排气装置的制作方法

本发明涉及设置于搭载有发动机的车辆上的排气装置，用于将搭载于车辆的发动机所排出的废气进行清洁之后向大气排放，其中，该车辆例如为普通车辆、搬运车辆，或者如液压挖掘机等行驶式工程机械。

背景技术：

以往，已知日本专利公开公报特开2014-163237号所公开的排气装置，该排气装置设置于搭载有发动机的车辆上。其中公开的装置具备对从发动机排出的废气进行清洁的后处理装置、将由该后处理装置处理之后的废气向大气排放的排气管、以及设置于该排气管的nox传感器。所述nox传感器用于检测向大气排放的废气的nox浓度，其检测结果被用于进行所述后处理装置的运转控制(例如，为了还原nox而喷射的尿素水的喷射量控制)，或者诊断该后处理装置的故障或老化的信息。

但是，所述nox传感器一般都不耐水。例如，对于通用的nox传感器而言，其具备包含氧化锆等陶瓷的传感部，如果水沾在所述陶瓷的表面，并直接在该表面上汽化，因为其汽化潜热而在该陶瓷上产生较大的热应力，甚至在最坏的情况下造成裂纹的发生。而且，该nox传感器设置在与大气相连通的排气管上，例如雨水或高压清洁用水有可能进入到该排气管内，并到达所述nox传感器。因此，该nox传感器的防水是很重要的课题。

针对该课题，所述日本专利公开公报特开2014-163237号所公开的排气管呈其上游端和下游端之间的中间部分比其它部分下沉的大致u字状，所述nox传感器设置在高度比该中间部分高的所述下游端上，因此能够有效地防止来自外部的雨水等水分沾在该nox传感器。然而，该排气管因为要使所述中间部分下沉变低，因此需要较长的管路和复杂的形状，由此造成装置的明显大型化及成本增加。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种排气装置，其设置于搭载有发动机的车辆上，在不会造成装置的明显大型化及成本增加的情况下，能够正常地检测用于废气后处理的废气中nox浓度。

本发明所涉及的排气装置，设置于搭载有发动机的车辆上，用于将从该发动机排出的废气进行后处理之后向大气排放其包括：后处理装置，连接于所述发动机，对从该发动机排出的废气进行后处理；排气管，具有连接于所述后处理装置的上游端和在比该上游端高的位置包围排气口的下游端；nox传感器，具备传感部，该传感部通过接触所述废气来生成关于该废气中的nox的浓度的检测信号，所述nox传感器以使该传感部位于所述排气管的内部的方式被该排气管支撑；以及防水壁，设置于所述排气管的内部，具有如下形状，即，保留用于允许所述废气从该排气管的所述上游端向所述nox传感器进入的废气入口但遮断该nox传感器和所述排气口。

根据本发明的上述结构，本发明所涉及的排气装置，在不会造成装置的明显大型化及成本增加的情况下，能够正常地检测废气的nox浓度。

附图说明

图1是表示作为本发明的实施方式所涉及的车辆的液压挖掘机的右侧视图。

图2是所述液压挖掘机的俯视图。

图3是表示所述液压挖掘机的上部回转体的后部的右侧视图。

图4是设置于所述上部回转体的后部的排气装置的俯视图。

图5是表示所述排气装置的排气管及由该排气管支撑的nox传感器的左侧视图。

图6是表示沿图5中vi-vi的剖面的图。

图7是放大了图6中用圈vii包围的部分的图。

图8是从下方观察所述排气管的立体图。

图9是放大了图8中用圈ix包围的部分的图。

具体实施方式

参照附图，对本发明的较佳实施方式进行说明。下面说明的是将本发明应用于行驶式工程机械的实施方式，具体为将本发明应用于如图1及图2所示的液压挖掘机1的实施方式，但是应用本发明的车辆并不限定于液压挖掘机。本发明例如可以广泛地应用于液压挖掘机以外的行驶式工程机械(破碎机、自主行驶式起重机等)、卡车等搬运车辆、普通车辆以及其它各种车辆。

如图1及图2所示，所述液压挖掘机1具备履带式的下部行驶体2、以可回转的方式搭载于下部行驶体2的上部回转体3、以可起伏的方式支撑于上部回转体3的作业附属装置(图中未示出)。上部回转体3包含设置于下部行驶体2的基座框架4以及设置于基座框架4的多个构成要素，其中，该多个构成要素包含座舱5、发动机6、配重7及排气装置8。在此，上部回转体3的前后方向及左右方向分别相当于从坐在座舱5内的驾驶席的驾驶员观察的前后方向及左右方向。

所述发动机6具有长边方向，该发动机以使该长边方向与所述上部回转体3的左右方向相一致的横向姿势，被搭载于所述基座框架4的后部。在该发动机6上连接有通过该发动机6的动力驱动的图中未示出的液压泵。

所述排气装置8将从所述发动机6排出的废气进行后处理(清洁处理)之后向大气排放。该排气装置8具备图中未示出的消音器、图3及图4所示的后处理装置10、图3至图6所示的排气管20、图4至图9所示的nox传感器30以及图6至图9所示的防水壁40。

所述后处理装置10用于进行所述后处理，具备相互串联配置的第1处理部11及第2处理部12，该第1及第2处理部11、12设置于架台9上，该架台9固定设置于所述基座框架4上。该架台9在所述第1及第2处理部11、12的下方形成收容空间，在该收容空间配置有后处理装置10以外的设备，例如所述液压泵。

所述第1处理部11通过图4所示的连接管16连接于所述发动机6，并直接接受从该发动机6排出的废气。该第1处理部11具备用于清洁废气的过滤器(柴油碳微粒滤清器：dieselparticulatefilter，以下称为dpf)。所述dpf有能力捕捉从所述发动机6排出的废气中所包含的煤烟等粉尘。此外，通过高温燃烧该dpf捕捉的所述粉尘，可以再生所述dpf。

所述第2处理部12配置于所述第1处理部11的下游侧，接受从该第1处理部11排出的废气。该第2处理部12构成所谓的尿素scr(选择性催化还原：selectivecatalyticreduction)系统。该尿素scr系统包含向所述废气中喷射尿素水的喷射器、以及配置于该喷射器的下游侧的scr用催化剂，其中，该scr用催化剂促进在高温下水解所述尿素水而产生的氨与所述废气中的氮氧化物(nox)的氧化还原反应，以使该氮氧化物无害化。

所述排气管20是所谓尾管(tailpipe)，形成用于使由所述第1及第2处理部11、12进行后处理之后的废气向大气排放的流路。具体而言，该排气管20具备直径大致固定的排气管主体22和凸缘部24。

所述凸缘部24构成所述排气管20的上游端，即构成与所述第2处理部12的出口相连接的端部。具体而言，所述第2处理部12具备沿上部回转体3的前后方向(图4中为左右方向)延伸的处理部主体12a、以及从该处理部主体12a的出口侧端部(图4中为左侧端部)向斜上方延伸的出口部12b，其中，在该出口部12b的端部形成有凸缘部14。另一方面，所述排气管20的凸缘部24具有如下形状，即，该凸缘部24的壁厚比所述排气管主体22厚，并且，比该排气管主体22的外周面更向外侧突出，能够通过图中省略的多个螺栓以可装拆的方式紧固连接于所述出口部12b的凸缘部14。

所述排气管主体22具有从所述凸缘部24向斜上方延伸的形状。该排气管主体22具有作为与所述凸缘部24相反侧的端部的下游端，该下游端在比该凸缘部24高的位置包围排气口25。在本实施方式中，该排气口25在所述上部回转体3的前后方向上朝后方开口，但是该排气口25的方向可自由设定。

所述nox传感器30具备传感部32、主体部34和传感器盖36，用于生成与所述废气中的nox浓度相对应的电信号即nox浓度检测信号。

所述传感部32通过接触所述废气来生成所述nox浓度检测信号。该传感部32例如包括氧化锆(zro2)固体电解质的层叠结构体。因此，该传感部32不耐水，为了维持其正常的工作，必须防止水沾在该传感部32的表面。

所述主体部34是用于支撑所述传感部32，并被所述排气管20支撑的部位。该主体部34具有圆筒状的外周面，在该外周面的特定部位刻有外螺纹，在该外螺纹上安装如图5至图8所示的传感器用螺母38。

所述传感器盖36位于比所述传感部32更靠nox传感器30的顶端侧，用于覆盖该传感部32。具体而言，如图7及图9所示，该传感器盖36一体地具备：周壁36a，呈圆筒状，具有比所述主体部34的外径小的外径；以及端壁36b，堵塞该周壁36a的顶端侧的开口，其中，在所述周壁36a的靠近顶端侧的部位形成有多个通孔36c，该通孔36c允许废气从所述传感器盖36的外部进入到内部。

所述nox传感器30以使所述传感部32与所述排气管20的内部相连通的方式被该排气管20支撑。具体而言，该nox传感器30以使比所述传感部32更靠顶端侧的所述传感器盖36位于比该传感部32更下侧的姿势，即朝下的姿势(本实施方式中为向斜下方的姿势)被所述排气管20支撑。这是为了防止因为结露而沾在所述传感器盖36的表面(特别是内侧面)的水在汽化之前到达所述传感部32。

所述排气管20具备用于支撑所述nox传感器30的传感器支撑部26，该传感器支撑部26形成在如上所述的具有厚壁的凸缘部24上。该传感器支撑部26呈包围传感器插入孔27的圆筒状。所述传感器插入孔27具有能让所述nox传感器30的主体部34以使所述传感器盖36位于下方的姿势从外侧压入到该传感器插入孔27的孔径，在该主体部34被压入的状态下，通过将所述传感器用螺母38安装到该主体部34的外螺纹，来决定所述nox传感器30的安装位置。该安装位置被设定为，使所述nox传感器30的至少所述传感部32及传感器盖36面对排气管20的内部。所述传感器插入孔27的轴心的方向，换言之，被所述传感器支撑部26支撑的所述nox传感器30的中心轴的方向，被设定为相对于所述排气管20的中心轴略倾斜的方向。

可以适当地选择用于构成所述排气管20及所述nox传感器30的主体部34、传感器盖36的材料。优选的是，所述排气管20之中至少所述传感器支撑部26和nox传感器30之中被所述传感器支撑部26支撑的部分(本实施方式中为所述主体部34)由线膨胀系数相同的材料(例如，相同的不锈钢钢材)构成。由此，能够防止因该线膨胀系数的差异而引起的所述传感器支撑部26支撑所述nox传感器30的力过分或不足的情况发生。具体而言，能够防止如下情况的发生，即：所述传感器支撑部26的传感器插入孔27的径向膨胀超过所述主体部34的径向膨胀，从而该传感器支撑部26支撑该主体部34的力降低；相反地，主体部34的径向膨胀超过该传感器插入孔27的径向膨胀，从而在该主体部34上发生过大的应力。

所述防水壁40设置于所述排气管20的内部，具有如下形状，即，该防水壁40保留用于允许废气从该排气管20的上游端向所述nox传感器30进入的废气入口，并且遮断从该nox传感器30到位于该nox传感器30的上侧的(所述排气管20的)排气口25之间。具体而言，该防水壁40具有如下形状，即，该防水壁40连接于所述排气管20的凸缘部24，并与该凸缘部24一起界定位于所述nox传感器30的周围的废气进入空间46。该防水壁40具备用于包围向下方敞开的开口41的下端42，比该下端42靠向上侧的部分具有从上侧及排气管20的径向内侧(图7中为左侧，图9中为右侧)覆盖所述nox传感器30的形状。

在本实施方式中，所述下端42从下方观察呈包围所述nox传感器30的顶端部的大致半圆状。由该下端42界定的所述开口41相当于废气入口，允许废气通过该开口41从所述废气进入空间46的下方进入到该废气进入空间46内。

在比所述下端42靠向上侧的部分由相互接连的上侧壁43和下侧壁44构成。

所述上侧壁43具有与所述凸缘部24的内侧面一体地连接的末端，从斜上侧覆盖(即，从上侧及排气管20的径向内侧覆盖)所述nox传感器30周围的所述废气进入空间46，从而遮断该nox传感器30的顶端部(主要是传感器盖36)和所述排气口25。具体而言，本实施方式所涉及的上侧壁43大致呈圆锥状，其位于所述nox传感器30的顶端部的斜上方，并从下方观察约180。的范围内连续地覆盖该nox传感器30。

所述下侧壁44大致呈圆筒状，具有与所述上侧壁43的下端一体地连接的上端和相当于整个防水壁40的下端42的下端。该下侧壁44在从下方观察约180°的范围内，从所述排气管20的径向内侧覆盖所述废气进入空间46。

所述防水壁40可以与所述排气管20一起由单一的铸件构成。由此，能够减少部件的数量，例如与该防水壁40和该排气管20分别由不同的部件构成之后相接合(例如焊接)时相比，在高温下也能够保持高强度。

所述防水壁40还进一步具有使通过作为废气入口的所述开口41进入到所述废气进入空间46内的废气排出到该防水壁40的外侧的废气出口，该废气出口位于与所述开口41不同的位置。具体而言，在所述下端42上沿着周向排列的多个位置(本实施方式中在两个位置)分别形成有从该下端42向上方割开的形状的切口部48，各切口部48构成使防水壁40的内外相连通的所述废气出口。即，如图9中的箭头所示，废气通过由所述下端42界定的开口41进入到所述废气进入空间46后，再通过形成于该下端42的各切口部48排出到所述防水壁40外侧的排气管内的空间。

通过采用以上说明的排气装置，所述防水壁40可以防止从所述排气口25进入的水(例如为雨水或高压清洁用水)到达排气管20内的nox传感器30的顶端部，并且，允许来自下方的废气通过由该防水壁40的下端42界定的开口(废气入口)41到达nox传感器30的顶端部，从而能够由该nox传感器30正常地检测所述废气中的nox浓度。这样，为了实现所述nox传感器30的防水，不必具备例如专利文献1所示的较长且复杂形状的排气管，由此能够有效地抑制装置的大型化及成本的增大。

本发明并不限定于如上说明的实施方式。本发明例如可以包括如下方式。

a)关于防水壁的基本形状

本发明所涉及的防水壁至少遮断排气管的排气口与存在于该排气管内的nox传感器部分即可，在该范围内，可以自由设定该防水壁的形状。例如，该防水壁也可以由用于所述遮断的单纯的平板构成。但是，在防水壁具有像上述实施方式的防水壁40那样的形状时，能够允许废气进入到所述废气进入空间46，并且更可靠地实现nox传感器30的防水，即，上述实施方式的防水壁40连接于排气管20，并与该排气管20一起界定位于所述nox传感器30的周围的废气进入空间46，而且，具有包围开口(废气入口)41的下端42，该开口41允许所述废气从该废气进入空间46的下方进入到该废气进入空间46，并且，该防水壁40在比该下端靠向上侧的位置包围所述废气进入空间。

特别是，如图7所示的上侧壁43及下侧壁44那样，在从上侧及排气管20的径向内侧覆盖所述废气进入空间46时，不仅能够防止通过排气口25进入到所述排气管20内部的水分直接到达nox传感器30，还能够防止该水分进入到排气管20内部之后在排气管20的内侧面发生飞溅而到达nox传感器30，由此具有能更可靠地实现该nox传感器30的防水的优点。

b)关于防水壁的废气出口

本发明所涉及的防水壁至少形成有废气入口即可。也就是，本发明还包含不具备废气出口的防水壁，即，通过同一开口对废气进入空间进行废气的供给和排出。但是，在此情况下，进入到废气进入空间的废气容易滞留在该空间内，而在形成有与该废气入口不同的废气出口的情况下，可通过该废气进入空间促进废气的流动，具有可提高nox传感器的检测精度及感应性的优点。

该废气出口的位置并无特别限定，例如，也可以由形成在比防水壁的下端靠向上侧的部分的贯通孔来构成废气出口。但是，如图7所示，由形成在防水壁40的下端42的切口部48来构成废气出口，将该废气出口的位置设定于最下端的情况下，具有能够更有效地抑制水分通过该废气出口到达nox传感器30的优点。

此外，所述废气出口也可以通过不同于所述排气管20的副排气管与大气(即，排气装置的外部)相连通。这样，能更有效地促进废气从所述废气进入空间排出，进一步提高检测精度及响应性。在此情况下，优选的是所述副排气管的顶端朝下或朝斜下方，这样能够更可靠地防止水通过该副排气管进入到所述废气进入空间。

c)关于nox传感器的位置

nox传感器的位置也可以自由设定，例如也可以由排气管的中间部分支撑nox传感器。但是，在由排气管的上游端支撑该nox传感器的情况下，所述nox传感器远离由该排气管的下游端所包围的排气口，更可靠地实现防水，而且，通过在排气管内降低废气的流速之前让该废气与所述nox传感器接触，从而可有效地抑制该废气滞留在该nox传感器的周围，具有能够提高nox浓度的检测精度及响应性的优点。特别是，如上述实施方式，在排气管20的上游端构成厚壁的凸缘部24的情况下，其优点在于：通过利用该凸缘部24的壁厚，在不会造成该排气管20明显大型化的情况下，能够构成以足够的强度支撑nox传感器30的传感器支撑部26。

d)关于排气管的形状

本发明涉及的排气管的形状可以自由设定。如上所述，nox传感器的防水由防水壁来实现，因此，为了实现该防水而限制排气管的形状的因素非常少。例如，该排气管可以包含从后处理装置向水平方向延伸的部分，或者，也可以具有从后处理装置的上部向正上方延伸的形状。不管是哪一种情况，通过使由排气管的下游端界定的排气口的位置比上游端高，从而既能顺畅地排气，又能通过防水壁来阻止水通过该排气口向nox传感器进入，从而保证该n0x传感器正常地检测nox浓度。

e)关于后处理装置

本发明涉及的后处理装置是对废气进行后处理的装置，包含用于进行与由nox传感器检测出的nox浓度相关的处理的装置。例如，该后处理装置也可以不包含所述dpf。此外，也并不限定检测出的nox浓度作为信息的用途。该nox浓度既可以用于scr系统的尿素水喷出量的控制，又可以用于诊断构成后处理装置的要素的故障或老化。

如上所述，本发明提供一种排气装置，其设置于搭载有发动机的车辆上，用于将从该发动机排出的废气进行后处理之后向大气排放，该排气装置在不会造成装置的明显大型化及成本增加的情况下，能够正常地检测用于废气后处理的废气中nox浓度。

本发明提供的装置包括：后处理装置，连接于所述发动机，对从该发动机排出的废气进行后处理；排气管，具有连接于所述后处理装置的上游端和在比该上游端高的位置包围排气口的下游端；nox传感器，具备传感部，该传感部通过接触所述废气来生成关于该废气中的nox的浓度的检测信号，所述nox传感器以使该传感部位于所述排气管的内部的方式被该排气管支撑；以及防水壁，设置于所述排气管的内部，具有如下形状，即，保留用于允许所述废气从该排气管的所述上游端向所述nox传感器进入的废气入口但遮断该nox传感器和所述排气口。

通过该装置，在不会造成所述排气管变长或形状复杂化的情况下，可以有效地抑制水分沾在所述nox传感器，能够由该nox传感器正常地检测nox浓度。即，该装置中包括的所述防水壁具有如下形状，即，允许所述废气从该排气管的所述上游端向所述nox传感器进入，并且遮断该nox传感器和所述排气口，因此，即使所述排气管具有单纯的形状，例如，具有从上游端向下游端的排气口一直朝上方(包含向斜上方)延伸的单纯的形状，也能够有效地抑制通过该排气口进入到排气管内的水分沾在所述nox传感器，而且，允许废气通过所述废气入口进入并接触到所述nox传感器，从而能够由该nox传感器正常地检测该废气中的nox的浓度。

优选的是，所述防水壁例如具有如下形状，即，该防水壁连接于所述排气管，并与该排气管一起界定位于所述nox传感器的周围的废气进入空间，所述防水壁具备用于包围作为所述废气入口的开口的下端，该开口允许所述废气从所述废气进入空间的下方进入到该废气进入空间内，并且，所述防水壁在比该下端靠向上侧的位置包围所述废气进入空间。根据该形状，在允许所述废气通过作为废气入口的所述开口向所述nox传感器进入的情况下，能更可靠地防止进入到所述排气管内的水分沾在所述nox传感器。

在此情况下，优选的是所述防水壁具备从所述排气管的径向内侧覆盖所述废气进入空间的部分。通过该部分，也可以防止进入到所述排气管内的水分在该排气管的内侧面发生飞溅而到达所述nox传感器，由此更可靠地实现该nox传感器的防水。

所述防水壁可以与所述排气管一起由单一的铸件构成。由此，能够减少部件的数量，例如与该防水壁和该排气管分别由不同的部件构成时相比，在高温下也能够保持高强度。

此外，优选的是，所述防水壁还具有形成有废气出口的形状，该废气出口位于与所述废气入口不同的位置，使通过所述废气入口进入到所述废气进入空间内的废气排出到该防水壁的外侧。该废气出口能够促进废气在所述废气进入空间中的流动，从而提高nox浓度的检测精度。

从防水的角度而言，优选将所述废气出口设置于尽量低的位置。例如，在具备所述下端，用于包围作为所述废气入口的所述开口的情况下，所述防水壁优选具备切口部，该切口部以向上方拱起的方式形成于所述下端，该切口部形成所述废气出口。

优选的是，在所述nox传感器具备用于覆盖所述传感部的传感器盖，该传感器盖具有位于比该传感部靠向顶端侧的的顶端侧部分情况下，该nox传感器以使该顶端侧部分位于比所述传感部更下侧的姿势被所述排气管支撑。由此，可有效地防止在所述传感器盖的表面(特别是内侧面)上凝结(结露)的水在汽化之前向所述传感部流下的情况。

优选的是，所述nox传感器位于所述排气管的上游端。由此，所述nox传感器远离由所述排气管的下游端所包围的排气口，更可靠地实现防水，而且，通过在排气管内降低废气的流速之前让该废气与所述nox传感器接触，从而可有效地抑制该废气滞留在该nox传感器的周围，能够提高nox浓度的检测精度及响应性。

优选的是，所述排气管例如具备排气管主体及凸缘部，该凸缘部形成于所述排气管的所述上游端并且其壁厚比所述排气管主体厚，在该凸缘部形成有用于支撑所述nox传感器的传感器支撑部。由此，通过有效地利用所述凸缘部的壁厚，在抑制所述排气管的大型化的情况下，能够形成以足够的强度支撑所述nox传感器的部分。

优选的是，所述排气管中构成用于支撑所述nox传感器的部分的材料与所述nox传感器中构成被所述排气管支撑的部分的材料是具有彼此相同的线膨胀系数的材料(例如为相同的不锈钢钢材)。由此，能够防止因为该线膨胀系数的差异而所述排气管支撑所述nox传感器的力过分或不足的情况发生。