JP2015055189A - 内燃機関のフィルタの取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】フランジにおけるフィルタの強固な保持及び良好なシール性を確保することができる内燃機関のフィルタの取付構造を提供する。【解決手段】目開きの異なる３つのフィルタ２１は積層されている。積層された３つのフィルタ２１は、これらの取付部２１ｂが２枚のガスケット２５によって挟持され、この状態で溶着されてガスケット２５と一体化される。又、一対のフランジ２６の少なくとも一方には、周状の段部２６ａが形成されている。段部２６ａは、積層されたフィルタ２１が一体化されることによりガスケット２５に生じた板厚部分の進入を許容する。これにより、フランジ２６は、フィルタ２１が一体化されたガスケット２５を強固に挟持することができ、フィルタ２１を良好に保持するとともにシール面の面圧を高めて良好なシール性を確保することができる。【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の排ガスが流れる排ガス配管に、排ガス中の異物を除去するためのフィルタを取り付ける内燃機関のフィルタの取付構造に関する。

近年、内燃機関による燃料の利用効率を向上させるために、内燃機関における燃料の燃焼に伴って排出される排ガスを利用することが積極的に行われている。例えば、排ガス中に含まれる未燃燃料を再度内燃機関に導入することにより、内燃機関による燃料の利用効率を向上させるようにしている。

このように排ガス中に含まれる未燃燃料を再度内燃機関に導入する場合には、排ガス中に含まれる異物（コンタミ）が内燃機関及び周辺機器に侵入することを確実に防止するに必要がある。この場合、一般に、排ガス配管には、異物を除去するためのフィルタが設けられるようになっている。

ところで、排ガス中の異物を確実に除去するためには、すなわち、フィルタの性能を向上させるためには、フィルタの目開きを小さく（所謂、目を細かく）する必要がある。しかし、単に、フィルタの目開きを小さく（目を細かく）すると、フィルタ自体の機械的な強度の低下を招く虞がある。従って、安価にフィルタの性能を向上させるためには、目開きの異なる複数のフィルタを重ねて排ガス配管に取り付けることが極めて有効である。

一方で、排ガス配管にフィルタを取り付ける際、排ガス配管を形成する種々の配管同士を接続するためのフランジによって挟持されて取り付けられる場合がある。この場合、排気ガスの漏れをシールするガスケットもフランジによって挟持される。このため、フィルタ及びガスケットを挟持したフランジ同士を、例えば、ボルトとナットによって締結した場合、フランジ間におけるファルタを挟持する部分の間隔（厚み）がガスケットを挟持する部分の間隔（厚み）と異なる可能性がある。この場合には、フランジ同士をボルトとナットにより締結する際の軸力が分散してしまい、言い換えれば、ガスケットのシール面における面圧を十分に確保することができず、ガスケットのシール性能の低下が懸念される。

そこで、従来から、例えば、下記特許文献１に示された内燃機関のフィルタの取付構造は知られている。この従来の内燃機関のフィルタの取付構造では、互いに接続される低圧ＥＧＲ管と接続管に一対のフランジが設けられ、それらの間にガスケットが挟持されるようになっている。そして、この従来の内燃機関のフィルタの取付構造では、ガスケットは、フランジの間に挟持されて排ガスをシールするシール部と、シール部の内側に配置されてフィルタの取付部が係合した状態でフィルタを保持する保持部とを有するようになっている。このような、従来の内燃機関のフィルタの取付構造によれば、ガスケットの内周部分に形成された保持部にてフィルタを係合させて保持するため、フランジがフィルタを挟持する構造ではない。このため、仮に、複数のフィルタを重ねた場合にも、例えば、ボルトとナットによりフランジ同士を締結する際の軸力の分散を防止して、ガスケットのシール性能を確保することができるようになっている。

特開２０１１−２０２５３６号公報

上記従来の内燃機関のフィルタの取付構造においては、ガスケットに形成された保持部に対してフィルタを単に挿入して係合させるようになっている。言い換えれば、フィルタは、フランジの締結状態に関係なく保持されるようになっている。ところで、特に、内燃機関に用いられるフィルタに対しては長期間に渡り脱落することなく良好なフィルタの性能を発揮することが要求されるが、上記従来の内燃機関のフィルタの取付構造では、フィルタをフランジ間で強固に保持することができず、その結果、良好なフィルタの性能が発揮できない可能性がある。又、上記従来の内燃機関のフィルタの取付構造では、ガスケットの内側（内周側）に保持部を形成する必要があるため、シール性能の低下が懸念される。

本発明は、上記した問題に対処するためになされたものであり、その目的の一つは、フランジにおけるフィルタの強固な保持及び良好なシール性能を確保することができる内燃機関のフィルタの取付構造を提供することにある。

上記目的を達成するための、本発明の特徴は、内燃機関から排出された排ガスが流れる排ガス配管に排ガス中の異物を除去するための金属製のフィルタを取り付ける内燃機関のフィルタの取付構造であって、前記排ガス配管を構成する配管部材の端部同士を互いに接合するように対向して設けられた一対のフランジと、前記一対のフランジの間に挟持された少なくとも２枚のガスケットと、目開きの異なる複数のフィルタと、を備え、前記複数のフィルタは、積層され、且つ、外周端部が前記ガスケットによって挟持された状態で、前記ガスケットに対して一体的に溶着されており、前記一対のフランジのうちの少なくとも一方のフランジは、積層されて前記ガスケットに対して一体的に溶着された前記複数のフィルタの前記外周端部に対応する部分の進入を許容する段部を有するように構成されることにある。

この場合、前記複数のフィルタは、目開きの相対的に大きい２つのフィルタによって目開きの相対的に小さい１つのフィルタが挟まれて積層されるように構成することができる。そして、これらの場合、前記排ガス配管は、例えば、前記排ガスの一部を、前記内燃機関に新気を吸入させる吸気配管に還流させるための排ガス還流管を含んで構成されており、前記一対のフランジのうちの少なくとも一方のフランジは、前記排ガス還流管の端部に設けられるように構成することができる。

これらによれば、目開きの異なる複数のフィルタを積層することができるため、フィルタの性能を良好に確保することができるとともに、例えば、目開きの相対的に大きなフィルタによって目開きの相対的に小さなフィルタを挟むことにより、積層後の機械的な強度を十分に確保することができる。これにより、例えば、排ガス還流管においてフィルタを設けて異物を除去する場合であっても、長期間に渡り良好なフィルタの性能を発揮することができる。

そして、このように積層した複数のフィルタは２枚のガスケット間に挟持された状態で一体的にガスケットに対して溶着されて組み付けられ、フランジはフィルタが一体的に溶着されたガスケットを強固に挟持することができる。この場合、一対のフランジのうちの少なくとも一方に段部を形成することができるため、この段部がガスケットの一般部（シール部）に比してフィルタの外周端部を挟持することによって厚さが増大する部分（板厚部分）の進入を許容する、所謂、板厚部分（外周部分に対応する部分）を逃がすことができる。

これにより、積層された複数のフィルタはガスケットを介してフランジによって強固に挟持されて保持される。従って、長期間に渡り脱落することなく異物の除去を行うことができる。又、フランジに形成された段部がフィルタの外周部分に対応する部分、すなわち、ガスケットのシール部分よりも厚くなる板厚部分を逃がすことができるため、ガスケットの大部分がフランジによって強固に挟持されることにより、シール面における面圧を高めることができて極めて良好なシール性能を発揮することができる。

本発明の実施形態に係り、本発明を適用した内燃機関の構成を概略的に示す図である。 図１のフィルタの構成を説明するための図である。 図１及び図２のフィルタの取付部分を拡大して示す断面図である。 フィルタとガスケットとの溶着を説明するための断面図である。 フィルタの取付部分を更に拡大して示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係り、本発明による内燃機関のフィルタの取付構造が適用される内燃機関（以下、「エンジン」と称呼する。）１の構成を概略的に示している。エンジン１は、例えば、４つの気筒２を有する車両用のディーゼルエンジンである。

各気筒２には、吸気配管３及び排ガス配管４が接続されている。吸気配管３は、１本の吸気管５と、この吸気管５に吸気チャンバ６を介して接続された吸気マニホールド７とにより構成されており、吸気マニホールド７は各気筒２に接続されている。

吸気管５には、上流側から順に、スロットル弁８、ターボチャージャー９のコンプレッサ１０及びインタークーラー１１が配置されている。スロットル弁８は、図示省略のアクチュエータで駆動されることにより、気筒２に吸入される新気の量を調整する。コンプレッサ１０は、後述するタービン１７が回転することによって、吸気を過給するようになっている。インタークーラー１１は、過給によって温度が上昇した吸気を冷却するものである。

一方、排ガス配管４は、各気筒２に接続された排気マニホールド１２と、その下流側に接続された１本の排気管１３と、排気管１３と吸気管５との間に互いに並列に接続された
高圧ＥＧＲ管１４及び排ガス還流管としての低圧ＥＧＲ管１５とにより構成されている。

排気管１３には、上流側から順に、ターボチャージャー９のタービン１７、ＮＯｘ触媒１８及びＤＰＦ１９が配置されている。タービン１７は、排気管１３を流れる排ガスによって回転し、タービンシャフト１７ａを介してコンプレッサ１０を一体的に回転させて過給動作を行わせるようになっている。

ＮＯｘ触媒１８は、例えば、ゼオライト等を担持しており、エンジン１のリーン運転時に排ガス中のＮＯｘを補足するとともに、リッチ運転時に還元剤が供給されて補足したＮＯｘを還元状態で脱離させることにより、排ガスを浄化する。ＤＰＦ１９は、例えば、セラミック等から構成されており、排ガス中の煤等のパティキュレートを捕集することにより、排ガスを浄化する。

又、高圧ＥＧＲ管１４は、排気管１３のタービン１７よりも上流側から分岐し、吸気管５のインタークーラー１１よりも下流側に合流している。このため、高圧ＥＧＲ管１４を介して、高圧・高温の排ガスが高圧ＥＧＲガスとして吸気管５に還流する。ここで、高圧ＥＧＲ管１４には、高圧ＥＧＲガス量を制御するための高圧ＥＧＲ制御弁２０が設けられている。

一方、低圧ＥＧＲ管１５は、排気管１３のタービン１７よりも下流側、より詳しくは、排気管１３のＤＰＦ１９よりも下流側から分岐し、吸気管５のコンプレッサ１０よりも上流側に合流している。このため、低圧ＥＧＲ管１５を介して、高圧ＥＧＲガスよりも低圧
・低温の排ガスが低圧ＥＧＲガスとして吸気管５に還流する。

又、低圧ＥＧＲ管１５には、上流側から、すなわち、ＤＰＦ１９側から吸気管５側に向かう順に、低圧ＥＧＲガス中の異物（コンタミ）を補足するためのフィルタ２１と、低圧ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラー２２と、低圧ＥＧＲガス量を制御するための低圧ＥＧＲ制御弁２３が配置されている。尚、低圧ＥＧＲガス中の異物には、ＤＰＦ１９の下流側において生成された酸化物の他、ＤＰＦ１９から脱落したセラミック片等が含まれる。

次に、フィルタ２１の構成及び取付構造について説明する。フィルタ２１は、図２に概略的に示すように、保形性を有する金属製のメッシュフィルタであり、半球状のフィルタ本体２１ａと、フィルタ本体２１ａの外周端部に形成された鍔状の取付部２１ｂとから構成されている。そして、本実施形態においては、図２に示すように、フィルタ本体２１ａにおけるメッシュの目開きが異なる複数のフィルタ２１を積層するようになっている。具体的に、本実施形態においては、メッシュの目開きが相対的に大きいフィルタ本体２１ａを有するフィルタ２１（以下、このフィルタ２１を粗いフィルタ２１と称呼する。）を２枚用い、この２枚の粗いフィルタ２１間に、メッシュの目開きが相対的に小さいフィルタ本体２１ａを有するフィルタ２１（以下、このフィルタ２１を細かいフィルタ２１と称呼する。）を挟むように積層する。ここで、粗いフィルタ２１におけるフィルタ本体２１ａの目開きとしては、例えば、１８０μｍ程度であり、細かいフィルタ２１におけるフィルタ本体２１ａの目開きとしては、例えば、７５μｍ程度である。

そして、このように、粗いフィルタ２１、細かいフィルタ２１及び粗いフィルタ２１の順で積層されたこれらのフィルタ２１（以下、３つのフィルタ２１が積層された状態を単にフィルタ２１とも称呼する。）は、図３に概略的に示すように、ＤＰＦ１９を収容するケーシング１９ａから突出する接続管２４と低圧ＥＧＲ管１５との接続部分に、積層されたフィルタ本体２１ａが低圧ＥＧＲ管１５内の通路を塞ぎ、フィルタ本体２１ａの開口が上流側に向いた状態で、取り付けられる。このとき、フィルタ２１は、２枚のガスケット２５，２５によってその外周端部である取付部２１ｂが挟持されて一体的に溶着された状態とされ、一対のフランジ２６，２６によってガスケット２５，２５が強固に挟持されることにより取り付けられる。

各ガスケット２５は、例えば、薄肉のステンレス鋼板等で構成され、低圧ＥＧＲ管１５及び接続管２４の管内径よりも僅かに大きな内径を有する貫通穴を有するドーナツ板状に形成されている。このため、ガスケット２５，２５は、その内周端部側にてフィルタ２１の積層された取付部２１ｂを挟持し、外周端部側が一対のフランジ２６，２６によって挟持される。これにより、ガスケット２５，２５は、一対のフランジ２６，２６によって挟持されることによって積層されたフィルタ２１を強固に支持するとともに、一対のフランジ２６，２６によって挟持される部分にて流通する排ガスの漏出を阻止するシール性能を発揮する。ここで、以下の説明においては、積層された状態の３つのフィルタ２１の取付部２１ｂ（外周端部）及びこの取付部２１ｂ（外周端部）を挟持するガスケット２５，２５の内周端部を合わせて板厚部分と称呼する。尚、本実施形態においては、２枚のガスケット２５，２５を用いて実施するが、２枚以上であればガスケット２５の数については限定されるものではない。

各フランジ２６は、鋼板等で構成され、比較的厚いドーナツ板状に形成されている。一対のフランジ２６，２６は、低圧ＥＧＲ管１５及び接続管２４の各端部において互いに対向するように設けられており、各端部に対して一体的に固着されている。そして、一対のフランジ２６，２６は、ボルト及びナット等の締付具２７により、２枚のガスケット２５，２５を挟持した状態で締め付けられるようになっている。又、一対のフランジ２６，２６のうちの少なくとも一方、具体的に本実施形態においては低圧ＥＧＲ管１５の端部に固着されるフランジ２６には、締付具２７によって締め付けられた状態において上述した板厚部分の進入を許容する、すなわち、板厚部分を逃がすための段部２６ａが周状に形成されている。

このように構成されるフィルタ２１のガスケット２５及びフランジ２６に対する組み付けは、以下のように行われる。先ず、図２に示したように、粗いフィルタ２１上に細かいフィルタ２１を重ね、更に、細かいフィルタ２１上に粗いフィルタ２１を重ねる。続いて、このように積層された３つのフィルタ２１の取付部２１ｂ（外周端部）を２枚のガスケット２５，２５の内周端部に対して一体的に溶着する。すなわち、フィルタ本体２１ａを一方のガスケット２５に形成されている貫通穴に挿通させ、図４に示すように、重ねられた３つのフィルタ２１の取付部２１ｂを２枚のガスケット２５，２５の内周端部側にて挟む。この状態において、取付部２１ｂとガスケット２５，２５の内周端部とを、例えば、抵抗溶接等により溶着して一体化する。

次に、このようにフィルタ２１が一体的に溶着されたガスケット２５，２５は、一対のフランジ２６，２６によって強固に挟持される。このとき、フランジ２６，２６が締付具２７による締め付けに伴い、フィルタ２１が一体化されたガスケット２５，２５における板厚部分は、図５に概略的に示すように、例えば、低圧ＥＧＲ管１５側のフランジ２６に対して周状に形成された段部２６ａ内に進入する。言い換えれば、ガスケット２５，２５における板厚部分は、段部２６ａに逃げる。これにより、フィルタ２１が一体化されたガスケット２５，２５における板厚部分以外の部分は、図５に概略的に示すように、略平行とされた一対のフランジ２６，２６の対向面により、均一の厚さを維持した状態で挟持される。従って、シール面における面圧を高めることができて、良好なシール性能を発揮することができる。

以上の説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、粗いフィルタ２１、細かいフィルタ２１及び粗いフィルタ２１のように、目開きの異なる３つのフィルタ２１を積層することができる。このように、特に、細かいフィルタ２１を設けることができることにより、排ガス中の異物を除去するフィルタ性能を良好に確保することができる。又、機械的な強度の高い粗いフィルタ２１の間に機械的な強度の低い細かいフィルタ２１を挟むことにより、積層した状態におけるフィルタ２１の機械的な強度を十分に確保することができる。これにより、低圧ＥＧＲ管１５にフィルタ２１を設けて流通する排ガス中の異物を除去する場合であっても、長期間に渡り良好なフィルタ性能を発揮することができる。

更に、上記実施形態によれば、積層された３つのフィルタ２１の取付部２１ｂ（外周端部）を２枚のガスケット２５，２５の内周端部側で挟持し、この状態で、例えば、抵抗溶接等の溶着により積層された３つのフィルタ２１と２枚のガスケット２５，２５とを一体化することができる。そして、一対のフランジ２６，２６は、フィルタ２１が一体化された２枚のガスケット２５，２５を強固に挟持することができる。このとき、積層されたフィルタ２１を一体的に挟持することによってガスケット２５に生じる板厚部分は、低圧ＥＧＲ管１５に固着されるフランジ２６に周状に形成される段部２６ａに進入することができる。すなわち、板厚部分は、一対のフランジ２６，２６が締付具２７によって締め付けられることに伴って段部２６ａに逃げることができる。

これにより、積層された３つのフィルタ２１は、ガスケット２５，２５を介してフランジ２６，２６によって強固に挟持されて保持される。従って、エンジン１に取り付けられる環境においても、フィルタ２１は長期間に渡り脱落することなく異物の除去を行うことができる。又、フランジ２６に形成された段部２６ａが、積層されたフィルタ２１を挟持することによってガスケット２５，２５に生じた板厚部分を逃がすことができるため、ガスケット２５の外周端部方向の大部分がフランジ２６によって均一に且つ強固に挟持される。従って、シール面における面圧を高めることができて極めて良好なシール性能を発揮することができる。

本発明に実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明に目的を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態においては、３つのフィルタ２１を積層、すなわち、粗いフィルタ２１、細かいフィルタ２１及び粗いフィルタ２１をこの順に積層して実施した。この場合、異物除去の要求性能に応じて、２つのフィルタ２１を、例えば、細かいフィルタを粗いフィルタ２１に積層するようにして実施することも可能である。或いは、４つ以上の目開きの異なるフィルタ２１を積層して実施することも可能である。これらの場合においても、目開きの異なるフィルタ２１を積層することにより、機械的な強度を向上させることができるとともにフィルタ性能を良好に確保することができて、上記実施形態と同等の効果が得られる。

更に、上記実施形態においては、低圧ＥＧＲ管１５に固着されるフランジ２６にのみ段差２６ａを形成して実施した。この場合、低圧ＥＧＲ管１５に固着されるフランジ２６に加えて接続管２４に固着されるフランジ２６にも段差２６ａを形成して実施可能であることは言うまでもない。更には、接続管２４に固着されるフランジ２６にのみ段差２６ａを形成して実施することも可能である。このように、対向する一対のフランジ２６，２６のうちの少なくとも一方に段差２６ａを形成することにより、板厚部分を逃がすことができるため、上記実施形態と同等の効果が得られる。

１…エンジン（内燃機関）、２…気筒、３…吸気配管、４…排ガス配管、５…吸気管、６…吸気チャンバ、７…吸気マニホールド、８…スロットル弁、９…ターボチャージャー、１０…コンプレッサ、１１…インタークーラー、１２…排気マニホールド、１３…排気管、１４…高圧ＥＧＲ管、１５…低圧ＥＧＲ管、１７…タービン、１８…ＮＯｘ触媒、１９…ＤＰＦ、２０…高圧ＥＧＲ制御弁、２１…フィルタ、２１ａ…フィルタ本体、２１ｂ…取付部（外周端部）、２２…ＥＧＲクーラー、２３…低圧ＥＧＲ制御弁、２４…接続管、２５…ガスケット、２６…フランジ、２６ａ…段部、２７…締付具

Claims (3)

1. 内燃機関から排出された排ガスが流れる排ガス配管に排ガス中の異物を除去するための金属製のフィルタを取り付ける内燃機関のフィルタの取付構造であって、
   前記排ガス配管を構成する配管部材の端部同士を互いに接合するように対向して設けられた一対のフランジと、
   前記一対のフランジの間に挟持された少なくとも２枚のガスケットと、
   目開きの異なる複数のフィルタと、を備え、
   前記複数のフィルタは、
   積層され、且つ、外周端部が前記ガスケットによって挟持された状態で、前記ガスケットに対して一体的に溶着されており、
   前記一対のフランジのうちの少なくとも一方のフランジは、
   積層されて前記ガスケットに対して一体的に溶着された前記複数のフィルタの前記外周端部に対応する部分の進入を許容する段部を有するように構成された内燃機関のフィルタの取付構造。
2. 請求項１に記載の内燃機関のフィルタの取付構造において、
   前記複数のフィルタは、
   目開きの相対的に大きい２つのフィルタによって目開きの相対的に小さい１つのフィルタが挟まれて積層される内燃機関のフィルタの取付構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載の内燃機関のフィルタの取付構造において、
   前記排ガス配管は、
   前記排ガスの一部を、前記内燃機関に新気を吸入させる吸気配管に還流させるための排ガス還流管を含んで構成されており、
   前記一対のフランジのうちの少なくとも一方のフランジは、
   前記排ガス還流管の端部に設けられるように構成された内燃機関のフィルタの取付構造。

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