JP2007309258A - 触媒マフラの構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシングの内部に触媒とフィルタを効果的に配置してケーシングを小型化し、且つケーシングと出口パイプの剛性強度を高める。
【解決手段】酸化触媒１８とパティキュレートフィルタ９の相互間に複数の出口パイプ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄを挿入して前部壁２０とセパレータとに固定し、各出口パイプ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄの外側端部を出口集合ダクト２６に連結する。
【選択図】図２

Description

本発明は、触媒マフラの構造に関するものである。

ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排出ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。

ここで、パティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排出ガスのみが下流側へ排出されて、前記多孔質薄壁の内側表面にパティキュレートが捕集されるようにしてある。

この種のパティキュレートフィルタを装備するにあたり、特にホイールベースが短い車両の場合には、各種の補器類が既に緊密な状態でレイアウトされていて、これらの補器類との干渉を避けながら新たにパティキュレートフィルタの搭載スペースを確保することが難しいため、マフラにパティキュレートフィルタを内蔵させて、両者を同じ搭載スペースに効率良く配置できるようにすることが検討されている。

斯かる触媒マフラの構造に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１等がある。

図６及び図７は特許文献１における構造を示したもので、この例では、マフラ１に形成した箱形のケーシング２の内部を、前部壁２０と、セパレータ３，４と、後部壁２１とにより前部室５、中間室６、後部室７に三分割しており、中間室６から後部室７に亘りセパレータ４及び後部壁２１を貫通して円筒状のインナシェル８を固定設置し、このインナシェル８によりマフラ１のケーシング２内にパティキュレートフィルタ９の収容空間を画定している。

他方、パティキュレートフィルタ９は、円筒状のカートリッジシェル１０により一体的に抱持することによりユニット化したフィルタカートリッジ１１となっており、該フィルタカートリッジ１１を前記インナシェル８に対し前記マフラ１のケーシング２の後面側（図７の左側）から差し込んで、前記カートリッジシェル１０の挿入手前側開口部を塞ぐ蓋体１３の外縁部分と一緒にフランジ１２により後部壁２１に対してボルト締結するようにしている。

また、上流側の排気管１４（図７参照）から排出ガス１５を導き入れるための入口パイプ１６が、前記ケーシング２の前部壁２０から一枚目のセパレータ３まで挿入されて先端を閉塞されており、前記入口パイプ１６により導入された排出ガス１５は、前部室５に対し散気孔１６’を介して放出されるようにしてある。

ここで、この前部室５には、前記インナシェル８に対し連続するようにセパレータ３を貫通して触媒シェル１７が固定設置されており、該触媒シェル１７内には、パティキュレートフィルタ９に捕集されるパティキュレートの燃焼除去を助勢するためのストレートフロー型の酸化触媒１８が収容されており、該酸化触媒１８の反パティキュレートフィルタ９側の端面に対し、前記触媒シェル１７のスリット１７ａにより前部室５内の排出ガス１５が導入されるようにしてある。

前記酸化触媒１８を経た排出ガス１５は、インナシェル８内のパティキュレートフィルタ９へと流れ込み、該パティキュレートフィルタ９を通過してパティキュレートを捕集された後に、カートリッジシェル１０の後端近傍のスリット１０ａ、並びに、これらに対応してインナシェル８側に開口されたスリット８ａを介して後部室７へと放出されるようにしてある。

ここで、パティキュレートフィルタ９により浄化された排出ガス１５を排出するための出口パイプ１９が、入口パイプ１６と並列にケーシング２の前部壁２０、セパレータ３，４を貫通して後部室７まで延びて先端が開口しているので、前記後部室７に放出された排出ガス１５は、前記出口パイプ１９を介して図示しない下流側の排気管へと抜き出されるようになっている。そして排出ガス１５がケーシング２内の流路空間を流動する間に排出ガス１５の消音が行われるようになっている。
特開２００５−１７１９１３号公報

しかし、前記図６、図７の構造の場合には、インナシェル８を備えることによりフィルタカートリッジ１１の交換作業が容易になる利点があるが、パティキュレートフィルタ９と酸化触媒１８とが一直線上に配置されたストレートフロー型となっており、パティキュレートフィルタ９と酸化触媒１８を配置した位置の外部（下部）に入口パイプ１６と出口パイプ１９を配置した構成を有しているために、ケーシング２内部に無駄なスペースが生じて有効に活用されておらず、このために、ケーシング２の外形形状が大型になってしまう問題がある。更に、前記スペースの問題から入口パイプ１６と出口パイプ１９の口径を小さくした場合には排出ガス１５の圧力損失が増加してしまう問題がある。

また、前記したようにインナシェル８を備えてその内部にフィルタカートリッジ１１を配置する構成では、フィルタカートリッジ１１を支持するための支持強度が低くなってしまうことが考えられ、振動を生じる可能性がある。

一方、上記図６、図７の装置における問題を解決するために、図８〜図１０に示す如くマフラ１に備えた箱形のケーシング２内に、パティキュレートフィルタ９と酸化触媒１８を夫々複数配置することが考えられている。この例では、ケーシング２内部がセパレータ３，４によって前部室５、中間室６、後部室７に三分割され、更に、前部室５は仕切板２２によって左側室５ａと右側室５ｂとに区画されており、ケーシング２内部の左側にはセパレータ３，４を貫通する触媒シェル１７を備えた上下２個の酸化触媒１８が配置され、ケーシング２内部の右側にはセパレータ３，４を貫通するカートリッジシェル１０を備えた上下２個のパティキュレートフィルタ９が配置されている。

そして、四角配置となっている前記酸化触媒１８とパティキュレートフィルタ９の中心位置には、散気孔１６’を介して前記左側室５ａに連通した入口パイプ１６が前部壁２０を貫通してセパレータ３に固定されている。

また、上下に配置されているパティキュレートフィルタ９の中間位置の右側には、排気孔１９’を介して前記右側室５ｂに連通した出口パイプ１９が前部壁２０を貫通してセパレータ３に固定されている。

図８〜図１０に示す構造では、入口パイプ１６により散気孔１６’を介して左側室５ａに導入された排出ガス１５は、前記酸化触媒１８を経て後部室７に排出され、続いて後部室７の排出ガス１５は反転してパティキュレートフィルタ９へと流れ込み、該パティキュレートフィルタ９を通過する際にパティキュレートが捕集される。清浄になった排出ガス１５は、右側室５ｂに排出された後、排気孔１９’を通って出口パイプ１９へと抜き出される。そして排出ガス１５がケーシング２内の流路空間を流動する間に排出ガス１５の消音が行われるようになっている。

図８〜図１０に示すように、ケーシング２内に、酸化触媒１８とパティキュレートフィルタ９とを夫々上下２段に備えて四角配置にすると、ケーシング２内のスペースを有効に活用することができて、ケーシング２の外形形状を小型化することができる。

しかし、図８〜図１０に示した構造では、前記入口パイプ１６と出口パイプ１９を前記ケーシング２内におけるパティキュレートフィルタ９と酸化触媒１８の相互間に配置しているが、ケーシング２内のスペースを有効に活用するためには前記入口パイプ１６と出口パイプ１９の口径を大きくすることができず、このために排出ガス１５の圧力損失が増加する問題がある。また、前記入口パイプ１６及び出口パイプ１９の口径を小さくした場合には、入口パイプ１６及び出口パイプ１９自体の剛性強度が低下する問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、ケーシングの内部に触媒とフィルタを効果的に配置してケーシングを小型化し、且つケーシングと入口パイプ及び出口パイプの剛性強度を高めることができるようにした触媒マフラの構造を提供しようとするものである。

本発明の触媒マフラの構造は、マフラのケーシングの前端に固定した前部壁と、後端に固定した後部壁と、ケーシング内部に固定したセパレータとにより少なくとも前部室と後部室とを有する箱形構造体を形成し、該箱形構造体の内部に前部室と後部室とに亘って延びる触媒とフィルタを並列に固定し、前部壁に固定した入口パイプから導入した排出ガスを触媒を通して後部室に導き、続いて後部室の排出ガスをフィルタを通して前部室に設けた出口パイプから導出するようにした触媒マフラの構造であって、触媒とフィルタの相互間に複数の出口パイプを挿入して前部壁とセパレータとに固定し、各出口パイプの外側端部を出口集合ダクトに連結したことを特徴とする。

上記触媒マフラの構造において、前記箱形構造体内に触媒とフィルタを複数備えることは好ましい。

また、上記触媒マフラの構造において、前記触媒とフィルタは少なくともセパレータと後部壁とに固定することは好ましい。

また、上記触媒マフラの構造において、前記セパレータは間隔を隔てて複数備えることは好ましい。

また、上記触媒マフラの構造において、前記入口パイプを複数設け、各入口パイプを入口集合ダクトに連結することは好ましい。

本発明の触媒マフラの構造によれば、触媒とフィルタの相互間の位置に複数の出口パイプを挿入して前部壁とセパレータとに固定し、各出口パイプの外側端部を出口集合ダクトに連結したので、ケーシング内のスペースを有効に利用して複数の出口パイプを配置することにより出口パイプによる排出ガスの圧力損失を効果的に低減することができ、更に、各出口パイプを入口集合ダクトに連結することにより入口パイプの剛性強度が効果的に高められる効果がある。

更に、ケーシングに備えた前部壁と、後部壁と、セパレータとにより箱形構造体を形成したので、ケーシングの剛性強度が大幅に高められ、且つ出口パイプを少なくともセパレータと前部壁とに固定すると共に前記出口集合ダクトに固定したので、前記箱形構造体の剛性強度が向上することと相俟って出口パイプの剛性強度が更に高められる効果がある。

また、入口パイプを複数設けて各入口パイプを入口集合ダクトに連結したので、入口パイプの剛性強度が高められる効果がある。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１〜図３は本発明の形態の一例を示すもので、図１は本発明の触媒マフラの構造の一例を示す切断平面図、図２は図１をＩＩ−ＩＩ方向から見た側面図、図３は図１をＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た切断正面図であり、図中、図６〜図１０と同一の構成部材には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図１〜図３に示す如く、触媒マフラを構成するマフラ１のケーシング２の前端に前部壁２０を固定し、後端に後部壁２１を固定し、ケーシング２の内部にセパレータ３，４を固定することにより、前部室５と中間室６と後部室７が形成された箱形構造体２３を構成している。なお、このとき、図１、図３において２枚配置としている前記セパレータ３，４の数は１枚の配置でも、或いは３枚以上の配置としてもよい。また、前部室５は、図２に示すように、仕切板２２によって車前である左側室５ａと車後である右側室５ｂとに区画している。

箱形構造体２３内部の左側には、セパレータ３，４に貫通支持され且つ前部壁２０と後部壁２１とに貫通固定された触媒シェル１７を有する上下２個の触媒（酸化触媒）１８が配置されている。また、箱形構造体２３内部の右側には、セパレータ３，４に貫通支持され更に後端が後部壁２１に貫通固定され前端が右側室５ｂに連通したカートリッジシェル１０を有する上下３個のフィルタ（パティキュレートフィルタ）９が配置されている。前記後部壁２１を貫通している触媒シェル１７及びカートリッジシェル１０の後端は蓋体１３によって閉塞されている。なお、前記酸化触媒１８及びパティキュレートフィルタ９を設置する数は任意に設定することができる。

前部壁２０に貫通固定された上下の触媒シェル１７の前端には、夫々連結フランジ２４を介して入口パイプ１６ａ，１６ｂを接続している。このとき、触媒シェル１７を前部室５には設けない長さとし、且つ入口パイプ１６ａ，１６ｂの連結フランジ２４を前部壁２０に固定し、これによって入口パイプ１６ａ，１６ｂからの排出ガス１５を左側室５ａを介して前記酸化触媒１８に導くようにしてもよい。また、前記入口パイプ１６ａ，１６ｂの上流側には、図示していないが排出ガス１５を入口パイプ１６ａと入口パイプ１６ｂとに交互に切り替えて導くようにした切換手段が備えてあり、排出ガス１５を遮断した側の酸化触媒１８に燃料を供給して加熱することによってパティキュレートフィルタ９の再生を行えるようにしている。

一方、図２に示すように、右側室５ｂにおける前記酸化触媒１８とパティキュレートフィルタ９の相互間の位置には、複数の出口パイプ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄを挿入して前部壁２０とセパレータ３に固定している。上記出口パイプ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄの設置する数は任意に設定することができる。前記各出口パイプ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄは内側端が閉塞されており、右側室５ｂの位置に備えた排気孔２５’によって右側室５ｂと連通している。更に、出口パイプ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄの夫々の外側端は、１つの出口集合ダクト２６に連結されており、更に、該出口集合ダクト２６は排出ガスを下流に導くためのダクト２７に接続されている。

また、前記触媒シェル１７の後端には後部室７に連通するスリット１７ａを形成していると共に、前記カートリッジシェル１０の後端には後部室７に連通するスリット１０ａを形成している。

次に、上記図示例の作動を説明する。

図１〜図３に示した構造において、入口パイプ１６ａ，１６ｂから供給される排出ガス１５は、上下の酸化触媒１８を経た後、触媒シェル１７に形成したスリット１７ａから後部室７に排出される。後部室７に排出された排出ガス１５は、スリット１０ａからカートリッジシェル１０内に流入してパティキュレートフィルタ９へと流れ込み、該パティキュレートフィルタ９を通過する際にパティキュレートが捕集されて清浄になる。清浄になった排出ガス１５は、右側室５ｂに排出された後、排気孔２５’を通って各出口パイプ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄに抜き出された後、１つの出口集合ダクト２６に集合して排出される。出口集合ダクト２６に集合した排出ガス１５はダクト２７によって下流に導かれる。上記したパティキュレートフィルタ９によって排出ガス１５の浄化が行われると共に、酸化触媒１８を通った排出ガス１５が反転してパティキュレートフィルタ９に流動する流路構成と、排出ガス１５が細径の複数の出口パイプ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄを通って排出される構成とにより排出ガス１５の消音が効果的に行われるようになる。

上記した本発明の触媒マフラの構造では、酸化触媒１８とパティキュレートフィルタ９の相互間の位置に複数の出口パイプ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄを挿入して前部壁２０とセパレータ３とに固定し、各出口パイプ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄの外側端部を出口集合ダクト２６に連結したので、ケーシング２内のスペースを有効に利用して複数の出口パイプ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄを配置することにより出口パイプ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄによる排出ガスの圧力損失を効果的に低減することができる。更に、各出口パイプ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄを出口集合ダクト２６に連結したことにより出口パイプ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄの剛性強度を効果的に高めることができる。

更に、ケーシング２に備えた前部壁２０と、後部壁２１と、セパレータ３，４とにより箱形構造体２３を構成したので、ケーシング２の剛性強度を大幅に高めることができ、且つ出口パイプ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄを少なくともセパレータ３と前部壁２０とに固定すると共に前記出口集合ダクト２６に固定したので、前記箱形構造体２３の剛性強度が向上されることと相俟って出口パイプ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄの剛性強度を更に高めることができる。

図４、図５は本発明の触媒マフラの構造の他の例を示すもので、前記出口パイプ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄと同様に、入口パイプを複数備えるようにしている。即ち、前記左側室５ａを上下に区画する区画壁２８を設けることにより、上段の酸化触媒１８に連通する上部室２９ａと下段の酸化触媒１８に連通する下部室２９ｂとを形成しており、上部室２９ａと下部室２９ｂの夫々に連通する上下各２本の入口パイプ３０ａ，３１ａと入口パイプ３０ｂ，３１ｂを前部壁２０に固定して設けている。入口パイプ３０ａ，３１ａと入口パイプ３０ｂ，３１ｂは、夫々上下に延びる入口集合ダクト３２ａ，３２ｂに連結しており、更に、入口集合ダクト３２ａ，３２ｂは別々の上流ダクト３３ａ，３３ｂに接続している。

図４、図５に示すように、複数の入口パイプ３０ａ，３１ａ、３０ｂ，３１ｂを備えて各入口パイプ３０ａ，３１ａ、３０ｂ，３１ｂを入口集合ダクト３２ａ，３２ｂに連結するようにしたので、入口パイプ３０ａ，３１ａ、３０ｂ，３１ｂによる圧力損失を低減できると共に入口パイプ３０ａ，３１ａ、３０ｂ，３１ｂの剛性強度も高めることができる。

なお、本発明の触媒マフラの構造は、上記形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の触媒マフラの構造の一例を示す切断平面図である。 図１をＩＩ−ＩＩ方向から見た側面図である。 図１をＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た切断正面図である。 本発明の触媒マフラの構造の他の例を示す側面図である。 図４のＶ−Ｖ方向矢視図である。 従来の触媒マフラの一例を示す斜視図である。 図６の触媒マフラの断面図である。 従来の触媒マフラの他の例を示す概略正面図である。 図８のＩＸ−ＩＸ方向矢視図である。 図８のＸ−Ｘ方向矢視図である。

符号の説明

１ マフラ（触媒マフラ）
２ ケーシング
３，４ セパレータ
５ 前部室
７ 後部室
９ パティキュレートフィルタ（フィルタ）
１５ 排出ガス
１６ａ，１６ｂ 入口パイプ
１８ 酸化触媒（触媒）
１９ 出口パイプ
２０ 前部壁
２１ 後部壁
２３ 箱形構造体
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ 出口パイプ
２６ 出口集合ダクト
３０ａ，３１ａ、３０ｂ，３１ｂ 入口パイプ
３２ａ，３２ｂ 入口集合ダクト

Claims (5)

1. マフラのケーシングの前端に固定した前部壁と、後端に固定した後部壁と、ケーシング内部に固定したセパレータとにより少なくとも前部室と後部室とを有する箱形構造体を形成し、該箱形構造体の内部に前部室と後部室とに亘って延びる触媒とフィルタを並列に固定し、前部壁に固定した入口パイプから導入した排出ガスを触媒を通して後部室に導き、続いて後部室の排出ガスをフィルタを通して前部室に設けた出口パイプから導出するようにした触媒マフラの構造であって、触媒とフィルタの相互間に複数の出口パイプを挿入して前部壁とセパレータとに固定し、各出口パイプの外側端部を出口集合ダクトに連結したことを特徴とする触媒マフラの構造。
2. 前記箱形構造体内に触媒とフィルタを複数備えたことを特徴とする請求項１に記載の触媒マフラの構造。
3. 前記触媒とフィルタは少なくともセパレータと後部壁とに固定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の触媒マフラの構造。
4. 前記セパレータは間隔を隔てて複数備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の触媒マフラの構造。
5. 前記入口パイプを複数設け、各入口パイプを入口集合ダクトに連結したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の触媒マフラの構造。
   

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