内燃机的排气气体净化装置 技术领域 本发明涉及一种内燃机的排气气体后处理装置， 即涉及一种在筒状的壳体内收纳 排气后处理装置的排气气体净化装置。
背景技术 以往， 公知一种排气气体净化装置 ( 专利文献 1)， 其用由圆柱状的载体构成的烟 灰过滤器对从柴油机等的内燃机排出的排气气体中的微粒物质进行捕集， 并且这样的烟灰 过滤器等的排气后处理装置收纳于筒状的壳体内。
专利文献 1 所述的排气气体净化装置， 通过将 U 形螺栓卡止于壳体， 或者经由通过 焊接等固定于壳体的托架安装于发动机、 发动机罩或车辆框架。
现有技术上文献
专利文献 1 ： ( 日本 ) 特开 2003-120277 号公报
发明内容 发明所要解决的技术问题
但是， 如果将排气气体净化装置用于与机动车或公路行驶用的卡车等不同的， 如 建设机械的大排气量的车辆， 则因为排气气体净化装置变得大型且重量变重， 所以存在仅 使用 U 形螺栓安装使安装强度不足， 从而在工作中产生位置偏移， 无法可靠地安装的问题。 例如液压挖土机， 在将发动机搭载在旋转体的情况下， 所述问题特别明显。
另外， 收纳于排气气体净化装置内的排气后处理装置由于排气气体而变得高温。 特别是在采用烟灰过滤器作为排气后处理装置的情况下， 如果将捕集的微粒物质燃烧进行 再生， 由于该燃烧温度而成为高温， 从而使由于收纳排气后处理装置的壳体产生热膨胀。 因 此， 存在如下的问题 ： 因为经由焊接于壳体的托架坚固地固定， 所以不允许由热膨胀所产生 的尺寸变化， 由于在壳体产生热应力因此使耐久性降低。
解决技术问题的技术方案
本发明的目的在于提供一种内燃机的排气气体净化装置， 其能够被可靠地安装， 并且通过防止热应力的产生而提高耐久性。
在本发明的内燃机的排气气体净化装置的内部具备收纳排气后处理装置的筒状 的壳体， 并且通过所述壳体的轴向上分开的至少两个安装位置安装于被安装部， 在所述两 个安装位置中的一个安装位置， 对所述壳体在处于限制其在轴向上滑动的状态进行固定， 在另一个安装位置安装所述壳体， 使所述壳体在轴向上自由滑动， 所述内燃机的排气气体 净化装置的特征在于， 所述排气后处理装置是捕集排气气体中的微粒物质的烟灰过滤器， 所述一个安装位置位于所述烟灰过滤器的上游侧， 所述另一个安装位置位于所述烟灰过滤 器的下游侧， 在所述一个安装位置， 设置于所述壳体外周的凸缘经由安装板安装于所述被 安装部， 在所述凸缘， 夹着该凸缘安装相对的加强板， 在安装所述加强板的一侧， 一个所述 加强板被安装在上方侧， 在安装所述加强板的另一侧， 安装三个所述加强板。
这里， “被安装部” 是内燃机或覆盖该内燃机的罩。另外， “安装于被安装部” 包含 经由任意形状的安装托架等安装于被安装部。另外， “坚固地固定壳体” 是通过焊接或螺栓 固定等固定壳体， 使其处于轴向滑动被抑制的状态。 在设置多个壳体的情况下， 优选的是至 少其中一个收纳排气后处理装置， 无论其他壳体是否收纳其他排气后处理装置， 另外， 可以 在任一的壳体设置安装位置。
在本发明的排气气体净化装置中， 优选的是， 另外， 在所述一个安装位置， 所述安 装板经由安装托架安装于被安装部， 所述安装托架包括 ： 底板及在所述底板上呈一直线状 排列设置并固定所述安装板的一对支承板， 各支承部板相互相对的相对部形成为曲面形状 并向所述底板上垂下。
在本发明的排气气体净化装置中， 优选的是， 所述安装托架经由基板安装于所述 被安装部， 在所述安装托架的底板和所述基板之间安装薄板状的支座部件。
在本发明的排气气体净化装置中， 优选的是， 所述另一个安装位置利用跨设于所 述壳体外周面的 U 形螺栓安装于所述被安装部。
通过以上所述本发明， 因为将排气气体净化装置安装于被安装部的两处安装位置 中的一个安装位置被坚固地固定， 所以能够可靠地安装排气气体净化装置。 另外， 对于另一 个安装位置， 因为滑动自如地安装壳体， 所以允许壳体热膨胀所产生的尺寸变化而防止热 应力的产生， 从而能够提高耐久性。 这时， 当在烟灰过滤器中进行再生时， 通过燃烧被捕集的微粒物质， 使烟灰过滤器 的下游侧变成高温， 收纳该部分烟灰过滤器的壳体的热膨胀变得显著。 因此， 使坚固地固定 壳体的一个安装位置处于烟灰过滤器的上游侧， 使壳体可以滑动的另一个的安装位置位于 烟灰过滤器的下游侧， 由此， 能够有效地应对所述热膨胀。
在一个安装位置上， 如果利用设置于壳体的凸缘进行固定， 则不必通过焊接等将 安装板固定在壳体的外周面， 外周面由于焊接时的热量而产生变形， 不用担心由于该变形 使内部的排气后处理装置和其他的催化剂等的保持力降低， 能够进行可靠的保持。
在另一个安装位置上， 如果使用 U 形螺栓对壳体进行卡止， 则能够可靠地进行以 下操作 ： 限制筒状壳体的径向的位置， 同时使壳体在轴向方向的滑动。
在安装有安装板的安装托架上， 因为构成以上所述结构的一对支承板相对部形成 为曲面形状， 所以能够缓解该相对部所产生的应力集中， 能够更加提高耐久性。
如果在安装托架和基板之间安装薄板状的支座部件， 则能够使安装托架和基板不 晃动地相互固定， 从而能够容易地确保平面度并使其稳定地进行安装。
附图说明
图 1 是表示本发明的一个实施方式的排气气体净化装置的整体立体图。 图 2 是从轴向一侧向另一侧看的所述排气气体净化装置。 图 3 是表示所述排气气体净化装置的主要部分的图。 图 4 是表示所述主要部分的分解立体图。 图 5 是表示所述排气气体净化装置的其他主要部分的分解立体图。具体实施方式以下， 基于附图， 对本发明的一个实施方式进行说明。
图 1 是表示本实施方式的排气气体净化装置 10 的整体立体图。排气气体净化装 置 10 是捕集从搭载于未图示车辆的柴油发动机等的内燃机排出的排出气体中的微粒物质 的装置， 并安装于， 例如内燃机、 搭载内燃机的车辆的发动机罩或车辆框架。
本实施方式的排气气体净化装置 10， 用于液压挖土机等的建设机械， 与用于通常 的运输用卡车的排气气体净化装置相比尺寸非常大。因此， 所述排气气体净化装置 10 由可 以相互分离的多个圆筒状构成， 例如， 构成为具备四个壳体 11、 12、 13、 14。
设置于排气气体的入口侧的流入侧壳体 11 是用侧壁部 15 塞住轴向一端侧的结 构， 并以正交于轴向的形状具备供排气气体流入的入口管 16。 入口管 16 经由蛇纹管或万向 联轴节等的由连接角度可变的管接头构成的振动抑制部件与搭载于内燃机的未图示的排 气涡轮增压机的排气气体出口管连接。 这样的振动抑制部件抑制不同于振动马达的排气涡 轮增压机和排气气体净化装置 10 之间的相互影响。从排气涡轮增压机排出的排气气体通 过入口管 16 流入流入侧壳体 11， 向侧壁部 15 的相对侧的催化剂壳体 12 流动。
催化剂壳体 12 呈圆筒状。在催化剂壳体 12 的内部收纳氧化催化剂 ( 排气后处理 装置 )。所述氧化催化剂使排气气体中所必须供给的定量给料燃料氧化、 发热， 并且使排气 气体的温度上升到规定的高温区域。 定量给料燃料通过设置于排气管的定量给料用的燃料 喷射装置向排气气体中供给， 并且与排气气体一起流入排气气体净化装置 10， 所述排气管 将排气涡轮增压机的排气气体出口侧和排气气体净化装置 10 的排气气体入口侧相连。
如果内燃机是柴油发动机， 则定量给料用的燃料是例如与发动机燃料相同的轻 油。 另外， 当箱筒内供给定量给料用的燃料时， 也通过发动机燃料用的燃料喷射装置一起供 给定量给料用的燃料。
配置于催化剂壳体 12 的下游侧的过滤器壳体 13 呈圆筒状， 与其他的壳体 11、 12、 14 相比， 在轴向上的长度尺寸最大。 在过滤器壳体 13 的内部收纳用于捕集微粒物质的烟灰 过滤器 ( 排气后处理装置 )。 省略对烟灰过滤器的详细说明， 烟灰过滤器由堇青石 ( コ一ジ ュライト ) 或碳化硅等的载体构成， 通过使排气气体通过沿载体轴向设置的多个流入流出 孔内， 从而捕捉微粒物质。
另外， 本发明的排气后处理装置不限定为捕集微粒物质的烟灰过滤器， 也可以是 NOx 还原催化剂、 NOx 吸收还原催化剂、 三元催化剂及其他的氧化催化剂等的用于减少 NOx 排出量的排气后处理装置。另外， 也可以是将所述 NOx 减少用的排气后处理装置和微粒物 质捕集用排气后处理装置串联配置而进行组装的结构。
另外， 如果仅使用 NOx 减少用的排气后处理装置， 则省略本实施方式的用于使定 量给料燃料氧化的氧化催化剂。即， 所述氧化催化剂针对烟灰过滤器进行使用。利用由于 氧化催化剂而使温度上升的排气气体的热量， 使烟灰过滤器所捕集的微粒物质燃烧， 在烟 灰过滤器中进行再生。 因为必须进行所述再生， 所以在本实施方式设置所述氧化催化剂。 所 述氧化催化剂也可以承载于烟灰过滤器， 在这样的情况下， 可以是单独使用烟灰过滤器， 不 必另行设置氧化催化剂。
配置于过滤器壳体 13 的下游侧的流出侧壳体 14 是用侧壁部 17 塞住轴向的另一 端侧的结构， 并具备用于排出排出气体的出口管 18。出口管 18 沿垂直方向突出设置， 其前 端与未图示的消音装置 ( マフラカッタ ) 连接。在本实施方式中， 排气气体净化装置 10 也作为消音装置而起作用， 因此不特别需要单独的消音装置， 而将消音管直接安装在排气气 体净化装置 10。
从流入侧壳体 11 流入到催化剂壳体 12 的排气气体处于不需要在烟灰过滤器中进 行再生的状态， 由于不含定量给料燃料， 所以直接通过氧化催化剂流入过滤器壳体 13 内的 烟灰过滤器， 捕捉微粒物质并进行净化。 净化后的排气气体进入下游的流出侧壳体 14， 从这 里通过出口管 18 及消音管向外部排出。
另一方面， 如果微粒物质积蓄在烟灰过滤器中， 并处于阻塞状态， 则利用燃料喷射 装置将定量给料燃料喷射到排气气体中， 排气气体中的燃料通过催化剂壳体 12 内的氧化 催化剂进行氧化、 发热， 因此通过所述氧化催化剂的排气气体上升到规定温度， 即， 上升到 其在烟灰过滤器中进行再生的温度以上。 当上升到再生温度以上的排气气体流入下游侧的 烟灰过滤器时， 积蓄在烟灰过滤器的微粒物质利用排气气体的热量燃烧， 变得无害并向外 部排出。烟灰过滤器通过除去微粒物质， 返回原有状态。
但是， 如果排气气体的温度没有受到定量给料燃料的供给却达到再生温度以上， 则与烟灰过滤器的阻塞状态无关， 捕集到烟灰过滤器的微粒物质利用排气气体的温度燃 烧， 因此烟灰过滤器没有定量给料燃料而进行自然地再生。 图 2 是从轴向的一侧向另一侧看的排气气体净化装置 10 的图。在图 1、 图 2 中， 向 径向的外方延伸的凸缘部 19 设计为沿遍及周向与各壳体 11 ～ 14 的相互连接侧的开口周 围连接。该凸缘部 19 通过凸缘加工与形成于各壳体 11 ～ 14 的外周面的筒体一体地形成。 将各壳体 11 ～ 14 间相互的凸缘 19 对接后， 利用穿过各凸缘 19 的螺栓孔 20 的螺栓 21 和 与该螺栓 21 螺合的螺母 22 进行接合。
这里， 凸缘 19 的厚度尺寸是所述筒体的厚度， 因此在结合时不具备充分的强度。 因此， 在本实施方式中， 通过绕整周配置多个加强板 23 对凸缘 19 进行加强。各加强板 23 是具有凸缘 19 的圆周长度的 1/3 长度的圆弧状。通过配置三个该环状的加强板 23， 对各 凸缘 19 的整周进行加强。即， 也在加强板 23 上设置螺栓孔 24， 并使螺栓 21 穿过各螺栓孔 20、 24。
另外， 夹着一对对接的凸缘 19 的相对的加强板 23 错开周向的位置。因此沿周向 配置的加强板 23 之间的边界部 25 夹着一对凸缘 19 也不相对。如果边界部 25 夹着一对凸 缘 19 沿轴向相对， 则在各边界部 25 所对应的凸缘 19 部分， 使拧紧螺栓 21 及螺母 22 所产 生的垫圈表面压力减小， 排气气体可能泄露。因此， 为了使垫圈表面压力均匀， 在本实施方 式中配置加强板 23。
以下， 对排气气体净化装置 10 的安装结构进行详细说明。排气气体净化装置 10 分别利用安装板 30 及一对 U 形螺栓 50 在沿轴向分离的两个位置上进行安装。
如图 3、 图 4 所示， 用于一个安装位置的安装板 30 固定于催化剂壳体 12 的排气气 体流入侧的凸缘 19。具体地说， 在催化剂壳体 12 的所述凸缘 19， 仅在上方侧使用一个所述 加强板 23， 并分别在其他两个加强板 23 的使用部分使用安装板 30。
因此， 安装板 30 具备沿催化剂壳体 12 的外周面的安装部 31， 在安装部 31， 沿圆弧 状位置设置多个螺栓孔 32。使螺栓 21 穿过所述螺栓孔 32 并与螺母 22 螺合， 由此与凸缘 19 一起拧紧， 能够使安装板 30 作为与流入侧壳体 11 接合的加强板 23 而起作用， 并且能够 作为固定排气气体净化装置 10 而被使用。
安装板 30 还具备与安装部 31 一体地设置的安装片部 33。安装片部 33 具有通过 交叉呈大致直角的一对边缘 34、 35 而形成的角部 36。在安装片部 33， 沿下方的边缘 34 设 置一对的螺栓孔 37。安装板 30 的厚度尺寸比加强板 23 的厚度尺寸大， 因此不仅加强了凸 缘 19， 而且在安装排气气体净化装置 10 方面得到足够的安装强度。
这些安装板 30 用螺栓固定在第一安装托架 40。
第一安装托架 40 由平面呈矩形的底板 41、 沿底板 41 的长边侧排列设置在一条直 线上的一对支承板 42、 跨设各支承板 42 的垂直面及底板 41 的上面之间的棱 43。
在底板 41 的底面， 沿所述底板 41 的短边侧相互平行地配置一对矩形薄板状的支 座部件 44。另外， 在底板 41 设置也贯通支座部件 44 的螺栓孔 45( 图 3)。在底板 41 的上 面， 对应螺栓孔 45 固定螺母 46。
在支承板 42 设置螺栓孔 47， 该螺栓孔 47 与安装板 30 的螺栓孔 37 相对应。在支 承板 42 中， 在与安装板 30 所在侧相对的面， 与螺栓孔 47 对应而固定螺母 48。安装板 30 与 该支承板 42 抵接， 通过使螺栓 49 穿过各螺栓孔 37、 47 并与螺母 48 螺合， 从而固定各板 30、 42。这时， 通过将各螺栓孔 47 设置在同样高度位置的大致在一条直线上， 因此在将安装板 30 固定于支承板 42 时， 确保图中上下方向的位置偏移的调整量。 这些支承板 42 的上面的形状是沿催化剂壳体 12 的外形形状的形状， 随着相互接 近而逐渐变低， 其相对部 42A 形成曲面形状并在底板 41 上垂下。因此， 接近支承板 42 的相 对部 42A 呈圆形， 由此当排气气体净化装置 10 经由安装板 30 被支承时， 能够特别缓解产生 于相对部 42A 的应力， 从而能够提高耐久性。
第一安装托架 40 的底板 41 经由支座部件 44 承载于如图 1 所示的基板 70 的一端 侧， 通过从基板 70 的下方穿过螺栓孔 45 并与螺母 46 螺合的未图示的螺栓固定于基板 70。 基板 70 通过穿过设置于角部分的螺栓孔 71 的未图示的螺栓， 固定在例如， 内燃机的上部 ( 例如， 柴油发动机的飞轮外壳的上部 )。
即， 排气气体净化装置 10 的一端侧的位置， 利用催化剂壳体 12 的凸缘 19， 经由安 装板 30、 第一安装托架 40 及基板 70 坚固地固定在内燃机。
因此， 与全部使用螺栓进行固定的情况相比， 能够提高安装强度， 并且即使在建设 机械工作时， 排气气体净化装置 10 也不会偏移， 从而能够实现更可靠的固定。
另外， 安装用的托架不直接焊接在催化剂壳体 12、 过滤器壳体 13 上， 而是通过使 用安装板 30 固定在凸缘 19， 因此可以省略各壳体 12、 13 的焊接量， 从而能够防止排气气体 净化装置 10 在轴向上大型化。
另外， 由于省略所述焊接， 能够使各壳体 12、 13 的外周面的微小的热变形消失， 并 能够使收纳于内部的氧化催化剂和烟灰过滤器保持稳定。 另外， 因为省略焊接， 所以也不必 将壳体 12、 13 的外周面的局部设计为耐热结构， 该结构耐受在焊接时的热变形， 从而能够 防止使壳体 12、 13 的结构复杂化。
另外， 因为在第一安装托架 40 和基板 70 之间安装有支座部件 44， 所以能够使其 相互间良好地紧密连接， 能够确保排气气体净化装置 10 的平面度， 能够姿态良好地进行安 装。
与以上所述相对， 用于另一端侧的安装位置的一对 U 形螺栓 50 跨绕在过滤器壳体 13 的流出侧的端部附近， 将该过滤器壳体 13 卡止。U 形螺栓 50 的两端穿过第二安装托架
60， 利用预先螺合的螺母 51 和在穿过后进行螺合的螺母 52 安装于所述第二安装托架 60。
第二安装托架 60 由以下部件构成 ： 在两端具有立片部 62 的底板 61、 跨设在设置 于立片部 62 的上端的支承片部 63 之间的弯曲板 64、 跨设在支承片部 63 及立片部 62 之间 的棱 65、 支承各立片部 62 的相对面及弯曲板 64 的背面的支承板 66。
与第一安装托架 40 的底板 41 相同， 在底板 61 的下面配置一对支座部件 67， 并且 在底板 61 设置也贯通各支座部件 67 的未图示的多个螺栓孔， 对应各螺栓孔固定螺母 68。 在弯曲板 64 的两端侧分别设置一对也贯通支承片部 63 的螺栓孔 69， U 形螺栓 50 的端部穿 过各螺栓孔 69。
第二安装托架 60 的底板 61 经由支座部件 67 承载于基板 70 的另一端侧， 通过从 基板 70 的下方穿过螺栓孔， 并与螺母 68 螺合的未图示的螺栓固定于所述基板 70。
即， 排气气体净化装置 10 的另一端侧的位置， 利用 U 形螺栓 50， 经由第二安装托 架 60 及基板 70 安装于内燃机。但是， 因为 U 形螺栓 50 是将过滤器壳体 13 相对于第二安 装托架 60 向径向挤压并进行卡止的部件， 所以虽然过滤器壳体 13 在径向的位置被限制， 但 是轴向的位置完全没有被限制， 因此在轴向滑动自如地被安装。
即， 虽然特别是过滤器壳体 13 的排气气体流出侧的端部， 在内部的烟灰过滤器中 进行再生时使微粒物质燃烧， 并通过该燃烧热量使温度上升， 从而沿轴向产生热膨胀， 但是 在本实施方式中， 过滤器壳体 13 的以上所述端部侧通过轴向无限制的 U 形螺栓 50 进行安 装， 因此能够吸收由于热膨胀而产生的尺寸变化， 能够防止由于热应力而产生的破损和耐 久性的下降。 在如以上所述安装的排气气体净化装置 10 中， 当再生时未完全燃烧的灰烬等堆 积在烟灰过滤器内时， 将过滤器壳体 13 从排气气体净化装置 10 取出， 洗净后再次安装于排 气气体净化装置 10， 或者连同过滤器壳体 13 一起更换烟灰过滤器。
当更换过滤器壳体 13 时， 首先， 从螺母 48 卸下第一安装托架 40 的螺栓 49， 并卸下 第二安装托架 60 的 U 形螺栓 50 及螺母 52。之后， 从内燃机卸下排气气体净化装置 10。接 着， 解除催化剂壳体 12 和过滤器壳体 13 的接合。这里， 可以是卸下使凸缘 19 的部分相互 接合的螺栓 21 及螺母 22。其次， 同样卸下流出侧壳体 14 并且取下过滤器壳体 13。之后， 对开放的过滤器壳体 13 进行必要的作业。可以安装以上所述步骤的相反步骤进行各壳体 11、 12、 13、 14 的组装。
另外， 虽然如以上所述公开了用于实施本发明的最佳的结构、 方法等， 但是本发明 不限制于此。即， 虽然使用附图表示本发明的主要的特定的实施方式， 并进行说明， 但是只 要不脱离本发明的技术思想及目的范围， 使用者也可以相对于以上所述实施方式， 在形状、 数量及其他的详细结构方面进行多种变形。
因此， 限定以上所述形状、 数量等的记载是用于使本发明容易被理解的示例， 由于 不对本发明进行限定， 因此除所述形状、 数量等的限定的一部分或者全部限定之外的与部 件名称相关的记载包含在本发明中。
在所述实施方式中， 虽然催化剂壳体 12 侧由安装板 30 固定， 过滤器壳体 13 侧通 过 U 形螺栓 50 滑动自如地安装， 但是通过何种方法对任一壳体 11 ～ 15 进行安装， 最好在 调查收纳在壳体内部的排气后处理装置的种类等之后再决定， 不限定于所述实施方式。
总之， 本发明包含 ： 坚固地固定排气气体净化装置的长度方向的一端侧的安装位
置， 并且可以滑动地安装另一端侧的安装位置使其允许产生热膨胀。因此， 本发明也包含 ： 第一安装托架 40 等直接焊接于催化剂壳体 12。
另外， 也可以使用金属制的带等代替 U 形螺栓 50， 将过滤器壳体 13 安装于第二安 装托架 60， 也可以预先在过滤器壳体 13 焊接沿水平方向延伸的安装片， 使该水平片与第二 安装托架 60 的端部上下夹紧， 在这样的情况下， 也能够限制径向移动， 并且允许轴向的滑 动。
在所述实施方式中， 虽然安装板 30 及 U 形螺栓 50 安装在第一、 第二安装托架 40、 60， 这些第一、 第二托架 40、 60 经由基板 70 安装在内燃机或覆盖内燃机的罩， 或者车辆框架 的被安装部， 但是本发明还包含 ： 这些第一、 第二安装托架 40、 60 不经由基板 70， 而使安装 板 30 及 U 形螺栓 50 被直接安装在被安装部的情况。
产业上的利用可能性
本发明能够特别有效地利用于在以建设机械为首的农用机械、 自卸卡车、 发电机 等的内燃机中所使用的排气气体净化装置。
附图标记
10 排气气体净化装置
11、 12、 13、 14 壳体
19 凸缘
30 安装板
40 第一安装托架
44、 67 支座部件
41 底板
42 支承板
42A 相对部
50U 形螺栓
60 第二安装托架
70 基板