JP2007224825A - 内燃機関の排ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】強度低下、コストＵＰ、及び装置の大型化を招くことなく、また、排気騒音の低減に活用できる消音容積を縮小させることもなく、排気抵抗を低減するとともに、断熱性を増加することができる排ガス処理装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の排ガス処理装置１０であって、上流側仕切板５には、上流側消音３室と上流側空間部４とを連通するパンチ孔５ａと、排ガス導入管６の下流側管口６ｂを上流側空間部４に開放するための開放口５ｂとが形成されている。排ガス導入管６には、上流側消音室３を貫通する領域にパンチ孔が形成されていない。また、下流側仕切板９には、上流側空間部７と下流側消音室８とを連通するパンチ孔９ａと、排ガス導出管１１の上流側管口１１ｂを下流側空間部７に開放するための開放口９ｂとが形成されている。排ガス導出管１１には、下流側消音室８を貫通する領域にパンチ孔が形成されていない。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関から排出された排ガスの消音処理及び浄化処理を行う内燃機関の排ガス処理装置に関し、特に、排気抵抗を低減するとともに、断熱性を増加するための内燃機関の排ガス処理装置に関する。

従来、内燃機関の排ガス処理装置として、内燃機関から排出された排ガスを消音するとともに、排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）又は粒子状物質（ＰＭ）を低減して排ガス浄化処理を行う装置があり、例えば、触媒マフラー、触媒コンバータ、排気フィルタ装置等がある（特許文献１〜３参照）。

このような排ガス処理装置においては、消音効果を向上させるために、装置内に消音室を設け、排ガス導入管若しくは排ガス導出管に孔（以下「パンチ孔」という。）を設けている。また、排ガス浄化効果を向上させるために、装置本体の外部に断熱カバーを設けたり、或いは装置本体の内部にプレートを設けて断熱性の二重構造にしている。

より具体的には、図３に示すように、従来の排ガス処理装置３０は、内部に排ガス流路が形成されたハウジング１と、ハウジング１内に設けられ排ガス浄化材（触媒等）を担持する排ガス浄化部２と、ハウジング１内の領域のうち排ガス浄化部２より上流側の領域を上流側から順に上流側消音室３と上流側空間部４とに区画する上流側仕切板５と、ハウジング１内に上流側端部１ａから挿入されて上流側消音室３を貫通するとともに、下流側管口６ｂが上流側仕切板５に接続された排ガス導入管６と、ハウジング１内の領域のうち排ガス浄化部２より下流側の領域を上流側から順に下流側空間部７と下流側消音室８とに区画する下流側仕切板９と、ハウジング１内に下流側端部１ｂから挿入されて下流側消音室８を貫通するとともに、上流側管口１１ｂが下流側仕切板９に接続された排ガス導出管１１と、を備えている。なお、上流側仕切板５には、上流側消音室３と上流側空間部４とを連通するパンチ孔５ａが形成され、下流側仕切板９には、下流側空間部７と下流側消音室８とを連通するパンチ孔９ａが形成されている。

そして、上流側仕切板５は、排ガス導入管６の下流側管口６ｂを塞いでおり、且つ該排ガス導入管６には、上流側消音室３を貫通する領域にパンチ孔６ａが形成されている。また、下流側仕切板９は、排ガス導出管１１の上流側管口１１ｂを塞いでおり、且つ該排ガス導出管１１には、下流側消音室８を貫通する領域にパンチ孔１１ａが形成されている。

さらに、装置本体の外部（同図に示すハウジング１の長手方向両端側）には断熱カバー１２ａ，１２ｂ，１２ｃを設置しており、また、装置本体の内部（上流側端部１ａの内壁面）にはプレート１３を設置して二重構造にしている。
特開平６−２１０１３５号公報 特開平１０−１１５２１５号公報 特開２００２−７０５２４号公報

しかしながら、従来の技術あっては、次の（１）〜（４）に掲げる問題があった。

すなわち、従来の排ガス処理装置は、前述したように排ガスが上流側仕切板５、下流側仕切板９、排ガス導入管６、及び排ガス導出管１１に形成されたパンチ孔５ａ，９ａ，６ａ，１１ａを通過するように構成されている。そのため、排ガスは各パンチ孔６ａ，９ａ，６ａ，１１ａから抵抗を受けることとなり、排気抵抗が増加する。そして、この排気抵抗を低減するには、パンチ孔面積を広げて開口率を向上させることとなるが、その場合、仕切板（上流側仕切板５，下流側仕切板９）や排ガス管（排ガス導入管６，排ガス導出管１１）の（１）強度低下を招いてしまう。

さらに、従来の排ガス処理装置のように、装置本体の外部に断熱カバー１２ａ，１２ｂ，１２ｃを設置した場合には、部品点数が増えることにより（２）コストＵＰを招くとともに、外部寸法が増えることにより（３）装置の大型化を招いてしまう。また、従来の排ガス処理装置のように、装置本体の内部にプレート１３を設置した場合にも、部品点数が増えることになって（２）コストＵＰを招き、さらに内部寸法が小さくなるので、（４）排気騒音の低減に活用できる消音容積の縮小を招いてしまう。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、強度低下、コストＵＰ、及び装置の大型化を招くことなく、また、排気騒音の低減に活用できる消音容積を縮小させることもなく、排気抵抗を低減するとともに、断熱性を増加することができる排ガス処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関から排出された排ガスの消音処理及び浄化処理を行う内燃機関の排ガス処理装置であって、内部に排ガス流路が形成されたハウジングと、前記排ガス流路中に設けられ排ガス浄化材を担持する排ガス浄化部と、前記ハウジング内の領域のうち前記排ガス浄化部より上流側の領域を上流側から順に上流側消音室と上流側空間部とに区画し、該上流側消音室と該上流側空間部とを連通する孔が形成された上流側仕切板と、前記ハウジングの上流側端部及び前記上流側消音室を貫通するとともに、下流側管口が前記上流側仕切板に接続された排ガス導入管と、前記ハウジング内の領域のうち前記排ガス浄化部より下流側の領域を上流側から順に下流側空間部と下流側消音室とに区画し、該下流側空間部と該下流側消音室とを連通する孔が形成された下流側仕切板と、前記ハウジングの下流側端部及び前記下流側消音室を貫通するとともに、上流側管口が前記下流側仕切板に接続された排ガス導出管と、を備え、
前記上流側仕切板には、前記排ガス導入管の前記下流側管口を前記上流側空間部に開放するための開放口が形成され、且つ前記排ガス導入管には、前記上流側消音室を貫通する領域に孔が形成されていないことを特徴とする。

また、本発明は、内燃機関から排出された排ガスの消音処理及び浄化処理を行う内燃機関の排ガス処理装置であって、内部に排ガス流路が形成されたハウジングと、前記排ガス流路中に設けられ排ガス浄化材を担持する排ガス浄化部と、前記ハウジング内の領域のうち前記排ガス浄化部より上流側の領域を上流側から順に上流側消音室と上流側空間部とに区画し、該上流側消音室と該上流側空間部とを連通する孔が形成された上流側仕切板と、前記ハウジングの上流側端部及び前記上流側消音室を貫通するとともに、下流側管口が前記上流側仕切板に接続された排ガス導入管と、前記ハウジング内の領域のうち前記排ガス浄化部より下流側の領域を上流側から順に下流側空間部と下流側消音室とに区画し、該下流側空間部と該下流側消音室とを連通する孔が形成された下流側仕切板と、前記ハウジングの下流側端部及び前記下流側消音室を貫通するとともに、上流側管口が前記下流側仕切板に接続された排ガス導出管と、を備え、
前記下流側仕切板には、前記排ガス導出管の前記上流側管口を前記下流側空間部に開放するための開放口が形成され、且つ前記排ガス導出管には、前記下流側消音室を貫通する領域に孔が形成されていないことを特徴とする。

さらに、本発明は、内燃機関から排出された排ガスの消音処理及び浄化処理を行う内燃機関の排ガス処理装置であって、内部に排ガス流路が形成されたハウジングと、前記排ガス流路中に設けられ排ガス浄化材を担持する排ガス浄化部と、前記ハウジング内の領域のうち前記排ガス浄化部より上流側の領域を上流側から順に上流側消音室と上流側空間部とに区画し、該上流側消音室と該上流側空間部とを連通する孔が形成された上流側仕切板と、 前記ハウジングの上流側端部及び前記上流側消音室を貫通するとともに、下流側管口が前記上流側仕切板に接続された排ガス導入管と、前記ハウジング内の領域のうち前記排ガス浄化部より下流側の領域を上流側から順に下流側空間部と下流側消音室とに区画し、該下流側空間部と該下流側消音室とを連通する孔が形成された下流側仕切板と、前記ハウジングの下流側端部及び前記下流側消音室を貫通するとともに、上流側管口が前記下流側仕切板に接続された排ガス導出管と、を備え、
前記上流側仕切板には、前記排ガス導入管の前記下流側管口を前記上流側空間部に開放するための開放口が形成され、且つ前記排ガス導入管には、前記上流側消音室を貫通する領域に孔が形成されておらず、前記下流側仕切板には、前記排ガス導出管の前記上流側管口を前記下流側空間部に開放するための開放口が形成され、且つ前記排ガス導出管には、前記下流側消音室を貫通する領域に孔が形成されていないことが好ましい。

かかる構成とした場合には、排ガス導入管から導入された排ガスは、上流側消音室を経ることなく排ガス導入管内を直進して上流側空間部まで到達し、その下流側の排ガス浄化部で浄化される。排ガスは、排ガス導入管内を直進する際に上流側消音室で囲まれた断熱性の二重管構造により保温されるので、排ガス浄化部での浄化効率が向上する。なお、排ガスの騒音は、排ガスが上流側空間部を通過する際に、上流側仕切板に形成された孔により消音される。また、排ガス浄化部で浄化された排ガスは、下流側空間部を通過し、その大部分が下流側消音室を経ることなく排ガス導出管内に取り込まれ、排ガス導出管内を直進して導出される。排ガスは、排ガス導出管内を直進する際に、下流側消音室で囲まれた二重管構造により保温される。なお、排ガスの騒音は、排ガスが下流側空間部を通過する際に、その一部が下流側仕切板に形成された孔から下流側消音室内に流れ込んで消音され、或いは下流側仕切板の共鳴作用により消音される。

本発明によれば、内燃機関の排ガス処理装置において、強度低下、コストＵＰ、及び装置の大型化を招くことなく、また、排気騒音の低減に活用できる消音容積を縮小させることもなく、排気抵抗を低減するとともに、断熱性を増加させることができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る排ガス処理装置１０を示す概略断面図、図２は本発明の他の実施形態に係る排ガス処理装置２０の表面温度測定結果を示す図である。但し、図３に示した従来の排ガス処理装置３０と同一若しくは類似の箇所には同一の符号を付すとともに、新たに追加した箇所若しくは変更した箇所にのみ新たな符号を付すこととし、本発明の主要部を中心に説明する。

図１に示すように、排ガス処理装置１０は、内部に排ガス流路が形成されたハウジング１と、ハウジング１の上流側端部１ａから挿入された排ガス導入管６と、上流側仕切板５と、排ガス浄化部２と、下流側仕切板９と、ハウジング１の下流側端部１ｂから挿入された排ガス導出管１１と、を備えている。

ハウジング１内には、中心部付近に排ガス浄化材（例えば、触媒等）を担持する排ガス浄化部２が設けられ、排ガス浄化部２より上流側の領域は上流側仕切板５で区画されるとともに、排ガス浄化部２より下流側の領域は下流側仕切板９で区画されている。そして、ハウジング１と排ガス導入管６とで囲繞された空間には、上流側消音室３が形成され、ハウジング１と排ガス導出管１１とで囲繞された空間には、下流側消音室８が形成されている。また、上流側仕切板５と排ガス浄化部２との間には、上流側空間部４が形成され、下流側仕切板９と排ガス浄化部２との間には、下流側空間部７が形成されている。

上流側仕切板５には、その外周部に上流側消音室３と上流側空間部４とを連通するパンチ孔５ａが形成されており、その中心部には開放口５ｂが形成されている。他方、下流側仕切板９には、その外周部に下流側空間部７と下流側消音室８とを連通するパンチ孔９ａが形成されており、その中心部には開放口９ｂが形成されている。

排ガス導入管６は、上流側消音室３を貫通するとともに、下流側管口６ｂが上流側仕切板５の開放口５ｂに接続されており、下流側管口６ｂの全断面が上流側空間部４に開放されている。また、排ガス導出管１１は、下流側消音室８を貫通するとともに、上流側管口１１ｂが下流側仕切板９の開放口９ｂに接続されており、上流側管口１１ｂの全断面が下流側空間部７に開放されている。

すなわち、排ガス導入管６は、その下流側管口６ｂが上流側仕切板５で閉塞されることなく上流側空間部４に開放されており、しかも上流側消音室３を貫通する領域にはパンチ孔（例えば、図３に示したパンチ孔６ａ参照）が形成されていない。また、排ガス導出管１１は、その上流側管口１１ｂが下流側仕切板９で閉塞されることなく下流側空間部７に開放されており、しかも下流側消音室８を貫通する領域にはパンチ孔（例えば、図３に示したパンチ孔１１ａ参照）が形成されていない。なお、同図において、下流側管口６ｂと開放口５ｂ、及び上流側管口１１ｂと開放口９ｂは、それぞれ同一形状であるが、下流側管口６ｂ、上流側管口１１ｂの大部分がそれぞれ上流側空間部４、下流側空間部７に開放されていれば、異なる形状であってもよい。

従って、排ガス導入管６から導入された排ガスは、上流側消音室３を迂回ことなく排ガス導入管６内を直進して上流側空間部４まで到達し、その下流側の排ガス浄化部２で浄化される。排ガス浄化部２での浄化効率は、排ガス温度が高いほど高くなる傾向にあり、排ガスは、排ガス導入管６内を直進する際に、上流側消音室３で囲まれた二重管構造により保温されるので、排ガス浄化部２での浄化効率が向上する。なお、排ガスは、上流側空間部４を通過する際に、上流側仕切板５に形成された孔５ａにより消音される。

さらに、排ガス浄化部２で浄化された排ガスは、下流側空間部４を通過し、その大部分が下流側消音室８を迂回ことなく排ガス導出管１１内に直接取り込まれ、排ガス導出管１１内を直進して導出される。排ガスは、排ガス導出管１１内を直進する際に、下流側消音室８で囲まれた二重管構造により保温される。また、排ガスは、下流側空間部４を通過する際に、その一部が下流側仕切板９に形成されたパンチ孔９aから下流側消音室８内に流れ込んで消音され、或いは下流側仕切板９の共鳴作用により消音される。

以上の構成によれば、排ガス導入管６及び排ガス導出管１１には、上流側消音室３若しくは下流側消音室８を貫通する領域にパンチ孔（図３に示したパンチ孔６ａ，１１ａ参照）が形成されていない。そのため、排ガスがこれらの管内及び消音室を流れる際に管壁等から抵抗を受けにくくなり、排気抵抗が低減する。従って、排ガス導入管６及び排ガス導出管１１にパンチ孔を形成した場合と異なり、上流側仕切板５、下流側仕切板９、排ガス導入管６、及び排ガス導出管１１の強度低下を招くものではない。

また、排ガス処理装置２０内に導入された排ガスは、断熱性の二重管構造により、上流側消音室３及び下流側消音室８の双方で保温される。そのため、従来の排ガス処理装置３０とは異なり、装置本体の外部に断熱カバー１２ａ，１２ｂ，１２ｃを設置したり、或いは装置本体の内部にプレート１３を設置する必要がない。従って、外部寸法が増えたり、内部寸法が小さくなるものではない。

さらに、本実施形態の構成によれば、排ガスが上流側（上流側消音室３、上流側仕切板５のパンチ孔５ａ）のみならず、下流側（下流側消音室８、下流側仕切板９のパンチ孔９ａ）でも消音されることとなり、排ガスの消音効果は十分に担保される。

以上のように、本実施形態の構成によれば、コストＵＰや、装置の大型化を招くことなく、また、消音容積を縮小させることもなく、排気抵抗を低減するとともに、断熱性を増加させることができるようになる。

次に、本発明の断熱性増加効果を確認すべく、排ガス処理装置の表面温度を測定した。その測定結果を図２に示す。但し、本実施例で用いた排ガス処理装置は、図１に示した排ガス処理装置１０と異なり、下流側のみが断熱構造であり、上流側は非断熱構造である。その他の構造は図１に示した構造と同様である。比較例で用いた排ガス処理装置は、図３に示した排ガス処理装置３０と同様、上流側及び下流側がいずれも非断熱構造である。

すなわち、本実施例で用いた排ガス処理装置（図２（ａ）参照）において、下流側仕切板９には、排ガス導出管１１の上流側管口１１ｂを下流側空間部７に開放するための開放口９ｂが形成され、且つ排ガス導出管１１には、下流側消音室８を貫通する領域に孔（図１に示したパンチ孔１１ａ参照）が形成されていない（図１の下流側参照）。但し、上流側仕切板５には、排ガス導入管６の下流側管口６ｂを上流側空間部４に開放するための開放口５ｂが形成されておらず、且つ排ガス導入管６には、上流側消音室３を貫通する領域にパンチ孔６ａが形成されている（図３の上流側参照）。

一方、比較例で用いた排ガス処理装置（図２（ｂ）参照）において、上流側仕切板５には、排ガス導入管６の下流側管口６ｂを上流側空間部４に開放するための開放口が形成されておらず、且つ排ガス導入管６には、上流側消音室３を貫通する領域にパンチ孔６ａが形成されている（図３の上流側参照）。また、下流側仕切板９にも、排ガス導出管１１の上流側管口１１ｂを下流側空間部７に開放するための開放口が形成されておらず、且つ排ガス導出管１１には、下流側消音室８を貫通する領域にパンチ孔１１ａが形成されている（図３の下流側参照）。

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施例と比較例とを比較すると、上流側の非断熱構造部及び中央付近の触媒部では、表面温度がほぼ同じ温度状態であった。しかし、下流側では異なった温度状態となり、本実施例の場合には表面温度が３２９℃を示す一方、比較例の場合にはこれよりも高温の４４５℃を示した。このことは、本実施例の場合、比較例の場合よりも下流側が放熱されにくい断熱構造となっており、そのために表面温度が低くなったことを示唆する。従って、本実施例の構成によれば、比較例の構成と比べると、断熱性の増加という点で優れた効果を奏する。

ところで、本実施例で用いた排ガス処理装置は、下流側のみが断熱構造であり、上流側は非断熱構造である。しかし、本発明の構成は、かかる構成に限定されるものではなく、上流側のみ断熱構造とし、下流側は非断熱構造としてもよい。すなわち、上流側仕切板５には、排ガス導入管６の下流側管口６ｂを上流側空間部４に開放するための開放口５ｂが形成され、且つ排ガス導入管６には、上流側消音室３を貫通する領域に孔６ａが形成されていないこととし、他方、下流側仕切板９には、排ガス導出管１１の上流側管口１１ｂを下流側空間部７に開放するための開放口９ｂが形成されておらず、且つ排ガス導出管１１には、下流側消音室８を貫通する領域に孔（図１に示したパンチ孔１１ａ参照）が形成されていることとしてもよい。かかる構成とした場合にも、排ガス処理装置内に導入された排ガスは、上流側の二重管構造により保温され、前述と同様の効果を奏する。

本発明の一実施形態における排ガス処理装置を示す概略断面図である。 本発明の他の実施形態における排ガス処理装置の表面温度を示す図であり、（ａ）は本発明の排ガス処理装置の測定結果、（ｂ）は従来の排ガス処理装置の測定結果を示す。 従来の排ガス処理装置を示す概略断面図である。

符号の説明

１ ハウジング
２ 排ガス浄化部
３ 上流側消音室
４ 上流側空間部
５（５ａ，５ｂ） 上流側仕切板（パンチ孔，開放口）
６（６ａ，６ｂ） 排ガス導入管（パンチ孔，下流側管口）
７ 下流側空間部
８ 下流側消音室
９（９ａ，９ｂ） 下流側仕切板（パンチ孔，開放口）
１１（１１ａ，１１ｂ） 排ガス導出管（パンチ孔，上流側管口）
１０、２０、３０ 内燃機関の排ガス処理装置

Claims (3)

1. 内燃機関から排出された排ガスの消音処理及び浄化処理を行う内燃機関の排ガス処理装置であって、
   内部に排ガス流路が形成されたハウジングと、
   前記排ガス流路中に設けられ排ガス浄化材を担持する排ガス浄化部と、
   前記ハウジング内の領域のうち前記排ガス浄化部より上流側の領域を上流側から順に上流側消音室と上流側空間部とに区画し、該上流側消音室と該上流側空間部とを連通する孔が形成された上流側仕切板と、
   前記ハウジングの上流側端部及び前記上流側消音室を貫通するとともに、下流側管口が前記上流側仕切板に接続された排ガス導入管と、
   前記ハウジング内の領域のうち前記排ガス浄化部より下流側の領域を上流側から順に下流側空間部と下流側消音室とに区画し、該下流側空間部と該下流側消音室とを連通する孔が形成された下流側仕切板と、
   前記ハウジングの下流側端部及び前記下流側消音室を貫通するとともに、上流側管口が前記下流側仕切板に接続された排ガス導出管と、
   を備え、
   前記上流側仕切板には、前記排ガス導入管の前記下流側管口を前記上流側空間部に開放するための開放口が形成され、且つ前記排ガス導入管には、前記上流側消音室を貫通する領域に孔が形成されていないことを特徴とする排ガス処理装置。
2. 内燃機関から排出された排ガスの消音処理及び浄化処理を行う内燃機関の排ガス処理装置であって、
   内部に排ガス流路が形成されたハウジングと、
   前記排ガス流路中に設けられ排ガス浄化材を担持する排ガス浄化部と、
   前記ハウジング内の領域のうち前記排ガス浄化部より上流側の領域を上流側から順に上流側消音室と上流側空間部とに区画し、該上流側消音室と該上流側空間部とを連通する孔が形成された上流側仕切板と、
   前記ハウジングの上流側端部及び前記上流側消音室を貫通するとともに、下流側管口が前記上流側仕切板に接続された排ガス導入管と、
   前記ハウジング内の領域のうち前記排ガス浄化部より下流側の領域を上流側から順に下流側空間部と下流側消音室とに区画し、該下流側空間部と該下流側消音室とを連通する孔が形成された下流側仕切板と、
   前記ハウジングの下流側端部及び前記下流側消音室を貫通するとともに、上流側管口が前記下流側仕切板に接続された排ガス導出管と、
   を備え、
   前記下流側仕切板には、前記排ガス導出管の前記上流側管口を前記下流側空間部に開放するための開放口が形成され、且つ前記排ガス導出管には、前記下流側消音室を貫通する領域に孔が形成されていないことを特徴とする排ガス処理装置。
3. 内燃機関から排出された排ガスの消音処理及び浄化処理を行う内燃機関の排ガス処理装置であって、
   内部に排ガス流路が形成されたハウジングと、
   前記排ガス流路中に設けられ排ガス浄化材を担持する排ガス浄化部と、
   前記ハウジング内の領域のうち前記排ガス浄化部より上流側の領域を上流側から順に上流側消音室と上流側空間部とに区画し、該上流側消音室と該上流側空間部とを連通する孔が形成された上流側仕切板と、
   前記ハウジングの上流側端部及び前記上流側消音室を貫通するとともに、下流側管口が前記上流側仕切板に接続された排ガス導入管と、
   前記ハウジング内の領域のうち前記排ガス浄化部より下流側の領域を上流側から順に下流側空間部と下流側消音室とに区画し、該下流側空間部と該下流側消音室とを連通する孔が形成された下流側仕切板と、
   前記ハウジングの下流側端部及び前記下流側消音室を貫通するとともに、上流側管口が前記下流側仕切板に接続された排ガス導出管と、
   を備え、
   前記上流側仕切板には、前記排ガス導入管の前記下流側管口を前記上流側空間部に開放するための開放口が形成され、且つ前記排ガス導入管には、前記上流側消音室を貫通する領域に孔が形成されておらず、
   前記下流側仕切板には、前記排ガス導出管の前記上流側管口を前記下流側空間部に開放するための開放口が形成され、且つ前記排ガス導出管には、前記下流側消音室を貫通する領域に孔が形成されていないことを特徴とする排ガス処理装置。