JP4339070B2

JP4339070B2 - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP4339070B2
Application number: JP2003354460A
Authority: JP
Inventors: 真志太田; 雅善丹下
Original assignee: Sango Co Ltd
Current assignee: Sango Co Ltd
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2023-10-15
Also published as: JP2004162702A

Description

本発明は排気浄化装置に関するものである。

従来、車両の排気系は、エンジンから排出される排気ガスを車両後方に導く排気管の途中に、大径なケース内に触媒担体やディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦ）などの柱体を収容し排気ガスを浄化する排気浄化装置や、大径なケース内に１以上の消音室を形成した排気騒音を消音する消音器などを接続、配置して構成されている。

このような排気系において、図７に示すように、触媒コンバータと消音器を１つのケース内に収容した排気浄化装置が知られている。該排気浄化装置は、流入口１０１および流出口１０２が形成されたケース１０３の略中央に、絞り通路１０４を備えた隔壁１０５が取り付けられて触媒室１０６と消音室１０７が形成されているとともに、触媒室１０６内に触媒担体１０８が緩衝材１０９を介して保持されて構成されている。このように構成することで、浄化および消音の作用を奏するとともに、コンパクトで部品点数の少ない排気浄化装置を提供するものである（特許文献１参照）。
実開平２−１１０２２４号公報（第３〜４頁、図１）

ところで、排気系部品は、車両の燃費向上などの目的から軽量化が望まれ、消音器のケースの板厚は薄肉化される傾向にある。しかし排気浄化装置は、高温の排気ガス圧力や振動に抗して内部の柱体を長年にわたり保持し続ける必要があるため強大なケース剛性が不可欠であり、消音器のようにケースを薄肉化（低剛性化）することが困難である。

そのため、前記従来のように、排気浄化装置と消音器が１つのケースで構成されているものにおいては、排気浄化装置部分のケース剛性を重視して全体のケース板厚を設定せざるを得ず、消音器部分のケース薄肉化、すなわち軽量化が困難となっていた。

そこで本発明は、浄化機能と消音機能を兼ね備え、かつ、軽量化、コンパクト化、耐熱性、高強度性を図り得る排気浄化装置を提供することを目的とするものである。

前記の課題を解決するために、請求項１記載の第１の発明は、大径な主体部に小径な首部と、主体部と首部とを接続するテーパ部とを一体に形成した筒状の第１ケース内に、外周に緩衝材を巻設した柱体を収容し、前記第１ケースの主体部に、該第１ケースより薄肉に形成された筒状の第２ケースの端部を嵌合して該第２ケース部で消音室を形成したことを特徴とする排気浄化装置である。

請求項２記載の第２の発明は、大径な主体部の両端に小径な首部と、主体部と首部とを接続するテーパ部とを一体に形成した筒状の第１ケース内に、外周に緩衝材を巻設した柱体を収容し、前記第１ケースの主体部に、該第１ケースより薄肉に形成された筒状の第２ケースの端部を嵌合して該第２ケース部で消音室を形成したことを特徴とする排気浄化装置である。

請求項３記載の第３の発明は、前記第１又は第２の発明において、前記第１ケースにおける主体部の少なくとも前記緩衝材を収容する部分を縮径したことを特徴とする排気浄化装置である。

以上のようであるから、本発明によれば、第１ケースの主体部に第２ケースの端部を嵌合することにより、浄化機能と消音機能を兼ね備えたコンパクトな排気浄化装置を提供することができる。

更に、第２ケースの板厚を第１ケースより薄肉に形成したことにより、柱体の保持性能を損ねることなく、車両重量の軽量化に貢献することができる。

更に、第１ケースにおける柱体を保持する主体部と首部を一体に形成したので、該第１ケースの耐熱性、高強度性を確保することができる。

本発明を実施するための最良の形態を図１乃至図６に示す実施例に基づいて説明する。

図１は第１実施例を示す。
本第１実施例は、本発明に係る排気浄化装置１を、エンジンに取り付けるエキゾーストマニホールド１２に接続する場合の例を示す。

金属製（例えばステンレス製で板厚が１．２ｍｍ）の筒状体よりなる第１ケース２には、大径な主体部３の両端に小径な首部４ａ，４ｂと、該主体部３と首部４ａ，４ｂとを接続するテーパ部５ａ，５ｂがスピニング加工によりネッキング加工されて一体に形成されている。
なお、第１ケース２の板厚は、担体（柱体）６を保持するのに必要なケース剛性と、後述する第２ケース８を嵌合した際の強度とを考慮して設定される。

上記第１ケース２の主体部３の内部には、セラミック繊維をマット状に成形した緩衝材７を外周に巻設したハニカム状のセラミック製の担体６（柱体）が収容されている。担体６内の多数の通路には、触媒が担持されている。緩衝材７は主体部３と担体６に挟持されて圧縮され、その復元力（反発力）によって、担体６は主体部３に強固に保持されるものである。

第２ケース８は、第１ケース２よりも薄肉の金属製（例えばステンレス製で板厚が０．８ｍｍ）の筒状体で形成されており、その主体部９は第１ケース２の主体部３と略同径な外径に形成されている。

該第２ケース８の主体部９における上流側は開口され、その上流端９ａを第１ケース２の主体部３に設けられた小径の段差部３ａに嵌合した後、レーザ溶接など任意の溶接方法により段差部３ａに気密に接合して、該第２ケース８により消音室１０が形成されている。

第２ケース８の下流端９ｂは、縮径された首部に形成されている。該下流端９ｂは主体部９ａからテーパ部９ｃを経て形成されており、該テーパ部９ｃと下流端９ｂは、スピニング加工により第２ケースの軸心と傾斜した軸心を有するように縮径加工され、下流端９ｂには図示しない下流側の排気管を接続するためのフランジ１１が設けられている。このような、軸心を傾斜してスピニング加工する加工法は、特許第２９５７１５４号公報に記載の工法で行うことができる。

上記のように構成された排気浄化装置１は、その上流側の首部４ａを、エンジンの各ポートから排出される排気ガスを集合し下流に導くエキゾーストマニホールド１２の下流側管１２ａに嵌合して溶接などにより接続される。

以上の構成において、エキゾーストマニホールド１２から排気浄化装置１に導入された排気ガスは、第１ケース２内に設けた担体６により排気ガス中の有害成分が浄化される。その後、排気ガスと排気騒音は、首部４ｂを通って第２ケース８により形成された消音室１０内に導かれる。このとき、小径の首部４ｂから大径かつ大容量の消音室１０内へ流出する際の拡張によるエネルギー減衰作用により排気騒音が消音される。その後、排気ガスは第２ケース２の下流端９ｂより図示しない下流側の排気管へ導かれる。

本第１実施例によれば、第１ケース２の主体部３に第２ケース８を嵌合することにより、浄化機能と消音機能を兼ね備えたコンパクトで一体型の排気浄化装置を提供することができる。

また、第２ケース８の板厚を第１ケース２の板厚より薄肉に形成したことにより、第１ケース２による担体６の保持性能を損なうことなく、車両重量の軽量化に貢献することができる。また、上記実施例では採用していないが、耐熱性、耐久性、加工性などに応じて第１ケース２と第２ケース８を異なる材質で構成することも可能であり、これによりコスト低減に貢献することができる。

また、本実施例においては、担体６を通過し高温になった排気ガスが当たる出口側のテーパ部５ｂが第１ケース２と一体に形成されているため、このテーパ部５ｂの耐久性が向上し、排気浄化装置の耐久性を高めることができる。

図２は第２実施例を示す。
本第２実施例は、車両の床下に配置する排気浄化装置に本発明を適用した例を示す。

本第２実施例の排気浄化装置２１を構成する金属製の筒状体よりなる第１ケース２２には、大径な主体部２３の両端に小径な首部２４ａ，２４ｂと、該主体部２３と首部２４ａ，２４ｂとを接続するテーパ部２５ａ，２５ｂとがスピニング加工により一体に形成されている。

なお、下流側の首部２４ｂは主体部２３に対してオフセットＯＦ_１した偏芯状に形成されている。このような偏芯加工は、例えば特許第２９５７１５３号に記載されている偏芯スピニング加工方法を用いることができる。上記第１ケース２２の主体部２３の内部には、セラミック繊維をマット状に成形した緩衝材２７を外周に巻設したハニカム状のセラミック製の担体２６（柱体）が収容されている。

上記主体部２３の中央部２３ａは、緩衝材２７および担体２６をルーズに挿入した後に若干小径に縮径して、緩衝材２７を圧縮することで、担体６を強固に保持している。この工法は所謂サイジング（Sizing)工法であり、触媒コンバータの製造においては周知である（例えば特許第２６７９８５７号）。

第２ケース２８は、上記第１ケース２２よりも薄肉の金属製の筒状体で形成されており、その主体部２８ａは、上記第１ケース２２の主体部２３より大径な外径に形成されている。更に、第２ケース２８の上流端２９ａは、第２ケース２８の軸心とオフセットＯＦ_２した偏芯状態で縮径され、第１ケース２２の主体部２３に嵌合した後、レーザ溶接などにより気密に接合されている。更に、第２ケース２８の下流端２９ｂは、第２ケース２８の軸心に対して上記上流端２９ａと反対側にオフセットした偏芯状態で縮径されている。

上記第２ケース２８内は、多数の小孔３１ａを備えた仕切り板３１により、２つの消音室３０ａ，３０ｂに区画形成されている。更に、第２ケース２８内にはインレットパイプ３２が、その上流側を第１ケース２２の首部２４ｂに嵌合し、下流側を仕切り板３１に挿通して設けられている。更に、第２ケース２８内にはアウトレットパイプ３３が、その下流側を第２ケース２８の下流端２９ｂに嵌合し、上流側を上記仕切り板３１に挿通して設けられている。該アウトレットパイプ３３には、多数の小孔３３ａが形成されている。

上記のように構成された排気浄化装置２１は、車両の床下に配置され、首部２４ａおよび下流端２９ｂにそれぞれ図示しない排気管が接続される。
本第２実施例においても上記第１実施例と同様の作用、効果を発揮できる上に、第１ケース２２と第２ケース２８が偏芯ＯＦ_２しているため、車両の床下への配置がしやすくなる。

図３は第３実施例を示す。
本第３実施例は、上記第２実施例における第２ケース２８の下流側壁の構造が異なる変形例を示す。

すなわち、排気浄化装置４１の第２ケース４８を、その下流側が主体部４８ａと略同径で開口する筒状のシェル５０と、該シェル５０の下流端４９ｂを閉塞すべく嵌合するとともにレーザ溶接などで気密に接合した端板５１で構成したものである。なお、シェル５０の上流端４９ａは前記第２実施例の第２ケース２８の上流端２９ａと同様に形成されている。

その他の構成は上記第２実施例と同様であるため、上記と同一部分には上記と同一の符号を付してその説明を省略する。
以上の構成からなる本第３実施例においても上記第２実施例と同様の作用効果を発揮できる。

図４は第４実施例を示す。
本第４実施例は、排気浄化装置６１の第２ケース６８を、その両端が主体部６８ａと略同径で開口する筒状シェル７０と、該シェル７０の両端を閉塞すべく嵌合するとともにレーザ溶接などで気密に接合した端板７１，７２で構成したものである。シェル７０は薄肉の鋼板（例えばステンレス製で板厚が０．４ｍｍの板）７０ａを図４（ｂ）で拡大して示すように、２重に巻回し筒状に形成したものである。なお、鋼板７０ａは２重以上に巻回されていても良いが、トータルの板厚ｔが第１ケース２２の板厚より薄肉であることが望ましい。上流側の端板７２の開口した端部７２ａは、第１ケース２２の主体部２３に嵌合した後、レーザ溶接などにより気密に接合されている。

その他の構成は上記第２実施例と同様であるため、上記と同一部分には上記と同一の符号を付してその説明を省略する。
本第４実施例においても前記第２実施例と同様の作用効果を発揮できる。
更に、第２ケース６８の主体部６８ａを２重の板材で構成したことにより、第２ケース６８からの放射音を抑制することができる。

図５及び図６は第５実施例を示す。
本第５実施例における排気浄化装置８１の第１ケース８２には、大径な主体部８３の上流側である一方の端に形成した小径な首部８４ａと、該主体部８３と首部８４ａとを接続するテーパ部８５ａとがスピニング加工により一体に形成されている。一方、主体部８３の下流側８３ｂには首部とテーパ部は設けておらず、大径な主体部８３が開口している。

第２ケース８８は、その両端が主体部８８ａと略同径で開口する筒状シェル９０と、該シェル９０の両端を閉塞すべく嵌合するとともにレーザ溶接などで気密に接合した端板９１，９２で構成したものである。シェル９０は図６に示すように断面が楕円形に形成されている。そのため、端板９２は、そのテーパ部９２ｂにおいて、横断面を、円形の首部９２ａから第２ケース８８に向かって楕円に除変している。第２ケース８８内には、仕切板９４により、２つの消音室９５ａ，９５ｂに区画形成されている。更に、多数の小孔９６ａを備えたアウトレットパイプ９６が設けられている。上流側の端板９２の開口した端板９２ａは、第１ケ−ス８２の主体部８３に嵌合した後、レーザ溶接などにより気密に接合されている。その他の第２実施例と同一部分には上記と同一の符号を付してその説明を省略する。

本第５実施例においても第２実施例と同様の作用効果を発揮できる。
なお、前記第１ケース８２の軸芯と第２ケース８８の軸芯を相対的に非同軸に設定して、この相対角度差を端板９２の変形により吸収してもよい。

以上のように、前記第１乃至第５実施例において、第２ケース８，２８，４８，６８，８８を、第１ケース２，２２，８２の主体部３，２３，８３における柱体６，２６より下流側の端部に嵌合したことにより、柱体６，２６の過熱を防止し、柱体６，２６の劣化を防止することができる。

なお、第１ケース２，２２，８２の主体部３，２３，８３と第２ケース８，２８，４８，６８，８８を溶接などで接合する際は、緩衝材７，２７と重ならない位置に溶接などで接合することが好ましい。

また、前記第１および第２実施例においても、各第２ケース８，２８を、第３乃至第５実施例のように複数の部材から構成してもよい。また、このように第２ケース８，２８を複数の部材から構成した場合は、その主体部９，２８ａの板厚が第１ケース２，２２の板厚より薄肉に構成されていればよい。

また、上記各実施例で示した担体６，２６は、ハニカム状のセラミックに貴金属を担持したものであるが、この担体の代わりにハニカム状のセラミックの通路の一部を封止し、排気ガス中の微粒子を除去するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）などでもよい。また、ハニカム状のセラミック以外にも、多孔質のセラミックを柱状に形成したものを担体あるいはＤＰＦとしてもよい。したがって、本発明では、これらの担体やＤＰＦなどを総称して柱体とした。

また、緩衝材２，２７は、上記実施例で示したセラミック繊維を集積しマット状に形成した非熱膨脹性の緩衝材（アルミナマット）の他に、バーミュキライトを添加した熱膨脹製の緩衝材でも良いし、バインダー含有の有無や含有量は問わない。

また、板状緩衝材（マット）を柱状に巻回しても良いし、筒状緩衝材へ柱体を挿入しても構わない。更に、耐熱金属製繊維を波付加工した緩衝材でもよいし、これを上記のセラミック繊維製の緩衝材と併用してもよい。

また、消音室の構造は、上記実施例で示した拡張型の構造の他に、共鳴型、吸音型（吸音材を設置）、干渉型など、周知の消音室構造を採用することができるし、周知の可変バルブ等を組み合わせても構わない。

また、柱体および緩衝材を、軸方向に２個あるいはそれ以上、直列（タンデム）に配置してもよい。また、断面形状も円形に限らず、任意である。前記実施例ではネッキング部をスピニング加工にて一体形成しているが、本発明においては、それ以外の工法で一体形成してもよいし、機能・耐久性を満たせるのであれば、別体のネッキング部を本体に接続しても構わない。更に、本発明においては、上記第１実施例と、第２実施例乃至第５実施例を組み合わせても構わない。

また、本発明は、車両の内燃機関の排気系にのみ適用されるものではなく、燃料電池システムにおける排気系、あるいはヒーター類における排気系等、車両において浄化（改質）と消音の機能を要求される装置に、広く適用可能である。

本発明の第１実施例を示す断面図。本発明の第２実施例を示す断面図。本発明の第３実施例を示す断面図。本発明の第４実施例を示すもので、（ａ）は排気浄化装置の断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ部の拡大断面図。本発明の第５実施例を示す断面図。図５におけるＢ−Ｂ線断面図。従来の構造を示す断面図。

符号の説明

２，２２，２８第１ケース
３，２３，８３主体部
４ａ，４ｂ，２４ａ，２４ｂ，８４ａ首部
５ａ，５ｂ，２５ａ，２５ｂ，８５ａテーパ部
６，２６柱体
７，２７緩衝材
８，２８，４８，６８，８８第２ケース
９ａ，２９ａ，４９ａ，７２ａ，９２ａ端部
１０，３０ａ，３０ｂ，９５ａ，９５ｂ消音室

Claims

大径な主体部に小径な首部と、主体部と首部とを接続するテーパ部とを一体に形成した筒状の第１ケース内に、外周に緩衝材を巻設した柱体を収容し、前記第１ケースの主体部に、該第１ケースより薄肉に形成された筒状の第２ケースの端部を嵌合して該第２ケース部で消音室を形成したことを特徴とする排気浄化装置。
大径な主体部の両端に小径な首部と、主体部と首部とを接続するテーパ部とを一体に形成した筒状の第１ケース内に、外周に緩衝材を巻設した柱体を収容し、前記第１ケースの主体部に、該第１ケースより薄肉に形成された筒状の第２ケースの端部を嵌合して該第２ケース部で消音室を形成したことを特徴とする排気浄化装置。
前記第１ケースにおける主体部の少なくとも前記緩衝材を収容する部分を縮径したことを特徴とする請求項１又は２記載の排気浄化装置。