JP2007517153A - 少なくとも１つの空間節約型測定センサと、対応するラムダセンサとを有するハニカム体 - Google Patents

Abstract

この発明は、流体、特に内燃機関の排気ガスが少なくとも部分的に横方向（１５）に横断し得るハニカム体（１）に関する。上記のハニカム体は、複数の少なくとも部分的に横断可能な空隙（４）を含み、当該空隙（４）はハニカム構造（２）を形成し、後者のハニカム構造（２）はケーシング（３）に位置し、上記のハニカム体はさらに、少なくとも第１の小領域（８）および第２の小領域（９）を含む少なくとも１つのセンサ（７）を含む。センサ（７）の少なくとも第２の小領域（９）はハニカム構造（２）に延在し、空隙（４）の少なくとも一部を貫通し、少なくとも第１の小領域（８）はケーシング（３）を超えて延在する。上記のハニカム体は、第１の小領域（８）および第２の小領域（９）が実質的に剛性に構成され、かつ、ハニカム体（１）の横方向（１５）を囲む第１の面（１８）上において、および／または、ハニカム体（１）の横方向（１５）に対して垂直に伸びる第２の面（１９）上において、１８０°とは異なる角度（Ｗ）を形成することを特徴とする。この発明のハニカム体（１）においては、角度が付けられたセンサの構成により、上記のハニカム体（１）が、少なくとも１つのセンサ（７）を含み空間が節約された構造を有することが可能となる。

Description

この発明は、内燃機関からの排気ガスのうちの少なくとも一部を変換するために特に触媒支持体として用いることができ、少なくとも１つの測定センサを有するハニカム体に関する。

自動車の内燃機関からの排気ガスの成分は、長い間、健康および環境に有害なものとして区別されてきた。しばらくの間、世界中の多くの国々では、これらの排気ガス成分が超えてはならない法定限度が発行されてきた。これらの限度への遵守は、一般に、排気ガスの少なくとも一部を触媒変換することによって達成される。これは、この反応が起こり得る可能な限り広い表面積が、触媒コンバータを収容するための可能な限り小さな空間要件と組合わされることを必要とする。これらの二つの条件は、しばしば、触媒支持体として機能するハニカム体によって満たされる。これらのハニカム体の２つの基本的な形は、一般的に公知の、すなわちセラミックおよび金属のハニカム体である。金属ハニカム体は、しばしば、金属層から螺旋状に巻かれるか、または、たとえばＳ字型もしくは螺旋形に積重ねられ絡み合わされる。層から構成されるこの種類の金属ハニカム体は、しばしば、少なくとも部分的に構造化された金属層および実質的に滑らかな金属層から少なくとも部分的に形成され、当該層の構造は、ハニカム体が構築される際に空隙、たとえば通路を形成する。排気ガスはこれらの空隙を用いてハニカム体の中を流れる。一例として、セラミックハニカム体は、排気ガスが流れ得る通路を形成するように押出し成形される。触媒活性材料は、たとえば薄め塗膜（Washcoat）などのセラミックコーティングにおけるプラチナまたはロジウム粒子などの貴金属粒子の形で空隙壁に塗布される。

多くの国々における排出規制がますます厳密になるにつれ、触媒支持体に課される要求が増大してきた。特に、法的規制は、触媒支持体の触媒変換および機能を監視するために動作中に排気ガスの分析を行なうことを要求する。この種類のオンボード診断（ＯＢＤ）では、排気ガスの特性変数（Kenngroessen）を監視するのに測定センサを用いる必要がある。この種類の特性変数は、たとえば、ラムダセンサを用いて決定される排気ガスの酸素含有量、または、排気ガスの成分、たとえば窒素酸化物（ＮＯ_X）などの温度および割合を含む。したがって、とりわけＯＢＤのために、ハニカム体に１つ以上の測定センサを形成する傾向がある。しかしながら、同時に、特に現代の自動車の場合には、触媒支持体に利用可能な設置空間が極めて限られてしまう。一例として、ＤＥ８８ １６ １５４Ｕ１は触媒反応体のための支持体を開示しており、そのハニカム体は、金属製の波形の細片から単一の片に形成される。当該センサは、当該センサの一部がハニカム体の内部に延在し、当該センサの一部がハニカム体の外部に延在するような態様で支持体に配置される。当該センサは直線形であり、結果として、ハニカム体の外部に位置するセンサの部分が、ハニカム体から比較的遠く離れて延在することとなる。この種類の配置では、自動車の排気システムへの設置中に比較的大きな空間が必要とされる。

このことに基づき、この発明の目的はハニカム体およびラムダセンサを提案することであり、当該ハニカム体およびラムダセンサにより、ハニカム体および測定センサまたはラムダセンサについての非常に小さな空間の要件と組合された、排気ガスの少なくとも１つの特性変数の決定が可能となる。

この目的は、請求項１の特徴を有するハニカム体と、請求項１８の特徴を有するラムダセンサとによって達成される。有利な改善例により、それぞれの従属請求項の主題が形成される。

この発明は、流体、特に内燃機関からの排気ガスが、貫流（Durchstroemungsrichtung）の方向に少なくとも部分的に流れ得るハニカム体を提供し、当該ハニカム体は、
ハニカム構造を形成し、流体が少なくとも部分的に流れることができる複数の空隙を有し、当該ハニカム構造は管状ケーシングに収容され、当該ハニカム体はさらに、
少なくとも第１の小領域および第２の小領域を有する少なくとも１つの測定センサと、
ハニカム構造に延在し、空隙のうちの少なくともいくつかを少なくとも部分的に貫通する、測定センサの少なくとも第２の小領域と、管状ケーシングの外部に延在する少なくとも第１の小領域とを含み、第１の小領域および第２の小領域は実質的に剛性形状であり、ハニカム体を通る流れの方向を含む第１の面、および／または、ハニカム体を通る流れの方向に対して垂直である第２の面において１８０度ではない角度を含む。

この文脈においては、剛性（Starr）という語は、特に、小領域が、特に触媒支持体としてのハニカム体における測定センサの設置中に発生し得る力および／または自動車の排気システムにおけるハニカム体の使用中に発生し得る力の下では、実質的に変形可能ではなく、および／または、弾性がないことを意味する。貫流の方向は、第１の端部側からハニカム体を通って第２の端部側に向かう流れによって決定される。特に、この発明に従うと、流体、特にハニカム体内の排気ガスが、貫流の方向とは異なる方向に局所的に流れることが可能である。

ハニカム体は、ハニカム構造および管状ケーシングから構成される。この場合、ハニカム構造はハニカム体の空隙を含み、管状ケーシングに収容され、一般には、接合技術、好ましくはろう付け（hartloeten, Drazing）または溶接（schweissen, welding）によって、但し適切な場合には、少なくとも小領域における波形の外装（Wellmantel）などの中間要素によって管状ケーシングに接続される。ハニカム体は円筒形であってもよいが、同様に円錐形または板状であってもよく、たとえば、ハニカム体は、非円形、たとえば楕円形または多角形の断面を有する。

第１および第２の小領域は、第１の面においては、ハニカム体を通る流れの方向を囲み、および／または、第２の面においては、ハニカム体を通る流れの方向に対して垂直である角度を含む。従って、この角度は、測定センサの２つの小領域によって、または、これらの小領域の、互いに対する位置によって規定される。この場合、第２の面は、ハニカム体を通る流れの方向に対して垂直であることによって規定される。すなわち、貫流の方向のベクトルは第２の面に対して垂直である。第１の面は第２の面に対して垂直に位置し、貫流のベクトルを含む。第２の面が、第１および第２の小領域が互いに接続されている接触領域における第２の小領域の少なくとも軸、または、当該第２の小領域のタンジェントを含むことが好ましい。

測定センサは、流体がハニカム体を通って流れる際に吸収されるべき流体の少なくとも１つの特性変数の値を可能にする構成を意味するものと理解されるべきである。この場合、特性変数は、直接的および／または間接的に決定され得る所望のいかなる物理的および／または化学的変数であってもよい。さらに、測定センサはまた、所望のいかなる物理的および／または化学的測定原理にも従って動作し得る。さらに、２つ以上の測定センサ、特に２つ、３つまたは４つの測定センサをハニカム体において形成することができる。

測定センサはまた、少なくとも１つの特性変数のために記録された値を取出すのに用い
ることのできるデータ接続部を含む。このデータ接続部は、たとえば、ケーブルの形であり得るか、またはケーブルの接続を可能にするプラグ接続部の形であり得る。特に、データ接続部は第１の小領域の一部であり得る。

特に、ハニカム体における空隙は、ハニカム体の第１の端部側から第２の端部側に延在し、これにより流体を案内する通路であり得る。しかしながら、他の種類の空隙、たとえば隙間によって遮られる通路を形成することもできる。特に、隣接する空隙の接続部およびアパーチャも実現可能である。空隙のうちの少なくともいくつかが各々、第１の端部側および第２の端部側に開口部を備えることもできる。たとえば、当該空隙は、適切な場合、流れの行き止まりまたは流れの狭い通路を形成するように、媒体が少なくとも部分的に流れ得る材料で少なくとも部分的に閉じられてもよい。開いたまたは閉じられた粒子フィルタを構築するためにこの種類の対策を取ることができる。これらは、特に、自動車からの排気ガスに含まれる、排気ガスからの粒子、たとえば煤粒子などをフィルタにかけるのに用いられる。この文脈においては、開いた粒子フィルタと閉じられた粒子フィルタとの間で区別がなされる。閉じられた粒子フィルタの場合、排気ガスがすべて、閉じられた通路を通らなければならないのに対して、開いた粒子フィルタの場合、媒体は通路を実質的に自由に流れることができる。この場合、排気ガスの流れが多様に逸らされ、そして、流体が流れるのを少なくとも部分的に可能にしかつ粒子が蓄積する壁を通って排気ガスの流れが案内されることを確実にするよう予防措置が取られる。

さらに、この発明に従ったハニカム体は、特に、自動車の排気システムにおいて触媒支持体としても用いることができる。このために、触媒活性材料が投入されたセラミック材料のコーティング、たとえば薄め塗膜を適用することができる。このセラミックコーティングは、触媒支持体の反応表面積をさらに増大させることとなる。さらに、この発明に従ったハニカム体は、当該ハニカム体が排気ガスの少なくとも１つの成分のための貯蔵媒体として用いられることを可能にする対応するコーティングを備え得る。これは、たとえば、低温で窒素酸化物（ＮＯ_X）を吸収し、より高い温度でこれらを脱着するコーティングであってもよい。

測定センサは、特に、ハニカム体の複数の空隙を少なくとも部分的に貫通するように形成され、ハニカム体に差込まれる。これは、少なくとも１つの特性変数が、これらの空隙を通って流れるかまたは流れ得る流体において決定されるという結果をもたらす。同時に、概して、これらの空隙を通って流れる流体にわたる平均が取られる。特定の応用例に応じて、この発明に従うと、測定センサを受けるためのハニカム体内の空隙を可能な限り小さくすることができ、これにより、測定センサと空隙の境界との間に形成される距離が最短となる。触媒支持体として用いられる場合、これにより、触媒活性表面積の損失が最小限にされる。しかしながら、他の応用例においては、このようにして流体、たとえば自動車からの排気ガス、の混合の向上を可能にし、流体の比較的大部分にわたる平均を表わす測定値を得るために、測定センサの周りにいくらかの自由体積を設けることが有利であり得る。

この発明に従ったハニカム体は、有利には、流体の少なくとも１つの特性変数の制御および監視を可能にするが、同時に、測定センサとともにハニカム体を設置するのに必要な空間は小さくなる。というのも、測定センサの第１の片と第２の片との間の角度を所望のとおりに選択することができ、このため、必要とされる空間が、利用可能な空間条件に適合され得るからである。この場合、当該２つの片のうちの少なくとも１つが直線形であるかまたは代替的には湾曲していることが有利であり得る。したがって、この発明に従うと、たとえば、第２の片を直線形にし、第１の片を湾曲させることができる。この場合、有利には、第１の片の湾曲を、当該第１の片が現われる領域におけるハニカム体の湾曲に適合させることが可能である。このような場合、角度は、第１の小領域と第２の小領域との
間の接触領域におけるタンジェントと、２つの小領域間の接触領域における他の小領域の軸またはタンジェントとの間の角度として決定される。

この発明に従ったハニカム体の有利な構成に従うと、少なくとも１つの測定センサはラムダセンサとして設計される。

特に、自動車の排気システムにおけるＯＢＤの場合、ラムダセンサは、燃料／酸素の比率の決定を可能にする重要な測定センサを形成する。さらに、ラムダセンサを、いずれの場合にも、ハニカム体の上流、または好ましくはハニカム体の長さの最初の２０％内におけるハニカム体の初めの領域に形成し、別のラムダセンサを、好ましくはハニカム体の長さの最後の２０％内における末端領域、または、貫流の方向に見られるハニカム体の下流に形成することが有利である。

さらなる有利な構成に従うと、少なくとも１つの測定センサは、流体の以下の特性変数、すなわち、
ａ） 温度、
ｂ） 流体の少なくとも１つの成分の割合
のうちの少なくとも１つを含む。

この発明に従ったハニカム体が自動車の排気システムにおける触媒支持体として用いられる場合、排気ガスが一般に高温であり、さらに触媒反応が発熱を伴うので、ハニカム体またはそこを通って流れる排気ガスの温度は、ハニカム体の動作状態および通常の状態と、触媒反応で達成される変換の程度とについての重要な特性変数である。さらに、測定センサはまた、たとえば酸素含有量、窒素酸化物含有量、アンモニア含有量および／または炭化水素含有量などの排気ガス中の少なくとも１つの成分の割合を有利に記録し得る。このように記録された測定値はまた、有利には、少なくとも自動車の排気システムを制御および監視するのに用いることができる。特に、この発明に従うと、たとえば一方でラムダセンサの機能を実行し、他方でまた、排気ガスの成分の温度および／または割合を付加的に記録する組合された測定センサを形成することもできる。

さらなる有利な構成に従うと、少なくとも１つの測定センサは、熱伝導を妨げるための手段を有し、一例として、断熱層は、第１の小領域付近においてこれを少なくとも部分的に囲み得る。

角度を付けて測定センサを設計したために、測定センサの第１の小領域は、角度を付けずに測定センサを設計した場合よりもハニカム体により接近している。この発明に従ったハニカム体が、自動車の排気システムにおいて、たとえば触媒支持体、吸収体、粒子フィルタ、粒子トラップ、または代替的には、これらの組合せを表わす組合された要素として用いられる場合、ハニカム体、およびこれにより測定センサが、内燃機関に対するハニカム体の位置に応じて、たとえば摂氏１０００度以上までの高温に晒され、これらの温度が、特に測定センサの材料に高い熱応力をかける。この発明に従うと、特に測定センサの第１の領域において断熱層を形成することによってこの影響が考慮される。この断熱物は、それが、発生する熱過渡および／または温度勾配に適合され、後者が、たとえば自動車の排気システムにおける使用条件の下で断熱材料の急速な摩耗を招かないように形成される。

断熱のためのこれらの手段に加えて、ハウジングの管状ケーシングまたは（たとえば熱放射による）熱構造から、測定センサの感温小領域に熱を不所望に与えるのを妨げるかまたはさらには防ぐための、当業者に公知の他の手段を用いることもできる。

この発明に従ったハニカム体のさらなる有利な構成に従うと、第１の小領域および第２の小領域によって含まれる角度は、６０〜１２０度、好ましくは７５〜１０５度、特に好ましくは８５〜９５度となる。

特に、当該角度が、ハニカム体を通る流れの方向を含む面において少なくとも成分（Anteil）を有する実施例においては、９０度未満の角度が有利である。概して、９０度の角度は、測定センサを含むハニカム体を設置することにより、占有される空間を可能な限り小さくすることを可能にする。９０度を超える角度はまた、その角度が、貫流の方向を囲む面において少なくとも成分を有する場合、有利であり得る。この種類の角度は、第１の片、特に、第１の小領域に形成されるデータ接続部を加熱することによってもたらされるこれらの領域における摩耗の問題を軽減する。

この発明に従ったハニカム体のさらなる有利な構成に従うと、第１の小領域および第２の小領域によって含まれる角度は実質的に９０度となる。

実質的に直角にすることにより、有利には、ハニカム体および測定センサの設置空間が非常に節約されることとなる。

この発明に従ったハニカム体のさらなる有利な構成に従うと、測定センサの少なくとも１つの小領域は少なくとも部分的に湾曲している。

特に第１の小領域が湾曲している場合、これによりさらなる空間節約のオプションが可能となる。というのも、たとえば、第１の小領域とハニカム体の管状ケーシングの外側との間に自由な空間が存在するように温度センサを湾曲させ得ることにより、測定センサを受ける位置から外側に向かってサイズが大きくなるからである。これはまた、有利には、測定センサの加熱によってもたらされる問題の軽減を可能にする。さらに、第１の小領域の湾曲を、ハニカム体の管状ケーシングの外側に密接に当るように構成することもできる。これにより空間がさらに節約されることとなる。というのも、測定センサが、いわば、ハニカム体に寄せられる（anschmiegen）からである。この場合、測定センサへの熱損傷を実質的に防ぐ十分な断熱がもたらされる。このような場合、第１の小領域および第２の小領域によって含まれる角度は、第１の小領域と第２の小領域との間における接触領域におけるタンジェントと、他の小領域の軸またはタンジェントとの間の角度として決定される。

この発明に従ったハニカム体のさらなる有利な構成に従うと、湾曲した小領域の湾曲は、ハニカム体の湾曲、および／またはハニカム体における幾何学的条件に適合される。

第１の小領域の湾曲を、ハニカム体の外側の湾曲またはハニカム体の管状ケーシングに適合させることが有利である。というのも、これが、最大限の空間の節約につながるからである。さらに、第２の小領域の湾曲をハニカム体における幾何学的条件に適合させると、測定センサによってその測定値が記録される流体の部分の極めて制御された選択が可能となる。ハニカム体における幾何学的条件への適合は、たとえば、ハニカム体が、螺旋状に絡み合わされた少なくとも部分的に構造化された金属層と実質的に滑らかな金属層とから形成される場合、第２の小領域も実質的に螺旋形であることを意味する。たとえば、特に、測定された値が記録されている特定の部分の流れを選択することができる。

この発明に従ったハニカム体のさらなる有利な構成に従うと、ハニカム体は、少なくとも１つの金属層から少なくとも部分的に形成される。

金属層、たとえば金属薄板層および／または金属繊維層から、好ましくは熱的に安定し
耐食性のある金属、たとえば耐熱鋼からハニカム体を形成することにより、有利には、自動車の排気システムにおいて発生する過酷な条件にも耐え得るハニカム体を構築することが可能となる。さらに、金属層からハニカム体を形成することにより、特にハニカム体における空隙を極めて可変的に構成することが可能となる。この文脈および以下の文脈においては、金属層は、単一の材料から構成される層、すなわち、たとえば金属薄板層または流体が少なくとも部分的に流れ得る層、たとえば金属繊維材料の層だけでなく、複数の材料または領域から構成される層、たとえば金属薄板でできた領域と金属繊維材料でできた領域とを有する層をも含むと考えられる。これはまた、特に、金属薄板の少なくとも１つの細片によって補強されるかまたは触媒コーティングされた個々の領域をも有する金属繊維層を含む。

この発明に従ったハニカム体のさらなる有利な構成に従うと、ハニカム体は、積重ねられ絡み合わされるかまたは巻かれている複数の少なくとも部分的に構造化された金属層と実質的に滑らかな金属層とから構成される。

この場合、たとえば２つの金属層を螺旋状に巻くことが有利であるが、そのうちの一方は少なくとも部分的に構造化され、たとえば波形にされ、もう一方は実質的に滑らかである。これらの２つの層を螺旋状に巻く場合、当該構造と実質的に滑らかな金属層との相互作用により、ハニカム体の全長にわたって延在する複数の通路がもたらされる。

この発明に従うと、少なくとも１つの少なくとも部分的に構造化された層を少なくとも１つの実質的に滑らかな層と積重ね、少なくとも１つの積重ねを捩じることもできる。このようにして、たとえば２つの積重ねを反対方向に絡み合わせてＳ字型にするか、または、３つの積重ねを螺旋形に絡み合わせることができる。

実質的に滑らかな層は、随意には微細構造を有し得るがその構造振幅（Strukturierungsamplitude）が少なくとも部分的に構造化された金属層の構造振幅よりも小さく、好ましくはそれよりも極めて小さい層を意味するものとして理解されるべきである。

この発明に従ったハニカム体のさらなる有利な構成に従うと、当該ハニカム体は、少なくとも１つの少なくとも部分的に構造化された金属層と、適切な場合、少なくとも１つの実質的に滑らかな金属層とから巻かれる。

特に、この発明は、１つの少なくとも部分的に構造化された金属層を螺旋状に巻くことによって、螺旋状に巻かれたハニカム体を構築することを可能にする。この場合、当該層は、たとえば半分が構造化され、もう半分が滑らかであってもよい。当該層は中間で折畳まれ、次いでこの折畳まれた層が巻かれる。同様に、金属層全体を構造化し、次にこの層を巻くことが可能であるが、この場合、巻く動作中に当該構造が互いに嵌まり込まないようにすることを確実にする必要がある。これは、たとえば、当該構造が互いに嵌まり込むのを防ぐ小さなスペーサによって確実にすることができる。このような場合、ハニカム体の空隙は、実質的に滑らかな金属層と少なくとも部分的に構造化された層の構造とによって区切られるのではなく、構造化された層の構造によってのみ形成される。

この発明に従ったハニカム体のさらなる有利な構成に従うと、金属層は少なくとも部分的に、および／または金属層のうちの少なくともいくつかは、材料、好ましくは流体が少なくとも部分的に流れ得る繊維材料から構成される。

これにより、特に、流体が流れ得る少なくとも部分的に構造化された材料から空隙壁（Hohlraumbewandungen）のうちの少なくともいくつかが構築されている粒子フィルタを構築することが可能となる。この発明に従うと、この文脈においては、ハニカム体が金属層
を含むことが可能であり、当該金属層のうちのいくつかは、流体が実質的に流れることができない金属薄板層によって形成され、適切な場合、少なくとも部分的に穿孔され、その他の金属層は、少なくとも部分的に流体が流れることを可能にする材料から形成される。一例として、金属繊維材料、特に焼結された金属繊維材料は、媒体が少なくとも部分的に流れ得る材料として用いることができる。

さらに、この発明に従うと、貫流の方向に見られるように、流体が流れることを可能にする空隙壁の少なくともいくつかを有する領域と、流体が実質的に流れることができない他の領域とを有するハニカム体を構築することが同様に可能である。これはたとえば、ハニカム体を通る流れの方向に見られるように、たとえば２つの領域から構成される金属層のうちの少なくともいくつかによって達成可能であり、この場合、一方の領域は金属薄板から形成され、もう一方の領域は金属繊維材料から形成される。さらに、一例として、この発明に従うと、繊維材料の金属層を小領域における金属薄板細片で補強することもできる。

構造繰返し長さ（Strukturwiederhollaenge）で少なくとも部分的に構造化された層から少なくとも部分的に構造化された、この発明に従ったハニカム体のさらなる有利な構成に従うと、孔は、その大きさが、場合によっては構造繰返し長さよりも大きく、好ましくは構造繰返し長さよりも極めて大きいものであるが、少なくとも、当該層のうちの少なくともいくつかの小領域において形成される。

この場合、少なくとも１つの空間方向に、構造繰返し長さよりも２〜１０倍、特に好ましくは２〜５倍大きい寸法の孔を用いることが好ましい。この発明に従うと、実質的に丸い孔を採用し、第１の方向への第１の長さと、第１の方向に対して垂直であり、第１の長さの倍数である、第２の方向への第２の長さとを有する楕円形の孔を採用することができる。他のいかなる所望の形の孔、および、ハニカム体を通る流れの方向に対する孔の特別な向きも、この発明に従うと実現可能である。

層またはいくつかの層における構造繰返し長さよりも寸法が大きな孔を形成した結果として、巻くかまたは絡み合わせた後、流体の流れがハニカム体を通過する際にこの流体の流れに渦を巻かせるボイド状の空隙を形成することができる。たとえば自動車の排気システムにおける触媒支持体として用いられる場合、これによって排気ガスが完全に混合されるので、良好なレベルの触媒変換がもたらされる。というのも、このようにして層状の境界流の発生が防止されるからである。さらに、触媒支持体は、このようにして、同じ変換効率を達成しつつ、材料の配置を減らしてより軽量に作製され得る。

この発明に従ったハニカム体のさらなる有利な構成に従うと、好ましくは貫流の方向に対してある角で、特に好ましくは貫流の方向に対して実質的に直角である微細構造、ひっくり返された構造、および／または、構造繰返し長さよりも寸法が小さな孔が、層のうちの少なくともいくつかにおいて形成される。

微細構造は、それらの構造振幅が、少なくとも部分的に構造化された金属層の構造振幅よりも小さく、好ましくはそれよりも極めて小さいことによって区別される。これらの微細構造は、流体の流れに渦を巻かせる役割を果たす。この発明に従ったハニカム体が、自動車の排気システムにおいてたとえば触媒支持体として用いられる場合、この種類の微細構造により、排気ガスが確実に完全に混合され、層状の境界流が防止される。これらの微細構造を貫流の方向に対してある角度、特に好ましくは９０度の角度に形成することが好ましい。しかしながら、他の角度も可能であり、この発明に従うと、たとえば３０度、４５度または６０度などが挙げられる。

この発明に従うと、ひっくり返された構造を形成することもできる。これらは、たとえば、空隙壁におけるアパーチャと相互作用することにより、隣接する空隙間で流れを入替える役割を果たす流れ案内面である。これはまた、空隙における流体の流れを逸らすことに加えて、流れに渦を巻かせるので、層状の境界流の発生が防止されるかまたは層状の境界流に渦が巻かれる。層状の境界流は、特にハニカム体が自動車の排気システムにおいて用いられる場合、一般に不所望である。というのも、たとえばハニカム体が触媒支持体として用いられる場合、層状の境界流が変換の効率を低下させるからである。たとえば吸収体として用いられる場合、層状の境界流によって吸収率が低下するが、粒子フィルタとして用いられる場合、ろ過率が低下する。

流れに影響を及ぼすための上述のオプションはまた、累積的に、すなわち、たとえば構造の構造繰返し長さよりも寸法が大きな孔を、構造の構造繰返し長さよりも寸法が小さな孔、または、ひっくり返された構造および／または微細構造と組合せることによって用いることができる。

この発明に従ったハニカム体のさらなる有利な構成に従うと、ハニカム体はセラミック材料から形成される。

セラミック材料からのハニカム体の形成はさまざまな方法で実現可能である。一例として、ハニカム体は、セラミック粉末から押出成形され得るかまたは層状に構築され得る。空隙壁が好適に設計され、および／またはコーティングが好適であるとすると、セラミックハニカム体は、自動車の排気システムにおいて触媒支持体、吸収体または粒子フィルタとして用いることができる。

この発明に従ったハニカム体のさらなる有利な構成に従うと、ハニカム体は押出成形される。

この場合、特にこの発明は、押出成形されたセラミックまたは金属製のハニカム体を用いることを可能にする。

この種類のハニカム体を製造するためのさらなるプロセスは、固めることができ、かつ温度または光によって繰返し硬化される材料の層をなす塗布を含み得る。このように、切込みがある場合でも、所望の複雑さをもつ構造を製造することができる。ラピットプロトタイピングから得られるこのプロセスは、場合によっては、連続生産において既に用いられている。

この発明の概念のさらなる局面は、ハニカム体において用いるためのラムダセンサを提案し、当該ラムダセンサは、１８０度ではない角度を含む第１の小領域および第２の小領域を有する。

この発明に従ったラムダセンサは、排気ガス中の酸素含有量を監視するよう、対応するハニカム体において有利に用いられ得る。このために、ラムダセンサは、第２の小領域を介してハニカム体の対応する受け部に導入される。この発明に従った角度が付けられたラムダセンサは、有利には、排気ガス中の酸素含有量を監視するのにラムダセンサを用いることのできる、空間が節約されたハニカム体の構築を可能にする。

この発明に従ったラムダセンサの有利な構成に従うと、小領域のうちの少なくとも１つは湾曲している。

２つの小領域のうちの少なくとも１つの小領域の湾曲した構成により、有利には、たと
えばラムダセンサの形状をハニカム体の湾曲に適合させることが可能となる。

この発明に従ったラムダセンサのさらなる有利な構成に従うと、ラムダセンサは、好ましくは第１の小領域の領域において断熱層を有する。

ラムダセンサがハニカム体に設置される場合、第１の小領域がハニカム体の管状ケーシングの外側に位置するので、この発明に従うと、有利には熱損傷からラムダセンサを保護する付加的な断熱物が、たとえば自動車の排気システムにおける臨界温度条件のために、ここに設けられる。

ハニカム体における測定センサについて上述された詳細および利点は、この発明に従ったラムダセンサに同じ様に適用され、逆の場合も同様である。これは、測定センサを備えたハニカム体について開示された詳細および利点が、ラムダセンサについて同様に開示され、逆の場合も同様であることを意味する。

以下の文脈は、添付の図面に関連してこの発明のさらなる利点および好ましい具体的な実施例を説明する。ただしこの発明はそれには限定されない。

図１は、ハニカム構造２および管状ケーシング３を含む、この発明に従ったハニカム体１を概略的に示す断面図である。ハニカム構造２は、流体が流れ得る空隙４を有し、当該空隙４は、実質的に滑らかな金属層５と、少なくとも部分的に構造化された、この例においては波形の金属層６とによって形成される。

この文脈においては、金属層５，６は、一般的な意味では、金属材料の層、特に金属薄板層、流体が少なくとも部分的に流れ得る金属層、たとえば金属繊維層または焼結された材料、およびその組合せ、たとえば金属薄板細片または金属薄板領域で補強された金属繊維層を意味するものとして理解されるべきである。セラミック材料、たとえばセラミック繊維材料を部分的に含む複合材料はまた、この発明の概念においては、金属層として理解されるべきである。概して、金属層５，６はまた、異なる材料から形成されてもよく、一例として、実質的に滑らかな層５および／または少なくとも部分的に構造化された金属層６は、部分的に金属薄板層と、部分的に金属および／またはセラミック繊維材料とから形成されてもよい。このように構造化されたハニカム体は、有利には、自動車の排気システムにおけるさまざまな構成要素、特に触媒支持体、吸収体および／または粒子フィルタとして用いることができる。この具体的な実施例においては、金属層５，６は、螺旋状に絡み合わされた３つの積重ねを形成するよう積重ねられている。巻かれたかもしくは絡み合わされた他の形状、たとえば、２つの積重ねの逆方向もしくはＳ字型の捩じり、または１つ以上の層５，６の螺旋状の巻きは、この発明に従うと、セラミックからハニカム構造２を形成するように、または押出成形された金属構造物として、同様に実現可能である。この発明に従うと、少なくともいくつかが少なくとも部分的に構造化されている１つ以上の金属層からハニカム構造２をプレート状に構築することも可能である。層５，６は互いに接続され、ハニカム構造２は、少なくとも小領域において、接合技術、特にろう付けおよび／または溶接によって管状ケーシング３に接続される。

ハニカム体１はまた、第１の小領域８および第２の小領域９を含む測定センサ７を有する。この発明に従うと、複数の測定センサ７を形成することもできる。この第１の具体的な実施例においては、第１の小領域８および第２の小領域９は各々、直線形である。第２の小領域９は、この場合、ハニカム構造２の内部における受け部１０に収容される。この受け部１０は、管状ケーシング３におけるハニカム構造２および対応する接続片１１の内部における対応する空隙によって形成される。測定センサ７の第２の小領域９は、測定セ
ンサ７の第１の小領域８と第２の小領域９との間の接触領域１２が接続片１１に形成されるように、この受け部１０に収容される。第１の小領域８および第２の小領域９は接触領域１２において角度Ｗを含む。この角度Ｗは、概して、６０〜１２０度、好ましくは７５〜１０５度、特に好ましくは８５〜９５度の範囲である。角度Ｗについてのさらなる好ましい値は実質的には９０度である。角度Ｗは、図２から分かるように、２つの面に関して規定され得る。

図２は、この発明に従ったハニカム体１の第１の具体的な実施例の側面図である。ハニカム体１は第１の端部側１３および第２の端部側１４を含むが、ただし、層５，６および空隙４は、明確にするために図示されない。ハニカム体１が、たとえば自動車の排気システムに設置される場合、排気ガスは、第１の端部側１３からハニカム体１を通り第２の端部側１４に向かって貫流の方向１５に流れる。金属層５，６の設計に応じて、局所的に異なる方向への排気ガスの流れがハニカム構造２に存在し得るが、これは、貫流の方向１５とは無関係である。しかしながら、同様に、逆流のための手段（図示せず）を形成することが可能であり、これが第２の端部側１４の下流において逆流を引起し、このため、貫流の方向１５への流れの方向がハニカム体１の小領域に存在し、貫流の方向１５とは実質的に逆である流れの方向が別の小領域に存在する。

角度Ｗは、いずれの場合も、２つの面において２つの成分に分解され得る。この場合、たとえば、第１の小領域８の第１の長手方向の軸１６と第２の小領域９の第２の長手方向の軸１７とは、いずれの場合にも接触領域１２において見られるように、極座標の形で表わされるベクトルと考えられる。第１の面１８は貫流の方向１５を含む面である。１つの実行可能な第１の面１８が図２に示される。第２の面１９は、貫流の方向１５のベクトルが、ハニカム体１を通る流れの方向１５に対して直角、すなわち垂直、である表面を表わす面である。この第２の面１９が同様に図２に示される。したがって、第１の小領域８および第２の小領域９によって含まれる角度Ｗは、第１の面１８および／または第２の面１９に位置する。

図１および図２に示される第１の具体的な実施例においては、角度Ｗは第２の面１９にのみ位置する。角度Ｗが、第１の面１８に位置する第１の成分Ｗ１と第２の面１９に位置する第２の成分Ｗ２とに分割される場合、この例においては、第２の成分Ｗ２は角度Ｗと同一であり、第１の成分Ｗ１は０である。

測定センサ７は、第１の小領域８および第２の小領域９において剛性となるよう設計される。この文脈においては、剛性という語は、特に、小領域８，９が、ハニカム体１における測定センサ７の設置中に発生し得るような力、または、自動車の排気システムにおけるハニカム体１の使用中に発生し得るような力によって、実質的には変形可能ではなく、および／または弾性がないことを意味する。この具体的な実施例における測定センサ７はラムダセンサである。しかしながら、代替例として、または加えて、測定センサ７はまた、温度、および／または、たとえば自動車からの排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_X）などの流体の成分の割合、ならびに、流れている流体の他の所望の特性変数を記録し得る。

この発明に従ったハニカム体１は、有利には、ハニカム体１を通って流れる流体、好ましくは自動車の内燃機関からの排気ガス、の少なくとも１つの特性変数の制御を可能にするが、同時に、たとえば自動車の排気システムにおいてハニカム体１を設置するための空間を殆ど必要としない。これは、角度Ｗに角度が付けられた測定センサ７の設計のためであり、この設計により、占有する設置空間が、角度が付けられていない、すなわち直線の測定センサよりもかなり少なくなる。測定センサ７が角度が付けられた設計であるために、第１の小領域８は、角度が付けられていない設計の場合よりも管状ケーシング３にかなり近接して形成される。ハニカム体１が内燃機関の排気システムに設置される場合、概し
て、角度が付けられた測定センサ７の設計により悪化した使用済みの材料の熱安定性に対し、高温の排気ガスが高い要求を課す。温度ならびに温度勾配および／または熱過渡のさらなる増大は、また、ハニカム体１が触媒支持体として用いられる場合には排気ガスがパルス状に発生することに加えて、触媒変換の発熱的性質に起因する。第１の小領域８が、角度が付けられた設計のために、管状ケーシング３により近接して配置され、このため、より高い温度に晒されるので、断熱物２０が公知の耐熱および／または断熱材料から形成される。この断熱物２０は、有利には、測定センサ、特に第１の小領域８に対する熱損傷を防ぐ。

図３は、この発明に従ったハニカム体１の第２の具体的な実施例の断面図を概略的に示すが、ハニカム構造２の構造についての詳細は示さない。というのも、後者は、第１の具体的な実施例と同じであるからである。この具体的な実施例および以下の具体的な実施例においては、明確にするために、第１の具体的な実施例と同一である詳細は説明されない。したがって、以下の文脈においては、以上に開示された説明が参照される。第２の具体的な実施例においては、測定センサ７の第１の小領域８の形は湾曲している。接触領域１２においては、ここでも、当該接触領域１２における第１の小領域８のタンジェント２１と第２の小領域９の第２の軸１７とによって形成される角度Ｗが存在する。第２の具体的な実施例においては、角度Ｗは第２の面１９に形成される。

図４は、この発明に従ったハニカム体１の第３の具体的な実施例の断面図を概略的に示す。この実施例においては、第１の小領域８および第２の小領域９はともに直線形である。２つの小領域８，９は接触領域１２において接続されるが、これらは、第３の具体的な実施例においては実質的に９０度となる角度Ｗを含む。第３の具体的な実施例においては、角度Ｗは第２の面１９に位置する。実質的に９０度である角度Ｗは、特に有利には、空間が極めて節約されたハニカム体１および測定センサ７の構築を可能にする。

図５は、ハニカム構造２および管状ケーシング３を含む、この発明に従ったハニカム体１の第４の具体的な実施例の断面図を概略的に示す。ハニカム体１においては、接触領域１２において接続される第１の小領域８および第２の小領域９を有する測定センサ７が存在する。第１の小領域８の形は湾曲しており、第１の小領域８の湾曲は、第１の小領域８が当っている領域において管状ケーシング３の湾曲に対応している。第２の小領域９の第２の軸１７との接触領域１２における第１の小領域８のタンジェント２１によって含まれる角度Ｗは実質的に９０度となる。これにより、第１の小領域８の湾曲と関連して、測定センサ７を備えたハニカム体１が、特に空間を取らないように設計される。

図６は、この発明に従ったハニカム体１の第５の具体的な実施例の長手方向の断面図を概略的に示す。ハニカム体１は、第１の端部側１３と第２の端部側１４とを有し、排気ガスが、そこを通って貫流の方向１５に向かいハニカム体１の中を流れ得る。測定センサ７はハニカム体１において形成され、第１の小領域８がハニカム体１の外側、すなわち管状ケーシング２の外側に位置し、第２の小領域９がハニカム構造２の内部に位置している。接触領域１２においては、第１の小領域８および第２の小領域９は、第１の面１８に位置する角度Ｗを含む。上述のとおり、この第１の面１８は、ハニカム体１を通る流れの方向１５を含む。

ここに示される具体的な実施例は各々、第１の面１８にのみ、または第２の面１９にのみ位置する角度Ｗを有する。しかしながら、この発明に従うと、第１の小領域８および第２の小領域９が、第１の面１８および第２の面１９の両方に位置する角度Ｗを含むことが同様に可能である。

この発明に従ったハニカム体１は、測定センサ７の角度の付けられた構造のために、有
利には、少なくとも１つの測定センサ７を備えたハニカム体１の設置を、空間を大幅に節約して行なうことを可能にする。

この発明に従ったハニカム体の第１の具体的な実施例を概略的に示す断面図である。 この発明に従ったハニカム体の第１の具体的な実施例を概略的に示す斜視図である。 この発明に従ったハニカム体の第２の具体的な実施例を概略的に示す断面図である。 この発明に従ったハニカム体の第３の具体的な実施例を概略的に示す断面図である。 この発明に従ったハニカム体の第４の具体的な実施例を概略的に示す断面図である。 この発明に従ったハニカム体の第５の具体的な実施例を概略的に示す長手方向の断面図である。

符号の説明

１ ハニカム体、２ ハニカム構造、３ 管状ケーシング、４ 空隙、５ 実質的に滑らかな層、６ 少なくとも部分的に構造化された層、７ 測定センサ、８ 第１の小領域、９ 第２の小領域、１０ 受け部、１１ 接続片、１２ 接触領域、１３ 第１の端部側、１４ 第２の端部側、１５ 貫流の方向、１６ 第１の長手方向の軸、１７ 第２の長手方向の軸、１８ 第１の面、１９ 第２の面、２０ 断熱物、２１ タンジェント、Ｗ 角度、Ｗ１ 第１の面における角度成分、Ｗ２ 第２の面における角度成分。

Claims (19)

1. ハニカム体（１）であって、ここを通って、流体、特に内燃機関からの排気ガスが貫流の方向（１５）に少なくとも部分的に流れることができ、前記ハニカム体（１）は、
   ハニカム構造（２）を形成し、前記流体が少なくとも部分的に流れることができる複数の空隙（４）を含み、前記ハニカム構造（２）は管状ケーシング（３）に収容され、前記ハニカム体（１）はさらに、
   少なくとも第１の小領域（８）および第２の小領域（９）を有する少なくとも１つの測定センサ（７）と、
   前記ハニカム構造（２）に延在し、前記空隙（４）のうちの少なくともいくつかを少なくとも部分的に貫通する、前記測定センサ（７）の少なくとも前記第２の小領域（９）と、前記管状ケーシング（３）の外部に延在する少なくとも前記第１の小領域（８）とを含み、前記第１の小領域（８）および前記第２の小領域（９）が実質的に剛性形状であり、前記ハニカム体（１）を通る前記流れの方向（１５）を含む第１の面（１８）、および／または、前記ハニカム体（１）を通る前記流れの方向（１５）に対して垂直な第２の面（１９）において１８０度ではない角度（Ｗ）を含むことを特徴とする、ハニカム体（１）。
2. 前記少なくとも１つの測定センサ（７）がラムダセンサとして設計されることを特徴とする、請求項１に記載のハニカム体（１）。
3. 前記少なくとも１つの測定センサ（７）が、前記流体の以下の特性変数、すなわち、
   ａ） 温度、
   ｂ） 前記流体の少なくとも１つの成分の割合
   のうちの少なくとも１つを記録することを特徴とする、請求項１または２に記載のハニカム体（１）。
4. 前記少なくとも１つの測定センサが、熱伝導を妨げるための手段を有す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ハニカム体（１）。
5. 前記第１の小領域（８）および前記第２の小領域（９）によって含まれる角度（Ｗ）が、６０〜１２０度、好ましくは７５〜１０５度、特に好ましくは８５〜９５度とな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ハニカム体（１）。
6. 前記第１の小領域（８）および前記第２の小領域（９）によって含まれる前記角度（Ｗ）が実質的に９０度となることを特徴とする、請求項５に記載のハニカム体（１）。
7. 前記測定センサ（７）の少なくとも１つの小領域（８，９）が、少なくとも部分的に湾曲していることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載のハニカム体（１）。
8. 前記湾曲した小領域（８，９）の湾曲が、前記ハニカム体（１）の湾曲、および／または前記ハニカム体（１）における幾何学的条件に適合されることを特徴とする、請求項７に記載のハニカム体（１）。
9. 前記ハニカム体（１）が、少なくとも１つの金属層（５，６）から少なくとも部分的に形成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ハニカム体（１）。
10. 前記ハニカム体（１）が、積重ねられ巻かれるかまたは絡み合わされた複数の少なくとも部分的に構造化された金属層（６）および実質的に滑らかな金属層（５）から構築されることを特徴とする、請求項９に記載のハニカム体（１）。
11. 前記ハニカム体（１）が、少なくとも１つの少なくとも部分的に構造化された金属層（６）、および、適切な場合、少なくとも１つの実質的に滑らかな金属層（５）から巻かれることを特徴とする、請求項９に記載のハニカム体（１）。
12. 前記金属層（５，６）が少なくとも部分的に、および／または前記金属層（５，６）のうちの少なくともいくつかが、材料、好ましくは、流体が少なくとも部分的に流れ得る繊維材料から構成されることを特徴とする、請求項９から１１のいずれかに記載のハニカム体（１）。
13. 構造繰返し長さで少なくとも部分的に構造化された層（６）から少なくとも部分的に構成され、場合によっては少なくとも前記構造繰返し長さよりも寸法が大きく、好ましくは前記構造繰返し長さよりもかなり大きい孔が、前記層（５，６）のうちの少なくともいくつかの少なくとも小領域において形成されることを特徴とする、請求項９から１２のいずれかに記載のハニカム体（１）。
14. 好ましくは前記貫流の方向（１５）に対してある角度であり、特に好ましくは前記貫流の方向（１５）に対して実質的に直角である微細構造、ひっくり返された構造、および／または、前記構造繰返し長さよりも寸法が小さな孔が、前記層（５，６）のうちの少なくともいくつかにおいて形成されることを特徴とする、請求項９から１３のいずれかに記載のハニカム体（１）。
15. 前記ハニカム体（１）がセラミック材料から形成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ハニカム体（１）。
16. 前記ハニカム体が押出成形されることを特徴とする、請求項１から８または１５のいずれかに記載のハニカム体（１）。
17. ハニカム体（１）において用いるためのラムダセンサであって、前記ラムダセンサが、１８０度ではない角度（Ｗ）を含む第１の小領域（８）および第２の小領域（９）を有することを特徴とする、ラムダセンサ。
18. 前記小領域（８，９）のうちの少なくとも１つが湾曲していることを特徴とする、請求項１７に記載のラムダセンサ。
19. 前記ラムダセンサが、好ましくは前記第１の小領域（８）の領域において断熱層（２０）を有することを特徴とする、請求項１７または１８に記載のラムダセンサ。

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