JP6334739B2 - 触媒ユニット、触媒ユニットの製造方法、及び、排ガス触媒コンバータ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のおいて書き部に記載の排ガス触媒コンバータのための触媒ユニットに関する。本発明は、排ガス触媒コンバータと、排ガス触媒コンバータのための触媒ユニットを製造するための方法とにさらに関する。

例えば固定して運転される大型ディーゼルエンジン又は船舶用ディーゼルエンジンのような大型エンジンのための排ガス触媒コンバータは、典型的に、複数の触媒ユニットを備えており、各触媒ユニットは、排ガスが貫流するセラミックの触媒本体と、金属製のハウジングとを有しており、金属製のハウジングは、触媒本体の貫流方向に対して垂直に見て、触媒本体を少なくともいくつかの部分において包囲している。触媒ユニットのセラミックの触媒本体は、ハニカムとも、触媒ユニットのハウジングは、キャニングとも説明される。

触媒ユニットのためのセラミックの触媒本体は、製造理由に起因して、数ミリメートルの範囲で公差を有している。しかしながら、金属製のハウジングは、決定された外側横断面又は決定された外側輪郭を有さなければならず、それによって、触媒ユニットの、内燃機関の排ガス系の他のアセンブリとの、例えば排ガスを案内する２つのライン又は２つのリアクターハウジング等との、最適な接続が保証される。この理由のために、各触媒ユニットの領域では、触媒本体とハウジングとの間に、公差を補償するために、少なくとも１つの支持マットが配置され、当該支持マットは、触媒本体の貫流方向に見て、その軸方向の延在部分全体にわたって、各触媒ユニットの触媒本体とハウジングとの間に延在している。

触媒本体の公差は、その貫流方向に見ると、その軸方向において変化し得るので、必要に応じて、複数の支持マット又は厚さの異なる支持マットを、触媒本体の軸方向に沿って、触媒本体とハウジングとの間に配置しなければならない。その結果、触媒ユニットの製造の負担が大きくなり、従って、製造費用も高くなる。

同様に、実践からは、触媒ユニットの触媒本体と触媒ユニットのハウジングとの間の公差を補償するために、少なくとも１つの支持マットを間に配置した状態で、ハウジングを触媒本体と、すなわちハウジング又は触媒ユニットの軸方向の延在部分全体にわたって着ける（verpressen）ことがすでに知られている。その際、触媒ユニット、すなわちそのハウジングが、もはや決定された外側横断面を有さないので、触媒ユニットの、内燃機関の排ガス系の他のアセンブリへの接続が困難になるという問題が生じる。特に、排ガス触媒コンバータが、特にリアクターハウジング内に互いに隣り合って配置されたそのような触媒ユニットを複数有している場合、幾何学的偏差は合計でセンチメートルの範囲になり得るので、排ガス触媒コンバータを内燃機関の排ガス系の他のアセンブリに接続するための、さらなる複雑な調節作業が必要になる。その結果、組み立て費用又は製造費用も高くなる。

ここから出発して、本発明の課題は、排ガス触媒コンバータのための新式の触媒ユニット、当該触媒ユニットを有する排ガス触媒コンバータ、及び、当該触媒ユニットの製造方法を創出することにある。

本課題は、請求項１に記載の触媒ユニットによって解決される。

本発明によると、触媒本体は、その貫流方向に対して垂直に、支持マットを間に配置した状態で圧入によりハウジング内に圧力ばめされるように保持されている。すなわち、触媒本体は、触媒本体の貫流方向に見て、ハウジングと触媒本体との間の圧入が、専ら決定された軸方向位置において形成されているように保持されている。当該ハウジングは、決定された軸方向位置において、ハウジングの内側横断面をいくつかのセクションにおいて減少させるために、溝様の凹部を有しており、ハウジングと触媒本体との間の圧入は、専ら溝様の凹部の領域に形成されている。

本発明によって、製造に起因する公差を有する触媒ユニットの触媒本体を、圧入を通じて、少なくとも１つの支持マットを間に配置した状態で、圧力ばめされるようにハウジング内に、触媒本体の貫流方向に見て当該圧入が専ら決定された軸方向位置において形成されているように保持することが初めて提案される。このために、ハウジングは、決定された軸方向位置においていくつかのセクションでハウジングの内側横断面を減少させるために溝様の凹部を有しており、ハウジングと触媒本体との間の圧入は、専らこれらの溝様の凹部の領域に形成されている。溝様の凹部の間では、ハウジングは、触媒本体のフロー方向に見て、決定された外側横断面を有しており、それによって、触媒ユニット又は少なくとも１つの触媒ユニットを含む排ガス触媒コンバータの、内燃機関の排ガス系の他のアセンブリとの問題の無い接続が可能である。

特に、貫流方向において互いに隣り合って平行に配置された複数の触媒ユニットを含む大型エンジンのための排ガス触媒コンバータを供給する際には、これによって、排ガス触媒コンバータを、大型エンジンの排ガス系の他のアセンブリに容易に接続することが可能になる。

有利なさらなる構成によると、触媒本体の貫流方向に見て、専らハウジングの溝様の凹部の領域において、少なくとも１つの支持マットが、触媒本体とハウジングとの間に配置されている。特に、支持マットが、専らハウジングの溝様の凹部の領域において、触媒本体とハウジングとの間に配置されている場合、先行技術に比べて、このような支持マットの使用を顕著に減少させることが可能である。それによって、触媒ユニットの製造費用を削減することが可能である。

別の有利なさらなる構成によると、ハウジングには、触媒本体の貫流方向に見て、最初の溝様の凹部の下流かつ最後の溝様の凹部の上流に、間隙が導入されている。それによって、触媒ユニットを軽い重量で、使用する材料をより少なく、従ってより少ない費用で製造することが可能になる。

本発明に係る排ガス触媒コンバータは請求項５に、本発明に係る排ガス触媒コンバータのための触媒ユニットの製造方法は請求項６に定義されている。

本発明の好ましいさらなる構成は、従属請求項及び以下の説明から明らかになる。本発明の例示的な実施形態を、これに限定されることなく、図面を用いてより詳細に説明する。示されているのは以下の図である。

本発明に係る排ガス触媒コンバータのための触媒ユニットの、著しく概略化された横断面の図である。 本発明に係る排ガス触媒コンバータのための触媒ユニットの、著しく概略化された斜視図である。

本発明は、内燃機関、特に、固定して運転される大型ディーゼルエンジン又は船舶用ディーゼルエンジンのための排ガス触媒コンバータのための触媒ユニットに関する。

図１は、本発明に係る排ガス触媒コンバータのための触媒ユニット１０の横断面を著しく概略化して示した図であり、触媒ユニット１０は、排ガスが貫流方向１１において貫流するセラミックの触媒本体１２と、金属製のハウジング１３とを有しており、当該金属製のハウジングは、触媒本体１２の貫流方向１１に対して垂直に見て、触媒本体１２を外側で少なくともいくつかのセクションにおいて包囲している。セラミックの触媒本体１２は、ハニカムとも呼ばれ、金属製のハウジング１３は、キャニングとも説明される。図１には、セラミックの触媒本体１２が、製造に起因して公差を有し得る外側輪郭又は外側横断面１４を有しており、当該公差は、触媒本体１２の貫流方向１１に見て変化し得ることが、非常に概略的に、かつ、誇張して描写されている。

触媒本体１２は、その貫流方向に対して垂直に見て、少なくとも１つの支持マット１５を間に配置した状態で圧入によりハウジング１３内に圧力ばめされるように保持されている。すなわち、触媒本体１２は、触媒本体１２の貫流方向に見て、ハウジング１３と触媒本体１２との間の圧入が、専ら触媒本体１２又はハウジング１３の決定された軸方向位置において形成されているように保持されている。このために、ハウジング１３は、決定された軸方向位置において、溝様の凹部１６を有しており、当該凹部によって、ハウジング１３の内側輪郭又は内側横断面１７がいくつかのセクションにおいて減少し得る。ハウジング１３と触媒本体１２との間の圧入は、専らこれら溝様の凹部１６の領域に形成されており、触媒本体１２の貫流方向１１に見て、支持マット１５が、専らこれらの溝様の凹部１６の領域において、触媒本体１２とハウジング１３との間に配置されている。

本発明に係る触媒ユニット１０の形態によって、触媒ユニット１０を供給することが可能であり、触媒ユニット１０のハウジング１３は、溝様の凹部１６の間に位置する全ての軸方向位置において、特にフロー流入側の端面１８の領域と、フロー流出側の端面１９の領域とにおいて、外側輪郭又は外側横断面２０を有しており、当該外側横断面は、正確に決定されており、実質的に公差を有さない。

特に、複数の当該触媒ユニット１０が互いに隣り合って排ガス触媒コンバータ内に配置される場合、排ガス触媒コンバータも、決定された、正確に調節された、実質的に公差を有さない外側横断面又は対応する外側輪郭を有している。この理由のために、排ガス触媒コンバータを、内燃機関の排ガス系の他のアセンブリに問題無く接続することが可能になる。

従って、本発明によると、正確に決定された外側輪郭又は正確に決定された外側横断面２０を備えたハウジング１３を有する触媒ユニット１０のセラミックの触媒本体１２における公差の影響を受けた外側輪郭１４は、ハウジング１３が、決定された軸方向位置において、溝様の凹部１６を有しており、当該凹部は、ハウジング１３の内側横断面１７と、従ってハウジング１３の外側横断面とを、専ら決定された軸方向位置において変化させ、それによって、これらの決定された軸方向位置において、セラミックの触媒本体１２が、専らこれらの決定された軸方向位置において支持マット１５を間に配置した状態で金属製のハウジング１３内での圧入により、固定され、さらに保持されることによって補償される。

特にフロー流入側の端面１８及びフロー流出側の端面１９の領域と、溝様の凹部１６以外のハウジング１３の残りの全ての軸方向位置とにおいて、ハウジング１３は、実質的に公差の無い、決定された外側横断面２０を有している。

図２は、触媒ユニット１０のさらなる構成の斜視図を示し、図２によると、ハウジング１３には、触媒本体１２の貫流方向１１に見て、最初の溝様の凹部１６の下流かつ最後の溝様の凹部１６の上流に、間隙２１が導入されている。当該間隙２１は、任意の寸法の丸い間隙でも良いし、角張った間隙でも良い。これら間隙２１によって、触媒ユニット１０の重量が減少し得る。さらに、それによって、触媒ユニット１０が金属製のハウジング１３の領域において必要とする材料がより少なくなるので、触媒ユニット１０をよりコスト効率よく製造することが可能である。

本発明に係る触媒ユニット１０を製造するために、まずセラミックの触媒本体１２、金属製のハウジング１３、及び、少なくとも１つの支持マット１５が供給される。次に、セラミックの触媒本体１２が、支持マット１５と共に、金属製のハウジング１３内に配置され、圧入が、ハウジング１３と触媒本体１２との間で、決定された軸方向位置において形成される。

この手順へのアプローチは、溝様の凹部１６を決定された軸方向位置において有するハウジング１３が供給され、このハウジング１３において、ハウジング１３の内側横断面１７が、溝様の凹部１６の領域においてすでに、支持マット１５によって包囲された触媒本体１２の、ハウジング１３と触媒本体１２との間に圧入が形成されるべきこれらの軸方向位置における外側横断面より小さいようになされる。そして、触媒本体１２と支持マット１５とを、ハウジング１３内に配置する際に、自動的に、溝様の凹部１６の領域において、ハウジング１３と触媒本体１２との間に圧入が形成される。

この触媒ユニット１０を製造するための手順は、特に、図１及び図２が示すように、触媒本体１２もハウジング１３も双方が、横断面が矩形に形成されている場合に適している。

この場合、長手方向の壁部がまず開放されたハウジング１３を提供することが可能であり、それによって、触媒本体１２を、支持マット１５と共にハウジング１３内に配置し、次に、ハウジング１３の開放された長手方向の壁部の領域に、ハウジング１３の１つの壁部を配置し、ハウジング１３の他の壁部と、例えば溶接によって固定されるように接続する。ハウジング１３の接合によって、ハウジング１３と触媒本体１２との間の圧入が、溝様の凹部１６の決定された軸方向位置において、自動的に得られる。

しかしながら、上述の手順は、横断面が円形であるセラミックの触媒本体と、横断面が円形である金属性のハウジングとを有する触媒ユニットが供給される場合にも用いることが可能である。

この場合、例えば、すでに溝様の凹部を有し、横断面が円形である、管状のハウジング１３を、２つのハーフシェルから組み立てることが可能であり、触媒本体１２は、まずハウジング１３の第１のハーフシェル内に配置され、引き続いて、第２のハーフシェルをフィットさせ、第２のハーフシェルをすでに触媒本体１２が挿入された第１のハーフシェルと、例えば溶接によって、固定されるように接続する。

ここでも、ハウジング１３と触媒本体１２との間の圧入が、ハウジング１３の溝様の凹部１６の決定された軸方向位置において、自動的に形成される。

本発明の第２の変型例によると、触媒ユニット１０は、溝様の凹部１６を有するハウジング１３が、決定された軸方向位置において供給されることによって供給され得る。その際、溝様の凹部１６の領域におけるハウジング１３の内側横断面１７は、ハウジング１３と触媒本体１２との間に圧入が形成されるべきこれらの軸方向位置における、支持マット１５によって包囲された触媒本体１２の外側横断面よりもまだ大きい。触媒本体１２を、ハウジング１３内に、支持マット１５と共に配置した後、ハウジング１３を、溝様の凹部の領域において、ハウジング１３と触媒本体１２との間の圧入を形成していくつかのセクションで、すなわち溝様の凹部１６の領域においてのみ圧迫するので、溝様の凹部１６の間では、ハウジング１３の決定された外側輪郭又は決定された外側横断面２０は不変のままである。

この手順においては、触媒本体１２は、選択的に、ハウジング１３の溝様の凹部１６による圧入が形成されるべきこれらの軸方向位置において寸法設計され、それによって、溝様の凹部１６が、触媒本体１２を支持マット１５と共にハウジング１３内に配置した後の力の作用によって圧迫されることになる寸法が前もって正確に決定される。

さらなる変型例によると、触媒ユニット１０は、まず溝様の凹部を有さないハウジングが供給されることによって製造され得る。そして、このようなハウジング１３の内側横断面１７は、支持マット１５によって包囲された触媒本体１２の外側横断面よりも大きい。触媒本体１２と支持マット１５とをハウジング１３内に配置した後、ハウジング１３は、溝様の凹部１６を形成しかつハウジング１３と触媒本体１２との間の圧入を形成して溝様の凹部１６の領域においていくつかのセクションで圧迫される。

当該変型例では、ハウジングを圧縮するために、より大きな力が必要である。なぜなら、溝様の凹部１６は、ハウジング１３の決定された軸方向位置においてそれでも形成されるものでなければならないからである。この場合、溝様の凹部１６以外の、ハウジング１３の決定された外側輪郭又は決定された外側横断面２０の変形を防止するためには、特に、フロー流入側の端面１８及びフロー流出側の端面１９の領域におけるハウジング１３の支持が必要になる。

従って、本発明では、セラミックの触媒本体１２と金属製のハウジング１３とを含む触媒ユニット１０上で、金属製のハウジング１３を、いくつかのセクションにおいて、溝様の凹部１６を通じて引き込むことを意図しており、それによって、凹部１６の領域において、ハウジング１３を触媒本体１２と着けることを提供する。これらの溝様の凹部１６以外では、ハウジング１３の決定された外側横断面２０は不変のままである。従って、触媒ユニット１０の排ガス触媒コンバータへの問題の無い統合と、排ガス触媒コンバータの、内燃機関の排ガス系の他のアセンブリとの問題の無い接続とが可能である。ハウジング１３と触媒本体１２との間の圧入が、専ら溝様の凹部１６の領域において形成されているという事実に起因して、貫流方向に見て、又は、軸方向に見て、連続する支持マット１５を省略することができる。従って、支持マット１５は、触媒本体１２を、専ら触媒本体１２と金属製のハウジング１３との間の圧入が形成されている領域において包囲している。さらに、ハウジング１３には、軸方向に見て、溝様の凹部１６の間に、穴及び／又はスロットの形態の間隙を導入することが可能であり、それによって、金属製のハウジング１３の重量と材料費とを、最終的には、触媒ユニットの重量と材料費とをさらに削減することが可能である。

ハウジング１３の流出部及び／又は流入部は、外側寸法に関して、成形によって、特に襞付けすること又は拡大することによって、決められた寸法に調整され得る。

１０ 触媒ユニット
１１ 貫流方向
１２ 触媒本体
１３ ハウジング
１４ 外側横断面
１５ 支持マット
１６ 凹部
１７ 内側横断面
１８ 端面
１９ 端面
２０ 外側横断面
２１ 間隙

Claims (10)

1. 排ガスが貫流するセラミックの触媒本体（１２）と、前記触媒本体（１２）の貫流方向（１１）に対して垂直に見て、前記触媒本体（１２）を少なくともいくつかのセクションにおいて包囲する金属製のハウジング（１３）とを有している、排ガス触媒コンバータのための触媒ユニット（１０）であって、前記触媒本体（１２）の前記貫流方向（１１）に対して垂直に見て、前記触媒本体（１２）と前記ハウジング（１３）との間に、少なくとも１つの支持マット（１５）が配置されている触媒ユニット（１０）において、
   前記触媒本体（１２）は、その前記貫流方向に対して垂直に、前記支持マット（１５）を間に配置した状態で、前記触媒本体（１２）の前記貫流方向（１１）に見て、前記ハウジングと前記触媒本体との間の圧入が、決定された軸方向位置のみにおいて形成されているように保持されており、前記ハウジング（１３）は、前記決定された軸方向位置において、前記ハウジング（１３）の内側横断面（１７）をいくつかのセクションにおいて減少させるために、溝様の凹部（１６）を有しており、前記ハウジング（１３）と前記触媒本体（１２）との間の圧入は、溝様の前記凹部（１６）の領域のみに形成されており、
   少なくとも１つの支持マット（１５）が、前記触媒本体（１２）と、前記ハウジング（１３）における溝様の前記凹部（１６）が形成される部分と、の間のみに配置されていることを特徴とする触媒ユニット（１０）。
2. 前記ハウジング（１３）が、前記触媒本体（１２）の前記貫流方向（１１）に対して垂直に見て、溝様の前記凹部（１６）の間において、決定された外側横断面（２０）を有することを特徴とする、請求項１に記載の触媒ユニット（１０）。
3. 前記ハウジング（１３）には、前記触媒本体（１２）の貫流方向（１１）に見て、最初の溝様の前記凹部（１６）の下流かつ最後の溝様の前記凹部（１６）の上流に、間隙（２１）が導入されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の触媒ユニット（１０）。
4. 溝様の前記凹部（１６）の領域にのみ、支持マット（１５）が挿入されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の触媒ユニット（１０）。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の触媒ユニット（１０）を複数有している排ガス触媒コンバータ。
6. 請求項１から３のいずれか一項に記載の触媒ユニット（１０）を製造するための方法であって、
   ａ）セラミックの触媒本体を供給するステップ；
   ｂ）金属製のハウジングを供給するステップ；
   ｃ）少なくとも１つの支持マットを供給するステップ；
   ｄ）セラミックの前記触媒本体と、前記支持マットとを、金属製の前記ハウジング内に配置し、前記ハウジングと前記触媒本体との間に圧入を形成するステップ、を少なくとも備えている方法。
7. その決定された軸方向位置において溝様の凹部を有するハウジングが、供給され、前記ハウジングの内側横断面は、溝様の前記凹部の領域において、前記支持マットによって包囲された前記触媒本体の、前記ハウジングと前記触媒本体との間に圧入が形成されるべき軸方向位置における外側横断面より小さいので、前記触媒本体と前記支持マットとを、前記ハウジング内に配置する際に、前記ハウジングと前記触媒本体との間に、自動的に圧入が形成されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. その決定された軸方向位置において溝様の凹部を有するハウジングが、供給され、前記ハウジングの内側横断面は、溝様の前記凹部の領域において、前記支持マットによって包囲された前記触媒本体の、前記ハウジングと前記触媒本体との間に圧入が形成されるべき軸方向位置における外側横断面より大きく、前記触媒本体と前記支持マットとを、前記ハウジング内に配置した後、前記ハウジングは、溝様の前記凹部の領域において、前記ハウジングと前記触媒本体との間の圧入を形成して、いくつかのセクションで圧迫され、それによって、塑性的に変形することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
9. 溝様の凹部を有さないハウジングが供給され、前記ハウジングの内側横断面は、前記支持マットによって包囲された前記触媒本体の外側横断面より大きく、前記触媒本体と前記支持マットとを、前記ハウジング内に配置した後、前記ハウジングは、いくつかのセクションにおいて、溝様の前記凹部を形成しかつ前記ハウジングと前記触媒本体との間の圧入を形成して圧迫されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
10. 前記ハウジングの流入領域及び流出領域における外側寸法は、成形によって、特に襞付けすること又は拡大することによって、決められた寸法に調整されることを特徴とする、請求項６から９のいずれか一項に記載の方法。

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