JP4278862B2 - 露出した放熱面を備えた触媒コンバータ用担体 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は請求項１の前文に記載の構成を備えた触媒コンバータ用担体に関する。
【０００２】
公知の触媒コンバータ用担体は通常円筒体の形に巻回され、巻き付けられ又は他の形に横積みされるかもしくは積層される。本来のハニカム状マトリックス構造は、ほぼ平らな薄板層と波形薄板層又はワイヤ又はワイヤ格子とが交互に重ねて巻回されるか、重ねて巻き付けられるか又は重ねて積層されることによって構成される。薄板層を重ねて巻き付けるないしは重ねて巻回することによって構成されるほぼ円筒体は多数の貫流チャネルを有し、その内表面に触媒反応を実現する物質が設けられている。触媒反応は発熱的に行われ、それゆえ個々のチャネル内に生成されるエネルギはそれぞれ隣接するチャネルに放出される。従って、マトリックス体の内部に存在するチャネルは周囲ないしは流出側の直ぐ近くに存在するチャネルより強く加熱される。周囲ないしは流出側の直ぐ近くに存在するチャネルからは周囲ないしは触媒コンバータ用担体が組み込まれている排気ガスシステムへの放熱が行われる。
【０００３】
ヨーロッパ特許第０１２１１７５号明細書には円錐状に螺旋状に巻回された薄板条帯から構成された触媒コンバータ用担体が記載されている。薄板帯状体の幅と螺旋のピッチもしくは触媒コンバータ用担体のマトリックスの直径との比は、薄板帯状体の全ての層が螺旋のターンを通る断面を横切らないように選定される。これは、このようにして作成された中空円錐状担体の軸線方向長さが薄板帯状体の幅の２倍より大きいことを意味している。このようにして形成されたこのマトリックスは、流入が円錐状マトリックス体の外側先端を通って行われるように触媒コンバータ内に組み込まれる。このようにして形成されたマトリックスは伸び自由度に関する高い柔軟性を有している。マトリックス体内で行われる発熱反応のために生成されるエネルギが触媒コンバータ用担体の個々の層内に長時間残留するという欠点がある。というのは、１つの層において流れとは反対側に位置する各部分がエネルギをそれぞれ隣接する層にほぼ完全に放出するからである。従って、マトリックス体は局部的に比較的高い温度を有し、このことが最終的に担体の少なくとも局部的な過熱を生ぜしめる。
【０００４】
従って、本発明の課題は、マトリックスの個々の層からの放熱特性が改善された触媒コンバータ用担体を提供することにある。
【０００５】
この課題は請求項１の特徴部に記載された構成を有する触媒コンバータ用担体によって解決される。
【０００６】
好ましい実施態様はそれぞれの従属請求項に規定されている。
【０００７】
本発明によれば、内燃機関、特に車両の排気ガスシステム用に設けられた触媒コンバータ用担体は少なくとも部分的に構造化された薄い材料の層から成るマトリックスから構成されている。この層は巻回され、巻き付けられ又は積層されてパケットを構成し、それによりマトリックスの内部には排気ガスによって洗流される多数の触媒コンバータ面が形成される。特に外筒内に配置されたマトリックスは貫流方向に流入面と流出面とを有する。本発明によれば、マトリックスは流出面の少なくとも内側範囲に、個々の触媒コンバータ面の端部範囲が互いにずらされて配置されることによって形成された突出形状を有する。これによって、マトリックスは、少なくともその内側範囲に、外側へ触媒コンバータ用担体の周囲に向かって他の触媒コンバータ面によって覆われていない、触媒コンバータ面の露出した端部範囲を有する。本発明によれば、触媒コンバータ面のこの露出した端部範囲は触媒コンバータ用担体の周囲の方向へすなわち外側へ向いている。“外側へ向いている”とは触媒コンバータ用担体の貫流方向に延びる仮想軸線から外周の方向へもしくは外筒が存在する場合には外筒の方向へ向く向きと理解される。放熱の改善のために流出面の少なくとも内側範囲にできるだけ大きな端部範囲が存在すると有利である。
【０００８】
このようにして構成されたマトリックスの主要な利点は、発熱反応のために触媒コンバータ用担体の内部に発生したエネルギが触媒コンバータ面の外側へ向く露出した端部範囲を介して直接周囲にすなわち触媒コンバータ用担体の構成部品ではない排気ガスシステム範囲に放出されることにある。それによって、発熱反応のために触媒コンバータ面によって受け取られたエネルギが全部隣接する触媒コンバータ面に放出されるのが防止される。隣接する触媒コンバータ面に放出されないエネルギ量すなわち周囲に直接放射されるエネルギ量は、隣接する層の触媒コンバータ面の端部範囲が大きく互いにずらされていればいる程、すなわち触媒コンバータ面の露出した端部範囲が大きければ大きい程、大きくなる。
【０００９】
マトリックスが少なくとも部分的に構造化された薄い薄板層からハニカム状に巻回され、巻き付けられ又は積層され、それにより排気ガスによって貫流される多数のチャネルが形成され、そのチャネル壁が触媒コンバータ面であると有利である。
【００１０】
１つの実施態様によれば、流出面の突出形状が、マトリックスのほぼ周囲から軸線の方向へすなわち内側へ向かって延びる少なくとも部分的に凹面状の曲面を有し、それにより触媒コンバータ用担体の軸線の範囲で中心範囲に指状突出部が形成される。このように形成された突出形状の利点は、チャネル壁の端部範囲が触媒コンバータ用担体の軸線に近づけば近づく程、その端部範囲が互いに強くずらされていることである。すなわち、チャネル壁の端部範囲は触媒コンバータ用担体の軸線に近づけば近づく程触媒コンバータ用担体内で生ずる触媒反応によるエネルギを最も強く与えられ、それゆえ端部範囲が大きい場合には良好な放熱を保証する。
【００１１】
他の実施態様によれば、突出形状が、マトリックスのほぼ周囲から内側へ媒コンバータ用担体の軸線の方向に向かって延びる少なくとも部分的に凸面状の曲面によって形成される。この凸面状の曲面がぼ連続的に設けられている場合、これによって、触媒コンバータ用担体の流出面にはドーム状膨出部が形成される。
【００１２】
突出形状が放物面、半球面又は楕円面の一部として形成されていると有利である。
【００１３】
しかし、他の実施態様によれば、流出面の突出形状が凹面状及び凸面状の曲面部分によって形成されることも可能である。触媒コンバータ用担体の周囲から内部へ軸線の方向に向かって変化する流出面の曲面は、発熱反応のために局部的な温度ピークが発生するような触媒コンバータ用担体の個所では、局部的な温度ピークを有するこの範囲においてチャネル壁の端部範囲が他の範囲より互いに強くずらされることによって、高い熱放出が可能であるように形成されていると好ましい。
【００１４】
他の実施態様によれば、流出面の突出形状が少なくとも部分的に円錐状又は円錐台状に形成される。しかし、流出面が複数の異なった円錐状及び／又は円錐台状部分から構成されることも可能である。
【００１５】
さらに他の実施態様によれば、触媒コンバータ用担体のハニカム状マトリックスが望遠鏡のように引き延ばされ、それにより流入面が流出面の突出形状と形状的にほぼ完全に一致するように形成される。これは、触媒コンバータ用担体の周囲に向かって他のチャネル壁によって覆われていない、チャネル壁の露出した端部範囲が流入側に存在しこれが触媒コンバータ用担体の内部の方向へすなわち軸線の方向へ向いていることを意味する。
【００１６】
流出面の少なくとも部分範囲におけるチャネル壁の露出した端部範囲が望遠鏡のような引き延ばしの程度に応じてチャネル長さの５５％〜９０％の大きさ又は長さを有すると有利である。これは、一方ではチャネル長さの半分以上が露出した側壁を備え、そのためにマトリックスにおいて外側へ触媒コンバータ用担体の周囲の方向に向かう十分に大きい熱放出面が存在することを意味する。それゆえ、マトリックスの特に内側範囲を望遠鏡のように引き延ばすことはできるだけ大きく選定される。互いに隣接して位置するチャネル壁が重なる大きさは、その場合、マトリックス自身が十分な強度と熱負荷に対して相応して要求された膨張性とを有するように選定される。
【００１７】
流出面の内側範囲が５％〜３５％の大きさであると好ましい。“内側範囲”とはその場合マトリックスの貫流軸線の範囲に配置されているマトリックス範囲と理解される。特に、個々のチャネルにおいて触媒コンバータ用担体の貫流軸線の範囲に配置され望遠鏡のように引き延ばされた範囲は最高の熱負荷にさらされ、従ってこの優れた実施態様によれば最大の放熱面すなわちチャネル壁の露出している最大の端部範囲を必要とする。
【００１８】
触媒コンバータ用担体のハニカム状マトリックスを構成する個々の層が互いに結合されていないと好ましい。これによって、望遠鏡のような引き延ばしは本発明によるこの種の触媒コンバータのサイズに応じて行うことができる。この触媒コンバータはいわゆるビリッヒ触媒コンバータ又はＢ触媒コンバータとも呼ばれている。
【００１９】
本発明の他の観点によれば、少なくとも部分的に構造化されチャネル壁を形成する薄い材料の層からなる排気ガスによって貫流可能な多数のチャネルを備えたハニカム状マトリックスが、流出面の少なくとも内側範囲に、外側へ触媒コンバータ用担体の周囲に向かって他のチャネル壁によって覆われていない、チャネル壁の露出した端部範囲が形成され、これによって外側へ媒コンバータ用担体の周囲の方向に向く放熱が高められるように、突出形状を有する流出面を備えたパケットに巻回され、巻き付けられ又は積層される上述の触媒コンバータ用担体の製造方法が提案される。本発明によるこのような触媒コンバータ用担体は、例えば個々の層が異なった幅を有し、それにより例えば巻回したら、流入面が例えばほぼ平らであるが、しかし流出側では個々のチャネル壁の端部範囲が互いにずらされ内側にすなわちハニカム状マトリックスの中心範囲に位置するチャネルが仮想出口面から最大に突出しているようなハニカム状マトリックスが作られることによって製作される。
【００２０】
本発明のさらに異なる観点によれば、少なくとも部分的に構造化されチャネル壁を形成する薄い材料の層からなる排気ガスによって貫流可能な多数のチャネルを備えたハニカム状マトリックスが、ほぼ平行な流入面及び流出面を備えたパケットに巻回され、巻き付けられ又は積層され、引き続いてマトリックスが望遠鏡のように引き伸ばされ、それにより突出形状を備えた流出面が形成され、少なくともその内側範囲に、外側へ触媒コンバータ用担体の周囲に向かって他のチャネル壁によって覆われていない、チャネル壁の露出した端部範囲が形成され、これによって外側へ触媒コンバータ用担体の周囲の方向に向く放熱が高められる触媒コンバータ用担体の製造方法が提案される。“望遠鏡のように引き伸ばす”とは、ハニカム状マトリックスを構成する個々の層が、マトリックスの中心範囲に位置するチャネル壁がマトリックスの仮想出口面からマトリックス体の周囲近くに位置するチャネル壁より特に大きく突出するように、貫流方向へ互いにずらされているものと理解される。
【００２１】
１つの実施態様によれば、層が巻回後又は望遠鏡のような引き伸ばし後にその接触点又は接触面でろう付けされる。しかし、特にＢ触媒コンバータの場合、ろう付けのステップは省略することもできる。
【００２２】
本発明の他の利点、特徴及び用途は以下において添付の図面を参照して実施例に基づいて詳細に説明される。
【００２３】
図１には一般的に知られたほぼ円筒形の触媒コンバータ用担体の側面図が示されている。この触媒コンバータ用担体は、触媒で浄化される排気ガス流（矢印で示されている）が流入する流入面３と、流出面４と、周囲２とを備えたハニカム状マトリックス１を有している。周囲２には本来のハニカム状マトリックス１を包囲する外筒が設けられている。
【００２４】
図２には触媒コンバータ用担体のＡ−Ａ断面図が示されている。外筒２は、ほぼ平らな薄板層６と波形薄板層７とを交互に巻回することによって本来のハニカム構造を構成するハニカム状マトリックス１を包囲している。なお、波形薄板層７内の中間空間は貫流可能なチャネルを形成している。これによってハニカム状マトリックス１内にはこの種の多数の貫流可能なチャネル５が形成される。
【００２５】
図３には触媒コンバータ用担体のマトリックス１の流出面４の突出形状の種々の実施例が示されている。図３において実施例ａの左側に示された矢印は貫流方向を示す。実施例ａによる突出形状はマトリックス１の周囲から内側へ触媒コンバータ用担体の長手軸線の方向に向かって延びる連続的な凹面状の曲面を有している。この連続的な凹面状の曲面は触媒コンバータ用担体の長手軸線の範囲に指状突出部を形成している。触媒コンバータ用担体の長手軸線の周りの中心範囲では、流出側の個々のチャネル壁９が縁部範囲すなわちマトリックス１の周囲２の範囲より互いに大きくずらされている。それゆえ、流出面４の曲率はマトリックス１の隣接して配置されたチャネル壁９のずれを表す尺度となる。このずれが大きければ大きい程、チャネル壁９において外側へ触媒コンバータ用担体の周囲の方向に向く露出した端部範囲８が大きくなる。
【００２６】
図３の実施例ｂの場合、触媒コンバータ用担体のマトリックス１の流出面４の突出形状の外側輪郭は連続的な凸面状の曲面によって形成されている。これによって、ドーム状に形成された流出面４が作られ、各チャネル５がマトリックス１の周囲に近づけば近づく程、チャネル壁９の外側に向く端部範囲８が大きくなる。
【００２７】
図３の実施例ｃ，ｄ，ｅは、円錐状（実施例ｃ）、円錐台状（実施例ｄ）ないしは円錐台と円錐とからなる部分（実施例ｅ）に形成されたマトリックス１の流出面４の突出形状を示す。各実施例ｃ，ｄ，ｅにおいて、流出面４の主要部はチャネル壁９の外側へ向く露出した端部範囲８を形成する突出形状に形成されている。
【００２８】
実施例ｃの流出面４の円錐形状の先端範囲の図３に同様に示された部分拡大図から分かるように、個々の薄板層は、ほぼ真っ直ぐな薄板層６と波形薄板層７とから形成され各チャネル壁９を備えたチャネル５を形成する完全な層が外側へ向くすなわちマトリックス１の周囲の方向に向く露出した端部範囲８を有するように巻回されるかもしくは互いにずらされている。この露出した端部範囲は、個々のチャネル壁９から直接隣接するチャネル壁９への熱放出が行われることなく、マトリックス１からの放熱を改善する。
【００２９】
図３による実施例ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは例を示しているのに過ぎない。突出形状は多数の円錐状及び／又は円錐台状部分から構成することもできる。突出形状を円錐状、円錐台状及び湾曲状形状から構成することも可能である。特に、マトリックス１を構成する個々の層は互いにろう付けされない。これによって、ほぼ円筒形に巻回された触媒コンバータ用担体は流出面４を望遠鏡のように引き伸ばして所望の形状にすることができる。
【００３０】
しかし、マトリックス１に巻回される薄板層６，７が異なった幅を有し、それにより薄板層６，７の幅の相違に応じて流出面４に所望の突出形状が作られるようにすることも可能である。用途例に応じて、個々の層の接触点ないしは接触面は互いにろう付けされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の技術による円筒状触媒コンバータ用担体の側面図。
【図２】 図１の触媒コンバータ用担体の貫流方向に対して垂直な断面図。
【図３】 本発明による触媒コンバータ用担体のマトリックスの流出面における突出形状の構成の実施例ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを示す概略図
【符号の説明】
１ マトリックス
２ 周囲、外筒
３ 流入面
４ 流出面
５ チャネル
６ ほぼ平らな薄板層
７ 波形薄板
８ 端部範囲
９ チャネル壁

Claims (9)

1. 排気ガスが貫流可能であるチャネル（５）を形成する多数の触媒コンバータ面（９）と、流入面（３）と、流出面（４）とを有するマトリックス（１）を備えた内燃機関の排気ガスシステムの触媒コンバータ用担体において、流出面（４）は、触媒コンバータ用担体の長手軸線の範囲に位置する少なくともその内側範囲に、触媒コンバータ用担体の長手軸線側の触媒コンバータ面（９）が触媒コンバータ用担体の周囲（２）側の触媒コンバータ面（９）によって覆われていないことにより触媒コンバータ面（９）の露出した端部範囲（８）を有し、流出面（４）の少なくとも部分範囲における露出した端部範囲（８）の長さがチャネル（５）の長さの５５％〜９０％の大きさであることを特徴とする触媒コンバータ用担体。
2. マトリックス（１）が少なくとも部分的に構造化された薄い材料の層（６，７）からハニカム状に巻回され、巻き付けられ又は積層され、その触媒コンバータ面がチャネル壁（９）を備えた排気ガスの貫流可能な多数のチャネル（５）を形成していることを特徴とする請求項１記載の触媒コンバータ用担体。
3. 突出形状が、マトリックス（１）の長手軸線の範囲に形成された指状突出部と、マトリックス（１）のほぼ周囲から前記指状突出部へ向かって延び少なくとも部分的に凹面状に形成された曲面部分とによって形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の触媒コンバータ用担体。
4. 突出形状が、マトリックス（１）のほぼ周囲からマトリックス（１）の長手軸線へ向かって延びる少なくとも部分的に凸面状の曲面によって形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の触媒コンバータ用担体。
5. 突出形状が放物面、半球面又は楕円面の一部として形成されていることを特徴とする請求項４記載の触媒コンバータ用担体。
6. 突出形状が凹面状及び凸面状の曲面部分によって形成されていることを特徴とする請求項３又は４記載の触媒コンバータ用担体。
7. 突出形状が少なくとも部分的に円錐状又は円錐台状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の触媒コンバータ用担体。
8. 流入面（３）は、触媒コンバータ用担体の長手軸線側のチャネル壁が触媒コンバータ用担体の周囲（２）側のチャネル壁によって覆われていないことによりチャネル（５）の露出した流入側端部範囲が存在し、この露出した流入側端部範囲が触媒コンバータ用担体の内部の方向に向いて凹むように、流出面（４）の突出形状と形状的にほぼ完全に一致して形成されていることを特徴とする請求項２乃至７の１つに記載の触媒コンバータ用担体。
9. 流出面（４）の前記内側範囲が流出面（４）の５％〜３５％の大きさであることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の触媒コンバータ用担体。

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