JP3836136B2 - 特に自動車の排気用触媒反応装置のための二重壁のハウジング - Google Patents

Description

この発明は、特に、中を排気ガスが流れることが可能な金属の触媒担体を含む自動車の排気用触媒反応装置のための、二重壁のハウジングに関する。
多くの形の触媒担体が公知である。金属の触媒担体の一例を欧州特許公開公報ＥＰ−Ａ ０ ２４５ ７３７号から知ることができる。この触媒本体は、たとえば、メタルシートから構築が可能であり、または、粉末冶金によって製造され得る。
このような触媒担体はハウジング内に配置される。そのような本体内では、変化する熱応力により機械的歪が生じるため、いかにしてそのような歪を適切に整形することによりまたは特に外装を具現化することにより減じられ得るかについての提案が既になされてきている。
欧州特許公開公報ＥＰ−Ｂ ０ ４３５ ９５６号は、特に自動車のための、排気用触媒反応装置のための二重壁のハウジングを開示する。このハニカム状の触媒担体は、外側のジャケットチューブ内に配置される内側のジャケットチューブによって支持される。内側のジャケットチューブは、外側のジャケットチューブ内に、長さ方向に伸長可能なように配置される。長さ方向に自由に伸長が可能なのは、スライドする嵌め合いによる。
ドイツ実用新案ＤＥ−Ｕ ７４ ０１ ００２号は、触媒担体本体のための、内側のジャケットおよび外側のジャケットを有するハウジングを開示する。このハウジングはセラミックの触媒担体を収納する。内側のジャケットと触媒担体との間には、圧縮可能な多孔性の振動減衰層が配置される。ますます厳しくなる環境法に応ずるためには、排気ガス用触媒反応装置のコールドスタート特性および再スタート特性がますます重要になってきている。ハウジングの断熱特性はこれらの特性に関して重要な役割を果たすため、現状の製造の経済性を維持しながらそれらを改良することが求められる。
したがってこの発明の目的は、容易にかつ経済的に製造が可能で、強い安定性および好ましい断熱特性を有する、特に触媒反応装置のための外装としての、二重壁のハウジングを作製することである。このハウジングはまた、特にその断熱特性の観点から、排気システムの他の部分、たとえば円錐形の部分にも好適でなくてはならない。
この目的は、請求項１の特性を有する二重壁のハウジングによって、かつ請求項１７に規定されたその製造のための方法によって達成される。有利な特徴は種々の従属項に記載されており、添付の図面に示される実施例に関連して、より詳細に記載される。
特に自動車の排気ガス触媒反応装置のための二重壁のハウジングは、内側のジャケットおよび、内側のジャケットをそれから間隔をあけられてほぼ同心円状に囲む外側のジャケットを有する。ここで内側のジャケットおよび外側のジャケットは面の両端で互いに密着している。内側のジャケットは、少なくとも両端部領域で、外側のジャケットの締付けによる圧縮歪下に保たれ、外側のジャケットには、内側のジャケットに向かうエンボス加工された特徴が備えられる。このエンボス加工された特徴は好ましくはハウジングの長さおよび円周にわたってほぼ均一に配され、均一な機械的安定性を得られるようにする。
ジャケットはメタルシートを含み得るが、その合計の壁の厚さは以前より知られている単一のハウジングの壁の厚さより薄い。ハウジングに十分に強い安定性を与えるために、内側のジャケットに向かう、エンボス加工された特徴が外側のジャケットに備えられ、これらは好ましくは外側のジャケット上に相称的に形成される。これらのエンボス加工された特徴は好ましくは、それらがハウジングに半径方向および接線方向のどちらにも強い安定性を与えるように具現化される。この手段により、かつ２つのジャケット間に形成された断熱作用のある間隙により、内側のジャケットチューブは触媒担体とともに、より速く加熱が可能で、また全体が、外側のジャケットがない場合よりもより高い温度に達することが可能となる。この特性により、触媒担体の内部における熱応力が減じられる。さらに、内側のジャケットはいかなる外部の影響にもさらされないため、より広い範囲から材料を選択することが可能となる。ハウジングのこれらの特性により、内側のジャケットの壁の厚さもまた減じることが可能となる。
ハウジングの断熱特性は、外側のジャケットのエンボス加工された特徴のいくつかを内側のジャケットに接触させることにより、または、２つのジャケット上にまたはジャケット間に付加的な断熱層またはコーティングを設けることにより、意図的に調整され得る。２つのジャケット間の空隙によって最もよく減じられる熱伝導に加えて、セラミックの中間層によって最もよく防げる熱対流もある役割を果たす。しかし、より高温において重要な別の要因は熱放射である。これは、好適なコーティングによって減じられるかまたは反射され得る。この発明に従ったハウジングは、特に触媒反応装置内で、これらの特性をそれらに課された要求に意図的に適合させることを可能とする。結果として、そのような触媒反応装置のコールドスタート特性および再スタート特性が改善され得る。
この発明に従って、外側のチューブは円筒または円錐に整形された、好ましくは巻かれたメタルシートを含み、境を接する縁部は接合技術によって互いに接合される。「円筒に巻かれた」という表現は、円形の断面を有する形状以外も意味すると理解されたい。したがってたとえば長円形または楕円形を含み得る。
さらなる有利な概念で、内側のジャケットはジャケットの全長にわたって延びる分割線を有する、円筒に巻かれたメタルシートを含む。この特徴は製造を単純化する利点を有する。なぜなら、内側のジャケットはその円周の方向では閉じておらず、したがって、必要とされるシームが１本少なくなるためである。
この発明に従って二重壁のハウジングを製造するための方法は、以下のステップを含む：
− 内側のジャケットは、メタルシートを円筒形または円錐形に変形、好ましくは巻くことによって形成され、ここで分割線は維持される、
− 外側のジャケットは、メタルシートを円筒形または円錐形に変形、好ましくは巻き、かつ互いに突き合わせられる縁部を接合技術で接続することによって形成される、
− 内側のジャケットは外側のジャケット内に配置される、
− 外側のジャケットは面の両端でその全体の円周にわたって内に向かって塑性変形され、それにより内側のジャケットは圧縮歪下に保たれる。外側のジャケットには予めまたは同時に、内側のジャケットの方に向かうエンボス加工された特徴が備えられる。外側のジャケットの変形に先立って、内側のジャケットと外側のジャケットとの間に断熱層が配置され得る。
内側のジャケットの外側に内側のジャケットチューブが備えられてもよく、および／または外側のジャケットの内側に外側のジャケットチューブが備えられてもよい。それらのチューブはたとえば酸化膜でコーティングされ、これは放熱特性に影響する。続く設置作業において、内側のジャケットチューブおよび外側のジャケットチューブの面の端部が、隣接する部品への接合の前またはその間に、互いに溶接され得る。
この発明のさらなる利点および特徴がここで、好ましい実施例、すなわち排気ガス用触媒反応装置に関して記載される。
図１は、この発明に従った二重壁のハウジングを有する排気ガス用触媒反応装置を長さ方向の断面図で示す。
図２ａ〜２ｄは、そのようなハウジングの製造過程を概略的に示す。
図１は、触媒担体３を含む排気ガス用触媒反応装置に関するこの発明の原理を示す。触媒担体３は、メタルシート等で作られるハニカム状の本体であって、内側のジャケット１によって封入される。内側のジャケット１の両端部は、金属の触媒担体３から突き出している。内側のジャケット１は外側のジャケット２によって同心円状に取り囲まれる。外側のジャケット２は内側のジャケット１と等しい長さを有する。外側のジャケット２の外側の端部領域４、５は、内側のジャケット１に向かって変形されて、内側のジャケット１上に位置し、内側のジャケットを圧縮歪下におく。図１から理解されるように、ジャケット１、２はその後の設置される状態において、互いに接合されかつ排気システムの排気管９に接合される。これらの接続は溶接によって行なわれる。図１の右側における、さらなる排気管との対応する接続は図示されていない。
内側のジャケット１と外側のジャケット２との間には、環状の間隙１０が形成され、これはとりわけ断熱の役割を果たす。外側のジャケットチューブにはエンボス加工された特徴が備えられるが、この特徴は好ましくはそのまわり全体に形成されて、ハウジングの長さにわたって均一に配分される。エンボス加工された特徴１１は内側のジャケット１の方に向かう。示される実施例においては、エンボス加工された特徴１１は内側のジャケットチューブ１に接触せず、そのため内側および外側のジャケット間に付加的な熱の連絡路が作られることはない。エンボス加工された特徴は、必要に応じて、内側のジャケット１に接触するように実現されることも可能である。内側のジャケットチューブ上に接触するエンボス加工特徴および接触しないエンボス加工特徴を混合して配することもまた可能である。加えて、断熱層を間隙１０内に配置することも可能である。二重壁のハウジングは、その空間的な設計により、強い機械的安定性を有する。特に、エンボス加工された特徴がハウジングに半径方向の変形に対する強い抵抗を与える。このため、内側および外側のジャケットの壁の厚さが各々約０．５ｍｍであり間隙のサイズが０．３ｍｍから２ｍｍであるハウジングに、約１．５ｍｍの壁の厚さを有する単一の壁のハウジングの安定性が与えられ、しかも、このハウジングは、重量はより軽く、より良い断熱特性を有する。
図１に示されるハウジングは、図２に関連して下に記載されるように製造され得るが、これは単に一実施例にすぎない。他の製造プロセスも可能であり、特に、円錐形の本体も同様に製造され得る。円錐形の本体は、コールドスタートまたは再スタートにおける熱損失を減じるので、触媒反応装置の入口または出口の円錐として有利である。
実質的に長方形のメタルシートが巻かれて円筒形のジャケット２が形成される。このジャケットの境を接する縁部は、１３において互いに溶接される。別のメタルシートが実質的に円筒に巻かれて、内側のジャケット１が形成される。図２に示されるように、内側のジャケットは対向する縁部６、７によって規定される分割線８を有する。
このようにして作られたジャケット１、２は、一方がその他方の内部へと押し込まれるが、中間に断熱層１２を選択的に有する。好ましくは、内側のジャケットはその分割線が溶接シームの真上に位置することのないように配される。
一方が他方の内部に挿入されたジャケットは、その後、端部領域で変形されることが好ましく、それによりハウジングの断面が触媒担体の外側の断面と実質的に等しくなる。このプロセスにおいて外側のジャケット２は円周に対して塑性変形され、それにより外側のジャケットは内側のジャケット１に接触して、内側のジャケットを圧縮歪下に保ち、少なくとも内側のジャケットの弾性変形を引き起こす。エンボス加工された特徴１１は予めまたは同時に外側のジャケット２上に形成され得る。図１および図２に示されるように、エンボス加工特徴は好ましくは、ジャケット２の円周上に形成される、取囲むビードである。これらのエンボス加工特徴はハウジングの長さにわたってほぼ均一に配分されるべきである。取囲むビードは、ふいごがそうであるように、内側のジャケット１と外側のジャケット２との間の熱歪を補償するために、長さ方向のある程度の弾性をハウジングに与える。しかし、このような効果が望まれない場合には、外側のジャケットに所望のすべての方向に対して付加的な安定性を与える、他の種類のエンボス加工特徴が備えられ得る。外側のジャケット２および内側のジャケット１はまた、全体的な特性を最適化するために、フェライトおよびオーステナイト等の、様々な材料で構成されてもよい。
熱伝導特性に意図的に影響を与えるために、内側のジャケット１の外側および／または外側のジャケット２の内側に、コーティングを付加的に備えることも可能である。排気ガス用触媒反応装置内で生じる温度下で、放熱は既に重要な役割を果たしているが、コーティングは放熱による熱伝達を減じる。この点を考慮に入れて、酸化膜または反射層が特に好適である。
この発明は、特に厳しい環境保護規制に応じなくてはならない、自動車内の排気ガス用触媒反応装置に特に好適である。なぜなら、コールドスタートおよびウォームスタートでの点火性能を改善することが可能なためである。

Claims (20)

1. 特に自動車の排気ガス用触媒反応装置のための、一体構造の内側のジャケット（１）および、前記内側のジャケット（１）をほぼ同心円状に取囲みかつそれから間隔をあけられた外側のジャケット（２）を有する、二重壁のハウジングであって、前記内側のジャケット（１）と外側のジャケット（２）は面の両端部において互いに密着し、前記内側のジャケット（１）は少なくとも２つの端部領域（４、５）で外側のジャケット（２）の締付けによる圧縮歪下に保たれ、前記外側のジャケット（２）には前記内側のジャケット（１）に向かうエンボス加工された特徴（１１）が備えられることを特徴とする、二重壁のハウジング。
2. 前記エンボス加工された特徴（１１）は前記外側のジャケット（２）のまわり全体に円周方向で形成され、好ましくは取囲む内側のビードの形で形成される、請求項１に記載の二重壁のハウジング。
3. 前記エンボス加工された特徴（１１）は前記内側のジャケット（１）に接触しない、請求項１または２に記載の二重壁のハウジング。
4. 前記エンボス加工された特徴（１１）は少なくとも部分的に前記内側のジャケット（１）に接触する、請求項１または２に記載の二重壁のハウジング。
5. 前記外側のジャケット（２）と前記内側のジャケット（１）との間に少なくとも１つの断熱層（１２）またはコーティングが存在する、請求項１、２または３に記載の二重壁のハウジング。
6. 前記断熱コーティングは放熱特性または反射特性に影響を及ぼす層（１２）である、請求項５に記載の二重壁のハウジング。
7. 前記ハウジングは円筒形の内部を有し、好ましくは触媒担体（３）がその中に構築される、前掲の請求項のいずれかに記載の二重壁のハウジング。
8. 前記ハウジングは円錐形の内部を有し、好ましくは触媒担体がその中に構築される、請求項１から請求項６のいずれかに記載の二重壁のハウジング。
9. 前記外側のジャケット（２）は巻かれたメタルシートからなり、互いに突き合わせられる縁部は接合技術によって互いに接合される（１３）、前掲の請求項のいずれかに記載の二重壁のハウジング。
10. 前記縁部は互いに溶接、特にレーザ溶接される（１３）、請求項９に記載の二重壁のハウジング。
11. 前記内側のジャケット（１）は整形された、好ましくは円筒に巻かれるかまたは円錐形に巻かれた、分割線（８）を有するメタルシートである、前掲の請求項のいずれかに記載の二重壁のハウジング。
12. 前記内側のジャケット（１）の、前記分割線（８）を規定する縁部（６、７）は、外側のジャケット（２）によって互いに押付けられる、請求項１に記載の二重壁のハウジング。
13. 内側のジャケットチューブ（１）は０．３ｍｍから１ｍｍの、好ましくは約０．５ｍｍの壁の厚さを有する、前掲の請求項のいずれかに記載の二重壁のハウジング。
14. 外側のジャケットチューブ（２）は０．３ｍｍから１ｍｍの、好ましくは約０．５ｍｍの壁の厚さを有する、前掲の請求項のいずれかに記載の二重壁のハウジング。
15. 前記内側のジャケットチューブ（１）と前記外側のジャケットチューブ（２）との間の最大の間隔が約０．３ｍｍから４ｍｍ、好ましくは約０．５ｍｍから１ｍｍである、前掲の請求項のいずれかに記載の二重壁のハウジング。
16. 前記エンボス加工された特徴（１１）は前記ハウジングの長さにわたってほぼ均一に配分される、前掲の請求項のいずれかに記載の二重壁のハウジング。
17. 特に自動車の排気ガス用触媒反応装置のための、一体構造の内側のジャケット（１）および、その内側のジャケット（１）を間隔をおいてほぼ同心円状に取囲む外側のジャケット（２）を有する、二重壁のハウジングを製造するための方法であって、前記内側のジャケット（１）および前記外側のジャケット（２）は両側端部で互いに密着し、前記内側のジャケット（１）は、メタルシートを円筒形または円錐形に変形、好ましくは巻くことによって形成され、ここでメタルシート端の間隔（８）が維持され、前記外側のジャケット（２）は、メタルシートを円筒形または円錐形に変形、好ましくは巻いて、かつ、互いに突き合わせられる縁部を接合技術で接続することによって形成され前記内側のジャケット（１）は前記外側のジャケット（２）内に配置され、前記外側のジャケット（２）は両側端で、その全体の円周にわたって内方向に塑性変形されて、それにより前記内側のジャケットが圧縮歪下に保たれ、前記外側のジャケット（２）には前記内側のジャケット（１）の方に向かうエンボス加工された特徴（１１）が予めまたは同時に備えられる、方法。
18. 前記外側のジャケット（２）の変形に先立って、前記内側のジャケット（１）と前記外側のジャケット（２）との間に断熱層が配置される、請求項１７に記載の方法。
19. 前記内側のジャケットの外側に内側のジャケットチューブ（１）が、および／または、前記外側のジャケットの内側に外側のジャケットチューブ（２）が、放熱特性に影響を及ぼす、酸化膜等のコーティングが施されて備えられる、請求項１７または請求項１８に記載の方法。
20. 前記内側のジャケットチューブ（１）および前記外側のジャケットチューブ（２）の面の両端部が、隣接する部分（９）を接合する前にまたはその間に、互いに溶接される、請求項１７から請求項１９のいずれかに記載の方法。

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