(57)【要約】      （修正有）【課題】基体が外部から加えられる荷重に対して高められた強度を有する内燃機関の排ガス装置のための排ガス処理ユニット用の基体を提供する。【解決手段】基体長手方向（Ｓ）に細長い基体本体（１８）を有しており、基体本体（１８）は、扁平化方向において基体長手方向（Ｓ）に対して実質的に直交して扁平化されており、基体本体（１８）内には、実質的に基体長手方向（Ｓ）に延在し、流動通路を提供する複数のセル（２４）が形成されており、セル（２４）は、実質的に基体長手方向（Ｓ）に延在するセル壁（２０，２２）により画定されており、セル壁（２０，２２）は、扁平化方向に対して角度付けられている、特に内燃機関の排ガス装置のための排ガス処理ユニット用の基体。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に内燃機関の排ガス装置のための排ガス処理ユニット用の基体であって、基体長手方向（Ｓ）に細長い基体本体（１８）を有しており、該基体本体（１８）は、扁平化方向（Ａ）において前記基体長手方向（Ｓ）に対して実質的に直交して扁平化されており、前記基体本体（１８）内には、実質的に前記基体長手方向（Ｓ）に延在し、流動通路を提供する複数のセル（２４）が形成されており、これらのセル（２４）は、実質的に前記基体長手方向（Ｓ）に延在するセル壁（２０，２２）により画定されており、これらのセル壁（２０，２２）は、前記扁平化方向（Ａ）に対して角度付けられている、基体。
【請求項２】
互いに平行でありかつ互いに間隔をあけて配置された複数の第１のセル壁（２０）および互いに平行でありかつ互いに間隔をあけて配置された複数の第２のセル壁（２２）が設けられており、前記第１のセル壁（２０）は、前記第２のセル壁（２２）に対して角度付けられており、これにより、前記セル（２４）はそれぞれ、２つの第１のセル壁（２０）と２つの第２のセル壁（２２）とにより画定されている、請求項１記載の基体。
【請求項３】
前記第１のセル壁（２０）は、前記第２のセル壁（２２）に対して約９０°の角度を形成するように角度付けられている、請求項２記載の基体。
【請求項４】
すぐ隣り合う第１のセル壁（２０）同士の相互間隔が、すぐ隣り合う第２のセル壁（２２）同士の相互間隔に、実質的に等しくなっている、請求項２または３記載の基体。
【請求項５】
互いに隣り合うセル（２４）を含む複数のセル線（Ｌ１，Ｌ２）が形成されており、１つのセル線（Ｌ１，Ｌ２）の各前記セル（２４）は、２つの同じ前記第１のセル壁（２０）または２つの同じ前記第２のセル壁（２２）により画定されている、請求項２から４までのいずれか１項記載の基体。
【請求項６】
前記第１のセル壁（２０）と前記第２のセル壁（２２）とは、格子状のセル壁構造を形成している、または／および前記第１のセル壁（２０）と前記第２のセル壁（２２）とは、実質的に曲げられていない、請求項２から５までのいずれか１項記載の基体。
【請求項７】
前記セル（２４）は、実質的に矩形の、好適には正方形の横断面輪郭を有しており、または／および前記セル壁（２０，２２）は、前記扁平化方向（Ａ）に対して４０°〜５０°の範囲内で、好適には約４５°に角度付けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載の基体。
【請求項８】
前記基体本体（１８）は、前記扁平化方向（Ａ）および前記基体長手方向（Ｓ）に延在する第１の長手方向中心平面（Ｅ１）に対して実質的に鏡像対称の外周輪郭を備えて形成されている、または／および基体本体（１８）は、前記扁平化方向（Ａ）に対して直交しかつ前記基体長手方向（Ｓ）に延在する第２の長手方向中心平面（Ｅ２）に対して実質的に鏡像対称の外周輪郭を備えて形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の基体。
【請求項９】
前記基体本体（１８）は、扁平化された円形の、好適には実質的に楕円形の外周輪郭を有している、または／および前記基体本体（１８）は、前記基体長手方向（Ｓ）に対して実質的に円筒形に形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の基体。
【請求項１０】
前記基体本体（１８）は、セラミック材料により形成されている、または／および前記セル壁（２０，２２）は、排ガス処理材料、好適には触媒材料によりコーティングされている、請求項１から９までのいずれか１項記載の基体。
【請求項１１】
ケーシング内部空間を包囲する管状の周壁（１４）を備えたケーシング（１２）および前記内部空間内に配置された、請求項１から１０までのいずれか１項記載の少なくとも１つの基体（１６）を有する、特に内燃機関の排ガス装置のための排ガス処理ユニット。
【請求項１２】
前記内部空間内に配置された少なくとも１つの、好適には全ての基体（１６）が、前記周壁に対して前記基体（１６）を支持する少なくとも１つの支持材料層（３０）により取り巻かれている、請求項１１記載の排ガス処理ユニット。
【請求項１３】
前記周壁（１４）は、前記扁平化方向（Ａ）に扁平化されている、または／および前記周壁（１４）は、扁平化された円形の、好適には実質的に楕円形の外周輪郭を有している、請求項１１または１２記載の排ガス処理ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に内燃機関の排ガス装置のための排ガス処理ユニット用の基体ならびにこのような基体を備えて形成された排ガス処理ユニットに関する。
【０００２】
例えば車両に設けられた内燃機関の排ガス装置における触媒等の排ガス処理ユニットは、一般に基体を備えて形成されており、基体は、排ガスの処理に適した材料、例えば触媒材料等によりコーティングされた基体本体を有している。例えばセラミック材料により形成された基体本体内には、基体長手方向に延在する複数のセルが形成されており、この場合、このような各セルを、処理されるべき排ガスが実質的に基体長手方向に通流可能でありひいては各セルが、処理されるべき排ガス用の流動通路を提供している。このようにして、周囲を排ガスが流動可能な極めて大きな表面積が提供され、この表面積の領域において、例えば触媒に有効な材料との相互作用に基づき、排ガス中に含まれる有害物質成分を減少させるための排ガス処理を行うことができる。
【０００３】
このような基体は、一般に管状の周壁を備えたケーシング内に収容されている。このような周壁内で基体を安定的に保持するために、基体は周囲を繊維マットで巻かれ、繊維マットは、基体を管状の周壁内に押し込む際に圧縮され、この場合、周壁と、周壁内に収容された基体の外周との間における、基体を周壁に対して安定的に保持する保持作用が発揮されることになる。
【０００４】
本発明の課題は、外部から基体に加えられる荷重に対して高められた強度を有する、特に内燃機関の排ガス装置のための排ガス処理ユニット用の基体を設けることにある。
【０００５】
この課題は本発明に基づき、基体長手方向に細長い基体本体を有しており、基体本体は、扁平化方向において基体長手方向に対して実質的に直交して扁平化されており、基体本体内には、実質的に基体長手方向に延在し、流動通路を提供する複数のセルが形成されており、セルは、実質的に基体長手方向に延在するセル壁により画定されており、セル壁は、扁平化方向に対して角度付けられている、特に内燃機関の排ガス装置のための排ガス処理ユニット用の基体により解決される。
【０００６】
とりわけ扁平化された、つまり例えば楕円形の外側輪郭を備えて形成された基体は、基体長手方向に対して半径方向外側から圧縮荷重を加えられると、扁平化方向の方向に広がる傾向を示す。扁平化方向に対してセル壁を角度付けること、つまりセル壁が扁平化方向に対して平行にも直交するようにも延在しないように配置することにより、半径方向外側から荷重が加えられた場合に改良された荷重分散が達成され、これにより、局所的に過剰に高い接触圧力による、基体本体における亀裂形成の危険が大幅に低下されることになる。
【０００７】
安定的であるにもかかわらず、外部からの高荷重の吸収に適した構成に関して提案するのは、互いに平行でありかつ互いに間隔をあけて配置された複数の第１のセル壁および互いに平行でありかつ互いに間隔をあけて配置された複数の第２のセル壁が設けられており、第１のセル壁は、第２のセル壁に対して角度付けられており、これにより、各セルはそれぞれ、２つの第１のセル壁と２つの第２のセル壁とにより画定されていることであり、このことは１つの特に好適な構成では、セルはそれぞれ、互いに平行な２つの第１のセル壁と、互いに平行な２つの第２のセル壁とにより、つまり合計４つのセル壁により画定されていることを意味する。この場合、特に均一な荷重分散のために、第１のセル壁は、第２のセル壁に対して約９０°の角度を形成するように角度付けられていてよい。
【０００８】
基体本体の内部における均一な構造に関して提案するのは、すぐ隣り合う第１のセル壁同士の相互間隔が、すぐ隣り合う第２のセル壁同士の相互間隔に、実質的に等しくなっている点である。
【０００９】
基体本体内には、互いに隣り合うセルを含む複数のセル線が形成されていてよく、この場合、１つのセル線の各セルは、２つの同じ第１のセル壁または２つの同じ第２のセル壁により画定されている。つまり、各セル線のセルを画定する第１もしくは第２のセル壁は、各セル線に割り当てられた全てのセルに沿って実質的に中断無く通走しており、例えば基体本体の所定の外周領域に接する領域から、基体本体の、反対側に位置する外周領域に接する領域まで延在していてよい。
【００１０】
この場合、第１のセル壁と第２のセル壁とは、格子状のセル壁構造を形成してよい。さらに、それ自体が安定的な構造を得るために、好適には第１のセル壁および第２のセル壁は実質的に曲げられておらず、この場合、さらに好適には、セルは、実質的に矩形の、好適には正方形の横断面輪郭を有している。さらに、セル壁が扁平化方向に対して４０°〜５０°の範囲内で、好適には約４５°に角度付けられていると、外部から荷重が加えられた場合に、極めて良好な荷重分散が達成され得る。
【００１１】
基体の、対称であるにもかかわらず扁平化された外周輪郭を提供するために提案するのは、基体本体が、扁平化方向および基体長手方向に延在する第１の長手方向中心平面に対して実質的に鏡像対称の外周輪郭を備えて形成されていること、または／および基体本体が、扁平化方向に対して直交しかつ基体長手方向に延在する第２の長手方向中心平面に対して実質的に鏡像対称の外周輪郭を備えて形成されていることである。
【００１２】
基体本体が、扁平化された円形の、好適には実質的に楕円形の外周輪郭を有していると、角隅部または縁部領域に生じるピーク荷重を回避することができる。さらに、管状のケーシング内に基体を簡単に挿入するために、基体本体は、好適には基体長手方向に対して実質的に円筒形に形成されている。
【００１３】
熱的に安定しておりかつ環境による影響に対して耐性を有する構成を得るために提案するのは、基体本体が、セラミック材料により形成されていることである。さらに、効率的な排ガス処理のために、セル壁は、排ガス処理材料、好適には触媒材料によりコーティングされていてよい。
【００１４】
本発明はさらに、ケーシング内部空間を包囲する管状の周壁を備えたケーシングおよび内部空間内に配置された、本発明による構成を備えた少なくとも１つの基体を有する、特に内燃機関の排ガス装置のための排ガス処理ユニットに関する。
【００１５】
安定的であるにもかかわらず簡単に製造され得る保持部を得るために提案するのは、内部空間内に配置された少なくとも１つの、好適には全ての基体が、周壁に対して基体を支持する少なくとも１つの支持材料層により取り巻かれていることである。
【００１６】
本発明により形成された基体の賦形部に対する適合部において、周壁は、扁平化方向に扁平化されていてよい。特に周壁は、扁平化された円形の、好適には実質的に楕円形の外周輪郭を有していてよい。
【００１７】
以下に、添付の図１を参照して本発明を詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】管状のケーシング内に収容された基体を備えた排ガス処理ユニットの横断面図である。
【００１９】
図１では、車両に設けられた内燃機関の排ガス装置のための排ガス処理ユニット、例えば触媒ユニットが、全体的に符号１０で表されている。排ガス処理ユニット１０は、図１の図平面に対して直交する長手方向中心軸線Ｌを備えた管状のケーシング１２を有している。ケーシング１２は、例えば金属薄板材料により形成された周壁１４を有しており、周壁１４は、扁平化方向Ａにおいて扁平化されておりひいては図示の例では扁平化された円形の、例えば楕円形の外周輪郭を有している。
【００２０】
ケーシング１２の、周壁１４により包囲された内部空間内には、全体を符号１６で表された基体が配置されている。基体１６は、例えばセラミック材料により形成された基体本体１８を有している。基体本体１８内には複数のセル２４が形成されており、これらのセル２４は、図示の例では実質的に長手方向中心軸線Ｌの延在方向に相当する基体長手方向Ｓに延在する第１のセル壁２０と、第２のセル壁２２とにより画定されている。第１のセル壁２０および第２のセル壁２２は、扁平化方向Ａに対して角度付けられており、図示の例では扁平化方向Ａに対して約４５°の角度を有している。この場合、図１の図面では、第１のセル壁２０は左下から右上に向かってもしくはその逆に傾斜して延在しているのに対し、第２のセル壁２２は右下から左上に向かってもしくはその逆に傾斜して延在している。第１のセル壁２０と第２のセル壁２２とは両方共、扁平化方向に対して約４５°の角度を形成するように角度付けられているため、第１のセル壁２０と第２のセル壁２２とは、互いにほぼ直交している。さらに第１のセル壁と第２のセル壁２２も、実質的に中断無くそれぞれ基体本体１８の２つの外周領域の間に延在しているため、セル壁２０，２２の格子状の構造が生じ、この格子状の構造では、互いにすぐ隣り合う２つの第１のセル壁２０と、互いにすぐ隣り合う２つの第２のセル壁２２とにより画定された各セル２４は、矩形の横断面輪郭を有している。さらに１つの特に好適な構成では、全ての互いにすぐ隣り合う第１のセル壁２０同士の相互間隔は、全ての互いにすぐ隣り合う第２のセル壁２２同士の相互間隔に実質的に等しく、セル２４も正方形の横断面輪郭を有している。
【００２１】
扁平化方向Ａに対して角度付けられた、互いに平行に位置する第１のセル壁２０の間には、図１において線Ｌ１により明示された、線Ｌ１の方向において互いに隣り合うもしくは連続する複数のセル２４により、複数の第１のセル線が形成されている。同様に、扁平化方向Ａに対して角度付けられた、互いに平行に位置する第２のセル壁２２の間には、図１において線Ｌ２により明示された、線Ｌ２の方向において互いに隣り合うもしくは連続する複数のセル２４により、複数の第２のセル線が形成されている。各第１のセル線Ｌ１上の全てのセル２４は、２つの同じ第１のセル壁２０により画定されており、各第２のセル線Ｌ２上の全てのセル２４は、２つの同じ第２のセル壁２２により画定されている。
【００２２】
基体１６は、周壁１４の横断面輪郭に対する適合部に、扁平化された円形の、例えば楕円形の外周輪郭を有している。この場合、基体１６は、実質的に扁平化方向Ａにおいて長手方向中心軸線Ｌに向かって延在する第１の長手方向中心平面Ｅ１に対して対称な、特に鏡像対称な外周輪郭により形成されている。前記第１の長手方向中心平面Ｅ１は、外周輪郭の最大曲率半径を備えた、互いに正反対の側に位置する２つの領域２６において、基体１６と交差している。また、第１の長手方向中心平面Ｅ１に対して直交しかつ同様に長手方向中心軸線Ｌを含む第２の長手方向中心平面Ｅ２に対しても、基体１６は対称な、特に鏡像対称な外周輪郭により形成されている。第２の長手方向中心平面Ｅ２は、基体１６の外周輪郭の最小曲率半径を備えた、互いに正反対の側に位置する各領域２８において、基体１６の外周と交差している。
【００２３】
基体１６をケーシング１２もしくはケーシング１２の周壁１４内に挿入する際にはまず、基体１６の周りに少なくとも１つの支持材料層３０、例えば繊維マット等を巻く。その後、このように周囲を巻かれた基体１６を、例えば挿入漏斗を介してケーシング１２内に挿入する。このとき支持材料層３０が圧縮され、圧縮された支持材料層３０に基づき、基板１６がケーシング１２の内部で所定の位置に保持されることになる。この挿入動作中、基板１６に対しては最小曲率半径を備えた領域２８と、最大曲率半径を備えた領域２６との間の各移行領域３２に、最大の接触圧力が加えられる。セル壁２０，２２は、扁平化方向Ａに対して約４５°の角度を形成するように角度付けられて延在しているため、基体１６の外周輪郭が平均的な曲率半径を有している各移行領域３２では、２種類のセル壁２０，２２のうちのそれぞれ一方が、外部から基体１６のこれらの領域に作用する力Ｆに対してほぼ垂直に延在している。その結果、これらの高荷重領域において基体１６に作用する力が、ほぼ力導入方向に延在する各セル壁２０，２２において、基体１６の大幅な変形を惹起することなく吸収され得るようになっている。それというのも、基体１６は力導入方向において、実質的にその最大の剛性をも有しているからである。よってこのような荷重により、基体本体１８内に損傷、例えば亀裂が惹起される、という危険が大幅に減少されている。
【００２４】
最後に指摘しておくと、触媒ユニットにおいて使用する場合、基体本体１８は、そのセル２４を画定するセル壁２０，２２において、触媒に有効な材料によりコーティングされていてよい。これにより、セル２４を通流する排ガスが、基体本体１８の内部の比較的大きな表面積範囲において触媒材料と相互に作用し合うことで触媒反応を実施することができるようになっているため、例えば酸化触媒またはＳＣＲ触媒としてのこのような触媒が有効であってよい。
【図１】
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【外国語明細書】
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