JP5283358B2 - 排気浄化構成要素用のハウジング - Google Patents

Description

本発明は、内部空間を囲い込み境界づける排気浄化構成要素用のハウジングに関する。かかる排気浄化構成要素付きハウジングは、特に自動車用内燃機関の排気ガス処理の際に採用される。

排気装置への排気浄化構成要素の組入れに関し、既に多くの接合方法が公知である。その際、通常の排気浄化構成要素の場合、ハウジングと排気管との溶接を可能にすべく、ハウジングをできるだけ厚肉に形成することが公知である。また、フランジの形に直角に折り曲げたハウジング部分を有し、該フランジが、２個の排気管セグメント間に置かれ、該両排気管セグメントに接合技術的に結合されたハウジングが公知である。これらの公知の方式は、広く信頼されているが、特別な用途に採用できない。

ハウジングの排気管への組入や取付けは、ハウジングが比較的薄肉であるときに特に問題がある。これは、例えば高々１．５ｍｍ或いはそれどころか０．８ｍｍ以下のハウジング壁厚を持つハウジングに当てはまる。かかる薄肉ハウジングでは、実際自動車の排気装置において攻撃的周辺条件に永続的に耐える単純な溶接継手を形成できない。そこで生ずる大きな熱的および動的負荷は、ハウジングと排気管との単純な溶接継手を短時間で損傷してしまう。

本発明の課題は、上述した従来技術の問題を少なくとも部分的に解消することにある。特に、排気管への永続的な溶接継手が実現可能な、薄肉で軽量のハウジングないし排気浄化要素に対する接合継手を提供することにある。特に自動車の排気装置への排気浄化構成要素の組立が、量産条件下でも、経済的に可能とすることにある。

この課題は、請求項１に記載の特徴を有するハウジングによって解決される。本発明の特に有利な実施態様を従属請求項に示す。なお、請求項に個々に記載した特徴は、技術的に有意義に任意に組み合わせることができ、そして、本発明の他の実施態様を構成する。追加的に特に有利な変形例を表すべく、請求項における個々の特徴を明細書で詳細に説明し、特定する。

内部空間を囲い込み境界づける排気浄化構成要素用の本発明に基づくハウジングは、主に少なくとも１個の受け部をハウジングによりその外側に形成したことを特徴とする。受け部をハウジング自体で形成することは、特に受け部をハウジングに一体に結合し、又は例えば同じ材料から成るハウジング自体の一部となすことを意味する。そのため、例えば管状ハウジングの形状を、受け部を形成すべく変更する。ハウジングの外側に環状に延びる受け部を形成するとよい。該受け部は、ハウジングの外側環状部分で形成できるが、例えば多重スリット付きフランジの形で複数のハウジング区域で受け部を形成してもよい。

少なくとも１個の受け部をハウジングの片側端面の近くに設けると特に好ましい。また基本的には、両側端面に場合により異なる形状の相応した受け部を設けてもよい、片側だけに受け部を備えたハウジングが有利である。

また、少なくとも１個の受け部を、ハウジングの本体箇所に対して間隔を隔てて平行に延びるハウジングの一部で形成するとよい。即ち、換言すれば、特にハウジングの一部とハウジングの本体箇所が互いにほぼ同軸的に延びる。これは、例えば端面近傍でのハウジングの一部の変形や折り曲げにより生ずる。その場合、ハウジングの一部を、これが排気浄化構成要素を収容する本体箇所に対しほぼ平行に配置すべく折り曲げる。

このハウジングの優れた用途範囲に関し、ハウジングの以下の形態が好ましい。即ちハウジングは０．４〜１．０ｍｍのハウジング壁厚を有し、受け部はハウジングの一部の折り曲げにより形成し、その折り曲げ半径は３〜８ｍｍとし、受け部の長さを少なくとも７ｍｍとする。ハウジング壁厚は、特に０．６ｍｍ以下とする。折り曲げ半径は、好適には５ｍｍの範囲にする。ここで提案する少なくとも７ｍｍの受け部長さにより、組み立てるべき排気管セグメントへのハウジングの安定した接触を、組立中にわたり保証できる。この結果、排気管セグメントへのハウジングの永続的固定が可能となり、これは、特に溶接しようとするハウジングの一部を排気管セグメントの外側に置き、この結果この結合箇所が排気装置の内部における攻撃的媒体に曝されないことから生ずる。

本発明はまた、排気管第１セグメントを受け部に係合させ、排気管第１セグメントと受け部を互いに材料結合させた、少なくとも１個の排気管第１セグメントと上述の本発明に基づく排気浄化構成要素付きハウジングとを有する排気装置も提案する。前記排気管第１セグメントを受け部の内部に且つハウジングの内部空間の外に置き、ハウジングを取り囲む係合部を形成した形態が特に有利である。その場合、排気管セグメントの少なくとも一部が受け部の中まで延び、この結果特にその先端がハウジングによって取り囲まれる。

また、少なくとも１個の排気管第２セグメントを、受け部の排気管第１セグメントと反対側に置き、受け部に材料結合するとよい。この結果ハウジングの一部を中間に挟んだ排気管部分のサンドイッチ構造が生ずる。かくして、特に材料結合継手の箇所に十分な材料厚さが生じ、同時に接合技術的結合のために場所を大きく節約した配置構造が生ずる。

更に、少なくとも１個の排気管第１セグメントと受け部を形成するハウジング部分とによる材料結合継手の箇所の材料厚さを、少なくとも２．５ｍｍとすることで、排気装置を良好に溶接できる。少なくとも３〜３．５ｍｍの材料厚さが特に好ましい。その際、互いに結合すべき部品に関し、０．４〜０．６ｍｍのハウジング壁厚と０．５〜２．０ｍｍの排気管セグメントの配管壁厚を前提とするが、これは勿論必須ではない。

従って、材料結合継手を連続溶着部、即ち連続溶接部で実現した排気装置が生ずる。連続溶着部は、特にハウジングの円周を取り囲み、これは場合により重なり合って形成してもよい。

この材料結合継手の耐久性は、特に保持体ないしハウジングの相応した配置構造により向上できる。

本発明は、内燃機関と上述の形式の本発明に基づく排気装置とを有する自動車も提案する。この自動車では、排気ガスが内燃機関から出て流れ方向に排気装置を貫流して流れ、ハウジングが受け部を片側端面に有し、受け部付きのこの端面が排気ガスの入口側端面を形成するように位置する。即ち、換言すれば、特に排気ガスはまずハウジングないし排気浄化構成要素の端面又は入口側端面に衝突する。そこに受け部が形成されており、該受け部を後退して配置したことで、溶接継手に対する防護作用が生ずる。また排気ガスの流入に伴い、ハウジングは排気管第１セグメントに向けて押され、この結果、ここで特に大きな負荷の下でも、排気装置とハウジングとの確実な結合が保証される。

また、排気装置のこの配列では、ハウジングを出口側端面の範囲で少なくとも１個の排気管セグメントに対し隙間を隔てて保持し、該隙間内に固定手段を設けるとよい。この固定手段は、特にそのハウジング箇所を排気管に対し配列するために使え、場合によってはハウジングと排気管セグメントとの異なる熱膨張挙動を熱応力なしに可能にすべく、両者の相対運動を可能とする。追加的に、例えばワイヤ織物等の形態で形成した固定手段は、他の機能も満たし、この結果、該固定手段は場合によっては漏れ止め手段および／又は排気ガスの触媒転換手段を有する。

排気装置とハウジングとの接合は、特に次の作業工程を有する。即ち、
ａ）内部空間内における排気浄化構成要素と少なくとも１個の受け部とを備えた ハウジングを製造し、
ｂ）ハウジングの受け部内に排気管第１セグメントを置き、
ｃ）受け部の外側に他の排気管セグメントを置き、
ｄ）排気管セグメントを受け部に溶接技術で接合する。

前記ａ）工程に関して、受け部を次の製造工程で製造する。即ち、
ハウジングの端部を定置製造特殊工具で折り曲げ、
ハウジングの端部を１本の固定マンドレル又は段階的に数本のマンドレルで折 り曲げ、
ハウジングの端部を、例えばロール成形部や圧縮成形部を備えたロール等の柔 軟性工具で折り曲げる。

前記ｄ）工程に関して、排気管セグメントの受け部との溶接技術的接合は次の工程を有する。即ち、接合すべき部品を適当な配置で置き、補助剤を利用して或いは利用せずに、アーク溶接法で溶接する。

第１工程において、例えばまず図１に示す如きハウジングと排気管第１セグメントだけに関し、抵抗点溶接又はローラシーム溶接を行う。この際、熱膨張を防止すべく、非常に僅かな入熱量に制限する。

排気管第２セグメントの接合（図２も参照）は、溶融溶接法で行うとよく、ここでは選択的に、排気管第３セグメントも関与させる。ここでは、比較的厚肉の排気管第１セグメントと排気管第３セグメントとの間に比較的薄肉のハウジングを配置し、溶接時に局所的に溶融させるのが望ましい。

以下図を参照して本発明および本発明の技術分野を詳細に説明する。図は本発明の特に優れた実施例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は、ハウジング壁厚６が０．５ｍｍの範囲にあるハウジング１を部分断面図で示している。ハウジング１の内部空間３の中に排気浄化構成要素２が配置されている。ハウジング１は、片側端面５の近くの外側に環状に形成された受け部４を有しており、該受け部４はハウジング１の一部の折り曲げによって形成されている。その場合、５ｍｍの範囲の曲げ半径７が実現できる。内部空間３を形成するハウジング１の箇所に対しほぼ平行に形成されたハウジング１の折り返し湾曲部は、７〜１０ｍｍの長さ８を有している。

そして、受け部４に排気管第１セグメント１０が配置され、この排気管第１セグメント１０は、受け部４を形成するハウジング１の外側部分に接触している。特にハウジング１の周りに環状に形成されたこの接触箇所で、材料結合継手１２が形成されている。その溶接による接合に対して相応した材料厚さ１３が利用されている。

かかる排気装置９に関する異なる実施例を図２に示す。ここでは、排気浄化構成要素２を内部に収容したハウジング１を部分断面図で示している。排気浄化構成要素２は、例えば排気ガスが流れ方向１６に貫流可能な通路２２を形成する多数の金属箔２３からハニカム体の形態に形成している。ハウジング１ないし排気浄化構成要素２は、排気装置９の配列に応じ、流れ方向１６に関して入口側端面１７と出口側端面１８を有する。

また、入口側端面１７の近くに受け部４を形成している。この実施例の場合も、排気管第１セグメント１０がこの受け部４に係合している。更に、より外側に受け部４の外に排気管の他の構成要素を置いている。即ち、例えば約０．５ｍｍの配管壁厚の排気管第３セグメント２１が受け部４の外側に接触している。この排気管第３セグメント２１は、例えば他の排気浄化構成要素を収容しおよび／又は排気浄化構成要素２への排気ガスの整流流入を可能とする。そして本実施例では、排気管第２セグメント１１が密閉外被を形成し、これに伴い排気管第１セグメント１０と排気管第２セグメント１１は、サンドイッチの形態で、排気管第３セグメント２１とハウジング１の受け部４を収容している。材料結合継手１２の箇所に、ここでは例えば３ｍｍ以上の材料厚さを与え、永続的溶接結合を保証している。これは特に、ここで採用した排気浄化構成要素の薄肉ないし軽量のハウジングに関して適用される。所謂「チューブ−キャンニング」とも呼ばれる溶接継手が、正にこの薄肉ハウジングの場合に有利である。

なお図３で、かかる排気装置９の自動車１４への組入れを示している。この図は、内燃機関１５を備えた自動車１４を示す。内燃機関１５で発生された排気ガスは流れ方向１６に排気装置９を通して流れ、その場合、排気ガスは触媒、フィルタ、吸収器等の種々の排気浄化構成要素に供給される。排気管第１セグメント１０と排気管第２セグメント１１に関する材料結合継手１２の位置も図示しており、この材料結合継手１２において、上述したように同時にハウジング１が固定されている。

排気装置における本発明に基づくハウジングの第１実施例の断面図。 排気装置における本発明に基づくハウジングの第２実施例の断面図。 排気装置が組み入れられた自動車の概略図。

符号の説明

１ ハウジング、２ 排気浄化構成要素、３ 内部空間、４ 受け部、５ 端面、６ ハウジング壁厚、７ 曲げ半径、８ 長さ、９ 排気装置、１０ 排気管第１セグメント、１１ 排気管第２セグメント、１３ 材料厚さ、１４ 自動車、１５ 内燃機関、１６ 流れ方向、１７ 入口側端面、１８ 出口側端面、１９ 隙間、２０ 固定手段、２１ 排気管第３セグメント、２２ 通路、２３ 金属箔

Claims (6)

1. 少なくとも１個の排気管第１セグメント（１０）と、排気浄化構成要素（２）付きハウジング（１）とを有する排気装置（９）において、
   前記ハウジング（１）が、内部空間（３）を囲い込み、前記ハウジング（１）によってその外側に少なくとも１つの受け部（４）が形成されており、当該受け部（４）が、前記ハウジング（１）の片側端面（５）の近くの一部を折り曲げることによって、当該ハウジング（１）の片側端面（５）の近くに、当該ハウジング（１）の本体箇所に対し間隔を隔てて平行に延びるように、当該ハウジング（１）の一部で形成されており、
   前記排気管第１セグメント（１０）が、前記受け部（４）内に収容されていると共に当該受け部（４）に材料結合されており、かつ、前記排気管第１セグメント（１０）に材料結合された前記ハウジング（１）の部分が、前記排気管第１セグメント（１０）の外側に位置決めされており、
   前記ハウジング（１）が、０．４〜１．０ｍｍのハウジング壁厚（６）を有し、前記ハウジング（１）の一部の折り曲げによって形成された前記受け部（４）の折り曲げ半径（７）が、３〜８ｍｍであり、かつ当該受け部（４）が、少なくとも７ｍｍの長さ（８）を有する
   ことを特徴とする排気装置。
2. 少なくとも１個の排気管第２セグメント（１１）が、前記受け部（４）の表裏両面のうちの前記排気管第１セグメント（１０）が置かれた面とは反対側の面に置かれて、前記受け部（４）に材料結合された
   ことを特徴とする請求項１記載の排気装置。
3. 少なくとも１個の前記排気管第１セグメント（１０）と前記受け部（４）を形成する前記ハウジング（１）の部分とによる材料結合継手（１２）の箇所が、少なくとも２．５ｍｍの材料厚さ（１３）を有する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の排気装置。
4. 前記材料結合継手（１２）が、連続溶着部を有する
   ことを特徴とする請求項３記載の排気装置。
5. 内燃機関（１５）と、請求項１から４の１つに記載の排気装置（９）とを有する自動車（１４）であって、
   排気ガスが、前記内燃機関（１５）から出てその流れ方向（１６）に前記排気装置（９）を貫流して流れ、
   前記ハウジング（１）が、前記受け部（４）を片側端面（５）に有し、
   前記受け部（４）の付設された片側端面（５）が、前記排気ガスの入口側端面（１７）を形成するように位置している
   ことを特徴とする自動車。
6. 前記ハウジング（１）における前記排気ガスの入口側端面（１７）とは反対側の出口側端面（１８）の範囲で、前記ハウジング（１）が、少なくとも１個の前記排気管第１セグメント（１０）に対し隙間（１９）を隔てて保持され、
   前記隙間（１９）内に、固定手段（２０）が設けられている
   ことを特徴とする請求項５記載の自動車。
   

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