JP6393340B2 - 内燃機関の排気浄化装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
これにより、ハニカム担体の外周目封じ部に傾斜部又は段差部を設け、該傾斜部又は段差部をケース部材の内壁に引っ掛けるという簡単な構造で、メッシュリング等の部品を用いることなくハニカム担体をケース部材内に確実に保持できる。即ち、従来のように外周側面を研削して凸部を形成する必要が無いため、製造工程が簡素化され、製造コストを削減できる。
特に、コーディエライトからなるハニカム担体を用いた場合にあっては、外皮を再度形成する必要がなくなるため、製造工程がより簡素化され、製造コストをより削減できる。またこの場合には、目封じされた外周目封じ部内に傾斜部又は段差部を形成するため、触媒担持工程における外周側面からの触媒漏れや使用時における外周側面からの排気漏れを確実に防止できる。
これにより、目封じにより圧損が大きくなりケース部材内での保持が困難になるフィルタであっても、十分な目封じ深さを有する外周目封じ部内に傾斜部又は段差部を形成できるため、余分な部品の追加や複雑な加工無しでフィルタをケース部材内で確実に保持できる。
ここで、外周目封じ部の一部を研削又は切削することで傾斜部を形成する場合には、外周目封じ部の目封じ深さをある程度の大きさ確保する必要があるところ、外周目封じ部のみ目封じ深さを長くするには煩雑な工程を要する。その一方で、目封じ工程を簡易化して1回の目封じによって、外周目封じの目封じ深さに合わせて径方向中央部の目封じ深さも長くすると、必要なフィルタ容量を確保できなくなり圧損を招く。
これに対して本発明によれば、外周目封じ部と径方向中央部とを1回の目封じで同時に目封じすることで両部の中心軸方向内側の各端面の位置が略同一の場合(即ち、両部の目封じ深さが同一の場合)であっても、目封じ深さの長い一方の端面において、径方向外周部に傾斜部又は段差部を形成することで目封じを維持でき、外周目封じ部を形成できる。従って、目封じ工程の工数を削減でき、製造コストを抑制できる。
また、他方の端面の目封じ深さを短くすることで、フィルタ容量を確保でき、圧損の悪化を回避できる。
この発明によれば、外周目封じ部におけるセルの開口面積が中央部におけるセルの開口面積よりも小さいため、目封じ工程において目封じ剤をセル内に流し込む際の毛細管現象により、1回の目封じ工程で外周目封じ部の方が中央部よりも目封じ深さが深いものを製造することができる。即ち、煩雑な工程を要せずに、研削又は切削により傾斜部又は段差部が形成される外周目封じ部の目封じ深さを十分確保することができ、製造コストを削減できる。
また、外周目封じ部の方がセルの開口面積が小さいことから、隣接するセル間の隔壁の厚さを厚くできるため、外周部の機械的強度を向上でき、ハニカム担体の外縁部等の破損を抑制できる。
これにより、排気が流通し難い径方向外周部への排気浄化触媒の担持をしないことで、無駄な排気浄化触媒の担持を回避でき、製造コストをより削減できる。
これにより、排気の流入側(上流側)端面における傾斜部にはケース部材との間に保持部材が介装されていないため、径方向外周部におけるウォールフロー部には排気が流入しやすく、粒子状物質(PM)や灰分(ASH)が優先して捕集される。
ここで、粒子状物質(PM)や灰分(ASH)がハニカム担体内に堆積すると圧損の上昇や排気浄化触媒の閉塞による排気浄化機能の低下を招き、排気浄化装置の寿命を低下させる。特に灰分(ASH)は燃焼することなく堆積し続けるため問題となる。
これに対して本発明によれば、径方向外周部におけるウォールフロー部を粒子状物質(PM)や灰分(ASH)を優先して捕集する機能を有する捕集部として有効に活用できる。また、径方向外周部におけるウォールフロー部に粒子状物質(PM)や灰分(ASH)が堆積し圧損が上昇した後は、排気は径方向中央部におけるウォールフロー部に流入し、粒子状物質(PM)や灰分(ASH)が捕集され、また三元浄化触媒により排気浄化されるため、長寿命の排気浄化装置が得られる。
これにより、排気の流入側(上流側)端面における傾斜部にはケース部材との間に保持部材が介装されているため、径方向外周部におけるウォールフロー部には粒子状物質(PM)や灰分(ASH)が流入することが無い。また、下流側の傾斜部にはケース部材との間に保持部材が介装されていないため、径方向外周部におけるウォールフロー部から下流側に排気が流出しやすい。
ここで、粒子状物質(PM)や灰分(ASH)がハニカム担体内に堆積すると圧損の上昇や三元触媒の閉塞による排気浄化機能の低下を招き、排気浄化装置の寿命を低下させる。特に灰分(ASH)は燃焼することなく堆積し続けるため問題となる。
これに対して本発明によれば、径方向外周部におけるウォールフロー部には、径方向中央部におけるウォールフロー部と同等の量の三元触媒が担持され、且つ粒子状物質(PM)や灰分(ASH)が流入することが無い。従って径方向中央部におけるウォールフロー部に粒子状物質(PM)や灰分(ASH)が堆積し圧損が上昇した後は、排気は径方向外周部におけるウォールフロー部に流入し、担持された三元触媒によって排気浄化され下流側に流出しやすい。よって排気浄化装置全体としての圧損の上昇や三元触媒の閉塞による排気浄化機能の低下が抑制され、長寿命の排気浄化装置が得られる。
この発明によれば、保持部材の位置決めが容易となる。即ち、保持部材の径方向中央部へのはみ出しや、径方向外周部の保持部材による介装が不十分となることを確実に防止できる。従って、より確実な排気浄化機能が得られる。
先ず、ケース傾斜部を形成する前の円筒状のケース部材内に、その外周側面全体の全周に亘って保持部材が巻回されたハニカム担体を挿入する。次いで、ケース部材の中心軸方向の両端を、その外周側面側からプレス成形により押圧して縮径することで、ケース傾斜部を形成する。これにより、ケース傾斜部を有するケース部材が製造される。
また、ケース傾斜部がハニカム担体の傾斜部の形状に十分に沿った形状とならないため、ハニカム担体の保持が不十分となるおそれがある。また、ケース傾斜部の周辺において材料の流動が偏る(肉が集まる)ことで、ケース傾斜部にシワが発生するおそれがある。さらには、これら傾斜部周辺における保持部材にもシワが発生し、保持部材のハニカム担体に対する面圧が過大となる結果、ハニカム担体が破損するおそれがある。
図1は、本発明の第1実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の斜視図である。本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置1は、図示しない内燃機関(以下、「エンジン」という。)の排気管に設けられ、該排気管を流通する排気中の粒子状物質(以下、「PM」という。)を捕集するガソリンパティキュレートフィルタ(以下、「GPF」という。)である。
図1に示すように、排気浄化装置1は、ハニカム担体11と、ケース部材12と、を備える。
ハニカム担体11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。
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11の気孔(細孔)径や気孔(細孔)率については、その隔壁が排気中のPMを濾過する濾過材として機能する範囲内で、適宜設定される。
なお、ハニカム担体11のより詳細な構造については、後段で詳述する。
このケース部材12は、例えばSUS等の金属から構成される。
なお、延出部120,120は、各ケース半体の周方向の端縁を外方に屈曲させてフランジ状としたもの同士を突き合わせ溶接することにより形成される。
図2に示すように、ハニカム担体11は、保持部材13を介してケース部材12内に格納されている。より詳しくは、ハニカム担体11は、後述する傾斜部112a,112bを含めた外周側面全体の全周に亘って、マット状の保持部材13が巻回された状態で、ケース部材12内に格納される。
図3に示すように、ハニカム担体11は、その径方向(中心軸X方向に直交する方向で図1の左右方向)の外周部と中央部の構造が相違する特徴を有している。
なお、外周目封じ部111a,111bでは、後述の径方向中央部Cのウォールフロー部Wの目封じ剤と同様の目封じ剤により目封じされる。目封じ剤としては、例えばコーディエライト粉末と接着剤等とを混合してなる従来公知の目封じ剤が用いられる。
なお、上述した通り、外周目封じ部111a,111bの目封じの深さD1の方が、径方向中央部Cの目封じの深さD2よりも深く設定されている。
具体的手順としては、先ず、ハニカム担体11の中心軸X方向の一方の端面の外周部(径方向外周部P)をクランプシール部材50,50でシールした状態で、三元触媒を含有するスラリー60中に浸漬させる。次いで、他方の端面の径方向中央部Cから吸引する。これにより、ウォールフロー部Wにのみ三元触媒が担持される。
以上により、排気浄化装置1が製造される。
本実施形態では、ハニカム担体11の中心軸X方向の両端面110a,110bの径方向外周部Pにおけるセルの開口部Ca,Cbを所定深さD1目封じすることで、外周目封じ部111a,111bを形成した。また、該外周目封じ部111a,111bにおいて、その外周縁側ほど中心軸X方向の長さが小さくなる方向に傾斜部112a,112bを形成した。さらには、該傾斜部112a,112bが保持部材13を介してケース部材12の内壁に引っ掛かるようにして、ハニカム担体11をケース部材12内に保持した。
これにより、ハニカム担体11の外周目封じ部111a,111bに傾斜部112a,112bを設け、該傾斜部112a,112bをケース部材12の内壁に引っ掛けるという簡単な構造で、メッシュリング等の部品を用いることなくハニカム担体11をケース部材12内に確実に保持できる。即ち、従来のように外周側面を研削して凸部を形成する必要が無いため、製造工程が簡素化され、製造コストを削減できる。
特に、コーディエライトからなるハニカム担体11を用いた場合にあっては、外皮を再度形成する必要がなくなるため、製造工程がより簡素化され、製造コストをより削減できる。またこの場合には、目封じされた外周目封じ部111a,111b内に傾斜部112a,112bを形成するため、触媒担持工程における外周側面からの触媒漏れや使用時における外周側面からの排気漏れを確実に防止できる。
これにより、目封じにより圧損が大きくなりケース部材12内での保持が困難になるGPFであっても、十分な目封じ深さD1を有する外周目封じ部111a,111b内に傾斜部112,112bを形成できるため、余分な部品の追加や複雑な加工無しでGPFをケース部材12内で確実に保持できる。
これにより、排気が流通し難い径方向外周部Pに三元触媒を担持しないことで、無駄な三元触媒の担持を回避でき、製造コストをより削減できる。
図5は、本発明の第2実施形態に係る排気浄化装置2の軸方向断面図である。
図5に示すように、本実施形態に係る排気浄化装置2は、第1実施形態に係る排気浄化装置1と比べて、外周目封じ部211a,211bの構成が相違する以外は、同一の構成である。
本実施形態によれば、第1実施形態の効果と同様の効果が奏される。
図6は、本発明の第3実施形態に係る排気浄化装置3の軸方向断面図である。
図6に示すように、本実施形態に係る排気浄化装置3は、第1実施形態に係る排気浄化装置1と比べて、ハニカム担体31の径方向中央部Cが目封じされていない点が相違する以外は、同一の構成である。即ち、本実施形態のハニカム担体31は、フィルタではなく、フロースルー型の触媒コンバータである。
本実施形態によれば、第1実施形態の効果と同様の効果が奏される。
なお本実施形態では、担持される排気浄化触媒としては、三元触媒に限定されず、酸化触媒やNOx触媒等の各種排気浄化触媒を用いることができる。
本発明の第4実施形態に係る排気浄化装置は、第1実施形態に係る排気浄化装置1と比べて、ハニカム担体41の構成が相違する以外は、同一の構成である。以下、ハニカム担体41の構成について、図7を参照しながら説明する。ここで、図7は、本実施形態に係る排気浄化装置の製造方法を示す図である。
即ち本実施形態では、ハニカム担体41として、その中心軸X方向に直交する径方向中央部Cにウォールフロー部Wを有するGPFを用いるとともに、外周目封じ部411a,411bにおけるセルの開口面積を、径方向中央部Cにおけるセルの開口面積よりも小さく形成した。またこれにより、外周目封じ部411a,411bにおける目封じの中心軸X方向内側の端面413a,413bが、径方向中央部Cにおける目封じの中心軸X方向内側の端面414a,414bよりも、中心軸X方向の位置が中心軸X方向内側に位置するように配置した。即ち、外周目封じ部411a,411bの目封じ深さを径方向中央部Cの目封じ深さよりも深くした。
本実施形態によれば、外周目封じ部411a,411bにおけるセルの開口面積が径方向中央部Cにおけるセルの開口面積よりも小さいため、目封じ工程において目封じ剤をセル内に流し込む際の毛細管現象により、1回の目封じ工程で外周目封じ部411a,411bの方が径方向中央部Cよりも目封じ深さが深いものを製造することができる。即ち、煩雑な工程を要せずに、研削又は切削により傾斜部412a,412bが形成される外周目封じ部411a,411bの目封じ深さを十分確保することができ、製造コストを削減できる。
また、外周目封じ部411a,411bの方がセルの開口面積が小さいことから、隣接するセル間の隔壁の厚さを厚くできるため、径方向外周部Pの機械的強度を向上でき、ハニカム担体41の外縁部等の破損を抑制できる。
本発明の第5実施形態に係る排気浄化装置は、第1実施形態に係る排気浄化装置1と比べて、ハニカム担体51の構成が相違する以外は、同一の構成である。以下、ハニカム担体51の構成について、図8を参照しながら説明する。ここで、図8は、本実施形態に係るハニカム担体51の軸方向断面図である。
また、外周目封じ部511aは、第1実施形態のハニカム担体11の外周目封じ部111aと異なり、全てのセルの開口が目封じされている。
なお、本実施形態に係るハニカム担体51では、第1実施形態のハニカム担体11と異なり、他方の端面510bの傾斜部512bの径方向外側は目封じされていない。即ち、外周目封じ部511bは、傾斜部512bの径方向内側の一部にしか設けられていない。
ここで、図9は、本実施形態に係る排気浄化装置の製造方法を示す図である。図9に示すように、本実施形態に係る排気浄化装置の製造方法は、第1実施形態と同様に、(a)成形工程と、(b)目封じ工程と、(c)加工工程と、(d)触媒担持工程と、図示しない格納工程と、を備える。本実施形態に係る排気浄化装置の製造方法は、第1実施形態と比べて、(b)目封じ工程、(c)加工工程及び(d)触媒担持工程が相違する。
本実施形態では、ハニカム担体51として、その中心軸X方向に直交する径方向中央部Cにウォールフロー部Wを有するGPFを用いるとともに、外周目封じ部511aにおける目封じの中心軸X方向内側の端面513aと、一方の端面510aの径方向中央部Cにおける目封じの中心軸X方向内側の端面514aを、中心軸X方向の位置が略同一となるように形成した。さらには、中心軸X方向の他方の端面510bの径方向中央部Cにおける目封じの深さを、一方の端面510aの径方向中央部Cにおける目封じの深さよりも短くした。
ここで、外周目封じ部の一部を研削又は切削することで傾斜部を形成する場合には、外周目封じ部の目封じ深さをある程度の大きさ確保する必要があるところ、外周目封じ部のみ目封じ深さを長くするには煩雑な工程を要する。その一方で、目封じ工程を簡易化して1回の目封じによって、外周目封じの目封じ深さに合わせて径方向中央部の目封じ深さも長くすると、必要なフィルタ容量を確保できなくなり圧損を招く。
これに対して本実施形態によれば、外周目封じ部511aと径方向中央部Cとを1回の目封じで同時に目封じすることで両部の中心軸方向内側の各端面513a,514aの位置が略同一の場合(即ち、両部の目封じ深さが同一の場合)であっても、目封じ深さの長い一方の端面510aにおいて、径方向外周部Pに傾斜部512aを形成することで目封じを維持でき、外周目封じ部511aを形成できる。従って、目封じ工程の工数を削減でき、製造コストを抑制できる。
また、他方の端面510bの目封じ深さを短くすることで、フィルタ容量を確保でき、圧損の悪化を回避できる。
さらには、本実施形態のハニカム担体51の一方の端面510a側を排気流出側(下流側)に配置し、他方の端面510b側を排気流入側(上流側)に配置することにより、全目封じされた一方の端面510aの外周目封じ部511aが下流側に配置されることとなるため、粒子状物質(PM)や灰分(ASH)が下流側に流出するのをより確実に回避できる。
図10は、本発明の第6実施形態に係る排気浄化装置6の軸方向断面図である。
図10に示すように、本実施形態に係る排気浄化装置6は、第1実施形態に係る排気浄化装置1と比べて、保持部材13及びウォールフロー部W1,W2の構成が相違する以外は、同一の構成である。
具体的手順としては、先ず、ハニカム担体61の中心軸X方向の一方の端面の外周部(径方向外周部P)をクランプシール部材でシールした状態で、三元触媒を含有するスラリー中に浸漬させる。次いで、いずれか一方の端面の径方向中央部Cから吸引する。さらに、クランプシール部材を外し、再度同様に吸引する。
あるいは、径方向中央部Cよりも径方向外周部Pの吸引力を低く設定して吸引を実行する。
これにより、径方向外周部Pに担持される三元触媒量が径方向中央部Cに担持される三元触媒量よりも少ないハニカム担体61が得られる。
即ち本実施形態における排気浄化装置6においては、保持部材13が、ケース部材12とハニカム担体61の一方の端面610aにおける傾斜部612aとの間に介装されず、ケース部材12と他方の端面610bにおける傾斜部612bの間に介装されている。また、下流側の傾斜部612bは保持部材13で介装されているため、保護部材13を介してケース部材12のケース傾斜部121bの内壁に引っ掛かることで、ハニカム担体61はケース部材12内に保持される。このハニカム担体61の一方の端面610aを排気流入側(上流側)に配置することで、保持部材13が介装されていない傾斜部612aから径方向外周部Pにおけるウォールフロー部W2に排気が流入しやすい。
ここで、粒子状物質(PM)や灰分(ASH)がハニカム担体内に堆積すると圧損の上昇や三元触媒の閉塞による排気浄化機能の低下を招き、排気浄化装置の寿命を低下させる。特に灰分(ASH)は燃焼することなく堆積し続けるため問題となる。
これに対して本実施形態によれば、排気が流入しやすい径方向外周部Pにおけるウォールフロー部W2に、粒子状物質(PM)や灰分(ASH)が優先して捕集される。即ちウォールフロー部W2を、粒子状物質(PM)や灰分(ASH)捕集機能を有する捕集部として有効に活用できる。ウォールフロー部W2に粒子状物質(PM)や灰分(ASH)が堆積し圧損が上昇した後は、排気はウォールフロー部W1に流入し、ウォールフロー部W1により粒子状物質(PM)や灰分(ASH)が捕集され、また三元浄化触媒により排気浄化されるため、長寿命の排気浄化装置が得られる。
さらには、本実施形態のハニカム担体61では、ウォールフロー部W2に担持される三元触媒量がウォールフロー部W1に担持される三元触媒量よりも少ない。ウォールフロー部W2に担持される三元触媒量を低減することで、ウォールフロー部W2の圧損が低くなるため、粒子状物質(PM)や灰分(ASH)がより優先してウォールフロー部W2に捕集される。従ってウォールフロー部W2の捕集部としての機能がより確実に発揮される。また、ウォールフロー部W2は前述のように捕集部としての機能を主に有するため、三元触媒の担持量を少なく設定しても排気浄化装置全体としての排気浄化機能は殆ど変化しない。従ってウォールフロー部W2に担持させる三元触媒量を少なくすることで、無駄な排気浄化触媒の担持を回避でき、製造コストを抑制できる。
図11は、本発明の第7実施形態に係る排気浄化装置7の軸方向断面図である。
図11に示すように、本実施形態に係る排気浄化装置7は、第1実施形態に係る排気浄化装置1と比べて、保持部材13及びウォールフロー部W1,W2の構成が相違する以外は、同一の構成である。
なお、第6実施形態のハニカム担体61とは異なり、ウォールフロー部W1に担持されている三元触媒とウォールフロー部W2に担持されている三元触媒の量は同等である。
具体的には、本実施形態の(d)触媒担持工程では、径方向中央部Cにおけるウォールフロー部W1と径方向外周部Pにおけるウォールフロー部W2に担持される三元触媒量が同等となるように三元触媒を担持する。
即ち本実施形態における排気浄化装置7においては、保持部材13が、ケース部材12とハニカム担体71の一方の端面710aにおける傾斜部712aとの間に介装され、ケース部材12と他方の端面710bにおける傾斜部712bの間には介装されていない。さらにハニカム担体71の一方の端面710aを排気流入側(上流側)に配置することで、保持部材13が介装されている傾斜部712aから径方向外周部Pにおけるウォールフロー部W2に粒子状物質(PM)や灰分(ASH)が流入することが無い。また、下流側の傾斜部712bは保持部材13が介装されていないため、ウォールフロー部W2から下流側に排気が流出しやすい。
ここで、粒子状物質(PM)や灰分(ASH)がハニカム担体内に堆積すると圧損の上昇や三元触媒の閉塞による排気浄化機能の低下を招き、排気浄化装置の寿命を低下させる。特に灰分(ASH)は燃焼することなく堆積し続けるため問題となる。
これに対して本実施形態によれば、ウォールフロー部W2にはウォールフロー部W1と同等の量の三元触媒が担持され、且つ粒子状物質(PM)や灰分(ASH)が流入することが無い。従ってウォールフロー部W1に粒子状物質(PM)や灰分(ASH)が堆積し圧損が上昇した後は、排気はウォールフロー部W2に流入し、ウォールフロー部W2に担持された三元触媒によって排気浄化され下流側に流出しやすい。よって排気浄化装置全体としての圧損の上昇や三元触媒の閉塞による排気浄化機能の低下が抑制され、長寿命の排気浄化装置が得られる。
図12は、本実施形態に係る排気浄化装置8の軸方向断面図である。
本発明の第8実施形態に係る排気浄化装置8は、第1実施形態に係る排気浄化装置1と比べて、ハニカム担体81の構成が相違する以外は、同一の構成である。
本発明の第9実施形態に係る排気浄化装置9は、第1実施形態に係る排気浄化装置1と比べて、ケース部材92の構成が相違する以外は、第1実施形態と同一の構成である。以下、ケース部材92の構成について、図13及び図14を参照して説明する。ここで、図13は、本発明の第9実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置9の斜視図である。図14は、本発明の第9実施形態に係る排気浄化装置9の軸方向断面図である。
このケース部材92は、第1実施形態のケース部材12と同様に、ハニカム担体11の傾斜部112a,112bに沿って形成されたケース傾斜部92a,92bを備える。即ち、ケース部材92の中心軸X方向の両端には、ケース部材92の開口側(排気の流入側又は流出側)に向かうに従い徐々に縮径する方向に傾斜する傾斜平面が形成されたケース傾斜部92a,92bが設けられている。
これら凸部92c,92cは、それぞれ、ケース傾斜部92a,92bからケース部材92の開口側とは反対側(即ちハニカム担体11の中心軸X方向内側)の近傍において、周方向に延びて全周に亘って形成されている。また、これら凸部92c,92cは、その内面が外側に凸となるように、ケース部材92の外面から外側に突出して形成されている。
また、凸部92c,92cの高さは、3mm以上20mm以下であることが好ましい。92c,92cの高さがこの範囲内であれば、後述するようにケース傾斜部92a,92bを成形する際に流動する材料を凸部92c,92cに逃すことができる。
先ず、ケース傾斜部92a,92bを形成する前の円筒状のケース部材内に、その外周側面全体に亘って保持部材13が全周巻回されたハニカム担体11を挿入する。次いで、ケース部材92の中心軸X方向の両端を、その外面側からプレス成形により押圧して縮径することで、ケース傾斜部92a,92bを形成する。これにより、ケース傾斜部92a,92bを有するケース部材92が製造される。
また、ケース傾斜部がハニカム担体の傾斜部の形状に十分に沿った形状とならないため、ハニカム担体の保持が不十分となるおそれがある。また、ケース傾斜部の周辺において材料の流動が偏る(肉が集まる)ことで、ケース傾斜部にシワが発生するおそれがある。さらには、これら傾斜部周辺における保持部材にもシワが発生し、保持部材のハニカム担体に対する面圧が過大となる結果、ハニカム担体が破損するおそれがある。これらのシワは、例えば所謂2BEDタイプのケース部材において、上流側の排気浄化装置(1BED)と下流側の排気浄化装置(2BED)との間の中間部分にも顕著に発生する。
しかしながらこの場合には、ハニカム担体11や保持部材13の位置調整が困難である。また、ケース半体121,122を突き合わせ溶接する際に保持部材13の噛み込みが生じ易く、保持部材13の噛み込みによりハニカム担体11に対する面圧が過大となってハニカム担体11が破損するおそれがある。
本実施形態に係る排気浄化装置9の第1の製造方法は、第1実施形態の製造方法と比べて、格納工程が相違する以外は同一である。
図15に示すように第1の製造方法では、ケース部材92のプレス成形において、ハニカム担体11の傾斜部112aに沿った形状の金型傾斜部931と、周方向に延びる凹部932と、がハニカム担体11の中心軸X方向の両端の金型面93a側に形成された金型93を用いる。
本実施形態に係る排気浄化装置9の第2の製造方法は、第1の製造方法と同様に、格納工程のみが第1実施形態と相違する。
本実施形態の格納工程では、先ず第1の製造方法と同様に、ケース傾斜部92a,92bを形成する前の円筒状のケース部材内に、その外周側面全体に亘って保持部材13が全周巻回されたハニカム担体11を挿入する。次いで、ケース部材92の中心軸X方向の両端を、プレス成形ではなくスピニング成形により、その外面側から押圧して縮径することで、ケース傾斜部92a,92b及び凸部92c,92cを形成する。これにより、ケース傾斜部92a,92b及び凸部92c,92cを有するケース部材92が製造される。
図16に示すように第2の製造方法では、ケース部材92のスピニング成形において、ハニカム担体11を内部に収容した円筒状のケース部材をその中心軸Xを回転軸として回転させる図示しない回転機構と、ケース部材の外面に押し付けて塑性変形させるための複数のローラ94と、を備えるスピニング成形装置を用いる。なお、本実施形態で用いるスピニング成形装置ではローラ94を用いたが、ローラ94の代わりにへら等を用いてもよい。
次いで、上記ケース部材を回転させた状態で、ケース部材の開口端部920周りの外面に対して、該開口端部920を囲繞するように配置した複数(例えば3つ)のローラ94を径方向内側に向かって押し付ける。
本発明の第10実施形態に係る排気浄化装置10は、第9実施形態に係る排気浄化装置9と比べて、ケース部材102の凸部102cの構成が相違する以外は、第9実施形態と同一の構成である。以下、ケース部材102の凸部102cの構成について、図17を参照して説明する。ここで、図17は、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置10の斜視図である。
なお、本実施形態では凸部102cは1つしか形成されていないが、周方向に互いに離間して複数形成されていてもよい。
本実施形態に係る排気浄化装置10の第1の製造方法は、第9実施形態の第1の製造方法と比べて、格納工程で用いる金型の構成が相違する以外は同一である。
具体的には、本実施形態に係る第1の製造方法の格納工程で用いる金型は、中心軸X方向の両端の金型面側に形成され且つハニカム担体11の傾斜部112aに沿った形状の金型傾斜部と、両端の金型傾斜部間に跨って金型面側に形成され且つ中心軸X方向に延びる凹部と、を有し、周方向に複数分割された割型の金型を用いる。これにより、中心軸X方向に延びる凸部102cを形成することができ、第9実施形態と同様の効果が奏される。
本実施形態に係る排気浄化装置10の第2の製造方法は、上述した本実施形態に係る第1の製造方法と比べて、格納工程で用いる金型の構成が相違する以外は同一である。
具体的には、本実施形態に係る第2の製造方法の格納工程で用いる金型は、金型面に凹部が形成されていない割型の金型であり、この金型を複数、周方向に並べて環状に配置する際に、周方向の一部にやや大きな隙間が形成されるようにして配置する。これにより、かかる隙間に、プレス成形時に流動する材料が流れ込む結果、凸部102cを形成することができる。
同様に、第10実施形態では凸部を中心軸方向に延びるように1つ形成したが、これに限定されない。例えば中心軸方向に延びる凸部を周方向に互いに離間して複数形成してもよい。
また、周方向に延びる凸部と中心軸方向に延びる凸部の両方を形成してもよい。
11,21,31,41,51,61,71,81…ハニカム担体
12,92,102…ケース部材
13…保持部材
92a,92b,102a,102b…ケース傾斜部
92c,102c…凸部
110a,210a,310a,510a,610a,710a,810a…中心軸X方向の端面(排気の流入側端面)
110b,210b,310b,510b,610b,710b,810b…中心軸X方向の端面(排気の流出側端面)
111a,111b,211a,211b,311a,311b,411a,411b,511a,511b,611a,611b,711a,711b,811a,811b…外周目封じ部
112a,112b,212a,212b,312a,312b,412a,412b,512a,512b,612a,612b,712a,712b,812a,812b…傾斜部
813a,813b…垂直部
C…径方向中央部(中央部)
Ca,Cb…開口部
D1…所定深さ
P…径方向外周部(外周部)
W,W1,W2…ウォールフロー部
X…中心軸
Claims (14)
- 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、
前記ハニカム担体に担持された排気浄化触媒と、
保持部材を介して前記ハニカム担体を格納する筒状のケース部材と、を備え、
前記ハニカム担体は、
その中心軸方向の両端面のうち少なくとも一方の端面の外周部におけるセルの開口部が所定深さ目封じされて形成された外周目封じ部と、該外周目封じ部においてその外周縁側ほど前記中心軸方向の長さが小さくなる方向に形成された傾斜部又は段差部と、を備え、
前記外周目封じ部におけるセルの開口面積が前記一方の端面の中央部におけるセルの開口面積よりも小さく形成され、且つ、その中心軸方向の両端面の中央部におけるセルの開口部が交互に目封じされ、排気の流入側の開口部が目封じされたセルと流出側の開口部が目封じされたセルとが交互に隣接するウォールフロー部を有するフィルタであり、
前記外周目封じ部における目封じの前記中心軸方向内側の端面は、前記一方の端面の中央部における目封じの前記中心軸方向内側の端面よりも、前記中心軸方向の位置が前記中心軸方向内側に配置され、且つ、
少なくとも一方の端面における前記傾斜部又は段差部が前記保持部材を介して前記ケース部材の内壁に引っ掛かることで前記ケース部材内に保持されている内燃機関の排気浄化装置。 - 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、
前記ハニカム担体に担持された排気浄化触媒と、
保持部材を介して前記ハニカム担体を格納する筒状のケース部材と、を備え、
前記ハニカム担体は、
その中心軸方向の両端面のうち少なくとも一方の端面の外周部におけるセルの開口部が所定深さ目封じされて形成された外周目封じ部と、該外周目封じ部においてその外周縁側ほど前記中心軸方向の長さが小さくなる方向に形成された傾斜部又は段差部と、を備え、
前記ハニカム担体は、その中心軸方向の両端面におけるセルの開口部が交互に目封じされ、排気の流入側の開口部が目封じされたセルと流出側の開口部が目封じされたセルとが交互に隣接するウォールフロー部を有するフィルタであり、且つ、
その中心軸方向の両端面の外周部におけるセルの開口部が所定深さ交互に目封じされて形成された外周目封じ部と、該外周目封じ部においてその外周縁側ほど前記中心軸方向の長さが小さくなる方向に形成された傾斜部又は段差部と、を備え、
排気の流出側端面における前記傾斜部又は段差部が前記保持部材を介して前記ケース部材の内壁に引っ掛かることで前記ケース部材内に保持され、
排気の流入側端面においては前記ケース部材と前記傾斜部又は段差部との間に前記保持部材が介装されない内燃機関の排気浄化装置。 - 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、
前記ハニカム担体に担持された排気浄化触媒と、
保持部材を介して前記ハニカム担体を格納する筒状のケース部材と、を備え、
前記ハニカム担体は、
その中心軸方向の両端面のうち少なくとも一方の端面の外周部におけるセルの開口部が所定深さ目封じされて形成された外周目封じ部と、該外周目封じ部においてその外周縁側ほど前記中心軸方向の長さが小さくなる方向に形成された傾斜部又は段差部と、を備え、
前記ハニカム担体は、その中心軸方向の両端面におけるセルの開口部が交互に目封じされ、排気の流入側の開口部が目封じされたセルと流出側の開口部が目封じされたセルとが交互に隣接するウォールフロー部を有するフィルタであり、且つ、
その中心軸方向の両端面の外周部におけるセルの開口部が所定深さ交互に目封じされて形成された外周目封じ部と、該外周目封じ部においてその外周縁側ほど前記中心軸方向の長さが小さくなる方向に形成された傾斜部又は段差部と、を備え、
排気の流入側端面における前記傾斜部又は段差部が前記保持部材を介して前記ケース部材の内壁に引っ掛かることで前記ケース部材内に保持され、
排気の流出側端面においては前記ケース部材と前記傾斜部又は段差部との間に前記保持部材が介装されない内燃機関の排気浄化装置。 - 前記外周目封じ部の目封じの深さは、前記中央部の目封じの深さよりも深い請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記外周目封じ部における目封じの前記中心軸方向内側の端面と、前記一方の端面の中央部における目封じの前記中心軸方向内側の端面は、前記中心軸方向の位置が略同一であり、
前記中心軸方向の他方の端面の中央部における目封じの深さは、前記一方の端面の中央部における目封じの深さよりも短い請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記排気浄化触媒は、前記ウォールフロー部にのみ担持されている請求項1〜4のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記排気浄化触媒は、前記ハニカム担体の中心軸方向の外周部におけるウォールフロー部よりも、前記ハニカム担体の中心軸方向の中央部におけるウォールフロー部に、より多く担持されている請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記ハニカム担体は、前記傾斜部又は段差部と、前記中心軸方向の両端面の外周縁とを結び、両端面に対して垂直な垂直部を有する請求項1〜7のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記傾斜部又は段差部は、前記外周目封じ部の一部を研削又は切削することで形成された請求項1〜8のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記ケース部材は、
前記ハニカム担体の傾斜部又は段差部に沿って形成されたケース傾斜部又はケース段差部と、
前記ケース傾斜部又はケース段差部の近傍に形成され、その内面が外側に向かって凸の凸部と、を備える請求項1〜9のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 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に対して、その中心軸方向の両端面のうち少なくとも一方の端面の外周部におけるセルの開口部を所定深さ目封じすることで、外周目封じ部を形成する目封じ工程と、
前記外周目封じ部の一部を研削又は切削することで、前記外周目封じ部においてその外周縁側ほど前記中心軸方向の長さが小さくなる方向に傾斜部又は段差部を形成する加工工程と、
前記傾斜部又は段差部が形成されたハニカム担体に排気浄化触媒を担持する触媒担持工程と、
前記排気浄化触媒が担持されたハニカム担体を、保持部材を介して前記傾斜部又は段差部が筒状のケース部材の内壁に引っ掛かって保持されるように前記ケース部材内に格納する格納工程と、を有し、
前記目封じ工程では、さらに、前記ハニカム担体の中心軸方向の両端面の中央部におけるセルの開口部を、前記外周目封じ部よりも浅い深さで交互に目封じすることで、前記ハニカム担体を、排気の流入側の開口部が目封じされたセルと流出側の開口部が目封じされたセルとが隣接するウォールフロー部を有するフィルタとし、
前記ハニカム担体として、前記中心軸方向の両端面の外周部におけるセルの開口面積がその中央部におけるセルの開口面積よりも小さいハニカム担体を用いるとともに、前記外周目封じ部における目封じの前記中心軸方向内側の端面が、前記一方の端面の中央部における目封じの前記中心軸方向内側の端面よりも前記中心軸方向内側に配置されるように目封じする内燃機関の排気浄化装置の製造方法。 - 前記触媒担持工程では、前記一方の端面の外周部をシールした状態で前記ハニカム担体の前記一方の端面側を、前記排気浄化触媒を含有するスラリー中に浸漬させた後、他方の端面の中央部から吸引することにより、前記ウォールフロー部にのみ前記排気浄化触媒を担持させる請求項11に記載の内燃機関の排気浄化装置の製造方法。
- 前記目封じ工程では、前記ハニカム担体の前記一方の端面の中央部の目封じ深さを前記外周目封じ部の目封じ深さと略同一とするとともに、他方の端面の中央部の目封じ深さを前記一方の端面の中央部の目封じ深さよりも短くする請求項12に記載の内燃機関の排気浄化装置の製造方法。
- 前記格納工程では、前記ハニカム担体の傾斜部又は段差部に沿うケース傾斜部又はケース段差部と、これらケース傾斜部又はケース段差部の近傍に形成されその内面が外側に凸の凸部と、を有するケース部材内に、前記排気浄化触媒が担持されたハニカム担体を、保持部材を介して前記傾斜部又は段差部が前記ケース傾斜部又はケース段差部の内壁に引っ掛かって保持されるように格納する請求項11〜13のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置の製造方法。
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