JP2008309072A - 内燃機関の排気浄化装置及び、排気浄化素子の保持部材 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気浄化装置の組立て作業の作業性を向上できる技術を提供する。
【解決手段】排気浄化素子であるフィルタ３の側面にシート状のセラミック繊維でできた保持用マット５を巻き付けた状態で、ケース７の中空部７ａに圧入することで形成される排気浄化装置１において、保持用マット５における圧入側の端部を焼結処理によって硬化させる。
【選択図】図２

Description

本発明は内燃機関の排気を浄化する内燃機関の排気浄化装置及び、排気浄化装置内において排気浄化素子を保持する保持部材に関する。

内燃機関の排気にはカーボンを主成分とする微粒子物質（ＰＭ：Particulate Matter）が含まれている。これらの微粒子物質の大気への放散を防止するために内燃機関の排気系に微粒子物質を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という。）を設ける技術が知られている。

また、内燃機関の排気にはＮＯxなどの有害物質が含まれている。これらの有害物質の
排出を低減するために、内燃機関の排気系に、排気中のＮＯxを浄化するＮＯx触媒を設けることが知られている。このようにフィルタやＮＯx触媒などの排気浄化装置が内燃機関
の排気通路に設けられることが一般的となっている。

ここで従来の排気浄化装置は、ケース内に酸化触媒、ＮＯx触媒やフィルタなどの排気
浄化素子が収納されて形成されている。また、従来の排気浄化装置は、酸化触媒、ＮＯx
触媒やフィルタなどの排気浄化素子の外周に無膨張マットあるいは膨張マットなどの保持部材を巻き付けて、保持部材が巻き付けられた排気浄化素子をケースの開口部の一方から圧入することで製造される。

これに関連して、例えば、排気浄化装置内に、酸化触媒とフィルタなどの２つ以上の排気浄化素子を含んでいる場合には、フィルタは、当該フィルタの外周とケースの内周との間に設けられた保持部材によりケース内に保持され、ケースの内周に設けられたストッパ部とケース内に保持されたフィルタとにより、酸化触媒の軸方向への移動を規制する技術が提案されている（特許文献１参照。）。

また、それぞれの排気浄化素子の特性を相乗的に利用するため、異なる特性を有する排気浄化素子を排気浄化装置内の内周側と外周側で組み合わせる技術も提案されており、これについては、フィルタにおける外周部のセルを内周部のセルの材質より熱伝導率が高い材質から形成する技術が公知である（特許文献２参照。）。このような場合にも、内周側の排気浄化素子に保持部材を巻き付けて、外周側の排気浄化素子に圧入することが考えられる。

しかし、従来の保持部材は、シート状に成形されたセラミック繊維などによって形成される場合が多く、厚みも厚く、圧入時に厚み方向に押し潰すようにすることが多い。このため、保持部材を排気浄化素子の外周に巻きつけた上で、ケースや外周側の排気浄化素子に圧入する場合には、圧入が円滑に行なえず作業性が悪化する場合があった。
特開２００５−９８１６８号公報 特開２００６−０７１００号公報

本発明の目的とするところは、内燃機関の排気浄化装置の組立て作業の作業性を向上できる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、排気浄化素子を保持部材で覆った状態で、支持部材の挿入孔に挿入することで形成される排気浄化装置において、保持部材における挿入側の端部に硬化処理を施すことを最大の特徴とする。

より詳しくは、内燃機関の排気通路に設けられ、該排気通路を通過する排気を浄化する内燃機関の排気浄化装置であって、
端面から流入した前記排気中の浄化物質を排気から除去する柱状形状の排気浄化素子と、
前記排気浄化素子の側面を覆うように設けられ前記排気浄化素子を保持する保持部材と、
前記排気浄化素子が軸方向に挿入される挿入孔を有し、前記排気浄化素子が前記保持部材に保持された状態で該挿入孔に挿入されることで前記排気浄化素子及び前記保持部材を支持する支持部材と、
を備え、
前記保持部材における、前記支持部材の挿入孔に挿入される側の端部には、硬度を上昇させる硬化処理が施されたことを特徴とする。

ここで、保持部材は、少なくとも排気浄化素子の側面を覆うことが出来る程度の可撓性を有しており一般に硬度の低い（柔らかい）材質で形成される場合が多い。そうすると、排気浄化素子を保持部材で保持した状態で支持部材の挿入孔に挿入する際に、保持部材の先端部が変形してめくれ、破損などが生じることにより挿入作業が困難になる場合がある。

これに対し、本発明においては、保持部材における、支持部材の挿入孔に挿入される側の端部には、硬化処理が施されるため、少なくともその部分の変形などを抑制することができ、排気浄化素子の挿入作業を円滑化することができる。

また、本発明においては、前記保持部材は、シート状に成形されたセラミック繊維からなり、該シート状に成形されたセラミック繊維の端部が焼結処理されることで前記硬化処理が施されるようにしてもよい。

このように保持部材がシート状に成形されたセラミック繊維からできている場合には、この保持部材の端部を焼結処理し、端部におけるセラミック繊維の少なくとも一部を焼き固めることで硬度を上昇させることが可能である。これによれば、より簡単な作業によってより確実に硬化処理を実行することが可能となる。

また、本発明においては、前記保持部材における、前記支持部材の挿入孔に挿入される側の端部には、前記排気浄化素子が前記保持部材に覆われた状態における外径が、前記支持部材の挿入孔に挿入される側に行くほど小さくなるような、テーパ処理が施されるようにしてもよい。

すなわち、排気浄化素子を保持部材で覆った状態で支持部材に挿入する際に、排気浄化素子を保持部材で覆った全体の外径が、先端側に向けて小さくなるように、保持部材の端部をテーパ状に形成しておくものである。これによれば、排気浄化素子を保持部材で覆った状態で支持部材に挿入する際の挿入作業の作業性をより向上することができる。

また、本発明においては、排気浄化素子には排気浄化触媒が担持され、前記保持部材には、前記排気浄化素子に担持された排気浄化触媒と同一の触媒が担持されるようにしてもよい。そうすれば、保持部材も排気浄化素子と併せて排気浄化に利用することができ、排気浄化装置全体としての排気浄化効率を上昇させることができる。

また、本発明は、排気中の浄化物質を排気から除去する柱状形状の排気浄化素子が支持部材の挿入孔に軸方向に挿入されて形成される内燃機関の排気浄化装置において、前記排気浄化素子が前記支持部材の挿入孔に挿入される際に、前記排気浄化素子の側面に巻き付けられるシート状の保持部材であって、
セラミック繊維によって形成されるとともに、
前記排気浄化素子に巻き付けられ前記支持部材の挿入孔に挿入される際に前記挿入孔と対向する側の端部は、前記セラミック繊維の少なくとも一部が焼結処理によって硬化されたことを特徴とする排気浄化素子の保持部材としてもよい。

また、その際には、前記排気浄化素子の側面に巻き付けられた状態における外径が、前記支持部材の挿入孔に挿入される側の端に向かって小さくなるように、前記端部付近の厚みがテーパ状に変化するようにしてもよい。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明にあっては、内燃機関の排気浄化装置の組立て作業の作業性を向上することができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

図１は、従来の排気浄化装置１の分解斜視図の例である。図１に示すように従来から、排気浄化装置１は、排気浄化素子としてのフィルタ３と、保持部材としての保持用マット５と、支持部材としてのケース７とを含んで構成されている。

ここで、フィルタ３は、ウォールフロー型のセラミック基材からなり、内燃機関からの排気ガスに含まれる微粒子物質を捕集することで排気ガスに含まれる有害物質を低減させる素子である。そして、このフィルタ３においては、捕集された微粒子物質の量が所定値を超えると排気通路における背圧が過度に高くなるおそれがあるので、定期的にＰＭ再生処理を実施し、捕集された微粒子物質を酸化除去することとしている。このフィルタ３は、同図に示すように、目封じされた複数のセル３ａから構成された略円柱形状を有している。また、その直径は、ケース７の中空部７ａの直径よりも小さく設定されている。

次に、保持部材である保持用マット５は、セラミック繊維により形成されており、初期の状態では平板形状を有している。この保持用マット５はフィルタ３に巻き付けられることで中空円筒状となる。また、保持用マット５の厚さは、ケース７の中空部７ａの直径とフィルタ３の直径との差の半分の長さより若干大きく設定されている。これは、ケース７の中空部７ａにフィルタ３が収納される際に、このフィルタ３に巻き付かれた保持用マット５が変形、つまり潰れ、フィルタ３をケース７の中空部７ａ内で保持するためである。なお、この保持用マット５のフィルタ３の軸方向と直交する方向の長さは、フィルタ３の外周の長さと同一あるいは若干短く設定されている。

そして、排気浄化装置１を組み立てる際には、外周に保持用マット５が巻き付けられたフィルタ３をケース７内、つまり中空部７ａ内に図示しない圧入治具などを用いて圧入する。フィルタ３のケース７内への圧入は、少なくともこのフィルタ３の一方の側面（図１
では、左側）がケース７内の図示しないストッパに当接するまで行う。その結果、ケース７の中空部７ａ内に収納されたフィルタ３は、このフィルタ３とケース７との間に変形した状態で設けられる保持部材である保持用マット５により確実に保持される。つまり、フィルタ３はケース７に対して、その軸方向あるいは回転方向への移動が規制されるようになる。

ここで、上記で説明したように、フィルタ３に保持用マット５を巻きつけた状態（以下、この状態をフィルタユニット６という。）における外径は、ケース７の中空部７ａの直径よりも大きくなっている。従って、フィルタユニット６をケース７に圧入する際には、保持用マット５の先端がケース７の開口部の外周部７ｂに干渉することとなっていた。そうすると、保持用マット５自体は可撓性のあるセラミック繊維によって形成されているため、セラミック繊維のほつれや破損、めくれなどが生じる場合があった。その結果、このセラミック繊維のほつれや破損、めくれを抑制しつつ、フィルタユニット６をケース７に圧入する必要が生じるので、圧入作業の作業性が低下してしまう場合があった。

そこで、本実施例においては、保持用マット５のケース７に圧入される側（以下、単順に圧入側という）の端部に対して予め焼結処理を行い、セラミック繊維の少なくとも一部を焼き固めることにより、保持用マット５の圧入側の端部を硬化することとした。図２には、本実施例において保持用マット５に焼結処理を施す部位をハッチングで示す。

これによれば、フィルタユニット６をケース７に圧入する際には、保持用マット５の圧入側の端部は硬化しているため、セラミック繊維のほつれや破損、めくれなどを抑制することができる。

また、セラミック繊維で形成された保持用マット１５を焼結処理した場合には、その部分のセラミック繊維同士が結合して焼き固められるために保持用マット５の当該部分の密度が高くなるとともに厚みが減少する傾向がある。そうすると、フィルタユニット６の外径が、焼結処理された圧入側の端部のみ小さくなるので、圧入作業がより容易になる。

さらに、保持用マット５において焼結処理を施した部分の機密性が上昇するため、組立て後の排気浄化装置１において、排気がフィルタ３を通過せずに保持用マット５を通過して浄化されないまま外部に放出されてしまうことを抑制できる。

なお、この焼結処理は、保持用マット５をフィルタ３に巻き付ける前に行なってもよいし、後に行ってもよい。すなわち、焼結による焼き固めの程度が比較的低く、割れなどを起こさずに保持用マット５の変形が可能な場合には、焼結処理は、保持用マット５をフィルタ３に巻き付ける前に行なってもよい。また、焼結による焼き固めの程度が比較的高く焼結部分の可撓性が失われるような場合には、焼結処理は、保持用マット５をフィルタ３に巻き付けた後に行なってもよい。

また、保持用マット５における圧入側の端部に焼結処理を施した場合には、そのセラミック繊維の焼き固め状態のバラツキなどにより、フィルタユニット６の圧入側端部の外径が安定しないなどの不都合が生じることが考えられる。

そこで、本実施例においては、保持用マット５における圧入側の端部にテーパ面を付与するテーパ付与処理を実施してもよい。

具体的には、例えば、焼結処理を施した前あるいは後に先端がテーパ状となるようなプレス整形を行なってもよい。焼結処理の後にプレス整形を行なった場合には焼結処理で保持用マット５の弾力性が低下しているので、プレス整形によってテーパ形状を良好に維持
することができる。また、焼結処理を施す前あるいは後の段階で、保持用マット５の端部形状をテーパ状に切断してもよい。

図３には、テーパ付与処理によって保持用マット５の圧入側端部にテーパを形成した場合のフィルタユニット６の断面形状の例を示す。

なお、上記の実施例では、保持用マット５の圧入側端部に焼結処理を施すことによって硬化させる例について説明したが、保持用マット５の圧入側端部を硬化させる処理はこれに限られない。例えば、耐熱性の樹脂や溶融ガラスを保持マット５の圧入側端部に注入する処理を行なってもよいし、高圧プレスのみで保持用マット５の硬化処理を行なってもよい。

また、上記の実施例においては、保持用マット５がセラミック繊維からなる場合について説明したが、金属繊維やガラス繊維などの他の素材を用いても構わない。保持用マット５が金属繊維やガラス繊維から形成されている場合でも、保持用マット５の圧入側端部に加熱処理を施すことによって、金属繊維同士またはガラス繊維同士を溶融結合させることで硬化処理を行なってもよい。また、金属繊維を酸化させることによりその弾性を奪い、その結果として硬化させるようにしてもよい。

また、上記の実施例においては、排気浄化素子としてのフィルタ３に保持用マット５を巻き付ける例について説明したが、本発明が適用される対象としての排気浄化素子は、フィルタ３に限られないことはもちろんである。例えば、ストレートフロー型のセラミック基材に酸化能を有する酸化触媒や、ＮＯx浄化触媒を担持した排気浄化触媒に対して適用
してもよい。さらには、フィルタに対して吸蔵還元型ＮＯx触媒を担持したＤＰＮＲに対
して本発明を適用しても構わない。

そして、触媒が担持された排気浄化素子に本発明を適用する場合には、保持用マット５にも同一の触媒を担持するようにしてもよい。そうすると、排気浄化装置内における触媒の有効容積を増加させることができ、排気浄化効率を上昇させることができる。

また、上記の実施例においてはフィルタユニット６を支持部材としてのケース７に圧入する場合について説明したが、本発明が適用される支持部材は、フィルタ３とは異なる特性を有するフィルタや排気浄化触媒であっても構わない。換言すると、フィルタ３を別のフィルタまたは排気浄化触媒に圧入して排気浄化装置を形成する際に本発明を適用しても構わない。

さらに、上記の実施例においては、保持用マット５の圧入側端部に対して硬化処理のみあるいは、硬化処理とテーパ付与処理を併せて実施する例について説明したが、テーパ付与処理のみを保持用マット５の圧入側端部に施すことによっても、排気浄化装置の組立て作業の作業性を向上する効果を得ることは可能である。

また、上記の実施例においては、保持用マット５の厚さは、ケース７の中空部７ａの直径とフィルタ３の直径との差の半分の長さより若干大きく設定されており、ケース７にフィルタユニット６を圧入する例について説明した。これに対し、保持用マット５の厚さが、ケース７の中空部７ａの直径とフィルタ３の直径との差の半分の長さより小さく設定され、ケース７にフィルタユニット６を収納する際に圧入する必要がない場合に、本発明を適用してもよい。この場合でも、保持用マット５の挿入側端部がケース７の外周部７ｂに干渉して収納作業の作業性が低下することを抑制できる。

従来の排気浄化装置の概略構成を示す分解斜視図である。 本発明の焼結処理を施す部位を説明するための、排気浄化装置の分解斜視図である。 本発明におけるテーパ付与処理の実施後における、フィルタユニットの圧入側端部の断面図の例である。

符号の説明

１・・・排気浄化装置
３・・・フィルタ
５・・・保持用マット
６・・・フィルタユニット
７・・・ケース

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、該排気通路を通過する排気を浄化する内燃機関の排気浄化装置であって、
   端面から流入した前記排気中の浄化物質を排気から除去する柱状形状の排気浄化素子と、
   前記排気浄化素子の側面を覆うように設けられ前記排気浄化素子を保持する保持部材と、
   前記排気浄化素子が軸方向に挿入される挿入孔を有し、前記排気浄化素子が前記保持部材に保持された状態で該挿入孔に挿入されることで前記排気浄化素子及び前記保持部材を支持する支持部材と、
   を備え、
   前記保持部材における、前記支持部材の挿入孔に挿入される側の端部には、硬度を上昇させる硬化処理が施されたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記保持部材は、シート状に成形されたセラミック繊維からなり、該シート状に成形されたセラミック繊維の端部が焼結処理されることで前記硬化処理が施されたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記保持部材における、前記支持部材の挿入孔に挿入される側の端部には、前記排気浄化素子が前記保持部材に覆われた状態における外径が、前記支持部材の挿入孔に挿入される側に行くほど小さくなるような、テーパ処理が施されたことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記排気浄化素子には排気浄化触媒が担持され、
   前記保持部材には、前記排気浄化素子に担持された排気浄化触媒と同一の触媒が担持されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 排気中の浄化物質を排気から除去する柱状形状の排気浄化素子が支持部材の挿入孔に軸方向に挿入されて形成される内燃機関の排気浄化装置において、前記排気浄化素子が前記支持部材の挿入孔に挿入される際に、前記排気浄化素子の側面に巻き付けられるシート状の保持部材であって、
   セラミック繊維によって形成されるとともに、
   前記排気浄化素子に巻き付けられ前記支持部材の挿入孔に挿入される際に前記挿入孔と対向する側の端部は、前記セラミック繊維の少なくとも一部が焼結処理によって硬化されたことを特徴とする排気浄化素子の保持部材。
6. 前記排気浄化素子の側面に巻き付けられた状態における外径が、前記支持部材の挿入孔に挿入される側の端に向かって小さくなるように、前記端部付近の厚みがテーパ状に変化することを特徴とする請求項５に記載の排気浄化素子の保持部材。

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