JP6270883B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
従来、排気浄化触媒が担持されたフィルタ機能を有するハニカム担体と、保持部材を介して該ハニカム担体を格納する筒状のケース部材と、を含んで構成される内燃機関の排気浄化装置が知られている。ハニカム担体としては、隣接するセルの流入側開口部と流出側開口部とが交互に目封じされた所謂ウォールフロー型のハニカム担体が用いられる。このハニカム担体をケース部材内に格納する際には、ケース部材内でハニカム担体を確実に保持することが重要である。
ケース部材内にハニカム担体を保持する技術としては、メッシュリング等を用いた技術が一般的である。ところが、メッシュリング等を用いた場合には、フィルタ全体を効率良く利用することができず、フィルタの有効容量及び排気浄化性能が低減するという課題がある。これに対して、ハニカム担体の外周側面の少なくとも一部に、径方向外側に突出する凸部を設ける技術が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。この技術によれば、凸部が係止部として機能することで、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で確実に保持できるとともに、十分なフィルタの有効容量及び排気浄化性能を確保できる。
ところで、上記凸部は、ハニカム担体の外周側面を研削することで形成されるため、製造工程が煩雑であり、製造コストが嵩む。そこで、本発明者は、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保持部材を介してケース部材の内壁に引っ掛けるという簡易な構造により、十分なフィルタの有効容量及び排気浄化性能を確保しつつ、ハニカム担体をケース部材内に確実に保持できることを見出している。
しかしながら、この場合には、傾斜部又は段差部における目封じと保持部材との位置関係によっては、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）や不燃成分のアッシュ（Ａｓｈ）がハニカム担体の下流側から漏れ出すおそれがあった。また、ハニカム担体の中心軸方向における保持部材の端部が、ハニカム担体の中心軸方向の端面よりも突出していた場合には、該保持部材の端部に排気が直接当たることによって、保持部材の風蝕が生じるおそれがあった。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、十分なフィルタの有効容量及び排気浄化性能を確保しつつハニカム担体をケース部材内に確実に保持できるとともに、粒子状物質やアッシュを確実に捕捉でき、保持部材の風蝕を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
上記目的を達成するため本発明は、内燃機関（例えば、後述のエンジン）の排気通路（例えば、後述の排気管）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（例えば、後述の流入側端面１１０ａ）から流出側端面（例えば、後述の流出側端面１１０ｂ）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（例えば、後述のハニカム担体１１）と、前記ハニカム担体に担持された排気浄化触媒（例えば、後述の三元触媒）と、保持部材（例えば、後述の保持部材１３）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（例えば、後述のケース部材１２）と、を備え、前記ハニカム担体は、その中心軸（例えば、後述の中心軸Ｘ）方向の両端面の外周側に形成され且つその外周縁側ほど前記中心軸方向に直交する断面積が大きくなるように形成された傾斜部（例えば、後述の傾斜部１１２ａ，１１２ｂ）又は段差部を有する外周部（例えば、後述の外周部Ｐ）と、該外周部に囲まれた中央部（例えば、後述の中央部Ｃ）と、を有するとともに、前記外周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、前記中央部は、隣接するセルの流入側開口部と流出側開口部とが交互に目封じされる一方で、前記外周部の傾斜部又は段差部は、隣接するセルの流入側開口部と流出側開口部とが交互に目封じされた目封じ領域（例えば、後述の目封じ領域ＳＲ）と、該目封じ領域の外周に配置され前記目封じがされていない開口領域（例えば、後述の開口領域ＯＲ）と、を有し、前記保持部材は、その上流端（例えば、後述の上流端１３１）及び下流端（例えば、後述の下流端１３２）のうち少なくとも一方の前記中心軸方向の位置が、前記傾斜部又は段差部における前記目封じ領域の前記中心軸方向の位置と重なるように配置される内燃機関の排気浄化装置（例えば、後述の排気浄化装置１）である。
本発明では、ハニカム担体の外周部の中心軸方向両端に、その外周縁側ほど中心軸方向に直交する断面積が大きくなる方向に傾斜部又は段差部を形成する。即ち、ハニカム担体の外周縁における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。そして、この傾斜部又は段差部が形成された外周部が保持部材を介してケース部材の内壁に引っ掛かるようにして、ハニカム担体をケース部材内に保持する。
これにより、傾斜部又は段差部が形成されたハニカム担体の外周部を、保持部材を介してケース部材の内壁に引っ掛けるという簡易な構造により、ハニカム担体をケース部材内に確実に保持できる。また、メッシュリング等の部品を用いる必要が無いため、十分なフィルタの有効容量及び排気浄化性能を確保できる。
これにより、傾斜部又は段差部が形成されたハニカム担体の外周部を、保持部材を介してケース部材の内壁に引っ掛けるという簡易な構造により、ハニカム担体をケース部材内に確実に保持できる。また、メッシュリング等の部品を用いる必要が無いため、十分なフィルタの有効容量及び排気浄化性能を確保できる。
また本発明では、上記傾斜部又は段差部を、隣接するセルの流入側開口部と流出側開口部とが交互に目封じされた目封じ領域と、該目封じ領域の外周に配置され目封じがされていない開口領域と、を含んで構成する。そして、保持部材の上流端及び下流端のうち少なくとも一方の中心軸方向の位置が、上記傾斜部又は段差部における目封じ領域の中心軸方向の位置と重なるように、保持部材を配置する。
ここで、粒子状物質やアッシュの漏れ防止の観点から外周部全体を目封じする場合には、ハニカム担体の中心軸方向の両端面の全面に亘って目封じを深く形成する必要があり、フィルタの有効容量が低減する。これに対して本発明によれば、外周部の傾斜部又は段差部に目封じがされていない開口領域を形成し、この開口領域を保持部材で確実に覆う構成としているため、十分なフィルタの有効容量を確保しつつ、粒子状物質やアッシュを確実に捕捉できる。また、保持部材の上流端及び下流端がハニカム担体の中心軸方向の端面よりも突出しない構成としているため、保持部材の上流端や下流端に排気が直接当たるのを抑制でき、保持部材の風蝕を抑制できる。
ここで、粒子状物質やアッシュの漏れ防止の観点から外周部全体を目封じする場合には、ハニカム担体の中心軸方向の両端面の全面に亘って目封じを深く形成する必要があり、フィルタの有効容量が低減する。これに対して本発明によれば、外周部の傾斜部又は段差部に目封じがされていない開口領域を形成し、この開口領域を保持部材で確実に覆う構成としているため、十分なフィルタの有効容量を確保しつつ、粒子状物質やアッシュを確実に捕捉できる。また、保持部材の上流端及び下流端がハニカム担体の中心軸方向の端面よりも突出しない構成としているため、保持部材の上流端や下流端に排気が直接当たるのを抑制でき、保持部材の風蝕を抑制できる。
前記保持部材は、その上流端の前記中心軸方向の位置が、前記傾斜部又は段差部における前記目封じ領域の前記中心軸方向の位置と重なるように配置されることが好ましい。
この発明では、保持部材の上流端の中心軸方向の位置が、上記傾斜部又は段差部における目封じ領域の中心軸方向の位置と重なるように、保持部材を配置する。
この発明によれば、保持部材の上流端が傾斜部又は段差部の目封じ領域に位置するため、ハニカム担体の上流側の傾斜部又は段差部において、目封じされていない開口領域を保持部材により確実に覆うことができる。そのため、ハニカム担体の外周部には粒子状物質やアッシュが流入することがなく、該外周部は排気浄化部として機能する。従ってこの発明によれば、より優れた排気浄化性能が得られる。
この発明によれば、保持部材の上流端が傾斜部又は段差部の目封じ領域に位置するため、ハニカム担体の上流側の傾斜部又は段差部において、目封じされていない開口領域を保持部材により確実に覆うことができる。そのため、ハニカム担体の外周部には粒子状物質やアッシュが流入することがなく、該外周部は排気浄化部として機能する。従ってこの発明によれば、より優れた排気浄化性能が得られる。
前記保持部材は、その下流端の前記中心軸方向の位置が、前記傾斜部又は段差部における前記目封じ領域の前記中心軸方向の位置と重なるように配置されることが好ましい。
この発明では、保持部材の下流端の中心軸方向の位置が、上記傾斜部又は段差部における目封じ領域の中心軸方向の位置と重なるように、保持部材を配置する。
この発明によれば、保持部材の下流端が傾斜部又は段差部の目封じ領域に位置するため、ハニカム担体の下流側の傾斜部又は段差部において、目封じされていない開口領域を保持部材により確実に覆うことができる。そのため、ハニカム担体の上流側の外周部から粒子状物質やアッシュが流入した場合には、流入した粒子状物質やアッシュが下流側の外周部から流出することなく捕捉される。即ち、ハニカム担体の外周部は粒子状物質やアッシュの捕捉部（ポケット）として機能する。従ってこの発明によれば、より優れたフィルタ機能が得られ、より確実に粒子状物質やアッシュを捕捉できる。
この発明によれば、保持部材の下流端が傾斜部又は段差部の目封じ領域に位置するため、ハニカム担体の下流側の傾斜部又は段差部において、目封じされていない開口領域を保持部材により確実に覆うことができる。そのため、ハニカム担体の上流側の外周部から粒子状物質やアッシュが流入した場合には、流入した粒子状物質やアッシュが下流側の外周部から流出することなく捕捉される。即ち、ハニカム担体の外周部は粒子状物質やアッシュの捕捉部（ポケット）として機能する。従ってこの発明によれば、より優れたフィルタ機能が得られ、より確実に粒子状物質やアッシュを捕捉できる。
前記外周部は、その前記中心軸方向の両端のうち少なくとも一端に形成され且つ前記中心軸方向に延びるストレート部を含んで構成され、前記目封じ領域は前記ストレート部に配置され、前記保持部材は、その上流端及び下流端のうち少なくとも一方の前記中心軸方向の位置が、前記ストレート部における目封じ領域の前記中心軸方向の位置と重なるように配置されることが好ましい。
この発明では、上記外周部における中心軸方向の両端のうち少なくとも一端に、中心軸方向に延びるストレート部を形成し、該ストレート部に目封じ領域を配置する。また、保持部材の上流端及び下流端のうち少なくとも一方の中心軸方向の位置が、このストレート部における目封じ領域の中心軸方向の位置と重なるように、保持部材を配置する。
ここで、通常、キャニング時において保持部材の位置（保持部材の上端や下端の位置）はばらつくおそれが高く、このばらつきを吸収するためには例えば外周部に形成する傾斜部の傾斜長さを長くしたり、あるいは傾斜角度を緩くする必要があるが、これらはケース部材内にハニカム担体を保持する観点から制約がある。
これに対して、この発明によれば、目封じ領域が配置されたストレート部を外周部に有するため、キャニング時に保持部材の位置がばらついた場合であっても、そのばらつきをストレート部で吸収できる。従ってこの発明によれば、目封じがされていない開口領域を保持部材でより確実に覆いつつ、保持部材の上流端及び下流端がハニカム担体の中心軸方向の端面から突出するのをより確実に回避できるため、保持部材の風蝕をより確実に抑制できる。
ここで、通常、キャニング時において保持部材の位置（保持部材の上端や下端の位置）はばらつくおそれが高く、このばらつきを吸収するためには例えば外周部に形成する傾斜部の傾斜長さを長くしたり、あるいは傾斜角度を緩くする必要があるが、これらはケース部材内にハニカム担体を保持する観点から制約がある。
これに対して、この発明によれば、目封じ領域が配置されたストレート部を外周部に有するため、キャニング時に保持部材の位置がばらついた場合であっても、そのばらつきをストレート部で吸収できる。従ってこの発明によれば、目封じがされていない開口領域を保持部材でより確実に覆いつつ、保持部材の上流端及び下流端がハニカム担体の中心軸方向の端面から突出するのをより確実に回避できるため、保持部材の風蝕をより確実に抑制できる。
本発明によれば、十分なフィルタの有効容量及び排気浄化性能を確保しつつハニカム担体をケース部材内に確実に保持できるとともに、粒子状物質やアッシュを確実に捕捉でき、保持部材の風蝕を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供できる。
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、第２実施形態以後の説明において、第１実施形態と共通する構成については同一の符号を付すとともに、対応する構成については同一の規則性をもって符号を付し、その構成及び効果の説明を省略する。
［第１実施形態］
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としてのガソリンエンジン（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。）や不燃成分のアッシュ（Ａｓｈ）を捕捉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としてのガソリンエンジン（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。）や不燃成分のアッシュ（Ａｓｈ）を捕捉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。
排気浄化装置１は、図示しないエンジンの直下で、該エンジンの車両前方側の側面に沿って下方に延びる排気管に設けられる。即ち、排気浄化装置１は、排気の流れ方向を下方に向けた状態で、排気管に設けられる。
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。
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、排気の流入側端面１１０ａから流出側端面１１０ｂまで貫通して延びて排気の流路となる複数のセルと、これらセルを区画形成する多孔質の隔壁と、を有する。
ハニカム担体１１は、断面が円形の円柱状である。ただし、ハニカム担体としては柱状であればよく、例えば径方向断面の形状が、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は、断面が円形の円柱状である。ただし、ハニカム担体としては柱状であればよく、例えば径方向断面の形状が、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は、コーディエライトからなる多孔質の耐火性セラミックスで形成される。コーディエライトからなるハニカム担体１１は、例えば押出し成形により一体成形された後、焼成することで得られる。焼成時には、外周側面を覆う外皮が同時に形成される。従って、本実施形態のハニカム担体１１は、その外周側面が外皮で覆われているため、触媒担持工程で触媒が外周側面から漏れ出したり、使用時に排気が外周側面から漏れ出すことがない。
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やアッシュ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。
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やアッシュ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。
ハニカム担体１１には、全体に亘って、排気を浄化するための排気浄化触媒が担持されている。即ち、後述する中央部Ｃ及び外周部Ｐのいずれにも排気浄化触媒が担持されている。具体的には、本実施形態のハニカム担体１１には、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化する三元触媒が担持されている。三元触媒としては、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｈのうち少なくとも１つの貴金属を含むものが好ましく用いられる。
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。
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。
ケース部材１２は、断面が円環状の円筒状であり、上述のハニカム担体１１を内部に格納する。ただし、ケース部材１２は、ハニカム担体１１の形状に応じて筒状であればよく、例えば径方向断面が、楕円環や複数の円弧環を有する形状であってもよい。
このケース部材１２は、例えばＳＵＳ等の金属から構成される。
このケース部材１２は、例えばＳＵＳ等の金属から構成される。
ケース部材１２は、その中心軸Ｘ方向（図１の上下方向）に沿って周方向に２分割されたケース半体１２１，１２２から構成されるクラムシェル方式のケース部材である。図１に示すように、ケース部材１２は、２分割されたケース半体１２１，１２２を、延出部１２０，１２０にて突き合わせ溶接することで、一体化形成される。
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。
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。
ここで、図２は、本実施形態に係る排気浄化装置１の軸方向断面図（中心軸Ｘ方向に沿った断面図。以下同じ。）である。図２中、黒色部分は、目封じ剤により各セルの開口部が目封じされた目封じ部１１１を示している（図３以降においても同様）。
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、その外周側面の全周に亘って、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、その外周側面の全周に亘って、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。
また、ケース部材１２は、ハニカム担体１１の外形に沿った形状を有し、中心軸方向の両端部、即ち排気の流入側端部と流出側端部がそれぞれ、端部に向かうに従い徐々に縮径するケース傾斜部１２１ａ，１２１ｂとなっている。即ち、ケース傾斜部１２１ａ，１２１ｂは、それぞれ、後述するハニカム担体１１の傾斜部１１２ａ，１１２ｂに沿って延びている。これにより、格納されたハニカム担体１１は、その傾斜部１１２ａ，１１２ｂが保持部材１３を介してケース部材１２のケース傾斜部１２１ａ，１２１ｂの内壁に引っ掛かることで、ケース部材１２内に保持される。
保持部材１３は、ハニカム担体１１の外周側面とケース部材１２の内壁との間に介装され、ハニカム担体１１をケース部材１２内に保持する。保持部材１３としては、耐熱性、耐振性及びシール性を有する材質が用いられる。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、セラミックガラス繊維等のセラミック繊維の他、金属メッシュ等が用いられる。
次に、図２及び図３を参照しながら、ハニカム担体１１のより詳細な構造と、保持部材１３の配置について詳しく説明する。
ここで、図３は、図２における上流側外周部の拡大図である。図２及び図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２及び図３の左右方向）の外周部Ｐの構造と、中央部Ｃの構造とが互いに相違している。
ここで、図３は、図２における上流側外周部の拡大図である。図２及び図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２及び図３の左右方向）の外周部Ｐの構造と、中央部Ｃの構造とが互いに相違している。
具体的には、ハニカム担体１１の中央部Ｃは、円柱状を有する。この中央部Ｃは、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、が交互に市松状に配置された所謂ウォールフロー構造を有している。目封じに用いら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ものが用いられる。
これに対して、ハニカム担体１１の中心軸Ｘ方向の両端面１１０ａ，１１０ｂの外周側には、傾斜部１１２ａ，１１２ｂが全周に亘って形成されている。即ち、ハニカム担体１１の外周部Ｐは、中心軸Ｘ方向の両端に傾斜部１１２ａ，１１２ｂを含んで構成される。これら傾斜部１１２ａ，１１２ｂは、後述する製造方法により、外周部Ｐを研削又は切削することで形成される。
傾斜部１１２ａ，１１２ｂは、ハニカム担体１１の外周縁の中心軸Ｘ方向の長さが小さくなる方向に傾斜する傾斜平面により構成される。即ち、傾斜部１１２ａ，１１２ｂは、
ハニカム担体１１の外周部Ｐの中心軸Ｘ方向両端に、その外周縁側ほど中心軸Ｘ方向に直交する断面積が大きくなる方向に傾斜して形成される。従って、ハニカム担体１１は、中心軸Ｘ方向の両端が中心軸Ｘ方向外側に徐々に縮径するように形成されている。
ハニカム担体１１の外周部Ｐの中心軸Ｘ方向両端に、その外周縁側ほど中心軸Ｘ方向に直交する断面積が大きくなる方向に傾斜して形成される。従って、ハニカム担体１１は、中心軸Ｘ方向の両端が中心軸Ｘ方向外側に徐々に縮径するように形成されている。
また、傾斜部１１２ａ，１１２ｂの中心軸Ｘ方向の長さは、１０ｍｍ以下であることが好ましい。傾斜部１１２ａ，１１２ｂの径方向の幅は、ハニカム担体１１の直径の３０％以下であることが好ましい。また、傾斜部１１２ａ，１１２ｂの傾斜角度は、１５〜８０°であることが好ましい。これらの要件を満たすことにより、傾斜部１１２ａ，１１２ｂが保持部材１３を介してケース部材１２のケース傾斜部１２１ａ，１２１ｂの内壁に確実に引っ掛かるようになる結果、ハニカム担体１１がケース部材１２内に確実に保持される。
図３に示すように、傾斜部１１２ａ，１１２ｂは、隣接するセルの流入側開口部と流出側開口部とが交互に目封じされた目封じ領域ＳＲと、流入側及び流出側いずれも目封じされておらずセルが開口している開口領域ＯＲと、を有する。なお、目封じ領域ＳＲでは、上述の中央部Ｃのウォールフロー構造で用いられる目封じ剤と同様の目封じ剤が用いられる。
また、保持部材１３は、その上流端１３１の中心軸Ｘ方向の位置が、傾斜部１１２ａにおける目封じ領域ＳＲの中心軸Ｘ方向の位置と重なるように配置されている。即ち、中心軸Ｘ方向において、保持部材１３の上流端１３１は、傾斜部１１２ａの目封じ領域ＳＲの範囲内に配置される。これにより、傾斜部１１２ａの開口領域ＯＲが保持部材１３で確実に覆われる一方、保持部材１３の上流端１３１がハニカム担体１１の流入側端面１１０ａから突出することがないようになっている。
なお、本実施形態では、保持部材１３の下流端１３２の中心軸Ｘ方向の位置は、傾斜部１１２ｂの上流端の位置となっている。即ち、傾斜部１１２ｂの開口領域ＯＲは保持部材１３で覆われておらず、上流側から外周部Ｐに流入した排気は、傾斜部１１２ｂの開口領域ＯＲから流出する。これにより、外周部Ｐが排気浄化部として機能するようになっている。
次に、本実施形態に係る排気浄化装置１の製造方法について説明する。本実施形態に係る排気浄化装置１の製造方法は、（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、（ｅ）格納工程と、を備える。
先ず、（ａ）成形工程では、コーディエライトからなる円柱状のハニカム担体を、押出し成形により一体成形する。これにより、排気の流入側端面から流出側端面まで貫通して延びて排気の流路となる複数のセルと、これらセルを区画形成する多孔質の隔壁と、を有するハニカム担体が得られる。
次いで、（ｂ）目封じ工程では、（ａ）成形工程で成形されたハニカム担体に対して、その中心軸Ｘ方向の両端面において、セルの開口部を所定深さ目封じすることで目封じ部１１１を形成する。このとき、隣接するセルの開口部を交互に目封じすることで、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、が交互に市松状に配置されたウォールフロー構造が形成される。これにより、ハニカム担体がフィルタ化される。
なお、（ｂ）目封じ工程では、上述した従来公知の目封じ剤が用いられる。目封じの具体的手順としては、先ず、ハニカム担体の各セルの開口位置に対応して、交互に市松状に開口が設けられたマスキングを、ハニカム担体の一方の端面上に配置する。次いで、その上から目封じ剤を流し込むことにより、交互に市松状にセルの開口部内に目封じ剤が充填されて目封じされる。このとき、目封じ部１１１の目封じ深さは、目封じ剤の量と目封じ時間等を調整することにより、調整される。その後、他方の端面についても、同様の操作を実行する。
次いで、（ｃ）加工工程では、目封じされたハニカム担体の両端面における外周部Ｐを研削又は切削することで、その外周縁側ほど中心軸Ｘ方向に直交する断面積が大きくなる方向（その外周縁の中心軸Ｘ方向の長さが小さくなる方向）に傾斜部１１２ａ，１１２ｂを形成する。加工方法としては、より精度の高い加工が可能である観点から、研削が好ましく採用される。
また、（ｃ）加工工程では、目封じ部１１１の目封じ深さよりも、傾斜部１１２ａ，１１２ｂの中心軸Ｘ方向の長さ寸法の方が大きくなるように、傾斜部１１２ａ，１１２ｂを形成する。これにより、外周部Ｐを構成する傾斜部１１２ａ，１１２ｂには、隣接するセルの流入側開口部と流出側開口部とが交互に目封じされた目封じ領域ＳＲと、各セルが目封じされずに開口した開口領域ＯＲと、が形成される。
次いで、（ｄ）触媒担持工程では、傾斜部１１２ａ，１１２ｂが形成されたハニカム担体１１に、三元触媒を担持する。具体的手順としては、先ず、ハニカム担体１１の中心軸Ｘ方向の一方の端面を、三元触媒を含有するスラリー中に浸漬させる。次いで、他方の端面から、吸引ポンプを用いてスラリーを吸引する。その後、加熱処理を施すことにより、ハニカム担体１１に三元触媒が担持される。
次いで、（ｅ）格納工程では、（ｄ）触媒担持工程で三元触媒が担持されたハニカム担体１１を、保持部材１３を介して傾斜部１１２ａ，１１２ｂがケース部材１２の内壁に引っ掛かって保持されるようにして、ケース部材１２内に格納する。このとき、保持部材１３の上流端１３１の中心軸Ｘ方向の位置が、傾斜部１１２ａの目封じ領域ＳＲの中心軸Ｘ方向の位置と重なるように、保持部材１３を配置する。
以上により、本実施形態に係る排気浄化装置１が製造される。
以上により、本実施形態に係る排気浄化装置１が製造される。
本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
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の外周部Ｐにおいて、その外周縁側ほど中心軸Ｘ方向に直交する断面積が大きくなる方向に傾斜部１１２ａ，１１２ｂを形成した。即ち、ハニカム担体１１の外周縁における中心軸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。そして、この傾斜部１１２ａ，１１２ｂが形成された外周部Ｐ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、傾斜部１１２ａ，１１２ｂが形成されたハニカム担体１１の外周部Ｐを、保持部材１３を介してケース部材１２の内壁に引っ掛けるという簡易な構造により、ハニカム担体１１をケース部材１２内に確実に保持できる。また、メッシュリング等の部品を用いる必要が無いため、十分なフィルタの有効容量及び排気浄化性能を確保できる。
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の外周部Ｐにおいて、その外周縁側ほど中心軸Ｘ方向に直交する断面積が大きくなる方向に傾斜部１１２ａ，１１２ｂを形成した。即ち、ハニカム担体１１の外周縁における中心軸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。そして、この傾斜部１１２ａ，１１２ｂが形成された外周部Ｐ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、傾斜部１１２ａ，１１２ｂが形成されたハニカム担体１１の外周部Ｐを、保持部材１３を介してケース部材１２の内壁に引っ掛けるという簡易な構造により、ハニカム担体１１をケース部材１２内に確実に保持できる。また、メッシュリング等の部品を用いる必要が無いため、十分なフィルタの有効容量及び排気浄化性能を確保できる。
また本実施形態では、上記傾斜部１１２ａ，１１２ｂを、隣接するセルの流入側開口部と流出側開口部とが交互に目封じされた目封じ領域ＳＲと、該目封じ領域ＳＲの外周に配置され目封じがされていない開口領域ＯＲと、を含んで構成した。そして、保持部材１３の上流端１３１の中心軸Ｘ方向の位置が、上記傾斜部１１２ａにおける目封じ領域ＳＲの中心軸Ｘ方向の位置と重なるように、保持部材１３を配置した。
ここで、粒子状物質やアッシュの漏れ防止の観点から外周部全体を目封じする場合には、ハニカム担体の中心軸方向の両端面の全体に亘って目封じを深く形成する必要があり、フィルタの有効容量が低減する。これに対して本実施形態によれば、外周部Ｐに目封じがされていない開口領域ＯＲを形成し、この開口領域ＯＲを保持部材１３で確実に覆う構成としたため、十分なフィルタの有効容量を確保しつつ、粒子状物質やアッシュを確実に捕捉できる。また、保持部材１３の上流端１３１がハニカム担体１１の流入側端面１１０ａよりも突出しない構成としたため、保持部材１３の上流端に排気が直接当たるのを抑制でき、保持部材１３の風蝕を抑制できる。
ここで、粒子状物質やアッシュの漏れ防止の観点から外周部全体を目封じする場合には、ハニカム担体の中心軸方向の両端面の全体に亘って目封じを深く形成する必要があり、フィルタの有効容量が低減する。これに対して本実施形態によれば、外周部Ｐに目封じがされていない開口領域ＯＲを形成し、この開口領域ＯＲを保持部材１３で確実に覆う構成としたため、十分なフィルタの有効容量を確保しつつ、粒子状物質やアッシュを確実に捕捉できる。また、保持部材１３の上流端１３１がハニカム担体１１の流入側端面１１０ａよりも突出しない構成としたため、保持部材１３の上流端に排気が直接当たるのを抑制でき、保持部材１３の風蝕を抑制できる。
また本実施形態によれば、保持部材１３の上流端１３１が傾斜部１１２ａの目封じ領域ＳＲに位置するため、ハニカム担体１１の上流側の外周部Ｐにおいて、目封じされていない開口領域ＯＲを保持部材１３により確実に覆うことができる。そのため、ハニカム担体１１の外周部Ｐには粒子状物質やアッシュが流入することがなく、該外周部Ｐは排気浄化部として機能する。従って本実施形態によれば、より優れた排気浄化性能が得られる。
［第２実施形態］
図４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。また、図５は、図４における下流側外周部の拡大図である。
これら図４及び図５に示すように、第２実施形態に係る排気浄化装置２は、第１実施形態と比べて、外周部Ｐの構成が上流側と下流側とで逆になっている以外は第１実施形態と同様の構成である。即ち、本実施形態では、保持部材２３の下流端２３２の中心軸Ｘ方向の位置が、下流側の傾斜部２１２ｂにおける目封じ領域ＳＲの中心軸Ｘ方向の位置と重なるように、保持部材２３が配置されている。
図４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。また、図５は、図４における下流側外周部の拡大図である。
これら図４及び図５に示すように、第２実施形態に係る排気浄化装置２は、第１実施形態と比べて、外周部Ｐの構成が上流側と下流側とで逆になっている以外は第１実施形態と同様の構成である。即ち、本実施形態では、保持部材２３の下流端２３２の中心軸Ｘ方向の位置が、下流側の傾斜部２１２ｂにおける目封じ領域ＳＲの中心軸Ｘ方向の位置と重なるように、保持部材２３が配置されている。
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と同様の製造方法により製造される。
本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、以下の効果が奏される。
本実施形態では、保持部材２３の下流端２３２の中心軸Ｘ方向の位置が、下流側の傾斜部２１２ｂにおける目封じ領域ＳＲの中心軸Ｘ方向の位置と重なるように、保持部材２３を配置した。
本実施形態によれば、保持部材２３の下流端２３２が下流側の傾斜部２１２ｂの目封じ領域ＳＲに位置するため、ハニカム担体２１の下流側の外周部Ｐにおいて、目封じされていない開口領域ＯＲを保持部材２３により確実に覆うことができる。そのため、ハニカム担体２１の上流側の外周部Ｐから粒子状物質やアッシュが流入した場合には、流入した粒子状物質やアッシュが下流側の外周部Ｐから流出することなく捕捉される。即ち、ハニカム担体２１の外周部Ｐは粒子状物質やアッシュの捕捉部（ポケット）として機能する。従って本実施形態によれば、より優れたフィルタ機能が得られ、より確実に粒子状物質やアッシュを捕捉できる。
本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、以下の効果が奏される。
本実施形態では、保持部材２３の下流端２３２の中心軸Ｘ方向の位置が、下流側の傾斜部２１２ｂにおける目封じ領域ＳＲの中心軸Ｘ方向の位置と重なるように、保持部材２３を配置した。
本実施形態によれば、保持部材２３の下流端２３２が下流側の傾斜部２１２ｂの目封じ領域ＳＲに位置するため、ハニカム担体２１の下流側の外周部Ｐにおいて、目封じされていない開口領域ＯＲを保持部材２３により確実に覆うことができる。そのため、ハニカム担体２１の上流側の外周部Ｐから粒子状物質やアッシュが流入した場合には、流入した粒子状物質やアッシュが下流側の外周部Ｐから流出することなく捕捉される。即ち、ハニカム担体２１の外周部Ｐは粒子状物質やアッシュの捕捉部（ポケット）として機能する。従って本実施形態によれば、より優れたフィルタ機能が得られ、より確実に粒子状物質やアッシュを捕捉できる。
［第３実施形態］
図６は、本発明の第３実施形態に係る排気浄化装置３の軸方向断面図における上流側外周部の拡大図である。図７は、第３実施形態に係る排気浄化装置３のハニカム担体３１を上流側から見た図である。図８は、第３実施形態に係る排気浄化装置３のハニカム担体３１における上流側外周部の斜視図である。
第３実施形態に係る排気浄化装置３は、第１実施形態と比べて、外周部Ｐの上流側の構成と、ケース部材３２の上流側の構成が相違する以外は、第１実施形態と同様の構成である。
図６は、本発明の第３実施形態に係る排気浄化装置３の軸方向断面図における上流側外周部の拡大図である。図７は、第３実施形態に係る排気浄化装置３のハニカム担体３１を上流側から見た図である。図８は、第３実施形態に係る排気浄化装置３のハニカム担体３１における上流側外周部の斜視図である。
第３実施形態に係る排気浄化装置３は、第１実施形態と比べて、外周部Ｐの上流側の構成と、ケース部材３２の上流側の構成が相違する以外は、第１実施形態と同様の構成である。
図６〜図８に示すように、本実施形態のハニカム担体３１は、外周部Ｐの上流側に、中心軸Ｘ方向に延びるストレート部３１３が形成されている。より詳しくは、第１実施形態と同様に形成された傾斜部３１２ａの上流側に、中心軸Ｘ方向に延びるストレート部３１３が全周に亘って形成されている。本実施形態のストレート部３１３は、ハニカム担体３１の中央部Ｃの外周面を構成する。
また、このストレート部３１３には、目封じ領域ＳＲと、開口領域ＯＲが配置されている。そして、保持部材３３の上流端３３１の中心軸Ｘ方向の位置が、ストレート部３１３における目封じ領域ＳＲの中心軸Ｘ方向の位置と重なるように、保持部材３３が配置されている。即ち、中心軸Ｘ方向において、保持部材３３の上流端３３１は、ストレート部３１３の目封じ領域ＳＲの範囲内に配置される。これにより、ストレート部３１３の開口領域ＯＲが保持部材３３で確実に覆われる一方、キャニング時の保持部材３３の位置ずれによって、保持部材３３の上流端３３１がハニカム担体３１の流入側端面３１０ａから突出するのをより確実に回避できるようになっている。
また本実施形態では、ケース部材３２が、傾斜部３２１ａと、ストレート部３２２ａと、屈曲部３２３ａと、を含んで構成される。傾斜部３２１ａ及びストレート部３２２ａは、ハニカム担体３１の傾斜部３１２ａ及びストレート部３１３に沿って形成されている。また、屈曲部３２３ａは、ハニカム担体３１のストレート部３１３の外側において、ハニカム担体３１側に向かって屈曲して形成される。この屈曲部３２３ａにより、ハニカム担体３１の流入側端面３１０ａとケース部材３２との隙間が狭められる結果、保持部材３３の風蝕がより抑制されるようになっている。
本実施形態に係る排気浄化装置３は、第１実施形態に係る製造方法の（ｃ）加工工程において、ストレート部３１３と傾斜部とを形成するように外周部Ｐを研削又は切削する点が相違する以外は、第１実施形態と同様の製造方法により製造される。
本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、以下の効果が奏される。
本実施形態では、外周部Ｐにおける中心軸Ｘ方向の一端（上流端）に、中心軸Ｘ方向に延びるストレート部３１３を形成し、該ストレート部３１３に目封じ領域ＳＲを配置した。また、保持部材３３の上流端３３１の中心軸Ｘ方向の位置が、このストレート部３１３における目封じ領域ＳＲの中心軸Ｘ方向の位置と重なるように、保持部材３３を配置した。
ここで、通常、キャニング時において保持部材の位置（保持部材の上端や下端の位置）はばらつくおそれが高く、このばらつきを吸収するためには例えば外周部に形成する傾斜の傾斜長さを長くしたり、あるいは傾斜角度を緩くする必要があるが、これらはケース部材内にハニカム担体を保持する観点から制約がある。
これに対して、本実施形態によれば、目封じ領域ＳＲが配置されたストレート部３１３を傾斜部３１２ａに有するため、キャニング時に保持部材３３の位置がばらついた場合であっても、そのばらつきをストレート部３１３で吸収できる。従って本実施形態によれば、目封じがされていない開口領域ＯＲを保持部材３３でより確実に覆いつつ、保持部材３３の上流端３３１がハニカム担体３１の中心軸Ｘ方向の流入側端面３１０ａから突出するのをより確実に回避できるため、保持部材３３の風蝕をより確実に抑制できる。
本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、以下の効果が奏される。
本実施形態では、外周部Ｐにおける中心軸Ｘ方向の一端（上流端）に、中心軸Ｘ方向に延びるストレート部３１３を形成し、該ストレート部３１３に目封じ領域ＳＲを配置した。また、保持部材３３の上流端３３１の中心軸Ｘ方向の位置が、このストレート部３１３における目封じ領域ＳＲの中心軸Ｘ方向の位置と重なるように、保持部材３３を配置した。
ここで、通常、キャニング時において保持部材の位置（保持部材の上端や下端の位置）はばらつくおそれが高く、このばらつきを吸収するためには例えば外周部に形成する傾斜の傾斜長さを長くしたり、あるいは傾斜角度を緩くする必要があるが、これらはケース部材内にハニカム担体を保持する観点から制約がある。
これに対して、本実施形態によれば、目封じ領域ＳＲが配置されたストレート部３１３を傾斜部３１２ａに有するため、キャニング時に保持部材３３の位置がばらついた場合であっても、そのばらつきをストレート部３１３で吸収できる。従って本実施形態によれば、目封じがされていない開口領域ＯＲを保持部材３３でより確実に覆いつつ、保持部材３３の上流端３３１がハニカム担体３１の中心軸Ｘ方向の流入側端面３１０ａから突出するのをより確実に回避できるため、保持部材３３の風蝕をより確実に抑制できる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。
上記実施形態では、外周部に傾斜部を形成したが、これに限定されない。傾斜部の代わりに段差部を形成してもよい。
上記実施形態では、排気浄化触媒（三元触媒）をハニカム担体の全体に担持させたが、これに限定されない。例えば、外周部（傾斜部）には担持させずに中央部にのみ、排気浄化触媒を担持させてもよい。
また上記実施形態では、傾斜部を上流側と下流側の両側に設けたが、これに限定されない。例えば、第１実施形態や第３実施形態では上流側のみに傾斜部を設けてもよく、だい２実施形態では下流側のみに傾斜部を設けてもよい。
また第３実施形態として、上流側の外周部にストレート部を設けたが、これに限定されない。下流側の外周部にも同様のストレート部を設けてもよい。
上記実施形態では、外周部に傾斜部を形成したが、これに限定されない。傾斜部の代わりに段差部を形成してもよい。
上記実施形態では、排気浄化触媒（三元触媒）をハニカム担体の全体に担持させたが、これに限定されない。例えば、外周部（傾斜部）には担持させずに中央部にのみ、排気浄化触媒を担持させてもよい。
また上記実施形態では、傾斜部を上流側と下流側の両側に設けたが、これに限定されない。例えば、第１実施形態や第３実施形態では上流側のみに傾斜部を設けてもよく、だい２実施形態では下流側のみに傾斜部を設けてもよい。
また第３実施形態として、上流側の外周部にストレート部を設けたが、これに限定されない。下流側の外周部にも同様のストレート部を設けてもよい。
１，２，３…排気浄化装置
１１，２１，３１…ハニカム担体
１２，２２，３２…ケース部材
１３，２３，３３…保持部材
１１０ａ，２１０ａ，３１０ａ…流入側端面
１１０ｂ，２１０ｂ，３１０ｂ…流出側端面
１１２ａ，１１２ｂ，２１２ａ，２１２ｂ，３１２ａ，３１２ｂ…傾斜部
３１３…ストレート部
１３１，２３１，３３１…上流端
１３２，２３２，３３２…下流端
Ｐ…外周部
Ｃ…中央部
ＳＲ…目封じ領域
ＯＲ…開口領域
Ｘ…中心軸
１１，２１，３１…ハニカム担体
１２，２２，３２…ケース部材
１３，２３，３３…保持部材
１１０ａ，２１０ａ，３１０ａ…流入側端面
１１０ｂ，２１０ｂ，３１０ｂ…流出側端面
１１２ａ，１１２ｂ，２１２ａ，２１２ｂ，３１２ａ，３１２ｂ…傾斜部
３１３…ストレート部
１３１，２３１，３３１…上流端
１３２，２３２，３３２…下流端
Ｐ…外周部
Ｃ…中央部
ＳＲ…目封じ領域
ＯＲ…開口領域
Ｘ…中心軸
Claims (4)
- 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外周側に形成され且つその外周縁側ほど前記中心軸方向に直交する断面積が大きくなるように形成された傾斜部又は段差部を有する外周部と、該外周部に囲まれた中央部と、を有するとともに、前記外周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、
前記中央部は、隣接するセルの流入側開口部と流出側開口部とが交互に目封じされる一方で、前記外周部の傾斜部又は段差部は、隣接するセルの流入側開口部と流出側開口部とが交互に目封じされた目封じ領域と、該目封じ領域の外周に配置され前記目封じがされていない開口領域と、を有し、
前記保持部材は、その上流端及び下流端のうち少なくとも一方の前記中心軸方向の位置が、前記傾斜部又は段差部における前記目封じ領域の前記中心軸方向の位置と重なるように配置される内燃機関の排気浄化装置。 - 前記保持部材は、その上流端の前記中心軸方向の位置が、前記の傾斜部又は段差部における前記目封じ領域の前記中心軸方向の位置と重なるように配置される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記保持部材は、その下流端の前記中心軸方向の位置が、前記の傾斜部又は段差部における前記目封じ領域の前記中心軸方向の位置と重なるように配置される請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記外周部は、その前記中心軸方向の両端のうち少なくとも一端に形成され且つ前記中心軸方向に延びるストレート部を含んで構成され、
前記目封じ領域は前記ストレート部に配置され、
前記保持部材は、その上流端及び下流端のうち少なくとも一方の前記中心軸方向の位置が、前記ストレート部における目封じ領域の前記中心軸方向の位置と重なるように配置される請求項１から３いずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
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