JP5610463B2 - 排気ガス浄化装置、排気システム、及びクランプ接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼機関用の、特に好ましくは車両の燃焼機関用の、排気システムのための排気ガス浄化装置に関する。本発明はまた、そのような排気ガス浄化装置を備えた排気システムと、そのような排気システムまたはそのような排気ガス浄化装置で使用されるクランプ接続構造に関する。

燃焼機関の排気システムは一般的に、例えば触媒コンバータ、粒子フィルタ等のような、複数の排気ガス浄化装置を含んでいる。これらを備える燃焼機関を長期に使用する場合、そのような排気ガス浄化装置の浄化素子の交換や整備が必要になる。例えば粒子フィルタは、非燃性の残留物により徐々に目詰まりすることがある。同様に、触媒コンバータは「摩滅」することがある。個々の浄化素子のそのような交換を可能にするために、それぞれの排気ガス浄化装置のハウジング部は、迅速に固定する手段を用いて、隣接するハウジング部に固定されている。これらの迅速に固定する手段を解放することにより、他の二つのハウジング部の間に配置されたハウジング部は、例えば、ハウジングの長手方向と直交する方向に取り外され得る。この方法で、整備されたり、交換されたりする浄化素子は、容易にアクセス可能になる。迅速に固定する手段を用いて、引き続く組み立てがハウジングの長手方向と直交する方向に、再度実行される。パイプエレメントを接続するために、例えばクランプ接続構造が迅速に固定する手段として用いられ、経済的生産性と簡単な取り扱いがその特徴とされる。そのようなクランプ接続構造でしばしば問題とされることは、一方ではそれぞれのクランプについての、他方ではそのクランプに接続されるハウジング部についての、相対的に大きな製造誤差である。この種の製造誤差は、例えばシールにより、多くは相殺することができる。しかしながら、製造誤差はしばしばシールの非対称的な取り付けに帰結し、その結果、シールはやがて洩れる可能性がある。洩れが起こると、好ましくない汚染物質の環境への排出と、隣接する部品への温度負荷の上昇が起こる。

本発明は、排気ガス浄化装置または排気システムと、そのような排気ガス浄化装置またはそのような排気システムで使用されるクランプ接続構造との、より好ましくは、比較的に安価に実現され、さらにクランプ接続構造が比較的に長寿命を保証されることで特徴づけられる、上述の問題が改良された具体例に関する。

本発明によれば、この問題は、独立請求項の主題を通して、解決される。有利な構成は、従属請求項の主題である。

本発明は、クランプ接続構造を用いて互いに解放可能に接続される二つのパイプエレメント上に、半径方向外側に立設する環状つばであって、対向する面で互いに共通のシールリングと当接し、別個の各々のリングエレメントを介して、互いの反対面で、それぞれのクランプがそれ自身を支持する、環状つばを形成するという、一般的な考えに基づいている。この種の環状つばは、相対的に小さい誤差で、比較的に安価に、パイプエレメント上に形成することができる。さらに、このようなリングエレメントは、相対的に小さい誤差で、比較的に安価に、パイプエレメントとは別個に形成することができる。従って、シールリングに対する相対的に対称または等しい負荷の結果として、クランプ接続構造は誤差が比較的に小さくなる。これは、シールリングひいてはクランプ接続構造の、シール効果と寿命に有利である。提案されるクランプ接続構造では、複数の部品が用いられ、組み立てられなければならないけれども、この設計は比較的に安価に実現され得る一方で、同時に明らかに小さい誤差が維持され得る。

有利な実施例によれば、特に、シールリングとは反対側の面で、パイプエレメントのそれぞれの環状つばと当接するように、リングエレメントはそれぞれのパイプエレメントに固定されてもよい。リングエレメントをパイプエレメントに固定することにより、リングエレメントがその目的のために用意された組み立ての位置に留まるので、取り外しとそれに続く新しい組み立ては簡便化される。適切な固定は、例えば溶接やハンダ付けでの接続、さらに好ましくはスポット溶接やスポットハンダ付けを介して、安価に実現され得る。

他の有利な実施例によれば、二つの環状つばは各々が平らな接触面を含み、その接触面を介してそれら二つの環状つばがシールリングに対して平らに置かれてもよい。環状つばとシールリングの間の平坦な当接により、クランプを用いて生成される軸方向の圧縮力が広い領域に分配され、その結果、シールリングに全体として、比較的に低く特に等しい負荷が課される。これは、シール効果を向上させる一方で、同時にシールリングの寿命を増大させる。

他の有利な実施例では、シールリングは、その半径方向内側を円周方向に延伸する円周保護リングを備えてもよい。この保護リングにより、シールリングは例えばパイプエレメント内を流れる高温の排気ガスによる熱的負荷から保護されることが可能となり、これが同様にシールリングひいては全クランプ接続構造の寿命を増大させる。

本発明の追加の重要な特徴と利点は、従属請求項、図面および図面に基づくそれぞれの形象の記述から誘導される。

上記の特徴および以下に説明される特徴は、記述されたそれぞれの組合せのみではなく、本発明の範囲を超えることなく、他と組合せて、またはそれのみで、用いられうることが理解されるべきである。

本発明によると、クランプ接続構造の改善された耐久性を実現することができる。

簡略化された、排気システムの長手方向の概略断面図であって、排気ガス浄化装置内部のクランプ接続構造の部分を示す図である。

本発明の望ましい実施形態が、図面に示され、以下の記載でより詳細に説明される。

図１は、簡略化された、排気システムの長手方向の概略断面図であって、排気ガス浄化装置内部のクランプ接続構造の部分を示す図である。

図１によれば、ここでは部分的にのみ示された、排気システム１は、少なくとも一つの、同様にここでは部分的にのみ示された、例えば触媒コンバータまたは粒子フィルタである、排気ガス浄化装置２を含む。排気システム１は、好ましくは車両、より好ましくは商用車に備えられた、燃焼機関から排出される排気ガスに対して作用する。ここでは部分的にのみ示される、排気ガス浄化装置２の少なくとも一つの排気ガス浄化エレメント７の整備や交換を、簡便化または可能にするために、排気システム１内部や排気ガス浄化装置２内部の、少なくとも二つのパイプエレメント、即ち、第１パイプエレメント３及び第２パイプエレメント４は、クランプ接続構造５を介して解放可能に互いに接続される。二つのパイプエレメント３，４は、少なくともクランプ接続構造５の領域まで、図１に双頭の矢印６で示される、長手方向または軸方向に平行に延伸する。クランプ接続構造５は、二つのパイプエレメント３，４を軸方向に互いに押圧する。例えば、粒子フィルタエレメントや触媒コンバータエレメントであってよい、上述の排気ガス浄化エレメント７は、この場合は第１パイプエレメント３である、二つのパイプエレメントの内一つに配置される。第１パイプエレメント３は、その軸方向の両端の各々で、上記のクランプ接続構造５を介して、他のパイプエレメントまたは第２パイプエレメント４と接続される。クランプ接続構造５の解放により、第１パイプエレメント３は長手方向６と直交する方向に取り外し可能になる。この方法で、その内部に含まれる排気ガス浄化装置７は、容易に整備または交換される。より好ましくは、第１パイプエレメント３と、その内部に装填されている排気ガス浄化装置７との、全ユニットが交換される。代替案として、クランプ接続構造５により、第２パイプエレメント４をその軸方向両端の各々で、他のパイプエレメントまたは第１パイプエレメント３と接続することも、同様に可能である。二つのクランプ接続構造５の解放により、第２パイプエレメント４は長手方向６と直交する方向に取り外し可能になり、その結果、第１パイプエレメント３内部に配置されたそれぞれの排気ガス浄化装置７は、整備や交換のために容易にアクセス可能になる。

パイプエレメント３、４は、詳細には示されない排気ガス浄化装置２のハウジングの、より望ましいハウジング部を構成する。それぞれの取り外し可能なハウジング部、即ち、第１パイプエレメント３または第２パイプエレメント４のどちらかは、好ましくは、二つのクランプ接続構造５を介して、隣接するハウジング部に接続される。

ここに示されるクランプ接続構造５は、第１パイプエレメント３の軸方向端部で半径方向外部に立ち上がり、円周方向に円周状に閉じて構成されている、第１パイプエレメント３上に形成された、第１環状つば８を含んでいる。これに対称的に、第２パイプエレメント４のそれぞれの軸方向端部で半径方向外部に立ち上がり、円周方向に連続して周回する、第２環状つば９が第２パイプエレメント４上に形成されている。さらに、このクランプ接続構造５は、同様に円周方向に円周状に閉じて構成され、第１環状つば８と第２環状つば９の双方と軸方向に当接する、シールリング１０を含んでいる。このように、クランプ接続構造５は、シールリング１０を一つのみ含むので、その結果比較的に安価に実現されることができる。シールリング１０は、互いに向き合っている環状つば８，９の面である、以下では、環状つば８，９の内面とも記載される、面に配置される。

クランプ接続構造５はさらに、第１パイプエレメント３上で、シールリング１０とは反対側の第１環状つば８の面に配置された、第１リングエレメント１１を含んでいる。互いに反対側の面、またはシールリング１０とは反対側の環状つば８，９の面は、以下では、外面とも記載される。従って第１リングエレメント１１は、第１環状つば８の外面に軸方向に当接している。二つのパイプエレメント３，４は、各々が内部空間または内面を包蔵する。第１リングエレメント１１は、第１パイプエレメント３上の外側に、即ちその外面上に配置され、第１パイプエレメント３とその外側で当接する。これと同様に、クランプ接続構造５は、さらに第２リングエレメント１２を含み、第２リングエレメント１２は、第２パイプエレメント４の外面と半径方向で当接し、第２環状つば９の外面と軸方向で当接するように、第２パイプエレメント４上の外側に配置されている。

それぞれのリングエレメント１１，１２は、円周方向に延伸し、閉じられることができる。スリットのある、または中断された設計が、同様に考えられる。例えば、それぞれのリングエレメント１１，１２は、最大３３０度、または最大３５５度の領域の円周方向にのみ延伸してもよい。これは、誤差の相殺を改善する、柔軟性を増大させる。

最終的に、クランプ接続構造５はさらに、二つのリングエレメント１１，１２を上から係合し、各々に向かってクランプ１３で軸方向にクランプするようにかたどられた、クランプ１３を含む。この場合クランプ１３は、Ｃ字型またはＶ字型の外形を有し、Ｖクランプ１３とも呼ばれる。これに加えてクランプ１３は、少なくともクランプ領域１４では帯状に形成されている。この帯状のクランプ領域１４は円周方向に延伸し、ここでは図示されない、対応するクランプ止めを用いてクランプされ得る。従ってクランプ１３は、帯クランプ１３として、またはより好ましくはＶ帯クランプとして、記載されることもある。

二つのリングエレメント１１，１２は、好ましくはそれぞれのパイプエレメント３，４に固定される。対応する固定点は、図１では、符号１５で記載されている。例えばこれらのリングエレメント１１，１２は、少なくとも１箇所の溶接接続により、それぞれのパイプエレメント３，４に固定されることができる。円周方向に互いに離隔する、複数の溶接点も考えられる。代替案として、円周の溶接継ぎも同様に考えられる。さらに、点状または線状に形成される、ハンダ付けを用いて固定点１５を実現することも可能である。リングエレメント１１，１２をそれぞれのパイプエレメント３，４に不十分に固定することにより、一般的な柔軟性が増大し、誤差の相殺が改善される。

ここに示される望ましい実施例では、二つのリングエレメント１１，１２は、断面が巻かれた角のない形に形成されている。好ましくはそれらは、断面が円形である。このために、平らな帯状の材料が、ロール加工により断面が巻かれた角のない形または円形に形成される。断面がそのように形成されたリングエレメント１１，１２は、特に安定性が高いことで特徴づけられ、さらにそれらは中空でない場合と比較して、より軽くより経済的である。さらにそれらは弾性があり、そのため軸方向の荷重を低減し、誤差を相殺することができる。

ここに示される望ましい実施例によれば、二つの環状つば８，９は、それらの対向する内面が各々平らであり、従って平らな接触面１６を形成するように構成され、組み立てられた状態ではシールリング１０と平坦に当接している。これは、シールリング１０への軸方向の均一な負荷を生成する。この実施例では接触面１６は、互いに平行な平面であって、さらに長手方向６と直交して配向された平面内を延伸する。その結果、クランプ接続構造５の組み立ては簡便化される。

図に示される実施例では、シールリング１０はその外周に少なくとも１つの横断織布１７を含む。この横断織布は、外周の環状つば８，９の上に支持されている。このため、横断織布１７は、シールリング１０の上から、軸方向に環状つば８，９に係合する。横断織布１７を用いることにより、クランプ接続構造５の組み立て及び取り外しの際に、シールリング１０は環状つば８，９上に置かれることができる。その結果、クランプ接続構造５の取り扱いが簡便化される。基本的に、複数のそのような横断織布１７を、シールリング１０上に、円周方向に分配して配置することができる。円周方向に延伸する、単一の帯状の横断織布１７を備えることも、同様に可能である。好ましくは、シールリング１０の円周部の最大１８０度分が、横断織布１７によりカバーされるように、または横断織布１７を備えるように、複数の横断織布１７または単一の帯状横断織布１７を設計することができる。

その結果、クランプ１３を取り外して、二つのパイプエレメント３，４の間で軸方向にはわずかな移動のみが可能な場合に、シールリング１０は長手方向６と直交する方向に容易に取り外すこともできる。それぞれの横断織布１７は、適切な方法で、シールリング１０に固定される。

ここに示される実施例によれば、シールリング１０は、円周方向に円周状に延伸するように構成された、半径方向の内側にある保護リング１８を含んでもよい。保護リング１８は、例えばシールリング１０とは異なる材料、例えば金属またはセラミックからなる。保護リング１８は、非熱伝導性に構成されてもよい。これに加えてまたは代替案として、保護リング１８は、排気システム１内を輸送される排気ガスの浸食性雰囲気に対して、抗酸化性、またはより好ましくは耐酸化性に構成されてもよい。これに加えて、保護リング１８は、耐熱性に構成されてもよい。その結果、パイプエレメント３，４内部の浸食性の環境からの、シールリング１０の効果的な保護が得られる。実用上、クランプ１３を取り付けて、軸方向には二つの環状つば８，９の間にクランプされない、シールリング１０の領域に保護リング１８が配置されるように、シールリング１０は半径方向の大きさを決定される。言い代えれば、二つの環状つば８，９は、保護リング１８の外側のシールリング１０上に、それら自身を支持する。その結果、環状つば８，９の間に保護リング１８を圧縮することなく、より望ましいシールリング１０の圧縮が可能である。保護リング１８は、適切な方法で、シールリング１０に固定される。

１ 排気システム
２ 排気ガス浄化装置
３ 第１パイプエレメント
４ 第２パイプエレメント
５ クランプ接続構造
６ 長手方向
７ 排気ガス浄化エレメント
８ 第１環状つば
９ 第２環状つば
１０ シールリング
１１ 第１リングエレメント
１２ 第２リングエレメント
１３ クランプ
１４ クランプ領域
１５ 固定点
１６ 接触面
１７ 横断織布
１８ 保護リング

Claims (15)

1. 燃焼機関用の排気システム（１）のための排気ガス浄化装置であって、
   第１パイプエレメント（３）内に配置された、排気ガス浄化エレメント（７）を含み、
   クランプ接続構造（５）を介して、前記第１パイプエレメント（３）が取り外し可能に接続された、少なくとも一つの第２パイプエレメント（４）を含み、
   前記クランプ接続構造（５）が、前記第１パイプエレメント（３）上に、半径方向外側に立設して形成された、円周状に閉じた第１環状つば（８）を備え、
   前記クランプ接続構造（５）が、前記第２パイプエレメント（４）上に、半径方向外側に立設して形成された、円周状に閉じた第２環状つば（９）を備え、
   前記クランプ接続構造（５）が、前記第１環状つば（８）及び前記第２環状つば（９）と軸方向に当接する、円周状に閉じたシールリング（１０）を備え、
   前記クランプ接続構造（５）が、前記第１パイプエレメント（３）の外側に配置され、前記シールリング（１０）とは反対側で前記第１環状つば（８）と軸方向で当接する、第１リングエレメント（１１）を備え、
   前記クランプ接続構造（５）が、前記第２パイプエレメント（４）の外側に配置され、前記シールリング（１０）とは反対側で前記第２環状つば（９）と軸方向で当接する、第２リングエレメント（１２）を備え、
   前記クランプ接続構造（５）が、対向する前記二つのリングエレメント（１１，１２）に係合し、軸方向にクランプするクランプ（１３）を備え、
   軸方向の断面視において、
   前記第１リングエレメント（１１）と前記第１パイプエレメント（３）とが１箇所のみで点接触または略点接触し、
   前記第１リングエレメント（１１）と前記第１環状つば（８）とが１箇所のみで点接触または略点接触し、
   前記第１リングエレメント（１１）と前記クランプ（１３）とが１箇所のみで点接触または略点接触し、
   前記第２リングエレメント（１２）と前記第２パイプエレメント（４）とが１箇所のみで点接触または略点接触し、
   前記第２リングエレメント（１２）と前記第２環状つば（９）とが１箇所のみで点接触または略点接触し、
   前記第２リングエレメント（１２）と前記クランプ（１３）とが１箇所のみで点接触または略点接触する排気ガス浄化装置。
2. 前記リングエレメント（１１，１２）が、それぞれの前記パイプエレメント（３，４）に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
3. 前記リングエレメント（１１，１２）が、少なくとも一つの溶接接続（１５）により、それぞれの該パイプエレメント（３，４）に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
4. 前記リングエレメント（１１，１２）が、それぞれの前記パイプエレメント（３，４）と緩やかに当接することを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
5. 前記リングエレメント（１１，１２）が、断面が巻かれた角のない形に、または断面が巻かれた円形に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
6. 前記二つの環状つば（８，９）の各々が、平らな接触面（１６）を有し、それを介して前記シールリング（１０）と平坦に当接することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
7. 前記シールリング（１０）が、少なくとも一つの前記環状つば（８，９）上で、それ自身を半径方向外側で半径方向に支持する、少なくとも一つの横断織布（１７）を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
8. 複数の前記横断織布（１７）が、前記シールリング（１０）上に円周方向に分配されて配置されていることを特徴とする請求項７に記載の排気ガス浄化装置。
9. 単一の帯状の前記横断織布（１７）が、円周方向に延伸して備えられていることを特徴とする請求項７に記載の排気ガス浄化装置。
10. 前記シールリング（１０）が、半径方向内側に、円周方向に円周保護リング（１８）を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
11. 前記保護リング（１８）が、絶縁性、および／または耐酸化性、および／または耐熱性に構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の排気ガス浄化装置。
12. 前記保護リング（１８）が、クランプ（１３）が取り付けられた場合に、前記環状つば（８，９）の間で軸方向にクランプされない、前記シールリング（１０）の領域に配置されていることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の排気ガス浄化装置。
13. 第１パイプエレメント（３）を第２パイプエレメント（４）に取り外し可能に接続するクランプ接続構造であって、
    前記第１パイプエレメント（３）上に形成された、半径方向外側に立設して、円周状に閉じた第１環状つば（８）と、
    前記第２パイプエレメント（４）上に形成された、半径方向外側に立設して、円周状に閉じた第２環状つば（９）と、
    前記第１環状つば（８）及び前記第２環状つば（９）と軸方向に当接する、円周状に閉じたシールリング（１０）と、
    前記第１パイプエレメント（３）の外側に配置され、前記シールリング（１０）とは反対側で前記第１環状つば（８）と軸方向で当接する、第１リングエレメント（１１）と、
    前記第２パイプエレメント（４）の外側に配置され、前記シールリング（１０）とは反対側で前記第２環状つば（９）と軸方向で当接する、第２リングエレメント（１２）と、
    対向する前記二つのリングエレメント（１１，１２）に係合し、軸方向にクランプするクランプ（１３）とを含み、
    軸方向の断面視において、
    前記第１リングエレメント（１１）と前記第１パイプエレメント（３）とが１箇所のみで点接触または略点接触し、
    前記第１リングエレメント（１１）と前記第１環状つば（８）とが１箇所のみで点接触または略点接触し、
    前記第１リングエレメント（１１）と前記クランプ（１３）とが１箇所のみで点接触または略点接触し、
    前記第２リングエレメント（１２）と前記第２パイプエレメント（４）とが１箇所のみで点接触または略点接触し、
    前記第２リングエレメント（１２）と前記第２環状つば（９）とが１箇所のみで点接触または略点接触し、
    前記第２リングエレメント（１２）と前記クランプ（１３）とが１箇所のみで点接触または略点接触するクランプ接続構造。
14. 請求項２〜１２の少なくとも１項の特徴事項により特徴付けられる請求項１３に記載のクランプ接続構造。
15. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の少なくとも一つの排気ガス浄化装置（２）、および／または、請求項１３または請求項１４に記載の少なくとも一つのクランプ接続構造（５）を備える、燃焼機関用排気システム。

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