TWI301170B - Metallic honeycomb body having at least partially perforated sheet-metal layers - Google Patents

Description

1301170 玫、發明說明： 【發明戶斤屬之技術領域】 發明領域 本發明有關一金屬蜂巢體，特別有關一用於内燃引擎 5 的排氣系統之蜂巢體。使用此蜂巢體作為觸媒活性材料及/ 或吸附劑材料之載體以及其他應用。 L· 發明背景 特別用於在内燃引擎中淨化排氣之金屬蜂巢體必須滿 10 足非常不同的需求，部分案例中必須在衝突的需求之間作 出妥協。首先，該型蜂巢體應提供可發生所需要的觸媒反 應或吸附處理之實際可能的最大表面積。在許多應用中， 希望具有低的熱容量，使此蜂巢體可快速地加熱至其所需 要的操作溫度或亦應具有高的熱容量，故可以較長時間保 15 持在操作溫度而不會太快加熱至過高溫度。當然，一般而 言，該型的一組態必須具有機械穩定度，亦即必須能夠承 受一脈動氣流及載具移動造成的機械負荷。蜂巢體的材料 必須可抵抗南溫侵餘’且其加工材料的方式亦可能容易地 且低成本地產生所需要的蜂巢結構。在許多案例中，在蜂 20 巢體内亦需要特定結構藉以影響流動，譬如藉以改善與表 面的接觸或實行交叉混合。最後，必須可以低成本來量產 一種適當的蜂巢體。 已經在構成先前技術的部分之許多文件中廣泛地描述 上述問題的個別型態。 1301170 特別在兩典蜇形式的金屬蜂巢體之間作出區分。一種 將其典型範例顯示於德國公告未審查專利申請案DE 29 02 779 A1號及對應的美國專利案4,273,681號中之早期形式係 為螺旋形式，其中大致將一平滑及一褶波狀金屬板層鋪設 5 在彼此頂上且螺旋形捲繞。另一形式中，蜂巢體由多數個 交錯配置的平滑與稽波狀或不同褶波狀金屬板層所構成， 其中金屬板層初步形成一或多個包覆在一起的堆積。在該 案例中，所有金屬板層的端點係設置於外側且可連接至一 殼體或管狀外殼而造成許多連接部，提高了蜂巢體的耐久 10 度。這些形式的典塑範例係描述於歐洲專利案0 245 737 B1 號及對應的美國專利案4,832,998號或是國際公告WO 90/03220號及對應的美國專利案5，105,539號中。長久以來 亦已經習知將金屬板層配備額外的結構，藉以影響流動及/ 或達成個別流動通道之間的交叉混合。該型的組態之典型 15 範例係為國際公告WO 91/01178號及對應的美國專利案 5,403,559號；贾0 91/01807號及對應的5,045,403號；及\¥0 90/08249號及對應的美國專利案5，157,010號。最後，亦具 有圓錐形式的蜂巢體，其依需要包括其他額外的用於影響 流動之結構。一種該型蜂巢體譬如係描述於國際公告WO 20 97/49905號及對應的美國專利案6，190,784 B1號。並且，亦 已習知在一蜂巢體中形成一用於感應器特別是用於容納入 含氧感應器（lambda sensor)之凹部。其一項範例係描述於德 國新型DE 88 16 154 U1號中。 長久以來亦已經習知對於蜂巢體使用有槽金屬板，特 1301170 別是擴張狀金屬及類似的槽結構。觸媒載體體部的金屬板 層中之各種不同形式及組態的開口之概述請見美國專利案 5,599,509號及所引述的先前技術中。該裝置係針對使用開 口來降低一蜂巢體的一前區中相較於後區之熱容量。 5 雖然眾多的習知技藝可提供許多不同的研發探索方向 ，已經出現某些進一步的發展趨勢。其中一項趨勢係為發 展更薄的金屬箔，藉以能夠提供大表面積同時使用少量材 料及達成低的熱容量。該發展趨勢的一項清楚的缺陷係為 薄箔的機械敏感度將提高且此等薄箔製成的蜂巢體較無法 10 耐久。在此同時，趨勢係朝向更高的格室密度，其在特定 私度上係由採用更溥的箱所造成。為了改善蜂巢體表面之 質量轉移，將用於影響流動之結構(特別是所謂的橫向結構 )導入表面中，或者將導流表面或額外入流邊緣生成在蜂巢 體内部。 15 雖然金屬板層中用於交叉混合的開口具有已知之優點 ，至今尚未實際考慮系統性地設置可供一流體在觸媒轉換 器的大部份容積中自由地通過之開口，因此這牴觸了在愈 來愈小的容積内提供更大表面積之趨勢。雖然槽及/或導流 表面及類似的結構並未降低一蜂巢體中的表面積，使用大 20量的孔卻會顯著地降低表面積，尚且，至少如果藉由移除 材料來形成孔，這代表將增加消耗啟動材料而不使表面積 對應地增大，同樣牴觸了現行的趨勢。因此，只考慮採用 假没在蜂巢體特定位置具有特定功能之孔，譬如交叉混合 或可相較於其他區降低熱容量之功能。 1301170 此種考慮方式雖然單獨來看時當然可適用於一金屬蜂 巢體，但不可忽視以下事實：一金屬蜂巢體隨後塗覆有一 塗覆材料，此塗覆材料在許多案例下亦包含作為觸媒活性 組份的高價貴金屬。因此，大的表面積永遠代表大量的高 5 價塗覆材料。經由測試驚人地顯示出，對於一蜂巢體上方 之大量的孔之大小、分佈及密度的特定尺寸而言，具有較 小表面積的觸媒轉換性質就像不含孔且具有更大量塗覆材 料的蜂巢體一樣好。 【發明内容】 10 發明概要 為此，本發明之一目的係提供一具有至少部份地經穿 孔金屬板層之金屬蜂巢體，其克服了此一般類型的至今已 知裝置之前述缺點，且其藉由具有適當數量、尺寸及分佈 的孔而特別適合作為一種用於塗層之載體，特別是用於經 15 濟地部署一塗覆材料。 鑒於上述及其他目的，根據本發明，提供一金屬蜂巢 體，其包含一軸向長度、一覆蓋住至少55°/◦軸向長度之部 份容積、一至少20公厘之徑向尺寸、一入流端側及一出流 端側。金屬板層的結構可允許一流體特別是一内燃引擎的 20 排氣以從入流端側至出流端側的一流動方向流過蜂巢體。 金屬板層各具有一表面區域、部份區及位於端側上的邊緣 。各金屬板層具有至少形成於部份容積的部份區中之多數 個孔。各孔具有1至120平方公厘的孔表面積。部份容積中 的金屬板層表面積相較於不含孔的金屬板層係減少了 10至 1301170 80%、較佳35至60%的孔。部份容積相距於各端側配置有一 段距離，以防止孔碰觸到及切過金屬板層的端側邊緣。 已經由測試顯示出，一根據本發明具有孔之蜂巢體係 由於其内部的改良流動性質以及流與表面之間所產生的改 5 良質量轉移性質而具有可與不含孔的蜂巢體相提並論之效 能且在特定環境下甚至具有更優良之效能。孔很大致使其 首先在塗覆期間無法由塗覆材料加以封閉，再者其亦未被 一受淨化流體中的顆粒所阻塞。因此，其並不是與過渡器 中用來留置顆粒的孔相似之孔，而是可供一受淨化流體特 10別是來自内燃引擎之排氣自由地流過之開口。基於製造及 技術因素以及鑒於後續耐久性等原因，決不可讓端側邊緣 被吞入孔或部分的孔内，因此孔應與端側相距一段距離。 根據本發明的另一特性，如上文所述，此等孔的優點 係大於缺點，因此設有孔的部份容積加總起來應大於60〇/〇 15 、更佳大於90%的總蜂巢體容積。這將可能利用其最大程 度的正面效果。 根據本發明的另一特性，基於機械及流力因素，孔各 具有5至60平方公厘的表面積。藉由此型尺寸，其易於製造 、不會擾亂塗覆處理且可產生改良的質量轉移之上述優點 2〇 。此尺寸的孔可產生良好的交叉混合，亦不但利用熱傳導 作用亦可利用穿過孔進入更朝向外部的區中之熱輻射作用 從蜂巢體内部往外散熱。當然，相較於仍存在的金屬板層 總面積而言，孔總面積愈大則這些效果將變得愈強。 對於相似應用來說，先前技術幾乎皆以排他方式描述 1301170 了多角形輪_金屬板層中之開^從機械觀點來看，因 為會從孔角落開始形成裂痕，這在高及變動負荷下是不利 的方式。因此，根據本發明的—添加特性，孔較佳採用圓 滑輪廓，所以孔的邊界線並無任何角，特別是不具有任何 銳角。孔特佳應為圓形、印形或橢圓形，在此例中若非圓 形則建議不使最大直徑對最小直徑之比率超過二。 10 15 根據本發明的-額外特性，此型的孔無法以節省材料 的方式加以製造，譬如若可能的話藉由擴張的金屬加以製 造，但其卻必須從-全區域金屬板層移除材料而產生。缺 而，衝壓或切割所移除的材料係可重新用來製造新的金屬 板層。 根據本發明的另-特性，依據金屬板層的製造方式而 定，孔亦可早在製程期間加以移除，這是一種特別適合經 由電每手段製成的材料之選擇。在首先產生一便宜材料且 後績經由塗覆譬如利用缺/或鉻來改善此材料品質的一 製=之案例中，建議在用這些其他材料來改良材料之前先 行製造此等孔。 a本發明的另—優點在於，一具有孔的蜂巢體之熱容量 "然係低於—不含孔的蜂巢體之熱容量。另-方面，相較 =穿孔較薄金屬板層製成的蜂巢體，這將使根據本發明 太半巢體能夠由較厚金屬板層製成而不增加熱容量。根據 毛明的另一特性，金屬板層的厚度可能為20至80微米之 機^^土為4〇至6〇微米的厚度。較佳範圍將導致改善的 哉械穩定度，特别是在一蜂巢體端倒上尤其如此，且可能 20 1301170 使用不易應用於很薄的箔之嘗試及测試製程 (tried-and_tested production processes)。所構成之蜂巢體的 熱谷里係小於或等於藉由無孔的較薄箔製成之蜂巢體的熱 容量。 5 根據本發明的一添加特性，為了確保根據本發明之一 蜂巢體的機械穩定度，孔應具有〇·5公厘的最小間隔，其中 孔之間的距離較佳在各例中近似相等，故不形成機械弱點 。此方式構成的箔可受到褶波而無問題，然後使用在其餘 加工步驟中以製造螺旋形或經塗覆且包覆的蜂巢體。 10 根據本發明的一額外特性，根據本發明之蜂巢體就像 先前技術已知的大部分蜂巢體般地特佳係包括交錯配置的 平滑及褶波狀金屬板層或包括交錯的不同褶波狀金屬板層 。此型的結構係產生一蜂巢體中典型的流動通道。 藉由孔的正面效果，為了使後續由蜂巢體製成的觸媒 15轉換器具有良好的轉換性質，根據本發明的蜂巢體不需要 具有極高的格室密度。根據本發明的另一特性，較佳係為 200至1〇〇〇 cpsi(格室/平方吋)之間的格室密度，特別是4⑽ 至800 cpsi的格室密度。 在金屬板層中使用孔的新穎方式，不會負面地影響如 20同已在先前技術描述提及用於影響流動之最早先揭露的額 外結構之金屬板層的可使用性(usability)。特定言之，再声 根據本發明的另一特性，經穿孔的金屬板層亦可設有包含 突部及/或導流表面之橫向結構。一般而言，孔甚至可輔助 此型結構的作用，因為發生在通道中的任何壓差皆會被開 1301170 口所補償，將產生額外紊擾且使蜂巢體内的流動輪廓更加 均勻。 再度根據本發明的一添加特性，當如同先前技術所提 出般地採用已導入一蜂巢體的一腔體中之一感應器特別是 5 λ含氧感應器時，根據本發明的一蜂巢體之組態將具有特 別正面的效果。因為預定利用一測量感應器特別是氧測量 感應器來測量在盡量具有代表性的蜂巢體中流動之流體的 數值時，感應器的交又混合上游係極為有利。因此，根據 本發明的蜂巢體特別適合將一 λ含氧感應器導入蜂巢體中 10 的一腔體内之應用。 就製造技術而言，這在生產金屬板層時需要特定程度 的花費，故組裝之後其將形成一適當的腔體。然而，現今 可利用NC(數值控制式）製造設施來設法應付此花費。在此 同時，這可能不將任何孔定位為靠近用於劃定腔體之金屬 15板層邊緣，藉以防止邊緣在此位置亦受到攻擊。因此，再 度根據本發明的一額外特性，在用於一測量感應器之腔體 周圍1至5公厘的一區中，尤其最好不具有孔。 根據本發明的另一特性，如果個別金屬板層經由通常 么生於ίφ巢體端侧的接合方式且較佳經由硬焊彼此連接 Μ，對於耐久性將是㈣的。這也是為什麼孔不應與金屬板 層的端側邊緣區交會之原因。另一方面，孔亦可非常刻意 地防止已經施加至端側之黏劑或者已經施加至端側之硬焊 材料沿著金屬板層之間的接觸線穿透入蜂巢體内部，此穿 透現象對於機械性質而言時常是不良的方式。在此例中， 12 1301170 ，孔將終止毛細效應，所以亦可非常刻意地利用一蜂巢體 的端側及孔之間的距離來限制一經由硬焊所連接之區。 根據本發明的另一特性，亦可應用一種類似的陳述來 將金屬板層附接至-管狀外殼。在此例中，亦由於如同理 想般地很狀猶魅^核，如料賴未與孔交會 將更為有=。亚且，在此例中’孔亦可確保硬焊材料不合 利用毛細仙穿透人蜂巢體㈣太⑼_確地停留細 於固定住金屬板層的部位。 用 10 15 20 觸媒轉換器中蜂巢體容積的尺寸(所形成或 屬板層錢通道、、開口、孔等的容積之總和）譬如係依據= 氣段中—的二位方式而定：如果其配置於料艙中或引擎鄰 近處(-段㈣達0.5公尺的距離以内），此尺寸 擎的容量，譬如比其容量更小鄕，特定言之更㈣升^ 0.5公升。如果其配置於1、客車的絲部中 = 亦可能大於引擎的容量，且其較佳更大 尺寸亦可财其㈣㈣，糾祕切 ^ 、手持式器具(剪關、電鱗）或類似㈣在 $ 此技術者可作出適#的修改。對於作為排氣⑽中的^ 換益、⑽合Α、吸附器、顆粒阻聚器、顆粒 熱器之蜂巢體而言，類似的陳述《立。在這Μ例^電 热悉此技術者亦瞭解具有可使蜂巢體容積妥善地適 之廣泛不同的測試。 〜 ^ 當構成或設定金屬板層中的孔圖案時亦應將 的蜂巢體應用列人考慮。因為在此處尚不可能利用從^ 13 1301170 得到的知識，測試已經顯示出：在包含具有μ β Κ稍波結構寬 度更大的最大範圍之孔、特別是孔的相對輪靡之間的最短

距離甚至仍大於結構寬度之孔的金屬板層中，、H 化5或觸媒 轉換合併之效果（在此同時連帶觸媒材料的明顯降低部署 作用）係驚人地良好。這較佳係適用於至少部份地釺構狀金 屬板層中之孔，故使孔疊置在褶波部或結構上。根據本發 明的另一特性，使至少一部份容積中的所有孔具有一大: 結構寬度的範圍將會特別有利。根據本發明的一添力特座 ，藉由一種具有使孔尺寸為結構寬度的至少兩倍、較佳 10 倍特別是六倍大之金屬板荡之蜂巢體可達成驚人良好二= 果。 、⑺ 根據本發明的一添加特性，將至少部份的孔構成為具 有最大範圍之槽，此槽在各案例中係於一專用主軸線方向 延伸。構成為槽的孔之配置方式可使得蜂巢體具有不同剛 15性之分區。本文中，已知一槽係特別代表具有兩個相對圓 滑狀且較佳為半圓狀的梢區之孔，其極大值或轉折點界定 了主軸線。槽較佳在這些梢區之間具有彼此平行前進之邊 緣。主軸線方向之最大範圍較佳係比垂直於主轴線的範圍 更大至少兩倍因數。其結果係為腹板形成於兩個鄰槽之間 2〇。本文中，此時提議相對於圓周、半徑、蜂巢體或金屬板 層的中軸線之方向、或是這些方向的其中至少兩者來定向 這些槽，以使蜂巢體在複數個分區中具有不同的剛性。本 文中，剛性係代表分區在至少一上述方向中屈服於外力之 程度。這譬如代表在-第-分區（特別是氣體進人側)且視需 14 1301170 疋轧體離開側）巾，槽的配置方式可 使得蜂巢體具有很低的剛性，但在— 方式了 ，將蜂巢髀槿点Af 弟-(特別是内)分區中 將半巢體軸私關性。範例巾，如果考 排氣系統中之此型蜂巢體的熱_特徵，可瞭解到由於起 =熱負 ：，端側具有比蜂巢體中央區更大程度的膨 脹及油。㈣不同的分區可以補償或中斷此型的差里性 熱膨脹或所導人的不同力量似譬如由於排氣流㈣動 致）。 根據本發明的-附屬特性，本文中，較佳使構成為槽 10的孔在0周及/或半#及/或中軸線的方向相對於彼此至少 部份地偏置及/或以其主減呈—角度配置。這#如代表. -孔配置於與邊緣區平行之行或财，且在與附接區平 行之方向中相鄰的行或列（或鄰行或列的群組)係在邊緣區 方向中相對於彼此偏置(彼此間具有相同或可變的間隔）； 15 —孔配置於與附接區平行之行或财，且在與邊緣區平 行之方向中彼此鄰接的行或列（或鄰行或列的群組)係在附 接區方向中相對於彼此偏置（彼此間具有相同或可變的間 隔）； 相對於彼此、特別是相對於邊緣或附接區定向不呈 20 直角之主軸線係歪斜地定向； 至/在分區的部份區中’孔形成—型的斜條格構； -孔相對於蜂巢體產生不同厚度的腹板及/或不同定向 的腹板；或 孔依據本文所述的部份組合加以配置，藉以使蜂巢體 15 1301170 在其軸向範圍及/或半徑及/或圓周上產生不同的剛性。 視為本發明的特徵之其他特性請見申請專利範圍。 雖然本文中藉由實施作為一種具有至少部份地經穿孔 金屬板層的金屬蜂巢體之方式來示範及描述本發明，然而 5 因為可作出各種不同修改及結構性變化而不脫離本發明的 精神且仍位於申請專利範圍的等效物範圍與領域之内，其 無意侷限在所顯示的細節。 然而，可由圖式及下文中對於特定實施例的詳細描述 清楚地瞭解本發明的構造及操作方法以及額外目的與優 10 點。 圖式簡單說明 第1圖為用於製造根據本發明的一蜂巢體之一金屬板 層的片段平面圖； 第2圖為根據本發明的一蜂巢體之部分切開圖及剖視 15 立體圖； 第3圖為一具有根據本發明的一蜂巢體之觸媒轉接器 及一用於λ含氧感應器之腔體的部分切開及剖側視圖； 第4圖為一具有孔之褶波狀金屬板層的立體圖； 第5圖包括顯示一用於製造根據本發明的一蜂巢體之 20 方法的工序之一系列的圖； 第6圖為一具有槽之金屬板層的一組態之平面圖；及 第7圖為一具有不同剛性的複數個分區之蜂巢體的立 體圖。 t實施方式3 16 130117ο 較佳實施例之詳細說明 現在詳細地參照圖式，首先特別參照第1圖，其中顯示 一可能為平滑狀或褶波狀之金屬板層1。如第2圖所示，利 用此金屬板層1來構成一根據本發明之蜂巢體15。此金屬板 5層1具有一寬度L，此寬度L後續係決定了所製成之蜂巢體15 的一軸向長度L，如第3圖所示。金屬板層1在另一方向的尺 寸係依據所製成的蜂巢體15構造類型而定。如果製成一螺 旋狀捲繞的蜂巢體15，在另一方向中的尺寸可能很長，或 者如果形成此種屬於後續捲繞形成一蜂巢體15的類型之複 10 數個金屬板層1的一堆積的一部分則此尺寸較短。如第4圖 所示，金屬板層1具有一厚度26，其可能介於20至80微米之 間、較佳介於40至60微米之間。 在一部份區（在此例中顯示為一剖面29)中，金屬板層上 具有大量的孔6，各孔具有一介於1至120平方公厘之間的孔 15 表面區域23，如第4圖所示。孔6較佳具有3至8公厘之間且 車父佳4至6公厘之間的直徑。至少在區中，這些孔6以一規則 圖案且較佳以彼此相同的距離D7配置。然而，圖案亦可能 從一入流端側12至一出流端側13產生改變，在此例中，譬 如將孔數、孔徑及/或距離D7予以增大。此增大作用可能連 20續地或階狀地發生。對於特定應用而言，這些數值已經在 一中央區增加之後，再度朝向出流端側13降低亦為_種有 利的方式。孔6較佳為圓形或橢圓形或卵形，且具有最多為 8公厘的最大直徑R6。選擇孔6之間的距離D7以使得一金屬 板層表面區域24如第5圖所示相較於一未經穿孔的表面降 17 Ι30Π70 低了 10至80%、較佳30至60〇/〇。 金屬板層1具有一不含孔6之入流側邊緣區2。較佳使一 出流側邊緣區3同樣地不含孔6。這簡化了金屬板層丨的處理 ，故可能在此邊緣區中將金屬板層彼此連接，且防止在構 5成一蜂巢體15時構成不規則形狀(据齒狀）的入流端側12或 出流端側13。入流側邊緣區具有丨至5公厘的寬度R2，且出 流側邊緣區3具有1至5公厘的寬度R3。並且，金屬板層1具 有至少一第一附接區4，利用此至少一第一附接區4可將金 屬板層1後續固定至一如第2及3圖所示的管狀外殼14。此具 10有寬度R4的附接區4較佳亦不含孔6。對於金屬板層丨在兩端 固定至一管狀外殼14之蜂巢體15組態而言，一具有寬度R5 的弟一附接區5亦不含孔6。 如果如第3圖所示利用金屬板層1來製造一具有一用於 容納一測量感應器9的腔體7之蜂巢體15,將一對應的腔體7 15設置於金屬板層1中。根據本發明，此腔體係由一無孔邊緣 8所圍繞，再度利用此無孔邊緣8使得金屬板層丨更容易處理 且便於製造一均勻的腔體7。圖中藉由箭頭代表一種後續流 過蜂巢體15之流體的流動方向S。無孔邊緣8之一路徑長度β 較佳在腔體的整體圓周上至少為1公厘。 20 第2圖顯示一根據本發明的蜂巢體15之立體圖，其中示 意顯示一經穿孔部份容積T的一尺寸22。在此例中，尺寸22 起自於蜂巢體橫剖面的中心，但亦可能使部份容積丁形成為 一種内環狀中空圓柱且其中尺寸22形成橫剖面直徑或半捏 的任何所需要部分。蜂巢體15譬如從一平滑的金屬板層1〇 18 1301170 及一賴波狀金屬板層11呈螺旋狀捲繞，平滑的金屬板層10 及摺波狀金屬板層11係在一附接區4中連接至一管狀外殼 14。 第3圖示意顯示一具有一用於接收一；I含氧感應器9的 5腔體7之觸媒轉接器28的部分切開側視圖。一排放氣體可在 起自入流端側12且導往出流端侧13的流動方向S中流過觸 媒轉接器28。具有一位於入流端側12之無孔邊緣區2及一位 於出流端側13之無孔邊緣區3。經穿孔部份容積T配置於這 些邊緣區之間且因而係在蜂巢體15的幾乎整體轴向長度L 10 上延伸。在藉由將腔體7適當定位在個別金屬板層10、11中 已經完成蜂巢體15之後或者完成之前，製造蜂巢體15中的 腔體7。可將測量感應器9特別是氧測量感應器9導入此腔體 7中。為了確保腔體7具有均勻的邊緣，使金屬板層1〇、u 沒有任何孔6之無孔邊緣8圍繞住腔體7。一具有孔6之蜂巢 15 體Μ及一用於此處所顯示的測量感應器9之腔體7之組合係 特別有利，因為測量感應器9上游的孔6可以在蜂巢體15中 交叉混合且因此測量感應器9可對於蜂巢體15中整體的流 體組成物測量出一代表性測量值。 第4圖顯示一具有孔6的賴波狀金屬板層1之示意及立 20 體圖。譬如，如第4及5圖所示，可由一結構高度Η及一結構 寬度Α來描述金屬板層1的褶波部或結構。如果一孔6的最大 範圍R6大於結構寬度A，可特別成功地達成上述優點，特 別是對於排氣流的交叉混合及此型蜂巢體15的便宜製造尤 然。在圖示的示範性實施例中，孔6具有一範圍或直徑R6 19 1301170 且其對應於近似金屬板層1的正弦性褶波部之三倍的結構 覓度A。在此例中，孔6的配置方式可具有一種使各糟波峰 部或褶波谷部在剖面29内的軸向長度上至少被一個孔6中 斷之規則圖案’此剖面29係由金屬板層1的未經穿孔邊緣R3 5 、R2、R5(及未圖示的邊緣R4)所劃定且在蜂巢體15中形成 部份容積T。對於被孔6佔用的金屬板層表面區域24之比例 來說，應注意剖面29内的金屬板層表面區域24係特別降低 30至60%，整體金屬板層表面區域24(包括邊緣）更佳降低2〇 至 40%。 1〇 為了達成剖面29中實際可能的最大穿孔量，如第4圖所 示，最好選擇孔之間的距離D7使其不大於金屬板層丨的數個 結構寬度A、特別是小於5個結構寬度a且較佳小於3個結構 寬度A。基於穩定性原因，對於蜂巢體15的特定應用而言， 亦可旎在特定環境下使得不同方向（譬如縱方向及橫方向） 中的距離D7在尺寸方面構成彼此不同，在此例中，較佳使 柃孔6之間在一方向中維持一均勻的距離D7。 亚且，在邊緣R2附近，第4圖顯示一微結構27，其高度 頜著地小於結構高度H。譬如利用此微結構27來限定附接區 因為可利用此方式將一小間隙形成於彼此相鄰配置的金 2〇屬板層1之間。在一硬焊處理期間，此間隙可防土液體硬焊 材料由於毛細效應而累積在剖面29且於其中產生不良的連 接。 第5圖示意顯示一可能特別適合之用於製造觸媒轉接 态的方法。在第一步驟1中，孔6導入金屬板層1中。在此例 20 1301170 中，利用一衝壓裝置16機械式進行步驟1。在下個步驟2中 ，利用兩個嚙合靠模切削工具17在經穿孔金屬板層丨中產生 結構，猎以形成具有結構面度Η及結構寬度a之摺波狀金屬 板層11。這些褶波狀、至少部份地經穿孔的金屬板層丨丨隨 5後係與平滑的金屬板層1〇(經穿孔或未經穿孔）進行堆積，以 在一步驟3中形成一蜂巢體15。這些金屬板層10、u隨後在 一步驟4中捲繞在一起且導入一管狀外殼14中。在金屬板層 10、11已經堆積及/或捲繞之後’相鄰的金屬板層相 對於彼此配置的方式可能很重要。原則上，可能將孔相對 10 於彼此定向使其（幾乎完全地)彼此重疊。譬如，如果需要避 免南度壓力損失(在很奮亂的流動中可能發生），這將是有利 的方式。另一方面，如果在進入蜂巢體15時具有大致均勻 的流動，這對於可導致蜂巢體15内部產生渦旋之實際可能 的最大入流邊緣數置將是有利的方式。因此，在後者宰例 15中，可權宜地將相鄰金屬板層10、11中的孔相對於彼此偏 置。除了孔6彼此相對位置的可能變化之外，即便孔6最置 或重疊時，亦可有利地考慮使用不同形式的孔6。譬如，孔 之間的不同距離D7、孔6本身如第4圖所示的不同最大範圍 R6或不同輪廓25、及其在彼此相鄰配置之金屬板層1〇、u 2〇 中對於彼此的相對位置係可彼此組合。 在一特別使未經穿孔區或邊緣Rl、R2、R3、R4設有未 圖示硬焊材料之硬焊處理過後’金屬板層在一步驟5中對於 彼此、亦對於一爐具18中的管狀外殼14受到一熱處理。特 定言之，其在空泡(vacuo)中及/或在一遮蔽氣體環境下受到 21 1301170 高溫硬焊。一依此方式產生的支撐體19隨後可設有-觸媒 活性塗層2G藉以能夠最後用來在—機動載具的排氣系統中 作為觸媒轉接器。 支樓體19塗覆有一所謂的薄塗膜(washcoat)且其具有 5很粗板的表®此粗糙表面首先係可確保具有足以固定一 觸媒（譬如翻、鍺等)之充分空間，再者可用來將流過的排氣 予以滿旋，而與觸媒產生特別強的接觸。薄塗膜通常係由 -來自過渡系的氧她與至少一促催化劑氧化物譬如稀土 氧化物、乳化錯、氧化鎳、氧化鐵、氧化鍺及氧化鋇等之 10 一混合物所形成。 將蜂巢體15或支撐體19浸入或喷上一液體薄塗膜分散 體’藉以施加具有可促進催化作用的大表面積之薄塗膜。 然而’特別是在經穿孔金屬板層此案例中，具有使薄塗 膜分散體覆蓋住及㈣住孔6之危險。這將導鱗巢體⑽ U部份容積T巾之穿錄度低於縣程度，結果首先係造成因 為排氣接觸到蜂巢體15的端側12蜂巢狀形式所構成的排氣 部分物流之間的交叉混合被降低，再者係需要過多的薄塗 膜分散體。基於此原因，在一步驟6中，利用一用於在薄塗 膜分散體與支樓體19之間產生相對動作之振動設備21來進 2〇行塗覆操作。此相對動作特別包括支撐體19之連續性及/或 不連續性織、脈動式㈣(譬如類似於鍵擊)或類似刺激， 其亦可以任何所需要的順序及/或方向彼此組合。 如果薄塗膜直接地被激勵，譬如已經證實—位於超音 範圍的頻率將特別有利。激勵發生於2〇啦至1〇丽2的頻 22 1301170 率範圍中。特定言之，在間接激勵的案例中，亦即譬如藉 由支撐體19的振動所引發，已經證實聽覺範圍中的頻率係 為適當的頻率，在此例中，20Hz至15kHz的頻率之激勵特 別可確保薄塗膜分散體的黏度會在一極長期間中降低。其 5 結果係為可確保分散體具有均勻的分佈。並且，已經證實 ’支撐體19(特別是在已從塗覆池出現之後)最後一次以脈動 方式被激勵將特別有利，藉以確保不再有任何孔6被薄塗膜 分散體所覆蓋。 在多餘的薄塗膜分散體已經移除之後，薄塗膜在蜂巢 10體中乾燥且最後在概括高於450°c的溫度焙燒。在焙燒期間 ，驅出薄塗膜分散體的揮發性成份，故產生一種具有高比 表面積的抗溫性催化促進層。可視需要將此操作重覆進行 數次，以達成所需要的層厚度。 第6圖示意顯示一具有形成槽狀的孔6之金屬板層1的 15 一組悲。此圖顯示金屬板層1包括其附接區4、5及其邊緣區 2、3。在此處，應注意，孔6不必延伸於金屬板層丨的全體 長度及/或寬度。金屬板層丨在圖中分成四個分域（以卜π、 III及表)。構成槽狀及其最大範圍R6在各例中於一專用 主軸線2G方向延伸之孔6係在分域中相對於彼此呈現不同 20的配置。構成槽狀的孔6係如第7圖所示至少在部分案例中 於一圓周37及/或一半徑36及/或一中轴線％之方向相對 於彼此偏置及/或如第6圖所示就其主軸線3〇以一角度3 j 配置。 在第-分域I中，孔6的主軸線3〇具有相同定向，故使 23 1301170 其彼此平行。所顯示的孔6行或列可如第7圖所示在一分區 32、33、34内固定地重覆，但其亦可能使行或列相對於彼 此歪斜地配置及/或使行或列中的孔6相對於彼此偏置。在 第二分域11中，顯示槽具有與第一分域I中不同之一定向， 5其方式可使得第二分域内的行或列彼此偏置。在第三分域 III中，可看出亦可能將上述這些槽的組態加以組合。 第四分域IV顯示一種槽的較高剛性組態，亦即斜條格 構。相鄰孔6的主軸線30相對於彼此呈一角度31。此角度較 佳位於30至60度的範圍。此型的一斜條袼構亦可藉由就其 10主軸線3〇相對於邊緣區2、3歪斜地構成行或列定向的槽狀 之孔6所形成。在此例中，行或列内的所有槽具有相同的定 向，而平行的相鄰的行或列則呈偏置配置，其中槽係相對 於邊緣區2、3為-不同角度。較佳將相鄰行或列的槽配置 成為可使得第-行中之孔6的主轴線定向為垂直於配置在 15相鄰行或列中的槽之主軸線，及/或使得第一行或列中的槽 之主轴線與相鄰行或列之槽的中心相交。 20 孔6的組祕代表，金屬板層1在分域中具有不同敏感 程度而對科力產认應n分域巾，彳晴於來自附 接區5、4方向之力量較具剛性’但對於垂直的力則較具彈 性。分域π熱有確㈣目反雜況。為此，可依據孔6的定 向在分區32、33、34中以—分區方式來設定蜂巢如的剛 性特徵。分區32、33、34可以軸向長度L、圓周37或半徑％ 的方向來分割蜂巢體。雖然第7圖只顯示三個分區，在护〜 環境下，亦可能提供兩個或更多個分區。 寸疋 24 1301170 本發明可在大部份已知形式的蜂巢體中對於一流體處 理以降低用量的塗覆材料來達成高塗覆效能，卻仍能使有 關一蜂巢體的機械穩定度、熱容量、熱傳導率及類似之性 質確切地配合個別應用的需求。 5 【圖式簡單說明】 第1圖為用於製造根據本發明的一蜂巢體之一金屬板 層的片段平面圖； 第2圖為根據本發明的一蜂巢體之部分切開圖及剖視 立體圖； 10 第3圖為一具有根據本發明的一蜂巢體之觸媒轉接器 及一用於λ含氧感應器之腔體的部分切開及剖側視圖； 第4圖為一具有孔之褶波狀金屬板層的立體圖； 第5圖包括顯示一用於製造根據本發明的一蜂巢體之 方法的工序之一糸列的圖， 15 第6圖為一具有槽之金屬板層的一組態之平面圖；及 第7圖為一具有不同剛性的複數個分區之蜂巢體的立 體圖。 【圖式之主要元件代表符號表】 1…金屬板層 2…入流側邊緣區 3···出流側邊緣區 4···第一附接區 5···第二附接區 6···孔 7…腔體 8···無孔邊緣 9··· λ含氧感應器 10…平滑的金屬板層 11…賴波狀金屬板層 12…入流端側 25 1301170 13…出流端側 35…中轴線 14…管狀外殼 36…半徑 15…蜂巢體 37…圓周 16…衝壓裝置 A…結構寬度 17…靠模切削工具 D7···孔之間的距離 18…爐具 Η…結構高度 19…支撐體 I…第一分域 20…專用主軸線 II…第二分域 21…振動設備 III···第三分域 22…尺寸 IV···第四分域 23…孔表面區域 L…軸向長度 24…金屬板層表面區域 R1，R2，R3，R4…未經穿孔區或 25…輪廓 邊緣 26…厚度 R5…寬度 27…微結構 R6…最大直徑 28…觸媒轉接器 S…流動方向 29···剖面 31…角度 32,33,34…分區 T…經穿孔部份容積 26

Claims (1)

1301170 拾、申請專利範圍： 1. 一種金屬蜂巢體，包含： 一軸向長度、一覆蓋住至少55°/。的該轴向長度之部 份容積、一至少20公厘之徑向尺寸、一入流端側及一出 5 流端側； 金屬板層，其構成為可允許一流體在一從該入流端 側至該出流端側之流動方向中流過該蜂巢體，該等金屬 板層各具有一表面區域、部份區及位於該等端側上之邊 緣； 10 各該等金屬板層具有至少形成於該部份容積中的 部份區中之多數個孔； · 各該等孔具有1至120平方公厘之間的孔表面積； 該部份容積中的金屬板層表面積係藉由該等孔相 較於一不含孔的金屬板層降低了⑺至肋％ ;及 I5 該部份容積相距各該等端側配置為一距離，而防止 該等孔碰觸及切過該等金屬板層的端側之邊緣。 2·如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中該部份容積中的 金屬板層表面積係藉由該等孔相較於一不含孔的金屬 板層降低了 35至60%。 20 3·如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中該等金屬板層具 有一用於將排氣從一内燃引擎導過該蜂巢體之結構。 4·如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中該部份容積加總 起來係大於60%的總蜂巢體容積。 5·如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中該部份容積加總 27 1301170 起來係大於90%的總蜂巢體容積。 6. 如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中各該等孔的孔表 面積係為5至60平方公厘。 7. 如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中該等孔具有圓滑 5 的輪廓。 8. 如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中該等孔具有一選 自包括下列各物的群組之形狀：圓形、卵形及橢圓形。 9. 如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中從該金屬板層的 一全體區域移除材料藉以在該金屬板層中形成該等孔。 10 10.如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中早在製造該金屬 板層的期間即形成該等孔。 11. 如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中該等金屬板層具 有20至80微米的厚度。 12. 如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中該等金屬板層具 15 有40至60微米的厚度。 13. 如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中該等孔互相分開 0.5公厘之一最小距離。 14. 如申請專利範圍第13項之蜂巢體，其中所有該等孔係分 開近似相等的距離。 20 15.如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中該等金屬板層係 為交錯的平滑及褶波狀金屬板層。 16. 如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中該等金屬板層係 為交錯的不同褶波狀金屬板層。 17. 如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中該等結構狀金屬 28 1301170 板層係形成200至1000 cpsi(格室每平方吋）的一蜂巢體 格室密度。 18. 如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中該等結構狀金屬 板層係形成400至800 cpsi(格室每平方吋）的一蜂巢體格 5 室密度。 19. 如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中該等金屬板層係 具有用於影響流動之微結構。 20. 如申請專利範圍第19項之蜂巢體，其中該等微結構係為 橫向結構、突部及導流表面之至少一者。 10 21.如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其進一步包含一用於 容納一感應器之腔體。 22. 如申請專利範圍第21項之蜂巢體，其進一步包含一配置 於該腔體中之λ含氧感應器（lambda sensor)。 23. 如申請專利範圍第21項之蜂巢體，其中該腔體配置於該 15 部份容積内。 24. 如申請專利範圍第21項之蜂巢體，其中該腔體在該流動 方向中配置於該部份容積的下游。 25. 如申請專利範圍第21項之蜂巢體，其中該等金屬板層具 有與該腔體鄰接之邊緣，且該等邊緣在一與該腔體相距 20 1至5公厘的路徑上不含有孔。 26. 如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中該等金屬板層係 藉由至少在該等端側的部份區中接合而彼此連接。 27. 如申請專利範圍第26項之蜂巢體，其中該等金屬板層係 藉由硬焊而彼此連接。 29 1301170 28. 如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中該等金屬板層係 具有無孔之邊緣區，且該等金屬板層藉由在該等無孔的 邊緣區中接合而彼此連接。 29. 如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中該等結構狀金屬 5 板層具有一結構寬度，且該等孔具有一大於該結構寬度 之最大範圍。 30. 如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中該等結構狀金屬 板層具有一結構寬度，且該等孔各具有一大於該結構寬 度之最大範圍。 10 31.如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中該等結構狀金屬 板層具有一結構寬度，且該至少一部份容積中的所有該 等孔具有一大於該結構寬度之範圍。 32. 如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中該等結構狀金屬 板層具有一結構寬度，且各該等孔具有一至少為該結構 15 寬度的兩倍大之範圍。 33. 如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中該等結構狀金屬 板層具有一結構寬度，且各該等孔具有一至少為該結構 寬度四倍大之範圍。 34. 如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中該等結構狀金屬 20 板層具有一結構寬度，且各該等孔具有一至少為該結構 寬度六倍大之範圍。 35. 如申請專利範圍第1項之蜂巢體，其中至少部分的該等 孔係為各具有一專用主軸線及一在該專用主軸線方向 中延伸的最大範圍之槽，且該等槽界定該蜂巢體之不同 30 1301170 剛性的分區。 36. 如申請專利範圍第35項之蜂巢體，其中該等槽為以下至 少一者： 至少在一圓周的方向中部份地互相偏置； 5 至少在一半徑的方向中部份地互相偏置； 至少在一中軸線的方向中部份地互相偏置；及 相對於該等主軸線配置為一角度。 37. —種蜂巢總成，包含： 一管狀外殼；及一配置於該管狀外殼中之金屬蜂巢· 10 體，該蜂巢體包括： ―軸向長度、一覆蓋住至少55%的該軸向長度之部 份容積、一至少20公厘之徑向尺寸、一入流端側及一出 流端側； —金屬板層，其構成為可允許一流體在一從該入流 15 端側至該出流端側之流動方向中流過該蜂巢體，該等金 屬板層各具有一表面區域、部份區及位於該等端側上之 邊緣，且附接區藉由接合方式在該外殼内部支承抵住及 固定至該外殼； —各該等金屬板層具有至少形成於該部份容積中的 20 部份區中之多數個孔，且該等附接區不含有孔； --各該等孔具有1至120平方公厘之間的孔表面積； —該部份容積中的金屬板層表面積係藉由該等孔相 較於一不含孔的金屬板層降低了 10至80% ;及 --該部份容積相距各該等端側配置為一距離，而防 31 1301170 止該等孔碰觸及切過該等金屬板層的端側之邊緣。 38.如申請專利範圍第37項之總成，其中該等附接區藉由硬 焊固定至該外殼。

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