KR20070099600A - 사후보정 방식으로 촉매 컨버터를 조립하는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

촉매 컨버터와 같은 배기가스 처리 기구를 조립하는 방법 및 장치는, 상기 기구의 하우징 내의 담체를 둘러싸는 지지 매트의 원하는 간극 용적 밀도를 얻기 위해 사후보정을 이용한다. 매트는 압력에 의해 목표한 간극 용적 밀도를 산출하는 두께로 조절되며, 압력은 나중에 매트/담체 어셈블리를 하우징에 부드럽게 삽입하는데 이용되도록 저장된다.

촉매 컨버터, 배기가스, 사후보정, 매트, 담체, 인터페이스 패드, 삽입

Description

사후보정 방식으로 촉매 컨버터를 조립하는 장치 및 방법 {POST CALIBRATION CATALYTIC CONVERTER CANNING APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 외측 셸(shell) 내부에 수납되는 지지 매트에 의해 둘러싸이는 촉매 담체를 가지는 촉매 컨버터의 조립에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 컨버터의 수명 기간 동안에 간극 용적 밀도(gap bulk density)를 확실하게 유지시킬 수 있는 사후보정 컨버터를 캔(can)에 삽입하는 것에 관한 것이다.

도 6에는 자동차의 배기 시스템에 대한 공지된 유형의 촉매 컨버터가 도시되어 있다. 촉매 컨버터(1)는 단부가 개방된 튜브형 판금 본체(3)를 포함하고, 본체의 내부에는 편평한 단부(9)를 가지며 촉매가 코팅된 기다란 벌집형의 다수의 셀 통로(11)가 한쪽 단부로부터 다른 쪽 단부로 연장되는 단일 세라믹의 벌집형 촉매 담체(7)를 위한 챔버(5)가 형성된다. 담체(7)의 중앙부는 환형의 충격 흡수성 탄성 단열 지지 매트(13)로 둘러싸여 있으며, 이 매트(13)는 바람직하게도 실질적으로 가열에 의해 팽창하는 기체 불투과성 질석(vermiculite)계의 물질로 이루어진다. 매트는 조립 시에 초기 두께의 절반 가량으로 압축된다. 본체(3)의 양쪽 단부(15)는 바람직하게는 각각, 도시한 바와 같이 직경이 담체(7)의 직경보다 실질적으로 작은 중앙 개구부를 가지는, 부분적으로 구형으로 형성되어 있다. 기체 유동 단부 부싱(17, 19)은, 배기 시스템 도관(미도시)에 용접 또는 클램핑에 의해 부착되도록 튜브형 외측 단부(21, 23)를 각각 갖는다. 부싱(17, 19)은 또한 외측으로 벌어진 환형의 부분 구형의 내측 단부 플랜지(25, 27)를 각각 가지며, 이들은 각각 바람직하게는 본체의 단부 부분의 반경과 대응되도록 형성되고 선택된 위치에서 본체에 용접되어 이들의 단부(21, 23)가 본체(3)의 중심선 또는 축에 대하여 원하는 배향을 가지도록 되어 있다.

사전보정(pre-calibration)을 이용하는 공지된 조립 방법은, 지지 매트 및/또는 컨버터 담체가 컨버터의 외측 셸에 삽입될 때 전단 손상을 입을 가능성이 있다. 따라서, 컨버터 셸에 매트/담체 서브-어셈블리를 삽입한 후에 컨버터 캔(can)을 소정의 직경으로 조정하여 종래 기술에서 발생하는 삽입 손상 없이 지지 매트의 원하는 간극 용적 밀도를 얻기 위한 방법 및 장치가 필요하게 되었다.

따라서 촉매 컨버터는, 먼저 촉매 담체를 취하여 그 둘레에 지지 매트를 감아 서브-어셈블리를 형성함으로써 제조된다. 그런 다음 서브-어셈블리를 게이징 스테이션에 놓고 지지 매트를 담체에 압축하고 매트는 컨버터가 최종적으로 조립되었을 때 원하는 간극 용적 밀도가 산출되는 두께가 되도록 조정한다. 이렇게 원하는 간극 용적 밀도를 달성하기 위해 가해진 압력은 나중에 이용되도록 저장된다. 그 다음에, 서브-어셈블리는 컨버터 캔에 부드럽게 삽입되고 크기 조절 스테이션으로 보내져서 선행 단계의 게이징 스테이션에서 결정된 압력 하에서 외측 캔이 반경방향 내측으로 균일하게 압축된다. 게이징 스테이션에서 결정된 압력은 외측 셸이 탄성 복귀되도록 조절된다.

본 발명의 다른 측면에서는, 지지 매트에 의해 둘러싸인 촉매 담체를 포함하는 서브-어셈블리에 압력이 가해지고, 복수의 인터페이스 패드가 서브-어셈블리에 대하여 반경방향으로 압력을 가하며 이 압력은 각각의 인터페이스 패드와 연관되는 복수의 로드셀에 의해 측정된다. 지지 매트는 인가된 압력에서 그 두께를 결정하기 위해 조정되며 압력은 매트가 원하는 간극 용적 밀도를 산출하게 되는 소정의 두께에 도달할 때까지 조절된다. 각각의 인터페이스 패드/로드셀의 쌍은, 로드셀/인터페이스 패드 조합을 안정화시키기 위해 판스프링을 통해 지지 프레임에 결합되는 인터페이스 패드를 갖는다. 또한, 코일 스프링은 로드셀을 그 대응되는 인터페이스 패드에 결합시켜서 어셈블리를 더욱 안정화시킨다.

도 1은 본 발명의 원리에 따라 배치된 컨버터 어셈블리 장치의 개략적인 블록도이다.

도 2는 본 발명의 원리에 따른 컨버터 조립에 이용되는 방법의 여러 단계를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 원리에 따른 유용한 사이징 스테이션의 상세도이다.

도 4는 본 발명의 원리에 따른 유용한 게이징 스테이션의 측면도이다.

도 5는 도 4의 게이징 스테이션에 유용한 전형적인 인터페이스 패드/로드셀 조합 장치의 상세도이다.

도 6은 본 발명의 원리에 따라 조립될 수 있는 촉매 컨버터의 측면도이다.

도 1을 참조하면, 촉매 담체(104)를 둘러싸는 지지 매트(102)를 포함하는 서브-어셈블리(100)는, 예를 들어 마스킹 테이프를 이용하여 일시적으로 조립된다. 그리고 서브-어셈블리(100)는 서브-어셈블리(100)를 게이징 스테이션(106)으로 전달하는 네스트(nest)에 삽입된다. 게이징 스테이션(106)은 지지 매트에 대하여 소정의 원하는 간극 용적 밀도를 산출시키는 평균 압력으로 서브-어셈블리(102)를 압축한다. 일반적인 컨버터는 예를 들어 40 psi의 목표 압력을 가지며, 이 목표 압력은 실험 데이터를 통해 0.83g/㎤의 간극 용적 밀도와 상관 관계를 가지는 것으로 나타났다. 0.83g/㎤의 간극 용적 밀도, 및 얻어진 게이지 압축의 변위 값의 이론에 근거하여, 얻어진 매트 간극은 증가된 매트 간극 및 0.953g/㎤에 대응되는 간극 용적 밀도 값과 상관된다. 조정된 매트 폭을 얻기 위해 이용된 압력은 크기 조절 스테이션(110)에 이용되도록 예를 들어 컨트롤러(108)에 저장된다. 게이징 스테이션(106)으로부터의 피드백은 크기 조절 스테이션으로 전달되어 외측 셸 또는 캔(202) 내부에 서브-어셈블리(100)를 최종적으로 조립하는데 이용된다.

게이징의 수행 후, 서브-어셈블리(100)는, 컨버터 외측 셸 또는 캔(202)에 "부드럽게 삽입"되고, 도 2에 도시한 바와 같이, 크기 조절 스테이션으로 전달되고 지지 매트에 대하여 반경방향 내측으로 균일하게 압력을 가하여 서브-어셈블리(100)가 캔(202) 내부에 수납되도록 한다. 크기 조절 스테이션에서 이용된 압력은 게이징 스테이션으로부터 얻은 것이며 일반적으로 이용되는 단부 캡을 제외한 최종 제품이 얻어진다.

미국특허 제5, 118,476호에는 일종의 크기 조절 장비가 개시되어 있으며 그 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다. 상기 미국특허의 특징은 본 명세서의 도 3에 도시한 것과 같다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 각각이 환형 성형면(41)을 가지는 2개 이상의 압축 다이(39)가 컨버터 튜브(15)의 중앙부(29)에 위치되어 반경방향 내측으로 동시에 회전되어 튜브 벽이 반경방향으로 균일하게 변형되고 압축되어 지지 매트(13)와 접촉한다. 각각의 성형면(41)의 축방향 폭은 매트의 폭과 실질적으로 동일하게 선택된다. 전술한 바와 같이, 압축 다이(39)에 인가되는 압력은 선행의 게이징 스테이션에서 결정된다.

도 1의 게이징 스테이션(106)은 압축되었을 때 원하는 지지 매트 폭을 결정하기 위한 다수의 종래의 게이징 기술을 이용할 수 있다. 이들 기술은 레이저 측정, 지지 매트의 크기 측정, 또는 섀도우(shadow) 측정을 포함한다.

지지 매트/촉매 담체(100)의 압축은 도 4에 나타낸 장치를 이용하여 달성된다. 지지 매트(102) 및 촉매 담체(104)는 압력 하에서, 예를 들어 각각이 압력 측정 로드셀(404a-h)과 연관되는 8개의 세그먼트로 이루어진 인터페이스 패드(402a-h)를 이용하여 반경방향 내측으로 균일하게 놓인다.

로드셀이 잘못된 압력을 판독하게 되는 토크 발생 조건 또는 피벗 발생 조건을 피하기 위해, 각각의 로드셀/인터페이스 패드 어셈블리는 도 5에 도시한 안정화 장치를 이용한다. 판스프링(502)은 브래킷(506)을 통해 각각의 인터페이스 패드(402)를 프레임 지지부에 결합시킨다. 장치를 보다 안정화시키기 위해, 코일 스프링(504)은 각각의 로드셀(404)을 각각의 인터페이스 패드(402)에 결합시킨다. 이러한 구성에서, 각각의 로드셀은 "정사각형“이며, 그 대응되는 인터페이스 패드는 잘못된 압력을 판독하게 되는 토크 발생 조건을 제거한다.

따라서, 본 발명은 초기의 삽입 과정에서 전단 손상을 피하도록, 사후보정 기술을 이용하는 촉매 컨버터 어셈블리 및 크기 조절 방법을 제공한다. 실험적인 데이터를 이용하여, 사전에 선택된 수용 가능한 범위 내의 간극 용적 밀도를 산출하는 적절한 압력 및 압축된 상태에서의 매트 두께가 결정된다. 컨버터가 본 발명에 따라 조립된 경우에는 적절한 간극 용적 밀도를 위해 컨버터를 추가로 시험할 필요가 없다.

이상 본 발명을 예시적인 실시예를 통해 상세히 설명하였으나 이들 실시예는 단지 예시적이라는 것을 이해하여야 한다.

Claims (3)

1. 배기가스 처리 기구를 위해 담체(substrate)를 둘러싸는 압축 가능한 지지 매트에 반경방향 내측으로 균일하게 압력을 인가하는 장치에 있어서,

   상기 압력 인가 장치는, 상기 지지 매트 및 담체를 수용하기 위한 공간을 형성하는 복수의 인터페이스 패드를 포함하고,

   각각의 상기 인터페이스 패드는, 압력 측정 로드셀과 연관되고 상기 지지 매트에 대하여 반경방향 내측으로 이동 가능하며, 판스프링을 통해 지지 프레임과 결합되는

   것을 특징으로 하는 장치.
2. 제1항에 있어서,

   각각의 상기 인터페이스 패드는 코일 스프링을 통해, 연관된 로드셀과 결합되는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 배기 처리 기구는 촉매 컨버터를 포함하고, 상기 담체는 촉매를 함유하는 부재를 포함하며, 상기 지지 매트는 충격 흡수성 탄성 단열 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

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