JP2019044755A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】保持部材自体に切り込み等を設けることなく担体の外表面に確実に沿わせることができる内燃機関の排気浄化装置を提供すること。【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置であって、排気の流入側端面２ａから流出側端面２ｂまで延びて排気の流路となる複数のセルが多孔質の隔壁により区画形成された柱状のハニカム担体２と、ハニカム担体２の周面に巻回された保持部材３と、保持部材３が巻回されたハニカム担体２を収納する筒状のケーシング４と、保持部材３のケーシング４側の面に配設された保護シート５と、を備え、保護シート５は、ハニカム担体２の中心軸方向に垂直な複数の仮想平面のうちの少なくとも一つに対して交差する方向に延びる脆弱部５ａ、５ｂが設けられている、内燃機関の排気浄化装置１。【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来、内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化装置は、排気浄化触媒が担持された担体（ハニカム担体）と、該担体を収納する筒状のケース部材と、を含んで構成される。担体をケース部材内に収納する際には、ケース部材内で担体を確実に保持することが重要である。

ケース部材内で担体を確実に保持するために、ケース部材内周面と担体外周面との間にマットと通称される保持部材を介在させることが知られている。この保持部材を担体の外周に巻き付けた状態を維持してケース部材内に収めるための技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の技術では、保持部材の担体への接触面に有機不織布を配設して保持部材を担体に確実に接着する。これにより保持部材と担体との相対位置がずれることがなく、保持部材をケース部材内の正規位置に配設することができるとされている。
一方、一定以上の厚みのある保持部材で比較的小径の担体を包み込むように包囲するために、保持部材の表面に筋状の切り込みを設けることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２には、筋状の切り込みにより保持部材が小径の担体表面に沿うように曲がることが開示されている。

特開２００１−３２７１０号公報 特表２００１−５２３７８９号公報

特許文献１の技術では、保持部材の厚さや硬さによって、有機不織布の剥がれや保持部材の割れが生じるおそれがある。また、特許文献２の技術では、保持部材自体に筋状の切り込みを設けるため、切り込み部分が開いてくると保持部材の本来の機能である保持力を損なうおそれがある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、保持部材自体に切り込み等を設けることなく担体の外表面に確実に沿わせることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、ここに次のような技術を提案する。

（１）内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置（例えば、後述する排気浄化装置１）であって、排気の流入側端面（例えば、後述する流入側端面２ａ）から流出側端面（例えば、後述する流出側端面２ｂ）まで延びて排気の流路となる複数のセルが多孔質の隔壁により区画形成された柱状のハニカム担体２（例えば、後述するハニカム担体２）と、前記ハニカム担体の周面に巻回された保持部材（例えば、後述する保持部材３）と、前記保持部材が巻回された前記ハニカム担体を収納する筒状のケース部材（例えば、後述するケーシング４）と、前記保持部材の前記ケース部材側の面に配設された保護シート（例えば、後述する保護シート５）と、を備え、前記保護シートは、前記ハニカム担体の中心軸（例えば、後述する中心軸Ｘ）方向に垂直な複数の仮想平面のうちの少なくとも一つ（例えば、後述する仮想平面２０）に対して交差する方向に延びる脆弱部（例えば、後述する脆弱部５ａ、５ｂ）が設けられている、内燃機関の排気浄化装置。

上記（１）の内燃機関の排気浄化装置では、ハニカム担体に巻回する保持部材をハニカム担体の外周面に沿って曲げる際に、保持部材の外周側に位置して引張り応力が強くかかる保護シートが、脆弱部で断裂する。これにより保護シートを伴った保持部材は曲がり易くなり、ハニカム担体に巻回し易くなる。また、保持部材自体には断裂等のダメージが生じることがなく、保持部材を巻回する際に局所的に引張り応力が強く作用することが回避されて張力が全周に亘って均一化される。この結果、保持部材がハニカム担体に接触する面での面圧が全周に亘って均一化される。

（２）前記脆弱部は、前記保護シートの前記ハニカム担体への巻き付け方向の両端からそれぞれ前記保護シートの全長の３分の１の距離内の各領域に設けられている上記（１）の内燃機関の排気浄化装置。

上記（２）の内燃機関の排気浄化装置では、上記（１）の内燃機関の排気浄化装置において特に、脆弱部は、保護シートのハニカム担体への巻き付け方向の両端面から保護シートの全長の３分の１の距離だけ離隔した各領域に設けられている。脆弱部をこのような位置に設けると、保持部材自体のダメージの回避とハニカム担体に保持部材を巻回する際の巻回のし易さとを略最適に両立させ得ることが実験により確認されている。

（３）前記脆弱部は、前記保護シートに形成された連続した線状の切れ目又は複数の切れ目の断続した連なり（例えば、後述するミシン目１４１、１４２）として設けられている、上記（１）又は（２）の内燃機関の排気浄化装置。

上記（３）の内燃機関の排気浄化装置では、上記（１）又は（２）の内燃機関の排気浄化装置において特に、脆弱部は、保護シートに形成された連続した切れ目又は複数の切れ目の連なりとして設けられている。このため、保護シートをハニカム担体へ巻き付ける際に生じる外周側での相対的に強い引張り応力に対して、脆弱部が優先的に断裂する。これにより、保持部材自体のダメージの回避とハニカム担体に保持部材を巻回する際の巻回のし易さとが両立する。

（４）前記脆弱部は、前記保護シートを厚み方向に貫通した切れ目として設けられている、上記（１）又は（２）の内燃機関の排気浄化装置。

上記（４）の内燃機関の排気浄化装置では、上記（１）又は（２）の内燃機関の排気浄化装置において特に、脆弱部は、保護シートを厚み方向に貫通した切れ目として設けられている。このため、保護シートをハニカム担体へ巻き付ける際に生じる際の外周側で相対的に強い引張り応力に対して、脆弱部が比較的容易に断裂する。これにより、保持部材自体のダメージの回避とハニカム担体に保持部材を巻回する際の巻回のし易さとが両立する。

本発明によれば、保持部材自体に切り込み等を設けることなく担体の外表面に確実に沿わせることができる内燃機関の排気浄化装置を具現することができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の分解斜視図である。 図１の排気浄化装置の縦断面図である。 図１の排気浄化装置における、保護シートを伴う強化保持部材をハニカム担体に巻き付ける工程を示す概念図である。 図１の排気浄化装置における、強化保持部材の説明図である。 図４の強化保持部材をハニカム担体に巻き付けた様子を表す模式図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置に適用される、保護シートを伴う強化保持部材の製法を表す概念図である。 本発明の実施形態に係る排気浄化装置に適用される保護シートの変形例を例示する展開図である。 本発明の実施形態に係る排気浄化装置に適用される保護シートに設けられる脆弱部を例示する断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について詳述することにより本発明を明らかにする。

図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の分解斜視図である。図１の排気浄化装置１は、内燃機関の排気通路に配置され、内燃機関から排出される排ガスを浄化するための装置である。この排気浄化装置１は、触媒担体である円柱状のハニカム担体２と、ハニカム担体２の外周面に巻回されたマット状の保持部材３と、保持部材３を圧縮した状態でハニカム担体２を保持するケーシング４と、を備える。

図２は、排気浄化装置１の縦断面図である。図２に示されるように、排気浄化装置１は、ケーシング４内に保持部材３を介してハニカム担体２が保持される。即ち、圧縮された保持部材３によって、ハニカム担体２がケーシング４内の所定位置に保持される。本実施形態では、マット状の保持部材３には後述する保護シート５が貼り付けられており、保護シート５が設けられた保持部材３として強化保持部材６の形態をなしている。
保持部材３としては、アルミナ及びシリカを主成分とするセラミック繊維に、蛭石の一種であるバーミキュライトを混ぜ込んで高温時に膨張する特性を付与したものを用いることができる。また、アルミナ繊維やムライト繊維等の耐熱性を有する繊維から形成されたものを用いることもできる。

ケーシング４は、保持部材３を圧縮した状態でハニカム担体２を固定して保持する。具体的には、ケーシング４は、円柱状に形成されたハニカム担体２の中心軸Ｘ方向が、排ガスの流通方向と一致するようにハニカム担体２を保持する。
ケーシング４はステンレス製のものを用いることができる。また、Ｎｉ−Ｃｒ合金等により形成されたものを用いることもできる。
ケーシング４は、ハニカム担体２の形状に応じて筒状であればよく、例えば径方向断面が、楕円環や複数の円弧環を有する形状であってもよい。

ハニカム担体２は、中心軸Ｘ方向の一方及び他方の各端面である排気の流入側端面２ａから流出側端面２ｂまで貫通して延びて排気の流路となる複数のセルと、これらセルを区画形成する多孔質の隔壁と、を有する。
各セルの形状は、断面が正方形の四角柱状であるが、例えば多角形状であってもよい。
ハニカム担体２は、断面が円形の円柱状である。ただし、ハニカム担体は柱状であればよく、例えば径方向断面が、楕円や複数の円弧を有する形状であってもよい。

ハニカム担体２には、排気を浄化するための排気浄化触媒が担持されている。具体的には、本実施形態のハニカム担体２には、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化する三元触媒が担持されている。三元触媒としては、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｈのうち少なくとも一つの貴金属を含むものが好ましく用いられる。

図示のように、外形が概略円柱状のハニカム担体２は、保持部材３を介してケーシング４内に収納されている。より詳しくは、ハニカム担体２は、外周側の面にマット状の保持部材３が巻回された状態で、ケーシング４内に収納される。
また、保持部材３のケーシング４側の面に保護シート５が配設されている。保護シート５は、保持部材３をハニカム担体２の外周面に沿って曲げる際に、保持部材３に割れが生じないように保護するための不織布等でなるシート状体である。本明細書では、保護シート５を伴った保持部材３を、適宜、強化保持部材６と称する。

保持部材３は、ハニカム担体２の外周側面とケーシング４の内壁との間に介装され、ハニカム担体２をケーシング４内に保持する。保持部材３としては、耐熱性、耐振性及びシール性を有する材質が用いられる。具体的には、アルミナ繊維、シリカ繊維、アルミナシリカ繊維、セラミックガラス繊維等のセラミック繊維の他、金属メッシュ等が用いられる。

図３は、図１の排気浄化装置における、保護シートを伴う強化保持部材をハニカム担体に巻き付ける工程を示す概念図である。
保持部材３に保護シート５が貼付けられた平板状の強化保持部材６が、図３の（ａ）のように、ハニカム担体の中心軸に直交する断面視での外周輪郭３００（ハニカム担体の外周面３１０）に接する下端位置から、巻き付け機の２つのローラー３１１、３１１によって、図３の（ｂ）のように、外周輪郭３００に沿って上方に一定の位置まで巻き付けられる。この位置まで巻き付けられる過程では、強化保持部材６における保持部材３自体は保護シート５によって曲げによる割れの発生が防がれる。
一方、強化保持部材６は一定の厚みがあるため、保護シート５が貼付けられた側である曲りの外周側で面圧（面に作用する張力）が高まり曲がり難くなる。
しかしながら、本実施形態では、保護シート５に後述する脆弱部５ａ及び５ｂが設けられているため、図３の（ｂ）の矢線Ｓ１及び矢線Ｓ２で示す位置で脆弱部５ａ及び５ｂが断裂し、比較的容易に曲げることができる。従って、強化保持部材６をハニカム担体の外周面３１０に沿うように容易に変形させることができ、最終的に、図示しない押圧手段によってハニカム担体の外周面３１０に良好に馴染ませることができる。
一方、図３の（ｃ）のように、脆弱部５ａ及び５ｂが設けられていない保護シート５がマット状の保持部材３に貼られた強化保持部材６を適用した場合には、上述のように強化保持部材６の曲りの外周側に作用する張力が過度に高まることになる。このため、矢線ＳＢ１、矢線ＳＢ２で示す位置で保持部材３自体に割れが生じてしまうおそれがある。
これに対し、本実施形態では、図３の（ｂ）のように、脆弱部５ａ及び５ｂが断裂することによって、保持部材３自体に割れが生じることが回避される。

図４は、図１の排気浄化装置における、強化保持部材の説明図である。
図４には、上述のような保持部材３に保護シート５を配した強化保持部材６の端部側から見た様子と、保護シート５を展開した様子とが、対応する寸法関係を破線で結ぶようにして描かれている。
保護シート５は、保持部材３が図２のハニカム担体２の周面に巻回されてケーシング４に収納されるときに、保持部材３のケーシング４側に配設される。

保護シート５には、展開したときに図示のように縦の破線のように視認される、所謂ミシン目による脆弱部５ａ、５ｂが設けられている。脆弱部５ａ、５ｂは保護シート５に長手方向、即ち、ハニカム担体２に対する巻回方向の張力（応力）が作用したときに他部に対して優先的に断裂する部位である。脆弱部５ａ、５ｂは、保護シート５による保持部材３自体の外周面の断裂を防止する機能は十分に維持しつつ、この機能を損なうおそれの少ない特定部位で保護シート５の断裂を生じさせる。これにより、保持部材３に保護シート５を施した強化保持部材６としての曲がり難さを解消させている。
図３に示した工程によって強化保持部材６をハニカム担体２の外周面に巻き付ける実験を繰り返した結果、脆弱部５ａ、５ｂの位置は、保護シート５（従って、強化保持部材６）のハニカム担体２への巻き付け方向の両端からそれぞれ保護シートの全長の３分の１の距離Ｌ内の各領域に設けると、他の位置に設ける場合に比し格段に効果が高いことが確認された。

本発明の実施形態において、保護シート５に設ける脆弱部５ａは、例えば、図４に示されたように少なくとも２箇所設けられることが好ましい。
また、脆弱部５ａは、保護シート５に形成された切れ目、又は、ミシン目のように複数の切れ目の断続した連なりとして設けられることが好ましい。
また、脆弱部５ａは、保護シート５を厚み方向に貫通した切れ目として設けられることが好ましい。

図５は、図４の強化保持部材をハニカム担体に巻き付けた様子を表す模式図である。
図５において、図１、図２、図４との対応部は同一の符号を附してある。中心軸をＸとする筒状のハニカム担体２の外周面に対し、この外周面の部分を覆うように強化保持部材６が巻き付けられる。強化保持部材６は、巻き付けた状態で周方向に対向する両端部が、図示のような入れ子形状をなして対向する。
図４を参照して説明したように、強化保持部材６は、保持部材３に保護シート５を施したものであり、ハニカム担体２の外周面に巻き付けた状態で、保持部材３側がハニカム担体２の外周面に接し、保護シート５が保持部材３の外周側に位置する。このため、強化保持部材６をハニカム担体２の外周面に巻き付けるに際し、外周側に位置することになる保護シート５が、保持部材３の外周側を保護して断裂等が発生するおそれを低減する。この場合、保護シート５は、保持部材３を保護する一方で、強化保持部材６の曲げ操作に対しては、これに抗するように作用する。しかしながら、保護シート５自体は、一定以上の引張り応力によって上述の脆弱部５ａ、５ｂの部位で張り裂けるように断裂するため、強化保持部材６がハニカム担体２の外周面の曲率に良く馴染んで曲がることが許容される。従って、排気浄化装置の製造効率が向上する。
脆弱部は、ミシン目のように複数の切れ目の断続した連なりであってもよいが、このような断続ではなく連続した線状の切れ目であってもよい。
また、脆弱部５ａ、５ｂは図４及び図５を参照して説明した例におけるように、ハニカム担体２の中心軸Ｘに平行な線状の領域に設けられるのが良いが、中心軸Ｘ方向に垂直な複数の仮想平面のうちの少なくとも一つ（図５では、仮想平面のうち一つの代表的平面の部分である円を符号２０で示している）に対して交差する方向に延びるように設けられてもよい。
尚、脆弱部の種々のパターンについては、後に図面を参照して具体例を列記する。

図６は、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置に適用される、保護シートを伴う強化保持部材の製法を表す概念図である。
図６において、符号６０１で示された第１の工程で、複数の保護シート５に加工される素材としての不織布５０が準備される。
符号６０２で示された第２の工程で、第１の工程６０１で準備された不織布５０に、保護シート５の脆弱部であるミシン目５ａ、５ｂが施される。
符号６０３で示された第３の工程で、第２の工程６０２でミシン目５ａ、５ｂが施された不織布５０と、保持部材となるマット状体とが貼り合わされて厚板状の強化板材６０に加工される。
符号６０４で示された第４の工程で、第３の工程６０３で出来た強化板材６０を、個々の強化保持部材の形状６ａ、６ａに切断する。
符号６０５で示された第５の工程で、第４の工程６０４で強化板材６０が切断されて出来る個々の強化保持部材６が取り出される。

本発明は、上述の実施形態に限定されることなく種々変形変更して実施することが出来る。例えば、脆弱部をミシン目や切れ目として設けず、耐熱性が高くない素材の該当領域に敢えて熱を加えて他の領域よりも張力（引っ張り応力）に対する耐力を弱めるようにしてもよい。この場合も、ミシン目や切れ目として設けた脆弱部と同様に機能する。
また、脆弱部は少なくとも２本あることが望ましいが、２本以上であれば何本あってもよい。
また、脆弱部は必ずしも保護シートの全幅を横断するように設けず、両縁の中間が裂けるような形態のものであってもよい。
また、脆弱部を切れ目として形成する場合には、切れ目の深さは、上述の引張り応力によって適度に断裂する機能が果たされる限りであれば特に制限はない。
なお、図６を参照して説明したような製法を採る場合に、複数の保護シートに加工される素材としての不織布が準備されていても、完成した状態の強化保持部材の形状が予め把握できない場合が想定される。このような場合には、予めミシン目を多めに設けておくことによって、脆弱部の上述した本来的な機能が損なわていない保護シートを有する強化保持部材を製造することができる。

次に、脆弱部のパターンを異にする種々の保護シートについて、図面を参照して説明する。
図７の（ａ）から（ｈ）は、本発明の実施形態に係る排気浄化装置に適用される保護シートを例示する展開図である。図７の（ａ）から（ｈ）において、上述した図４との対応部には同一の符号を附して示す。また、それら対応部の説明は図４を参照しての説明を援用し、更に、異なる点及び類似点について説明する。図７の（ａ）から（ｈ）では、何れも、保護シート５をハニカム担体２へ巻き付けず展開した様子を示している。尚、図７の（ａ）から（ｈ）の何れにおいても、脆弱部５ａ、５ｂはミシン目のような複数の切れ目の断続した連なりであってもよく、また、このような断続ではなく連続した線状の切れ目であってもよい。
保護シート５の脆弱部５ａ、５ｂは、図７の（ａ）から（ｈ）に示すように直線、傾斜線、円弧、波形線等でよく、幅方向を横断するように設けられる。また横断に到らず、一端及び他端とも幅方向の中途で終端していてもよい。

図８は、本発明の実施形態に係る排気浄化装置に適用される保護シートに設けられる脆弱部を例示する断面図である。
図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、脆弱部５ａ、５ｂは、保護シートを厚み方向に貫通していてもよく、また、貫通せずに、一定の深さで留まっていてもよい。

以上、図７の（ａ）から（ｈ）を参照して説明した種々のパターンと、図８の（ａ）及び（ｂ）を参照して説明した厚み方向の深さとの組合わせによる多種多様な脆弱部５ａ、５ｂは、保持部材３の材料、材質、及び、ハニカム担体２の形状等に合わせて最適なものが選択され得る。

Ｘ…中心軸
１…排気浄化装置
２…ハニカム担体
２ａ…流入側端面
２ｂ…流出側端面
３…保持部材
４…ケース部材
５…保護シート
５ａ、５ｂ…脆弱部
６…強化保持部材

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置であって、
   排気の流入側端面から流出側端面まで延びて排気の流路となる複数のセルが多孔質の隔壁により区画形成された柱状のハニカム担体と、
   前記ハニカム担体の周面に巻回された保持部材と、
   前記保持部材が巻回された前記ハニカム担体を収納する筒状のケース部材と、
   前記保持部材の前記ケース部材側の面に配設された保護シートと、を備え、
   前記保護シートは、前記ハニカム担体の中心軸方向に垂直な複数の仮想平面のうちの少なくとも一つに対して交差する方向に延びる脆弱部が設けられている、内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記脆弱部は、前記保護シートの前記ハニカム担体への巻き付け方向の両端からそれぞれ前記保護シートの全長の３分の１の距離内の各領域に設けられている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記脆弱部は、前記保護シートに形成された連続した線状の切れ目又は複数の切れ目の断続した連なりとして設けられている請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記脆弱部は、前記保護シートを厚み方向に貫通した切れ目として設けられている請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。

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