JP2021008882A - 排気システムの部品 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼機関のための排気システム部品において、開口に関連する有孔カバーの熱膨張が発生した場合においても障害が生じないような排気システムの部品を提供する。【解決手段】燃焼機関のための排気システムの部品に関し、少なくとも１つの開口１０が設けられた壁、開口に関連する有孔カバー１２、有孔カバーを部品の壁に取り付けるために設けられた支持物、及びカバーが部品の壁と平行に移動できるように、支持物とカバーとの間に設けられた隙間を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、少なくとも１つの開口が設けられた壁と、開口に関連する有孔カバーとを含む、燃焼機関のための排気システムの部品に関する。

部品は、例えば、触媒基板又は粒子フィルタが内部に配置される排ガスダクトの管又は筐体である。又は、部品はマフラーである。燃焼機関は、特に、オットー原理又はディーゼル原理に従った自動車の運転のためのエンジンである。

そのような部品についての例は、独国特許出願公開第１０２０１２０１４６２０号明細書及び国際公開第２０１４／１２６５４８号の中で見つけることができる。有孔カバーで覆われている部品の壁の開口は、排ガスが部品内を流れるときの音の減衰に役立つ。開口のガス流動率（低いけれども）に起因して定常波によって部品内に生成される共鳴は少ない。さらに、排ガス流の乱流の流れは弱められて、層流の流れに変換される。これにより、周波数スペクトル内の高周波の割合が低減される。

有孔カバーは、多数の小さな開口を含む金属シートである。穿孔の程度は、カバーの全表面の１％〜最大１０％程度、特に１％〜３％の範囲である。各細孔の面積の大きさは、０．０２〜２ｍｍ^２の範囲であり、好ましくは０．０４〜１ｍｍ^２の範囲である。

独国特許出願公開第１０２０１２０１４６２０号明細書 国際公開第２０１４／１２６５４８号

有孔カバーは、通常、排ガスダクト部品の壁に溶接されている。よって、所望の長寿命の確実な締め具が得られる。しかし、熱膨張が発生すると、有孔カバーに高負荷が作用する場合があることが明らかになった。

熱膨張係数の差が大きくなると、有孔カバーの負荷の影響がより重大になる。異なる熱膨張の一例として、一方で排ガスダクト部品のために使用されうるフェライト合金鋼と、他方で有孔カバーのために使用されるオーステナイト合金鋼がある。

本発明の目的は、部品及び／又はカバーの熱膨張が発生した場合においても障害が生じないような既知の部品を開発することである。

この目的を達成するために、本発明では支持物が提供される。その支持物によって、有孔カバーが部品の壁に取り付けられる。カバーが部品の壁と平行に移動できるように、支持物とカバーの間には隙間が設けられる。本発明は、有孔カバーを部品に取り付けるための基本的なアイデアに基づいていて、熱による膨張とそれによって支持物と部品の壁に対して生じる変位を許容できるようにする。有孔カバーは、ここではある種の押込ばめを使用して、部品に取り付けられる。

好ましくは、支持物は、壁に取り付けられて、カバーの外縁を囲むフレームである。このようにして、有孔カバーは、全方向において確実に部品に取り付けられる。

任意の方向における有孔カバーの最大可能変位を確実に制限するために、隙間は、好ましくは、カバーの端面と、その端面の反対側に離れて配置された支持物の停止面との間に形成される。カバーの一面にだけ隙間があれば十分であったとしても、理想的には、カバーのあらゆる方向の膨張を許容するために、あらゆる方向に隙間がある。

本発明の一態様によれば、支持物は、壁に取り付けられるマウント部と、カバーのための保持部と、を含む。保持部は、壁に対して垂直方向に見られる、マウント部に対するオフセットである。停止面は、マウント部から保持部への遷移部分にある段により形成されている。この態様によれば、カバーは、壁と、壁の方に曲がっているマウント部の表面との間に固定される。それ故、支持物は、一層方法で実現されうる。

好ましくは、支持物はプレス加工された板金部品である。支持物は、手間をかけずに高い費用効率の方法で、製造可能である。

マウント部は、排ガスダクト部品の壁に溶接されうる。この目的のためには、数箇所のスポット溶接で十分である。マウント部は、周囲の溶接シームにより、壁に接続されても良い。好ましくは、この溶接シームは、支持物の外縁に沿って、伸びる。

好ましくは、カバーは、プレストレス方法により、マウント部と壁との間に保持される。一方、プレストレスは、対向する停止面の間の、カバーの制御できない往復運動を所定の隙間の範囲内で防ぐ。この往復運動は、カバーと壁又は支持物の間で生じる相対的変位によって、早期の摩耗を引き起こす可能性があるからである。他方、有孔カバーは、プレストレスにより、部品と支持物に対して、確実に振動できなくされる。この振動は、好ましくない騒音を引き起こすからである。

有孔カバーの初期状態では、すなわち、有孔カバーが部品の壁と支持物の間にまだ固定されていないときは、有孔カバーの形状は壁の形状と異なるため、プレストレスが得られる。簡単な事例では、カバーの平面に孔が開けられて、管の壁の開口を塞ぐために、そのカバーが提供される。また、有孔カバーの周辺領域のみが塑性的に変形されて、例えばビードが設けられることにより、又は有孔カバーの周辺領域が折り曲げられることによって、プレストレスが得られる。

代替開発では、支持物の少なくとも一部が二層方法によって構成される。この態様において、有孔カバーは完全に支持物内で受け止められて、予め取り付けられるアセンブリが得られる。それから、そのアセンブリは部品に取り付けるのに適合される。

好ましくは、支持部の２つの脚の間の湾曲部分の内面によって停止面が形成されるように、支持物の断面は断面図で見られるようにＵ字形であり、カバーが２つの脚の間で受け止められる。このような湾曲部分は、低い製造費用で、確実に製造されうる。これは、特に、支持物が湾曲した板金部品である場合に適用される。

好ましくは、２つの脚は、互いに対して且つ２つの脚の間に配置されたカバーに対して、弾性的にプレストレスを加えられる。これにより、有孔カバーと支持物との間の好ましくない相対運動に起因した振動の騒音は、確実に回避される。

本発明の一構成によれば、支持物は、２つの脚の間の湾曲部分で、壁に溶接されている。この領域へのアクセスは非常に良いため、そこに溶接シームが配置される。溶接シームは、一部のみに提供されても良いし、又は完全に囲っても良い。

本発明の一態様によれば、カバーは、ある位置で、支持物にしっかりと固定されている。例えば、これは、スポット溶接点により、実現できる。支持物に対するカバーの点のような（punctual）締め具は、ある種の固定軸受部として機能し、そこから有孔カバーは膨張及び収縮する。

本発明の一構成によれば、支持物の壁厚は１ｍｍ未満であり、特に０．８ｍｍ程度である。このような薄いものが有孔カバーを支持することによって、有孔カバーを確実に固定できることが明らかになった。

カバーの壁厚は、０．３ｍｍ程度であっても良い。このような薄い箔に十分な機械的抵抗があることは既に証明されている。薄い壁厚は穿孔の配置をさらに容易にする。

一構成によれば、壁とカバーは、熱膨張が異なる材料で作られている。壁は、フェライト合金鋼で作ることができる。カバーは、高温ガス腐食と低温凝縮物腐食に対して耐性がある合金、特に、フェライト合金又はオーステナイト合金鋼で作ることができる。これにより、カバーについて高い耐腐食性が得られる一方で、低い製造コストで排ガスダクト部品を得られる。

好ましくは、支持物はフェライト合金鋼で作られている。これにより、製造コストを低くできる。

以下、本発明について、２つの実施形態を参照して説明する。２つの実施形態は、添付の図面に示されている。

２つの排ガスダクト部品を備えた排気システムの概略的な一部である。 部品に取り付けられたカバーを含む部品の断面図である。 図２の部品の分解斜視図である。 図２の部品の上面斜視図である。 部品に取り付けられる前のカバーを備えた支持物の拡大図である。 図５のアセンブリの分解図である。 図２の部品の断面斜視図である。 図７の詳細図である。 第２の実施形態の排ガスダクト部品の断面図である。 図９の一部の拡大図である。 第２の実施形態で使用される支持物のための板金ブランクを概略的に示す図である。

図１は、排気システムの種々の部品を示している。第１の排気管１、筐体２，及び第２の排気管３がここに含まれている。

排気管１，３は、燃焼機関の排ガスを周辺に導くのに役立つ。排ガスを扱う部品、例えば、触媒基板又は粒子フィルタが筐体２内に配置される。筐体２は、マフラーの筐体でもある。

部品１，２，３が、燃焼機関の排気弁から一定の距離に配置されて、排ガスの温度が既にわずかに低下している限り、フェライト合金鋼が部品１，２，３のための材料として使用されうる。

図示されている例示的な実施形態において、部品２，３は、開口１０を備える。開口１０は、例えば、円形、長方形、多角形、又は楕円形であって、その表面積は数平方センチメートルである。支持物によって部品に固定されるカバーは、開口１０に関連している。これについて、詳細を以下で説明する。

図２〜図８は、第１の実施形態を示している。この実施形態において、有孔カバー１２が使用され、一般的に言えば、支持物１４により部品３の壁に固定されている。

第１の実施形態の例示的な態様は、排ガスダクト管の開口１０を塞ぐカバー１２に関する。しかし、開口１０は、排気システムの別の場所に提供されてもいいことは理解されるべきである。開口１０は、図１に示すように、部品２の筐体の膜表面に設けられても良いし、又は部品２の端壁の一つに設けられても良い。

有孔カバー１２は、例えば０．３ｍｍの壁厚の金属箔又は金属シートで作られる。複数の小さな穿孔がカバー１２に設けられる。穿孔の部分は、カバーの全領域の、１〜１０％、好ましくは１〜３％の範囲内である。

穿孔の形状は、円形、長方形又は別の形状であっても良い。穿孔は、その開口領域が円形に変形されて、直径が１ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の開口になる。

開口の直径がこれらの値よりも小さい場合は、マイクロ孔のあるカバーとも呼ばれる。

高温ガス腐食と低温凝縮物腐食に対して耐性がある合金、例えばインコネルが、カバー１２の材料として使用される。好ましくは、オーステナイト合金鋼又は適当なフェライト合金が使用されうる。

カバーの壁厚は、１ｍｍより小さく、特に０．５ｍｍ程度である。

これらの値は、初期の金属シートについて適用される。カバーを製造するために使用されうる切断又は再形成の製造方法に関し、とげが発生する可能性があるため、表面の点の間の距離が測定される限り、カバーは、場合により、処理後に厚みが増してもいい。

支持物１４は、フレームのように構成され、板金で作られる。好ましくは、フェライト合金鋼が材料として使用される。好ましくは、熱膨張挙動が同じ合金鋼が、部品として、又は部品が接続される部品の壁として使用される。

支持物１４は、部品３の壁に適合可能な周辺マウント部１６を備える。保持部１８が、周辺マウント部１６の内側に設けられる。保持部１８は、支持物１４の内縁を形成し、開口１０よりわずかに大きい凹部を画定する。

特に、図８で見られるように、保持部１８は、マウント部１６に対して垂直方向且つ部品３の壁に対しても垂直方向の、マウント部１６に対するオフセットである。オフセットは、少なくとも有孔カバー１２の厚さに対応する。オフセットは、好ましくは、わずかにより大きい（特に、図２を参照）。

保持部１８とマウント部１６との間のオフセットは、支持物の平らな板金ブランクが適当にプレス加工されることにより、得られる。

保持部１８は、カバー１２のための収容部を画定し、カバー１２はこの収容部内に配置されうる（特に、図３，図５，図６を参照）。カバー１２の寸法は、カバーが収容部よりもわずかに小さくなるように、選択される。言い換えると、カバー１２の端面と、保持部１８とマウント部１６との間の遷移部分に形成される段２０との間に、小さな隙間がある。この隙間は、０．２ｍｍ〜４ｍｍの範囲内である。

支持物１４が部品３に取り付けられるとき、有孔カバー１２は、隙間により、部品３の壁と平行に保持部１８の下をさまようことができる。より具体的には、カバー１２のための支持物上の停止面として機能する段２０で終わりになるまでさまよう。

支持物１４は、そのマウント部１６によって、部品３の壁にしっかりと固定される。図示されている例示的な態様では、マウント部１６は、数箇所のスポット溶接点２２で、溶接されている（図４参照）。マウント部１６の周辺で外側に伸びる溶接シーム２４を使用することも可能である（図２参照）。

支持物１４は、予め湾曲した状態で部品３に取り付けられうる（図３参照）。又は、これに代えて、支持部１４は平らな状態で部品３上に配置されて（図５参照）、それから、部品３の外形に追従するように部品３に押し付けられても良い。それから、支持物１４は部品３に溶接される。

図８に示すように、固定点２６で、カバー１２が保持部１８に取り付けられる。スポット溶接点はここに含まれる。固定点２６は、この場所で、支持物１４に対する有孔カバー２４の位置を決定する。温度変化が生じるとき、カバー１２はこの場所から膨張又は収縮を開始する。さらに、予め取り付けられるアセンブリは、この方法で形成される。

カバー１２は、弾性的な弾力方法で、部品３の壁の外面と部品３に向き合った保持部１８の面との間で、受け止められる。この目的のために、カバーは予め湾曲されていても良いし、ビードがカバーの外縁に沿ってプレス加工されても良い。代替の方法では、図２に示されるように、カバー１２がその外縁の範囲内において二層方法で構成されるように、カバー１２の外縁２８が折り畳まれても良い。折り畳まれた端部の戻る力により、所望の弾力性のあるプレストレスがここに発生する。

一方、ばねのプレストレスは非常に大きいため、部品３と支持物１４に対するカバー１２の動きが原因となる望まれない振動の騒音を防ぐことができる。他方、ばねの力は非常に小さいため、カバー１２に作用する機械的負荷が過度に高くなることなく、部品３と支持物１４に対するカバー１２の温度に関連した相対的な動きは許容される。

図９〜図１１は第２の実施形態を示している。同一の参照符号は、第１の実施形態で知られる部品について使用されたものであり、この点については上述の説明が参照される。

第１の実施形態と第２の実施形態との差異は、第２の実施形態においては、支持物１４が二層方法で実現されていることである。支持物１４の外縁に垂直な断面で見られるように、支持物１４の断面はＵ字形であり（図１０参照）、カバー１２が２つの脚１４Ａ，１４Ｂの２つの対向する内面の間に配置される。ここの２つの脚１４Ａ，１４Ｂの間の湾曲部分の内側が停止面２０として機能する。

支持物１４は、図４に示されているように板金ブランク１４’で作られても良い。

第１の実施形態と同じ方法により、第２の実施形態のカバー１２は、支持物１４の内側に形成された収容部よりもわずかに小さく、隙間がカバー１２の前面と停止面２０との間にある。

第２の実施形態において、弾性プレストレスがカバー１２と支持物１４の間で作用する。ここで、支持物１４は、支持物１４の２つの脚１４Ａ，１４Ｂが、ばねのクランプのように、その間にあるカバー１２を受け止めるようにして、生成される。さらに、又は代替の方法により、カバー１２の外縁が、第１の実施形態で知られるように、折り畳まれる。

支持物１４は、カバー１２と共に、部品３に予め取り付けられるアセンブリを形成する。この目的のために、２つの脚１４Ａ，１４Ｂの間の湾曲部分の範囲内で支持物１４を部品３の壁に接続するのに、溶接シーム２４が使用される。溶接シーム２４は、周りを囲むように又は一部だけに設けられる。

代替の方法では、例えば数箇所のスポット溶接２２により、支持物１４の板金ブランク１４’を部品３に最初に溶接し、それからその上にカバー１２を置いて、支持物１４が二層になるように外側のタブを折り畳むことができる。

第２の実施形態においては、固定点における、特にスポット溶接点を使用した支持物１４に対するカバー１２の締め具も提供されうる。

Claims (18)

1. 燃焼機関のための排気システムの部品（１，２，３）であって、
   少なくとも１つの開口（１０）が設けられた壁、
   前記開口（１０）に関連する有孔カバー（１２）、
   前記有孔カバー（１２）を前記部品（１，２，３）の壁に取り付けるために設けられた支持物（１４）、及び
   前記カバー（１２）が前記部品（１，２，３）の壁と平行に移動できるように、前記支持物（１４）と前記カバー（１２）との間に設けられた隙間、
   を含む、部品（１，２，３）。
2. 前記支持物（１４）は、前記壁に取り付けられて、前記カバー（１２）の外縁を囲むフレームである、請求項１に記載の部品。
3. 前記隙間は、前記カバー（１２）の端面と、前記端面の反対側に離れて配置された前記支持物（１４）の停止面（２０）との間に形成される、請求項１又は請求項２に記載の部品。
4. 前記支持物（１４）は、
   前記壁に取り付けられるマウント部（１６）と、
   前記壁と垂直方向の、前記マウント部（１６）に対するオフセットである、前記カバー（１２）のための保持部（１８）と、
   を含み、
   前記停止面（２０）は、前記マウント部（１６）から前記保持部（１８）への遷移部分にある段（２０）により形成される、請求項３に記載の部品。
5. 前記支持物（１４）はプレス加工された板金部品である、請求項４に記載の部品。
6. 前記マウント部（１６）は前記壁に溶接されている、請求項４又は請求項５に記載の部品。
7. 前記カバー（１２）は、プレストレス方法により、前記マウント部（１６）と前記壁との間で保持される、請求項４から請求項６のいずれかに記載の部品。
8. 前記支持物（１４）の少なくとも一部は、二層方法で構成される、請求項１から請求項３のいずれかに記載の部品。
9. 前記支持物（１４）の断面はＵ字形であり、
   前記カバー（１２）が前記支持物の２つの脚（１４Ａ，１４Ｂ）の間で受け止められて、前記停止面（２０）が前記２つの脚（１４Ａ，１４Ｂ）の間の湾曲部分の内面によって形成される、請求項８に記載の部品。
10. 前記２つの脚（１４Ａ，１４Ｂ）は、互いに対して且つ前記２つの脚（１４Ａ，１４Ｂ）の間に配置された前記カバー（１２）に対して、弾性的にプレストレスを加えられる、請求項９に記載の部品。
11. 前記支持物（１４）は湾曲した板金部品である、請求項８から請求項１０のいずれかに記載の部品。
12. 前記支持物（１４）は、前記２つの脚（１４Ａ，１４Ｂ）の間の湾曲した部分で、前記壁に溶接されている。請求項８から請求項１１のいずれかに記載の部品。
13. 前記カバー（１２）は、ある位置（２８）で、前記支持物（１４）にしっかりと固定されている、請求項１から請求項１２のいずれかに記載の部品。
14. 前記支持物（１４）の壁厚は１．２ｍｍ未満であり、特に０．８ｍｍ程度である、請求項１から請求項１３のいずれかに記載の部品。
15. 前記カバー（１２）の壁厚はほぼ１．０ｍｍ未満であり、特にほぼ０．５ｍｍ未満であるである、請求項１から請求項１４のいずれかに記載の部品。
16. 前記壁と前記カバーは、熱膨張が異なる材料で作られている、請求項１から請求項１５のいずれかに記載の部品。
17. 前記壁はフェライト合金鋼で作られていて、
    前記カバー（１２）は、高温ガス腐食と低温凝縮物腐食に対して耐性がある合金、特に、オーステナイト合金鋼又はフェライト合金で作られている、請求項１６に記載の部品。
18. 前記支持物（１４）はフェライト合金鋼で作られている、請求項１６又は請求項１７に記載の部品。

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