JP2005133571A

JP2005133571A - 内燃機関の排気浄化器およびその製造方法

Info

Publication number: JP2005133571A
Application number: JP2003367689A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Hayashi; 孝太郎林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2005-05-26

Abstract

【課題】短隔壁の上流端面上に粒子状物質が堆積しにくく且つ長隔壁によって画成される開口が閉塞されないようにして、排気浄化器による圧損を低く維持することができる内燃機関の排気浄化器を提供する。
【解決手段】本発明の排気浄化器２４は、複数の隔壁４１により画成される互いに平行に延びている複数のセル４０を具備し、隔壁は、排気ガスの流れ方向における上流端４４から下流端４３まで延びる長隔壁４５と、上流端４４よりも所定距離だけ下流側に上流端４２が位置する短隔壁４６とを有し、長隔壁の上流端は少なくとも二つ以上の入口開口４７を画成し、各入口開口はその全周を長隔壁に囲われると共に二つ以上のセルと連通している。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化器、およびその製造方法に関する。

ディーゼル機関から排出される排気ガス中には、有害成分である粒子状物質（particulate matter、具体的には煤等）が含まれており、この粒子状物質を捕集・除去する必要がある。このため、粒子状物質を捕集・除去するための様々なパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」と称す）が知られている。

このようなフィルタの一つに、フィルタ壁面に捕集された粒子状物質を連続的に酸化、除去する連続酸化式フィルタがある。この連続酸化式フィルタは、コージェライト等から成るフィルタ隔壁の表面にカリウム等を含む担体層を形成し、その担体層に白金（Ｐｔ）等の触媒金属を担持させたフィルタである。このようにして形成された連続酸化式フィルタは、二酸化窒素（ＮＯ₂）を吸蔵し、活性酸素を生成する。生成された活性酸素は、フィルタ壁面上に捕集された粒子状物質を酸化・除去する。活性酸素による粒子状物質の酸化・除去は、排気ガス中に含まれている酸素による粒子状物質の酸化・除去よりも低温で行われるため、連続酸化式フィルタでは、比較的低温で粒子状物質を酸化・除去することができる。このため、フィルタの熱による破損が防止されるという利点がある。

このような連続酸化式フィルタを用いた装置が特許文献１に記載されている。特許文献１の装置では、連続酸化式フィルタの排気上流側に排気ガス中の成分を酸化するための排気浄化器が設けられており、この排気浄化器において排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）がＮＯ₂に酸化される。連続酸化式フィルタにも白金等の触媒金属が担持されているため、ＮＯをＮＯ₂に酸化することができるが、連続酸化式フィルタの排気上流側に排気浄化器を設けることでより確実にＮＯをＮＯ₂に酸化することができ、連続酸化式フィルタに効果的にＮＯ₂を吸蔵させることができる。

ところが、フィルタの排気上流側に配置された排気浄化器には、粒子状物質の除去されていない排気ガスが流入する。この場合、粒子状物質を含む排気ガスが排気浄化器のセルを画成する隔壁の上流端面に当たり、隔壁の上流端面上には多くの粒子状物質が付着・堆積し、堆積した粒子状物質が排気浄化器に流入する排気ガスへの流抵抗となってしまう。

このような隔壁の端面への粒子状物質の堆積を抑制するためのフィルタが特許文献２に記載されている。一般に、隔壁が格子状に形成されている場合、一方の方向に延びる隔壁（以下、「水平方向の隔壁」と称す）と、これら隔壁に垂直な方向に延びる隔壁（以下、「垂直方向の隔壁」と称す）との交点における隔壁の上流端面においては、これら上流端面が同一平面上にある場合にその面積が比較的大きくなり、よって交点における隔壁の上流端面には粒子状物質が堆積し易いが、上記特許文献２に記載のフィルタでは、水平方向の隔壁および垂直方向の隔壁のいずれか一方を突出させることにより交点における隔壁の上流端面の面積が大きくなってしまうことを防止し、隔壁の上流端面への粒子状物質の堆積を抑制している。

特開２００２−２７６３４１号公報特開平１１−８２００４号公報

ところで、上流端から下流端まで延びる長隔壁と、この長隔壁の上流端よりも下流側に上流端が位置する短隔壁とを有する排気浄化器では、短隔壁の上流端面上に粒子状物質を堆積しにくくさせることができる。この理由としては、まず、排気ガス中の未燃炭化水素（ＨＣ）および可溶性有機物質（ＳＯＦ）等は粘着性があって粒子状物質の隔壁上流端面への付着を促進するが、これらＨＣおよびＳＯＦは排気ガスが長隔壁の上流端近傍から短隔壁の上流端近傍まで流れる間に長隔壁によって酸化・除去されるため、ＨＣおよびＳＯＦ等による粒子状物質の短隔壁上流端面への付着の促進が抑制されることが挙げられる。また、排気ガスが長隔壁の上流端近傍から短隔壁の上流端近傍まで流れる間に排気ガス中のＨＣ、ＳＯＦ、および一酸化炭素（ＣＯ）等が酸化反応を起こすことにより、その反応熱で短隔壁の上流端の温度が上昇することも挙げられる。このように短隔壁の上流端面上に粒子状物質を堆積しにくくすることにより、排気浄化器による圧力損失を低く維持することができる。

このように短隔壁の上流端面上に粒子状物質を堆積しにくくするためには、長隔壁によって画成される各入口開口の断面積を小さく、すなわち各入口開口が連通するセル（長隔壁および短隔壁を含む隔壁によって画成される流路）の数を少なくすることが必要である。

一方、上述したように長隔壁の上流端面上には粒子状物質が付着・堆積する。特に、長隔壁によって画成される各入口開口の断面積が小さく、よって各入口開口を囲う長隔壁のうち対面する長隔壁の上流端間の距離が短い場合、遂にはこれら対面する隔壁の上流端面上に堆積した粒子状物質同士がつながって（ブリッジを形成して）この入口開口を覆い、入口開口が閉塞してしまう。このような入口開口の閉塞が促進されると、排気浄化器による圧力損失が増大し、内燃機関の運転に悪影響を及ぼしてしまう。このような入口開口の閉塞を抑制するためには、各入口開口の断面積を大きくすることが必要である。

このように、短隔壁の上流端面上に粒子状物質を堆積しにくくするという観点からは入口開口を小さくすることが要求され、入口開口の閉塞を防止するという観点からは入口開口を大きくすることが要求される。したがって、長隔壁によって画成される入口開口の大きさはこれら両事項を考慮して、排気浄化器の圧損の低減という観点からバランスのとれた大きさとすることが必要である。ところが、特許文献２に記載のフィルタでは、これら事項が考慮されておらず、短隔壁の上流端面上に粒子状物質を堆積しにくくしつつブリッジの形成を抑制することができず、よって排気浄化器の圧損を低く維持することが困難である。

そこで、本発明は、短隔壁の上流端面上に粒子状物質が堆積しにくく且つ長隔壁によって画成される開口が閉塞されないようにして、排気浄化器による圧損を低く維持することができる内燃機関の排気浄化器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、第１の発明では、機関排気通路上に配置される内燃機関の排気浄化器であって、複数の隔壁により画成される互いに平行に延びている複数のセルを具備し、上記隔壁は、排気ガスの流れ方向における上流端から下流端まで延びる長隔壁と、上記上流端よりも所定距離だけ下流側に上流端が位置する短隔壁とを有し、上記長隔壁の上流端は少なくとも二つ以上の入口開口を画成し、各入口開口はその全周を長隔壁に囲われると共に二つ以上のセルと連通している。
第１の発明によれば、長隔壁によって画成される入口開口断面の大きさは各セルの入口断面の大きさよりも大きい。このため、対面する長隔壁間の距離は、基本的に、対面する短隔壁間の距離、または対面する短隔壁と長隔壁との間の距離よりも長い。したがって、対面する長隔壁の上流端間の距離は比較的長く、長隔壁の上流端面上に堆積する粒子状物質がブリッジを形成することが抑制される。
一方、各入口開口はその全周が長隔壁によって囲われており、長隔壁は二つ以上の入口開口を画成する。このため、各入口開口断面の大きさは或る程度の大きさ以下とされる。これにより、排気ガスが長隔壁の上流端近傍から短隔壁の上流端近傍まで流れる間に排気ガスと長隔壁の壁面との接触面積が或る程度確保される。このため、排気ガスが短隔壁の上流端近傍に到達するまでに排気ガス中のＨＣ、ＳＯＦ、および一酸化炭素（ＣＯ）等が除去され、且つ短隔壁の上流端の温度が上昇するため、短隔壁の上流端面上に粒子状物質が堆積しにくくなる。
したがって、第１の発明によれば、短隔壁の上流端面上に粒子状物質が堆積しにくく且つ長隔壁によって画成される入口開口が閉塞されないようにすることができる。

第２の発明では、第１の発明において、各長隔壁は二つ以上の別の長隔壁と平行に並んで配置され、互いに平行に並んだ上記長隔壁はこれら長隔壁が並んでいる方向に一定間隔毎に配置される。

第３の発明では、第１または第２の発明において、上記長隔壁は、一つの入口開口を画成する長隔壁のうち互いに対面する長隔壁同士の間に常にこれら長隔壁が対面する方向に並んだ複数のセルが位置するように配置される。
第３の発明によれば、対面する長隔壁間の距離は、必ず各セルを画成する隔壁のうち対面する隔壁間の距離よりも長い。したがって、長隔壁の上流端面上に付着した粒子状物質が長隔壁によって画成された入口開口を覆うようなブリッジを形成することがより確実に抑制される。

第４の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において、上記所定距離は、上記長隔壁の上流端から下流端までの長さの１／４〜１／３である。
第４の発明によれば、長隔壁の上流端から短隔壁の上流端までの距離（すなわち、上記所定距離）を長隔壁の上流端から下流端までの距離の１／４〜１／３にすることで、長隔壁の上流端近傍から短隔壁の上流端近傍まで排気ガスが流れる間に排気ガス中のＨＣ、ＳＯＦを酸化反応により十分に除去し、且つその反応熱により短隔壁の上流端近傍を粒子状物質が付着しにくくなるように十分に昇温することができる。

第５の発明では、第１〜第４のいずれか１つの発明において、各セルは、上記長隔壁と上記短隔壁とにより画成されている。
セルが短隔壁のみから画成されると、そのセルを画成する短隔壁の上流端面は同一平面上に位置する。このため、対面する短隔壁の上流端面間の距離が短いことから、そのセルの入口近傍に粒子状物質のブリッジが形成されやすい。これに対して、第５の発明によれば、各セルは短隔壁のみから画成されず、よって各セルを画成する隔壁の上流端面は同一平面上に位置しない。このため、これら隔壁のうち対面する隔壁の上流端面間の距離が長い部分が存在するので、セルの入口近傍に粒子状物質のブリッジが形成されることが抑制される。

第６の発明では、第１〜第５のいずれか一つの発明において、各セルの断面形状はほぼ矩形であり、一つの入口開口を画成する長隔壁のうち互いに対面する長隔壁同士の間にはこれら長隔壁が対面する方向に並んだ二つのセルが配置される。

第７の発明では、内燃機関の排気浄化器の製造方法であって、複数の隔壁により画成される互いに平行に延びている複数のセルを有する構造体を成型する成型行程と、該成型された構造体を焼成する焼成行程と、隣接する所定数のセル毎にこれらセル間を隔てる隔壁を該隔壁の一方の端面から所定距離だけ除去する除去行程とを具備する。
隔壁の一方の端面から所定距離においてセル密度が変わる排気浄化器を製造する場合、セル密度の異なる部分構造体をそれぞれ予め製造し、これら部分構造体を接着等する方法が考えられる。しかし、この方法で上述した排気浄化器を製造すると、部分構造体同士の接着等を行う際にこれら部分構造体に設けられた隔壁間にずれが生じることがある。また、部分構造体間で温度が伝達されず、上流側に配置される部分構造体のみが昇温されてしまい、短隔壁の上流端面にあたる下流側部分構造体の隔壁の上流端面が昇温されない。
これに対して、第７の発明によれば、排気浄化器は一体的に製造されているため、隔壁にずれが生じることはなく、また、隔壁の途中で温度の伝達が阻害されることもない。

第８の発明では、第７の発明において、上記除去工程は、上記隔壁を削り取る工程を具備する。

第１から第６の発明によれば、短隔壁の上流端面上に粒子状物質が堆積しにくく且つ長隔壁によって画成される入口開口が閉塞されないようにされるため、排気浄化器による圧損を低く維持することができる。
第７および第８の発明によれば、隔壁にずれが生じることなく、また、隔壁の途中で温度の伝達が阻害されることなく、隔壁の上流端面から所定距離においてセル密度が変わる排気浄化器、すなわち第１の発明と同様な排気浄化器が製造される。

以下、図面を参照して本発明の排気浄化器について説明する。図１は本発明の排気浄化器が搭載されるディーゼル型の圧縮自着火式内燃機関を示す。

図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。

吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、さらに吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示した内燃機関では冷却装置１８内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水により吸入空気が冷却される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９および排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口は排気管２２を介してケーシング２３に連結される。ケーシング２３内には、排気上流側にモノリス型の排気浄化器２４、排気下流側に排気ガス中の粒子状物質を捕集・除去するパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」と称す）２５が内蔵される。ケーシング２３は、排気管２６を介して排気ガス中の物質を酸化する排気浄化器２７を内蔵したケーシング２８に連結される。

排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲ）通路２９を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２９内には電気制御式ＥＧＲ制御弁３０が配置される。またＥＧＲ通路２９周りにはＥＧＲ通路２９内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置３１が配置される。図１に示した内燃機関ではＥＧＲ冷却装置３１内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水によりＥＧＲガスが冷却される。

一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール３２に連結される。このコモンレール３２内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ３３から燃料が供給され、コモンレール３２内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール３２にはコモンレール３２内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ３４が取り付けられ、燃料圧センサ３４の出力信号に基づいてコモンレール３２内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ３３の吐出量が制御される。

次に、図２および図３を参照して、本発明のモノリス型の排気浄化器２４について説明する。図２は図３中のラインＩＩ−ＩＩに沿って見た排気浄化器２４の横断面図であり、図３は図２中のラインＩＩＩ−ＩＩＩに沿って見た排気浄化器２４の縦断面図である。
なお、図２において、排気ガスが左側から右側に向かって流れる。このため、図２の左側を排気上流側、または上側と称し、逆に、図２の右側を排気下流側、または下側と称する。

モノリス型の排気浄化器２４は、排気浄化器２４の上流側から下流側に向かって互いに平行に延びる複数のセル４０を具備する。これらセル４０は、複数の隔壁４１によって画成される。本実施形態では、図３に示したように、セル４０はその断面がほぼ正方形であり、四つの隔壁４１によって画成されている。

隔壁４１は基本的に排気上流側の上流端４４と排気下流側の下流端４３との間で延びるが、隔壁４１の一部はその上流端が上記上流端４４よりも所定距離Ｄだけ下流側に位置する。以下、このように上流端４４と下流端４３との間で延びる複数の隔壁を長隔壁４５、上記長隔壁４５の上流端４４よりも所定距離Ｄだけ下流側に位置する上流端４２と下流端４３との間で延びる複数の隔壁を短隔壁４６と称す。セル４０は、短隔壁４６の上流端４２近傍と下流端４３との間で延びる。

各長隔壁４５は二つ以上の別の長隔壁４５と平行に並んで配置される。複数の長隔壁４５の上流端４４によって入口開口４７が画成され、各入口開口４７はその全周を長隔壁４５によって囲われる。入口開口４７は各排気浄化器に少なくと二つ設けられ、各入口開口４７は二つ以上のセル４０と連通する。本実施形態では、図３に示したように一つの入口開口４７は四つのセル４０と連通し、一つの入口開口４７を画成する長隔壁４５のうち互いに対面する長隔壁４５同士の間にはこれら長隔壁４５が対面する方向に並んだ二つのセル４０が配置される。したがって、長隔壁４５は、セル４０二つ分の間隔毎に互いに平行に配置される。

したがって、排気浄化器２４に流入する排気ガスは、まず複数の長隔壁４５により画成される入口開口４７に流入し、その後、短隔壁４６の上流端４２近傍において、短隔壁４６および長隔壁４５を含む隔壁４１によって画成されるセル４０に流入する。そして、下流端４３近傍においてセル４０から流出する。

また、隔壁４１は、コーディライト等のセラミックから形成され、これら隔壁４１の壁面上にはアルミナ等の担体層がコートされ、この担体層には白金（Ｐｔ）等の触媒金属が担持される。

ところで、図１に示したように、本実施形態では、排気ガス中の粒子状物質を捕集・除去するためのフィルタ２５の排気上流側に排気浄化器２４が設けられている。このため、排気浄化器２４には、粒子状物質を含む排気ガスが流入する。

従来の排気浄化器では、全ての隔壁は基本的に同一平面上に位置する上流端と下流端との間で延びる。このように構成された排気浄化器では、流入する排気ガス中に含まれる粒子状物質が各隔壁の上流端面上に付着・堆積する。各セルの断面積が小さい場合、あるいは各セルを画成する隔壁のうち対面する隔壁同士の距離が短い場合には、このセルを画成する隔壁の上流端面上に付着・堆積した粒子状物質が互いにつながって（以下、「ブリッジを形成する」と称する）、そのセルを覆ってしまう。これにより、そのセルが閉塞し、排気浄化器による圧力損失が上昇してしまう。したがって、セルの閉塞を抑制するという観点からは、排気浄化器の単位断面積当たりに配置されるセルの個数（以下、「セル密度」と称す）を少なくすることが必要とされる。

一方、排気浄化器の酸化能力は、排気浄化器の隔壁壁面と排気浄化器を流れる排気ガスとの接触面積に大きく依存し、排気浄化器を構成する隔壁の全面積を広くすると排気浄化器の酸化能力が向上する。したがって、排気浄化器の酸化能力向上という観点からはセル密度を高くすることが必要とされる。
このため、従来の排気浄化器では、粒子状物質によるセルの閉塞の抑制と排気浄化器の酸化能力向上とを両立することは困難であった。

これに対して本実施形態の排気浄化器２４では、長隔壁４５の上流端４４は短隔壁４６の上流端４２よりも突出している。対面する長隔壁４５間の距離は比較的長くなっており、よって、長隔壁４５の上流端面上に粒子状物質が付着・堆積しても、これら長隔壁４５の上流端面間にはブリッジが形成されにくい。

また、長隔壁４５の上流端４４の下流側には短隔壁４６の上流端４２が位置し、排気浄化器２４に流入した排気ガスが短隔壁４６の上流端４２を介して流れれば、この短隔壁４６の上流端面上には粒子状物質が付着・堆積する。しかしながら、短隔壁４６と長隔壁４５とが対面している場合には、短隔壁４６の上流端面と長隔壁４５の上流端面との間にはかなりの距離があり、したがって短隔壁４６の上流端面上に堆積した粒子状物質と長隔壁４５の上流端面上に堆積した粒子状物質とはつながりにくく、よってこれら端面間にはブリッジが形成されにくい。

さらに、長隔壁４５の上流端４４から短隔壁４６の上流端４２まで排気ガスが流れる間に、長隔壁４５の上流端４４から短隔壁４６の上流端４２近傍までの間の長隔壁４５によって排気ガス中の未燃炭化水素（ＨＣ）および可溶性有機物質（ＳＯＦ）等の多くが酸化・除去される。これらＨＣおよびＳＯＦ等は、粘着性を有しており、煤（Ｃ）等の粘着性の小さい粒子状物質の隔壁等への付着を補助する。したがって、排気ガス中のＨＣおよびＳＯＦ等が酸化・除去されることにより、短隔壁４６の上流端面上への煤、すなわち粒子状物質の付着が抑制される。

さらに、長隔壁４５の上流端４４から短隔壁４６の上流端４２まで排気ガスが流れる間に、上述した排気ガス中のＨＣおよびＳＯＦ等の酸化、さらには排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）等の酸化が行われることにより反応熱が発生する。このため、この反応熱により排気浄化器２４の隔壁４１が昇温され、短隔壁４６の上流端４２近傍における隔壁４１の温度が高くなる。すなわち、この反応熱により、短隔壁４６の上流端４２の温度は高くなる。このように隔壁４１が高温である場合にはその隔壁に粒子状物質が付着しにくいため、短隔壁４６の上流端面への粒子状物質の付着が抑制される。

このように、セル４０のセル密度を小さくしても、短隔壁４６の上流端面においては粒子状物質のブリッジが形成されにくい。そこで、本実施形態では、セル４０のセル密度は、短隔壁４６の上流端面上に粒子状物質が付着・堆積していない状態において排気浄化器２４によって生じる圧力損失と、短隔壁４６の上流端４２よりも排気下流側において排気ガスと隔壁壁面との接触面積との兼ね合いで最適となるように決定される。このようにセル４０のセル密度を小さくしても、入口開口４７の断面積は小さくならず、よって長隔壁４５の上流端面上に付着・堆積した粒子状物質はブリッジを形成しにくい。

したがって、本実施形態によれば、セル４０のセル密度が小さいことにより、排気ガスと隔壁との接触面積を広くとることができるため、排気浄化器２４を流れる排気ガスの浄化効率を高く維持することができると共に、長隔壁４５の上流端面および短隔壁４６の上流端面上には粒子状物質のブリッジが形成されにくく、粒子状物質によるセルの閉塞が抑制される。

なお、長隔壁４５の上流端面と短隔壁４６の上流端面との間の所定距離Ｄは、排気浄化器２４に流入した排気ガスが長隔壁４５の上流端近傍から短隔壁４６の上流端近傍まで流れる間に、排気ガス中のＨＣおよびＳＯＦ等をある程度酸化・除去することができ且つ排気ガス中のＨＣ、ＳＯＦおよびＣＯ等を酸化することによる反応熱で、短隔壁４６の上流端４２が一定温度以上昇温されるような距離である。本実施形態では、上記所定距離Ｄは、長隔壁４５の上流端４４と下流端４３との間の距離の１／４〜１／３である。

また、上述した実施形態では、各入口開口４７が四つのセル４０と連通するように形成されているが、各入口開口４７が二つ以上のセルと連通するように形成されていれば、幾つのセルと連通していてもよい。各入口開口４７が二つ以上のセル４０と連通するように形成されていれば、上述した実施形態と同様な効果を得られる。

ただし、セルが短隔壁のみによって画成されると、そのセルを画成する短隔壁の上流端面は同一平面上に位置し、したがって対面する隔壁の上流端面間の距離が短いため粒子状物質のブリッジが形成され易くなってしまう。このため、各セルは少なくとも一つの短隔壁と、少なくとも一つの長隔壁とによって画成されるのが好ましい。これにより、各セルが粒子状物質によって閉塞されてしまうことが抑制される。

また、図３における上下方向を縦方向、左右方向を横方向とすると、上述した実施形態では、各入口開口４７は縦方向に２列、横方向に２列のセル４０と連通しているが、各入口開口４７は縦方向に３列、横方向に２列のセルと連通させる等、一つの入口開口を画成する長隔壁のうち互いに対面する長隔壁同士の間に部分的に（好ましくは常に）これら長隔壁が対面する方向に並んだ複数のセルが配置されれば如何なる形態でセルを設けてもよい。

また、上記実施形態では、セル４０および入口開口４７の断面形状は共に正方形であったが、正方形以外の四角形や、三角形、六角形等、通常のモノリス型の排気浄化器で用いられるセルの断面形状であれば如何なる断面形状であってもよい。例えば、断面形状が六角形のセルを有する排気浄化器の場合、図４に示したように、各入口開口４７’を四つのセル４０’と連通させることも考えられる。この場合、一つの入口開口４７’を画成する長隔壁４５’のうち互いに対面する長隔壁４５’同士の間にこれら長隔壁４５’が対面する方向に一つのセル４０’のみが配置されている箇所もある（例えば、図４中のａ参照）が、このような場合でも一つの入口開口４７’を画成する長隔壁４５’のうち互いに対面する長隔壁４５’同士の間にこれら長隔壁４５’が対面する方向に並んだ複数のセル４０’が配置されている箇所があり（例えば、図４中のｂ参照）、これによりこれら長隔壁４５’間にはブリッジが形成されにくく、よって部分的に粒子状物質によるセルの閉塞を抑制することができる。

さらに、上記実施形態では、長隔壁４５および短隔壁４６によって構成される排気浄化器を、排気ガス中のＨＣおよびＣＯを酸化するための排気浄化器（いわゆる「酸化触媒」）として用いているが、排気ガス中のＨＣおよびＣＯを酸化し且つ排気ガス中のＮＯ_Xを還元する排気浄化器（いわゆる「三元触媒」）等として用いてもよい。さらに、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯ_Xを保持すると共に、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチになると保持しているＮＯ_Xを離脱させるＮＯ_X保持剤を担持したＮＯ_X吸蔵触媒であってもよいし、排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタであってもよい。

次に、上述した排気浄化器２４の製造方法について説明する。まず、混練したタルク・カオリン・アルミナ等のセラミック原料から、薄肉の隔壁を有する構造体を押出し成型する。押出し成型される構造体は、複数の隔壁によって画成される互いに平行に延びている複数のセルを有する。これら隔壁は全て、構造体の一方の端部から他方の端部まで延びている。次いで、押出し成型された構造体を焼成し、これによりセラミック製の隔壁を有する構造体が形成される。

このようにして形成されたセラミック製の構造体の隔壁のうち、隣接する四つのセル毎に、これら四つのセル間を隔てる隔壁を、これら隔壁の一方の端部から所定距離Ｄだけ削り取る。したがって、一方の端部から所定距離Ｄだけ削り取られた隔壁は、短隔壁４６となり、削り取られなかった隔壁は長隔壁４５となる。

なお、一方の端部付近を削り取る隔壁は、製造すべき構造体の構成によって異なり、例えば、一つの入口開口４７を二つのセル４０と連通させる場合には、隣接する二つのセル毎にこれら二つのセル間を隔てる隔壁の一方の端部付近が削り取られる。

このようにして、一部の隔壁の一方の端部付近を削り取った後に、構造体の隔壁壁面上に担体層としてアルミナがコーティングされ、次いでこのアルミナ層内に白金等の触媒金属が分散せしめられ、その後熱処理が加えられる。こうして、構造体の隔壁壁面上に白金等の触媒金属が担持された担体層が形成される。

ところで、上述したような構造体を製造する方法として、長隔壁の上流端から短隔壁の上流端までに対応するセル密度の低い上側部分構造体と、短隔壁の上流端から隔壁の下流端までに対応するセル密度の高い下側部分構造体とを別々に製造し、これら部分構造体を接着等することが考えられる。

ところが、このような方法で構造体を製造すると、部分構造体同士を接着等する場合に、長隔壁を形成するために上側部分構造体に設けられた隔壁と下側部分構造体に設けられた隔壁とをずれることなく一直線上に整列させなければならない。これら隔壁を一直線上に整列させることができずにずれが生じると、下側部分構造体に設けられた隔壁の上流端面は全て排気ガスの流れに晒されることになり、これら上流端面上に付着・堆積した粒子状物質はブリッジを形成してしまう。ところが、上述したように上側部分構造体と下側部分構造体とを整列させるのは困難であり、精度が要求される。

また、このように構造体を製造した場合には、上側部分構造体と下側部分構造体との熱伝導が行われにくくなる。このため、実際に使用した場合に、上側部分構造体に設けられた隔壁においてＨＣ、ＳＯＦ等の酸化による反応熱が発生しても、その熱が下側部分構造体に伝達されにくい。すなわち、本発明の短隔壁に相当する下側部分構造体の隔壁の上流側の端部が昇温されにくい。

これに対して、本実施形態によれば、隔壁の一部を削り取ることによって短隔壁４６が形成されており、すなわち構造体は一体的に製造されている。したがって、長隔壁４５が短隔壁４６の上流端４２近傍でずれることはなく、また、排気ガスが長隔壁４５の上流端４４近傍から短隔壁４６の上流端４２近傍まで流れる間にＨＣ、ＳＯＦ等の酸化によって発生した反応熱も効果的に短隔壁４６の上流端４２に伝達され、よって短隔壁４６の上流端４２も昇温されやすい。

なお、上記実施形態では、隔壁を上流端面から所定距離だけ削り取ることによって短隔壁を形成しているが、切除すること等、隔壁を上流側端部から所定距離だけ除去することができれば如何なる方法で短隔壁を形成してもよい。

本発明の排気浄化器が使用される内燃機関の全体を示す図である。本発明の排気浄化器の横断面図である。本発明の排気浄化器の縦断面図である。本発明の排気浄化器の縦断面図である。

符号の説明

２４…排気浄化器
４０…セル
４１…隔壁
４２…上流端（短隔壁）
４３…下流端
４４…上流端（長隔壁）
４５…長隔壁
４６…短隔壁
４７…入口開口

Claims

機関排気通路上に配置される内燃機関の排気浄化器であって、複数の隔壁により画成される互いに平行に延びている複数のセルを具備し、上記隔壁は、排気ガスの流れ方向における上流端から下流端まで延びる長隔壁と、上記上流端よりも所定距離だけ下流側に上流端が位置する短隔壁とを有し、上記長隔壁の上流端は少なくとも二つ以上の入口開口を画成し、各入口開口はその全周を長隔壁に囲われると共に二つ以上のセルと連通している内燃機関の排気浄化器。
各長隔壁は二つ以上の別の長隔壁と平行に並んで配置され、互いに平行に並んだ上記長隔壁はこれら長隔壁が並んでいる方向に一定間隔毎に配置される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化器。
上記長隔壁は、一つの入口開口を画成する長隔壁のうち互いに対面する長隔壁同士の間に常にこれら長隔壁が対面する方向に並んだ複数のセルが位置するように配置される請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化器。
上記所定距離は、上記長隔壁の上流端から下流端までの長さの１／４〜１／３である請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化器。
各セルは、上記長隔壁と上記短隔壁とにより画成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化器。
各セルの断面形状はほぼ矩形であり、一つの入口開口を画成する長隔壁のうち互いに対面する長隔壁同士の間にはこれら長隔壁が対面する方向に並んだ二つのセルが配置される請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の浄化装置。
内燃機関の排気浄化器の製造方法であって、複数の隔壁により画成される互いに平行に延びている複数のセルを有する構造体を成型する成型行程と、該成型された構造体を焼成する焼成行程と、隣接する所定数のセル毎にこれらセル間を隔てる隔壁を該隔壁の一方の端面から所定距離だけ除去する除去行程とを具備する内燃機関の排気浄化器の製造方法。
上記除去行程は、上記隔壁を削り取る行程を具備する請求項７に記載の内燃機関の排気浄化器の製造方法。