JP2009085138A - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 構成部品のサイズのばらつきを吸収しながら、容易に組み立てることができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関の排気系に設けられ、内燃機関から排出された排ガスを浄化する排ガス浄化装置１であって、筒状のケース３と、排ガスをケース３に導入するためにケース３の上流側端部８ｂに接合された上流側コーン部２と、排ガスをケース３から排出するためにケース３の下流側端部８ｄに接合された下流側コーン部４と、ケース３に収容され、上流側コーン部２を介して導入された排ガスを浄化する排ガス浄化体５と、を備え、上流側コーン部２および下流側コーン部４の少なくとも一方は、外側に折り返された折返し部４ｂを一端部に有し、折返し部４ｂの外側にケース３が嵌合している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排気系に設けられた内燃機関の排ガス浄化装置に関する。

従来のこの種の排ガス浄化装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この排ガス浄化装置は、筒状のケーシングと、その内部に設けられた上流側および下流側の２つの触媒担体などを備えている。このケーシングは、内側の第１ケーシングと外側の第２ケーシングから成る二重構造を有しており、２つの触媒担体は、第１ケーシング内に固定されている。第２ケーシングは、第１ケーシングとの間に間隙を存した状態で設けられている。排ガスの一部は、第１ケーシングの上流側の端部から分岐して間隙に導入されるとともに、上流側の触媒担体と下流側の触媒担体の間に合流する。それにより、上流側の触媒担体が保温されることによって、上流側の触媒担体の浄化性能が維持される。

また、上述したような第１ケーシング内に触媒担体を固定する方法の１つとして、触媒担体を第１ケーシング内に配置した後、第１ケーシングを径方向に圧縮する方法が知られている。この方法では、触媒担体は、第１ケーシングに圧接された状態で、これに固定される。しかし、このような圧縮固定による方法では、第１ケーシングが圧縮変形することによって、そのサイズが径方向や長さ方向にばらつきやすい。その結果、排ガス浄化装置の組立ての際、第２ケーシングなどの他の構成部品の取付けに支障を来すおそれがある。このような不具合は、第１および第２ケーシングなどの構成部品のサイズが、製造誤差によりばらついている場合にも生じることがある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、構成部品のサイズのばらつきを吸収しながら、容易に組み立てることができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的としている。

特開平６−１０１４６５号公報

この目的を達成するために、本願の請求項１に係る発明は、内燃機関の排気系に設けられ、内燃機関から排出された排ガスを浄化する排ガス浄化装置１であって、筒状のケース３と、排ガスをケース３に導入するためにケース３の上流側端部（実施形態における（以下、本項において同じ）上流側接合部８ｂ）に接合された上流側コーン部２と、排ガスをケース３から排出するためにケース３の下流側端部（下流側接合部８ｄ）に接合された下流側コーン部４と、ケース３に収容されるとともに、上流側コーン部２を介して導入された排ガスを浄化する排ガス浄化体（触媒５）と、を備え、上流側コーン部２および下流側コーン部４の少なくとも一方は、外側に折り返された折返し部４ｂを一端部に有し、折返し部４ｂの外側にケース３が嵌合していることを特徴とする。

この排ガス浄化装置によれば、内燃機関から排出された排ガスは、上流側コーン部を介してケースに導入されるとともに、ケースに収容された排ガス浄化体によって浄化された後、下流側コーン部を介してケースから排出される。

この排ガス浄化装置では、上流側および下流側コーン部の少なくとも一方の一端部に、外側に折り返された折返し部が設けられており、この折返し部の外側にケースの端部が嵌合している。このため、ケースとコーン部を組み立てる際に、折返し部とケースとの重なり長さを調整することによって、ケースの長さ方向のサイズのばらつきを吸収することができる。それにより、同方向のサイズのばらつきが、製造誤差によって各構成部品に生じたり、排ガス浄化体の圧縮固定によってケースに生じたりした場合でも、そのような長さ方向のサイズのばらつきを吸収しながら、排ガス浄化装置を容易に組み立てることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置１において、ケース３は、排ガス浄化体を収容する内側ケース７と、内側ケース７との間に間隙を存した状態で内側ケース７を覆うように設けられ、上流側コーン部２および下流側コーン部４の少なくとも一方の折返し部４ｂが嵌合する外側ケース８と、を有し、上流側コーン部２および下流側コーン部４の少なくとも一方は、内側ケース７の端面に突き合わされた状態で接合されていることを特徴とする。

この構成によれば、内側ケースに収容された排ガス浄化体に排ガスが通されるとともに、内側ケースの外側には、間隙を存して内側ケースを覆うように外側ケースが設けられている。また、上流側および下流側コーン部の少なくとも一方は、内側ケースの端面に突き合わされた状態で接合されている。このため、内側ケースの端面とコーン部の突合わせ位置を内側ケースの径方向に調整することによって、内側ケースの径方向のサイズのばらつきを吸収することができる。それにより、同方向のサイズのばらつきが、製造誤差によって各構成部品に生じたり、排ガス浄化体の圧縮固定によって内側ケースに生じたりした場合でも、そのような径方向のサイズのばらつきを吸収しながら、排ガス浄化装置の組立てをさらに容易に行うことができる。

さらに、内側ケースと外側ケースとの間の間隙によって、空気層が形成されるので、排ガス浄化体の温度の低下が抑制される。その結果、排ガス浄化体の保温性が向上するので、排ガス浄化体として触媒を用いた場合、その浄化性能を良好に維持することができる。

請求項３に係る発明は、内燃機関の排気系に設けられ、内燃機関から排出された排ガスを浄化する排ガス浄化装置であって、上流側および下流側の少なくとも一方の端部から外方に突出するとともに長さ方向に延びる接合部１２ａを有する筒状の内側ケース１２、および、内側ケース１２との間に間隙を存した状態で内側ケース１２を覆うように設けられ、接合部１２ａの外側に嵌合する外側ケース８を有するケース１１と、排ガスを内側ケース１２に導入するために内側ケース１２の上流側端部に接合された上流側コーン部２と、排ガスを内側ケース１２から排出するために内側ケース１２の下流側端部（接合部１２ａ）に接合された下流側コーン部１３と、内側ケース１２に収容されるとともに、上流側コーン部２を介して導入された排ガスを浄化する排ガス浄化体（触媒５）と、を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、内側ケースの上流側および下流側の少なくとも一方の端部に、外方に突出するとともに長さ方向に延びる接合部が設けられており、この接合部の外側に外側ケースが嵌合している。このため、外側ケースと内側ケースを組み立てる際に、内側ケースの接合部と外側ケースとの重なり長さを調整することによって、内側ケースおよび外側ケースの長さ方向のサイズのばらつきを吸収することができる。それにより、製造誤差による内側ケースおよび外側ケースの長さ方向のサイズのばらつきや、排ガス浄化体の圧縮固定による内側ケースの同方向のサイズのばらつきが生じた場合でも、そのようなばらつきを吸収しながら、排ガス浄化装置を容易に組み立てることができる。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化装置１において、ケース３、１１は、ケース３、１１の長さ方向に伸縮可能な蛇腹部８ｃを有していることを特徴とする。

この構成によれば、ケースの長さを、蛇腹部を伸縮させることによって調整することができる。したがって、前述した請求項１におけるコーン部の折返し部へのケースの嵌合や、請求項３における内側ケースの接合部への外側ケースの嵌合による調整に加え、蛇腹部による調整によって、構成部品の長さ方向のサイズのばらつきを、より容易かつ確実に吸収することができる。また、請求項２および３のように、ケースが内側ケースおよび外側ケースによる二重構造を有している場合には、高温の排ガスに直接さらされる内側ケースと、その外側に空気層を介して配置された外側ケースとの温度に応じた伸縮量の差を、蛇腹部によって効果的に吸収することができる。

請求項５に係る発明は、請求項２または３に記載の内燃機関の排ガス浄化装置において、排ガス浄化体は、内側ケース７、１２を径方向に圧縮することによって、内側ケース７、１２に圧接された状態で固定されていることを特徴とする。

この構成によれば、排ガス浄化体が内側ケース内に収容された状態で、内側ケースを径方向に圧縮することによって、排ガス浄化体を内側ケースに確実かつ容易に固定することができる。また、このような排ガス浄化体の圧縮固定によって、内側ケースの長さ方向および／または径方向のサイズがばらついた場合でも、このようなばらつきは、前述したように、折返し部への嵌合やコーン部への突合わせなどによって吸収されるので、外側ケースの取付けを容易に行うことができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明を適用した内燃機関の排ガス浄化装置（以下、単に「浄化装置」という）を示している。この浄化装置１は、内燃機関（図示せず）の排気系に設けられており、排気マニホールドとマフラー（いずれも図示せず）の中間に配置されていて、上流側から順に、上流側コーン部２、ケース３および下流側コーン部４を備えている。

上流側コーン部２は、円形の断面を有し、上流側（図１の左側）および下流側に開口しており、本体部２ａと接合部２ｂで構成されている。本体部２ａは、下流側に向かって径が大きくなるようなテーパ状に形成されている。また、本体部２ａの上流側の端部には、フランジ６がろう材Ｗによって溶接されており、上流側コーン部２は、このフランジ６を介して、排気マニホールドから延びる排気管（図示せず）に接続されている。また、接合部２ｂは、本体部２ａの下流側の端から、長さ方向および径方向の外方に延びるとともに、外側に凸に湾曲している。

ケース３は、全体として円筒状に形成されており、内側ケース７と、その外側に設けられた外側ケース８を有している。内側ケース７は、単純な円筒状に形成されており、上流側コーン部２の接合部２ｂに外側から嵌合し、これに溶接されている。

内側ケース７には、上流側および下流側の２つの触媒５、５が収容されている。また、各触媒５と内側ケース７の間には、緩衝材９が設けられている。各触媒５は、例えば三元触媒で構成されており、ハニカム状の断面を有し、所定温度（例えば３００℃）以上で活性化することにより、内側ケース７を通過する排ガス中の有害物質（ＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘ）を、酸化・還元作用によって浄化する。

触媒５、５は、内側ケース７に収容した後、内側ケース７を径方向に圧縮することにより、緩衝材９、９を介して圧接された状態で、内側ケース７に固定されている。このような圧縮固定によって、触媒５、５を内側ケース７に確実かつ容易に固定することができる。

外側ケース８は、円筒上の本体部８ａを有しており、内側ケース７との間に間隙を存した状態で、内側ケース７を覆うように設けられている。本体部８ａの上流側の端部には、上流側接合部８ｂが設けられており、この上流側接合部８ｂは、その径が上流側に向かって小さくなるようなテーパ状に形成されている。この上流側接合部８ｂの上流側の端部は、上流側コーン部２の本体部２ａの中央付近に接し、これに溶接されている。

また、外側ケース８の本体部８ａには、中央よりも上流側の位置に、蛇腹部８ｃが設けられている。この蛇腹部８ｃは、外側ケース８の長さ方向に伸縮自在に構成されている。また、図２に示すように、外側ケース８の本体部８ａの下流側の端部には、下流側接合部８ｄが設けられている。この下流側接合部８ｄは、径方向および長さ方向の外方に湾曲して延びる湾曲部８ｅと、湾曲部８ｅの下流側の端から外側ケース８の長さ方向に直線的に延びる直線部８ｆを有している。

下流側コーン部４は、断面円形に形成されており、本体部４ａおよび折返し部４ｂを有している。本体部４ａは、下流側に向かって径が小さくなるようなテーパ状に形成されている。本体部４ａの下流側の端部にはフランジ１０が溶接されており、下流側コーン部４は、このフランジ１０を介して、下流側の排気管（図示せず）に接続されている。

折返し部４ｂは、本体部４ａの上流側の端部に設けられており、図２に示すように、本体部４ａから径方向の外方に延びる内側接合部４ｃと、この内側接合部４ｃの外端から湾曲部を介して下流側に折り返され、下流側に直線的に延びる外側接合部４ｄを有している。内側接合部４ｃの上流側の面には、内側ケース７の下流側の端面が突き合わされた状態で溶接されている。また、外側接合部４ｄには、外側ケース８の前述した下流側接合部８ｄの直線部８ｆが、外側から嵌合しており、下流側接合部８ｄは、その状態で外側接合部４ｄに溶接されている。なお、図２中の符号Ｌ１は、直線部８ｆと下流側接合部８ｄの重なり長さを示している。

以上の構成の排ガス浄化装置１によれば、内燃機関から排出された排ガスは、上流側の排気管を通って上流側コーン部２に流入し、さらに上流側コーン部２を介してケース３に導入される。排ガスは、ケース３を通過する際、触媒５、５によって浄化され、その後、下流側コーン部４を介して下流側の排気管に排出される。

また、下流側コーン部４の折返し部４ｂの外側に、外側ケース８の下流側接合部８ｄが嵌合している。このため、外側ケース８と下流側コーン部４を組み立てる際に、下流側接合部８ｄの直線部８ｆと折返し部４ｂの外側接合部４ｄを相対的にスライドさせ、両者８ｆ、４ｄの重なり長さＬ１を調整することによって、ケース３の長さ方向のサイズのばらつきを吸収することができる。それにより、製造誤差や触媒５の圧縮固定によって内側ケース７を含む各構成部品に長さ方向のサイズのばらつきが生じた場合でも、そのようなばらつきを吸収しながら、排ガス浄化装置１を容易に組み立てることができる。

また、下流側コーン部４は、内側ケース７の端面に突き合わされた状態で接合されているので、この突合わせ位置を内側ケース７の径方向に調整することによって、内側ケース７を含む構成部品の径方向のサイズのばらつきについても、吸収することができる。それにより、排ガス浄化装置１の組立てをさらに容易に行うことができる。

また、内側ケース７と外側ケース８との間の間隙によって空気層が形成されるので、触媒５、５の温度の低下が抑制される。その結果、触媒５、５の保温性が向上することによって、触媒５、５の浄化性能を良好に維持することができる。

また、外側ケース８の長さを、蛇腹部８ｃを伸縮させることによって調整することができる。したがって、前述した折返し部４ｂへの下流側接合部８ｄの嵌合による調整に加え、蛇腹部８ｃによる調整によって、構成部品の長さ方向のサイズのばらつきを、より容易かつ確実に吸収することができる。さらに、高温の排ガスに直接さらされる内側ケース７と、その外側に空気層を介して配置された外側ケース８との温度に応じた伸縮量の差を、蛇腹部８ｃによって効果的に吸収することができる。

図３は、排ガス浄化装置の変形例を示している。この変形例では、ケース１１の内側ケース１２の下流側の端部に、接合部１２ａが設けられている。この接合部１２ａは、内側ケース１２の径方向の外方に延びる内側接合部１２ｂと、その外端から湾曲部を介して下流側に直線状に延びる外側接合部１２ｃを有している。

また、下流側コーン部１３の上流側の端部には、径方向の外方に直線状に延びる接合部１３ａが設けられており、この接合部１３ａは、内側ケース１２の内側接合部１２ｂの下流側の面に接触した状態で溶接されている。また、内側ケース１２の外側接合部１２ｃには、外側ケース８の直線部８ｆが外側から嵌合しており、直線部８ｆは、その状態で外側接合部１２ｃに溶接されている。

以上の構成によれば、内側ケース１２と下流側コーン部１３を組み立てる際、下流側コーン部１３の接合部１３ａと内側ケース１２の内側接合部１２ｂを径方向に相対的にスライドさせ、両者１３ａ、１２ｂの重なり長さＬ３を調整することによって、内側ケース１２および下流側コーン部１３の径方向のサイズのばらつきを吸収することができる。また、外側ケース８と内側ケース１２を組み立てる際、外側ケース８の直線部８ｆと内側ケース１２の外側接合部１２ｃを相対的にスライドさせ、両者８ｆ、１２ｃの重なり長さＬ２を調整することによって、内側ケース１２および外側ケース８の長さ方向のサイズのばらつきを吸収することができる。以上により、実施形態と同様、製造誤差や触媒５の圧縮固定によるばらつきを吸収しながら、排ガス浄化装置を容易に組み立てることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、下流側コーン部４に設けた折返し部４ｂに、外側ケース８を嵌合させるとともに内側ケース７を突き合わせているが、これに限定されることなく、そのような折返し部を、上流側コーン部２のみに、または上流側コーン部２と下流側コーン部４の双方に設けてもよい。また、変形例においても、内側ケース１２の下流側に設けられた接合部１２ａを、上流側のみに、または上流側と下流側の双方に設けるようにしてもよい。

また、実施形態では、排ガス浄化体として、触媒５を用いているが、ケースに収容され、排ガスを浄化できる任意のものを用いてもよい。例えば、触媒５に代えて、ディーゼルパティキュレートフィルタを用いてもよく、また、触媒５とディーゼルパティキュレートフィルタとを組み合わせたものを用いてもよい。さらに、本発明は、船外機のような船舶推進機用エンジンを含む、様々な産業用の内燃機関の排ガス浄化装置に用いることができる。その他、細部の構成を、本発明の趣旨の範囲内で適宜、変更することが可能である。

本発明の実施形態による排ガス浄化装置を示す断面図である。 図１の下流側コーン部の折返し部と外側ケースとの嵌合部を示す部分拡大断面図である。 変形例による内側ケースの接合部と外側ケースとの嵌合部を示す部分拡大断面図である。

符号の説明

１ 排ガス浄化装置
２ 上流側コーン部
３ ケース
４ 下流側コーン部
４ｂ 折返し部
５ 触媒（排ガス浄化体）
７ 内側ケース
８ 外側ケース
８ｂ 上流側接合部（ケースの上流側端部）
８ｃ 蛇腹部
８ｄ 下流側接合部（ケースの下流側端部）
１１ ケース
１２ 内側ケース
１２ａ 接合部（内側ケースの下流側端部）
１３ 下流側コーン部

Claims (5)

1. 内燃機関の排気系に設けられ、当該内燃機関から排出された排ガスを浄化する排ガス浄化装置であって、
   筒状のケースと、
   排ガスを当該ケースに導入するために前記ケースの上流側端部に接合された上流側コーン部と、
   排ガスを前記ケースから排出するために前記ケースの下流側端部に接合された下流側コーン部と、
   前記ケースに収容されるとともに、前記上流側コーン部を介して導入された排ガスを浄化する排ガス浄化体と、を備え、
   前記上流側コーン部および前記下流側コーン部の少なくとも一方は、外側に折り返された折返し部を一端部に有し、当該折返し部の外側に前記ケースが嵌合していることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
2. 前記ケースは、
   前記排ガス浄化体を収容する内側ケースと、
   当該内側ケースとの間に間隙を存した状態で前記内側ケースを覆うように設けられ、前記上流側コーン部および前記下流側コーン部の前記少なくとも一方の前記折返し部に嵌合する外側ケースと、を有し、
   前記上流側コーン部および前記下流側コーン部の少なくとも一方は、前記内側ケースの端面に突き合わされた状態で接合されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
3. 内燃機関の排気系に設けられ、当該内燃機関から排出された排ガスを浄化する排ガス浄化装置であって、
   上流側および下流側の少なくとも一方の端部から外方に突出するとともに長さ方向に延びる接合部を有する筒状の内側ケース、および、当該内側ケースとの間に間隙を存した状態で前記内側ケースを覆うように設けられ、前記接合部の外側に嵌合する外側ケースを有するケースと、
   排ガスを前記内側ケースに導入するために当該内側ケースの上流側端部に接合された上流側コーン部と、
   排ガスを前記内側ケースから排出するために前記内側ケースの下流側端部に接合された下流側コーン部と、
   前記内側ケースに収容されるとともに、前記上流側コーン部を介して導入された排ガスを浄化する排ガス浄化体と、
   を備えていることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
4. 前記ケースは、当該ケースの長さ方向に伸縮可能な蛇腹部を有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
5. 前記排ガス浄化体は、前記内側ケースを径方向に圧縮することによって、当該内側ケースに圧接された状態で固定されていることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。

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