JP6678691B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

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、柱状のハニカム担体を筒状のケース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内に保持される。円筒形ケースによりマットを介してハニカム担体を保持するときにハニカム担体に作用する面圧が不均一になる度合いを緩和する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−１１２２６０号公報

特許文献１の技術では、ハニカム担体を収容するケースを、その中心軸方向の両側縁部で嵌合する２つの半体よりなる構造とし、２つの半体が嵌合したときのケースの中心軸に交差する方向の断面形状がオーバル形状となるようにしている。これにより、２つの半体を合わせて嵌合させるときにハニカム担体に巻かれたマットに対する引張りが緩和され、ハニカム担体の周方向における面圧の不均一度合いを低減してハニカム担体の保持力を向上させることができるとされている。

しかしながら、特許文献１の技術では、２つの半体を合わせて嵌合させるときにハニカム担体に巻かれたマットがケース内に均一に収まりきれず、嵌合させる部位からはみ出してしまうおそれがある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、ハニカム担体を収容するケースの半体を合わせるときにマットがはみ出すおそれがない排気浄化装置を提供することを目的とする。

（１）柱状のハニカム担体（例えば、後述するハニカム担体１０）と、前記ハニカム担体の外周面（例えば、後述する外周面１１）に巻かれたマット（例えば、後述するマット３０）と、前記マットを圧縮した状態で前記ハニカム担体を保持するケース（例えば、後述するケース２０）とを有する排気浄化装置（例えば、後述する排気浄化装置１）であって、前記ケースは、前記ハニカム担体の径方向に一方の半体（例えば、後述する雌側半体２１）と他方の半体（例えば、後述する雄側半体２２）との二つに分割され、前記一方の半体は前記他方の半体の外側になるように嵌合され、前記マットは、前記ハニカム担体の外周面に巻かれた状態での合口（例えば、後述する合口３３）が、前記一方の半体の周方向での中央付近に位置するように配置され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、前記マットの前記ハニカム担体の外周面に巻かれた状態での合口は、前記一方の半体の周方向での中央付近に設けられている。このため、一方の半体と他方の半体とを合わせるための押圧力が他方の半体を通してマットに加わるときに、この力はマットのはみ出しを抑制し合口の間隔を狭めるように作用する。従って、ニカム担体を収容するケースの半体を合わせるときにマットが両半体の合わせ部からはみ出すおそれがない。このため排気浄化装置として排気もれを防止することができる。また、ハニカム担体を保持するために必要な面圧が安定に保たれる。

（２）前記ケースは、前記ハニカム担体の中心軸（例えば、後述する中心軸Ｘ）に交差する断面の輪郭（例えば、後述する輪郭Ｃ）が直線状であるストレート部（例えば、後述するストレート部２５１、２５２、及び、ストレート部２５３、２５４）を有する（１）の排気浄化装置。

上記（２）の排気浄化装置では、両半体を合わせるときの押圧力が、他方の半体のストレート部からマットに均一に伝達され、伝達された力によってマットがストレート部の端部に連なるＲ部でマットのはみ出しを抑制し合口を狭めるように作用する。従って、マットがハニカム担体の外周に確実に巻き付けられる。このため、ハニカム担体が安定しマットとの位相合わせが容易になる。

（３）前記ケースは、前記断面が角丸長方形状であり、前記ストレート部は、前記角丸長方形状の短手方向（例えば、後述する短手方向Ｓ）の両端に対応する短径部（例えば、後述する短径部ＳＰ１、ＳＰ２）に設けられている（２）の排気浄化装置。

上記（３）の排気浄化装置では、前記断面が角丸長方形状であり、前記ストレート部は、前記角丸長方形状の短手方向（例えば、後述する短手方向Ｓ）の両端に対応する部位（例えば、後述する短径部ＳＰ１、ＳＰ２）に設けられているため、一層ハニカム担体が安定しマットとの位相合わせが容易になる。

（４）前記ケースは、前記断面が角丸長方形状であり、前記角丸長方形状の長手方向（例えば、後述する長手方向Ｌ）の両端に対応する長径部（例えば、後述する長径部ＬＰ１、ＬＰ２）に前記一方の半体と他方の半体との嵌合部（例えば、後述する雌側半体２１の嵌合部２１１、２２２、及び、雄側半体２２の嵌合部２２１、２２２）が位置している（２）又は（３）の排気浄化装置。

上記（４）の排気浄化装置では、ケースの断面が角丸長方形状であり、ケース内にマットを介してハニカム担体を圧縮固定（キャニング）する作業がし易く、嵌合部における溶接もし易い。従って、生産性に優れる。

本発明によれば、ハニカム担体を収容するケースの半体を合わせるときにマットがはみ出すおそれがなく、ハニカム担体を保持するために必要な面圧が安定に保たれる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分解斜視図である。 ハニカム担体を示す斜視図である。 ハニカム担体の中心軸に交差する方向の断面図である。 ハニカム担体の中心軸に沿う方向の断面模式図である。 ケースの分解斜視図である。 ケースの中心軸に交差する方向の断面図である。 本実施形態に係る排気浄化装置の組立手順を示す模式図である。 比較例に係る排気浄化装置の組立手順を示す模式図である。

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、本実施形態に係る排気浄化装置１の分解斜視図である。
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、排気通路を流通する排気中の微粒子を捕集する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、柱状のハニカム担体１０と、ハニカム担体１０の外周面１１に巻かれたマット３０と、マット３０を圧縮した状態でハニカム担体１０を保持するケース２０と、を備えている。

ハニカム担体１０は、排気微粒子捕集用のウォールスルー型であり、例えば、炭化ケイ素を材料とする。
ハニカム担体１０は、排気流れ方向に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。ハニカム担体１０には、柱状における排気流れ方向上流側に開口したセルから排気が流入し、隣接するセル間の隔壁を排気が通過する際に排気微粒子が捕集され、隔壁を通過し排気微粒子が除去された排気が円柱形状における排気流れ方向下流側に開口したセルから流出する。

ハニカム担体１０は、全体として柱状をなし、その中心軸Ｘを観念することができる。ハニカム担体１０の外周面１１にマット３０が巻かれ、ケース２０はマット３０を圧縮した状態でハニカム担体１０を保持する。

図２は、ハニカム担体１０の斜視図である。
柱状のハニカム担体１０は、その中心軸Ｘに交差する断面Ｓ１の輪郭Ｃ１が直線状をなすストレート部１１１、１１２、１１３、１１４を少なくとも一箇所（本例では四箇所）有すると共に他の箇所にＲ部１２１、１２２、１２３、１２４を有する。Ｒ部１２１、１２２、１２３、１２４には、外径方向に突出したバルジ部１３１、１３２、１３３、１３４が形成されている。一方、ストレート部１１１、１１２、１１３、１１４は平坦である。

図３は、ハニカム担体のバルジ部を含む部位の軸に交差する方向の断面図である。
図３に示されたように、ハニカム担体１０は、断面Ｓ１の輪郭Ｃ１が、角丸長方形状であり、その長手方向ＬＤの両端に対応する長径部ＬＤ１、ＬＤ２とその短手方向ＳＤの両端に対応する短径部ＳＤ１、ＳＤ２とにそれぞれストレート部１１１、１１２、１１３、１１４が形成されている。図３における下方に描かれた直交する矢線ＬＤ及びＳＤはこの角丸長方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。上述の長径部ＬＤ１、ＬＤ２にそれぞれ対応してストレート部１１１、１１２が形成され、上述の短径部ＳＤ１、ＳＤ２にそれぞれ対応してストレート部１１３、１１４が形成されている。この結果、上述のストレート部１１１、１１２及びストレート部１１３、１１４のそれぞれの延長上にある交点を対角上で結ぶ仮想対角線を考えるとき、バルジ部１３１、１３２、１３３、１３４は、該当する仮想対角線上に対をなして位置する。このようにストレート部を複数形成することにより、ハニカム担体１０の断面積を大きく確保できるので、排気の圧損を低減できる。またバルジ部１３１、１３２、１３３、１３４が上述の仮想対角線上に対をなして位置するため、Ｒ部１２１、１２２、１２３、１２４でのマット３０にかかる面圧が効果的に高まり面圧の管理が容易である。

図４は、ハニカム担体１０の中心軸Ｘに平行な断面Ｓ２の模式図である。特にこの断面Ｓ２は上述のバルジ部１３１、１３３（１３２、１３４）と中心軸Ｘとを含む部位の断面である。換言すれば断面Ｓ２は中心軸Ｘと上述した仮想対角線とを含む部位の断面である。
図４に示されるように、ハニカム担体１０の中心軸Ｘに平行な断面Ｓ２は、その輪郭Ｃ２が概略方形をなし、輪郭Ｃ２の上下の辺がハニカム担体１０の排気流入側及び排気流出側に対応している。また、輪郭Ｃ２の左右の辺が柱状であるハニカム担体１０の外周面１１に該当する部位である。この外周面１１に該当する部位にバルジ部１３１、１３３（１３２、１３４）が突出する。

図４の通り、バルジ部１３１、１３３（１３２、１３４）はハニカム担体１０の排気の流入側の端面から流出側の端面までの中間位置に形成される。換言すれば、バルジ部１３１、１３３（１３２、１３４）の両端面はそれぞれハニカム担体１０の排気の流入端面及び流出端面よりも中心軸Ｘに沿って中央側に形成されている。このため、ハニカム担体１０の外周面１１に図４では示されないマットが巻かれたときには、バルジ部１３１、１３３（１３２、１３４）はマットによってそれらの両端面を含む全面が覆われ、マットによるハニカム担体のケース内での位置保持が十全なものとなる。

次に、図５及び図６を参照しながら、ケース２０の構成について説明する。
図５は、ケース２０の分解斜視図であり、図６は、ケース２０の中心軸Ｘに交差する方向（本例では直交する方向）の断面図である。なお図６では、理解を容易にするため、ケース２０内に収容されるハニカム担体１０及びマット３０の図示を省略する。

図５に示されたように、ケース２０はハニカム担体１０の径方向に二つに分割され、一方の半体である雌側半体２１と、他方の半体である雄側半体２２とが、雌側半体２１が雄側半体２２の外側になるようにして嵌合して構成される。図６に示されたように、ケース２０は雌側半体２１と雄側半体２２とが嵌合した状態で、全体として筒状をなし、中心軸Ｘをハニカム担体１０と共有する。

図６に示されたように、ケース２０は、断面の輪郭が、その長手方向Ｌの両端に対応する長径部ＬＰ１、ＬＰ２とその短手方向Ｓの両端に対応する短径部ＳＰ１、ＳＰ２とにそれぞれストレート部が形成されている角丸長方形状である。図５における下方に描かれた直交する矢線Ｌ及びＳはこの角丸長方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。上述の長径部ＬＰ１、ＬＰ２にそれぞれ対応してストレート部２５１、２５２が形成され、上述の短径部ＳＰ１、ＳＰ２にそれぞれ対応してストレート部２５３、２５４が形成されている。

また、上記長径部ＬＰ１、ＬＰ２にそれぞれ対応する部位に一方の半体と他方の半体との嵌合部が位置している。詳細には、長径部ＬＰ１に対応して、雌側半体２１の嵌合部２１１及び雄側半体２２の嵌合部２２１が位置している。また、長径部ＬＰ２に対応して、雌側半体２１の嵌合部２１２及び雄側半体２２の嵌合部２２２が位置している。
雌側半体２１の嵌合部２１１は雄側半体２２の嵌合部２２１における板厚相当の寸法だけ外側に段差をなして突出したジョックル２０１を形成している。同様に雌側半体２１の嵌合部２１２は雄側半体２２の嵌合部２２２における板厚相当の寸法だけ外側に段差をなして突出したジョックル２０２を形成している。

図１に戻り、マット３０は、ハニカム担体１０の外周面１１にバルジ部１３１、１３２、１３３、１３４を覆うように巻かれている。即ち、マット３０は、ハニカム担体１０のストレート部１１１、１１２、１１３、１１４、及び、Ｒ部１２１、１２２、１２３、１２４を、周方向にめぐって、バルジ部１３１、１３２、１３３、１３４が形成されている部位を覆うようにハニカム担体１０の外周を囲繞している。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１から図６を参照して説明した排気浄化装置１の組立手順について、その作用及び効果とともに説明する。
図７は、本実施形態に係る排気浄化装置１の組立手順を示す模式図である。

先ず、ハニカム担体１０の外周面１１にマット３０を巻き付け、このマット３０が巻き付けられたハニカム担体１０を、作業台に載置された雌側半体２１内に収める。この際、図７の通り、マット３０は、ハニカム担体１０の外周面１１に巻かれた状態での両端部３１、３２による合口３３が、雌側半体２１の周方向での中央付近に位置するように配置する。

次に、上記のようにハニカム担体１０及びマット３０が納められた雌側半体２１に対し、上方側から雄側半体２２を接近させ、押圧することにより、雌側半体２１に雄側半体２２を嵌合させる。ここで雌側半体２１に雄側半体２２を嵌合させるに際しては、マット３０を巻き付けたハニカム担体１０を、上述のように、マット３０の合口３３が雌側半体２１の周方向での中央付近に位置するようにして雌側半体２１上に載置する。このようにハニカム担体１０を雌側半体２１上に載置した状態で、図１及び図５のように開放状態にある雄側半体２２に対し、マット３０を覆って圧縮するようにして雌側半体２１側に向けて押圧力Ｆを加える。

この押圧力Ｆは、図７におけるように、マット３０の合口３３が上述の位置にあることと、雌側半体２１及び雄側半体２２の各内周面が周方向縁部での先端側ほど内周に向かう曲面であることとが相俟って、次のように作用する。即ち、押圧力Ｆは、マット３０がハニカム担体１０の外周面１１を包み込んでマット３０のはみ出しを抑制し、合口３３を狭めるような力Ｗｆ１及びＷｆ２としてマット３０に作用する。

図７を参照して理解されるように、雄側半体２２側から伝達された押圧力Ｆがストレート部２５３、２５４の端部に連なるＲ部で力Ｗｆ１及びＷｆ２のように反時計回り及び時計回りの分力としてマットのはみ出しを抑制し合口を相互に狭める向きに作用する。このため、ケース２０内にマット３０を介してハニカム担体１０を圧縮固定（キャニング）する作業がし易く、雌側半体２１と雄側半体２２との嵌合部における溶接もし易い。従って、生産性に優れる。

また、ハニカム担体１０を収容するケース２０の雌側半体２１と雄側半体２２とを合わせるときにマット３０が両半体２１、２２の合わせ部からはみ出すおそれがない。従って、押圧力Ｆによって雄側半体２２の嵌合部２２１、２２２が雌側半体２１の嵌合部２１１、２２２と適切に嵌合する。更に、マット３０が両半体２１、２２の合わせ部からはみ出さないため、ハニカム担体１０を保持するために必要な面圧が安定に保たれる。この場合、雄側半体２２の嵌合部２２１、２２２は、雌側半体２１の嵌合部２１１、２２２における上述のジョックル２０１、２０２に正規に嵌合して無用の突出部分が生ぜず、且つ、気密性の保持に有利な面接触を得る。このため、排気浄化装置１として排気もれを効果的に防止することができる。図７ではジョックル２０１を含む注目部位を二点鎖線の円で示していが、この注目部位におけるような作用は、ジョックル２０２含む部位において同様に生じる。

図８は、比較例に係る排気浄化装置の組立手順を示す模式図である。ここで比較例に係る排気浄化装置とは、本実施形態に係る排気浄化装置１と異なり、マットの合口が雌側半体の周方向での中央付近に位置するように設けられていないものをいう。

図８におけるような、比較例に係る排気浄化装置の場合は、同図で下側の雄側半体２２ａに、マット３０を巻き付けたハニカム担体１０を載置した状態で、押圧力Ｆによって雌側半体２１ａを雄側半体２２ａ側に押圧して、雌側半体２１ａと雄側半体２２ａとを嵌合させる。このようにすると押圧力Ｆによってマット３０に作用する力Ｗｆ３及びＷｆ４は、マット３０を、雄側半体２２ａの端部２２１ａと雌側半体２１ａの端部２１１ａとの合わせ部からはみ出させるように作用する。このため、図示のようなはみ出し部３５が生じてしまう。図８では、はみ出し部３５を含む注目部位を二点鎖線の円で示している。上述のようなマット３０をはみ出させる力が作用する現象は、雄側半体２２ａの端部２２２ａと雌側半体２１ａの端部２１２ａとの合わせ部に関して同様に生じる。

従って、図８に示す比較例の排気浄化装置では、ケース２０内でのハニカム担体１０に対するマット３０の巻き付けが適切に行われ難く、雌側半体２１ａと雄側半体２２ａとの合わせ部で排気もれを生じるおそれがある。これに対し、図１から図７に示す排気浄化装置１によれば、図８の場合について上述したような問題が生じるおそれがない。

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では、マット１０のハニカム担体１０の外周面１１に巻かれた状態での合口３３は、雌側半体２１の周方向での中央付近に設けられている。このため、雌側半体２１と雄側半体２２とを合わせるための押圧力Ｆが雄側半体２２を通してマット３０に加わるときに、押圧力Ｆは、はみ出しを抑制し合口３３の間隔を狭めるような分力Ｗｆ１及びＷｆ２として作用する（図４参照）。従って、ハニカム担体１０を収容するケース２０の雌側半体２１と雄側半体２２とを合わせるときにマット３０が両半体２１、２２の合わせ部からはみ出すおそれがない。このため排気浄化装置１として排気もれを防止することができる。また、マット３０が両半体２１、２２の合わせ部からはみ出さないため、ハニカム担体１０を保持するために必要な面圧が安定に保たれる。

（２）排気浄化装置１では、両半体２１、２２を合わせるときの押圧力Ｆが、雄側半体２２のストレート部２５１、２５２からマット３０に均一に伝達され、伝達された力によってストレート部２５１、２５２の端部に連なるＲ部でマット３０のはみ出しを抑制し合口３３を相互に狭めるように作用する。従って、マット３０がハニカム担体１０の外周に確実に巻き付けられる。このため、ハニカム担体１０が安定し、マット３０との位相合わせが容易になる。

（３）排気浄化装置１では、ケース２０は、断面が角丸長方形状（図３参照）であり、ストレート部２５３，２５４は、角丸長方形状の短手方向Ｓの両端に対応する短径部ＳＰ１、ＳＰ２に設けられているため、一層ハニカム担体１０が安定しマット３０との位相合わせが容易になる。

（４）ケース２０は、断面が角丸長方形状（図３右側）であり、角丸長方形状の長手方向Ｌの両端に対応する長径部ＬＰ１、ＬＰ２に雌側半体２１の嵌合部２１１、２２２、及び、雄側半体２２の嵌合部２２１、２２２が位置しているため、ケース２０内にマット３０を介してハニカム担体１０を圧縮固定（キャニング）する作業がし易く、雌側半体２１と雄側半体２２との嵌合部における溶接もし易い。従って、生産性に優れる。

尚、以上説明した排気浄化装置は、ケース２０は、断面が角丸長方形状であり、ストレート部２５１、２５２及びストレート部２５３、２５４が短手方向Ｓの両端に対応する短径部ＳＰ１、ＳＰ２及び長手方向Ｌの両端に対応する長径部ＬＰ１、ＬＰ２に形成されていたが、これに限られずストレート部２５１、２５２が短手方向Ｓの両端に対応する短径部ＳＰ１、ＳＰ２に形成されているだけでもよい。この場合も両半体２１、２２を合わせるときの押圧力Ｆが、雄側半体２２のストレート部２５１、２５２からマット３０に均一に伝達され、伝達された力によってストレート部２５１、２５２の端部に連なるＲ部でマット３０のはみ出しを抑制し合口３３を相互に狭めるように作用する。従って、マット３０がハニカム担体１０の外周に確実に巻き付けられてハニカム担体１０が安定し、マット３０との位相合わせが容易になる。

また上記実施形態では、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中の粒子状物質を捕集する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。

１…排気浄化装置
１０…ハニカム担体
１１…外周面
２０…ケース
２１…雌側半体
２２…雄側半体
３０…マット
３１、３２…端部
３３…合口
２０１、２０２…ジョックル
２１１、２１２、２２１、２２２…嵌合部
２５１、２５２、２５３、２５４…ストレート部

Claims (5)

1. 柱状のハニカム担体と、前記ハニカム担体の外周面に巻かれたマットと、前記マットを圧縮した状態で前記ハニカム担体を保持するケースとを有する排気浄化装置であって、
   前記ケースは、前記ハニカム担体の径方向に一方の半体と他方の半体との二つに分割され、前記一方の半体である雌側半体は前記他方の半体である雄側半体の外側になるように嵌合され、
   前記マットは、前記ハニカム担体の外周面に巻かれた状態での合口が、前記雌側半体の周方向での中央付近に位置するように配置されることを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記ケースは、前記ハニカム担体の中心軸に交差する断面の輪郭が直線状であるストレート部を有することを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
3. 前記ケースは、前記断面が角丸長方形状であり、前記ストレート部は、前記角丸長方形状の短手方向の両端に対応する短径部にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項２記載の排気浄化装置。
4. 前記ケースは、前記断面が角丸長方形状であり、前記角丸長方形状の長手方向の両端に対応する長径部に前記雌側半体と前記雄側半体との嵌合部が位置していることを特徴とする請求項２又は３記載の排気浄化装置。
5. 前記雄側半体の嵌合部は、断面視では前記マットから離れる向きへ突出する段状であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の排気浄化装置。

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