JP2008533371A - 排気処理構成要素用の増強ブッシュ付きハウジング - Google Patents

Abstract

本発明は、第１壁厚（４）と第１軸長（５）の外被管（３）並びに第２壁厚（７）と第２軸長（８）の少なくとも１個のブッシュ（６）を有し、その少なくとも１個のブッシュ（６）が少なくとも部分的に外被管（３）の外側に接し、その外被管（３）に結合されている排気処理構成要素（２）用のハウジング（１）に関し、このハウジング（１）において、少なくとも１個のブッシュ（６）が、外被管（３）の第１軸長（５）より短い第２軸長（８）で形成されている。また本発明は、自動車における相応した排気処理構成要素と排気装置に関する。

Description

本発明は、第１壁厚と第１軸長の外被管並びに第２壁厚と第２軸長の少なくとも１個のブッシュを有し、該少なくとも１個のブッシュが少なくとも部分的に外被管の外側に接し、その外被管に結合されている排気処理構成要素用のハウジングに関する。かかるハウジングは、特に自動車用内燃機関の排気ガスに含まれる有害物質を転換するために利用される排気処理構成要素を収容すべく用いられる。

かかる排気処理構成要素用ハウジングを形成する際、種々の多くの基準を考慮せねばならない。例えばハウジングは、自動車の排気装置における熱的、動的負荷に耐えねばならない。また、かかる排気処理構成要素は一般に量産されるので、コスト要因についても十分に考慮せねばならない。ハウジングは、排気処理構成要素の構造的一体化を期すためおよび排気装置への取付け用のベースとして用いられる。また、ハウジングは排気処理構成要素から大気への熱伝達にかなり影響を与える。従って、ハウジングは排気処理構成要素に関する主要な構造部品であり、これは既に種々の技術開発主題でもあった。

益々重要になっている別の観点は、かかる排気処理構成要素の重量にある。レース用エンジン分野や手動機器に採用される排気処理構成要素に対しても軽量化（重量低減）が望まれる。この目的のため、多数の切欠き開口が設けられた外被管や極めて薄い壁厚を有する外被管が公知である。これで製造した外被管の弱さは、排気処理構成要素を排気装置に固定する際や、場合によってはその製造の際に既に、排気装置内における大きな熱的、動的負荷の下での永続的利用を害する排気処理構成要素の弱体化を生じさせる。

本発明の課題は、上述した従来技術の問題を少なくとも部分的に解消することにある。また、一方では軽量化を実現し、他方では排気装置内での排気処理構成要素の永続的固定も保証する排気処理構成要素用ハウジングを提供することにある。更に、ハウジングの製造ないし集積化が単純に行えるようにハウジングを形成することにある。

この課題は、請求項１に記載の特徴を有する排気処理構成要素用ハウジングによって解決される。ハウジングの特に有利な実施態様並びに特に有利な利用分野は、従属請求項に示す。なお、請求項に個々に記載した特徴は、技術的に任意に組み合わせることができ、そして、本発明の他の実施態様をなす。また、説明を補完するために、全般的な説明ないし図を参照しての説明の部分も関与する。

排気処理構成要素用のハウジングは、第１壁厚と第１軸長の外被管と、第２壁厚と第２軸長の少なくとも１個のブッシュとを有する。該ブッシュは、少なくとも部分的に外被管の外側に接し、該外被管に結合される。ハウジングは、少なくとも１個のブッシュが、外被管の第１軸長より短い第２軸長で形成されたことを特徴としている。

かかるハウジングは金属材料で作られ、ほぼ円筒状の構造を持つ。しかし基本的には、ハウジングを断面長円形、円錐形又は他の形状になし得る。ハウジングは、特に排気装置における熱的および動的負荷に耐えるために適用され、即ち、例えば１０００℃迄の温度にも耐えるために適用される。

ここで述べるハウジングは２分割構造で形成され、外被管とブッシュとを有している。ブッシュは、外被管の外側を少なくとも部分的に取り囲み、このため、ブッシュの内周面の少なくとも一部が外被管の外側面に接し、特に少なくとも１個のブッシュの少なくとも両側の終端箇所で接する。好適には、外被管およびブッシュは互いに接合技術的に結合されるが、基本的には、ブッシュ自体を外被管の一部となし得る。ブッシュと外被管との相対位置は、排気装置への組込み様式および／又は発生する熱的ないし動的負荷を考慮して自由に選定できる。その際、ブッシュの少なくとも大部分が外被管に接触するとよい。ブッシュは外被管から突出して配置せず、外被管の先端近くに、或いは外被管のほぼ中央に配置すると望ましい。

外被管は１．５ｍｍ以下、特に１．０ｍｍ以下、更には０．５ｍｍ以下の第１壁厚を有するとよい。場合により、外被管を０．３ｍｍ以下の壁厚としてもよい。外被管の第１軸長は、少なくとも５０ｍｍ、好適には７０ｍｍ以上、特に少なくとも９０ｍｍである。

そして、ブッシュは外被管の第１軸長より短い第２軸長で形成す。このため、ブッシュは外被管の外周面の一部にわたってしか延びていない。特にブッシュを、外被管の所定箇所における増強体又は補強体として用い、もって排気処理構成要素ないしハウジングの剛性を高め或いは隣接する排気装置構成要素への補助的な結合箇所或いは特に適した結合箇所をも用意する。その場合、特に軽量のハウジングを用意し、同時に運転期間中にわたる排気処理構成要素の固定ないし構造的完全性についての要件を満たす。場合により複数、例えば２又は３個のブッシュも利用できる。これは、例えば排気処理構成要素を軸方向に互いに間隔を隔てた２箇所で排気管に固く又はガイド形式で結合するときに生ずる。

ハウジングの実施態様において、少なくとも１個のブッシュの第２軸長は１０〜４０ｍｍとする。少なくとも１個のブッシュが１５〜２０ｍｍの第２軸長を有するとよい。この結果、比較的小幅のブッシュが得られ、該ブッシュは排気処理構成要素の重量にあまり影響しない。しかも同時にその第２軸長は、例えば隣接する構成要素への接合技術的結合に対する十分な強度ないし材料厚さを用意すべく選択できる。

更に外被管の第１壁厚を、少なくとも１個のブッシュの第２壁厚より薄くするとよい。第２壁厚（Ｄ２）は、外被管の第１壁厚（Ｄ１）の少なくとも１．５倍、更には特に少なくとも２倍だけ大きくすると望ましい（Ｆを係数として、Ｄ２？Ｆ×Ｄ１）。また第２壁厚が１．５ｍｍを超過しないのがよい。これにより、外被管を正に、外被管が排気処理構成要素の外形形状を与え、排気処理構成要素全体の支持機能が主に増強ブッシュにより実現される程の厚さに形成できる。

更に、外被管と少なくとも１個のブッシュが、異なる熱膨張係数を有するとよい。これは、外被管とブッシュが、熱負荷時に異なった度合いで熱膨張し、冷却時に異なった度合いで収縮することを意味する。その際、ブッシュが外被管より小さな熱膨張係数を有する形態が望ましい。この結果、熱的交番負荷時でもブッシュが内部に位置する外被管に遅れて膨張することを保証し、もって外被管との接触を常に保証できる。この異なる熱膨張係数は、例えば異なる材料で実現される。その際、金属材料、例えばオーステナイト鋼やフェライト鋼を利用すると有利である。

ハウジングの一実施態様では、少なくとも１個のブッシュを外被管の先端に配置する。これは特に、排気処理構成要素又はハウジングと排気装置の他の構成要素との片持ち固定しか望まれないときに有利である。外被管の終端箇所の材料肉厚部が、排気管に固定するために利用できる。かかる構造に対し、特に短いブッシュが採用される。しかし、外被管の他端でも類似した固定を行うときは、外被管の両端に、この種ブッシュを設け得る。

また、外被管と少なくとも１個のブッシュが、少なくとも１個の増強組織を有するとよい。この増強組織は、例えば材料集積部、条溝、膨出部等として形成し得る。外被管とブッシュは少なくとも１個の増強組織を有し、該増強組織が、場合により重なり合う。ブッシュの少なくとも１個の増強組織と外被管の少なくとも１個の増強組織とが互いにかみ合っていると特に好ましい。その際、増強組織を膨出部や条溝の形で円周方向に環状に形成すると特によい。膨出部や条溝の断面形状を各条件に応じて選定し、例えば断面半円形、Ω状又は類似した増強組織の形状になし得る。それが断面半円形の環状の増強組織である場合、これがブッシュの第２軸長の１０ｍｍより小さな幅にわたり延びているとよい。特に有利な実施態様では、外被管とブッシュの増強組織を、互いにかみ合って形成し、特にかみ合い結合とする。

ハウジングの発展形態に応じ、少なくとも１個のブッシュが、少なくとも区域的に円周方向に延びていない縁部を備えた少なくとも片側の終端箇所を有する。前記のように、かかるブッシュは円周方向に環状に形成され、このため、ブッシュは軸方向において両側に終端箇所を有する。この場合、少なくとも片側の終端箇所が、外被管の先端に対して平行に延びておらず、少なくとも区域的に、円周方向ないしそれに対して平行に延びていないと望ましい。この結果、縁部は円周方向において終端箇所より長くなる。従って、例えばハウジングの片持ち固定の際、外被管への曲げ荷重を減少するための手段が得られる。縁部はかくして円周方向に延びる設定破断箇所を持たず、その結果、外被管の外側面にわたる幅広い平坦な経過に基づいて、小さな曲げ荷重しか生じない。

また特に曲げ荷重を減少すべく、少なくとも１個のブッシュが、第２壁厚に比べ小さな壁厚の少なくとも片側の終端箇所を有するとよい。これは、少なくとも１個のブッシュがその全第２軸長にわたり一定した第２壁厚を持たず、終端箇所の領域で小さな壁厚が持つことを意味する。壁厚の減少は、連続的に行うとよい。即ち第２壁厚から、縁部における例えば０．５〜０．３ｍｍの最小値迄の連続的な経過で行う。この処置も、曲がりのために外被管に外側から作用する力を局所的に減らし、ハウジング重量の軽減に資する。

ハウジングの他の実施態様では、外被管と少なくとも１個のブッシュを、互いに少なくとも部分的に硬ろう付けおよび／又は溶接する。なおここでは、基本的に少なくとも１個のブッシュを、焼きばめ、圧延、圧着又は類似の方式で外被管上に設け得る。好適な接合技術的結合の形成のため、構成要素を互いに硬ろう付け又は溶接（レーザ溶接）する。各結合領域は、円周および長手方向において、断続的或いは連続的に形成される。

その場合、少なくとも１個のブッシュが、溶接継手を形成するための少なくとも１個の接触領域および／又は硬ろうを収容する少なくとも１個の溜めを有するとよい。特に、ブッシュが少なくとも１個の接触領域と溜めとを形成するとよい。外被管とブッシュとの接触領域を、例えば円周方向に閉じていない溶接継手を形成するために用い、もって少ない溶接点で経済的且つ迅速に外被管へのブッシュの固定が行える。この接触領域はブッシュの円周にわたり形成できるが、所々でしか互いに結合されていない接触領域を、例えば所望の溶接点の箇所に形成してもよい。外被管に向けて延びる窪みとして接触領域を形成する際、例えば設置すべき溶接点の位置が自動的に認識できる。少なくとも１個の溜めは、通常、外被管から離れたブッシュの一部を形成し、これにより、例えばそれら構成要素間に隙間が生ずるようにして形成できる。そこに、例えば粒子状の硬ろうを置く。該硬ろうは、ハウジングの後での熱処理時、一方で外被管とブッシュとの結合を強化し、他方で相互の結合部を気密に形成することを保証する。従って、少なくとも１個の溜めをブッシュないし外被管の円周に環状に形成するとよい。

本発明の他の課題に応じ、少なくとも１個のハウジング内に流体が貫流する多数の通路を有する少なくとも１個のハニカム構造物を配置し、その少なくとも１個のハウジングを本発明に基づく上述の形式で形成した排気処理構成要素とするとよい。このハニカム構造物は、少なくとも部分的に成形した耐熱性金属箔で形成できる。なお通路とは、ハニカム構造物の軸方向長の少なくとも一部にわたり延びている特に長い隙間を意味する。通路を少なくとも部分的に閉鎖し、排気ガスが或る通路から隣の通路に流れる連絡通路を形成するようにするとよい。排気処理構成要素として、触媒コンバータ、フィルタ、粒子トラップ、吸収器、混合器或いは類似した反応器が考えられる。

更に、排気管と上述の排気処理構成要素とを有し、前記排気管を少なくとも１個のハウジングに溶接した排気装置も好適である。そのための溶接領域として、ブッシュを内部に設けた領域を用い得る。溶接継手を、排気管とブッシュと外被管とを貫通して形成した形態が特に有利である。これは例えば増強組織の領域において行う。

また、上述の排気処理構成要素と排気装置を備える自動車も好ましい。ここで自動車とは、あらゆる分野の車両（乗用車、トラック、オートバイ等）を意味する。他の用途は、手動機器（芝刈機、チェーンソー等）における排気処理装置である。

以下、図を参照して本発明およびその技術分野を詳細に説明する。図は本発明の特に優れた実施例を示すが、本発明はこれに限定されない。

図１は、排気処理構成要素２に対するハウジング１の有利な実施例を、半縦断面図で概略的に示す。ハウジング１は、第１壁厚４と第１軸長５の外被管３並びに第２壁厚７と第２軸長８のブッシュ６を備える。ブッシュ６は外被管３の外側に接し、外被管３に、例えば高温真空ろう付け法で結合されている。ブッシュ６の第２軸長８は、外被管３の第１軸長５より短い。図示の実施例では、ブッシュ６を外被管３の先端９にぴったり合わせて配置している。外被管３とブッシュ６は、各々円周方向１２に環状に形成した増強組織１０を有している。該増強組織１０は、排気処理構成要素２又はハウジング１を排気管７に溶接継手１９により固定するために用いられる。この溶接継手１９は、排気管１７とブッシュ１６と外被管３との中に延びるか、それらを貫通して延びている。排気処理構成要素２は、流体が貫流する多数の通路１５を持ったハニカム構造物１４を備える。前記通路１５は、少なくとも部分的に成形した金属箔２１で形成している。

図２は、排気管１７に溶接継手１９で固定した排気処理構成要素２の異なる実施例を概略的に示す。この図は、中心線の上側半部に排気処理構成要素２の縦断面を示し、下側半部にその側面図を示している。縦断面図から解るように、ブッシュ６は外被管３の外側に固定され、第２壁厚７に比べ小さな壁厚の終端箇所（境界部）１１を備える。終端箇所１１は、外被管３の先端９から離れた箇所に位置している。ここで、ハウジング１の内部領域に挿入された排気管１７へのハウジング１の図示した片持ち固定は、円周方向１２に延びる溶接継手１９で行っている。該溶接継手１９は、外被管３の先端９ないしはブッシュ６のその壁厚が減少されていない終端箇所に沿って延びている。外被管３への曲げ荷重を減少すべく、ブッシュ６は少なくとも区域的に円周方向１２に延びていない縁部１３を有する終端箇所１１を備える。縦断面図と側面図との対比で解るように、縁部１３の経過は終端箇所１１の領域にわたり小さな壁厚寸法で延びている。

図３は、排気管１７の内部に配置した複数の排気処理構成要素２を有する自動車１８を示す。該排気処理構成要素２は、例えば排気ガスに含まれる有害物質を転換し又は自動車１８の内燃機関２０内で発生した有害物質および／又は固形物質を少なくとも部分的に捕捉するために用いられる。排気ガスはその浄化後に大気中に放出される。本発明に基づくハウジング１を備えた、ここに提案する排気処理構成要素２は、特に構成要素の重量が重要な用途に採用される。

図４、図５および図６は、各々ハウジング１の異なる実施例を示し、そこに図示した外被管３の先端９にぴったり合わせて配置したブッシュ６は、溶接継手を形成するために少なくとも１個の接触領域２２と、硬ろうを収容するための溜め２３とを有している。図４のブッシュ６は対称構造を有し、中央に接触領域２２、それに隣接して両側に溜め２３を各々有している。この形態では、組立後も溜め２３に到達でき、この結果硬ろうをその後もなお供給できる。図６は逆の構造を示し、硬ろうは有利に組立前に溜め２３の領域に供給される。図５から、ブッシュ６の２分割構造が明らかである。ここには、ブッシュ６の構造に関して優れた実施例しか示さないが、外被管３とブッシュ６との結合様式を考慮に入れて、他の類似した変形例も目的に適う。

ハウジングの第１実施例の一部断面図。 排気処理構成要素の第２実施例の一部断面図と一部側面図。 排気装置を備えた自動車の概略図。 ハウジングの第３実施例の一部断面図。 ハウジングの第４実施例の一部断面図。 ハウジングの第５実施例の一部断面図。

符号の説明

１ ハウジング、２ 排気処理構成要素、３ 外被管、４ 第１壁厚、５ 第１軸長、６ ブッシュ、７ 第２壁厚、８ 第２軸長、９ ハウジング先端、１０ 増強組織、１１ 終端箇所、１２ 円周方向、１３ 縁部、１４ ハニカム構造物、１５ 通路、１６ 排気装置、１７ 排気管、１８ 自動車、１９ 溶接継手、２０ 内燃機関、２１ 金属箔、２２ 接触領域、２３ 溜め

Claims (13)

1. 第１壁厚（４）と第１軸長（５）の外被管（３）並びに第２壁厚（７）と第２軸長（８）の少なくとも１個のブッシュ（６）を有し、少なくとも１個のブッシュ（６）が少なくとも部分的に外被管（３）の外側に接し、該外被管（３）に結合されている排気処理構成要素（２）用のハウジング（１）において、
   少なくとも１個のブッシュ（６）が、外被管（３）の第１軸長（５）より短い第２軸長（８）を有することを特徴とする排気処理構成要素用のハウジング。
2. 少なくとも１個のブッシュ（６）の第２軸長（８）が、１０〜４０ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１記載のハウジング。
3. 外被管（３）の第１壁厚（４）が、少なくとも１個のブッシュ（６）の第２壁厚（７）より薄くされたことを特徴とする請求項１又は２記載のハウジング。
4. 外被管（３）および少なくとも１個のブッシュ（６）が、異なる熱膨張係数を有することを特徴とする請求項１から３の１つに記載のハウジング。
5. 少なくとも１個のブッシュ（６）が、外被管（３）の先端（９）に配置されていることを特徴とする請求項１から４の１つに記載のハウジング。
6. 外被管（３）および少なくとも１個のブッシュ（６）が、少なくとも１個の増強組織（１０）を有することを特徴とする請求項１から５の１つに記載のハウジング。
7. 少なくとも１個のブッシュ（６）が、少なくとも区域的に円周方向（１２）に延びていない縁部（１３）を備えた少なくとも片側の終端箇所（１１）を有することを特徴とする請求項１から６の１つに記載のハウジング。
8. 少なくとも１個のブッシュ（６）が、第２壁厚（７）に比べて小さな壁厚の少なくとも片側の終端箇所（１１）を有することを特徴とする請求項１から７の１つに記載のハウジング。
9. 外被管（３）と少なくとも１個のブッシュ（６）とが、互いに少なくとも部分的に硬ろう付けおよび／又は溶接されたことを特徴とする請求項１から８の１つに記載のハウジング。
10. 少なくとも１個のブッシュ（６）が、溶接継手を形成するための少なくとも１個の接触領域（２２）および／又は硬ろうを収容するための少なくとも１個の溜め（２３）を有することを特徴とする請求項９記載のハウジング。
11. 少なくとも１個のハウジング（１）内に配置され流体が貫流できる多数の通路（１５）を有する少なくとも１個のハニカム構造物（１４）を備えた排気処理構成要素（２）において、
    少なくとも１個のハウジング（１）が請求項１から１０の１つに記載の特徴に応じて形成されたことを特徴とする排気処理構成要素。
12. 排気管（１７）と請求項１１記載の少なくとも１個の排気処理構成要素（２）とを有する排気装置（１６）において、
    排気管（１７）が少なくとも１個のハウジング（１）に溶接されたことを特徴とする排気装置。
13. 請求項１１記載の少なくとも１個の排気処理構成要素（２）又は請求項１２記載の排気装置（１６）を備えることを特徴とする自動車。

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