CN102365431A - 内燃机的排气气体净化装置 - Google Patents

Abstract

提供一种内燃机的排气气体净化装置(10)，其包括：设置入口管(16)的流入侧壳体、内部收纳定量给料用氧化催化剂的催化剂壳体(12)、内部收纳烟灰过滤器的过滤器壳体(13)、设置出口管(18)的流出侧壳体(14)，并且通过壳体(12、13)的轴向上分开的两个安装位置安装于被安装部，在这两个安装位置中的催化剂壳体的安装位置，坚固地固定催化剂壳体(12)，在过滤器壳体(13)的安装位置安装过滤器壳体(13)，使其在轴向上自由滑动。

Description

内燃机的排气气体净化装置

技术领域

本发明涉及一种内燃机的排气气体后处理装置，即涉及一种在筒状的壳体内收纳排气后处理装置的排气气体净化装置。

背景技术

以往，公知一种排气气体净化装置(专利文献1)，其用由圆柱状的载体构成的烟灰过滤器对从柴油机等的内燃机排出的排气气体中的微粒物质进行捕集，并且这样的烟灰过滤器等的排气后处理装置收纳于筒状的壳体内。

专利文献1所述的排气气体净化装置，通过将U形螺栓卡止于壳体，或者经由通过焊接等固定于壳体的托架安装于发动机、发动机罩或车辆框架。

现有技术上文献

专利文献1：(日本)特开2003-120277号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

但是，如果将排气气体净化装置用于与机动车或公路行驶用的卡车等不同的，如建设机械的大排气量的车辆，则因为排气气体净化装置变得大型且重量变重，所以存在仅使用U形螺栓安装使安装强度不足，从而在工作中产生位置偏移，无法可靠地安装的问题。例如液压挖土机，在将发动机搭载在旋转体的情况下，所述问题特别明显。

另外，收纳于排气气体净化装置内的排气后处理装置由于排气气体而变得高温。特别是在采用烟灰过滤器作为排气后处理装置的情况下，如果将捕集的微粒物质燃烧进行再生，由于该燃烧温度而成为高温，从而使由于收纳排气后处理装置的壳体产生热膨胀。因此，存在如下的问题：因为经由焊接于壳体的托架坚固地固定，所以不允许由热膨胀所产生的尺寸变化，由于在壳体产生热应力因此使耐久性降低。

解决技术问题的技术方案

本发明的目的在于提供一种内燃机的排气气体净化装置，其能够被可靠地安装，并且通过防止热应力的产生而提高耐久性。

在本发明的内燃机的排气气体净化装置的内部具备收纳排气后处理装置的筒状的壳体，并且通过所述壳体的轴向上分开的至少两个安装位置安装于被安装部，在所述两个安装位置中的一个安装位置，对所述壳体在处于限制其在轴向上滑动的状态进行固定，在另一个安装位置安装所述壳体，使所述壳体在轴向上自由滑动，所述内燃机的排气气体净化装置的特征在于，所述排气后处理装置是捕集排气气体中的微粒物质的烟灰过滤器，所述一个安装位置位于所述烟灰过滤器的上游侧，所述另一个安装位置位于所述烟灰过滤器的下游侧，在所述一个安装位置，设置于所述壳体外周的凸缘经由安装板安装于所述被安装部，在所述凸缘，夹着该凸缘安装相对的加强板，在安装所述加强板的一侧，一个所述加强板被安装在上方侧，在安装所述加强板的另一侧，安装三个所述加强板。

这里，“被安装部”是内燃机或覆盖该内燃机的罩。另外，“安装于被安装部”包含经由任意形状的安装托架等安装于被安装部。另外，“坚固地固定壳体”是通过焊接或螺栓固定等固定壳体，使其处于轴向滑动被抑制的状态。在设置多个壳体的情况下，优选的是至少其中一个收纳排气后处理装置，无论其他壳体是否收纳其他排气后处理装置，另外，可以在任一的壳体设置安装位置。

在本发明的排气气体净化装置中，优选的是，另外，在所述一个安装位置，所述安装板经由安装托架安装于被安装部，所述安装托架包括：底板及在所述底板上呈一直线状排列设置并固定所述安装板的一对支承板，各支承部板相互相对的相对部形成为曲面形状并向所述底板上垂下。

在本发明的排气气体净化装置中，优选的是，所述安装托架经由基板安装于所述被安装部，在所述安装托架的底板和所述基板之间安装薄板状的支座部件。

在本发明的排气气体净化装置中，优选的是，所述另一个安装位置利用跨设于所述壳体外周面的U形螺栓安装于所述被安装部。

通过以上所述本发明，因为将排气气体净化装置安装于被安装部的两处安装位置中的一个安装位置被坚固地固定，所以能够可靠地安装排气气体净化装置。另外，对于另一个安装位置，因为滑动自如地安装壳体，所以允许壳体热膨胀所产生的尺寸变化而防止热应力的产生，从而能够提高耐久性。

这时，当在烟灰过滤器中进行再生时，通过燃烧被捕集的微粒物质，使烟灰过滤器的下游侧变成高温，收纳该部分烟灰过滤器的壳体的热膨胀变得显著。因此，使坚固地固定壳体的一个安装位置处于烟灰过滤器的上游侧，使壳体可以滑动的另一个的安装位置位于烟灰过滤器的下游侧，由此，能够有效地应对所述热膨胀。

在一个安装位置上，如果利用设置于壳体的凸缘进行固定，则不必通过焊接等将安装板固定在壳体的外周面，外周面由于焊接时的热量而产生变形，不用担心由于该变形使内部的排气后处理装置和其他的催化剂等的保持力降低，能够进行可靠的保持。

在另一个安装位置上，如果使用U形螺栓对壳体进行卡止，则能够可靠地进行以下操作：限制筒状壳体的径向的位置，同时使壳体在轴向方向的滑动。

在安装有安装板的安装托架上，因为构成以上所述结构的一对支承板相对部形成为曲面形状，所以能够缓解该相对部所产生的应力集中，能够更加提高耐久性。

如果在安装托架和基板之间安装薄板状的支座部件，则能够使安装托架和基板不晃动地相互固定，从而能够容易地确保平面度并使其稳定地进行安装。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的排气气体净化装置的整体立体图。

图2是从轴向一侧向另一侧看的所述排气气体净化装置。

图3是表示所述排气气体净化装置的主要部分的图。

图4是表示所述主要部分的分解立体图。

图5是表示所述排气气体净化装置的其他主要部分的分解立体图。

具体实施方式

以下，基于附图，对本发明的一个实施方式进行说明。

图1是表示本实施方式的排气气体净化装置10的整体立体图。排气气体净化装置10是捕集从搭载于未图示车辆的柴油发动机等的内燃机排出的排出气体中的微粒物质的装置，并安装于，例如内燃机、搭载内燃机的车辆的发动机罩或车辆框架。

本实施方式的排气气体净化装置10，用于液压挖土机等的建设机械，与用于通常的运输用卡车的排气气体净化装置相比尺寸非常大。因此，所述排气气体净化装置10由可以相互分离的多个圆筒状构成，例如，构成为具备四个壳体11、12、13、14。

设置于排气气体的入口侧的流入侧壳体11是用侧壁部15塞住轴向一端侧的结构，并以正交于轴向的形状具备供排气气体流入的入口管16。入口管16经由蛇纹管或万向联轴节等的由连接角度可变的管接头构成的振动抑制部件与搭载于内燃机的未图示的排气涡轮增压机的排气气体出口管连接。这样的振动抑制部件抑制不同于振动马达的排气涡轮增压机和排气气体净化装置10之间的相互影响。从排气涡轮增压机排出的排气气体通过入口管16流入流入侧壳体11，向侧壁部15的相对侧的催化剂壳体12流动。

催化剂壳体12呈圆筒状。在催化剂壳体12的内部收纳氧化催化剂(排气后处理装置)。所述氧化催化剂使排气气体中所必须供给的定量给料燃料氧化、发热，并且使排气气体的温度上升到规定的高温区域。定量给料燃料通过设置于排气管的定量给料用的燃料喷射装置向排气气体中供给，并且与排气气体一起流入排气气体净化装置10，所述排气管将排气涡轮增压机的排气气体出口侧和排气气体净化装置10的排气气体入口侧相连。

如果内燃机是柴油发动机，则定量给料用的燃料是例如与发动机燃料相同的轻油。另外，当箱筒内供给定量给料用的燃料时，也通过发动机燃料用的燃料喷射装置一起供给定量给料用的燃料。

配置于催化剂壳体12的下游侧的过滤器壳体13呈圆筒状，与其他的壳体11、12、14相比，在轴向上的长度尺寸最大。在过滤器壳体13的内部收纳用于捕集微粒物质的烟灰过滤器(排气后处理装置)。省略对烟灰过滤器的详细说明，烟灰过滤器由堇青石(コ一ジュライト)或碳化硅等的载体构成，通过使排气气体通过沿载体轴向设置的多个流入流出孔内，从而捕捉微粒物质。

另外，本发明的排气后处理装置不限定为捕集微粒物质的烟灰过滤器，也可以是NOx还原催化剂、NOx吸收还原催化剂、三元催化剂及其他的氧化催化剂等的用于减少NOx排出量的排气后处理装置。另外，也可以是将所述NOx减少用的排气后处理装置和微粒物质捕集用排气后处理装置串联配置而进行组装的结构。

另外，如果仅使用NOx减少用的排气后处理装置，则省略本实施方式的用于使定量给料燃料氧化的氧化催化剂。即，所述氧化催化剂针对烟灰过滤器进行使用。利用由于氧化催化剂而使温度上升的排气气体的热量，使烟灰过滤器所捕集的微粒物质燃烧，在烟灰过滤器中进行再生。因为必须进行所述再生，所以在本实施方式设置所述氧化催化剂。所述氧化催化剂也可以承载于烟灰过滤器，在这样的情况下，可以是单独使用烟灰过滤器，不必另行设置氧化催化剂。

配置于过滤器壳体13的下游侧的流出侧壳体14是用侧壁部17塞住轴向的另一端侧的结构，并具备用于排出排出气体的出口管18。出口管18沿垂直方向突出设置，其前端与未图示的消音装置(マフラカッタ)连接。在本实施方式中，排气气体净化装置10也作为消音装置而起作用，因此不特别需要单独的消音装置，而将消音管直接安装在排气气体净化装置10。

从流入侧壳体11流入到催化剂壳体12的排气气体处于不需要在烟灰过滤器中进行再生的状态，由于不含定量给料燃料，所以直接通过氧化催化剂流入过滤器壳体13内的烟灰过滤器，捕捉微粒物质并进行净化。净化后的排气气体进入下游的流出侧壳体14，从这里通过出口管18及消音管向外部排出。

另一方面，如果微粒物质积蓄在烟灰过滤器中，并处于阻塞状态，则利用燃料喷射装置将定量给料燃料喷射到排气气体中，排气气体中的燃料通过催化剂壳体12内的氧化催化剂进行氧化、发热，因此通过所述氧化催化剂的排气气体上升到规定温度，即，上升到其在烟灰过滤器中进行再生的温度以上。当上升到再生温度以上的排气气体流入下游侧的烟灰过滤器时，积蓄在烟灰过滤器的微粒物质利用排气气体的热量燃烧，变得无害并向外部排出。烟灰过滤器通过除去微粒物质，返回原有状态。

但是，如果排气气体的温度没有受到定量给料燃料的供给却达到再生温度以上，则与烟灰过滤器的阻塞状态无关，捕集到烟灰过滤器的微粒物质利用排气气体的温度燃烧，因此烟灰过滤器没有定量给料燃料而进行自然地再生。

图2是从轴向的一侧向另一侧看的排气气体净化装置10的图。在图1、图2中，向径向的外方延伸的凸缘部19设计为沿遍及周向与各壳体11～14的相互连接侧的开口周围连接。该凸缘部19通过凸缘加工与形成于各壳体11～14的外周面的筒体一体地形成。将各壳体11～14间相互的凸缘19对接后，利用穿过各凸缘19的螺栓孔20的螺栓21和与该螺栓21螺合的螺母22进行接合。

这里，凸缘19的厚度尺寸是所述筒体的厚度，因此在结合时不具备充分的强度。因此，在本实施方式中，通过绕整周配置多个加强板23对凸缘19进行加强。各加强板23是具有凸缘19的圆周长度的1/3长度的圆弧状。通过配置三个该环状的加强板23，对各凸缘19的整周进行加强。即，也在加强板23上设置螺栓孔24，并使螺栓21穿过各螺栓孔20、24。

另外，夹着一对对接的凸缘19的相对的加强板23错开周向的位置。因此沿周向配置的加强板23之间的边界部25夹着一对凸缘19也不相对。如果边界部25夹着一对凸缘19沿轴向相对，则在各边界部25所对应的凸缘19部分，使拧紧螺栓21及螺母22所产生的垫圈表面压力减小，排气气体可能泄露。因此，为了使垫圈表面压力均匀，在本实施方式中配置加强板23。

以下，对排气气体净化装置10的安装结构进行详细说明。排气气体净化装置10分别利用安装板30及一对U形螺栓50在沿轴向分离的两个位置上进行安装。

如图3、图4所示，用于一个安装位置的安装板30固定于催化剂壳体12的排气气体流入侧的凸缘19。具体地说，在催化剂壳体12的所述凸缘19，仅在上方侧使用一个所述加强板23，并分别在其他两个加强板23的使用部分使用安装板30。

因此，安装板30具备沿催化剂壳体12的外周面的安装部31，在安装部31，沿圆弧状位置设置多个螺栓孔32。使螺栓21穿过所述螺栓孔32并与螺母22螺合，由此与凸缘19一起拧紧，能够使安装板30作为与流入侧壳体11接合的加强板23而起作用，并且能够作为固定排气气体净化装置10而被使用。

安装板30还具备与安装部31一体地设置的安装片部33。安装片部33具有通过交叉呈大致直角的一对边缘34、35而形成的角部36。在安装片部33，沿下方的边缘34设置一对的螺栓孔37。安装板30的厚度尺寸比加强板23的厚度尺寸大，因此不仅加强了凸缘19，而且在安装排气气体净化装置10方面得到足够的安装强度。

这些安装板30用螺栓固定在第一安装托架40。

第一安装托架40由平面呈矩形的底板41、沿底板41的长边侧排列设置在一条直线上的一对支承板42、跨设各支承板42的垂直面及底板41的上面之间的棱43。

在底板41的底面，沿所述底板41的短边侧相互平行地配置一对矩形薄板状的支座部件44。另外，在底板41设置也贯通支座部件44的螺栓孔45(图3)。在底板41的上面，对应螺栓孔45固定螺母46。

在支承板42设置螺栓孔47，该螺栓孔47与安装板30的螺栓孔37相对应。在支承板42中，在与安装板30所在侧相对的面，与螺栓孔47对应而固定螺母48。安装板30与该支承板42抵接，通过使螺栓49穿过各螺栓孔37、47并与螺母48螺合，从而固定各板30、42。这时，通过将各螺栓孔47设置在同样高度位置的大致在一条直线上，因此在将安装板30固定于支承板42时，确保图中上下方向的位置偏移的调整量。

这些支承板42的上面的形状是沿催化剂壳体12的外形形状的形状，随着相互接近而逐渐变低，其相对部42A形成曲面形状并在底板41上垂下。因此，接近支承板42的相对部42A呈圆形，由此当排气气体净化装置10经由安装板30被支承时，能够特别缓解产生于相对部42A的应力，从而能够提高耐久性。

第一安装托架40的底板41经由支座部件44承载于如图1所示的基板70的一端侧，通过从基板70的下方穿过螺栓孔45并与螺母46螺合的未图示的螺栓固定于基板70。基板70通过穿过设置于角部分的螺栓孔71的未图示的螺栓，固定在例如，内燃机的上部(例如，柴油发动机的飞轮外壳的上部)。

即，排气气体净化装置10的一端侧的位置，利用催化剂壳体12的凸缘19，经由安装板30、第一安装托架40及基板70坚固地固定在内燃机。

因此，与全部使用螺栓进行固定的情况相比，能够提高安装强度，并且即使在建设机械工作时，排气气体净化装置10也不会偏移，从而能够实现更可靠的固定。

另外，安装用的托架不直接焊接在催化剂壳体12、过滤器壳体13上，而是通过使用安装板30固定在凸缘19，因此可以省略各壳体12、13的焊接量，从而能够防止排气气体净化装置10在轴向上大型化。

另外，由于省略所述焊接，能够使各壳体12、13的外周面的微小的热变形消失，并能够使收纳于内部的氧化催化剂和烟灰过滤器保持稳定。另外，因为省略焊接，所以也不必将壳体12、13的外周面的局部设计为耐热结构，该结构耐受在焊接时的热变形，从而能够防止使壳体12、13的结构复杂化。

另外，因为在第一安装托架40和基板70之间安装有支座部件44，所以能够使其相互间良好地紧密连接，能够确保排气气体净化装置10的平面度，能够姿态良好地进行安装。

与以上所述相对，用于另一端侧的安装位置的一对U形螺栓50跨绕在过滤器壳体13的流出侧的端部附近，将该过滤器壳体13卡止。U形螺栓50的两端穿过第二安装托架60，利用预先螺合的螺母51和在穿过后进行螺合的螺母52安装于所述第二安装托架60。

第二安装托架60由以下部件构成：在两端具有立片部62的底板61、跨设在设置于立片部62的上端的支承片部63之间的弯曲板64、跨设在支承片部63及立片部62之间的棱65、支承各立片部62的相对面及弯曲板64的背面的支承板66。

与第一安装托架40的底板41相同，在底板61的下面配置一对支座部件67，并且在底板61设置也贯通各支座部件67的未图示的多个螺栓孔，对应各螺栓孔固定螺母68。在弯曲板64的两端侧分别设置一对也贯通支承片部63的螺栓孔69，U形螺栓50的端部穿过各螺栓孔69。

第二安装托架60的底板61经由支座部件67承载于基板70的另一端侧，通过从基板70的下方穿过螺栓孔，并与螺母68螺合的未图示的螺栓固定于所述基板70。

即，排气气体净化装置10的另一端侧的位置，利用U形螺栓50，经由第二安装托架60及基板70安装于内燃机。但是，因为U形螺栓50是将过滤器壳体13相对于第二安装托架60向径向挤压并进行卡止的部件，所以虽然过滤器壳体13在径向的位置被限制，但是轴向的位置完全没有被限制，因此在轴向滑动自如地被安装。

即，虽然特别是过滤器壳体13的排气气体流出侧的端部，在内部的烟灰过滤器中进行再生时使微粒物质燃烧，并通过该燃烧热量使温度上升，从而沿轴向产生热膨胀，但是在本实施方式中，过滤器壳体13的以上所述端部侧通过轴向无限制的U形螺栓50进行安装，因此能够吸收由于热膨胀而产生的尺寸变化，能够防止由于热应力而产生的破损和耐久性的下降。

在如以上所述安装的排气气体净化装置10中，当再生时未完全燃烧的灰烬等堆积在烟灰过滤器内时，将过滤器壳体13从排气气体净化装置10取出，洗净后再次安装于排气气体净化装置10，或者连同过滤器壳体13一起更换烟灰过滤器。

当更换过滤器壳体13时，首先，从螺母48卸下第一安装托架40的螺栓49，并卸下第二安装托架60的U形螺栓50及螺母52。之后，从内燃机卸下排气气体净化装置10。接着，解除催化剂壳体12和过滤器壳体13的接合。这里，可以是卸下使凸缘19的部分相互接合的螺栓21及螺母22。其次，同样卸下流出侧壳体14并且取下过滤器壳体13。之后，对开放的过滤器壳体13进行必要的作业。可以安装以上所述步骤的相反步骤进行各壳体11、12、13、14的组装。

另外，虽然如以上所述公开了用于实施本发明的最佳的结构、方法等，但是本发明不限制于此。即，虽然使用附图表示本发明的主要的特定的实施方式，并进行说明，但是只要不脱离本发明的技术思想及目的范围，使用者也可以相对于以上所述实施方式，在形状、数量及其他的详细结构方面进行多种变形。

因此，限定以上所述形状、数量等的记载是用于使本发明容易被理解的示例，由于不对本发明进行限定，因此除所述形状、数量等的限定的一部分或者全部限定之外的与部件名称相关的记载包含在本发明中。

在所述实施方式中，虽然催化剂壳体12侧由安装板30固定，过滤器壳体13侧通过U形螺栓50滑动自如地安装，但是通过何种方法对任一壳体11～15进行安装，最好在调查收纳在壳体内部的排气后处理装置的种类等之后再决定，不限定于所述实施方式。

总之，本发明包含：坚固地固定排气气体净化装置的长度方向的一端侧的安装位置，并且可以滑动地安装另一端侧的安装位置使其允许产生热膨胀。因此，本发明也包含：第一安装托架40等直接焊接于催化剂壳体12。

另外，也可以使用金属制的带等代替U形螺栓50，将过滤器壳体13安装于第二安装托架60，也可以预先在过滤器壳体13焊接沿水平方向延伸的安装片，使该水平片与第二安装托架60的端部上下夹紧，在这样的情况下，也能够限制径向移动，并且允许轴向的滑动。

在所述实施方式中，虽然安装板30及U形螺栓50安装在第一、第二安装托架40、60，这些第一、第二托架40、60经由基板70安装在内燃机或覆盖内燃机的罩，或者车辆框架的被安装部，但是本发明还包含：这些第一、第二安装托架40、60不经由基板70，而使安装板30及U形螺栓50被直接安装在被安装部的情况。

产业上的利用可能性

本发明能够特别有效地利用于在以建设机械为首的农用机械、自卸卡车、发电机等的内燃机中所使用的排气气体净化装置。

附图标记

10  排气气体净化装置

11、12、13、14  壳体

19  凸缘

30  安装板

40  第一安装托架

44、67  支座部件

41  底板

42  支承板

42A 相对部

50U 形螺栓

60  第二安装托架

70  基板

Claims (4)

1.一种内燃机的排气气体净化装置，其内部具备收纳排气后处理装置的筒状的壳体，

通过所述壳体的轴向上分开的至少两个的安装位置安装于被安装部，

在所述两个安装位置中的一个安装位置，对所述壳体在处于限制其在轴向上滑动的状态进行固定，在另一个安装位置安装所述壳体，使所述壳体在轴向上自由滑动，所述内燃机的排气气体净化装置的特征在于，

所述排气后处理装置是捕集排气气体中的微粒物质的烟灰过滤器，

所述一个安装位置位于所述烟灰过滤器的上游侧，

所述另一个安装位置位于所述烟灰过滤器的下游侧，

在所述一个安装位置，设置于所述壳体外周的凸缘经由安装板安装于所述被安装部，

在所述凸缘，夹着该凸缘安装相对的加强板，在安装所述加强板的一侧，一个所述加强板被安装在上方侧，在安装所述加强板的另一侧，安装三个所述加强板。

2.如权利要求1所述的内燃机的排气气体净化装置，其特征在于，

另外，在所述一个安装位置，所述安装板经由安装托架安装于所述被安装部，

所述安装托架包括：底板及在所述底板上呈一直线状排列设置并固定所述安装板的一对支承板，

各支承部板相互相对的相对部形成为曲面形状并向所述底板上垂下。

3.如权利要求2所述的内燃机的排气气体净化装置，其特征在于，

所述安装托架经由基板安装于所述被安装部，

在所述安装托架的底板和所述基板之间安装薄板状的支座部件。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的内燃机的排气气体净化装置，其特征在于，

在所述另一个安装位置，利用跨设于所述壳体外周面的U形螺栓安装于所述被安装部。

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