JP6494731B2 - 排ガス処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関から放出される排ガス中における有害物質割合を減じるために、車両の内燃機関の排ガス設備において使用することができる排ガス処理装置に関する。このような排ガス処理装置は、例えば触媒構成群および／または微粒子フィルタ構成群を有することができる排ガス処理ユニットを有している。

このような排ガス処理装置には、基本的に次のような問題、すなわち、常により良好になる排ガス処理のために、処理容積、つまり特に排ガス処理ユニットの容積を増大させることが望まれており、これに対して他方では、このような排ガス処理装置のために車両内において利用可能な構造空間が小さくなるという問題がある。

本発明の課題は、特に車両の内燃機関の排ガス設備用の排ガス処理装置であって、コンパクトな構造形式にもかかわらず、大きな処理容積を、該処理容積を貫流する排ガスのために提供する排ガス処理装置を提供することである。

本発明によればこの課題は、特に車両の内燃機関の排ガス設備用の排ガス処理装置であって、ハウジング長手方向軸線の方向に長く延びるハウジングと、該ハウジング内に配置された排ガス処理ユニットと、ハウジングの軸方向において開放した軸方向端部領域に、流れ接続している少なくとも１つの第１の排ガス案内装置と、を有しており、該第１の排ガス案内装置は、ハウジングの外側に沿って延びる第１の流路領域と、該第１の流路領域をハウジングの軸方向において開放した軸方向端部領域に接続する第２の流路領域と、を提供していることによって解決される。

排ガス処理装置の本発明に係る構造では、排ガスは、ハウジング内に配置された排ガス処理ユニットに向かってまたは排ガス処理ユニットから、部分的にハウジングの外側に沿って案内されるので、ハウジングの内部において提供された容積を、ほぼ完全に、排ガス処理ユニットのために使用することができる。

コンパクトな構造形式は、第１の流路領域が、ほぼハウジング長手方向軸線の方向においてハウジングの外側に沿って案内されており、かつ／または第１の流路領域が、ハウジングの軸方向において開放した軸方向端部領域の軸方向領域に配置された第１の軸方向端部領域を、および／またはハウジングの他方の軸方向端部領域の領域において軸方向に配置された第２の軸方向端部領域を有していることによって促進される。

簡単な手段によって、ハウジングの外側に沿った排ガスの案内を達成できるようにするために、排ガス案内装置が、ハウジングの外側に配置された第１の排ガス案内エレメントを有しており、第１の流路領域が、第１の排ガス案内エレメントによって少なくとも部分的に画定されている構成が提案される。ここで付言しておくと、ハウジングの外側における排ガス案内エレメントの配置は、必ずしも、この排ガス案内エレメントがハウジング自体に固定されていること、またはハウジングと接触していることを意味しない。

特にコンパクトな構造形式では、第１の排ガス案内エレメントは、ハウジングの外側に固定されており、第１の流路領域は、ほぼ、第１の排ガス案内エレメントとハウジングとによって画定されている。

特にハウジングおよびハウジング内に配置された排ガス処理ユニットの熱荷重に関して好適な変化形態では、ハウジングの外側に、第２の排ガス案内エレメントが固定されており、このとき第１の排ガス案内エレメントは、第２の排ガス案内エレメントに、および／またはハウジングの外側に固定されており、第１の流路領域は、ほぼ、第１の排ガス案内エレメントおよび第２の排ガス案内エレメントによって画定されている。

簡単かつコンパクトな形式で、第１の流路領域からハウジング内への流れ接続を提供できるようにするためには、ハウジングの軸方向において開放した軸方向端部領域を閉鎖しかつ第２の流路領域を少なくとも部分的に画定する、好ましくはほぼフード状の第３の流れ案内エレメントが、設けられている。

両流路領域を互いに接続するために、第３の流れ案内エレメントは、ハウジングの周囲領域において、第２の流路領域を第１の流路領域の第１の軸方向端部領域に接続するために、半径方向外側に向かってハウジングを越えて突出していてもよい。このとき特に、第３の排ガス案内エレメントは、第１の排ガス案内エレメントとハウジングの軸方向において開放した軸方向端部領域とを、半径方向において覆っている構成が可能である。

排ガス処理装置を、該排ガス処理装置に接続する、排ガス設備のシステム領域に接続するために、第１の流路領域の第２の軸方向端部領域において第１の流路領域に開口する流れ案内管が設けられている構成が提案される。

ハウジングの貫流可能性を保証するために、ハウジングは、２つの、軸方向において開放した軸方向端部領域を有しており、ハウジングの両軸方向端部領域のうちの少なくとも１つに対応配置されて、当該軸方向端部領域に流れ接続している第１の排ガス案内装置が設けられている構成が可能である。

ハウジングの両軸方向端部領域のうちの１つに対応配置されて、第２の排ガス案内装置が設けられていてもよく、該第２の排ガス案内装置は、ハウジングの当該軸方向端部領域を閉鎖する、好ましくはほぼホッパ状の第４の流れ案内エレメントを有していることができる。このとき例えば、第１の排ガス案内装置は、排ガス処理ユニットの上流側に配置されていてもよく、かつ第２の排ガス案内装置は、排ガス処理ユニットの下流側に配置されていてもよい。また流れ方向を逆にすることも可能であり、その場合には、第１の排ガス案内装置は、排ガス処理ユニットの下流側に配置されており、かつ第２の排ガス案内装置は、排ガス処理ユニットの上流側に配置されている。

ハウジングの貫流に関してほぼ対称的な構造のために、ハウジングの軸方向端部領域のそれぞれに対応配置されて、当該軸方向端部領域に流れ接続している第１の排ガス案内装置がそれぞれ設けられている構成が提案される。

効果的な排ガス浄化を実現できるようにするために、さらに、排ガス処理ユニットが、触媒構成群および／または微粒子フィルタ構成群を有する構成が提案される。

本発明はさらに、車両の内燃機関用の排ガス設備であって、排ガス流れ方向において貫流可能な本発明に係る排ガス処理装置を有している、排ガス設備に関する。

次に添付の図面を参照しながら本発明を詳説する。

排ガス処理装置を示す側面図である。 図１に示した排ガス処理装置を、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って断面して示す図である。 択一的な構成形式を示す、図１に相当する図である。 図３に示した排ガス処理装置を、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿って断面して示す図である。

図１および図２には、車両の内燃機関の排ガス設備内に組込み可能な、全体を符号１０で示された排ガス処理装置の第１実施形態が示されている。この排ガス処理装置１０は、ハウジング長手方向軸線Ｌの方向において長く延びる管状の、ほぼ円筒形のハウジング１２を有している。ハウジング１２は、その両軸方向端部領域１４，１６において、ハウジング長手方向軸線Ｌの方向において基本的に軸方向で開放している。ハウジング１２の内部には、全体を符号１８で示された排ガス処理ユニットが配置されており、この排ガス処理ユニットは例えば、触媒構成群および／または微粒子フィルタ構成群を有することができる。排ガス処理ユニット１８は、例えば該排ガス処理ユニット１８を外側において取り囲んでいて繊維材料から構成されたマットを介在させて、ハウジング１２内に保持されていてもよく、これによって排ガス処理ユニット１８の流入側（Anstroemseite）１９が、ハウジング１２の軸方向端部領域１６の領域に位置していて、流出側２０が、ハウジング１２の軸方向端部領域１４の領域に位置決めされている。

ハウジング１２の外側２２には、全体を符号２４で示された第１の排ガス案内装置が設けられており、この第１の排ガス案内装置を介して、内燃機関から排出された排ガスが、ハウジング１２の内部に導入される。第１の排ガス案内装置２４は、ハウジング１２の外側２２に配置された、ほぼハウジング長手方向軸線Ｌの方向に延びるハーフシェル状の第１の排ガス案内エレメント２６を有している。第１の排ガス案内装置２４は、さらに、ハウジング１２の外側２２に配置されていてハウジング１２の外周面２８に、好ましくは材料結合式（materialschluessig）に、例えば溶接によって結合された第２の排ガス案内エレメント３０を有している。第２の排ガス案内エレメント３０は、周方向において中央の領域には、凹面状にもしくはシェル状に湾曲した領域３２を有していて、かつこの領域３２に周方向においてそれぞれ接続している脚領域３４，３６を有しており、これらの脚領域３４，３６によって第２の排ガス案内エレメント３０は、ハウジング１２の外周面２８に固定されている。これらの脚領域３４，３６には、第１の排ガス案内エレメント２６が、好ましくは材料結合式に、例えば溶接によって固定されており、これによって両排ガス案内エレメント２６，３０は一緒に、外側２２に沿ってほぼハウジング長手方向軸線Ｌの方向に延びる第１の流路領域３８を画定する。第１の流路領域３８の第１の軸方向端部領域４０は、軸方向において、ハウジング１２の軸方向端部領域１６の領域に位置している。第１の流路領域３８の第２の軸方向端部領域４２は、軸方向において、ハウジング１２の軸方向端部領域１４の領域に位置している。この第２の軸方向端部領域４２の領域において、流れ案内管４４が第１の流路領域３８内に開口しており、このとき流れ案内管４４の長手方向軸線Ｒ１は、例えばハウジング１２の外側２２に沿った第１の流路領域３８の延在方向に対してほぼ垂直に位置していてもよい。択一的に、長手方向軸線Ｒ１は、第１の流路領域３８の延在方向に関して９０°とは異なった角度を成して配置されていてもよく、または流れ案内管４４は流路領域３８を軸方向において継続するように配置されていてもよい。

一緒になってほぼ第１の流路領域を画定する両流れ案内エレメント２６，３０を提供することによって、ハウジング１２に向かって運ばれる排ガスは、ハウジング１２の外側２２に沿って、ハウジング１２との実質的な熱接触なしに導かれるので、この周囲領域における排ガス処理ユニット１８に対する過剰の熱荷重を回避することができる。

ハウジング１２の軸方向端部領域１６には、ほぼキャップ状にまたはフード状に形成された第３の流れ案内エレメント４６が配置されている。第３の流れ案内エレメント４６は、ハウジング１２の軸方向端部領域１６および第１の流路領域３８の第１の軸方向端部領域もしくは両流れ案内エレメント２６，３０をこの領域において覆い、これによって気密の閉鎖部および第２の流路領域４７を、第１の流路領域３８とハウジング１２の、軸方向において開放した軸方向端部領域１６との間における流れ接続部を形成するために提供する。流れ矢印Ｐ１によって示されているように、第１の流路領域３８を貫流しかつ該第１の流路領域３８からその第１の軸方向端部領域４０において流出する排ガスは、ほぼ１８０°変向され、これによって排ガスは、排ガス処理ユニット１８の流入側１９に向かって流れる。第３の排ガス案内エレメント４６は、ハウジング１２および両流れ案内エレメント２６，３０を覆う円筒形部分４８で、これらの部材の外側に、好ましくは材料結合式に、例えば溶接によって固定されていてもよい。

ハウジング１２の軸方向端部領域１４の領域において、第２の排ガス案内装置４９を提供する第４の流れ案内エレメント５０が、ハウジング１２に、好ましくは材料結合式に、例えば溶接によって固定されている。例えばほぼフード状に成形された第４の流れ案内エレメント５０のほぼ円筒形の部分５２は、ハウジング１２の軸方向端部領域１４内に挿入されていて、かつそこに固定されていてもよい。流れ案内管５４が、第４の流れ案内エレメント５０内に開口しており、このとき流れ案内管５４の長手方向軸線Ｒ２は、ハウジング長手方向軸線Ｌの方向に対してほぼ垂直に位置していてもよく、これによって好ましくは、流れ案内管４４，５４の両長手方向軸線Ｒ１，Ｒ２は互いに角度を成して配置されている。ハウジング１２の軸方向端部領域１４においてハウジング１２から流出する排ガスは、第４の流れ案内エレメント５０において、流れ矢印Ｐ２によって示されているように、ほぼ９０°変向された後で、流れ案内管５４内に流入する。流れ案内管５４もまた、変向が９０°とは異なった角度だけ行われるように、またはほぼ変向が行われないように、配置されていてもよく、ほぼ変向が行われない場合には、流れ案内管５４は、該流れ案内管５４を貫流する排ガスをほぼハウジング長手方向軸線Ｌの方向においてさらに導く。

上に記載した構造によって、排ガス処理装置１０のコンパクトな構造形式が得られ、それにもかかわらず、このような排ガス処理装置１０では、排ガス処理ユニット１８のための比較的大きな容積が提供されている。長手方向軸線Ｒ１，Ｒ２の延在方向は、一方では第１の流れ案内エレメント２６の相応の構成によって、かつ他方では第４の流れ案内エレメント５０の位置決めの選択によって、大きな角度範囲内において自由に選択することができるので、種々様々な排ガス設備への構造の適合が容易に可能である。

さらに、ハウジング１２の軸方向端部領域１４に対応配置されて、流れ案内エレメント２６，３０，４６を備えた第１の排ガス案内装置２４に相当する配置形態が設けられていてもよい。さらに、排ガスがハウジング１２およびハウジング１２内に配置された排ガス処理ユニット１８を貫流する流れ方向は、上に記載した流れ方向に関して逆方向であってもよく、このように構成されていると、排ガスは軸方向端部領域１４の領域においてハウジング１２内に流入し、軸方向端部領域１６の領域においてハウジング１２から流出する。

図３および図４に示された排ガス処理装置１０が、上に記載した排ガス処理装置に対して異なっている点は、主として、第１の排ガス案内装置２４が２つの流れ案内エレメント２６，４６しか有していないことにある。第１の流れ案内エレメント２６は、ハウジング１２の外側２２に沿って延びていて、外周面２８に、好ましくは材料結合式に、例えば溶接によって直に固定されており、これによって第１の流路領域３８は、第１の流れ案内エレメント２６とハウジング１２の周囲領域とによって画定されている。このような構成によって、比較的僅かな部材数においてさらにコンパクトな構造形式を得ることができる。

最後に付言しておくと、上に記載した排ガス処理装置において、流れ案内エレメント、流れ案内管およびハウジングは、好ましくは金属薄板材料から構成されていてもよく、このことは一方では、容易な変形可能性を保証し、かつ他方では、これらの部材を材料結合によって互いに結合できるという可能性を保証する。同時に、これらの部材が金属薄板材料から構成されている場合には、過熱による当該部材の損傷のおそれが、ほぼ排除されている。

Claims (11)

1. 車両の内燃機関の排ガス設備用の排ガス処理装置であって、
   ハウジング長手方向軸線（Ｌ）の方向に長く延びるハウジング（１２）と、
   該ハウジング（１２）内に配置された排ガス処理ユニット（１８）と、
   前記ハウジング（１２）の軸方向において開放した軸方向端部領域（１６）に、流れ接続している少なくとも１つの第１の排ガス案内装置（２４）と、を有し、
   該第１の排ガス案内装置（２４）は、前記ハウジング（１２）の外側（２２）に沿って延びる第１の流路領域（３８）と、該第１の流路領域（３８）を前記ハウジング（１２）の前記軸方向において開放した軸方向端部領域（１６）に接続する第２の流路領域（４７）と、を提供しており、
   前記第１の排ガス案内装置（２４）は、前記ハウジング（１２）の前記外側（２２）に配置されたハーフシェル状の第１の排ガス案内エレメント（２６）を有し、
   前記第１の流路領域（３８）は、前記第１の排ガス案内エレメント（２６）によって少なくとも部分的に画定されており、
   前記第１の排ガス案内エレメント（２６）は、前記ハウジング（１２）の前記外側（２２）に固定されており、これによって前記第１の流路領域（３８）は、前記第１の排ガス案内エレメント（２６）と前記ハウジング（１２）とによって画定されているか、または
   前記ハウジング（１２）の前記外側（２２）に、第２の排ガス案内エレメント（３０）が固定されており、前記第１の排ガス案内エレメント（２６）は、前記第２の排ガス案内エレメント（３０）に、および／または前記ハウジング（１２）の前記外側（２２）に固定されており、これによって前記第１の流路領域（３８）は、前記第１の排ガス案内エレメント（２６）および前記第２の排ガス案内エレメント（３０）によって画定されており、
   前記ハウジング（１２）の前記軸方向において開放した軸方向端部領域（１６）を閉鎖しかつ前記第２の流路領域（４７）を少なくとも部分的に画定する、フード状の第３の排ガス案内エレメント（４６）が、設けられており、
   前記第３の排ガス案内エレメント（４６）は、前記ハウジング（１２）の周囲領域において、前記第２の流路領域（４７）を前記第１の流路領域（３８）の前記第１の軸方向端部領域（４０）に接続するために、半径方向外側に向かって前記ハウジング（１２）を越えて突出しており、かつ前記ハウジング（１２）および前記第１の排ガス案内エレメント（２６）を、その外側において軸方向において覆っていて、前記第３の排ガス案内エレメント（４６）は、前記第１の排ガス案内エレメント（２６）と前記ハウジング（１２）の前記軸方向において開放した軸方向端部領域（１６）とを、半径方向において覆うようになっている、排ガス処理装置。
2. 前記第１の流路領域（３８）は、前記ハウジング長手方向軸線（Ｌ）の方向において前記ハウジング（１２）の前記外側（２２）に沿って案内されており、かつ／または前記第１の流路領域（３８）は、前記ハウジング（１２）の前記軸方向において開放した軸方向端部領域（１６）の軸方向領域に配置された第１の軸方向端部領域（４０）を、および／または前記ハウジング（１２）の他方の軸方向端部領域（１４）の領域において軸方向に配置された第２の軸方向端部領域（４２）を有している、請求項１記載の排ガス処理装置。
3. 前記第１の流路領域（３８）の前記第２の軸方向端部領域（４２）において前記第１の流路領域（３８）に開口する流れ案内管（４４）が設けられている、請求項２記載の排ガス処理装置。
4. 前記ハウジング（１２）は、２つの、軸方向において開放した軸方向端部領域（１４，１６）を有し、前記ハウジング（１２）の前記両軸方向端部領域（１４，１６）のうちの少なくとも１つに対応配置されて、当該軸方向端部領域（１４）に流れ接続している第１の排ガス案内装置（２４）が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の排ガス処理装置。
5. 前記ハウジング（１２）の前記両軸方向端部領域（１４，１６）のうちの１つに対応配置されて、第２の排ガス案内装置（４９）が設けられており、該第２の排ガス案内装置（４９）は、前記ハウジング（１２）の当該軸方向端部領域（１４）を閉鎖する第４の排ガス案内エレメント（５０）を有している、請求項４記載の排ガス処理装置。
6. 前記第４の排ガス案内エレメント（５０）は、ホッパ状である、請求項５記載の排ガス処理装置。
7. 前記第１の排ガス案内装置（２４）は、前記排ガス処理ユニット（１８）の上流側に配置されており、前記第２の排ガス案内装置（４９）は、前記排ガス処理ユニット（１８）の下流側に配置されている、請求項４から６までのいずれか１項記載の排ガス処理装置。
8. 前記第１の排ガス案内装置（２４）は、前記排ガス処理ユニット（１８）の下流側に配置されており、前記第２の排ガス案内装置（４９）は、前記排ガス処理ユニット（１８）の上流側に配置されている、請求項４から６までのいずれか１項記載の排ガス処理装置。
9. 前記ハウジング（１２）の前記軸方向端部領域（１４，１６）のそれぞれに対応配置されて、当該軸方向端部領域に流れ接続している第１の排ガス案内装置（２４）がそれぞれ設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の排ガス処理装置。
10. 前記排ガス処理ユニット（１８）は、触媒構成群および／または微粒子フィルタ構成群を有する、請求項１から９までのいずれか１項記載の排ガス処理装置。
11. 車両の内燃機関用の排ガス設備であって、請求項１から１０までのいずれか１項記載の、排ガス流れ方向において貫流可能な排ガス処理装置（１０）を有している、排ガス設備。

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