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JP2003090214A - 内燃機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気ガス浄化装置

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Publication number
JP2003090214A
JP2003090214A JP2001285250A JP2001285250A JP2003090214A JP 2003090214 A JP2003090214 A JP 2003090214A JP 2001285250 A JP2001285250 A JP 2001285250A JP 2001285250 A JP2001285250 A JP 2001285250A JP 2003090214 A JP2003090214 A JP 2003090214A
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JP
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exhaust gas
carrier
combustion engine
internal combustion
space
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Withdrawn
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JP2001285250A
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Toshihiko Nishiyama
利彦 西山
Kotaro Wakamoto
晃太郎 若本
Nobuhiko Emori
信彦 江森
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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Priority to US10/245,374 priority patent/US6767378B2/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 担体全体の容量を大きくして本来の機能を向
上させることができ、かつ大きな配置スペースを不要に
できる内燃機関の排気ガス浄化装置の提供。 【解決手段】 排気ガス浄化装置1では、各担体34を
排気ガスの流れ方向に沿って直列に配置し、上流の担体
34には第1分配流路4を通る略半分の排気ガスを、下
流の担体34には第2分配流路5を通る残り半分の排気
ガスをそれぞれ流入させる。従って、一対の担体34全
体での容量を略2倍にでき、浄化効率の向上を実現でき
る。また、各分配流路4,5からの排気ガスを合流室2
1で合流させ、一本の出口管22で排出させる。従っ
て、各担体34の直列配置により断面積の大型化を抑制
できるうえ、出口管22を一本にして小型化でき、配置
スペースを小さくできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気ガ
ス浄化装置に係り、詳しくは、内燃機関の排気通路に設
けられて、排気ガスを浄化する内燃機関の排気ガス浄化
装置に関する。
【0002】
【背景技術】従来より、ディーゼルエンジン等の内燃機
関から排出される排気ガス中のパティキュレート(粒子
状物質)を捕集したり、NOx量を低減するために、内
燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を設けることが知
られている。
【0003】パティキュレートを捕集するための排気ガ
ス浄化装置としては、ディーゼルパティキュレートフィ
ルタ(以下、DPF(Diesel Particulate Filter)と
称す)からなる排気後処理装置を備えたものが開発され
ている。NOx量を低減させるための排気ガス浄化装置
としては、NOx還元触媒(DeNOx触媒)やNOx
吸蔵還元触媒からなる排気後処理装置を備えたものが開
発されている。
【0004】これらの排気ガス浄化装置の排気後処理装
置ではいずれの場合でも、コージュライトや炭化珪素等
のセラミック、あるいは金属からなる、例えば、円柱状
の担体(コア)が用いられている。この担体は、ハニカ
ム状に多数の小孔が軸方向に設けられた構造である。D
PFを備えた排気後処理装置では、担体がフィルタとし
ての機能を有している。つまり、排気ガスは担体の一方
の端面から流入し、小孔同士を隔てる多孔質の隔壁(境
界壁)を通過し、他方の端面から流出する。そして、隔
壁を通過する際に、排気ガス中のパティキュレートが捕
集される。また、NOx還元触媒やNOx吸蔵還元触媒
を備えた排気後処理装置では、その担体に各種触媒が予
め担持されており、排気ガスが担体内を流れる間にNO
xが還元される。
【0005】このような担体は、製造上の制限が多いた
めに、著しく大きな断面形状で製造することが難しい。
このため、担体全体の容量を大きくし、DPFでの捕集
効率を向上させたり、触媒での還元効率を向上させるた
めには、複数の担体を並列に配置し、全体の容量を大き
くする必要がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、複数の
担体を並列に配置すると、全体の断面積も大きくなるた
め、エンジンルーム内に大きな配置スペースを確保しな
ければならず、機器類の小型化を阻害するという問題が
ある。
【0007】そこで、一対の担体を間隔を空けて直列に
配置し、担体間に排気ガスを流入させることにより、排
気ガスの半分を一方の担体に流入させ、残る半分の排気
ガスを、先程とは逆方向に流して他方の担体に流入さ
せ、これにより、一対の担体を並列にすることなく、担
体全体の容量を倍増させることが考えられる。しかし、
このような構成では、断面積の大型化が抑制されもの
の、各担体内での排気ガスの流れ方向が逆向きになるた
め、出口管が二本必要になり、やはり配置スペースに工
夫が必要になるなど、十分に問題を可決することはでき
ない。
【0008】本発明の目的は、担体全体の容量を大きく
して本来の機能を向上させることができ、かつ大きな配
置スペースを不要にできる内燃機関の排気ガス浄化装置
を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段と作用効果】本発明の請求
項1の内燃機関の排気ガス浄化装置は、前記内燃機関の
排気流路に設けられており、排気ガスの流れ方向に沿っ
て直列に配置された排気後処理用の複数の担体と、それ
ぞれの担体に排気ガスを分配して流通させる分配流路
と、それぞれの分配流路を通過した排気ガスを合流させ
る合流室とを備えていることを特徴とする。
【0010】このような排気ガス浄化装置では、複数の
担体が直列に配置されるが、それぞれの担体には、異な
る分配流路を通る排気ガスが流入するため、担体全体で
の容量は、各担体を並列に配置した場合と同様に略複数
倍になり、排気ガス浄化装置としての本来の機能が向上
する。また、各分配流路を通過した排気ガスは合流室で
合流するので、この合流室と連通した出口管を一つだけ
設ければよい。従って、各担体を直列に配置することで
断面積の大型化が抑制されるうえ、出口管の数を増やす
必要がないため、大きな配置スペースが不要になる。
【0011】請求項2の内燃機関の排気ガス浄化装置
は、前記内燃機関の排気流路に設けられており、排気ガ
スの流れ方向に沿って直列に配置された排気後処理用の
複数の担体と、それぞれの担体に排気ガスを分配して流
通させる分配流路とを備え、前記排気ガスの流れ方向が
一方向に設定されていることを特徴とする。
【0012】このような排気ガス浄化装置では、請求項
1で説明したと同様に、担体全体での容量が、各担体を
並列に配置した場合と同様に略複数倍になり、排気ガス
浄化装置としての本来の機能が向上する。また、各担体
内を流れる排気ガスの流れ方向が同じであるから、各分
配流路を通過した排気ガスは、一箇所で容易に合流する
ようになり、この合流部分に出口管を一つ設ければよ
い。従ってやはり、各担体を直列に配置することで断面
積の大型化が抑制されるうえ、出口管の数を増やす必要
がないため、大きな配置スペースが不要になる。
【0013】請求項3の内燃機関の排気ガス浄化装置
は、請求項1または請求項2に記載の内燃機関の排気ガ
ス浄化装置において、前記担体は、上下流に直列に二個
配置され、これら担体の同心円上にはバイパス流路がそ
れぞれ設けられ、これらの担体の間には、上流側の担体
内を通過した排気ガスが流入する出口空間と、下流側の
担体内を通過させる排気ガスが流入する入口空間と、各
空間を仕切る隔壁部とを備えた分流部が設けられ、分流
部の出口空間と、これに連通した下流側のバイパス流路
とを含んで、上流側の担体用の第1分配流路が形成さ
れ、上流側のバイパス流路と、これに連通した分流部の
入口空間とを含んで、下流側の担体用の第2分配流路が
形成されていることを特徴とする。
【0014】このような排気ガス浄化装置によれば、担
体が二つ設けられるので、担体を一つ設ける場合に比し
て容量が略2倍になる。さらに、各担体用の第1、第2
分配流路のバイパス流路は、担体の同心円上に設けられ
るので、その断面が環状や扇形状、あるいは円筒状に形
成されるようになり、担体から極端に突出する心配がな
い。このため、排気ガス浄化装置の外形形状が簡素にな
り、よりコンパクト化が促進される。
【0015】請求項4の内燃機関の排気ガス浄化装置
は、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の内燃機
関の排気ガス浄化装置において、それぞれの担体が個々
に配置される複数の担体配置用ユニットと、隣接する担
体配置用ユニット間に配置される分流ユニットとを備
え、各担体配置用ユニットには、担体の同心円上にバイ
パス流路が設けられ、前記分流ユニットには、上流側の
担体内を通過した排気ガスが流入する出口空間と、下流
側の担体内を通過させる排気ガスが流入する入口空間
と、各空間を仕切る隔壁部とを備えた分流部が設けら
れ、分流部の出口空間と、これに連通した下流側のバイ
パス流路とを含んで、上流側の担体用の分配流路が形成
され、上流側のバイパス流路と、これに連通した分流部
の入口空間とを含んで、下流側の担体用の分配流路が形
成されていることを特徴とする。
【0016】このような排気ガス浄化装置によれば、装
置全体が複数の担体配置用ユニットと分流ユニットとで
ユニット化されるため、担体の交換等がユニット単位で
容易に行われるようになるうえ、各担体配置用ユニット
に互換性を持たせることで、取扱性が向上し、また、部
材種類が少なくてすむ。そして、担体配置用ユニット
を、上流側と下流側とを反転させて使用可能な形状にす
ることも可能であり、特に、担体をDPFに用いる場合
では、担体配置用ユニットを反転させて用いることで、
使用効率が向上する。
【0017】請求項5の内燃機関の排気ガス浄化装置
は、請求項4に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置にお
いて、前記分流ユニットは、外筒部材および内筒部材を
備えた二重管構造とされ、内筒部材には、内外空間部分
を連通させる少なくとも一対の開口部が設けられ、内筒
部材の内部には、前記一対の開口部を隔てる内部隔壁が
設けられ、外筒部材および内筒部材との間には、当該一
対の開口部を隔てる外部隔壁が設けられ、一方の開口部
で連通し合う内筒部材の内外空間部分で、前記出口空間
が形成され、他方の開口部で連通し合う内筒部材の内外
空間部分で、前記入口空間が形成され、内部隔壁および
外部隔壁で、前記隔壁部が形成されていることを特徴と
する。
【0018】このような排気ガス浄化装置によれば、分
流ユニットを用いるだけで、上流側の担体内を通過した
排気ガスは、開口部を有した出口空間を通って下流側の
バイパス流路を流れるようになり、また、上流側のバイ
パス流路を流れる排気ガスは、開口部を有した入口空間
を通って下流側の担体の内部に流入するようになり、各
担体用の分配流路が簡単に形成される。
【0019】請求項6の内燃機関の排気ガス浄化装置
は、請求項4または請求項5に記載の内燃機関の排気ガ
ス浄化装置において、前記内部隔壁は、担体内の排気ガ
スの流れ方向に対して傾斜し、前記開口部は、内部隔壁
の周縁に沿って開口していることを特徴とする。
【0020】このような排気ガスの浄化装置によれば、
内部隔壁を傾斜させるので、出口空間では、上流側の担
体を通過した排気ガスは、傾斜した内部隔壁に沿って開
口部にスムーズに導かれるようになり、排気ガスが効率
よく排気される。また、入口空間では、開口部を通って
入り込んだ排気ガスは、傾斜した内部隔壁にぶつかって
整流されるため、流れ分布が改善されて下流側の担体内
に流入するようになり、この内部隔壁の傾斜面で整流装
置を兼用させることが可能になる。
【0021】請求項7の内燃機関の排気ガス浄化装置
は、請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の内燃機
関の排気ガス浄化装置において、前記各担体の上流側に
は、流入する排気ガスの流れを整流する整流装置が設け
られていることを特徴とする。
【0022】このような排気ガス浄化装置によれば、担
体内に流入する排気ガスの流れ分布が改善されるから、
担体の一部に集中して排気ガスが流入する心配がない。
このため、担体に触媒を担持させて用いる場合では、触
媒の一部のみが集中して排気ガスに曝されることがない
ため、触媒作用が効率よく行われる。また、担体をDP
Fとして用いる場合には、パーティキュレートが偏って
詰まることがないため、担体再生時の温度分布の均一化
が図られ、熱応力による担体の破損が防止される。
【0023】請求項8の内燃機関の排気ガス浄化装置
は、請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の内燃機
関の排気ガス浄化装置において、排気ガス浄化装置内へ
排気ガスを流入させる入口管、および排気ガス浄化装置
内から排気ガスを排出させる出口管は、担体内の排気ガ
スの流れ方向に対してほぼ直角に取り付けられているこ
とを特徴とする。
【0024】このような排気ガス浄化装置によれば、入
口管および出口管が担体の排気ガスの流れ方向に対して
ほぼ直角に取り付けられるので、出入口管の取り回しが
簡単になって排気ガス浄化装置が一層コンパクトにな
り、より小さい配置スペースに対応可能となる。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図1には、本発明の一実施形態に
係る排気ガス浄化装置1が示されている。この排気ガス
浄化装置1は、内燃機関としてのディーゼルエンジン
(不図示)から排出される排気ガスを浄化するものであ
って、ディーゼルエンジンの排気通路の途中に設けられ
ている。
【0026】具体的に、排気ガス浄化装置1は、排気ガ
スの流入側に設けられた入口室ユニット10と、排気ガ
スの排出側に設けられた合流室ユニット20と、入口室
ユニット10から合流室ユニット20へ流れる排気ガス
の一流れ方向に沿って直列に配置された一対の担体配置
用ユニット30と、これら担体配置用ユニット30の間
に配置された分流ユニット40とを備えている。これら
のユニット10,20,30,40は円筒状とされ、近
接するフランジ部分で互いにボルトおよびナット等で連
結されている。
【0027】排気ガス浄化装置1の入口室ユニット10
は、図2にも拡大して示すように、内部が入口室11と
なっており、この入口室11には、ディーゼルエンジン
の排気通路に接続される入口管12が挿入されている。
入口管12の挿入方向は、担体配置用ユニット30(後
述の担体)内を流れる排気ガスの流れ方向に対して直角
な向きである。
【0028】入口管12の入口室11内に収容された部
分には、略全周にわたって多数の丸孔13が穿設されて
おり、これらの丸孔13から排気ガスが吹き出して入口
室11内に入り込む。この際、入口管12の内部には、
排気ガスの流れ方向の上流側および下流側に間隔を空け
て一対の抵抗板14,15が溶接等で固定されている。
各抵抗板14,15には、その中央に貫通孔14A,1
5Aが穿設され、上流側の抵抗板14の貫通孔14A
は、下流側の抵抗板15の貫通孔15Aよりも、径寸法
が大きい。
【0029】これらの抵抗板14,15によれば、入口
管12内を流れる排気ガスの流れが先ず、上流側の抵抗
板14によって妨げられ、抵抗板14の手前で排気ガス
が入口室11内に入り込み易くなる。次に、抵抗板14
の貫通孔14Aを抜けて下流側に向かう排気ガスは、抵
抗板15によって妨げられ、この手前でも入口室11内
に入り込み易くなる。そして、抵抗板15の貫通孔15
Aを通過した排気ガスが、抵抗板15の先の丸孔13か
ら入口室11に入り込む。
【0030】このことにより、入口管12内の排気ガス
は、一気に下流側先端に流れて集中して入口室11内に
入り込むのではなく、入口管12全体から満遍なく入口
室11内に入り込むようになる。すなわち、抵抗板1
4,15を設けることにより、入口室ユニット10から
次の担体配置用ユニット30へ向かう排気ガスの流れ分
布が均一になるように、流れ分布の改善が図られてい
る。そして、複数の丸孔13を備えた入口管12と、こ
の入口管12内に設けられた抵抗板14,15とを含ん
で、本発明に係る整流装置2が構成されている。
【0031】また、入口管12の先端側は、有底筒状の
短管部材16に溶接等による固着ではなく、圧入されて
いる。この短管部材16は、入口室ユニット10の外郭
を形成する筒部材17に固定されている。入口管12の
先端と短管部材16の底部分との間には隙間が形成され
ており、排気ガスによって入口管12が熱膨張した場合
でも、熱膨張分が当該隙間で吸収され、筒部材17等の
破損が防止されるようになっている。
【0032】合流室ユニット20は、その内部が合流室
21とされ、合流室21には、各担体配置用ユニット3
0を別々に通過した排気ガスが合流し、合流した排気ガ
スが出口管22から排気管を通って大気中に排出され
る。出口管22は、入口管12と同様に、担体配置用ユ
ニット30(後述の担体)内を流れる排気ガスの流れ方
向に対して直角な向きに取り付けられている。ただし、
出口管22は、ほぼ全体が合流室21の外部に突出して
おり、合流室21内に収容される部分が殆ど存在しな
い。
【0033】担体配置用ユニット30は、上流側のユニ
ット30および下流側のユニット30とでそれぞれ同一
形状であり、担体配置用ユニット30の外郭を形成する
外筒部材31と、外筒部材31内に収容された内筒部材
32とを有する二重管構造になっている。内筒部材32
内には、弾性を有する緩衝部材33を介して担体34が
配置されている。また、図1から明らかなように、担体
配置用ユニット30は点対称な構造とされ、180°反
転させて用いることも可能である。
【0034】担体34は、ハニカム状に多数の小孔34
1を配した構造となっている。小孔341は、流入側端
面34Aから流出側端面34B側に向かって、つまり、
担体34の軸方向に沿って連通しており、その断面は多
角形状(本実施形態では六角形状)に形成されている。
また、担体34は、コージュライト、炭化珪素等のセラ
ミックス、または、ステンレス、アルミニウム等の金属
から形成されており、材質は、担体34の用途に応じて
適宜決定される。
【0035】担体34をDPFとして用いる場合には、
多数の小孔341は、流出側端面34B側が目封じされ
ることで流入側流路としての役割を有する小孔341
と、流入側端面34A側が目封じされることで流出側流
路としての役割を有する小孔341とに分けられ、これ
らの流路は千鳥状に配置される。各流路(小孔341)
の境界壁部分はランダムな多孔質状とされ、流入側流路
から流入した排気ガス中のパティキュレート(例えば、
すす、未燃燃料や潤滑油のミストおよびサルフェート
(硫酸ミストなど)等から構成される複合体等)は、その
境界壁部分で捕集されて流入側流路内に蓄積し、パティ
キュレートが除かれたクリーンな排気ガスが流出側流路
を通って排出される。
【0036】一方、担体34に触媒を担持させる場合に
は、浸漬による含浸、ウォッシュコート、イオン交換な
どの既知の方法により、担体34に触媒が担持される。
そして、排気ガスが小孔341を通過する間に、触媒の
作用によって排気ガスが浄化されてクリーンになる。な
お、担体34に担持される触媒としては、NOx(窒素
酸化物)を除去するためのNOx吸蔵還元触媒やNOx
吸蔵触媒、HCやCO(一酸化炭素)を酸化除去するた
めの酸化触媒、炭化水素や一酸化炭素、窒素酸化物を除
去するための三元触媒等を採用できる。
【0037】このような担体配置用ユニット30におい
て、外筒部材31と内筒部材32とは、例えば、周方向
に沿って不連続に設けられたブラケット(不図示)を介
して隙間を空けて接合され、これら内外筒部材31,3
2の間の隙間は、担体34の外周側に同心円上に設けら
れた断面環状のバイパス流路35になっている。つま
り、担体配置用ユニット30を通過する排気ガスは、担
体34自身を通過する排気ガスと、担体34の外周側の
バイパス流路35を通過する排気ガスとに分けられる。
バイパス流路35の断面積は、圧力損失が十分に小さ
く、コンパクトな範囲で決定される。
【0038】分流ユニット40は、外筒部材41と内筒
部材42とを備えている。この分流ユニット40も、点
対称な構造であり、180°反転させて用いることが可
能である。図3にも拡大して示すように、内筒部材42
には、図中の下側の略半周分にわたる出口側開口部(開
口部)43と、残る上側の半周部分にわたる入口側開口
部(開口部)44とが設けられ、これらの開口部43,
44で内筒部材42の内外空間部分が連通している。
【0039】内筒部材42の内部には、出口側開口部4
3および入口側開口部44を隔てる内部隔壁45が設け
られ、各開口部43,44で流入出する排気ガスが内筒
部材42内で互いに混ざらないようになっている。この
内部隔壁45は、担体34内の排気ガスの流れ方向に対
して傾斜している。内部隔壁45が傾斜していることに
より、上流の担体配置用ユニット30側に開放した内筒
部材42内の内部空間部分は、図中の下側が広くなって
おり、この広い部分を形成する内筒部材42の下側半周
部分を利用して出口側開口部43が大きく開口してい
る。つまり、出口側開口部43の周方向の一辺縁を、内
筒部材42の外周縁に沿って近接させて設けるととも
に、周方向のもう一方の辺縁を、内部隔壁45の周縁に
沿って近接させて設けることにより、出口側開口部43
の開口面積を可能な限り大きくしている。また、その出
口側開口部43とは対象位置にある図中上側の入口側開
口部44も同様であり、十分に大きい開口面積を有して
いる。
【0040】一方、外筒部材41および内筒部材42間
の隙間には、出口側開口部43および入口側開口部44
を隔てる外部隔壁46が設けられている。外部隔壁46
は、隙間を出口側開口部43側と入口側開口部44側と
に二分するように、周方向に連続して設けられ、各開口
部43,44で流入出する排気ガスが隙間内でも互いに
混ざらないようになっている。外壁部46で仕切られた
隙間のうち、出口側開口部43側の隙間、つまり、内筒
部材42から見た一方の外部空間部分は、下流の担体配
置用ユニット30側に開放している。これに対し、入口
側開口部44側の隙間、つまり、内筒部材42から見た
他方の外部空間部分は、上流の担体配置用ユニット30
側に開放している。
【0041】そして、出口側開口部43を介して連通す
る内筒部材42の内外空間部分により出口空間47が形
成され、入口側開口部44を介して連通する内筒部材4
2の内外空間部分により入口空間48が形成されてい
る。また、出口空間47と入口空間48とを隔てる内部
隔壁45および外部隔壁46により隔壁部49が形成さ
れている。さらに、これらの出口空間47、入口空間4
8、および隔壁部49により、本発明に係る分流部3が
形成されている。従って、分流ユニット40は、分流部
3が設けられたユニットである。
【0042】このような分流ユニット40は、上流側お
よび下流側の各担体配置用ユニット30に連結されるこ
とにより、それぞれの外筒部材31,41同士が接合さ
れ、かつそれぞれの内筒部材32,42同士も接合され
る。各ユニット30,40の連結により、分流ユニット
40の出口空間47と、下流側の担体配置用ユニット3
0のバイパス流路35とが連通し、これらを含んで上流
側の担体34用の第1分配流路4が形成される。また、
上流側のバイパス流路35と、分流ユニット40の入口
空間48とが連通し、これらを含んで下流側の担体34
用の第2分配流路5が形成される。
【0043】以上の構成からなる排気ガス浄化装置1に
おいては、図1に基づいて説明すると、入口室ユニット
10から送られる排気ガスの略半分は、第1分配流路4
を通って合流室ユニット20に入り込む。具体的には、
入口管12→入口室11→上流側の担体34→出口空間
47(出口側開口部43)→下流側のバイパス流路35
→合流室21の順で流れ、出口管22から排出される。
この際、出口空間47内では、上流側の担体34からの
排気ガスは、内部隔壁45の傾斜面に沿って出口側開口
部43にスムーズに流れ、大きく開口した出口側開口部
43から効率よく排出される。
【0044】残る半分の排気ガスは、第2分配流路5通
って合流室ユニット20に入り込む。具体的には、入口
管12→入口室11→上流側のバイパス流路35→入口
空間48(入口側開口部44)→下流側の担体34→合
流室21の順で流れ、出口管22から排出される。この
際、入口空間48内では、入口側開口部44から入り込
んだ排気ガス一部は、内部隔壁45の傾斜面にぶつかる
ことにより、図1中の下方まで達する途中で流れ方向が
下流側の担体34に向くように変えられ、担体34へ入
り込む直前の流れ分布の均一化が図られている。つま
り、傾斜した内部隔壁45の壁面は、下流側の担体34
に対して整流装置6として機能する。
【0045】このように、上流側の担体配置用ユニット
30で二分された排気ガスは、途中で混ざり合うことな
く各担体34を通過し、合流室21で合流して一本の出
口管22から排出される。
【0046】このような本実施形態によれば、以下のよ
うな効果がある。 (1)排気ガス浄化装置1では、一対の担体34が排気ガ
スの流れ方向に沿って直列に配置されており、上流側の
担体34には、第1分配流路4を通る略半分の排気ガス
が流入し、下流側の担体34には、第2分配流路5を通
る残り半分の排気ガスが流入するため、一対の担体34
全体での容量を、各担体34を並列に配置した場合と同
様に略2倍にでき、排気ガス浄化装置1としての機能を
向上させることができる。
【0047】(2)また、第1、第2分配流路4,5を通
過した排気ガスは、下流側の合流室21で合流するの
で、この合流室21と連通した出口管22を一つだけ設
けて排出できる。従って、各担体34を直列に配置する
ことで断面積の大型化を抑制できるうえ、出口管22の
数を最小限にでき、排気ガス浄化装置1を配置するため
の大きな配置スペースを不要にできる。
【0048】(3)各担体34内を流れる排気ガスは、図
1に示すように、図中の左側から右側へと同じ方向に流
れるから、第1、第2分配流路4,5を通過した排気ガ
スを、一つの合流室21で容易に合流させることがで
き、排気ガスを一本の出口管22から確実に排出でき
る。
【0049】(4)第1、第2分配流路4,5を構成する
各バイパス流路35は、担体34の外周側に同心円上に
設けられているので、その断面を担体34の全周にわた
る環状に形成することができ、担体34の径方向に極端
に突出する心配がない。このため、排気ガス浄化装置1
を略円筒状の簡素な外形形状にでき、よりコンパクト化
を促進できる。
【0050】(5)排気ガス浄化装置1は、それぞれユニ
ット化された入口室ユニット10、合流室ユニット2
0、担体配置用ユニット30、および分流ユニット40
を有して構成されているため、例えば、担体34を交換
する場合には、担体配置用ユニット30ごと交換すれば
よく、担体配置用ユニット30を分解する等の面倒な作
業を不要にでき、担体34の交換等を容易にできる。
【0051】(6)一対の担体配置用ユニット30が同一
形状であり、互換性があるため、どちらを上流側に配置
し、どちらを下流側に配置すればよいかといった別をな
くすことができ、組立時の取扱性を向上させることがで
きる。また、担体配置用ユニット30としては一種類で
よいから、部材種類を少なくでき、生産コストを削減で
きる。
【0052】(7)そして、担体配置用ユニット30は、
点対称な構造であり、180°反転させて使用できるの
で、特に、担体34をDPFに用いる場合では、担体配
置用ユニット30を反転させて用いることで、使用効率
を向上させることができる。また、180°反転可能で
あることにより、新品を配置する場合など、その向きを
気にする必要がなく、この点でも取扱性を良好にでき
る。分流ユニット40も点対称な構造であるから、これ
を配置する場合にも、その向きを気にする必要がなく、
配置時の取扱性を良好にできる。
【0053】(8)さらには、担体配置用ユニット30お
よび分流ユニット40が共に点対称な構造であり、しか
も、各担体配置用ユニット30は同一形状であるため、
一対の担体配置用ユニット30と分流ユニット40とを
一体にしたまま、180°反転させて用いることも可能
であり、各担体配置用ユニット30を個別に反転させる
場合に比して、反転作業を簡略化できる。
【0054】(9)加えて、担体配置用ユニット30およ
び分流ユニット40は、互いの外筒部材31,41同士
を接合させ、また、互いの内筒部材32,42同士を接
合させればよく、周方向の位置関係を気にする必要がな
いので、各ユニット30,40の連結作業時には、互い
の位置合わせを簡単にでき、連結作業も迅速にできる。
【0055】(10)分流ユニット40を用いることによ
り、上流側の担体34内を通過した排気ガスを、出口空
間47を通して下流側のバイパス流路35に容易に流す
ことができるとともに、上流側のバイパス流路35を通
過した排気ガスを、入口空間48を通して下流側の担体
34内部に容易に流入させることができ、各担体34用
の第1、第2分配流路4,5を簡単に形成できる。
【0056】(11)排気ガス浄化装置1において、入口室
ユニット10の入口室11内には、丸孔13を備えた入
口管12と、この入口管12内に設けられた抵抗板1
4,15とを含んだ整流装置2が設けられているので、
上流側の担体34に入り込む排気ガスの流れ分布を改善
でき、担体34の一部に集中して排気ガスが流入するの
を防止できる。
【0057】(12)このため、担体34に触媒を担持させ
て用いる場合では、一部の触媒のみが集中して排気ガス
に曝されるのを防止でき、触媒作用を効率よく行える。
また、担体をDPFとして用いる場合には、パーティキ
ュレートが偏って詰まるのを防止でき、担体34再生時
の温度分布の均一化を図ることができ、熱応力が一部に
集中することによる担体34の破損を防止できる。
【0058】(13)この整流装置2は、入口室11から下
流に向かう排気ガス全体の流れ分布の改善に役立つた
め、上流側の担体34(第1分配流路4)に入り込む流
量と、その外周のバイパス流路35(第2分配流路5)
に入り込む流量とをほぼ均一にでき、各担体34を通過
する排気ガスの流量を均一化して浄化効率をさらに向上
させることができる。また、流量の均一化により、各担
体34の使用状態も均一になり、両方の交換を同じタイ
ミングでできるなど、メンテナンス性も向上させること
ができる。
【0059】(14)一方、分流ユニット40の入口空間4
8では、入口側開口部44を通って入り込んだ排気ガス
を、内部隔壁45の傾斜面にぶつけて整流させることが
でき、流れ分布が改善させて下流側の担体34内に流入
させることができる。つまり、下流側の担体34に対し
ても、傾斜した内部隔壁45の壁面が整流装置6として
機能するため、この担体34においても、前述した(1
1)、(12)の効果を同様に得ることができる。
【0060】(15)また、内部隔壁45が傾斜しているこ
とにより、出口空間47では、上流側の担体34を通過
した排気ガスを、内部隔壁45の傾斜面に沿って出口側
開口部43にスムーズに導くことができ、排気ガスを効
率よく排気できる。特に、本実施形態では、出口側開口
部43や入口側開口部44を、内筒部材42の全幅を利
用して大きく開口させているので、この点からも排気ガ
スの通りをスムーズにできる。
【0061】(16)入口管12および出口管22は、担体
34内の排気ガスの流れ方向に対してほぼ直角に取り付
けられているため、出入口管12,22の取り回しを簡
単にできる。このため、排気ガス浄化装置1を一層コン
パクトにでき、より小さい配置スペースに対応させるこ
とができる。
【0062】なお、本発明は、前記実施形態に限定され
るものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等
を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
【0063】〔第1変形例〕図4には、本発明の第1変
形例に係る排気ガス浄化装置101が示されている。こ
の図4において、前述した実施形態で用いられている部
材と同一部材、もしくは同一機能部材には、前記実施形
態と同じ符号を付し、それらの説明を省略または簡略化
する。後述の第2変形例以降においても、同様である。
【0064】図4において、この第1変形例の排気ガス
浄化装置101では、分流ユニット40の内部隔壁45
が傾斜しておらず、担体34内を流れる排気ガスの流れ
方向に対して直角に配置されている点、これに伴って出
口側開口部43および入口側開口部44は、展開した形
状が四角形となる点、で前記実施形態とは異なる。他の
構成は、実施形態とほぼ同じである。
【0065】このような変形例においても、前述した(1
4)、(15)の効果を除く他の効果を同様に得ることができ
る。
【0066】〔第2変形例〕図5には、本発明の第2変
形例に係る排気ガス浄化装置102が示されている。こ
の第2変形例の排気ガス浄化装置102では、一つの担
体配置用ユニット30内に一対の担体34が直列に配置
された構造であり、前記実施形態のような分流ユニット
40を有していない。
【0067】具体的に説明すると、担体配置用ユニット
30は、入口室ユニット10および合流室ユニット20
間に配置された大きな外筒部材31を有し、この外筒部
材31内には、緩衝部材33を介して上流側の担体34
が配置されている。
【0068】この上流側の担体34の中央には、排気ガ
スの流れ方向に沿った大きな貫通孔342が穿設されて
おり、この貫通孔342内には、分配流路形成部材50
の上流側が挿入されている。
【0069】分配流路形成部材50は、前記貫通孔34
2内に挿入された小径筒部51と、下流側に設けられた
大径筒部52と、これらの筒部51,52を連結するベ
ルマウス部53とを備え、ベルマウス部53は小径筒部
51から大径筒部52に向かって拡開している。この分
配流路形成部材50は、小径筒部51が上流側の担体お
よび緩衝部材33を介して外筒部材31に支持され、大
径筒部52が図示しない複数のブラケット等を介して外
筒部材31内に固定されている。
【0070】大径筒部52内には、緩衝部材33を介し
て下流側の担体34が配置されている。この担体34
は、上流側の担体34と同形状であり、中央に貫通孔3
42が穿設されている。しかし、この貫通孔342の両
端は閉塞部材343で塞がれている。そして、小径筒部
51内の空間は、担体34の内周側に同心円上に設けら
れた円筒状のバイパス流路35になっている。また、大
径筒部52およびベルマウス部53と外筒部材31との
間には隙間が形成され、この隙間が担体34の外周側に
同心円上に設けられた断面環状のバイパス流路35にな
っている。
【0071】このような担体配置用ユニット30では、
下流側のバイパス流路35を含んで第1分配流路4が形
成され、小径筒部51内のバイパス流路35を含んで第
2分配流路5が形成されている。従って、入口室11か
らの排気ガスの略半分は、第1分配流路4を通ることで
上流側の担体34のみを通過し、残り半分の排気ガス
は、第2分配流路5を通ることで下流側の担体34のみ
を通過するようになり、それぞれの排気ガスは、途中で
混ざり合うことなく下流側の合流室21で合流し、この
後に排出される。
【0072】ここで、分配流路形成部材50のベルマウ
ス部53は、その内周面が整流装置6として機能してお
り、小径筒部51からの排気ガスを径方向の外側に向か
って拡散し、下流側の担体34の直前の流れ分布を改善
させている。また、上流の担体34を通過した排気ガス
は、ベルマウス部53の外周面に沿って流れ、スムーズ
に下流側のバイパス流路35内を流れる。
【0073】この変形例においても、前記実施形態と同
じ構成および類似した構成により、(1)〜(3)、(5)、
(9)、(11)、(13)、(16)の効果を同様に得ることができ
る。また、排気ガス浄化装置102特有の構成により、
以下の効果がある。
【0074】(17)第2分配流路5のバイパス流路35
は、前記実施形態と同様に、下流側の担体34の外周側
であって、その同心円上に設けられているので、担体3
4から外周側に大きく突出しない。また、第1分配流路
4のバイパス流路35は、上流側の担体34の内周側で
あって、その同心円上に設けられているため、やはり、
担体34の外周側には突出しない。従って、本変形例で
も、第1分配流路4の構成が前記実施形態とは異なる
が、前述した(4)の効果を同様に得ることができる。
【0075】(18)さらに、本変形例でも、一つの担体配
置用ユニット30を丸ごと180°反転させることによ
り、上流側と下流側とを入れ替えて用いることができ、
構成は異なるが、前記実施形態の(8)の効果も同様に得
ることができる。
【0076】(19)そして、分配流路形成部材50のベル
マウス部53によれば、第1分配流路5においては、そ
の外周面に沿って排気ガスがスムーズに流れる、第2分
配流路4においては、その内周面が整流装置6として機
能するため、やはり、構成は異なるが、前述の(14)、(1
5)の効果を同様に得ることができる。
【0077】〔第3変形例〕図6には、本発明の第3変
形例に係る排気ガス浄化装置103が示されている。こ
の第3変形例の排気ガス浄化装置103では、入口管1
2が、担体34内を流れる排気ガスの流れ方向に沿った
向きで取り付けられている点、整流装置2が複数の開口
孔61を有した整流格子60で形成されている点、で前
記実施形態とは異なる。他の構成は実施形態とほぼ同じ
である。
【0078】なお、この変形例では、整流格子60の開
口孔61の一つ一つの開口面積は、入口管12寄りの開
口孔61では小さく、離間するに従って大きくなってお
り、これによって整流格子60を通過する排気ガスの流
れ分布をより改善させている。しかし、全て同じ開口面
積の開口孔61を穿設させた場合でも、十分な整流効果
を得ることができる場合には、そうしてもよい。
【0079】このような変形例では、前述の(16)の効果
を達成することはできないが、他の同一または類似した
構成により、(1)〜(15)の効果を同様に得ることができ
る。
【0080】〔第4変形例〕図7、図8には、本発明の
第4変形例に係る排気ガス浄化装置104が示されてい
る。この第4変形例の排気ガス浄化装置104では、入
口管12が担体34内の排気ガスの流れ方向に沿って取
り付けられている点、整流格子60を備えた整流装置
2,6が各担体34の直ぐ上流側に配置されている点の
他、以下の構成が前記実施形態とは異なる。
【0081】すなわち、排気ガス浄化装置104に用い
られている担体配置用ユニット30および分流ユニット
40は、外筒部材31,41のみを有した一重管構造で
あり、担体配置ユニット30の外筒部材31内に担体3
4が配置され、また、分流ユニット40の外筒部材41
内の空間が隔壁部49によって仕切られている。
【0082】入口室ユニット10および分流ユニット4
0には、担体34に対して外周側(図中の上側)に突出
した突出部18,411が設けられ、各突出部18,4
11には、互いに対向した開口部19,412が設けら
れている。また、突出部18,411間には、開口部1
9,412を連通させるように、バイパス管70が配置
されている。
【0083】一方、その分流ユニット40および合流室
ユニット20には、担体34に対して外周側(図中の下
側)に突出した突出部28,413が設けられ、各突出
部28,413には、互いに対向した開口部29,41
4が設けられている。また、突出部28,413間に
も、開口部29,414を連通させるように、バイパス
管70が配置されている。
【0084】そして、分流ユニット40内の出口空間4
7と下流側のバイパス管70内のバイパス流路35とを
含んで第1分配流路4が形成され、上流側のバイパス管
70内のバイパス流路35と、分流ユニット40内の入
口空間48とを含んで第2分配流路5が形成されてい
る。
【0085】なお、バイパス管70の連通方向の途中に
は、波状の伸縮部71が設けられており、バイパス流路
35内を通る排気ガスの熱でバイパス管70が伸縮して
も、その伸縮量が伸縮部71で吸収され、各突出部1
8,28,411,413が破損するのを防止してい
る。
【0086】このような変形例によれば、各バイパス流
路35が、担体34等から離間して突設されたバイパス
管70によって形成され、担体34の同心円上にないの
で、前述した(4)の効果を十分に達成することはできな
いが、第1、第2分配流路4,5により、直列に配置さ
れた各担体34に排気ガスを個別に流通させることがで
き、本発明の目的を十分に達成できる。
【0087】その他の変形例としては、例えば、前記実
施形態および各変形例では、担体34が直列に二つ配置
されていたが、担体34の数は、三つ以上であってもよ
く、任意である。
【0088】前記実施形態および各変形例の出口管22
は、担体34内を流れる排気ガスの流れ方向に対して直
角な向きに取り付けられていたが、このような出口管2
2をも第3、第4変形例の入口管12のように、当該流
れ方向に沿って取り付けてもよく、このような場合で
も、請求項8を除く他の請求項の発明に含まれる。
【0089】本発明の排気ガス浄化装置に用いられる整
流装置としては、前記実施形態や各変形例で用いられた
ものに限定されず、その具体的な構造等は、実施にあた
って任意に決められてよい。また、そのような整流装置
を設けない場合でも、請求項7を除く他の請求項の発明
に含まれる。
【0090】前記実施形態では、例えば、各担体34が
個別の担体配置用ユニット30内に配置され、また、分
流部3も分流ユニット40内に設けられていたが、同様
な構造の担体34や分流部3が、一つの大きな外筒部材
内に収容されるような構造であってもよい。つまり、担
体34や分流部3は、ユニット化されていなくともよ
く、このような場合でも、請求項4および請求項5を除
く他の請求項の発明に含まれる。そして、そのような大
きな外筒部材内に入口室11や合流室21を一体に設け
てもよい。
【0091】また、担体配置用ユニット30や分流ユニ
ット40を用いた場合でも、各ユニット30,40の具
体的な形状等は任意であり、一重構造や二重構造に限定
されない。さらに、分流ユニット40の出口側開口部4
3や入口側開口部44の形状や数等も、本発明の目的の
達成を妨げない範囲で、適宜変更可能である。
【0092】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置の
全体を示す断面図である。
【図2】前記排気ガス浄化装置の要部を示す断面図であ
る。
【図3】前記排気ガス浄化装置の構成部品を拡大して示
す斜視図である。
【図4】本発明の第1変形例を示す断面図である。
【図5】本発明の第2変形例を示す断面図である。
【図6】本発明の第3変形例を示す断面図である。
【図7】本発明の第4変形例を示す断面図である。
【図8】前記第4変形例を示す側面図である。
【符号の説明】
1,101,102,103,104…排気ガス浄化装
置、2,6…整流装置、3…分流部、4…第1分配流
路、5…第2分配流路、12…入口管、21…合流室、
22…出口管、30…担体配置用ユニット、31,41
…内筒部材、32,42…外筒部材、34…担体、35
…バイパス流路、40…分流ユニット、43…開口部で
ある出口側開口部、44…開口部である入口側開口部、
45…内部隔壁、46…外部隔壁、47…出口空間、4
8…入口空間、49…隔壁部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01N 3/02 321 F01N 3/02 321A 321J 3/18 3/18 F 3/20 3/20 N 3/24 3/24 B E N (72)発明者 江森 信彦 栃木県小山市横倉新田400 株式会社ア イ・ピー・エー内 Fターム(参考) 3G090 AA03 BA01 EA03 3G091 AA18 AB02 AB03 AB06 AB13 GA06 GB17X HA11 HA14 HA32

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃機関の排気ガス浄化装置において、 前記内燃機関の排気流路に設けられており、 排気ガスの流れ方向に沿って直列に配置された排気後処
    理用の複数の担体(34)と、 それぞれの担体(34)に排気ガスを分配して流通させ
    る分配流路(4,5)と、 それぞれの分配流路(4,5)を通過した排気ガスを合
    流させる合流室(21)とを備えていることを特徴とす
    る内燃機関の排気ガス浄化装置(1)。
  2. 【請求項2】内燃機関の排気ガス浄化装置において、 前記内燃機関の排気流路に設けられており、 排気ガスの流れ方向に沿って直列に配置された排気後処
    理用の複数の担体(34)と、 それぞれの担体(34)に排気ガスを分配して流通させ
    る分配流路(4,5)とを備え、 前記排気ガスの流れ方向が一方向に設定されていること
    を特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置(1)。
  3. 【請求項3】請求項1または請求項2に記載の内燃機関
    の排気ガス浄化装置(1)において、 前記担体(34)は、上下流に直列に二個配置され、 これら担体(34)の同心円上にはバイパス流路(3
    5)がそれぞれ設けられ、 これらの担体(34)の間には、上流側の担体(34)
    内を通過した排気ガスが流入する出口空間(47)と、
    下流側の担体(34)内を通過させる排気ガスが流入す
    る入口空間(48)と、各空間(47,48)を仕切る
    隔壁部(49)とを備えた分流部(3)が設けられ、 分流部(3)の出口空間(47)と、これに連通した下
    流側のバイパス流路(35)とを含んで、上流側の担体
    (34)用の第1分配流路(4)が形成され、 上流側のバイパス流路(35)と、これに連通した分流
    部(3)の入口空間(48)とを含んで、下流側の担体
    (34)用の第2分配流路(5)が形成されていること
    を特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置(1)。
  4. 【請求項4】請求項1ないし請求項3のいずれかに記載
    の内燃機関の排気ガス浄化装置(1)において、 それぞれの担体(34)が個々に配置される複数の担体
    配置用ユニット(30)と、 隣接する担体配置用ユニット(34)間に配置される分
    流ユニット(40)とを備え、 各担体配置用ユニット(30)には、担体(34)の同
    心円上にバイパス流路(35)が設けられ、 前記分流ユニット(40)には、上流側の担体(34)
    内を通過した排気ガスが流入する出口空間(47)と、
    下流側の担体(34)内を通過させる排気ガスが流入す
    る入口空間(48)と、各空間(47,48)を仕切る
    隔壁部(49)とを備えた分流部(3)が設けられ、 分流部(3)の出口空間(47)と、これに連通した下
    流側のバイパス流路(35)とを含んで、上流側の担体
    (34)用の分配流路(4)が形成され、 上流側のバイパス流路(35)と、これに連通した分流
    部(3)の入口空間(48)とを含んで、下流側の担体
    (34)用の分配流路(5)が形成されていることを特
    徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置(1)。
  5. 【請求項5】請求項4に記載の内燃機関の排気ガス浄化
    装置(1)において、 前記分流ユニット(40)は、外筒部材(41)および
    内筒部材(42)を備えた二重管構造とされ、 内筒部材(42)には、内外空間部分を連通させる少な
    くとも一対の開口部(43,44)が設けられ、 内筒部材(42)の内部には、前記一対の開口部(4
    3,44)を隔てる内部隔壁(45)が設けられ、 外筒部材(41)および外内筒部材(42)との間に
    は、当該一対の開口部(43,44)を隔てる外部隔壁
    (46)が設けられ、 一方の開口部(43)で連通し合う内筒部材(42)の
    内外空間部分で、前記出口空間(47)が形成され、 他方の開口部(44)で連通し合う内筒部材(42)の
    内外空間部分で、前記入口空間(48)が形成され、 内部隔壁(45)および外部隔壁(46)で、前記隔壁
    部(49)が形成されていることを特徴とする内燃機関
    の排気ガス浄化装置(1)。
  6. 【請求項6】請求項4または請求項5に記載の内燃機関
    の排気ガス浄化装置(1)において、 前記内部隔壁(45)は、担体(34)内の排気ガスの
    流れ方向に対して傾斜し、 前記開口部(43,44)は、内部隔壁(45)の周縁
    に沿って開口していることを特徴とする内燃機関の排気
    ガス浄化装置(1)。
  7. 【請求項7】請求項1ないし請求項6のいずれかに記載
    の内燃機関の排気ガス浄化装置(1)において、 前記各担体(34)の上流側には、流入する排気ガスの
    流れを整流する整流装置(2,6)が設けられているこ
    とを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置(1)。
  8. 【請求項8】請求項1ないし請求項7のいずれかに記載
    の内燃機関の排気ガス浄化装置(1)において、 排気ガス浄化装置(1)内へ排気ガスを流入させる入口
    管(12)、および排気ガス浄化装置(1)内から排気
    ガスを排出させる出口管(22)は、担体(34)内の
    排気ガスの流れ方向に対してほぼ直角に取り付けられて
    いることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置
    (1)。
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