内燃机的废气净化装置的制作方法

本发明涉及内燃机的废气净化装置。详细而言，涉及一种在发动机室内设置于内燃机的附近的废气净化装置。

背景技术：

以往，公知在发动机室内设置于内燃机的附近的废气净化装置(例如参照专利文献1)。在该废气净化装置中，承载于蜂窝载体的废气净化催化剂配置在内燃机的附近。由此，在内燃机起动后，更高温的废气流入，由此促进废气净化催化剂升温，能够使其提前激活。

另外，承载有废气净化催化剂的蜂窝载体通常为圆柱状。此外，在内燃机的附近设置废气净化装置的情况下，由于布置的限制，承载有废气净化催化剂的圆柱状的蜂窝载体以其中心轴线朝向大致上下方向的状态配置。从内燃机延伸的废气(导入)管沿大致水平方向延伸后向下方弯曲，从而与废气净化装置的上端部连接。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-17018号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

因此，即使为了应对今后新的排气规章对废气净化催化剂的进一步提前激活的要求，而欲使废气净化催化剂更接近内燃机，但在以往的废气净化装置的结构中，现实状况是该配置已经达到极限。即，由于废气(导入)管弯曲，不能将圆柱状的蜂窝载体配置在比废气(导入)管的弯曲部靠上游侧的位置。因此，作为用于使废气净化催化剂进一步提前激活的手段，举出例如以下的手段。

第一，举出了使废气净化催化剂更接近内燃机的废气出口(排气门)而进一步减小热容的手段。具体而言，举出了下列手段：使排气歧管与废气净化装置一体化的手段、将废气(导入)管与废气净化装置的紧固从以往的螺栓紧固变更为带紧固从而使紧固部紧凑化的手段。

但是，通过这些手段，能够接近的距离小，得到的废气净化催化剂的提前激活效果小。此外，不但必须对所有周边部件变更设计，而且对废气系统部件的组装作业或维护作业具有大的影响，导致成本增加。

第二，举出了提高连接内燃机与废气净化装置的废气(导入)管的隔热性、保温性的手段。具体而言，举出了下列手段：将外侧部件与内侧部件接合起来而使得废气(导入)管为双重管结构的手段、以及对废气(导入)管实施隔热涂覆的手段。

但是通过这些手段，为了得到充分的隔热、保温效果，必须提高构成部件的尺寸、组装精度等，实际上得不到充分的隔热、保温效果，除此之外成本大幅增加。

第三，举出了提高废气净化催化剂本身的提前激活性能的手段。具体而言，举出了下列手段：使承载有废气净化催化剂的蜂窝载体的隔壁更薄而减小热容的手段、以及通过增加构成废气净化催化剂的白金等活性金属量来提高低温活性性能的手段。

但是，通过这些手段，当使隔壁更薄时，会导致蜂窝载体的耐久性下降，当增加活性金属量时，会导致成本大幅增加。

第四，举出了提高从内燃机排出的废气的温度的手段。具体而言，举出了下列手段：通过提高内燃机的转速而执行更多的工作，从而使废气温度进一步上升。

但是，通过该手段，不但燃料效率恶化，而且由于热影响而必须提高其他构成部件的耐热性。

因此，至此还没有发现既能够将对外界的影响抑制在最小限度又能够与以往相比提前激活废气净化催化剂的廉价的废气净化装置，要求开发这样的废气净化装置。并且，开发时，当然也要求流入废气净化催化剂的废气流均匀，压力损失及热劣化减少。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种廉价的内燃机的废气净化装置，其与以往相比能够提前激活废气净化催化剂，并能够使得流入废气净化催化剂的废气流均匀，能够减少压力损失及热劣化。

用于解决课题的手段

为了达到上述目的，本发明提供一种内燃机的废气净化装置(例如后述的废气净化装置1)，该内燃机的废气净化装置在发动机室(例如后述的发动机室E)内设置在内燃机(例如后述的发动机)的附近，净化所述内燃机的废气，所述废气净化装置具备：废气导入管(例如后述的废气导入管2)，其与从所述内燃机延伸的废气管的下游端连接；柱状的蜂窝载体(例如后述的蜂窝载体11)，其与所述废气导入管的下游端连接，被多孔质的隔壁划分而形成有多个单元格，所述多个单元格从该蜂窝载体的上游侧端面延伸至下游侧端面而成为废气的流路；以及废气净化催化剂，其承载于所述蜂窝载体，所述废气导入管被设置成随着朝向下游侧而扩大直径，且由该废气导入管的下游侧端面形成的废气导入面(例如后述的废气导入面20)相对于该废气导入管的上游侧端面(例如后述的上游侧端面21)的中心轴线(例如后述的中心轴线X1)向与该上游侧端面相对的方向倾斜，所述蜂窝载体的上游侧端面(例如后述的上游侧端面110)沿着所述废气导入管的废气导入面形成。

在本发明中，在发动机室内设置在内燃机的附近的废气净化装置中，使废气导入管随着朝向下游侧而扩大直径，并且将废气导入管设置成由其下游侧端面形成的废气导入面相对于该废气导入管的上游侧端面的中心轴线向与该上游侧端面相对的方向倾斜。而且，将承载废气净化催化剂的蜂窝载体设置成，使得其上游侧端面沿着废气导入管的废气导入面。

由此，承载废气净化催化剂的蜂窝载体的上游侧端面、即废气流入的入口侧的端面被配置成相对于废气导入管的上游侧端面的中心轴线倾斜，并与废气导入管侧相对。因此，能够将蜂窝载体配置至以往的废气导入管的弯曲部的位置，因此与以往相比能够使废气净化催化剂接近内燃机侧，从而与以往相比能够使高温的废气流入废气净化催化剂。因此，根据本发明，通过对蜂窝载体的形状进行改进这样的廉价的手段，就能够提供与以往相比能够提前激活废气净化催化剂的废气净化装置。

并且，与以往相比能够使蜂窝载体接近内燃机侧，因此能够增大通常配置在蜂窝载体的下游侧的废气净化过滤器的容量。

并且，如后面详细记述，根据本发明，能够使流入废气净化催化剂的废气流均匀，能够减小压力损失以及热劣化。

优选还具备废气传感器(例如后述的温度传感器92)，其设置在所述废气导入管上，具有向所述蜂窝载体侧延伸的检测元件部(例如后述的检测元件部920)。

在该发明中，将具有向蜂窝载体侧延伸的检测元件部的废气传感器设置在废气导入管上。

如上所述，蜂窝载体的上游侧端面相对于废气导入管的上游侧端面的中心轴线倾斜，并与废气导入管侧相对。因此，能够以向蜂窝载体侧延伸的方式设置废气传感器的检测元件部。由此，能够避免高温的废气直接冲击废气传感器紧固部，从而能够抑制废气传感器的热负荷，抑制其热劣化。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种廉价的内燃机的废气净化装置，其与以往相比能够迅速使废气净化催化剂升温，并能够使得流入废气净化催化剂的废气流均匀，能够减少压力损失及热劣化。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的内燃机的废气净化装置的图。

图2是示出以往的内燃机的废气净化装置的图。

图3是示出高流量的废气流入以往的蜂窝载体时的流速分布的图。

图4是示出高流量的废气流入本实施方式的蜂窝载体时的流速分布的图。

图5是示出低流量的废气流入本实施方式的蜂窝载体时的流速分布的图。

图6是示意性示出废气流入本实施方式的蜂窝载体的情况的图。

图7是示意性示出废气流入以往的蜂窝载体的情况的图。

图8是示意性示出废气流入以往的蜂窝载体的情况的图。

图9是示出本实施方式的废气净化装置的废气的质量流量与入口压力的关系的图。

图10是示出本实施方式的废气净化装置的废气的质量流量与UI值的关系的图。

图11是用于说明本实施方式的废气净化装置的制造方法的图。

标号说明

1：废气净化装置；

2：废气导入管；

11：蜂窝载体；

20：废气导入面；

21：废气导入管的上游侧端面；

92：温度传感器(废气传感器)；

110：蜂窝载体的上游侧端面；

111：蜂窝载体的下游侧端面；

920：检测元件部；

E：发动机室；

X1：废气导入管的上游侧端面的中心轴线。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。

图1是示出本发明的一个实施方式的内燃机的废气净化装置的图。

如图1所示，本实施方式的废气净化装置1配置在发动机室E内，在装载于未图示的车辆上的内燃机(以下，称作“发动机”。)的附近(正下方)配置在其车辆前方侧。本实施方式的发动机是直接向未图示的各气缸的燃烧室内喷射燃料的柴油发动机。

本实施方式的废气净化装置1与设置在从发动机延伸的未图示的废气管的下游端的废气导入管2连接。

废气导入管2经由设置在废气管的下游端的未图示的涡轮增压器与废气管连接。如图1所示，废气导入管2形成为从配置在发动机侧的涡轮增压器向后述的废气净化装置1的上端沿大致水平方向延伸。

此处，图2是示出以往的内燃机的废气净化装置1A的图。在图2中，对与图1所示的本实施方式的废气净化装置1对应的结构，在图1中的标号后标注A进行表示。

如该图2所示，在以往的废气净化装置1A中，废气导入管2A从发动机侧沿大致水平方向延伸后，向下方大幅弯曲。由此可知，本实施方式的废气导入管2与以往的废气导入管2A的形状有很大区别。

返回图1，废气导入管2随着朝向下游侧而扩大直径，与后述的废气净化装置1的上游侧端面连接。并且，由废气导入管2的下游侧端面形成的废气导入面20相对于废气导入管2的上游侧端面21的中心轴线X1倾斜。该废气导入面20如后述那样沿着蜂窝载体11的上游侧端面110。

在废气导入管2的上部，从上游侧依次安装有LAF传感器91及温度传感器92。

LAF传感器91通过插入废气导入管2内的检测元件部910检测在废气导入管2内流通的废气的空燃比。

温度传感器92通过插入废气导入管2内的检测元件部920检测在废气导入管2内流通的废气的温度。

此处，如图1所示，本实施方式的温度传感器92的检测元件部920向后述的蜂窝载体11侧延伸。该配置结构由于废气导入管2随着朝向下游侧而扩大直径，并且由其下游侧端面形成的废气导入面20相对于中心轴线X1向与上游侧端面21相对的方向倾斜地配置而成为可能。

另一方面，如图2所示，在以往的温度传感器92A中，其检测元件部920A朝向上游的发动机侧延伸。由此在本实施方式中，伴随与以往的区别点、即蜂窝载体11以及废气导入管2的形状，温度传感器92的检测元件部920的配置结构与以往不同。

返回图1，废气净化装置1为圆筒状，在使其中心轴线X2朝向大致上下方向的状态下，沿着发动机的车辆前方侧的侧面配置。因此，废气在废气净化装置1内从上方向下方流动，在该过程中，废气中的NOx、CO以及HC被净化，同时废气中的粒子状物质(以下称作“PM”。)被除去。

如图1所示，废气净化装置1具备废气净化催化剂部10、柴油微粒过滤器(以下称作“DPF”。)12、以及壳体13。废气净化催化剂部10以及DPF12收纳在单一的壳体13内，彼此接近地配置。

废气净化催化剂部10净化废气中的NOx、CO以及HC。废气净化催化剂部10由承载有废气净化催化剂的蜂窝载体11构成，经由未图示的保持垫存储在壳体13内。

蜂窝载体11由流通型的蜂窝载体构成。即，蜂窝载体11是从其上游侧端面110延伸至下游侧端面111而成为废气流路的未图示的多个单元格被多孔质的隔壁划分而形成的蜂窝载体。

作为蜂窝载体11的材质，举出堇青石、钛酸铝或者莫来石。对蜂窝载体11的形状，在后面详细记述。

采用氧化催化剂、NOx催化剂作为废气净化催化剂。例如，包括Pt、Pd以及Rh中的至少一种贵金属、沸石、Ba、以及Ce。利用该废气净化催化剂净化废气中的NOx、CO以及HC。

DPF12捕集废气中的PM。DPF12由承载有PM燃烧催化剂的过滤器构成，经由未图示的保持垫储存在壳体13内。

过滤器是形成为截面为大致正圆的圆柱状的壁流式过滤器。作为过滤器的材质，举出碳化硅(SiC)、堇青石、钛酸铝或莫来石。

PM燃烧催化剂大致均匀地承载于整个过滤器上，由此，燃烧去除通过过滤器捕集的PM。采用例如包括Pt、Pd中的至少一种贵金属和Ag的催化剂作为PM燃烧催化剂。该Ag系的PM燃烧催化剂具有最优异的PM氧化能，并且与其他的PM燃烧催化剂相比能够从更低温对PM进行氧化净化。

壳体13为圆筒状，如上所述，储存废气净化催化剂部10和DPF12。壳体13由SUS等金属构成。壳体13由蛤壳式的壳体部件构成，该壳体部件由沿中心轴线X2在周向上一分为二的壳体半体构成。壳体13是通过使这两个壳体半体彼此对接焊接并一体化而形成的。

接着，参照图1和图2，详细说明蜂窝载体11的形状。

如图1所示，蜂窝载体11在形成为截面为大致正圆的圆柱状的蜂窝载体中，具有其中心轴线X2方向的一端侧的上游侧端面110相对于该中心轴线X2倾斜的形状。并且，该上游侧端面110以沿着废气导入管2的废气导入面20相接的方式配置。由此，蜂窝载体11的上游侧端面110被配置成相对于废气导入管2的上游侧端面21的中心轴线X1，向与上游侧端面21相对的方向倾斜。

另一方面，如图2所示，以往的蜂窝载体11A为圆柱状，具有其上游侧端面110A与下游侧端面111A相对于中心轴线X2A垂直的形状。并且，该上游侧端面110A被配置成相对于废气导入管2A的上游侧端面21A的中心轴线X1A大致平行。

由此，本实施方式的蜂窝载体11的上游侧端面110的形状与以往区别很大。

接着，参照图3～图5，对本实施方式的废气净化装置1中的废气流速分布进行说明。

图3是示出高流量的废气流入图2所示的以往的蜂窝载体11A时的流速分布的图。图4是示出高流量的废气流入本实施方式的蜂窝载体11时的流速分布的图。图5是示出低流量的废气流入本实施方式的蜂窝载体11时的流速分布的图。

此处，图3～图5中分别示出了：(a)废气导入管的形状引起的废气流速分布、(b)承载有废气净化催化剂的蜂窝载体的中心轴方向的长度引起的废气流速分布、(c)整体的废气流速分布。即，各(c)的流速分布是综合(a)的流速分布和(b)的流速分布而得的。

如图4所示，在得到比较高的废气流量的运转条件下，位于承载有废气净化催化剂的蜂窝载体11的上游侧的废气导入管2的形状所带来的影响与蜂窝载体11的中心轴线X2方向的长度短所带来的影响抵消。其结果可知，废气的流速分布稳定，形成与图3所示的以往的蜂窝载体11A同等的流速分布。

并且，如图5所示，在废气流量为低流量的发动机刚起动后，废气优先流入接近压力损失低的入口的那侧(发动机侧)。因此可知，接近入口那侧的废气流速增大。但是此时，由于废气流量低，不影响废气净化性能，反而接近废气优先流入的入口的那侧持续升温，从而被提前激活，由此废气净化性能提高。

接着，参照图6～图8，对本实施方式的废气净化装置1的流速分布的稳定化、压力损失的减小、废气传感器检测性能的提高进行说明。

图6是示意性示出废气流入本实施方式的蜂窝载体11的情况的图。图7和图8是示意性示出废气流入以往的蜂窝载体的情况的图。

可知在图7所示的以往的废气净化装置1B中，由于具有废气导入管2B在蜂窝载体11B的附近大幅度弯曲的结构，废气碰撞废气导入管2B的壁面，从而废气流弯曲。在该情况下，在废气导入管2B内，废气的流速产生较大侧偏。

并且可知，在图8所示的以往的废气净化装置1C中，废气导入管2C随着朝向蜂窝载体11C侧而向下方倾斜，为没有弯曲部的形状，因此废气流直接碰到蜂窝载体11C的上游侧端面。在该情况下，虽然废气的流速不产生侧偏，但废气导入管2C的直径在中途渐渐缩小，因此废气流整体被节流，结果压力损失提高，废气净化性能下降。

与此相对，具有上述结构的本实施方式的废气净化装置1中，如图6所示，从发动机排出而在废气管内流通的废气流难以受到废气导入管2的壁面的影响。即，蜂窝载体11中，从发动机排出而在废气管内流通的废气流直接碰到蜂窝载体11的上游侧端面110后，废气流被整流而弯曲，被导入各单元格内。

因此，在本实施方式的废气净化装置1中，与以往的废气净化装置相比，废气的流速没有侧偏而变得稳定，确保了均匀的废气流，结果压力损失减小。而且，为了检测流动的平均状态，如果废气流不均匀则不能正确检测的LAF传感器91的检测精度高。并且，在本实施方式中，在废气导入管2内流通的废气流整体均匀，因此对LAF传感器91的配置限制少，布局的设计自由度高。

接着，参照图7和图8，对本实施方式的废气净化装置1的热劣化的降低进行说明。

如上所述，在图7所示的以往的废气净化装置1B中，废气导入管2B的弯曲部内废气的偏流大。因此，当高负荷时，弯曲部附近的废气净化催化剂的一部分集中暴露于高温。于是，废气流入最多的位置的废气净化催化剂热劣化，结果废气净化性能明显受损。

与此相对，在本实施方式的废气净化装置1中，如上所述，废气没有侧偏，除此之外，蜂窝载体11的上游侧端面为倾斜面，与以往相比以更大面积接受废气，因此能够分散废气的热量，结果与以往相比能够抑制热劣化。

而且，在本实施方式的废气净化装置1中，对于LAF传感器91及温度传感器92，也通过无侧偏的废气流而将对各传感器的热负荷抑制在最小限度。并且，如上所述，能够在相对于废气的流动方向并非正对而是倾斜的方向上设置各传感器，因此能够使各传感器的紧固部避免高温的废气的直接冲击。

接下来，对在规定的运转条件下使发动机运转而使废气流入本实施方式的废气净化装置1时的入口压力(上游侧端面110处的压力)和UI值(上游侧端面110处的UI值)进行说明。

此处，图9是示出本实施方式的废气净化装置1的废气的质量流量与入口压力(上游侧端面110处的压力)的关系的图。图10是示出本实施方式的废气净化装置1的废气的质量流量与UI值(上游侧端面110处的UI值)的关系的图。

另外，采用图2所示的废气净化装置1A作为图9和图10中的以往产品来实施测定。

并且在此处，UI值被作为流体的流动均匀性的指标而采用，通过下列的算式(1)的计算而求出。

[算式1]

UI＝1-Σ{|Vi-Vave|×Si/(2×Vave×S)}…算式(1)

在上述算式(1)中，Vi表示分割了流路截面的各区域中的流速(废气浓度)，Vave表示整个流路截面中的平均流速(截面废气浓度)。并且，Si表示各区域的面积，S表示流路截面的总面积。

如图9所示，可以确认：根据本实施方式的废气净化装置1，与以往的废气净化装置1A相比，能够减少约25％压力损失。

并且，如图10所示，可以确认本实施方式的废气净化装置1的UI值与以往的废气净化装置1A相等。此外，如果UI值为0.9以上，则判断为良好。

接着，参照图11，对本实施方式的废气净化装置1的制造方法进行说明。

本实施方式的废气净化装置1例如如下进行制造。

首先，与以往同样地，利用挤压成型得到具有希望长度的圆柱状的蜂窝载体。之后，切割圆柱状的蜂窝载体，使得蜂窝载体的中心轴方向的一端侧的端面相对于其中心轴线为倾斜面。由此，从圆柱状的蜂窝载体得到两个一端侧的端面为倾斜面的蜂窝载体。切割后，通过在规定的烧结条件下进行烧结，得到本实施方式的蜂窝载体11。

接下来，如图11所示，准备圆筒状且一端侧倾斜的专用夹具100，利用该夹具100的倾斜面侧的端部来固定蜂窝载体11的倾斜面侧的外周端部。接着，在该状态下，使夹具100侧浸渍于废气净化催化剂的悬浊液中之后，利用抽吸泵等从蜂窝载体11的与夹具100侧相反的一侧进行抽吸，由此将悬浊液导入蜂窝载体11的各单元格内。抽吸后，在规定温度下进行烧结，由此得到在各单元格的隔壁上承载有废气净化催化剂的蜂窝载体11。

之后与以往同样地，通过将承载有废气净化催化剂的蜂窝载体11和DPF12储存在壳体13内，来制造本实施方式的废气净化装置1。由此，仅改良以往的制造方法就能够制造本实施方式的废气净化装置1，因此制造时间以及材料成品率与以往相同，也不需要大的设备投资。

根据本实施方式的废气净化装置1，起到以下的效果。

在本实施方式中，在发动机室E内被设置在发动机的附近的废气净化装置1中，使废气导入管2随着朝向下游侧而扩大直径，并且将废气导入管2设置成由其下游侧端面形成的废气导入面20相对于该废气导入管2的上游侧端面21的中心轴线X1向与该上游侧端面21相对的方向倾斜。而且，将承载废气净化催化剂的蜂窝载体11设置成，使得其上游侧端面110沿着废气导入管2的废气导入面20。

由此，承载废气净化催化剂的蜂窝载体11的上游侧端面110、即废气流入的入口侧的端面被配置成相对于废气导入管2的上游侧端面21的中心轴线X1倾斜，并与废气导入管2侧相对。因此，能够将蜂窝载体11配置至以往的废气导入管的弯曲部的位置，因此与以往相比能够使废气净化催化剂接近发动机侧，从而与以往相比能够使高温的废气流入废气净化催化剂。因此，根据本实施方式，通过对蜂窝载体11的形状进行改进这样的廉价的手段，能够提供与以往相比能够提前激活废气净化催化剂的废气净化装置1。

并且，与以往相比能够使蜂窝载体11接近发动机侧，因此能够增大通常配置在蜂窝载体11的下游侧的DPF12的容量。即，图1的DPF12的中心轴线X2方向的长度L1被设定成比图2的DPF12A的中心轴线X2方向的长度L2长。

并且，如上所述，根据本实施方式，能够使流入废气净化催化剂的废气流均匀，能够减小压力损失以及热劣化。

并且在本实施方式中，将具有向蜂窝载体11侧延伸的检测元件部920的温度传感器92设置在废气导入管2上。

如上所述，蜂窝载体11的上游侧端面110相对于废气导入管2的上游侧端面21的中心轴线X1倾斜，并与废气导入管2侧相对。因此，能够以向蜂窝载体11侧延伸的方式设置温度传感器92的检测元件部920。由此，能够避免高温的废气直接冲击温度传感器92的紧固部，从而能够抑制温度传感器92的热负荷，抑制其热劣化。

另外，本发明不限于上述实施方式，在能够达到本发明目的的范围内的变形、改进都包含在本发明中。