JP6174097B2 - 特に内燃機関の排ガス流路用の排ガス処理ユニット及び排ガス処理ユニットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関を出た排ガスからすす粒子を除去するため、若しくは前記排ガスを触媒反応させるために、例えば自動車の内燃機関の排ガス流路内に配置され得る排ガス処理ユニットに関する。

内燃機関に統合された排ガス処理ユニットの排ガス流路内には、一般にほぼ筒状に、例えば円筒状に形成された、担体長手方向軸線に沿って延在する管状の担体が形成されている。この担体は、例えば一般にハーフシェルとも呼ばれる、ほぼ同一の２つの担体エレメントによって形成されている。これらの担体エレメントはそれぞれ、製造されるべき担体本体の第１の軸方向の端部領域から、担体本体の第２の軸方向の端部領域まで、担体長手方向軸線に対してほぼ平行に延びる結合部分を有している。このように形成された排ガス処理ユニットの担体本体を組み立てる場合は、まず最初に一方の担体エレメント内に、例えばすす粒子フィルタエレメント又は触媒エレメントとして形成された排ガス処理エレメントが配置され、この場合、排ガス処理エレメントの外周領域は、完成した担体本体内で排ガス処理エレメントを不動に係止する繊維材料の少なくとも１つの層によって取り囲まれている。次に、他方の担体エレメントが、既に排ガス処理エレメントを収容している担体エレメントに向かって組み立て移動方向で接近させられ、この場合、両担体エレメントの結合部分は、それぞれ実質的に組み立て移動方向に対して直交する平面内に配置されている。両担体エレメントの接近運動の終了時には、両担体エレメントの各結合部分が相互接触するので、接触し合う各結合部分によって２つの結合領域が形成されており、これらの結合領域において、繊維材料によって取り囲まれた排ガス処理エレメントを間に閉じ込めて拘束する両担体エレメントを、例えば溶接によって互いに結合することができる。

上述した方法で排ガス処理ユニットを製造する場合には、排ガス処理エレメントを被覆している繊維材料の繊維が、互いに接触させられる２つの結合部分の間の領域に進入するか、若しくは挟み込まれるという問題が生じる。このことは、両担体エレメントの安定的で、特に排気密な結合を困難にするか、若しくは妨げるので、最終的な接近運動の前に、一般には手動で繊維材料の繊維を内側に押し込んで、両担体エレメントの互いに結合されるべき結合部分の突合わせ領域内に繊維が突入しないようにする必要がある。

本発明の課題は、排ガス処理エレメントを被覆している繊維材料の繊維の、２つの担体エレメントの接触領域内での集積が回避されている、特に内燃機関の排ガス流路用の排ガス処理ユニットを提供することにある。

本発明の第１の態様に基づき前記課題は、特に内燃機関の排ガス流路用の排ガス処理ユニットであって、第１の軸方向の端部領域及び第２の軸方向の端部領域を備えた、担体長手方向軸線に沿って延在する管状の担体本体と、該担体本体内に少なくとも１つの繊維材料層を介在させて支持された少なくとも１つの排ガス処理エレメントとを有しており、前記担体本体は、第１の結合領域と第２の結合領域とにおいて互いに結合された２つの担体エレメントを有しており、前記第１の結合領域及び前記第２の結合領域は、前記第１の軸方向の端部領域から前記第２の軸方向の端部領域まで延在しており、少なくとも一方の結合領域は、前記第１の軸方向の端部領域から前記第２の軸方向の端部領域まで、前記担体長手方向軸線に対して非平行に延在しているものにより解決される。

少なくとも一方の、好適には両方の結合領域が、担体長手方向軸線に対して平行には延在しないように、つまり、担体長手方向軸線に対して実質的に傾いて延在するように形成されていることにより、担体本体の製造時、つまり両担体エレメントを担体長手方向軸線に対して一般にほぼ直交する組み立て移動方向で互いに接近させる際に、排ガス処理エレメントを被覆している繊維材料の繊維が外側に引っ張られるのではなく、内側に押し込まれ、延いては両結合領域において両担体エレメントが相互接触して互いに結合されるところには集積しなくなるような力が、前記繊維材料に加えられる。これにより、両担体エレメントが互いに接近させられる前、若しくは相互接触させられる前に、繊維を内側に押し込む処理過程が回避される。

特に簡単な、延いては廉価に製造されるべき構成に基づき特に有利な変化態様では、第１の結合領域が、第１の軸方向の端部領域から第２の軸方向の端部領域まで、担体長手方向軸線を含む基準平面に対して傾いて延在しており、第２の結合領域が、第１の軸方向の端部領域から第２の軸方向の端部領域まで、基準平面に対して第１の結合領域とは逆向きに傾いて延在していることが提案される。

内燃機関の排ガス流路内への、本発明による排ガス処理ユニットの組込みを簡単に実現することができるようにするためには、担体本体がほぼ筒状に、好適には円形の、例えば円環又は楕円形の周囲輪郭を備えて形成されており、第１の結合領域と、第２の結合領域とが、第１の軸方向の端部領域から第２の軸方向の端部領域まで、担体本体の周囲に沿ってらせん状に同一方向に延在していることが提案される。

２つの担体エレメント相互の安定的な結合は、例えば第１の結合領域及び第２の結合領域において、第１の担体エレメントと第２の担体エレメントとが、それぞれ担体長手方向軸線に対して実質的に半径方向外側に向かって突出する結合部分を有していることにより、簡単に達成され得る。

簡単な構成を実現するためには、第１の担体エレメントと第２の担体エレメントとが、好適には互いに同一の金属薄板変形加工部材として形成されていることが提案される。更に、両担体エレメント相互の特に排気密な結合は、両担体エレメントが、第１の結合領域と第２の結合領域とにおいて、溶接により互いに結合されていることによって達成され得る。

少なくとも１つの排ガス処理エレメントは、すす粒子フィルタエレメントとして形成されていてよい。択一的又は追加的に、少なくとも１つの排ガス処理エレメントは、触媒エレメントとして形成されていてよい。

別の態様に基づき前記課題は、特に内燃機関の排ガス流路用の排ガス処理ユニットの製造方法であって、該排ガス処理ユニットは、第１の担体エレメントと第２の担体エレメントとにより形成され、且つ第１の軸方向の端部領域と第２の軸方向の端部領域とを備えた、担体長手方向軸線に沿って延在する管状の担体本体と、該管状の担体本体内に、少なくとも１つの繊維材料層を介在させて支持された少なくとも１つの排ガス処理エレメントとを有しており、当該製造方法は以下の手段、即ち：
イ）前記第１の担体エレメントに第１の結合部分及び第２の結合部分を設け、これらの第１の結合部分と第２の結合部分とが、前記担体長手方向軸線に対して実質的に平行に、前記第１の軸方向の端部領域から前記第２の軸方向の端部領域まで延在するようにし、
ロ）前記第２の担体エレメントに第３の結合部分及び第４の結合部分を設け、これらの第３の結合部分と第４の結合部分とが、前記担体長手方向軸線に対して実質的に平行に、前記第１の軸方向の端部領域から前記第２の軸方向の端部領域まで延在するようにし、
ハ）前記第１の結合部分と前記第２の結合部分とが、組み立て移動方向に互いにずらされて位置するように、前記第１の担体エレメントを配置し、
ニ）前記第３の結合部分と前記第４の結合部分とが、組み立て移動方向に互いにずらされて位置するように、前記第２の担体エレメントを配置し、
ホ）前記第１の担体エレメントと前記第２の担体エレメントとを組み立て移動方向で互いに接近させて、前記第１の結合部分を前記第３の結合部分に接触させ、且つ前記第２の結合部分を前記第４の結合部分に接触させる手段を含んでいることにより、解決される。

本発明によるこの方法では、担体エレメントの各結合部分の、組み立て移動方向でのずれに基づき、排ガス処理エレメントを被覆している繊維材料の繊維が、接近運動の最終段階において、外側に引っ張られるのではなく、内側に向かって排ガス処理エレメントの方に押し込まれ、これにより、互いに接触し合う結合部分が相互に突き合わされる領域には集積しないようになっている。

接近運動の最終段階において一方又は両方の担体エレメントに傾動が発生することを回避することができるようにするためには、前記手段ホ）の実施に際して、第１の結合部分を第３の結合部分に、且つ第２の結合部分を第４の結合部分に、ほぼ同時に接触させることが提案される。つまり、少なくとも両担体エレメントの接近運動の最終段階では、第２の結合部分に対する第１の結合部分のずれは、実質的に第３の結合部分と第４の結合部分との間のずれに等しくなっている。

本発明による方法は、有利には前記手段ホ）の前に、前記第１の担体エレメント又は前記第２の担体エレメント内で、繊維材料の少なくとも１つの層によって取り囲まれた少なくとも１つの排ガス処理エレメントを位置決めする手段ヘ）を含んでいる。

更に、本発明による方法では前記手段ホ）の後に、前記第１の結合部分を前記第３の結合部分に、且つ前記第２の結合部分を前記第４の結合部分に、好適には溶接により結合する手段ト）が想定されていてよい。

前記手段イ）及びロ）に、前記第１の担体エレメントと、前記第２の担体エレメントとを、互いに好適には実質的に同一の金属薄板変形加工部材として提供することが含まれている場合、担体は、一方では簡単且つ廉価に製造可能であり、且つ他方では、一般に内燃機関の排ガス流路内で排ガス中を搬送される熱に基づき発生する高い温度に耐える材料から成っている。

管状の担体本体と、該担体本体内に配置され且つ繊維材料によって取り囲まれた排ガス処理エレメントとを備えた排ガス処理ユニットを軸方向に見た図である。 図１に示すＩＩの方向で見た、図１に示した排ガス処理ユニットの側面図である。 択一的な構成の排ガス処理ユニットの担体本体の２つの担体エレメントが互いに結合される前の状態を示した図である。 図３に示した担体本体の２つの担体エレメントが互いに結合された後の状態を示した図である。 図４に示すＶの方向で見た、図４に示した担体本体の側面図である。

以下に、本発明を実施するための形態を図面につき詳しく説明する。

図１及び図２には、全体的に符号１０を付した排ガス処理ユニットの第１の実施形態が示されている。排ガス処理ユニット１０は担体本体１２を有しており、この担体本体１２は、図示の例では互いにほぼ同じ構成を有する２つの担体エレメント１４，１６により形成されている。一般にハーフシェルとも呼ばれる両担体エレメント１４，１６は、好適には金属薄板変形加工部材として供与されており、例えば円環又は楕円形の周囲輪郭を有する、ほぼ管状の筒形状を備えた担体本体１２を形成している。

担体本体１２は、図１では図平面に対してほぼ直交し且つ図２では図平面内に位置する担体長手方向軸線Ｌに沿って延在している。担体本体１２は、第１の軸方向の端部領域１８と、第２の軸方向の端部領域２０とを有している。これらの軸方向の端部領域１８，２０において、担体本体１２は、内燃機関の排ガス流路の別の管路領域に接続され得る。

担体本体長手方向軸線Ｌに対して直交方向で互いにほぼ正反対の側に位置する２つの結合領域２２，２４において、両担体エレメント１４，１６は互いに固く結合されている。前記結合領域２２，２４において第１の担体エレメント１４は、長手方向軸線Ｌに対して実質的に半径方向外向きに突出する、第１の結合領域２２用の第１の結合部分２６と、第２の結合領域２４用の第２の結合部分２８とを有している。同様に、第２の担体エレメント１６も第１の結合領域２２用に、長手方向軸線Ｌに対して実質的に半径方向外向きに突出する第３の結合部分３０と、第２の結合領域２４用に第４の結合部分３２とを有している。第１の担体エレメント１４の第１の結合部分２６は、組み立て状態において、第２の担体エレメント１６の第３の結合部分３０と接触している。これに相応して、第１の担体エレメント１４の第２の結合部分２８は、第２の担体エレメント１６の第４の結合部分３２と接触している。好適には面状に相接しているこれらの結合部分２６，３０若しくは２８，３２の領域において、両担体エレメント１４，１６は、好適には溶接により互いに固く結合されている。

図１及び図２では、両結合領域２２，２４、延いては結合部分２６，３０若しくは２８，３２が、担体本体長手方向軸線Ｌに対して平行には延在していないことが、はっきりと認められる。両結合領域２２，２４は、担体長手方向軸線Ｌを含み且つ例えば両結合領域２２，２４が長手方向中央領域を通る基準平面Ｅに対して傾けられて、つまり角度をつけられて配置されている。両結合領域２２，２４は、前記基準平面Ｅに対して互いに逆向きに傾けられているので、担体本体１２のほぼ円環の周囲輪郭に基づき、担体本体１２の周囲に沿ってほぼらせん状に、同一方向に延びる両結合範囲２２，２４が得られる。

特に、両結合領域２２，２４をほぼ正反対に位置する側に配置することに基づき、両担体エレメント１４，１６を、互いにほぼ同一に形成することが可能になる。このことは、比較的低い製造コストにつながる。両結合領域２２，２４の傾斜は、排ガス処理ユニット１０の製造プロセスにおいて、両担体エレメント１４，１６を組み立て移動方向Ｚで互いに接近させる際に、排ガス処理エレメント３４（部分的にのみ図示）を被覆している、一般に支持マットとも呼ばれ、例えば織布状又はフリース状のセラミック材料として供与された繊維材料の繊維が、結合部分２６，３０若しくは２８，３２相互の突合わせ領域に集積しないようにするために役立つ。結合領域２２，２４の傾斜に基づき、担体エレメント１４，１６を組み立て移動方向Ｚで互いに接近させる際に、前記繊維はむしろ、内側に向かって押し込まれるようになっている。これにより、両担体エレメント１４，１６の溶接前に、両担体エレメント１４，１６の突合わせ領域から繊維を除去する手動の後処理過程を省くことができる。

次に、排ガス処理ユニットの択一的な実施形態を、図３〜図５につき説明する。構成若しくは機能形式に関して、前述した構成部材と同じ構成部材には、”ａ”を補足した同一符号が付されている。

図３〜図５に示した排ガス処理ユニット１０ａの実施形態では、担体本体１２ａが、互いにほぼ同一に形成された、例えば金属薄板変形加工部材として供与された２つのハーフシェル状の担体エレメント１４ａ，１６ａによって形成されている。結合領域２２ａ若しくは２４ａを提供する結合部分２６ａ，２８ａ，３０ａ，３２ａは、この実施形態では担体長手方向軸線Ｌに対してほぼ平行に延在しており、且つ好適には担体長手方向軸線Ｌに対して互いに正反対の側に位置している。

この排ガス処理ユニット１０ａの変化態様を組み立てる際には、まず最初に例えば第１の担体エレメント１４ａを位置決めして、この第１の担体エレメント１４ａの結合部分２６ａ，２８ａが、組み立て移動方向Ｚに互いにずらされて位置しており、例えばずれＶ_１を有しているようにする。このようにして担体エレメント１４ａを位置決めする前又は後に、繊維材料３６ａによって取り囲まれた排ガス処理エレメント３４ａを、担体エレメント１４ａ内で位置決めしてよい。

次に、第２の担体エレメント１６ａが、組み立て移動方向Ｚで第１の担体エレメント１４ａに向かって接近させられる。少なくともこの組み立て運動の終了時には、第２の担体エレメント１６ａもやはり位置決めされて、第２の担体エレメント１６ａの結合部分３０ａ，３２ａが組み立て移動方向Ｚに、担体エレメント１４ａの両結合部分２６ａ，２８ａのずれＶ_１と好適にはほぼ同一の、ずれＶ_２を有しているようにする。その結果、両担体エレメント１４ａ，１６ａにおける同じずれに基づき、互いに接触させられるべき各結合部分２６ａ，３０ａ若しくは２８ａ，３２ａは、前記接近運動の過程において、少なくともこの運動の最終段階には、つまり第２の担体エレメント１６ａが、第１の担体エレメント１４ａ内に配置された排ガス処理エレメント３４ａ若しくは繊維材料３６ａに被さるように移動したときには、それぞれほぼ同じ相互間隔を有することになる。これにより、第１の結合領域２２ａを提供する結合部分２６ａ，３０ａ並びに第２の結合領域２４ａを提供する結合部分２８ａ，３２ａは、ほぼ同時に相互接触することになる。接触後に両結合領域２２ａ，２４ａにおいて、両担体エレメント１４ａ，１６ａは溶接により、互いに固定的に且つ排気密に結合され得る。

図３〜図５に示したユニットによっても、両担体エレメント１４ａ，１６ａの接近運動時に存在する結合部分２６ａ，２８ａ若しくは３０ａ，３２ａ相互のずれに基づき、それぞれ対向して位置する各結合部分２６ａ，３０ａ若しくは２８ａ，３２ａの間に繊維材料３６ａの繊維が挟まることは十分に回避され得る。これにより、繊維材料を内側に押し込む処理過程が回避され得る。

最後に指摘しておくと、本発明の原理は当然、別の構成の排ガス処理ユニットにも適用可能である。例えば、担体本体内に２つ以上の排ガス処理エレメントが配置されていてよい。担体本体は、基本的には担体本体長手方向軸線Ｌの方向に先細りする輪郭、若しくは適宜に湾曲された担体本体長手方向軸線を有する湾曲された形態を有していてもよい。

１０，１０ａ 排ガス処理ユニット、 １２，１２ａ 担体本体、 １４，１４ａ，１６，１６ａ 担体エレメント、 ２２，２２ａ，２４，２４ａ 結合領域、 ２６，２６ａ，２８，２８ａ，３０，３０ａ，３２，３２ａ 結合部分、 ３４，３４ａ 排ガス処理エレメント、 ３６，３６ａ 繊維材料、 Ｌ 担体長手方向軸線、 Ｅ 基準平面、 Ｖ_１，Ｖ_２ ずれ

Claims (9)

1. 内燃機関の排ガス流路用の排ガス処理ユニットであって、第１の軸方向の端部領域（１８）及び第２の軸方向の端部領域（２０）を備えた、担体長手方向軸線（Ｌ）に沿って延在する管状の担体本体（１２）と、該担体本体（１２）内に少なくとも１つの繊維材料層（３６）を介在させて支持された少なくとも１つの排ガス処理エレメント（３４）とを有しており、前記担体本体（１２）は、第１の結合領域（２２）と第２の結合領域（２４）とにおいて互いに結合された担体エレメント（１４，１６）を有している、排ガス処理ユニットにおいて、前記第１の結合領域（２２）及び前記第２の結合領域（２４）は、前記第１の軸方向の端部領域（１８）から前記第２の軸方向の端部領域（２０）まで延在しており、少なくとも一方の結合領域（２２，２４）は、前記第１の軸方向の端部領域（１８）から前記第２の軸方向の端部領域（２０）まで、前記担体長手方向軸線（Ｌ）に対して非平行に延在していることを特徴とする、排ガス処理ユニット。
2. 前記第１の結合領域（２２）は、前記第１の軸方向の端部領域（１８）から前記第２の軸方向の端部領域（２０）まで、前記担体長手方向軸線（Ｌ）を含む基準平面（Ｅ）に対して傾いて延在しており、前記第２の結合領域（２４）は、前記第１の軸方向の端部領域（１８）から前記第２の軸方向の端部領域（２０）まで、前記基準平面（Ｅ）に対して前記第１の結合領域（２２）とは逆向きに傾いて延在している、請求項１記載の排ガス処理ユニット。
3. 前記担体本体（１２）は、筒状に形成されており、前記第１の結合領域（２２）と、前記第２の結合領域（２４）とは、前記第１の軸方向の端部領域（１８）から前記第２の軸方向の端部領域（２０）まで、前記担体本体（１２）の周囲に沿ってらせん状に同一方向に延在している、請求項１又は２記載の排ガス処理ユニット。
4. 前記担体本体（１２）は、円形の周囲輪郭を備えて形成されている、請求項３記載の排ガス処理ユニット。
5. 前記第１の結合領域（２２）及び前記第２の結合領域（２４）において、前記第１の担体エレメント（１４）と前記第２の担体エレメント（１６）とは、それぞれ前記担体長手方向軸線（Ｌ）に対して半径方向外側に向かって突出する結合部分（２６，２８，３０，３２）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の排ガス処理ユニット。
6. 前記第１の担体エレメント（１４）と前記第２の担体エレメント（１６）とは、金属薄板変形加工部材として形成されており、
   又は／且つ、
   前記第１の担体エレメント（１４）と前記第２の担体エレメント（１６）とは、前記第１の結合領域（２２）及び前記第２の結合領域（２４）において、溶接により互いに結合されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の排ガス処理ユニット。
7. 前記第１の担体エレメント（１４）と前記第２の担体エレメント（１６）とは、互いに同一に形成されている、請求項６記載の排ガス処理ユニット。
8. 前記少なくとも１つの排ガス処理エレメント（３４）は、すす粒子フィルタエレメントとして形成されており、
   又は／且つ、
   前記少なくとも１つの排ガス処理エレメント（３４）は、触媒エレメントとして形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の排ガス処理ユニット。
9. 前記両担体エレメント（１４，１６）は、ハーフシェルとして提供されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の排ガス処理ユニット。

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