JP6806614B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気浄化装置に関する。

エンジンから排出される排気ガスには、パティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）やＮＯｘ等が含まれるため、排気ガスが流通する排気流路の途中にパティキュレートフィルタや酸化触媒、選択還元型触媒等の浄化材を備え、パティキュレートやＮＯｘを浄化することが行われている。

図５はそうした排気浄化装置の一例を示すものである。エンジン１から排気マニホールド２を介して排出される排気ガス３が流通する排気管４の途中に、排気ガス３中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ５と、該パティキュレートフィルタ５の下流側にＮＯｘを還元剤と反応させ得る性質を備えた選択還元型触媒６とをケーシング７，８によりそれぞれ抱持して並列に配置すると共に、パティキュレートフィルタ５の後端部と選択還元型触媒６の前端部との間をＳ字構造の連絡流路９により接続し、パティキュレートフィルタ５の後端部から排出された排気ガス３が前方に折り返されて隣の選択還元型触媒６の前端部に導入されるようにしている。また、前記二つの浄化材（パティキュレートフィルタ５、選択還元型触媒６）に加え、パティキュレートフィルタ５が抱持されているケーシング７内の前段には、排気ガス３中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒１０が装備されている。

図６に要部を拡大して示す如く、連絡流路９は、パティキュレートフィルタ５の後端部を包囲し且つ該後端部から出た直後の排気ガス３を壁面に衝突させて略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室９ａと、該ガス集合室９ａで集められた排気ガス３を前方に向けて抜出し且つその途中にインジェクタ１１を備えたミキシングパイプ９ｂと、該ミキシングパイプ９ｂにより前方に導かれた排気ガス３を壁面に衝突させて略直角な向きに方向転換させつつ分散せしめ且つその分散された排気ガス３を選択還元型触媒６の前端部に導入し得るよう該前端部を包囲するガス分散室９ｃとによりＳ字構造をなして構成されている。

このような構成を採用すれば、パティキュレートフィルタ５により排気ガス３中のパティキュレートが捕集されると共に、その下流側のミキシングパイプ９ｂの途中でインジェクタ１１から還元剤が排気ガス３中に添加され、選択還元型触媒６上で排気ガス３中のＮＯｘと反応する結果、排気ガス３中のパティキュレートとＮＯｘの同時低減が図られることになる。

この際、パティキュレートフィルタ５の後端部から排出された排気ガス３が連絡流路９により前方に折り返されてから隣の選択還元型触媒６の前端部に導入されるようになっているので、前記連絡流路９の途中にある還元剤の添加位置から選択還元型触媒６までの距離が長く確保され、排気ガス３の流れが折り返されることで還元剤と排気ガス３との混合促進が図られる。

しかも、パティキュレートフィルタ５と選択還元型触媒６とが並列に配置され、これらパティキュレートフィルタ５と選択還元型触媒６との間に沿うように連絡流路９が配置されているので、その全体構成がコンパクトなものとなって車両への搭載性が大幅に向上されることになる。

ところで、こうした排気浄化装置においては、浄化材として装備される触媒（ここでは、酸化触媒１０や選択還元型触媒６）で各反応を効率的に進行するために所定の触媒床温度を要する。一方、流路内を流通する高温の排気ガス３の熱を周辺の機器からなるべく隔離する必要もあるため、排気浄化装置の表面に断熱層を設け、排気流路外への熱の伝達を低減することが通常である。

図７〜図９はこうした排気浄化装置の断熱構造の一例を示しており、ここでは、連絡流路９におけるミキシングパイプ９ｂの出側からガス分散室９ｃの入側にかけての外面を包囲するように備えられた保温カバー１２を図示している。保温カバー１２は、小径のミキシングパイプ９ｂの出側と、該ミキシングパイプ９ｂと隣接する大径のケーシング８の入側ないしガス分散室９ｃとを一体に覆うよう、正面視で涙滴型の形状をなしており、ミキシングパイプ９ｂの出側からガス分散室９ｃに至る排気流路の外面を、扁平な形状をなして覆っている。保温カバー１２と、ミキシングパイプ９ｂやガス分散室９ｃの外面との間には、保温性を有するグラスウール等の素材が断熱材１３として挟み込まれている。

保温カバー１２の下流側端１２ａは円弧をなしてガス分散室９ｃの外周を包囲するようにガス分散室９ｃに嵌合しており、下流側端１２ａとガス分散室９ｃの外周とは、下流側端１２ａの周全体にわたって設けられた溶接部１２ｂにて溶接されている。また、ミキシングパイプ９ｂの出側の外周を包囲するように設けられた保温カバー１２の上流側端１２ｃも、ミキシングパイプ９ｂの外周に対して溶接されている。

ガス分散室９ｃにおけるケーシング８の軸方向に関して外側の端面９ｄには、ケーシング８や連絡流路９を備えて構成される排気浄化装置を車両のフレームに対し支持するための取付部材１４が備えられている。取付部材１４は、図９に示す如く、方形の平面をなす座面１４ａの両端に備えたフランジ部１４ｂを端面９ｄに溶接することで、端面９ｄに対し所要の間隔を置いて突出するよう、座面１４ａを支持するように構成されたＵ字断面を有する板状の金属の部材である。

ここでは、ガス分散室９ｃの端面９ｄに取付部材１４を三個備えた場合を例示しており、各座面１４ａを車両のフレームに備えた取付ブラケット１５に当接させ、座面１４ａの中心に備えた穴１４ｃにボルト等の連結具１６を通して座面１４ａを取付ブラケット１５に締結することで、各取付部材１４を取付ブラケット１５に対して固定し、ガス分散室９ｃや該ガス分散室９ｃに連結されたケーシング８を、車両のフレームに対し固定できるようになっている。

ここで、保温カバー１２における取付部材１４に対応する箇所には切欠き１２ｄが備えられており、該切欠き１２ｄにおいて、ガス分散室９ｃの端面９ｄに備えた取付部材１４の座面１４ａが露出するようになっている。こうすることで、各取付部材１４を座面１４ａにて取付ブラケット１５に締結するにあたり、保温カバー１２の素材が妨げにならないようにしている。また、切欠き１２ｄの設置により、保温カバー１２とミキシングパイプ９ｂないしガス分散室９ｃとの間の熱膨張の差を吸収すると共に、保温カバー１２とミキシングパイプ９ｂやガス分散室９ｃとの間の空間が密閉構造となることを避け、熱を持った空気が前記空間内から適宜逃げるようにし、前記空間に熱が過剰に籠もることを防止するようにしている。

尚、この種の保温カバーを備えた排気浄化装置に関連する先行技術文献としては、例えば、下記の特許文献１等がある。

特開２０１６−７０１６５号公報

しかしながら、上述の如き排気浄化装置においては、取付部材１４周辺における断熱性の確保が困難であり、このことが排気ガス３の保温性を損なう要因となっていた。切欠き１２ｄを設けた部分には断熱材１３を備えることができず、ここから排気ガス３の熱が外へ逃げてしまうからである。

しかも、切欠き１２ｄの縁すれすれの位置まで断熱材１３を配置すると、該断熱材１３の破片が切欠き１２ｄから漏れ出る虞もあるため、断熱材１３は切欠き１２ｄの縁からある程度離れた位置までしか備えることができず、ガス分散室９ｃの端面９ｄにおいて断熱材１３により被覆されない部分の面積は、切欠き１２ｄ自体の面積よりある程度大きくならざるを得ない。さらに、熱膨張の差の問題（ガス分散室９ｃの端面９ｄから離間して設置される保温カバー１２の温度は、ガス分散室９ｃの端面９ｄに直接取り付けられる取付部材１４よりも低くなるため、保温カバー１２の熱による膨張率は、取付部材１４の膨張率より小さくなる）から、保温カバー１２の素材が取付部材１４と干渉することを確実に防止するためには、切欠き１２ｄは座面１４ａに対しある程度大きく設計せざるを得ず、このことが保温性の確保を一層困難にしてしまっていた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、簡単な構成で排気ガスの保温性を向上し得る排気浄化装置を提供しようとするものである。

本発明は、排気ガスが流通する排気流路の途中に、排気ガスを浄化するための浄化材を設置し、排気流路を構成する部材の表面に、断熱材を介して保温カバーを配した排気浄化装置であって、排気流路を構成する部材の表面から突出し、車両側の取付ブラケットに締結される座面を備え、前記保温カバーは、前記座面まで延在して前記取付ブラケットに対し前記座面と共締めされていることを特徴とする排気浄化装置にかかるものである。

而して、このようにすれば、座面の直近の位置まで断熱材を配置することができると同時に、保温カバーの固定強度に関する信頼性を向上することができる。

本発明の排気浄化装置において、前記保温カバーは、前記浄化材を抱持したケーシングの入側を包囲し、該ケーシングに抱持した前記浄化材の前端部に排気ガスを導入する排気流路の外面を覆うように備えることができる。

本発明の排気浄化装置において、前記保温カバーの周は、排気流路を構成する部材に対し断続的に設けられた溶接部にて溶接されていることが好ましく、このようにすれば、保温カバーと排気流路との間の空間が密閉構造とならず、溶接されずに残った残余部分から熱を持った空気が適宜排出される。また、前記残余部分において、保温カバーが排気流路を構成する部材に対して自由に伸び縮みすることで、保温カバーと排気流路を構成する部材との間の熱膨張の差を吸収することができる。

本発明の排気浄化装置において、前記保温カバーは、前記座面より薄い板厚の素材にて構成されていることが好ましく、このようにすれば、温度差により保温カバーが座面とは異なる膨張率にて変形したとしても、保温カバー自体が変形することによって膨張率の差を吸収することができる。

本発明の排気浄化装置によれば、以下の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１、２に記載の発明によれば、座面の直近の位置まで断熱材を配置することができるので、簡単な構成で排気ガスの保温性を向上することができる。

（ＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、溶接されずに残った残余部分から熱を持った空気が適宜排出されることで、前記空間に熱が過剰に籠もることが防止される。また、前記残余部分において保温カバーと排気流路を構成する部材との間の熱膨張の差を吸収することで、溶接部の断裂を防止することができる。

（ＩＩＩ）本発明の請求項４に記載の発明によれば、保温カバー自体が変形することによって膨張率の差を吸収することができるので、保温カバーの破損や溶接部の断裂を一層効果的に防止することができる。

本発明の第一実施例による保温カバーの形態を示す斜視図である。 本発明の第一実施例による保温カバーの形態を示す正面図であり、図１のＩＩ−ＩＩ矢視相当図である。 本発明の第一実施例による保温カバーの形態を示す断面図であり、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視相当図である。 本発明の第二実施例による保温カバーの形態を示す斜視図である。 排気浄化装置の全体構成の一例を示す概略図である。 図５の要部を示す図である。 従来の排気浄化装置に設置される保温カバーの形態の一例を示す図である。 従来の排気浄化装置に設置される保温カバーの形態の一例を示す正面図であり、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視相当図である。 従来の排気浄化装置に備えた保温カバーの形態の一例を示す断面図であり、図８のＩＸ−ＩＸ矢視相当図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１〜図３は本発明の実施による排気浄化装置の形態の一例を示すものであって、図中、図５〜図９と同一の符号を付した部分は同一物を表している。基本的な構成は図５〜図９に示す従来例と共通しているため、以下では必要に応じ、図５以下をも参照しながら説明することとする。

排気ガス３が流通する排気管４の途中には、浄化材としてパティキュレートフィルタ５と選択還元型触媒６とがケーシング７，８によりそれぞれ抱持され、並列に配置されている。ケーシング７内には、パティキュレートフィルタ５の前段に酸化触媒１０が装備されている（図５、図６参照）。

パティキュレートフィルタ５の後端部と選択還元型触媒６の前端部との間はＳ字構造の連絡流路９により接続され、排気管４とケーシング７，８、及び連絡流路９により排気流路を構成している。連絡流路９は、パティキュレートフィルタ５を抱持したケーシング７の後端部を包囲し且つ該後端部から出た直後の排気ガス３を壁面に衝突させて略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室９ａと、該ガス集合室９ａで集められた排気ガス３を前方に向けて抜出し且つその途中にインジェクタ１１を備えたミキシングパイプ９ｂと、選択還元型触媒６を抱持したケーシング８の前端部を包囲し、ミキシングパイプ９ｂにより前方に導かれた排気ガス３を壁面に衝突させて略直角な向きに方向転換させつつ分散せしめ且つその分散された排気ガス３を選択還元型触媒６の前端部に導入し得るガス分散室９ｃとによりＳ字構造をなして構成されている（図６参照）。

図１〜図３に示す如く、ガス分散室９ｃにおけるケーシング８の軸方向外側の端面９ｄには、ケーシング８や連絡流路９を備えて構成される排気浄化装置を車両のフレームに対し支持するための取付部材１４が備えられている。取付部材１４は、方形の平面をなす座面１４ａの両端に備えたフランジ部１４ｂを端面９ｄに溶接することで、端面９ｄに対し所要の間隔を置いて座面１４ａを支持するよう構成されたＵ字断面を有する板状の金属の部材であり、本第一実施例では、排気流路を構成するガス分散室９ｃの端面９ｄから突出するように、計三個備えられている。そして、各座面１４ａを車両のフレームに備えた取付ブラケット１５に当接させ、座面１４ａの中心に備えた穴１４ｃにボルト等の連結具１６を通して座面１４ａを取付ブラケット１５に締結することで、各取付部材１４を取付ブラケット１５に対して固定し、ガス分散室９ｃや該ガス分散室９ｃに連結されたケーシング８を車両のフレームに対し固定できるようになっている。

本第一実施例において、上記従来例（図７〜図９参照）の保温カバー１２に代えて備えた保温カバー１７は、図１、図２に示す如く、連絡流路９におけるミキシングパイプ９ｂの出側からガス分散室９ｃの入側にかけての外面を包囲するように配置され、小径のミキシングパイプ９ｂの出側と、該ミキシングパイプ９ｂと隣接する大径のガス分散室９ｃないしケーシング８の入側とを一体に覆うよう、正面視で涙滴型の形状をなし、且つミキシングパイプ９ｂの出側からガス分散室９ｃに至る流路の外面を、扁平な形状をなして覆っている。図３に示す如く、保温カバー１７と、排気流路であるミキシングパイプ９ｂやガス分散室９ｃの外面を構成する部材との間には、保温性を有するグラスウール等の素材が断熱材１３として挟み込まれている。

そして、本第一実施例では、保温カバー１７に関し、上記従来例の保温カバー１２（図７〜図９参照）における切欠き１２ｄの如き各取付部材１４の周囲に設定される切欠きを廃止した点を特徴としている。

すなわち、本第一実施例の保温カバー１７は、図１〜図３に示す如く、排気流路を構成するミキシングパイプ９ｂの出側及びガス分散室９ｃの入側の外面を従来例の保温カバー１２（図７〜図９参照）と同様に覆うと共に、取付部材１４の座面１４ａの位置まで延在し、該座面１４ａを覆うように配置される。そして、保温カバー１７における座面１４ａの穴１４ｃに対応した位置には穴１７ａが備えられており、図３に示す如く、この穴１７ａと座面１４ａの穴１４ｃとを貫通するように連結具１６を備えることで、車両側の取付ブラケット１５に対し、取付部材１４の座面１４ａと保温カバー１７とを共締めできるようになっている。つまり、本第一実施例の保温カバー１７の場合、上記従来例（図７〜図９参照）では切欠き１２ｄが備えられていた座面１４ａの位置まで保温カバー１７を延在させることで、座面１４ａと取付ブラケット１５の間に保温カバー１７を挟み込むようにしているのである。

これに伴い、本第一実施例の保温カバー１７では、ミキシングパイプ９ｂやガス分散室９ｃに対する溶接の総量を上記従来例の保温カバー１２（図７〜図９参照）よりも減らしている。具体的には、保温カバー１７の下流側端１７ｂが円弧をなしてガス分散室９ｃの外周を包囲するようにガス分散室９ｃに嵌合している点は上記従来例の保温カバー１２（図７〜図９参照）と同様であるが、本第一実施例の保温カバー１７の下流側端１７ｂの周は、ガス分散室９ｃの外周に対し、断続的に設けられた溶接部１７ｃにて溶接されている。また、ミキシングパイプ９ｂの出側の外周を包囲するように設けられた保温カバー１７の上流側端１７ｄは、ミキシングパイプ９ｂの外周に対して溶接されてはいない。

すなわち、上述の如く保温カバー１７を座面１４ａと取付ブラケット１５の間に挟み込んで共締めする構造を採用したことで、保温カバー１７は溶接部１７ｃの他に座面１４ａの位置でもガス分散室９ｃに対して固定されることになり、これにより、保温カバー１７の固定強度に関する信頼性を向上しているのである。一方、前記共締め構造を採用した結果、溶接の総量は減らすことができ、組付けに係る作業工数を減らすことができるほか、溶接に伴って生じる熱ひずみも低減することができる。

ここで、本第一実施例の保温カバー１７では、取付部材１４の周囲に切欠きを備えておらず、保温カバー１７とミキシングパイプ９ｂやガス分散室９ｃとの間の空間から座面１４ａの位置で熱を持った空気を逃がす構造にはなっていないが、その一方で、保温カバー１７の全周をガス分散室９ｃやミキシングパイプ９ｂに対し溶接せず、溶接部１７ｃを断続的に配置している。したがって、保温カバー１７とガス分散室９ｃやミキシングパイプ９ｂとの間の前記空間が密閉構造とはならず、保温カバー１７の周とガス分散室９ｃやミキシングパイプ９ｂとの間で溶接されずに残った残余部分から熱を持った空気が適宜排出され、前記空間に熱が過剰に籠もることは防止される。

また、保温カバー１７とミキシングパイプ９ｂとを溶接しないことで、保温カバー１７のミキシングパイプ９ｂと対向する部分の周がミキシングパイプ９ｂに対して自由に伸び縮みできるようになっている。これにより、保温カバー１７とミキシングパイプ９ｂないしガス分散室９ｃとの間の熱膨張の差を吸収し、溶接部１７ｃの断裂を防止することができる。

この際、保温カバー１７の素材としては、取付部材１４ないし座面１４ａを構成する素材より薄い金属板を用いることで、温度差により保温カバー１７が座面１４ａとは異なる膨張率にて変形したとしても、保温カバー１７自体が変形することによって膨張率の差を吸収することができ、保温カバー１７の破損や溶接部１７ｃの断裂を一層効果的に防止することができる。

また、保温カバー１７を取付部材１４の座面１４ａまで延在させることで、図３に示す如く、断熱材１３を取付部材１４の直近の位置まで配置することができる。こうすることで、取付部材１４の周辺における断熱性を確保して排気ガス３の保温性を大幅に向上することができる。

さらに、取付部材１４周囲の切欠きを廃止したことにより、該切欠きを保温カバー１７に設けるための金型を不要とし、保温カバー１７の製造に係る費用を低減することもできる。

以上のように、上記本第一実施例においては、排気ガス３が流通する排気流路の途中に、排気ガス３を浄化するための浄化材（選択還元型触媒）６を設置し、排気流路（ミキシングパイプ９ｂの出側及びガス分散室９ｃ）を構成する部材の表面に、断熱材１３を介して保温カバー１７を配した排気浄化装置に関し、排気流路を構成する部材の表面から突出し、車両側の取付ブラケット１５に締結される座面１４ａを備え、保温カバー１７は、座面１４ａまで延在して取付ブラケット１５に対し座面１４ａと共締めされているので、座面１４ａの直近の位置まで断熱材１３を配置することができると同時に、保温カバー１７の固定強度に関する信頼性を向上することができる。

本第一実施例において、保温カバー１７は、浄化材６を抱持したケーシング８の入側を包囲し、該ケーシング８に抱持した浄化材６の前端部に排気ガス３を導入する排気流路（ミキシングパイプ９ｂの出側及びガス分散室９ｃ）の外面を覆うように備えられている。

本第一実施例において、保温カバー１７の周は、排気流路（ガス分散室９ｃ）を構成する部材に対し断続的に設けられた溶接部１７ｃにて溶接されているので、保温カバー１７と排気流路との間の空間が密閉構造とならず、溶接されずに残った残余部分から熱を持った空気が適宜排出されることで、前記空間に熱が過剰に籠もることが防止される。また、前記残余部分において、保温カバー１７が排気流路を構成する部材に対して自由に伸び縮みすることで、保温カバー１７と排気流路を構成する部材との間の熱膨張の差を吸収し、溶接部１７ｃの断裂を防止することができる。

本第一実施例において、保温カバー１７は、座面１４ａより薄い板厚の素材にて構成されているので、温度差により保温カバー１７が座面１４ａとは異なる膨張率にて変形したとしても、保温カバー１７自体が変形することによって膨張率の差を吸収することができ、保温カバー１７の破損や溶接部１７ｃの断裂を一層効果的に防止することができる。

したがって、上記本第一実施例によれば、簡単な構成で排気ガスの保温性を向上し得る。

図４は本発明の実施による排気浄化装置の形態の別の一例を示している。上記第一実施例（図１〜図３参照）では、浄化材を抱持した複数のケーシング７，８が並列に配置され、該ケーシング７，８の間に沿うように連絡流路９を配置した排気浄化装置のうち、連絡流路９を構成するミキシングパイプ９ｂの出側及びガス分散室９ｃの外面に対して本発明を実施した場合を例示したが、本発明の適用対象はこれに限定されない。図４に第二実施例として示す如く、例えばケーシング７の円筒部７ａに取付部材１４により座面１４ａが設置されている場合には、ケーシング７の円筒部７ａに備えた保温カバー１８を座面１４ａまで延在させることで、上記第一実施例と同様の効果を奏することができる。

その他の作用効果については上記第一実施例と同様であるため省略するが、本第二実施例によっても、簡単な構成で排気ガスの保温性を向上し得る。

尚、本発明の排気浄化装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、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。

３ 排気ガス
６ 浄化材（選択還元型触媒）
７ ケーシング
８ ケーシング
９ｂ 排気流路（ミキシングパイプ）
９ｃ 排気流路（ガス分散室）
１３ 断熱材
１４ａ 座面
１５ 取付ブラケット
１７ 保温カバー
１８ 保温カバー

Claims (4)

1. 排気ガスが流通する排気流路の途中に、排気ガスを浄化するための浄化材を設置し、排気流路を構成する部材の表面に、断熱材を介して保温カバーを配した排気浄化装置であって、
   排気流路を構成する部材の表面から突出し、車両側の取付ブラケットに締結される座面を備え、前記保温カバーは、前記座面まで延在して前記取付ブラケットに対し前記座面と共締めされていることを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記保温カバーは、前記浄化材を抱持したケーシングの入側を包囲し、該ケーシングに抱持した前記浄化材の前端部に排気ガスを導入する排気流路の外面を覆うように備えられていることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記保温カバーの周は、排気流路を構成する部材に対し断続的に設けられた溶接部にて溶接されていることを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
4. 前記保温カバーは、前記座面より薄い板厚の素材にて構成されていることを特徴とする請求項１〜３に記載の排気浄化装置。

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