JP2003531333A - スリーブおよび短くされた筒状ジャケットを備える触媒支持体 - Google Patents

スリーブおよび短くされた筒状ジャケットを備える触媒支持体

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Abstract

(57)【要約】 触媒支持体であって、シート金属層(2)を含むハニカム体(1)を有し、この体は、軸方向の大きさ(4)と、排気ガスが流れることのできる通路(3)をハニカム体(1)が有するように少なくとも部分的に構成されたシート金属層(2)とを有し、前記触媒支持体はさらに、縁(10)と軸方向のスパン(11)とを備える筒状ジャケット(9)を有し、軸方向のスパン(11)はハニカム体の軸方向の大きさ(4)よりも短く、筒状ジャケットは接合技術によって少なくとも1つの軸方向の部分的な領域(12)でハニカム体に接続され、前記触媒支持体はさらに、スリーブ(13)を有し、その軸方向の長さはハニカム体(1)の軸方向の大きさよりも短く、スリーブは、端部側付近でハニカム体の外側の領域上に配置され、内側面を有し、これは、接合技術によってハニカム体のシート金属層の、端部側の径方向の外側にある、端の領域(6)に接続され、この触媒支持体内でハニカム体は筒状ジャケット(9)の縁(10)を超えて突出し、この突出セクション(7)はスリーブ(13)によって取囲まれる。このようにして、ハニカム体と筒状ジャケットとの間の応力が、触媒支持体上の高い熱負荷の下でさえも避けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 この発明は、ハニカム体と、筒状ジャケット(tubular jacket)と、ハニカム体
のまわりに配置されるスリーブとを有する触媒支持体に関する。この種類の触媒
支持体は好ましくは、内燃機関、特に自動車両の排気装置内で用いられる。
【0002】 WO 99/37896は、囲まれた(enclosed)ハニカム体を製造するため
のプロセスを記載している。このハニカム体はシート金属層を有し、これらは、
流体が流れることのできる通路をハニカム体が有するように少なくとも部分的に
構成されている。このハニカム体は筒状ジャケットによって取囲まれる。それら
の異なる材料特性およびそれらの異なる動作温度のために、ハニカム体と筒状ジ
ャケットとは異なった熱膨張動作を有する。ハニカム体と筒状ジャケットとの間
の熱応力を防ぐために、適切ならばハニカム体と筒状ジャケットとの間の相対的
な運動を可能にする接続部が望まれている。
【0003】 この目的のために、ハニカム体はスリーブを備えて設計され、これは、筒状ジ
ャケットおよびハニカム体の製造公差にもかかわらず、ハニカム体と筒状ジャケ
ットとの間の直接のはんだ継手が、ハニカム体の少なくとも1つの端の領域で避
けられることを確実にするように意図されている。公知の先行技術では、この種
類のスリーブは、ハニカム体のみ、または筒状ジャケットのみのいずれかに接続
される。このようにして、筒状ジャケットまたはスリーブに関してのハニカム体
の接続されていない部分の間の相対的な運動が可能になる。スリーブを備えるこ
れらのハニカム体は好ましくは以下のように配向される。すなわち、排気装置内
でスリーブが上流に向かって、熱い排気ガスに向かって、配向され、その領域で
起こる特に高い熱負荷(thermal loads)を補償できるように、配向される。この
種類の触媒支持体を製造するためのプロセスは、接合技術を用いて所望の接続を
簡単に得るために、スリーブをハニカム体または筒状ジャケットに装着するとき
に特別なケアを必要とする。これが保証できないと、熱応力によって動作中に触
媒支持体の耐用年数が減じられるおそれがある。
【0004】 さらに、筒状ジャケットとハニカム体とが互いに関して軸方向にずれて(axial
ly offset)配置される、排気ガス浄化のためのコンバータ用の金属支持体がDE
36 03 882 A1から知られている。この場合、ハニカム体は、筒状
ジャケットの一番端を超えて上流方向に突出する。ハニカム体は平滑および波状
の耐熱金属シート層を含み、厚みは特に0.015から0.06mmであり、そ
れらは交互に互いの上に層状に重ねられ、互いにはんだ付される。高い熱負荷に
加えて、コンバータは高い動荷重にもさらされる。このような動荷重の下で、シ
ェルによって取囲まれていないシート金属層の径方向の外側の端の領域は、はん
だ付されたアセンブリから離れ(detach)、はためき(flap)始めるおそれがある。
このはためきによって、より多くの数のはんだ継手が離れ、触媒活性面が金属シ
ートから離れ、さらにはこの種類の触媒コンバータの効率が減じられる。
【0005】 この発明の目的は、耐用年数が長く、単純な構造でありながら、高い熱負荷お
よび動荷重の下でさえも筒状ジャケットとハニカム体との間の熱応力を避ける触
媒支持体を特定することである。
【0006】 この発明によると、この目的は、請求項1の特徴を有する触媒支持体によって
達成される。有利な改善点および構成によって、従属請求項の主題が形成される
【0007】 この発明による触媒支持体は、シート金属層から作られるハニカム体を有し、
これらの層は少なくとも部分的に、排気ガスが流れることのできる通路をハニカ
ム体が有するように、構成される。さらに、触媒支持体は筒状ジャケットを含み
、その軸方向のスパンはハニカム体の軸方向の大きさよりも短い。少なくとも1
つの軸方向の部分的な領域(part-region)で、筒状ジャケットは接合技術によっ
てハニカム体に接続される。スリーブがハニカム体の端部側(end side)付近の外
側の領域に配置され、スリーブの軸方向の長さは、ハニカム体の軸方向の大きさ
よりも短い。その内側面(inner lateral surface)上で、スリーブは接合技術に
よってハニカム体のシート金属層の、端部側にある、径方向の外側の端の領域に
接続される。この発明による触媒支持体は、以下の事実において優れている。す
なわち、ハニカム体は金属チューブの縁を超えて突出し、ハニカム体のこの突出
したセクションがスリーブによって取囲まれるという事実において優れている。
【0008】 筒状ジャケットの厚みは好ましくは、0.5から2mmの間にあり、スリーブ
の厚みは0.02から0.1mmの間にある。
【0009】 スリーブは好ましくは以下の様態で設計される。すなわち、熱応力下で、少な
くとも膨張動作に関して、それがハニカム体のシート金属層と同様の様態で挙動
するように、設計される。したがって、この発明による触媒支持体は、筒状ジャ
ケットとスリーブとの間の熱応力を防ぎながら、熱負荷の下でのハニカム体の突
出したセクションの熱膨張を可能にする。加えて、シート金属層と比べて比較的
固い(solid)筒状ジャケットが存在しないことにより、突出しているセクション
の急熱(rapid heating)が可能となり、これが比較的短い着火時間につながる。
【0010】 スリーブがハニカム体の端部側にまで延び、少なくとも部分的にハニカム体の
全周(entire circumference)を取囲むならば、特に有利である。このようにして
、シート金属層の端の領域が囲まれ、はためきが防止される。
【0011】 さらなる構成によると、スリーブの軸方向の長さまたはハニカム体の軸方向の
大きさの少なくとも10mm、特に少なくとも20mmが、筒状ジャケットの縁
を超えて突出する。この種類の触媒支持体が排気装置内に配置される場合に特に
、大部分の熱エネルギがハニカム体のこの前領域で吸収される。なぜならば、こ
こが、熱い排気ガスがハニカム体と接触する場所であるからである。スリーブを
有するハニカム体の突出部分は、大きな圧縮応力が生成されることもなく、比較
的制約されない様態で膨張することができる。
【0012】 さらなる例示的な実施例によると、触媒支持体はスリーブを備えて設計され、
スリーブの軸方向の長さの多くて20mm、特に多くて10mmが、筒状ジャケ
ットによって取囲まれる。意図される応用または排気装置内のこの種類の触媒支
持体の配置に従ったコンバータの熱動作と動的動作との間でバランスがとられ(s
truck)得る。たとえば、比較的低い動的力のみが生じると、ハニカム体とスリー
ブとは、筒状ジャケットを大きく超えて突出し得るが、着火温度に達するまでの
時間が減じられ得る。
【0013】 さらなる別の例示的な実施例に従うと、スリーブは接合技術によって筒状ジャ
ケットに接続される。この場合、スリーブが高温真空はんだ付によって筒状ジャ
ケットに接合されると特に有利である。この種類の継手によって、触媒支持体の
安定度が増大する。
【0014】 触媒支持体のさらなる構成に従うと、スリーブは少なくとも1つの微細構造を
有し、これは特に0.04から0.2mmの構造の高さ(structure height)を有
する。少なくとも1つの微細構造が、取囲む設計(encircling design)であるこ
とが特に有利である。微細構造は、第1にスリーブをより剛性にし、したがって
スリーブを変形に対してより安定させ、第2にハニカム体とスリーブとの間の規
定された接続、または筒状ジャケットとスリーブとの間の規定された接続を作る
助けとなる。このようにして、触媒支持体の適用区域(application area)に従っ
て適応されるはんだ点(solder points)が、スリーブとハニカム体との間に規定
される。同じことが、接合技術を用いるスリーブと筒状ジャケットとの間の接続
にも当てはまる。スリーブと筒状ジャケットとの間にこのような接続が全く存在
しない場合には、触媒支持体の熱膨張の間に筒状ジャケットとスリーブとの間で
起こる摩擦力に影響が与えられるおそれがある。
【0015】 さらなる別の例示的な実施例に従うと、複数の微細構造は互いに交差する(int
ersect)。したがって、隣接する構成要素の間に、事実上点状の接触部のみが生
成される。
【0016】 さらなる別の例示的な実施例に従うと、少なくとも1つの微細構造が、スリー
ブの外側面(outer lateral surface)の方向にのみ配置される。これによって、
一方ではハニカム体のシート金属層とスリーブとの間で非常に安定した接続が可
能となり、他方ではスリーブと筒状ジャケットとの間の相対的な運動が起こった
場合の非常に低い摩擦係数が可能となる。さらなる例示的な実施例によると、ハ
ニカム体は、好ましくは高温真空はんだ付によって筒状ジャケットにはんだ付さ
れる。この接合方法のために、この種類の触媒支持体は、たとえば排気ガスの脈
動流の結果として起こり得る、たとえ非常に高い動荷重にも耐える。
【0017】 触媒支持体のさらなる構成によると、シート金属層の、端部側の、径方向の外
側の端の領域が、好ましくは高温真空はんだ付によって、1つの縁付近で、さら
には内側面の少なくとも1つの取囲み円周領域(encircling circumferential re
gion)において、スリーブにはんだ付される。スリーブの内側面の完全な取囲み
ストリップ(strip)にシート金属層の端の領域をはんだ付することは、各々の個
々のシート金属層を固定し、したがって耐用年数を延ばす。加えて、シート金属
層は、それ自体で知られている様態で端の側で共にはんだ付され得る。
【0018】 さらなる別の例示的な実施例によると、筒状ジャケットの軸方向のスパンとス
リーブの軸方向の長さとは合わせてハニカム体の軸方向の大きさに等しい。この
ようにして、最大限に自由な膨張が維持されながら、シート金属層がさらされる
ことが防がれる。
【0019】 この発明のさらなる思想に従うと、この種類の触媒支持体は、特に内燃機関か
らの排気ガスを浄化するための触媒コンバータ内で一体化される。触媒支持体に
加えて、触媒コンバータはガス入口を備えたシェルを少なくとも有し、触媒支持
体は、ハニカム体またはスリーブの突出セクションがガス入口に向かった状態で
配向される。これは、この領域が最も熱い排気ガスに接触し、したがって最も高
い熱負荷にさらされることを意味する。この負荷は、膨張が自由に起こるために
、十分に補償され得る。
【0020】 さらなる例示的な実施例によると、触媒支持体はガス入口付近に配置される。
この場合、触媒支持体は好ましくは、特に非常に短い着火時間によって特徴付け
られる予備的な(preliminary)触媒コンバータとして働き、着火時間とは、内燃
機関のコールドスタートから、対応するように設計された触媒コンバータ面上で
の排気ガスの効果的な触媒変換(catalytic conversion)に達するまでに経過する
時間を意味する。たとえば3ウェイ(way)触媒コンバータおよび/または炭化水
素吸収体等のさらなる排気ガス浄化構成要素は一般に、この種類の予備的な触媒
コンバータの下流に接続される。
【0021】 触媒支持体の筒状ジャケットが接合技術によってシェルに接続されていると特
に有利である。特に、筒状ジャケットの一番端の付近での溶接継手が有利である
。なぜならば、この種類の接続によって、ハニカム体の熱膨張、適切ならば、動
的振動が可能となるためである。
【0022】 この発明による触媒支持体のさらなる詳細は、図の中で示される特に好ましい
例示的な実施例を参照しながら説明される。
【0023】
【詳細な説明】
図1は、端部側5と軸方向の大きさ4とを備えるハニカム体1を示す。この発
明によると、触媒支持体の組立てられた状態では筒状ジャケット9の縁10を超
えて突出するセクション7が、ハニカム体1の外側の領域8上に示される。さら
に、シート金属層2の端が、ハニカム体1の外側の領域8上に見られ得る。
【0024】 筒状ジャケット9は、軸方向のスパン11を有し、接合技術によって少なくと
も軸方向の部分的な領域(axial part region)12でハニカム体1に接続される
【0025】 スリーブ13は、軸方向の長さ14、縁18、内側面15、および外側面16
を有する。スリーブは、内側面15上の円周領域19でハニカム体1に接続され
る。スリーブはハニカム体1上に以下のように配置される。すなわち、縁18の
端部(ends)がハニカム体1の端部側5と面一になるように、配置される。
【0026】 複数の取囲み微細構造17が、スリーブ13の外側面16上に示される。スリ
ーブ13を備えるハニカム体が筒状ジャケット9内に導入された後、微細構造1
7は、ハニカム体1の熱膨張の際にスリーブ13と筒状ジャケット9との間に生
じる摩擦力に大きな影響を与える。さらに、それらは変形に対してスリーブ13
を安定させる。
【0027】 図2は、筒状ジャケット9と、スリーブ13と、シート金属層2から生成され
るハニカム体1とを有する、この発明による触媒支持体の端部側面図を示す。シ
ート金属層は、排気ガスが通ることのできる通路3をハニカム体1が有するよう
に、少なくとも部分的に構成されているか、または積み重ねられ、および/また
は巻かれている。シート金属層2の径方向の外側の端の領域6が、スリーブ13
に寄りかかる(bear against)。金属シート22の端の領域6が高温真空はんだ付
によってスリーブ13に接合され、すべての端の領域6がスリーブ13に接続さ
れることが特に有利である。
【0028】 このように設計される触媒支持体は、ハニカム体の突出セクション7が自由に
膨張できるという事実から、熱負荷が適用されるときのハニカム体1と筒状ジャ
ケット9との異なる熱膨張を補償することができる。接合技術によって端の領域
6がスリーブ13に接続されるという事実によって、シート金属層2がはためく
ことが防がれ、結果として特に安定した触媒支持体が得られる。
【0029】 図3は、微細構造17を備えるスリーブ13を製造するためのスリーブ金属シ
ート23を示す。スリーブ金属シート23がスリーブ13へと変形された後、互
いと平行する微細構造17が、所望されるように配向され得る。
【0030】 図4および図5は、異なるように設計された微細構造17を備えるスリーブ金
属シート23の2つの例示的な実施例の断面図を示す。図6は、互いに交差する
微細構造17を備える別のスリーブ金属シート22の斜視図である。
【0031】 図7は、特に内燃機関からの排気ガスを浄化するための触媒コンバータ内での
この発明による触媒支持体の構成を示す概略図である。触媒コンバータは、スリ
ーブ13とハニカム体1と筒状ジャケット9とを備える触媒支持体と、ガス入口
21を備えるシェル20とを含む。熱い排気ガスがガス入口を通って流れる。触
媒コンバータはガス入口21付近に配置され、スリーブ13はガス入口21に向
けられる。このようにして、最も高い熱負荷を受ける触媒支持体のそのセクショ
ン7に、最大限に自由な膨張が与えられる。筒状ジャケット9は、接合技術によ
ってシェル20に接続される。
【0032】 この種類の触媒支持体は、自動車両の排気装置内のエンジン付近での設置に特
に好適である。なぜならば、それは、長期間にわたってその領域に存在する非常
に高い熱負荷および動荷重に耐えることができるためである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ハニカム体、スリーブ、および筒状ジャケットの斜視図である。
【図2】 この発明に従った触媒支持体の設置(installed)実施例の端部側
面図である。
【図3】 微細構造を備えるスリーブの金属シートを示す図である。
【図4】 微細構造を備えるスリーブの金属シートの例示的な実施例の断面
図である。
【図5】 微細構造を備えるスリーブの金属シートのさらなる例示的な実施
例の断面図である。
【図6】 互いに交差する微細構造を備えるスリーブの金属シートの斜視図
である。
【図7】 触媒コンバータ内のこの発明による触媒支持体の概略図である。
【符号のリスト】 1 ハニカム体、2 シート金属層、3 通路、4 大きさ、5 端部側、6
端の領域、7 セクション、8 外側の領域、9 筒状ジャケット、10 縁
、11 大きさ、12 部分的な領域、13 スリーブ、14 長さ、15 内
側面、16 外側面、17 微細構造、18 縁、19 円周領域、20 シェ
ル、21 ガス入口、22 金属シート、23 スリーブ金属シート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK ,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE, GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,J P,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR ,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK, MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,R O,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ, VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 ビーレス,ルートビヒ ドイツ、51491 オベラート、オッペルナ ー・シュトラーセ、2 (72)発明者 マウス,ボルフガング ドイツ、51429 ベルギシュ・グラトバハ、 グート・ホルスト Fターム(参考) 3G091 AA02 AB01 BA10 GA06 GB01X HA27 HA28 HA31 4D048 BA39X BB02 CC03 CC08 4G069 AA01 AA03 CA03 EA21 EA30 FB71 FB72 【要約の続き】 と筒状ジャケットとの間の応力が、触媒支持体上の高い 熱負荷の下でさえも避けられる。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 触媒支持体であって、 シート金属層(2)を含むハニカム体(1)を有し、この体は、軸方向の大き
    さ(4)と、排気ガスが流れることのできる通路(3)をハニカム体(1)が有
    するように少なくとも部分的に構成されたシート金属層(2)とを有し、前記触
    媒支持体はさらに、 縁(10)と軸方向のスパン(11)とを備える筒状ジャケット(9)を有し
    、軸方向のスパン(11)はハニカム体(1)の軸方向の大きさ(4)よりも短
    く、筒状ジャケット(9)は接合技術によって少なくとも1つの軸方向の部分的
    な領域(12)でハニカム体(1)に接続され、前記触媒支持体はさらに、 スリーブ(13)を有し、その軸方向の長さ(14)はハニカム体(1)の軸
    方向の大きさ(4)よりも短く、スリーブ(13)は、端部側(5)付近でハニ
    カム体(1)の外側の領域(8)上に配置され、内側面(15)を有し、これは
    、接合技術によってハニカム体(1)のシート金属層(2)の、端部側の径方向
    の外側にある、端の領域(6)に接続され、 ハニカム体(1)は筒状ジャケット(9)の縁(10)を超えて突出し、この
    突出セクション(7)はスリーブ(13)によって取囲まれることを特徴とする
    、触媒支持体。
  2. 【請求項2】 スリーブ(13)はハニカム体(1)の端部側(5)にまで
    延びることを特徴とする、請求項1に記載の触媒支持体。
  3. 【請求項3】 スリーブ(13)の軸方向の長さ(14)の少なくとも10
    mm、特に少なくとも20mmが、筒状ジャケット(9)の縁(10)を超えて
    突出することを特徴とする、請求項1または2に記載の触媒支持体。
  4. 【請求項4】 スリーブ(13)の軸方向の長さ(14)の多くて20mm
    、特に、多くて10mmが、筒状ジャケット(9)によって取囲まれることを特
    徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の触媒支持体。
  5. 【請求項5】 スリーブ(13)は接合技術、好ましくは高温真空はんだ付
    によって筒状ジャケット(9)に接続されることを特徴とする、請求項1から4
    のいずれかに記載の触媒支持体。
  6. 【請求項6】 スリーブ(13)は少なくとも1つの微細構造(17)を有
    することを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載の触媒支持体。
  7. 【請求項7】 少なくとも1つの微細構造(17)は取囲む設計からなるこ
    とを特徴とする、請求項6に記載の触媒支持体。
  8. 【請求項8】 複数の微細構造(17)は互いに交差することを特徴とする
    、請求項6または7に記載の触媒支持体。
  9. 【請求項9】 スリーブ(13)は外側面(16)を有し、 少なくとも1つの微細構造(17)はスリーブ(13)の外側面(16)の方
    向にのみ配置されることを特徴とする、請求項1から8のいずれかに記載の触媒
    支持体。
  10. 【請求項10】 ハニカム体(1)は、好ましくは高温真空はんだ付によっ
    て筒状ジャケット(9)にはんだ付されることを特徴とする、請求項1から9の
    いずれかに記載の触媒支持体。
  11. 【請求項11】 シート金属層(2)の、端部側での、径方向の外側の端の
    領域(6)は、好ましくは高温真空はんだ付によって、1つの縁(18)付近で
    、さらには内側面(15)の少なくとも取囲む円周領域(19)で、スリーブ(
    13)にはんだ付されることを特徴とする、請求項1から10のいずれかに記載
    の触媒支持体。
  12. 【請求項12】 筒状ジャケット(9)の軸方向のスパン(11)とスリー
    ブ(13)の軸方向の長さ(14)とは合わせてハニカム体(1)の軸方向の大
    きさ(4)に等しいことを特徴とする、請求項1から11のいずれかに記載の触
    媒支持体。
  13. 【請求項13】 特に内燃機関からの排気ガスを浄化するための触媒コンバ
    ータであって、 請求項1から12のいずれかに記載の触媒支持体と、 ガス入口(21)を有するシェル(20)とを少なくとも含み、 触媒支持体は、スリーブ(13)がガス入口(21)に向けられて配向される
    ことを特徴とする、触媒コンバータ。
  14. 【請求項14】 触媒支持体はガス入口(21)付近に配置されることを特
    徴とする、請求項13に記載の触媒コンバータ。
  15. 【請求項15】 触媒支持体の筒状ジャケット(9)は接合技術によってシ
    ェル(20)に接続されることを特徴とする、請求項13または14に記載の触
    媒コンバータ。
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