JP2021120557A

JP2021120557A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2021120557A
Application number: JP2020014112A
Authority: JP
Inventors: 哲日向; Satoru Hiuga; 謙二山口; Kenji Yamaguchi
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2020-01-30
Filing date: 2020-01-30
Publication date: 2021-08-19

Abstract

【課題】触媒の位置ずれを防止し、交換作業を簡素化すると共に、交換に伴うメンテナンス費用を抑制する内燃機関の排気浄化装置を提供すること。【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられる前段ユニット１０内に前段ＤＯＣ２０とＤＰＦ２１とを備えた内燃機関の排気浄化装置１であって、前段ＤＯＣ２０を収容する第１ケーシング３０と、ＤＰＦ２１を収容する第２ケーシング４０と、第１ケーシング３０と第２ケーシング４０との間に挟持される第１中間フランジ６１と、第１中間フランジ６１の内縁から延び前段ＤＯＣ２０の排気下流側端面と当接することにより、第１ケーシング３０に対する前段ＤＯＣ２０の排気下流方向の移動を規制する位置規制部６３と、を有する中間部材６０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

ディーゼルエンジンなどの内燃機関には内燃機関から排出された排気ガスを浄化するために、ディーゼル酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst、以下ＤＯＣという）、ディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter、以下ＤＰＦという）、選択式還元触媒（Selective Catalytic Reduction、以下ＳＣＲという）等の排気浄化装置が設けられている。これら排気浄化装置は、使用期間、使用環境に応じて性能が低下するため、定期的に洗浄又は交換する必要がある。

そこで、ＤＯＣ及びＤＰＦの脱着作業を簡単に行うことができ、かつ、マフラボディ内にＤＯＣ及びＤＰＦを確実に固定できるようにした排気浄化装置（ディーゼルエンジン用黒煙浄化装置）がある（特許文献１参照）。この排気浄化装置では、直列配置されたＤＯＣとＤＰＦを収容した内筒と、内筒を脱着可能な外筒、内筒と外筒との嵌め合い関係を決定する位置決め手段が設けられている。

特開２００６−９７６５２号公報

特許文献１に示す排気浄化装置では、ＤＯＣとＤＰＦは内筒に収納されており、内筒の挿抜作業によりＤＯＣ及びＤＰＦの同時脱着作業が完了するため、ＤＯＣとＤＰＦの両方を同時に洗浄又は交換する場合には、脱着作業が簡単になる。

しかしながら、ＤＯＣとＤＰＦの洗浄又は交換時期は、使用期間や使用環境によって夫々異なっており、ＤＯＣとＤＰＦは別々に脱着する方が実際のメンテナンス作業上では好ましい。

また、特許文献１に示す排気浄化装置では、ＤＯＣとＤＰＦが内筒としてユニット化されているので、どちらか一方のみが不良の場合であっても、内筒毎を交換する必要があるため、メンテナンス費用が高価となる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気浄化装置の交換作業を簡素化すると共に、交換に伴うメンテナンス費用を抑制する内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。

本適用例に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられる前段排気処理部と後段排気処理部とを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、前記前段排気処理部を収容する第１ケーシングと、前記後段排気処理部を収容する第２ケーシングと、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとの間に挟持されるフランジと、前記フランジの内
縁から延び前記前段排気処理部の排気下流側端面と当接することにより、前記第１ケーシングに対する前記前段排気処理部の排気下流方向の移動を規制する位置規制部と、を有する中間部材と、を備える。

上記適用例に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、位置規制部により前段排気処理部の排気下流への移動を規制し、前段排気処理部の位置を安定させることができる。また、中間部材は、フランジを介して、第１ケーシングと第２ケーシングとの間に取り付けられていることで、前段排気処理部を独立して脱着可能であり、交換作業を簡素化することができる。従って、前段排気処理部と後段排気処理部の使用期間や使用環境によって異なる交換時期となる場合でも、前段排気処理部と後段排気処理部を夫々別途容易に交換することができる。そして、このように前段排気処理部と後段排気処理部を単独で交換できるため、交換に伴うメンテナンス費用の高騰を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の要部断面図である。本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置に取り付けられる第１中間部材の斜視図である。中間部材の第１変形例の斜視図である。中間部材の第２変形例の斜視図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。

図１には、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置１の概略構成図が示されている。排気浄化装置１はディーゼルエンジン等の内燃機関を駆動源とする車両の排気通路に介装されている。具体的には排気浄化装置１は、図示しないディーゼルエンジンの排気マニホールドと接続された排気管２に介装されている。排気浄化装置１は、排気に含まれる大気汚染物質である窒素酸化物（ＮＯｘ）、粒子状物質（ＰＭ）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等を除去するためのものである。

排気浄化装置１は、排気の流れの方向（以下、排気流方向という）の上流側の前段ユニット１０と、下流側の後段ユニット１１が連結管１２を介して接続されている。前段ユニット１０及び後段ユニット１１は夫々円筒形状をなし、排気流方向に対して直列に介装されている。

前段ユニット１０は、前段ＤＯＣ２０（前段排気処理部）、及びＤＰＦ２１（後段排気処理部）が内蔵されている。前段ＤＯＣ２０は、排気中のＨＣ及びＣＯを酸化することに加え、後述するＳＣＲ２２を活性化させるために一酸化窒素（ＮＯ）を酸化させ二酸化窒素（ＮＯ₂）にする機能を有している。また、前段ＤＯＣ２０は、ＤＰＦ２１再生時にディーゼルエンジンの燃焼行程後に噴射される燃料（ＨＣ）を酸化することにより排気を昇温させ、ＤＰＦ２１内の燃焼を促進する機能も有している。

一方、後段ユニット１１は、ＳＣＲ２２、及び後段ＤＯＣ２３が内蔵されている。ＳＣＲ２２は、連結管１２に設けられた尿素水インジェクタ２２ａから供給される尿素水の加水分解により生じるアンモニア（ＮＨ₃）を還元剤として、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を窒素（Ｎ₂）と水（Ｈ₂Ｏ）に還元する機能を有している。後段ＤＯＣ２３はＳＣＲ２２で余ったアンモニア（ＮＨ₃）の排出を防止するため、ＮＨ₃を窒素（Ｎ₂）と水（Ｈ₂Ｏ）に酸化させる。

次に、図２には排気浄化装置１の要部断面図が示されており、同図を参照しながら、排気浄化装置１の前段ユニット１０の構造について詳しく説明する。

前段ユニット１０は、排気上流側から順に、第１フランジ３１を有する第１ケーシング３０と、第２フランジ４１及び第３フランジ４２を有する第２ケーシング４０と、第４フランジ５１を有する第３ケーシング５０を備えている。また、前段ユニット１０は、第１ケーシング３０と第２ケーシング４０との間に第１中間部材６０を、第２ケーシング４０と第３ケーシング５０との間に第２中間部材７０を備えている。

第１ケーシング３０は、排気流方向と平行な中心軸を持つ第１円筒部３２の排気下流端に、当該中心軸に対して直径方向外側に延出して形成される環状の第１フランジ３１が形成されている。第１円筒部３２の排気上流側は、第１円筒部３２より小径な管状の上流排気管接続部３３が形成されている。図示しないが当該上流排気管接続部３３の排気上流端は、排気上流側の排気管２に接続されている。

第２ケーシング４０は、第１ケーシング３０の第１円筒部３２と同軸かつ同径の第２円筒部４３が形成され、当該第２円筒部４３の上流端から環状の第２フランジ４１が、下流端から環状の第３フランジ４２が、夫々径方向外側に延出している。

第３ケーシング５０は、第１ケーシング３０の第１円筒部３２及び第２ケーシング４０の第２円筒部４３と同軸かつ同径の第３円筒部５２が形成され、当該第３円筒部５２の上流端から第４フランジ５１が径方向外側に延出している。第３円筒部５２の下流側は、第３円筒部５２より小径な管状の連結管接続部５３が形成されている。図示しないが当該連結管接続部５３の排気下流端は、連結管１２に接続されている。

前段ユニット１０は、第１ケーシング３０の第１円筒部３２内に前段ＤＯＣ２０が配設され、第２ケーシング４０の第２円筒部４３内にＤＰＦ２１が配設されている。前段ユニット１０は、第１円筒部３２の内周面が前段ＤＯＣ２０外周面と当接し、第２円筒部４３の内周面がＤＰＦ２１の外周面と当接していることで夫々の当接面における摩擦により前段ＤＯＣ２０及びＤＰＦ２１を保持している。その上、前段ユニット１０は、前段ＤＯＣ２０に対しては第１中間部材６０により、ＤＰＦ２１に対しては第２中間部材７０によって排気下流への移動を規制している。

ここで図３を参照すると、図３には第１中間部材６０の斜視図が示されている。

図３に示すように第１中間部材６０は、第１ケーシング３０の第１フランジ３１と第２ケーシング４０の第２フランジ４１との間に挟持される第１中間フランジ６１が形成されている。第１中間フランジ６１は、第１ケーシング３０及び第２ケーシング４０の中心軸に対して径方向外側に延出した環状をなしており、周方向に所定の間隔を有して複数のボルト孔６１ａが形成されている。

また、第１中間部材６０は、第１中間フランジ６１の内縁から、第１ケーシング３０の第１円筒部３２の内周面に沿って排気流方向に延びる第１中間円筒部６２が形成され、当該第１中間円筒部６２の排気上流端から第１ケーシング３０の中心軸側に延出した略環状の第１位置規制部６３が形成されている。さらに第１中間円筒部６２と第１位置規制部６３には、周方向において一部切り欠かれた切欠部６４が形成されている。

このように構成された第１中間部材６０は、図２に示すように、第１中間フランジ６１が第１ケーシング３０の第１フランジ３１と第２ケーシング４０の第２フランジ４１との間に挟持され、第１中間部材６０のボルト孔６１ａと同様に第１フランジ３１及び第２フ
ランジ４１に形成されたボルト孔に図示しないボルトが挿通してナットにより締結されることで、第１ケーシング３０と第２ケーシング４０との間に取り付けられている。なお、各フランジ間には図示しないガスケットが介装されていることで気密性が保持されている。

そして、第１中間部材６０は、第１中間円筒部６２を介して第１位置規制部６３の排気上流側の面が前段ＤＯＣ２０の排気下流側端面と当接することにより、第１ケーシング３０に対する前段ＤＯＣ２０の排気下流側への移動を規制している。つまり、第１中間部材６０によって、前段ＤＯＣ２０が排気圧により排気下流側に移動するのを防止することができる。

また、第１ケーシング３０の第１円筒部３２には、前段ＤＯＣ２０と第１フランジ３１との間にて第１温度センサ８０が挿入されており、第１中間部材６０の切欠部６４は当該第１温度センサ８０が配設される位置に合わせて形成されている。これにより、第１中間部材６０は、第１ケーシング３０に設けられるセンサ類の取り付けを遮ることなく前段ＤＯＣ２０の移動を規制することができる。

また、第１中間部材６０の第１中間円筒部６２は、排気流方向の長さが、前段ＤＯＣ２０が配置される位置に合わせて設定されている。これにより、当該第１中間部材６０によって前段ＤＯＣ２０の位置決めを行うことができる。

第２中間部材７０も、第１中間部材６０と同様に、第２中間フランジ７１の内縁から第２中間円筒部７２が排気上流側に延び、第２中間円筒部７２の排気上流端から第２位置規制部７３が形成されている。当該第２中間部材７０によって、ＤＰＦ２１が排気流に押されて排気下流側に移動するのを防止している。また、第２ケーシング４０の第２円筒部４３に挿入された第２温度センサ８１の位置に合わせて切欠部７４も形成されている。

なお、後段ユニット１１についても、前段ユニット１０と同様に中間部材を備えたケーシングの構造であってもよい。

以上の排気浄化装置１によれば、第１中間部材６０の第１位置規制部６３により前段ＤＯＣ２０の排気下流への移動を規制し、前段ＤＯＣ２０の位置を安定させることができる。

また、第１中間部材６０は第１中間フランジ６１を介して、第１ケーシング３０と第２ケーシング４０との間に取り付けられていることで、前段ＤＯＣ２０を独立して脱着可能であり、交換作業を簡素化することができる。従って、前段ユニット１０において前段ＤＯＣ２０とＤＰＦ２１の使用期間や使用環境によって異なる交換時期となる場合でも、前段ＤＯＣ２０とＤＰＦ２１を夫々別途容易に交換することができる。

そして、このように前段ＤＯＣ２０とＤＰＦ２１を単独で交換できるため、交換に伴うメンテナンス費用の高騰を抑制することができる。

以上で本発明に係る内燃機関の排気浄化装置１の実施形態についての説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態の第１中間部材６０及び第２中間部材７０の形状は、上述した形状に限られない。

例えば中間部材の第１変形例として、上記実施形態の第１中間部材６０を、図４に示す
形状の第１中間部材６０’としてもよい。第１変形例の第１中間部材６０’は、上記実施形態と同様に第１中間円筒部６２’と、第１中間フランジ６１’と、第１位置規制部６３’とを備えている。そして、環状の第１位置規制部６３’に円弧状の切欠部６４’が周方向に複数形成されている。これにより、第１位置規制部６３’の排気流路に対して占める面積を減少させることができる。つまり第１位置規制部６３’による前段ＤＯＣ２０の有効面積減少を抑え、前段ＤＯＣ２０の排気浄化性能の低下を抑制することができる。

また例えば、中間部材の第２変形例として、上記実施形態の第１中間部材６０を、図５に示すような上記実施形態の第１中間部材６０の切欠部６４を複数設けた形状の第１中間部材６０”としてもよい。すなわち、上記実施形態と同様に第１中間部材６０”は、第１中間円筒部６２”と、第１中間フランジ６１”と、第１位置規制部６３”を備え、第１中間円筒部６２”と第１位置規制部６３”に周方向に複数の切欠部６４”が形成されている。これにより、第１と同様の効果が得られるほか、第１ケーシング３０の第１円筒部３２の周方向に複数のセンサを設置することも可能となる。なお、第１変形例及び第２変形例では切欠部６４’、６４”を周方向に一定の間隔で配置しているが、間隔が異なっていてもよい。

また、第１変形例の第１中間部材６０’又は第２変形例の第１中間部材６０”は、上記実施形態の第２中間部材７０にも適用することができる。

また上記実施形態において、前段ユニット１０に第１温度センサ８０及び第２温度センサ８１が設けられているが、センサは温度センサに限られず、Ｏ₂センサ等の他のセンサであってもよい。

１排気浄化装置
２排気管
１０前段ユニット
１１後段ユニット
１２連結管
２０前段ＤＯＣ（前段排気処理部）
２１ＤＰＦ（後段排気処理部）
２２ＳＣＲ
２２ａ尿素水インジェクタ
２３後段ＤＯＣ
３０第１ケーシング
３１第１フランジ
３２第１円筒部
３３上流排気管接続部
４０第２ケーシング
４１第２フランジ
４２第３フランジ
４３第２円筒部
５０第３ケーシング
５１第４フランジ
５２第３円筒部
５３連結管接続部
６０第１中間部材
６１ａボルト孔
６２第１中間円筒部
６３第１位置規制部
６４切欠部
７０第２中間部材
７１第２中間フランジ
７２第２中間円筒部
７３第２位置規制部
７４切欠部
８０第１温度センサ
８１第２温度センサ

Claims

内燃機関の排気通路に設けられる前段排気処理部と後段排気処理部とを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記前段排気処理部を収容する第１ケーシングと、
前記後段排気処理部を収容する第２ケーシングと、
前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとの間に挟持されるフランジと、前記フランジの内縁から延び前記前段排気処理部の排気下流側端面と当接することにより、前記第１ケーシングに対する前記前段排気処理部の排気下流方向の移動を規制する位置規制部と、を有する中間部材と、
を備える内燃機関の排気浄化装置。