JP5059781B2 - 排気処理装置の流体軸受補助組立体 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

背景
本発明は概して、触媒コンバータなどの排気処理装置の組立体に関する。より具体的には、本発明は圧縮流体軸受を利用する基体挿入装置に関する。

触媒コンバータ、蒸発排気装置、洗浄（scrubbing）装置、ディーゼル微粒子トラップなどの、たとえば排ガスといったガス処理装置は、種々の用途に用いられて環境に悪いガス排気を物理的に、および／または触媒的に処理する。そのようなガス処理装置は通常、触媒コーティングを有する基体または煉瓦を組込んでいる。圧縮性材料を含む支持マットなどの搭載装置が、通常、ガス処理装置のハウジングコンパートメントに挿入される前に、マット支持材料／基体の部分組立体を形成する基体周りに配設される。

ハウジングコンパートメントにマット／基体の組合せを挿入する従来方法の１つは、米国特許第６５３２６５９号明細書および米国特許第６７３２４３２号明細書などに開示されるスタッフィング錐体を用いる工程を含む。これらの特許において示されるような装置には、スタッフィング錐体の排気口が、ハウジングコンパートメントの吸気口または開口部付近に配設される。円錐構造はハウジングコンパートメントの内径未満の内径を有する。マット／基体の組合せがスタッフィング錐体を通ってハウジングコンパートメントに向って移動するにつれて、錐体が基体周りの圧縮性マットを圧縮するので、部分組立体はハウジングコンパートメントに入り込むことができる。マット／基体の組合せがスタッフィング錐体の内側先細り内部に対して摺動するにつれて、その組合せがハウジングコンパートメントの開口部の外形未満の外径になるまで、マットは基体周りで縮む。この地点で、組合せは排気処理装置のハウジングに押込まれるか詰込まれる。

この従来の錐体スタッフィングプロセス中に、スタッフィングプロセス中のマット材料に対するせん断損傷の結果として、支持マットの性能が低下する（すなわち、その保持力が低下する）。このせん断損傷は主に、マットとスタッフィング装置との間での圧縮中および摩擦中のマットの押引によって生じる。

スタッフィング速度とマットの半径方向圧縮速度との関係は、スタッフィング錐体の形状によって固定されており、独立して変化することはない。マットは、狭窄する裁頭円錐装置に引込まれるので、引張伸長およびせん断損傷にさらされる。引張伸長は、マットの空隙かさ密度の減少および繊維破断をもたらす。スタッフィング錐体と圧縮性マットとの摩擦係数は、効果的に改良することができない。フィルム、コーティングまたは潤滑剤を用いて摩擦を小さくしてきたが、マットの稼働中の性能に明らかに悪い影響を与える。

したがって、スタッフィングプロセス中のマットと挿入装置との摩擦係数を最小にし、圧縮速度の最適化を独立的に可能にすることによって、圧縮性マットへのせん断損傷を最小にするような、マット／基体スタッフィングまたは挿入機構が当該技術において求められている。

発明の要約
圧縮性マットによって囲繞される基体を排気処理装置のハウジングのコンパートメントに挿入するための装置は、ハウジングコンパートメントへの開口部の形状と実質的に同一の形状の穴を有する挿入部材と、圧縮性マットによって囲繞される基体が穴内で移動されるとき、圧縮性マットと穴の表面との摩擦係数を減少させるように作用する圧縮流体軸受を穴の表面に確立する流体軸受発生装置とを有する。

本発明の別の態様において、圧縮性マットによって囲繞される基体を排気処理装置のハウジングのコンパートメントに挿入する方法は、排気処理装置のハウジングのコンパートメントへの開口部付近に調整可能な挿入部材を配置することから始める。基体およびマットは調整可能な挿入部材の穴に配置される。挿入部材は、穴の断面が、コンパートメントの開口部の断面と実質的に同一であるがコンパートメントの開口部の断面よりも小さい形状を有するように調整可能であり、これによってマットを圧縮する。圧縮流体軸受がその後、マットと穴の壁との間に確立され、基体とマットとの組合せは穴から開口部を通ってコンパートメント内に移動される。

本発明の目的および特徴は、図面と併せて、詳細な説明を読むことで明らかとなるであろう。

詳細な説明
従来のスタッフィング錐体の使用に伴うせん断損傷は、排気処理装置のコンパートメントに支持マットをスタッフィングする前に（過圧縮せずに）完全に圧縮することによって、最小にできるか、さらに除去さえもできることがわかった。特に最初のスリップ状態中の摩擦係数が最小であれば、せん断損傷はさらに小さくなる。マット接触面上にエアーなどの圧縮流体を強制的に送る、セグメント化されたツールが提案されており、これによって、スタッフィング力を最小にし、マットに対するせん断損傷を本質的に除去するエアー層またはベアリングを生成する。

図１〜図４を参照すると、挿入部材すなわちスタッフィングポット２００が、圧縮性支持マット１０８によって囲繞される基体１１０を排気処理装置に挿入するための排気処理装置のハウジング１０４付近に配置される。

挿入装置２００は、基体／マットの組合せ２０８（図２Ａおよび図２Ｂ）を受入れる穴１１２（図１）を定義する、複数、たとえば８つの、半径方向に調整可能なセグメントすなわちジョー（ｊａｗ）２０２ａ〜２０２ｈから成る。挿入部材２００は、図２Ａおよび図２Ｂにおいては、半径方向閉鎖状態つまり半径方向圧縮状態で示されている。装置２００は、図３Ａおよび図３Ｂにおいては、半径方向拡大状態または半径方向開放状態で示されている。

このセグメント化されたジョー設計は、排気処理装置ハウジング１０４によって定義されるコンパートメントへの開口部の形状と実質的に同一の断面形状を有する穴１１２（図１）を定義している。調整可能な半径方向最内部の位置において、装置２００は、ジョーセグメント２０２間に無視できるギャップを示す。ジョーセグメント用の電動アクチュエータまたは油圧アクチュエータが、一対のカムプレート（不図示）によって同調されてもよい。ジョーセグメントを調整するコスト上昇を伴う代替構成は、ジョーセグメント２０２ａ〜２０２ｈごとの個々のアクチュエータであろう。

図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａおよび図３Ｂでわかるように、各セグメントすなわちジョーは複数の対の軸方向に延びる通路を有し、各対は、圧縮エアーなどの圧縮流体の供給源に流体連通するように構成されてなる第１通路２０４と、測定棒２１０を受入れるための第２通路２０６とを有する。セグメント２０２の通路２０６の開口部は、測定棒２１０と係合して、測定棒が移動する間セグメント２０２内側の内圧を維持するための、シール（不図示）が備えられる。

図１からわかるように、各測定棒２１０は狭窄部分２１４および広帯部分２１２を有する。各測定棒２１０は、同時移動のために挿入ラム１０２にさらに連結される。

挿入ラム１０２は、基体／マットの組合せの端部１１０ａに圧力を加えるための係合面１０２ａを有する。各測定棒の狭窄部分２１４と広帯部分２１２との間の転移点は、本明細書の後節において記載する目的のために、ラム１０２の係合面１０２ａと実質一直線上にある。

図４からわかるように、図１の穴１１２を定義する一助となる各セグメントの半径方向最内面は、実質的に延びる通路２０２，２０４の対と流体連通する複数の穿孔４００を有する。

ここで図５を参照すると、第１または圧縮流体供給通路５０２および第２または測定通路５０８は、挿入部材２００に沿って軸線方向に延び、実質的に平行である。通路５０２および５０８は、複数の半径方向に延びるポート５０４ａ、５０４ｂなどによって互いに流体連通している。製造の簡易化のために、ポート５０４は、装置２００の各セグメントすなわちジョー２０２の外面を通して穴を開けることによって形成され、その後、外面に生じた開口部は、複数のプラグ５０６ａ、５０６ｂ〜５０６ｎなどによって封止される。

各測定棒２１０は、挿入プロセスの開始時に装置２００の端部と係合するエンドキャップ２１６を有する。狭窄部分２０４は、棒が通路５０８に位置するとき、この部分周りにクリアランスをもたらし、これによって圧縮流体５００を、通路５０２に沿って軸線方向に向けて流し、次いで半径方向に延びるポート５０４内に入れ、そこからセグメント壁の複数の穿孔４００を通すことが可能となり、エアーベアリングを支持マット表面に供給する。

各測定棒２１０の広帯部分２１２は、図５および図６において左方向に移動するにつれて、広帯部分２１２付近のポート５０４を選択的に閉塞して、排気処理装置ハウジング内に挿入されている基体／マットの組合せを未だに有する穴１１２の表面部分に沿ってのみ、エアーベアリング１０６を確立する。

図５は挿入プロセスの開始時の測定棒の位置を示し、図６は挿入プロセス中の左方向に移動した測定棒２１０を示し、これによって半径方向に延びるポート５０４の一部を閉塞する。というのも、棒部分２１２の周囲は、通路５０８の壁と摺接係合しているからである。

図１に戻って、挿入装置２００の穴１１２の直径１２０は、セグメント２０２の半径方向最内位置で、排気処理ハウジング１０４によって定義されるコンパートメントの直径１４０よりも小さくなるように構成されていることがわかる。

作動中、被包された基体／マットの組合せ２０８は挿入されて、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、半径方向最外部の穴にまで拡大された、挿入装置２００の穴１１２の端部のエンドストップ上にまで下げられる。装置２００はその後活性化され、セグメントを半径方向内側へ移動させて、図２Ａおよび図２Ｂに示すようにジョーセグメント２０２をすべて閉鎖することによってマット１０８を圧縮する。半径方向の閉鎖は、高速の初期速度を有し、その後最終形状に近づくにつれて最終速度に徐々に下がっていくような、予め選択した速度プロフィールに従って実行される。待ち状態を任意にプログラム化してマット上のピーク圧力を弱めることもできるが、適した速度プロフィールが第１の場所で利用される場合は必要とされない。

エアーベアリングのエアー供給がその後活性化され、マット１０８とジョーセグメント２０２によって定義される穴１１２の壁との間に流体軸受１０６を形成する。流体すなわちエアーの圧力が安定化すると、基体１１０およびマット１０８はラム１０２によって、比較的弱い力で排気処理装置ハウジング１０４のコンパートメント内に詰込まれる。ラム１０２に連結される測定棒２１０は、通路２０６内へ軸線方向に同時に摺動し、これによって、流体圧力が、マット１０８と接触したままの穴１１２の領域にのみ加わって、エアーベアリング１０６の安定した圧力を保証する。

本発明がマットの圧縮を独立して最適化することができるので、ピーク圧力を顕著に下げる可能性、それゆえの繊維破断の減少およびマット性能の向上をもたらすことは当業者にとって当然のことであろう。マットと挿入装置の壁との摩擦係数は大幅に減少する。流体軸受が圧縮性マットと挿入装置の圧縮ジョーとの間に生成されて、摩擦係数を減少させる。この減少は押し込み力を減少させて、せん断損傷をもたらす繊維破断を減少させる。さらに、挿入プロセス中の支持マットの引張伸長が大幅に低下するであろうから、マットの空隙かさ密度への悪影響および繊維への損傷は減少する。最後に、本発明の装置は、フィルムバッキング、コーティングまたは潤滑剤を必要としないと同時に費用を増大させることなく、性能面での利点を提供するであろう。本発明はまた、さらにコストを削減できる、より厚い、低密度のマットの使用を可能にする。

本発明は、例示の目的のためのみに与えられた詳細な説明と併せて開示されている。本発明の範囲および精神は、添付の請求の範囲の適切な解釈に由来する。

本発明の原理に従って配置された、挿入装置で組立てられている排気処理装置の断面図である。 囲繞支持マットを有する基体の周りの、閉鎖状態における挿入装置の斜視図である。 図２Ａの挿入装置の断面図である。 基体／マットの組合せを受入れるための、開放状態すなわち拡大状態における挿入装置の斜視図である。 図３Ａの装置の断面図である。 挿入装置の半径方向に調整可能なセグメントの１つの斜視図である。 挿入プロセスの開始時の挿入装置の断面図である。 挿入プロセスの途中の挿入装置の断面図である。

Claims (16)

1. 圧縮性マットによって囲繞される基体を排気処理装置のハウジングのコンパートメントに挿入するための装置において、
   ハウジングコンパートメントへの開口部の形状と実質的に同一の形状の穴を有する挿入部材と、流体軸受発生装置であって、圧縮性マットによって囲繞される基体が穴内で移動されるとき、圧縮性マットと穴の表面との摩擦係数を減少させるように作用するように穴の表面に圧縮流体軸受を確立する流体軸受発生装置とを有することを特徴とする装置。
2. マットが流体軸受によって圧縮されている間、基体およびマットをハウジンコンパートメントに軸線方向に挿入するために、基体およびマットの端部と接触するように配置される係合面を有する挿入ラムをさらに有することを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 挿入部材が、基体およびマットが存在する穴の一部に沿ってのみ流体軸受を調節可能に確立する測定部材をさらに有することを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 流体がエアーを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
5. 排気処理装置が触媒コンバータを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
6. 圧縮性マットによって囲繞される基体を排気処理装置のハウジングのコンパートメントに挿入するための装置であって、
   半径方向に調整可能な穴が貫通された本体を有する挿入部材であって、該穴がハウジングのコンパートメントの端部の断面形状と実質的に同一の形状の断面を有し、穴の最小直径において少なくとも部分的にマットを圧縮するように作用する、挿入部材を有し、
   該本体が、穴と流体連通する通路であって、圧縮流体の供給源と流体連通し、かつ穴の表面と穴内に存在する基体を囲繞するマットとの間に流体軸受を確立するように構成されてなる通路をさらに有することを特徴とする装置。
7. マットが流体軸受によって少なくとも部分的に圧縮され囲繞されるとき、挿入部材から基体およびマットをハウジングのコンパートメントに軸線方向に挿入するための、基体およびマットの端部と接触するように配置される係合面を有する挿入ラムをさらに有することを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 基体およびマットが存在する穴の一部に沿ってのみ流体軸受を調節可能に確立する測定部材をさらに有することを特徴とする請求項６記載の装置。
9. 排気処理装置が触媒コンバータを含むことを特徴とする請求項６記載の装置。
10. 圧縮性マットによって囲繞される基体を排気処理装置のハウジングのコンパートメントに挿入するための装置であって、
    半径方向に移動可能な複数のセグメントを有するセグメント化された挿入部材であって、該複数のセグメントが、ハウジングコンパートメントの端部の形状と実質的に同一の形状の穴を形成し、セグメントの半径方向最内部の位置にて少なくとも部分的にマットを圧縮するように作用する、挿入部材を有し、
    各セグメントは、圧縮流体の供給源と流体連通するように構成されてなる軸方向に延びる流体通路と、通路と穴との流体連通を与えるポートとをさらに有することを特徴とする装置。
11. 各セグメントが、対応する流体通路に実質的に平行に延びる測定通路であって、測定通路を実質的に充填してポートを通る流体流を阻止する広帯部分と、流体流がポートを通るのを可能とするクリアランスをもたらす狭窄部分とを有する、軸線方向に移動可能な測定棒を運ぶ、測定通路をさらに有することを特徴とする請求項１０記載の装置。
12. 測定棒に連結される、軸線方向に移動可能な挿入ラムであって、測定通路を通って測定棒を同時に軸線方向に移動させながら、挿入要素を介してハウジングコンパートメントに基体およびマットを軸線方向に挿入するために、基体の端部と接触するように配置される係合面を有する、挿入ラムをさらに有することを特徴とする請求項１１記載の装置。
13. 狭窄部分から広帯部分への測定棒上の推移が、挿入ラムの係合面と接触する基体の端部と面一に実質的に配置されることを特徴とする請求項１２記載の装置。
14. ポートが、穴に面する対応するセグメントの壁の複数の穿孔を介して、通路と穴との流体連通をもたらすことを特徴とする請求項１０記載の装置。
15. 圧縮性マットによって囲繞される基体を排気処理装置のハウジングのコンパートメントに挿入するための装置であって、セグメント化された挿入部材と、軸線方向に移動可能な挿入ラムとを有し、
    セグメント化された挿入部材は、半径方向に移動可能な複数のセグメントであって、ハウジングコンパートメントの端部の形状と実質的に同一の形状の穴を形成し、セグメントの半径方向最内部の位置にて、ハウジングコンパートメントの端部よりも小さい断面を有する穴を形成するように作用する、複数のセグメントを有し、
    各セグメントは、軸線方向に延びる通路の対であって、前記対の第１通路が、圧縮流体の供給源と流体連通し、前記対の第２通路が、第２通路の壁と共にクリアランスを与える第１部分および第２通路の壁と摺接係合する第２部分を有する、軸線方向に移動可能な測定棒を運び、第１通路および第２通路が、第１通路と第２通路との間で流体連通をもたらす複数のポートと、セグメント化した挿入部材の穴と第２通路との間で流体連通をもたらすセグメントの内部壁の複数の穿孔とを有する、通路の対と、
    軸線方向に移動可能な挿入ラムであって、第２通路に沿って測定棒を同時に軸線方向に移動させながら、セグメント化された挿入部材からハウジングコンパートメントに基体マットを軸線方向に挿入するために、測定棒に連結され、基体およびマットの端部と接触するように配置される係合面を有する、挿入ラムとをさらに有することを特徴とする装置。
16. 圧縮性マットによって囲繞される基体を排気処理装置のハウジングのコンパートメントに挿入する方法であって、
    排気処理装置のハウジングのコンパートメントへの開口部付近に調整可能な挿入部材を配置し、
    基体およびマットを調整可能な挿入部材の穴に配置し、
    穴の形状がコンパートメントの開口部の形状と実質的に同一であるが、穴の断面積がコンパートメントの開口部の断面積よりも小さくなるように挿入部材を調整することで、マットを圧縮し、
    マットと穴の壁との間に圧縮流体軸受を確立し、
    穴から開口部を通ってコンパートメントに基体およびマットを移動させる工程を含む方法。

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