(57)【要約】【課題】マフラの内部空間の有効活用を図り且つ圧力損失の増大を招くことなく低周波音を効果的に低減し得るようにした排気浄化装置を提供する。【解決手段】マフラ１のケーシング２内を二枚のセパレータ３，４を介し第一室５、第二室６、第三室７に三分割し、前記各セパレータ３，４を貫通して配置したパティキュレートフィルタ９に対し第一室５から排出ガス１５を導入し且つ第三室７へ排出させるように構成した排気浄化装置に関し、第二室６を第一室５のみと管状の入口２０，２２を介して連通する閉鎖空間として構成し且つこの第二室６に対し排出ガス１５の低周波音と共鳴する共鳴周波数を設定する。【選択図】図２
2005180235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マフラのケーシング内を少くとも二枚のセパレータを介し第一室、第二室、第三室の少くとも三室に区画し、第一室と第二室、及び第二室と第三室とを区画する各セパレータを貫通して配置したパティキュレートフィルタに対し第一室から排出ガスを導入し且つ第三室へ排出させるように構成した排気浄化装置において、第二室を第一室のみと管状の入口を介して連通する閉鎖空間として構成し且つこの第二室に対し排出ガスの低周波音と共鳴する共鳴周波数を設定したことを特徴とする排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排出ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。
【０００３】
ここで、パティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排出ガスのみが下流側へ排出されて、前記多孔質薄壁の内側表面にパティキュレートが捕集されるようにしてある。
【０００４】
この種のパティキュレートフィルタを装備するにあたり、トラクタ等のホイールベースの短い車両の場合には、各種の補器類が既に緊密な状態でレイアウトされていて、これらの補器類との干渉を避けながら新たにパティキュレートフィルタの搭載スペースを確保することが難しいため、マフラにパティキュレートフィルタを内蔵させて、両者を同じ搭載スペースに効率良く配置できるようにすることが検討されている。
【０００５】
そして、パティキュレートフィルタ内には、潤滑油を起源として燃焼除去できないアッシュが溜まってくるため、パティキュレートフィルタを適宜に取り出して直接的にエア洗浄や水洗浄等による清掃を施したり、新たなパティキュレートフィルタに交換したりしなければならず、マフラに対しパティキュレートフィルタを着脱自在な構造とする必要がある。
【０００６】
図４及び図５は斯かる排気浄化装置の従来例を示すもので、ここに図示している例では、箱形に形成されているマフラ１のケーシング２内がセパレータ３，４により第一室５、第二室６、第三室７に三分割されており、第二室６から第三室７に亘りセパレータ４を貫通して円筒状のインナシェル８が固定設置され、このインナシェル８によりマフラ１のケーシング２内にパティキュレートフィルタ９の収容空間が画定されている。
【０００７】
他方、パティキュレートフィルタ９は、円筒状のカートリッジシェル１０により一体的に抱持することによりユニット化したフィルタカートリッジ１１となっており、該フィルタカートリッジ１１を前記インナシェル８に対し前記マフラ１のケーシング２の後面側から差し込んで装着し得るようにしてある。
【０００８】
ここで、図４及び図５に示されている通り、パティキュレートフィルタ９を抱持しているカートリッジシェル１０は、その挿入方向における手前側端にフランジ１２を有しており、カートリッジシェル１０をインナシェル８に差し込んで収めた後に、前記カートリッジシェル１０の手前側開口部を塞ぐ蓋体１３の外縁部分と一緒に前記フランジ１２がマフラ１のケーシング２の後面に対しボルト締結されるようになっている。
【０００９】
また、上流側の排気管１４（図５参照）から排出ガス１５を導き入れるための入口パイプ１６が、マフラ１のケーシング２の前面から一枚目のセパレータ３まで挿入されて先端を閉塞されており、前記入口パイプ１６により導入された排出ガス１５が、第一室５に対し散気孔１６ａを介して放出されるようにしてある。
【００１０】
ここで、この第一室５には、前記インナシェル８に対し連続するようにセパレータ３を貫通して触媒シェル１７が固定設置され、該触媒シェル１７内には、パティキュレートフィルタ９に捕集されるパティキュレートの燃焼除去を助勢するためのストレートフロー型の酸化触媒１８が収容されており、該酸化触媒１８の反パティキュレートフィルタ９側の端面に対し、前記触媒シェル１７のスリット１７ａから第一室５の排出ガス１５が導入されるようにしてある。尚、図４及び図５（後で説明する図１及び図２についても同様）中における触媒シェル１７の前端周囲はサポートプレートにより固定されているが、このサポートプレートは本発明のセパレータに該当するものではない。
【００１１】
更に、前記酸化触媒１８を経た排出ガス１５は、インナシェル８内のパティキュレートフィルタ９へと流れ込み、該パティキュレートフィルタ９を通過してパティキュレートを捕集された後に、カートリッジシェル１０の手前側端近傍のスリット１０ａ、並びに、これらに対応してインナシェル８側に開口されたスリット８ａを介して第三室７へ放出されるようにしてある。
【００１２】
ここで、パティキュレートフィルタ９により浄化された排出ガス１５を排出するための出口パイプ１９が、入口パイプ１６と並列にマフラ１のケーシング２の前面から第三室７まで挿入されて先端を開放されているので、前記第三室７に放出された排出ガス１５が、前記出口パイプ１９を介して図示しない下流側の排気管へと抜き出されるようになっている。
【００１３】
尚、本発明の排気浄化装置に関連する先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１等がある。
【特許文献１】特開２００３−９７２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、前述した如き図４及び図５の従来構造においては、第一室５及び第三室７を膨張室として利用し、排出ガス１５の流路容積の拡縮を繰り返すことで減衰消音を図るようにしていたため、第二室６が消音に寄与しない無駄な空間となってしまい、消音に関してマフラ１の内部空間の全てを活用しきれていないという問題があった。
【００１５】
また、第一室５及び第三室７を膨張室として利用した膨張型の消音機構だけでは、排気脈動成分（爆発成分）による低周波音に対し十分な消音効果を得られないという問題があり、この問題を解決するべくマフラ１の内部構造を更に複雑化（流路容積の拡縮回数を増やす）してしまうと、圧力損失の増大を招いてしまう結果となる。
【００１６】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、マフラの内部空間の有効活用を図り且つ圧力損失の増大を招くことなく低周波音を効果的に低減し得るようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、マフラのケーシング内を少くとも二枚のセパレータを介し第一室、第二室、第三室の少くとも三室に区画し、第一室と第二室、及び第二室と第三室とを区画する各セパレータを貫通して配置したパティキュレートフィルタに対し第一室から排出ガスを導入し且つ第三室へ排出させるように構成した排気浄化装置において、第二室を第一室のみと管状の入口を介して連通する閉鎖空間として構成し且つこの第二室に対し排出ガスの低周波音と共鳴する共鳴周波数を設定したことを特徴とするものである。
【００１８】
而して、このようにすれば、第二室が管状の入口の奥に閉鎖空間を持つヘルムホルツ共鳴器（形状寸法により決まる特定周波数で共鳴する空洞共鳴器：レゾネータ）として機能し、機械的なばね質点系のように１自由度（１つの共振周波数を持つ単一共振系）の共鳴系が構成されるので、ヘルムホルツ共鳴器を成す第二室に音波が入射すると、低周波音と共鳴する共鳴周波数で管状の入口における排出ガスの振幅が大きくなり、これにより摩擦が生じて当該周波数付近のエネルギーが吸収（吸音）され、その出口への放出が遮断されることになる。
【発明の効果】
【００１９】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、消音に寄与しない無駄な空間となっていた第二室をヘルムホルツ共鳴器として機能させるようにしたことにより、マフラの内部空間の有効活用を図ることができ、しかも、第一室及び第三室を膨張室として利用するだけでは消音しきれない低周波音を圧力損失の増大を招くことなくヘルムホルツの共鳴原理を応用して効果的に低減することができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図４及び図５と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００２２】
図１及び図２に示す如く、本形態例においては、前述した図４及び図５と略同様に構成した排気浄化装置に関し、排出ガス１５を導き入れるための入口パイプ１６が、一枚目のセパレータ３を貫通して二枚目のセパレータ４まで延長されて先端を閉塞されており、しかも、その延長部分には、第二室６に連通する散気孔１６ｂが穿設されている。
【００２３】
ただし、入口パイプ１６における散気孔１６ａの最後列と散気孔１６ｂの最前列との間には、散気孔を全くあけない長さｌの管路が確保されるようになっており、この長さｌの管路が、後述するヘルムホルツ共鳴器の管状の入口２０を成すようになっている。
【００２４】
また、この入口パイプ１６から離れたマフラ１の上側位置には、一枚目のセパレータ３を貫通して一端を第一室５に開口し且つ他端を二枚目のセパレータ４まで延ばして閉塞されたレゾネータパイプ２１が新たに設けられており、該レゾネータパイプ２１にも第二室６に連通する散気孔２１ａが穿設されている。
【００２５】
ただし、前記レゾネータパイプ２１における第一室５への開口端から散気孔２１ａの最前列に到るまでの間には、前記入口パイプ１６側と同じ長さｌの管路が確保されるようになっており、この長さｌの管路が、後述するヘルムホルツ共鳴器の管状の入口２２を成すようになっている。
【００２６】
他方、前記第二室６は、前記入口パイプ１６及びレゾネータパイプ２１の入口２０，２２を介し第一室５のみと連通する閉鎖空間として構成されており、しかも、排出ガス１５の低周波音と共鳴する適宜な共鳴周波数を設定することでヘルムホルツ共鳴器（形状寸法により決まる特定周波数で共鳴する空洞共鳴器：レゾネータ）として機能するようにしてある。
【００２７】
即ち、図３に概念図で示す通り、管状の入口Ａとその奥にある閉鎖空間Ｂとにより構成されるヘルムホルツ共鳴器においては、下記の数式により共鳴周波数が決まるので、図１及び図２に図示している排気浄化装置の場合には、入口パイプ１６及びレゾネータパイプ２１の入口２０，２２における断面積Ｓと長さｌ、第二室６の空洞容積を、排気脈動成分（爆発成分）による低周波音と共鳴する共鳴周波数が得られるように適切に調整すれば良い。
［数１］
ｆ＝ｃ／（２π）√｛Ｓ／（ｌＶ）｝
ｆ：共鳴周波数
ｃ：音速
Ｓ：入口の断面積
Ｖ：空洞容積
ｌ：入口の長さ
π：円周率
【００２８】
尚、図示では入口パイプ１６やレゾネータパイプ２１の一部を用いてヘルムホルツ共鳴器の入口２０，２２を形成しているが、セパレータ３に十分な板厚がある場合には、このセパレータ３に必要長さｌの孔を開けることでヘルムホルツ共鳴器の入口２０，２２を形成することも可能である。
【００２９】
而して、以上のようにして排気浄化装置を構成すれば、第二室６が入口２０，２２の奥に閉鎖空間を持つヘルムホルツ共鳴器として機能し、機械的なばね質点系のように１自由度（１つの共振周波数を持つ単一共振系）の共鳴系が構成されることになる。
【００３０】
この共鳴系においては、入口パイプ１６やレゾネータパイプ２１の入口２０，２２におけるアコースティックマスＭ［Ｍ＝（ρｌ）／Ｓ：ただしρは排出ガスの密度］が「質量」として働き、波長に比べて小さな空洞内ではアコースティックキャパシタンスＣ［Ｃ＝Ｖ／（ρｃ2）］が波動を起こさずに「ばね」として働くことになるので、第二室６に音波が入射すると、低周波音と共鳴する共鳴周波数で入口の排出ガス１５の振幅が大きくなり、これにより摩擦が生じて当該周波数付近のエネルギーが吸収（吸音）され、その出口への放出が遮断されることになる。
【００３１】
従って、上記形態例によれば、消音に寄与しない無駄な空間となっていた第二室６をヘルムホルツ共鳴器として機能させたことにより、マフラ１の内部空間の有効活用を図ることができ、しかも、第一室５及び第三室７を膨張室として利用するだけでは消音しきれない低周波音を圧力損失の増大を招くことなくヘルムホルツの共鳴原理を応用して効果的に低減することができる。
【００３２】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、パティキュレートフィルタの前段に必ずしも酸化触媒を直列配置しなくて良いこと、また、マフラの形状は箱形に限定されないこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明を実施する形態例を部分的に切り欠いて示す斜視図である。
【図２】図１の排気浄化装置についての縦断面図である。
【図３】ヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数の設定についての概念図である。
【図４】従来例を部分的に切り欠いて示す斜視図である。
【図５】図４の排気浄化装置についての縦断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  マフラ
２  ケーシング
３  セパレータ
４  セパレータ
５  第一室
６  第二室
７  第三室
９  パティキュレートフィルタ
１５  排出ガス
１６  入口パイプ
２０  管状の入口
２１  レゾネータパイプ
２２  管状の入口
【図１】
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【図２】
2005180235.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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