JP2019148219A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基材がその中心軸に交差する断面視における輪郭が非真円形状のものである場合に、輪郭の周方向位置によりケース部材の面圧が不均一になることを回避可能であり、且つ、マットの合口部でのガスリークを低減することが可能な排気浄化装置を提供すること。【解決手段】基材（ハニカム担体１０）と、基材１０を収容するケース部材２０と、基材１０とケース部材２０との間に設けられたマット３０とを備え、基材１０の中心軸Ｘに交差する断面視における輪郭Ｃ１は、短手方向ＳＤ、長手方向ＬＤが定義される非真円形状であり、ケース部材２０は、マット３０の外周を囲む板材（２０ａ）を両端で溶接することで形成され、マット３０は、基材１０の周面を囲んでその両端が対向する合口部３３が、輪郭Ｃ１のうち中心軸Ｘに対し長手方向ＬＤ一端側の一辺である長径部（第１長径部ＬＤ１又は第２長径部ＬＤ２）に設けられていることを特徴とする排気浄化装置。【選択図】図３

Description

本発明は、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、柱状の基材であるハニカム担体をその外形に沿う筒状のケース部材に収容した構造を有する。ハニカム担体は、自己の外周面とケース部材内面との間に圧縮状態で介挿されたマットによってケース部材内に保持される。金属板をマットの外周に巻きつけ両端を溶接して筒状のケース部材を構成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平２００９−１３２１５６号公報

特許文献１の技術では、ケース部材を構成する金属板をマットが巻かれたハニカム担体の外周にワイヤーロープ等を用いて締め付け、その両端を溶接して筒状のケース部材を構成する。このようにして金属板をマットが巻かれたハニカム担体の外周に所定の面圧で当接させるとされている。

しかしながら、特許文献１の技術では、ハニカム担体として、その中心軸に交差する断面視における輪郭が非真円形状のものを用いた場合には、輪郭の長手方向の両端に対応する部位と短手方向の両端に対応する部位とでケース部材の面圧に差が生じてしまう。またマットの両端が対向する部分である合口部には、僅かながら隙間が形成されるため、この合口部が位置する部分と他の部分との間でも面圧に差が生じてしまう。このように面圧が不均一であると、ケース内においてハニカム担体にがたつきが発生してしまい、ひいてはハニカム担体が経時的に変形してしまうおそれもある。また、特許文献１の技術では、マットの両端部が対向する部位である合口部でのガスリークが多くなるおそれがある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、断面視における輪郭が非真円形状である基材を備える排気浄化装置において、輪郭の周方向位置によりケース部材の面圧が不均一になることを回避でき、且つ、マットの合口部でのガスリークを低減することが可能な排気浄化装置を提供することを目的とする。

（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であって、排気浄化触媒が担持された柱状の基材（例えば、後述するハニカム担体１０）と、前記基材を収容する筒状のケース部材（例えば、後述するケース部材２０）と、前記基材と前記ケース部材との間において、前記基材の外周を囲むように設けられたマット（例えば、後述するマット３０）と、を備え、前記基材の中心軸（例えば、後述する中心軸Ｘ）に交差する断面視における輪郭（例えば、後述する輪郭Ｃ１）は、短手方向（例えば、後述する短手方向ＳＤ）及び長手方向（例えば、後述する長手方向ＬＤ）が定義される非真円形状であり、前記ケース部材は、前記マットの外周を囲む板材（例えば、後述する金属板２０ａ）を両端で溶接することで形成され、前記マットは、前記基材の周面を囲んでその両端が対向する合口部（例えば、後述する合口部３３）が、前記輪郭における長手方向の一方端側の長径部（例えば、後述する第２長径部ＬＤ２）に位置するように配置されていることを特徴とする排気浄化装置。

上記（１）の排気浄化装置では、基材の外周を囲むマットの両端が対向する部分である合口部が、非真円形状の基材断面の輪郭における長手方向の両端の一方端側の長径部に位置している。ここで、基材としてその断面視における輪郭が非真円形状のものを用いた場合、短手方向に沿って対向する二辺である第１短辺部及び第２短辺部におけるケース部材からの面圧は、長手方向に沿って対向する二辺である第１長径部及び第２長径部における面圧よりも低い。また上記のように合口部には隙間が形成されるため、他の部分と比較して面圧が低くなるおそれがある。これに対し本発明では、マットの合口部を相対的に面圧が高い長径部に設ける。このため、たとえ合口部で面圧が低下しても、面圧の値を一定以上に維持できる、これにより、基材断面の輪郭の周方向の位置によりケース部材の面圧が不均一になることを回避できる。更に、ガス当たりの悪い長径部に合口部が位置することになり、ガスリークが低減する。

（２）前記ケース部材は、前記マットの外周を囲む板材を両端で溶接することで形成した溶接部を有し、前記溶接部は、前記輪郭のうち前記中心軸に対し前記短手方向一端側の一辺である短径部に設けられていることを特徴とする（１）に記載の排気浄化装置。

上記（２）の排気浄化装置では、基材としてその断面視における輪郭が非真円形状のものを用いた場合に、前記輪郭のうち中心軸に対し短手方向一端側の一辺である短径部では相対的に面圧が低くなる。このように面圧が低くなる短径部に溶接部を位置させることにより、溶接ビードによる押圧力で低くなった面圧がある程度補償される。これにより基材輪郭の周方向における面圧の均一化が改善される。

本発明によれば、断面視における輪郭が非真円形状である基材を備える排気浄化装置において、輪郭の周方向位置によりケース部材の面圧が不均一になることを回避でき、且つ、マットの合口部でのガスリークを低減することが可能な排気浄化装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の製造過程を示す模式図である。 排気浄化装置の基材を示す斜視図である。 排気浄化装置の基材の、中心軸に交差する方向の断面図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の製造過程を示す模式図、図２は排気浄化装置の基材を示す斜視図である。

排気浄化装置１は、図示しない内燃機関の排気通路に設けられ、内燃機関の排気を浄化する。排気浄化装置１は、排気浄化触媒が担持された柱状の基材としてのハニカム担体１０と、ハニカム担体１０を収容する筒状のケース部材２０と、ハニカム担体１０とケース部材２０との間において、ハニカム担体１０の外周を囲むように設けられたマット３０と、を備える。

ハニカム担体１０は、排気の流入側端面１０ａから排気の流出側端面１０ｂまで延び、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、を有するフロースルー型である。またこのハニカム担体１０の隔壁に担持させる排気浄化触媒としては、酸化触媒、三元触媒、及びＮＯｘ吸蔵触媒等が用いられる。排気浄化装置１は、内燃機関の排気をハニカム担体１０の各セルに通流させることにより、隔壁に担持された排気浄化触媒の作用下で排気を浄化する。ハニカム担体１０の材質としては、例えば、コーディエライト、アルミナチタネート、及びムライト等が用いられる。

図１では、ハニカム担体１０を、マット３０を介して、ケース部材２０となる板材としての金属板２０ａで囲む過程が模式的に示されている。図１に示すように、排気浄化装置１は、ハニカム担体１０の外周にマット３０を巻き付け、更にこのマット３０の外周に金属板２０ａを巻き付け、金属板２０ａの一方の端部２１及び他方の端部２２を突き合わせて溶接し、筒状のケース部材２０を形成することによって製造される。この溶接によりケース部材２０の周面には長手方向に沿った直線状の溶接部２３が形成される。

図２に示すように、ハニカム担体１０は、全体として柱状をなす剛体であり、その中心軸Ｘを観念することができる。ハニカム担体１０は、排気の流入側端面１０ａから流出側端面１０ｂまで中心軸Ｘに直交する断面の形状及び寸法が一定である。

マット３０には、耐熱、耐振性、シール機能及び振動吸収能力を有するアルミナ繊維、シリカ繊維、アルミナシリカ繊維、ガラス繊維等のセラミック繊維を用いる。

次に、図３を参照しながら排気浄化装置１の断面形状について説明する。
図３は、排気浄化装置１の中心軸Ｘに交差する方向の断面図である。

図３に示すように、ハニカム担体１０の中心軸Ｘに交差する方向（本例では直交する方向）の断面視における輪郭Ｃ１は、短手方向ＳＤ及び長手方向ＬＤが定義される長円形状（所謂、トラック形状）である。図３における下方に描かれた直交する矢線ＬＤ及びＳＤはこの非真円形状の長手方向及び短手方向を概念的に表したものである。

以下では、ハニカム担体１０の断面視における輪郭Ｃ１を長円形状とした場合について説明するが、本発明はこれに限らない。本発明は、ハニカム担体の断面視における輪郭の形状が、短手方向及び長手方向が定義される非真円形状であればどのような形状でも適用できる。ここで短手方向及び長手方向が定義される非真円形状とは、真円が短手方向に沿ってやや扁平した形状であり、より具体的には図３に示すような長円形状の他、楕円形状、角丸長方形状、及び卵形状等が挙げられる。

輪郭Ｃ１において、短手方向ＳＤの対向する二辺を第１短径部ＳＤ１及び第２短径部ＳＤ２といい、長手方向ＬＤの対向する二辺を第１長径部ＬＤ１及び第２長径部ＬＤ２という。なお輪郭Ｃ１が長円形状である場合、図３に示すように、第１短径部ＳＤ１及び第２短径部ＳＤ２は互いに平行の直線状となり、第１長径部ＬＤ１及び第２長径部ＬＤ２は半円状となる。

ケース部材２０には上述の溶接部２３が形成されている。溶接部２３は、金属板２０aの一方の端部２１及び他方の端部２２を突き合わせて溶接して形成される。したがって溶接部２３のうちマット３０側の面には、断面視ではマット３０側へ凸状の溶接痕としてのビード２４が形成される。この種のケース部材２０の場合、ビード２４の突出寸法は、例えば０．３ｍｍ以上である。

マット３０は、図示のようにハニカム担体１０を囲む。マット３０の一方の端部３１及び他方の端部３２が対向する部分は、合口部３３となっている。

図３の例では、マット３０は、合口部３３が、輪郭Ｃ１における長手方向ＬＤの一方端側の第２長径部ＬＤ２に位置するように配置されている。より具体的には、合口部３３は、上記のように半円状である第２長径部ＬＤ２のうち中心軸Ｘから最も離れた位置、換言すれば半円状の第２長径部ＬＤ２と中心軸Ｘから長手方向ＬＤに沿って延びる線とが交差する位置に配置することが好ましい。尚、合口部３３が、輪郭Ｃ１における長手方向ＬＤの他方端側の第１長径部ＬＤ１に位置するように配置されていても、その作用は等価である。一方、本実施形態では、溶接部２３は、輪郭Ｃ１のうち中心軸Ｘに対し短手方向ＳＤ一端側の一辺である第１短径部ＳＤ１に設けられている。尚、溶接部２３は第２短径部ＳＤ２に設けられても、その作用は等価である。

本実施形態に係る排気浄化装置１によれば、以下の効果を奏する。
図１から図３を参照して説明した排気浄化装置１では、マット３０で囲まれたハニカム担体１０は、その輪郭Ｃ１が、第１短径部ＳＤ１及び第２短径部ＳＤ２と、第１長径部ＬＤ１及び第２長径部ＬＤ２とを有する形状である。この形状では、従来の場合、ケース部材２０からマット３０の外周に作用する面圧は、第１長径部ＬＤ１及び第２長径部ＬＤ２で大きく、第１短径部ＳＤ１及び第２短径部ＳＤ２で相対的に小さくなる。

これに対し、本実施形態の排気浄化装置１では、マット３０は、合口部３３が、非真円形状の基材断面の輪郭Ｃ１における第１長径部ＬＤ１（又は第２長径部ＬＤ２）に位置するように配置されている。即ち、第１短径部ＳＤ１及び第２短径部ＳＤ２を含む輪郭Ｃ１の周状の位置でケース部材２０による面圧が相対的に高い第１長径部ＬＤ１（又は第２長径部ＬＤ２）に合口部３３が位置していることになる。このため、合口部３３で面圧が多少低下しても、そのときの面圧の値を一定以上に維持できる。従って、輪郭Ｃ１の周方向の位置によりケース部材２０の面圧が不均一になることを回避できる。これにより、輪郭Ｃ１の周方向の位置によりケース部材の面圧に差が生じてハニカム担体にがたつきが発生するおそれがなくなり、このがたつきに起因する基材の経時的な変形が抑止される。

また、第１長径部ＬＤ１（又は第２長径部ＬＤ２）では、第１短径部ＳＤ１及び第２短径部ＳＤ２を含む輪郭Ｃ１に比しガス当たりが悪い。これは、ハニカム担体１０の中心軸Ｘに近い領域では排気流の密度が相対的に高く、中心軸Ｘから離れた領域ほど排気流の密度が相対的に低くなるような排気流の分布が生じることに起因する。このように輪郭Ｃ１上で他部に比し相対的にガス当たりが悪い第１長径部ＬＤ１（又は第２長径部ＬＤ２）に合口部３３が位置しているため、ガスリークが低減する。

また、本実施形態に係る排気浄化装置１では、溶接部２３は、輪郭Ｃ１のうち中心軸Ｘに対し短手方向ＳＤ一端側の一辺である第１短径部ＳＤ１、又は、短手方向ＳＤ他端側の一辺である第２短径部ＳＤ２に設けられることは好ましい。一般に輪郭Ｃ１が非真円形状である場合には、輪郭Ｃ１の周方向の面圧は、長径部（第１長径部ＬＤ１、第２長径部ＬＤ２）において相対的に高く、短径部（第１短径部ＳＤ１、第２短径部ＳＤ２）において相対的に低い。このように面圧が低い短径部にケース２０部材の溶接部２３が位置すると、溶接部２３のビードによる押圧作用によって低い面圧がある程度補償される。このため、本実施形態に係る排気浄化装置１では、輪郭Ｃ１の周方向の面圧の均一性が良好である。
但し、溶接部２３を第１短径部ＳＤ１、又は、第２短径部ＳＤ２に設けることは必須ではない。本発明では、マット３０の合口部３３が、非真円形状の基材断面の輪郭Ｃ１における第１長径部ＬＤ１（又は第２長径部ＬＤ２）に位置するように配置されていれば、上述のような効果を奏する。

尚、上記実施形態では、排気浄化装置１として、基材としてフロースルー型のハニカム担体を備えるものを例に説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、基材としてウォールフロー型のハニカム担体を備える排気浄化装置、即ち排気中の排気微粒子を捕集する排気浄化フィルタにも適用され得る。

Ｃ１…輪郭
ＬＤ１…第１長径部
ＬＤ２…第２長径部
ＳＤ１…第１短径部
ＳＤ２…第２短径部
１…排気浄化装置
１０…ハニカム担体（基材）
２０…ケース部材
３０…マット
３１、３２…端部
３３…合口

Claims (2)

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、
   排気浄化触媒が担持された柱状の基材と、
   前記基材を収容する筒状のケース部材と、
   前記基材と前記ケース部材との間において、前記基材の外周を囲むように設けられたマットと、を備え、
   前記基材の中心軸に交差する断面視における輪郭は、短手方向及び長手方向が定義される非真円形状であり、
   前記ケース部材は、前記マットの外周を囲む板材を両端で溶接することで形成され、
   前記マットは、前記基材の周面を囲んでその両端が対向する合口部が、前記輪郭のうち前記中心軸に対し前記長手方向一端側の一辺である長径部に設けられていることを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記ケース部材は、前記マットの外周を囲む板材を両端で溶接することで形成した溶接部を有し、
   前記溶接部は、前記輪郭のうち前記中心軸に対し前記短手方向一端側の一辺である短径部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。

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