特許 7509976 排気系部品

(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】2024-06-24

(45)【発行日】2024-07-02

(54)【発明の名称】排気系部品

(51)【国際特許分類】

   F01N 13/00 20100101AFI20240625BHJP

   F01N 3/00 20060101ALI20240625BHJP

   F02D 35/00 20060101ALI20240625BHJP

【ＦＩ】

F01N13/00 A ZAB

F01N3/00 F

F02D35/00 368E

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023143010

(22)【出願日】2023-09-04

(65)【公開番号】P2024068623

(43)【公開日】2024-05-20

【審査請求日】2023-10-23

(31)【優先権主張番号】P 2022178970

(32)【優先日】2022-11-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】浅井 竜司

【審査官】小林 勝広

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－０１９７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許発明第４２２４２５１（ＤＥ，Ｃ１）

【文献】国際公開第２０１７／１８７６３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１５９２７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ １／００－ ３／００、 ３／０２、 ３／０４－９９／００

Ｆ０２Ｄ ３５／００

Ｆ１６Ｌ ５５／００、５５／０７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の排気ガスが流れるように構成された管体と、
前記管体に取り付けられたセンサボスと、
を備え、
前記管体は、
前記排気ガスの流れ方向と交差する外面を有する傾斜部と、
前記管体のうち前記傾斜部を含む領域に設けられたボス挿入孔と、
を有し、
前記センサボスは、
前記ボス挿入孔に挿入された筒状のボス本体と、
前記ボス本体の外周面から前記ボス本体の径方向外側に突出すると共に、前記管体の外側に配置された突出部と、
を有し、
前記突出部は、前記ボス本体の前記排気ガスの流れ方向における第１端部から前記ボス本体の周方向に沿って延伸すると共に、前記ボス本体の前記排気ガスの流れ方向における前記第１端部とは反対の第２端部には到達せず、
前記突出部の延伸方向は、前記ボス本体の中心軸と直交する仮想面に対し傾斜する、排気系部品。

【請求項2】

請求項１に記載の排気系部品であって、
前記ボス本体の中心軸は、前記排気ガスの流れ方向と直交する仮想面と交差する、排気系部品。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の排気系部品であって、
前記突出部は、前記ボス挿入孔の縁に接触する、排気系部品。

【請求項4】

請求項１又は請求項２に記載の排気系部品であって、
前記管体の内部に配置された浄化用部材をさらに備え、
前記ボス挿入孔は、前記排気ガスの流れ方向において、前記浄化用部材の上流又は下流に配置される、排気系部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、排気系部品に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関の排気ガスが流れる排気系部品には、排気ガスの成分を確認するためのセンサが配置される。このセンサは、センサボスを介して排気系部品の管体に取り付けられる（特許文献１参照）。

【0003】

センサボスは、センサの取付場所（つまり測定場所）における管体の形状に合わせて設計される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２１－１３４７６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

センサの取付場所が管体のテーパ部や段差部のような流れ方向と交差する外面を含む場合、センサの取付場所に合わせたセンサボスが必要となる。そのため、排気系部品ごとに専用のセンサボスを用意する必要があり、排気系部品の製造コストが増加する。

【0006】

本開示の一局面は、センサボスを共通化できる排気系部品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が流れるように構成された管体と、管体に取り付けられたセンサボスと、を備える排気系部品である。管体は、排気ガスの流れ方向と交差する外面を有する傾斜部と、管体のうち傾斜部を含む領域に設けられたボス挿入孔と、を有する。

【0008】

センサボスは、ボス挿入孔に挿入された筒状のボス本体と、ボス本体の外周面からボス本体の径方向外側に突出すると共に、管体の外側に配置された突出部と、を有する。突出部は、ボス本体の排気ガスの流れ方向における第１端部からボス本体の周方向に沿って延伸すると共に、ボス本体の排気ガスの流れ方向における第１端部とは反対の第２端部には到達しない。突出部の延伸方向は、ボス本体の中心軸と直交する仮想面に対し傾斜する。

【0009】

このような構成によれば、突出部をボス挿入孔の縁に接触させながらセンサボスをボス挿入孔に挿入することで、管体の傾斜部に対しセンサボスを位置決めできる。また、ボス本体のうち突出部が設けられていない部分において、ボス本体と管体との溶接方向が調整できる。そのため、傾斜部の形状を問わずセンサボスを傾斜部に取り付けることができる。その結果、センサが取り付けられる部位の形状が異なる排気系部品間で、センサボスを共通化できる。

【0010】

本開示の一態様では、ボス本体の中心軸は、排気ガスの流れ方向と直交する仮想面と交差してもよい。このような構成によれば、ボス本体のボス挿入孔への挿入が容易となる。

【0011】

本開示の一態様では、突出部は、ボス挿入孔の縁に接触してもよい。このような構成によれば、センサボスと管体とを接合しやすくできる。

【0012】

本開示の一態様は、管体の内部に配置された浄化用部材をさらに備えてもよい。ボス挿入孔は、排気ガスの流れ方向において、浄化用部材の上流又は下流に配置されてもよい。このような構成によれば、浄化用部材の上流又は下流における排気ガスの成分を監視することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、実施形態における排気系部品の模式図である。

【図2】図２Ａ及び図２Ｂは、図１の排気系部品におけるセンサボス周辺の模式的な部分拡大図である。

【図3】図３は、図２ＢのＩＩＩ－ＩＩＩ線での模式的な切断部端面図である。

【図4】図４Ａは、図２Ａのセンサボスの模式的な正面図であり、図４Ｂは、図２Ａのセンサボスの模式的な平面図である。

【図5】図５Ａは、図４Ａとは異なる実施形態におけるセンサボスの模式的な正面図であり、図５Ｂは、図４Ａとは異なる実施形態におけるセンサボスの模式的な部分切断部端面図である。

【図6】図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃは、図４Ａとは異なる実施形態におけるセンサボスの模式的な部分切断部端面図である。

【図7】図７は、図３とは異なる実施形態におけるセンサボス周辺の模式的な切断部端面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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に示す排気系部品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排気ガス浄化装置である。排気系部品１は、管体２と、上流接続部３と、下流接続部４と、第１浄化用部材５と、第２浄化用部材６と、センサボス７とを備える。

【0015】

排気系部品１が設けられる内燃機関は、特に限定されない。内燃機関としては、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。

【0016】

＜管体＞
管体２は、軸方向に沿って排気ガスＧが流れる円筒状の部材である。管体２は、第１筒部２１と、第２筒部２２と、傾斜部２３と、ボス挿入孔２４とを有する。

【0017】

第１筒部２１は、第２筒部２２よりも上流側に配置されている。第１筒部２１は、第１浄化用部材５を保持している。第２筒部２２は、第１筒部２１よりも内径が大きい。第２筒部２２は、第２浄化用部材６を保持している。

【0018】

傾斜部２３は、排気ガスＧの流れ方向（つまり管体２の軸方向）において第１筒部２１と第２筒部２２とを連結する円錐台状の筒体である。傾斜部２３は、排気ガスＧの流れ方向における下流（つまり第２筒部２２）に向かって直線的に拡径している。傾斜部２３は、排気ガスＧの流れ方向と交差する内面及び外面を有する。

【0019】

ボス挿入孔２４は、センサボス７が挿入された孔である。ボス挿入孔２４は、管体２のうち傾斜部２３を含む領域に設けられている。具体的には、ボス挿入孔２４は、第１筒部２１と、傾斜部２３とに跨って設けられている。

【0020】

つまり、ボス挿入孔２４は、傾斜部２３と、傾斜部２３よりも上流かつ外面が排気ガスＧの流れ方向と平行な部位とを含む領域に設けられている。また、ボス挿入孔２４は、排気ガスＧの流れ方向において、第１浄化用部材５の下流かつ第２浄化用部材６の上流に配置されている。

【0021】

＜上流接続部＞
上流接続部３は、排気ガス流路に管体２を接続する。上流接続部３は、第１筒部２１の上流端に連結されている。排気ガスＧは、上流接続部３から管体２に供給される。

【0022】

＜下流接続部＞
下流接続部４は、上流接続部３とは反対側において排気ガス流路に管体２を接続する。下流接続部４は、第２筒部２２の下流端に連結されている。排気ガスＧは、管体２から下流接続部４に排出される。

【0023】

＜浄化用部材＞
第１浄化用部材５は、第１筒部２１の内部に配置されている。第２浄化用部材６は、第２筒部２２の内部に配置されている。

【0024】

第１浄化用部材５及び第２浄化用部材６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。

【0025】

第１浄化用部材５及び第２浄化用部材６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）、ガソリン微粒子捕集トフィルター（ＧＰＦ）、ＮＯｘ吸着剤等が挙げられる。

【0026】

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及びＧＰＦ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。

【0027】

第１浄化用部材５と第２浄化用部材６とは、互いに種類が異なる浄化用部材である。また、第１浄化用部材５と第２浄化用部材６とは、互いに形状が異なる。ただし、第１浄化用部材５と第２浄化用部材６として、同じ種類の浄化用部材が用いられてもよい。

【0028】

傾斜部２３には、浄化用部材は配置されていない。つまり、排気ガスＧの流れ方向において、第１浄化用部材５と第２浄化用部材６との間には、浄化用部材が配置されない空間が存在する。ボス挿入孔２４は、この空間と管体２との外部とを連通している。

【0029】

＜センサボス＞
センサボス７は、排気ガスＧの測定対象成分（例えばＮＯｘ、ＰＭ等）の濃度、排気ガスの圧力等の排気ガスのパラメータを測定するためのセンサ（図示省略）を取り付けるための部品である。

【0030】

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、センサボス７は、管体２のボス挿入孔２４に取り付けられている。センサボス７は、ボス本体７１と、突出部７２とを有する。

【0031】

ボス本体７１は、ボス挿入孔２４に挿入された円筒状の部材である。ボス本体７１の外周面は、ボス挿入孔２４の縁に接触又は近接している。ボス本体７１の内部空間には、センサが挿入される。センサの先端部は、管体２の内部（具体的には傾斜部２３の内部）に配置される。

【0032】

ボス本体７１の中心軸Ｐは、排気ガスＧの流れ方向と直交する第１仮想面Ｓ１と角度αで交差している。つまり、ボス本体７１の中心軸Ｐは、排気ガスＧの流れ方向（つまり管体２の軸方向）と、管体２の径方向との双方に対し傾斜している。

【0033】

また、図３に示すように、ボス本体７１の内周面には、センサを取り付けるためのネジ部７１５が設けられている。ネジ部７１５は、ボス本体７１の軸方向全体に設けられている。

【0034】

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、突出部７２は、ボス本体７１の外周面からボス本体７１の径方向外側に突出した鍔状の部位である。突出部７２は、ボス本体７１の排気ガスＧの流れ方向上流の第１端部７１１から、ボス本体７１の周方向に沿って両側に延伸した凸条部で構成されている。

【0035】

突出部７２は、ボス本体７１の排気ガスＧの流れ方向における第１端部７１１とは反対の（つまり下流の）第２端部７１２には到達していない。図４Ａに示すように、突出部７２は、ボス本体７１の軸方向から視て、ボス本体７１の外周面のうち、ボス本体７１の中心軸Ｐよりも上流（つまり図４Ａにおける上方）の領域全体に設けられている。

【0036】

また、突出部７２の両端部は、ボス本体７１の外周面のうち、ボス本体７１の中心軸Ｐよりも下流の領域まで到達している。換言すれば、排気ガスＧの流れ方向におけるボス本体７１の中心軸Ｐよりも下流の領域には、ボス本体７１の軸方向において外径が一定の平滑部が設けられている。

【0037】

突出部７２は、ボス本体７１の中心軸Ｐを含み、かつ排気ガスＧの流れ方向と平行な第２仮想面Ｓ２に対し面対称な形状を有する。第２仮想面Ｓ２は、突出部７２の中心軸Ｐと中央部分７２１とを通る。

【0038】

したがって、突出部７２の両端部は、排気ガスＧの流れ方向において同じ位置に存在する。ボス本体７１の軸方向から視て、ボス本体７１の外周面のうち突出部７２が設けられている円弧部分の中心角度θは、１０°以上３５０°以下である。

【0039】

図４Ｂに示すように、突出部７２の延伸方向（つまり中心線Ｌ）は、ボス本体７１の中心軸Ｐと直交する第３仮想面Ｓ３に対し傾斜している。具体的には、突出部７２の中心線Ｌは、突出部７２のうちボス本体７１の第１端部７１１と重なる中央部分７２１が管体２の外側に向かって凸となるように滑らかに湾曲している。

【0040】

ただし、突出部７２の中心線Ｌは、中央部分７２１を底とするＶ字形状であってもよい。つまり、突出部７２の中心線Ｌは、直線と屈曲点とで構成されてもよい。

【0041】

中央部分７２１は、突出部７２のうち、ボス本体７１の軸方向においてボス本体７１の外端７１３に最も近接する部位である。中央部分７２１は、ボス挿入孔２４の最上点に接触する。

【0042】

ボス本体７１の外端７１３は、管体２の外側に配置される軸方向の端部である。突出部７２の延伸方向における両端部は、中央部分７２１よりもボス本体７１の内端７１４に近接している。ボス本体７１の内端７１４は、管体２の内側に配置される軸方向の端部である。

【0043】

図３に示すように、ボス本体７１の中心軸Ｐを含む断面において、突出部７２の突出端は、角を有しないように（例えば、半円弧状に）湾曲している。また、突出部７２の延伸方向と直交する方向における幅は、略一定であることが好ましい。突出部７２のボス本体７１の軸方向における厚みは、第１筒部２１の壁の厚みと同程度が好ましい。

【0044】

図２Ａに示すように、突出部７２は、ボス挿入孔２４の縁に管体２（具体的には第１筒部２１）の外側から接触している。突出部７２は、例えば溶接によって管体２の外周面に接合されている。

【0045】

本実施形態では、突出部７２は、突出部７２の軸方向（つまりボス本体７１の挿入方向）において、第１筒部２１（つまり、外面が排気ガスＧの流れ方向と平行な部位）のみに重なっており、傾斜部２３には重なっていない。

【0046】

＜センサボスの変形例＞
図５Ａに示すように、ボス本体７１は、平坦部７１６を有してもよい。平坦部７１６は、ボス本体７１の径方向と直交する面を有する部位である。図５Ａのボス本体７１は、円筒の一部を中心軸と平行な面で切り欠いた形状を有する。

【0047】

平坦部７１６は、ボス本体７１の第２端部７１２を含んでいる。突出部７２は、平坦部７１６には設けられていない。平坦部７１６によって、ボス本体７１のボス挿入孔２４に対する位置決めが容易となる。

【0048】

図５Ｂに示すように、ネジ部７１５は、ボス本体７１の軸方向の一部（具体的には、管体２の外側）のみに設けられてもよい。また、センサが取り付け可能であれば、ボス本体７１には、必ずしもネジ部７１５が設けられなくてもよい。

【0049】

図６Ａに示すように、突出部７２の突出端は、角を有してもよい。また、図６Ｂに示すように、突出部７２の突出端は、段差を有してもよい。さらに、図６Ｃに示すように、突出部７２は、ボス本体７１の外端７１３まで到達していてもよい。

【0050】

［１－２．作用］
以下、排気系部品１における管体２へのセンサボス７及びセンサの取り付け手順について説明する。

【0051】

まず、ボス本体７１の第１端部７１１が第２端部７１２よりも管体２の上流、かつ、内端７１４が管体２の内部に位置する向きで、センサボス７をボス挿入孔２４に挿入する。このとき、突出部７２がボス挿入孔２４の縁に接触するように、センサボス７を軸回転させながらボス挿入孔２４に挿入する。

【0052】

これにより、センサボス７の排気ガスＧの流れ方向における位置、ボス本体７１の軸方向における位置（つまり挿入位置）、及びセンサボス７の向き（つまりボス本体７１の中心軸Ｐ周りの回転角度）が決まる。

【0053】

センサボス７の挿入後、突出部７２と第１筒部２１の外周面とを溶接し、さらに、ボス本体７１の外周面と傾斜部２３の外周面とを溶接することで、センサボス７が管体２に取り付けられる。センサボス７の取り付け後、ボス本体７１にセンサを取り付ける。

【0054】

本実施形態では、例えば浄化用部材の変更によって傾斜部２３の形状（つまりテーパ角）が変化した場合、ボス本体７１の外周面と傾斜部２３の外周面との溶接位置を変えることでセンサボス７を管体２に取り付けることができる。そのため、傾斜部２３に合わせてセンサボス７の形状を変える必要がない。

【0055】

［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）突出部７２をボス挿入孔２４の縁に接触させながらセンサボス７をボス挿入孔２４に挿入することで、管体２の傾斜部２３に対しセンサボス７を位置決めできる。さらに、突出部７２によってセンサボス７の排気ガスＧと交差する方向の動きが抑制される。

【0056】

また、ボス本体７１のうち突出部７２が設けられていない部分において、ボス本体７１と管体２との溶接方向が調整できる。そのため、傾斜部２３の形状を問わずセンサボス７を傾斜部２３に取り付けることができる。その結果、センサが取り付けられる部位の形状が異なる排気系部品間で、センサボス７を共通化できる。

【0057】

（１ｂ）ボス本体７１の中心軸Ｐが第１仮想面Ｓ１と交差することで、ボス本体７１のボス挿入孔２４への挿入が容易となる。
（１ｃ）突出部７２がボス挿入孔２４の縁に接触することで、センサボス７と管体２とを接合しやすくできる。

【0058】

（１ｄ）ボス挿入孔２４が排気ガスＧの流れ方向において第１浄化用部材５の下流かつ第２浄化用部材６の上流に配置されることで、第１浄化用部材５の下流かつ第２浄化用部材６の上流における排気ガスＧの成分を監視することができる。

【0059】

［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。

【0060】

（２ａ）上記実施形態の排気系部品において、ボス本体の中心軸は、必ずしも第１仮想面と交差しなくてもよい。例えば、ボス本体の中心軸は、排気ガスの流れ方向と直交してもよい。

【0061】

（２ｂ）上記実施形態の排気系部品において、突出部は必ずしもボス挿入孔の縁に接触しなくてもよい。例えば、突出部は、センサボスの位置決め後にボス挿入孔の縁から離れてもよい。

【0062】

（２ｃ）上記実施形態の排気系部品において、ボス挿入孔は、必ずしも浄化用部材の上流又は下流に配置されなくてもよい。また、排気系部品は、必ずしも浄化用部材を備えなくてもよい。ボス挿入孔は、排気系部品の管体以外の部位（例えば、上流接続部、下流接続部等）に設けられてもよい。

【0063】

（２ｄ）上記実施形態の排気系部品において、傾斜部は、必ずしも直線的に拡径していなくてもよい。例えば、図７に示すように、外面が湾曲した傾斜部２３にボス挿入孔２４が設けられてもよい。図７では、ボス挿入孔２４は、傾斜部２３のみを含む領域に設けられている。

【0064】

また、傾斜部は、下流に向かって縮径する部位であってもよいし、外面が管体の径方向と平行に延伸する部位（つまり段差部）であってもよい。さらに、ボス挿入孔は、傾斜部と、傾斜部よりも下流の部位とを含む領域に設けられてもよい。

【0065】

（２ｅ）上記実施形態の排気系部品において、突出部の起点となる第１端部は、排気ガスの流れ方向における下流の端部であってもよい。つまり、突出部は、下流の端部からボス本体の周方向に沿って延伸すると共に、上流の端部に到達しない形状であってもよい。

【0066】

（２ｆ）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】

【0067】

１…排気系部品、２…管体、３…上流接続部、４…下流接続部、５…第１浄化用部材、
６…第２浄化用部材、７…センサボス、２１…第１筒部、２２…第２筒部、
２３…傾斜部、２４…ボス挿入孔、７１…ボス本体、７２…突出部、
７１１…第１端部、７１２…第２端部、７１３…外端、７１４…内端、
７１５…ネジ部、７１６…平坦部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】