JP5529510B2 - 触媒坦持体のための自立した保持部 - Google Patents

Description

本発明は、平行した貫流が可能な二つ以上の排出ガス浄化モジュールを排出ガス浄化システムに配設することができる、排出ガス浄化モジュールのための自立した保持部に関する。かかる平行した貫流が可能な排出ガス浄化モジュールの構成は、例えば、排出ガス浄化システムジュールの排出ガス浄化能力を内燃機関、及び／又は排出ガス生成に合わせることができる、商用車両の排出ガス浄化システムで使用される。

自動車の内燃機関、例えば、火花点火機関とディーゼル機関の排出ガスシステムの排出ガス処理において、今日、かかる排出ガスを処理して、有害物質をほぼ完全に浄化して大気に放出することが願われている。排出ガス中の有害物質は、比較的低い温度で作用する、有害物質の変換に寄与する触媒作用被膜の支援によって、変換することができる。ここで、含有有害物質の反応確率が高まることから、排出ガスを触媒面に可能な限り長い時間期間にわたって接触させることが願われている。このため、排出ガス浄化装置では、触媒作用被膜を有する面積を可能な限り大きくしている。

同時に、少ない構造体積と少ない流体抵抗（Ｓｔｒｏｅｍｕｎｇｓｗｉｄｅｒｓｔａｎｄ）に関心が向けられている。構造体積が少ないと、自動車の既存の構造空間を有利に利用することができる。排出ガス浄化装置において貫流する排出ガスの流体抵抗が少ないことは、内燃機関の性能によい効果をもたらす。これらの要求に対応するため、排出ガス浄化装置の排出ガスは通常、排出ガス浄化モジュールによって触媒被膜と接触するようになっている。排出ガス浄化モジュールは、通常、例えば、巻線状又はコイル状、あるいは、波形と平面が交互に形成された金属箔からなるハニカム構造体として構成されている。あるいは、発泡性セラミック又は押出セラミックのハニカム構造体も使用されている。ハニカム構造体、特に、薄い金属箔からなるハニカム構造体は、少ない構造体積で内部平面が大きく、流体抵抗が比較的少ないという点で優れている。

排出ガスの変換、排出ガス浄化装置の圧力損失、構造体積、排出ガスの変換に関する要求を可能な限り満たすためには、その能力を内燃機関の排出ガス量に正確に合わせた排出ガス浄化システムが必要である。これは、自動車で常時発生する内燃機関の動作条件の変化によって困難になっている。

これらの理由から、複数の触媒坦持体を消音装置に配設して、排出ガス浄化能力を自動車の要求に合わせることができる、一つの排出ガス浄化装置のモジュール構造とすることも検討されてきた。現在公知の排出ガス浄化モジュールの平行な構成も、排出ガスシステム自体に取り付けられている。これによって、排出ガスシステムの取り付け時の労力が大幅に増加し、コストが大幅に増加する原因となり、さらに、この排出ガスシステムの取り付け段階で、より多くの組立ユニットと部材を組み合わせることになった。

このため、本発明は、上述の従来技術に関連する問題を緩和することを目的とする。特に、例えば、排出ガス浄化システムの最終取り付け時の取り付けの労力を少なくする、コスト効率的な、複数の排出ガス浄化モジュールのための自立した保持部を提供することを目的とする。さらに、かかる自立した保持部を有する排出ガス装置を提供する。

かかる目的は、請求項１の特徴による装置によって達成される。装置のさらに有利な構成については、従属の特許請求項に記載する。特許請求項に個別に記載される特徴は、技術的に有利な手法で、相互に組み合わせてもよく、また、本書で説明する事項を用いて補足して、本発明のさらなる変形の実施の形態としてもよい。

本発明の、排出ガス浄化モジュールのための自立した保持部は、少なくとも二つの排出ガス浄化モジュールと、少なくとも二つの保持プレートとを有し、前記少なくとも二つの排出ガス浄化モジュールの各々が断面形状と、厚さを有する少なくとも一つのビードとを有し、前記ビードが主な断面形状を越えて突出し、前記少なくとも二つの排出ガス浄化モジュールが少なくとも一つの保持プレートを少なくとも部分的に貫通し、前記ビードによって、前記少なくとも二つの保持プレートの間の各々が固定されている。

本発明による自立した保持部の排出ガス浄化モジュールの数は自由に選択することができる。例えば、触媒胆持体、電熱型ハニカム構造体、及び／又は、その相当物などの、排出ガス浄化モジュールの製造者は、このため、特定のサイズの排出ガス浄化モジュールの製造に合わせることができる。さらに、（個々の排出ガス浄化モジュールごとに正確に嵌合させることができるため）異なる多くの凹部を有する保持プレートを製造することができる。異なる多くの凹部を有する異なる保持プレートの製造は、異なる排出ガス浄化モジュールを多数製造するよりも、基本的に少ない技術的労力を必要とする。本発明による自立した保持部を組み立てるための追加の取り付け工程は把握可能であるため、製造者は、排出ガス浄化システムの製造時の労力とコストを大幅に削減することができる。

自立した保持部の排出ガス浄化モジュールの数は、様々な基準に従って選択することができる。特定の排出ガス浄化能力を実現するために、少ない排出ガス浄化能力を有する排出ガス浄化モジュールを多数、一つの本発明による自立した保持部に設けることもできる。また、このように小さな排出ガス浄化モジュールを選択した場合、本発明の自立した保持部に取り付ける際、より大きな取り付け労力を必要とする。排出ガス浄化モジュールが大型になると、特定の排出ガス浄化能力を実現するために、自立した保持部に設けるために必要とされる排出ガス浄化モジュールの数は減るが、同時に、自立した保持部全体の排出ガス浄化能力の調節の正確さは少なくなることがある。

異なる保持プレートを使用することなく、特定の排出ガス浄化能力を実現するために、自立した保持部の保持プレートの個々の凹部を、不浸透性のカバープレートでシールすることができる。

一つの断面形状を、特に、排出ガス浄化モジュールの主要な基本形状とすることができる。この目的のために好ましい断面形状としては、円形、長円系、多角形があるが、基本形状が非対称な断面形状も、特定の向きに取り付け部に導入すること（Ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｓｓ（形状結合））が容易にできるので、特に好ましい。

ビードとは、特に、断面形状から半径方向外側に突出した隆起部を意味する。排出ガス浄化モジュールのビードの数は好ましくは一つである。

基本的に、個々、又は全ての排出ガス浄化モジュールは、少なくとも二つの保持プレートの少なくとも一つ、又は両方を貫通することができる。

ビードは、好ましくは、保持プレートの間で挟み込ので、又は締め付けて固定する。さらに、ビードを、形状結合（ｆｏｒｍｓｃｈｌüｓｓｉｇ：ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｉｎｔｅｒｌｏｃｋ）で保持プレートに埋め込み、必要な場合には、主に保持プレートのみを介して締め付けるようにする。したがって、この固定は、具体的には、解除可能であるが、例外的な場合として、必要に応じて、溶接接合又は半田接合によって行ってもよい。

少なくとも一つの排出ガス浄化モジュールが、ビードを（特に一体として）配設し、ハニカム体を備えた、少なくとも一つのハウジングを有することが、特に、本発明による自立した保持部に有利である。かかるハウジングは、例えば、ビードを深絞りによって設けることができる。ビードをハウジングの端部に設ける、又は、ハウジングを二つのハウジング部分からなる二部分として構成し、両方のハウジング部分のそれぞれ一端部にカラーを設け、この二つのカラーが合わせてビードを構成し、二つの保持プレートの間に形状結合で固定するようにしてもよい。

さらに、ハニカム構造体が少なくとも部分的に構造化された金属層（金属薄板、格子状、網掛け状、網状、など）からのみ、例えば、波形金属箔と平面金属箔から構成され、これらは、少なくとも部分的（交互）に、コイル状、巻線状、又はスタック状で、管路が構成されることが特に有利である。かかる金属製の排出ガス浄化モジュールは、特に、本発明による自立した保持部を用いると、特に有利である。このような排出ガス浄化モジュールの製造は、大量に生産すると経済的である。このため、本発明による保持部によって必要とされる、小さい触媒胆持体を多数一つの排出ガスシステムに用いることが適当である。さらに、かかる排出ガス浄化モジュール（例えば、触媒胆持体又は粒子分離器）はしばしば、内部で乱流を発生するようになっている。このため、内部に様々な種類のバッフル面を有する。排出ガス浄化モジュールで実際に乱流を発生できるように、場合によっては、特定の最小体積流で排出ガス浄化モジュールを貫流させることが必要とされる。このため、本発明による構成では、乱流を貫流させる排出ガス浄化モジュールが特に有利である。

本発明による自立した保持部は、特に、排出ガス浄化モジュールのビードを、少なくとも円周の構成、又は、少なくとも二つの排出ガス浄化モジュールの断面形状から完全に突出させることが好ましい。しかしながら、ビードは両方の特徴を有することが好ましい。ビードが部分的にのみ断面形状から突出しれば、本発明による自立した保持部の排出ガス浄化モジュールを形状結合することは基本的に可能である。ビードが円周全体にわたって半径方向に延在する場合、同時に排出ガス浄化モジュールと保持プレートを相互にシールして、排出ガス浄化モジュールの周りに流れが発生することを防止できる。

さらに、少なくとも二つの保持プレートの間に距離を形成する、少なくとも一つのスペーサを設けることが有利である。この距離は、排出ガスモジュールのビードの厚さに調整することができる。正確に選択してもよいし、略小さくしてもよい。このようして、二つの保持プレートの間を規定されたビード圧力に調整することができる。

さらに、少なくとも二つの保持プレートを解除可能な接合手段によって相互に接合することも有利である。本発明による自立した保持部は、二つの保持プレートの間の接合手段を解除可能としているので、非破壊で取り外しができる。これによって、故障の際には、個々の排出ガス浄化モジュールを交換できるようにして、自立した保持部全体を交換する必要のないようにしている。したがって、排出ガス装置の保守時のコストを大幅に削減できるという利点がある。解除可能な接合手段として、特に、ボルト接合などが考えられる。

本発明によると、少なくとも二つの排出ガス浄化モジュールは、少なくとも二つの保持プレートに対してずれて配設されてもよい。かかる構成によって、排出ガスシステムを省スペース構造とすることができる。特に、非対称に形成した排出ガスシステムが、かかる構成に好適である。例えば、六角形の排出ガス浄化モジュールを密に詰めたパターンで保持プレートに配設することができる。しかしながら、円形の断面形状の触媒坦持体も、比較的密に構成することができる。ここで、「ずれた」構成とは、特に、排出ガス浄化モジュールの中心を全て一直線上に配設するのではなく、特に、隣接する排出ガス浄化モジュールをあるパターン（例えば、多角形）で配設することを意味する。「密」な構成は、特に、隣接する排出ガス浄化モジュールの中央を相互に、断面形状の最大の広がりより小さい距離、あるいは、あるいは、少なくともこれに極めて隣接して配設されて実現される。

さらに、本発明は、本発明による自立した保持部を少なくとも一つを有する、内燃機関を有する自動車のための排出ガス装置にも関する。ここで、取り付け部は、例えば、排出ガス管の管断面の間に流れの方向に対して横断する配設され、好ましくは、排出ガスが全ての排出ガス浄化モジュールを平行して貫流できるようにする。必要な場合、かかる保持プレートを、例えば、異なる排出浄化モジュールとともに配設してもよい（必要な場合、最初に第１の酸化触媒、続いて粒子トラップ、ＳＣＲ触媒など）。この場合、異なる保持プレートの排出ガス浄化モジュールをお互いに一直線上に配設することができる。また、この保持プレートの間、又は、保持プレートに、少なくとも一つの還元剤添加装置、及び／又は、気流混合部などを配設してもよい。

本発明及び技術的分野について、以下図面を参照して詳細に説明する。図面は、特に、好ましい実施の形態について示すが、本発明はこれに限定されない。図面、特に、図面に表示される寸法は概略にすぎない。

排出ガス浄化モジュールが二つの保持プレートを貫通する、本発明の第１の実施の形態の変形例を示す図である。 排出ガス浄化モジュールが二つの保持プレートを貫通する、本発明の第２の実施の形態の変形例を示す図である。 保持プレートに排出ガス浄化モジュールを配設した、特に好適な省スペース構成を示す図である。 本発明による装置のための、巻線状の触媒坦持体を有する排出ガス浄化モジュールの図である。 本発明による装置を備えた自動車の図である。

図１は、本発明による自立した保持部１の断面図で、内部に排出ガス浄化モジュール２が示されている。排出ガス浄化モジュール２（例えば、触媒坦持体、又は粒子分離器、又は多機能排出ガス処理装置）は、断面形状３と、その長さ４を有し、二つの保持プレート６を貫通している。排出ガス浄化モジュール２は、厚さ８を有するビード５を含む。それは保持プレート６をその凹部７を介して貫通している。ビード５は、二つの保持プレート６の間で形状結合（ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ：ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｉｎｔｅｒｌｏｃｋ）で固定されている。さらに、二つの保持プレート６の間を距離１１で離間させるスペーサ１０も備えられている。ここでは、ボルトとして構成される接合手段９は、自立した保持部１を固定する。排出ガス浄化モジュール２は、ハウジング１２と、これに配設されたハニカム構造体１３とを備える。

図２は、本発明による自立した保持部１の断面図で、同様に、内部に排出ガス浄化モジュールが示されている。ここで、排出ガス浄化モジュール２は、二つの保持プレート６の一つのみを貫通し、これらの間をビード５とその厚さ８で固定されている。ここで、二つの保持プレート６の間を距離１１で離間させるスペーサ１０も備えられている。二つの保持プレート６は、同様に、接合手段９によってお互いに接合され、こうして、本発明による自立した保持部１を保持している。また、図示の排出ガス浄化モジュールは、ハウジング１２と、その内部に配設されたハニカム構造体１３と、長さ４とを有する。

図３に、本発明による自立した保持部１に六角形の断面形状３を有する省スペース構成の排出ガス浄化モジュール２を示す。保持プレート６の凹部７は、ここでは、排出ガス浄化モジュール２の省スペース構成を実現するように構成されている。六角形の断面形状３は、かかる省スペース構成に特に優れて好適である。個々の凹部７をカバープレート２０によって閉鎖することによって、本発明による自立した保持部１の排出ガス浄化能力を正確に適合させることができるので、様々な、凹部７を有する保持プレート６を用意しておく必要はない。隣接して配設された排出ガス浄化モジュールは、ここで、その略平坦な側部面が相互に平行となるように、各々、数ミリメートルの隙間、例えば、３０ミリメートルを下回る、又は１５ミリメートルを下回る隙間を形成するように配置される。ここで、例えば、排出ガス浄化モジュールの流入端部面における排出ガスが当たる面が９０％を超える、場合によっては、９５％を超える、実装密度（Ｐａｃｋｕｎｇｓｄｉｃｈｔｅ）も実現することができる。これによって、排出ガスの望ましくない高い背圧を防止することができる。

図４に、本発明による装置に好適な排出ガス浄化モジュール２を示す。排出ガス浄化モジュール２は、円形の断面３を有する。それは、ビード５を備え、ハニカム構造体１３が配設された、ハウジング１２で構成される。ハニカム構造体１３は、波形の金属箔１４と平面の金属箔１５が、排出ガスが貫流することができる、管路１６を生成する巻線状となって構成される。

図５に、排出ガス装置１７を実装した内燃機関１８を備えた自動車１９を示す。排出ガス装置１７には、保持プレート６を用いて複数の排出ガス浄化モジュール２を排出ガス流の中で平行に保持する、自立した保持部１が備えられている。少なくとも１０個の排出ガス浄化モジュール、又は、少なくとも１８個の排出ガス浄化モジュールを自立した保持部１に一体として組み込むことが好ましい。

本発明による自立した保持部は、特に、自動車の排出ガス装置の様々な要求に適合することができる、簡単で製造技術的に好適な実施の形態の排出ガス浄化の構成を実現することができるので、様々な種類の触媒坦持体を製造する必要がない。

１ 自立した保持部
２ 排出ガス浄化モジュール
３ 断面形状
４ 長さ
５ ビード
６ 保持プレート
７ 凹部
８ 厚さ
９ 接合手段
１０ スペーサ
１１ 距離
１２ ハウジング
１３ ハニカム構造体
１４ 波形の金属箔
１５ 平面の金属箔
１６ 管路
１７ 排出ガス装置
１８ 内燃機関
１９ 自動車
２０ カバープレート

Claims (4)

1. 排出ガス浄化モジュールのための自立した保持部（１）であって、
   少なくとも二つの排出ガス浄化モジュール（２）と、少なくとも二つの保持プレート（６）とを有し、
   前記少なくとも二つの排出ガス浄化モジュール（２）の各々が断面形状（３）と、厚さ（８）を有する少なくとも一つのビード（５）であって前記断面形状（３）から半径方向外側に突出するビード（５）とを有し、
   前記ビード（５）が主な断面形状（３）を越えて突出し、
   前記少なくとも二つの排出ガス浄化モジュール（２）が少なくとも一つの保持プレート（６）を少なくとも部分的に貫通し、前記ビード（５）によって、前記少なくとも二つの保持プレート（６）の間の各々が固定されており、
   少なくとも一つの保持プレート（６）は、前記少なくとも二つの保持プレート（６）の間の距離（１１）を形成する、少なくとも一つのスペーサ（１０）を備える、
   自立した保持部（１）。
2. 前記排出ガス浄化モジュールの前記ビード（５）が、少なくとも前記排出ガス浄化モジュール（２）の円周に沿った形状である、又は、前記排出ガス浄化モジュール（２）の円周全体にわたって半径方向に延在する、請求項１記載の自立した保持部（１）。
3. 前記少なくとも二つの保持プレート（６）は、解除可能な接合手段（９）によって、相互に接合されている、請求項１又は２に記載の自立した保持部（１）。
4. 少なくとも３つの排出ガス浄化モジュール（２）において、前記排出ガス浄化モジュール（２）の中心を全て一直線上に配設せずにずれて配設されている、請求項１から３迄の何れかに記載の自立した保持部（１）。

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