JP5796093B2 - 一体型シェルおよびバッフルを備えた排気ガス後処理装置 - Google Patents

一体型シェルおよびバッフルを備えた排気ガス後処理装置 Download PDF

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Description

本発明は、内燃機関からの好ましくない排出物質を低減させる排気ガス処理装置に関し、より詳しくは、排気ガス処理装置用の簡単化された断熱ハウジングに関する。
このセクションは、本発明に関する背景技術情報を提供するものであるが、必ずしも従来技術ではない。
内燃機関から排出される排気ガスを処理するため、触媒コンバータ、ディーゼル酸化触媒、ディーゼル微粒子フィルタ等の排気ガス処理装置が種々の用途に使用されている。多くのガス処理装置は、断熱材により分離された内側ハウジングおよび外側ハウジングを有している。また、幾つかの排気ガス処理装置のハウジングは、異なるチャンバを形成するための、すなわち排気ガス処理装置内の流体を混合するための多くのパネルまたはセクションを有している。
一般的なハウジングは、スタンピング加工された金属シートを用いて、スプリットデザインすなわち「クラムシェル(clam shell)」デザインを形成している。この場合、内側ハウジングおよび外側ハウジングは、別々のクラムシェルコンポーネントから形成される。排気ガス入口および出口、および場合によっては排気ガス流中に試薬を射出するための他の入口を形成するのに、他のスタンピング加工部品が形成されかつ溶接される。排気ガス処理装置のハウジングは、比較的複雑で、コストが嵩みかつ組立てが困難なものとなっている。したがって、小型で、コストが安くかつ複雑でない改善された排気ガス処理装置を提供することが望まれている。
このセクションは本発明の概要を説明するためのものであり、本発明の全範囲または全ての特徴を広範囲に開示するものではない。
本発明の排気ガス処理装置は、内側シェル、外側シェル、および内側シェルと外側シェルとの間に配置された断熱材を有している。入口チューブは、内側シェルにより形成されたキャビティと連通している端部を有している。内側シェル内には、エンジンの排気ガスを処理する基板が配置されている。バッフル板は複数の孔を有し、これらの孔は、排気ガスが基板に流入する前にこれらの孔を通るように配置されている。バッフル板は、内側シェルおよび入口チューブの端部を支持している。
本発明の排気ガス処理装置は、外側フードに連結された外側管状ボディを備えた外側シェルを有している。内側シェルは、内側フードに連結された内側管状ボディを有している。内側シェルと外側シェルとの間には、断熱材がサンドイッチされている。入口チューブは、内側シェルにより形成されたキャビティと連通している端部を有している。内側シェル内には、エンジンの排気ガスを処理する基板が配置されている。入口チューブおよび外側管状ボディには、入口板が固定されている。バッフル板は入口板に対して実質的に平行に延び、内側管状ボディの端部に固定され、かつ入口チューブの端部を支持している。バッフル板は複数の孔を有し、これらの孔は、入口チューブを通って流れる排気ガスが180°反転して、基板に流入する前にこれらの孔を通るように配置されている。
他の適用領域は、本明細書での説明から明らかになるであろう。この要約での説明および特別な例は、例示のみを目的としたものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。
本明細書で説明する図面は、可能な全ての実施形態ではなく、選択された実施形態のみを例示することを目的とするものであり、また本発明の範囲を限定することを意図するものでもない。
本発明の原理にしたがって構成された排気ガス処理装置を示す斜視図である。 図1の排気ガス処理装置を示す断面図である。 バッフル板を示す平面図である。 バッフル板を示す側面図である。 入口板を示す斜視図である。 排気ガス処理装置を示す断面図である。 内側フードを示す斜視図である。 外側フードを示す斜視図である。
幾つかの図面を通して、同じ参照番号は同じ部品を示す。
添付図面を参照して、例示の実施形態を添付図面を参照してより完全に説明する。
図1〜図8には、排気ガス処理装置の一例が参照番号10で示されている。排気ガス処理装置10は、ハウジング16内で第2基板14の上流側に配置された第1基板12を有している。第1基板12はディーゼル酸化処理触媒または選択的触媒還元装置で構成でき、一方、第2基板14はディーゼル微粒子フィルタまたはスリップ触媒で構成できる。第1基板12および第2基板14の代わりに、他の排気ガス処理要素を使用できる。また、本発明は、ハウジング16内に1つ以上の基板を収容する排気ガス処理装置に関する。図示の2基板構成は、単なる例示目的である。
ハウジング16は内側シェル組立体18を有し、該内側シェル組立体18は、内側入口22および内側出口24に固定された中央チューブ20を備えている。第1基板12および第2基板14は、第1マット28を第1基板12と中央チューブ20との間に圧縮し、かつ第2マット30を第2基板14と中央チューブ20との間に圧縮するため、スタッフィング法またはサイジング法を用いて内側シェル18内に保持される。ハウジング16はまた、内側シェル18を包囲する外側シェル34を有している。断熱材36が、内側シェル18を包囲しかつ外側シェル34と内側シェル18との間に配置されている。
内側端キャップ42は、内側出口24に固定されるフランジ48を有している。内側端キャップ42と外側端キャップ44との間に断熱材46が捕捉されている。外側端キャップ44は、外側シェル34に固定されるフランジ50を有している。内側端キャップ42は、外側端キャップ44に固定される。出口パイプ組立体52は、内側パイプ54に固定された外側パイプ56を有している。内側パイプ54と外側パイプ56との間には、断熱材57(図6)が配置されている。内側パイプ54は、外側シェル34および内側シェル18の両方を通って延び、第2基板14の下流側に形成されたキャビティ60と連通している第1端部58を有している。出口パイプ組立体52の反対側の第2端部には、出口62が形成されている。
外側フード72、内側フード74および断熱材76は、協働して、内側端キャップ42とは反対側の内側シェル組立体18および外側シェル34の端部を包囲する。外側フード72は内方に延びた複数の突出部78を有し、各突出部78は、これを貫通して延びている孔80を備えている。内側フード74は外方に延びた複数の突出部82を有し、該突出部82は、外側フード72の内方に延びた突出部78と係合するように配置されている。バッフル板86は、入口板88、入口チューブ90および内側フード74と協働している。入口板88は実質的に平らな部分96を有し、該部分96は、これを貫通して延びている第フランジ102により形成された第孔100を備えている。第フランジ106により第孔104が形成されている。周囲の第3フランジ108が平らな部分96を包囲している。
バッフル板86は実質的に平らなパネル116を有し、該パネル116はこれを貫通するフランジ120により形成された孔118を備えている。軸線方向に突出するボス124は、端面128および平らなパネル116と交差する円筒壁126を有している。複数の孔132が端面128を貫通している。孔132のサイズは異なっており、孔132aの直径は孔132bより大きく、孔132bの直径は孔132cより大きい。最大直径を有する孔132aは、排気ガス圧力が最小である、入口チューブ90に最も近い位置に配置されている。最小直径の孔132cは、排気ガス圧力が最大である、入口チューブ90から最も離れた位置に配置されている。中間サイズの孔132bは、中間排気ガス圧力の位置に配置されている。孔132の配置およびサイズをこのように定めることにより、実質的に均一な排気ガスの流れが、バッフル板86と第1基板12の上流側端部138との間のキャビティ136に流入する。より詳細に説明するように、組立ての補助をするための複数のスロット142が、円筒壁126を貫通して、周方向に間隔を隔てて配置されている。断熱材144が入口チューブ90を包囲しておりかつバッフル板86の平らなパネル116と入口板88の平らな部分96との間に捕捉されている。入口チューブ90および入口板88には、入口エスカチオン(escutcheon)146が固定されている。入口チューブ90と入口エスカチオン146との間には断熱材147が捕捉されている。入口フランジ148は、排気ガス導管(図示せず)への排気ガス処理装置10の連結を容易にするため、入口チューブ90の端部に形成されている。内側シェル18と外側フード72との間にサーマルブレーク149を設けるため、バッフル86は外側フード72から間隔を隔てて配置される。
排気ガス処理装置10は、ハウジング組立体16の形成に必要なコンポーネントの数を最小にするように構成されている。ハウジング組立体16を製造するとき、稼働年数に適した頑丈な組立体を構成するのに有効な特別な組立て方法が考えられる。排気ガス処理装置10の製造−組立て方法は、スタンピング、フォーミング、さもなくば予め導入されたコンポーネントを得ることにより開始される。入口エスカチオン146は入口チューブ90を越えて配置され溶接される。入口エスカチオン146がフランジ106により形成された第孔104内に挿入される。入口エスカチオン146はまた、フランジ106に溶接される。
入口板88および入口チューブ90の組立ては、ここで第フランジ102と外側シェル34とを溶接することにより、外側シェル34に連結される。断熱材144が入口チューブ90の周囲に配置される。入口チューブ90を孔118に通すことにより、バッフル板86が配置される。入口チューブ90のサイズは、該入口チューブ90の外表面とバッフル板86のフランジ120との間に圧嵌め相互連結が形成されるように定められる。内側入口22の端部は、該内側入口22の円筒壁がバッフル板86の円筒壁126に隣接するように、ボス124により形成された中空部内に受入れられる。バッフル板86は、互いに周方向に間隔を隔てて配置されたスロット142内にタブを溶接することにより、内側シェル18に固定される。
この組立て時点で、入口板88、入口チューブ90およびバッフル板86が内側シェル18および外側シェル34に連結される。内側フード74が図2に示すように配置され、かつフランジ120または円筒壁126が内側フード74に隣接する位置でバッフル板86に溶接される。断熱材76が、外側フード72の内表面154に接触するように配置される。外側フード72および断熱材76は、断熱材76が内側フード74と外側フード72との間に捕捉される位置に移動される。外側フード72は入口板88の第3フランジ108に溶接される。内方に延びた突出部78が、外方に延びた突出部82に溶接される。孔80は、プラグ溶接またはシール溶接等の溶接方法により、溶接棒材料で充填される。
内側パイプ54が外側シェル34および内側シェル18を貫通するように配置され、第1端部58がキャビティ60と連通するように配置する。内側パイプ54が内側シェル18に圧嵌めされる。内側パイプ54の外表面の周囲が、断熱材57により包囲される。外側パイプ56が内側パイプ54を包囲するように配置され、かつ外側シェル34にシール溶接される。
排気ガス処理装置10の上述の方法および構造が、装置の全体的サイズを低減させることは理解されよう。より詳しくは、符号「A」で示す入口軸線と符合「B」で示す基板軸線との間のオフセット距離は、競合装置と比較して大幅に小さくなっている。本発明の構成は、両軸線A、B間の距離を、外側シェルの半径と入口チューブの内径との和に実質的に等しいか、これより小さくできる。排気ガス処理装置10の構造はまた、断熱材により外側シェルを内側シェルから間隔を隔て、排気ガス処理装置10内の排気ガスのエネルギ含有量を維持し、かつ装置の外皮温度を最低にすることができる。本発明はまた、一般的には断熱されない入口チューブ90および出口パイプ組立体52の相互連結部の位置およびこれらの周囲に配置されることを開示している。
本発明の実施形態の上記説明は、図示および説明を目的として行ったものであり、本発明を完全に開示したものでも、本発明を限定するものでもない。特定実施形態の個々の要素または特徴は、一般に、特定実施形態に限定されるものではなく、互換可能でありかつ特別に図示しまたは説明したものを除き、選択された実施形態に使用できるものである。また、実施形態と同じものは、多くの態様で変更できる。このような変更は本発明から逸脱するとみなすべきではなく、本発明の範囲内に包含されるべきものである。
10 排気ガス処理装置
12 第1基板
14 第2基板
16 ハウジング
18 内側シェル組立体
34 外側シェル
36、46、76、144、147 断熱材
62 出口
86 バッフル板
90 入口チューブ

Claims (17)

  1. 内側シェルと、
    外側シェルと、
    内側シェルと外側シェルとの間に配置された断熱材と、
    内側シェルにより形成されたキャビティと連通している端部を備えた入チューブと、
    内側シェル内に配置された、エンジン排気ガスを処理する基板と、
    端面と交差する円筒壁を有しているボスを備えたバッフル板とを有し、前記バッフル板は、端面を貫通している複数の孔を備え、かつ、排気ガスが基板に流入する前に孔を通るように配置され、前記バッフル板の円筒壁は内側シェルの端部を支持し、前記バッフル板は、入口チューブと係合し、支持する周方向に延びたフランジを有していることを特徴とする排気ガス処理装置。
  2. 前記バッフル板は、内側シェルの端部を受入れる凹部を有していることを特徴とする請求項記載の排気ガス処理装置。
  3. 入口板を更に有し、該入口板は、入口チューブを受入れる第1孔および外側シェルを受入れる第2孔を備えていることを特徴とする請求項記載の排気ガス処理装置。
  4. 前記入口チューブはバッフル板に圧嵌めされていることを特徴とする請求項記載の排気ガス処理装置。
  5. 前記バッフル板および入口板は、互いに実質的に平行に延びておりかつ互いに間隔を隔てていることを特徴とする請求項記載の排気ガス処理装置。
  6. 前記バッフル板と入口板との間に配置された断熱材を更に有することを特徴とする請求項記載の排気ガス処理装置。
  7. 前記基板の外表面と内側シェルの内表面との間に配置された圧縮性マットを更に有することを特徴とする請求項記載の排気ガス処理装置。
  8. 前記バッフル板の円筒壁は、内側シェルへの溶接部を受入れる周方向に間隔を隔てた複数のスロットを有していることを特徴とする請求項1記載の排気ガス処理装置。
  9. 前記入口チューブにより定められる排気ガス流の軸線は、基板を通る排気ガス流の軸線に対して実質的に平行であり、両軸線は外側シェルの半径と入口チューブの内径との和に実質的に等しいか、これより小さい距離オフセットしていることを特徴とする請求項1記載の排気ガス処理装置。
  10. 外側フードに連結された外側管状ボディを備えた外側シェルと、
    内側フードに連結された内側管状ボディを備えた内側シェルと、
    内側シェルと外側シェルとの間にサンドイッチされた断熱材と、
    内側シェルにより形成されたキャビティと連通している端部を備えた入口チューブと、
    内側シェル内に配置された、エンジン排気ガスを処理するための基板と、
    入口チューブおよび外側管状ボディに固定された入口板と、
    該入口板に対して実質的に平行に延びているバッフル板とを有し、該バッフル板は内側管状ボディの端部に固定されかつ入口チューブの端部を支持しており、バッフル板は複数の孔を備え、該孔は、入口チューブを通る排気ガス流が180°反転して、基板に流入する前にを通るように配置され、前記バッフル板は、内側管状ボディの端部を受入れる凹部を有していることを特徴とする排気ガス処理装置。
  11. 前記バッフル板は、入口チューブと係合する周方向に延びたフランジを有することを特徴とする請求項10記載の排気ガス処理装置。
  12. 前記入口チューブはバッフル板に圧嵌めされていることを特徴とする請求項11記載の排気ガス処理装置。
  13. 前記バッフル板と入口板との間に配置された断熱材を更に有することを特徴とする請求項12記載の排気ガス処理装置。
  14. 前記基板の下流側で内側シェル内に配置された他の基板を更に有することを特徴とする請求項10記載の排気ガス処理装置。
  15. 前記入口チューブを通る全ての排気ガス流が、両基板を通ることを特徴とする請求項14記載の排気ガス処理装置。
  16. 前記外側フードは複数の内向き突出部を備え、該内向き突出部は内側フードの複数の外向き突出部に固定されており、内側フードの大部分はバッフル板に対して実質的に平行に延びていることを特徴とする請求項10記載の排気ガス処理装置。
  17. 前記バッフル板は内側シェルを包囲する管状壁部を有し、該管状壁部は、内側シェルへの溶接部を受入れる周方向に間隔を隔てた複数のスロットを備えていることを特徴とする請求項10記載の排気ガス処理装置。
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