JP2016223311A - 排気浄化装置の接続構造及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】排気浄化装置の構成部品同士の接続部の素材が内側から腐食されることを防止し得る排気浄化装置の接続構造及び方法を提供する。【解決手段】エンジンからの排気ガスが流通する排気管の途中に備えられた排気浄化装置の構成部品のうち少なくとも一部（ミキシングパイプ９、ガス分散室１０）のパイプ端部９ａ，１０ａ同士が、該パイプ端部９ａ，１０ａに各々溶接されたフランジ１４，１５同士を互いに接合させることにより接続された排気浄化装置の接続構造に関し、フランジ１４，１５とパイプ端部９ａ，１０ａとの溶接部９ｃ，１０ｃが、前記構成部品（ミキシングパイプ９、ガス分散室１０）によって形成される空間の内側に形成される。前記排気浄化装置は、内部に還元剤１９を添加するインジェクタ１１を備え、パイプ端部９ａ，１０ａ同士の接続部は、インジェクタ１１の下流に位置する。【選択図】図１

Description

本発明は、還元剤を用いてＮＯｘを浄化する排気浄化装置において、還元剤による素材の腐食を防止する排気浄化装置の接続構造及び方法に関する。

近年、排気管の途中に排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えると共に、該パティキュレートフィルタの下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯｘをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒を備え、該選択還元型触媒と前記パティキュレートフィルタとの間に還元剤として尿素水を添加してパティキュレートとＮＯｘの同時低減を図ることが提案されている。

この場合、選択還元型触媒への尿素水の添加は、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒との間で行われることになるため、排気ガス中に添加された尿素水がアンモニアと炭酸ガスに加水分解されるまでの十分な反応時間を確保しようとすれば、尿素水の添加位置から選択還元型触媒までの距離を長くする必要があるが、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒とを十分な距離を隔てて離間載置させてしまうと、車両への搭載性が著しく損なわれてしまう。

このため、本発明と同じ出願人により図２に示す如きコンパクトな排気浄化装置が既に提案されている。ここに図示している排気浄化装置では、エンジンからの排気ガス１が流通する排気管２の途中に、排気ガス１中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ３と、該パティキュレートフィルタ３の下流側の酸素共存下でも選択的にＮＯｘをアンモニアと反応させ得る性質を備えた選択還元型触媒４とをケーシング５，６により夫々抱持して並列に配置し、パティキュレートフィルタ３の出側端部と選択還元型触媒４の入側端部との間をＳ字構造の連絡流路７により接続し、パティキュレートフィルタ３の出側端部から排出された排気ガス１が逆向きに折り返されて隣の選択還元型触媒４の入側端部に導入されるようになっている。

ここで、前記連絡流路７は、パティキュレートフィルタ３の出側端部を包囲し且つ該出側端部から出た直後の排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室８と、該ガス集合室８で集められた排気ガス１をパティキュレートフィルタ３の排気流れ方向と逆向きに抜き出すミキシングパイプ９と、該ミキシングパイプ９により導かれた排気ガス１を反転させて前記選択還元型触媒４の入側端面に対し斜め側方から分散させつつ導入し得るよう該入側端部を包囲するガス分散室１０とでＳ字構造をなすように構成されており、前記ミキシングパイプ９の入側端部の中心位置には、該ミキシングパイプ９内に尿素水を添加するためのインジェクタ１１が前記ミキシングパイプ９の出側端部側へ向けて装備されている。

ここに図示している例では、パティキュレートフィルタ３が抱持されているケーシング５内の前段に、排気ガス１中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒１２が装備されており、また、選択還元型触媒４が抱持されているケーシング６の後段には、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒１３が装備されている。

このような構成を採用すれば、パティキュレートフィルタ３により排気ガス１中のパティキュレートが捕集されると共に、その下流側のミキシングパイプ９の途中でインジェクタ１１から尿素水が排気ガス１中に添加されてアンモニアと炭酸ガスに分解され、選択還元型触媒４上で排気ガス１中のＮＯｘがアンモニアにより良好に還元浄化される結果、排気ガス１中のパティキュレートとＮＯｘの同時低減が図られることになる。

この際、パティキュレートフィルタ３の出側端部から排出された排気ガス１が連絡流路７により逆向きに折り返されてから隣の選択還元型触媒４の入側端部に導入されるようになっているので、尿素水の添加位置から選択還元型触媒４までの距離が長く確保され、尿素水からアンモニアが生成されるのに十分な反応時間が確保される。

しかも、パティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４とが並列に配置され、これらパティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４との間に沿うように連絡流路７が配置されているので、その全体構成がコンパクトなものとなって車両への搭載性が大幅に向上されることになる。

ところで、このような排気浄化装置においては、ケーシング５，６や、連絡流路７を構成するガス集合室８、ミキシングパイプ９、ガス分散室１０は、それぞれ別個の部品として形成された後、図２に示す形に接続されるようになっている。図３（ａ）、（ｂ）は、これら排気浄化装置の構成部品のうち、ミキシングパイプ９とガス分散室１０とを接続する際の一般的な手順を示している。まず、図３（ａ）に示す如く、ミキシングパイプ９側のパイプ端部９ａと、ガス分散室１０側のパイプ端部１０ａの周囲全体にわたり、パイプ端部９ａ，１０ａの径と略等しい内径を有する環状のフランジ１４，１５をそれぞれ溶接する。このとき、パイプ端部９ａとフランジ１４との溶接は、パイプ端部９ａの外周面側から、すなわち対向するパイプ端部１０ａとは反対側から行われる。同様に、パイプ端部１０ａとフランジ１５との溶接は、パイプ端部１０ａの外周面側から、すなわち対向するパイプ端部９ａとは反対側から行われる。次に、図３（ｂ）に示す如く、対向するフランジ１４，１５の間にガスケット１６を挟み込み、フランジ１４，１５同士を締結する。

このように、ミキシングパイプ９とガス分散室１０との接続は、対向する両部品のパイプ端部９ａ，１０ａにフランジ１４，１５を各々溶接し、さらに該フランジ１４，１５同士を互いに接合することで行われる。このとき、溶接によってパイプ端部９ａ，１０ａにそれぞれ形成された溶接部９ｂ，１０ｂは、ミキシングパイプ９やガス分散室１０によって形成される空間の外側に位置する形となる。溶接部９ｂ，１０ｂを接続部の外周面側に設けることで、フランジ１４，１５とパイプ端部９ａ，１０ａとの隙間１７，１８を外側から塞いで滑らかにし、外部からの水等が隙間１７，１８に侵入するのを防いで錆や腐食を防止するようにしている。尚、排気浄化装置の他の構成部品同士についても、一部は同様の接続構造ないし接続方法によって接続されている。

尚、上記したような排気浄化装置と関連する技術文献としては、例えば、本発明と同じ出願人による下記特許文献１がある。

特開２０１５−４８８４２号公報

ところで、上述の接続構造ないし接続方法は、金属のパイプ同士を接続する手段としては一般的なものであるが、これを上記のように、排気浄化装置において連絡流路７の構成部品同士の接続に用いると、その接続部に内側から腐食が生じる虞がある。排気浄化装置の連絡流路７を構成するミキシングパイプ９やガス分散室１０の場合、その内部にインジェクタ１１から還元剤として尿素水が添加されるが、尿素水には鉄等の金属を腐食させる作用がある。排気浄化装置の構成部品は主に鉄等の金属で形成されており、尿素水がかかる部分に凹凸や段差があると、その凹凸や段差の部分に尿素水が入り込んで滞留し、そこの素材が腐食されてしまう。

上記したような接続方法によれば、ミキシングパイプ９とガス分散室１０の接続部は図３（ｂ）に示すような構造となる。この接続部には、連絡流路７の内側から見て、ミキシングパイプ９のパイプ端部９ａとフランジ１４との間、およびガス分散室１０のパイプ端部１０ａとフランジ１５との間にそれぞれ隙間１７，１８が露出している。そして、この隙間１７，１８は、インジェクタ１１の下流であり、インジェクタ１１から添加される還元剤（尿素水）１９が液体のままかかる位置にある。このため、添加された尿素水１９がこの隙間１７，１８に、とりわけ下流側に位置する隙間１８に入り込んで滞留しやすく、そこからミキシングパイプ９やガス分散室１０、フランジ１４，１５の素材に腐食が生じやすい。腐食を防止するためには、ミキシングパイプ９やガス分散室１０、フランジ１４，１５の素材に防食性のあるステンレス材等を用いることができるが、尿素水１９による腐食を防止し得るような高い防食性を有する素材は高価であり、材料コストが嵩んでしまう。

本発明は、斯かる実情に鑑み、排気浄化装置の構成部品同士の接続部の素材が還元剤により腐食されることを防止し得る排気浄化装置の接続構造及び方法を提供しようとするものである。

本発明は、エンジンからの排気ガスが流通する排気管の途中に備えられた排気浄化装置の構成部品のうち少なくとも一部のパイプ端部同士が、該パイプ端部に各々溶接されたフランジ同士を互いに接合させることにより接続された排気浄化装置の接続構造であって、前記フランジと前記パイプ端部との溶接部が、前記構成部品によって形成される空間の内側に形成されていることを特徴とする排気浄化装置の接続構造にかかるものである。

本発明の排気浄化装置の接続構造において、前記排気浄化装置は、内部に還元剤を添加するインジェクタを備え、前記パイプ端部同士の接続部は、前記インジェクタの下流に位置していることが好ましい。

本発明の排気浄化装置の接続構造においては、前記フランジと前記パイプ端部との溶接部が、前記構成部品によって形成される空間の内側と外側の両方に形成されていることが好ましい。

また、本発明は、エンジンからの排気ガスが流通する排気管の途中に備えられた排気浄化装置の構成部品のパイプ端部同士の接続部が、前記排気浄化装置の内部に還元剤を添加するインジェクタの下流に位置している排気浄化装置の接続方法であって、前記パイプ端部に、前記構成部品によって形成される空間の内側からの溶接によってフランジを取り付け、該フランジ同士を接合することによって前記構成部品のパイプ端部同士を接続することを特徴とする排気浄化装置の接続方法にかかるものである。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

排気浄化装置の構成部品によって形成される空間の内側に備えた溶接部により、前記フランジと前記パイプ端部との隙間が前記空間の内側から塞がれるので、前記隙間に液体が内側から入り込んで滞留することがない。また、前記隙間に排気ガスの一部が入り込むことによる排気抵抗や異音の発生も軽減される。

排気浄化装置の内部に還元剤を添加するインジェクタの下流に位置する前記接続部の内側に溶接部を備えて前記フランジと前記パイプ端部との隙間を塞ぐようにすれば、還元剤が前記隙間に入り込んで滞留することがなく、還元剤による内側からの素材の腐食が防止される。

前記接続部の外側にも溶接部を備えるようにすれば、外部から前記隙間に水等の液体が侵入することが防がれ、外側からの素材の腐食が防止される。

本発明の排気浄化装置の接続構造及び方法によれば、排気浄化装置の構成部品同士の接続部の素材が内側から腐食されることを防止し得るという優れた効果を奏し得る。

本発明を適用した排気浄化装置の接続構造及び方法を説明する要部断面図であり、（ａ）はパイプ端部同士を接続する前の状態、（ｂ）はパイプ端部同士を接続した後の状態を示している。 一般的な排気浄化装置を示す概略図である。 従来の排気浄化装置の接続構造及び方法を説明する要部断面図であり、（ａ）はパイプ端部同士を接続する前の状態、（ｂ）はパイプ端部同士を接続した後の状態を示している。

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（ａ）、（ｂ）は本発明の実施による排気浄化装置の接続構造の形態の一例、及びその接続の手順を示すものであって、図中、図２、図３と同一の符号を付した部分は同一物を表している。基本的な構成は図２、図３に示す従来のものと同様であるが、本実施例の場合、パイプ端部９ａ，１０ａ同士の接続にあたり、上記従来例のような外側からの溶接に加えて、内側からも溶接を行っている点に特徴がある。

排気浄化装置の構成部品であるミキシングパイプ９とガス分散室１０を接続するにあたっては、まず図１（ａ）に示す如く、ミキシングパイプ９側のパイプ端部９ａと、ガス分散室１０側のパイプ端部１０ａの周囲全体にわたって環状のフランジ１４，１５をそれぞれ溶接する。このとき、パイプ端部９ａとフランジ１４との溶接が、パイプ端部９ａの外周面側から、すなわち対向するパイプ端部１０ａと反対側から行われることは上記従来例と同じである。本実施例の場合、これに加えて、パイプ端部９ａの内周面側から、すなわち対向するパイプ端部１０ａの側からも溶接が行われる。同様に、パイプ端部１０ａとフランジ１５との溶接は、パイプ端部１０ａの外周面側から、すなわち対向するパイプ端部９ａとは反対側から行われると共に、パイプ端部１０ａの内周面側から、すなわち対向するパイプ端部９ａの側からも行われる。

次に、上記従来例（図３（ｂ）参照）と同様、図１（ｂ）に示す如く、対向するフランジ１４，１５の間にガスケット１６を挟み込み、フランジ１４，１５同士を締結する。上記溶接作業により、パイプ端部９ａ，１０ａの外周面側には溶接部（外側溶接部）９ｂ，１０ｂが、パイプ端部９ａ，１０ａの内周面側には溶接部（内側溶接部）９ｃ，１０ｃが、それぞれ生じている。このように、本実施例においては、ミキシングパイプ９とガス分散室１０によって形成される空間の外側と内側の両面に、それぞれ溶接部（外側溶接部９ｂ，１０ｂおよび内側溶接部９ｃ，１０ｃ）が形成されている。

次に、上記した本実施例の作動を説明する。

本実施例においては、図１（ｂ）に示す如く、接続部の内側に溶接部（内側溶接部）９ｃ，１０ｃが設けられている。この内側溶接部９ｃ，１０ｃはそれぞれ、ミキシングパイプ９のパイプ端部９ａとフランジ１４との隙間１７、およびガス分散室１０のパイプ端部１０ａとフランジ１５との隙間１８を、それぞれ内側から塞ぐ形となっている。このため、接続部の内側に隙間１７，１８が露出しておらず、接続部の内側表面が滑らかになっている。よって、上流側のインジェクタ１１から噴射される還元剤としての尿素水１９が接続部にかかっても、上記従来例（図３（ｂ）参照）とは異なり、この尿素水１９が隙間１７，１８に入り込むことがない。したがって、尿素水１９が接続部に滞留することがなく、滞留した尿素水１９によって接続部周辺のミキシングパイプ９やガス分散室１０、フランジ１４，１５等の素材が腐食する心配がない。しかも、上記従来例では、噴射した尿素水１９の一部が隙間１７，１８に入り込むことによって排気ガス１（図２参照）と混合されることなく失われてしまう問題があったが、本実施例ではこのような尿素水１９のロスの問題がなく、尿素水１９の使用量を低減させることができる。

また、上記従来例（図３（ｂ）参照）の場合、排気ガス１が流通する連絡流路７（図２参照）の内面に隙間１７，１８が露出する形となっており、ここに排気ガス１の流れの一部が入り込むと、これが排気抵抗となったり、異音を発生させたりする問題があった。本実施例では、接続部の隙間１７，１８は内側溶接部９ｃ，１０ｃによって内側から塞がれているため、排気ガス１が入り込むような隙間は存在せず、排気抵抗や異音の問題は軽減される。

尚、フランジ１４，１５とパイプ端部９ａ，１０ａとを接合する観点から見れば、フランジ１４，１５とパイプ端部９ａ，１０ａとの間に形成する溶接部は、内側溶接部９ｃ，１０ｃを備えていれば強度的には十分である。しかし、本実施例では、内側溶接部９ｃ，１０ｃに加えて上記従来例（図３参照）と同様の外側溶接部９ｂ，１０ｂも設けている。これにより、上記従来例と同様、フランジ１４，１５とパイプ端部９ａ，１０ａとの隙間１７，１８を外側からも塞いで滑らかにし、外部からの水等が隙間に侵入するのを防いで外側からの錆や腐食を防止するようになっている。

以上のように、上記本実施例においては、エンジンからの排気ガス１が流通する排気管２の途中に備えられた排気浄化装置の構成部品のうち少なくとも一部（ミキシングパイプ９、ガス分散室１０）のパイプ端部９ａ，１０ａ同士が、該パイプ端部９ａ，１０ａに各々溶接されたフランジ１４，１５同士を互いに接合させることにより接続された排気浄化装置の接続構造に関し、フランジ１４，１５とパイプ端部９ａ，１０ａとの溶接部（内側溶接部）９ｃ，１０ｃが、前記構成部品（ミキシングパイプ９、ガス分散室１０）によって形成される空間の内側に形成されている。このため、フランジ１４，１５とパイプ端部９ａ，１０ａとの隙間１７，１８が溶接部（内側溶接部）９ｃ，１０ｃによって前記空間の内側から塞がれるので、隙間１７，１８に液体が内側から入り込んで滞留することがない。また、隙間１７，１８に排気ガス１の一部が入り込むことによる排気抵抗や異音の発生も軽減される。

また、本実施例においては、前記排気浄化装置は、内部に還元剤１９を噴射するインジェクタ１１を備え、パイプ端部９ａ，１０ａ同士の接続部は、インジェクタ１１の下流に位置している。このため、還元剤１９を噴射するインジェクタ１１の下流に位置する隙間１７，１８が溶接部（内側溶接部）９ｃ，１０ｃによって塞がれるので、還元剤１９が隙間１７，１８に入り込んで滞留することがなく、還元剤１９による内側からの素材の腐食が防止される。

また、本実施例においては、フランジ１４，１５とパイプ端部９ａ，１０ａとの溶接部（内側溶接部９ｃ，１０ｃ、外側溶接部９ｂ，１０ｂ）が、前記構成部品（ミキシングパイプ９、ガス分散室１０）によって形成される空間の内側と外側の両方に形成されている。このため、前記接続部の外側に備えた溶接部（外側溶接部）９ｂ，１０ｂにより、外部から前記隙間に水等の液体が侵入することが防がれ、外側からの素材の腐食が防止される。

したがって、上記本実施例によれば、排気浄化装置の構成部品同士の接続部の素材が内側から腐食されることを防止し得る。

尚、本発明の排気浄化装置の接続構造及び方法は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、上記したようなＳ字構造の連絡流路を備えた排気浄化装置だけでなく、内部に還元剤を添加するインジェクタの下流に接続部を有する排気浄化装置であれば種々のものに適用し得ること等、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。

１ 排気ガス
２ 排気管
９ ミキシングパイプ（排気浄化装置の構成部品）
９ａ パイプ端部
９ｂ 溶接部（外側溶接部）
９ｃ 溶接部（内側溶接部）
１０ ガス分散室（排気浄化装置の構成部品）
１０ａ パイプ端部
１０ｂ 溶接部（外側溶接部）
１０ｃ 溶接部（内側溶接部）
１１ インジェクタ
１４ フランジ
１５ フランジ
１９ 還元剤（尿素水）

Claims (4)

1. エンジンからの排気ガスが流通する排気管の途中に備えられた排気浄化装置の構成部品のうち少なくとも一部のパイプ端部同士が、該パイプ端部に各々溶接されたフランジ同士を互いに接合させることにより接続された排気浄化装置の接続構造であって、
   前記フランジと前記パイプ端部との溶接部が、前記構成部品によって形成される空間の内側に形成されていることを特徴とする排気浄化装置の接続構造。
2. 前記排気浄化装置は、内部に還元剤を添加するインジェクタを備え、前記パイプ端部同士の接続部は、前記インジェクタの下流に位置していることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置の接続構造。
3. 前記フランジと前記パイプ端部との溶接部が、前記構成部品によって形成される空間の内側と外側の両方に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置の接続構造。
4. エンジンからの排気ガスが流通する排気管の途中に備えられた排気浄化装置の構成部品のパイプ端部同士の接続部が、前記排気浄化装置の内部に還元剤を添加するインジェクタの下流に位置している排気浄化装置の接続方法であって、
   前記パイプ端部に、前記構成部品によって形成される空間の内側からの溶接によってフランジを取り付け、該フランジ同士を接合することによって前記構成部品のパイプ端部同士を接続することを特徴とする排気浄化装置の接続方法。

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