JP2004509278A - 容器への触媒担体の固定装置 - Google Patents

Abstract

触媒担体（１）が外被管（３）および排気ガスが貫流できるハニカム体（４）を有し、外被管がフランク面（１５）を備えた少なくとも第１突出部（５）と第２突出部（６）を有し、少なくとも部分領域（７）においてハニカム体に結合され、容器（２）が側面（１６）を備えた少なくとも第１凹所（８）と第２凹所（９）を有している容器への触媒担体の固定装置に関する。本発明に従い、第１、第２の両突出部が、固定支持部（２０）と、軸方向（１０）に遊び（１１）を持った少なくとも１つの浮動支持部（２１）とが生ずるように、凹所内に少なくとも部分的に入り込む。この固定装置は、特に内燃機関の排気装置に発生する固体伝播振動下での、触媒担体の永続的な固定を保障する。

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載の、容器への触媒担体の固定装置に関する。この触媒担体は、例えば内燃機関、特に自動車の排気装置に採用されている。
【０００２】
この種固定装置は、例えば欧州特許第０２１２２４３号明細書で公知である。該明細書は、外被管内に排気ガス触媒金属担体を保持するホルダを提案する。そこで、熱膨張を妨げないよう触媒担体を埋設又は固定している。ホルダは２つ以上のスペーサで形成され、この結果、触媒担体は外被管内に数ｍｍの間隔を隔てて保持されている。そこではスペーサだけが触媒担体と外被管に固く結合されている。この結果、外被管と触媒担体の異なる熱膨張特性に基づきホルダに応力が生ずるのが防止される。この応力はホルダの寿命に不利な影響を与える。
【０００３】
自動車に搭載したエンジンの運転中、エンジンに隣接する排気装置に激しい固体伝播振動が生ずることが、実験で確認されている。その原因は、主にエンジンでの空燃混合気の周期的・爆発的な燃焼過程にある。その場合、特に排気装置の個々の構成要素に非常に大きな加速力が加わる。この加速力が排気装置における触媒担体のホルダの寿命を害する。
【０００４】
本発明の課題は、容器内での触媒担体の長い耐用期間を保障するに特に適した触媒担体の容器への固定装置を提案し、特に排気装置で生じた固体伝播振動の触媒担体への伝達を減衰することにある。
【０００５】
この課題は、請求項１に記載の固定装置によって解決される。本発明の有利な実施態様は従属請求項に記載してある。
【０００６】
容器への触媒担体の本発明に基づく固定装置は、外被管と排気ガスが貫流するハニカム体とを備えた触媒担体を含む。この担体は、特に内燃機関の排気ガスを浄化する、すなわち排気ガス内に含まれる有害物質を触媒転換するために利用される。ハニカム体は少なくとも部分領域で外被管に結合、特にろう付けされる。外被管はフランク面を持つ少なくとも第１突出部と第２突出部を有する。容器は側面を持つ少なくとも第１凹所と第２凹所を有する。本発明による固定装置は、その第１、第２の両突出部が、固定支持部と軸方向に遊びを持った少なくとも１つの浮動支持部とが形成されるように、凹所内に少なくとも部分的に入り込むことを特徴とする。その固定支持部は、容器への触媒担体の永続的な固定を保障する。浮動支持部は、その軸方向の遊びにより、触媒担体の温度上昇に伴い生ずる触媒担体の熱膨張を可能にしている。
【０００７】
本発明の有利な実施態様では、少なくとも第１突出部および／又は第２突出部を環状とする。この結果、外被管の円周方向にわたる一様な支持を保障できる。
【０００８】
本発明の他の実施態様では、突出部のフランク面と外被管の外周面は外角を成す。その際、固定支持部の外角は浮動支持部の外角より小さい。好適には、固定支持部の外角は９０〜１１０°である。かくして、例えば固体伝播振動と排気ガス流の脈動とに伴い生ずる大きな軸方向力も、固定支持部で受け止められる。
【０００９】
本発明の他の実施態様では、容器が内周面を有し、該面と凹所の側面が各々内角を成し、固定支持部の内角が浮動支持部の内角より小さい。かくして、突出部のフランク面に対応した凹所の側面が用意され、突出部と凹所とのできるだけ大きな面でのかみ合い結合が保障される。これにより、特に固定支持部で固体伝播振動を良好に減衰し、場合により浮動支持部で半径方向に良好に案内できる。
【００１０】
その場合、特に固定支持部の内角が固定支持部の外角より最大で５°大きいと有利である。内角が固定支持部における外角と同じ大きさであるとよい。内角と外角が同じ大きさであると、フランク面と側面を互いに平行に配置できる利点が生ずる。この結果、固定支持部ないし浮動支持部を特に安定形状にできる。
【００１１】
本発明の他の実施態様では、凹所の深さが突出部の高さより２ｍｍ以上深い。この結果、触媒担体が半径方向に熱膨張し、支持部での熱応力の発生を防げる。
【００１２】
本発明の有利な実施態様では、少なくとも固定支持部で、突出部のフランク面が凹所の側面に接する。その際、特に平面的な接触支持範囲が生ずる。該接触は固体伝播音を特に減衰し、固体伝播音に伴う加速力は容器から触媒担体に著しく減少して伝わるので、触媒担体を排気装置に特に長期間にわたり固定できる。
【００１３】
本発明の他の実施態様では、少なくとも浮動支持部で、突出部のフランク面と凹所の側面の間に充填材料を配置する。その材料として、耐熱性を有し排気装置での採用に適した材料を利用する。例えばマイカ等の充填材料は、触媒担体の熱膨張を保証する。充填材料の熱膨張特性は、外被管と容器との間に熱的に生ずる隙間や中空空間が充填材料で閉じられるように定める。この結果、支持部での精確な固定を保証できる。
【００１４】
特に触媒担体を充填材料で包むとよい。この結果、充填材料が容器から触媒担体への加速力の伝達を大きく減らし、触媒担体全体を低振動で支持する。
【００１５】
本発明の他の実施態様では、外被管の突出部とハニカム体との間に環状中空室を形成し、この中空室内に絶縁媒体、特に空気を入れる。かくして、突出部は触媒担体を支持する以外の機能をも果たす。中空空間はハニカム体から外被管への熱流を阻止し、ハニカム体の始動特性を改善する。この結果、ハニカム体を貫流する排気ガス内の有害物質を、早期に触媒転換できる。
【００１６】
本発明の他の実施態様では、固定支持部の突出部は１〜２０ｍｍ、浮動支持部の突出部は１０〜３０ｍｍの軸方向長を持つとよい。固定支持部の軸方向長は、例えば固定支持部の内又は外角を浮動支持部のそれより小さくしたので短い。固定支持部の突出部をカラー状に配置した金属板として形成する際、軸方向長は数ｍｍと極めて短くする。基本的に浮動支持部は、半径方向案内を用意し、軸方向の熱膨張を保障する課題しか持たない。従って、そのために必要な支持遊びも、浮動支持部の軸方向長を設計する際に考慮せねばならない。
【００１７】
本発明の特に有利な実施態様では、ハニカム体を優先的流れ方向に排気ガスが貫流し、その流れ方向に見て浮動支持部の下流に、固定支持部が配置される。ハニカム体の最高温部は、通常入口側近くにある。この結果、その個所でかなり大きな熱膨張も生ずる。この個所への浮動支持部の配置は、その熱膨張を可能にし、これによって、寿命を縮める応力の発生を防ぐ。
【００１８】
本発明の他の実施態様では、容器は２分割構造とし、その両容器半殻体を長手継目で接合技術的に結合、特に溶接する。２つの半殻体からの容器の形成は、例えば組立時に、触媒担体を容器の固体伝播振動から絶縁する充填材料を、触媒担体の周囲に配置し易くする。
【００１９】
以下図を参照して、容器への触媒担体の本発明に基づく固定装置の特に有利な実施例と利点について詳細に説明する。
【００２０】
図１は、容器２への触媒担体１の本発明による固定装置の実施例を概略断面図で示す。触媒担体１は、排気ガスが優先流れ方向１４に貫流するハニカム体４を含む。該ハニカム体４は外被管３で包まれ、管３は部分領域７でハニカム体４に結合、特にろう付けされている。外被管３は第１、第２突出部５、６を持つ。容器２は各々に対応の第１、第２凹所８、９を備える。突出部５、６は凹所８、９内に、固定支持部２０と軸方向１０に遊び１１を持つ浮動支持部２１が生ずるよう入り込んでいる。第１、第２突出部５、６は夫々環状をなす。浮動支持部２１は流れ方向１４に、固定支持部２０の上流に配置され、触媒担体１は補助的に充填材料２５で包囲されている。容器２への触媒担体１のそのような固定は、容器２から触媒担体１への固体伝播振動の伝達を防止できる利点を持つ。
【００２１】
外被管３の第１突出部５は、ハニカム体４の周囲を延びる中空室２８を有し、該室２８内に断熱媒体が入れられている。この中空室２８はハニカム体４から外被管３への熱伝達を阻止し、この結果、ハニカム体４の迅速な加熱が保障され、従って排気ガス内の有害物質の迅速な触媒変換も保障する。この際、第２突出部６は外被管３に溶接されたカラーとして形成する。これは、一方では部分領域７におけるハニカム体４と外被管３との一様な結合を保障し、固定支持部２０の軸方向長３０（図示せず）を非常に短くすることを可能にする。
【００２２】
図２は、外被管３付きのハニカム体４の実施例を正面図で示す。ハニカム体４は排気ガスが貫流可能な鋼板層１２を持つ。鋼板層１２は平形鋼板３２と波形鋼板３３を有し、この結果排気ガスが貫流する通路１３を形成する。鋼板層１２は積層され、続いて絡み合わされるか巻回され、ハニカム体４を形成している。
【００２３】
図３は、外被管３の突出部５、６とそれに対応した容器２の凹所８、９とを概略的に拡大して示す。外被管３は外周面１７を有し、該面１７は突出部５、６のフランク面（外側側面）１５と外角１８を成す。また突出部５、６は外周面１７から高さ２４を持つ。突出部５、６は対応した凹所８、９内に少なくとも部分的に入り込んでいる。
【００２４】
凹所８、９は、特に環状の両側側面（内側側面）１６を有し、該面１６は各々容器２の内周面２２と内角１９を成している。凹所８、９と突出部５、６は必ずしも対称配置でなくてもよいが、対称配置なら、製造費を節減できる。凹所８、９の深さ２３は、突出部５、６の高さ２４より少なくとも２ｍｍ大きい。
【００２５】
図４は、容器２への触媒担体１の本発明に従う固定装置の異なる実施例を分解斜視図で概略的に示す。容器２は２つの半殻体２６からなり、両半殻体２６は、容器２内に触媒担体１を配置した後、両側の長手継目２７に沿い互いに結合される。両半殻体２６は長手継目２７で溶接するとよい。半殻体２６から成る容器２は、触媒担体１の外被管３の突出部５、６に対応した凹所８、９を持つ。両半殻体２６から容器２を形成すると、触媒担体１を包囲して容器２の固体伝播振動が外被管３に伝わるのを防ぐ充填材料（図示せず）２５の配置に適する。その際、充填材料２５はハニカム体４の端面を減らさないように配置される。
【００２６】
本発明に基づく固定装置は、特に内燃機関の排気装置に発生する固体伝播振動下で、触媒担体の永続的な固定を保障する。これは、特に厚さが３０μｍ以下の極めて薄い金属箔から成るハニカム体に利用するのに適する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に基づく固定装置の概略縦断面図。
【図２】
外被管付きハニカム体の実施例の正面図。
【図３】
外被管の突出部およびそれに対応した容器の凹所の詳細断面図。
【図４】
２分割装置容器内への触媒担体の固定装置の概略分解斜視図。
【符号の説明】
１　触媒担体、２　容器、３　外被管、４　ハニカム体、５、６　突出部、７　部分領域、８、９　凹所、１０　軸線、１１　遊び、１２　鋼板層、１３　通路、１４　流れ方向、１５　フランク面、１６　側面、１７　外周面、１８　外角、１９　内角、２０、２１　支持部、２２　内周面、２３　深さ、２４　高さ、２５　充填材料、２６　半殻体、２７　長手継目、２８　中空室、２９　絶縁媒体、３０、３１　軸方向長、３２　平形鋼板、３３　波形鋼板

Claims (13)

1. 触媒担体（１）が外被管（３）と、排気ガスが貫流するハニカム体（４）とを有し、外被管（３）がフランク面（１５）を備えた少なくとも第１突出部（５）と第２突出部（６）を有し、少なくとも部分領域（７）でハニカム体（４）に結合され、容器（２）が側面（１６）を備えた少なくとも第１凹所（８）と第２凹所（９）を有する容器（２）への触媒担体（１）の固定装置において、第１、第２の両突出部（５、６）が、固定支持部（２０）と軸方向（１０）に遊び（１１）を持つ少なくとも１つの浮動支持部（２１）を形成すべく、凹所（８、９）内に少なくとも部分的に入り込むことを特徴とする装置。
2. 第１突出部（５）および／又は第２突出部（６）が環状に形成されたことを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 外被管（３）が外周面（１７）を有し、この外周面（１７）と突出部（５、６）のフランク面（１５）が外角（１８）を成し、固定支持部（２０）における外角が浮動支持部（２１）における外角より小さいことを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
4. 容器（２）が内周面（２２）を有し、この内周面（２２）と凹所（８、９）の側面（１６）が内角（１９）を成し、固定支持部（２０）における内角（１９）が浮動支持部（２１）における内角（１９）より小さいことを特徴とする請求項１から３の１つに記載の装置。
5. 外被管（３）が外角（１８）、容器（２）が内角（１９）を有し、固定支持部（２０）における内角が固定支持部（２０）における外角より最大で５°大きく、固定支持部（２０）における外角と同じ大きさであることを特徴とする請求項１から４の１つに記載の装置。
6. 凹所（８、９）の深さ（２３）が、突出部（５、６）の高さ（２４）より少なくとも２ｍｍ大きいことを特徴とする請求項１から５の１つに記載の装置。
7. 外被管（３）が突出部（５、６）のフランク面（１５）を有し、容器（２）が凹所（８、９）の側面（１６）を有し、少なくとも固定支持部（２０）で、突出部（５、６）のフランク面（１５）が凹所（８、９）の側面（１６）に接することを特徴とする請求項１から６の１つに記載の装置。
8. 外被管（３）が突出部（５、６）のフランク面（１５）、容器（２）が凹所（８、９）の側面（１６）を各々有し、少なくとも浮動支持部（２１）において、突出部（５、６）のフランク面（１５）と凹所（８、９）の側面（１６）の間に、充填材料（２５）、特にマイカが配置されたことを特徴とする請求項１から７の１つに記載の装置。
9. 触媒担体（１）が充填材料（２５）で包囲されたことを特徴とする請求項１から８の１つに記載の装置。
10. 外被管（３）の突出部（５、６）とハニカム体（４）の間に環状中空室（２８）が形成され、該中空室（２８）内に絶縁媒体（２９）、特に空気が入れられたことを特徴とする請求項１から９の１つに記載の装置。
11. 固定支持部（２０）の突出部（５、６）が１〜２０ｍｍ、浮動支持部（２１）の突出部（６、５）が１０〜３０ｍｍの各軸方向長（３０、３１）を有することを特徴とする請求項１から１０の１つに記載の装置。
12. ハニカム体（４）が優先的流れ方向（１４）に排気ガスで貫流され、該方向（１４）に見て、固定支持部（２０）が浮動支持部（２１）の下流に配置されたことを特徴とする請求項１から１１の１つに記載の装置。
13. 容器（２）が２分割構造とされ、該両容器半殻体（２６）が長手継目（２７）で接合技術的に結合、特に溶接されたことを特徴とする請求項１から１２の１つに記載の装置。