(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関の排気ガスシステムに用いられる排気ガス後処理装置のカートリッジの交換効率の向上する。【解決手段】排気ガス後処理装置１は、収容スペース４を有する少なくとも一つの収容管３が配置されたハウジング２と、収容スペース４に交換可能に配置され、カートリッジチューブ６と該カートリッジチューブ６内に配置された少なくとも一つの排気ガス後処理エレメント７とを有する少なくとも一つのカートリッジ５とを備える。排気ガス後処理装置１の特徴は、前記カートリッジチューブ６が、少なくとも一つのバネ部材２７を介して、環状の段差部９に軸方向の付勢力が付与された状態で少なくとも軸方向端面に支持される。【選択図】図１
2017075596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスシステムに用いられる排気ガス後処理装置であって、
収容スペース（４）を有する少なくとも一つの収容管（３）が配置されたハウジング（２）と、
前記収容スペース（４）に交換可能に配置され、カートリッジチューブ（６）と、当該カートリッジチューブ（６）内に配置された少なくとも一つの排気ガス後処理エレメント（７）とを有する少なくとも一つのカートリッジ（５）とを備え、
前記カートリッジチューブ（６）は、少なくとも一つのバネ部材（２７）を介して、環状の段差部（９）に軸方向の付勢力が付与された状態で少なくとも軸方向端面（３１）に支持されている排気ガス後処理装置。
【請求項２】
前記バネ部材（２７）は円周全体にわたって円環状に形成されている請求項１に記載の排気ガス後処理装置。
【請求項３】
前記バネ部材（２７）は、前記排気ガス後処理エレメント（７）を通るよう形成された排気ガス流路（２８）から、前記カートリッジチューブ（６）と前記収容管（３）の間に径方向に形成された環状のスペース（２９）を封鎖している請求項２に記載の排気ガス後処理装置。
【請求項４】
前記バネ部材（２７）は前記カートリッジチューブ（６）に直線状に当接、および／または前記環状の段差部（９）に直線状に当接している請求項３に記載の排気ガス後処理装置。
【請求項５】
前記バネ部材（２７）は、径方向外側に向かって突出し前記収容管（３）に径方向に支持された、少なくとも一つのガイド形状部（３２）を有する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の排気ガス後処理装置。
【請求項６】
前記ガイド形状部（３２）は前記カートリッジチューブ（６）と前記収容管（３）の間に径方向に配置されているか、または
前記ガイド形状部（３２）は前記カートリッジチューブ（６）の軸方向端面（３１）と前記環状の段差部（９）の間に軸方向に配置されている請求項５に記載の排気ガス後処理装置。
【請求項７】
前記バネ部材（２７）は、前記カートリッジチューブ（６）の端面（３１）を把持して前記バネ部材（２７）を前記カートリッジチューブ（６）にクランプ固定する、少なくとも一つのクランプ部（３４）を有する請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の排気ガス後処理装置。
【請求項８】
前記バネ部材（２７）は、前記カートリッジチューブ（６）の内側に向かって屈曲したカラー部（３７）が係合する少なくとも一つのクリップ部（３６）を有し、該クリップ部（３６）は前記カラー部（３７）の内周縁（３９）を把持する把持部（３８）を有する請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の排気ガス後処理装置。
【請求項９】
前記クリップ部（３６）は、前記カラー部（３７）を前記クリップ部（３６）に位置決めするため、前記カラー部（３７）に形成された対向ストッパー形状部（４１）と協働する少なくとも一つのストッパー形状部（４０）を有する請求項８に記載の排気ガス後処理装置。
【請求項１０】
前記バネ部材（２７）は、前記カートリッジチューブ（６）の端面（３１）と前記環状の段差部（９）の間で軸方向に延伸する、軸方向に弾性を有する少なくとも一つの伸縮部（３０）を有する請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の排気ガス後処理装置。
【請求項１１】
前記伸縮部（３０）は、長手方向断面で見て波型をなす構造を有する請求項１０に記載の排気ガス後処理装置。
【請求項１２】
前記バネ部材（２７）は、前記バネ部材（２７）を前記環状の段差部（９）に軸方向に当接させる支持部（４２）を有し、該支持部は、前記バネ部材（２７）を前記環状の段差部（９）に径方向に位置決めするため、前記環状の段差部（９）に形成された対向ストッパー形状部（４４）と協働する、少なくとも一つのストッパー形状部（４３）を有する請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の排気ガス後処理装置。
【請求項１３】
前記環状の段差部（９）は、前記カートリッジ（５）を前記収容スペース（４）に挿入するための挿入口（１４）に軸方向に対向するよう、前記収容管（３）に強固に固定され、
前記挿入口（１４）は、前記ハウジング（２）内に、前記カートリッジ（５）の前記挿入口（１４）への挿入を可能とするハウジング開口部（１５）と同軸に配置され、
前記ハウジング開口部（１５）は前記カートリッジ（５）交換時には取り外し可能な閉塞部材（１８）によって閉鎖され、該閉塞部材は前記カートリッジ（５）に軸方向に当接し、前記カートリッジ（５）を前記収容スペース（４）内部に向けて前記バネ部材（２７）による付勢力に抗して押圧する請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の排気ガス後処理装置。
【請求項１４】
前記閉塞部材（１８）は、前記ハウジング開口部（１５）を閉鎖するカバー（１９）と、前記カートリッジ（５）に軸方向に支持され、排気ガスを径方向に通過させることが可能な支持リング（２０）とを有する請求項１３に記載の排気ガス後処理装置。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の排気ガス後処理装置（１）に用いられるカートリッジであって、
該カートリッジ（５）を前記排気ガス後処理装置（１）の収容管（３）に交換可能に挿入するためのカートリッジチューブ（６）と、
該カートリッジチューブ（６）内に配置された少なくとも一つの排気ガス後処理エレメント（７）と、
前記カートリッジチューブ（６）の軸方向端面（３１）に配置され、前記カートリッジ（５）が前記収容管（３）に挿入されたときに前記排気ガス後処理装置（１）の環状の段差部（９）に軸方向の付勢力を付与しつつ、前記カートリッジチューブ（６）を軸方向に支持する、少なくとも一つのバネ部材（７）を備える、カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車に搭載できる、内燃機関の排気ガスシステム用の排気ガス後処理装置に関するものである。本発明はまた、当該排気ガス後処理装置に用いられるカートリッジに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガスシステムには、周知のとおり、消音器や、例えば触媒コンバータや粒子フィルターといった排気ガス浄化装置を取り付けることができる。ここで、使用に供される排気ガス後処理装置は、排気ガス後処理機能のみに特化したものでもよい。もしくは、例えば粒子フィルターと触媒コンバータとの組み合わせのように、少なくとも二つの機能を持たせた複合装置も知られており、これに消音システムを追加することも可能である。特に、より複雑な、粒子フィルターエレメントを有する排気ガス後処理装置の場合、排気ガスシステムの寿命が来るまでの間に少なくとも一度は粒子フィルターエレメントを交換できるように構成されたものがある。この場合、各々の粒子フィルターエレメントを排気ガス後処理装置内において交換可能なように配置する必要がある。このことは、ＳＣＲ触媒コンバータ、酸化触媒コンバータあるいは他の触媒コンバータなどのような他の排気ガス後処理エレメントにおいても同様である。
【０００３】
上記の目的のため、排気ガス後処理装置は、収容スペースを有する少なくとも１つの収容管が配置されたハウジングを備えてもよい。また、排気ガス後処理装置は、収容スペースに交換可能なように配置され、かつカートリッジチューブと、該カートリッジチューブ内に配置された少なくとも一つの排気ガス後処理エレメントとを有する、少なくとも一つのカートリッジを備えてもよい。排気ガス後処理エレメントを交換するには、ハウジングを開くとカートリッジ全体を収容管から簡単に抜き取ることができ、その後新しいカートリッジを収容管に挿入することにより、交換が完了する。このようなカートリッジを使用することで各々の排気ガス後処理エレメントの交換が簡易化できる。カートリッジ内の排気ガス後処理エレメントの装着は、具体的にはカートリッジチューブ内で、例えば径方向に圧力のかかるベアリングマットを用いて簡便に行えるからである。したがって、上記のようなカートリッジを製作するのに、排気ガス後処理エレメント、ベアリングマットおよびカートリッジチューブの、従来のキャニングの方法を用いることができる。
【０００４】
このような排気ガス後処理装置における問題点は、当該排気ガス後処理装置の稼働中に、カートリッジチューブと収容管の間に径方向に形成されたスペースにバイパス流が発生することである。このバイパス流は、排気ガス流路を迂回して排気ガス後処理エレメントを通過する。そのため、排気ガスの浄化効率が低下する。しかも、カートリッジチューブと収容管の間で径方向に形成された環状のスペースに不純物が堆積する。この不純物のため、メンテナンス時にカートリッジを収容スペースから抜き取ることが困難となる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、上記のような排気ガス処理装置に関して、特にカートリッジの交換効率の向上を特徴とする改善された実施形態を提供しようとするものである。これと共に、特に上記バイパス流の発生の防止も、本発明の意図するところである。
【０００６】
本発明によれば、上記の課題は独立項の主題により解決される。従属項には有益な実施形態が述べられている。
【０００７】
本発明は、収容スペースに固定された環状の段差部に軸方向の付勢力を付与することによりカートリッジを軸方向に支持するという発想に基づく。この軸方向の付勢力付与により、メンテナンス時に収容スペースからカートリッジを抜き取るのに必要な力を低減することができる。本発明によれば、このような付勢力の付与を行うには、少なくとも一つのバネ部材が用いられる。好ましくは軸方向の付勢力がカートリッジを抜き取る方向、すなわちカートリッジが収容管に挿入される挿入方向とは反対方向に付与されるよう、バネ部材を配置するとよい。
【０００８】
上記は、カートリッジチューブの少なくとも軸方向の一端面を、軸方向の付勢力を付与する少なくとも一つのバネ部材を介して、環状の段差部に軸方向に支持することで実現される。当該環状の段差部はハウジング内で固定配置されている。環状の段差部は、収容管に強固に接続されていることが好ましい。具体的には環状の段差部は、別部材として収容管に強固に、例えばハンダ付けや溶接によって取り付けられてもよく、収容管に一体的に形成されていてもよい。
【０００９】
当然に、カートリッジチューブ内に複数の排気ガス後処理エレメントを配置してもよい。しかし、モノリシック、好ましくはセラミックの排気ガス後処理エレメントを一つ装着することがより好ましい。カートリッジ内に装着された排気ガス後処理エレメントは、粒子フィルターエレメントであることが好ましい。ただし原理的には、例えば酸化触媒コンバータやＳＣＲ触媒コンバータなどの触媒コンバータエレメントを用いてもよい。また触媒活性コーティングを施した粒子フィルターエレメントを用いてもよい。さらに、カートリッジチューブ内に、例えば触媒コンバータエレメントの下流側に粒子フィルターエレメントを接続するなど、異なる排気ガス後処理エレメントを連続して配置してもよい。排気ガス後処理エレメントが粒子フィルターエレメントである場合、カートリッジとして粒子フィルターカートリッジを採用してもよい。一方、排気ガス後処理エレメントが触媒コンバータエレメントであれば、カートリッジとして触媒コンバータカートリッジを採用してもよい。
【００１０】
バネ部材は金属製であるのが好ましく、特に一枚の金属シートから成形法で製作できる板バネ部材とするのが好ましい。
【００１１】
特に有利な実施形態として、バネ部材を円周全体にわたる円環状に形成することができる。このような構造とすることにより、カートリッジに対し円周方向に均一な付勢力を付与することができる。また基本的には、単一の環状のバネ部材を用いることで所望の付勢力を得ることができる。ただし、複数のバネ部材を使用する実施形態を排除するものではない。しかるべき形状を有して適所に配置された環状のバネ部材はまた、封鎖効果ももたらす。したがって、環状のバネ部材を円周方向に閉鎖するように配置することで、粒子フィルターエレメントを通過するよう形成された排気ガス流路を迂回するバイパス流を低減または防止するという効果も得られる。
【００１２】
特に有利なさらなる展開において、粒子フィルターエレメントを通過するよう形成された排気ガス流路に対して、上記のカートリッジチューブと収容管の間に径方向に形成された環状のスペースを封鎖するように、バネ部材を配置してもよい。バネ部材の封鎖効果によって、意図せぬバイパス流を大幅に低減でき、さらに理想的には、完全になくすことも可能である。バイパス流の減少は、環状のスペースにおける不純物の堆積の減少にもつながり、このこともカートリッジ交換を容易とするのに資する。これとは別に、上記の封鎖効果により、粒子フィルターエレメントの効率の向上、粒子フィルターの機能の観点からみた排気ガス後処理装置の効率の向上がもたらされる。
【００１３】
さらなる有利な展開において、バネ部材はカートリッジチューブに対向して、および／または環状の段差部に対向して、環状に封鎖するように円周方向に配置されていてもよい。バネ部材を、カートリッジチューブおよび／または環状の段差部に対し直線状に接触または当接させることは特に有利である。付勢力を受けて直線状に当接することで、一方ではバネ部材と環状の段差部の間、および／または他方でバネ部材とカートリッジチューブの間に効果的な封鎖が実現できる。したがって、バネ部材は排気ガス流路に対して環状のスペースを効果的に封鎖することができる。この直線状の接触は、例えばバネ部材における接触部位を凹曲面に形成すること、またはバネ部材における接触部位に畝状の隆起部を設けることで実現できる。
【００１４】
別の実施形態において、バネ部材は、径方向外側に向かって突起し、収容管に径方向に支持された少なくとも一つのガイド形状部を有していてもよい。これにより、バネ部材が配置された部位においてカートリッジチューブを収容管内でセンタリングすることができる。ガイド形状部は円周全体にわたる円環状に形成するか、または円周方向に互いに離間した複数の局部的ガイド形状突起として形成してもよい。ガイド形状部は、バネ部材に一体に形成するのが有利である。さらに、ガイド形状部は、それ自身の端面が形成されているカートリッジチューブの一端に配置してもよい。ガイド形状部を、円周方向に閉鎖するよう形成した一体型の変形部材とするのが好ましい。この場合はガイド形状部が封鎖効果を向上する役割も果たすからである。
【００１５】
さらにバネ部材は、ガイド形状部と軸方向に隣接するとともにカートリッジチューブに径方向に支持された、少なくとも一つの径方向支持形状部を有していてもよい。当該支持形状部も、バネ部材と一体に形成するのが有利である。これに加えまたはこれに代えて、径方向支持形状部を円周全体にわたる円環状とし、かつカートリッジチューブに直線状に当接する部位を形成してもよい。また、支持形状部は、ガイド形状部におけるカートリッジチューブの端面からは遠いほうの側で、カートリッジチューブに支持されるのが好ましい。この場合でも、直線状の接触は、例えばバネ部材における接触部位を凹曲面に形成すること、またはバネ部材における接触部位に畝状の隆起部を設けることで実現できる。
【００１６】
特に有利な構成として、ガイド形状部をカートリッジチューブと収容管の間の径方向空間に配置することにより、上記の環状のスペースを、ガイド形状部を収容するため、さらにはカートリッジチューブのセンタリングを実現するため用いてもよい。あるいは、ガイド形状部を、カートリッジチューブの軸方向端面と環状の段差部の間に軸方向に配置してもよい。これにより、収容管内におけるカートリッジチューブの径方向のセンタリングのための調節の余地が増し、製造公差が大きい場合でもセンタリングを容易に行うことができる。
【００１７】
別の有利な実施形態において、バネ部材は、カートリッジチューブの端面を把持することによりバネ部材をカートリッジチューブに固定する少なくとも一つのクランプ部を有していてもよい。バネ部材をカートリッジチューブに固定しておくと、カートリッジを収容スペースから抜き取る際にバネ部材も同時に抜き取ることができる。特にメンテナンス時において、バネ部材をカートリッジと同時に交換することが可能となる。バネ部材は、あたかもカートリッジの一部であるかのように、あらかじめカートリッジに取り付けておくのが好ましい。
【００１８】
クランプ部は例えば、カートリッジチューブの端面の部分を軸方向に挿入できるポケットとして形成してもよい。これにより、クランプ部に対し、端面部分の径方向の効果的な固定が可能となる。
【００１９】
クランプ部もしくはポケットは、円周全体にわたる円環状に形成するのが好ましい。クランプ部もしくはポケットは、バネ部材に一体に形成されているのが好ましい。
【００２０】
別の実施形態において、バネ部材は、カートリッジチューブの内側に屈曲して形成されたカラー部が軸方向に係合できる、少なくとも一つのクリップ部を有していてもよい。この場合も、メンテナンス時にカートリッジの残り部分と同時にフィルターエレメントを収容スペースから抜き取ることができるよう、バネ部材をカートリッジチューブに固定することが可能となる。さらに、バネ部材をカートリッジチューブに固定することで、バネ部材とカートリッジチューブとの所定の相対位置関係が定まる。この場合もまた、クリップ部は円周全体にわたる円環状に形成するのが好ましい。これに加えまたはこれに代えて、クリップ部をバネ部材に一体に形成してもよい。ここで、「内側に」とは径方向に沿った方向を指し、すなわちカラー部の先端が径方向内側に向いていることを指す。カラー部は、カートリッジチューブに対し９０度をなすのが好ましい。ただし原理的には、９０度より大きいまたは小さい角度としてもよい。
【００２１】
さらなる展開において、クリップ部はカラー部の内縁を把持する把持部を有していてもよい。これにより、バネ部材とカートリッジチューブとの、形状が互いに合致した状態での軸方向の固定が非常に簡便に実現できる。例えば把持部は、バネ部材に長手方向断面で見てＳ字型となるよう形成してもよい。当該長手方向断面は、カートリッジの長手方向中心軸が通る平面と同一の平面上にある。この場合もまた、把持部はクリップ部に、すなわちバネ部材に一体に形成されているのが好ましい。
【００２２】
有利なさらなる展開において、クリップ部は、少なくとも一つのストッパー形状部を有していてもよい。ストッパー形状部は、当該ストッパー形状部と相補的にカラー部に形成された対向ストッパー形状部と協働して、カラー部をクリップ部に位置決めおよび固定するものである。例えば、ストッパー形状部は軸方向に突出する突起としてもよい。対向ストッパー形状部はこれに合致する形状の凹部となる。逆に、ストッパー形状部を凹部とし、対向ストッパー形状部をこれに合致する形状の突起としてもよい。ストッパー形状部はこのように選択的に形成できるので、複数のストッパー形状要素を円周方向に分布配置してもよい。ただし、上記の封鎖効果を向上させる観点からは、ストッパー形状部は円環状に形成するのが好ましい。この場合もまた、ストッパー形状部はクリップ部に、すなわちバネ部材に一体に形成されている一体構造を採用するのが好ましい。
【００２３】
別の有利な実施形態において、バネ部材は、端面と壁面の間で軸方向に延伸する、軸方向に弾性を有する少なくとも一つの伸縮部を有していてもよい。この場合もまた、伸縮部はバネ部材に一体に形成されているのが好ましい。この軸方向に弾性を有する伸縮部によりバネ部材は、熱膨張に起因して収容管およびカートリッジチューブに生じる長さの変化を、過度な応力を発生させることなく、弾力的に吸収することができる。同時に、バネ部材との共用により実現される封鎖効果を、排気ガス後処理装置の予期し得る温度範囲の全体にわたってより確かなものとすることができる。これはバネ部材が常に環状の段差部およびカートリッジチューブに対して付勢力を加えている状態にあり、これらに生じる相対的な動きに弾力的に追随するからである。
【００２４】
有利なさらなる展開において、伸縮部はバネ部材の長手方向断面で見て波型形状となるよう形成してもよい。この場合もまた、当該長手方向断面は、カートリッジの長手方向中心軸が通る平面と同一の平面上にある。この波型構造によりバネ部材は、軸方向に比較的大きな範囲にわたって調節可能な伸縮性を有することとなる。この場合伸縮部は、バネ部材に蛇腹形状で形成される。バネ部材は金属、とりわけバネ鋼で形成するのが好ましい。
【００２５】
別の有利な実施形態において、バネ部材は、当該バネ部材を環状の段差部に対し軸方向に支持する支持部を有していてもよい。支持部は、少なくとも一つのストッパー形状部を有する。ストッパー形状部は、当該ストッパー形状部と相補的に環状の段差部に形成された対向ストッパー形状部と協働して、バネ部材を環状の段差部に対し径方向に位置決めおよび固定するものである。この場合もまた、バネ部材と環状の段差部との所望の位置関係、より具体的には環状の段差部に対するバネ部材のセンタリングが実現できる。またストッパー形状部は、例えば軸方向に突出する突起とし、対向ストッパー形状部はこれに合致する形状の軸方向凹部としてもよい。逆の形状も可能である、すなわちストッパー形状部を軸方向凹部とし、対向ストッパー形状部をこれに合致する形状の軸方向突起としてもよい。ストッパー形状部は、円周方向に円周全体にわたって円環状に形成するのが好ましい。ここでも、ストッパー形状部を、例えば分割されたストッパー形状要素として、円周方向に選択的に分布配置することも可能である。さらに、ストッパー形状部をバネ部材に一体に形成することが好ましい。
【００２６】
別の実施形態において、環状の段差部は、カートリッジを収容スペースに挿入するための挿入口に軸方向に対向する位置に、収容管に強固に固定されているのが好ましい。例えば、環状の段差部は収容管に一体に形成されていてもよい。あるいは、環状の段差部は収容管に溶接またはハンダ付けされていてもよい。また、収容管の挿入口はハウジング内で、カートリッジの挿入口への挿入を可能とするハウジング開口部と同軸で軸方向に離間した位置にある。ハウジング開口部は、カートリッジの交換時には取り外しできる閉塞部材でふさいでおくのが好ましい。当該閉塞部材は、カートリッジ、より具体的にはカートリッジチューブに軸方向に装着され、それによりカートリッジあるいはカートリッジチューブをバネ部材による付勢力に抗して収容スペースに押し当てている。このような構造により、ハウジング内に形成された排気ガス流路に、カートリッジを非常に簡便に組み入れることができる。加えて、メンテナンス時において閉塞部材を取り外すと、バネ部材に作用していた反力が消滅し、それによりバネ部材はカートリッジを収容スペースから抜き出す方向に押圧するので、カートリッジの収容管からの抜き取りが容易となる。
【００２７】
特に有利なさらなる展開において、上記の閉塞部材は、ハウジング開口部をふさぐカバーと、カートリッジ、より具体的にはカートリッジチューブ上に軸方向に支持され、排気ガスを径方向に通過させることが可能な支持リングとを有していてもよい。このために例えば、支持リングの周縁を穿孔してもよい。または、支持リングは円周方向に分布配置された複数の軸方向ウエブを介してカートリッジあるいはカートリッジチューブに装着されてもよい。この場合、隣接するウエブ同士の間に充分な円周方向のフリースペースが確保でき、当該スペースを通じて排気ガスを通過させることができる。
【００２８】
本発明によるカートリッジは、したがって、排気ガス後処理装置の収容管にカートリッジを交換可能に挿入するためのカートリッジチューブと、当該カートリッジチューブ内に配置された少なくとも一つの排気ガス後処理エレメントとを備える。カートリッジはカートリッジチューブの軸方向端面に配置された少なくとも一つのバネ部材を有するのが好ましく、当該バネ部材は、カートリッジが収容管に挿入されたときに、排気ガス後処理装置の環状の段差部に軸方向の付勢力を付与しつつ、カートリッジチューブを軸方向に支持するものである。これに加えまたはこれに代えて、カートリッジチューブの軸方向端面に内側に向けて屈曲したカラー部を設けてもよく、このカラー部に、カートリッジが収容管に挿入されたときに軸方向の付勢力を付与する、少なくとも一つのバネ部材を装着してもよい。
【００２９】
本発明のさらなる重要な特徴および利点は、従属項、添付の図面、および図面を参照してなされる形状に関連する説明により明らかとなる。
【００３０】
上記の特徴および以下に詳述する特徴は、記述された各々の組合せのみならず、他の組合せにより、またはそれ自体により、本発明の範囲を逸脱することなく適用可能であることを理解されたい。
【００３１】
本発明の好適な例示的実施形態を図示するとともに、以下、より詳細に説明する。同一または類似の構成要素、また機能的に同じ構成要素には同一の符号を付す。
以下の各図はすべて模式図である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】排気ガス後処理装置におけるカートリッジ部分の長手方向断面図である。
【図２】図１においてカートリッジ部分を分解して示す断面図である。
【図３】図１におけるバネ部材周辺の拡大断面図である、
【図４】他の実施形態による図３と同じ部分の詳細図である。
【図５】他の実施形態による図３と同じ部分の詳細図である。
【図６】他の実施形態による図３と同じ部分の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１および図２に示すように、例えば自動車などの不図示の内燃機関の排気ガスシステムに好適な排気ガス後処理装置１は、収容スペース４を有する少なくとも一つの収容管３が配置されたハウジング２を備える。また排気ガス後処理装置１は、カートリッジチューブ６を有する少なくとも一つのカートリッジ５と、当該カートリッジチューブ６内に配置された少なくとも一つの排気ガス後処理エレメント７とを備える。同図に示す例では、排気ガス後処理エレメント７の一例として粒子フィルターエレメントが用いられており、そのため以下の説明では排気ガス後処理エレメント７を粒子フィルターエレメント７と表記することもある。これに代わる不図示の実施形態では、排気ガス後処理エレメント７は例えば酸化触媒コンバータエレメントやＳＣＲ触媒コンバータエレメントといった触媒コンバータエレメントでもよく、ここでＳＣＲとは「Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ（選択的触媒還元）」の略である。
【００３４】
好ましくは、粒子フィルターエレメント７は、カートリッジチューブ６内に装着されベアリングマット８により軸方向に固定されている。この目的のため、ベアリングマット８は粒子フィルターエレメント７とカートリッジチューブ６の間で径方向に均一に押圧されている。本例では、粒子フィルターエレメント７はカートリッジチューブ６内に一つだけ配置されている。すなわち、排気ガス後処理エレメント７は単体のモノリシックセラミック体である。別の実施形態では、カートリッジチューブ６内に軸方向に直列に接続した二つ以上の排気ガス後処理エレメント７を配置してもよい。排気ガス後処理機能の観点からは、例えば二つ以上の粒子フィルターエレメント７など、同一または類似の排気ガス後処理装置７を用いるのが有利である。これに代えて、例えば粒子フィルターエレメント７と触媒コンバータエレメントの組合せのように、異なる排気ガス後処理機能を有する排気ガス後処理エレメント７を用いてもよい。同様に、ベアリングマット８を用いることなくカートリッジチューブ６に装着可能な金属粒子フィルターエレメント７を採用してもよい。
【００３５】
収容管３は、触媒コンバータエレメント１１が配置された触媒コンバータチューブ１０と、環状の段差部９を介して接続されている。図示の例では、触媒コンバータエレメント１１もベアリングマット１２を用いて触媒コンバータチューブ１０に軸方向に固定されている。触媒コンバータエレメント１１は、好ましくは酸化触媒コンバータである。触媒コンバータエレメント１１は、図１および図２に矢印で示す排気ガス流動方向１３において、粒子フィルターエレメント７の上流側に配置するのが好ましい。
【００３６】
環状の段差部９は、収容管３における、当該収容管３の挿入口１４に軸方向に対向する位置に形成されている。この挿入口１４は、カートリッジ５を収容スペース４に挿入するためのものである。ここで、環状の段差部９は収容管３に強固に固定されている。図示の実施形態においては、環状の段差部９は別体であって、適切な方法で収容管３に固定されている。本例では、環状の段差部９は触媒コンバータチューブ１０にも適切な方法で固定されている。適切な固定方法としては、例えば軸方向のプラグ式装着（図示）とし、溶接またはハンダ付けによる接合（不図示）と組み合わせるのが好ましい。
【００３７】
挿入口１４はハウジング２内の、ハウジング開口部１５と同軸でかつハウジング開口部１５から軸方向に離間した位置に配置されている。軸方向とは、ここでは収容管３の長手方向中心軸１６に沿った方向として定義され、カートリッジ５を装着した状態で当該カートリッジ５の長手方向中心軸１７と一致する方向である。したがって、軸方向は長手方向中心軸１６もしくは１７と平行な方向である。ハウジング開口部１５は、カートリッジ５がこれを通って挿入口１４に、したがって収容管３、より具体的には収容スペース４に挿入することが可能な寸法に形成されている。したがってメンテナンス時には、カートリッジ５はハウジング開口部１５を通ってハウジング２から抜き取ることができる。装着された状態では、さらには排気ガス後処理装置１の稼働時には、ハウジング開口部１５はカートリッジ５の交換時には取り外せるよう構成された閉塞部材１８によりふさがれる。閉塞部材１８はカートリッジ５に軸方向に装着され、それによりカートリッジ５を収容スペース４内部に向かって排気ガス流動方向１３に押圧する。閉塞部材１８はここではハウジング開口部１５をふさぐカバー１９と、カートリッジチューブ６上に軸方向に支持された支持リング２０とを有する。支持リング２０は、排気ガスが径方向に通り抜けられるよう、構成されている。このような構造は、支持リング２０を複数の軸方向ウエブ２１を介してカートリッジチューブ６に装着することで実現できる。こうすれば、排気ガスが通過可能な複数の開口部２２が、カートリッジチューブ６と支持リング２０の間に軸方向に形成され、かつ隣接するウエブ２１同士の間に円周方向に形成される。カバー１９をハウジング２に固定するため、メンテナンス時には容易に取り外しできるクランプ２３がさらに装着されている。クランプ接続により、クランプ２３はカバー１９を図２に符号２４で示す開口端に軸方向に固定する。支持リング２０はこのクランプ接続に組み入れられている。閉塞部材１８の充分な気密性を確保するには、図２に示すシール材２５、２６を用いることができる。一方のシール材２５は開口端２４と支持リング２０の間に軸方向に配置され、他方のシール材２６は支持リング２０とカバー１９の間に軸方向に配置される。クランプ２３は、開口端２４、カバー１９、およびその間に軸方向に配置されたすべての部材、すなわち二つのシール材２５、２６と支持リング２０に重なっている。
【００３８】
ここに示す排気ガス後処理装置１はさらに、異なる実施形態を表す図３〜図５に拡大して示すように、バネ部材２７を備えるという特徴を有する。バネ部材２７は、カートリッジチューブ６と環状の段差部９の間に軸方向に装着されている。ここで、バネ部材２７は図１に示す装着状態では軸方向に圧縮されており、それによって、結果としてカートリッジ５がバネ部材２７を介して環状の段差部９に軸方向に支持されるよう、軸方向に付勢力を付与している。バネ部材２７はカートリッジ５を排気ガス流動方向１３に付勢している。
【００３９】
図３〜図６に示すように、バネ部材２７は円周全体にわたって環状に閉鎖するように構成されている。またバネ部材２７は、カートリッジチューブ６と収容管３の間に径方向に形成された環状のスペース２９を、粒子フィルターエレメント７を通って形成された矢印で示された排気ガス流路２８から封鎖するように構成されている。ここで径方向とは、長手方向中心軸１６、１７を中心とした概念である。封鎖効果を高めるため、バネ部材２７はカートリッジチューブ６に直線状に当接し、環状の段差部９に対しても直線状に当接している。
【００４０】
図３〜図６に示すすべての実施形態において、バネ部材２７はカートリッジチューブ６の端面３１と環状の段差部９の間に軸方向に配置された、軸方向に弾性を有する伸縮部３０を含む。図示の構造のとおり、伸縮部３０は波型に形成するのが好ましい。ここでは径方向に内向きと外向きの湾曲した波型形状が交互に形成され、それらは軸方向には接しておらず、それゆえ軸方向に所望の伸縮性が得られている。
【００４１】
図示されたすべての実施形態においてバネ部材２７は、当該バネ部材２７において図示されているすべての部分、形状および領域が一体となるよう、単一の部材、言い換えれば単体として形成されている。ただし、好ましい一体構造以外にも、原理的にはバネ部材２７を少なくとも二つの別体の部品から組み立てられたアセンブリとして形成する実施形態を採用してもよい。
【００４２】
図３、図５および図６に示す実施形態において、バネ部材２７は収容管３に径方向に支持され径方向外向きに突出した、少なくとも一つのガイド形状部３２を有する。好ましくは、当該ガイド形状部３２は円周全体にわたって環状に閉鎖するように形成され、それによりさらなる封鎖効果が実現される。ただしガイド形状部３２の主たる役目は、収容スペース４内においてカートリッジチューブ６を収容管３に対しセンタリングさせることである。
【００４３】
図３に示す実施形態では、ガイド形状部３２はカートリッジチューブ６と収容管３の間で径方向に形成されている。また、伸縮部３０とは反対側でガイド形状部３２に隣接して支持形状部３３が形成され、当該支持形状部はカートリッジチューブ６の径方向外側に配置されている。さらに、本実施形態ではバネ部材２７は、カートリッジチューブ６の端面３１を把持し、それにより当該バネ部材２７をカートリッジチューブ６に固定しているクランプ部３４を有する。図３の例ではクランプ部３４は、カートリッジチューブ６における、端面３１を有する端部が軸方向に挿入されるポケット３５として構成されている。
【００４４】
一方、図５および図６に示す実施形態では、ガイド形状部３２は端面３１と環状の段差部９の間で軸方向に形成されている。この場合、ガイド形状部３２は、波型の伸縮部３０の外向きに湾曲した波型として特に簡便に形成することができる。具体的には、波型構造のうちカートリッジチューブ６に隣接する第１の波型を、収容管３と径方向に当接する位置まで径方向外向きに延伸するとよい。
【００４５】
図４〜図６に示す実施形態において、バネ部材２７はカートリッジチューブ６に係合するクリップ部３６を有する。この場合、カートリッジチューブ６は環状の段差部９に対向する側の端部に形成された内向きに屈曲したカラー部３７を有し、当該カラー部３７はこれらの実施形態ではカートリッジチューブ６の端面３１を構成している。カラー部３７は、径方向に粒子フィルターエレメント７の周縁部に重なる位置に到達するよう内向きに屈曲されている。ここで、カラー部３７はバネ部材２７のクリップ部３６に軸方向に係合しており、これによりバネ部材２７とカートリッジチューブ６との、互いの形状が合致した状態での固定が実現される。そのためにクリップ部３６に把持部３８が形成されており、当該把持部は長手方向断面で見てＳ字型に形成され、かつカラー部３７の内周縁３９を把持している。
【００４６】
図４〜図６に示す実施形態において、クリップ部３６はさらに少なくとも一つのストッパー形状部４０を有する。ストッパー形状部４０は、カラー部３７に相補的に形成された対向ストッパー形状部４１と協働して、バネ部材２７をクリップ部３６と係合しているカラー部３７に径方向に固定するためのものである。ストッパー形状部４０は、バネ部材２７から軸方向に突出した突起として、円周全体にわたって環状に閉鎖するよう形成するのが有利である。対向ストッパー形状部４１はストッパー形状部と合致するよう、カートリッジチューブ６に軸方向の凹部として円周全体にわたって環状に形成されている。対向ストッパー形状部４１を形成しない場合は、バネ部材２７とカートリッジチューブ６との所望の直線状の当接はストッパー形状部４０によって実現されるが、この場合ストッパー形状部４０は封鎖形状部４０または直線当接部４０として形成されるか、もしくは同等の機能を果たすよう構成される。
【００４７】
図３〜図６に示す実施形態において、バネ部材２７は環状の段差部に、支持部４２を介して軸方向に装着されている。この場合上記のとおり、直線状に支持するのが好ましい。
【００４８】
図４〜図６に示す実施形態において、支持部４２はさらに、環状の段差部９に設けられた相補的な対向ストッパー形状部４４と有利に協働する、少なくとも一つのストッパー形状部４３を有する。図示の例では、ストッパー形状部４３はバネ部材２７から軸方向に突出した突起として、円周全体にわたって環状に閉鎖するよう形成するのが有利である。対向ストッパー形状部４４は、環状の段差部９にストッパー形状部と合致する軸方向の凹部として、円周全体にわたって環状に閉鎖するよう形成されている。ストッパー形状部４３は、バネ部材２７を環状の段差部９に支持部４２を介して径方向に固定する効果も有する。対向ストッパー形状部４４を形成しない場合は、バネ部材２７と環状の段差部９との所望の直線状の当接はストッパー形状部４３によって実現されるが、この場合ストッパー形状部４３は封鎖形状部４３または直線当接部４３として形成されるか、もしくは同等の機能を果たすよう構成される。
【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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【外国語明細書】
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