JP5689187B2 - 排気処理装置のためのポカ繋ぎ部（ｐｏｋａ−ｙｏｋｅ）搭載システム - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

〔技術分野〕
ここでの開示は、一般には、排気ガス処理のためのシステムに関するものである。特に、様々な排気処理装置を相互連結させて支援するシステムについて、開示する。

〔背景技術〕
内燃機関の運転中に大気中に排出されたＮＯｘや粒子状物質の量を削減すために、多数の排気後処理装置が開発されている。ディーゼル燃焼プロセスが導入される際には、排気後処理システムの必要性が、特に生じる。ディーゼルエンジンの排気のための典型的な後処理システムは、ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）、選択接触還元（ＳＣＲ）システム、炭化水素（ＨＣ）インジェクタ、及びディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）のうちの１つ以上を備え得る。

エンジンの作動中、ＤＰＦは、エンジンによって放出されたすすを捉え、粒子状物質（ＰＭ）の排出量を減少させる。時間が経つにつれて、ＤＰＦはすすを取り込んで、目詰まりし始める。定期的に再生あるいはＤＰＦに取り込まれたすすを酸化することが、正常に動作させるために必要である。ＤＰＦの再生のために、排気流中の十分な量の酸素と組み合わせた比較的高い排気温度が、フィルタに捕捉されたすすを酸化するのに必要とされる。

ＤＯＣは、典型的には、すすが取り込まれたＤＰＦの再生に有用な熱を生成するために使用される。炭化水素（ＨＣ）が、特定のライトオフ温度あるいはそれ以上で、ＤＯＣ上に噴霧されると、ＨＣは酸化する。この反応は非常に発熱性があり、排気ガスはライトオフ時に加熱される。加熱された排気ガスはＤＰＦを再生するために使用される。

時間が経つと、ＤＰＦは、品質が低下し効果が失われる。ＤＰＦまたは他の排気処理装置の交換が必要となることもある。あるいは、排気処理装置をシステムから取り外し、排気処理装置の保守を行ってもよいし、または、他の方法で回復させてもよい。

ＤＰＦやＤＯＣなどは、車載用の比較的小排気量の内燃機関に連結されている。また、ディーゼル機関車、定置発電所、船舶などの他の適用例におけるエンジンから排出される排気の処理のために所望される場合がある。これらのシステムは、比較的大型のディーゼル圧縮エンジンを搭載してもよい。大排気量エンジンからの排気の質量流量は、典型的に供給される最大流量の１０倍であってもよい。大型エンジンに必要な排気処理装置の大きさおよび重量によって、構成要素（構成部材）を扱い難くし、また、非常にコストがかかることがある。従って、大型ディーゼルエンジンからの排気の出力を処理するためのデバイスを容易に保守および支持するための設備の必要性が、当技術分野で存在している。例えばＤＰＦのような排気処理装置のいくつかは、比較的もろく、破損の影響を受けやすい。衝撃荷重を避けるために、ＤＰＦの交換や操作中には注意する必要がある。さらに、排気処理装置を通過する所定の排気の流れの方向と、排気処理装置間の所定の回転配置とを維持することが望ましい場合がある。

〔本発明の概要〕
本章では、本発明の一般的な概要を提示するが、本発明の全貌あるいは本発明の特徴の全てを広範囲に開示するものではない。

排気処理システムは、内燃機関から排出される排気を処理するための上流端部と下流端
部を有する排気処理装置を備えている。排気処理装置は、排気処理システムの第１および第２部材を支持するように適合されたフレームを備えている。上記システムの第１および第２部材は、互いに離間している。排気処理装置は、第１および第２部材を相互連結し、第１部材からの排気を受け取り、そして、第２部材に処理された排気を提供する。第１ブラケット（取付具）は、フレームに固定され、突起部および容器部のうちのいずれか一方を備える。第２ブラケットは、排気処理装置に固定されるように適合され、突起部および容器部のうちの他方を備える。突起部は、排気処理装置が適切に配置されている場合には、容器部内に配置される。突起部は、排気処理装置が誤って配置されている場合には、組み立て（アッセンブリ）を阻止するために、（ａ）第１ブラケットに備えられていると、第２ブラケットおよび排気処理装置のいずれか一方と干渉し（ｂ）第２ブラケットに備えられていると、第１ブラケットと干渉する。

排気処理システムは、流体が連通するよう互いに直列に配置された第１、第２および第３排気処理装置を備えている。第２排気処理装置は、第１および第３排気処理装置の間から取り外し可能である。第１ブラケットは、第１および第３排気処理装置のうちの一方に連結され、突起部および容器部のうちの一方を備えている。第２ブラケットは、第２排出処理装置に固定され、突起部および容器部のうちの他方を備えている。突起部は、第２排気処理装置が適切に配置されている場合に、容器部内に配置される。突起部は、第２排気処理装置が誤って配置されている場合には、組み立てを阻止するために、第１ブラケットおよび第２排気処理装置の一方を妨げる。

本発明のさらなる適用範囲が、本明細書にて提供される説明から明らかになるであろう。この概要における説明および特定の実施形態は、解説のみを目的としており、ここでの開示の範囲を限定するものではない。

〔図面〕
開示された図面は、選択された実施形態のみを解説するためのものであり、全てが実装可能でなくてもよく、ここでの開示の範囲を限定するものではない。

図１は、ポカ繋ぎ部搭載装置を含む排気後処理システムを示す概略図である。

図２は、排気後処理システムの一部の斜視図である。

図３は、ポカ繋ぎ部システムの別の斜視図である。

図４は、ポカ繋ぎ部搭載システムの側面図である。

図５は、適切に組み立てられた排気処理装置を備える代替のポカ繋ぎ部システムの概略図である。

図６は、排気処理装置の誤った取り付けを制限する代替のポカ繋ぎ部システムを示す概略図である。

なお、同一の参照番号は、複数の図面を通して同一の部材を示している。

〔詳細な説明〕
以下で、例示的な実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、ディーゼル圧縮エンジン１６からの排気を処理するためのディーゼル排気ガス後処理システム１０の一例を示している。排気ガスは、例えば、とりわけ一酸化窒素（ＮＯ）や二酸化窒素（ＮＯ_２）などの窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）、粒子状物質（ＰＭ）、炭化水素、一酸化炭素（ＣＯ）、および他の燃焼副産物を含んでいてもよい。

後処理システム１０は、エンジン１６からの排気を受け取るためにエンジン１６の下流に接続された、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）１８などの複数の排気処理装置と、ＤＯＣ１８から下流に接続されたディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）２０と、ＤＰＦ２０から排気を受け取るためにＤＰＦ２０の下流に接続された選択的触媒還元触媒（ＳＣＲ）または細いＮＯ_ｘトラップなどのＮＯ_ｘ還元装置２２とを備えている。

エンジン排気の温度を上昇させ、かつＮＯ_ｘ還元装置２２の浄化効率を向上させる再生部２４が、ＤＯＣ１８の上流に配置されていてもよい。再生部２４は、ディーゼル酸化触媒１８に流入する排気の温度を、約２８５℃あるいはそれより高い温度まで上昇させ、ＤＰＦ２０の再生を活性化させるためにＨＣを活性化させる。

再生部２４は、適切な還元剤を噴射するインジェクタ２６を備える。還元剤は、尿素、水素、または炭化水素を含んでいてもよい。図１に参照番号２８にて概略的に示される制御システムは、インジェクタ２６をモニタリングし制御するために設けられている。制御システム２８は、インジェクタ２６を制御するための、単数または複数の適切なプロセッサ、センサ、流量制御弁、電気コイルなどを備えていてもよい。

図２から４に示すように、ＤＯＣ１８およびＤＰＦ２０は、第１バンドクランプ４０によって相互連結される。同様に、ＤＰＦ２０およびＳＣＲ２２は、第２バンドクランプにて互いに結合されている。第１フランジ４６は、溶接などの適当な方法によって、ＤＯＣ１８の第１端部４８に固定されている。ＤＯＣ１８の第２端部５０は、第１バンドクランプ４０によって、ＤＰＦ２０の第１端部５２に固定されている。ＤＰＦ２０の第２端部５４は、第２バンドクランプ４２によって、ＳＣＲ２２の第１端部５６に固定されている。第２フランジ５８は、ＳＣＲ２２の第２端部６０に固定されている。第１フランジ４６および第２フランジ５８は、所望の位置にて排気ガス後処理システム１０を支持して搭載する車両フレームに固定されている。

なお、第１フランジ４６と第２フランジ５８とは、直接ＤＰＦ２０に固定されていないことが理解されるべきである。よって、車両フレームに与えられ得る振動および／または衝撃荷重は、直接ＤＰＦ２０には与えられない。第１バンドクランプ４０と第２バンドクランプ４２とは、それぞれ、ＤＯＣ１８とＤＰＦ２０との間、同様にＤＰＦ２０とＳＣＲ２２との間の、ダンパーとして作用するエラストマー材料６２を含む。

前述のように、後処理システム１０からＤＰＦ２０を容易に取り外し、そして、洗浄または交換後にＤＰＦを適切に再設置することが望まれる。ポカ繋ぎ部（ｐｏｋａ−ｙｏｋｅ）システム７０は、取り外し可能な留め具７６によって第２ブラケット組立部７４に結合された第１ブラケット組立部７２を備えている。ブラケット組立部７２の第１端部は、第１バー８０に固定されたフランジ７８を備えている。フランジ７８は、第１フランジ４６に固定されている。第２ブラケット組立部７４は、第２バー８４に固定されたフランジ８２を備えている。フランジ８２は、ねじ固定具（図示せず）を介して第２フランジ５８に結合されている。前述のように、ブラケット組立部７２、７２の両端は、留め具７６に互いに相互接続されている。

ポカ繋ぎ部システム７０はまた、半径方向に実質的に平行であり軸方向にフランジ７８からずれた第１バー８０に固定された突起部または第１ブレード８６を備える。ポカ繋ぎ部ブラケット８８は、例えば、スポット溶接などの工程を介してＤＰＦ２０の外面８９に固定される。ポカ繋ぎ部ブラケット８８は、円弧形状であり、第１ブレード８６を受ける容器部または円周方向に延びる溝部９０を備えている。溝部９０の全長または円周囲はＤＰＦ２０、ＤＯＣ１８およびＳＣＲ２２の間の回転位置合わせに与えられる許容誤差に対応している。１つ以上の処理装置が、適切に機能するために一定の許容範囲内で互いに整列させる必要のあるセンサを備えるので、排気処理装置の回転位置合わせまたは「ロッキング」は、重要となる。

第２ブレード９６は、第１バー８０に固定されている。第２ブレード９６は、その半径方向内側の範囲を規定する内側湾曲面９８を有する。第２ブレード９６は、半径方向内側に第１ブレード８６よりも短い距離拡張している。ポカ繋ぎ部リング１００は、ポカ繋ぎ部ブラケット８８から軸方向に離間した位置にてＤＰＦ２０に固定されている。例示するように、ポカ繋ぎ部リング１００は、留め具１０４によって両端が引き締められたばねリング１０２によって規定される単純なバンドクランプを備えていてもよい。

第１ブレード８６が軸方向にＤＰＦ２０の第２端部５４からずれているのと実質的に同じ距離だけ、第２ブレード９６は、軸方向にＤＰＦ２０の第１端部５２から軸方向にずれている。上記で説明した方法で各要素（部材）を配置することにより、ポカ繋ぎ部リング１００内に溝部が存在しないという事実によって、第１ブレード８６がポカ繋ぎ部リング１００に干渉する（を妨げる）ので、技術者がＤＰＦ２０を逆に取り付けるのを防ぐことができる。ＤＰＦを介する排気の流れの方向を反転すると、排気後処理システム１０の動作に実害を及ぼす。

さらに、第１ブレード８６が溝部９０と正確に位置合わせされていない場合、第１ブレード８６がポカ繋ぎ部ブラケット８８の外面１０８に干渉するため、相対的な回転位置ずれが防止されることになる。図２は、溝部９０であるメス型受け入れ要素を伴った、第１ブレード８６であるオス型の半径方向に延びる要素を示している。オスおよびメス部材の相対的な位置決めを、本開示の範囲から逸脱することなく、逆にしてもよいことが、検討される。例えば、半径方向外向きに延びる部材がＤＰＦ２０固定され、容器部、凹部、または溝部は、第１ブラケット組立部７２内に形成されてもよい。

第１バンドクランプ４０と第２バンドクランプ４２とが締められる場合、ポカ繋ぎ部リング１００の外面１０９は、第２ブレード９６の表面９８から最小距離を隔てて配置される。同様に、第１ブレード８６の内周面１１０は、ＤＰＦ２０の外周面８９から比較的短い距離を隔てて配置される。

機関車や船舶に見られるような大型ディーゼルエンジンと組み合わせて使用すると、ＤＰＦ２０は、１００ポンド以上の重量となり得る。第１ブレード８６および第２ブレード９６の形状と配置位置とを規定することで、ポカ繋ぎ部システム７０は、システム１０へのＤＰＦ２０を取り付けおよび取り外し工程においてＤＰＦ２０を支持するためのクレードルを提供する。特に、ポカ繋ぎ部リング１００の外面１０９は、第２ブレード９６の表面９８に係合し、第１バンドクランプ４０および第２バンドクランプ４２が解放されると、ＤＰＦ２０の外面８９は、第１ブレード８６の湾曲内面１１０に係合する。説明したように、クレードルとＤＰＦ２０支持部とを形成するために、第１ブラケット組立部７２および第２ブラケット組立部７４は、地面に最も近い点またはその近くにて第１フランジ４６および第２フランジ５８に連結される。重力が、第１ブレード８６および第２ブレード９６に接触するＤＰＦ２０を付勢する。一旦第１バンドクランプ４０と第２バンドクランプ４２が取り外され、あるいは軸方向にＤＰＦ２０から離れた位置に移動されると、第１ブレード８６と第２ブレード９６とは反対方向にＤＰＦを径方向に平行移動させることによってＤＰＦを取り外すことができる。

ＤＰＦを取り付けるために動作の逆の手順を行ってもよい。例えば、ＤＰＦ２０は、上流の位置にて第１端部５２を位置決めするために配向される。ＤＰＦ２０は、第１ブレード８６の表面１１０と第２ブレード９６の表面９８とに接触するように下げられる。第１ブレード８６が溝部９０と整列されるまで、ＤＰＦ２０が回転される。第１バンドクランプ４０および第２バンドクランプ４２4は締め付けられている。引き締め工程では、ＤＰＦ２０の外面８９は、第１ブレード８６および第２ブレード９６を外し、ＤＯＣ１８およびＳＣＲ２２と同軸上に整列する。

図５および６に、参照番号２００を付した代替のポカ繋ぎ部システムを示す。ポカ繋ぎ部システム２００は、ＤＯＣ２０４およびＤＰＦ２０６と相互連結する第１バンドクランプ２０２を備える。第２バンドクランプ２０８は、ＤＰＦ２０６をＳＣＲ２１０に結合させる。ＤＯＣ２０４は、第１上流端部２１２および第２下流端部２１４を備える。ＤＰＦ２０６は、第１上流端部２１６および第２下流端部２１８を備える。ＳＣＲ２１０は、第１上流端部２２０および第２下流端部２２２を備える。

ポカ繋ぎ部システム２００は、段形状の内径を有するように、第１バンドクランプ２０２を構成することにより、ＤＰＦ２０６の適切な上流端部および下流端部の向き（配向）を保証する。より具体的には、第１バンドクランプ２０２の上流端部は、第１内周面２２６を有する。第１バンドクランプ２０２の下流部分は、周面２２６よりも大きな直径を有する内周面２２８を有する。同様に、第２バンドクランプ２０８は、直径を規定する上流端部に位置する内周面２３２を有する。大きい内径は、内周面２３４によって規定される。周面２３４は周面２３２から下流に配置される。

ＤＰＦ２０６は段形状の外径を有している。ＤＰＦ２０６の第１上流部分は、外周面２４０を有する。下流の径が縮小された部分は外周面２４２によって規定される。図５は、第１バンドクランプ２０２によってＤＯＣ２０４に結合された正しい配向のＤＰＦ２０６を表す。ＤＯＣ２０４は、ＤＰＦ２０６の外面２４０よりも小さい外径を有する外周面２４６を有している。外面２４６は、第１バンドクランプ２０２の内面２２６と密接に嵌合するサイズである。 ＤＰＦ２０６の外面２４０は、第１バンドクランプ２０２の内周面２２８と共に動作するサイズである。同様に、ＳＣＲ２１０は、ＤＰＦ２０６の周面２４２よりも大きい外径を有する外周面２４８を有する。外周面２４８は、第２バンドクランプ２０８の内周面２３４と共に動作するようなサイズである。径が縮小された外周面２４２は、径が縮小された第２バンドクランプの内周面２３２と共に動作する。

図６は、操作者が、上流端部２１６の上流に下流端部２１８を配置させて、逆にＤＰＦ２０６を取り付けようとした場合に存在する干渉コンディションを表している。干渉コンディションは、外周面２４０と内周面２３２との間に存在する。さらに、第１バンドクランプ２０２の内周面２２８は、径が縮小されたＤＰＦ２０６の外周面２４２に噛み合ない。このように、ポカ繋ぎ部システム２００は、ＤＰＦ２０６の適切な配向を保証する。

実施形態の上記説明は、例示および説明を目的として提供されている。それは、網羅的なものでも本開示を限定するものでもない。特定の実施形態の個々の要素または特徴は、一般に、その特定の実施形態に限定されるものではなく、特に図示または記載されていない場合でも、該当すれば、交換可能であり、選択された実施形態で使用することができる。同様のことを多くの方法にて変更することができる。そのような変形例は、本開示から逸脱したものと見做されるべきではなく、全てのそのような変更は、本開示の範囲内に含まれることが意図されている。

ポカ繋ぎ部搭載装置を含む排気後処理システムを示す概略図である。 排気後処理システムの一部の斜視図である。 ポカ繋ぎ部システムの別の斜視図である。 ポカ繋ぎ部搭載システムの側面図である。 正確に組み立てられた排気処理装置を備える代替のポカ繋ぎ部システムの概略図である。 排気処理装置の誤った設置を制限する代替のポカ繋ぎ部システムを示す概略図である。

Claims (19)

1. 内燃機関から排出される排気を処理するための上流端部と下流端部とを有する排気処理装置を備えた排気処理システムにおいて、
   上記排気処理システムの第１および第２部材を支持するように構成されたフレームと、
   上記フレームに固定され、突起部および容器部のうちの一方を有する第１ブラケットと、
   上記排気処理装置に固定されるように構成され、上記突起部および容器部のうちの他方を有する第２ブラケットと、を備え、
   上記第１および第２部材は、互いに離れて配置され、上記排気処理装置は、上記第１および第２部材を相互連結し、上記第１部材からの排気を受け取り、そして処理された排気を上記第２部材に送り、
   上記排気処理装置が適切に配置されている場合、上記突起部が上記容器部の中に配置され、上記排気処理装置が誤って配置されている場合、組み立てを阻止するために、（ａ）上記第１ブラケットが上記突起部を有していると、上記突起部が上記第２ブラケットおよび上記排気処理装置のうちの一方と干渉し、（ｂ）上記第２ブラケットが上記突起部を有していると、上記突起部が上記第１ブラケットと干渉するように構成された、排気処理システム。
2. さらに、上記第１ブラケットに固定された別の突起部を備え、当該別の突起部は、上記排気処理装置の上流および下流の方向が逆になった場合、上記排気処理装置と干渉する請求項１に記載の排気処理システム。
3. 第１ブラケットは、伸長され、両端で上記フレームと接合され、排気処理装置と平行に延伸している、請求項１に記載の排気処理システム。
4. 上記突起部は、排気の流れの方向に対して横方向に延伸している請求項３に記載の排気処理システム。
5. 上記容器部は、周方向に延伸する溝部を有している請求項４に記載の排気処理システム。
6. 上記突起部は、上記溝部内で受けられるサイズの実質的に平坦なブレードを有している請求項５に記載の排気処理システム。
7. 上記フレームは、第１および第２部材にそれぞれ固定されるように構成された、径方向に延長された第１および第２フランジを有している請求項６に記載の排気処理システム。
8. 上記突起部および上記別の突起部は、それぞれ、取り付けの際に上記排気処理装置を一時的に支持するためのグレードルを規定するシートを有している請求項２に記載の排気処理システム。
9. さらに、上記排気処理装置を上記第１部材に結合する第１クランプを備え、上記排気処理装置の上流端部が上記第１部材に隣接して配置される際に、上記第１クランプが上記第１部材および上記排気処理装置の両方に係合するように、上記第１クランプは段形状の内径を有している請求項１に記載の排気処理システム。
10. さらに、上記排気処理装置を上記第２部材に結合する第２クランプを備え、上記排気処理装置の下流端部が上記第２部材に隣接して配置される際に、上記第２クランプが上記第２部材および上記排気処理装置の両方に係合するように、上記第２クランプは段形状の内径を有している請求項９に記載の排気処理システム。
11. 上記排気処理装置は、ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）を備えている請求項１に記載の排気処理システム。
12. 排気処理システムにおいて、
    流体が連通するよう直列に配置された第１、第２および第３排気処理装置と、
    上記第１および第３排気処理装置のうちの一方と接合され、突起部および容器部のうちの一方を有する第１ブラケットと、
    上記第２排気処理装置に固定され、上記突起部および容器部のうちの他方を有する第２ブラケットと、を備え、
    上記第２排気処理装置は、上記第１および第３排気処理装置の間から取り外し可能であり、
    上記第２排気処理装置が適切に配置されている場合、上記突起部が上記容器部の中に配置され、上記第２排気処理装置が誤って配置されている場合、組み立てを阻止するために、上記突起部が上記第１ブラケットおよび上記第２排気処理装置のうちの一方と干渉するように構成された、排気処理システム。
13. さらに、上記第１ブラケットに固定された別の突起部を備え、当該別の突起部は、上記第２排気処理装置の上流および下流の方向が逆になった場合、上記第２排気処理装置と干渉する請求項１２に記載の排気処理システム。
14. 上記突起部は、排気の流れの方向に対して横方向に延伸している請求項１３に記載の排気処理システム。
15. 上記容器部は、周方向に延伸する溝部を有している請求項１４に記載の排気処理システム。
16. 上記突起部は、上記溝部内で受けられるサイズの実質的に平坦なブレードを有している請求項１５に記載の排気処理システム。
17. 上記突起部および上記別の突起部は、それぞれ、取り付けの際に上記第２排気処理装置を一時的に支持するためのグレードルを規定するシートを有している請求項１３に記載の排気処理システム。
18. さらに、上記第１排気処理装置を上記第２排気処理装置に結合する第１クランプを備え、上記第２排気処理装置の上流端部が上記第１排気処理装置に隣接して配置される際に、上記第１クランプが上記第１および第２排気処理装置の両方に係合するように、上記第１クランプは段形状の内径を有している請求項１２に記載の排気処理システム。
19. さらに、上記第２排気処理装置を上記第３排気処理装置に結合する第２クランプを備え、上記第２排気処理装置の下流端部が上記第３排気処理装置に隣接して配置される際に、上記第２クランプが上記第２および第３排気処理装置の両方に係合するように、上記第２クランプは段形状の内径を有している請求項１８に記載の排気処理システム。

Images