(57)【要約】【課題】パティキュレートフィルタを備えた消音器において、パティキュレートフィルタを外力から保護することができるディーゼル機関の消音器を提供することである。【解決手段】排気ガスが流入する入口部と、前記排気ガスが流出する出口部と、の間にパティキュレートフィルタを備えたディーゼル機関の消音器において、前記入口部の排気ガス流れ方向の下流側と、出口部の排気ガス流れ方向の上流側に、排気ガスを通し、且つパティキュレートフィルタを保護する強度部材を設けた。【選択図】  図１
2005016374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスが流入する入口部と、前記排気ガスが流出する出口部と、の間にパティキュレートフィルタを備えたディーゼル機関の消音器において、
前記入口部の排気ガス流れ方向の下流側と、出口部の排気ガス流れ方向の上流側に、排気ガスを通し、且つ、パティキュレートフィルタを構造的に保護する強度部材を設けたことを特徴とするディーゼル機関の消音器。
【請求項２】
前記入口部の排気ガス流れ方向の下流側に、排気ガスを通す第１仕切板を設けて、前記入口部に膨張室を構成し、前記出口部の排気ガス流れ方向の上流側に、排気ガスを通す第２仕切板を設けて、前記出口部に共鳴室を形成した請求項１に記載のディーゼル機関の消音器。
【請求項３】
前記第１仕切板と第２仕切板とが前記強度部材を構成する請求項２に記載のディーゼル機関の消音器。
【請求項４】
排気ガスを通す第１孔を前記第１仕切板の外周部分に設けた請求項２又は請求項３のいずれかに記載のディーゼル機関の消音器。
【請求項５】
前記第１仕切板に設けた第１孔と同心とならないように第２孔を第２仕切板に設けた請求項４に記載のディーゼル機関の消音器。
【請求項６】
前記膨張室を断熱吸音材で覆った請求項２〜５に記載のディーゼル機関の消音器。
【請求項７】
前記パティキュレートフィルタを前記消音器に対して着脱可能にする取っ手を設けた請求項１〜６のうちのいずれかに記載のディーゼル機関の消音器。
【請求項８】
第１仕切板と第２仕切板を前記消音器に対して全周において気密的に一体固着した請求項２〜７のうちのいずれかに記載のディーゼル機関の消音器。
【請求項９】
前記入口部と前記出口部とをそれぞれユニット化し、前記ユニット化した入口部と出口部とを任意に組み合わせることにより、前記消音器に排気ガスが流入する方向と、前記消音器から排気ガスが流出する方向と、を任意に設定可能にした請求項１〜８のうちのいずれかに記載のディーゼル機関の消音器。
【請求項１０】
前記共鳴室の容積を、ディーゼル機関の運転パターンに対応する容積に設定した請求項２に記載のディーゼル機関の消音器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル機関の消音器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、ディーゼル機関に設けた従来の消音器５００の断面略図である。図８に示すように、従来の消音器５００にはパティキュレートフィルタが内蔵されていない。これは、仮にパティキュレートフィルタを消音器５００に内蔵すると、その分だけ消音器５００内の容積が減少するため、吸音（消音）効果が低減してしまうことに起因している。したがって、従来は消音器５００の外にパティキュレートフィルタを設けて排気ガスを清浄化していた。
【０００３】
しかし、排気通路上にパティキュレートフィルタと消音器５００とを別個に設置すると、ディーゼル機関そのもののレイアウト上の制約が大きくなるため、省スペース化を図るために消音器内にパティキュレートフィルタを内蔵するタイプのもの（例えば、特許文献１、特許文献２の各考案）が創作されている。
【０００４】
これらの考案では、消音器にパティキュレートフィルタを内蔵することにより省スペース化が図られているが、パティキュレートフィルタは耐熱性のセラミックで形成されているため、材料的に衝撃力に弱く、両考案においては何等の手当ても為されていない。
【０００５】
【特許文献１】
実開平２−１０３１１５号公報
【特許文献２】
実開平４−９３７１２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明では、パティキュレートフィルタを備えた消音器において、パティキュレートフィルタを保護することができるディーゼル機関の消音器を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１の発明では、排気ガスが流入する入口部と、前記排気ガスが流出する出口部と、の間にパティキュレートフィルタを備えたディーゼル機関の消音器において、前記入口部の排気ガス流れ方向の下流側と、出口部の排気ガス流れ方向の上流側に、排気ガスを通し、且つパティキュレートフィルタを構造的に保護する強度部材を設けた。
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記入口部に、排気ガスを通す第１仕切板を設けて、前記入口部に膨張室を構成し、前記出口部に、排気ガスを通す第２仕切板を設けて、前記出口部に共鳴室を形成した。
請求項３の発明は請求項２の発明において、前記第１仕切板と第２仕切板とが前記強度部材を構成するようにした。
請求項４の発明では請求項２又は請求項３の発明において、排気ガスを通す第１孔を前記第１仕切板の外周部分に設けた。
請求項５の発明は請求項４の発明において、前記第１仕切板に設けた第１孔と同心とならないように第２孔を第２仕切板に設けた。
請求項６の発明は請求項２〜５のうちのいずれかの発明において、前記膨張室を断熱吸音材で覆うようにした。
請求項７の発明は請求項１〜６のうちのいずれかの発明において、前記パティキュレートフィルタを前記消音器に対して着脱可能にする取っ手を設けた。
目印を付けて取付方向を判別可能にし、メンテナンス後は前回とは逆向きに設置するのが好ましい。
請求項８の発明は請求項１〜７のうちのいずれかの発明において、前記強度部材を、前記消音器に対して全周において気密的に一体固着した。
請求項９の発明は請求項１〜８のうちのいずれかの発明において、前記入口部と前記出口部とをそれぞれユニット化し、前記ユニット化した入口部と出口部とを任意に組み合わせることにより、前記消音器に排気ガスが流入する方向と、前記消音器から排気ガスが流出する方向とを任意に設定可能にした。
請求項１０の発明は請求項２の発明において、共鳴室の容積を、ディーゼル機関の運転パターンに対応する容積に設定した。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、請求項１〜８の発明を実施したディーゼル機関の消音器１００の断面略図である。消音器１００は、膨張室２（入口部）と共鳴室３（出口部）とを有している。膨張室２と共鳴室３は、それぞれハウジング７ａ、７ｂの中に形成されている。ハウジング７ａ、７ｂの間の設置部１ａにパティキュレートフィルタ１が配置されており、パティキュレートフィルタ１は、両者とガスケット１５で気密を保ち、且つ、Ｖ字バンド１４で一体に固着されている。膨張室２には断熱吸音材８が配置されており、この断熱吸音材８は、断熱吸音材押え板１３及び１６で膨張室２の内壁に押し付けられている。
【０００９】
図２は、図１に示す消音器１００からパティキュレートフィルタ１を取外す途中の状態を示す断面略図である。パティキュレートフィルタ１は、消音器１００のパティキュレートフィルタ設置部１ａに着脱可能となっている。
【００１０】
膨張室２には、図示しない燃焼室から排気ガス１０を導く入口管６が配置されている。入口管６の円筒側壁には多数の小孔６ａが設けてある。高圧の排気ガス１０は、この多数の小孔６ａを介して入口管６から膨張室２内へ流入して膨張する。また、共鳴室３には排気ガス１０を排出する出口管９と、共鳴管１１とが設けてある。
【００１１】
排気ガス１０は、膨張室２で膨張減圧され、パティキュレートフィルタ１で浄化（濾過）され、さらに共鳴室３で消音された後、出口管９から排出されるようになっている。
【００１２】
（請求項１〜５の発明の実施例）
膨張室２のパティキュレートフィルタ設置部１ａ近傍には強度部材として仕切板４（第１仕切板）が設けてある。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ断面矢視図である。図４に示すように仕切板４には、複数の孔４ａ（第１孔）が設けてある。膨張室２内の排気ガス１０は、この孔４ａを介してパティキュレートフィルタ１内へ流入する。
【００１３】
また、図１、図２に示すように共鳴室３のパティキュレートフィルタ設置部１ａ近傍には強度部材として仕切板５（第２仕切板）が設けてある。仕切板５には孔５ａ（第２孔）が設けてある。孔４ａと孔５ａは、互いに中心が不一致となるように配置されている。つまり、孔４ａは仕切板４の外周部分に配置されており、孔５ａは仕切板５の中央部分に配置されている。
【００１４】
パティキュレートフィルタ１内に特定の経路が形成され、排気ガス１０がこの経路に沿って流れると、パティキュレート（カーボン等）が、パティキュレートフィルタ１の同じ箇所に偏ってトラップされ、その部分のみ濾過性能が低下する。従って、孔４ａを仕切板４の外周側に複数個設け、孔５ａを仕切板５の中央に１個設けることにより、パティキュレートフィルタ１全体に渡ってほぼ均一に排気ガス１０が流れるようにする。
【００１５】
強度部材として仕切板４、５の代わりに膨張室２、共鳴室３の内壁に沿った枠形状のものを採用することもできるが、上述の孔４ａ、５ａを設けた仕切板４、５を採用することにより、排気ガス１０がパティキュレートフィルタ１内に特定の経路を形成することなく、ほぼ均一にパティキュレートフィルタ１内を通過し、良好な濾過効果を奏することができるので好ましい。パティキュレートフィルタ１は、吸音効果を有するポーラス形状のものを採用すると、さらに吸音材を設ける必要がなく、消音器１００の小型化を図ることができる。
【００１６】
（請求項６の発明の実施例）
図８に示すように従来の消音器５００では、全体に渡って断熱吸音材９０が設置されている。しかし、図１に示すように本発明の消音器１００では、断熱吸音材８の設置箇所は膨張室２のみでよい。
【００１７】
パティキュレートフィルタ１上にトラップされたカーボンが、ある程度以上の量に達し、且つ、所定温度以上になると、パティキュレートフィルタ１上で自然に燃焼し、パティキュレートフィルタ１自身が清浄化される。
【００１８】
カーボンの酸化燃焼開始温度は６００℃程度であるが、排気ガス温度が６００℃に達しない場合には、触媒を使用してカーボンの酸化燃焼開始温度を低下させ、例えば３５０℃程度でも燃焼するようにすることもできる。
【００１９】
図１に示す消音器１００は、パティキュレートフィルタ１自身が吸音効果を備えているので、断熱吸音材８は、パティキュレートフィルタ１に流入する排気ガス１０の温度が低下しないように膨張室２にのみ設置すれば足りる。したがって、従来よりも本発明では、断熱吸音材８の設置範囲を膨張室２のみに限定することができる。
【００２０】
（請求項７の発明の実施例）
図１に示すように、パティキュレートフィルタ１には取っ手１２が設けてある。図２に示すように、消音器１００からパティキュレートフィルタ１を取外す際には、この取っ手１２を使用すると簡単に取外すことができる。
【００２１】
さらにパティキュレートフィルタ１には、図２に示すように符号Ａ及びＢが記されている。図２の例では、膨張室２側に符号Ａが記されており、共鳴室３側に符号Ｂが記されている。
【００２２】
図３は、メンテナンス後のパティキュレートフィルタ１を消音器１００に再装着する状態を示す断面略図である。パティキュレートフィルタ１を取外し、洗浄した後、再度消音器１００の設置部１ａに装着する際に、前回とは逆向きに（つまり、膨張室２側に符号Ｂが、共鳴室３側に符号Ａが来る向きに）取り付けると、パティキュレートフィルタ１の性能が向上する。パティキュレートフィルタ設置部１ａに対して、パティキュレートフィルタ１をどちら向きに設置しても、パティキュレートフィルタ１は消音器１００内で十分に保護される。
【００２３】
（請求項８の発明の実施例）
従来の消音器５００は、工法上の問題で全周密閉することはできず、プラグ溶接で何箇所かを固定していた。しかし、全周溶接しないとどうしても隙間が生じ、この隙間の影響で、特に共鳴室での共鳴に悪影響を与えてしまう。
【００２４】
本発明では、消音器１００を３部構成（入口側の膨張室２、パティキュレートフィルタ設置部１ａ、出口側の共鳴室３）にすることにより、全周溶接が可能となった。これに伴い、消音器１００の構造がより強固となり、その上、排気ガス１０の漏れを防止することができ、消音器１００の性能を向上させることができる。
【００２５】
（請求項９の発明の実施例）
図５〜７は、それぞれ図１の消音器１００とは異なる形態の請求項９の発明を実施した消音器２００、３００及び４００の断面略図である。
【００２６】
図５の消音器２００は、入口管６を消音器２００の軸方向に設けている点が図１の消音器１００と異なっている。また、図６の消音器３００は、出口管９を消音器３００の半径方向に設けている点が図１の消音器１００と異なっている。さらに、図７の消音器４００は、入口管６を消音器４００の軸方向に設け、そして出口管９を消音器４００の半径方向に設けている点が図１の消音器１００と異なっている。このように、入口管６と出口管９を消音器に対して軸方向又は半径方向に設けることにより、ディーゼル機関のレイアウトをアレンジすることができる。
【００２７】
したがって、入口管６を備えた膨張室２と出口管９を備えた共鳴室３とをそれぞれユニット化しておき、ディーゼル機関を製造する際に、必要に応じて任意の形態のユニットを組合せることにより消音器（１００〜４００）を構成し、所望するレイアウトのディーゼル機関の製造に対応することができる。
【００２８】
従来のような一体構造の消音器では、一品一様で消音器を製造しなければならなかったが、請求項９の発明を実施することにより、膨張室２側（入口部）の２つのユニットと、共鳴室２側（出口部）の２つのユニットとを組み合わせるだけで基本的に４通りのレイアウトを構成することができる。
【００２９】
（請求項１０の発明の実施例）
汎用のディーゼル機関の運転形態は様々であり、機関回転数によって共振周波数が異なるため、運転形態により適正な共鳴室３の容積が異なってくる。例えば同一規格のディーゼル機関であっても、定格回転数で運転される場合よりも定格回転数よりも小さい回転数（例えば５０％）で運転される場合の方が共鳴室３の適正な容積は大きくなる。容積を大きくするほど、低い機関回転数に対応することができる。
【００３０】
そこで、機関回転数毎に共鳴室３の適正な容積を予め実験により求めておき、ディーゼル機関の仕様と用途に応じて、消音器１００の製造段階で仕切板５の設置位置を決定することができるように、共鳴室３内に目印を付けておく。このようにすると、パティキュレートフィルタ１による濾過機能を備えながら良好な消音効果を奏することができるようになる。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１の発明は、膨張室２（入口部）と共鳴室３（出口部）のパティキュレートフィルタ設置部１ａ（パティキュレートフィルタ１）の近傍に強度部材を設けたので、消音器１００が構造的に堅固となり、パティキュレートフィルタ１にかかる応力を軽減することができる。
【００３２】
請求項２の発明は、仕切板４、５を設けることにより、膨張室２と共鳴室３とを形成し、さらにその間にパティキュレートフィルタ１を配置することにより、良好な消音効果を奏することができる。
【００３３】
請求項３の発明は、仕切板４、５に強度部材の機能を持たせることにより、消音器１００内のレイアウトを簡素化することができる。
【００３４】
請求項４の発明は、仕切板４（第１仕切板）の外周部に排気ガス１０を通す孔４ａを設けたので、高温の排気ガス１０をパティキュレートフィルタ１にほぼ均一に流入させることができ、パティキュレートフィルタ１がほぼ均一に昇温して部分的に温度差が生じにくくなり、熱応力の発生を抑制することができるので、パティキュレートフィルタ１を保護することができる。
【００３５】
請求項５の発明は、仕切板４の孔４ａと同心にならないように仕切板５（第２仕切板）に孔５ａ（第２孔）を設けたので、排気ガス１０が通過する特定の経路が形成されにくくなり、パティキュレートフィルタ１の全域をほぼ均等に通過させることができるので、請求項４の効果以外の効果として、パティキュレートフィルタ１は良好な濾過性能を発揮することができる。
【００３６】
請求項６の発明は、断熱吸音材８を膨張室２にのみ設けるようにしたので、消音器１００の構造が簡単になる。また、断熱吸音材８を膨張室２には設けるので、高温の排気ガス１０の温度低下を防止し、パティキュレートフィルタ１上にトラップされたカーボンを酸化させ易くすることができる。従って、請求項２〜５の効果以外の効果として、特にメンテナンスを行わなくてもパティキュレートフィルタ１の清浄化を図ることができる。
【００３７】
請求項７の発明では、パティキュレートフィルタ１に取っ手１２を設けたので、消音器１００に対してパティキュレートフィルタ１を容易に着脱することができる。また、パティキュレートフィルタ１をパティキュレートフィルタ設置部１ａに対してどちら向きに設置しても、パティキュレートフィルタ１は消音器１００内で十分に保護される。
【００３８】
従来の消音器５００は、工法上の問題で全周密閉することはできず、プラグ溶接で何箇所かを固定するのみであったが、請求項８の発明では、消音器１００を３部構成（入口側の膨張室２、パティキュレートフィルタ設置部１ａ、出口側の共鳴室３）にすることにより、全周溶接が可能となった。これに伴い、消音器１００の構造がより強固になり、さらに排気ガス１０の漏れを防止することができ、消音器としての性能を向上させることができる。
【００３９】
請求項９の発明では、膨張室２（入口部）を、入口管６が消音器に対して軸方向又は半径方向に配置されたユニットとし、同様に共鳴室３（出口部）を、出口管９が消音器に対して軸方向又は半径方向に配置されたユニットとすることにより、ディーゼル機関のレイアウトを勘案して、ディーゼル機関の製造段階で膨張室２のユニットと共鳴室３のユニットとを組合せて消音器を構成することができる。
【００４０】
入口管６を備えた膨張室２と出口管９を備えた共鳴室３とをそれぞれユニット化しておくことにより、ディーゼル機関を製造する際に、必要に応じて任意にこれらのユニットを組合せ、所望するレイアウトのディーゼル機関を製造することができる。
【００４１】
従来のような一体構造の消音器では、一品一様で異なるレイアウトの消音器を製造しなければならなかったが、請求項９の発明を実施することにより、膨張室２側（入口部）の２つのユニットと、共鳴室２側（出口部）の２つのユニットとを組み合わせるだけで、構造的にしっかりとした基本的に４通りのレイアウトを構成することができる。
【００４２】
請求項１０の発明は、共鳴室３の容積をディーゼル機関の運転パターンに対応する容積となるように設定するようにしたので、良好な消音効果を奏することができる。また、予め共鳴室３の容積を設定して仕切板５の位置を設定し、共鳴室３に対して強固に固着するので、消音器１００の強度を向上させることができ、パティキュレートフィルタ１を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１〜８の発明を実施したディーゼル機関の消音器の断面略図である。
【図２】図１に示す消音器からパティキュレートフィルタを取外す途中の状態を示す断面略図である。
【図３】メンテナンス後のパティキュレートフィルタを消音器に再装着する状態を示す断面略図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ断面矢視図である。
【図５】図１において、入口管を軸方向に設けた消音器の断面略図である。
【図６】図１において、出口管を半径方向に設けた消音器の断面略図である。
【図７】図１において、入口管を軸方向に設け、かつ出口管を半径方向に設けた消音器の断面略図である。
【図８】ディーゼル機関に設けた従来の消音器５００の一部縦断略図である。
【符号の説明】
１    パティキュレートフィルタ
１ａ  パティキュレートフィルタ設置部
２    膨張室（入口部）
３    共鳴室（出口部）
４    仕切板（第１仕切板）
４ａ  孔（第１孔）
５    仕切板（第２仕切板）
５ａ  孔（第２孔）
６    入口管
６ａ  小孔
７ａ、７ｂ  ハウジング
８    断熱吸音材
９    出口管
１０  排気ガス
１１  共鳴管
１２  取っ手
１３  断熱吸音材押え板
１４  Ｖ字バンド
１５  ガスケット
１６  断熱吸音材押え板
１００  消音器
【図１】
2005016374.tif 000003
【図２】
2005016374.tif 000004
【図３】
2005016374.tif 000005
【図４】
2005016374.tif 000006
【図５】
2005016374.tif 000007
【図６】
2005016374.tif 000008
【図７】
2005016374.tif 000009
【図８】
2005016374.tif 000010