JP5033736B2

JP5033736B2 - 排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP5033736B2
Application number: JP2008206130A
Authority: JP
Inventors: 浩山本
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2008-08-08
Filing date: 2008-08-08
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2028-08-08
Also published as: CN102112711A; CN102112711B; KR20110026015A; US8635864B2; JP2010043546A; WO2010016381A1; SE1150171A1; KR101244726B1; US20110138794A1

Description

本発明は、排気ガス浄化装置に関する。

従来、エンジンの排気管途中に排気ガス浄化装置を設けることで、黒煙のもととなる排気ガス中のパーティキュレート・マター(ＰＭ（Particulate Matter）：粒子状物質）を捕集し、ＰＭが大気中に排出されるのを防止することが知られている。この排気ガス浄化装置としては、ＰＭ捕集用のスーツフィルタおよびドージング燃料（例えば、軽油）を酸化、発熱させるための酸化触媒を、それぞれ筒状のケースで覆った構造が一般的である（特許文献１）。
そして、これらのケースは分割可能であり、スーツフィルタに堆積したアッシュ等を取り除く場合には、各ケースを分解し、スーツフィルタをケースごと取り外してメンテナンス実施する。

特開２００４−２６３５９３号公報

しかしながら、特許文献１の排気ガス浄化装置においては、複数の分割可能なケースで構成されているため、スーツフィルタのメンテナンスの際に各ケースを分解すると、メンテナンス後に再度組み立てる時に、ケースの向きを誤って組み立ててしまうという問題がある。

本発明の目的は、各ケースを分解した場合において、ケースの向きを誤ることなく容易に組み立てることができる排気ガス浄化装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係る排気ガス浄化装置は、排気ガス清浄化用のスーツフィルタが収容されたケースと、前記ケースの排気ガス流れ方向の上流側および下流側のそれぞれに配置された別のケースと、前記スーツフィルタの上流側と下流側との圧力差を検出する検出手段とを備え、前記スーツフィルタが収容されたケース、および当該ケースの上流側または下流側に配置された前記別のケースには、これらのケース内の圧力を前記検出手段に導く管部材がそれぞれ取り付けられ、前記管部材は、金属製であるとともに、前記スーツフィルタが収容されたケースに取り付けられた管部材は、２つの前記別のケースのうち、もう１つの管部材が取り付けられたケースとは異なるケースに近接した入口側または出口側に位置し、前記検出手段は、前記スーツフィルタが収容されたケースの排気ガス入り口側寄り、または出口側寄りに取り付けられた差圧センサであることを特徴とする。

本発明の請求項２に係る排気ガス浄化装置は、請求項１に記載の排気ガス浄化装置において、前記もう１つの管部材が取り付けられたケースは、前記スーツフィルタが収容されたケースの下流側に接合されていることを特徴とする。

以上において、請求項１の発明によれば、スーツフィルタが収容されたケース、および当該ケースの上流側または下流側に配置された別のケースに管部材がそれぞれ取り付けられるとともに、この管部材が検出手段に接続されるから、各管部材は全体としてケース同士の接続部分を跨ぐことになる。このため、例えば、各管部材の配管寸法が異なる場合には、スーツフィルタが収容されたケースを取り外した後、再度取り付けの際に、当該ケースの向きを誤ると、管部材の配管寸法が足りなかったり、長すぎたりして、誤接続を認識でき、誤接続を防止できる。

また、管部材が金属製で形成されているので、管部材にフレキシブル性がない。このため、スーツフィルタが収容されたケースを取り外した後、再度取り付けの際に、ケースの向きを誤ると、各管部材にフレキシブル性がないことで、各管部材を適正に配管できない。従って、ケースを適正な向きで接続するしかなく、誤接続を防止できる。

さらに、検出手段は、スーツフィルタが収容されたケースの排気ガス入り口側寄り、または出口側寄りに位置しているため、金属製の各管部材の配管寸法がそれぞれ異なることになる。従って、スーツフィルタが収容されたケースを取り外した後、再度取り付けの際に、当該ケースの向きを誤ると、各管部材を適正に配管できない。このため、適正に配管されるようにするには、ケースも適正な向きで接続するしかなく、誤接続を防止できる。

そして、スーツフィルタが収容されたケースの入口側および出口側に、それぞれ管部材が取り付けられ、この管部材が接続される差圧センサによってケースの入口側および出口側の圧力差を検出でき、スーツフィルタの目詰まり状態を判断することが可能である。

請求項５の発明によれば、スーツフィルタが収容されたケースの下流側にもう１つの管部材が取り付けられたケースが接合されているため、スーツフィルタの出口側の接合部で管部材を跨らせることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、後述する第２実施形態以降で、以下に説明する第１実施形態での構成と同じか、または同様な機能を有する構成には同一符号を付し、その説明を簡単にあるいは省略する。

[第１実施形態]
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下では、説明の便宜上、排気ガスの流れ方向の上流側を「上流側」、排気ガス流れ方向の下流側を「下流側」とする。
図１は、本実施形態での排気ガス浄化装置１を示す全体斜視図であり、図２は、図１でのＡ−Ａ矢視図である。図１、図２において、排気ガス浄化装置１は、図示しないディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと称する）の排気管途中に設けられて、排気ガス中に含まれるＰＭを捕集するものであり、ケース本体１Ａを備えている。このケース本体１Ａは、エンジンの排気管と接続される円筒状のケース２と、ケース２の下流側の配置された円筒状のケース３と、ケース３のさらに下流側に配置された円筒状のケース４と、最下流に配置されて図示しない出口管が接続されるケース５とを備えている。

ケース２，５は、円筒状の外周部に側壁８を有した構造であり、内部がそれぞれ入口室１１および出口室１２となっている。このようなケース２，５には、ケース２，５の径方向から排気ガスが流出入する流入部２１および流出部５１が設けられている。また、ケース２，５では、側壁８部分が内壁プレート１３および外壁プレート１４を有する二重壁構造とされ、内壁プレート１３と外壁プレート１４との間には、ガラス繊維からなる断熱材１５が介装されている。同様に、円筒状部分も内筒材１６および外筒材１７を有する二重壁構造とされ、内筒材１６と外筒材１７との間にも断熱材１５が介装されている。これにより、入口室１１および出口室１２内を排気ガスが通過しても、排気ガスによる熱が断熱材１５によって遮断され、ケース２，５の外表面に伝わり難くなっている。ケース２，５の開口側の端縁には、内筒材１６の露出部分に一体成形されたフランジ継手６が形成されている。

一方、円筒状のケース３内には、ドージング燃料を酸化、発熱させる酸化触媒３１が配置され、この酸化触媒３１の両側には、リング状でステンレス製のワイヤーメッシュ８１およびストッパ８２とが設けられている。ストッパ８２は、酸化触媒３１がケース３の端部からはみ出ることがないように、ワイヤーメッシュ８１を介して酸化触媒３１を押圧している。

同じく円筒状とされたケース４内には、排気ガス中のＰＭを捕集するスーツフィルタ４１が収容され、スーツフィルタ４１の両側には、リング状でステンレス製のワイヤーメッシュ８１およびストッパ８２が設けられている。

これらのケース３，４自身は、一重壁構造である。ただし、内部に収容された酸化触媒３１とケース３の内面との間、およびスーツフィルタ４１とケース４の内面との間には、セラミック繊維製の断熱材１９がそれぞれ介装されている。このことにより、酸化触媒３１、およびスーツフィルタ４１を通過する排気ガスの熱も、ケース３，４の外表面に伝わり難くなっている。このようなケース３，４においても、両側の開口部分の端縁には、フランジ継手６が一体に形成されている。

以上に説明したケース２〜５は、互いに対向し合うフランジ継手６同士がシール材６５を介して当接され、フランジ継手６を貫通するボルト６１およびこれに螺合するナット６２によって接合されている。なお、シール材６５は、耐熱性の高い膨張黒鉛製であり、排気ガス浄化装置１内を通過する排気ガスが大気に漏れ出さないために配置されるものである。ケース２〜５が接合された状態では、図２、図３に示すように、各ケース２〜５の内部を跨ぐようにして断熱リング９が収容されている。具体的に、ケース２とケース３との間には、酸化触媒３１の入口側に近接するようにケース２のフランジ継手６より突出して断熱リング９Ａが配置され、ケース３とケース４との間には、酸化触媒３１の出口側およびスーツフィルタ４１の入口側に近接するようにケース４のフランジ継手６より突出して断熱リング９Ｂが配置され、ケース４とケース５との間には、スーツフィルタ４１の出口側に近接するようにケース５のフランジ継手６より突出して断熱リング９Ｃが配置されている。

これらの断熱リング９（９Ａ，９Ｂ，９Ｃ）は、排気ガスの流れ方向での長さの違いはあるが、全体構造としては同様である。すなわち、図３に拡大して示すように（図では、代表して断熱リング９Ｂが示されている）断熱リング９は、各ケース２〜５の内面に当接するステンレス製の外周リング部材９１と、一対の外フランジ９３を有する断面凹状に形成されたステンレス製の内周リング部材９２と、外周リング部材９１および内周リング部材９２の間に介装されたセラミックス繊維製の断熱材９４とで構成される。断熱材９４も円筒状に形成されており、その内径寸法は、内周リング部材９２の筒状部分の外径寸法と略同じである。

このような断熱リング９では、所定の厚みを有した断熱材９４が内周リング部材９２の筒状部分の外周側に嵌め込まれており、この状態の内周リング部材９２が外周リング部材９１内に収容される。そうすると、断熱材９４は、内周リング部材９２によって外周リング部材９１側に押圧されることにより、圧縮された状態で各部材９１，９２間に介装される。そして、この際の反力により、外周リング部材９１に対する内周リング部材９２の位置ずれが防止され、断熱リング９を予め組み立てておくことができ、取扱いを容易にできる。また、断熱材９４の両側に外フランジ９３が位置することで、断熱材９４のずれを防止できる。

さらに、断熱リング９は、各部材９１，９２，９４が一体に組み立てられた状態で、各ケース２〜５内に収容される。この際、外周リング部材９１が各ケース２〜５の内周面に溶接される。この溶接箇所の詳細については後述する。また、断熱リング９として組み上がった状態では、内周リング部材９２と外周リング部材９１とは接触していない。つまり、断熱材９４の厚さ、および内周リング部材９２での外フランジ９３の高さは、断熱材９４の圧縮量を見込んだ上で、内周リング部材９２と外周リング部材９１とが接触しないように設定されている。このため、断熱リング９を通過する排気ガスは、内周リング部材９２に直接触れることになるが、この時の熱が内周リング部材９２から外周リング部材９１へ伝達され難くなっており、断熱材９４によって良好に遮断される。

このような断熱リング９において、断熱リング９Ａは、上流側において、ケース２の断熱材１５と径方向に重なっており、さらに下流側において、ケース３の断熱材１９とワイヤーメッシュ８１、ストッパ８２とを介して近接している。断熱リング９Ｂは、上流側において、ケース３の断熱材１９とワイヤーメッシュ８１、ストッパ８２とを介して近接し、さらに下流側において、ケース４の断熱材１９とワイヤーメッシュ８１、ストッパ８２とを介して近接している。断熱リング９Ｃは、上流側においてケース４の断熱材１９とワイヤーメッシュ８１、ストッパ８２とを介して近接し、さらに下流側において、ケース５の断熱材１５と径方向に重なっている。

これにより、排気ガス浄化装置１のケース本体１Ａは、上流側から下流側まで略全域が断熱材１５，１９，９４で略覆われることとなり、２重壁構造でないケース３，４についても、断熱リング９を用いることで実質的に断熱性に優れた２重壁構造を実現でき、各ケース２〜５の外表面が全て高温となり難くなっている。

ところで、これら断熱リング９のうち断熱リング９Ａは、ケース２側の内筒材１６とのかかり代の方がケース３とのかかり代よりも大きく、予め内筒材１６内に収容される。断熱リング９Ｂは、ケース３とのかかり代よりもケース４のかかり代の方が大きく、予めケース４内に収容される。断熱リング９Ｃは、ケース４のかかり代よりもケース５のかかり代の方が大きく、予めケース５内に収容される。断熱リング９と各ケース２〜５とのかかり代が大きい方において、断熱リング９の外周リング部材９１は、各ケース２〜５と溶接されている。より具体的には、断熱リング９Ａの外周リング部材９１は、ケース２の外周面に形成された４つの溶接孔（図示略）に溶接され、断熱リング９Ｂの外周リング部材９１は、ケース４の溶接孔に溶接される。また、断熱リング９Ｃの外周リング部材９１は、ケース５の溶接孔に溶接される。

従って、各ケース２〜５を互いに連結してケース本体１Ａを組み立てるにあたっては、ケース２の開口部分から断熱リング９Ａの一部が突出していることになり、この突出した断熱リング９Ａの外周とケース３の入口側とを嵌合させる。つまり、ケース２の出口側およびケース３の入口側は、断熱リング９Ａにガイドされながら、互いに印籠接続される。

同様に、図４に示すように、ケース４の入口側の開口部分から断熱リング９Ｂの一部が突出していることになり、この突出した断熱リング９Ｂの外周とケース３の出口側とを嵌合させることで、ケース３，４を接続する。つまり、ケース３の出口側およびケース４の入口側も、断熱リング９Ｂにガイドされながら、互いに印籠接続される。

さらには、ケース５の入口側の開口部分から断熱リング９Ｃの一部が突出していることになり、この突出した断熱リング９Ｃの外周とケース４の出口側とを嵌め込むことで、ケース５とケース４とが互いに印籠接続される。

すなわち、このような印籠接続では、ケース本体１Ａの両側部分を構成するケース２，５からは、互いに対向するように断熱リング９Ａ，９Ｃの一部が予め突出して設けられ、酸化触媒３１が収容されているケース３には、断熱リング９は設けられず、スーツフィルタ４１が収容されているケース４には、上流側にのみ予め断熱リング９Ｂが突出して設けられる。このため、ケース２〜５の配置順さえ違わなければ、スーツフィルタ４１が収容されたケース４を、スーツフィルタ４１の入口側と出口側とが反転された状態で接合してしまうのを防止でき、ケース４の接合方向を常に一定にできる。

また、ケース本体１Ａのケース２，５には、入口室１１および出口室１２内の温度を計測する図示しない温度センサ取付用のセンサボス１０１が設けられている。このセンサボス１０１は、内筒材１６に対して取り付けられており、外筒材１７には、センサボス１０１に対応した位置に開口部１８が形成されている。また、ケース５には、センサボス１０１の近傍に別のセンサボス１０２が同様に設けられている。このセンサボス１０２には、排気ガスが流入する鋼管等の金属製の管部材７１が取り付けられる。

さらに、ケース４の排気ガス入口側寄りの外表面には、肉厚を有する円盤状のセンサボス１０３，１０４が設けられている。一方のセンサボス１０３には、スーツフィルタ４１入口側での排気ガス温度を計測する図示しない温度センサが取り付けられ、他方のセンサボス１０４には、スーツフィルタ４１入口側からの排気ガスが流入する鋼管等の金属製の管部材７２が取り付けられる。この管部材７２と前述した管部材７１とは、検出手段としての差圧センサ７に接続されている。本実施形態では、差圧センサ７は、ケース４の排気ガス出口側寄りに位置し、ケース４の出口側のフランジ継手６にブラケット６３を介して、ボルト６１およびナット６２により取り付けられている。

差圧センサ７は、スーツフィルタ４１の入口側と出口側とでの圧力差を検出するものである。差圧センサ７の内部には、歪みゲージが取り付けられたダイヤフラムが設けられ、管部材７１，７２に入る排気ガスによってダイヤフラムが変位し、この変位に応じて歪みゲージでの電気抵抗が変化し、この電気抵抗から差圧を検出できる。ケース４内では、スーツフィルタ４１によって排気ガスの圧力損失が生じており、スーツフィルタ４１の入口側での圧力（センサボス１０４側での圧力）は、スーツフィルタ４１の出口側での圧力（センサボス１０２側での圧力）より大きくなっている。そして、スーツフィルタ４１にＰＭが詰まり始めると圧力損失、すなわちスーツフィルタ４１の入口側と出口側とでの差圧がさらに大きくなり、この差圧に基づいてスーツフィルタ４１の目詰まり状態を判断することが可能である。

このような差圧センサ７および管部材７１，７２は、全体としてケース４およびケース５の互いの接合部分を跨いで配置されている。管部材７２の配管寸法は、管部材７１の配管寸法よりも長い。従って、管部材７１，７２の配管寸法が異なる本実施形態では、管部材７１が取り付けられるケース５に対して、管部材７２が取り付けられるケース４の接合方向が一定となる。

つまり、ケース４を上流と下流とが逆になるようにケース５に接合してしまうと、センサボス１０２，１０４同士が近接してしまうため、硬質の管部材７１，７２を接続することができず、差圧センサ７を取り付けることができないのである。このことからも、前述の印籠接合による効果と同様、スーツフィルタ４１が収容されたケース４を常に一定の方向で接合でき、ケース４の上流と下流とを逆にして取り付けることを防止できる。

本発明の排気ガス浄化装置１としては、エンジンが収容されているエンジンルーム内において、エンジンルームを形成しているフレームやボンネット等に取り付けられてもよく、エンジン自体の上部側等に取り付けられてもよく、取付位置などはその実施にあたって適宜に決められてもよい。

以上、本実施形態によれば、スーツフィルタ４１のメンテナンス時には、ケース本体１Ａを分解してスーツフィルタ４１ごとケース４を取り外す。そして、メンテナンスした後に、ケース本体１Ａを再度組み立てる際には、硬質の管部材７１，７２の配管寸法が異なることで、ケース４の向きを誤ることなく容易に組み立てることができる。
[第２実施形態]
図５は、第２実施形態を示す図である。
本実施形態では、各ケース２〜５は、フランジ継手６の間にシール材６５を介装したうえで、フランジ継手６同士をＶクランプ６４で締め付けることにより接合される。これによっても、前記各実施形態と同様に各ケース２〜５を良好に接合することができる。

なお、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

例えば、前記各実施形態では、管部材７２がケース４の入口側に、管部材７１がケース５の入口側に設けられ、差圧センサ７がケース４の出口側のフランジ継手６に取り付けられることで、管部材７１，７２がケース４の出口側のフランジ継手６を跨ぐように配置されていたが、管部材７２がケース３の出口側に、管部材７１がケース４の出口側にそれぞれ設けられ、差圧センサ７がケース４の入口側のフランジ継手６に取り付けられてもよい。この場合にも管部材７１，７２がケース４の入口側のフランジ継手６を跨いで配置され、スーツフィルタ４１の入口側と出口側との圧力差を検出できるうえ、ケース４の向きを誤ることを防止できる。
また、前記各実施形態では、差圧センサ７は、フランジ継手６に取り付けられていたが、これに限定されず、任意の位置に取り付けられてよい。

前記各実施形態では、ケース２とケース３とを別体にしたが、一体に成形されていてもよい。
また、前記各実施形態の排気ガス浄化装置１には、酸化触媒３１が設けられたが、スーツフィルタ４１の再生方法の違いによっては省略してもよい。

前記各実施形態での断熱材９４はセラミックス繊維製であったが、ガラス繊維製の断熱材であってもよく、材質は任意である。

本発明は、建設機械、土木機械、農業機械、発電装置、輸送車両等に搭載される内燃機関の排気ガス浄化装置として好適に利用できる。

本発明の第１実施形態に係る排気ガス浄化装置の全体斜視図。図１でのＡ−Ａ矢視図。前記第１実施形態での要部を示す断面図。前記排気ガス浄化装置の一部のケースを示す断面図。第２実施形態での要部を示す断面図。

符号の説明

１…排気ガス浄化装置、２〜５…ケース、７…差圧センサ、４１…スーツフィルタ、７１，７２…管部材。

Claims

排気ガス清浄化用のスーツフィルタが収容されたケースと、
前記ケースの排気ガス流れ方向の上流側および下流側のそれぞれに配置された別のケースと、
前記スーツフィルタの上流側と下流側との圧力差を検出する検出手段とを備え、
前記スーツフィルタが収容されたケース、および当該ケースの上流側または下流側に配置された前記別のケースには、これらのケース内の圧力を前記検出手段に導く管部材がそれぞれ取り付けられ、
前記管部材は、金属製であるとともに、
前記スーツフィルタが収容されたケースに取り付けられた管部材は、２つの前記別のケースのうち、もう１つの管部材が取り付けられたケースとは異なるケースに近接した入口側または出口側に位置し、
前記検出手段は、前記スーツフィルタが収容されたケースの排気ガス入り口側寄り、または出口側寄りに取り付けられた差圧センサである
ことを特徴とする排気ガス浄化装置。
請求項１に記載の排気ガス浄化装置において、
前記もう１つの管部材が取り付けられたケースは、前記スーツフィルタが収容されたケースの下流側に接合されている
ことを特徴とする排気ガス浄化装置。