JP2004509263A - セグメント分割形構造外被管付きのハニカム体 - Google Patents

Abstract

ハニカム体（１）が軸方向（５）に長さ（６）を有し、円周方向（７）に互いに間隔（８）を隔てて配置された複数のセグメント（９）で取囲まれ、各セグメントが、各々少なくとも１つの領域（１０）で容器（２）に且つ少なくとも１つの領域（１１）でハニカム体に接合技術的に結合され、容器内に保持されたハニカム体に関する。容器内に保持された本発明のハニカム体は、容器に対し殆ど支障なしに熱膨張でき、その際容器、特に内燃機関の排気装置の容器内におけるハニカム体の長期にわたる固定が保障される。本発明は、特に１２５セル／ｃｍ^２の大きな通路密度と、０．０２５ｍｍより薄い鋼板厚さとを有するハニカム体に対し価値がある。

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載の容器内に保持されたハニカム体に関する。この種ハニカム体は、特に内燃機関の排気装置に採用される。
【０００２】
この種ハニカム体は、独国特許第３９３０６８０号明細書で公知である。そこには、自動車エンジン用の排気ガス浄化装置に対する金属ハニカム体と金属容器とから成る触媒コンバータが記載されている。このハニカム体は全長にわたり容器にろう付けされてはおらず、２つ以上の支持体で容器に弾性的に懸架されている。それら支持体は、ハニカム体の加熱と成長に伴い生ずる容器とハニカム体との半径方向における相対運動から、ハニカム体の円周方向での拡大による接線方向における相対運動を吸収するよう形成されている。それら支持体は、ハニカム体を包囲する外被リングの円周に一様に分布した板ばねから成る。固定支持体の場合、板ばねが外被リングと容器に接合技術的に結合される。可動支持体は補助的に滑りリングを有し、その場合、板ばねは外被リングと滑りリングに接合技術的に結合され、滑りリングは容器に軸方向に可動的に支持される。ばねが外被リングと滑りリング又は容器とに溶接されていることで、全てのばねがハニカム体に一様に作用し、ハニカム体は常に同心的に案内される。ハニカム体は支持体により容器から２〜１０ｍｍの間隔を保たれている。その際に生ずる環状隙間は、該隙間を経て排気ガスが流れるのを防止すべく、別の構造的処置にて封止せねばならない。また、外被リングを四分円状セグメントで置換し、これにより、ハニカム体の円周方向における膨張性を改善することも提案されている。複数の外被リングからセグメント、多数の板ばね、少なくとも１つの滑りリングおよび環状隙間に対する漏れ止め装置から成るホルダは、これが排気装置における熱的・動的な負荷に耐えるようにするため、高い製造費と組立費を要する。
【０００３】
本発明の課題は、容器内に存在するハニカム体において、個々の構成要素の異なる熱膨張挙動にも係らず、単純に構成したホルダにより、容器内にハニカム体を永続的に確実に固定できるようにすることにある。
【０００４】
この課題は、請求項１に記載の容器内に保持されたハニカム体により解決される。本発明に基づく有利なハニカム体は従属請求項に示す。
【０００５】
本発明に基づくハニカム体のホルダは、特に内燃機関の排気装置の容器内にハニカム体を固定すべく採用される。その際、ハニカム体は軸方向の長さを持ち、円周方向に互いに間隔を隔てて配置された複数のセグメントで取囲まれている。各セグメントは、各々少なくとも１つの領域で容器に且つ少なくとも１つの領域でハニカム体に接合技術的に結合されている。本発明に基づいて保持されたハニカム体は、各セグメントの少なくとも１つの容器結合領域と少なくとも１つのハニカム体結合領域とが、互いに軸方向に間隔を隔てていることを特徴とする。
【０００６】
本発明に基づくホルダは、複数のセグメントをハニカム体の円周に相互に所定の間隔を隔てて分布して配置しているので、ハニカム体の円周方向における支障のない膨張と収縮を可能にする。各セグメントのハニカム体結合領域と容器結合領域が互いに軸方向に間隔を隔てていることで、ハニカム体は半径方向に低応力で膨張できる。ハニカム体の軸方向での自由な膨張性は、ハニカム体を全長にわたりセグメントに結合しないことで保障できる。セグメント自体は、一方でハニカム体に、他方で容器に結合された曲がりばねとして使われる。この結果、容器内でのハニカム体の、特に単純な構成のホルダが得られ、その際、熱的負荷によるハニカム体の殆ど支障のない膨張を保障できる。
【０００７】
特にセグメントが円弧状断面を持ち、かつ外側面と内側面とを有し、セグメントの外側面を容器に、内側面をハニカム体に各々直接、接合技術的に結合するとよい。その円弧状断面は、ハニカム体が少なくとも１つのハニカム体結合領域でセグメントに、セグメントとハニカム体とのできるだけ大きな面積の接合技術的結合を保障すべく接することを保障する。これは、排気ガス流に生ずる圧力変動に関し、ハニカム体のホルダの寿命を延ばす。ハニカム体、セグメントおよび容器が少なくとも部分的に類似した円周形状を有し、かつ同軸的に配置される場合、ハニカム体はセグメントの内側面に、セグメントの外側面は容器の内側面に各々直接結合できる。その際、常にハニカム体結合領域や容器結合領域での接合技術的結合を、容器内でのハニカム体の永続的な固定が生ずるよう保障できる。その結合は、溶接やろう付けで行うとよい。
【０００８】
また、外側面が容器に、内側面がハニカム体に接すると好ましい。これは、一方ではセグメントの外側面が大きな面積の接合を保障すべく接合技術的結合の範囲において接し、他方ではこの結果排気装置の運転中における排気ガスの迂回流を防止することをも保障できることを意味する。
【０００９】
本発明の他の実施態様では、セグメントが各々軸方向にある長さを有し、セグメントの軸方向長はハニカム体の軸方向長より短い。これは、ハニカム体が少なくとも幾つかの部分で支障なしに膨張・収縮することを保障する。その際、セグメントをハニカム体の、例えば浄化すべき高温排気ガスが流入する端面まで延びないように配置すると、セグメントを介しての放熱が起らず、この結果、ハニカム体の特に迅速な加熱が保障できる。ハニカム体が補助的に触媒活性層を加熱する場合、ハニカム体は、排気ガス内に存在する有害物質を触媒変換するための反応温度に、極めて速く到達する。
【００１０】
ハニカム体の軸方向長に比べ短いセグメントの軸方向長は、本発明の有利な実施態様では、セグメントを軸方向に少なくとも二列にわたり配置するのを可能にする。かくて、例えば円周方向におけるセグメントの相互間隔、従って円周方向での支障のない膨張性が増大する。その際、特に隣接する少なくとも二列のセグメントを、円周方向に互いにずらして配置するとよい。この結果、ハニカム体をセグメントに結合するハニカム体結合領域が、ハニカム体の全周にわたり存在するようセグメントを配置できる。これは、ホルダの強度を高め、更にハニカム体における迂回流を強く阻止するので、結果的に漏れ止め作用も生ずる。
【００１１】
本発明の他の実施態様では、容器に接合技術的に結合するための少なくとも１つの領域を両側端面間のほぼ中央に配置し、ハニカム体に接合技術的に結合するための、好適には少なくとも２つの領域を、両側端面の近くに配置する。かかるホルダは、特にハニカム体の略対称な冷却挙動を支援する。ハニカム体は通常両側端面で冷やされるので、初めにそれらの部分が大きく収縮し、中央部分は冷却不足のため収縮がかなり遅れて進行する。このホルダの形態は、その挙動に対応している。即ち、ハニカム体の膨張活動部はハニカム体結合領域によりごく僅かしか妨げられず、容器結合領域の容器へのセグメントの結合部は、鈍い膨張挙動や収縮挙動を有し、従って安定した固定を保障する。
【００１２】
本発明の他の実施態様では、ハニカム体に接合技術的に結合するための少なくとも１つの領域が、両側端面間のほぼ中央に配置され、容器に接合技術的に結合するための、好適には少なくとも２つの領域が、両側端面の近くに配置される。これは、セグメントの両側端面近くにあるハニカム体結合領域が、各々そこでの排気ガス迂回流を阻止するという利点を有する。また、セグメントの中央部でのハニカム体との結合に伴い、ハニカム体の膨張活動部における殆ど支障のない膨張自由性が保障される。
【００１３】
本発明の他の実施態様では、セグメントは、各々円周方向に延びる少なくとも１つの横スリットを備える。該スリットは、この範囲でセグメントを狭め、この結果、セグメントの曲げ強さに影響を与える。横スリットの数が増えれば増える程、セグメントの曲げ強さは低下する。その際、曲げ強さは、一方では熱負荷時のハニカム体の支障のない膨張を保障し、他方では排気ガス流に生ずる圧力変動によるハニカム体の大きな振動を防止するよう設定する。横スリットがセグメントの両側面間でしか延びていないか、片側側面から出ているかに応じ、横スリットは２つ又は１つの終端部を持つ。その際、特に横スリットの少なくとも１つの終端部が切欠き開口を有するとよい。この場合、切欠き開口に丸みを持たせ、例えば大きな動的負荷により横スリットの終端部に切欠きが生じないようにする。
【００１４】
本発明の他の実施態様では、セグメントを支持構造物により円周方向に互いに間隔を隔てて保持する。この支持構造物は、ハニカム体の膨張挙動を殆ど害さないように形成する。この構造物は、特に組立中にセグメントを軸および円周方向において相互に固定する目的を持つ。
【００１５】
本発明の他の実施態様では、ハニカム体は、排気ガスが貫流可能な通路を形成するよう構成した鋼板層を有する。この鋼板層は、特に少なくとも１２５セル／ｃｍ^２の通路密度を持つ。この非常に高い通路密度は排気ガスに対し非常に大きな表面積を与える。この表面に、例えば触媒活性層を設けた際、内燃機関の排気ガスに含まれる有害物質の特に効果的な変換を保障できる。そのため鋼板層は、好適には０．０２５ｍｍより薄い鋼板厚さの鋼板で形成する。この非常に薄い鋼板厚さは、ハニカム体の小さな比表面熱容量を保障し、この結果、特にハニカム体の加熱過程を加速できる。
【００１６】
本発明の有利な実施態様では、ハニカム体が少なくとも片側端面の近くに外被スリーブを有し、該スリーブが鋼板層の先端に接合技術的に結合される。このようなハニカム体を製造すべく、例えば平形鋼板と波形鋼板を重ね合わせ、続いてハニカム体の形を形成すべく巻回又は絡み合わせる。この形状を維持すべく、鋼板層を少なくとも片側端面で接合技術的に結合、特にろう付けする。運転中のハニカム体の熱的・動的負荷のため鋼板層の先端が緩むのを防止すべく、ハニカム体を外被スリーブで包囲するとよい。この種スリーブは、例えばハニカム体の鋼板層の鋼板と同じ厚さの鋼板で作る。この結果、外被スリーブとハニカム体が同じ熱膨張特性を持ち、従って熱応力を回避できる。
【００１７】
以下図を参照し、本発明の有利な実施例を詳細に説明する。
【００１８】
図１は、容器２内に保持された、本発明に基づくハニカム体１の実施例を概略的に示す。このハニカム体１は、その両側端面２７で境界づけられた軸方向長６を持つ。ハニカム体１の円周方向７（図４参照）に複数のセグメント（円筒体を多分割した形の部材）９が、相互に間隔８を隔てて配置されている。各セグメント９は各２つの領域でハニカム体１に結合されている。また各セグメント９は中央８の領域１０で、容器２に接合技術的に結合している。セグメント９の両側端面１７近傍のハニカム体結合領域１１と、中央８に位置する容器結合領域１０とは、軸方向５に互いに間隔３０を隔てている。図示の実施例では、各セグメント９は、ハニカム体１の軸方向長６より短い軸方向長１５を持つ。これは、ハニカム体１の両側端面２７近傍での急速な加熱を可能にする。
【００１９】
図２は、内燃機関４の排気装置３の構成を概略的に示す。内燃機関４で発生した排気ガスは排気装置３を経て大気に導かれる。排気装置３は排気ガスを浄化するための、例えば触媒活性層を被着したハニカム体１の如き構成要素を持ち、該ハニカム体１は排気装置３の容器２内に配置されている。図示のハニカム体１は、円周方向に相互に間隔を隔てた複数のセグメント９を備える。
【００２０】
図３は、横スリット１９付きのセグメント９を斜視図で示す。該セグメント９は円弧状断面１２を有し、両側端面１７と外側面１３と内側面１４とを持つ。外側面１３は、特にセグメント９を容器２に接合技術的に結合し、内側面１４はハニカム体１に結合するために各々利用される。図示の横スリット１９は、セグメント９に円周方向に入れられている。従って横スリット１９は終端部２０を有し、該終端部２０に、大きな動的負荷による切欠きを防止する切欠き開口を備える。横スリット１９は、セグメント９の曲げ強さを減少すべく設ける。
【００２１】
図４は、円周方向７に互に間隔を隔てて配置した複数のセグメント９と外被スリーブ２８とを含むハニカム体１を断面図で示す。ハニカム体１は、排気ガスが貫流する通路２４を形成すべく構成した鋼板層２３を持つ。そのため鋼板層２３は、少なくとも部分的に通路２４を形成する平形鋼板と波形鋼板２５を備える。鋼板層２３は、好適には０．０２５ｍｍより薄い厚み２６を持つ。鋼板層２３の先端２９は、ハニカム体１を包囲する外被スリーブ２８に接合技術的に結合している。この結果、鋼板層２３の先端２９相互の緩みが防止される。
【００２２】
図５は、円周方向に分布して配置された複数のセグメント９を備え、容器２内に保持された本発明によるハニカム体１の別の実施例を概略的に示す。このハニカム体１は、片側端面２７の近くに、ハニカム体１を包囲する外被スリーブ２８を持つ。ここでは、セグメント９を軸方向５に二列に配置している。各セグメントは容器２と結合する領域１０と、ハニカム体１と結合する領域１１を持つ。それら両領域１０、１１は、軸方向５に互いに間隔３０を隔てて配置されている。図示のセグメント９は、隣接する二列のセグメント９が円周方向に間隔１６（正のずれ）を生ずるよう配置されている。また、軸方向５で少なくとも部分的に重なり合う（負のずれ）よう配置されている。この負のずれは、ハニカム体１の外側を排気ガスが迂回して流れるのを防ぐ漏れ止め作用を果たす。
【００２３】
容器内に保持された本発明に基づくハニカム体は、容器に対し殆ど支障なしに膨張でき、その際容器、特に内燃機関における排気装置の容器内での永続的な固定を保障する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
容器内に保持された本発明に基づくハニカム体の側面図。
【図２】
排気装置の構造の概略構成図。
【図３】
本発明に基づくセグメントの斜視図。
【図４】
本発明に基づく外被スリーブ付きハニカム体の横断面図。
【図５】
【符号の説明】
１　ハニカム体、２　容器、３　排気装置、４　内燃機関、９　セグメント、１０　容器結合領域、１１　ハニカム体結合領域、１９　横スリット、２１　切欠き開口、２２　支持構造物、２３　鋼板層、２４　通路、２５　鋼板、２８　外被スリーブ

Claims (13)

1. ハニカム体（１）が軸方向（５）に長さ（６）を有し、円周方向（７）に互いに間隔（８）を隔てて配置された複数のセグメント（９）で取囲まれ、各セグメント（９）が、各々少なくとも１つの領域（１０）で容器（２）に且つ少なくとも１つの領域（１１）でハニカム体（１）に接合技術的に結合され、特に内燃機関（４）の排気装置（３）の容器（２）内に保持されたハニカム体（１）において、各セグメント（９）の少なくとも１つの容器結合領域（１０）と少なくとも１つのハニカム体結合領域（１１）が互いに軸方向（５）に間隔（３０）を隔てられたことを特徴とするハニカム体。
2. セグメント（９）が、断面円弧形の外側面（１３）と内側面（１４）を有し、セグメント（９）の外側面（１３）が容器（２）に、内側面（１４）がハニカム体（１）に、各々接合技術的に直接結合されたことを特徴とする請求項１記載のハニカム体（１）。
3. セグメント（９）の外側面（１３）が容器（２）に、内側面（１４）がハニカム体（１）に各々接することを特徴とする請求項２記載のハニカム体。
4. セグメント（９）が各々軸方向（５）に長さ（１５）を有し、セグメント（９）の軸方向長（１５）がハニカム体（１）の軸方向長（６）より短いことを特徴とする請求項１から３の１つに記載のハニカム体。
5. セグメント（９）が軸方向（５）において少なくとも二列にわたって配置されたことを特徴とする請求項４記載のハニカム体。
6. 隣接する少なくとも二列のセグメント（９）が、互いに円周方向（７）においてずらして配置されたことを特徴とする請求項５記載のハニカム体。
7. セグメント（９）が各々両側端面（１７）を有し、容器（２）に接合技術的に結合するための少なくとも１つの領域（１０）が、両側端面（１７）間の中央（１８）に配置され、ハニカム体（１）に接合技術的に結合するための好適には少なくとも２つの領域（１１）が、両側端面（１７）の近くに配置されたことを特徴とする請求項１から６の１つに記載のハニカム体。
8. セグメント（９）が各々両側端面（１７）を有し、ハニカム体（１）に接合技術的に結合するための少なくとも１つの領域（１１）が、両側端面（１７）間の中央（１８）に配置され、容器（２）に接合技術的に結合するための好適には少なくとも２つの領域（１０）が、両側端面（１７）の近くに配置されたことを特徴とする請求項１から６の１つに記載のハニカム体。
9. セグメント（９）が、各々円周方向（７）に延びる少なくとも１つの横スリット（１９）を有することを特徴とする請求項１から８の１つに記載のハニカム体。
10. 少なくとも１つの横スリット（１９）が、切欠き開口（２１）を有する少なくとも１つの終端部（２０）を備えることを特徴とする請求項９記載のハニカム体。
11. セグメント（９）が、支持構造物（２２）により円周方向（７）に互いに間隔（８）を隔てて保持されたことを特徴とする請求項１から１０の１つに記載のハニカム体。
12. ハニカム体（１）が、排気ガスが貫流できる通路（２４）を有するよう形成された鋼板層（２３）を有し、該層（２３）が少なくとも１２５セル／平方ｃｍ^２の通路密度を有し、鋼板層（２３）が、０．０３ｍｍ、特に０．０２５ｍｍより薄い鋼板厚さ（２６）の鋼板（２５）で形成されたことを特徴とする請求項１から１１の１つに記載のハニカム体。
13. ハニカム体（１）が両側端面（２７）を有し、ハニカム体（１）が少なくとも片側端面（２７）の近くに外被スリーブ（２８）を有し、この外被スリーブ（２８）が鋼板層（２３）の先端（２９）に接合技術的に結合されたことを特徴とする請求項１２記載のハニカム体。