JP4153565B2 - 消音器ケーシングと保持部材を備えた付属の触媒担体並びにその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に小型エンジン用の消音器ケーシングと、廃ガスの浄化のための付属の金属製触媒担体に関する。更に本発明は触媒担体の製造方法に関する。
廃ガス浄化のために保持部材を備えた触媒担体は公知である。フランス特許第2 444 793号明細書には、触媒担体ユニットの位置固定のために金属製の帯状留め金を使用している担体が記載されている。しかしながらこの帯状留め金は廃ガス導入ケーシングとの固定のために設けられたものではなく、廃ガス導入ケーシング内での担体の気密な固定を保証するためには、廃ガス導入ケーシングに特殊な補助作業治具を必要とする追加的作業工程で触媒担体の外周面にそれを取り囲む部材を形成しなければならない。
ドイツ特許第38 39 668号明細書には、触媒担体の収容室を備えた二サイクルエンジンの廃ガス消音器が記載されており、この場合収容室は溝のある２枚の板により廃ガス室を形成している。一方触媒担体は既知のように被覆管を備えており、その上に板が適当に支持及び固定されており、その際板は被覆管を備えた触媒担体上に取り付けられ、触媒担体は全体として支持範囲から出ているがこの範囲を貫通するものではない。一方、溝のある板はそのほかに廃ガス端管の一部を含むので、このような複雑な溝付き板の製造はコスト高であり、特に小型エンジンの触媒用には特に不適切の様に思われる。
米国特許第4,795,615号明細書には、廃ガス導入系の中に位置固定するために帯状の被覆留金を備えた触媒担体が記載されている。帯状留金は廃ガス導入ケーシング内での位置固定を保証するが、触媒担体はしかしながら廃ガス導入ケーシングに組み込まれるまで運搬時に形状的に安定に保持され得るように、別の治具を備えなければならない。
ヨーロッパ特許第0 470 113号明細書には、形状的に安定に廃ガス導入系への組み込み現場まで運搬できるように被覆管を備えた触媒担体が記載されている。この被覆管は保持金具を取付けできるビードを円周面に備えている。この保持金具は、廃ガス導入ケーシング内に留金、被覆管及び触媒担体よりなるユニットを更に固定するのに役立つ。
更にドイツ特許第27 46 475号明細書には、締付バンドが担体を取り巻くように取り付けられ、その互いに重なり合う端部が廃ガス導入ケーシングの内周面に固定されている触媒担体が記載されている。このような締付バンドは、担体を別々に組み込み現場へ運搬することを可能にするが、廃ガス導入ケーシング内での機械的にかつ振動に対しても安定した固定はこの手段では困難である。何故ならば、締付バンドが熱膨張を生じるので、その外周面全体を廃ガス導入ケーシングに結合することができないからである。
本発明の課題は、形状的に安定した運搬が可能であり、被覆管が不要になり、またコスト的に有利に製造可能であり、並びに廃ガス導入ケーシングに容易に適合及び組み込みが可能である触媒担体とその製造方法を提供することにある。このような触媒担体を組み込んだ消音器ケーシングを提供することも別の課題である。
これらの課題は、請求項１記載の金属製の触媒担体、請求項１０記載の方法、及び請求項１２記載の消音器ケーシングにより解決される。
本発明の有利な実施態様及び形態はそれぞれ従属請求項に記載されている。
本発明による金属製触媒担体は、特に小型エンジンの廃ガスの浄化に役立つものであり、その内部に長手軸並びに多数の流路を持ち、触媒担体は廃ガス導入ケーシングに組み込まれるように設計されている。触媒担体は、開口部を内側に備えた保持部材を有しており、この保持部材は開口部の範囲で担体の被覆面の一部を取り囲み、特にその全周をほぼ取り巻いており、直接に触媒担体に固定されている。保持部材は廃ガス導入ケーシングにおいて固定可能であり、このケーシングとともに触媒担体を形状的に安定に保持し及び／又は触媒担体をほぼ単独で支持している。
本発明の有利な実施態様によると、保持部材は、浄化すべき廃ガス流のための流入室と浄化された廃ガス流のための流出室とを備えた廃ガス導入ケーシングに結合され、その際二つの室は触媒担体を介して上下に接続され、担体の第一の部分は流入室の方に向けられ，担体の第二の部分は流入室とは気密に分離された流出室の方に向けられている。担体の第一の部分と第二の部分はほぼ同じ長さを有することが望ましい。しかしながら廃ガス導入ケーシングへの触媒担体の組み込み条件によっては、特にそれが消音器ケーシングの場合には、それとは異なった長さ分割を必要とすることがある。保持部材を直接に担体に固定することは、一旦製造された触媒担体の形状安定性の直接的な保証に役立つ。少なくとも部分的に加工された薄板層を積み重ね、巻き付け或いはより合わせて一つのハニカム体を形成するようにした金属製ハニカム体の通常の形状は、結合体が再び分解しないような予防策を講じなければ、十分に安定でないおそれがある。従って一旦作られた結合体の上に保持部材を被せれば、その形状安定性は保証されるので、触媒担体はそれに直接取付られた保持部材とともに運搬可能となり、その形状安定性を被覆管或いは補助具により得る必要はなくなる。
保持部材は更に、廃ガス導入ケーシングの内部形状に対応するように、また廃ガス導入ケーシングの内側に直接固定できるように形成される。このような固定により、廃ガス導入ケーシングを浄化すべき廃ガスが流入する流入室と浄化された廃ガスが触媒担体から流れ込む流出室とに分割することが確実にほぼ気密に行われる。それにより非常にコスト的に有利な構成部材が製作され、この部材は廃ガス導入ケーシングの種々の幾何学的構成に対し大きな順応性を示す他に、種々の形式の触媒担体を使用できるという決定的な長所を持つ。例えばラジアル触媒やアキシャル触媒、即ちほぼ半径方向にないしは軸方向に通流可能なハニカム体、並びにいわゆるダイアゴナル触媒が容易に使用可能となる。ダイアゴナル触媒とは、触媒担体の内部に半径方向成分と軸方向成分を持つ流路を有している触媒である。
本発明の望ましい実施態様によれば、保持部材は板状に形成されている。望ましい実施形態においては、保持部材はほぼ平坦な一つの板として作られている。平板の使用は、触媒担体の形状に合わせた開口部を有する平板が容易に製作可能であり、また廃ガス導入ケーシングの内部形状に容易に合わせ得るので特に有利である。
別の望ましい実施態様によれば、保持部材は横断面において円形の触媒担体を斜めに配置するために、ほぼ楕円形の開口部を有している。担体が保持部材の中に斜めに配置されることで、触媒担体の周囲のより大きい範囲が形状的に安定に保持される。更に与えられた設置状況に容易に適合させることができる。
別の望ましい実施態様によれば、保持部材の開口部はその縁部にカラーを有している。カラーは良く知られた製法、例えば型引き抜き成形法でもって開口部の加工の際に作られる。カラーはなかんずく、被覆管のない触媒担体のより良好な固定とより良好な形状安定性の保証に役立つ。触媒担体とカラーの溶接は、カラーのない開口部への溶接よりも容易である。
楕円形の開口部の短弧側の縁部にカラーを施せば、斜めに挿入される触媒担体が両側でカラーに密着するので特に有利である。
保持部材を用いることにより、触媒担体としてハニカム構造のアキシャルタイプのもの、或いは同様にハニカム構造でラジアルタイプのものも有利に使用することができる。
本発明の別の態様によれば、廃ガス導入ケーシングに組み込まれる触媒担体の製造方法において、触媒担体が少なくとも部分的に加工された薄板層の巻き付け、積み重ね或いはより合わせ後に触媒担体の製造装置から直接的に保持部材に予め施された開口部に差し込まれ、そこで特に溶接或いは嵌合結合により固定されることが提案される。
開口部は、触媒担体の長手軸が保持部材の広がり面にほぼ垂直な方向に対して傾斜し、保持部材が直接触媒担体の外表面にその開口部の全範囲で気密に固定されるように形成されると有利である。即ち触媒担体自体は被覆管を備えていない。この方法で製造されかつ保持部材を備えた触媒担体は、従って個別に運搬可能であり、また保持部材の外形に対応して任意な形状の廃ガス導入ケーシングに組み込み可能であり、かつ保持部材が衝突板を形成しかつ廃ガス導入ケーシングを浄化すべき廃ガスのための流入室と浄化された廃ガスのための流出室に区分するように、ケーシングに取付けることができる。
本発明の別の態様によれば、触媒担体自体は、特にすでにセラミック及び／又は触媒的に活性な物質でもって少なくとも部分的に塗布された金属薄板から単に巻き付け、積み重ね或いはより合わせにより形成され、重なり合った多数の層の接触個所をろう付けする必要はない。薄板層への保持部材の固定方法に応じては、接続個所に何等の塗布も施さないか或いはその部分を再びはがすことも必要となろう。廃ガス成分の発熱反応に基づく熱負荷を限界内に保つために、薄板層の一部に触媒活性物質を塗布することも有意義である。
別の実施態様によれば触媒担体はエキスパンドメタル製の薄板層より製造される。
更に有利なことには、触媒担体を箔積層体から巻き付け或いは積み重ねにより任意の形状に作り、構造的に与えられた条件に対応して既存の廃ガス導入ケーシングに本来の触媒担体を組み込むことようにする。触媒担体は、触媒担体の外形に対応する内寸及び内部形状を有する空間に任意に持ち込めるように波形構造の箔で構成されることが望ましい。このような波形構造を備えた箔は、このような空間に適当な入口開口部からいわば打ち込まれることにより、不規則な層をなした触媒担体ができる。保持部材は廃ガス導入ケーシングの中に隔壁として組み込まれ、そこでケーシング壁と気密に固着又は溶接されるか、或いはその縁部が取り囲んでいるケーシングの縁部に嵌合されれば、触媒担体を介して互いに結ばれる二つの室が形成される。このようにして、斜めに組み込まれた触媒担体を備えた本発明による消音器ケーシングが構成される。
本発明の更なる長所、特徴並びに適用可能性を以下に添付図面を参照して実施例に基づき詳細に説明する。
図１は保持部材を備えた被覆管なしの触媒担体、
図２は廃ガス導入ケーシング内の保持部材を備えた触媒担体の原理的な配置
図３は本発明の一実施例による消音器ケーシングの中に組み込まれた保持部材付き触媒担体
をそれぞれ示す。
図１に示すように、本発明による触媒担体１は、保持部材３の開口部４に長手軸２を斜めにした状態で保持されている。保持部材３は平板に形成されており、またほぼ長方形に形成された廃ガス導入ケーシング６の中に組み込めるように長方形を示している。断面が円形である触媒担体１を斜めに保持部材３の中に保持できるようにするために、保持部材３の開口部４は楕円形に形成されている。触媒担体１の外周面と保持部材３の開口部４の内周面との固定をより良好にするために、開口部４の周囲にはカラー５を備えることができる。保持部材３を備えた触媒担体１は従って運搬可能な一つのユニットを構成し、このユニットは、触媒担体１の巻付け、積み重ね及び／又はより合わせ後に担体がその形状を維持し、意図しないのにひとりでにほどけたりコンパクトな形状からコンパクトでない弛んだ形状に戻ることがないように保証している。
保持部材３内における触媒担体の斜めの配置は、廃ガス導入ケーシング６の高さを垂直に組み込まれた触媒担体１の場合より低くできるという長所を有する。更に、触媒担体１の角部を上部ケーシング７及び／又は下部ケーシング８に支持することが可能となり、これにより系の振動を小さくするとともに組立を容易にすることができる。
図２には、本発明による廃ガス導入ケーシング６内の触媒担体１の原理的な配置状態が示されている。廃ガス導入ケーシング６は、廃ガス導入口９に通じている流入室１０を取り囲んでいる上部ケーシング７と流出室１２を取り囲んでいる下部ケーシング８とから構成されており、浄化された廃ガスは下部ケーシングの廃ガス出口から流出する。触媒担体１は、平板の形の保持部材３に保持されており、保持部材３の外寸は上部ケーシング７と下部ケーシング８からなる廃ガス導入ケーシング６の内寸に合わせられている。保持部材３はその際、開口部４内の触媒担体１とほぼ気密に固定接続され、同様に廃ガスケーシング６の内側にほぼ気密に固定接続されるので、保持部材３は流入室１０と流出室１１の間の隔壁として役立つ。廃ガス流は廃ガス導入ケーシングの中で何回も方向転換し、それにより良好な消音も達成される。
廃ガス導入ケーシング６内に触媒担体１を斜めに配置することにより、触媒担体１に流れ込む廃ガス流に対する比較的大きな外部流入面が保証される。
図３には、被覆管なしの触媒担体に本発明によりどのようにして長方形でほぼ平坦に形成された保持部材３を装着するかが示されている。保持部材３の外形はその際次のように、即ち廃ガス導入ケーシング６を形成しているケーシングの半部７、８の周囲にそれぞれカラー縁部を施し、これらのカラー縁部の間に板を挟んで適当なフランジ付け工程、溶接工程或いは同様の既知の接続工程を実施することにより一体の廃ガス導入ケーシング６が形成されるようにされる。これにより廃ガス導入ケーシング６の内部の触媒担体１は、図３に示すように傾斜した長手軸２で固定配置される。廃ガス流はその際、廃ガス導入口９を通って、上部ケーシングと保持部材３により形成された流入室１０に入る。それに引き続く触媒担体１中の通過と浄化の後に、浄化された廃ガス流は流出室１１を介して廃ガス導入ケーシング６から廃ガス排出口１２を通って流出する。
従って保持部材３を備えた本発明による触媒担体１でもって、種々の組立形状に合わせ得る製作コストの有利な特に小型エンジン用の触媒が提供される。触媒担体は特に予め積層された薄板層から製作され、補助部品なしにまた被覆管なしに運搬可能であり、その結果触媒担体の製造と消音器への組み込みは、追加的な製造工程或いは運搬用の安全治具を必要とすることなしに、種々の現場で行うことができる。
符号リスト
１． 触媒担体
２． 長手軸
３． 保持部材
４． 開口部
５． カラー
６． 廃ガス導入ケーシング
７． 上部ケーシング
８． 下部ケーシング
９． 廃ガス導入口
１０． 流入室
１１． 流出室
１２． 廃ガス排出口
１３． 溶接結合部
１４． 流路（チャネル）
１５． 薄板層

Claims (14)

1. 内部に長手軸（２）と多数の流路（１４）を有し、廃ガス導入ケーシング（６）の中に組み込めるようになっている廃ガス浄化のための金属製触媒担体（１）であって、
   触媒担体（１）は開口部（４）を備えた少なくとも一つの保持部材（３）に保持されており、保持部材（３）は廃ガス導入ケーシング（６）に固定されて触媒担体（１）を形状的に安定に保持し及び／又は単独で保持するものにおいて、
   触媒担体が板状に形成された少なくとも１つの保持部材（３）を貫通する外被管を有さず、そして開口部（４）がカラー（５）を有し、該カラー（５）は触媒担体（１）の外表面の一部分のみを取り囲みそして直接触媒担体（１）に固定される
   ことを特徴とする金属製触媒担体（１）。
2. 廃ガス導入ケーシング（６）は浄化すべき廃ガスのための流入室（１０）と浄化された廃ガスのための流出室（１１）を有し、保持部材（３）は、触媒担体（１）の第一の部分が流入室（１０）に向き、触媒担体（１）の第二の部分がこの流入室から気密に分離されている流出室（１１）に向くように、廃ガスケーシング（６）と結合され、廃ガスは流入室（１０）から触媒担体（１）を通って流出室（１１）に流れることができるようにした請求項１記載の金属製触媒担体（１）。
3. 保持部材（３）は平板であり、触媒担体（１）がこの平板の両側に等しく突き出している請求項１又は２記載の金属製触媒担体（１）。
4. 保持部材（３）の開口部（４）は円形断面を持つ触媒担体（１）を斜めに配置するために楕円形に形成されている請求項１及至３のいずれか一つに記載の金属製触媒担体（１）。
5. 保持部材（３）の開口部は、その縁部の少なくとも一部に触媒担体（１）の固定用カラー（５）を備えている請求項１及至４のいずれか一つに記載の金属製触媒担体（１）。
6. 楕円形の開口部（１７）はその短弧側にそれぞれカラー付きの部分（５）を有し、この二つの部分は保持部材（３）の異なる側面に向かって鈍角にフランジ付けされ、斜めに組み込まれた触媒担体（１）に密着するようにした請求項４記載の金属製触媒担体（１）。
7. 軸方向に通流可能なハニカム体として形成されている請求項１乃至６のいずれか一つに記載の触媒担体（１）。
8. 廃ガスを貫流させることのできる流路（１４）を形成するために少なくとも部分的に加工された薄板層（１５）を巻き付け、積み重ね、及び／又は互いにより合わせたものから構成された請求項１乃至７のいずれか一つに記載の金属製触媒担体（１）。
9. 触媒担体（１）を製造装置において製造した後に、この担体を製造装置から直接に板状保持部材（３）の開口部（４）に運び、保持部材（３）を直接に被覆管のない触媒担体（１）の外表面に開口部（４）の範囲で固定するようにした、請求項１及至８のいずれか一つに記載の廃ガス導入ケーシング（６）に組み込まれる触媒担体（１）製造方法。
10. 製造装置において触媒担体（１）を、セラミック及び／又は触媒的に活性な物質を塗布し少なくとも部分的に加工した薄板層を積み重ね、巻き付け及び／又はより合わせて製造する請求項９記載の方法。
11. 触媒担体と、隔壁（３）で互いに分離された流入室（１０）と流出室（１１）とを備え、隔壁（３）が金属製触媒担体（１）のための保持部材（３）として形成された小型エンジンの廃ガス系用の消音器ケーシング（６）において、
    触媒担体（１）が被覆管なしで形成され、かつ板状保持部材（３）内の開口部（４）内に斜めに組み込まれ、その際
    開口部（４）はカラー（５）を持ち、このカラーは触媒担体（１）の外表面の一部のみを取り囲み、そして直接触媒担体（１）に固定される
    ことを特徴とする消音器ケーシング。
12. 隔壁（３）内の開口部（４）が楕円形であり、開口部（４）はその短弧側範囲にフランジ付けされたカラー（５）を有し、このカラー（５）が触媒担体（１）と継ぎ合わせにより直接に結合される請求項１１記載の消音器ケーシング。
13. 廃ガスが消音器ケーシング（６）内で何回も方向転換するように触媒担体（１）が組み込まれる請求項１１記載の消音器ケーシング。
14. 触媒担体（１）が消音器ケーシング（６）の一方又は両側で支持されている請求項１１乃至１３のいずれか一つに記載の消音器ケーシング（６）。

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