JP2023178768A - 排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】破損を抑制し、かつ、圧力損失の増加を抑制しながら、排ガス処理体の移動を抑制することができる技術を提案する。【解決手段】排ガス浄化装置は、ケースと、排ガス処理体と、支持部材と、を備える。排ガス処理体は、柱状の形状であり、当該柱状の形状の長さ方向に延びる複数の孔を有する。支持部材は、ケースにおける排ガス処理体の下流に設けられる。排ガス処理体の複数の第１の孔には、当該排ガス処理体の下流側端部において、排ガスの流れを制限する目封じ部が形成されている。支持部材を排ガス処理体の端面に投影したときに、対向壁は、複数の第２の孔が形成された位置それぞれに貫通孔が形成されている。【選択図】図１

Description

本開示は、柱状の排ガス処理体を有する排ガス浄化装置に関する。

従来、触媒やパティキュレートフィルタ等の排ガス処理体を備える排ガス浄化装置が用いられている。特許文献１では、排ガス処理体であるフィルタの下流に、フィルタの下流への移動を抑制する支持部材（押さえ部材）を備える構成が開示されている。このような構成では、排ガス処理体が排ガスのガス圧や振動で下流に移動してしまうことが、排ガス処理体と押さえ部材とが当接することによって抑制される。

特開２００２－３０３１２６号公報

排ガス処理体の下流に支持部材が配置されていると、支持部材が排ガス処理体の出口部分を塞いでしまうことによって、排ガスの排気系における圧力損失が高くなってしまう可能性がある。しかし、特許文献１のように多数の貫通孔を全面に形成するなど、排ガスの通過可能な流路を多く形成すると、支持部材の強度低下に繋がり、破損しやすくなってしまう。

本開示の目的は、破損を抑制し、かつ、圧力損失の増加を抑制しながら、排ガス処理体の移動を抑制することができる技術を提案することである。

本開示の一態様は、排ガス浄化装置であって、ケースと、排ガス処理体と、支持部材と、を備える。排ガス処理体は、ケースに収容される。また排ガス処理体は、柱状の形状であり、当該柱状の形状の長さ方向に延びる複数の孔を有する。支持部材は、ケースにおける排ガス処理体の下流に設けられる。また支持部材は、排ガス処理体の下流側端面に対向して当該端面に沿って広がる対向壁を有する。排ガス処理体の複数の孔のうちの一部の孔である複数の第１の孔には、当該排ガス処理体の下流側端部において、排ガスの流れを制限する目封じ部が形成されている。支持部材を排ガス処理体の端面に投影したときに、対向壁は、複数の孔のうち複数の第１の孔以外の孔である複数の第２の孔が形成された位置それぞれに貫通孔が形成されている。

このような構成であれば、複数の第２の孔から排出された排ガスは、支持部材の貫通孔をスムーズに通過する。そのため、支持部材による排気系の圧力損失の増加量を低減できる。また、貫通孔が上述した配置であるから、圧力損失の増加抑制を効果的に実現できる結果、貫通孔が不要に増加することによる支持部材の強度低下を抑制することができる。したがって、上記支持部材の破損を抑制し、かつ、圧力損失の増加を抑制しながら、支持部材によって排ガス処理体の移動を抑制することができる。

上述した排ガス浄化装置において、対向壁には、排ガス処理体の複数の第１の孔それぞれに向かって延び出す複数の突起部が設けられていてもよい。複数の突起部は、目封じ部のそれぞれに刺し込まれていてもよい。

このような構成であれば、突起部によって、排ガス処理体と支持部材との位置がずれてしまうことを抑制できる。そのため、複数の第２の孔と複数の貫通孔との位置ずれの発生を抑制でき、圧力損失の増加をより好適に抑制することができる。

また上述した排ガス浄化装置において、対向壁は、排ガス処理体の下流側端面に当接していてもよい。このような構成であれば、複数の第２の孔から排出された排ガスが複数の貫通孔にスムーズに流れ込むため、圧力損失の増加をより好適に抑制することができる。

また上述した排ガス浄化装置において、支持部材を排ガス処理体の端面に投影したときに、複数の貫通孔それぞれの面積は、複数の第２の孔それぞれの面積よりも大きくてもよい。このような構成であれば、複数の貫通孔の面積が複数の第２の孔よりも小さいことに起因して圧力損失が増加してしまうことを抑制できる。

また上述した排ガス浄化装置において、支持部材を排ガス処理体の端面に投影したときに、複数の第２の孔の重心の位置は、複数の貫通孔の重心の位置と一致してもよい。このような構成であれば、複数の第２の孔から排出される排ガスが複数の貫通孔をスムーズに通過するため、圧力損失の増加をより好適に抑制することができる。

実施形態の排ガス浄化装置の、排ガスの流れ方向に沿った平面による断面模式図である。 実施形態の排ガス処理体を下流側から見た斜視図である。 実施形態の支持部材を上流側から見た斜視図である。 実施形態の支持部材を排ガス処理体の下流側端面に投影したときの図である。 変形例の支持部材を排ガス処理体の下流側端面に投影したときの図である。

以下に本開示の実施形態を図面と共に説明する。
［１．実施形態］
［１－１．排ガス浄化装置の構成］
図１に示す排ガス浄化装置１は、排ガスに含まれる環境汚染物質を処理するための装置である。本実施形態では、ガソリンエンジンの排ガスを処理する装置を例示する。排ガス浄化装置１は、ケース１１と、排ガス処理体１２と、支持部材１３と、を備える。図１において、排ガスは、左から右に向かって流れる。すなわち、排ガスの流れに関して、左側が上流側となる。

ケース１１は、排ガスの発生源であるガソリンエンジンからシステムの外部に至るまでの排ガス流路の一部を構成する。ケース１１は、全体として筒状の形状であり、本体部２１、入口部２２、及び出口部２３を有する。ケース１１は、例えば、金属で構成されていてもよい。

本体部２１は内部に排ガス処理体１２及び支持部材１３を収容する筒状の部分である。本体部２１は、例えば円筒状であってもよい。入口部２２及び出口部２３は、本体部２１よりも直径が小さい筒状である。なお図１においては、ケース１１は１つの部品として開示されているが、複数の部品により構成されていてもよい。例えば、本体部２１、入口部２２、及び出口部２３はそれぞれ別の部品であり、溶接等により接合されていてもよい。また、本体部２１において、排ガス処理体１２を保持する部分と、支持部材１３を保持する部分と、が別の部品であってもよい。

排ガス処理体１２は、ケース１１に収容されるガソリンパティキュレートフィルタである。排ガス処理体１２は、後述する目封じ部３３を含め、例えばコージライト等のセラミックスで構成されていてもよいが、具体的な材料は特に限定されない。

排ガス処理体１２は、図２に示されるように、円柱状の形状である。円柱状の排ガス処理体１２における下流側の端面を下流側端面１２ａとし、上流側の端面を上流側端面１２ｂとする。以下の説明において、長さ方向とは、上述した円柱状の形状に関する長さ方向、すなわち、下流側端面１２ａと上流側端面１２ｂとを結ぶ方向を意味する。

排ガス処理体１２は、円柱の長さ方向に延びる複数の孔を有する。複数の孔には、複数の第１の孔３１と、複数の第２の孔３２とが含まれる。複数の第１の孔３１は、排ガス処理体１２の複数の孔のうちの一部の孔であり、複数の第２の孔３２は、排ガス処理体１２の複数の孔のうち複数の第１の孔３１以外の孔である。

図１及び図２に示されるように、第１の孔３１及び第２の孔３２は、例えば孔の断面が矩形、或いは略正方形状をなし、交互に配置されてもよい。すなわち、第１の孔３１及び第２の孔３２は、格子状に配置され、第１の孔３１の隣には第２の孔３２が配置され、第２の孔３２の隣には第１の孔３１が配置される。なお図１及び図２では、理解を容易にするために、これらの孔を模式的に示している。例えば、第１の孔３１及び第２の孔３２の孔の広さは、図示される形状よりも排ガス処理体１２に対して相対的に小さくてもよく、その結果、より多数の孔が排ガス処理体１２に配置されていてもよい。

第１の孔３１は、上流側端面１２ｂに開口を有するが、下流側端面１２ａには開口を有していない。一方、第２の孔３２は、排ガス処理体１２の下流側端面１２ａに開口を有するが、上流側端面１２ｂには開口を有していない。

第１の孔３１には、排ガス処理体１２の下流側端部において、排ガスの流れを制限する目封じ部３３が形成されている。ここでいう下流側端部とは下流側端面１２ａの近傍を意味する。また第２の孔３２には、排ガス処理体１２の上流側端部において、排ガスの流れを制限する目封じ部３３が形成されている。ここでいう上流側端部とは上流側端面１２ｂの近傍を意味する。すなわち、上述した第１の孔３１及び第２の孔３２の開口の有無は、目封じ部３３の有無により区別される。排ガスは、上流側端面１２ｂに形成される第１の孔３１の開口から排ガス処理体１２内部に導入される。排ガスはその後、第１の孔３１と第２の孔３２を構成する壁面を通過して第１の孔３１から第２の孔３２に移動し、下流側端面１２ａに形成される第２の孔３２の開口から排出される。

目封じ部３３の形成方法は特に限定されない。排ガス処理体１２における他の部分と一体に形成されてもよいし、目封じ部３３のみ後から形成してもよい。また、目封じ部３３は排ガス処理体１２の他の部分と別の材料により形成されていてもよい。

排ガス処理体１２の外周面には、排ガス処理体１２を囲うようにマット３５が配置されている。マット３５は、耐熱性を有しており、また弾性変形する。排ガス処理体１２はマット３５を介してケース１１の内部に固定される。

支持部材１３は、ケース１１の内部における排ガス処理体１２の下流に設けられる。支持部材１３は、図１及び図３に示されるように、対向壁４１と、接続部４２と、を有する。支持部材１３は、例えば金属で構成されていてもよい。

対向壁４１は、排ガス処理体１２の下流側端面１２ａに対向し、下流側端面１２ａに沿って広がる円形の板状の部分である。接続部４２は、対向壁４１の外周に沿って設けられる筒状の部分である。対向壁４１は、排ガス処理体１２の下流側端面１２ａに当接している。なお、対向壁４１と排ガス処理体１２の下流側端面１２ａとの間に隙間があってもよい。

支持部材１３は、図１に示されるように、接続部４２がケース１１に当接しており、接続部４２とケース１１とが固定されることで支持部材１３のケース１１内での位置が固定される。なお、固定の方法は特に限定されないが、例えば溶接により固定されていてもよい。

対向壁４１には、複数の貫通孔４３が形成されている。図４は、支持部材１３を排ガス処理体の下流側端面１２ａに投影したときの投影図である。なお図４は、排ガス処理体１２及び支持部材１３を、上述した長さ方向を法線方向とする平面に投影したときの投影図とも言える。後述する図５においても同様である。図４では、支持部材１３の構成要素を実線で示し、排ガス処理体１２の構成要素を二点鎖線で示す。投影図において、支持部材１３の複数の貫通孔４３は、排ガス処理体１２の複数の第２の孔３２が形成された位置それぞれに形成されている。より詳細には、複数の貫通孔４３の外縁形状と、それらに対応する複数の第２の孔３２の外縁形状とは一致している。そのため、図４において、第２の孔３２を示す二点鎖線は省略されている。

また上記投影図において、任意の第２の孔３２の面積と、それに対応する貫通孔４３の面積は等しい。また、複数の第２の孔３２の重心の位置は、対応する複数の貫通孔４３の重心の位置と一致する。また、上記投影図において、複数の貫通孔４３は、複数の第２の孔３２の開口の設けられた範囲を閉塞しないように対向壁４１に形成されている。

対向壁４１のうち、複数の貫通孔４３が設けられていない部分は、閉塞部４４である。閉塞部４４は、投影図においては、少なくとも複数の第１の孔３１と重なる位置にある。支持部材１３の閉塞部４４には、対向壁４１から複数の第１の孔３１それぞれに向かって延び出す複数の針状の突起部４５が設けられている。複数の突起部４５は、図１に示されるように、複数の目封じ部３３のそれぞれに刺し込まれている。突起部４５は、目封じ部３３を貫通していてもよく、あるいは、目封じ部３３の内部に収まっていてもよい。

［１－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）本実施形態の排ガス浄化装置１では、排ガス処理体１２における複数の第２の孔３２が形成された位置に、複数の貫通孔４３が形成されている。そのため、複数の第２の孔３２から排出された排ガスは、支持部材１３の貫通孔４３をスムーズに通過する。これにより、支持部材１３による排気系の圧力損失の増加量を低減できる。また、貫通孔４３は複数の第２の孔３２に対応する位置にのみ形成されているため、貫通孔４３が不要に増加することによる支持部材１３の強度低下を抑制することができる。

（１ｂ）排ガス浄化装置１では、対向壁４１に設けられる突起部４５が目封じ部３３に刺し込まれている。そのため、排ガス処理体１２と支持部材１３との位置がずれてしまうことを抑制できる。具体的には、排ガス処理体１２と支持部材１３との相対的な位置が、排ガス処理体１２や接続部４２の周方向にずれること、及び、排ガス処理体１２の軸方向（長さ方向）にずれることを抑制できる。

また、予め排ガス処理体１２と支持部材１３とを組み付けてからケース１１に収容するという手順で排ガス浄化装置１を製造する場合に、組み付けた後にケース１１へ収容するときに排ガス処理体１２と支持部材１３の位置がずれてしまうことを抑制できる。

（１ｃ）排ガス浄化装置１では、支持部材１３の対向壁４１は、排ガス処理体１２の下流側端面１２ａに当接している。複数の第２の孔３２から排出された排ガスは、貫通孔４３以外に流れる流路がないため貫通孔４３にスムーズに流れ込む。そのため、圧力損失の増加をより好適に抑制することができる。

また、排ガス処理体１２と支持部材１３が当接した状態で突起部４５により固定されていることにより、例えばエンジンの振動によって排ガス処理体１２と支持部材１３が擦れて破損してしまうことを抑制できる。

（１ｄ）排ガス浄化装置１では、図４に示されるように、複数の貫通孔４３それぞれの面積は、複数の第２の孔３２それぞれの面積と等しく、また、形状も等しい。そのため、複数の貫通孔４３の面積が複数の第２の孔３２よりも小さいことに起因して圧力損失が増加してしまうことを抑制できる。

また、図４に示されるように、複数の第２の孔３２の重心の位置は、複数の貫通孔４３の重心の位置と重なっていることから、複数の第２の孔３２から排出される排ガスが複数の貫通孔４３をスムーズに通過する。そのため、圧力損失の増加をより好適に抑制することができる。

［２．その他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。

（２ａ）上記実施形態では、排ガス処理体１２として、ガソリンパティキュレートフィルタを例示したが、排ガスの処理に用いられるものであれば具体的な機能は限定されない。例えば、排ガス処理体は、ディーゼルエンジンから生じた排ガスの浄化を行うディーゼルパティキュレートフィルタでもよく、あるいはそれら以外の触媒であってもよい。

（２ｂ）上記実施形態では、排ガス処理体１２として、第１の孔３１及び第２の孔３２の大部分は断面が矩形である構成を例示した。しかしながら、排ガス処理体における孔の形状は特に限定されない。例えば、排ガス処理体に設けられる複数の孔は、断面が円形、四角形以外の多角形などの孔であってもよい。また上記実施形態では、排ガス処理体１２として、全体として円柱状である部材を例示した。しかしながら、排ガス処理体全体の形状は特に限定されない。例えば、排ガス処理体の全体形状は、断面が楕円や矩形の柱状であってもよい。

（２ｃ）上記実施形態では、図４に示される投影図において、第２の孔３２の形状と貫通孔４３の形状とが一致する構成を例示した。しかしながら、それらの形状は一致していなくてもよい。なお、投影図において、複数の貫通孔４３それぞれの面積が対応する複数の第２の孔３２それぞれの面積よりも大きく構成されている場合も、圧力損失の増加を抑制できる。例えば、図５に示される支持部材１１３では、貫通孔１４３の面積が第２の孔３２よりも大きい。なお支持部材１１３では、複数の第２の孔３２の開口部分に対向壁１４１が被らず、全く閉塞しないように構成されているため、支持部材１１３による圧力損失の上昇を極めて小さくすることができる。

また、対向壁４１において、貫通孔が、複数の第２の孔３２に対応する位置以外にも形成されていてもよい。つまり、第２の孔３２が設けられていない位置に貫通孔が設けられていてもよい。また、複数の貫通孔４３と複数の第２の孔３２の位置は、僅かにずれていてもよい。一方、複数の第２の孔３２が、貫通孔に対応する位置以外にも形成されていてもよい。

（２ｄ）上記実施形態では、対向壁４１から突起部４５が延び出す構成を例示したが、突起部４５は設けられていなくてもよい。また、突起部４５の数や設けられる位置は特に限定されない。また、突起部の具体的な形状は特に限定されない。例えば棒状であってもよい。また、突起部４５以外の構造によって排ガス処理体１２と支持部材１３とが固定されていてもよい。例えば、排ガス処理体１２と支持部材１３とが接着剤で固定されていてもよい。

（２ｅ）上記実施形態では、排ガス処理体１２と支持部材１３とが当接している構成を例示した。しかしながら、排ガス処理体１２と支持部材１３との間に間隔を有していてもよい。

（２ｆ）上記実施形態では、支持部材１３として、円形の板状の対向壁４１と、筒状の接続部４２と、を備える構成を例示した。しかしながら、支持部材は、支持部材を排ガス処理体の端面に投影したときに、複数の第２の孔が形成された位置それぞれに貫通孔が形成されていれば、その具体的な構成や形状は特に限定されない。例えば、対向壁の形状は円形でなくてもよいし、対向壁が大きな厚さを有していてもよい。接続部は筒状でなくてもよく、対向壁をケース内の所定の位置に固定することができればよい。

（２ｇ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

［本明細書が開示する技術思想］
［項目１］
排ガス浄化装置であって、
ケースと、
前記ケースに収容され、柱状の形状であり、当該柱状の形状の長さ方向に延びる複数の孔を有する排ガス処理体と、
前記ケースにおける前記排ガス処理体の下流に設けられ、前記排ガス処理体の下流側端面に対向して当該端面に沿って広がる対向壁を有する支持部材と、を備え、
前記排ガス処理体の前記複数の孔のうちの一部の孔である複数の第１の孔には、当該排ガス処理体の下流側端部において、排ガスの流れを制限する目封じ部が形成されており、
前記支持部材を前記排ガス処理体の前記端面に投影したときに、前記対向壁は、前記複数の孔のうち前記複数の第１の孔以外の孔である複数の第２の孔が形成された位置それぞれに貫通孔が形成されている、排ガス浄化装置。
［項目２］
項目１に記載の排ガス浄化装置であって、
前記対向壁には、前記排ガス処理体の前記複数の第１の孔それぞれに向かって延び出す複数の突起部が設けられており、
前記複数の突起部は、前記目封じ部のそれぞれに刺し込まれている、排ガス浄化装置。
［項目３］
項目１又は項目２に記載の排ガス浄化装置であって、
前記対向壁は、前記排ガス処理体の下流側端面に当接している、排ガス浄化装置。
［項目４］
項目１から項目３のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置であって、
前記支持部材を前記排ガス処理体の前記端面に投影したときに、複数の前記貫通孔それぞれの面積は、前記複数の第２の孔それぞれの面積よりも大きい、排ガス浄化装置。
［項目５］
項目１から項目４のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置であって、
前記支持部材を前記排ガス処理体の前記端面に投影したときに、前記複数の第２の孔の重心の位置は、複数の前記貫通孔の重心の位置と一致する、排ガス浄化装置。

１…排ガス浄化装置、１１…ケース、１２…排ガス処理体、１２ａ…下流側端面、１２ｂ…上流側端面、１３，１１３…支持部材、２１…本体部、２２…入口部、２３…出口部、３１…第１の孔、３２…第２の孔、３３…目封じ部、３５…マット、４１，１４１…対向壁、４２…接続部、４３，１４３…貫通孔、４４…閉塞部、４５…突起部。

Claims (5)

1. 排ガス浄化装置であって、
   ケースと、
   前記ケースに収容され、柱状の形状であり、当該柱状の形状の長さ方向に延びる複数の孔を有する排ガス処理体と、
   前記ケースにおける前記排ガス処理体の下流に設けられ、前記排ガス処理体の下流側端面に対向して当該端面に沿って広がる対向壁を有する支持部材と、を備え、
   前記排ガス処理体の前記複数の孔のうちの一部の孔である複数の第１の孔には、当該排ガス処理体の下流側端部において、排ガスの流れを制限する目封じ部が形成されており、
   前記支持部材を前記排ガス処理体の前記端面に投影したときに、前記対向壁は、前記複数の孔のうち前記複数の第１の孔以外の孔である複数の第２の孔が形成された位置それぞれに貫通孔が形成されている、排ガス浄化装置。
2. 請求項１に記載の排ガス浄化装置であって、
   前記対向壁には、前記排ガス処理体の前記複数の第１の孔それぞれに向かって延び出す複数の突起部が設けられており、
   前記複数の突起部は、前記目封じ部のそれぞれに刺し込まれている、排ガス浄化装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の排ガス浄化装置であって、
   前記対向壁は、前記排ガス処理体の下流側端面に当接している、排ガス浄化装置。
4. 請求項１又は請求項２に記載の排ガス浄化装置であって、
   前記支持部材を前記排ガス処理体の前記端面に投影したときに、複数の前記貫通孔それぞれの面積は、前記複数の第２の孔それぞれの面積よりも大きい、排ガス浄化装置。
5. 請求項１又は請求項２に記載の排ガス浄化装置であって、
   前記支持部材を前記排ガス処理体の前記端面に投影したときに、前記複数の第２の孔の重心の位置は、複数の前記貫通孔の重心の位置と一致する、排ガス浄化装置。