JP2006070886A - 排気ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気ガス処理装置の、柱体と緩衝マットの移動を確実に阻止する。
【解決手段】外筒１と一体的に内方へ膨出するストッパ部を形成し、ストッパ部は緩衝マットと離間させるとともに、膨出高さが緩衝マット厚さを超えないよう設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関等の排気ガス処理装置に関する。

内燃機関の排気ガス処理装置として、触媒コンバータ、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）等がある。これらは、金属管より形成され端部にネッキング部を有する外筒と、外筒内に緩衝マットを介して保持される柱体（以下、代表して触媒担体という）を備える構造が一般的である。緩衝マットは、排気ガス圧や振動に起因する移動力に抗して外筒内の定位置に触媒担体を保持し続けるために、復元力（面圧）によって一定摩擦力を発現するよう圧縮力を付与され挟持されている。触媒担体の後流側移動を阻止する目的は、触媒担体後部とネッキング部との衝接による触媒担体破損を避けることである。

緩衝マットにはアルミナ等を主組成とするセラミック繊維体が、触媒担体にはセラミック焼成体か金属薄板巻回体が、一般的に用いられている。そして、圧縮反発力だけでは保持摩擦力が不足する場合には、外筒内側にリブを膨出し緩衝マットに食い込ませたり（特許文献１参照）、緩衝マットと触媒担体の端面に当接させる（特許文献２、特に図４参照）など、強制的に触媒担体の軸方向移動を阻止する手段が設けられている。
特開平２−２６４１１０号公報 特開２００２−９７９４４号公報

しかしながら、昨今の浄化力向上要請に伴い触媒担体の薄壁化による脆弱化が顕著となっている反面、緩衝マットに求められる保持力は緩和できないため、圧縮力の余裕代を確保し難くなっているのが現状である。結果、触媒担体が保持されている適正圧縮状態に更なる圧縮力を付与すれば（過圧縮）、触媒担体の圧壊が惹起される。

従って、上記特許文献１及び２に開示される移動阻止手段においては、内方膨出物による緩衝マットの過圧縮が不可避であるため、昨今の脆弱な触媒担体には適用できない。また、特許文献２に開示された移動阻止手段は、担体外周部の排気ガス流路を塞いでしまうため、触媒担体の実質的な有効浄化部分が小さくなってしまい、浄化力向上要請に背反する。

そこで、本発明は、触媒担体の過圧縮を惹起せず、かつ、有効浄化範囲を減少させない移動阻止手段を具備する、排気ガス処理装置を提供するものである。

前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、金属製の外筒を有し外筒内に緩衝マットを介して柱体を保持する排気ガス処理装置において、外筒の内方へ膨出するストッパ部を緩衝マットと離間する位置に一体的に形成するとともに、その膨出量が緩衝マット厚さを超えないことを特徴とするものである。

請求項１の発明においては、柱体の保持状態では緩衝マットは過圧縮とならないし、触媒担体の有効浄化範囲（径）を減少させない上に、万一、柱体と緩衝マットが後流方向へ移動したとしても、ストッパ部によって停止できる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、ストッパ部が環状であり、少なくとも柱体の後流側に一条設けられたことを特徴とするものである。

請求項２の発明においては、移動方向の先に環状のストッパ部があるので、確実に移動を停止できる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、ストッパ部が、柱体が存在する範囲に亘って外筒を縮径された部分に存在することを特徴とするものである。

請求項３記載の発明においては、柱体が存在する範囲に亘って外筒を縮径する所謂サイジング工法においても、請求項１及び２記載のストッパ部を実現できる。

請求項１記載の発明によれば、通常使用時には柱体の保持状態と有効浄化範囲（径）には悪影響が及ぼされることがなく、もしも柱体とマットが後流方向へ移動した際には確実に停止できる触媒コンバータを提供することができる。

請求項２記載の発明によれば、柱体とマット移動時の停止を全周で均一に受け止められるので、移動停止を一層確実化できる。

請求項３記載の発明によれば、上記の効果を、所謂サイジング工法にも適用可能となる。

本発明を実施するための最良の形態を、図１乃至図３に示す実施例に基づいて説明する。

図１は本発明の触媒コンバータの製造における途中工程の断面図、図２は本発明の触媒コンバータ完成品の断面図、図３は図２におけるＡ部の拡大詳細図である。

図１の途中工程は、金属製の外筒１の中間部（図２のサイジング範囲ｂに相当）が、その周囲に放射／求心方向へ移動可能なセグメント（押圧型）６によって縮径加工を施されている状態であり、セグメント６の当接部分に亘る外筒１の半径が実質的に縮小されている。そして、縮径された部分ｂの内部には、柱体たる触媒担体４が緩衝マット３によって保持されている。

図１における外筒１の縮径工程は、所謂ｓｉｚｉｎｇ又はｃａｌｉｂｒａｔｉｎｇと呼ばれる工法（以下、サイジング工法）であり、例えば、特表２００１−５２６１１５号公報や特開２００３−３２８７４３号公報などにより周知である。すなわち、触媒担体４とその外周に巻回した緩衝マット３を外筒１内に挿入し、その存在範囲に亘って、放射状に複数配備したセグメント（割型）６により求心的に押圧することで外筒１を縮径するとともに、緩衝マット３を必要量だけ圧縮して予め設定した触媒担体保持力を得るという、触媒コンバータの製造方法である。特に特開２００３−３２８７４３号公報に記載の工法は、触媒担体４の径誤差と緩衝マット３の密度誤差の両方を勘案し最適縮径量を設定できるため、サイジング工法として好適である。

なお、特開２００３−３２８７４３号公報記載の工法によれば、保持状態における面圧設定を高精度で実現できるため、内燃機関の正常運転においては触媒コンバータのライフサイクルに亘って触媒担体と緩衝マットの移動（ズレ）は発生し得ないため、本来は移動阻止手段（ストッパ部）は設置不要である。しかしながら、内燃機関の異常燃焼や、排気系に偶発的に異常加速度が作用することも否定できないため、そのような非常事態に柱体を保護することを想定し、移動阻止手段（ストッパ部）を設置するものである。

サイジング加工時に、サイジング範囲ｂの後流側（図の右方）端部には、内方へ環状に膨出するストッパ部５が外筒１と一体的に形成される。これは、外筒１を包囲するセグメント６に設けた突起によって、サイジング範囲ｂに亘る縮径加工時に同時形成されるものである。成形にあたっては、縮径に伴うスプリングバックや板厚変化を加味することが好ましい。

ストッパ部５付近の詳細形状は、図３に示される。ストッパ部５は緩衝マット３後流端から距離ｃ（例えば３ｍｍ）だけ後流側に離れており、緩衝マット３の圧縮に対して、何ら影響を与えていない。また、ストッパ部５は圧縮された緩衝マット３の厚さｅ（例えば４ｍｍ）を超えない膨出高さｄ（例えば２ｍｍ）に一様に設定されるので、触媒担体４の有効浄化部分（径）に何ら影響を与えない。さらにストッパ部５は、もしも触媒担体４と緩衝マット３が後流側に移動した（ズレた）としても、環状膨出部に当接し確実に移動を停止できるとともに、停止位置で保持が可能である。

なお、担体の後流側への移動（ズレ）は、触媒担体４と緩衝マット３の間で発生することは稀で、通常は触媒担体４と外筒２の間で生じるものである。これは、高温の排気ガスに起因する熱膨張で外筒２の径が若干拡大し、実質的に緩衝マット３の反発力、すなわち保持部分における摩擦保持力が低下することによるものである。従って、外筒２の後流側にストッパ部５を設けることが効果的である。

ストッパ部５の膨出は、図３の断面図においては三角形状であるが、これに限ることなく、例えば半円形状や台形状等、機能要求及び生産技術要求に応じて任意に設定して構わない。また、連続した環状でなくて、円周上に断続的な膨出部を複数配置しても良い。さらに、その形成方法もセグメント６による押圧に限らず、周知のスピニング加工法や転造加工法によるものなど、任意である。

図２は、図１の中間加工品の両端にネッキング加工を施して、上流側ネッキング部７と下流側ネッキング部８とを形成し、外筒２を触媒コンバータの完成形状９とした状態を示す断面図である。ネッキング加工は周知のスピニング加工によることが望ましいが、その他、ダイス挿通など周知の塑性加工法を適用したり、あるいは別部品としてのネッキング部を溶接しても構わない。もちろん、ネッキング部の形状は任意である。

図４は第２の実施例を示すもので、前述の実施例におけるサイジング工程を施さない場合の触媒コンバータである。すなわち、外筒１３に触媒担体４と緩衝マット３を圧入する、所謂圧入法による触媒コンバータである。後流側ストッパ部５に加えて触媒担体４の上流側にも、１条の環状膨出部たるストッパ部１２を設けた例である。通常は想定されないが、触媒担体４と緩衝マット３が上流側（図の左方）へも移動する懸念があるときには、このようにしても良い。触媒担体４の上流側にもストッパ部１２を設けることによって、排気ガスが緩衝マット３の上流側端面に当たるのを緩和でき、緩衝マット３の耐久性向上にも寄与する。

上流側ネッキング部１０と下流側ネッキング部１１は、第１の実施例と同様であるが、特開平１１−１４７１３８号公報に開示された偏芯スピニング加工法、特開平１１−１５１５３５号公報に開示された傾斜スピニング加工法を適用すると、一体成形の形状自由度が向上して好ましい。

第１及び第２の実施形態は触媒コンバータの実施例であるので柱体を触媒担体としたが、ＤＰＦであれば柱体はフィルター体、改質器であれば改質体等、柱体は排気処理可能なものであれば任意である。また、緩衝マットも、アルミナ式マットやバーミキュライト式マットなど材質や形状は問わないし、バインダーの含浸有無も任意である。更に、材質や特性の異なるマットを内外に重ねて使用しても構わない。

本発明による触媒コンバータの中間加工状態の縦断面図 本発明による触媒コンバータの完成状態の縦断面図 図２におけるＡ部の詳細断面図 本発明による触媒コンバータの他の実施例を示す縦断面図

符号の説明

１，２，１３ 外筒
７，８，１０，１１ ネッキング部
３ 緩衝マット
４ 触媒担体
５，１２ ストッパ部
６ セグメント
９，１４ 触媒コンバータ

Claims (3)

1. 金属製の外筒を有し、該外筒内に緩衝マットを介して柱体を保持する排気ガス処理装置において、前記外筒の少なくとも一部に、内方へ膨出するストッパ部を前記緩衝マットと離間する位置に形成するとともに、前記膨出が前記緩衝マット厚さを超えないことを特徴とする排気ガス処理装置。
2. 前記ストッパ部が環状の内方膨出であり、少なくとも前記柱体の後流側に一条設けられたことを特徴とする請求項１記載の排気ガス処理装置。
3. 前記ストッパ部が、前記柱体の存在する範囲に亘って前記外筒が縮径された部分に存在することを特徴とする請求項１又は２記載の排気ガス処理装置。

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