂの内径は、後述する凸部４２Ａ及び凹部４２Ｂを除いた部分の内径を意味する。

【0020】

上流部４Ａには、浄化用部材２及び本体部３の一部が挿入されている。下流部４Ｂには、配管１００の一部が挿入されている。

【0021】

周壁４１は、上流部４Ａを構成する大円筒部と、下流部４Ｂを構成する小円筒部と、大円筒部と小円筒部とを縮径部４の径方向（つまり縮径部４の中心軸Ｐ１と直交する方向）に連結する円板部とから構成されている。

【0022】

内周面４２は、凸部４２Ａと凹部４２Ｂとを有する。凸部４２Ａは、下流部４Ｂにおいて、縮径部４の径方向外側に突出した部位である。凹部４２Ｂは、下流部４Ｂにおいて、凸部４２Ａよりも上流側開口４４に近い位置に凸部４２Ａと連続して設けられている。凹部４２Ｂは、凸部４２Ａに対し縮径部４の径方向内側に凹んでいる。

【0023】

なお、凹部４２Ｂは、凸部４２Ａに対し縮径部４の径方向に凹んでいるが、下流部４Ｂにおける凸部４２Ａ及び凹部４２Ｂ以外の部位よりも縮径部４の径方向外側に位置する。また、凹部４２Ｂは、上流部４Ａと下流部４Ｂとを連結する段差に連続するように設けられている。

【0024】

センサボス４３は、図２及び図３に示すように、周壁４１のうち凸部４２Ａと重なる部分の外側に配置されている。本実施形態では、センサボス４３は、周壁４１と一体に形成されている。センサボス４３は、センサ５を縮径部４に対し固定する。

【0025】

周壁４１は、縮径部４の中心軸Ｐ１を含む断面において、上流部４Ａから下流部４ＢにかけてＳ字状に湾曲することで、凸部４２Ａ及び凹部４２Ｂを形成している。また、縮径部４の外側には、周壁４１とセンサボス４３とによって縮径部４の中心軸Ｐ１と平行な方向に挟まれる断面Ｕ字状の空間が形成されている。

【0026】

図１に示す上流側開口４４は、本体部３の排出口３Ｂから排気ガスＧが流入するように構成されている。上流側開口４４は、本体部３と接続されている。

【0027】

下流側開口４５は、排気ガスＧを配管１００に排出するように構成されている。下流側開口４５の径は、上流側開口４４の径よりも小さい。下流側開口４５は、上流側開口４４において縮径部４の中心軸Ｐ１と平行な方向から視て、上流側開口４４と全体が重なるように配置されている。具体的には、縮径部４の中心軸Ｐ１と平行な方向から視て、下流側開口４５の中心は上流側開口４４の中心と一致する。

【0028】

＜センサ＞
センサ５は、例えば、排気ガスＧの測定対象成分（例えばＮＯｘ、ＰＭ、Ｏ_２等）の濃度、排気ガスの温度等を測定するように構成されている。なお、これらの測定対象は一例である。センサ５は、先端５Ａから排気ガスの一部を内部に取り込んで測定を行う棒状の装置である。

【0029】

センサ５は、縮径部４のセンサボス４３に取り付けられている。また、センサ５は、縮径部４の凸部４２Ａを貫通している。センサ５の中心軸Ｐ２は、縮径部４の径方向に対して交差している。

【0030】

センサ５の先端５Ａは、図１に示すように、縮径部４の中心軸Ｐ１を含む断面において、凸部４２Ａの最上流点Ｓ１と凸部４２Ａの最下流点Ｓ２とを結ぶ仮想直線Ｌよりも縮径部４の径方向内側に位置している。

【0031】

最上流点Ｓ１は、凸部４２Ａのうち、最も上流側に位置する点であり、凸部４２Ａと凹部４２Ｂとの連結点である。最下流点Ｓ２は、凸部４２Ａのうち、最も下流側に位置する点であり、下流側開口４５との連結点である。

【0032】

また、センサ５の先端５Ａは、下流側開口４５において縮径部４の中心軸Ｐ１と平行な方向から視て、下流側開口４５よりも縮径部４の径方向外側に位置している。つまり、図３に示すように、センサ５を取り付けた縮径部４を下流側開口４５側から中心軸Ｐ１と平行な方向に視ると、センサ５の先端５Ａは縮径部４と重なるため視認されない。

【0033】

［１－２．作用］
以下、浄化装置１の縮径部４における排気ガスの流れについて図４Ａ，４Ｂを用いて説明する。

【0034】

図４Ａに示すように、浄化装置１では、上流部４Ａから下流部４Ｂへ縮径する部分において排気ガスが内周面４２に沿って流れるが、凹部４２Ｂ及び凸部４２Ａによって排気ガスが内周面４２から剥離する。

【0035】

また、図４Ｂに示すように、このような排気ガスの剥離によって、センサ５に供給される排気ガスの流速が上昇する。なお、図４Ｂの矢印の太さは流速の大きさを示している。また、図４Ｂでは、縮径部４による流路断面積の減少効果によっても排気ガスの流速が下流側で上昇している。

【0036】

［１－３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）内周面４２に設けられた凹部４２Ｂと凸部４２Ａとによって、内周面４２に沿って流れていた排気ガスが内周面４２から剥離する。そのため、排気ガスの流れを変える部品を設置しなくとも縮径部４内において排気ガスの速度を高めつつ、排気ガスをセンサ５の先端５Ａに誘導することができる。その結果、センサ５の検出精度が高められる。

【0037】

（１ｂ）センサ５の先端５Ａが凸部４２Ａの最上流点Ｓ１と凸部４２Ａの最下流点Ｓ２とを結ぶ仮想直線Ｌよりも縮径部４の径方向内側に位置していることで、内周面４２から剥離した排気ガスをより的確にセンサ５の先端５Ａに誘導できる。

【0038】

（１ｃ）センサ５の先端５Ａが下流側開口４５よりも縮径部４の径方向外側に位置することで、例えば縮径部４の下流側に接続される配管１００から侵入する水等がセンサ５に接触することが抑制される。

【0039】

［２．第２実施形態］
図５に示す浄化装置１１は、内燃機関の排気ガス流路内に設けられ、排気ガス中の環境汚染物質を低減する。

【0040】

浄化装置１１は、浄化用部材２と、本体部３と、縮径部１４と、センサ５とを備える。浄化装置１１の浄化用部材２、本体部３、及びセンサ５は、図１の浄化装置１と同じものであるため、同一の符号を付して説明を省略する。

【0041】

縮径部１４は、本体部３の排気ガスＧの排出口３Ｂに連結されると共に、排気ガスＧの流れに沿って縮径している。縮径部１４は、周壁１４１と、内周面１４２と、センサボス１４３と、上流側開口１４４と、下流側開口１４５とを有する。

【0042】

本実施形態では、縮径部１４は、非連続的に１段階で縮径した後、連続的に縮径している。具合的には、縮径部１４は、上流側開口１４４の径と内径が等しい上流部１４Ａと、上流部１４Ａよりも内径が小さい中間部１４Ｂと、テーパ状に縮径する下流部１４Ｃとを有する。なお、中間部１４Ｂ及び下流部１４Ｃの内径は、後述する凸部１４２Ａ及び凹部１４２Ｂを除いた部分の内径を意味する。

【0043】

上流部１４Ａには、浄化用部材２及び本体部３の一部が挿入されている。下流部１４Ｃには、配管１００の一部が挿入されている。

【0044】

周壁１４１は、上流部１４Ａを構成する大円筒部と、中間部１４Ｂを構成する中円筒部と、下流部１４Ｃを構成する円錐筒部と、大円筒部と中円筒部とを縮径部１４の径方向（つまり、縮径部１４の中心軸Ｐ１と直交する方向）に連結する円板部とから構成されている。

【0045】

内周面１４２は、凸部１４２Ａと凹部１４２Ｂとを有する。凸部１４２Ａは、中間部１４Ｂ及び下流部１４Ｃにおいて、縮径部１４の径方向外側に突出した部位である。凹部１４２Ｂは、中間部１４Ｂにおいて、凸部１４２Ａよりも上流側開口１４４に近い位置に凸部１４２Ａと連続して設けられている。凹部１４２Ｂは、凸部１４２Ａに対し縮径部１４の径方向に凹んでいる。

【0046】

なお、凹部１４２Ｂは、凸部１４２Ａに対し縮径部１４の径方向に凹んでいるが、中間部１４Ｂにおける凸部１４２Ａ及び凹部１４２Ｂ以外の部位よりも縮径部１４の径方向外側に位置する。また、凹部１４２Ｂは、上流部１４Ａと中間部１４Ｂとを連結する段差に連続するように設けられている。

【0047】

センサボス１４３は、周壁１４１に設けられた貫通孔に嵌るように配置されている。センサボス１４３の底部は、凸部１４２Ａの一部を構成している。センサボス１４３は、センサ５を縮径部１４に対し固定する。

【0048】

周壁１４１は、縮径部１４の中心軸Ｐ１を含む断面において、上流部１４Ａから下流部１４ＣにかけてＳ字状に湾曲することで、凸部１４２Ａ及び凹部１４２Ｂを形成している。また、縮径部１４の外側には、周壁１４１とセンサボス１４３とによって縮径部１４の中心軸Ｐ１と平行な方向に挟まれる断面Ｕ字状の空間が形成されている。

【0049】

上流側開口１４４は、本体部３の排出口３Ｂから排気ガスＧが流入するように構成されている。上流側開口１４４は、本体部３と接続されている。

【0050】

下流側開口１４５は、排気ガスＧを配管１００に排出するように構成されている。下流側開口１４５の径は、上流側開口１４４の径よりも小さい。下流側開口１４５は、上流側開口１４４において縮径部１４の中心軸Ｐ１と平行な方向から視て、上流側開口１４４と全体が重なるように配置されている。具体的には、縮径部１４の中心軸Ｐ１と平行な方向から視て、下流側開口１４５の中心は上流側開口１４４の中心と一致する。

【0051】

センサ５の先端５Ａは、縮径部１４の中心軸Ｐ１を含む断面において、凸部１４２Ａの最上流点Ｓ１と凸部１４２Ａの最下流点Ｓ２とを結ぶ仮想直線Ｌよりも縮径部１４の径方向内側に位置している。また、センサ５の先端５Ａは、下流側開口１４５において縮径部１４の中心軸Ｐ１と平行な方向から視て、下流側開口１４５よりも縮径部１４の径方向外側に位置している。

【0052】

本実施形態では、センサ５は、中心軸Ｐ２が縮径部１４の径方向と平行となる向きに配置されている。ただし、図６に示すように、センサ５は、中心軸Ｐ２が縮径部１４の径方向と交差する向きに配置されてもよい。図６においても、センサ５の先端５Ａは、縮径部１４の中心軸Ｐ１を含む断面において、凸部１４２Ａの最上流点Ｓ１と凸部１４２Ａの最下流点Ｓ２とを結ぶ仮想直線Ｌよりも縮径部１４の径方向内側に位置している。また、センサ５の先端５Ａは、下流側開口１４５において縮径部１４の中心軸Ｐ１と平行な方向から視て、下流側開口１４５よりも縮径部１４の径方向外側に位置している。

【0053】

［３．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、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

【0054】

（３ａ）上記実施形態の排気ガス浄化装置において、センサの先端は、縮径部の中心軸を含む断面において、凸部の最上流点と凸部の最下流点とを結ぶ仮想直線よりも縮径部の径方向外側に位置してもよい。

【0055】

（３ｂ）上記実施形態の排気ガス浄化装置において、センサの先端は、縮径部の中心軸と平行な方向から視て、下流側開口よりも縮径部の径方向内側に位置してもよい。

【0056】

（３ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。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、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の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。

【符号の説明】

【0057】

１…排気ガス浄化装置、２…浄化用部材、３…本体部、３Ａ…導入口、３Ｂ…排出口、
４…縮径部、４Ａ…上流部、４Ｂ…下流部、５…センサ、５Ａ…先端、
１１…排気ガス浄化装置、１４…縮径部、１４Ａ…上流部、１４Ｂ…中間部、
１４Ｃ…下流部、４１…周壁、４２…内周面、４２Ａ…凸部、４２Ｂ…凹部、
４３…センサボス、４４…上流側開口、４５…下流側開口、１００…配管、
１４１…周壁、１４２…内周面、１４２Ａ…凸部、１４２Ｂ…凹部、
１４３…センサボス、１４４…上流側開口、１４５…下流側開口。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】