JP4278865B2 - 特に自動車のための触媒排気ガス清浄装置およびそれに対応する補償層 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の前文に従った特に自動車のための触媒排気ガス清浄装置、および請求項９の前文に従った対応の補償層に関する。
【０００２】
排気ガス清浄装置は、場合によって構造および／または触媒活性面被覆物の種類は異なるが、煤の後燃えが問題の１つとなっているディーゼル駆動の自動車のためと、ガソリンエンジンの排気ガスを無害化するためとの両方に必要である。すべての場合における重要な課題の１つは、排気ガス清浄装置において頻繁に用いられる種類の脆性のセラミックハニカム部材に対して、金属ケーシング内への、耐久性、安定性、および特に衝撃吸収性に優れた装着を提供することであるが、この問題は、温度が増加するとケーシングがハニカム部材よりかなり大きく膨張するという事実によってさらにひどくなっている。
【０００３】
排気ガス清浄装置の特に有利な特性は、補償層においてケーシングとハニカム部材との間にいわゆる膨張マットを用いると得られる。これは、この方法で、上述の熱膨張における大きな違いを特に有利に吸収することが可能だからである。この膨張マットは、膨張して、ケーシングおよびハニカム部材の性質の違いにより、また製造公差により形成される空洞を満たすことができ、よって、長期間の動作にわたって安定した装着を補償する。膨張マットは通常、雲母の粒子を含み、それらのまわりに十分な空間があるという程度まで、水を吸収し、その過程で膨張する。
【０００４】
しかしながら、この種の膨張マット、またさらにはこのような場合に用いるのが好ましい珪酸アルミニウム繊維から作られたマットの欠点は、それらは排気ガスの脈流によって非常に摩耗し易いということである。
【０００５】
これを防ぐために、排気ガスの脈流によって生じる問題に対処するための解決策が多く提案されてきた。このような膨張マットを安定させるために、ＤＥ ８０ １９ ８１３ Ｕ１は、波形の（corrugated）ワイヤメッシュマットをこの膨張マットに一体化させることを、一例として既に提案している。ハニカム部材の端部の摩耗から膨張マットを保護するために、ハニカム部材の端部にガス封止リングを設け、膨張マットで満たされた間隙を覆うようにする。
【０００６】
摩耗に対する保護を提供する別の解決策として考えられるのは、金属製のいわゆるシールド漏斗であり、これはセラミックハニカム部材の端部の前に最小限の距離をおいて配置され、この最小限の距離は、熱により生じた長さの変化によって決定される。この解決策の有利な展開例は、セラミック材料から作られたシールド漏斗を提供し、膨張係数が同じであるので、それらの端部は直接セラミックハニカム部材に接するように配置される。
【０００７】
ＤＥ ２９７ ０９ １８０ Ｕ１は、「膨張性（intumescent）」材料のプライを有する装着マットを開示し、これはすなわち、おそらく膨張剤を有するものであり、このマットには、それを摩耗から保護する目的で、少なくとも１つの膨張性ではない、または膨張性の、より低い弾性の柔軟性材料の挿入物が設けられる。
【０００８】
さらに、排気ガスシステムにおけるハニカム部材は、動作中９００℃以上まで熱くなり、排気ガス清浄装置に近接して配置された部品はこの高温から保護されなければならないので、ケーシングとハニカム部材との間に断熱層を設けることもまた公知の技術である。
【０００９】
この断熱層は空気の層であってもよく、熱伝導および熱対流が低いという空気の特性によって、触媒排気ガス清浄装置の使用中にハニカム部材に生じる高温からケーシングを断熱する。
【００１０】
空気の層による断熱の代替または補足として、この先行技術は、セラミック材料からなる断熱層を設けることも含む。ここでもまた、設けられたセラミック材料の熱伝導性および熱対流性が低いことにより、外部ケーシングをハニカム部材から熱的に隔離することができる。ハニカム部材を保持するための上述の膨張マットは、非常に高い周囲温度（たとえば８００℃以上）で水を放出し、その過程で収縮し、その結果ハニカム部材はケーシング内で拘束がなくなるので、膨張マットは、高い応力を受けるような特定の排気ガス清浄装置におけるハニカム部材からは熱的に隔離されなければならず、そのために、まず、ハニカム部材に好ましくはセラミック材料で作られたいわゆる断熱マット、すなわち熱隔離層を設け、その後にそれを膨張マットで包むようにすることも既に公知である。
【００１１】
しかしながら、排気ガスの脈流による摩耗から膨張マットを保護するという課題は依然残っており、上記の先行技術によれば、この保護は、複雑な覆いおよび／または一体化補強材または挿入物によってのみ、適切に補償され得る。
【００１２】
この状況に直面して、本発明の基礎を成す目的は、非常に高い周囲温度においても、より簡単な構造で、強い排気ガスの脈流から膨張マットを確実に遮蔽することである。
【００１３】
この目的は、請求項１に記載の排気ガス清浄装置、および請求項９に記載の補償層によって達成される。有利な改善例および展開例は、それぞれに対応する従属請求項に記載される。
【００１４】
この断熱マットは、ハニカム部材の少なくとも一方の端部領域において、残りの内部領域より厚い境界を有し、膨張マットは、ハニカム部材に背を向けている断熱マットの内部領域の側部近傍に、断熱マットのより厚い境界領域が摩耗の危険性のある膨張マットの境界領域を覆うような態様で配置されるので、膨張マットは、強い排気ガスの脈流から有利に遮蔽され、熱伝導および熱対流の面で熱的に隔離される。
【００１５】
さらに、ケーシングとハニカム部材との間に製造時に残った、または動作中に形成された空洞は、いずれも膨張マットによって有利に封止され、この膨張マットは水を吸収すると膨張することにより、それに近接した空洞を封止する。これにより、脆性のセラミックハニカム部材の、耐久性および安定性があり、さらに特に衝撃吸収性のある装着を補償することができる。
【００１６】
本発明の特に有利な展開例に従うと、より厚い境界領域は、断熱マットを折り畳むことにより、作成され得る。
【００１７】
補償層の別の改善例は、膨張マットと断熱マットとを含み、この改善例は製造の点で有利であり、これは、境界を厚くした断熱マットと膨張マットとが１つの複合材料として設計されると得られる。この材料は少なくとも１回巻くことができ、または、より高い断熱が必要な場合は、ハニカム部材のまわりにたとえば円周方向に１回より多く巻くことができる。これに代えて、複合材料として設計された補償層は、ケーシングの他の何らかの輪郭と適合する予め製造された円筒状または楕円形の部品、特に半月形の部分から組立てられ得る。
【００１８】
本発明のさらなる特徴、利点および改善点は、図面を参照して次の詳細な説明において述べる。
【００１９】
図１は、本発明に従った排気ガス清浄装置１の部分断面図である。ここには、ケーシング３内に、ハニカム部材２が配置され、これは補償層４に包まれている。
【００２０】
ハニカム部材２は、モノリシックのセラミックハニカム部材、特にいわゆる薄肉セラミックから作られたものであるのが好ましい。しかしながら、薄板金から構築されたハニカム部材２を類似の態様で保持することもでき、その目的も同様に、好ましくは金属のケーシング３に対する熱的隔離である。考察中のこの実施例では、セラミック材料のプライを含む補償層４、好ましくは膨張マット５、および別の断熱層、いわゆる断熱マット６を用いて、保持持続および断熱性を達成する。これとともに、これらの２層の積み重ねが補償層４を形成し、これは一方でハニカム部材２をケーシング３に安定して保持し、他方で、非常に優れた断熱性を補償する。断熱マット６はセラミック材料で構成され、非常に低い熱導電性を有するので、ハニカム部材２からケーシング３への熱の伝導および対流を防ぐ。膨張マット５は雲母の粒子を含み、それらのまわりに十分な空間があるという程度まで水を吸収し、その過程で膨張する。言換えれば、膨張マット５は、ケーシング３とハニカム部材２との性質の違いにより、また製造公差により形成される空洞を満たし、よってハニカム部材２が長期間の動作にわたってケーシング３内に安定して装着されることを補償する。セラミック材料の膨張マット５および断熱マット６は典型的にはファイバマットであり、これはセラミックハニカム部材２を保持するための先行技術により公知であり、外部ケーシング３とハニカム部材２との製造公差を補償し、かつ長期間にわたる動作を保持するために必要な厚さを有する。なお、多くの補償層４および／または代替的には、断熱層６を単にさらに積み重ねたもの（これらは交互に放射状に沿う）が、特に排気ガス清浄装置１が非常に高い動作温度にさらされる場合（これはたとえば燃焼機関の出口近くに配置されたときに起こる）に設けられ、断熱性を向上させることも可能である。
【００２１】
公知のように、熱い排気ガスの脈流が、雲母の粒子を含む膨張マット５を摩耗させるので、これに対する防護装置が、ハニカム部材２の少なくとも一方の端部領域に、好ましくはハニカム部材２の両方の端部領域に設けられる。この目的のため、本来摩耗に対して非常に耐性のあるセラミックの断熱層６は、ケーシング３に向けて折り畳まれ、すなわち厚い境界が作られて、摩耗の危険性のある膨張マットの境界領域を覆うようにする。この態様で構築された補償層４を複合材料として設計すると、本発明に従った排気ガス清浄装置１の製造に特に有利である。
【００２２】
図２は、断熱マット６および膨張マット５を含む複合材料として設計され、かつ少なくとも１回ハニカム部材２のまわりに円周方向に巻かれ得ることが好ましい、補償層４を示す。代替的実施例（図示せず）では、複合材料として設計された補償層４は、ケーシング３の他の何らかの輪郭と適合され得る予め製造された円筒状または楕円形の部分、特に半月形の部分から組立てられる。断熱マット６、すなわち熱隔離層が、少なくともその境界７のより厚い領域において、長いセラミックファイバにより構成されると、排気ガスの脈流による摩耗に対してあまり影響を受けなくなり、摩耗の危険性のある膨張マット５の境界領域９に対して境界７のより厚い領域によってもたらされる保護が適切なものとなる。
【００２３】
本発明は、特に簡単で、同時に効果的な構造を特徴とし、自動車の触媒排気ガス清浄装置１において、エンジンの近くで使用した場合にも適切である。同時に、これはハニカム部材２の安定した装着を可能にし、また同時にケーシング３においてハニカム部材２の優れた断熱性を提供し、さらに、排気ガスの脈流による摩耗に対して適切に作用する膨張材料を含む補償層４のプライ５を保護する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 排気ガス清浄装置の一部、特に断面を示す図である。
【図２】 膨張マットおよび断熱マットを含む複合材料の形態の補償層を示す図である。

Claims (14)

1. 特に自動車における触媒排気ガス清浄装置（１）であって、少なくとも１つのモノリシックセラミックハニカム部材（２）を有し、これは金属ケーシング（３）に配置され、そこにはケーシング（３）とハニカム部材（２）との間に補償層（４）が配置されており、前記補償層は、
   境界領域（９）が摩耗の危険性を有する膨張マット（５）と、
   境界（７）と内部領域（８）とを有する断熱マット（６）とを含み、
   前記断熱マット（６）の前記境界（７）が、前記ハニカム部材（２）の少なくとも一方の端部領域において、残りの前記内部領域（８）より厚く、
   前記膨張マット（５）が、前記ハニカム部材（２）に背を向けている前記断熱マット（６）の前記内部領域（８）の側部近傍に、前記断熱マット（６）の前記境界（７）のより厚い領域が摩耗の危険性のある前記膨張マット（５）の前記境界領域（９）を覆うような態様で配置され、
   前記膨張マット（５）が、水を吸収すると膨張することによって、近接した空洞を封止し得るセラミック材料を含むことを特徴とする、触媒排気ガス清浄装置（１）。
2. 境界（７）のより厚い領域が、断熱マット（６）をケーシング（３）の方へ折り畳むことにより作製されることを特徴とする、請求項１に記載の触媒排気ガス装置（１）。
3. 断熱マット（６）が、非常に低い熱伝導性および熱対流性を有するセラミック材料を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の触媒排気ガス清浄装置（１）。
4. 断熱マット（６）が、少なくともその境界（７）のより厚い領域において、長いセラミックファイバを含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の触媒排気ガス清浄装置（１）。
5. 補償層（４）が複合材料として設計されることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の触媒排気ガス清浄装置（１）。
6. 複合材料として設計された補償層（４）が、好ましくは少なくとも１回ハニカム部材（２）のまわりに円周方向に巻かれることを特徴とする、請求項５に記載の触媒排気ガス清浄装置（１）。
7. 複合材料として設計された補償層（４）が、ケーシング（３）の他の何らかの輪郭と適合し得る予め製造された円筒状または楕円形の部分、特に半月形の部分から組立てられることを特徴とする、請求項５に記載の触媒排気ガス清浄装置（１）。
8. 摩耗の危険性ある境界領域（９）を有する膨張マット（５）と、
   特にモノリシックハニカム部材（２）を触媒排気ガス清浄装置の金属ケーシング（３）に保持するための、境界（７）および内部領域（８）を有する断熱マット（６）とを含み、
   前記断熱マット（６）が、少なくともその前記境界（７）の部分において、残りの前記内部領域（８）より厚く、
   前記膨張マット（５）が、前記内部領域（８）の一方の側部の近傍に、前記境界（７）のより厚い領域が、摩耗の危険性のある前記膨張マット（５）の前記境界領域（９）を覆うような態様で配置され、
   前記膨張マット（５）が、水を吸収すると膨張することにより、近接した空洞を封止し得るセラミック材料を含むことを特徴とする、補償層（４）。
9. 断熱マット（６）の境界（７）のより厚い領域が、断熱マット（６）を折り畳むことにより作製され得ることを特徴とする、請求項８に記載の補償層（４）。
10. 断熱マット（６）が、非常に低い熱伝導性および熱対流性を有するセラミック材料を含むことを特徴とする、請求項８または９に記載の補償層（４）。
11. 断熱マット（６）が、少なくともその境界（７）のより厚い領域において、長いセラミックファイバを含むことを特徴とする、請求項８から１０のいずれかに記載の補償層（４）。
12. 補償層（４）が、複合材料として設計されることを特徴とする、請求項８から１１のいずれかに記載の補償層（４）。
13. 複合材料として設計された補償層（４）が、巻かれ得ることを特徴とする、請求項１２に記載の補償層（４）。
14. 複合材料として設計された補償層（４）が、他の何らかの輪郭に適合し得る予め製造された円筒状または楕円形の部分、特に半月形の部分から組立てられ得ることを特徴とする、請求項１２に記載の補償層（４）。

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