JP2004537413A - 熱膨張補償支持体を備えた排気ガス浄化用触媒担体 - Google Patents

Abstract

特に内燃機関の排気装置に採用される、ハウジング（５）内に保持された外周面（２）付きハニカム体（１）に関する。該ハニカム体は軸方向長さ（Ｌ）を有し、外周面が少なくとも１つの鋼板（４）で包囲され、この鋼板が区域的に半径方向に相対運動できる層の形に折り曲げられて外周面とハウジングとの間に設けられ、その折り曲げにより円周方向に張り出した鋼板層の湾曲部（３）が形成され、該湾曲部が円周方向の前方と後方に延びる。ハウジング内に保持されたハニカム体は、支障なくハウジングに対し熱膨張でき、ハウジング、特に内燃機関の排気装置のハウジング内での長期にわたる耐久的固定を保証する。本発明は、１２５個／ｃｍ²の高い通路密度と、０．０２５ｍｍ以下の薄板厚さを持つハニカム体に利用できる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載の、ハウジング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利用されている。
【０００２】
このハニカム体は独国特許第３９３０６８０号明細書に記載されている。この場合、ハニカム体は金属ハウジングと共に、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒コンバータの中核部を形成する。該ハニカム体は、排気装置内で生ずる温度勾配と機械的負荷のため、ハウジングに全周にわたってろう付けせず、２つ又はそれ以上の支持体を経てハウジングに取り付けている。支持体は、複数の外被リングやリングセグメントと、多数の板ばねと、少なくとも１つの滑りリングと、環状隙間に対する漏れ止めとを備え、かつ支持体が排気装置内で熱的・機械的な負荷に耐えるようにすべく、高価な製造組立費を必要とする。
【０００３】
本発明は、非対称的に一方向に傾斜する波形を持つ波形鋼板で包囲されたハニカム体を開示する独国特許第３８１７４９０号明細書を出発点とする。このハニカム体は、ハニカム体とハウジングの相対運動を、波形の追従変形とハウジング内でのハニカム体の回転により吸収する。
【０００４】
本発明の課題は、簡単に製造でき、排気装置における厳しい熱的、動的条件の下でも、ハニカム体とハウジングとの大きな負荷容量の安定した固定を保証する、ハウジング内に固定されたハニカム体に対する支持体を提供することにある。
【０００５】
この課題は、請求項１に記載の、ハウジング内に保持されたハニカム体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いる。
【０００６】
本発明によるハニカム体の支持体は、特に内燃機関の排気装置のハウジングにハニカム体を固定するために使用できる。ハニカム体は軸方向長さを有し、本発明に基づき、その外周面が少なくとも１つの鋼板で包囲され、該鋼板が区域的に半径方向に相対運動できる層の形に折り曲げられて外周面とハウジングの間に設けられ、その折り曲げに伴い、鋼板層の円周方向に張り出した湾曲部が、該部分が円周方向に前方と後方に延びるよう形成される。外周面とハウジングの間で鋼板を区域的に半径方向に相対運動できる層の形に折り曲げたことで、鋼板は弾力的で柔軟性のある支持機能を示し、この結果外周面とハウジングの広範囲にわたる相対運動に損傷なしに耐える特徴を持つ。湾曲部が円周方向の前方と後方に延びているため、相対回転に基づくハニカム体のハウジングに対するねじれを防ぎ、もってハニカム体／ハウジング振動系の低域周波数の固有振動を防止できる利点がある。かかる低域周波数の固有振動は、過大な共振を生じさせ、摩耗を増大させる。
【０００７】
更に、鋼板の円周方向における湾曲部が、その広がり寸法に基づき、ハニカム体からハウジングへの熱伝達を減少し、この結果、特に低温始動過程で、有害物質を触媒転換するための触媒が速やかに運転温度に達するという利点が生ずる。
【０００８】
本発明の一実施態様では、各々個々に円周方向において一方に延びる鋼板の湾曲部は、円周方向において前方と後方に互い違いに延びる。この折り曲げ形状により、ハニカム体のハウジングに対するねじれが阻止できる。
【０００９】
本発明の他の有利な実施態様では、個々の湾曲部は円周方向の前方と後方に延びる。
【００１０】
本発明に従い、湾曲部形状をハニカム体の軸方向で変化させるとよい。この結果、ハニカム体とハウジングの結合部の剛性を、ハニカム体の軸方向に沿って所望のとおり影響させ、もって大きな剛性を持つハニカム体の部分と小さな剛性を持つ部分を得られる。
【００１１】
本発明によるハニカム体の他の実施態様では、少なくとも２つの鋼板を、区域的に半径方向に相対運動できる層の形に折り曲げて外周面とハウジングの間に設け、その折り曲げにより、円周方向に張り出した鋼板層の湾曲部を形成し、該湾曲部を円周方向の前方と後方に延ばし、軸方向に互いに間隔を隔てさせる。この配置構造で、ハニカム体とハウジングとの間の熱伝導を、熱伝導に与る横断面積の減少により減らし、もってハニカム体を急速に必要な運転温度に加熱できる。
【００１２】
本発明の他の実施態様では、少なくとも２つの鋼板を、区域的に半径方向に相対運動できる層の形に折り曲げて外周面とハウジングの間に設け、円周方向に相互に間隔を置く。本実施態様では、ハニカム体とハウジングとの熱伝導による熱接触を一層減少できる。
【００１３】
ハウジング内に保持した本発明によるハニカム体は、鋼板の外周面側の結合領域を外周面に、ハウジング側の結合領域をハウジングに、各々接合技術的に結合するとよい。この接合技術的な結合で、ハニカム体とハウジングとの耐久的固定が達成される。
【００１４】
本発明の他の実施態様では、鋼板層を曲がりくねらせ、特にオメガ（Ω）状にする。その幅広い張出しで、一方で組織の有利な弾性が、他方で良好な断熱特性が得られる。
【００１５】
以下図示の実施例を参照し、本発明の他の詳細と有利な実施例を詳細に説明する。
【００１６】
図１は、ハウジング５内に保持されたハニカム体１を示し、その外周面２は鋼板４で包囲されている。該鋼板４は、半径方向に相対移動できる複数の層の形に区域的に折り曲げられ、外周面２とハウジング５の間に配されている。鋼板４の折り曲げにより、円周方向に張り出す鋼板層の湾曲部３が生じ、該湾曲部３は円周方向に前方と後方に延びる。この鋼板４の折り曲げに伴い、鋼板４はばね特性を示し、この結果ハニカム体１とハウジング５の相対運動を吸収又は減衰させる。鋼板４は区域的に、その外周面２側の面が外周面２に、又はそのハウジング側の面がハウジングに接合技術的に結合されている。従って、鋼板４の厚さを適当に選択すると、接合技術的結合部が、ハニカム体１のハウジング５に対する振動および／又は膨張に伴う亀裂や摩耗から構造の弾性で保護される。この構造は、弾性的な懸架装置を耐久的固定部と結び合わせている。更に、その構造は、一方で鋼板４内の熱伝導が長い通過距離に基づき減少し、他方で黒体放射の際に温度の４乗に比例する熱放射が、鋼板層で形成される温度段階で効果的に減少するので、大きな熱絶縁作用を生じる。この構造の剛性は、特に構造の幅と高さの比率、張出し部の幅、湾曲部３の数、湾曲部３内の褶曲数や鋼板厚さの選択で設定できる。
【００１７】
図２〜図５と図９〜図１２は、鋼板４の湾曲部３の異なる実施方式を、ハウジング５内に保持されたハニカム体１の横断面図で詳細に示す。ここで、張り出した湾曲部３が如何なるものか、明らかに理解できる。図２において、湾曲部３はその上側面が底側面より幅広く、該上側面は半径方向の前方と後方に湾曲部３の底辺にわたり延びている。鋼板４は外周面２の周りに曲がりくねって巻回され、オメガ（Ω）状構造を形成している。湾曲部の左右には各々張出し部が存在する。図２、図３、図５、図１０〜１２は、各々円周方向の前方と後方に各１つの湾曲部３を示す。図４と９は、円周方向の前方か後方の個々の湾曲部を示すが、多数の湾曲部３が円周方向の前方に、多くの湾曲部が円周方向の後方に配列されているので、全体で湾曲部３は前方および後方に示している。円周方向の前方広がり範囲と後方広がり範囲とで、個々の又は全部の湾曲部３について、熱膨張時や振動時のハニカム体１とハウジング５との相対回転が減り、正確な対称構造なら阻止される。或いは、円周方向前方に延びる湾曲部３の数は、円周方向後方に延びる湾曲部の数と異なっている。この場合、ハニカム体１とハウジング５との相対回転が予期される。
【００１８】
図６は、外周面２に軸方向に間隔を隔てて２つの鋼板４ａ、４ｂを巻回したハニカム体１を示す。これら鋼板４ａ、４ｂは、半径方向に相対移動できる複数の層の形に区域的に折り曲げられ、外周面２とハウジング５の間に配されている。この結果、折り曲げによって、円周方向に張り出した鋼板層の湾曲部３が形成され、該湾曲部３は円周方向において前方と後方に延びている。これは、ハニカム体１からハウジング５への熱伝導に基づく熱伝達が中断されるという利点を有している。
【００１９】
図７は、外周面２が４つの鋼板４ａ〜４ｄで包囲されたハニカム体１を示す。該鋼板４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは円周方向に互いに間隔を隔てている。ここでも、ハニカム体１からハウジング５への熱伝導に基づく熱搬送が減少する。鋼板４の外周面２側の結合領域６ａが外周面２に、又は鋼板４のハウジング５側の結合領域６ｂがハウジング５に各々接合技術的に結合されている。結合法としてはろう付け法が有利であり、実証されている。
【００２０】
図８ａ〜８ｃは、湾曲部形状がハニカム体１の軸方向に沿って変化する鋼板４の湾曲部の実現方式を示す。ここでは、ハニカム体１の軸方向の、３つの異なった個所でのハニカム体１の横断面を示している。図から解るように、湾曲部３の張出し部は、図８ａにおいて特にはっきり現れ、図８ｂにおいて減少し、図８ｃにおいてなおほんの僅か存在している。湾曲部３の張出し部の減少から、変化した弾性特性が生じ、この弾性特性は、張出し部が減少した際、鋼板４によるハニカム体１のハウジング５への保持剛性を増大させる。軸方向における湾曲部３のそのように変化した構造に伴い、ハウジング５内におけるハニカム体１の支持体の弾性特性はぴったり合わされる。なおその構造は、単調に増加又は減少する必要はなく、全般的に任意の関数で与えられる。
【００２１】
図示の湾曲部３は、湾曲部３の多数の実施方式から選んだ幾つかの実施方式に過ぎず、本発明はこれに限定されない。
【００２２】
ハウジング内に保持された本発明のハニカム体は、ハウジングに対し殆ど支障なしに膨張でき、ハウジング、特に内燃機関の排気装置のハウジング内でのハニカム体の長期にわたる耐久的固定を保証する。更にハニカム体とハウジングの大きな熱絶縁を保証する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ハウジング内に保持されたハニカム体の斜視図。
【図２】鋼板層の湾曲部の実施方式の説明図。
【図３】鋼板層の湾曲部の実施方式の説明図。
【図４】鋼板層の湾曲部の実施方式の説明図。
【図５】鋼板層の湾曲部の実施方式の説明図。
【図６】湾曲部形状が軸方向に変化するハニカム体の説明図。
【図７】外周面が４つの鋼板で包囲されたハニカム体の説明図。
【図８】図８ａ〜図８ｃはハウジングの軸方向における３つの位置での横断面図。
【図９】鋼板層の湾曲部の異なった実施方式の説明図。
【図１０】鋼板層の湾曲部の異なった実施方式の説明図。
【図１１】鋼板層の湾曲部の異なった実施方式の説明図。
【図１２】鋼板層の湾曲部の異なった実施方式の説明図。
【符号の説明】
【００２４】
１ ハニカム体、２ 外周面、３ 湾曲部、４、４ａ〜４ｄ 鋼板、５ ハウジング、６ａ、６ｂ 結合領域、Ｌ 長さ

Claims (8)

1. ハニカム体（１）が軸方向長さ（Ｌ）を有し、外周面（２）が少なくとも１つの鋼板（４）で包囲され、この鋼板（４）が区域的に半径方向に相対運動できる層の形に折り曲げられて外周面（２）とハウジング（５）との間に設けられ、その折り曲げによって、円周方向に張り出した鋼板層の湾曲部（３）が形成されている、特に内燃機関の排気装置に採用されるハウジング（５）内に保持された外周面（２）付きハニカム体（１）において、湾曲部が円周方向において前方および後方に延びていることを特徴とするハニカム体。
2. 各々個々に円周方向において一方に延びる鋼板（４）の湾曲部（３）が、円周方向において前方および後方に互い違いに延びることを特徴とする請求項１記載のハニカム体。
3. 個々の湾曲部（３）が円周方向において前方および後方に延びていることを特徴とする請求項１記載のハニカム体。
4. 湾曲部形状がハニカム体（１）の軸方向において変化させられている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. 外周面（２）が、互いに軸方向に間隔を隔てられた少なくとも２つの鋼板（４ａ、４ｂ）によって包囲されていることを特徴とする請求項１から４の１つに記載のハニカム体。
6. 外周面（２）が、互いに円周方向に間隔を隔てた少なくとも２つの鋼板（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）で包囲されたことを特徴とする請求項１から５の１つに記載のハニカム体。
7. 鋼板（４）の外周面（２）の側の結合領域（６ａ）が外周面（２）に、ハウジング（５）の側の結合領域（６ｂ）がハウジング（５）に、各々接合技術的に結合されている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. 鋼板層（４）が、曲がりくねって特にオメガ（Ω）状に形成されて、外周面（２）の周りに巻回されていることを特徴とする請求項１から７の１つに記載のハニカム体。