(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機繊維を含む保持マットを担体の外周面に巻き付け前記保持マットを厚さ方向に圧縮した状態で前記保持マットを介して前記担体をケース内に保持した内燃機関の排気浄化装置において、前記保持マットに、前記排気浄化装置軸方向の少なくとも１箇所において周方向全周にわたって、他の部分である一般部よりも密度を高くした高密度部分が部分的に設けられており、前記保持マットの前記高密度部分は前記保持マットの排気浄化装置軸方向端部から所定距離離れていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記ケースのうち前記担体を保持している部分は前記排気浄化装置軸方向にストレート形状を有する請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記高密度部分の密度は前記一般部の密度の１．５〜３倍の密度とされている請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記保持マットの前記高密度部分と前記一般部とは互いに一体に成形されている請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記内燃機関の排気浄化装置は、前記担体が前記ケース内に排気浄化装置軸方向に複数配置されたタンデム型排気浄化装置である請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記タンデム型排気浄化装置の複数の前記担体は、上流側の担体と下流側の担体とが、排気浄化装置軸芯まわり方向に４５°±２５°の範囲内の所定角度だけ、担体のハニカムの目の方向を互いにずらされている請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気系には、触媒コンバータやディーゼルパティキュレート捕捉装置やＮＯｘ吸蔵・浄化装置などの排気浄化装置が配置される。
特開２０００−３４９１８は、従来の触媒コンバータを開示しており、そこでは、無機繊維を含む保持マットを担体の外周面に巻き付け、保持マットを厚さ方向に圧縮した状態で保持マットを介して担体をケース内に保持している。
従来の内燃機関の排気浄化装置１１では、排気ガスの背圧や振動などにより、担体が排気ガス流れ方向後方に位置ずれを起こさないように、図５、図６に示すように、保持マット１３を巻き付けた担体１２をケース１４に圧入した後、ケース１４の担体の上流側、下流側部分をスピニング加工により絞ってコーン部１５、１６を形成するときに、ケース１４の担体軸方向端部に対応する部分を外周からスピニング加工により絞って段差部１７、１８を形成し、保持マット１３の担体軸方向端部に対応する部分を、担体軸方向に部分的に圧縮して他の一般部１３ｂより高密度化した高密度部１３ａを形成して、保持力を上げる対策をとる場合があった。通常、マット厚さは自由状態で２５ｍｍであったものをケース圧入前にバインダを混合して８ｍｍにし、それをケースに圧入して約４ｍｍにするが、段差部１７、１８形成後は段差部１７、１８内周部位で約２ｍｍに圧縮される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図５、図６の保持力増加対策では、挿入後ケースに段差部を形成するので、組み付け時の担体位置のばらつきにより、狙いとするマットの高密度位置を出しにくい。とくに、複数担体を軸方向に直列配置したタンデム型排気浄化装置では問題となる。
また、圧入後の段差部形成を無くすために、圧入時に既に全体が高密度化されている保持マットを使用すると、ケースへの圧入が困難となる、担体のエッジ欠けまたは割れが生じる、マット材料が多く必要になってコストアップを招く、等の問題を生じる。
本発明の目的は、保持マット巻き付け担体のケースへの挿入が容易な、内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）  無機繊維を含む保持マットを担体の外周面に巻き付け前記保持マットを厚さ方向に圧縮した状態で前記保持マットを介して前記担体をケース内に保持した内燃機関の排気浄化装置において、前記保持マットに、前記排気浄化装置軸方向の少なくとも１箇所において周方向全周にわたって、他の部分である一般部よりも密度を高くした高密度部分が部分的に設けられており、前記保持マットの前記高密度部分は前記保持マットの排気浄化装置軸方向端部から所定距離離れていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
（２）  前記ケースのうち前記担体を保持している部分は前記排気浄化装置軸方向にストレート形状を有する（１）記載の内燃機関の排気浄化装置。
（３）  前記高密度部分の密度は前記一般部の密度の１．５〜３倍の密度とされている（１）記載の内燃機関の排気浄化装置。
（４）  前記保持マットの前記高密度部分と前記一般部とは互いに一体に成形されている（１）記載の内燃機関の排気浄化装置。
（５）  前記内燃機関の排気浄化装置は、前記担体が前記ケース内に排気浄化装置軸方向に複数配置されたタンデム型排気浄化装置である（１）記載の内燃機関の排気浄化装置。
（６）  前記タンデム型排気浄化装置の複数の前記担体は、上流側の担体と下流側の担体とが、排気浄化装置軸芯まわり方向に４５°±２５°の範囲内の所定角度だけ、担体のハニカムの目の方向を互いにずらされている（５）記載の内燃機関の排気浄化装置。
【０００５】
上記（１）〜（３）の内燃機関の排気浄化装置では、保持マットが部分的に高密度部分を有するので、マットの繊維の粉化により面圧が低下した時でも高密度部分で担体を保持でき、担体の排気ガス流れ方向後方への移動を阻止できる。
上記（２）の内燃機関の排気浄化装置では、ケースの担体保持部分がストレート形状を有したままのため、担体圧入後スピニングで縮径段差部を形成する従来の場合のような工程の追加・精密管理が不要である。
上記（３）の内燃機関の排気浄化装置では、高密度部分の密度が一般部の密度の１．５倍以上のため担体保持効果が保たれ、３倍以下とされているので高密度部分形成時の繊維の破損を少なくできマットの耐久性が保たれる。
上記（１）の内燃機関の排気浄化装置では、高密度部分が保持マットの排気浄化装置軸方向端部から所定距離離れているので、保持マットを巻き付けた担体をケースに圧入するときの挿入性が従来の高密度部分をもたないマットと同程度に良好に維持される。
上記（４）の内燃機関の排気浄化装置では、保持マットの、高密度部分と一般部とが互いに一体に成形されるので、製造、取扱いが容易である。
上記（５）の内燃機関の排気浄化装置は、タンデム型排気浄化装置の場合であるが、担体に対する高密度部分の位置が巻付け時から出ているので、挿入後にケースを部分的に位置を狙って縮径して高密度部分を作成する場合に比べて、高密度部分の位置が安定しかつ精度が出ている。
上記（６）の内燃機関の排気浄化装置は、上流側の担体と下流側の担体とが、排気浄化装置軸芯まわり方向に４５°±２５°の範囲内の所定角度だけ、担体のハニカムの目の方向を互いにずらされているので、上流側の担体を出た排気ガスが下流側の担体に流入する時の流れ抵抗が増え、ミキシングが良くなり、排気浄化性能向上に寄与できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の内燃機関の排気浄化装置を図１〜図４を参照して、説明する。
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気系に配置された、触媒コンバータやディーゼルパティキュレート捕捉装置やＮＯｘ吸蔵・浄化装置などの何れかの排気浄化装置からなる。
【０００７】
本発明の内燃機関の排気浄化装置１は、ケース４と、ケース４内に配置された担体２と、担体２の外周に巻き付けられて担体２とともにケース１内に圧入され担体２をケース４から支持する保持マット３と、を有する。
ケース４は、円筒型でマット巻き担体を圧入するタイプのもの、半割りのクラムシェルタイプのもの、マット巻き担体のまわりにケースを巻き付けて形成するターニキットタイプのもの、の何れであってもよい。図示例は円筒状ストレトケースの場合を示す。
【０００８】
ケース４のうち内側に担体２を保持している部分は排気浄化装置１の軸方向（担体２の軸方向と同じ）にストレート形状を有する。したがって、ケース４は、従来のような、マット巻き付け担体を圧入した後にスピニングにより縮径されたマット圧縮用の段差部（図５の１７、１８）を持たない。ケース４の排気ガス流れ方向上流側にコーン部５が位置し、ケース４の排気ガス流れ方向下流側にコーン部６が位置する。コーン部５、コーン部６は担体をケースに挿入後スピニングによりテーパ状に成形されてもよいし、あるいは予めコーン状に形成しておいたテーパ管を、マット巻き付け担体を圧入した後のケースに溶接付けしてもよい。図１の例では、ケース４からコーン部５、６への移行部を縮径しているが、この縮径部は、マット３から外れた位置での縮径であって、従来のマット圧縮用の段差部（図５の１７、１８）ではなく、あっても無くてもよい。
【０００９】
保持マット３には、図１およびマット展開図である図２に示すように、マットの排気浄化装置軸方向の少なくとも１箇所においてマットの周方向全周にわたって、他の部分である一般部３ｂよりも密度を高くした高密度部分３ａが、排気浄化装置軸方向に部分的に設けられている。図１の例では、高密度部分３ａが２本設けられている場合を示す。２本の高密度部分３ａのうち１本は担体の軸方向上流側端部の近傍に設けられており、他の１本は担体の軸方向下流側端部の近傍に設けられており、２本の高密度部分３ａの間の部分と２本の高密度部分３ａより軸方向外側の部分は一般部３ｂとなっている。保持マット３の排気浄化装置軸方向長さは、たとえば約１００〜１５０ｍｍであり、高密度部分３ａの排気浄化装置軸方向長さ（幅）は１本あたり約１０〜３５ｍｍである。
【００１０】
マットはアルミナ・シリカ系の複合マットで、アルミナ・シリカ系繊維が約３０％、マイカが約６０％、残り約１０％がバインダーのマットである。アルミナ・シリカ系マットは、繊維が折れやすく、面圧を大きく設定できないので、担体圧入後にケースに縮径部を作ってマットを圧縮することは精密な管理が必要である。縮径部を作らない場合、ケース内に担体を止めにくい。そのため、圧入前に部分的に高密度部分３ａを作っておいてそれを繊維を折らないようにケースに圧入して、従来（図５）と同程度にケース内に担体を止める。この場合、マット全体を高密度にしないで、疎密をつけることによって、触媒保持面圧に疎密ができ、保持性能が向上し、排気ガスの背圧、脈動、車両の振動による担体の後退が阻止されるとともに、排気ガスのマット内吹き抜け防止、シール性向上がはかられる。
【００１１】
高密度部分３ａの密度は一般部３ｂの密度の１．５〜３倍の密度とされている。一般部３ｂの密度γb は、図５の従来の、ケース段差部１７、１８で圧縮された部分の間の、ケース段差部１７、１８で圧縮されていないマット部分の密度程度である。高密度部分３ａの密度γa は、一般部３ｂの密度γb の１．５〜３倍の密度、さらに望ましくは、一般部３ｂの密度γb の１．５〜２倍の密度とされている。「１．５倍」の根拠はそれより小だと疎密効果による担体保持作用増加が多く望めなくなることであり、「３倍」の根拠はそれより大だと密度増加時にマットの繊維が破損するおそれがあることであり、「２倍」の根拠はそれ以下だと密度増加時にマットの繊維が破損しないことである。
【００１２】
図２に示すように、保持マット３の高密度部分３ａは保持マット３の排気浄化装置軸方向端部から所定距離ａ離れている。所定距離ａは２ｍｍ以上である。したがって、マット端部から軸方向に２ｍｍ以上内側に入った部位から密度アップする。
これによって、保持マット３を巻き付けた担体をケース４に圧入するときの挿入性が向上する。具体的には、マット圧入初期は一般部３ｂの密度γb のため、円筒状ストレートケース４に問題なく挿入できる。その後に高密度部分３ａが来ても、一般部３ｂから高密度部分３ａに円滑に移行でき、高密度部分３ａの圧入には支障をきたさない。
一般部３ｂから高密度部分３ａに円滑に移行できるように、保持マット３の高密度部分３ａと一般部３ｂとは互いに一体に成形されていることが望ましい。
【００１３】
ケース４がクラムシェルタイプケースやターニキットタイプケースの場合は、圧入の必要がないので、高密度部分３ａを保持マット３の排気浄化装置軸方向端部から所定距離ａ離す構造はとらなくてもよく、高密度部分３ａを保持マット３の排気浄化装置軸方向端部に位置させてもよい。また、保持マット３の高密度部分３ａと一般部３ｂとは互いに一体に成形しなくてもよく、高密度部分３ａと一般部３ｂと別々に形成して隣接して配置してもよい。
【００１４】
図３は、本発明の内燃機関の排気浄化装置１を担体２がケース４内に排気浄化装置軸方向に複数配置されたタンデム型排気浄化装置に適用した場合を示している。複数の担体は互いに同種の担体、たとえば触媒担体であってもよいし、あるいは異種の担体、たとえば上流側担体がＮＯｘ吸収材、下流側担体が三元触媒担体であってもよい。
タンデム型排気浄化装置において、各担体２の外周面に巻付けられた各保持マット３に高密度部分３ａと一般部３ｂとを形成し、各担体２のケース４内後退を防止する。
各保持マット３の排気浄化装置軸方向長さは、たとえば約１００〜１５０ｍｍであり、高密度部分３ａの排気浄化装置軸方向長さ（幅）は１本あたり約１０〜３５ｍｍである。
隣接担体間にはスペースを設けてガスのミキシングをはかることが望ましい。このスペースの排気浄化装置軸方向長さ（幅）は約２０ｍｍである。このスペース対応部にケース４に酸素センサなどを設けることができる。
【００１５】
図４（図３のＡ視とＢ視を並べて表示した図）に示すように、タンデム型排気浄化装置において、複数の担体２の隣接担体において、上流側の担体と下流側の担体とが、排気浄化装置軸芯まわり方向に４５°±２５°（２０°〜７０°）の範囲内の所定角度だけ、担体のハニカムの目の方向を互いにずらされている。図示例はハニカムの目の形状が四角形の場合を示したが、ハニカムの目の形状は四角形に限るものではなく、たとえば六角形であってもよい。
担体のハニカムの目の方向を互いにずらすことによって、上流側の担体を流出した排気ガスが下流側の担体にそのまま流入しにくくなり、抵抗が増えるので、スペースにおける排気ガスのミキシングが良好になる。これによって、スペースに酸素センサを配置して排気浄化コントロールをする場合に、制御精度が向上する。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１〜３の内燃機関の排気浄化装置によれば、保持マットが部分的に高密度部分を有するので、マットの繊維の粉化により面圧が低下した時でも高密度部分で担体を保持でき、担体の排気ガス流れ方向後方への移動を阻止でき、さらに、排気ガスの保持マット吹き抜けを防止することができる。
請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、ケースの担体保持部分がストレート形状を有しているので、担体圧入後スピニングで縮径段差部を形成する従来の場合のように段差形成の工程、精密管理が不要となり、生産性が向上する。
請求項３の内燃機関の排気浄化装置によれば、高密度部分の密度が一般部の密度の１．５倍以上のため担体保持効果が保たれ、３倍以下とされているので高密度部分形成時の繊維の破損を少なくできマットの耐久性を維持できる。
請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、高密度部分が保持マットの排気浄化装置軸方向端部から所定距離離れているので、保持マットを巻き付けた担体をケースに圧入するときの挿入性を、従来の高密度部分をもたないマットと同程度に、良好に維持できる。
請求項４の内燃機関の排気浄化装置によれば、保持マットの、高密度部分と一般部とが互いに一体に成形されるので、製造、取扱いが容易である。
請求項５の内燃機関の排気浄化装置によれば、タンデム型排気浄化装置に適用すると、担体に対する高密度部分の位置がマット巻付け時から出ているので、挿入後にケースを部分的に位置を狙って縮径して高密度部分を作成していた従来の場合に比べて、高密度部分の位置が安定しかつ精度が出ている。
請求項６の内燃機関の排気浄化装置によれば、上流側の担体と下流側の担体とが、排気浄化装置軸芯まわり方向に４５°±２５°の範囲内の所定角度だけ、担体のハニカムの目の方向を互いにずらされているので、上流側の担体を出た排気ガスが下流側の担体に流入する時の流れ抵抗が増え、ミキシングが良くなり、排気浄化性能向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明実施例の内燃機関の排気浄化装置の断面図である。
【図２】  図１の内燃機関の排気浄化装置の保持マットの展開図である。
【図３】  本発明を適用したタンデム型の内燃機関の排気浄化装置の断面図である。
【図４】  図３のＡ視とＢ視を並べて示した担体の正面図である。
【図５】  従来の内燃機関の排気浄化装置の断面図である。
【図６】  図５の内燃機関の排気浄化装置の保持マットの展開図である。
【符号の説明】
１  内燃機関の排気浄化装置
２  担体
３  保持マット
３ａ  高密度部
３ｂ  一般部
４  ケース
５、６  コーン部
【図１】
0004178817.tif 000002
【図２】
0004178817.tif 000003
【図３】
0004178817.tif 000004
【図４】
0004178817.tif 000005
【図５】
0004178817.tif 000006
【図６】
0004178817.tif 000007