(57)【要約】【課題】  フィルタが詰まった場合でも排ガスを安全に排出出来、しかもスペース効率が高く、かつ、取付に手間の掛らないディーゼル微粒子除去装置を提供する。【解決手段】  ディーゼルエンジン搭載車両に装着されるディーゼル微粒子除去装置で、エキゾーストパイプと排ガス処理室とテールパイプが連結されており、エキゾーストパイプから排出された排ガスを上記処理室内のフィルタで浄化してテールパイプから排出するものにおいて、上記処理室の周囲を覆う外筒を設け、処理室の第１若しくは第２の端壁又は処理室表面の少なくとも一部に、処理室と外筒との間に形成された空間内に排ガスを放出可能なバイパス弁を設け、処理室内の圧力が一定以上になったときにバイパス弁を開いて処理室から上記空間に排ガスを放出する様にし、更に排ガスを外部に放出する為の排気口を外筒の第１若しくは第２の端壁又は外筒表面の少なくとも一部に設ける様にする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジン搭載車両に装着されるディーゼル微粒子除去装置で、エキゾーストパイプと排ガス処理室とテールパイプが連結されており、エキゾーストパイプから排出された排ガスを前記処理室内のフィルタで浄化してテールパイプから排出するものにおいて、前記処理室の周囲を覆って外筒が設けられ、前記処理室の第１若しくは第２の端壁又は処理室表面の少なくとも一部に、前記処理室と前記外筒との間に形成された空間内に前記排ガスを放出可能なバイパス弁が設けられており、前記処理室内の圧力が一定以上になったときに前記バイパス弁が開き、前記処理室から前記空間へ排ガスが放出されるようになっていること、及び前記空間へ放出された排ガスを外部に放出するための排気口が前記外筒の第１若しくは第２の端壁又は外筒表面の少なくとも一部に設けられていることを特徴とするディーゼル微粒子除去装置。
【請求項２】
前記処理室の外壁と前記外筒の内壁が、前記排ガスの通路となる切欠を設けた補強板で支持されていることを特徴とする請求項１に記載のディーゼル微粒子除去装置。
【請求項３】
前記外筒の外壁に、温度検出手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のディーゼル微粒子除去装置。
【請求項４】
前記外筒には、前記外筒表面の少なくとも一部が切り欠かれた開口部と、前記開口部を覆う蓋体とが設けられており、前記蓋体を開けて前記処理室内のフィルタを交換できる様構成されたことを特徴とする請求項１に記載のディーゼル微粒子除去装置。
【請求項５】
前記処理室は、前記エキゾーストパイプに接続された第１のキャップと、前記テールパイプに接続された第２のキャップと、前記第１のキャップと前記第２のキャップの間に縦続接続され、内部にフィルタが格納された少なくとも１つのフィルタアセンブリとからなることを特徴とする請求項４に記載のディーゼル微粒子除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジン搭載車両に装着されるディーゼル微粒子除去装置（ＤＰＦ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開平６−２１２９４５号公報
【０００３】
従来の技術に付き、図１を参照しながら説明する。図１は、自動車のシャーシ底面を示す図であり、左側が後輪側、右側が前輪（エンジン）側である。
近年、ディーゼルエンジン搭載車両に対するディーゼル微粒子除去装置（ＤＰＦ）の装着が盛んに行われているが、ＤＰＦ１００内部のフィルタＦは、使用期間が長くなると捕集されたディーゼル微粒子（ＰＭ）が溜まって詰まってしまう場合があるため、これに備えて図１に示す様に切替装置１０３、枝管１０４及びマフラー１０５を設けてフィルタＦが詰まった場合の排ガスの逃げ道を確保している。このとき、溜まったＰＭについてマイクロ波等の昇温手段を用いて燃焼処理を施して、フィルタＦの再生を行っている例もある［特許文献１参照］。ここで、マフラー１０５とＤＰＦ１００は並列して配置されていた。しかし、シャーシ底面におけるエキゾーストパイプ等の取り回し作業は困難であるほか、部品点数が増加するので、増加分の部品の配置箇所に困ると言う問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明は、フィルタが詰まった場合でも排ガスを安全に排出出来、しかもスペース効率が高く、かつ、取付に手間の掛らないＤＰＦを提供することを課題とする。
【０００５】
さらに本発明は、フィルタが詰まった際のフィルタ交換が容易なＤＰＦを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者等は、排ガスの入口側（ＩＮ側）にエキゾーストパイプが接続され、出口側（ＯＵＴ側）にテールパイプが接続された排ガス処理室の第１若しくは第２の端壁又は処理室表面の少なくとも一部に、内部のフィルタが詰まった際に排ガスを逃がすためのバイパス弁（圧力安全弁）を備えた上、この処理室全体を格納し得る外筒を設けることによってＤＰＦを二重筒構造とし、上記バイパス弁が開いた際に逃げ出してきた排ガスを、処理室外壁と外筒内壁の間に形成された空間（通路）内に流して、これを外筒の第１若しくは第２の端壁又は外筒表面の少なくとも一部に設けた排気口から外方へ排出することにより上記課題を解決可能なことを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明のディーゼル微粒子除去装置は、エキゾーストパイプと排ガス処理室とテールパイプが連結されており、エキゾーストパイプから排出された排ガスを前記処理室内のフィルタで浄化してテールパイプから排出するものにおいて、前記処理室の周囲を覆って外筒が設けられ、前記処理室の第１若しくは第２の端壁又は処理室表面の少なくとも一部に、前記処理室と前記外筒との間に形成された空間内に前記排ガスを放出可能なバイパス弁が設けられており、前記処理室内の圧力が一定以上になったときに前記バイパス弁が開き、前記処理室から前記空間へ排ガスが放出されるようになっていること、及び前記空間へ放出された排ガスを外部に放出するための排気口が前記外筒の第１若しくは第２の端壁又は外筒表面の少なくとも一部に設けられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、バイパス弁を設けているため、ＤＰＦの他に切替装置や枝管、及びマフラー等を別に設けなくても、フィルタの詰まりを心配する必要が無い他、万一フィルタが詰まった場合でも排ガスを安全に排出出来る上、消音効果をも獲得し得るので周囲に迷惑を掛けることが無い。又後述の温度検出手段を追加すれば運転者にフィルタの詰まりを警報することもできる。
このように本発明によれば、スペース効率が高く、更に取付に手間の掛らないＤＰＦを提供することができる。本発明によれば、従来と比べて部品点数が少なくて済み、排気管の取り回しや増加した分の部品の配置場所に困ることも無い。
更に本発明によれば、フィルタが詰まった際のフィルタ交換が容易な構成とすることもできる。
以下、本発明の一実施例を示し、本発明をより詳細に説明する。
【実施例１】
【０００９】
まず、図２〜図５に基づき、本発明の一実施例を説明する。図２は本発明に係るＤＰＦの一実施例を示す正面図で、全体構造をあらわした図である。簡単のため一部省略してある。図３は図２のＤＰＦの左側面図で、排ガスの入口側（ＩＮ側）から見たものである。図４は図２のＤＰＦの右側面図で、排ガスの出口側（ＯＵＴ側）側から見たものである。図５は、ＤＰＦ内部に装着される衝突板の説明図である。
【００１０】
［構成］
図２に示す通り、本発明のＤＰＦ１は、外筒３と、内筒２の二重筒構造を採っている。内筒２は排ガス処理室であり内部にフィルタＦが納められている。ＤＰＦ１は排ガスを通す性質上、耐熱及び耐酸材料からなる。本実施例では外筒３及び内筒２の双方を、耐熱及び耐酸ステンレス鋼を使用して作成している。
【００１１】
本実施例において外筒３は円筒状であり、第１の端壁３１、第２の端壁３２及び外筒表面３３からなる。エキゾーストパイプ４１及びテールパイプ４２はそれぞれ、外筒３の第１の端壁３１及び第２の端壁３２を貫いて、内筒２の第１の端壁２１及び第２の端壁２２へと延び、内筒２（排ガス処理室）に接続されている。本実施例では、第２の端壁３２は外蓋３０として形成されており、外筒３は、この外蓋３０が、外筒表面３３と第１の端壁３１とが円筒缶状に一体成形された本体ケーシング３４の開放端３５にボルト止め（ボルト９）されることによって構成されている。尚外蓋３０には、内筒２からバイパス弁５及び通路１２を介して逃げて来た排ガスを外部へ放出するための排気口４３が設けられている。内筒２の外壁と外筒３の内壁との間にある空間には、図２〜図４に示す様に円環状の補強板８が設けられる。本実施例では補強板８は外筒表面３３及び内筒表面２３と実質的に垂直な方向を向いており、又ＩＮ側からＯＵＴ側にかけて少なくとも１枚配置されている。補強板８は複数個の切欠部１１を有している。これらは内筒２の外壁と外筒３の内壁との間にある空間において、内筒２内部からバイパス弁５を介して逃げて来た排ガスを、エキゾーストパイプのつく第１の端壁（２１，３１）側からテールパイプのつく第２の端壁（２２，３２）側へ流すための通路１２を構成するものである。外筒表面３３にはフィルタの詰まりを運転者に警報するための温度検出手段１０が備えられている。
【００１２】
本実施例において内筒２は円筒状であり、第１の端壁２１、第２の端壁２２及び内筒表面２３を有している。エキゾーストパイプ４１及びテールパイプ４２はそれぞれ、第１の端壁２１及び第２の端壁２２に接続されており、エンジンからの排ガスがＩＮ側より内筒２内に入り、又内筒２のＯＵＴ側より出る様になっている。第１の端壁２１の一部には孔が開けられ、そこにバイパス弁５が設置される様になっている。バイパス弁５周りの詳細及びその動作については後述する。
【００１３】
処理室に相当する内筒２内には、フィルタＦが納められている。フィルタＦとしては、黒煙の原因であるディーゼル微粒子（ＰＭ）の捕集及び燃焼機能を発揮する金属フィルタや、ハニカム状のセラミックフィルタ等が使用可能であるが、本実施例では特開２００３−２３２２１４号に示される様な金属フィルタを使用している。このほか、内筒２内には、例えば衝突板７、触媒等複数の構成要素が格納されている。衝突板７は取付ステーＳＴを介して内筒２の第１の端壁２１に取り付けられている（図２又は図３参照）。ここで図５に示す通り衝突板７にはエキゾーストパイプ４１から入ってきた排ガスが直接当たる様になっている。衝突板７に当たった排ガスは、内筒２内に拡散し、後段にある触媒やフィルタ等に向かって流れて行く。
【００１４】
［使用状態］
次に本実施例の使用状態に付き説明する。
エンジンから出た排ガスは、エキゾーストパイプ４１を通って内筒２に入る。フィルタＦに詰まりが無く正常な状態であれば、排ガスはフィルタＦで浄化され、テールパイプ４２から排出されて行く。一方、フィルタＦが詰まってしまった場合には、内筒２の内圧が上昇すると共に、内筒２の温度も上昇する。内筒２の内圧が一定値を超えると、内筒２の第１の端壁２１の一部に設けたバイパス弁５が開き、内筒２内の排ガスを逃がす。バイパス弁５は、圧力検知手段６と共に第１の端壁２１に設けられる。圧力検知手段としては、例えばセンサのほか、これを省略するためにバイパス弁５を板バネやコイルスプリング等の弾性手段を介して付勢した状態で第１の端壁２１に取り付けておくことにより、一定値の圧力がバイパス弁５に作用すると、弾性手段の付勢力に抗してバイパス弁５が開く様な構造のものが挙げられる。本実施例では後者の構造を採っており、バイパス弁５は圧力検知手段たるバイパススプリングアセンブリを介して第１の端壁２１に取り付けてある。このため本発明によれば、図１に示す従来例では切替装置１０３に必要とされていた圧力センサを省略することができる。本実施例ではバイパススプリングアセンブリは４個のコイルスプリング（バイパススプリング）からなり、作動圧力は約０．６３［ＭＰａ］である。従って内筒２の内圧が約０．６３［ＭＰａ］を超えると、バイパス弁５が開き、内筒２から逃げてきた排ガスは内筒２の外壁と外筒３の内壁との間の空間（通路１２）を通って外筒３の第２の端壁３２のテールパイプ４２近傍に設けられた排気口４３より放出される。本実施例の場合、第１の端壁（２１，３１）から第２の端壁（２２，３２）にかけては、補強のため内筒２の外壁と外筒３の内壁との間に補強板８が設置されており、排ガスは、補強板８の各部に設けられた切欠部１１を通過したり、補強板８に衝突したりしながら、内筒２の外壁と外筒３の内壁との間の空間（通路１２）を流れ、排気口４３より放出される。
以上説明した様に、万一フィルタＦが詰まった場合には、本発明のＤＰＦ１はマフラー（消音装置）として機能する。
【実施例２】
【００１５】
以下では、図６〜９に基づき、内筒２のフィルタＦを容易に交換可能な構成とした例に付き説明する。基本的な構成は、上記実施例１と同様である。図６は本実施例のＤＰＦの外観図（Ａは正面図、Ｂは平面図、Ｃは右側面図）、図７は本実施例に係るＤＰＦの別の例を示す図（Ａは正面図、Ｂは平面図、Ｃは右側面図）、図８は内筒の構成を示す図、図９は内筒と外筒との関係を示す図である。
【００１６】
図６〜９から明らかな様に本実施例では、外筒表面３３上に切り欠かれた開口部５０よりフィルタを交換出来る様構成されている。開口部５０は、常時開放しておく必要がないため、外筒表面３３上には開口部５０をカバーするかたちで蓋体４７が設けられている。このとき、蓋体４７は、図６に示す様に外筒表面３３にボルト止めされる。或いは、図７に示すかたちで、ＤＰＦ１の全長方向に伸びる蓋体４７の一辺が蝶番４８を用いて外筒表面３３に開閉可能な様取り付けられ、相対する他方の辺が留め具４９を用いて外筒表面３３に固定されている。
【００１７】
次に、内筒２の構成につき説明する。
図８に示す通り、本実施例の内筒２は第１のキャップ２４と、中間接続部２９を介して連結された２個のフィルタアセンブリ４と、第２のキャップ２７が順にカスケード接続されたものからなっている。本実施例では、フィルタ格納部５２には、上記のフィルタＦが少なくとも１つ格納され、フィルタアセンブリ４を構成している。又本実施例のフィルタ格納部５２は、フィルタＦを格納し得る大きさの円筒形状を成している他、交換時の取出し易さを考慮して、その外側表面から突出するかたちで、適宜形状の持ち手４６を有している。中間接続部２９は、内筒２を構成する複数個のフィルタアセンブリ４をカスケードに接続して行く際、これらの間に配されるものである。本実施例では、フィルタ格納部５２同様、中空円筒形状をしている。
上記各構成要素の接続は、適宜ガスケットを介して行なわれ、気密性が確保されている。尚図９に示す通り、エキゾーストパイプ４１及びテールパイプ４２はそれぞれ、外筒３の第１の端壁３１及び第２の端壁３２を貫いて、内筒２の第１のキャップ２４及び第２のキャップ２５に接続されている。
【００１８】
このようにして形成された内筒２は、図９に示す通り、本体ハウジング３４の開放端３５側から内部に納められている。ＩＮ側では、内筒の第１のキャップ２４に形成された第１の鍔部２６が皿バネ５１を介して外筒の第１の端壁３１の内側表面に接する様になっている。ＯＵＴ側では、本体ケーシング３４内へ内筒２が格納されてから、外蓋３０により開放端３５が封止された後、外部より外蓋３０を貫通して内側にねじ込んだ内筒保持用ボルト２８で第２の鍔部２７の外側表面が押圧されている。
【００１９】
ここで、図９に基づき、外筒３内で内筒２が保持される様子につきより詳細に説明する。尚、内部の様子を明らかにするため、図９に示す外筒３の第１の端壁３１付近は、一部破断した状態で表わされている。本実施例の内筒２は、第１のキャップ側が皿バネ５１に担われ、相対する第２のキャップ側が内筒保持用ボルト２８で押圧保持されている。これは、第２のキャップ２５側では、外蓋３０側よりねじ込んだ３本の内筒保持用ボルト２８により第２の鍔部２７外側表面が押圧される一方、相対する第１のキャップ２４側では、第１の鍔部２６が皿バネ５１を介して外筒３の第１の端壁３１の内壁に押圧されることにより実現されている。
本実施例では、上記の様に３本の内筒保持用ボルト２８で第２の鍔部２７を押さえており、これを緩めることによって、内筒２を分解できる様構成されている。この様な構成によれば、内筒２を分解すると、フィルタアセンブリ４を外筒３の外側表面３３に切り欠かれた開口部５０より取出し、新しいものに交換することができる。
【実施例３】
【００２０】
上記各実施例によるＤＰＦ１の通常の使用状態では、外筒表面３３の温度は１００℃に達しない（約８０℃）程度である。一方、外筒３に内蔵された内筒２内部のフィルタＦが詰まったときには、内筒２全体の温度が上昇すると共に、それに伴って外筒３の表面３３の温度も徐々に（およそ数秒程度で）上昇して来る。本実施例では、外筒表面３３にサーミスタからなる温度検出手段１０を設置し、設定温度（例えば約１３５℃等）に達したときに運転者にフィルタＦが詰まった状態にあることを警報する様構成している。警報を受けたドライバーはその後、適当な時期をみてフィルタの交換を行なえば良い。このとき、フィルタＦの状況は車両の走行に何ら影響を及ぼすことはない。上記実施例２の場合であれば、フィルタＦの交換作業自体も、ｉ）車体側面下部に露出したかたちで装着されている外筒３に現れた内筒保持用ボルト２８を緩めて内筒２を分解可能状態とした上で、ｉｉ）外筒３の蓋体を開放し、そこから詰まったフィルタアセンブリ４を外部に取り出して新しいものに交換するだけであり、作業性に非常に優れたものとなっている。
【００２１】
［その他変形例］
尚本発明は、上記各実施例に限定されず、種々の設計事項の変更が可能である。
例えば、外筒及び内筒の横断面形状に関し、上記各実施例では実質的に円形をなしているが、これに限定されず、楕円形或いは四角形その他の多角形であっても良い。又上記各実施例では、内筒２は外筒３の中に１本納められているが、取り付ける車両の排気量等に応じて複数納めても構わない（図１０参照）。
フィルタＦには金属フィルタからなるものを用いたが、フィルタＦには適宜、従来技術からなるものを使用し得る。このとき、内部でＰＭの燃焼が十分に行われるものが好ましい。
衝突板７の表面７ａには、排ガスの拡散のため、図５ に示される孔４５を適宜開口しておいても良い。
補強板８が第１の端壁（２１，３１）から第２の端壁（２２，３２）にかけて複数枚設置される場合、補強板８に設けられる複数個の切欠部１１の円周方向の位置は各補強板毎に異なっていて良く、排ガスが多数の補強板に衝突しさらに多数の補強板を通過すればする程、排ガスの衝撃波は弱められ、消音効果がより高く得られる。反対に、補強板８を省略して本発明のＤＰＦ１を構成した場合であっても、フィルタＦが詰まったときのバイパス機能が損なわれることはない。
上記実施例２では、捕集したＰＭが溜まって詰まってしまったフィルタＦについては交換可能な様構成されているが、この他、内筒２にマイクロ波加熱装置等公知の昇温手段を付加して溜まったＰＭを燃焼処理することにより、フィルタＦを再生して使用を続けても良い。
又内筒２から逃げてきた排ガスを、排気口４３より放出する代わりにテールパイプ４２の一部の表面に貫通孔４４を開口して、テールパイプ４２から排出しても構わない。
温度検出手段１０も、サーミスタに限定されず、熱電対や抵抗測温体、バイメタル等種々のものを使用し得る。
又上記実施例の構成では、従来、排ガス経路切替に必要であった圧力センサを省略可能であるが、別途、ＤＰＦを出た後の排ガス圧力を常時モニタする等の目的で、テールパイプ上に圧力センサを設置しても構わない。このような構成とした場合であっても、フィルタＦが詰まった際の排ガス経路切換は圧力センサに関係なく実現され、圧力センサの信頼性に依存することはない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】自動車のシャーシ底面を示す図である。
【図２】本発明に係るＤＰＦの一実施例の全体構造を表す正面図である。
【図３】図２のＤＰＦの左側面図である。
【図４】図２のＤＰＦの右側面図である。
【図５】ＤＰＦ内部に装着される衝突板の説明図である。
【図６】第２実施例のＤＰＦの外観図である。
【図７】第２実施例に係るＤＰＦの別の例を示す図である。
【図８】内筒の構成を示す図である。
【図９】内筒と外筒との関係を示す図である。
【図１０】本発明のＤＰＦの別の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
Ｆ  フィルタ
ＳＴ  取付ステー
１  ＤＰＦ
２  内筒
３  外筒
４  フィルタアセンブリ
５  バイパス弁
６  圧力検知手段
７  衝突板
７ａ  衝突板表面
８  補強板
９  ボルト
１０  温度検出手段
１１  切欠部
１２  通路
２１  第１の端壁
２２  第２の端壁
２３  内筒表面
２４  第１のキャップ
２５  第２のキャップ
２６  第１の鍔部
２７  第２の鍔部
２８  内筒保持用ボルト
２９  中間接続部
３０  外蓋
３１  第１の端壁
３２  第２の端壁
３３  外筒表面
３４  本体ケーシング
３５  開放端
４１  エキゾーストパイプ
４２  テールパイプ
４３  排気口
４４  貫通孔
４５  孔
４６  持ち手
４７  蓋体
４８  蝶番
４９  留め具
５０  開口部
５１  皿バネ
５２  フィルタ格納部
１００  ＤＰＦ
１００ａ  ＤＰＦ入口
１００ｂ  ＤＰＦ出口
１０１  エキゾーストパイプ
１０２  第１のテールパイプ
１０３  切替装置
１０４  枝管
１０５  マフラー
１０６  第２のテールパイプ
１１０  エンジン
１１１  トランスミッション
１１２  ドライブシャフト
１１３  ディファレンシャルギア
１１４  後車軸
１１５  後輪
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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