JP2006336496A - ディーゼルエンジン用の排ガス浄化マフラー - Google Patents

Abstract

【課題】ディーゼルエンジンにて生成された排ガスを消音しながら排出するとともに、排ガス浄化材による浄化性能を十分に発揮させることができるディーゼルエンジン用の排ガス浄化マフラーを提供する。
【解決手段】排ガス浄化マフラー２０の中央付近に設けられ排ガス浄化材を保持する排ガス浄化部１と、排ガス浄化部１の上流側領域を上流側から順に入口消音室４と入口空間部２とに区画し、入口消音室４と入口空間部２とを連通する通過孔９が形成された仕切板８と、マフラー内に上流側端面６から挿入され、下流側の管口１８が仕切板９に接合されており、入口消音室４を貫通する領域には排出孔１１が形成された排ガス導入管１０とを備え、排ガス導入管１０の管内には、仕切板９を貫通するとともに、排ガス導入管１０の管内領域と入口空間部２とを連通するバイパス管３０が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンにて生成された排ガスを消音しながら排出するディーゼルエンジン用のマフラーに関し、特に、排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）又は粒子状物質（ＰＭ）を除去するための排ガス浄化材を備えたディーゼルエンジン用の排ガス浄化マフラーに関する。

近年、ディーゼルエンジンにて生成された排ガスを消音しながら排出するディーゼルエンジン用のマフラーとしては、例えば、排ガス経路内にディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）やディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）等の排ガス浄化材を備えたものがある（特許文献１，２参照）。そして、かかるディーゼルエンジン用の排ガス浄化マフラーは、排ガスを分散させる構造となっており、消音機能及び排気機能を確保しながら、排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質（ＰＭ）を除去するものである（例えば、特許文献２の図５参照）。
特開平６−２１０１３５号公報 特開２００２−７０５２４号公報

しかしながら、ディーゼルエンジン用の排ガス浄化マフラーは、消音機能及び排気機能を確保するために排ガスを分散させる構造であるが故に、排ガス浄化材に至るまでに排ガス温度が低下してしまう。このため、排ガス浄化材による浄化性能を十分に発揮できないという問題がある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ディーゼルエンジンにて生成された排ガスを消音しながら排出するとともに、排ガス浄化材による浄化性能を十分に発揮させることができるディーゼルエンジン用の排ガス浄化マフラーを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、ディーゼルエンジンにて生成された排ガスを消音しながら排出し、前記排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）又は粒子状物質（ＰＭ）を除去するための排ガス浄化材を備えたディーゼルエンジン用の排ガス浄化マフラーであって、マフラー内の排ガス流路中に設けられ前記排ガス浄化材を保持する排ガス浄化部と、前記マフラー内の前記排ガス浄化部より上流側の領域を上流側から順に入口消音室と入口空間部とに区画し、該入口消音室と該入口空間部とを連通する通過孔が形成された仕切板と、前記マフラー内に上流側端面から挿入され前記入口消音室を貫通するとともに、下流側の管口が前記仕切板に接合されており、前記入口消音室を貫通する領域に排出孔が形成された排ガス導入管と、前記仕切板を貫通し、前記排ガス導入管の管内領域と前記入口空間部とを連通するバイパス管と、を備えることとする。

このような構成によれば、バイパス管を流れる排ガスは、入口消音室にて分散されることなく、しかもバイパス管で保温されながら排ガス浄化部まで直接到達する。これにより、排ガス浄化材による浄化性能が十分に向上する。

また、前記バイパス管は、上流側の管口が前記入口消音室よりも上流側に配置され、且つ下流側の管口が前記排ガス浄化部の直近上流側まで延設されていることが好ましい。

このような構成によれば、排ガスが排出孔から入口消音室に取り込まれて分散される前に、多くの排ガスをバイパス管内に取り込んで、より高温状態の排ガスを排ガス浄化部まで最短距離で到達させることができる。また、バイパス管による保温領域が長くなり、より高温状態の排ガスを排ガス浄化部まで到達させることもできる。

また、前記バイパス管は、前記排ガス導入管の管壁に溶接され、あるいは前記排ガス導入管の中心軸上に設けられていることが好ましい。特に、バイパス管が排ガス導入管の中心軸上に設けられている場合には、バイパス管を流れる排ガスは、バイパス管及び排ガス導入管で囲繞された二重管構造により保温されることになり、より高温状態を維持しながら排ガス浄化部まで到達する。また、排ガスを排ガス浄化部の中心領域に対して吹き付けることもでき、さらには、バイパス管及び排ガス導入管を流れる排ガス抵抗を小さくすることもできる。

本発明によれば、ディーゼルエンジンにて生成された排ガスを消音しながら排出するとともに、排ガスの浄化性能を十分に発揮させることができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係るディーゼルエンジン用の排ガス浄化マフラーを実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態におけるディーゼルエンジン用の排ガス浄化マフラーの全体を示す概略断面図である。

図１に示すように、ディーゼルエンジン用の排ガス浄化マフラー２０は、マフラハウジング１７の中央付近に設けられた排ガス浄化部１と、この排ガス浄化部１の上流側領域に設けられた仕切板８と、マフラハウジング１７の上流側端面６に設けられた排ガス導入管１０と、排ガス導入管１０の管内に設けられたバイパス管３０とを備えている。

上記の排ガス浄化部１は、ディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）やディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）等の排ガス浄化材を担持しており、排ガス流路内を流れる排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）及び粒子状物質（ＰＭ）を除去する。

上記の仕切板８は、排ガス浄化部１の上流側領域を入口消音室４と入口空間部２とに区画するとともに、その壁面には入口消音室４と入口空間部２とを連通する通過孔９が複数形成されている。なお、同図に示す通過孔９は、仕切板８の周辺領域に設けられているが、排ガス導入管１０と仕切板８とが接合する中心領域内に設けられていてもよい。

上記の排ガス導入管１０は、マフラハウジング１７の上流側端面６から挿入され入口消音室４を貫通するとともに、下流側の管口１８が仕切板８に接合されており、入口消音室４を貫通する領域には排出孔１１が複数形成されている。

上記のバイパス管３０は、仕切板８を貫通するとともに、排ガス導入管１０の管内領域と入口空間部２とを連通する排ガス管であり、その管内には両空間を直通する排ガス流路が形成されている。また、上流側の管口３１は入口消音室４よりも上流側に配置されており、他方、下流側の管口３２は排ガス浄化部１の直近上流側まで延設されている。

なお、マフラハウジング１７の下流側も消音構造となっており、排ガス浄化部１の下流側領域には仕切壁１６が設けられ、この仕切壁１６を介して出口空間部３と出口消音室５とに区画されている。また、排ガス浄化マフラー２０の下流側端面７には、小孔１３が形成された排ガス導出管１２が挿入され、その上流側の管口１９は仕切壁１６に接合されている。さらに、出口消音室５には、小孔１５が形成された同一長さの消音管１４が複数設けられ、その上流側の管口２１は仕切壁１６に接続されるとともに、仕切壁１６を介して出口空間部３と連通するようになっている。但し、本発明において、排ガス浄化部１の下流側領域の構成は、特に限定されるものではない。

上記の構成において、図示しないディーゼルエンジンにて生成された騒音を伴う高温の排ガスは、排ガス導入管１０内を流れて排ガス浄化マフラー２０に導入される。導入された排ガスは、排ガス導入管１０に形成された排出孔１１を経て入口消音室４に入り、分散されながら共鳴や拡張などの消音効果により消音される。但し、排ガスの温度は分散に伴い低下する。消音された排ガスは、仕切板８の通過孔９を経て入口空間部２に入る。入口空間部２でほぼ均一になった排ガスは、その下流側の排ガス浄化部１に到達し、排ガス浄化材全体に拡散する。排ガスが排ガス浄化部１を通過する際には、排ガス浄化材においてＤＯＣの触媒反応やＤＰＦの吸着反応が行われ、排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質（ＰＭ）が除去される。排ガス浄化部１を通過した排ガスは、出口空間部３に至り、その下流側に複数設けられた消音管１４内に流入する。流入した排ガスは、消音管１４に形成された小孔１５から出口消音室５に至り、さらに排ガス導出管１２に形成された小孔１３から排ガス導出管１２内に取り込まれ排出される。

ところで、上述したように、排ガス導入管１０の管内にはバイパス管３０が設けられている。従って、排ガス導入管１により導入された排ガスの一部は、バイパス管３０内に取り込まれ、入口消音室４を経由することなく入口空間部２まで至り、その下流側の管口３２から排ガス浄化部１に対し噴出される。すなわち、バイパス管３０を流れる排ガスは、入口消音室４にて分散されることなく、しかもバイパス管３０で保温されながら入口空間部２まで直進して排ガス浄化部１まで到達する。

よって、バイパス管３０内を流れて排ガス浄化部１まで到達した排ガスは、入口消音室４を経由した排ガスと比べると、より高温状態で排ガス浄化材と接触する。排ガス浄化材による浄化性能は、排ガス温度が高いほど優れており、例えば、ＤＯＣの触媒速度やＤＰＦの吸着率が向上する。従って、バイパス管３０を流れる排ガスは、入口消音室４を経由する排ガスよりも窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質（ＰＭ）が効率的に除去される。なお、バイパス管３０は、その性質上当然に、排ガスの流れを阻害しないように設けられており、マフラーとしての消音機能や排気機能を害することもない。

さらに、同図に示すバイパス管３０は、上述したように上流側の管口３１が入口消音室４よりも上流側に配置され、且つ下流側の管口３２が排ガス浄化部１の直近上流側まで延設されている。従って、上流側の管口３１は、排出孔１１よりも上流側に配置されることになり、排ガスが排出孔１１から取り込まれる前に、より多くの排ガスをバイパス管３０内に取り込むことができる。一方、下流側の管口３２は、排ガス浄化部１の直近上流側から排ガスを噴出することとなり、排ガスを排ガス浄化部１まで最短距離で到達させることができる。また、バイパス管３０にて保温される領域が長くなり、より高温状態の排ガスを排ガス浄化部１まで到達させることもできる。

なお、同図に示すバイパス管３０は、排ガス導入管１０内の管壁に溶接などにより固定されているが、排ガス導入管１０の中心軸上に設けてもよい。このようにバイパス管３０を設けるには、例えば、排ガス流路が形成されたプレートの中心軸に穴を設けてバイパス管３０を挿入し、このプレートをフランジにて排ガス導入管１０内に固定すればよい。

図２は、バイパス管３０が排ガス導入管１０の中心軸上に設けられた排ガス浄化マフラーを示す概略断面図である。但し、排ガス浄化マフラーの中心付近から上流側のみを示し、図１と同一若しくは類似の箇所には同一符号を付している。

図２に示すように、バイパス管３０が排ガス導入管１０の中心軸上に設けられている場合には、バイパス管３０を流れる排ガスは、バイパス管３０及び排ガス導入管１０で囲繞された二重管構造により保温される。従って、排ガスはより高温状態を維持しながら排ガス浄化部１まで到達する。さらに、排ガスは排ガス浄化部１の中心領域に吹き付けられ、排ガス浄化材に対して均一的に拡散しながら浸透する。よって、排ガスと排ガス浄化材との接触面積が増大するので、排ガスの浄化性能がよりいっそう向上する。また、バイパス管３０及び排ガス導入管１０を流れる排ガス抵抗が小さくなり、消音機能や排気機能への影響を最小限に抑えることもできる。

なお、バイパス管３０の設置箇所、設置数等は適宜設計し得る。また、バイパス管３０の形状、口径の大小、材質及び構造等についても、排ガス浄化材による浄化性能を十分に発揮させることができる範囲内において、マフラーとしての消音機能や排気機能を害しない限度で適宜変更し得る。

例えば、バイパス管３０の下流側の管口付近を円錐形状とし、その口径が上流側から下流側に向けて次第に拡張されるようにしてもよい。また、バイパス管３０の材質を保温材としたり、バイパス管３０自体を二重管構造としてもよい。

排ガス浄化マフラーの全体を示す概略断面図である。 排ガス浄化マフラーの中心付近から上流側を示す概略断面図である。

符号の説明

１：排ガス浄化部、２：入口空間部、３：出口空間部、４：入口消音室、５：出口消音室、６：上流側端面、７：下流側端面、８：仕切板、９：通過孔、１０：排ガス導入管、１１：排出孔、１２：排ガス導出管、１３，１５：小孔、１４：消音管、１６：仕切壁、１７：マフラハウジング、２０：排ガス浄化マフラー、３０：バイパス管

Claims (4)

1. ディーゼルエンジンにて生成された排ガスを消音しながら排出し、前記排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）又は粒子状物質（ＰＭ）を除去するための排ガス浄化材を備えたディーゼルエンジン用の排ガス浄化マフラーであって、
   マフラー内の排ガス流路中に設けられ前記排ガス浄化材を保持する排ガス浄化部と、
   前記マフラー内の前記排ガス浄化部より上流側の領域を上流側から順に入口消音室と入口空間部とに区画し、該入口消音室と該入口空間部とを連通する通過孔が形成された仕切板と、
   前記マフラー内に上流側端面から挿入され前記入口消音室を貫通するとともに、下流側の管口が前記仕切板に接合されており、前記入口消音室を貫通する領域に排出孔が形成された排ガス導入管と、
   前記仕切板を貫通し、前記排ガス導入管の管内領域と前記入口空間部とを連通するバイパス管と、
   を備えることを特徴とするディーゼルエンジン用の排ガス浄化マフラー。
2. 前記バイパス管は、上流側の管口が前記入口消音室よりも上流側に配置され、且つ下流側の管口が前記排ガス浄化部の直近上流側まで延設されていることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジン用の排ガス浄化マフラー。
3. 前記バイパス管は、前記排ガス導入管の中心軸上に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のディーゼルエンジン用の排ガス浄化マフラー。
4. 前記バイパス管は、前記排ガス導入管の管壁に溶接されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のディーゼルエンジン用の排ガス浄化マフラー。
   
   

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