JP6204617B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気流路に触媒が設けられた排気浄化装置に関する。

内燃機関から排出される排ガスを浄化する装置として、排気流路に触媒を配設した排気浄化装置が知られている。このような排気浄化装置においては、例えば排気流路における中央部の流速と比較して外周部の流速が低くなるなど、触媒に流入する排ガスの流速分布に偏りが生じてしまう問題があった。

このような問題を解決するために、触媒から流出した排ガスの流れの一部を阻害する阻害部材を触媒の下流側に設けることにより、触媒へ流入する排ガスの流速分布の偏りを軽減させるようにした排気浄化装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１４−１２２５９６号公報

前述した特許文献１に記載の構成は、中心軸方向から見た形状が真円状の触媒を前提としており、中心軸方向から見て触媒の形状を一回り小さく縮小した真円状の凹部で排ガスの流れの一部を阻害する。しかしながら、例えば楕円状など、中心軸方向から見て長手方向が規定される形状の触媒に対して特に好適な阻害部材については考慮されていなかった。

本発明の一側面においては、中心軸方向から見て長手方向が規定される形状の触媒を備える排気浄化装置において、触媒へ流入する排ガスの流速分布の偏りを軽減させる効果を高くすることが望ましい。

本発明の一側面は、排気浄化装置であって、排気流路に設けられ、排ガスを浄化する触媒と、排気流路に設けられ、排ガスの流れの一部を阻害することによって、触媒へ流入する排ガスの流速分布の偏りを軽減させる阻害部材と、を備える。阻害部材は、排気流路の上流側が凹んだ凹部と、触媒に対する所定の位置に凹部を支持する支持部とを有し、排ガスの流れの一部を凹部で阻害する。凹部は、当該凹部の中心軸方向から見て長手方向が規定される形状であって、その長手方向に沿った中心線である第１の凹部中心線及び第１の凹部中心線と直交する中心線である第２の凹部中心線のいずれを対称軸にしても線対称となる形状である。触媒は、当該触媒の中心軸方向から見て長手方向が規定される形状であって、その長手方向に沿った中心線である第１の触媒中心線及び第１の触媒中心線と直交する中心線である第２の触媒中心線のいずれを対称軸にしても線対称となる形状である。阻害部材は、触媒に対し、第１の凹部中心線と第１の触媒中心線とが互いに直交する向きに配置される。

このような構成によれば、中心軸方向から見て長手方向が規定される形状の触媒へ流入する排ガスの流速分布の偏りを軽減させる効果を高くすることができる。なお、上記構成でいう「直交」とは、厳密な角度が要求されるものではなく、効果が得られる範囲であればよい。

上記構成において、凹部は、凹部の中心軸方向から見て、第１の凹部中心線に沿った位置における凹部の幅が、中心に近いほど大きくなる形状であってもよい。このような構成によれば、例えば第１の凹部中心線に沿った位置における凹部の幅が一定である場合と比較して、触媒へ流入する排ガスの流速分布の偏りを軽減させる効果を高くすることができる。

上記構成において、触媒は、触媒の中心軸方向から見て、第１の触媒中心線に沿った位置における触媒の幅が、中心に近いほど大きくなる形状であってもよい。
上記構成において、阻害部材は、第１の凹部中心線に沿った凹部の長さが、第２の触媒中心線に沿った触媒の長さよりも短くてもよい。このような構成によれば、触媒における第２の触媒中心線に沿った方向の端部に、凹部により排ガスの流れが阻害されない隙間が形成される。このため、触媒へ流入する排ガスの流速分布の偏りを軽減しつつ、阻害部材を設けることによる圧力損失の上昇を抑制することができる。

上記構成において、阻害部材は、触媒よりも排気流路の下流側に配置されてもよい。このような構成によれば、触媒へ流入する排ガスの流速分布の偏りを軽減させるための何らかの部材を上流側に設ける必要が無い、又は、その必要性が低い。したがって、触媒へ流入する排ガスの温度低下を抑制しつつ、触媒へ流入する排ガスの流速分布の偏りを軽減することが可能となる。

上記構成において、阻害部材は、触媒よりも排気流路の上流側に配置されてもよい。このような構成によれば、阻害部材の凹部が、触媒へ流入する前の排ガスに直接作用するため、触媒へ流入する排ガスの流速分布を好適に調整しやすくすることができる。

第１実施形態の排気浄化装置の構成を示す断面図である。 図１におけるII−II断面図である。 図３Ａは第１実施形態の阻害部材を触媒側から見た斜視図、図３Ｂはその阻害部材を触媒側とは反対側から見た斜視図である。 図４Ａは第１実施形態の阻害部材の背面図、図４Ｂは図４ＡのIVＢ−IVＢ断面図、図４Ｃは図４ＡのIVＣ−IVＣ断面図である。 第２実施形態の排気浄化装置の構成を示す断面図である。

１００,２００…排気浄化装置、２…流路部材、２Ａ…第１の管部、２Ｂ…第２の管部、２Ｃ…第３の管部、２Ｄ…第４の管部、２Ｅ…第５の管部、３…触媒、４，５，６，７…中心線、１０…阻害部材、１１…凹部、１２…支持部、１１１…端部、１１２…底面、１１３…立ち上がり面、Ａ…中心軸。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
図１に示す排気浄化装置１００は、自動車の内燃機関（例えばガソリンエンジン）から排出された排ガスを浄化するための装置である。図１における矢印は、排ガスの流れる方向を示す。

排気浄化装置１００は、流路部材２と、触媒３と、阻害部材１０と、を備える。
流路部材２は、内燃機関から排出された排ガスを自動車の外部へ導くための排気流路の一部を形成する。流路部材２は、上流側から順に、第１の管部２Ａと、第２の管部２Ｂと、第３の管部２Ｃと、第４の管部２Ｄと、第５の管部２Ｅと、を備える。なお、これらは説明の便宜上の区分である。流路部材２を構成する部品の区分は、特に限定されない。

第１の管部２Ａは、直線状の円管部である。
第３の管部２Ｃは、第１の管部２Ａの中心軸Ａと同軸に設けられた直線状の楕円管部である。第３の管部２Ｃは、第１の管部２Ａには収容されない大きさの楕円柱状の触媒３を収容するために、少なくとも楕円の長軸に沿った内径が第１の管部２Ａの内径よりも大きく形成されている。第１の管部２Ａと第３の管部２Ｃとは、排気流路の内径を徐々に拡大するための拡径流路を形成する第２の管部２Ｂによって、なだらかに連結されている。

第５の管部２Ｅは、第３の管部２Ｃの中心軸Ａと同軸に設けられた直線状の円管部である。第５の管部２Ｅは、その内径が、少なくとも第３の管部２Ｃの楕円の長軸に沿った内径よりも小さく形成されている。この例では、第１の管部２Ａと第５の管部２Ｅとは、内径が同じである。第３の管部２Ｃと第５の管部２Ｅとは、排気流路の内径を徐々に縮小するための縮径流路を形成する第４の管部２Ｄによって、なだらかに連結されている。

つまり、流路部材２は、触媒３の上流側に拡径流路を有し触媒３の下流側に縮径流路を有する排気流路を形成する。
触媒３は、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属を担持したセラミック製の担体である。担体は、外形が楕円柱状のフィルタであり、流入面（上流側端面）に流入した排ガスが流出面（下流側端面）から流出するように構成されている。排ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等は、触媒３を通過する際に、酸化反応又は酸化・還元反応により浄化される。触媒３は、第３の管部２Ｃの内側において、第３の管部２Ｃの中心軸Ａと同軸に設けられている。図２に示すように、触媒３は、中心軸Ａの方向から見た形状が楕円状であり、長手方向に沿った中心線（長軸）４と、中心線４と直交する短手方向に沿った中心線（短軸）５とのいずれを対称軸にしても線対称となる形状である。

阻害部材１０は、排気流路における触媒３の上流側及び下流側のうち下流側にのみ設けられている。
図３Ａ−３Ｂ，４Ａ−４Ｃに示すように、阻害部材１０は、凹部１１と、２つの支持部１２と、を備える。

凹部１１は、貫通孔の形成されていない容器状の部分であって、排気流路の上流側（触媒３の流出面に対向する側）が凹んでいる。凹部１１は、第３の管部２Ｃの内側において、触媒３の中心軸Ａと同軸に設けられている。また、凹部１１は、中心軸Ａの方向から見た形状が楕円状であり、その長手方向に沿った中心線（長軸）６と、中心線６と直交する短手方向に沿った中心線（短軸）７とのいずれを対称軸にしても線対称となる形状である。凹部１１の外縁部には、排気流路の上流側へ立ち上がるように屈曲した端部１１１が形成されている。換言すれば、凹部１１を形成する面における端部１１１の外縁部には、底面１１２に対して立ち上がった立ち上がり面１１３が形成されている。立ち上がり面１１３は、底面１１２と比較して、中心軸Ａに沿った直線に対する角度が小さい。

２つの支持部１２は、帯状の板がＬ字状に折り曲げられた形状の部分であって、凹部１１の長手方向両端位置にそれぞれ設けられている。支持部１２における折曲部よりも先端側の外面は、第３の管部２Ｃの内周面の形状に対応した曲面状（中心軸Ａの方向から見た形状が楕円の一部である円弧状）に設計され、第３の管部２Ｃの内周面に溶接等で接合される。なお、本実施形態では、面の向きが中心軸Ａに平行なＬ字状の支持部１２を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば、中心軸Ａと交わる（例えば直交する）向きに面が形成された構成であってもよい。

支持部１２は、触媒３に対する所定の位置（本実施形態では、触媒３の流出面中央部と対向する位置）に凹部１１を支持する機能を有する。具体的には、図１に示すように、凹部１１は、中心軸Ａに沿った位置が、触媒３の流出面に対して所定の間隔を空けた位置となるように配置される。また、図２に示すように、凹部１１は、中心軸Ａの方向から見て、触媒３に対し、それぞれの長手方向に沿った中心線（中心線６及び中心線４）が互いに直交する向きに配置されている。特に本実施形態では、中心軸Ａの方向から見て、凹部１１の短手方向に沿った中心線７が触媒３の長手方向に沿った中心線４と重なり、凹部１１の長手方向に沿った中心線６が触媒３の短手方向に沿った中心線５と重なるように、凹部１１が配置されている。

また、中心線６に沿った凹部１１の長さ（長径）は、中心線５に沿った触媒３の長さ（短径）よりも短い。つまり、凹部１１は、中心軸Ａの方向から見て、触媒３の流出面全域を覆う大きさではなく、その一部を覆う大きさである。そして、中心線６に沿った方向の凹部１１の両外側には、中心線５に沿った方向の触媒３の端部を通過する排ガスの流れが凹部１１によって阻害されない隙間が形成されている。なお、阻害部材１０を構成する凹部１１及び支持部１２は、説明の便宜上の区分であり、阻害部材１０を構成する部品の区分は特に限定されない。例えば、１枚の金属製の板材をプレス加工及び曲げ加工して凹部１１の半分及び１つの支持部１２を形成し、この部品を２つ合わせて溶接することにより、阻害部材１０を製造してもよい。また、例えば、１枚の金属製の板材をプレス加工及び曲げ加工して、凹部及び支持部を一体成形することにより、阻害部材を製造してもよい。

以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（Ａ１）排気浄化装置１００において、阻害部材１０（具体的には凹部１１）は、触媒３に対し、それぞれの長手方向に沿った中心線（中心線６及び中心線４）が互いに直交する向きに配置されている。したがって、排気浄化装置１００によれば、中心軸Ａの方向から見た形状が楕円状の触媒３へ流入する排ガスの流速分布の偏りを軽減させる効果を高くすることができる。

すなわち、例えば、凹部１１が、触媒３に対し、それぞれの長手方向に沿った中心線が平行（重なる場合も含む。）となる向きに配置されている場合、触媒３へ流入する排ガスの流量が、触媒３の短手方向（短軸方向）に偏りやすい。つまり、前述した特許文献１に記載の構成と同様の発想で、中心軸Ａの方向から見て触媒３の形状を一回り小さく縮小した楕円状の凹部１１で排ガスの流れの一部を阻害するように構成しても、触媒３へ流入する排ガスの流速分布の偏りは効果的に軽減されない。これは、長手方向が規定される触媒３の場合、排ガスが流入する排気流路の中心から近いほど排ガスの流量が大きくなりやすく、逆に排気流路の中心から遠いほど排ガスの流量が小さくなりやすいからであると考えられる。

これに対し、本実施形態の排気浄化装置１００では、触媒３の短手方向である中心線５と凹部１１の長手方向である中心線６とが重なるように凹部１１が配置されている。このため、排気浄化装置１００では、触媒３の長手方向（長軸方向）と比較して排ガスの流量が大きくなりやすい短手方向（短軸方向）において排ガスの流れが阻害されやすくなる。したがって、排気浄化装置１００によれば、触媒３へ流入する排ガスの流速分布の偏りを軽減させる効果を高くすることができる。なお、このような効果は、中心線６と中心線４とが互いに直交する向きに配置されることに起因して得られるが、直交の程度は厳密である必要はなく、効果が得られる範囲であればよい。

（Ａ２）凹部１１は、中心軸Ａの方向から見た形状が楕円状であり、中心線６に沿った位置における凹部１１の幅が、中心に近いほど大きくなる形状である。したがって、例えば凹部の幅が一定である構成と比較して、排気流路における外周部に比べて排ガスの流量が大きくなりやすい中央部の流れがより阻害され、触媒３へ流入する排ガスの流速分布の偏りを軽減させる効果を高くすることができる。

（Ａ３）阻害部材１０は、中心線６に沿った凹部１１の長さが、中心線５に沿った触媒３の長さよりも短い。したがって、触媒３における中心線５に沿った方向の端部に、凹部１１により排ガスの流れが阻害されない隙間が形成される。このため、触媒３へ流入する排ガスの流速分布の偏りを軽減しつつ、阻害部材１０を設けることによる圧力損失の上昇を抑制することができる。

（Ａ４）阻害部材１０は、触媒３よりも排気流路の下流側に配置される。したがって、触媒３へ流入する排ガスの流速分布の偏りを軽減させるための何らかの部材を上流側に設ける必要が無い。よって、触媒３へ流入する排ガスの温度低下を抑制しつつ、触媒３へ流入する排ガスの流速分布の偏りを軽減することが可能となる。

［第２実施形態］
図５に示すように、第２実施形態の排気浄化装置２００は、基本的な構成は第１実施形態の排気浄化装置１００と同様であり、前述した阻害部材１０が、排気流路における触媒３の上流側及び下流側のうち上流側にのみ設けられている点で相違する。その他の構成は同様であるため、説明を省略する。

排気浄化装置２００において、凹部１１は、中心軸Ａに沿った位置が、触媒３の流入面に対して所定の間隔を空けた位置となるように配置される。具体的には、凹部１１は、触媒３の上流側において、凹んだ側の面が排気流路の上流側を向くように配置される。なお、中心軸Ａの方向から見た凹部１１の位置は第１実施形態と同様であり、触媒３に対し、それぞれの長手方向に沿った中心線（中心線６及び中心線４）が互いに直交する向きに配置されている。

以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（Ａ１）−（Ａ３）に加え、以下の効果が得られる。
（Ｂ１）阻害部材１０は、触媒３よりも排気流路の上流側に配置される。したがって、阻害部材１０の凹部１１が、触媒３へ流入する前の排ガスに直接作用するため、触媒３へ流入する排ガスの流速分布を好適に調整しやすくすることができる。

なお、上記各実施形態では、中心線４が第１の触媒中心線の一例に相当し、中心線５が第２の触媒中心線の一例に相当し、中心線６が第１の凹部中心線の一例に相当し、中心線７が第２の凹部中心線の一例に相当する。

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、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。

（Ｃ１）上記各実施形態の流路部材２は一例であり、これに限定されない。例えば、第１の管部２Ａ、第３の管部２Ｃ及び第５の管部２Ｅのうち少なくとも１つが、残りの少なくとも１つと中心軸が重ならないように配置されていてもよい。また例えば、第１の管部２Ａと第５の管部２Ｅとは、内径が異なっていてもよい。また例えば、第１の管部２Ａ及び第５の管部２Ｅの断面形状は円形状に限定されるものではなく、例えば楕円状や多角形状などであってもよい。

（Ｃ２）上記各実施形態では、触媒３として、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属が担持されたセラミック製の三元触媒を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、金属製の触媒を用いてもよい。また、ディーゼルパティキュレートフィルタ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ：ＤＰＦ）や、選択還元触媒（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：ＳＣＲ）などのように、三元触媒以外の触媒及びフィルタを用いてもよい。

（Ｃ３）上記各実施形態では、中心軸Ａの方向から見た形状が楕円状の触媒３を例示したが、これに限定されるものではない。触媒は、その中心軸方向から見て長手方向が規定される形状であって、その長手方向に沿った中心線及びそれに直交する中心線のいずれを対称軸にしても線対称となる形状であればよく、例えば長方形状又はひし形状などであってもよい。

（Ｃ４）上記各実施形態では、中心軸Ａの方向から見た形状が楕円状の凹部１１を例示したが、これに限定されるものではない。凹部は、その中心軸方向から見て長手方向が規定される形状であって、その長手方向に沿った中心線及びそれに直交する中心線のいずれを対称軸にしても線対称となる形状であればよく、例えば長方形状又はひし形状などであってもよい。また凹部１１の凹み形状も、上記実施形態の形状に限定されない。

（Ｃ５）上記各実施形態では、触媒３に流入した排ガスの流速分布が中央部に偏ることを前提として、触媒３における流出面中央部から流出した排ガスが衝突する位置に凹部１１が設けられた構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、触媒３の上流側及び下流側のうち少なくとも一方の排気流路がカーブ又は偏心している場合など、触媒３の中心軸Ａに沿った方向とは異なる方向から触媒３の上流側へ排ガスが供給される構成においては、触媒３に流入した排ガスの流速分布が中央部以外の部分に偏り得る。このような構成においては、その偏りが生じる位置（排ガスの流速が高い位置）に凹部１１を設けるようにしてもよい。つまり、触媒３の中心軸Ａからずれた位置に凹部１１が支持されるようにしてもよい。なお、凹部１１の位置が異なっても、凹部１１自体は共通の設計にすることが可能である。

（Ｃ６）上記各実施形態では、排気流路における触媒３の下流側のみ又は上流側のみに阻害部材１０が設けられている構成を例示したが、これに限定されるものではなく、触媒３の下流側及び上流側の両方に阻害部材１０が設けられていてもよい。

（Ｃ７）上記各実施形態における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、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略してもよい。また、上記各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発明の実施形態である。

Claims (7)

1. 排気流路に設けられ、排ガスを浄化する触媒と、
   前記排気流路に設けられ、排ガスの流れの一部を阻害することによって、前記触媒へ流入する排ガスの流速分布の偏りを軽減させる阻害部材と、
   を備え、
   前記阻害部材は、前記排気流路の上流側が凹んだ凹部と、前記触媒に対する所定の位置に前記凹部を支持する支持部とを有し、排ガスの流れの一部を前記凹部で阻害し、
   前記凹部は、前記凹部の中心軸方向から見て長手方向が規定される形状であって、その長手方向に沿った中心線である第１の凹部中心線及び前記第１の凹部中心線と直交する中心線である第２の凹部中心線のいずれを対称軸にしても線対称となる形状であり、
   前記触媒は、前記触媒の中心軸方向から見て長手方向が規定される形状であって、その長手方向に沿った中心線である第１の触媒中心線及び前記第１の触媒中心線と直交する中心線である第２の触媒中心線のいずれを対称軸にしても線対称となる形状であり、
   前記阻害部材は、前記触媒に対し、前記第１の凹部中心線と前記第１の触媒中心線とが互いに直交する向きに配置される、排気浄化装置。
2. 請求項１に記載の排気浄化装置であって、
   前記凹部は、前記凹部の中心軸方向から見て、前記第１の凹部中心線に沿った位置における前記凹部の幅が、中心に近いほど大きくなる形状である、排気浄化装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の排気浄化装置であって、
   前記触媒は、前記触媒の中心軸方向から見て、前記第１の触媒中心線に沿った位置における前記触媒の幅が、中心に近いほど大きくなる形状である、排気浄化装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の排気浄化装置であって、
   前記阻害部材は、前記第１の凹部中心線に沿った前記凹部の長さが、前記第２の触媒中心線に沿った前記触媒の長さよりも短い、排気浄化装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の排気浄化装置であって、
   前記阻害部材は、前記触媒よりも前記排気流路の下流側に配置される、排気浄化装置。
6. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の排気浄化装置であって、
   前記阻害部材は、前記触媒よりも前記排気流路の上流側に配置される、排気浄化装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の排気浄化装置であって、
   前記凹部は、貫通孔が形成されていない、排気浄化装置。

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