JP4618975B2

JP4618975B2 - 熱絶縁溝付き外被管および触媒コンバータ

Info

Publication number: JP4618975B2
Application number: JP2002500076A
Authority: JP
Inventors: ブリュック、ロルフ; ヒルト、ペーター
Original assignee: エミテックゲゼルシヤフトフユアエミツシオンステクノロギーミツトベシユレンクテルハフツング
Priority date: 2000-06-02
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2021-05-18
Also published as: EP1287237A1; DE10027404A1; US20030086836A1; DE50110457D1; AU2001270530A1; JP2004501309A; ES2267790T3; WO2001092691A1; US7670570B2; RU2259490C2; EP1287237B1

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載の、特に排気ガス処理用ハニカム体に用いる外被管に関する。また本発明は、請求項９の前文に記載の外被管付き触媒コンバータに関する。該コンバータは、特に内燃機関の排気装置に採用される。
【０００２】
世界的に益々厳しくなる排気ガス規制を満足させるため、今日、有害物質放出を制限すべく種々の構想が提示されている。その場合、特に内燃機関の低温始動時の、排気装置からの有害物質放出特性が中心となっている。排気ガスの浄化のためには触媒コンバータが採用される。該コンバータは、所定の活性温度（約２５０℃）で排気ガス中の有害物質（例えば一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物）を化学変換させる触媒活性面を備える。該コンバータが活性温度に達する迄の時間を最短にすることが重要である。
【０００３】
米国特許第４２８２１８６号明細書により、自動車の内燃機関の排気ガスを浄化するための触媒コンバータが知られている。該コンバータは薄鋼板を結合した担体基体と外被管とを備えている。該外被管は、両側端面近くが中央部位におけるより小さな内径を有する。担体基体は外被管の小径の両側端面部位により固定され、この圧着結合を確実にすべく、補助的な溶接結合やろう付け結合が提案されている。外被管の中央部位が大きな内径を有するため、触媒コンバータはその中央部位に環状自由空間を有する。この空間は、その部位における担体基体から外被管への熱伝達を阻止する絶縁緩衝器として働く。
【０００４】
この公知の触媒コンバータを内燃機関の高温排気ガスが貫流し、特に低温始動過程では、排気ガス入口側から出口側に向けて温度勾配が生ずる。それに応じ、担体基体はまず排気ガス入口近くで約２５０℃の必要な活性温度に達する。触媒反応は発熱、即ち熱エネルギを発生しながら進行し、これに伴い、担体基体の下流側部位も追加的に加熱される。対称形状の公知の触媒コンバータ場合、その加熱挙動は考慮されていない。
【０００５】
本発明の課題は、触媒コンバータの低温始動特性を改善し、外被管と触媒担体とを耐久的に結合できる熱絶縁溝付き外被管および触媒コンバータを提供することにある。
【０００６】
この課題は本発明に基づき、請求項１に記載の排気ガス処理用ハニカム体に対する外被管により解決される。本発明の有利な実施態様は従属請求項に示す。
【０００７】
本発明に基づく外被管は、第１端面近傍の第１領域と、第２端面近傍の第３領域と、これら第１、第３領域間に配置された第２領域とを備え、第１および第３領域が第１内径を有し、第３領域が第１内径より大きな第２内径を有する。本発明に基づく外被管は、第１領域が軸方向に５ｍｍ以下、好適には３ｍｍ以下の長さを有することを特徴とする。
【０００８】
小さな第１内径の第１および第３領域は、例えば触媒担体がそれら領域において外被管に接するように形成されているとき、外被管と触媒担体とを接合技術的に結合することを可能にする。その結合は、例えばろう付け法で実施する。
【０００９】
排気装置における触媒コンバータの加熱時の温度経過に基づき、第１領域は非常に幅狭く形成される。その結果、触媒担体の第１端面近傍における外被管との接触距離は数ｍｍに限定され、触媒担体から外被管への放熱が減少する。
【００１０】
本発明の他の実施態様では、外被管の第１領域は軸方向に少なくとも１．５ｍｍの長さを持つ。かかる外被管は、特に内燃機関の排気装置用の触媒コンバータに採用される。その外被管と触媒担体は、大きな動的および熱的負荷を受ける。第１領域が外被管内での触媒担体の耐久的結合を保障可能なように、接合技術的結合を実施するための少なくとも１．５ｍｍの長さが必要である。
【００１１】
本発明の他の実施態様では、第２領域が軸方向に１０〜４０ｍｍ、好適には１０〜２０ｍｍの長さを持つ。触媒コンバータでは、外被管の第２領域の軸方向長で触媒担体と外被管との接触、従ってまた放熱も妨げられる範囲が定まる。触媒変換時の発熱反応に伴い触媒担体は急熱される。従って、短時間経過後に早くも活性温度に達する個所の近くで、触媒担体と外被管の接触を中断すれば足りる。
【００１２】
本発明の他の実施態様において、第２内径は第１内径より少なくとも０．４ｍｍ、好適には２ｍｍ大きい。かくして、第２領域における外被管と触媒担体との間隔が定まる。触媒担体は低温始動過程中に温度上昇に伴って熱膨張する。その場合でも、触媒担体と外被管との接触を阻止可能とするために、少なくとも０．２ｍｍの半径方向間隔が必要である。
【００１３】
本発明の異なる実施態様では、第２領域の軸方向における長さを、第１内径と第２内径との差の少なくとも５倍、好適には少なくとも１０倍の大きさとする。これは、例えば第２内径が第１内径より２ｍｍ大きい場合、第２領域の軸方向長が少なくとも１０ｍｍ、好適には少なくとも２０ｍｍであることを意味する。
【００１４】
外被管の異なる実施態様では、第３領域の軸方向の長さが、第１領域の軸方向長および／又は第２領域の軸方向長より長い。従って第３領域は非常に幅広くなり、この結果、第３領域で触媒担体との耐久的な接合技術的結合が保障される。特に、第３領域が１０〜５０ｍｍの軸方向長を持っていると有利である。
【００１５】
本発明の他の実施態様では、外被管は０．１〜１．５ｍｍの厚さを有する。この薄い厚さは、外被管が僅かな熱容量であるという利点を示す。
【００１６】
更に、特に内燃機関の排気装置に採用される、本発明に基づく外被管を備えた触媒コンバータを提案する。該コンバータは、積層された薄鋼板から成るハニカム体を有し、前記薄鋼板は、排気ガスが流れ方向に貫流できるように少なくとも部分的にパターニングされている。その外被管の第１領域を入口端面近くに配置し、第３領域を出口端面近くに配置する。このハニカム体を、第１領域および第３領域において外被管に接合技術で結合する。
【００１７】
排気ガスの流れ方向に基づき、触媒コンバータは低温始動過程において高温入口側を有する。従って外被管は、その第１領域を触媒コンバータの入口側近くに位置するよう配置する。ハニカム体は、それを貫流する排気ガスから熱を吸収して加熱される。排気ガスの流れ挙動に伴い、ハニカム体の半径方向外側部位を、非常に少量の排気ガスしか貫流せず、このため、その部位の加熱はゆっくり進行する。入口端面近くでの熱エネルギの放出を減少すべく、第１領域を非常に狭く形成して、外被管とハニカム体との接触を減少させている。この狭い接触範囲は、ハニカム体の入口端面から突出する外被管においても保障される。この実施態様では、接触範囲はハニカム体の入口端面から外被管の第２領域迄延びている。この結果、入口端面近傍におけるハニカム体の急速な加熱が保障される。
【００１８】
本発明の他の実施態様では、第２領域の外被管とハニカム体との間に、空気で満たされた空洞を配置する。この空気で充填された空洞は、高温のハニカム体からまだ低温の外被管への熱伝達を阻止する絶縁体として働く。
【００１９】
以下図を参照し、本発明による外被管の特に有利な実施例を詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明に基づく外被管１を斜視図で示す。この外被管１は、第１端面１０近傍の第１領域２と、第２端面１１近傍の第３領域４と、これら第１、第３領域４間に配置された第２領域３とを備える。外被管１は、第１および第３領域２、４で第１内径８を有し、第２領域３で第１内径８より大きな第２内径９を有する。第１領域２は軸方向１９に５ｍｍ以下、好適には３ｍｍ以下の長さ５を持つ。第１領域２に、軸方向９に長さ６を持つ第２領域３が続いている。その軸方向長６は１０〜４０ｍｍである。第３領域４は軸方向９に、第１領域２の軸方向長５および／又は第２領域３の軸方向長６より大きな長さ７を有している。
【００２１】
図２は、外被管１とハニカム体２とを備えた触媒コンバータの実施例を縦断面図で示す。ハニカム体１２を流れ方向１３に排気ガスが貫流する。そのため、触媒コンバータは入口端面１６と出口端面１７を備える。外被管１は、その第１領域２が入口端面１６近傍に位置するよう配置されている。第１領域２の範囲に、ハニカム体１２との接合継手１４が形成されている。図示したハニカム体１２は、積層された薄鋼板１８を有し、該鋼板１８は、ハニカム体１２を排気ガスが貫流できるよう、少なくとも部分的にパターニングされている。この理由から特に、接合継手１４をろう付け法で行うと有利である。
【００２２】
流れ方向１３に見て、第１領域２の下流側に第２領域３が続いている。この第２領域３において、ハニカム体１２と外被管１との間に空洞１５が存在する。この空洞１５は特に空気で満たされ、この結果、第２領域３の範囲で、ハニカム体１２から外被管１への熱伝達を阻止する。該ハニカム体１２と外被管１との間隔２１は、ハニカム体１２の熱膨張時においてもハニカム体１２と第２領域３における外被管１との接触を阻止するように選定してある。
【００２３】
第３領域４は、第２領域３から出口端面１７迄延びている。外被管１とハニカム体１２との接合継手１４は、第３領域４の全軸方向長７にわたり延びてはいない。
【００２４】
外被管１は０．０１〜１．５ｍｍの厚さ２０を持つ。この結果、外被管１の熱容量は小さくなっている。従って外被管１は小さな熱質量を有し、触媒コンバータの低温始動過程における迅速な加熱を保障する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく外被管の斜視図。
【図２】ハニカム体付きの本発明に基づく外被管の縦断面図。
【符号の説明】
１外被管
２第１領域
３第２領域
４第３領域
５第１領域の軸方向長
６第３領域の軸方向長
７第２領域の軸方向長
８第１内径
９第２内径
１０第１端面
１１第２端面
１２ハニカム体
１３流れ方向
１４継手
１５空洞
１６入口端面
１７出口端面
１８積層された薄鋼板
１９触媒コンバータの中心軸線
２０外被管の厚さ
２１ハニカム体と外被管との距離

Claims

排気ガスの入口側である第１端面（１０）近傍の第１領域（２）と、第２端面（１１）近傍の第３領域（４）と、これらの第１領域（２）と第３領域（４）との間に配置された第２領域（３）とを備え、第１領域（２）および第３領域（４）において第１内径（８）を有し、第２領域（３）において第１内径（８）より大きな第２内径（９）を有し、排気ガス処理用の触媒担体（１２）を内部に保持するように設定された、熱絶縁溝付き外被管（１）であって、
当該熱絶縁溝付き外被管の軸方向（１９）における、前記第１領域（２）の長さ（５）が、前記第２領域（３）の長さ（６）よりも小さく、かつ前記第３領域（４）の長さ（７）が、前記第１領域（２）の長さ（５）および／または第２領域（３）の長さ（６）よりも大きい
ことを特徴とする熱絶縁溝付き外被管（１）。
当該熱絶縁溝付き外被管（１）が、自動車の内燃機関用に設定されたものであり、
前記第１領域（２）の前記軸方向（１９）の長さ（５）が、１．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１記載の熱絶縁溝付き外被管（１）。
当該熱絶縁溝付き外被管（１）が、自動車の内燃機関用に設定されたものであり、
前記第１領域（２）の前記軸方向の長さ（５）が、１．５ｍｍ以上３ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１または２記載の熱絶縁溝付き外被管（１）。
当該熱絶縁溝付き外被管（１）が、自動車の内燃機関用に設定されたものであり、
前記第２領域（３）の前記軸方向（１９）の長さ（６）が、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１つの項に記載の熱絶縁溝付き外被管（１）。
当該熱絶縁溝付き外被管（１）が、自動車の内燃機関用に設定されたものであり、
前記第２領域（３）の前記軸方向（１９）の長さ（６）が、１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の長さ（６）を有する
ことを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１つの項に記載の熱絶縁溝付き外被管（１）。
当該熱絶縁溝付き外被管（１）が、自動車の内燃機関用に設定されたものであり、
前記第２内径（９）が、前記第１内径（８）より少なくとも０．４ｍｍ大きい
ことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか１つの項に記載の熱絶縁溝付き外被管（１）。
当該熱絶縁溝付き外被管（１）が、自動車の内燃機関用に設定されたものであり、
前記第２内径（９）が、前記第１内径（８）より少なくとも２ｍｍ大きい
ことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか１つの項に記載の熱絶縁溝付き外被管（１）。
当該熱絶縁溝付き外被管（１）が、自動車の内燃機関用に設定されたものであり、
前記第２領域（３）の軸方向（１９）の長さ（６）が、前記第１内径（８）と前記第２内径（９）との差の少なくとも５倍の大きさである
ことを特徴とする請求項１ないし７のうちいずれか１つの項に記載の熱絶縁溝付き外被管（１）。
当該熱絶縁溝付き外被管（１）が、自動車の内燃機関用に設定されたものであり、
前記第２領域（３）の軸方向（１９）の長さ（６）が、前記第１内径（８）と前記第２内径（９）との差の少なくとも１０倍の大きさである
ことを特徴とする請求項１ないし７のうちいずれか１つの項に記載の熱絶縁溝付き外被管（１）。
当該熱絶縁溝付き外被管（１）が、自動車の内燃機関用に設定されたものであり、
前記第３領域（４）の前記軸方向の長さ（７）が、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１ないし９のうちいずれか１つの項に記載の熱絶縁溝付き外被管（１）。
当該熱絶縁溝付き外被管（１）が、自動車の内燃機関用に設定されたものであり、
当該熱絶縁溝付き外被管（１）自体の厚さ（２０）が、０．１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１ないし１０のうちいずれか１つの項に記載の熱絶縁溝付き外被管（１）。
請求項１ないし１２のうちいずれか１つの項に記載の熱絶縁溝付き外被管（１）を備え、内燃機関の排気系に組み込まれて用いられるように設定された触媒コンバータであって、
積層された薄鋼板（１８）からなるハニカム体（１２）が、前記熱絶縁溝付き外被管（１）内に収容され、
前記薄鋼板（１８）は、排気ガスが流れ方向（１３）に貫流できるように、少なくとも部分的にパターニングされ、
前記熱絶縁溝付き外被管（１）の第１領域（２）が、前記排気ガスの流れ方向（１３）における入口端面（１６）に近接して配置され、
前記熱絶縁溝付き外被管（１）の第３領域（４）が、前記排気ガスの流れ方向（１３）における出口端面（１７）に近接して配置され、
前記ハニカム体（１２）と前記熱絶縁溝付き外被管（１）とが、前記第１領域（２）および前記第３領域（４）において接合技術（１４）によって結合されている
ことを特徴とする触媒コンバータ。
前記第２領域（３）における、前記熱絶縁溝付き外被管（１）と前記ハニカム体（１２）との間には、空気が充填された空洞（１５）が配置されている
ことを特徴とする請求項１２記載の触媒コンバータ。