JP6563542B1 - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】好ましい性能が得られるよう、適切な厚みの外皮が形成されたハニカム構造体を備える排気浄化装置を提供すること。【解決手段】排気浄化装置は、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ハニカム構造体２を備える。ハニカム構造体２は、柱状であり排気流入側の排気流入端面２Ｕから排気流出側の排気流出端面２Ｄまで延びる複数のセルが形成された排気浄化ブロック３と、排気浄化ブロック３の外周面から外径方向に突出する凸部５と、を備える。凸部５の外周面は層状のバルジ外皮部６３によって形成される。バルジ外皮部６３のうち上流テーパ面５２に形成されている部分である上流端外皮部６３の平均厚さと、バルジ外皮部６３のうち下流テーパ面５３に形成されている部分である下流端外皮部６４の平均厚さとは異なる。【選択図】図４

Description

本発明は、排気浄化装置に関する。より詳しくは、内燃機関の排気通路に設けられ、この内燃機関の排気を浄化するハニカム構造体を備える排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気通路に排気浄化装置を設けることにより、内燃機関の排気に含まれる粒子状物質を捕集したり、排気に含まれるＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等を浄化したりする技術は広く用いられている。この排気浄化装置は、排気流入側の端面から排気流出側の端面まで延びる複数のセルが形成された柱状のハニカム構造体と、このハニカム構造体を収納する筒状のケースと、ハニカム構造体とケースとの間においてハニカム構造体の外周を囲むように設けられたマット、とを組み合わせて構成される。

また特許文献１には、ケース内におけるハニカム構造体の保持力を向上するため、ハニカム構造体の外周部には外径方向に突出する凸部を設ける技術が示されている。このような凸部を備えるハニカム構造体によれば、これをケース内に収容した時に、排気流れ方向に沿った移動が規制されるため、ケースによる保持力を向上できる。

特開２０１６−４４１１１号公報

特許文献１に示されているように、上述のような凸部を備えるハニカム構造体は、複数の四角柱形状のセグメントを接合して構成されたブロック体の外周を削り取ることによって形成される。またハニカム構造体の外周面から排気が漏れるのを防止するため、切削加工を経たハニカム構造体の外周面にはシール材が塗布される。

ここでシール材を塗布することにより凸部の外周面に形成される外皮は、ハニカム構造体の最外周部を構成する部分である。このため、外皮の厚みはハニカム構造体の耐久性能やケースによる保持性能等、排気浄化装置の性能を左右する重要な寸法である。しかしながら特許文献１では、外皮の最適な厚みについては十分に検討されていない。

本発明は、好ましい性能が得られるよう、適切な厚みの外皮が形成されたハニカム構造体を備える排気浄化装置を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る排気浄化装置（例えば、後述の排気浄化装置１，１Ａ）は、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ハニカム構造体（例えば、後述のハニカム構造体２，２Ａ）を備えるものであって、当該ハニカム構造体は、柱状であり排気流入側の端面（例えば、後述の排気流入端面２Ｕ）から排気流出側の端面（例えば、後述の排気流出端面２Ｄ）まで延びる複数のセル（例えば、後述のセル３２）が形成された排気浄化ブロック（例えば、後述の排気浄化ブロック３）と、前記排気浄化ブロックの外周面から外径方向に突出する凸部（例えば、後述の凸部５，５Ａ）と、を備え、前記凸部の外周面は層状の外皮部（例えば、後述の外皮部６，６Ａ）によって形成され、前記外皮部のうち前記排気流入側の上流端面（例えば、後述の上流テーパ面５２，５２Ａ）に形成されている部分（例えば、後述の上流端外皮部６３，６３Ａ）の平均厚さと、前記外皮部のうち前記排気流出側の下流端面（例えば、後述の下流テーパ面５３，５３Ａ）に形成されている部分（例えば、後述の下流端外皮部６４，６４Ａ）の平均厚さとは異なることを特徴とする。

（２）この場合、前記外皮部のうち前記下流端面に形成されている部分（例えば、後述の下流端外皮部６４）の平均厚さは、前記外皮部のうち前記上流端面に形成されている部分（例えば、後述の上流端外皮部６３）の平均厚さよりも厚いことが好ましい。

（３）この場合、前記外皮部のうち前記下流端面に形成されている部分（例えば、後述の下流端外皮部６４Ａ）の平均厚さは、前記外皮部のうち前記上流端面に形成されている部分（例えば、後述の上流端外皮部６３Ａ）の平均厚さよりも薄いことが好ましい。

（４）この場合、前記外皮部のうち前記上流端面及び前記下流端面に形成されている部分の厚さは、前記外径方向に沿って外側から内側へ向かうに従い厚くなることが好ましい。

（５）この場合、前記凸部は、前記外径方向に沿って内側から外側へ向かうに従い幅が狭くなるテーパ状の内皮部（例えば、後述の内皮部５１）と、当該内皮部の外周面に設けられた前記外皮部と、を備え、前記内皮部の前記排気流出側の面（例えば、後述のテーパ面５７）と前記ハニカム構造体の軸線との成す角である下流側立ち上がり角（例えば、後述の内部下流立ち上がり角α´）は、前記内皮部の前記排気流入側の面（例えば、後述のテーパ面５６）と前記軸線との成す角である上流側立ち上がり角（例えば、後述の内部上流立ち上がり角β´）よりも大きいことが好ましい。

（６）この場合、前記凸部は、前記外径方向に沿って内側から外側へ向かうに従い幅が狭くなるテーパ状の内皮部（例えば、後述の内皮部５１Ａ）と、当該内皮部の外周面に設けられた前記外皮部と、を備え、前記内皮部の前記排気流入側の面（例えば、後述のテーパ面５６Ａ）と前記ハニカム構造体の軸線との成す角である上流側立ち上がり角（例えば、後述の内部上流立ち上がり角ａ´）は、前記内皮部の前記排気流出側の面（例えば、後述のテーパ面５７Ａ）と前記軸線との成す角である下流側立ち上がり角（例えば、後述の内部下流立ち上がり角ｂ´）よりも大きいことが好ましい。

（１）本発明に係る排気浄化装置のハニカム構造体は、排気が流れる複数のセルが形成された排気浄化ブロックと、この排気浄化ブロックの外周面から外径方向に突出する凸部と、を備える。また凸部の外周面は、層状の外皮部によって形成する。また本発明では、外皮部のうち排気流入側の上流端面に形成されている部分（以下、「上流端外皮部」ともいう）の平均厚さと、外皮部のうち排気流出側の下流端面に形成されている部分（以下、「下流端外皮部」ともいう）の平均厚さと、を異なったものとする。

ここで、ハニカム構造体の排気浄化ブロックには、上流側から下流側へ向かって排気が流れる。このため凸部には上流端面よりも下流端面の方が大きな荷重が作用する。したがって本発明によれば、例えば、下流端外皮部の平均厚さを上流端外皮部の平均厚さよりも厚くした場合には、ハニカム構造体の排気圧に対する耐久性を向上できる。

またハニカム構造体の排気浄化ブロックのセルによって捕集される粒子状物質は、上流側より下流側の方が多い。また排気浄化ブロックによって捕集された粒子状物質は、適宜未燃燃料を供給することによって燃焼除去されるが、粒子状物質は上流側よりも下流側の方が多く溜まるため、一般的には粒子状物質の燃焼時におけるハニカム構造体の温度は上流側よりも下流側の方が高い。一方、サーマルショックによるハニカム構造体の割れを抑制するためには、粒子状物質の燃焼時におけるハニカム構造体の温度を上流側から下流側までできるだけ均一にすることが好ましい。したがって本発明によれば、例えば、上流端外皮部の平均厚さを下流端外皮部の平均厚さよりも厚くした場合には、上流端外皮部のヒートマスを下流端外皮部のヒートマスよりも大きくできるので、上流端外皮部近傍の温度を高いまま保つことができるので、粒子状物質の燃焼時におけるハニカム構造体の上流側と下流側の温度差を小さくでき、ひいてはサーマルショックによるハニカム構造体の割れを抑制できる。

（２）本発明に係る排気浄化装置では、下流端外皮部の平均厚さは、上流端外皮部の平均厚さよりも厚い。これにより、上記のようにハニカム構造体の排気圧に対する耐久性を向上できる。

（３）本発明に係る排気浄化装置では、下流端外皮部の平均厚さは、上流端外皮部の平均厚さよりも薄い。これにより、上記のように粒子状物質の燃焼時におけるハニカム構造体のサーマルショックによる割れを抑制できる。

（４）凸部が形成されたハニカム構造体をケース内に収容すると、ハニカム構造体には、凸部において排気流れ方向に沿って比較的大きな荷重が作用する。このため、ハニカム構造体は、特に凸部の付根、すなわち凸部と排気浄化ブロックとの接合部において割れが発生しやすくなっている。そこで本発明に係る排気浄化装置では、上流端外皮部及び下流端外皮部の厚みを、外径方向に沿って外側から内側へ向かうに従い厚くなるようにする。これにより、凸部の付根を比較的厚い外皮で補強できるので、凸部の付根における割れを抑制できる。

（５）本発明に係る排気浄化装置では、下流端外皮部の平均厚さを上流端外皮部の平均厚さよりも厚くするとともに、内皮部のテーパ面の下流側立ち上がり角を、内皮部のテーパ面の上流側立ち上がり角よりも大きくする。これにより、外皮の厚みを考慮した凸部の上流側立ち上がり角と、外皮の厚みを考慮した凸部の下流側立ち上がり角とを近づけることができる。したがってハニカム構造体とケースとの間にマットを介挿した場合には、マットによる面圧管理を容易にできる。

（６）本発明に係る排気浄化装置では、下流端外皮部の平均厚さを上流端外皮部の平均厚さよりも薄くするとともに、内皮部のテーパ面の上流側立ち上がり角を、内皮部のテーパ面の下流端面の下流側立ち上がり角よりも大きくする。これにより、外皮の厚みを考慮した凸部の上流側立ち上がり角と、外皮の厚みを考慮した凸部の下流側立ち上がり角とを近づけることができる。したがってハニカム構造体とケースとの間にマットを介挿した場合には、マットによる面圧管理を容易にできる。

本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置の部分断面図である。 ハニカム構造体の斜視図である。 排気浄化ブロックの断面図である。 凸部の断面図である。 ハニカム構造体の製造方法を示す図である。 シール材を削ぎ落とす手順を模式的に示す図である。 本発明の第２実施形態に係る排気浄化装置の凸部の断面図である。 変形例に係るハニカム構造体の構成を示す斜視図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置１について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る排気浄化装置１の部分断面図であり、図２は、排気浄化装置１に搭載されるハニカム構造体２の斜視図である。

排気浄化装置１は、図示しないディーゼル内燃機関の排気通路に設けられ、排気通路を流れる排気微粒子を捕集するＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）と呼称される排気浄化フィルタである。この排気浄化装置１は、柱状のハニカム構造体２と、このハニカム構造体２を収納する筒状のケース８と、ハニカム構造体２とケース８との間においてハニカム構造体２の外周を囲むように設けられたマット９と、を備える。排気浄化装置１は、矢印Ｆで示す排気の流れ方向とハニカム構造体２の軸線Ｏとが平行になるように、図示しない内燃機関の排気通路に組み込まれる。すなわちハニカム構造体２において、図１及び図２中上方側の端面は排気が流入する排気流入端面２Ｕとなっており、図１及び図２中下方側の端面は排気が流出する排気流出端面２Ｄとなっている。

ハニカム構造体２は、柱状であり排気流入端面２Ｕから排気流出端面２Ｄまで延びる複数のセルが形成された排気浄化ブロック３と、排気浄化ブロック３の外周面から外径方向に突出する環状の凸部５と、を備える。またこれら排気浄化ブロック３及び凸部５の外周面のうち、排気流入端面２Ｕ及び排気流出端面２Ｄを除く部分は、排気流入端面２Ｕから流入した排気が排気流出端面２Ｄ以外の部分から漏れるのを防止するため、層状の外皮部６によって形成されている。

ハニカム構造体２は、その外周面とケース８との間に圧縮状態で介挿されたマット９によってケース８内に保持される。このマット９は、ハニカム構造体２のうち特に凸部５を覆うように巻かれている。マット９には、耐熱性、耐震性、シール機能及び振動吸収能力を有する繊維材料、より具体的には、アルミナ繊維、シリカ繊維、アルミナシリカ繊維、ガラス繊維等のセラミック繊維が用いられる。

またケース８には、マット９が巻き付けられたハニカム構造体２の凸部５を受容するように、外径方向に凹状の環状凹部８１が設けられている。排気浄化装置１では、このように凸部５が設けられたハニカム構造体２を、環状凹部８１が設けられたケース８で保持することにより、ハニカム構造体２の排気流れ方向Ｆに沿った移動が規制されるため、ケース８によるハニカム構造体２の保持力を向上できる。

図３は、ハニカム構造体２のうち排気が流れる部分である排気浄化ブロック３の断面図である。図３において左側は排気流入端面２Ｕ側を示し、右側は排気流出端面２Ｄ側を示す。

排気浄化ブロック３は、排気の流れ方向Ｆに沿って延びる複数の多孔質壁３１と、これら多孔質壁３１により区画形成され、排気の流路となる複数のセル３２と、を備える。多孔質壁３１は、例えば多孔質炭化ケイ素によって形成される。セル３２は、上流側セル３２１と下流側セル３２２とに分けられ、これら上流側セル３２１と下流側セル３２２とは交互に配置される。排気浄化ブロック３の軸線Ｏに対し垂直な断面視における形状は、図２に示すように真円形状であるが、本発明はこれに限らない。排気浄化ブロック３の断面形状は、真円形状の他、例えば、楕円形状、長円形状、及び角丸長方形状等であってもよい。

上流側セル３２１の下流側には、上流側セル３２１の内部から排気浄化ブロック３の下流側へ排気が流出するのを防止する下流側目封じ３４が設けられている。また、下流側セル３２２の上流側には、排気浄化ブロック３の上流側から下流側セル３２２の内部へ排気が流入するのを防止する上流側目封じ３３が設けられている。また、多孔質壁３１には、複数の気孔が形成されており、排気が通過可能となっている。

すなわち、排気浄化ブロック３の排気流入端面２Ｕから流入する排気は、先ず、上流側セル３２１内に流入し、多孔質壁３１を通過して下流側セル３２２へ流入し、排気流出端面２Ｄから流出する。ここで、排気が多孔質壁３１を通過する際、多孔質壁３１の上流側の面及び多孔質壁３１内に形成された無数の孔には、排気中の粒子状物質が堆積する。以上のように、排気浄化装置１では、排気を排気浄化ブロック３に通過させることにより排気を浄化する。

図４は、ハニカム構造体２の凸部５の軸線Ｏに沿った断面図である。なお図３を参照して説明したように、排気浄化ブロック３の内部には排気が流れる複数のセルが形成されている。また後に図５〜図６を参照して説明するように、凸部５も排気浄化ブロック３を構成するセグメント７１を利用して形成されるため、その内部には複数のセルが形成されているが、凸部５内のセルには、基本的には排気が流れないようになっている。そこで図４では、排気浄化ブロック３及び凸部５の内部の構造は、その詳細な図示を省略し、ハッチングで示す。また図４では、上方が排気流入端面２Ｕ側であり下方が排気流出端面２Ｄ側となっている。

上述のように排気浄化ブロック３及び凸部５の外周面は、所定の厚みを有する層状の外皮部６によって形成されている。この外皮部６は、排気のシール機能を有する既知の材料が用いられる。より具体的には、外皮部６は、ペースト状の無機バインダ、有機バインダ、無機繊維、無機粒子又はこれらを組み合わせて構成されたものを乾燥させることによって形成される。

以下では、ハニカム構造体２の外周面のうち排気流入端面２Ｕ及び排気流出端面２Ｄを除く全面に亘り形成された外皮部６のうち、排気浄化ブロック３の外周面を構成する部分を浄化ブロック外皮部６１といい、凸部５の外周面を構成する部分をバルジ外皮部６２という。

図４に示すように、浄化ブロック外皮部６１の厚みは、排気流入端面２Ｕ側から排気流出端面２Ｄ側まで、略一定である。浄化ブロック外皮部６１の厚さは、例えば０．０５〜０．３ｍｍである。

凸部５は、断面視では外径方向に沿って内側から外側に向かうに従い軸線Ｏに沿った幅が狭くなるテーパ状である。凸部５は、凸部５の内部を構成する環状の内皮部５１と、この内皮部５１の外周面に設けられた上記バルジ外皮部６２と、によって構成される。

内皮部５１は、断面視では外径方向に沿って内側から外側に向かうに従い軸線Ｏに沿った幅が狭くなるテーパ状である。以下では、内皮部５１において、軸線Ｏに沿った断面視で排気流入端面２Ｕ側のテーパ面を上流テーパ面５２といい、同断面視で排気流出端面２Ｄ側のテーパ面を下流テーパ面５３といい、これら上流テーパ面５２と下流テーパ面５３とを接続する軸線Ｏと平行な面をストレート面５４という。

また以下では、バルジ外皮部６２のうち、上流テーパ面５２に沿って設けられている部分を上流端外皮部６３といい、下流テーパ面５３に沿って設けられている部分を下流端外皮部６４といい、ストレート面５４に沿って設けられている部分をストレート外皮部６５という。

ストレート外皮部６５の厚みは、排気流入端面２Ｕ側から排気流出端面２Ｄ側まで、略一定である。このストレート外皮部６５の厚さは、浄化ブロック外皮部６１の厚さと略等しい。より具体的には、例えば０．０５〜０．３ｍｍである。

上流端外皮部６３の厚みは、内皮部５１の排気浄化ブロック３に対する付根５５において最も厚くなっており、付根５５からストレート面５４へ向かうに従い薄くなっている。上流端外皮部６３の付根５５における厚さは、ストレート外皮部６５の厚さよりも厚く、例えば０．５〜１ｍｍである。また上流端外皮部６３のストレート面５４の近傍における厚さは、ストレート外皮部６５の厚みと略等しい。

下流端外皮部６４の厚みは、付根５５において最も厚くなっており、付根５５からストレート面５４へ向かうに従い薄くなっている。下流端外皮部６４の付根５５における厚さは、ストレート外皮部６５の厚さよりも厚く、例えば０．５〜１ｍｍである。また下流端外皮部６４のストレート面５４の近傍における厚さは、ストレート外皮部６５の厚みと略等しい。

また図４に示すように、上流端外皮部６３の平均厚さと、下流端外皮部６４の平均厚さは異なる。より具体的には、下流端外皮部６４の平均厚さは、上流端外皮部６３の平均厚さよりも厚い。より具体的には、下流端外皮部６４の平均厚さは、上流端外皮部６３の平均厚さよりも、２〜１０倍程度厚い。ハニカム構造体２の排気浄化ブロック３には、排気流入端面２Ｕ側から排気流出端面２Ｄ側へ向かって排気が流れる。このため凸部５の内皮部５１には上流テーパ面５２側よりも下流テーパ面５３側の方が大きな荷重が作用する。そこで上記のように下流端外皮部６４の平均厚さを上流端外皮部６３の平均厚さよりも厚くすることにより、ハニカム構造体２の排気圧に対する耐久性を向上できる。

また図４に示すように、内皮部５１とバルジ外皮部６２とを合わせた凸部５全体において、排気流入端面２Ｕ側のテーパ面５６と軸線Ｏとの成す角である全体上流立ち上がり角αは、排気流出端面２Ｄ側のテーパ面５７と軸線Ｏとの成す角である全体下流立ち上がり角βと略等しい（α≒β）。ここで全体上流立ち上がり角αと全体下流立ち上がり角βとが略等しいとは、これらの角度差（β−α）が、後述の内部上流立ち上がり角α´と内部下流立ち上がり角β´との角度差（β´−α´）よりも小さくなる程度をいう。これにより、図１に示すようにハニカム構造体２をケース８内に収容した場合には、凸部５と環状凹部８１との間隔を一定にできるので、ケース８内においてハニカム構造体２ががたつくのを抑制できる。

しかしながら上述のように、上流端外皮部６３と下流端外皮部６４とでは平均厚さが異なる。そこで排気浄化装置１では、全体上流立ち上がり角αと全体下流立ち上がり角βとが等しくなり、かつ上流端外皮部６３よりも下流端外皮部６４の方が、平均厚さが厚くなるように、内皮部５１の上流テーパ面５２と軸線Ｏとの成す角である内部上流立ち上がり角α´と、下流テーパ面５３と軸線Ｏとの成す角である内部下流立ち上がり角β´と、で差を設ける。より具体的には、図４に示すように、内部下流立ち上がり角β´を、内部上流立ち上がり角α´よりも大きくする（β´＞α´）。これにより、ハニカム構造体２の排気圧に対する耐久性の向上と、ケース８によるハニカム構造体２の保持力の向上と、を両立できる。

次に、以上のようなハニカム構造体２の製造方法について図面を参照しながら説明する。
図５は、ハニカム構造体２の製造方法を示す図である。

まず、（ａ）に示すようにセグメント７１を用意する。セグメント７１は、完成品であるハニカム構造体２の一部を構成する部材であり、隔壁で区画された多数のセルを有し、セルの両端面は隣接するセルと交互に一方の端面及び他方の端面が封止されている。セグメント７１は、軸線方向はハニカム構造体２と等しい長さの四角柱形状である。セグメント７１は、ハニカム構造体２が構成可能な数だけ用意される。

次に、（ｂ）に示すようにセグメント７１に接合材７２を塗布する。

次に、（ｃ）に示すように接合材７２を塗布したセグメント７１を組み立てる。（ｄ）に示すように接合材７２を塗布したセグメント７１が組み立てられ、ハニカム構造体２が構成可能な大きさのブロック７３、すなわち接合したセグメントが形成される。

次に、（ｅ）に示すようにブロック７３に対し、切削加工を行う。（ｅ）では、ブロック７３のうち、ハニカム構造体２における上流テーパ面５２となる部位を境界として、この境界の一方側に円柱形状の切削加工を施す。なおブロック７３に切削加工を施すと、（ｅ）に示すように、セルの内部が露出する。

次に、（ｆ）に示すようにブロック７３に対し、さらに切削加工を行う。（ｆ）では、ブロック７３のうち、ハニカム構造体２における下流テーパ面５３となる部位を境界として、この境界の他方側に円柱形状の切削加工を施す。なおこの際、内部上流立ち上がり角α´と内部下流立ち上がり角β´とは、図４を参照して説明したように、β´＞α´となるように切削加工を施す。

次に、（ｇ）に示すようにブロック７３に対し、さらに切削加工を行う。（ｇ）では、ブロック７３のうち上流テーパ面５２と下流テーパ面５３との間の部分に対し円柱形状の切削加工を施すことにより、完成品であるハニカム構造体２において、ストレート面５４となる部分を形成する。以上により、ブロック７３から、ハニカム構造体２において内皮部５１となる部分が削り出される。

次に、（ｈ）に示すようにブロック７３に対し、シール材７４の塗布を行う。（ｈ）では、シール材７４は、ハニカム構造体２のうち排気流入端面２Ｕ及び排気流出端面２Ｄとなる部分を除いた全面に塗布される。シール材７４には、ペースト状の無機バインダ、有機バインダ、無機繊維、無機粒子又はこれらを組み合わせて構成されたものが用いられる。

次に、（ｉ）に示すようにブロック７３に塗布されたシール材７４のうち、余剰となる分を削ぎ落とし、成形した後、乾燥させることにより、排気浄化ブロック３及び凸部５を備えるハニカム構造体２の製造が完了する。（ｉ）では、例えば可撓性の刃７６が設けられたスクレイパーを、ブロック７３の軸線に沿って摺動させることにより、シール材７４の余剰となる部分が削ぎ落とされる。

図６は、シール材７４を削ぎ落とす手順を模式的に示す図である。図６では、上方が排気流入端面２Ｕ側であり下方が排気流出端面２Ｄ側となっている。

図４を参照して説明したように、完成品における下流端外皮部６４の平均厚さは、上流端外皮部６３の平均厚さよりも厚い。下流端外皮部６４と上流端外皮部６３との間で平均厚さにこのような差を設けるため、図６に示すように、一枚の可撓性の刃７６を備えるスクレイパーを、排気流出端面２Ｄ側から排気流入端面２Ｕ側へ摺動させることが好ましい。

（ａ）及び（ｂ）に示すように、スクレイパーを排気流出端面２Ｄ側から内皮部５１の下流テーパ面５３に近づけ、さらにこの下流テーパ面５３を通過させると、刃７６は、根元から撓みながら下流テーパ面５３を通過する。これにより（ｂ）に示すように、下流テーパ面５３には、シール材７４の溜り７７が形成される。

これに対し（ｂ）及び（ｃ）に示すように、スクレイパーを排気流出端面２Ｄ側から上流テーパ面５２に近づけ、さらにこの上流テーパ面５２を通過させると、刃７６は、撓みを回復させながら上流テーパ面５２を通過する。このため、（ｃ）に示すように、上流テーパ面５２に形成されるシール材７４の溜り７８は、下流テーパ面５３に形成される溜り７７よりも薄い。これにより、上流端外皮部６３よりも下流端外皮部６４の方が平均厚さが厚いハニカム構造体２を製造することができる。

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。
（１）排気浄化装置１のハニカム構造体２は、排気が流れる複数のセルが形成された排気浄化ブロック３と、この排気浄化ブロック３の外周面から外径方向に突出する凸部５と、を備える。また凸部５の外周面は、層状のバルジ外皮部６２によって形成する。また排気浄化装置１では、バルジ外皮部６２のうち排気流入端面２Ｕ側の端面に形成されている上流端外皮部６３の平均厚さと、バルジ外皮部６２のうち排気流出端面２Ｄ側の端面に形成されている下流端外皮部６４の平均厚さと、を異なったものとする。ここで、ハニカム構造体２の排気浄化ブロック３には、上流側から下流側へ向かって排気が流れる。このため凸部５には上流端外皮部６３よりも下流端外皮部６４の方が大きな荷重が作用する。そこで排気浄化装置１では、下流端外皮部６４の平均厚さを上流端外皮部６３の平均厚さよりも厚くすることにより、ハニカム構造体２の排気圧に対する耐久性を向上できる。

（２）凸部５が形成されたハニカム構造体２をケース８内に収容すると、ハニカム構造体２には、凸部５において排気流れ方向Ｆに沿って比較的大きな荷重が作用する。このため、ハニカム構造体２は、特に凸部５の付根５５、すなわち凸部５と排気浄化ブロック３との接合部において割れが発生しやすくなっている。そこで排気浄化装置１では、上流端外皮部６３及び下流端外皮部６４の厚みを、外径方向に沿って外側から内側へ向かうに従い厚くなるようにする。これにより、凸部５の付根５５を比較的厚い外皮で補強できるので、凸部５の付根５５における割れを抑制できる。

（３）排気浄化装置１では、下流端外皮部６４の平均厚さを上流端外皮部６３の平均厚さよりも厚くするとともに、内皮部５１の下流テーパ面５３の内部下流側立ち上がり角β´を、内皮部５１の上流テーパ面５２の内部上流側立ち上がり角α´よりも大きくする。これにより、バルジ外皮部６２の厚みを考慮した凸部５の全体上流側立ち上がり角αと、バルジ外皮部６２の厚みを考慮した凸部５の全体下流側立ち上がり角βとを近づけることができる。したがってハニカム構造体２とケース８との間にマット９を介挿した場合には、マット９による面圧管理を容易にできる。

＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態に係る排気浄化装置１Ａについて、図面を参照しながら説明する。図７は、本実施形態に係る排気浄化装置１Ａのハニカム構造体２Ａのうち、凸部５Ａの軸線Ｏに沿った断面図である。本実施形態に係る排気浄化装置１Ａは、第１実施形態の排気浄化装置１と、凸部５Ａの構成が異なる。より具体的には、凸部５Ａの内皮部５１Ａ及びバルジ外皮部６２Ａの構成が異なる。なお以下の説明において、第１実施形態の排気浄化装置１と同じ構成については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。なお図７においても、図４と同様に、排気浄化ブロック３及び凸部５Ａの内部の構造は、その詳細な図示を省略し、ハッチングで示す。また図７では、上方が排気流入端面２Ｕ側であり下方が排気流出端面２Ｄ側となっている。

凸部５Ａは、断面視では外径方向に沿って内側から外側に向かうに従い軸線Ｏに沿った幅が狭くなるテーパ状である。凸部５Ａは、凸部５Ａの内部を構成する環状の内皮部５１Ａと、この内皮部５１Ａの外周面に設けられた上記バルジ外皮部６２Ａと、によって構成される。

内皮部５１Ａは、断面視では外径方向に沿って内側から外側に向かうに従い軸線Ｏに沿った幅が狭くなるテーパ状である。以下では、内皮部５１Ａにおいて、軸線Ｏに沿った断面視で排気流入端面２Ｕ側のテーパ面を上流テーパ面５２Ａといい、同断面視で排気流出端面２Ｄ側のテーパ面を下流テーパ面５３Ａといい、これら上流テーパ面５２Ａと下流テーパ面５３Ａとを接続する軸線Ｏと平行な面をストレート面５４Ａという。

また以下では、バルジ外皮部６２Ａのうち、上流テーパ面５２Ａに沿って設けられている部分を上流端外皮部６３Ａといい、下流テーパ面５３Ａに沿って設けられている部分を下流端外皮部６４Ａといい、ストレート面５４Ａに沿って設けられている部分をストレート外皮部６５Ａという。

ストレート外皮部６５Ａの厚みは、排気流入端面２Ｕ側から排気流出端面２Ｄ側まで、略一定である。このストレート外皮部６５Ａの厚さは、浄化ブロック外皮部６１の厚さと略等しい。より具体的には、例えば０．０５〜０．３ｍｍである。

上流端外皮部６３Ａの厚みは、内皮部５１Ａの排気浄化ブロック３に対する付根５５Ａにおいて最も厚くなっており、付根５５Ａからストレート面５４Ａへ向かうに従い薄くなっている。上流端外皮部６３Ａの付根５５Ａにおける厚さは、ストレート外皮部６５Ａの厚さよりも厚く、例えば０．５〜１ｍｍである。また上流端外皮部６３Ａのストレート面５４Ａの近傍における厚さは、ストレート外皮部６５Ａの厚みと略等しい。

下流端外皮部６４Ａの厚みは、付根５５Ａにおいて最も厚くなっており、付根５５Ａからストレート面５４Ａへ向かうに従い薄くなっている。下流端外皮部６４Ａの付根５５における厚さは、ストレート外皮部６５Ａの厚さよりも厚く、例えば０．５〜１ｍｍである。また下流端外皮部６４Ａのストレート面５４Ａの近傍における厚さは、ストレート外皮部６５Ａの厚みと略等しい。

また図７に示すように、上流端外皮部６３Ａの平均厚さと、下流端外皮部６４Ａの平均厚さは異なる。より具体的には、上流端外皮部６３Ａの平均厚さは、下流端外皮部６４Ａの平均厚さよりも厚い。より具体的には、上流端外皮部６３Ａの平均厚さは、下流端外皮部６４Ａの平均厚さよりも、２〜１０倍程度厚い。これにより、下流端外皮部６４Ａのヒートマスを上流端外皮部６３Ａのヒートマスよりも小さくできるので、排気浄化ブロック３に堆積した粒子状物質の燃焼時におけるハニカム構造体２の上流側と下流側の温度差を小さくでき、ひいてはサーマルショックによるハニカム構造体２の割れを抑制できる。

また図７に示すように、内皮部５１Ａとバルジ外皮部６２Ａとを合わせた凸部５Ａ全体において、排気流入端面２Ｕ側のテーパ面５６と軸線Ｏとの成す角である全体上流立ち上がり角ａは、排気流出端面２Ｄ側のテーパ面５７と軸線Ｏとの成す角である全体下流立ち上がり角ｂと略等しい（ａ≒ｂ）。ここで全体上流立ち上がり角ａと全体下流立ち上がり角ｂとが略等しいとは、これらの角度差（ａ−ｂ）が、後述の内部上流立ち上がり角ａ´と内部下流立ち上がり角ｂ´との角度差（ａ´−ｂ´）よりも小さくなる程度をいう。これにより、第１実施形態における排気浄化装置１と同様に、ケース８内においてハニカム構造体２Ａががたつくのを抑制できる。

また排気浄化装置１Ａでは、全体上流立ち上がり角ａと全体下流立ち上がり角ｂとが等しくなり、かつ上流端外皮部６３Ａよりも下流端外皮部６４Ａの方が、平均厚さが厚くなるように、内皮部５１Ａの上流テーパ面５２Ａと軸線Ｏとの成す角である内部上流立ち上がり角ａ´と、下流テーパ面５３Ａと軸線Ｏとの成す角である内部下流立ち上がり角ｂ´と、で差を設ける。より具体的には、図７に示すように、内部上流立ち上がり角ａ´を、内部下流立ち上がり角ｂ´よりも大きくする（ａ´＞ｂ´）。これにより、粒子状物質の燃焼時におけるサーマルショックによるハニカム構造体２Ａの割れを抑制するとともに、ケース８によるハニカム構造体２の保持力を向上できる。

本実施形態に係る排気浄化装置１Ａによれば、上記（２）及び（３）の効果に加え、以下の効果を奏する。
（４）排気浄化装置１Ａのハニカム構造体２Ａは、排気浄化ブロック３と、この排気浄化ブロック３の外周面から外径方向に突出する凸部５Ａと、を備える。また凸部５Ａの外周面は、層状のバルジ外皮部６２Ａによって形成する。また排気浄化装置１Ａでは、バルジ外皮部６２Ａの上流端外皮部６３Ａの平均厚さと、バルジ外皮部６２Ａの下流端外皮部６４Ａの平均厚さと、を異なったものとする。より具体的には、上流端外皮部６３Ａの平均厚さを下流端外皮部６４Ａの平均厚さよりも厚くする。これにより、上流端外皮部６３Ａのヒートマスを下流端外皮部６４Ａのヒートマスよりも大きくできるので、上流端外皮部６３Ａ近傍の温度を高いまま保つことができるので、粒子状物質の燃焼時におけるハニカム構造体２Ａの上流側と下流側の温度差を小さくでき、ひいてはサーマルショックによるハニカム構造体２Ａの割れを抑制できる。

以上本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば上記実施形態では、本発明の排気浄化装置を、ディーゼル内燃機関に用いられるＤＰＦを例に説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の排気浄化装置は、ガソリン内燃機関の排気管に設けられ、排気管を流通する排気微粒子を捕集するＧＰＦ（Ｇａｓｏｌｉｎｅ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）と呼称される排気浄化フィルタに適用してもよい。

また上記実施形態では、ハニカム構造体を、円柱状の排気浄化ブロックと、この排気浄化ブロックの外周面に全周にわたり設けられかつ排気浄化ブロックの外周面から外径方向に突出する環状の凸部と、によって形成したが、排気浄化ブロック及び凸部の形状はこれに限らない。

図８は、変形例に係るハニカム構造体２Ｂの構成を示す斜視図である。図８に示すように、ハニカム構造体２Ｂは、排気流入端面２Ｕから排気流出端面２Ｄまで延びる複数のセルが形成され、かつ排気の流れ方向Ｆに対し垂直な断面視では角丸長方形状である排気浄化ブロック３Ｂと、この排気浄化ブロック３Ｂの四隅にそれぞれ設けられ排気浄化ブロック３Ｂの外周面から外径方向に突出する４つの凸部５Ｂと、を備える。各凸部５Ｂは、図８に示すように、外径方向に沿って内側から外側に向かうに従い軸線Ｏに沿った幅が狭くなるテーパ状である。すなわち本発明は、排気浄化ブロック３Ｂの断面形状を、図８に示すような角丸長方形状の他、長円形状や、楕円形状等、長手方向及び短手方向が定義される非真円形状としても適用できる。また本発明は、図８に示すような断面形状が非真円形状である排気浄化ブロック３Ｂの四隅にのみ凸部５Ｂを設けた場合であっても適用できる。

１，１Ａ…排気浄化装置
２，２Ａ…ハニカム構造体
２Ｕ…排気流入端面（排気流入側の端面）
２Ｄ…排気流出端面（排気流出側の端面）
３…排気浄化ブロック
３２…セル
５，５Ａ…凸部
５１，５１Ａ…内皮部
５２，５２Ａ…上流テーパ面（排気上流側の面）
５３，５３Ａ…下流テーパ面（排気下流側の面）
６，６Ａ…外皮部
６２，６２Ａ…バルジ外皮部（外皮部）
６３，６３Ａ…上流端外皮部
６４，６４Ａ…下流端外皮部
α，ａ…全体上流立ち上がり角
β，ｂ…全体下流立ち上がり角
α´，ａ´…内部上流立ち上がり角（上流立ち上がり角）
β´，ｂ´…内部下流立ち上がり角（下流立ち上がり角）
８…ケース
９…マット

Claims (6)

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ハニカム構造体を備える排気浄化装置であって、
   当該ハニカム構造体は、
   柱状であり排気流入側の端面から排気流出側の端面まで延びる複数のセルが形成された排気浄化ブロックと、
   前記排気浄化ブロックの外周面から外径方向に突出する凸部と、を備え、
   前記凸部の外周面は層状の外皮部によって形成され、
   前記外皮部のうち前記排気流入側の上流端面に形成されている部分の平均厚さと、前記外皮部のうち前記排気流出側の下流端面に形成されている部分の平均厚さとは異なることを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記外皮部のうち前記下流端面に形成されている部分の平均厚さは、前記外皮部のうち前記上流端面に形成されている部分の平均厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記外皮部のうち前記下流端面に形成されている部分の平均厚さは、前記外皮部のうち前記上流端面に形成されている部分の平均厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
4. 前記外皮部のうち前記上流端面及び前記下流端面に形成されている部分の厚さは、前記外径方向に沿って外側から内側へ向かうに従い厚くなることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
5. 前記凸部は、前記外径方向に沿って内側から外側へ向かうに従い幅が狭くなるテーパ状の内皮部と、当該内皮部の外周面に設けられた前記外皮部と、を備え、
   前記内皮部の前記排気流出側の面と前記ハニカム構造体の軸線との成す角である下流側立ち上がり角は、前記内皮部の前記排気流入側の面と前記軸線との成す角である上流側立ち上がり角よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
6. 前記凸部は、前記外径方向に沿って内側から外側へ向かうに従い幅が狭くなるテーパ状の内皮部と、当該内皮部の外周面に設けられた前記外皮部と、を備え、
   前記内皮部の前記排気流入側の面と前記ハニカム構造体の軸線との成す角である上流側立ち上がり角は、前記内皮部の前記排気流出側の面と前記軸線との成す角である下流側立ち上がり角よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の排気浄化装置。

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