JP7744285B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

Description

本開示は、排気浄化装置に関する。

特許文献１に記載されているように、触媒コンバータにおいて、触媒が収容される排気管の外周面を覆うヒートインシュレータを設けたり、排気管の外周面とヒートインシュレータとの間に、耐熱性を有するマット材を設けたりする技術が知られている。また、このような触媒コンバータにおいて、マット材からヒートインシュレータに加えられる面圧により、ヒートインシュレータを保持する技術が知られている。

特開２０１９－７４０３９号公報

しかし、マット材からの面圧によりヒートインシュレータを保持する場合には、車両の振動等によりヒートインシュレータの位置ずれが生じる恐れがある。
本開示の一態様では、ヒートインシュレータの位置ずれを抑制することを目的とする。

本開示の一態様は、車両の排ガスを浄化するよう構成された排気浄化装置であって、排気管と、ヒートインシュレータと、緩衝部と、少なくとも１つの突起部と、を備える。排気管は、排ガスを浄化する浄化部材を収容するよう構成される。ヒートインシュレータは、排気管の外周面を周回するように配置される。緩衝部は、ヒートインシュレータと排気管の外周面との間に設けられる。突起部は、排気管の外周面に設けられる。緩衝部は、突起部を収容する少なくとも１つの収容空間を有する。

上記構成によれば、排気管に設けられた突起部は、緩衝部の収容空間に収容されているため、排気管に対する緩衝部の位置がずれるのを抑制できる。このため、緩衝部の外側に位置するヒートインシュレータの位置ずれを抑制できる。

本開示の一態様では、突起部の頂部には、面状に広がる頂面が形成されていてもよい。
上記構成によれば、突起部が緩衝部に当接した際に、緩衝部に損傷を与えるのを抑制できる。

本開示の一態様では、収容空間は、緩衝部における穴状の空間であってもよい。
上記構成によれば、収容空間を好適に形成できる。
本開示の一態様では、ヒートインシュレータは、溝状の部分である第１及び第２溝部を有し、第１及び第２溝部は、それぞれ、第１及び第２側縁部を有してもよい。第１溝部の第１及び第２側縁部を、それぞれ、第２溝部の第１又は第２溝部に対面するよう配置することで、第１及び第２溝部は、排気管の外周面を周回するように配置されてもよい。緩衝部は、第１及び第２緩衝部を有し、第１及び第２緩衝部は、それぞれ、第１及び第２溝部に配置されてもよい。収容空間は、第１緩衝部の端部と、第２緩衝部の端部との間の隙間により形成されてもよい。

上記構成によれば、より簡易的に収容空間を設けることができる。
本開示の一態様は、収容空間は、緩衝部を貫通してもよい。ヒートインシュレータに設けられ、突起部と結合すると共に、収容空間に収容される少なくとも１つの結合部をさらに備えてもよい。突起部は、結合部に結合した状態で収容空間に収容されてもよい。

上記構成によれば、インシュレータの位置ずれをより好適に抑制できる。

第１実施形態の排気浄化装置の側面図である。 図１におけるII-II断面図である。 第１実施形態の突起部の斜視図である。 変形例の突起部の斜視図である。 変形例の排気浄化装置の側面図である。 第２実施形態の排気浄化装置における軸線に直交する断面図である。 第３実施形態の排気浄化装置における突出部の説明図である。 第４実施形態の排気浄化装置における突出部及び結合部の説明図である。 第５実施形態の排気浄化装置における突出部及び結合部の説明図である。 第５実施形態の変形例の排気浄化装置における突出部及び結合部の説明図である。

以下、本開示の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本開示の実施の形態は、下記の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採りうる。

［第１実施形態］
［１．概要］
第１実施形態の排気浄化装置１は、車両の内燃機関からの排ガスの流路に設けられ、排ガスを浄化するよう構成される（図１、２参照）。排気浄化装置１は、一例として、触媒コンバータとして構成されており、内燃機関のエキマニの下流側に隣接して設けられる。

排気浄化装置１は、浄化部材２と、コンバータ部３と、遮熱装置とを備える。
浄化部材２は、排ガスを浄化するための部材であり、一例として、排ガスとの接触により排ガス中の汚染物質を改質又は捕集する触媒として構成されていても良い。

コンバータ部３は、内燃機関からの排ガスの流路を形成する排気管として構成されており、内部に浄化部材２が収容される。なお、浄化部材２は、一例として円柱状であっても良い。コンバータ部３は、一例として、浄化部材２の軸線１０に沿って真っすぐに延びる円筒状の部位として構成されている。なお、軸線１０は、一例として、浄化部材２における当該軸線１０に直交する断面の中心又はその付近を通過する。また、排気管の形状は、これに限らず、適宜定められ得る。

遮熱装置は、コンバータ部３からの放熱を遮断するよう構成されており、ヒートインシュレータ４と、緩衝部５とを備える。
［２．ヒートインシュレータ］
ヒートインシュレータ４は、コンバータ部３の外周面に対し隙間を有しつつ、コンバータ部３を周回するように設けられる略円筒状の部材である（図１、２参照）。ヒートインシュレータ４は、例えば、ステンレスやアルミニウム等により構成され、排気管からの放熱を抑制する。ヒートインシュレータ４は、コンバータ部３を囲むように設けられ、軸線１０に直交する断面（以後、単に断面と記載）は、一例として円形となっている。

ヒートインシュレータ４は、溝状の部分である第１及び第２溝部４０、４１を備える。第１及び第２溝部４０、４１は、それぞれ、断面が一例として円弧状（一例として、半円状）であり、軸線１０の方向（換言すれば、排ガスの流れ方向）に延びる第１及び第２側縁部４０Ａ、４０Ｂ、４１Ａ、４１Ｂを有する。第１及び第２側縁部４０Ａ、４０Ｂ、４１Ａ、４１Ｂは、第１及び第２溝部４０、４１の断面における両端に位置する。

第１及び第２溝部４０、４１の第１及び第２側縁部４０Ａ、４０Ｂ、４１Ａ、４１Ｂには、それぞれ、一例として２つのフランジ部４２が設けられている。そして、第１及び第２溝部４０、４１は、第１側縁部４０Ａ、４１Ａ同士と、第２側縁部４０Ｂ、４１Ｂ同士とが対面するように配置され、対面する縁部に設けられた各フランジ部４２同士が接合される。なお、接合とは、例えば、ボルト及びナットを用いた機械的な接合であっても良いし、溶接による接合であっても良いし、接着剤による接合であっても良い。また、例えば、これらの方法を組み合わせた接合がなされても良い。

［３．緩衝部］
緩衝部５は、ヒートインシュレータ４の内周面とコンバータ部３の外周面との間に配置されており、コンバータ部３を周回するように設けられる（図１、２参照）。緩衝部５は、第１及び第２マット材５０、５１を備える。第１及び第２マット材５０、５１は、それぞれ、ヒートインシュレータ４の第１及び第２溝部４０、４１の内周面を覆うように配置され、第１及び第２マット材５０、５１の断面は円弧状となる。

また、第１及び第２マット材５０、５１は、一例として、接着剤により、コンバータ部３の外周面、又はヒートインシュレータ４の内周面に接着される。無論、これに限らず、第１及び第２マット材５０、５１は、接着剤以外の手段で、コンバータ部３又はヒートインシュレータ４に固定されてもよいし、第１及び第２マット材５０、５１は、コンバータ部３又はヒートインシュレータ４に固定されなくても良い。

また、第１及び第２マット材５０、５１は、緩衝材として構成されていると共に、一例として、空気よりも熱伝導率の低い材料（例えば、グラスウールやロックウール）を含んでおり、これにより遮熱機能が生じる。無論、第１及び第２マット材５０、５１は、これらの材料に限らず、様々な材料により構成され得る。

ここで、第１及び第２マット材５０、５１の断面における両端に位置する部分を、それぞれ、第１及び第２端部５０Ａ、５０Ｂ、５１Ａ、５１Ｂと記載する。第１及び第２マット材５０、５１は、第１端部５０Ａ、５１Ａ同士と、第２端部５０Ｂ、５１Ｂ同士とが対面するように配置される。また、第１端部５０Ａ、５１Ａの間と、第２端部５０Ｂ、５１Ｂの間とには、隙間が形成される。

また、第１及び第２マット材５０、５１は、圧縮された状態で、ヒートインシュレータ４とコンバータ部３とに挟まれる。このため、圧縮された第１及び第２マット材５０、５１からの面圧がヒートインシュレータ４の内周面に加えられ、これにより、ヒートインシュレータ４がコンバータ部３に保持される。

［４．突起部及び収容空間］
第１実施形態では、コンバータ部３の外周面から突出する２つの突起部３０が設けられている（図１、２参照）。２つの突起部３０は、軸線１０の方向において同じ位置に配置され、軸線１０を挟んで対面する位置に設けられる。つまり、各突起部３０は、軸線１０を中心とする周方向に約１８０°の間隔を開けて配置される。また、各突起部３０は、コンバータ部３における排ガスの流れ方向の上流側の端部の付近に設けられる。

また、各突起部３０は、コンバータ部３と一体に形成されている。具体的には、例えば、コンバータ部３が鋳造により製造される場合には、各突起部３０は、コンバータ部３の一部として鋳造されても良い。また、例えば、コンバータ部３がプレス成形により製造される場合であれば、各突起部３０は、プレス成形の際にコンバータ部３の一部として形成されても良い。

また、第１及び第２マット材５０、５１には、それぞれ、当該マット材を貫通する穴状の空間である収容空間５２が設けられている。これらの２つの収容空間５２は、マット材５０、５１を貫通せず、コンバータ部３の外周面に隣接する開口を有する穴状の空間として形成されていても良い。２つの収容空間５２もまた、突起部３０と同様に軸線１０を挟んで対面する位置に設けられる。また、各収容空間５２は、一例として、各マット材の断面における略中央に設けられる。

そして、各突起部３０は、いずれかの収容空間５２に収容される。収容空間５２に収容された突起部３０は、マット材における収容空間５２に対面する部分（以後、壁面）に当接又は近接した状態となる。つまり、収容空間５２は、突起部３０以上の大きさを有する。

具体的には、各突起部３０は、一例として円錐台形状であり、各突起部３０の頂部には、平面状に広がる頂面３１が形成されている（図３参照）。この他にも、各突起部３０は、例えば、突出方向に直交する断面が多角形である錐台形状であっても良く、図４に示すように、四角形の頂面３１を有する四角錐台形状であってもよい。また、これに限らず、各突起部３０の頂部には、曲面状の頂面が形成されていてもよい。

また、突起部３０が四角錐台形状である場合には、突出方向に直交する四角形の上記断面の辺が、ヒートインシュレータ４がずれると予測される方向と交差するように、突起部３０が配置されていても良い。具体的には、例えば、突起部３０の上記断面が長方形であり、また、ヒートインシュレータ４が軸線１０を中心とする周方向にずれると予測される場合であれば、図５のように、突起部３０は、断面の長辺が周方向と直交するように配置されても良い。

なお、各突起部３０の形状は、例えば、円柱状や角柱状等であっても良い。また、突起部３０及び収容空間５２の数は、１個又は３個以上であっても良い。また、突起部３０及び収容空間５２の、軸線１０の方向の位置や、軸線１０を中心とする周方向の位置は、適宜定めることができる。

［第２実施形態］
［５．概要］
第２実施形態の排気浄化装置１は、第１実施形態と同様の構成を有しているが、第１及び第２マット材５０、５１の収容空間５２の構成において、第１実施形態と相違する。以下では、第１実施形態との相違点を中心に、第２実施形態の排気浄化装置１について説明する。

第２実施形態では、第１及び第２マット材５０、５１には、穴状の収容空間は設けられておらず、各マット材の端部の間に存在する隙間により、２つの収容空間５２が形成される（図６参照）。具体的には、第１マット材５０の第１端部５０Ａと、第２マット材５１の第１端部５１Ａとの隙間により、収容空間５２が形成される。また、第１マット材５０の第２端部５０Ｂと、第２マット材５１の第２端部５１Ｂとの隙間により、収容空間５２が形成される。なお、第２実施形態においても、２つの収容空間５２は、第１実施形態と同様に軸線１０を挟んで対面する位置に設けられる。

そして、各突起部３０は、いずれかの収容空間５２に収容される。また、各収容空間５２に収容された突起部３０は、第１及び第２マット材５０、５１における各端部により形成される壁面に対し、当接又は近接した状態となる。

［第３実施形態］
［６．概要］
第３実施形態の排気浄化装置１は、第１実施形態と同様の構成を有しているが、コンバータ部３の突起部３０の構成と、第１及び第２マット材５０、５１の収容空間５２の構成とにおいて、第１実施形態と相違する。以下では、第１実施形態との相違点を中心に、第３実施形態の排気浄化装置１について説明する。

第３実施形態では、各突起部３０は、コンバータ部３に他の部材（例えば、ワイヤメッシュ）を接合することで構成される（図７参照）。また、各収容空間５２は、マット材を貫通せず、コンバータ部３の外周面に対面する開口を有する穴状の空間として形成される。

そして、各収容空間５２に収容された突起部３０の頂面３１は、マット材における収容空間５２の底部を形成する部分に当接する。しかし、これに限らず、突起部３０の頂面３１とマット材との間には、隙間が形成されていても良い。また、突起部３０の側面と、マット材における収容空間５２に隣接する部分との間には、隙間が形成されている。しかし、これに限らず、突起部３０の側面は、マット材に当接していても良い。

［第４実施形態］
［７．概要］
第４実施形態の排気浄化装置１は、第１実施形態と同様の構成を有しているが、コンバータ部３の突起部３０の構成と、ヒートインシュレータ４に２つの結合部４３が設けられている点とにおいて、第１実施形態と相違する。以下では、第１実施形態との相違点を中心に、第４実施形態の排気浄化装置１について説明する。

第４実施形態では、各突起部３０は、コンバータ部３に他の部材（例えば、ワイヤメッシュ）を溶接することで構成される（図８参照）。そして、各突起部３０の頂面の中央には突出部が設けられており、該頂面は凸部３２を形成する。

また、各収容空間５２は、第１実施形態と同様、マット材を貫通する穴状の空間として形成されている。
また、ヒートインシュレータ４の第１及び第２溝部４０、４１には、それぞれ、溝部の内周面から突出する結合部４３が設けられる。各結合部４３は、一例としてワイヤメッシュにより構成されており、各溝部の内周面に溶接されている。これらの結合部４３は、突起部３０と同様に軸線１０を挟んで対面する位置に設けられ、マット材の外周面側から収容空間５２に収容される。そして、各結合部４３の頂面の中央には穴が設けられており、該頂面は凹部４４を形成する。結合部４３の凹部４４は、突起部３０の凸部３２と嵌合可能となっている。

つまり、突起部３０の凸部３２と結合部４３の凹部４４とを嵌合させることで、これらの突起部３０及び結合部４３が結合する。そして、各突起部３０は、結合部４３と結合した状態で、収容空間５２に収容される。

なお、各突起部３０及び各結合部４３は、ワイヤメッシュ以外の材料から構成されていても良いし、コンバータ部３又はヒートインシュレータ４に対し、溶接以外の方法で接合されても良い。

また、各突起部３０及び各結合部４３の側面と、マット材における収容空間５２に隣接する部分との間には、隙間が形成されている。しかし、これに限らず、これらの側面は、マット材に当接していても良い。

［第５実施形態］
［８．概要］
第５実施形態の排気浄化装置１は、第４実施形態と同様の構成を有しているが、コンバータ部３の突起部３０の構成と、ヒートインシュレータ４の結合部４３の構成とにおいて、第４実施形態と相違する。以下では、第４実施形態との相違点を中心に、第５実施形態の排気浄化装置１について説明する。

第５実施形態では、各突起部３０は、円柱状であり、リベット３３とワイヤメッシュ３４とを備える（図９参照）。リベット３３は、第１及び第２面を有する円盤状の部位である頭部３３Ａと、頭部３３Ａの第１面の中央から突出する胴部３３Ｂとを有する。なお、リベット３３に替えて、例えば、ウエルドボルトが用いられても良い。そして、頭部３３Ａの第１面は、コンバータ部３の外周面に溶接される。また、頭部３３Ａの第２面と胴部３３Ｂの側面とを覆うように、ワイヤメッシュ３４を設けることで、円柱状の突起部３０が形成される。なお、一例として、ワイヤメッシュ３４は、頭部３３Ａに溶接されていても良い。

また、各結合部４３は、一例として円柱状であり、溝部をコンバータ部３側（換言すれば、内側）に向けて陥没させることで形成される。そして、各結合部４３の頂面の中央は、外側に突出するように陥没しており、これにより、該頂面に凹部４４が形成される。

そして、結合部４３の凹部４４に突起部３０を圧入すると、突起部３０のワイヤメッシュ３４が変形し、ワイヤメッシュ３４とリベット３３の胴部３３Ｂとが、凹部４４に挿入される。これにより、突起部３０及び結合部４３が結合される。そして、各突起部３０は、結合部４３と結合した状態で、収容空間５２に収容される。

この他にも、各突起部３０は、円柱状のワイヤメッシュ３４をコンバータ部３の外周面に溶接することで構成されても良い（図１０）。そして、同様にして結合部４３の凹部４４にワイヤメッシュ３４（換言すれば、突起部３０）を圧入し、ワイヤメッシュ３４を変形させることで、突起部３０及び結合部４３を結合しても良い。

この他にも、例えば、各突起部３０は、リベット３３のみから構成されても良いし、リベット３３又はワイヤメッシュ３４以外の部材から構成されていても良い。また、各突起部３０は、コンバータ部３に対し溶接以外の方法で接合されても良い。また、各結合部４３は、ヒートインシュレータ４の溝部に他の部材を接合することで構成されても良い。

また、各突起部３０及び各結合部４３の側面と、マット材における収容空間５２に隣接する部分との間には、隙間が形成されている。しかし、これに限らず、これらの側面は、マット材に当接していても良い。

［９．効果］
（１）第１～第５実施形態では、コンバータ部３に設けられた各突起部３０は、緩衝部５に設けられた各収容空間５２に収容されているため、コンバータ部３に対する緩衝部５の位置がずれるのを抑制できる。このため、緩衝部５の外側に位置するヒートインシュレータ４の位置ずれを抑制できる。

（２）また、各突起部３０には頂面３１が形成されている。このため、突起部３０がマット材に当接した際に、マット材に損傷を与えるのを抑制できる。
（３）また、第１、第２実施形態では、各突起部３０は、コンバータ部３と一体に形成される。このため、各突起部３０の形成が容易になり、排気浄化装置１の製造工程を簡略化できる。

（４）また、第３～第５実施形態では、各突起部３０は、コンバータ部３の外周面に、例えばワイヤメッシュやリベット等の他の部材を接合することで形成される。このため、様々な形状や材質の突起部３０を設けることができ、突起部３０の機能を高めることができる。また、突起部３０をコンバータ部３と一体に形成する場合、専用の金型が必要となる場合がある。しかし、コンバータ部３の外周面に他の部材を接合することで突起部３０を形成する場合であれば、専用の金型が不要となり、より汎用的な設備で突起部３０を形成し得る。

（５）また、第１、第３～第５実施形態では、収容空間５２は、マット材に設けられた穴状の空間である。このため、収容空間５２を好適に形成できる。
（６）また、第４、第５実施形態では、各突起部３０は、ヒートインシュレータ４に設けられた結合部４３と結合した状態で収容空間５２に収容される。このため、ヒートインシュレータ４の位置ずれをより好適に抑制できる。

（７）また、第２実施形態では、第１マット材５０の端部と第２マット材５１の端部との間の隙間により、収容空間５２が形成される。このため、より簡易的に収容空間５２を設けることができる。

［１０．他の実施形態］
（１）第１～第５実施形態の排気浄化装置１では、緩衝部５は、第１及び第２マット材５０、５１を備える。しかし、緩衝部５は、例えば、コンバータ部３の外周面を周回するように設けられる１のマット材により構成されても良いし、コンバータ部３の外周面を周回するように並んで配置された３以上のマット材により構成されても良い。なお、緩衝部５が３以上のマット材により構成される場合、各マット材に収容空間５２を設け、各収容空間５２に突起部が収容されるようにしても良い。

（２）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。

［１１．文言の対応関係］
第１及び第２マット材５０、５１が、それぞれ、第１及び第２緩衝部の一例に相当する。

１…排気浄化装置、１０…軸線、２…浄化部材、３…コンバータ部、３０…突起部、３１…頂面、４…ヒートインシュレータ、４０、４１…第１、第２溝部、４０Ａ、４１Ａ…第１側縁部、４０Ｂ、４１Ｂ…第２側縁部、４３…結合部、５…緩衝部、５０、５１…第１、第２マット材、５０Ａ、５１Ａ…第１端部、５０Ｂ、５１Ｂ…第２端部、５２…収容空間。

Claims (7)

1. 車両の排ガスを浄化するよう構成された排気浄化装置であって、
   排ガスを浄化する浄化部材を収容するよう構成された排気管と、
   前記排気管の外周面を周回するように配置されるヒートインシュレータと、
   前記ヒートインシュレータと前記排気管の外周面との間に設けられる緩衝部と、
   前記排気管の外周面に設けられた少なくとも１つの突起部と、を備え、
   前記緩衝部は、前記突起部を収容する少なくとも１つの収容空間を有する
   排気浄化装置。
2. 請求項１に記載の排気浄化装置であって、
   前記突起部の頂部には、面状に広がる頂面が形成されている
   排気浄化装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の排気浄化装置であって、
   前記収容空間は、前記緩衝部における穴状の空間である
   排気浄化装置。
4. 請求項１又は請求項２に記載の排気浄化装置であって、
   前記ヒートインシュレータは、溝状の部分である第１及び第２溝部を有し、前記第１及び第２溝部は、それぞれ、第１及び第２側縁部を有し、
   前記第１溝部の前記第１及び第２側縁部を、それぞれ、前記第２溝部の前記第１又は第２縁部に対面するよう配置することで、前記第１及び第２溝部は、前記排気管の外周面を周回するように配置され、
   前記緩衝部は、第１及び第２緩衝部を有し、前記第１及び第２緩衝部は、それぞれ、前記第１及び第２溝部に配置され、
   前記収容空間は、前記第１緩衝部の端部と、前記第２緩衝部の端部との間の隙間により形成される
   排気浄化装置。
5. 請求項１又は請求項２に記載の排気浄化装置であって、
   前記収容空間は、前記緩衝部を貫通し、
   前記ヒートインシュレータに設けられ、前記突起部と結合すると共に、前記収容空間に収容される少なくとも１つの結合部をさらに備え、
   前記突起部は、前記結合部に結合した状態で前記収容空間に収容される
   排気浄化装置。
6. 請求項１又は請求項２に記載の排気浄化装置であって、
   前記収容空間とは、前記緩衝部を貫通する空間であり、
   前記突起部は、前記ヒートインシュレータに当接しない
   排気浄化装置。
7. 請求項１又は請求項２に記載の排気浄化装置であって、
   前記収容空間とは、前記緩衝部を貫通しない空間であり、
   前記収容空間に収容された突起部と、前記ヒートインシュレータとの間には、前記緩衝部の一部が配置される
   排気浄化装置。