(57)【要約】【課題】排気浄化装置の組立方法及びその組立装置において、工場に搬入される触媒の温度上昇率に個体差が生じていても、その個体差を均質化し、触媒を早期に活性可能な排気浄化装置を製造することにある。【解決手段】排気浄化装置（４）の組立方法は、内燃機関（１）の排気温度を計測する排気温度計測工程（１０１）と、触媒（５）の活性状態を計測する活性状態計測工程（１０４）と、内燃機関（１）の排気温度と触媒（５）の活性状態とに基づき触媒（５）の活性状態が基準値に近づくように排気管（３）の絞り部（７）の深さを変更する深さ変更工程（１０８）とを含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に接続した排気管に配設されて前記内燃機関の排気を浄化する触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、前記触媒の上流側の排気管に絞り部を形成するスピンドル加工工程と、前記触媒を前記排気管に組み付ける触媒組付工程と、前記触媒を組み付けた前記排気管を前記内燃機関に接続する排気管接続工程とを含む排気浄化装置の組立方法において、前記内燃機関の排気温度を計測する排気温度計測工程と、前記触媒の活性状態を計測する活性状態計測工程と、前記内燃機関の排気温度と前記触媒の活性状態とに基づき前記触媒の活性状態が基準値に近づくように前記排気管の前記絞り部の深さを変更する深さ変更工程とを含むことを特徴とする排気浄化装置の組立方法。
【請求項２】
前記内燃機関の排気温度に基づき前記内燃機関を少なくとも排気温度が高いものと低いものとに分別し、この排気温度の情報を温度情報として前記内燃機関に付する排気温度分別工程と、前記触媒の活性状態に基づき前記触媒を少なくとも活性状態が早いものと遅いものとに分別し、この活性状態の情報を活性情報として前記触媒に付する活性状態分別工程とを含み、前記深さ変更工程は、前記温度情報と前記活性情報とに基づいて、前記触媒の活性状態が遅いと予測される程、前記スピンドル加工による前記排気管の前記絞り部の深さを深くするように設定することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置の組立方法。
【請求項３】
前記触媒組付工程は、前記触媒の取付位置を前記排気管の経路に沿って前記内燃機関側へ近づけるように変更する位置変更工程を含み、前記位置変更工程は、前記触媒の活性状態が遅いもの程、前記触媒を前記内燃機関側へ配置することを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置の組立方法。
【請求項４】
内燃機関に接続した排気管に配設されて前記内燃機関の排気を浄化する触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、前記排気管を前記内燃機関に組み付ける組付ラインは、内燃機関ラインと触媒ラインと排気管ラインとを含み、前記内燃機関ラインでは、前記内燃機関が搬入されたときに前記内燃機関の排気温度を計測する排気温度計測装置とこの排気温度計測装置より計測された排気温度を温度情報として読み取る温度情報通信端末とを備え、前記触媒ラインでは、前記触媒が搬入されたときに前記触媒の活性状態を計測する活性状態計測装置とこの活性状態計測装置により計測された活性状態を活性情報として読み取る活性情報通信端末とを備え、前記排気管ラインでは、前記温度情報通信端末から送信された前記温度情報の信号及び前記活性情報通信端末から送信された前記活性情報の信号を受信し、前記温度情報と前記活性情報とに基づいてスピンドル加工による前記排気管の前記絞り部の深さを設定する排気管情報通信端末を備えたことを特徴とする排気浄化装置の組立装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気浄化装置の組立方法及びその組立装置に係り、特に内燃機関と排気浄化用の触媒を備えた排気管とで構成される内燃機関の排気浄化装置の組立方法及びその組立装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気を浄化するために、触媒を配置した排気管を内燃機関に接続し、排気を浄化する排気浄化装置がある。
このような排気浄化装置としては、以下の先行技術文献がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３８９３６号公報
【０００４】
特許文献１に係る触媒コンバータ、その製造方法およびスピニング加工装置は、触媒ケース内に複数の触媒を直列に配置した触媒コンバータにおいて、隣接する触媒間の間隔に応じた凹部を形成し、また、触媒ケースとなる円筒状のワークの端部にコーン部（絞り部）を形成し、ワークを軸方向に移動させて位置決め保持してスプニング加工（スピンドル加工）するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、触媒は、一定の温度以上になると、排気を効率良く浄化することができることが知られている。一般的に、上記の一定の温度の温度領域は、活性温度と呼ばれている。内燃機関は、触媒が活性温度に達するまで、排気を効率良く浄化できないため、点火時期が遅角（遅延）するように制御し、高温の排気を排気管へ送り込んで触媒の早期暖機を図る、いわゆる触媒暖機制御を行っている。
しかしながら、排気浄化装置を製造するにあたり、工場等に搬入される触媒は、一定の温度で加温したとき、温度上昇率に個体差が生じることが分かってきている。即ち、触媒が一定の温度で加温されたとしても、触媒が活性温度に達するまでの時間に個体差が生じる。このように、温度上昇率に個体差がある触媒を用いて排気浄化装置を製造した場合に、例えば、触媒の暖機制御を実行しても、活性化が遅くなり、このため、排出される有害物質が増加するという不都合があった。
また、ガソリン車用の内燃機関に使用される三元触媒、あるいはディーゼル車用の内燃機関に使用される酸化触媒等は、貴金属を活性成分として排気中の炭化水素、一酸化炭素等の有害成分を浄化するが、室温等の低い温度では浄化せず、触媒あるいは排気が浄化開始する温度（例えば、２００℃）以上にならないと浄化できない。この浄化開始温度（以下「ライトオフ温度」という）は、新品の触媒でもばらつきを有しており、例えば、中央値が２００℃の場合でも、１７０℃〜２３０℃の分布を有している。−方、内燃機関、例えば、ディーゼル車用の内燃機関においては、始動前後の温度上昇は遅く、欧州排ガスモード（ＮＥＤＣ）等において、６００秒時点まで触媒温度が２００℃に達しない場合がある。
このため、従来においては、内燃機関の始動後の排気温度を上げるか、又は、触媒のライトオフ温度を下げる取り組みを行なってきたが、部品、内燃機関の製造バラツキ等により、ライトオフ温度が高く、内燃機関の排気温度が低い場合においては、排気の浄化が不足したり、そして、この排気の浄化の不足を防止するために、過剰に触媒の貴金属を増やす等で対応しており、改善が望まれていた。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、工場に搬入される触媒の温度上昇率に個体差が生じていても、その個体差を均質化し、触媒を早期に活性可能な排気浄化装置を製造することができる排気浄化装置の組立方法及びその組立装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、内燃機関に接続した排気管に配設されて前記内燃機関の排気を浄化する触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、前記触媒の上流側の排気管に絞り部を形成するスピンドル加工工程と、前記触媒を前記排気管に組み付ける触媒組付工程と、前記触媒を組み付けた前記排気管を前記内燃機関に接続する排気管接続工程とを含む排気浄化装置の組立方法において、前記内燃機関の排気温度を計測する排気温度計測工程と、前記触媒の活性状態を計測する活性状態計測工程と、前記内燃機関の排気温度と前記触媒の活性状態とに基づき前記触媒の活性状態が基準値に近づくように前記排気管の前記絞り部の深さを変更する深さ変更工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明は、工場に搬入される触媒の温度上昇率に個体差が生じていても、その個体差を均質化し、触媒を早期に活性可能な排気浄化装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は排気浄化装置の組立方法及びその組立装置を示すシステム構成図である。（実施例）
【図２】図２は排気管の触媒コンバータの絞り部の加工深さ（プロファイル）状態を示す図である。（実施例）
【図３】図３は活性情報・温度情報・加工深さによる分別の一例を示す図である。（実施例）
【図４】図４は内燃機関と排気浄化装置との構成図である。（実施例）
【図５】図５（Ａ）は排気温度が低い場合の絞り部の深さ（プロファイル）を説明する図である。図５（Ｂ）は排気温度が高い場合の絞り部の深さ（プロファイル）を説明する図である。（実施例）
【図６】図６は触媒のランク分けの例を説明する図である。（実施例）
【図７】図７は車両のランク分けの例（触媒温度）を説明する図である。（実施例）
【図８】図８（Ａ）はゾーンコート触媒の斜視図である。図８（Ｂ）は均一コート触媒の斜視図である。（実施例）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明は、工場に搬入される触媒の温度上昇率に個体差が生じていても、その個体差を均質化し、触媒を早期に活性可能な排気浄化装置を製造する目的を、内燃機関の排気温度と触媒の活性状態とに基づき触媒の活性状態が基準値に近づくように絞り部の深さを変更して実現するものである。
【実施例】
【００１１】
図１〜図８は、この発明の実施例を示すものである。
図４に示すように、ディーゼル用の内燃機関１は、車両に搭載される。
この内燃機関１には、排気マニホルド２を介して排気管３が接続している。
この排気管３には、排気浄化装置４が設けられる。
この排気浄化装置４は、排気管３に配設されて内燃機関１の排気を浄化する触媒５を備える。この触媒５は、酸化触媒からなる。
排気管３には、触媒５を担持するように拡張した触媒担持部６と、この触媒担持部６の内燃機関１側の端部で上流側に向かって窄むように形成された上流側絞り部（コーン部）７と、触媒担持部６の内燃機関１側から離れた端部で下流側に向かって窄むように形成された下流側絞り部（コーン部）８とが備えられている。上流側絞り部７は、内燃機関１からの排気が膨張する部分である。また、触媒５と触媒担持部６と上流側絞り部７と下流側絞り部８とは、いわゆる触媒コンバータを構成する。
また、排気管３には、触媒５の下流側でディーゼル微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ）９が配置されている、
排気管３には、排気温度を検出するように、触媒５の上流側の上流側絞り部７で、排気温度センサ１０が取り付けられている。この排気温度センサ１０は、内燃機関１を制御する制御手段１１に連絡している。なお、この排気温度センサ１０は、排気マニホルド２近傍の排気管３、又は触媒５部位に取り付けることも可能である。
【００１２】
排気管３は、図１に示すように、組付ラインＧＬによって内燃機関１に組み付けられる。
図１に示すように、排気管３を内燃機関１に組み付ける組付ラインＧＬは、内燃機関ラインＡと触媒ラインＢと排気管ラインＣとを含んでいる。また、組付ラインＧＬには、内燃機関ラインＡ、触媒ラインＢ、排気管ラインＣ内で各装置・各端末からなる組立装置１２が設置されている。
内燃機関ラインＡでは、内燃機関１が搬入されたときに内燃機関１の排気温度を計測する排気温度計測装置１３と、この排気温度計測装置１３より計測された排気温度を温度情報として読み取る温度情報通信端末１４とを備える。
触媒ラインＢでは、触媒５が搬入されたときに触媒５の活性状態（例えば、活性速度、活性温度等）を計測する活性状態計測装置１５と、この活性状態計測装置１５により計測された活性状態を活性情報として読み取る活性情報通信端末１６とを備える。
排気管ラインＣでは、排気管情報通信端末１７を備える。この排気管情報通信端末１７は、温度情報通信端末１４から送信された前記温度情報の信号及び活性情報通信端末１６から送信された前記活性情報の信号を受信し、前記温度情報と前記活性情報とに基づいて、スピンドル加工による排気管３の絞り部である上流側絞り部７の深さ（プロファイル）を設定する。
【００１３】
次いで、排気管３を内燃機関１に組み付ける組付方法について説明する。
図１に示すように、内燃機関ラインＡにおいて、内燃機関１が搬入されると、排気温度計測装置１３により排気温度を計測する排気温度計測工程（１０１）を行う。
そして、ラベル添付工程（１０２）において、内燃機関１には、排気温度の測定結果に応じたラベルが添付される。また、このとき、ラベル添付工程（１０２）では、内燃機関１の排気温度に基づき、内燃機関１を少なくとも排気温度が高いものと低いものとに分別し、この排気温度の情報を温度情報として内燃機関１に付する排気温度分別工程を行う。
その後、内燃機関１の温度情報は、温度情報通信端末１４に読み取られ、排気管ラインＣの排気管情報通信端末１７に送信される（１０３）。
【００１４】
一方、触媒ラインＢにおいて、触媒５が搬入されると、活性状態計測装置１５により触媒の活性状態を計測する活性状態計測工程（１０４）を行う。
そして、ラベル添付工程（１０５）において、触媒５には、排気温度の測定結果に応じたラベルが添付される。また、このとき、ラベル添付工程（１０５）では、触媒５の活性状態に基づき、触媒５を少なくとも活性状態が早いものと遅いものとに分別し（図７参照）、この活性状態の情報を活性情報として触媒５に付する活性状態分別工程を行う。
その後、触媒５の活性情報は、活性状態情報通信端末１６に読み取られ、排気管ラインＣの排気管情報通信端末１７に送信される（１０６）。
【００１５】
そして、排気管ラインＣにおいて、排気管情報通信端末１７が内燃機関１の温度情報の信号と触媒５の活性情報の信号とを受信する（１０７）。そして、排気管情報通信端末１７は、前記温度情報と前記活性情報とに基づいて、スピンドル加工による排気管３の絞り部である上流側絞り部７の深さ（プロファイル）を設定する。
その後、排気管３に上流側絞り部７を形成する工程であるスピンドル加工工程（１０８）を行う。このスピンドル加工工程（１０８）では、内燃機関１の温度情報と触媒５の活性情報とに基づき、触媒５の活性状態が基準値に近づくように上流側絞り部７の深さを変更する深さ変更工程を行う。この深さ変更工程は、図２に示すように、内燃機関１の温度情報と触媒５の活性情報とに基づいて、触媒５の活性状態が遅いと予測される程、スピンドル加工の深さを深くするように設定する。
この場合、図３に示すように、分別の一例として、前記温度情報と前記活性情報とスピンドル加工の深さでは、その状況に応じてランクを付して分別する。例えば、図２に示すように、触媒５の活性情報としての活性速度が遅い程、スピンドル加工の深さＲ１を大きく（深く）する一方、触媒５の活性状態としての活性速度が速い場合に、スピンドル加工の深さＲ２を前記Ｒ１よりも小さく（浅く）し、さらに、触媒５の活性状態としての活性温度が高い場合には、膨らんだ膨張線Ｓで形成する。
その後、触媒５を排気管３に組み付ける触媒組付工程（１０９）を行う。また、この触媒組付工程（１０９）では、触媒５の取り付け位置を排気管３の経路に沿って内燃機関１側へ近づけるよう位置を変更する位置変更工程を行う。具体的には、この位置変更工程では、触媒５の活性情報が遅いもの程、触媒５を内燃機関１側へ配置する。
【００１６】
そして、内燃機関ラインＡに戻り、触媒５が備えられた排気管３を内燃機関１に接続する排気管接続工程（１１０）を行う。
【００１７】
次いで、この実施例に係る排気管３の内燃機関１への組み付けに関する活用例を説明する。
触媒５のライトオフ温度（活性化開始温度：Ｔｃａｔ）を検査工程にて測定し、この測定されたライトオフ温度に応じて、排気管３の上流側絞り部７の深さ（プロファイル）を変更する。
例えば、図６に示すように、触媒５がランクＣ（Ｔｃａｔ＞２１０℃）の場合、排気体積が膨張しにくい上流側絞り部７の深さ（プロファイル）（細径ストレート部が長く、拡管部分長が短い：図５（Ａ）参照）とし、触媒５がランクＡ（Ｔｃａｔ＜１９０℃）の場合、排気体積が膨張しやすい上流側絞り部７の深さ（プロファイル）（ストレート部が短く、拡管部分長が長い：図５（Ｂ）参照）とすることで、排気温度を触媒５の活性化に合わせた温度にすることができる。
なお、上流側絞り部７の深さ（プロファイル）においては、内燃機関１の排気温度（Ｔｇａｓ）を測定し、排気温度（Ｔｇａｓ）が低側の場合に（Ｔｇａｓ＜１９０℃）、図５（Ａ）を選択する、一方、排気温度（Ｔｇａｓ）が高側の場合には（Ｔｇａｓ＞２１０℃）、図５（Ｂ）を、選択するようにしても良い。
また、ライトオフ温度の調整方法として、触媒５のゾーンコート化でも可能である。例えば、標準状態を均一コート触媒（図８（Ｂ）参照）とし、ライトオフ温度を下げた触媒５は、例えば、上流側７０％、下流側３０％のゾーンコート触媒（図８（Ａ）参照）とし、フロント側の貴金属量を増量することにより、ライトオフ温度を下げることができる。
一方、ライトオフ温度を上げた触媒５は、例えば、上流側３０％、下流側７０％のゾーンコート触媒（図８（Ａ）参照）とし、ライトオフ温度は高いが、高温浄化性能及び耐久性能に優れた触媒とすることができる。
このようなライトオフ温度の調整により、内燃機関１の特性に最適な触媒５を装着し、新車状態から、安定した排気浄化性能を確保することができる。
【００１８】
即ち、この実施例では、触媒５のライトオフ性能は、個々にバラツキがあるため、触媒５の製造時に、ライトオフ温度を測定する。一方、内燃機関１の単体又は内燃機関１の搭載後の車両において、排気温度にバラツキがあるため、排気温度を測定する。この両者の情報を基にして、内燃機関１・車両毎に装着する触媒５を選別することにより、特に、低温浄化性能に余裕の無い場合においても、十分な浄化性能を確保することができる。
具体的には、ライトオフ温度の中央値が、２００℃、１７０〜２３０℃の範囲で、製造バラツキを有する触媒において、図６に示すように、例えば、ライトオフ温度が１９０℃以下をランクＡ、ライトオフ温度が１９０〜２１０℃をランクＢ、ライトオフ温度が２１０℃以上をランクＣとして、触媒５をランク分けし、触媒５にその該当するランクを明記する。この明記方法は、バーコード、スタンプ等とする。
一方、内燃機関１の擦り合わせ工程等で、各内燃機関１の排気温度を測定し、その温度情報を基に、図７に示すように、排気温度が１９０℃以下をランクＸ、排気温度が１９０〜２１０℃をランクＹ、排気温度が２１０℃以上をランクＺとして、車両をランク付けする。
内燃機関１についても、ランクを内燃機関１に記入、又は、内燃機関１の番号にその情報を付けて管理し、車両への組み付け時に、触媒５と内燃機関１との組み合せについて、適切な組み合せとなるように、装着管理を行なう（図６、図７では、Ｘ−Ａのみ許容、Ｙ−Ａ又はＢを許容、Ｚ−Ａ、Ｂ又はＣを許容）。
なお、触媒５を排気管３又は排気マニホルド等の触媒担持部（触媒ケース）６に装着した段階で、触媒５に明記した情報が分からなくなるため、排気管３又は排気マニホルド等に触媒５のランク分け情報を明記しても良い。
触媒５の車両装着時の温度調整については、例えば、触媒５上流部分の拡管部である上流側絞り部７の深さ（プロフィール）を調整することにより行う。
上流側絞り部７を大きくし、下流側絞り部８を小さくした場合、排気の体積膨張が十分ではないまま、上流側の排気管３の太さの排気の惰性により、触媒５の中央部分に集中的に排気が流入し、排気温度を高く維持できる。
一方、上流側絞り部７を小さくし、下流側絞り部８を大きくした場合、触媒５全面に分散し、排気温度が低くなる。内燃機関１の温度情報及び触媒５のライトオフ温度の情報に加え、触媒担持部（触媒ケース）６に連設する拡管（絞り部）を組み合わせることにより、排気浄化性能に優れ、不良のない排気浄化触媒付き内燃機関を製造できる。
【００１９】
上記のように、排気浄化装置の組立方法では、内燃機関１の排気温度を計測する排気温度計測工程と、触媒５の活性状態を計測する活性状態計測工程と、内燃機関１の排気温度と触媒５の活性状態とに基づき触媒５の活性状態が基準値に近づくように排気管３の絞り部としての上流側絞り部７の深さを変更する深さ変更工程とを含んでいる。
このような方法によれば、工場内に搬入された内燃機関１の排気温度と触媒５の活性温度とに誤差が生じていたとしても、組付ラインＧＬにて適切な深さのスピンドル加工が成されるため、排気浄化装置４が良質な排気浄化性能を発揮することができる。
また、排気浄化装置の組立方法では、内燃機関１の排気温度に基づき内燃機関１を少なくとも排気温度が高いものと低いものとに分別し、この排気温度の情報を温度情報として内燃機関１に付する排気温度分別工程と、触媒５の活性状態に基づき触媒を少なくとも活性状態が早いものと遅いものとに分別し、この活性状態の情報を活性情報として触媒５に付する活性状態分別工程とを含んでいる。また、前記深さ変更工程は、前記活性情報と前記温度情報とに基づいて、触媒５の活性状態が遅いと予測される程、スピンドル加工による排気管３の上流側絞り部７の深さを深くするように設定する。
このような方法によれば、内燃機関１と触媒５とに少なくとも２つに分別された温度情報及び活性情報を添付して、これらの情報に基づいて触媒５の活性状態を予測し活性状態が遅い程、スピンドル加工の深さが深くなるように設定するため、例えば、工場内において適切な内燃機関１と触媒５との組み合せが存在しない場合であっても、スピンドル加工を用いて活性状態を調整することができる。
更に、排気浄化装置の組立方法では、触媒組付工程は、触媒５の取付位置を排気管３の経路に沿って内燃機関１側へ近づけるように変更する位置変更工程を含んでいる。この位置変更工程は、触媒５の活性情報が遅いもの程、触媒５を内燃機関１側へ配置する。
このような方法によれば、触媒５の活性情報に応じて触媒位置を内燃機関１側へ近づけるため、活性状態が遅い触媒を適切な活性状態に近づけることができる。
また、排気浄化装置の組立装置１１にあっては、装置や端末を備えるだけでよく、構成が簡単で、かつ正確な組付作業を実施させることが可能となる。
【００２０】
なお、この発明に係る組立方法及び組立装置にあっては、ディーゼル車用に使用される酸化触媒のみではなく、ガソリン車用に使用される三元触媒にも活用できる。特に、ターボチャージャ機構を備えたガソリン車用の内燃機関では、内燃機関の始動からの排気温度上昇速度が遅いため、使用できる技術である。これ以外に、船外機、汎用の内燃機関等にも活用できる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
この発明に係る排気浄化装置を、各種内燃機関に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００２２】
１  内燃機関
２  排気マニホルド
３  排気管
４  排気浄化装置
５  触媒
６  触媒担持部
７  上流側絞り部
８  下流側絞り部
９  ディーゼル微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ）
１０  排気温度センサ
１１  制御手段
１２  組立装置
１３  排気温度計測装置
１４  温度情報通信端末
１５  活性状態計測装置
１６  活性情報通信端末
１７  排気管情報通信端末
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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