JP2012520974A - 排ガスを処理するための一体型排気処理ユニット - Google Patents

Abstract

燃焼プロセス（１４）によって生じた排ガス（１２）を処理するための一体型排気処理ユニット（１０）が提供されており、該排気処理装置は、他の排ガス処理ユニット構成要素（１８）を備えている排ガス処理装置の一部である。一体型排気処理ユニット（１０）は、一体型構造物（２０）と、少なくとも２つの支持マット（２４）の層（２２）と、該２つの支持マット（２４）の層（２２）間に挟まれている少なくとも１つの金属箔（２８）の層（２６）とを備えている。

Description

本発明は、ガソリン微粒子捕集フィルタ及びディーゼル微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ）のような微粒子フィルタの形態の一体型排気処理装置又はユニット、並びに燃焼プロセスによって生じた排ガスを処理するための触媒ユニット、例えば触媒コンバータ、ディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）、及びオンロード及びオフロード車両、機関車、及び定置動力用途の圧縮エンジンのための選択式触媒還元脱硝触媒（ＳＣＲ）のような触媒ユニットに関し、更に特定すると、支持体又は取り付けマットが、一体型フィルタ又はハウジング内の構造を支持するための一体型触媒支持構造の外周面の周りに配置されている一体型排気処理ユニットに関する。

関連出願の相互参照 無し

連邦政府委託研究又は開発 無し

マイクロフィッシュ／著作権参照 無し

自動車工学においては、ガソリン微粒子捕集フィルタ若しくはディーゼル微粒子捕集フィルタ、及び／又は１以上の触媒ユニット例えば触媒コンバータ、ディーゼル用酸化触媒ユニット、若しくは選択式触媒還元脱硝触媒ユニットを使用して排気物質を改良する排ガス処理装置を備えることが知られている。このような触媒ユニットにおいては、触媒は、一体型構造物を有しているセラミック基板のような支持基板構造上に設けられるコーティングとして実施されるのが一般的であり、特に、粒子フィルタにおいては、非触媒性とすることができる一体型フィルタ構造を採用することが一般的である。典型的には、このような一体型構造物は、断面が楕円か円であり且つ支持体又は取り付けマットの層によって被覆されることが多い。該支持体又は取り付けマットの層は、一体型構造物とユニットの外側ハウジングとの間に配置されて該一体型構造物をハウジングから一体型構造物へ伝達される衝撃力及び振動力から保護する補助とされる。典型的には、支持体又は取り付けマットは、ガラス繊維、セラミックファイバ、又はロックウールからなるマットのような耐熱性で且つ衝撃吸収型の材料によって作られる。このような構造物は、意図されている目的を達成するように機能するけれども、改良の余地が常に存在する。

本発明の一つの特徴に従って、燃焼プロセスによって生じる排ガスを処理するための一体型排気処理ユニットが提供されている。更に別の特徴に従って、燃焼プロセスのための排ガス処理装置が提供されており、該装置は一体型排ガス処理ユニットを備えている。該一体型排気処理ユニットは、長手軸線と平行に伸長している外面と、該外面の周りを被覆している少なくとも２つの支持マットからなる層と、該少なくとも２つの支持マットの層間に挟まれている少なくとも１つの金属箔からなる層と、を備えている。

一つの特徴として、該一体型排気処理ユニットは更に、支持マットの最も外側の層の周りを被覆している金属箔からなる最も外側の層を備えている。

一つの特徴においては、該一体型排気処理ユニットは更に、触媒坦持部材の周りを被覆している最も外側の層を包囲しているハウジングを備えている。

一つの特徴に従って、該一体型構造物は、長手軸線に中心を合わせられた円形の断面を有している。

一つの特徴として、該一体型構造物は触媒を備えている。

一つの特徴に従って、該一体型構造物はセラミック基板を備えている。

一つの特徴においては、該一体型構造物は多孔質構造を有している。

一つの特徴として、金属箔の少なくとも一部分には穴が開けられている。

一つの特徴に従って、金属箔は、該一体型排気処理ユニットの一端又は両端において支持マットの相互に隣接している端縁を覆うように伸長している端縁シールを形成している。

一つの特徴においては、支持マットの層の全てが、少なくとも１つの金属箔の層によって互いに分離されている。

本発明のこの他の目的、特徴及び利点は、添付の特徴請求の範囲及び図面を含む明細書全体を精査することによって明らかとなるであろう。

図１は、燃焼プロセスのための排ガス処理装置の幾分略図化された図であり、本発明を実施している一体型排気処理ユニットを備えている。 図２は、図１の線２−２に沿った拡大図である。 図３は、図２と類似している図であるが、一体型排気処理ユニットの代替的な実施例を示している。 図４Ａは、図１〜３の一体型排気処理ユニットを組み立てる一つの方法を示している幾分略図化された図である。 図４Ｂは、図１〜３の一体型排気処理ユニットを組み立てる一つの方法を示している幾分略図化された図である。 図５は、線５−５に沿った図であり、図１〜４の一体型排気処理ユニットの一つの構成要素の一部分を示している。 図６Ａは、図１の線６−６に沿った拡大部分図であり、１以上の端縁シールを有している図１の一体型排気処理ユニットの幾つかの可能な構造を示している図である。 図６Ｂは、図１の線６−６に沿った拡大部分図であり、１以上の端縁シールを有している図１の一体型排気処理ユニットの幾つかの可能な構造を示している図である。 図７Ａは、図１の線６−６に沿った拡大部分図であり、１以上の端縁シールを有している図１の一体型排気処理ユニットの幾つかの可能な構造を示している図である。 図７Ｂは、図１の線６−６に沿った拡大部分図であり、１以上の端縁シールを有している図１の一体型排気処理ユニットの幾つかの可能な構造を示している図である。 図８Ａは、図１の線６−６に沿った拡大部分図であり、１以上の端縁シールを有している図１の一体型排気処理ユニットの幾つかの可能な構造を示している図である。 図８Ｂは、図１の線６−６に沿った拡大部分図であり、１以上の端縁シールを有している図１の一体型排気処理ユニットの幾つかの可能な構造を示している図である。 図９は、図１の線６−６に沿った拡大部分図であり、１以上の端縁シールを有している図１の一体型排気処理ユニットの幾つかの可能な構造を示している図である。 図１０は、図１の線６−６に沿った拡大部分図であり、１以上の端縁シールを有している図１の一体型排気処理ユニットの幾つかの可能な構造を示している図である。 図１１は、図１の線６−６に沿った拡大部分図であり、１以上の端縁シールを有している図１の一体型排気処理ユニットの幾つかの可能な構造を示している図である。 図１２Ａは、図１の線６−６に沿った拡大部分図であり、１以上の端縁シールを有している図１の一体型排気処理ユニットの幾つかの可能な構造を示している図である。 図１２Ｂは、図１の線６−６に沿った拡大部分図であり、１以上の端縁シールを有している図１の一体型排気処理ユニットの幾つかの可能な構造を示している図である。 図１２Ｃは、図１の線６−６に沿った拡大部分図であり、１以上の端縁シールを有している図１の一体型排気処理ユニットの幾つかの可能な構造を示している図である。

図１を参照すると、一体型排気処理装置又はユニット１０が示されており、該装置又はユニット１０は、燃焼圧縮エンジン１４のような燃焼プロセスによって生じる排ガス１２を処理するためのものである。一体型排気処理ユニット１０は排ガス処理装置１６の一部分である。排ガス処理装置１６は、該一体型排気処理ユニット１０の上流又は下流又はそれらの両方に他の排ガス処理構成要素１８を備えている。該他の排ガス処理構成要素１８は、適当なタイプ及び構造とすることができ、二三の例として、マフラー、ディーゼル微粒子捕集フィルタ、噴射器、及び排ガス再循環弁のような弁を備えることができる。

図２からわかるように、一体型排気処理ユニット１０は、一体型構造物２０、少なくとも２つの支持マット２４からなる層、２つの支持マット２４の層２２間に挟まれている少なくとも１つの金属箔２８からなる層２６、及び外側ハウジング３０を備えている。図２に示されているように、最外層２２とハウジング３０との間にもまた、１以上の金属箔２８からなる層３２が備えられていることが好ましい。しかしながら、図３の構造によって示されているように、幾つかの用途においては、最外層２２はハウジング３０に直に隣接せしめられることが望ましい。

金属箔２８は、層２２間並びに一体型構造物２０及び排ガス１２からの有効熱伝導率を下げると共に、一体型構造物２０及び排ガス１２からの放射熱移動を少なくすることが好ましい。このことは、排ガス１２及び一体型構造物２０の温度を、適当な温度範囲内好ましくは一体型構造物２０が触媒を備えている場合には所望の触媒反応にとって最適な温度範囲内に維持するのに極めて有益である。幾つかの用途においては、金属箔は、層間の有効熱伝導率及び／又は一体型構造物２０及び排ガス１２からの有効熱伝導率を実質的に下げないことが望ましい。

一体型構造物２０はその多くが公知であるあらゆる適切なタイプの構造とすることができるけれども、図２及び３に示されている好ましい実施例においては、一体型構造物２０は、例えば適切な酸化触媒又は適切な選択式触媒還元脱硝触媒のようなユニット１０の意図されている機能に適する触媒コーティングを担持する多孔質セラミックの一体型構造物である。

一体型構造物２０は、図１において最も良くわかるように、長手軸線３４と平行に伸長している外面３２を有しており、長手軸線３４は、典型的には、ユニット１０内を通る排気１２の流動方向と一致しているのが好ましい。例えば、卵形、楕円、三角形、矩形、六角形を含む適当な断面を使用することができるけれども、図２及び３に示されている好ましい実施例は円形断面を有しており、該円形断面は、軸線３４に中心合わせされていて一体型構造物２０と外面３２とのための円筒形状を規定している。

支持マット２４の層２２の各々は、例えば、ガラス繊維マット、ロックウールマット、例えば耐火性セラミックファイバ、ムライトセラミックファイバ、若しくはその他の高アルミナセラミックファイバのようなセラミックファイバマットを含むあらゆる適当な材料によって作ることができ、これらの材料の多くは公知である。幾つかの用途においては、各層２２は、同じ材料によって作られるのが望ましいけれども、他の用途においては、１以上の層２２を、他のどの層２２のマット材料とも異なるマット材料によって作られるのが望ましい。各層２２の支持マット２４は、２つの相互に当接せしめられた周端３６間に延びている周方向長さを有しているのが好ましく、周端３６は、図２に示されているように直角にしたり又は図３に示されているように傾斜を付けたりすることができる。しかしながら、幾つかの用途においては、各層２２は周方向に連続しているスリーブとして形成されることが望ましい。更に幾つかの用途においては、支持マットは、一体型構造物２０の周りに巻き付けられた螺旋の連続長さとし、金属箔もまた支持マット２４の螺旋状の巻きによって形成された層２２の各々の間で一体型構造物２０の周りに巻き付けられた螺旋の連続長さであるのが望ましい。

金属箔２８からなる各層２６及び３２は、例えばステンレス鋼の箔又はアルミニウム箔のようなあらゆる適切な金属材料によって作ることができる。ユニット１０が１以上の層２６，３２を含んでいる場合には、幾つかの用途においては、層２６，３２の各々は同じ金属箔材料によって作られるのが望ましく、一方、他の用途においては、層２６，３２のうちの少なくとも一つが他の層２６，３２のいずれの金属箔材料とも異なる金属箔材料によって作られるのが望ましい。各層２６，３２の金属箔２８は、互いに当接せしめられている端部３８間に延びている周方向長さを有しており、端部３８は図２に示されているように直角とするか或いは図３に示されているように傾斜を付けられるのが好ましい。更に、端部３８同士は、各々の特定の用途の条件及びパラメータに応じて、図３に示され且つ図２の最も内側の２つの層２２及び２６に関して示されているように隣接している層２２，２６，３２の端部３６と周方向において整合させるか、又は図２の最も外側の層２２，３２に関して示されているように互いに隣接している層２２，２６，３２の端部３６同士をずらすことができる。層２２の場合と同様に、幾つかの用途においては、層２６の各々は周方向において連続しているスリーブとして形成されることが望ましい。更に、幾つかの用途においては、金増箔２８は、マット２４及び箔２８を一体型構造物２０の周りを被覆させる前に支持マット２４上に積層されるのが望ましい。

図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、一体型排気処理ユニット１０を組み立てる一つの方法は、支持マット２４を矢印Ｂによって示されているように適当なスピードで供給しながら、一体型構造物２０を矢印Ａによって示されているように軸線３４を中心に回転させることによって一体型構造物２０の周りに支持マット２４の第一の層２２を被覆し、次いで、再び矢印Ａ及びＢによって示されているように、一体型構造物２０及び第一の層２２を一緒に軸線３４を中心に回転させ且つ箔２８及びマット２４を適当なスピードで供給しながら、金属箔２８の層２６を支持マット２４からなる第二の層２２と一緒に被覆することからなる。別の方法として、層２２と２４との各々は、個々の層として一体型構造物２０の周りに連続的に被覆させるか、又は一体型構造物２０の周りに同時に被覆される単一のサンドイッチされた構造として供給することができる。

図５を参照すると、層２６又は３２のうちの一つのための金属箔２８の部分４０が選択的な構造を図示するために示されている。該選択的な構造においては、金属箔２８と隣接している層２２，２６又は３２との間の摩擦を増すために、部分４０に穴の列４２が設けられている。この点に関して、穴４２は箔２８を突き破って穴４２の外周に持ち上がった端縁４４を形成するようにして形成するのが好ましい。幾つかの用途においては、持ち上がった端縁の全てが箔２８の一方の側部に配置されるのが好ましくは、他の用途においては、穴４２のうちの幾つかについては持ち上がった端縁４４が箔２８の一方の側部にあり、穴４２のうちのその他のものが箔２８の反対側の側部にあるのが望ましい。箔２８に襞を付けるか、箔２８をバーリングするか、箔２８を打ち抜くか、箔２８を凹ませるか、又は箔２８上に他のタイプの粗面処理を施すことによって、摩擦を増大させることも可能である。部分４０は、各適用パラメータに応じて、箔２８の制限された周方向長さに亘って延在させるか、又は箔２８の周方向長さに全体に亘って延在させることができる。このような摩擦の増大は、幾つかの用途においては、層２６又は３２の全て又はいずれかにとっては望ましくないかも知れないことは理解されるべきである。

図６Ａ及び６Ｂを参照すると別の選択的な方法が示されている。この方法においては、各層２６の金属箔２８が隣接の支持マット２４の各長手方向端縁４６を越えて長手方向に伸長して隣接の支持マット２４の端縁４６を覆う端縁シール４８を形成して支持マット２４内への排ガス１２の貫入を制限している。図６Ａにおいては、各層２６の外側端縁は径方向内方へ折り曲げられて端縁シール４８が形成されており、一方、図６Ｂにおいては、各層２６の端縁は径方向上方へ折り曲げられて端縁シール４８が形成されている。図７Ａ及び７Ｂは、図６Ａ及び６Ｂと類似しているが、層２６の各々の折り曲げられた端縁同士を当接させることによって端縁シール４８のための付加的な構造を提供するために、付加的な折り曲げストリップ５０が付加されている。図８Ａ及び８Ｂには別の選択的方法が示されている。この方法においては、最も内側の層２６か最も外側の層２６の金属箔２８が、径方向内方又は径方向外方ヘ折り曲げられるのに十分な長さまで伸長せしめられていて支持マット２４の層２２の両方を覆うように伸長している端縁シール４８が形成されている。図９は、図７Ａ及び７Ｂに示されているストリップ５０と関連させた図８Ａ及び８Ｂの概念を示している。図１０には、端縁シール４８に支持マット２４の単一の層２２及び金属箔２８の単一の層２６が設けられている実施例が示されており、図１１には、層２８が利用されておらず端縁箔５２と組み合わせられているストリップ５０のうちの２つが使用されて端縁シール４８が形成されている実施例が示されている。幾つかの用途においては、上記の実施例のいずれかのために複数の端縁シール又は単一の端縁シール４８が支持マット２４の一端にのみ設けられ、このような構造の幾つかの例が図１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃに示されている。

１以上の層２６，３２を設けることによってユニット１０内での及びユニット１０からの比較的良好な熱絶縁が提供されることによって、一体型排気処理ユニット１０の性能を従来の一体型排気処理ユニットより高めることができることが理解されるべきである。

１０ 一体型排気処理装置又はユニット
１２ 排ガス
１４ 燃焼圧縮エンジン
１６ 排ガス処理装置
１８ 他の排ガス処理構成要素
２０ 一体型構造物
２２ 支持マットの層
２４ 支持マット
２６ 金属箔からなる層
２８ 金属箔
３０ 外側ハウジング
３２ 層、外面
３４ 長手軸線
３６ 周端
４０ 金属箔２８の部分
４２ 穴の列
４４ 持ち上がった端縁
４６ 支持マットの端縁
４８ 端縁シール
５０ 付加的な折り曲げストリップ
５２ 端縁箔

Claims (17)

1. 燃焼プロセスからの排ガスを処理するための一体型排気処理ユニットであり、
   長手軸線と平行に伸長している外面を有している一体型構造物と、
   前記外面の周りに被覆されている少なくとも２つの支持マットからなる層と、
   該少なくとも２つの支持マットからなる層間に挟まれている金属箔からなる少なくとも１つの層と、を備えていることを特徴とするユニット。
2. 支持マットからなる最も外側の層の周りに被覆されている金属箔からなる最も外側の層を更に含んでいる、ことを特徴とする請求項１に記載の一体型排気処理ユニット。
3. 前記一体型構造物の周りに被覆されている最も外側の層を包囲しているハウジングを更に備えている、ことを特徴とする請求項１に記載の一体型排気処理ユニット。
4. 前記一体型構造物が、前記長手軸線に中心を合わせられている円形断面を有している、ことを特徴とする請求項１に記載の一体型排気処理ユニット。
5. 前記一体型構造物が触媒を備えている、ことを特徴とする請求項１に記載の一体型排気処理ユニット。
6. 前記一体型構造物がセラミック基板を含んでいる、ことを特徴とする請求項１に記載の一体型排気処理ユニット。
7. 前記一体型構造物が多孔質フィルタ構造からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の一体型排気処理ユニット。
8. 前記金属箔の少なくとも一部分に穴が開けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の一体型排気処理ユニット。
9. 前記金属箔が、該一体型排気処理ユニットの両端に設けられている支持マットの互いに隣接している端縁を覆うよう延びている端縁シールを形成している、ことを特徴とする請求項１に記載の一体型排気処理ユニット。
10. 前記支持マットからなる層の全てが金属箔からなる少なくとも１つの層によって互いに分離されている、ことを特徴とする請求項１に記載の一体型排気処理ユニット。
11. 排ガスを処理するための一体型排気処理ユニットを備えている燃焼プロセスのための排気ガス処理装置であり、
    長手軸線と平行に伸長している外面を有している一体型構造物と、
    前記外面の周りに被覆されている支持マットからなる少なくとも２つの層と、
    前記支持マットからなる少なくとも２つの層間に被覆されている金属箔からなる少なくとも１つの層と、を備えていることを特徴とする排気ガス処理装置。
12. 前記一体型排気処理ユニットが、支持マットからなる最も外側の層の周りに被覆されている最も外側の金属箔からなる層を更に備えている、ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 前記一体型排気処理ユニットが、前記一体型構造物の周りに被覆されている最も外側の層を包囲しているハウジングを更に備えている、ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
14. 前記の複数の層が、前記支持マットと金属箔との螺旋状の巻き付けによって形成されている、ことを特徴とする請求項１１の装置。
15. 前記金属箔の少なくとも一部分に穴が開けられている、ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
16. 前記金属箔が、前記一体型排気処理ユニットの両端において前記支持マットの互いに隣接している端縁を覆うように延びている端縁シールを形成している、ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
17. 前記支持マットからなる層の全てが、金属箔からなる少なくとも１つの層によって互いに分離されている、ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。