CN109488424A - 内燃机的废气净化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种内燃机的废气净化装置，其具有能够充分确保针对载体的保持力的保持部件。废气净化装置(1)具有：柱状的蜂窝载体(11)，其设置于排气通道中；筒状的外壳部件(12)，其收纳蜂窝载体；以及保持部件(13)，其被设置成包围蜂窝载体的外周，蜂窝载体在流入侧端面和流出侧端面各自的外周缘具有倾斜面(112a、112b)，倾斜面形成为向蜂窝载体的中心轴线方向的长度变小的方向倾斜，保持部件的蜂窝载体的中心轴线(X)方向的端部(13a、13b)延伸到蜂窝载体的倾斜面(112b)，并且端部具有锥部(130a、130b)，该锥部在与外壳部件对置的对置面侧的所述蜂窝载体的中心轴线方向的长度比与蜂窝载体对置的对置面侧的所述蜂窝载体的中心轴线方向的长度长。
Description
技术领域
本发明涉及一种内燃机的废气净化装置。
背景技术
以往，设置于内燃机的排气通道中的废气净化装置构成为包含承载废气净化催化剂的载体(蜂窝载体)和收纳该载体的筒状的外壳部件。在将载体收纳到外壳部件内时，在外壳部件内可靠地保持载体是很重要的。为了在外壳部件内保持载体，有时采用设置收缩的倾斜部的方式，该倾斜部使设置于废气相对于外壳部件的流入侧和流出侧的开口的附近的周面朝向开口端缩径。在该情况下，在对应的载体侧也形成有倒角部，该倒角部是与外壳部件的倾斜部对应的倾斜面，通过使载体侧的倒角部卡挂在外壳部件的倾斜部内表面上，从而载体的位置被保持在外壳部件内。
为了在外壳部件内可靠地保持载体，公知的是使通称为垫的保持部件介于外壳部件内周面与载体外周面之间。针对该保持部件，要求其具有针对载体的位置保持力并且暴露于废气流中而不会产生风蚀。若是采用使保持部件的端部从载体的流入侧端面和流出侧端面各自的位置充分后退的配置，则自然会抑制风蚀。但是，若是使保持部件的端部后退的话，则针对载体的位置保持力会降低，从而会损害本来的功能。另一方面，为了充分抑制保持部件的风蚀的产生，存在在载体的外周侧的一定宽度的区域设置孔眼堵塞的方法。但是，由于孔眼堵塞部分的存在会损害载体的有效容积。
本申请人首先提出了解决上述问题的技术(例如，参照专利文献1)。在专利文献1的技术中，通过在外壳部件的废气的流入侧和流出侧的开口的附近形成内径小于载体的所述流入侧端面的中央部的外径的缩径部，在缩径部处对废气流进行限流，从而抑制了保持部件的风蚀。并且，可靠地进行了在外壳部件内的载体的保持。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2016-217305号公报
发明内容
在专利文献1的技术中，保持部件的保持力未必是充分的。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种内燃机的废气净化装置，该内燃机的废气净化装置具有能够充分确保针对载体的保持力的保持部件。
为了达成上述目的，此处提出如下的技术。
(1)一种内燃机的废气净化装置(例如，后述的废气净化装置1)，其设置于内燃机的排气通道中，对所述内燃机的废气进行净化，所述废气净化装置具有：柱状的蜂窝载体(例如，后述的蜂窝载体11)，其多个通孔由多孔质的间隔壁划分而形成，所述多个通孔从废气的流入侧端面(例如，后述的流入侧端面110a)延伸到流出侧端面(例如，后述的流出侧端面110b)，且成为废气的流路；筒状的外壳部件(例如，后述的外壳部件12)，其收纳所述蜂窝载体；以及保持部件(例如，后述的保持部件13)，其被设置成在所述蜂窝载体与所述外壳部件之间包围所述蜂窝载体的外周，所述蜂窝载体在所述流入侧端面和所述流出侧端面各自的外周缘具有倾斜面(例如，后述的倾斜面112a、112b)，该倾斜面形成为向使所述蜂窝载体的中心轴线方向的长度减小的方向倾斜，所述保持部件的在所述蜂窝载体的中心轴线(例如，后述的中心轴线X)方向上的端部(例如，后述的端部13a、13b)延伸到所述蜂窝载体的所述倾斜面，并且所述端部形成有锥部(例如，后述的锥部130a、130b)，所述锥部的与所述外壳部件对置的对置面侧的所述蜂窝载体的中心轴线方向上的长度比与所述蜂窝载体对置的对置面侧的所述蜂窝载体的中心轴线方向上的长度长。
在上述(1)的内燃机的废气净化装置中，保持部件的端部形成锥部并延伸到蜂窝载体的倾斜面，因此，能够利用保持部件在内径方向和中心轴线方向上牢固地保持蜂窝载体。
(2)在(1)的内燃机的废气净化装置中，所述保持部件的端面(例如，后述的端面131a、131b)相对于所述蜂窝载体的中心轴线方向大致平行。
在上述(2)的内燃机的废气净化装置中，在上述(1)的内燃机的废气净化装置的基础上，特别是保持部件的端面相对于蜂窝载体的中心轴线大致平行，因此，在隔着保持部件利用外壳部件的倾斜部对蜂窝载体进行保持的情况下，能够可靠地避免废气流与保持部件冲突，同时，能够最大限度地确保对蜂窝载体进行保持时的勾挂部即所谓的卡合量。
根据本发明，能够实现一种内燃机的废气净化装置，该内燃机的废气净化装置具有能够在充分确保针对载体的保持力的同时可靠地避免与废气流之间的冲突的保持部件。
附图说明
图1是本发明的实施方式的内燃机的废气净化装置的立体图。
图2是图1的废气净化装置的轴向剖视图。
图3是图2的废气净化装置的局部放大图。
图4是图2的废气净化装置使用的保持部件的说明图。
图5是对本发明的实施方式的卡合量(かかりしろ)进行说明的概念图。
图6是表示涉及图2的保持部件端部的形状与废气净化装置的耐久性的相关性的实验结果的图。
标号说明
X：中心轴线；1：废气净化装置；11：蜂窝载体；12：外壳部件；13：保持部件；13a、13b：端部；110a：流入侧端面；110b：流出侧端面；112a、112b：倾斜面；130a、130b：锥部；131a、131b：端面。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细论述，从而使本发明明确。
图1是本发明的实施方式的内燃机的废气净化装置的立体图。本实施方式的内燃机的废气净化装置1设置于未图示的内燃机的排气管中，是对在该排气管中流通的废气中的粒子状物质(以下，称为“PM”。)进行捕集的颗粒捕集器(以下，称为“GPF”。)。
废气净化装置1在其一个方式中设置于排气管中，所述排气管在未图示的汽油发动机的正下方沿该汽油发动机的车辆前方侧的侧面向下方延伸。即，废气净化装置1在使废气的流动方向朝向下方的状态下设置于排气管中。
如图1所示，废气净化装置1具有蜂窝载体11和外壳部件12。
蜂窝载体11具有：多个通孔，它们从作为中心轴线X方向上的一方和另一方各自的端面(参照图2)的废气的流入侧端面110a贯穿延伸到流出侧端面110b(在图1中看不到)，成为废气的流路；以及多孔质的间隔壁，由该间隔壁划分形成这些通孔。
蜂窝载体11是截面为圆形的圆柱状。不过，蜂窝载体是柱状即可，例如径向截面也可以是椭圆或具有多个圆弧的形状。
各通孔的形状是截面为正方形的四棱柱状，但是也可以是例如多边形状。
蜂窝载体11通过由堇青石构成的多孔质的耐火性陶瓷而形成。由堇青石构成的蜂窝载体11通过在利用挤压成型而进行一体成型之后进行烧制而获得。在烧制时，同时形成外皮。因此，本实施方式的蜂窝载体11的外周侧面被外皮覆盖，因此，在催化剂承载工序中催化剂不会从外周侧面漏出，在使用时废气不会从外周侧面漏出。
在间隔壁可作为过滤废气中的PM的过滤材料发挥作用的范围内，蜂窝载体11的气孔(细孔)径和气孔(细孔)率可被适当地设定。
蜂窝载体11中承载有用于净化废气的废气净化催化剂。具体而言，本实施方式的蜂窝载体11中承载有净化废气中的HC(碳化氢)、CO(一氧化碳)、NOx(氮化物)的三元催化剂。作为三元催化剂优选使用包含Pt(铂)、Pd(钯)以及Rh(铑)中的至少一种贵金属的催化剂。
外壳部件12是截面为圆环状的圆筒状，将上述的蜂窝载体11收纳在内部。不过，外壳部件12只要是配合蜂窝载体11的形状而为筒状即可，例如径向截面也可以是椭圆环或具有多个圆弧环的形状。
该外壳部件12例如由SUS(不锈钢)等金属构成。
外壳部件12是蚌壳式的外壳部件，由沿其中心轴线X方向(图1的上下方向)在周向上分割为两个的外壳半体12h1、12h2构成。如图1所示，外壳部件12通过将分割为两个的外壳半体12h1、12h2在伸出部120、120对接焊接，从而形成为一体。
另外，伸出部120、120通过将各外壳半体的周向的端缘向外方弯曲而成为凸缘状的部分彼此对接焊接而形成。
如图示所示，外壳部件12具有分别朝向废气的流入侧和流出侧的各开口缩径的倾斜部121a、121b。
接下来，在图1中一并参照图2，对本发明的实施方式的内燃机的废气净化装置进一步详细地进行说明。
图2是图1的废气净化装置的轴向剖视图。
在图1和图2中，针对对应部标注相同的标号。
如图示所示，外形为大致圆柱状的蜂窝载体11隔着垫状的保持部件13被收纳于外壳部件12内。保持部件13设置成在蜂窝载体11与外壳部件12之间包围蜂窝载体11的外周，将蜂窝载体11在外壳部件12内的位置保持在既定的正规位置上。蜂窝载体11在流入侧端面110a和流出侧端面110b各自的外周缘具有倾斜面112a、112b，倾斜面112a、112b形成为向使蜂窝载体11的中心轴线X方向的长度减小的方向倾斜。如图1和图2所示，这些倾斜面112a、112b在蜂窝载体11的流入侧端面110a和流出侧端面110b各自的外周缘形成为倒角状。保持部件13遍及蜂窝载体11的包含倾斜面112a、112b在内的整个外周侧面的大致整周，保持部件13在被卷绕的状态下收纳在外壳部件12内。
并且，外壳部件12具有沿着蜂窝载体11的外形的形状，中心轴线X方向的两端部侧即排气的流动的流入端侧和流出端侧分别成为倾斜部121a、121b，倾斜部121a、121b以随着朝向该端部而逐渐缩径的方式在剖视观察时构成为倾斜的。倾斜部121a、121b选择与蜂窝载体11的倾斜面112a、112b相对应的位置、形状、尺寸而形成。
收纳于上述的外壳部件12内的蜂窝载体11通过使其倾斜面112a、112b隔着保持部件13卡挂在外壳部件12的倾斜部121a、121b的内壁上，从而被保持在外壳部件12内。
保持部件13以包围蜂窝载体11的外周侧面的方式夹装在蜂窝载体11与外壳部件12的内壁之间，将蜂窝载体11保持在外壳部件12内的既定的正规位置上。作为保持部件13，使用具有耐热性、耐振性以及密封性的材质。具体而言，使用氧化铝纤维、氧化硅纤维、氧化铝氧化硅纤维、陶瓷玻璃纤维等陶瓷纤维，以及金属网等。
接下来，在图2中一并参照图3，对本发明的实施方式进行更加详细的说明。
图3是图2的废气净化装置的局部放大图。
如图2和图3中所示，保持部件13的在蜂窝载体11的中心轴线X方向的端部13a、13b延伸到蜂窝载体11的倾斜面112a、112b，并且，端部13a、13b形成了与外壳部件12对置的对置面侧比与蜂窝载体11对置的对置面侧长的锥部130a、130b。锥部130a、130b的朝向外壳部件12的内径侧的端面131a、131b与中心轴线X大致平行。
即，在保持部件13如图2所示配置在蜂窝载体11与外壳部件12之间的状态下，锥部130a、130b的端面131a、131b与中心轴线X大致平行。
图4是用于图2的废气净化装置的保持部件的说明图。
图4中以通过表示对应的尺寸关系的虚线来连结从端部侧观察上述的保持部件13的样子以及展开观察的样子的方式来进行描绘。
保持部件13在如图4所示展开的状态下，端面131a、131b相对于保持部件13的厚度方向具有如图示的倾斜。另一方面，保持部件13在如图2所示卷绕在蜂窝载体11上并在蜂窝载体11的两端附近分别被外壳部件12的倾斜部121a、121b的内表面按压的状态下，如图3所示，端面131a、131b与载体11的中心轴线X大致平行。参照图3，所述的锥部在图4的状态下通过相应的标号130a、130b来表示。锥部的形状会影响作为对蜂窝载体11进行保持时的卡挂部的卡合量(かかりしろ)的有效宽度。关于该卡合量，以下参照图5更加详细地进行说明。
接下来，对作为上述的本发明的一个实施方式的废气净化装置的作用效果进行说明。
在本发明的实施方式中，如参照图2和图3所容易理解的那样，保持部件13的在蜂窝载体11的中心轴线X方向上的端部13a、13b形成了锥部130a、130b。这些锥部130a、130b各自的末端侧延伸到蜂窝载体11的倾斜面112a、112b。即，如图2所示，在蜂窝载体11的流入侧端面110a和流出侧端面110b各自的外周缘部，保持部件13的锥部130a、130b延伸到各倾斜面112a、112b。
因此，能够利用保持部件13在内径方向和中心轴线X方向上牢固地保持蜂窝载体11。
并且，保持部件13的锥部130a、130b的与外壳部件12对置的对置面侧比与蜂窝载体11对置的对置面侧长。即，保持部件13中，在端部13a、13b沿蜂窝载体11的倾斜面112a、112b向径向内侧弯曲的部分，该弯曲部分处的外周侧相对较长，因此，在与外壳部件12接触的接触面侧不会产生尺寸的不足。因此，即使在保持部件13的尺寸多少存在制造上的偏差的情况下，也能够将蜂窝载体11的倾斜面112a与外壳部件12的倾斜部121a之间的夹有保持部件13的部分的长度确保为一定长度以上。因此，不易产生由于保持部件13的制造上的尺寸误差而引起的损害保持部件13对蜂窝载体11的保持功能的程度的影响。
并且，锥部130a处，端面131a相对于中心轴线X大致平行。因此，能够最大限度地确保隔着保持部件13通过外壳部件12的倾斜部121a来保持蜂窝载体11的情况下的、作为勾挂部的所谓卡合量。因此，能够将蜂窝载体11可靠地保持在外壳部件12的正规的位置上。
并且，锥部130a的端面131a相对于中心轴线X大致平行，因此，能够避免废气流与保持部件13冲突，不用担心废气的压力损失和保持部件13(强化保持部件15)的晃动而产生的噪音。
此处，参照附图对卡合量进行详细的说明。
图5是对本发明的实施方式中的卡合量进行说明的概念图。
在图5中，采用与图3大致相同的视角，同时关于卡合量采用各种各样的方式的情况概念性地进行示出。在图5中，关于蜂窝载体11的各个部分和外壳部件12的各个部分，适用与图3中的对应的各个部分相同的称呼和标号。图5中的标号131a在上述的锥部130a的端面采用虚线图示的各种的方式的情况下总括地表示这些端面。
并且，如下确定用于卡合量的说明的图5中的各个部位。另外，图5中的这些各个部位严格来说是周状(线状)，但是，出于方便说明而称为“点”。
首先，如下假定蜂窝载体11侧的各个部位。
J点是蜂窝载体11的径向的尺寸沿中心轴线X方向缩径(即，蜂窝载体11的外周缘的中心轴线X方向的长度减小)的倾斜面112a的一端部，是开始缩径的部位。
S点是蜂窝载体11上的倾斜面112a与端面110a之间的边界，是相对于作为倾斜面112a的一端的J点的另一端。
F、G、P、Q、R各点是在倾斜面112a上从J点朝向S点的箭头线图示的方向上的距离d1逐渐增大的依次排列的各个部位。
接下来，如下假定外壳部件12上的各个部位。
K点是外壳部件12的径向的尺寸(内径)沿中心轴线X方向缩径的倾斜面部125a的一端部，是开始缩径的部位。
C点是外壳部件12上的倾斜面部125a与平行面部126a之间的边界，是相对于作为倾斜面部125a的一端的K点的另一端。
E、A、B各点是在外壳部件12上的倾斜面部125a上，从K点朝向C点的箭头线图示的方向上的距离d2逐渐增大的情况下的依次排列的各个部位。
另外，E点是从蜂窝载体11侧的J点与中心轴线X平行引出的线段到达外壳部件12的内表面的部位。
如以上所述，保持部件13的端面131a延伸到蜂窝载体11的倾斜面112a，并且形成了与外壳部件12对置的对置面侧的中心轴线X方向的长度比与蜂窝载体11对置的对置面侧的中心轴线X方向的长度长的锥部130a。如图3和图5中所示，端面131a相对于蜂窝载体11的中心轴线X方向大致平行。
在该情况下，保持部件13的端面131a在蜂窝载体11的倾斜面112a上从连结上述的J点和E点的线段JE朝向d1方向(d2方向)进入的部分是保持部件13的卡合量。
在保持部件13的端面131a位于图5中的虚线的线段FA时，平行四边形JFAE是该情况下的卡合量。此处，暂时将平行四边形JFAE称为第一卡合量。
并且，在保持部件13的端面131a位于图5中的虚线的线段BG时，平行四边形JGBE是该情况下的卡合量。此处，暂时将平行四边形JGBE称为第二卡合量。
图3中的端面131a的位置和倾斜(在图3中与中心轴线X大致平行)是一个优选的方式，但是，可以想到各种各样使端面131a的位置和倾斜变化时的卡合量的形状。
发明人关于各种各样的形态的卡合量，通过实验验证了针对蜂窝载体11的保持力和耐久性。如下示出该实验结果的一部分。
图6是表示涉及图2的保持部件端部的形状(卡合量的方式)与废气净化装置的耐久性的相关性的实验结果的图。
在图6中，横轴是图5中的距离d1。并且，纵轴是耐久周期数。此处，耐久周期数是指，通过反复吹出模拟废气流的脉冲状的间歇性的气流从而对蜂窝载体11反复施加载荷时直到保持部件13断裂为止的周期数。
关于耐久周期数，在第一条件和第二条件这两种条件下使形状、尺寸变化时的针对各个卡合量的方式取得数据，如图所示进行比较并进行观察。
空白的方框表示的值与第一条件下的耐久周期数对应，涂满黑色的方框表示的值与第二条件下的耐久周期数对应。
第一条件是指如下情况：卡合量设定成使保持部件13的端面131a的位置与从图5中的外壳部件12的倾斜面部125a的内表面的点A引到蜂窝载体11的倾斜面112a上的点P、Q、R的线段AP、AQ、AR对应。
另一方面，第二条件是指如下情况：卡合量设定成使保持部件13的端面131a的位置与从图5中的外壳部件12的倾斜面部125a的内表面的点B引到蜂窝载体11的倾斜面112a上的点Q的线段BQ相对应。
如图6中实验结果所示，作为第一条件，若将作为线段AP、AQ、AR的一端的点A设定在图5中的距离d2比点B处的距离d2小的位置，则即使将线段的另一端设定在距离d1比点Q处的距离大的点R上，耐久周期数也低于第二条件下的卡合量时的耐久周期数。
即，如第二条件那样，若是将作为线段BQ的一端的点B设定在图5中的距离d2比点A处大的位置上，则耐久周期数高于所有第一条件下的方式的卡合量的耐久周期数。
这表示图5中的第二卡合量JGBE与上述的第一卡合量JFAE相比在耐久周期数上更加优秀。换言之，这意味着：卡合量的端面131a越是维持与中心轴线X平行的状态且越位于相对靠近中心轴线X的位置，则与中心轴线X垂直的方向的宽度尺寸越大，在针对蜂窝载体11的保持力和耐久周期数方面也越优秀。
以上，从参照图6所作说明明确可知，与蜂窝载体11的倾斜部112a侧相比，在保持部件13的端部13a与外壳部件12的倾斜面部125a对置的对置面侧的蜂窝载体11的中心轴线X方向上的长度较长的本发明的实施方式中，能够长期地维持针对蜂窝载体11的充分的保持力。
Claims (2)
1.一种内燃机的废气净化装置，其设置于内燃机的排气通道中，对所述内燃机的废气进行净化，所述废气净化装置具有：
柱状的蜂窝载体，其多个通孔由多孔质的间隔壁划分而形成，所述多个通孔从废气的流入侧端面延伸到流出侧端面，且成为废气的流路；
筒状的外壳部件，其收纳所述蜂窝载体；以及
保持部件，其被设置成在所述蜂窝载体与所述外壳部件之间包围所述蜂窝载体的外周，
所述蜂窝载体在所述流入侧端面和所述流出侧端面各自的外周缘具有倾斜面，所述倾斜面形成为向使所述蜂窝载体的中心轴线方向的长度减小的方向倾斜，
所述保持部件的在所述蜂窝载体的中心轴线方向上的端部延伸到所述蜂窝载体的所述倾斜面，并且所述端部形成有锥部，所述锥部的与所述外壳部件对置的对置面侧的所述蜂窝载体的中心轴线方向上的长度比与所述蜂窝载体对置的对置面侧的所述蜂窝载体的中心轴线方向上的长度长。
2.根据权利要求1所述的内燃机的废气净化装置，其中，
所述保持部件的端面相对于所述蜂窝载体的中心轴线方向大致平行。
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