JP7404592B2 - ディーゼルエンジンの排気処理装置およびディーゼルエンジン - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排気処理装置およびディーゼルエンジンに関する。

ディーゼルエンジンの排気処理装置は、ＤＰＦマフラともいい、ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ：ディーゼル微粒子捕集フィルタ）およびＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）等を有している。ＤＰＦは、ＰＭ（粒子状物質の略称）を捕集する。ＤＯＣは、ＨＣ（炭化水素）とＣＯ（一酸化炭素）を酸化させる。ＤＯＣは、排気ガスを昇温させ、ＤＰＦ内のＰＭを燃焼させる。排気処理装置は、ＤＰＦで捕捉したＰＭの堆積量を予測するために、差圧センサを用いて圧力を測定している。差圧センサは、ＤＰＦの上流側と下流側との差圧を検出する。排気処理装置は、ＤＰＦにより排気中のＰＭを捕捉して、差圧センサにより検出したＤＰＦの上流側と下流側との差圧に基づいて、ＰＭ堆積量を推定する。ＰＭ堆積量が所定の再生要求量になると、排気処理装置は、排気温度を上げて、ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼して除去することで、ＤＰＦを再生する。

一般的には、排気処理装置では、ＤＯＣを活性化させるために、まずは排気ガス温度を２００℃付近に保つ必要がある。また、ＤＰＦ再生時には、排気処理装置自体が高温になるために、周辺部品への熱害の影響にも注意を払う必要がある。従って、排気処理装置の外側には、断熱材が配置されている。特許文献１には、ＤＰＦとＤＯＣとを有する排気処理装置が開示されている。

特許文献１に記載の排気処理装置では、排気ガスの流路と断熱材が組み込まれている部屋とは、一枚の仕切り板によって互いに仕切られている。例えば特許文献１に記載されたような排気処理装置において、一枚の仕切り板は、排気処理装置のカバーの内壁に対して全周に渡って溶接されているのではなく、数点でスポット溶接されている場合がある。このような場合には、仕切り板とカバーの内壁との間に隙間が形成されてしまい、しかもカバーの内壁に対する仕切り板の正確な位置決めが難しい。従って、仕切り板が傾いてカバーの内壁に固定されてしまうと、断熱材が局部的に仕切り板により圧縮される。圧縮された状態の断熱材は、熱が加わると硬化して繊維状に分解されてしまう。断熱材が硬化して繊維状に分解されると、排気処理装置の寿命の低下が避けられない。しかも、仕切り板とカバーの内壁との間に隙間が形成されると、隙間から断熱材へ直接高温の排気ガスが流れる。そうすると、隙間から音の放射が生じるので、騒音が大きくなる。

特開２０１１－２０８５７１号公報

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、断熱材へ直接高温の排気ガスが流れるのを防いで断熱材の分解を防ぎ、音の放射による騒音を抑制して、排気処理装置の長寿命化を図ることができるディーゼルエンジンの排気処理装置およびディーゼルエンジンを提供することを目的とする。

前記課題は、ディーゼル酸化触媒およびディーゼル微粒子捕集フィルタを収容するケーシングと、前記ケーシングの内部に形成され排気ガスを通す排気ガス流路と、前記排気ガス流路と隣り合う位置に設けられた断熱材と、前記排気ガス流路と前記断熱材との間に設けられ、前記排気ガス流路と前記断熱材とを仕切る仕切り部材と、を備え、前記断熱材は、前記仕切り部材により囲まれ封止されていることを特徴とする本発明に係るディーゼルエンジンの排気処理装置により解決される。

本発明のディーゼルエンジンの排気処理装置によれば、仕切り部材は、断熱材を囲むようにして封止する構成である。そのため、断熱材へ直接高温の排気ガスが流れるのを防いで断熱材の分解を防ぐとともに、音の放射による騒音を抑制することができる。これにより、排気処理装置の長寿命化を図ることができる。

本発明のディーゼルエンジンの排気処理装置において、好ましくは、前記断熱材は、前記排気ガス流路側に位置する一方の面と、前記一方の面とは反対側の他方の面と、外周囲面と、を有する板状の部材であり、前記仕切り部材は、前記断熱材の前記一方の面と前記外周囲面とを覆う第１構成体と、前記断熱材の前記他方の面を覆う第２構成体と、を有し、前記第１構成体は、前記第２構成体内に圧入されることで固定されていることを特徴とする。
本発明のディーゼルエンジンの排気処理装置によれば、第１構成体は、第２構成体内に圧入されることで固定される。そのため、第１構成体と第２構成体とは、断熱材を囲むようにして封止できる。これにより、作業者等は、第１構成体を第２構成体内に圧入して組み立てるだけなので組み立て作業を容易に行える。

本発明のディーゼルエンジンの排気処理装置において、好ましくは、前記第１構成体は、前記断熱材の前記一方の面を密着して覆う一方の面覆い部分と、前記断熱材の前記外周囲面を覆う外周囲面覆い部分と、を有し、前記第２構成体は、前記ケーシングに固定され、前記断熱材の前記他方の面を覆う他方の面覆い部分と、前記第１構成体の前記外周囲面覆い部分と嵌まり合い前記第１構成体を固定する側面延長部と、を有することを特徴とする。
本発明のディーゼルエンジンの排気処理装置によれば、第２構成体は、ケーシングに固定され、他方の面覆い部分と、側面延長部と、を有する。第２構成体の側面延長部は、第１構成体の外周囲面覆い部分と嵌まり合い第１構成体を固定する。そのため、第１構成体と第２構成体とは、断熱材を囲むようにして封止できる。これにより、作業者等は、第１構成体を第２構成体内に圧入して組み立てるだけなので組み立て作業を容易に行える。

本発明のディーゼルエンジンの排気処理装置において、好ましくは、前記断熱材および前記仕切り部材は、前記排気ガスを前記ディーゼル酸化触媒へ導入する排気ガス導入部側の端面部に配置されていることを特徴とする。
本発明のディーゼルエンジンの排気処理装置によれば、高温の排気ガスが導入される排気ガス導入部側の断熱材に対して仕切り部材が配置されるので、断熱材の劣化が熱により進行するのを抑制して、排気処理装置の長寿命化を図ることができる。

また、前記課題は、ディーゼル酸化触媒およびディーゼル微粒子捕集フィルタを収容するケーシングと、前記ケーシングの内部に形成され排気ガスを通す排気ガス流路と、前記排気ガス流路と隣り合う位置に設けられた断熱材と、前記排気ガス流路と前記断熱材との間に設けられ、前記排気ガス流路と前記断熱材とを仕切る仕切り部材と、を有するディーゼルエンジンの排気処理装置を備えたディーゼルエンジンであって、前記ディーゼルエンジンの排気処理装置の前記断熱材は、前記仕切り部材により囲まれ封止されていることを特徴とする本発明に係るディーゼルエンジンにより解決される。

本発明のディーゼルエンジンによれば、ディーゼルエンジンの排気処理装置の仕切り部材は、断熱材を囲むようにして封止する構成である。そのため、断熱材へ直接高温の排気ガスが流れるのを防いで断熱材の分解を防ぐとともに、音の放射による騒音を抑制することができる。これにより、排気処理装置の長寿命化を図ることができる。

本発明によれば、断熱材へ直接高温の排気ガスが流れるのを防いで断熱材の分解を防ぎ、音の放射による騒音を抑制して、排気処理装置の長寿命化を図ることができるディーゼルエンジンの排気処理装置およびディーゼルエンジンを提供することができる。

本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの排気処理装置を示す断面図である。 図１に示す断熱材を含む領域Ｐの構造例を示す断面図である。 図２に示す断熱材と断熱材の周辺部分の構造例を拡大して示す断面図である。 本発明の範囲外である比較例を示す断面図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（ディーゼルエンジンの排気処理装置１の構成例）
図１は、本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの排気処理装置を示す断面図である。
図１に示すディーゼルエンジンの排気処理装置１は、例えば産業用のディーゼルエンジンに搭載される。産業用のディーゼルエンジンとしては、例えば建設機械、農業機械、芝刈り機等に搭載されるが、ディーゼルエンジン１００が搭載される機器の種類は、特に限定されない。

ディーゼルエンジンの排気処理装置（以下、排気処理装置という）１は、ＤＰＦマフラともいい、耐熱性を有する金属製の円筒状のケーシング２と、ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ：ディーゼル微粒子捕集フィルタ）３と、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）４と、一方と他方の断熱材５，６と、排気ガス導入部７と、排気ガス排出部８等を有している。ケーシング２は、ＤＰＦ３とＤＯＣ４を収容している。

ディーゼルエンジン１００から排出される排気ガスＧは、矢印で示すように、排気ガス導入部７からケーシング２内の排気ガス流路内に導入され、ＤＯＣ４に通して排気ガスＧの昇温を行うことで排気ガスＧ中のＨＣとＣＯが酸化され、そしてＤＰＦ３を通過すると、排気ガスＧ中のＰＭ（粒子状物質の略称）がＤＰＦ３に捕集されてＰＭは燃焼される。その後、排気ガスＧは、排気ガス排出部８からディーゼルエンジン１００の排気系に送られる。

図１に示すディーゼルエンジン１００は、排気処理装置１を搭載している。排気処理装置１のケーシング２の断熱材６寄りの位置は、ディーゼルエンジン１００に対して、図示しないブラケットとボルト等を用いて固定されている。同様にして、排気処理装置１の断熱材５寄りの位置は、ディーゼルエンジン１００に対して、図示しないブラケットとボルト等を用いて固定されている。

図２は、図１に示す断熱材５を含む領域Ｐの構造例を示す断面図である。
ただし、図２に示す排気処理装置１は、図１に示す排気処理装置１を、ケーシング２の中心軸Ｆ－Ｆを中心にして９０度回転させた状態である。
図２に示すように、ケーシング２は、排気ガス導入部７の付近に、円筒状のケーシング断熱材１１を有する。ケーシング断熱材１１の一方の開口部１２には、ＤＯＣ４の排気ガス導入端面４Ａが配置されている。ケーシング断熱材１１の他方の開口部１３は、耐熱性を有する円形の金属製の封止板１４により封止されている。封止板１４の内面には、複数の突起１５が形成されている。

（断熱材５と断熱材５の周辺部分の構造例）
図３は、図２に示す断熱材５と断熱材５の周辺部分の構造例を拡大して示す断面図である。
図２と図３を参照して、断熱材５と断熱材５の周辺部分の構造例を説明する。
断熱材５は、例えば円形の厚みのある断熱板であり、ケーシング２の内部に形成された排気ガス流路５０と隣り合う位置に設けられている。断熱材５は、一方の面（内面）５Ａと、他方の面（外面）５Ｂと、外周囲面５Ｃと、を有する。断熱材５は、仕切り部材２０に取り囲まれるようにして封止されている。

仕切り部材２０は、ケーシング２内の排気ガス流路５０から断熱材５を保護するために配置されていて、仕切り部材２０は、排気ガス流路５０と断熱材５とを仕切っている。仕切り部材２０は、例えば耐熱性を有する鉄板のような金属板を板金加工するにより作られている。しかし、仕切り部材２０は、金属板以外に、耐熱性を有するセラミクス板等により作られていても良い。

図２と図３に示すように、仕切り部材２０は、第１構成体２０Ａと、第２構成体２０Ｂと、を有する。仕切り部材２０の第１構成体２０Ａと第２構成体２０Ｂは、断熱材５の全周囲を覆って囲むことで、排気ガス流路５０を流れる排気ガスＧから断熱材５を保護している。
図３に示すように、仕切り部材２０の第１構成体２０Ａは、円形状の一方の面覆い部分２１と、外周囲面覆い部分２２と、を有する。外周囲面覆い部分２２は、一方の面覆い部分２１から連続して形成されていて、第１構成体２０Ａはほぼ断面Ｕ字型を有する。一方の面覆い部分２１は、断熱材５の一方の面５Ａの全領域を密着して覆っており、外周囲面覆い部分２２は、断熱材５の外周囲面５Ｃの全領域を密着して覆っている。

しかも、外周囲面覆い部分２２の縁部分２３は、断熱材５の他方の面５Ｂの縁部分領域側へ、半径方向内側に９０度折り返すことで形成されており、縁部分２３は、他方の面５Ｂの縁部分に固定されている。従って、仕切り部材２０の第１構成体２０Ａは、断熱材５の一方の面５Ａと外周囲面５Ｃの全領域を、包み込むようにして密着して保護している。このため、断熱材５は、仕切り部材２０の第１構成体２０Ａを用いて、排気ガス流路５０に流れる高温の排気ガスＧに対して直接接触しないことから、断熱材５は、排気ガスＧから保護されている。

図３に示すように、仕切り部材２０の円形状の第２構成体２０Ｂは、断熱材５の他方の面５Ｂの全領域に密着して覆っている。第２構成体２０Ｂは、他方の面覆い部分３０と、側面延長部３１と、延長縁部３２を有する。側面延長部３１は、他方の面覆い部分３０から９０度曲げることで全周囲に渡って形成されており、第１構成体２０Ａの外周囲面覆い部分２２の全領域を覆う大きさを有する。延長縁部３２は、側面延長部３１からはさらに９０度外側に折り返すことで半径方向に延長して形成されている。

図３に示すように、第２構成体２０Ｂの延長縁部３２は、ケーシング断熱材１１に対して、全周囲に渡って半径方向に差し込まれている。これにより、第２構成体２０Ｂは、ケーシング断熱材１１に対して固定されている。第１構成体２０Ａの外周囲面覆い部分２２の外面は、第２構成体２０Ｂの側面延長部３１の内面に対して、溶接ではなく、隙間の無いように差し込まれて、圧入により固定されている。ケーシング２の封止板１４の各突起１５は、第２構成体２０Ｂの他方の面覆い部分３０に突き当てるようにして、第２構成体２０Ｂを保持している。第２構成体２０Ｂは、ケーシング２に対して固定され、第１構成体２０Ａは、第２構成体２０Ｂに対して圧入により固定されている。断熱材５は、一方の面５Ａと、他方の面５Ｂと、外周囲面５Ｃの全領域が、第１構成体２０Ａと第２構成体２０Ｂにより覆われており、完全に封止されている。

図４は、本発明の範囲外である比較例を示している。
図４に示す比較例では、仕切り板１０７が断熱材１０５の一方の面１０５Ａを覆っている。カバー部材１２０が断熱材１０５の他方の面１０５Ｂと外周囲面１０５Ｃを覆っている。仕切り板１０７の縁部１０１がカバー部材１２０の内面１２１に突き当てられている。しかも、仕切り板１０７が、ケーシング１０２の内面に対して、スポット溶接１３０により固定されている。しかし、溶接作業の際に、ケーシング１０２の内面に対して仕切り板１０７を固定するためのスポット溶接１３０の位置が所定の位置からずれてしまうと、仕切り板１０７が傾いて固定されてしまう。仕切り板１０７が傾くと、仕切り板１０７の縁部１０１は、カバー部材１２０の内面１２１に対してうまく密着できず、仕切り板１０７の縁部１０１とカバー部材１２０の内面１２１との間に隙間ができてしまう。このため、比較例では、高温の排気ガスが、この隙間を通じて断熱材１０５に直接入るので、断熱材１０５は高温の排気ガスに晒されて、断熱材１０５の熱劣化が生じる。また、仕切り板１０７が傾いて固定されてしまうと、断熱材１０５の一部分が仕切り板１０７により局部的に圧縮されてしまい、本来の断熱材１０５の性能を発揮できない。また、仕切り板１０７の縁部１０１とカバー部材１２０の内面１２１との間に隙間ができると、放射音が抑制できない。

以上説明したように、本発明の実施形態のディーゼルエンジンの排気処理装置１およびディーゼルエンジン１００では、断熱材５は、仕切り部材２０の内部に収容して封止されており、断熱材５は、排気ガス流路５０を流れる高温の排気ガスＧが、断熱材５に直接接触しない。このため、高温の排気ガスＧが、断熱材５には直接触れないことから、断熱材５が排気ガスＧの影響により熱劣化するのを抑制できる。また、断熱材５は、仕切り部材２０の内部に収容して封止されているので、排気処理装置１からの放射音を低減でき、排気処理装置１の消音性能が向上する。断熱材５へ直接高温の排気ガスＧが流れるのを防いで断熱材５の分解を防ぎ、音の放射による騒音を抑制して、コストアップを抑制しながら排気処理装置１の長寿命化を図ることができる。

仕切り部材２０は、簡単な構成でありながら、断熱材５を封止してしかもケーシング２側に固定できることから、コストダウンを図ることができる。断熱材５は、仕切り部材２０により囲まれるようにして封止されているので、断熱材に高温の排気ガスが直接触れることがなく、断熱材５の熱による劣化を抑制できる。仕切り部材２０の第１構成体２０Ａと断熱材５は、第２構成体２０Ｂ内に圧入することで固定でき、従来取り付け時に生じた断熱材の一部分が局部的に圧縮されてしまうことが全くない。このため、断熱材の断熱性能が低下することを防ぐことができ、排気処理装置１の耐久性が向上する。

第１構成体２０Ａは、第２構成体２０Ｂ内に圧入することで固定するだけで、第１構成体２０Ａと第２構成体２０Ｂは断熱材５を囲むようにして封止でき、圧入して組み立てるだけなので組み立て作業が容易に行え、スポット溶接作業が不要になる。第２構成体２０Ｂはケーシング２に固定されている。第２構成体２０Ｂの側面延長部３１は、第１構成体２０Ａの外周囲面覆い部分２２と嵌まり合い、第１構成体２０Ａを固定する。そのため、第１構成体２０Ａと第２構成体２０Ｂとは、断熱材５を囲むようにして封止できる。これにより、作業者等は、第１構成体２０Ａを第２構成体２０Ｂ内に圧入して組み立てるだけなので組み立て作業を容易に行える。高温の排気ガスＧが導入される排気ガス導入部７側の断熱材５に対して仕切り部材２０を配置するので、断熱材５の劣化が熱により進行するのを抑制して、断熱材５と排気処理装置１の長寿命化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。上記実施形態の構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせたりすることができる。
例えば、図示例では、ケーシング２の排気ガス流路５０は断面円形状の円筒状の部材であるが、ケーシングの排気ガス流路は例えば断面矩形状であっても良い。この場合には、断熱材と仕切り部材は、排気ガス流路の形状に合わせて、円形ではなく矩形状になる。

１：排気処理装置、 ２：ケーシング、 ３：ＤＰＦ、 ４：ＤＯＣ、 ４Ａ：排気ガス導入端面、 ５：断熱材、 ５Ａ：一方の面、 ５Ｂ：他方の面、 ５Ｃ：外周囲面、 ６：断熱材、 ７：排気ガス導入部、 ８：排気ガス排出部、 １１：ケーシング断熱材、 １２：開口部、 １３：開口部、 １４：封止板、 １５：突起、 ２０：仕切り部材、 ２０Ａ：第１構成体、 ２０Ｂ：第２構成体、 ２１：一方の面覆い部分、 ２２：外周囲面覆い部分、 ２３：縁部分、 ３０：他方の面覆い部分、 ３１：側面延長部、 ３２：延長縁部、 ５０：排気ガス流路、 １００：ディーゼルエンジン、 １０１：縁部、 １０２：ケーシング、 １０５：断熱材、 １０５Ａ：一方の面、 １０５Ｂ：他方の面、 １０５Ｃ：外周囲面、 １０７：仕切り板、 １２０：カバー部材、 １２１：内面、 １３０：スポット溶接、 Ｇ：排気ガス、 Ｐ：領域

Claims (5)

1. ディーゼル酸化触媒およびディーゼル微粒子捕集フィルタを収容し、円筒状のケーシング断熱材を有するケーシングと、
   前記ケーシングの内部に形成され排気ガスを通す排気ガス流路と、
   前記排気ガス流路と隣り合う位置に設けられ、前記排気ガス流路側に位置する一方の面と、前記一方の面とは反対側の他方の面と、外周囲面と、を有する板状の断熱材と、
   前記排気ガス流路と前記断熱材との間に設けられ、前記排気ガス流路と前記断熱材とを仕切る仕切り部材と、
   を備え、
   前記仕切り部材は、前記断熱材の前記一方の面と前記外周囲面とを覆う第１構成体と、前記断熱材の前記他方の面を覆う第２構成体と、を有し、
   前記第１構成体は、前記第２構成体内に圧入されることで固定され、前記断熱材の前記一方の面を密着して覆う一方の面覆い部分と、前記断熱材の前記外周囲面を覆う外周囲面覆い部分と、を有し、
   前記第２構成体は、前記ケーシングに固定され、前記断熱材の前記他方の面を覆う他方の面覆い部分と、前記第１構成体の前記外周囲面覆い部分と嵌まり合い前記第１構成体を固定する側面延長部と、前記側面延長部から延長して形成され前記ケーシング断熱材に対して全周囲に渡って半径方向に差し込まれた延長縁部と、を有し、
   前記断熱材は、前記第１構成体と前記第２構成体とにより覆われ封止されていることを特徴とするディーゼルエンジンの排気処理装置。
2. 前記ケーシングは、前記ケーシング断熱材の開口部を封止する封止板をさらに有し、
   前記第２構成体は、前記封止板に保持されたことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気処理装置。
3. 前記外周囲面覆い部分の縁部分は、前記断熱材の前記他方の面の側へ折り返して形成されており、前記断熱材の前記他方の面の縁部分に固定されたことを特徴とする請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの排気処理装置。
4. 前記断熱材および前記仕切り部材は、前記排気ガスを前記ディーゼル酸化触媒へ導入する排気ガス導入部側の端面部に配置されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの排気処理装置。
5. ディーゼル酸化触媒およびディーゼル微粒子捕集フィルタを収容し、円筒状のケーシング断熱材を有するケーシングと、
   前記ケーシングの内部に形成され排気ガスを通す排気ガス流路と、
   前記排気ガス流路と隣り合う位置に設けられ、前記排気ガス流路側に位置する一方の面と、前記一方の面とは反対側の他方の面と、外周囲面と、を有する板状の断熱材と、
   前記排気ガス流路と前記断熱材との間に設けられ、前記排気ガス流路と前記断熱材とを仕切る仕切り部材と、
   を有するディーゼルエンジンの排気処理装置を備えたディーゼルエンジンであって、
   前記仕切り部材は、前記断熱材の前記一方の面と前記外周囲面とを覆う第１構成体と、前記断熱材の前記他方の面を覆う第２構成体と、を有し、
   前記第１構成体は、前記第２構成体内に圧入されることで固定され、前記断熱材の前記一方の面を密着して覆う一方の面覆い部分と、前記断熱材の前記外周囲面を覆う外周囲面覆い部分と、を有し、
   前記第２構成体は、前記ケーシングに固定され、前記断熱材の前記他方の面を覆う他方の面覆い部分と、前記第１構成体の前記外周囲面覆い部分と嵌まり合い前記第１構成体を固定する側面延長部と、前記側面延長部から延長して形成され前記ケーシング断熱材に対して全周囲に渡って半径方向に差し込まれた延長縁部と、を有し、
   前記断熱材は、前記第１構成体と前記第２構成体とにより覆われ封止されていることを特徴とするディーゼルエンジン。

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