排気ガス浄化装置
【課題】装置の小型化を維持しつつ、取り扱いを容易にでき、かつ組立や分解等も迅速にできる排気ガス浄化装置を提供すること。
【解決手段】排気ガス浄化装置１は、排気ガスの流れ方向に沿って着脱自在に直列配置された筒状の本体シェル３１および出口側シェル４１と、本体シェル３１内に配置されたＣＳＦ３２とを備え、本体シェル３１とＣＳＦ３２との間には断熱マット３２２が介装され、本体シェル３１における出口側シェル４１側の端部には、膨出部５１が設けられ、出口側シェル４１における本体シェル３１側の端部には、本体シェル３１側に向けて拡開したフレア部６１が設けられ、各シェル３１，４１は、膨出部５１とフレア部６１とを跨ぐＶインサート７１を有した締結具７により互いに接続され、ＣＳＦ３２の出口側シェル３１側の端部は、断熱マット３２２の端部よりも出口側シェル３１側に突出し、かつ本体シェル３１の端部よりも内側に位置している。
【解決手段】排気ガス浄化装置１は、排気ガスの流れ方向に沿って着脱自在に直列配置された筒状の本体シェル３１および出口側シェル４１と、本体シェル３１内に配置されたＣＳＦ３２とを備え、本体シェル３１とＣＳＦ３２との間には断熱マット３２２が介装され、本体シェル３１における出口側シェル４１側の端部には、膨出部５１が設けられ、出口側シェル４１における本体シェル３１側の端部には、本体シェル３１側に向けて拡開したフレア部６１が設けられ、各シェル３１，４１は、膨出部５１とフレア部６１とを跨ぐＶインサート７１を有した締結具７により互いに接続され、ＣＳＦ３２の出口側シェル３１側の端部は、断熱マット３２２の端部よりも出口側シェル３１側に突出し、かつ本体シェル３１の端部よりも内側に位置している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば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の浄化装置として、複数の筒状の外装シェルを直列に接続した構造のものが知られている。１つのシェルの内部には、排気ガス中のＰＭ（粒子状物質：Particulate Matter）を捕集するＣＳＦ（触媒化スートフィルタ：Catalyzed Soot Filter）が収容され、その入口側に接続されたシェル内には、排気ガス中に供給されるドージング燃料を酸化、発熱させて排気ガス温度を上昇させるＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒：Diesel Oxidation Catalyst）が収容されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
特許文献１では、装置全体のコンパクト化を図るため、ＤＯＣ側のシェルの出口側に拡径部を設け、この拡径部内にＣＳＦ側のシェルの入口側を印籠式に嵌め込み、よってＤＯＣとＣＳＦとの距離を縮めて装置の全長を小さくしている。そして、各シェルの接続は、対向し合うフランジ同士を当接させるとともに、これらを貫通するボルトおよびナットの締結により行われる。
【０００４】
しかし、この特許文献１の構造では、各シェルを印籠式で嵌合させているため、排気ガスの熱により熱応力が生じると、シェルが変形して互いを容易に分解することができず、ＣＳＦの洗浄や交換等のメンテナンスが困難になる。
そこで、特許文献２のように、特許文献１にあった嵌合部分をなくしたうえで、ＣＳＦの入口部分をＤＯＣ側のシェル内に入り込ませる構造とすることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２６３５９３号公報
【特許文献２】特開２０１１−０１２６１８合公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２では、排気ガス浄化装置として組み立てられている状態では、ＤＯＣおよびＣＳＦの両方がシェルによって覆われているが、分解した状態では、ＣＳＦがＤＯＣ側のシェル内に入り込む分だけ、自身を覆っているシェルから突出し、露出することになる。従って、メンテナンス中において、ＣＳＦの突出部分が他に接触する等して破損する可能性があり、取り扱いを慎重に行う必要がある。
【０００７】
また、各フランジによる接続位置をＤＯＣ側に大きくずらして、ＣＳＦを自身のシェルで完全に覆うようにしようとすると、フランジがＤＯＣ側のシェルの外周を覆っている断熱材に近づき過ぎてしまうため、フランジを貫通させるボルトやこれに螺合されるナットの操作が繁雑になり、分解や組立を迅速に行うことができない。さらに、装置の形態によっては、フランジが排気管に近づきすぎたり、温度センサに近づき過ぎたりすることもあり、同様な問題が生じる。
【０００８】
本発明の目的は、装置の小型化を維持しつつ、取り扱いを容易にでき、かつ組立や分解等も迅速にできる排気ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１発明に係る排気ガス浄化装置は、排気ガスの流れ方向に沿って着脱自在に直列配置される筒状の第１シェルおよび第２シェルを備え、前記第１シェルにおける前記第２シェルが接続される側の端部には、径方向の外側に膨出した膨出部が設けられ、前記第２シェルにおける前記第１シェルが接続される側の端部には、該第１シェル側に向けて拡開したフレア部が設けられ、前記第１シェルおよび前記第２シェルのうちの少なくとも前記第１シェルの内部には、断熱マットを介して保持された内装部材が設けられ、前記第１シェルの内部に設けられた前記内装部材における前記第２シェル側の端部は、前記断熱マットの端部よりも前記第２シェル側に突出し、かつ前記第１シェルの端部よりも突出しない位置とされ、前記第１シェルおよび前記第２シェルは、互いに近接する前記膨出部と前記フレア部とを跨ぐＶインサートを備えた締結具により互いに接続されていることを特徴とする。
【００１０】
第２発明に係る排気ガス浄化装置では、前記内装部材における前記第２シェル側の端部は、組立工程上で最低限必要な前記断熱マットからの突出代を越えて前記第２シェル側に位置していることを特徴とする。
【００１１】
第３発明に係る排気ガス浄化装置では、前記内装部材における前記第２シェル側の端部は、前記膨出部の範囲内に位置していることを特徴とする。
【００１２】
第４発明に係る排気ガス浄化装置では、前記内装部材の前記断熱マットの端部からの突出量は、前記内装部材に生じる曲げモーメントによる応力が当該内装部材の許容応力を越えないような値とされることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１発明によれば、第１シェル内に配置されたＣＳＦ等の内装部材の端部は、断熱マットの端部と面一か、その端部を越えて第２シェル側に位置しており、その分だけ断熱マットに対して第２シェル側にずらして配置できる。従って、第１シェルでは、反対側の端部（第２シェル側とは反対側の端部）側を詰めて長さを短くでき、装置全体のコンパクト化に貢献できる。
【００１４】
また、内装部材の端部は自身のシェルの端部から突出しないうえ、Ｖインサートを備えた締結具を使用することで、接続方向に沿って突出する従来のような複数のボルトやナットを使用しないから、膨出部を大きく第２シェル側に寄せることができる。この結果、内装部材の端部は第１シェルによって完全に覆われるようになり、内装部材が収容された状態の第１シェルを装置から外して放置した場合でも、壊れ易い内装部材を露出させることがなく、他との接触による損傷を防止できる。
【００１５】
さらに、第１、第２シェルを接続する締結具は、各シェルの膨出部およびフレア部を楔効果によって互いに近接させ、接続する構造であり、楔効果を発揮させるためには、Ｖインサートと一体のバンド、バンドの両異端を締結する一本のボルト部材、およびこれに螺合するナットがあればよく、組立や分解時にはそのナットだけを操作するだけでよいから、作業性を良好にできる。
【００１６】
第２発明によれば、内装部材の端部は、断熱マットからの必要最低限の突出代を越えて突出するので、断熱マットに覆われていない突出部分の周囲が排気ガスによる熱で温められる。例えば内装部材がＣＳＦの場合には、端面のみしか露出していない場合に比べて再生を速やかにできる。
【００１７】
第３発明によれば、内装部材の端部は、膨出部によって形成された大きな内部空間に臨むようになるため、内装部材の端部が一層露出することになる。例えば内装部材がＣＳＦの場合には、その突出部分の周囲を排気ガスによってさらに効果的に温めることができ、再生をより迅速にできる。
【００１８】
第４発明によれば、内装部材の端部が曲げモーメントによる許容応力内で突出することになるから、断熱マットでの保持部分にて割れが生じたりする心配がなく、内装部材の耐久性を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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側断面図。
【図２】前記実施形態の要部を拡大して示す断面図で、図１の円II拡大図。
【図３】前記実施形態で用いられる締結具の要部を拡大して示す一部断面の側面図。
【図４】前記実施形態の他の要部を拡大して示す断面図で、図１の円IV拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下の説明で使用する「上流側」とは、排気ガスの流れ方向の上流側をいい、「下流側」とは、排気ガスの流れ方向の下流側をいう。また、上流側と入口側、および下流側と出口側とを同義で使用する場合がある。
【００２１】
図１には、本実施形態の排気ガス浄化装置１が示されている。
排気ガス浄化装置１は、図示しないディーゼルエンジン等の内燃機関からの排気管途中に設けられて、排気ガス中に含まれるＰＭを捕集する装置である。具体的に排気ガス浄化装置１は、最も上流側（図中右側）に設けられた入口側ボディ２と、入口側ボディ２の下流側に設けられた本体ボディ３と、最も下流側に設けられた出口側ボディ４とで構成されている。各ボディ２，３，４は、それぞれステンレス等の金属からなる円筒状で、かつ排気ガスの流れ方向に沿って着脱自在に直列配置された入口側シェル２１、本体シェル３１、出口側シェル４１を有している。
【００２２】
〔入口側ボディの説明〕
入口側ボディ２は、入口側シェル２１と、入口側シェル２１の外周部分を上下に貫通する円筒状の入口管２２と、入口側シェル２１内に収容されて入口管２２が挿通された内筒部材２３と、入口側シェル２１内に収容され、内筒部材２３の下流側に配置された円柱状のＤＯＣ２４とを備えている。
【００２３】
筒状である入口側シェル２１では、その一端（本体ボディ３とは反対側であり、図中の右端）が外側プレート２１１で塞がれており、他端が本体ボディ３側に向けて開口している。
【００２４】
入口管２２は、入口側シェル２１および内筒部材２３を上下に貫通しており、入口２２１が下側となるように下方に突出し、入口側シェル２１に対して溶着されている。入口管２２の下端である入口２２１側は、エンジンからの排気管に接続され、上端はプレート２２２で塞がれている。入口管２２での入口側シェル２１の内部に対応した領域全体には、多数の丸孔２２３が設けられ（図では簡略化のため縦一列分について図示）、これらの丸孔２２３から排気ガスが入口側シェル２１内に流出する。
【００２５】
入口管２２の長手軸方向の途中には、３枚の調整板２２４（２２４Ａ，２２４Ｂ，２２４Ｃ）が排気ガスの流入方向に沿って間隔を空けて取り付けられている。上流側の２枚の調整板２２４Ａ，２２４Ｂには、表裏を貫通する開口部２２５が設けられている。上流側に取り付けられた調整板２２４Ａの方が調整板２２４Ｂよりも開口部２２５の開口面積が大きい。この結果、各調整板２２４にて区画された空間内に入り込む排気ガスの流量が調整され、入口管２２全体から流出する排気ガスが入口側シェル２１内に広がってその分布が均一化され、ＤＯＣ２４の入口端面２４１に対して満遍なく流れ込む。
【００２６】
内筒部材２３は、入口管２２から流れ出た排気ガスによる熱を入口側シェル２１に伝達し難くするための略円筒状の部材であり、その一端は内側プレート２３１にて塞がれ、他端側はＤＯＣ２４に近接するように開口している。このような内筒部材２３は、入口側シェル２１内に収容された後、内側プレート２３１の外周が入口側シェル２１の内周面に溶着される。この際、内側プレート２３１は、入口側シェル２１の外側プレート２１１と所定の間隔を空けて対向し、各プレート２１１，２３１の間には、セラミックス繊維製やガラス繊維製の断熱マット２３２が介装される。
【００２７】
ＤＯＣ２４は、排気ガス中に必要に応じて供給されるドージング燃料を酸化、発熱させて、排気ガス温度を所定の高温域まで上昇させる触媒である。この上昇した排気ガスを利用することで、後述するＣＳＦ３２に堆積したＰＭを自己燃焼させて焼却除去し、ＣＳＦ３２を再生させる。
【００２８】
ドージング燃料は、内燃機関がディーゼルエンジンの場合では、例えばエンジン燃料と同じ軽油であり、入口管２２が接続される排気管に設けられたドージング用の燃料噴射装置により排気ガス中に供給され、排気ガスと共に排気ガス浄化装置１内に流入する。また、ドージング用の燃料をエンジンシリンダ内に供給する場合では、エンジンシリンダ内噴射用の燃料噴射装置によりドージング用の燃料をも供給することになる。
【００２９】
このようなＤＯＣ２４と入口側シェル２１との間には、断熱マット２４２が圧入された状態で介装されている。断熱マット２４２の材質は、前述した断熱マット２３２と同じである。ここでの断熱マット２４２は、圧縮に対する反力（弾性力）を利用してＤＯＣ２４を保持する保持部材としても機能している。
【００３０】
〔本体ボディの説明〕
本体ボディ３は、本体シェル３１と、本体シェル３１の内部に収容されて、排気ガス中のＰＭを捕集するＣＳＦ３２とで構成されている。
【００３１】
本体シェル３１内部において、その入口側部分には、所定の厚みを有した環状部材３１１が設けられている。環状部材３１１は、本体シェル３１の内周面に当接される環状板材３１２と、この環状板材３１２に向けて開口した断面コ字形状の環状コ字形材３１３とを備え、これらが互いに溶着等により接続されている。環状板材３１２と環状コ字形材３１３とで形成された内部空間には、断熱マット３１４が収容されている。
【００３２】
ＣＳＦ３２は、詳細な図示を省略するが、多数の小孔を配した構造である。小孔は、流入側から流出側に向かって連通しており、その断面は多角形状（例えば、六角形状）に形成されている。小孔としては、入口側で開口して出口側で目封じされたものと、入口側で目封じされて出口側で開口したものとが交互に配置されており、前者の小孔から流入した排気ガスが、境界壁を通過して後者の小孔に抜け、下流側に流出する。そして、その境界壁でＰＭが捕集される。
【００３３】
ＣＳＦ３２の材質は、コージェライトや炭化珪素等のセラミックス、または、ステンレスやアルミニウム等の金属からなり、用途に応じて適宜決定される。なお、ＣＳＦ３２の入口側には、ＤＯＣ２４とは材質の異なる酸化触媒がウォッシュコート等によりコーティングされていてもよい。
【００３４】
このようなＣＳＦ３２と本体シェル３１との間にも、断熱マット３２２が圧入された状態で介装されている。この断熱マット３２２および前記弾悦マット３１４の材質は、前述した断熱マット２３２，２４２と同じである。後述する断熱マット４３２も同様である。ここでの断熱マット３２２も、圧縮に対する反力を利用してＣＳＦ３２を保持する保持部材として機能している。
【００３５】
〔出口側ボディの説明〕
出口側ボディ４は、出口側シェル４１と、出口側シェル４１上部の外周部分に挿通された円筒状の出口管４２と、出口側シェル４１内に収容されて出口管４２が挿通された内筒部材４３とを備えている。
【００３６】
筒状である出口側シェル４１では、一端（本体ボディ３とは反対側であり、図中の左端）が円板状の外側プレート４１１で塞がれており、他端が本体ボディ３側に向けて開口している。
【００３７】
出口管４２は、出口側シェル４１および内筒部材４３の上部部分を貫通しており、出口４２１が上側となるように上方に突出し、入口側シェル２１に対して直接、および環状の補強部材４２２を介して溶着されている。
【００３８】
内筒部材４３は、ＣＳＦ３２から流れ出た排気ガスによる熱を出口側シェル４１に伝達し難くするための部材であり、その一端は内側プレート４３１にて塞がれ、他端側はＣＳＦ３２に近接するように開口している。この内筒部材４３も、出口側シェル４１内に収容された後、内側プレート４３１の外周が出口側シェル４１の内周面に溶着される。この際、内側プレート４３１は、出口側シェル４１の外側プレート４１１と所定の間隔を空けて対向し、各プレート４１１，４３１の間には、断熱マット４３２が介装される。
【００３９】
また、内筒部材４３内部の入口寄りには、出口側に向かって縮径した止水部材４３３が設けられている。止水部材４３３の縮径部分に設けられた開口４３４は、雨水等が溜まり易い内筒部材４３の底部分よりも高く位置することから、雨水のＣＳＦ３２側への浸入が防止される。テールパイプから出口管４２を通して雨水が入り込み、この雨水がＣＳＦ３２に掛かると、ＣＳＦ３２の破損や機能低下を招く可能性があるため、止水部材４３３によってＣＳＦ３２側への雨水の浸入を防止しているのである。
【００４０】
以上説明した排気ガス浄化装置１では、入口管２２とＤＯＣ２４との間において、入口側シェル２１および内筒部材２３を貫通する温度センサ１１が設けられ、ＤＯＣ２４とＣＳＦ３２との間においても、本体シェル３１および環状部材３１１を貫通する温度センサ１２が設けられている。これらの温度センサ１１，１２から得られる排気ガスの温度に基づいて、ドージング燃料の供給制御等が行われる。また、排気ガス浄化装置１は、ＣＳＦ３２の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサ１３を備え、差圧センサ１３から得られる差圧は、ＣＳＦ３２の目詰まり状態を判定する情報として使用される。
【００４１】
〔本体ボディと出口側ボディとの接続部分の詳細説明〕
図２には、本体ボディ３と出口側ボディ４との接続部分について、その要部が拡大して示されている。
図２に示す本体ボディ３の本体シェル３１において、出口側シェル４１側の端部には、径方向の外側に膨出した山形状の膨出部５１が設けられている。膨出部５１の上流側には、屈曲部５２を介して第１平坦部５３が設けられ、第１平坦部５３のさらに上流側には、段差部５４を介して縮径された第２平坦部５５が設けられている。一方、膨出部５１の下流側には、屈曲部５６を介して第３平坦部５７が設けられている。
【００４２】
このうち、第２平坦部５５とＣＳＦ３２との間に、断熱マット３２２が圧入された状態で介装されており、第２平坦部５５の内径寸法は、圧縮された断熱マット３２２にてＣＳＦ３２を保持するための適正な弾性力が生じる大きさに設定されている。つまり、仮に断熱マット３２２の端部が膨出部５１側に大きく張り出していたとしても、第１平坦部５３よりも下流側の領域では、内径径寸法が大き過ぎて断熱マット３２２が良好に圧縮されず、適正な弾性力が生じないため、ＣＳＦ３２の保持には何ら役立つことはない。従って、断熱マット３２２は、第２平坦部５５の領域で介装される。
【００４３】
ここで、断熱マット３２２の下流側の端部からＣＳＦ３２の下流側の端部までの距離をＡ、同じく本体シェル３１の下流側の端部までの距離をＢ、同じく図中の１点鎖線で示された位置までの距離をＣ、同じく膨出部５１の上流側の屈曲部５２までの距離をＤとすると、次の式（１）〜式（３）を満足している。
【００４４】
０ ＜ Ａ ≦ Ｂ … （１）
Ｃ ＜ Ａ ≦ Ｂ … （２）
Ｄ ≦ Ａ ≦ Ｂ … （３）
【００４５】
式（１）は、ＣＳＦ３２の端部が断熱マット３２２の端部よりも突出し、かつ本体シェル３１の端部よりも内側に位置している状態であり、断熱マット３２２の端部から突出したＣＳＦ３２が本体シェル３１で完全に覆われることを意味する。ＣＳＦ３２の突出端側が覆われていることで、本体ボディ３を取り外した時には、ＣＳＦ３２が本体シェル３１からはみ出すことがなく、そのままの放置しておいてもＣＳＦ３２が他と接触し難く、ＣＳＦ３２の破損等を有効に防止できる。
【００４６】
式（２）において、「Ｃ」は、組立工程上で最低限必要なＣＳＦ３２の突出代を示している。従って、式（２）は、式（１）を満足しつつ、ＣＳＦ３２の端部が断熱マット３２２の端部よりも突出代を越えて突出していることを意味する。断熱マット３２２は、予めＣＳＦ３２の担体回りに巻かれ、この状態でＣＳＦ３２ごと本体シェル３１内に圧入される。この時、最低限の突出代分だけＣＳＦ３２を突出させて断熱マット３２２を巻いておくことにより、断熱マット３２２に覆われていない突出部分の周囲が排気ガスによる熱で温められ、端面のみしか露出していない場合に比べてＣＳＦ３２の再生を速やかにできる。
【００４７】
式（３）は、式（１）を満足しつつ、ＣＳＦ３２の端部が、断熱マット３２２の端部から膨出部５１で膨らんだ内部空間５８までの距離以上に下流側に突出して位置していることを意味する。具体的に、本実施形態でのＣＳＦ３２の端部は、屈曲部５２，５６の間、つまり膨出部５１の範囲を示す「Ｅ」内に位置している。膨出部５１の上流側は第１平坦部５３となっていることから、膨出部５１による広い内部空間５８に比して、縮径された狭い空間となっている。このため、このような狭い空間内にＣＳＦ３２の端部が位置すると、断熱マット３２２に覆われていない突出部分の範囲が狭く、排気ガスによって温められる効果が限定的となる。膨出部５１の広い内部空間５８内にＣＳＦ３２の端部が位置することで、その端部が一層露出することになり、その突出部分の周囲を排気ガスによってさらに効果的に温めることができ、ＣＳＦ３２の再生をより迅速にできる。本体シェル３１の仕様によっては、第１平坦部５３および段差部５４が存在せず、２点鎖線で示すように、膨出部５１の上流側に屈曲部５２を介して第２平坦部５５が設けられる場合があり、このような場合には、その効果が顕著である。
【００４８】
ところで、断熱マット３２２の端部からＣＳＦ３２が突出し過ぎてしまうと、ＣＳＦ３２では、振動などによって、断熱マット３２２の端部との接触部分よりも突出端側で生じる曲げモーメントが大きくなり、接触部分に応力が集中して損傷する可能性がある。従って、ＣＳＦ３２の端部は、本体シェル３１の端部から突出しない範囲内にあっても、曲げモーメントによる許容応力内での突出量となるように位置し、許容応力を越えて断熱マット３２２の端部から突出することはない。本実施形態でのＣＳＦ３２の端部の位置は、膨出部５１で形成される広い内部空間５８に臨む位置であって、膨出部５１の頂部よりも僅かに上流寄りに設定されている。
【００４９】
以下、出口側ボディ４について説明する。
出口側ボディ４の出口側シェル４１において、本体シェル３１側の端部には、上流側に向かって拡径したフレア部６１が設けられている。フレア部６１の最大の径寸法は、膨出部５１の頂部の径寸法と略同じである。フレア部６１の下流側には、段差部６２を介して平坦部６３が設けられている。フレア部６１は、本体シェル３１との接続にあたって、本体シェル３１に設けられた膨出部５１の下流側の傾斜面と対向し、パッキン１４を介して該傾斜面に当接される。この際、段差部６２の内側には、本体シェル３１の端部が位置することになる。
【００５０】
また、内筒部材４３の上流側の端部にもフレア部４４が設けられている。フレア部４４の位置は、膨出部５１の頂部の僅かに下流側まで入り込んでおり、ＣＳＦ３２の出口端面３２３と近接している。このようにＣＳＦ３２の端部を内筒部材４３の端部に近接させることで、排気ガスが直接ボディ接合部にあたることを防止し、ボディ接合部の断熱性の向上に貢献できる。また、ＣＳＦ３２の出口端面３２３から流出した排気ガスをスムーズに内筒部材４３に流入させることができ、排気を効率よく行える。
【００５１】
以上に説明した本体ボディ３と出口側ボディ４とは、締結具７にて接続されている。
図２、図３において、締結具７は、各シェル３１，４１の互いに当接した膨出部５１およびフレア部６１を跨いで巻回されるＶインサート７１と、Ｖインサート７１の外周面に沿って一体に設けられたバンド７２と、バンド７２の端部同士を連結するボルト部材７３と、これに螺合するナット７４とで構成される。
【００５２】
Ｖインサート７１は、所定の長さのものが周方向に沿って複数等間隔で配置され、これらを繋ぐようにバンド７２が取り付けられている。Ｖインサート７１の断面は、膨出部５１およびフレア部６１に向かって拡開した形状であり、膨出部５１の上流側の傾斜面およびフレア部６１の背面（パッキン１４とは反対側の傾斜面）に接触するように嵌め込まれる。
【００５３】
バンド７２の一端は、上方に折り返された折返し部７２１になっており、折返し部７２１には、ボルト部材７３の基端側にある軸部７３１が挿入されている。ボルト部材７３の軸部７３１に一体に設けられた雄ねじ部７３２は、折返し部７２１に設けられた開口部７２３から突出しており、軸部７３１と共に回動自在になっている。
【００５４】
これに対して、バンド７２の他端には、ボルト挿通部７２２が設けられている。ボルト挿通部７２２には、挿通孔７２４が設けられ、ボルト部材７３の雄ねじ部７３２が挿通される。挿通された雄ねじ部７３２の先端には、ナット７４が螺設される。
【００５５】
本体ボディ３と出口側ボディ４とを接続するには、膨出部５１およびフレア部６１に跨らせて締結具７のＶインサート７１を嵌め込み、雄ねじ部７３２に螺合したナット７４を締め込む。そうすると、ナット７４を締め込むに従って、Ｖインサート７１が径方向の内側に移動し、膨出部５１およびフレア部６１との嵌合が深まって楔効果が発揮され、膨出部５１およびフレア部６１が近接方向に押圧されて互いに接続される。
【００５６】
このように、本体ボディ３と出口側ボディ４とを接続するにあたっては、従来のフランジ同士を当接させ、これを貫通するボルトおよびナットの締結によって接続するのとは異なり、各ボディ３，４の接続方向に沿って大きく突出するボルトやナットが存在しない。従って、組立作業や分解作業を容易にできるとともに、互いの接続部分を出口管４２（図２では補強部材４２２の一部のみを図示）側により近づけることができ、その分本体シェル３１にてＣＳＦ３２を確実に覆うことができ、前述したように、本体ボディ３を取り外した場合でも、ＣＳＦ３２が本体シェル３１から露出しないようにできる。
【００５７】
そして、膨出部５１およびフレア部６１での締結具７を用いた接続は、一本のボルト部材７３に螺合したナット７４を操作するだけでよいから、周方向に沿って複数配置されたボルトやナットによる従来のフランジ式の接続に比して、その組立や分解を容易にでき、作業性を格段に向上させることができる。
【００５８】
〔本体ボディと入口側ボディとの接続部分の詳細説明〕
図４には、本体ボディ３と入口側ボディ２との接続部分について、その要部が拡大して示されている。
ただし、本体ボディ３と入口側ボディ２との接続構造は、前述した本体ボディ３と出口側ボディ４との接続構造と基本的に同じであるから、その同じ機能部位、部材については図２と同一符号を付してそれらの説明を省略し、以下には簡略化した説明にとどめる。
【００５９】
すなわち、図４では、本体シェル３１の上流側の端部に設けられたフレア部６１は、入口側ボディ２の入口側シェル２１との接続にあたって、入口側シェル２１に設けられた膨出部５１の下流側の傾斜面と対向し、パッキン１４を介して該傾斜面に当接される。この際、本体シェル３１側の段差部６２の内側には、入口側シェル２１の端部が位置することになる。
【００６０】
また、入口側シェル２１内のＤＯＣ２４の端部の位置は、膨出部５１で形成される広い内部空間５８に臨む位置であって、膨出部５１の頂部よりも僅かに下流寄りに設定されている。本体シェル３１内の環状部材３１１の上流側の端部の位置は、入口側シェル２１の膨出部５１手前まで入り込んでおり、ＤＯＣ２４の出口端面２４３と近接している。このように環状部材３１１に対してＤＯＣ２４の端部を近接させることで、入口側ボディ２の全長を短く詰めても、十分な長さのＤＯＣ２４を用いることができ、このことでも排気ガス浄化装置１全体のコンパクト化に貢献できる。
【００６１】
そして、本体ボディ３と入口側ボディ２とを接続するにあたっても、従来のフランジ同士を当接させ、これを貫通するボルトおよびナットの締結によって接続する必要がないので、各ボディ２，３の接続方向に沿って大きく突出するボルトやナットが存在しない。従って、作業性が良好であるとともに、互いの接続部分を温度センサ１１側により近づけることができ、その分入口側シェル２１にてＤＯＣ２４を確実に覆うことができるから、入口側ボディ２を取り外した場合でも、ＤＯＣが本体シェル３１から露出せず、ＤＯＣ２４の損傷を防止できる。
【００６２】
なお、本発明は前述の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範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、ＤＯＣ２４が完全に入口側シェル２１で覆われ、ＣＳＦ３２が完全に本体シェル３１で覆われていたが、本発明では、少なくともＣＳＦ３２が本体シェル３１で完全に覆われていればよく、ＤＯＣ２４の端部が入口側シェル２１から露出しても、本発明に含まれる。
【００６３】
前記実施形態では、排気ガスの温度を上昇させるためにＤＯＣ２４が設けられていたが、ＤＯＣ２４が存在せず、ＣＳＦ３２のみが設けられた排気ガス浄化装置１にも、本発明を適用できる。
また、本発明の内装部材としては、ＣＳＦ３２の他、ＤＯＣ２４であってもよく、さらに断熱マットを介して保持される部材であれば、それらに限定されない。つまり、内装部材をＣＳＦ３２とした場合には、本体シェル３１が本発明の第１シェルに相当し、出口側シェル４１が本発明の第２シェルに相当する。また、内装部材をＤＯＣ２４とした場合には、入口側シェル２１が本発明の第１シェルに相当し、本体シェル３１が本発明の第２シェルに相当することになる。
【００６４】
前記実施形態では、入口管２２や出口管４２が各シェル２１，４１に対して径方向に突出するように設けられていたが、各シェル２１，４１の接続方向（軸方向）に沿って突設されていてもよく、径方向に突設させるか、接続方向に突設させるかは、エンジンルーム内の配置スペース等を勘案して任意に決められてよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、ブルドーザやパワーショベルといった建設機械用の排気ガス浄化装置として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００６６】
１…排気ガス浄化装置、７…締結具、３１…本体シェル、３２…ＣＳＦ、４１…出口側シェル、５１…膨出部、５８…内部空間、６１…フレア部、７１…Ｖインサート、３２２…断熱マット。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば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の浄化装置として、複数の筒状の外装シェルを直列に接続した構造のものが知られている。１つのシェルの内部には、排気ガス中のＰＭ（粒子状物質：Particulate Matter）を捕集するＣＳＦ（触媒化スートフィルタ：Catalyzed Soot Filter）が収容され、その入口側に接続されたシェル内には、排気ガス中に供給されるドージング燃料を酸化、発熱させて排気ガス温度を上昇させるＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒：Diesel Oxidation Catalyst）が収容されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
特許文献１では、装置全体のコンパクト化を図るため、ＤＯＣ側のシェルの出口側に拡径部を設け、この拡径部内にＣＳＦ側のシェルの入口側を印籠式に嵌め込み、よってＤＯＣとＣＳＦとの距離を縮めて装置の全長を小さくしている。そして、各シェルの接続は、対向し合うフランジ同士を当接させるとともに、これらを貫通するボルトおよびナットの締結により行われる。
【０００４】
しかし、この特許文献１の構造では、各シェルを印籠式で嵌合させているため、排気ガスの熱により熱応力が生じると、シェルが変形して互いを容易に分解することができず、ＣＳＦの洗浄や交換等のメンテナンスが困難になる。
そこで、特許文献２のように、特許文献１にあった嵌合部分をなくしたうえで、ＣＳＦの入口部分をＤＯＣ側のシェル内に入り込ませる構造とすることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２６３５９３号公報
【特許文献２】特開２０１１−０１２６１８合公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２では、排気ガス浄化装置として組み立てられている状態では、ＤＯＣおよびＣＳＦの両方がシェルによって覆われているが、分解した状態では、ＣＳＦがＤＯＣ側のシェル内に入り込む分だけ、自身を覆っているシェルから突出し、露出することになる。従って、メンテナンス中において、ＣＳＦの突出部分が他に接触する等して破損する可能性があり、取り扱いを慎重に行う必要がある。
【０００７】
また、各フランジによる接続位置をＤＯＣ側に大きくずらして、ＣＳＦを自身のシェルで完全に覆うようにしようとすると、フランジがＤＯＣ側のシェルの外周を覆っている断熱材に近づき過ぎてしまうため、フランジを貫通させるボルトやこれに螺合されるナットの操作が繁雑になり、分解や組立を迅速に行うことができない。さらに、装置の形態によっては、フランジが排気管に近づきすぎたり、温度センサに近づき過ぎたりすることもあり、同様な問題が生じる。
【０００８】
本発明の目的は、装置の小型化を維持しつつ、取り扱いを容易にでき、かつ組立や分解等も迅速にできる排気ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１発明に係る排気ガス浄化装置は、排気ガスの流れ方向に沿って着脱自在に直列配置される筒状の第１シェルおよび第２シェルを備え、前記第１シェルにおける前記第２シェルが接続される側の端部には、径方向の外側に膨出した膨出部が設けられ、前記第２シェルにおける前記第１シェルが接続される側の端部には、該第１シェル側に向けて拡開したフレア部が設けられ、前記第１シェルおよび前記第２シェルのうちの少なくとも前記第１シェルの内部には、断熱マットを介して保持された内装部材が設けられ、前記第１シェルの内部に設けられた前記内装部材における前記第２シェル側の端部は、前記断熱マットの端部よりも前記第２シェル側に突出し、かつ前記第１シェルの端部よりも突出しない位置とされ、前記第１シェルおよび前記第２シェルは、互いに近接する前記膨出部と前記フレア部とを跨ぐＶインサートを備えた締結具により互いに接続されていることを特徴とする。
【００１０】
第２発明に係る排気ガス浄化装置では、前記内装部材における前記第２シェル側の端部は、組立工程上で最低限必要な前記断熱マットからの突出代を越えて前記第２シェル側に位置していることを特徴とする。
【００１１】
第３発明に係る排気ガス浄化装置では、前記内装部材における前記第２シェル側の端部は、前記膨出部の範囲内に位置していることを特徴とする。
【００１２】
第４発明に係る排気ガス浄化装置では、前記内装部材の前記断熱マットの端部からの突出量は、前記内装部材に生じる曲げモーメントによる応力が当該内装部材の許容応力を越えないような値とされることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１発明によれば、第１シェル内に配置されたＣＳＦ等の内装部材の端部は、断熱マットの端部と面一か、その端部を越えて第２シェル側に位置しており、その分だけ断熱マットに対して第２シェル側にずらして配置できる。従って、第１シェルでは、反対側の端部（第２シェル側とは反対側の端部）側を詰めて長さを短くでき、装置全体のコンパクト化に貢献できる。
【００１４】
また、内装部材の端部は自身のシェルの端部から突出しないうえ、Ｖインサートを備えた締結具を使用することで、接続方向に沿って突出する従来のような複数のボルトやナットを使用しないから、膨出部を大きく第２シェル側に寄せることができる。この結果、内装部材の端部は第１シェルによって完全に覆われるようになり、内装部材が収容された状態の第１シェルを装置から外して放置した場合でも、壊れ易い内装部材を露出させることがなく、他との接触による損傷を防止できる。
【００１５】
さらに、第１、第２シェルを接続する締結具は、各シェルの膨出部およびフレア部を楔効果によって互いに近接させ、接続する構造であり、楔効果を発揮させるためには、Ｖインサートと一体のバンド、バンドの両異端を締結する一本のボルト部材、およびこれに螺合するナットがあればよく、組立や分解時にはそのナットだけを操作するだけでよいから、作業性を良好にできる。
【００１６】
第２発明によれば、内装部材の端部は、断熱マットからの必要最低限の突出代を越えて突出するので、断熱マットに覆われていない突出部分の周囲が排気ガスによる熱で温められる。例えば内装部材がＣＳＦの場合には、端面のみしか露出していない場合に比べて再生を速やかにできる。
【００１７】
第３発明によれば、内装部材の端部は、膨出部によって形成された大きな内部空間に臨むようになるため、内装部材の端部が一層露出することになる。例えば内装部材がＣＳＦの場合には、その突出部分の周囲を排気ガスによってさらに効果的に温めることができ、再生をより迅速にできる。
【００１８】
第４発明によれば、内装部材の端部が曲げモーメントによる許容応力内で突出することになるから、断熱マットでの保持部分にて割れが生じたりする心配がなく、内装部材の耐久性を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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側断面図。
【図２】前記実施形態の要部を拡大して示す断面図で、図１の円II拡大図。
【図３】前記実施形態で用いられる締結具の要部を拡大して示す一部断面の側面図。
【図４】前記実施形態の他の要部を拡大して示す断面図で、図１の円IV拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下の説明で使用する「上流側」とは、排気ガスの流れ方向の上流側をいい、「下流側」とは、排気ガスの流れ方向の下流側をいう。また、上流側と入口側、および下流側と出口側とを同義で使用する場合がある。
【００２１】
図１には、本実施形態の排気ガス浄化装置１が示されている。
排気ガス浄化装置１は、図示しないディーゼルエンジン等の内燃機関からの排気管途中に設けられて、排気ガス中に含まれるＰＭを捕集する装置である。具体的に排気ガス浄化装置１は、最も上流側（図中右側）に設けられた入口側ボディ２と、入口側ボディ２の下流側に設けられた本体ボディ３と、最も下流側に設けられた出口側ボディ４とで構成されている。各ボディ２，３，４は、それぞれステンレス等の金属からなる円筒状で、かつ排気ガスの流れ方向に沿って着脱自在に直列配置された入口側シェル２１、本体シェル３１、出口側シェル４１を有している。
【００２２】
〔入口側ボディの説明〕
入口側ボディ２は、入口側シェル２１と、入口側シェル２１の外周部分を上下に貫通する円筒状の入口管２２と、入口側シェル２１内に収容されて入口管２２が挿通された内筒部材２３と、入口側シェル２１内に収容され、内筒部材２３の下流側に配置された円柱状のＤＯＣ２４とを備えている。
【００２３】
筒状である入口側シェル２１では、その一端（本体ボディ３とは反対側であり、図中の右端）が外側プレート２１１で塞がれており、他端が本体ボディ３側に向けて開口している。
【００２４】
入口管２２は、入口側シェル２１および内筒部材２３を上下に貫通しており、入口２２１が下側となるように下方に突出し、入口側シェル２１に対して溶着されている。入口管２２の下端である入口２２１側は、エンジンからの排気管に接続され、上端はプレート２２２で塞がれている。入口管２２での入口側シェル２１の内部に対応した領域全体には、多数の丸孔２２３が設けられ（図では簡略化のため縦一列分について図示）、これらの丸孔２２３から排気ガスが入口側シェル２１内に流出する。
【００２５】
入口管２２の長手軸方向の途中には、３枚の調整板２２４（２２４Ａ，２２４Ｂ，２２４Ｃ）が排気ガスの流入方向に沿って間隔を空けて取り付けられている。上流側の２枚の調整板２２４Ａ，２２４Ｂには、表裏を貫通する開口部２２５が設けられている。上流側に取り付けられた調整板２２４Ａの方が調整板２２４Ｂよりも開口部２２５の開口面積が大きい。この結果、各調整板２２４にて区画された空間内に入り込む排気ガスの流量が調整され、入口管２２全体から流出する排気ガスが入口側シェル２１内に広がってその分布が均一化され、ＤＯＣ２４の入口端面２４１に対して満遍なく流れ込む。
【００２６】
内筒部材２３は、入口管２２から流れ出た排気ガスによる熱を入口側シェル２１に伝達し難くするための略円筒状の部材であり、その一端は内側プレート２３１にて塞がれ、他端側はＤＯＣ２４に近接するように開口している。このような内筒部材２３は、入口側シェル２１内に収容された後、内側プレート２３１の外周が入口側シェル２１の内周面に溶着される。この際、内側プレート２３１は、入口側シェル２１の外側プレート２１１と所定の間隔を空けて対向し、各プレート２１１，２３１の間には、セラミックス繊維製やガラス繊維製の断熱マット２３２が介装される。
【００２７】
ＤＯＣ２４は、排気ガス中に必要に応じて供給されるドージング燃料を酸化、発熱させて、排気ガス温度を所定の高温域まで上昇させる触媒である。この上昇した排気ガスを利用することで、後述するＣＳＦ３２に堆積したＰＭを自己燃焼させて焼却除去し、ＣＳＦ３２を再生させる。
【００２８】
ドージング燃料は、内燃機関がディーゼルエンジンの場合では、例えばエンジン燃料と同じ軽油であり、入口管２２が接続される排気管に設けられたドージング用の燃料噴射装置により排気ガス中に供給され、排気ガスと共に排気ガス浄化装置１内に流入する。また、ドージング用の燃料をエンジンシリンダ内に供給する場合では、エンジンシリンダ内噴射用の燃料噴射装置によりドージング用の燃料をも供給することになる。
【００２９】
このようなＤＯＣ２４と入口側シェル２１との間には、断熱マット２４２が圧入された状態で介装されている。断熱マット２４２の材質は、前述した断熱マット２３２と同じである。ここでの断熱マット２４２は、圧縮に対する反力（弾性力）を利用してＤＯＣ２４を保持する保持部材としても機能している。
【００３０】
〔本体ボディの説明〕
本体ボディ３は、本体シェル３１と、本体シェル３１の内部に収容されて、排気ガス中のＰＭを捕集するＣＳＦ３２とで構成されている。
【００３１】
本体シェル３１内部において、その入口側部分には、所定の厚みを有した環状部材３１１が設けられている。環状部材３１１は、本体シェル３１の内周面に当接される環状板材３１２と、この環状板材３１２に向けて開口した断面コ字形状の環状コ字形材３１３とを備え、これらが互いに溶着等により接続されている。環状板材３１２と環状コ字形材３１３とで形成された内部空間には、断熱マット３１４が収容されている。
【００３２】
ＣＳＦ３２は、詳細な図示を省略するが、多数の小孔を配した構造である。小孔は、流入側から流出側に向かって連通しており、その断面は多角形状（例えば、六角形状）に形成されている。小孔としては、入口側で開口して出口側で目封じされたものと、入口側で目封じされて出口側で開口したものとが交互に配置されており、前者の小孔から流入した排気ガスが、境界壁を通過して後者の小孔に抜け、下流側に流出する。そして、その境界壁でＰＭが捕集される。
【００３３】
ＣＳＦ３２の材質は、コージェライトや炭化珪素等のセラミックス、または、ステンレスやアルミニウム等の金属からなり、用途に応じて適宜決定される。なお、ＣＳＦ３２の入口側には、ＤＯＣ２４とは材質の異なる酸化触媒がウォッシュコート等によりコーティングされていてもよい。
【００３４】
このようなＣＳＦ３２と本体シェル３１との間にも、断熱マット３２２が圧入された状態で介装されている。この断熱マット３２２および前記弾悦マット３１４の材質は、前述した断熱マット２３２，２４２と同じである。後述する断熱マット４３２も同様である。ここでの断熱マット３２２も、圧縮に対する反力を利用してＣＳＦ３２を保持する保持部材として機能している。
【００３５】
〔出口側ボディの説明〕
出口側ボディ４は、出口側シェル４１と、出口側シェル４１上部の外周部分に挿通された円筒状の出口管４２と、出口側シェル４１内に収容されて出口管４２が挿通された内筒部材４３とを備えている。
【００３６】
筒状である出口側シェル４１では、一端（本体ボディ３とは反対側であり、図中の左端）が円板状の外側プレート４１１で塞がれており、他端が本体ボディ３側に向けて開口している。
【００３７】
出口管４２は、出口側シェル４１および内筒部材４３の上部部分を貫通しており、出口４２１が上側となるように上方に突出し、入口側シェル２１に対して直接、および環状の補強部材４２２を介して溶着されている。
【００３８】
内筒部材４３は、ＣＳＦ３２から流れ出た排気ガスによる熱を出口側シェル４１に伝達し難くするための部材であり、その一端は内側プレート４３１にて塞がれ、他端側はＣＳＦ３２に近接するように開口している。この内筒部材４３も、出口側シェル４１内に収容された後、内側プレート４３１の外周が出口側シェル４１の内周面に溶着される。この際、内側プレート４３１は、出口側シェル４１の外側プレート４１１と所定の間隔を空けて対向し、各プレート４１１，４３１の間には、断熱マット４３２が介装される。
【００３９】
また、内筒部材４３内部の入口寄りには、出口側に向かって縮径した止水部材４３３が設けられている。止水部材４３３の縮径部分に設けられた開口４３４は、雨水等が溜まり易い内筒部材４３の底部分よりも高く位置することから、雨水のＣＳＦ３２側への浸入が防止される。テールパイプから出口管４２を通して雨水が入り込み、この雨水がＣＳＦ３２に掛かると、ＣＳＦ３２の破損や機能低下を招く可能性があるため、止水部材４３３によってＣＳＦ３２側への雨水の浸入を防止しているのである。
【００４０】
以上説明した排気ガス浄化装置１では、入口管２２とＤＯＣ２４との間において、入口側シェル２１および内筒部材２３を貫通する温度センサ１１が設けられ、ＤＯＣ２４とＣＳＦ３２との間においても、本体シェル３１および環状部材３１１を貫通する温度センサ１２が設けられている。これらの温度センサ１１，１２から得られる排気ガスの温度に基づいて、ドージング燃料の供給制御等が行われる。また、排気ガス浄化装置１は、ＣＳＦ３２の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサ１３を備え、差圧センサ１３から得られる差圧は、ＣＳＦ３２の目詰まり状態を判定する情報として使用される。
【００４１】
〔本体ボディと出口側ボディとの接続部分の詳細説明〕
図２には、本体ボディ３と出口側ボディ４との接続部分について、その要部が拡大して示されている。
図２に示す本体ボディ３の本体シェル３１において、出口側シェル４１側の端部には、径方向の外側に膨出した山形状の膨出部５１が設けられている。膨出部５１の上流側には、屈曲部５２を介して第１平坦部５３が設けられ、第１平坦部５３のさらに上流側には、段差部５４を介して縮径された第２平坦部５５が設けられている。一方、膨出部５１の下流側には、屈曲部５６を介して第３平坦部５７が設けられている。
【００４２】
このうち、第２平坦部５５とＣＳＦ３２との間に、断熱マット３２２が圧入された状態で介装されており、第２平坦部５５の内径寸法は、圧縮された断熱マット３２２にてＣＳＦ３２を保持するための適正な弾性力が生じる大きさに設定されている。つまり、仮に断熱マット３２２の端部が膨出部５１側に大きく張り出していたとしても、第１平坦部５３よりも下流側の領域では、内径径寸法が大き過ぎて断熱マット３２２が良好に圧縮されず、適正な弾性力が生じないため、ＣＳＦ３２の保持には何ら役立つことはない。従って、断熱マット３２２は、第２平坦部５５の領域で介装される。
【００４３】
ここで、断熱マット３２２の下流側の端部からＣＳＦ３２の下流側の端部までの距離をＡ、同じく本体シェル３１の下流側の端部までの距離をＢ、同じく図中の１点鎖線で示された位置までの距離をＣ、同じく膨出部５１の上流側の屈曲部５２までの距離をＤとすると、次の式（１）〜式（３）を満足している。
【００４４】
０ ＜ Ａ ≦ Ｂ … （１）
Ｃ ＜ Ａ ≦ Ｂ … （２）
Ｄ ≦ Ａ ≦ Ｂ … （３）
【００４５】
式（１）は、ＣＳＦ３２の端部が断熱マット３２２の端部よりも突出し、かつ本体シェル３１の端部よりも内側に位置している状態であり、断熱マット３２２の端部から突出したＣＳＦ３２が本体シェル３１で完全に覆われることを意味する。ＣＳＦ３２の突出端側が覆われていることで、本体ボディ３を取り外した時には、ＣＳＦ３２が本体シェル３１からはみ出すことがなく、そのままの放置しておいてもＣＳＦ３２が他と接触し難く、ＣＳＦ３２の破損等を有効に防止できる。
【００４６】
式（２）において、「Ｃ」は、組立工程上で最低限必要なＣＳＦ３２の突出代を示している。従って、式（２）は、式（１）を満足しつつ、ＣＳＦ３２の端部が断熱マット３２２の端部よりも突出代を越えて突出していることを意味する。断熱マット３２２は、予めＣＳＦ３２の担体回りに巻かれ、この状態でＣＳＦ３２ごと本体シェル３１内に圧入される。この時、最低限の突出代分だけＣＳＦ３２を突出させて断熱マット３２２を巻いておくことにより、断熱マット３２２に覆われていない突出部分の周囲が排気ガスによる熱で温められ、端面のみしか露出していない場合に比べてＣＳＦ３２の再生を速やかにできる。
【００４７】
式（３）は、式（１）を満足しつつ、ＣＳＦ３２の端部が、断熱マット３２２の端部から膨出部５１で膨らんだ内部空間５８までの距離以上に下流側に突出して位置していることを意味する。具体的に、本実施形態でのＣＳＦ３２の端部は、屈曲部５２，５６の間、つまり膨出部５１の範囲を示す「Ｅ」内に位置している。膨出部５１の上流側は第１平坦部５３となっていることから、膨出部５１による広い内部空間５８に比して、縮径された狭い空間となっている。このため、このような狭い空間内にＣＳＦ３２の端部が位置すると、断熱マット３２２に覆われていない突出部分の範囲が狭く、排気ガスによって温められる効果が限定的となる。膨出部５１の広い内部空間５８内にＣＳＦ３２の端部が位置することで、その端部が一層露出することになり、その突出部分の周囲を排気ガスによってさらに効果的に温めることができ、ＣＳＦ３２の再生をより迅速にできる。本体シェル３１の仕様によっては、第１平坦部５３および段差部５４が存在せず、２点鎖線で示すように、膨出部５１の上流側に屈曲部５２を介して第２平坦部５５が設けられる場合があり、このような場合には、その効果が顕著である。
【００４８】
ところで、断熱マット３２２の端部からＣＳＦ３２が突出し過ぎてしまうと、ＣＳＦ３２では、振動などによって、断熱マット３２２の端部との接触部分よりも突出端側で生じる曲げモーメントが大きくなり、接触部分に応力が集中して損傷する可能性がある。従って、ＣＳＦ３２の端部は、本体シェル３１の端部から突出しない範囲内にあっても、曲げモーメントによる許容応力内での突出量となるように位置し、許容応力を越えて断熱マット３２２の端部から突出することはない。本実施形態でのＣＳＦ３２の端部の位置は、膨出部５１で形成される広い内部空間５８に臨む位置であって、膨出部５１の頂部よりも僅かに上流寄りに設定されている。
【００４９】
以下、出口側ボディ４について説明する。
出口側ボディ４の出口側シェル４１において、本体シェル３１側の端部には、上流側に向かって拡径したフレア部６１が設けられている。フレア部６１の最大の径寸法は、膨出部５１の頂部の径寸法と略同じである。フレア部６１の下流側には、段差部６２を介して平坦部６３が設けられている。フレア部６１は、本体シェル３１との接続にあたって、本体シェル３１に設けられた膨出部５１の下流側の傾斜面と対向し、パッキン１４を介して該傾斜面に当接される。この際、段差部６２の内側には、本体シェル３１の端部が位置することになる。
【００５０】
また、内筒部材４３の上流側の端部にもフレア部４４が設けられている。フレア部４４の位置は、膨出部５１の頂部の僅かに下流側まで入り込んでおり、ＣＳＦ３２の出口端面３２３と近接している。このようにＣＳＦ３２の端部を内筒部材４３の端部に近接させることで、排気ガスが直接ボディ接合部にあたることを防止し、ボディ接合部の断熱性の向上に貢献できる。また、ＣＳＦ３２の出口端面３２３から流出した排気ガスをスムーズに内筒部材４３に流入させることができ、排気を効率よく行える。
【００５１】
以上に説明した本体ボディ３と出口側ボディ４とは、締結具７にて接続されている。
図２、図３において、締結具７は、各シェル３１，４１の互いに当接した膨出部５１およびフレア部６１を跨いで巻回されるＶインサート７１と、Ｖインサート７１の外周面に沿って一体に設けられたバンド７２と、バンド７２の端部同士を連結するボルト部材７３と、これに螺合するナット７４とで構成される。
【００５２】
Ｖインサート７１は、所定の長さのものが周方向に沿って複数等間隔で配置され、これらを繋ぐようにバンド７２が取り付けられている。Ｖインサート７１の断面は、膨出部５１およびフレア部６１に向かって拡開した形状であり、膨出部５１の上流側の傾斜面およびフレア部６１の背面（パッキン１４とは反対側の傾斜面）に接触するように嵌め込まれる。
【００５３】
バンド７２の一端は、上方に折り返された折返し部７２１になっており、折返し部７２１には、ボルト部材７３の基端側にある軸部７３１が挿入されている。ボルト部材７３の軸部７３１に一体に設けられた雄ねじ部７３２は、折返し部７２１に設けられた開口部７２３から突出しており、軸部７３１と共に回動自在になっている。
【００５４】
これに対して、バンド７２の他端には、ボルト挿通部７２２が設けられている。ボルト挿通部７２２には、挿通孔７２４が設けられ、ボルト部材７３の雄ねじ部７３２が挿通される。挿通された雄ねじ部７３２の先端には、ナット７４が螺設される。
【００５５】
本体ボディ３と出口側ボディ４とを接続するには、膨出部５１およびフレア部６１に跨らせて締結具７のＶインサート７１を嵌め込み、雄ねじ部７３２に螺合したナット７４を締め込む。そうすると、ナット７４を締め込むに従って、Ｖインサート７１が径方向の内側に移動し、膨出部５１およびフレア部６１との嵌合が深まって楔効果が発揮され、膨出部５１およびフレア部６１が近接方向に押圧されて互いに接続される。
【００５６】
このように、本体ボディ３と出口側ボディ４とを接続するにあたっては、従来のフランジ同士を当接させ、これを貫通するボルトおよびナットの締結によって接続するのとは異なり、各ボディ３，４の接続方向に沿って大きく突出するボルトやナットが存在しない。従って、組立作業や分解作業を容易にできるとともに、互いの接続部分を出口管４２（図２では補強部材４２２の一部のみを図示）側により近づけることができ、その分本体シェル３１にてＣＳＦ３２を確実に覆うことができ、前述したように、本体ボディ３を取り外した場合でも、ＣＳＦ３２が本体シェル３１から露出しないようにできる。
【００５７】
そして、膨出部５１およびフレア部６１での締結具７を用いた接続は、一本のボルト部材７３に螺合したナット７４を操作するだけでよいから、周方向に沿って複数配置されたボルトやナットによる従来のフランジ式の接続に比して、その組立や分解を容易にでき、作業性を格段に向上させることができる。
【００５８】
〔本体ボディと入口側ボディとの接続部分の詳細説明〕
図４には、本体ボディ３と入口側ボディ２との接続部分について、その要部が拡大して示されている。
ただし、本体ボディ３と入口側ボディ２との接続構造は、前述した本体ボディ３と出口側ボディ４との接続構造と基本的に同じであるから、その同じ機能部位、部材については図２と同一符号を付してそれらの説明を省略し、以下には簡略化した説明にとどめる。
【００５９】
すなわち、図４では、本体シェル３１の上流側の端部に設けられたフレア部６１は、入口側ボディ２の入口側シェル２１との接続にあたって、入口側シェル２１に設けられた膨出部５１の下流側の傾斜面と対向し、パッキン１４を介して該傾斜面に当接される。この際、本体シェル３１側の段差部６２の内側には、入口側シェル２１の端部が位置することになる。
【００６０】
また、入口側シェル２１内のＤＯＣ２４の端部の位置は、膨出部５１で形成される広い内部空間５８に臨む位置であって、膨出部５１の頂部よりも僅かに下流寄りに設定されている。本体シェル３１内の環状部材３１１の上流側の端部の位置は、入口側シェル２１の膨出部５１手前まで入り込んでおり、ＤＯＣ２４の出口端面２４３と近接している。このように環状部材３１１に対してＤＯＣ２４の端部を近接させることで、入口側ボディ２の全長を短く詰めても、十分な長さのＤＯＣ２４を用いることができ、このことでも排気ガス浄化装置１全体のコンパクト化に貢献できる。
【００６１】
そして、本体ボディ３と入口側ボディ２とを接続するにあたっても、従来のフランジ同士を当接させ、これを貫通するボルトおよびナットの締結によって接続する必要がないので、各ボディ２，３の接続方向に沿って大きく突出するボルトやナットが存在しない。従って、作業性が良好であるとともに、互いの接続部分を温度センサ１１側により近づけることができ、その分入口側シェル２１にてＤＯＣ２４を確実に覆うことができるから、入口側ボディ２を取り外した場合でも、ＤＯＣが本体シェル３１から露出せず、ＤＯＣ２４の損傷を防止できる。
【００６２】
なお、本発明は前述の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範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、ＤＯＣ２４が完全に入口側シェル２１で覆われ、ＣＳＦ３２が完全に本体シェル３１で覆われていたが、本発明では、少なくともＣＳＦ３２が本体シェル３１で完全に覆われていればよく、ＤＯＣ２４の端部が入口側シェル２１から露出しても、本発明に含まれる。
【００６３】
前記実施形態では、排気ガスの温度を上昇させるためにＤＯＣ２４が設けられていたが、ＤＯＣ２４が存在せず、ＣＳＦ３２のみが設けられた排気ガス浄化装置１にも、本発明を適用できる。
また、本発明の内装部材としては、ＣＳＦ３２の他、ＤＯＣ２４であってもよく、さらに断熱マットを介して保持される部材であれば、それらに限定されない。つまり、内装部材をＣＳＦ３２とした場合には、本体シェル３１が本発明の第１シェルに相当し、出口側シェル４１が本発明の第２シェルに相当する。また、内装部材をＤＯＣ２４とした場合には、入口側シェル２１が本発明の第１シェルに相当し、本体シェル３１が本発明の第２シェルに相当することになる。
【００６４】
前記実施形態では、入口管２２や出口管４２が各シェル２１，４１に対して径方向に突出するように設けられていたが、各シェル２１，４１の接続方向（軸方向）に沿って突設されていてもよく、径方向に突設させるか、接続方向に突設させるかは、エンジンルーム内の配置スペース等を勘案して任意に決められてよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、ブルドーザやパワーショベルといった建設機械用の排気ガス浄化装置として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００６６】
１…排気ガス浄化装置、７…締結具、３１…本体シェル、３２…ＣＳＦ、４１…出口側シェル、５１…膨出部、５８…内部空間、６１…フレア部、７１…Ｖインサート、３２２…断熱マット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスの流れ方向に沿って着脱自在に直列配置される筒状の第１シェルおよび第２シェルを備え、
前記第１シェルにおける前記第２シェルが接続される側の端部には、径方向の外側に膨出した膨出部が設けられ、
前記第２シェルにおける前記第１シェルが接続される側の端部には、該第１シェル側に向けて拡開したフレア部が設けられ、
前記第１シェルおよび前記第２シェルのうちの少なくとも前記第１シェルの内部には、断熱マットを介して保持された内装部材が設けられ、
前記第１シェルの内部に設けられた前記内装部材における前記第２シェル側の端部は、前記断熱マットの端部よりも前記第２シェル側に突出し、かつ前記第１シェルの端部よりも突出しない位置とされ、
前記第１シェルおよび前記第２シェルは、互いに近接する前記膨出部と前記フレア部とを跨ぐＶインサートを備えた締結具により互いに接続されている
ことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排気ガス浄化装置において、
前記内装部材における前記第２シェル側の端部は、組立工程上で最低限必要な前記断熱マットからの突出代を越えて前記第２シェル側に位置している
ことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項１に記載の排気ガス浄化装置において、
前記内装部材における前記第２シェル側の端部は、前記膨出部の範囲内に位置している
ことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の排気ガス浄化装置において、
前記内装部材の前記断熱マットの端部からの突出量は、前記内装部材に生じる曲げモーメントによる応力が当該内装部材の許容応力を越えないような値とされる
ことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項１】
排気ガスの流れ方向に沿って着脱自在に直列配置される筒状の第１シェルおよび第２シェルを備え、
前記第１シェルにおける前記第２シェルが接続される側の端部には、径方向の外側に膨出した膨出部が設けられ、
前記第２シェルにおける前記第１シェルが接続される側の端部には、該第１シェル側に向けて拡開したフレア部が設けられ、
前記第１シェルおよび前記第２シェルのうちの少なくとも前記第１シェルの内部には、断熱マットを介して保持された内装部材が設けられ、
前記第１シェルの内部に設けられた前記内装部材における前記第２シェル側の端部は、前記断熱マットの端部よりも前記第２シェル側に突出し、かつ前記第１シェルの端部よりも突出しない位置とされ、
前記第１シェルおよび前記第２シェルは、互いに近接する前記膨出部と前記フレア部とを跨ぐＶインサートを備えた締結具により互いに接続されている
ことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排気ガス浄化装置において、
前記内装部材における前記第２シェル側の端部は、組立工程上で最低限必要な前記断熱マットからの突出代を越えて前記第２シェル側に位置している
ことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項１に記載の排気ガス浄化装置において、
前記内装部材における前記第２シェル側の端部は、前記膨出部の範囲内に位置している
ことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の排気ガス浄化装置において、
前記内装部材の前記断熱マットの端部からの突出量は、前記内装部材に生じる曲げモーメントによる応力が当該内装部材の許容応力を越えないような値とされる
ことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１５０９０（Ｐ２０１３−１５０９０Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４９０２７（Ｐ２０１１−１４９０２７）
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【Ｆターム（参考）】
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