JP2003531994A - 排ガス設備の排ガス装置、特にモジュール構成形式の自動車触媒装置 - Google Patents
排ガス設備の排ガス装置、特にモジュール構成形式の自動車触媒装置Info
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Abstract
Description
置または粒子フィルタであって、それぞれ薄板から成る、少なくとも1つのホッ
パ状排ガス開口と、これに接続されている同心的な支承管とが設けられており、
該支承管には少なくとも1つのモノリスまたは粒子フィルタが、該モノリスまた
は粒子フィルタを取り囲む支承マットを介して絶縁されて支承されており、前記
ホッパ状排ガス開口は二重壁状に2つの成形部分から形成されていて、即ち外側
ホッパと内側ホッパとから成っている形式のものに関する。
511800号明細書により公知である。支承管の各軸方向面にはそれぞれ1つ
のホッパ状排ガス開口が設けられている。即ち一方の軸方向面には入口ホッパが
、他方の軸方向面には出口ホッパが設けられている。両ホッパは、それぞれ外側
ホッパと内側ホッパから成っていて、ほぼ同様に形成されている。外側ホッパも
内側ホッパも薄板成形部分であって、これらの間に位置する同心的な支承管に、
いわゆる触媒装置の中間部材に溶接されている。
モノリス支承部もしくは支承管、出口ホッパのような個別部分から形成し、任意
に組み合わせることができる。従って、管を上述したように配置する(ホッパ接
続部を配向する)場合には、種々のモノリス長さが、ひいてはエミッションのた
めに重要な触媒容積が、中間部材を適合させることにより、僅かな工具コストで
、種々異なる内燃機関または、排ガス後処理装置の品質および耐用期間の要求を
有する車両のために得られる。
ばしば亀裂および破損が生じることがわかった。
点を回避し、特に簡単な手段によって、耐熱性で機能的な排ガス装置を提供する
ことである。
は、従属請求項に記載されている。
、特に溶接されており、内側ホッパは無接触式に支承管と外側ホッパとに対して
間隔をおいて配置されていることにある。
管端部区分とから間隔をおいて無接触式に配置された内側ホッパ端部区分が、支
承マットの半径方向中間の高さで、内側ホッパの周面に配置されている。
端部区分の軸方向端部とが互いに同一平面で延びている。
ており、該延長区分が、支承マットおよびモノリスもしくは粒子フィルタよりも
軸方向で突出している。このような構成は、短い軸方向長さを有した内側ホッパ
が形成されて、有利には深絞り部分として形成できるという利点を有している。
ノリスもしくは粒子フィルタとの間の支承マットギャップ内に突入している。
支承管の軸方向端部の領域で、半径方向外側に向かって拡大する段部を有してお
り、この場合、有利には、前記段部に、モノリスもしくは粒子フィルタが間隔を
おいて嵌め込まれている。
るならば、内側ホッパの「軟性的な」構成が得られる。
ビードを設けることができる。
に面した端面に支持されてよい。
縁保護部に支持されていてよく、この場合、該縁保護部が、有利には含浸加工部
もしくは支承マットの含浸処理された領域である。
パ端部区分に面した端面に支持されており、前記ワイヤメッシュリングが、支承
マットギャップ内に軸方向端部側で前方に配置されているならば、有利な縁保護
部が得られる。
側ホッパの、半径方向外側に向けられた周面フランジであり、このような構成は
、後述する利点を有する。
に向けられた周面フランジであるならば、後述する別の利点が得られる。
て同心的に外周面で延びている周面区分であるならば、後述するさらなる利点が
得られる。
ていて、この場合有利には、内側管端部区分の拡大されている同心的な軸方向端
部で支承マットが折り返されているか、または別個の支承マット周面区分によっ
て二重にされているならば構造的に有利である。
い。
外側に向けられた周面フランジであってもよい。
ャップであるか、または選択的には少なくとも部分的に断熱性の材料によって充
填されている。
アルミニウム繊維から成る弾性的なセラミック繊維マットであるならば、上記利
点がさらに得られる。
設けられており、一方のホッパ状排ガス開口が入口ホッパであって、他方のホッ
パ状排ガス開口が出口ホッパである。
ている。
たは巻き付け成形部分または半割シェル部分であってよい。
ッパとに一緒に溶接されていて、ホッパとモノリス支承部との間の絶縁が、内側
ホッパから外側スリーブへの材料における熱伝導により中断されるので、中間部
材もしくは支承管との間の結合個所に熱橋絡部が形成されてしまうことにある。
接触してないことによりこのようなことが回避されている(片側だけで支承され
た、即ち「片持ち式の内側ホッパ」)。この場合、モノリスの支承のためには、
有利には結晶質の酸化アルミニウム繊維または非晶質のケイ酸アルミニウム繊維
から成る弾性的なセラミック繊維マットを使用すると有利である。これにより、
システムにおける熱膨張と振動励起によるホッパの運動が弾性的に吸収される。
粒状の膨張雲母(Blaehglimmer)を有した従来慣用の膨潤マットを備えた構成で
は、この個所で、モノリス支承部において損傷が生じる恐れがある(雲母が接触
個所で剥離され、「粒状の放射媒体」として後方に位置する支承マットを損傷さ
せる)。支承マットとして膨潤マットを備えた構成は、プレスされたワイヤメッ
シュリングが、縁保護部として、ホッパと膨潤マットとの間の接続部に組み付け
られると安定化される。しかしながらこの場合、モノリス上でメッシュリングの
絶縁作用が悪化する。
の形成が回避される。このような応力は、従来のモジュール構成形式では、高い
熱的な交番負荷のもとで、内側ホッパにおける亀裂や破損をしばしば引き起こし
ていた。結合部を可塑的に構成する場合には、弾性が高く結晶質のセラミック繊
維マットにおける固体の含量が僅かであることにより、耐用性のある結合部を考
える場合に有利である。このようなマットは、接続部に、必要とあれば、モノリ
ス支承部におけるよりも大きなギャップをもって組み付けられ、この場合、高温
の周期的な排ガスによる負荷のもとで浸食しやすくなることはない。従って、浸
食に関して公知のセラミック繊維マットにより、システムの耐用期間を損なうこ
となく、接続部におけるギャップを20%拡大し、膨潤マットを約10%だけ使
用することができる。これにより、内側ホッパと外側ホッパと支承ケーシングと
の間に金属的な接触なしに以下に記載する方法で、運転中の部分の熱膨張と、薄
板部分の通常の製造誤差とを考慮して、容認しうるコストで構成することが殆ど
初めて可能になる。勿論、より大きな支承ギャップを備えた接続部を構成するた
めに繊維マットをこの領域で二重に配置することまたは折り返すことで所望のよ
うに密にすることができる。
十分な剛性が得られ、ホッパの破壊及び/又はセラミックモノリスまたは外側部
分との当接が回避できる。このために本発明によれば、モノリス端部の接続領域
を多段に段付けすることが提案されている。これにより同時に流れは(入口ホッ
パにおいて)支承マットへではなくモノリスへと案内される。
縁は、排ガス試験で通常である600°Cよりも低い排ガスの温度では十分であ
る。何故ならば、繊維絶縁部を通る放射物の貫流の防止は、温度が高い場合に初
めて熱伝導に対して著しい作用を及ぼすからである。構成部分を丸くし、絶縁・
支承マットの相応の誤差調整を(位置及びサイズに応じて)行うことにより、組
み付けの際に空隙に繊維材料を充填でき、この場合、この繊維材料が運転中に、
構成部分が相対運動する際に、破損されることはない。
ることにより最も簡単な形式に構成される。内側ホッパは組み付ける際に中間部
材の支承マットに接触する。この場合、内側ホッパは流れ方向で裁断されていて
、従って最良に深絞り部分として、絞り方向で見て大き過ぎないホッパ長さ(絞
り深さ)で、追従する工具(Folgewerkzeuge)により裁断される。勿論、押圧成
形部分、または巻き付け成形部分、または半割シェル部分としてのホッパ製造の
際も、特別な作業工程で流れ方向での裁断を行うことができる。外側ホッパには
、接続部にフランジを形成することにより、(例えば、モノリスの詰め込み(ca
nning)の際に矯正やギャップ適合により生じる)ケーシングの形状誤差および
支承誤差を、溶接シームの位置を変更することにより補償できる。溶接のために
は、運転時の種々異なる熱膨張により生じる接続部の位置変更の際にも、内側ホ
ッパと外側ホッパ、ケーシング周面、モノリスとの間に十分な間隔を保証するた
めに、組み付けの際に部分を互いに方向付けなければならない。これにより運転
中のばたつきノイズおよび熱橋絡が回避できる。
り、この場合、支承マットに対して内側ホッパの軟性的な撓みが存在する。本発
明の特別な利点は、触媒装置においては公知の構成に比べて、熱が僅かにしか発
せられず、強い負荷のもとでも内側ホッパは殆ど損傷されず、試験の際でも排ガ
ス装置は殆ど冷却されない(エミッション)ことにある。しかしながらモジュー
ル技術は同様に保たれる。
フィルタはモジュール構成形式で、それぞれ金属薄板から成る2つのホッパ状排
ガス開口20,21と、これらの開口の間に位置していてこれらの開口に接続さ
れている同心的な支承管2とを有している。この支承管2内では、モノリス3が
、該モノリスを取り囲む支承マット4を介在して絶縁されて、支承されている。
ッパ状排ガス開口は、1つの外側ホッパ5と1つの内側ホッパ6とから成ってい
る。
けが支承管2に金属的に接触し固定されていて、特に溶接されていて、内側ホッ
パ6は無接触式に支承管2に対して間隔をおいて配置されていることである。
区分9とから間隔をおいて配置された接触していない内側ホッパ端部区分8は、
支承マット4の半径方向で中間の高さで、内側ホッパ6の周囲に配置されている
。
2に示した第1実施例では互いに同一平面で延びている。
ッパ端部区分8に面した端面に支持されている。ワイヤメッシュリング14は、
支承マットギャップ11において軸方向端面側で配置されており、縁保護部を形
成している。この縁保護部は支承マット4自体の含浸加工部であってもよい。
られた周方向フランジ15によって形成されている。
向フランジ22によって形成されている。
ている。この空間は空気を含む空の空間であってもよい。
の軸方向端部で互いに溶接されている。
この場合、一方のホッパ状排ガス開口は、ホッパ状入口20であって、他方のホ
ッパ状排ガス開口はホッパ状出口21である。
き付け成形部分、半シェル部分であってもよい。
ッパと同一平面に位置する内側ホッパが設けられている。この内側ホッパは、組
み付けた状態で、中間部材の支承マットに接触する。この場合、内側ホッパは流
れ方向Sで裁断されていて、即ち、深絞り部分として最良に、絞り方向でホッパ
長さ(絞り深さ)が大き過ぎることなく追従する工具によって裁断されることが
できる。勿論、押圧成形部分または巻き付け成形部分または半シェル部分として
のホッパ製造の場合でも、個別の作業工程で流れ方向で裁断することができる。
外側ホッパには、接続部にフランジを形成することにより、(例えばモノリスの
詰め込みの際に矯正やギャップ適合により生じる)ケーシングの形状および支承
誤差を、溶接シームの位置を変更することにより補償することができる。溶接の
ためには、運転中の熱膨張により接続部の位置が変更した場合も、内側ホッパ、
外側ホッパ、ケーシング周面およびモノリスの間に十分な間隔が保証されるよう
に、組み付けの際に部分を互いに調整させなければならない。これにより運転中
のばたつきノイズおよび熱橋絡を防止することができる。
0を有していて、この延長区分は、支承マット4とモノリス3もしくは粒子フィ
ルタを軸方向で超えて延びている。これにより、内側ホッパの軸方向構成長さを
短くすることができ、ひいては有利には僅かな絞り深さでもって、深絞り部分と
して形成することができる。
管端部区分9に対して密に間隔をおいて外周面に同心的に延びる周面区分17と
して形成されている。
平面で半径方向外側に向かって延びていて、支承マット4の、内側ホッパ端部区
分8に面した端面に支持されている。
た外側ホッパが形成されている。この場合、内側ホッパと支承マットとの接触は
、外側ホッパの被せ嵌めにより調節される。これにより絶縁の中断による空隙の
形成は回避される。しかしながらこの場合、ケーシング周面と外側ホッパとを嵌
合個所において互いに補正する必要がある。部分の構成及び組み付けに応じて触
媒装置の全長は変化する。
管2とモノリス3との間の支承マットギャップ11に達している。
、支承管2の軸方向端部の領域で、半径方向外側に拡大する段部12を有してい
る。この段部12には、モノリス3が間隔をおいて嵌め込まれている。
区域13を有している。付加的に補強ビードを設けることができる。
パの形状強度を高めることができる。これにより同時に、排ガスの流れを支承マ
ットギャップへではなく、モノリスへと案内することができる。モノリスの支承
マットには、選択的に、防水加工部の形状の縁保護部が、または膨潤マットを使
用する場合は敷設されたワイヤメッシュリングの形状の縁保護部が形成されてい
る。モノリス支承部として弾性的なセラミック繊維マットが使用されるならば、
このような縁保護部は省くことができる。
いる。支承管端部区分9の、拡張された同心的な軸方向端部18では、支承マッ
ト4が折り返されているか、または、別個の支承マット周面区分19が二重に配
置されている。
て補強された内側ホッパも設けられている。図6には、外側ホッパのフランジと
ケーシング周面との有利な結合が示されている。構成部分の製造誤差を接続領域
で良好に補償するために、この実施例ではケーシングが接続領域で拡大されてい
る。このことは、管周面では例えば接続領域において周面を固定寸法に合わせて
矯正することにより行われる。又は半割シェル周面では、接続領域の段付けによ
り行われる。通常は例えば、3〜6mmの支承ギャップおよび4〜9mmの矯正
される領域におけるギャップである。大きなギャップでは、有利には弾性的なセ
ラミック繊維マットにより支承と絶縁が行われる。これによりギャップが著しく
拡大された場合でも耐浸食性に関して問題は生じない。モノリスへの接続領域に
おける支承力を保持するために、この場合、マットを折り返す、又は別の繊維マ
ットストリップを重ねることによって二重にすることもできる。この個所で膨潤
マットを使用する場合には、内側ホッパのための接触部および膨潤マットのため
の浸食防止部として相応の大きさのワイヤメッシュリングを組み付けることが有
利である。
しに構成部分耐用期間を延ばすことができる。このために、製造時および製造さ
れた構成部分においてできるだけ大きな移行半径(絞り半径)が必要とされる。
剛性的な内側形状が設けられている場合には、内側ホッパにビードを形成するこ
とにより、熱による応力を、大きな平らな面で「軟性的に」導出することができ
る。これにより、構成部分が周期的に熱負荷される際に、可塑的に変形される領
域により破損縁部が形成されるのを回避できる。このことは図5では、貫流方向
での楕円形の「膨出部」の形状で具体的に示されている。
ホッパ5の、半径方向内側に向けられた周方向フランジ16となっている。内側
ホッパの端部区分8の軸方向端部は、外側に向かって折り返されている。
設けられている。このような形状は例えば、外側ホッパの製造の際に、IHU部
分(IHU=Innen-Hochdruck-Umformung 内側高圧変形)およびこれに続くレ
ーザ裁断部として考えられる。利点は、内側ホッパへの接続部における所要スペ
ースが僅かであることにある。内側ホッパと外側ホッパとの間ではもはや外側ホ
ッパの絞り半径を設ける必要はないので、このような構成は、中間部分において
通常の支承マットギャップで、部分の当接なく形成される。にもかかわらず外側
ホッパには、部分の製造誤差を互いに補償するための接触領域が残されている。
内側ホッパは、運転中の接触時に支承マットを保護するために、開口部で折り返
すことにより丸められている。これにより鋭い縁部による繊維の切断が防止され
、さらに狭いギャップにおいてモノリスのケーシング周面に対する十分な間隔が
保たれる。
り返された内側ホッパとが設けられている。外側ホッパの結合は、やはり外部に
向かうフランジによって行われる。全ての構成部分は、今日慣用である製造方法
によって簡単に製造される。製造誤差は、部分相互の大きな間隔によって補償さ
れる。
ランジと同一平面に延びる内側ホッパを備えた類似の構成が示されている。支承
マットを二重にし、支承ギャップを拡大することにより、大きな絞り半径によっ
ても十分にこれらの部分の間の間隔が十分に調節できる。内側ホッパが同一平面
で終わっていることにより、前にずらされた内側ホッパを備えた実施例よりも絞
り深さは減じられ、部分の前組み付けが容易になる。選択的には、この場合も、
内側ホッパに「延伸ビード」が設けられている。
領域における全ての中空室に、絶縁及び/又は支承の弾性的なセラミック繊維を
充填することができる。その他の実施例では、接続領域には、ホッパが突出部を
通る放射物貫流を防止する1つの空隙絶縁部しか設けられていない。
Claims (25)
- 【請求項1】 排ガス設備の排ガス装置(1)、特にモジュール構成形式の
自動車触媒装置または粒子フィルタであって、それぞれ薄板から成る、少なくと
も1つのホッパ状排ガス開口(20,21)と、これに接続されている同心的な
支承管(2)とが設けられており、該支承管(2)には少なくとも1つのモノリ
ス(3)または粒子フィルタが、該モノリスまたは粒子フィルタを取り囲む支承
マット(4)を介して絶縁されて支承されており、前記ホッパ状排ガス開口は二
重壁状に2つの成形部分から形成されていて、即ち外側ホッパ(5)と内側ホッ
パ(6)とから成っている形式のものにおいて、 外側ホッパ(5)だけが支承管(2)に金属的に接触して固定されており、特
に溶接されており、内側ホッパ(6)は無接触式に支承管(2)と外側ホッパ(
5)とに対して間隔をおいて配置されていることを特徴とする、排ガス設備の排
ガス装置。 - 【請求項2】 外側ホッパ端部区分(7)と、該外側ホッパ端部区分(7)
に面して固定された支承管端部区分(9)とから間隔をおいて無接触式に配置さ
れた内側ホッパ端部区分(8)が、支承マット(4)の半径方向中間の高さで、
内側ホッパ(6)の周面に配置されている、請求項1記載の排ガス装置(図3参
照)。 - 【請求項3】 支承管端部区分(9)の軸方向端部が延長区分(30)を有
しており、該延長区分が、支承マット(4)およびモノリス(3)もしくは粒子
フィルタよりも軸方向で突出している、請求項2記載の排ガス装置。 - 【請求項4】 外側ホッパ端部区分(7)の軸方向端部と、内側ホッパ端部
区分(8)の軸方向端部とが互いに同一平面で延びている、請求項2記載の排ガ
ス装置(図1、図2、図9参照)。 - 【請求項5】 内側ホッパ端部区分(8)の軸方向端部が、支承管(2)と
モノリス(3)もしくは粒子フィルタとの間の支承マットギャップ(11)内に
突入している、請求項2記載の排ガス装置(図5、図6、図7、図8参照)。 - 【請求項6】 前記支承マットギャップ(11)内に突入した、内側ホッパ
端部区分(8)の軸方向端部が、支承管(2)の軸方向端部の領域で、半径方向
外側に向かって拡大する段部(12)を有している、請求項5記載の排ガス装置
(図5、図6、図7、図8参照)。 - 【請求項7】 前記段部(12)に、モノリス(3)もしくは粒子フィルタ
が間隔をおいて嵌め込まれている、請求項6記載の排ガス装置。 - 【請求項8】 内側ホッパ(6)が、周面に分配された平らな湾曲された熱
応力補償区域(13)を有しており、有利には補強ビードが設けられている、請
求項1から7までのいずれか1項記載の排ガス装置。 - 【請求項9】 内側ホッパ端部区分(8)の軸方向端部が、支承マット(4
)の、前記内側ホッパ端部区分(8)に面した端面に支持されている、請求項2
から8までのいずれか1項記載の排ガス装置(図3、図4、図6、図7、図8、
図9参照)。 - 【請求項10】 内側ホッパ端部区分(8)の軸方向端部が、支承マット(
4)、特に膨潤マットの端面側の縁保護部に支持されており、該縁保護部が、有
利には含浸加工部である、請求項2から8までのいずれか1項記載の排ガス装置
。 - 【請求項11】 内側ホッパ端部区分(8)の軸方向端部が、ワイヤメッシ
ュリング(14)の、前記内側ホッパ端部区分(8)に面した端面に支持されて
おり、前記ワイヤメッシュリング(14)は、支承マットギャップ(11)内に
軸方向端部側で前方に配置されている、請求項2から8までのいずれか1項記載
の排ガス装置(図1、図2、図5参照)。 - 【請求項12】 外側ホッパ端部区分(7)の軸方向端部が、外側ホッパ(
5)の、半径方向外側に向けられた周面フランジ(15)である、請求項2から
11までのいずれか1項記載の排ガス装置(図1、図3、図6、図8、図9参照
)。 - 【請求項13】 外側ホッパ端部区分(7)の軸方向端部が、外側ホッパ(
5)の、半径方向内側に向けられた周面フランジ(16)である、請求項2から
12までのいずれか1項記載の排ガス装置(図7参照)。 - 【請求項14】 外側ホッパ端部区分(7)の軸方向端部が、支承管端部区
分(9)に対して密に間隔をおいて同心的に外周面で延びている周面区分(17
)である、請求項4から12までのいずれか1項記載の排ガス装置(図4、図5
参照)。 - 【請求項15】 支承管端部区分(9)の同心的な軸方向端部が拡大されて
いる、請求項2から14までのいずれか1項記載の排ガス装置(図6及び図9)
。 - 【請求項16】 内側管端部区分(9)の拡大されている同心的な軸方向端
部(18)で支承マット(4)が折り返されているか、または別個の支承マット
周面区分(11)によって二重にされている、請求項15記載の排ガス装置(図
6及び図9)。 - 【請求項17】 内側ホッパ端部区分(8)の軸方向端部が、外側に向かっ
て折り返されている、請求項2から16までのいずれか1項記載の排ガス装置(
図7、図8、図9参照)。 - 【請求項18】 内側ホッパ端部区分(8)の軸方向端部が、半径方向外側
に向けられた周面フランジ(22)である、請求項2から16までのいずれか1
項記載の排ガス装置(図1〜図6参照)。 - 【請求項19】 外側ホッパ(5)と内側ホッパ(6)との間に位置する環
状室がエアギャップである、請求項1から18までのいずれか1項記載の排ガス
装置。 - 【請求項20】 外側ホッパ(5)と内側ホッパ(6)との間に位置する環
状室に、少なくとも部分的に断熱性の材料(10)が充填されている、請求項1
から18までのいずれか1項記載の排ガス装置。 - 【請求項21】 支承マット(4)が、有利には結晶質の酸化アルミニウム
繊維または非晶質のケイ酸アルミニウム繊維から成る弾性的なセラミック繊維マ
ットである、請求項1から20までのいずれか1項記載の排ガス装置。 - 【請求項22】 支承管(2)の両軸方向端部にそれぞれ1つのホッパ状排
ガス開口が設けられており、一方のホッパ状排ガス開口が入口ホッパ(20)で
あって、他方のホッパ状排ガス開口が出口ホッパ(21)である、請求粉1から
21までのいずれか1項記載の排ガス装置。 - 【請求項23】 前記入口ホッパ(20)と出口ホッパ(21)とが少なく
とも大部分は同様に形成されている、請求項22記載の排ガス装置。 - 【請求項24】 外側ホッパ(5)と内側ホッパ(6)とが深絞り部分であ
る、請求項1から23までのいずれか1項記載の排ガス装置。 - 【請求項25】 外側ホッパ(5)と内側ホッパ(6)とが、押圧成形部分
または巻き付け成形部分または半割シェル部分である、請求項1から23までの
いずれか1項記載の排ガス装置。
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