JP4395360B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

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    • Y10S55/30—Exhaust treatment

Description

本発明は、排気浄化装置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、トラクタ等のホイールベースの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。
そして、パティキュレートフィルタ内には、潤滑油を起源として燃焼除去できないアッシュが溜まってくるため、パティキュレートフィルタを適宜に取り出して直接的にエア洗浄や水洗浄等による清掃を施したり、新たなパティキュレートフィルタに交換したりしなければならず、マフラに対しパティキュレートフィルタを着脱自在な構造とする必要がある。
例えば、本発明と同じ出願人による下記の特許文献１においては、箱形のマフラ内にインナシェルを固定設置し、パティキュレートフィルタをカートリッジシェルで一体的に抱持してユニット化したフィルタカートリッジを前記インナシェルに対し差し込んで装着するようにした排気浄化装置が提案されている。
特開２００３−９７２４８号公報
しかしながら、このようにマフラ内のインナシェルに対しフィルタカートリッジを一方向から差し込んで装着する場合、インナシェルとフィルタカートリッジとの間の挿入クリアランスを大きくとればとるほどインナシェルへのフィルタカートリッジの挿入が容易に行えることになるが、その一方でパティキュレートフィルタに対する排出ガスの迂回やフィルタカートリッジのガタつきを招き易くなるという二律背反の問題があった。
また、パティキュレートフィルタに対する排出ガスの迂回やフィルタカートリッジのガタつきを防ぐ上では、インナシェルとフィルタカートリッジとの間の隙間にシール材やクッション材を介装する必要があるが、これらシール材やクッション材を規定の圧縮量まで圧縮させて介装することは非常に難しく、しかも、インナシェルに対しフィルタカートリッジが偏心配置されることでシール材やクッション材の面圧が周方向にばらついてしまうため、必要なシール性能及びカートリッジ保持性能が得られ難いという問題もあった。
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、インナシェルへのフィルタカートリッジの挿入性を高めながらも、パティキュレートフィルタに対する排出ガスの迂回やフィルタカートリッジのガタつきを確実に防止し得るようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。
本発明は、排気管の途中に介装されたマフラ内にインナシェルを固定設置し、パティキュレートフィルタをカートリッジシェルで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を前記インナシェルに差し込んで装着するようにした排気浄化装置において、インナシェルの内径をカートリッジシェルの外径に対し十分な挿入クリアランスを介し大きく形成すると共に、前記インナシェルの奥側端から所要長さだけ手前側へ後退した位置にフィルタカートリッジの挿入方向へ向け徐々に縮径するテーパ部を形成し且つ該テーパ部より奥側の部分を前記挿入クリアランスを絞り込んだ小径部として形成する一方、カートリッジシェルの奥側端部の外周面にシール材及びクッション材を全周に亘り装着し、これらシール材及びクッション材がフィルタカートリッジの装着時に前記インナシェルの小径部との間で挾圧保持されるように構成し、しかも、カートリッジシェルの奥側端から所要長さだけ手前側へ後退した外周面に第一のストッパを設けると共に、フィルタカートリッジの装着時に前記第一のストッパとの間でシール材及びクッション材を挾圧保持し得るよう前記インナシェル内に第二のストッパを設けたことを特徴とするものである。
而して、このようにすれば、インナシェルの内径とカートリッジシェルの外径との間に確保された十分な挿入クリアランスを利用してフィルタカートリッジの挿入を容易に行うことが可能となり、しかも、フィルタカートリッジをインナシェルの深部まで差し込んだ際に、インナシェルの奥側にあるテーパ部によりカートリッジシェルの奥側端部のシール材及びクッション材がガイドされ、これによりフィルタカートリッジがセンタリングされて最終的にインナシェル内で同心状に収まることになる。
この際、カートリッジシェルの奥側端部のシール材及びクッション材が、インナシェル側のテーパ部により楔作用を受けながら小径部の内径により規定される狭い挿入クリアランスまで円滑に圧縮され、これによりシール材及びクッション材についての規定の圧縮量が確実に得られ、しかも、同時にフィルタカートリッジがセンタリングされることでシール材及びクッション材が受ける面圧が周方向に均等化されるので、シール材によるシール性能及びクッション材によるカートリッジ保持性能が従来より大幅に向上されることになる。
しかも、フィルタカートリッジの装着時に、シール材及びクッション材が第一のストッパと第二のストッパとの間でも挾圧保持されることになるので、シール材及びクッション材がより一層確実に圧縮され、シール材によるシール性能及びクッション材によるカートリッジ保持性能の更なる向上が図られる。
また、本発明をより具体的に実施するにあたっては、例えば、カートリッジシェルの奥側端部の外周面に、耐熱繊維から成るマット材をシール材として全周に亘り装着すると共に、金属線材から成るネット材をクッション材として前記シール材の奥側と手前側で全周に亘り装着し且つその奥側に装着されたクッション材がカートリッジシェルより奥側へ所要長さ張り出すように構成したり、第二のストッパがカートリッジシェル側に向け徐々に縮径するテーパ付きのリング形状を成し且つカートリッジシェルの外径よりも若干大きな最大径を有するものとしたりすると良い。
上記した本発明の排気浄化装置によれば、インナシェルの内径とカートリッジシェルの外径との間に十分な挿入クリアランスを確保してフィルタカートリッジの挿入を容易に行うことができるので、該フィルタカートリッジの挿入時の作業負担を著しく軽減することができ、しかも、このようにしてフィルタカートリッジの挿入性を高めながらも、シール材及びクッション材を規定の圧縮量まで確実に圧縮することができ、これらシール材及びクッション材が受ける面圧も周方向に均等化することができるので、シール材によるシール性能及びクッション材によるカートリッジ保持性能を従来より大幅に向上することができ、パティキュレートフィルタに対する排出ガスの迂回を阻止しつつ、フィルタカートリッジをガタつかないよう良好に保持することができるという優れた効果を奏し得る。
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１〜図４は本発明を実施する形態の一例を示すもので、ここに図示している例では、箱形に形成されているマフラ１のケーシング２内がセパレータ３，４により第一室５、第二室６、第三室７に三分割されており、第二室６から第三室７に亘りセパレータ４を貫通して円筒状のインナシェル８が固定設置され、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の収容空間が画定されている。
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の後面側から差し込んで装着し得るようにしてある。
ここで、図２及び図３に示されている通り、パティキュレートフィルタ９を抱持しているカートリッジシェル１０は、その挿入方向における手前側端にフランジ１２を有しており、カートリッジシェル１０をインナシェル８に差し込んで収めた後に、前記カートリッジシェル１０の手前側開口部を塞ぐ蓋体１３の外縁部分と一緒に前記フランジ１２がマフラ１のケーシング２の後面に対しボルト締結されるようになっている。
また、上流側の排気管１４（図２参照）から排出ガス１５を導き入れるための入口パイプ１６が、マフラ１のケーシング２の前面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が、第一室５に対し散気孔１６ａを介して放出されるようにしてある。
ここで、この第一室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、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から第一室５の排出ガス１５が導入されるようにしてある。
更に、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の手前側端近傍のスリット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を介して第三室７へ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と並列にマフラ１のケーシング２の前面から第三室７まで挿入されて先端を開放されているので、前記第三室７に放出された排出ガス１５が、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、このように構成された排気浄化装置に関し、本形態例においては、図４に拡大して示す通り、インナシェル８の内径がカートリッジシェル１０の外径に対し十分な挿入クリアランスＣを介し大きく形成されていると共に、前記インナシェル８の奥側端から所要長さだけ手前側へ後退した位置に、フィルタカートリッジ１１の挿入方向へ向け徐々に縮径するテーパ部８ｂが形成され、しかも、このテーパ部８ｂより奥側の部分が前記挿入クリアランスＣを絞り込んだ小径部８ｃとして形成されている。
一方、カートリッジシェル１０の奥側端部の外周面には、耐熱繊維から成るマット材がシール材２０として全周に亘り装着されていると共に、金属線材から成るネット材がクッション材２１として前記シール材２０の奥側と手前側で全周に亘り装着されており、しかも、その奥側に装着されたクッション材２１がカートリッジシェル１０より奥側へ所要長さ張り出すようにしてある。
更に、カートリッジシェル１０の奥側端から所要長さだけ手前側へ後退した外周面にストッパリング２２（第一のストッパ）が設けられていると共に、フィルタカートリッジ１１の装着時に前記ストッパリング２２との間でシール材２０及びクッション材２１を挾圧保持し得るよう前記インナシェル８内に入り込んだ触媒シェル１７の端部に、カートリッジシェル１０側に向け徐々に縮径するテーパ付きのリング形状を成し且つカートリッジシェル１０の外径よりも若干大きな最大径を有するストッパリング２３が設けられている。
尚、図４中における２４はパティキュレートフィルタ９とカートリッジシェル１０との間に介装されたシール材、２５はパティキュレートフィルタ９とカートリッジシェル１０との間に介装されたクッション材、２６はパティキュレートフィルタ９を軸心方向に保持するためのエンドプレート、２７は該エンドプレート２６とパティキュレートフィルタ９との間に介装されたクッション材、２８は酸化触媒１８と触媒シェル１７との間に介装されたクッション材、２９は酸化触媒１８を軸心方向に保持するためのエンドプレート、３０は該エンドプレート２９と酸化触媒１８との間に介装されたクッション材を夫々示している。
而して、以上のように本形態例の排気浄化装置を構成すれば、インナシェル８の内径とカートリッジシェル１０の外径との間に確保された十分な挿入クリアランスＣを利用してフィルタカートリッジ１１の挿入を容易に行うことが可能となり、しかも、フィルタカートリッジ１１をインナシェル８の深部まで差し込んだ際に、インナシェル８の奥側にあるテーパ部８ｂによりカートリッジシェル１０の奥側端部のシール材２０及びクッション材２１がガイドされ、これによりフィルタカートリッジ１１がセンタリングされて最終的にインナシェル８内で同心状に収まることになる。
この際、カートリッジシェル１０の奥側端部のシール材２０及びクッション材２１が、インナシェル８側のテーパ部８ｂにより楔作用を受けながら小径部８ｃの内径により規定される狭い挿入クリアランスＣまで円滑に圧縮され、これによりシール材２０及びクッション材２１についての規定の圧縮量が確実に得られることになり、しかも、同時にフィルタカートリッジ１１がセンタリングされることでシール材２０及びクッション材２１が受ける面圧が周方向に均等化されることになる。
また、特に本形態例においては、シール材２０及びクッション材２１がストッパリング２２とストッパリング２３との間でも挾圧保持されることになり、カートリッジシェル１０より奥側へ所要長さ張り出すクッション材２１がストッパリング２３のテーパ形状により小径部８ｃとの間で楔作用を受け、座屈なく良好に押え込まれて圧縮保持されることになるので、シール材２０及びクッション材２１がより一層確実に圧縮され、シール材２０によるシール性能及びクッション材２１によるカートリッジ保持性能の更なる向上が図られる。
従って、上記形態例によれば、インナシェル８の内径とカートリッジシェル１０の外径との間に十分な挿入クリアランスＣを確保してフィルタカートリッジ１１の挿入を容易に行うことができるので、該フィルタカートリッジ１１の挿入時の作業負担を著しく軽減することができ、しかも、このようにしてフィルタカートリッジ１１の挿入性を高めながらも、シール材２０及びクッション材２１を規定の圧縮量まで確実に圧縮することができ、これらシール材２０及びクッション材２１が受ける面圧も周方向に均等化することができるので、シール材２０によるシール性能及びクッション材２１によるカートリッジ保持性能を従来より大幅に向上することができ、パティキュレートフィルタ９に対する排出ガス１５の迂回を阻止しつつ、フィルタカートリッジ１１をガタつかないよう良好に保持することができる。
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、フィルタカートリッジの前段には必ずしも酸化触媒を直列配置しなくて良いこと、また、マフラの形状は箱形に限定されないこと、更に、第一及び第二のストッパの形状は図示例に限定されないこと、その他、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。
本発明を実施する形態例の一部を切り欠いて示す斜視図である。 図１のマフラに関する縦断面図である。 図２のフィルタカートリッジに関する斜視図である。 図２のＩＶ部分の詳細を示す拡大図である。
符号の説明
１ マフラ
８ インナシェル
８ｂ テーパ部
８ｃ 小径部
９ パティキュレートフィルタ
１０ カートリッジシェル
１１ フィルタカートリッジ
１４ 排気管
１５ 排出ガス
２０ シール材
２１ クッション材
２２ ストッパリング（第一のストッパ）
２３ ストッパリング（第二のストッパ）
Ｃ 挿入クリアランス

Claims (3)

  1. 排気管の途中に介装されたマフラ内にインナシェルを固定設置し、パティキュレートフィルタをカートリッジシェルで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を前記インナシェルに差し込んで装着するようにした排気浄化装置において、インナシェルの内径をカートリッジシェルの外径に対し十分な挿入クリアランスを介し大きく形成すると共に、前記インナシェルの奥側端から所要長さだけ手前側へ後退した位置にフィルタカートリッジの挿入方向へ向け徐々に縮径するテーパ部を形成し且つ該テーパ部より奥側の部分を前記挿入クリアランスを絞り込んだ小径部として形成する一方、カートリッジシェルの奥側端部の外周面にシール材及びクッション材を全周に亘り装着し、これらシール材及びクッション材がフィルタカートリッジの装着時に前記インナシェルの小径部との間で挾圧保持されるように構成し、しかも、カートリッジシェルの奥側端から所要長さだけ手前側へ後退した外周面に第一のストッパを設けると共に、フィルタカートリッジの装着時に前記第一のストッパとの間でシール材及びクッション材を挾圧保持し得るよう前記インナシェル内に第二のストッパを設けたことを特徴とする排気浄化装置。
  2. カートリッジシェルの奥側端部の外周面に、耐熱繊維から成るマット材をシール材として全周に亘り装着すると共に、金属線材から成るネット材をクッション材として前記シール材の奥側と手前側で全周に亘り装着し且つその奥側に装着されたクッション材がカートリッジシェルより奥側へ所要長さ張り出すように構成したことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
  3. 第二のストッパがカートリッジシェル側に向け徐々に縮径するテーパ付きのリング形状を成し且つカートリッジシェルの外径よりも若干大きな最大径を有するものであ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。
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