特開 2023-66830 排気ガス浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023066830

(43)【公開日】2023-05-16

(54)【発明の名称】排気ガス浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/28 20060101AFI20230509BHJP

【ＦＩ】

F01N3/28 311J

F01N3/28 311M

F01N3/28 311U

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021177645

(22)【出願日】2021-10-29

(71)【出願人】

【識別番号】391002498

【氏名又は名称】フタバ産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 ひなの

(72)【発明者】

【氏名】川合 良紀

【テーマコード（参考）】

3G091

【Ｆターム（参考）】

3G091AA17

3G091AB13

3G091BA09

3G091GA06

3G091GB17X

3G091HA27

3G091HA28

3G091HA44

(57)【要約】      （修正有）

【課題】触媒の浄化性能の低下及び破損を抑制できる排気ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】本開示は、内燃機関の排気ガスが導入される筒状の触媒ケース３１と、触媒ケース３１に格納された触媒３２と、触媒３２の外面と触媒ケース３１の内周面とに接触することで、触媒３２を保持する緩衝部材３３と、触媒ケース３１の排気ガスの流れ方向における下流側に連結された下流コーン４と、を備える排気ガス浄化装置である。下流コーン４の排気ガスの流れ方向における上流側の端部４２は、触媒ケース３１内に挿入されると共に、緩衝部材３３と接触するか、又は触媒ケース３１の軸方向において緩衝部材３３と空隙を介して対向する。触媒ケース３１の径方向において、触媒３２と下流コーン４の端部４２との間には空隙が設けられる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の排気ガスが導入される筒状の触媒ケースと、
前記触媒ケースに格納された触媒と、
前記触媒の外面と前記触媒ケースの内周面とに接触することで、前記触媒を保持する緩衝部材と、
前記触媒ケースの前記排気ガスの流れ方向における下流側に連結された下流コーンと、
を備え、
前記下流コーンの前記排気ガスの流れ方向における上流側の端部は、前記触媒ケース内に挿入されると共に、前記緩衝部材と接触するか、又は前記触媒ケースの軸方向において前記緩衝部材と空隙を介して対向し、
前記触媒ケースの径方向において、前記触媒と前記下流コーンの前記端部との間には空隙が設けられる、排気ガス浄化装置。

【請求項2】

請求項１に記載の排気ガス浄化装置であって、
前記下流コーンの前記端部は、前記下流コーンの内側又は外側に向かって湾曲している、排気ガス浄化装置。

【請求項3】

請求項２に記載の排気ガス浄化装置であって、
前記下流コーンの前記端部は、前記下流コーンの内周面同士又は外周面同士が重なるように折り返されている、排気ガス浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、排気ガス浄化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車の内燃機関の排気ガスを触媒によって浄化する排気ガス浄化装置では、触媒が緩衝部材を介して触媒ケースに収納される（特許文献１及び特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開昭４８－０８５０１１号公報

【特許文献2】特開平０５－１６３９３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の排気ガス浄化装置では、排気ガスの流れ方向に伴う触媒の下流側へのずれを抑制するため、排気ガスの流れ方向（つまり触媒ケースの軸方向）において、触媒ケースに接続された下流コーン又は緩衝部材に触媒の端面が接触している。

【0005】

このように触媒の端面が下流コーン又は緩衝部材に接触すると、触媒における排気ガスの流路の一部が閉塞される。また、排気ガス浄化装置の振動によって触媒が欠け易くなる。そのため、触媒の浄化性能が低下する。さらに、欠けた触媒によって触媒の閉塞、異音等の不具合が起こり得る。

【0006】

本開示の一局面は、触媒の浄化性能の低下及び破損を抑制できる排気ガス浄化装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様は、内燃機関の排気ガスが導入される筒状の触媒ケースと、触媒ケースに格納された触媒と、触媒の外面と触媒ケースの内周面とに接触することで、触媒を保持する緩衝部材と、触媒ケースの排気ガスの流れ方向における下流側に連結された下流コーンと、を備える排気ガス浄化装置である。

【0008】

下流コーンの排気ガスの流れ方向における上流側の端部は、触媒ケース内に挿入されると共に、緩衝部材と接触するか、又は触媒ケースの軸方向において緩衝部材と空隙を介して対向する。触媒ケースの径方向において、触媒と下流コーンの端部との間には空隙が設けられる。

【0009】

このような構成によれば、下流コーンの端部が緩衝部材の下流側への移動を規制するため、緩衝部材に保持された触媒の下流側へのずれを抑制できる。また、触媒が触媒ケースの軸方向及び径方向の双方において下流コーンと離れて配置されるため、触媒の浄化性の低下及び破損が抑制される。

【0010】

本開示の一態様では、下流コーンの端部は、下流コーンの内側又は外側に向かって湾曲していてもよい。このような構成によれば、緩衝部材が端部の湾曲部分に接触するため、緩衝部材の破損が抑制できる。

【0011】

本開示の一態様では、下流コーンの端部は、下流コーンの内周面同士又は外周面同士が重なるように折り返されていてもよい。このような構成によれば、緩衝部材の破損の抑制効果を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、実施形態の排気ガス浄化装置の模式的な正面図である。

【図2】図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線での模式的な断面図である。

【図3】図３Ａは、図２の下流コーンの端部近傍の模式的な部分拡大図であり、図３Ｂは、図３Ａとは異なる実施形態における下流コーンの端部近傍の模式的な部分拡大図である。

【図4】図４Ａは、図３Ａとは異なる実施形態における下流コーンの端部近傍の模式的な部分拡大図であり、図４Ｂは、図３Ａとは異なる実施形態における下流コーンの端部近傍の模式的な部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１に示す排気ガス浄化装置１は、内燃機関の排気ガス流路内に設けられる。

【0014】

排気ガス浄化装置１は、排気ガスの浄化を行う。排気ガス浄化装置１が接続される内燃機関としては、例えば、自動車に用いられるガソリンエンジン又はディーゼルエンジンが挙げられる。

【0015】

排気ガス浄化装置１は、上流コーン２と、触媒コンバータ３と、下流コーン４とを備える。

【0016】

＜上流コーン＞
上流コーン２は、内燃機関の排気ガスが導入される部材である。上流コーン２は、排気ガス浄化装置１において排気ガスの流れ方向における最も上流側に配置されている。

【0017】

上流コーン２は、上面と下面とがそれぞれ開口し、上流側から下流側に向かって拡径する円錐台状の筒体である。上流コーン２は、排気ガスを上流コーン２の内部に導入する導入口２１を有する。導入口２１は、上流コーン２の上流側の端部に設けられている。導入口２１には、内燃機関に連結された排気マニホールド等が接続される。

【0018】

＜触媒コンバータ＞
触媒コンバータ３は、上流コーン２の下流側に配置されている。図２に示すように、触媒コンバータ３は、触媒ケース３１と、触媒３２と、緩衝部材３３とを有する。なお、図２では、上流コーン２の図示を省略している。

【0019】

（触媒ケース）
触媒ケース３１は、上流コーン２に連結された筒状の部材である。触媒ケース３１の上流側の端部は、上流コーン２の下流側の開口に溶接等によって固定されている。触媒ケース３１内には、上流コーン２から排気ガスＧが導入される。触媒ケース３１には、触媒３２と緩衝部材３３とが格納されている。

【0020】

（触媒）
触媒３２は、排気ガスＧとの接触によって排気ガスＧ中の環境汚染物質を改質又は捕集し、排気ガスＧを浄化する。

【0021】

触媒３２は、触媒ケース３１に格納されると共に、排気ガスＧが触媒ケース３１の軸方向に流れる複数の流路を触媒ケース３１内に構成している。つまり、触媒３２は、上流コーン２から下流コーン４に向かって延伸し、かつ互いに連通しない又は連通している複数の流路を有している。

【0022】

触媒３２は、例えば、排気ガスＧの流れ方向と垂直な断面が多角形（例えば四角形、六角形等）の複数のチューブが集合した立体形状を有する。つまり、触媒３２は、触媒ケース３１の軸方向に延伸する複数の仕切り板が格子状に配置された立体形状（例えばハニカム形状）を有する。

【0023】

触媒３２としては、例えばガソリンパティキュレートフィルター（ＧＰＦ）が使用される。ＧＰＦは、コージライトセラミックを主成分とする。ＧＰＦを用いることで、粒子状物質（ＰＭ）の捕集性能が高められ、近年高まっている排気ガス規制への対応が容易となる。一方で、ＧＰＦは、強度が低いため、組み付け時及び使用時における損傷対策が求められる。

【0024】

（緩衝部材）
緩衝部材３３は、触媒３２の外面の周方向全体を覆う筒状の部材である。緩衝部材３３は、触媒３２の外面と触媒ケース３１の内周面とに接触することで、触媒３２を保持している。緩衝部材３３の下流側の端部は、触媒３２の下流側の端部よりも上流側に位置する。つまり、触媒３２は、緩衝部材３３よりも下流側に突出している。

【0025】

緩衝部材３３は、触媒ケース３１の径方向及び軸方向に弾性変形可能である。つまり、緩衝部材３３は、触媒ケース３１及び触媒３２よりも剛性が低く、柔らかい。緩衝部材３３は、触媒３２の外面に巻回されると共に、触媒ケース３１に圧入されている。

【0026】

触媒３２の外面の表面粗さは、触媒ケース３１の内周面の表面粗さよりも大きい。そのため、触媒ケース３１の軸方向において、緩衝部材３３の触媒３２に対する摩擦力は、緩衝部材３３の触媒ケース３１に対する摩擦力よりも大きい。したがって、緩衝部材３３は、触媒３２を保持したまま触媒ケース３１に対して摺動する。緩衝部材３３としては、例えば、アルミファイバーをマット状に編み込んだものが用いられる。

【0027】

＜下流コーン＞
下流コーン４は、触媒コンバータ３の触媒ケース３１の下流側に連結された部材である。下流コーン４は、上面と下面とがそれぞれ開口し、上流側から下流側に向かって縮径する円錐台状の筒体である。

【0028】

下流コーン４の上流側の開口は、触媒ケース３１の下流側の端部に連結されている。下流コーン４の下流側の開口は、排気ガス浄化装置１から排気ガスＧが排出される排出口４１を構成している。

【0029】

下流コーン４の上流側の端部４２は、下流コーン４の上流側の開口を構成すると共に、触媒ケース３１内に挿入されている。図３Ａに示すように、端部４２の外周面は、触媒ケース３１の下流端部３１Ａの内周面に接触している。触媒ケース３１の下流端部３１Ａの端縁を含む溶接部Ｗにて、下流コーン４と触媒ケース３１とは溶接されている。

【0030】

下流コーン４の端部４２の端面は、緩衝部材３３の下流側の端面に接触している。つまり、端部４２は、緩衝部材３３に下流側から突き当たっている。端部４２の端面は、触媒ケース３１の径方向において触媒３２と重なっている。

【0031】

下流コーン４の端部４２は、触媒ケース３１の径方向において触媒３２と触媒ケース３１との間に配置されている。また、触媒ケース３１の径方向において、触媒３２と下流コーン４の端部４２との間には空隙Ｓ１が設けられている。

【0032】

つまり、触媒ケース３１の径方向において、触媒３２は端部４２と対向している。具体的には、触媒ケース３１の径方向において、触媒３２は端部４２と接触しておらず、かつ、触媒３２と端部４２との間に他の部材も存在しない。

【0033】

図３Ｂに示すように、下流コーン４の端部４２は、触媒ケース３１の軸方向において緩衝部材３３と空隙Ｓ２を介して対向してもよい。つまり、触媒ケース３１の軸方向において、緩衝部材３３と端部４２との間に空隙Ｓ２が設けられてもよい。このような空隙Ｓ２は、排気ガス浄化装置１を構成する部品の寸法や組み付け位置のバラつきによって形成され得る。

【0034】

このように緩衝部材３３と端部４２との間に空隙Ｓ２が存在する場合、緩衝部材３３が下流側へずれることで緩衝部材３３が端部４２に接触する。その結果、緩衝部材３３がさらに下流側へずれることが規制される。

【0035】

図４Ａに示すように、下流コーン４の端部４２は、下流コーン４の内側に向かって（つまり、触媒ケース３１から離れる方向に）湾曲してもよい。図４Ａでは、端部４２の端面４２１は、触媒ケース３１の径方向において、触媒３２と空隙を介して対向し、端部４２の外周面の一部が緩衝部材３３に接触している。なお、端面４２１と触媒３２との間には、緩衝部材３３、補強部材等の他の部品が配置されてもよい。

【0036】

さらに、図４Ｂに示すように、下流コーン４の端部４２は、下流コーン４の内周面同士が重なるように、折り返し部分４２Ａを中心にＵ字状に折り返されていてもよい。図４Ｂでは、端部４２の折り返し部分４２Ａ（つまり「Ｕ字」の底の部位）が緩衝部材３３に接触している。また、折り返し部分４２Ａは、緩衝部材３３と空隙を介して対向していてもよい。

【0037】

折り返し部分４２Ａは、触媒ケース３１の径方向において、触媒３２と空隙を介して対向している。なお、折り返し部分４２Ａと触媒３２との間には、緩衝部材３３、補強部材等の他の部品が配置されてもよい。

【0038】

なお、図４Ｂにおいて、端部４２の基礎部分４２Ｂと、重ね部分４２Ｃとの間に空隙があってもよい。基礎部分４２Ｂは、触媒ケース３１の外周面に接触する部分である。重ね部分４２Ｃは、折り返し部分４２Ａよりも先の部分であり、基礎部分４２Ｂに触媒ケース３１の径方向内側から重ねられた部分である。

【0039】

＜製造方法＞
排気ガス浄化装置１は、例えば以下の製造方法によって得られる。まず、触媒３２の周面に緩衝部材３３を巻き付ける。次に、緩衝部材３３を巻き付けた触媒３２を触媒ケース３１に圧入する。その後、触媒ケース３１に上流コーン２及び下流コーン４を溶接する。

【0040】

この製造法によれば、触媒ケース３１に緩衝部材３３が巻き付けられた触媒３２を圧入することで、緩衝部材３３による触媒３２の保持力を下げて触媒３２への外力が低減される結果、触媒３２の破損が抑制される。そのため、例えばＧＰＦ等の低強度の触媒３２を用いる場合でも、高強度の触媒３２を用いる場合と同様の設備及び手順で製造することができる。また、部品点数及び溶接個所数も従来と同等とすることができる。

【0041】

＜作用＞
排気ガス浄化装置１の使用時において、排気ガス浄化装置１内を流れる排気ガスの圧力（つまり触媒３２の空気抵抗）によって触媒３２が下流側に移動しようとする。

【0042】

これを受けて、触媒３２を保持する緩衝部材３３も触媒３２と共に下流側に移動しようとするが、下流コーン４の端部４２に緩衝部材３３が接触することで、緩衝部材３３の移動が規制される。その結果、触媒３２と緩衝部材３３との間の摩擦力によって、触媒３２の移動も規制される。

【0043】

［１－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）下流コーン４の端部４２が緩衝部材３３の下流側への移動を規制するため、緩衝部材３３に保持された触媒３２の下流側へのずれを抑制できる。また、触媒３２が触媒ケース３１の軸方向及び径方向の双方において下流コーン４と離れて配置されるため、触媒３２の浄化性の低下及び破損が抑制される。

【0044】

（１ｂ）図３Ａに示す下流コーン４の端部４２が緩衝部材３３と接触するケースでは、触媒３２のずれの抑制効果を高めることができる。

【0045】

（１ｃ）図４Ａに示す下流コーン４の端部４２を下流コーン４の内側に向かって湾曲させたケースでは、緩衝部材３３が端部４２の湾曲部分に接触し、緩衝部材３３が端面４２１のエッジ部分に接触しにくくなるため、緩衝部材３３の破損が抑制できる。また、このように緩衝部材３３の破損を抑制しつつ、触媒ケース３１と下流コーン４との接合が容易となる。

【0046】

（１ｄ）図４Ｂに示す下流コーン４の端部４２が下流コーン４の内周面同士が重なるように折り返されたケースでは、図４Ａのケースに比べて緩衝部材３３が端面４２１のエッジ部分により接触しにくくなるため、緩衝部材３３の破損の抑制効果を高めることができる。

【0047】

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

【0048】

（２ａ）上記実施形態の排気ガス浄化装置１において、図４Ａの下流コーン４の端部４２は、下流コーン４の外側に向かって湾曲してもよい。つまり、下流コーン４の端部４２の端面は触媒ケース３１の内周面と対向又は接触していてもよい。

【0049】

また、図４Ｂの下流コーン４の端部４２は、下流コーン４の外周面同士が重なるように折り返されてもよい。つまり、図４Ｂにおいて、基礎部分４２Ｂが重ね部分４２Ｃの外側に配置されてもよい。また、下流コーン４の端部４２は、完全に折り返されず、円弧状に湾曲してもよい。

【0050】

（２ｂ）上記実施形態の排気ガス浄化装置１において、下流コーン４の端部４２の先端は、メッシュで構成されてもよい。この場合、メッシュが下流コーン４の端部４２として、緩衝部材３３と接触又は空隙を介して対向する。

【0051】

（２ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。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、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

【符号の説明】

【0052】

１…排気ガス浄化装置、２…上流コーン、３…触媒コンバータ、４…下流コーン、
２１…導入口、３１…触媒ケース、３１Ａ…下流端部、３２…触媒、３３…緩衝部材、
４１…排出口、４２…端部、４２Ａ…折り返し部分、４２Ｂ…基礎部分、
４２Ｃ…重ね部分、４２１…端面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】