JP2018091146A - ブラケット - Google Patents

Abstract

【課題】排気浄化装置のケースからの剥離を抑制することが可能なブラケットを提供すること。【解決手段】天板部と、前記天板部の幅方向両端から高さ方向片側に延在した一対の側壁部と、前記一対の側壁部の高さ方向片端から幅方向外側に延在し、幅方向外端面が溶接部を介して排気浄化装置のケースの外周面に固定される一対のフランジ部と、を備え、前記側壁部の長さ方向の端部には、前記溶接部の長さ方向両端部に最大応力が発生しないように、先端部が前記溶接部の長さ方向端部よりも長さ方向内側に達する切り欠きが設けられている、ブラケット。【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、排気浄化装置を被固定部に固定するためのブラケットに関する。

従来、エンジン等の内燃機関の排気系に設けられ、内燃機関から排出される排気ガス中の一酸化炭素および未燃焼炭化水素等を除去するための排気浄化装置が知られている。このような排気浄化装置のうち、内燃機関の周囲に配置される構造のものは、ブラケットを介して内燃機関に支持されることが従来から知られている。

特許文献１の第１０〜１２図には、排気系に配置された排気浄化装置（触媒装置）のケース（触媒用ケース）を、いわゆるハット型のブラケットを介して、車体またはエンジン等の被固定部に支持するための構造が開示されている。このブラケットは、天板部と、天板部の幅方向両端部から高さ方向片側に延在した一対の側壁部と、一対の側壁部の高さ方向片端部から幅方向外側に延在した一対のフランジ部とを備えている。この構造の場合、ブラケットの一対のフランジ部の幅方向外端面が、排気浄化装置のケースの外周面に溶接部を介して固定されている。

実開平４−５４９２９号公報

特許文献１の第１０〜１２図に記載された構造の場合、エンジンの振動がブラケットを介して排気浄化装置に伝わり、溶接部の長さ方向両端部において応力集中が発生する。一般的に、溶接部の長さ方向両端部は、他の部分と比べて剥離の起点となり易いため、長さ方向両端部の応力が大きいと、ブラケットが排気浄化装置のケースから剥離してしまう可能性がある。

本発明の目的は、排気浄化装置のケースからの剥離を抑制することが可能なブラケットを提供することである。

本発明に係るブラケットは、天板部と、前記天板部の幅方向両端から高さ方向片側に延在した一対の側壁部と、前記一対の側壁部の高さ方向片端から幅方向外側に延在し、幅方向外端面が溶接部を介して排気浄化装置のケースの外周面に固定される一対のフランジ部と、を備え、前記側壁部の長さ方向の端部には、前記溶接部の長さ方向両端部に最大応力が発生しないように、先端部が前記溶接部の長さ方向端部よりも長さ方向内側に達する切り欠きが設けられている。

本発明のブラケットによれば、排気浄化装置のケースからの剥離を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る排気系を示す概略図 ブラケットの平面図 ブラケットの側面図 ブラケットの正面図 ブラケットの斜視図 比較例のブラケットの平面図 比較例のブラケットの側面図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は一例であり、本発明はこの実施形態により限定されるものではない。

図１は、本発明に係る排気系の一例を示す概略図である。なお、図１には、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸が描かれている。以下の説明では、図１における左右方向をＸ方向又は車両前後方向といい、右方向を「＋Ｘ方向」又は「車両前側」、左方向を「−Ｘ方向」又は「車両後側」という。また、図１における上下方向をＹ方向又は車両上下方向といい、上方向を「＋Ｙ方向」又は「車両上側」、下方向を「−Ｙ方向」又は「車両下側」という。さらに、図１において紙面に垂直な方向をＺ方向又は車両幅方向といい、手前方向を「＋Ｚ方向」又は「車両右側」、奥方向を「−Ｚ方向」又は「車両左側」という。

図１に示すように、排気系１は、エンジン２の車両右側に設けられた排気マニホールド３と、排気マニホールド３の集合部に連結されたターボ過給機４と、ターボ過給機４から延びる上流側排気通路５、後処理装置６、及び下流側排気通路７と、を備える。なお、本実施形態の場合、上記各部材を、エンジン２の車両右側に配置している。ただし、車両幅方向に関して、上記各部材のエンジン２に対する配置は、図示の構造に限定されるものではない。

ターボ過給機４の排気ガス出口４ａの方向（開放方向）、大きさ及び形状は、後処理装置６の形状、大きさ及び設置場所などに基づいて総合的に定められる。ここでは、排気ガス出口４ａの方向は、−Ｘ方向である。排気ガス出口４ａの形状は、一般的な円形状である。後処理装置６の設置場所は、ターボ過給機４の−Ｘ方向の位置に設定される。

上流側排気通路５は、中空管状の管８の内部空間により構成されている。管８は、内部空間に上流側開口部から流入した排気ガスを、管８の延在方向に沿って流通させて、下流側開口部から流出させる流路としての機能を有している。

管８の上流側端部は、排気ガス出口４ａに接続されている。一方、管８の下流側端部は、後処理装置６の上流側端部に固定されている。直線管８の延在方向、長さ、及び中空断面形状は、排気ガス出口４ａの方向、後処理装置６におけるＤＯＣ１１（後述する）の位置などに基づいて総合的に定められる。

管８の延在方向は、例えば、ＤＯＣ１１の位置などに基づいて３次元的に傾けられる。ここでは、説明をわかりやすくするために、管８は、図１に示すように、排気ガス出口４ａと同じ−Ｘ方向に延ばされる。また、管８の長さは、ターボ過給機４とＤＯＣ１１との間の放熱を防止するために、なるべく短いことが望ましい。

上述のとおり、管８の下流側端部には、排気浄化装置である後処理装置６の上流側端部が接続されている。後処理装置６は、管状のケース１０に、排気ガスを浄化するためのＤＯＣ１１及びディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）１２が収容されてなる。

ケース１０は、ケース１０の外周面に溶接固定されたブラケット１４を介してエンジン２に固定されている。具体的には、本実施形態の場合、ブラケット１４は、エンジン２から右側に突出した第２ブラケット１５に対して取り付けられる（前方から取り付けられる）。なお、ブラケット１４の詳細な構造、および、ブラケット１４をケース１０に対して支持するための支持構造については、後述する。

ＤＯＣ１１及びＤＰＦ１２は、無機質マットでケース１０に保持される。ＤＯＣ１１は、柱状に形成される。ここでは、説明をわかりやすくするために、ＤＯＣ１１は、−Ｙ方向に延びている。なお、ＤＯＣ１１の基本的構造及び機能については、従来から知られているＤＯＣと同様であるため、詳しい説明は省略する。

ＤＰＦ１２は、柱状に形成される。また、ＤＰＦ１２は、ＤＯＣ１１と同様に、−Ｙ方向に延びている。なお、ＤＰＦ１２の基本的構造及び機能については、従来から知られているＤＰＦと同様であるため、詳しい説明は省略する。

後処理装置６の下流側端部には、下流側排気通路７が接続されている。後処理装置６で浄化された排気ガスは、下流側排気通路７を通過して外部に導出される。下流側排気通路７における下流側は、−Ｘ方向へ直線状に延びており、排気ガスは、下流側排気通路７の後端から、後方へ向けて導出される。

次に、図２Ａ〜図２Ｄを参照して、ブラケット１４の構造およびブラケット１４をケース１０に支持固定するための支持構造の詳細について説明する。なお、以下の説明では、図２Ａにおける左右方向を「幅方向」といい、上下方向を「長さ方向」という。また、図２Ｃにおける上下方向を「高さ方向」という。

幅方向に関しては、ブラケット１４の幅方向中央に近づく方向が内側であり、ブラケット１４の幅方向中央から離れる方向が外側である。また、幅方向に関して「片側」は図２Ａの右側に相当し、同じく「他側」は図２Ａの左側に相当する。

長さ方向に関しては、ブラケット１４の長さ方向中央に近づく方向が内側であり、ブラケット１４の長さ方向中央から離れる方向が外側である。長さ方向に関して「片側」は図２Ａの上側に相当し、同じく「他側」は図２Ａの下側に相当する。

高さ方向に関して、「片側」は図２Ｃの下側に相当し、同じく「他側」は図２Ｃの上側に相当する。なお、図２Ａ〜図２Ｄは、ブラケット１４がケース１０に対して溶接固定された状態を、ケース１０を省略した状態で示している。

ブラケット１４は、いわゆるハット型のブラケットであって、例えばステンレス製の矩形の板状部材を曲げ加工することで形成される。ブラケット１４は、天板部１４１と、一対の側壁部１４２ａ、１４２ｂ（以下、「第１側壁部１４２ａ」および「第２側壁部１４２ｂ」という。）と、一対のフランジ部１４３ａ、１４３ｂ（以下、「第１フランジ部１４３ａ」および「第２フランジ部１４３ｂ」という。）とを含んでなる。このようなブラケット１４は、後処理装置６（具体的には、後処理装置６のケース１０）を、エンジン２に対して支持するためのものである。

天板部１４１は、ブラケット１４を、例えばエンジン２（具体的には、第２ブラケット１５）などの被固定部に対して固定するための部分である。このような天板部１４１は、高さ方向から見た形状が、長さ方向に長い矩形板状である。天板部１４１には２つの丸孔１４４ａ、１４４ｂが、長さ方向に離隔した状態で並んで形成されている。丸孔１４４ａ、１４４ｂには、それぞれ不図示のボルトが挿通され、不図示のナットと締結される。これにより、ブラケット１４が第２ブラケット１５に対して固定される。なお、ボルトを挿通するための丸孔の個数は２個には限定されず、例えば１個でもよい。その場合には、丸孔は長さ方向中央に設けるのがよい。また、丸孔の個数は３個以上でもよく、その場合には、それぞれの丸孔を等間隔に設けてもよいし、不等間隔に設けてもよい。

なお、本実施形態の場合、丸孔１４４ａ、１４４ｂは、高さ方向から見た形状が互いに同じ円形である。また、丸孔１４４ａ、１４４ｂのうちの一方の丸孔１４４ａの中心と、同じく他方の丸孔１４４ｂの中心とは、幅方向に関して整合している。ただし、一方の丸孔１４４ａの中心と、他方の丸孔１４４ｂの中心とが、幅方向にずれている構成を採用してもよい。

このような丸孔１４４ａ、１４４ｂ同士の位置関係は、ブラケット１４、ケース１０およびエンジン２の組み付け状態を考慮して適宜決定される。また、天板部１４１に設ける孔の形状および数は本実施形態に限定されない。なお、車体への組み付け状態の一例として、一方の丸孔１４４ａの中心と他方の丸孔１４４ｂの中心とを通る仮想平面が、例えば、垂直方向（車両の上下方向）と平行になるようにブラケット１４を第２ブラケット１５に固定することができる。

第１側壁部１４２ａは、天板部１４１の幅方向片側端縁（図２Ａの右端縁）から高さ方向片側（図２Ｃの下側）に延在した板状部材である。具体的には、本実施形態の場合、第１側壁部１４２ａは、天板部１４１と直交する状態で延在している。

第２側壁部１４２ｂは、天板部１４１の幅方向他側端縁（図２Ａの左端縁）から高さ方向片側（図２Ｃの下側）に延在した板状部材である。具体的には、本実施形態の場合、第２側壁部１４２ｂは、天板部１４１と直交する状態で延在している。

このような第１側壁部１４２ａ及び第２側壁部１４２ｂは、幅方向から見た形状（図２Ｂに示す形状）が互いに同じ略矩形板状である。なお、第１側壁部１４２ａ及び第２側壁部１４２ｂの形状は、本実施形態の場合に限定されない。また、第１側壁部１４２ａ及び第２側壁部１４２ｂの形状を異ならせることもできる。

具体的には、例えば、第１側壁部１４２ａの天板部１４１に対する傾斜角度と、第２側壁部１４２ｂの天板部１４１に対する傾斜角度とを異ならせることができる。また、第１側壁部１４２ａの高さ方向寸法と、第２側壁部１４２ｂの高さ方向寸法とを異ならせることもできる。第１側壁部１４２ａ及び第２側壁部１４２ｂの形状は、ケース１０への取り付け位置に応じて適宜変更される。

第１側壁部１４２ａの長さ方向片側端部（図２Ａの上端）には、長さ方向他側に向かって略半楕円状の切り欠き１６ａが設けられている。切り欠き１６ａの先端部は、丸みを帯びており、丸孔１４４ａよりも長さ方向片側に位置する。切り欠き１６ａの先端部は、溶接部１７（後述する）の長さ方向片端部よりも長さ方向他側に達している。換言すれば、切り欠き１６ａの先端部は、溶接部１７の長さ方向端部よりも長さ方向内側に達している。なお、切り欠き１６ａの長さ方向片側端部はＲ面取りされている。

第２側壁部１４２ｂの長さ方向片側端部には、長さ方向他側に向かって略半楕円状の切り欠き１６ｂが設けられている。切り欠き１６ｂの先端部は、丸みを帯びており、丸孔１４４ａよりも長さ方向片側に位置する。切り欠き１６ｂの先端部は、溶接部１７の長さ方向片端部よりも長さ方向他側に達している。換言すれば、切り欠き１６ｂの先端部は、溶接部１７の長さ方向端部よりも長さ方向内側に達している。切り欠き１６ｂの形状は、切り欠き１６ａの形状と同一である。

第１側壁部１４２ａの長さ方向他側端部には、長さ方向片側に向かって略半楕円状の切り欠き１６ｃが設けられている。切り欠き１６ｃの先端部は、丸みを帯びており、丸孔１４４ｂよりも長さ方向他側に位置する。切り欠き１６ｃの先端部は、溶接部１７の長さ方向他端部よりも長さ方向片側に達している。換言すれば、切り欠き１６ｃの先端部は、溶接部１７の長さ方向端部よりも長さ方向内側に達している。切り欠き１６ｃの形状は、切り欠き１６ａの形状と同一である。

第２側壁部１４２ｂの長さ方向他側端部には、長さ方向片側に向かって略半楕円状の切り欠き１６ｄが設けられている。切り欠き１６ｄの先端部は、丸みを帯びており、丸孔１４４ｂよりも長さ方向他側に位置する。切り欠き１６ｄの先端部は、溶接部１７の長さ方向他端部よりも長さ方向片側に達している。換言すれば、切り欠き１６ｄの先端部は、溶接部１７の長さ方向端部よりも長さ方向内側に達している。切り欠き１６ｄの形状は、切り欠き１６ａの形状と同一である。

第１フランジ部１４３ａは、第１側壁部１４２ａの高さ方向片側端縁から幅方向片側に延在した板状部材である。具体的には、本実施形態の場合、第１フランジ部１４３ａは、第１側壁部１４２ａと直交する（換言すれば、天板部１４１と平行な）状態で延在している。

第２フランジ部１４３ｂは、第２側壁部１４２ｂの高さ方向片側端縁から幅方向他側に延在した板状部材である。具体的には、本実施形態の場合、第２フランジ部１４３ｂは、第２側壁部１４２ｂと直交する（換言すれば、天板部１４１と平行な）状態で延在している。

このような第１フランジ部１４３ａ及び第２フランジ部１４３ｂは、高さ方向から見た形状（図２Ａに示す形状）が互いに同じ矩形板状である。また、第１フランジ部１４３ａ及び第２フランジ部１４３ｂは、長さ方向に関する全長にわたり幅方向に連続している。即ち、第１フランジ部１４３ａ及び第２フランジ部１４３ｂは、幅方向に不連続となるような、例えば貫通孔または切欠きなどの不連続部が形成されていない。

第１フランジ部１４３ａの幅方向片側端面は、長さ方向のほぼ全域にわたって、ケース１０に対して例えばアーク溶接される。換言すれば、第１フランジ部１４３ａの幅方向片側端面は、溶接部１７を介してケース１０の外周面に固定される。

第２フランジ部１４３ｂの幅方向他側端面は、長さ方向のほぼ全域にわたって、ケース１０に対して例えばアーク溶接される。換言すれば、第２フランジ部１４３ｂの幅方向他側端面は、溶接部１７を介してケース１０の外周面に固定される。

＜本実施形態の効果＞
本実施形態の効果について、比較例を示しながら説明する。図２Ａには、本実施形態のブラケット１４において溶接部１７に負荷される応力分布を示したグラフが示されている。図３Ａ及び図３Ｂに示すものは比較例のブラケット１４ａである。図３Ａには、比較例のブラケット１４ａにおいて溶接部１７に負荷される応力分布を示したグラフが示されている。なお、比較例のブラケット１４ａの構造は、切り欠き１６ａ〜１６ｄが設けられない点のみが本実施形態のブラケット１４の構造と異なっており、その他の構造は、本実施形態のブラケット１４の構造と同様である。

また、以下で説明する本実施形態の作用・効果は、エンジン２の振動がブラケット１４を介して後処理装置６に伝わり、天板部１４１に対して高さ方向に繰り返し荷重が負荷される場合を想定したものである。このような荷重によって発生する応力は、長さ方向に関して一様であるとする。以下の説明は、本実施形態のブラケット１４の第１側壁部１４２ａ及び比較例のブラケット１４ａの第１側壁部１４２ｃに関して行う。

天板部１４１に対して高さ方向に負荷される繰り返し荷重は、第１側壁部１４２ａ、１４２ｃ及び第１フランジ部１４３ａを伝わって、溶接部１７に対して幅方向の引っ張り圧縮荷重として繰り返し負荷される。したがって、図２Ａおよび図３Ａに示す溶接部１７の応力分布は、前述のような幅方向の引っ張り圧縮荷重に基づいて溶接部１７に生じる応力に関するものである。

比較例のブラケット１４ａの場合、溶接部１７の長さ方向両端部における応力集中により、図３Ａの応力分布に示すとおり、溶接部１７の長さ方向両端部に生じる応力は他の部分よりも大きくなる。さらに、一般的に、溶接部１７の長さ方向両端部は、他の部分と比べて剥離の起点となり易い。そのため、溶接部１７の長さ方向両端部を起点として、ブラケット１４ａがケース１０から剥離する可能性がある。

これに対して、本実施形態のブラケット１４の場合、第１側壁部１４２ａに切り欠き１６ａおよび１６ｃが設けられている。そのため、切り欠き１６ａおよび１６ｃの先端部において応力集中が発生する。これにより、図２Ａの応力分布に示すとおり、溶接部１７の長さ方向両端部における応力よりも、長さ方向において切り欠き１６ａおよび１６ｃの先端部に対応する位置（すなわち、長さ方向両端部よりも内側の位置）における応力が大きくなる。換言すれば、溶接部１７の長さ方向両端部において最大応力が発生しない。なお、溶接部１７の長さ方向両端部における応力は、比較例の溶接部１７の長さ方向両端部における応力よりも小さくなる。また、本実施形態における最大応力は、比較例における最大応力よりも小さくなる。

そのため、天板部１４１に対して高さ方向に負荷される繰り返し荷重によっても、溶接部１７の長さ方向両端部において剥離が発生し難くなる。また、切り欠き１６ａおよび１６ｃにより、溶接部１７の長さ方向内側における応力は、比較例の溶接部１７の長さ方向内側における応力より大きくなるが、溶接部１７の長さ方向内側は、剥離の起点とはなり難い。この結果、ブラケット１４がケース１０から剥離することを抑制できる。

＜変形例＞
なお、上記実施形態では、切り欠きを側壁部の長さ方向の両端に設けたが、これに限定されない。ブラケットの長さ方向の片側または他側に偏って荷重が負荷される場合、切り欠きは、側壁部の長さ方向片側または他側のうち、負荷される荷重が大きい側にのみ設けるのでもよい。

また、上記実施形態では、切り欠きを第１および第２側壁部に設けたが、これに限定されない。第１および第２側壁部の一方に偏って荷重が負荷される場合、切り欠きは、第１および第２側壁部のうち、大きな荷重が負荷される側壁部にのみ設けるのでもよい。

また、上記実施形態では、切り欠きをすべて同一形状としたが、これに限定されない。切り欠きの大きさおよび形状は、負荷される荷重に応じて変更することができる。

また、上記実施形態では、ケース１０にＤＯＣ１１およびＤＰＦ１２を収容したものを説明したが、これに限定されない。例えば、ＤＰＦ１２は省略してもよい。また、ＤＯＣ１１に代えて、他の触媒としてのリーンＮＯｘトラップ触媒（ＬＮＴ）、選択接触還元触媒（ＳＣＲ）等、排気ガスを浄化する様々な触媒としてもよい。また、触媒の下流側に、ＤＰＦ１２に代えて、ＤＯＣ、ＬＮＴ、ＳＣＲ等、排気ガスを浄化する様々な触媒を収容するようにしてもよい。

本発明の排気浄化装置の支持構造は、エンジン等の振動が発生する部材に対して排気浄化装置を取り付ける構造に有用である。

１ 排気系
２ エンジン
３ 排気マニホールド
４ ターボ過給機
４ａ 排気ガス出口
５ 上流側排気通路
６ 後処理装置
７ 下流側排気通路
８ 管
１０ ケース
１１ ＤＯＣ
１２ ＤＰＦ
１４、１４ａ ブラケット
１４１ 天板部
１４２ａ、１４２ｃ 第１側壁部
１４２ｂ 第２側壁部
１４３ａ 第１フランジ部
１４３ｂ 第２フランジ部
１４４ａ、１４４ｂ 丸孔
１５ 第２ブラケット
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ 切り欠き
１７ 溶接部

Claims (3)

1. 天板部と、前記天板部の幅方向両端から高さ方向片側に延在した一対の側壁部と、前記一対の側壁部の高さ方向片端から幅方向外側に延在し、幅方向外端面が溶接部を介して排気浄化装置のケースの外周面に固定される一対のフランジ部と、を備え、
   前記側壁部の長さ方向の端部には、前記溶接部の長さ方向両端部に最大応力が発生しないように、先端部が前記溶接部の長さ方向端部よりも長さ方向内側に達する切り欠きが設けられている、
   ブラケット。
2. 前記切り欠きは、前記側壁部の長さ方向片端および他端の何れか一方にのみ設けられる、
   請求項１に記載のブラケット。
3. 前記切り欠きは、前記側壁部の長さ方向片端および他端にそれぞれ設けられており、
   前記片端に設けられた前記切り欠きの形状は、前記他端に設けられた前記切り欠きの形状と異なる、
   請求項１に記載のブラケット。

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