(57)【要約】  排気処理ユニットは、軸線の周りの縦長のコア、支持マット、及び支持マットの第１の層と第２の層の間に含浸された粉末断熱材を含む。組立においては、まず、マットをコアの周りに１回巻き付け、それ以上巻き付ける前に、粉末断熱材をマットが巻き付けられていない部分の表面に塗布し、それによって、さらなる巻き付けの後には粉末断熱材がマット層の間に配置される。
2015529772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼プロセスからの排気ガスを処理する排気処理ユニットであって、
長手方向の軸線を有し、長手方向に延在し、前記長手方向の軸線の周りで円周状の外側表面をさらに含むコアと、
前記コアの長手方向の軸線に平行に延在する幅を有する支持マットであって、
前記コアの外側表面の周りに周方向に巻き付けられる第１の層と、
前記第１の層の周りに周方向に巻き付けられる第２の層とを含む支持マットと、
前記支持マットの第１の層と第２の層の間に含浸された粉末断熱材の少なくとも１つの層と
を備える、排気処理ユニット。
【請求項２】
前記コアの前記外側表面と前記支持マットの第１の層との間に、含浸された粉末断熱材の最も内側の層をさらに備える、請求項１に記載の排気処理ユニット。
【請求項３】
前記コアの周りに巻き付けられた前記支持マットの最も外側の層を囲むハウジングをさらに備える、請求項１に記載の排気処理ユニット。
【請求項４】
支持マットを、排気ガス後処理又は消音装置のコアと外側ハウジングとの間の空間内に取り付ける方法であって、前記空間が、内側表面及び前記内側表面から離隔した外側表面を有し、前記内側表面が、長手方向の軸線の周りに延在し、前記軸線の周りに周囲を有する、方法であって、
第１の端部及び第２の端部との間に長さ、並びに前記支持マットの端部間で対向する第１及び第２の表面を有する支持マットであって、前記長さが、前記装置の内側表面の前記周囲の少なくとも２倍より長い支持マットを提供するステップと、
前記支持マットを前記内側表面の周りに、前記マットの第１の表面が前記装置の内側表面を向くように、前記マットの第１の端部から巻き付けるステップと、
前記支持マットを前記内側表面の周りに約１回より多く巻き付ける前に、粉末断熱材の層を、前記マットの第１の端部から前記内側表面のほぼ周囲の長さの距離の位置から始めて、少なくとも前記内側表面の周囲の長さの距離だけ、前記マットの第２の表面に塗布するステップと、
前記マットを前記装置の前記内側表面と前記外側表面の間で圧縮するステップと
を含む、方法。
【請求項５】
前記巻き付けステップが、
まず第１に、前記支持マットを前記内側表面の周りに約１回巻き付けるステップと、
次いで、前記支持マットの残りの部分を、マット全体が前記装置の内側表面の周りに概ねらせん状に巻き付けられるまで、それ自体及び前記装置の内側表面の周りに巻き付けるステップとを含み、
前記断熱層を塗布するステップが、前記第１の巻き付けステップの後で、且つ前記支持マットの前記残りの部分を巻き付ける前記ステップの前に実施される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記粉末断熱層を塗布するステップが、前記支持マットの前記残りの部分の長さに沿って前記粉末断熱材を塗布する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記粉末断熱層を塗布するステップが、前記マットの第２の表面の実質的に全幅にわたって前記粉末断熱材を塗布する、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記粉末断熱層を塗布するステップが、前記マットの第２の表面の全幅よりも狭い幅にわたって前記粉末断熱材を塗布し、それによって前記マットの第２の表面の側縁には実質的に粉末断熱材が塗布されない、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記最初の巻き付けステップが、前記マットを前記装置の長手方向の軸線周りに３６０°から３７０°巻き付けることを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
前記粉末断熱材が前記支持マットの中に含浸される、請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照  該当無し。
【０００２】
連邦政府支援の研究又は開発  該当無し。
【０００３】
マイクロフィッシュ／著作権の参照  該当無し。
【０００４】
本発明は、排気処理装置に関し、より詳細には、一体型フィルタ又は一体型触媒担体構造体の外周面の周りに、ハウジング内に構造体を支持するためのマットを有するような装置に関する。
【背景技術】
【０００５】
自動車産業では、ガソリン微粒子フィルタ若しくはディーゼル微粒子フィルタ、及び／又は触媒コンバータ、ディーゼル酸化触媒ユニット、選択接触還元触媒ユニットなどの１つ若しくは複数の触媒ユニットを利用して排気中の排出物を改善する排気ガス処理システムを備えることが知られている。このような触媒ユニットでは、一体構造を有するセラミック基材などの支持基材構造体へのコーティングとして触媒が担持されるのが一般的であり、微粒子フィルタでは、非触媒性とすることができる一体型フィルタ構造体を使用することが一般的である。
【０００６】
典型的には、このような一体構造体は、断面が卵形又は円形であり、一体構造体とユニットの外側ハウジングとの間に配置されて、ハウジングから一体構造体へ伝わる可能性のある衝撃及び振動力から一体構造体を保護する助けとなる支持又は取付マットの層で包まれることが多い。加えて、断熱して一体構造体からの熱損失を低減するための材料が支持マットとともに含まれている。このような構造体の１つは、本明細書に参照により組み込まれている米国特許出願公開２０１０／０２３９４６（Ａ１）号に示され、記載されている。典型的には、支持又は取付マットは、ガラス繊維、セラミック繊維、又はロックウールのマットなど耐熱性及び衝撃吸収性タイプの材料からなる。
【０００７】
このような構造体を製造するのは困難で高価になることがある。さらに、このような構造体は、例えば車両の耐用年数を超える前に壊れてしまい、所望の機能的特徴及び特性を提供することができなくなることがある。したがって、それらの耐用年数を最大にするような一体構造体を提供することには利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開２０１０／０２３９４６（Ａ１）号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様では、燃焼プロセスからの排気ガスを処理する排気処理ユニットが、コア、支持マット、及び断熱材を含んで提供される。コアは、長手方向の軸線、及び、長手方向に延在し、長手方向の軸線の周りで円周状の外側表面を有する。支持マットは、コアの長手方向の軸線に平行に延在する幅を有し、コアの外側表面の周りに周方向に巻き付けられる第１の層と、第１の層の周りに周方向に巻き付けられる第２の層とを含む。断熱材は粉末断熱材で、支持マットの第１の層と第２の層の間に含浸される。
【００１０】
本発明のこの態様の一形態では、粉末断熱材の最も内側の層は、コアの外側表面と支持マットの第１の層との間に含浸される。
【００１１】
本発明のこの態様の別の形態では、ハウジングは、コアの周りに巻き付けられた支持マットの最も外側の層を囲む。
【００１２】
本発明の別の態様では、支持マットを、排気ガス後処理又は消音装置のコアと外側ハウジングとの間の空間内に取り付ける方法が提供され、ここで、その空間は、内側表面及び内側表面から間隔をあけた外側表面を有し、内側表面は、長手方向の軸線の周りに延在し、軸線の周りに周囲を有する。この方法のステップは、（１）第１の端部及び第２の端部との間に長さ、並びに支持マットの端部間で対向する第１及び第２の面を有する支持マットであって、長さが、装置の内側表面の周囲の少なくとも２倍より長い支持マットを提供するステップと、（２）支持マットを、内側表面の周りに、マットの第１の表面が装置の内側表面を向くように、マットの第１の端部から巻き付けるステップと、（３）支持マットを内側表面の周りに約１回より多く巻き付ける前に、マットの第１の端部から内側表面のほぼ周囲の長さの距離の位置から始めて、少なくとも内側表面の周囲の長さの距離だけ、粉末断熱材の層をマットの第２の表面に塗布するステップと、（４）マットを装置の内側表面と外側表面の間で圧縮するステップとを含む。
【００１３】
本発明のこの態様の一形態では、巻き付けステップは、（ａ）まず第１に、支持マットを内側表面の周りに約１回巻き付けるステップと、（ｂ）次いで、支持マットの残りの部分を、マット全体が装置の内側表面の周りに概ねらせん状に巻き付けられるまで、それ自体及び装置の内側表面の周りに巻き付けるステップとを含み、ここで、断熱層を塗布するステップは、第１の巻き付けステップの後で、且つ支持マットの残りの部分を巻き付けるステップの前に実施される。さらなる形態では、粉末断熱層を塗布するステップは、支持マットの残りの部分の長さに沿って粉末断熱材を塗布する。さらに別の形態では、粉末断熱層を塗布するステップは、マットの第２の表面の実質的に全幅にわたって粉末断熱材を塗布する。さらに別の形態では、粉末断熱層を塗布するステップは、マットの第２の表面の全幅よりも狭い幅にわたって粉末断熱材を塗布し、それによってマットの第２の表面の側縁には実質的に粉末断熱材が塗布されない。
【００１４】
本発明のこの態様の別の形態では、最初の巻き付けステップは、マットを装置の長手方向の軸線周りに３６０°から３７０°巻き付けることを含む。
【００１５】
本発明のこの態様のさらに別の形態では、粉末断熱材は支持マットの中に含浸される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明が組み込まれた排気ガス・システムの概略図である。
【図２】本発明を組み込んだ排気システム構成部品を示す、図１の線２−２に沿って切り取った断面図である。
【図３Ａ】本発明による、マットがコアの周りに巻き付けられる前の排気システム構成部品の側面図である。
【図３Ｂ】マットがコアの周りに１周巻き付けられた後の図３Ａの排気システム構成部品の側面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施例による、マットがコアの周りに巻き付けられるときの排気システム構成部品の斜視図である。
【図４Ｂ】マットがコアの周りに完全に巻き付けられた図４Ａの排気システム構成部品の側面図である。
【図５Ａ】本発明の第２の実施例による、マットがコアの周りに巻き付けられるときの排気システム構成部品の斜視図である。
【図５Ｂ】マットがコアの周りに完全に巻き付けられた図５Ａの排気システム構成部品の側面図である。
【図６Ａ】本発明の第３の実施例による、マットがコアの周りに巻き付けられるときの排気システム構成部品の斜視図である。
【図６Ｂ】マットがコアの周りに完全に巻き付けられた図６Ａの排気システム構成部品の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に、排気ガス・システム１０が、例えばディーゼル機関１６で生じる、燃焼プロセス１４からの排気１２を処理するためのディーゼル排気ガス後処理システムの形態で示される。燃焼プロセス１４の排気１２は、典型的には、窒素酸化物（ＮＯＸ）（とりわけ一酸化窒素［ＮＯ］及び二酸化窒素［ＮＯ２］など）、粒子状物質（ＰＭ：ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｍａｔｔｅｒ）、炭化水素、一酸化炭素（ＣＯ）を含む様々な副生物を含む。
【００１８】
システム１０は、１つ又は複数の排気ガス消音及び／又は後処理装置或いは構成要素１８を含み、それらの実例としては、触媒コンバータ、ディーゼル酸化触媒、ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ：ｄｉｅｓｅｌ  ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｆｉｌｔｅｒ）、ガス微粒子フィルタ、リーンＮＯＸトラップ、選択触媒還元モノリス、バーナ、マニホールド、接続パイプ、マフラ、共鳴器、テール・パイプ、排出物制御システム収容ボックス、断熱リング、断熱エンド・コーン、断熱エンド・キャップ、断熱入口パイプ、及び断熱出口パイプが挙げられ、すべて任意の断面形状である。当業者には理解されるように、前述の装置１８のいくつかは、排気１２がその中を流れる中央コア２０を有する完全に金属製の構成部品であってもよく、一方、他のこのような装置１８は、排気１２がその中を流れるセラミック一体構造及び／又は金属織物構造の形態のコア２０を含んでもよい。これらの装置１８は、例えば、自動車（ディーゼル又はガソリン）、建設機械、機関車用途（ディーゼル又はガソリン）、舶用機関用途（ディーゼル又はガソリン）、小型内燃機関（ディーゼル又はガソリン）、及び定置型発電機（ディーゼル又はガソリン）に有利に用いることができる。
【００１９】
図２に示すように、本発明による後処理装置１８は、コア２０、連続した支持又は取付マット２４の少なくとも２つの層２２、及び支持マット２４の少なくとも２つの隣接する層２２の間に挟まれ、それらの中に含浸された粉末断熱材２８の少なくとも１つの層を含み、マット層２２は外側ハウジング３０の内側で圧縮されている。
【００２０】
粉末断熱材２８は、層２２の間並びにコア２０及び排気ガス１２からの有効熱伝導率を下げることができるとともに、コア２０及び排気ガス１２からのふく射熱伝達を減少させることができるという利点をもつ。このことは、例えば、コア２０が触媒を含む場合、排気ガス１２及びコア２０の温度を、所望の触媒反応にとって適切な、好ましくは最適な温度範囲内に維持するのに有益となり得る。しかしながら、いくつかの用途では、粉末断熱材２８が、層２２の間並びに／又はコア２０及び排気ガス１２からの有効熱伝導率を実質的に下げないことが望ましい場合がある。
【００２１】
コア２０は、後処理装置１８が必要とする任意の適切なタイプ及び構造とすることができる。図２に示す実施例では、コア２０は、例えば適切な酸化触媒又は適切な選択接触還元触媒などのシステム１０の意図された機能に対して適切な触媒コーティングを担持する多孔質セラミックの一体構造である。
【００２２】
コア２０は、ユニット１０を通る排気１２の流れ方向とは典型的には一致する長手方向の軸線３４に平行に延在する境界面３２を有することができるという利点がある。軸線３４を通るコアの断面の境界面３２は、例えば、卵形、楕円、三角形、長方形、又は六角形とすることができ、図２の実施例では、コア２０は、断面が軸線３４を中心とする円形の境界面３２を有する円筒形である。
【００２３】
支持マット２４及び粉末断熱材２８は、同心の内側表面及び外側表面によって画定された空間内で挟まれるが、ここで、内側表面はコアの境界面３２で、空間の外側表面は外側ハウジング３０の内面３６である。コア２０及びハウジング３０が円筒形の場合、空間は断面がリング状であるが、空間は、コア２０及びハウジング３０の形状に基づいて他の形状、例えば、卵形、楕円、三角形、長方形、又は六角形とすることができることを理解されたい。特に、マット２４及び粉末断熱材２８は、ハウジング３０からコア２０へ伝わる可能性のある衝撃及び振動力からコア２０を保護する助けとなる。
【００２４】
支持マット２４は、例えば、ガラス繊維マット、ロックウール・マット、又は、例えば、耐火性セラミック繊維、ムライト・セラミック繊維、若しくは他の高アルミナ・セラミック繊維などのセラミック繊維マットを含む、任意の適切な材料から作ることができ、これらの材料の多くは知られている。粉末断熱材２８は、例えば、微多孔質の断熱材などの適切な粉末状の断熱材料から成る。このような断熱材としては、ルチル型チタン混合物、酸化チタン混合物、又はエーロゲル断熱材（Ｍｉｃｒｏｔｈｅｒｍ（登録商標）の商標で市販されているものなどの市販の断熱製品を含む）を挙げることができる。
【００２５】
システム１０が断熱材２８の層を１層より多く含む場合、各断熱材の層は同じ粉末材料から作ることができるのが都合が良いが、１つ又は複数の層の断熱材料が他の層の断熱材料と異なることは、本発明の範囲内であることを理解されたい。
【００２６】
図３Ａ〜３Ｂは、後処理装置１８を組み立てる１つの有利な方法を示す。この方法では、支持マット２４を適切な速度で矢印Ｂに示すように供給しながら、支持マット２４の第１の層２２は、矢印Ａに示すように、コア２０を軸線３４の周りに回転させることによってコア２０の周りに巻き付けられる。完全に１周した（例えば、長手方向の軸線３４の周りに約３６０°から３７０°マット２４を巻き付けた）後、マット２４の１つの層２２は、図３Ｂに示すように、コア２０の周りに完全に巻き付けられ、その時点で、まだ巻き付けられていない支持マット２４の露出面３８に粉末断熱材２８の層２６が塗布される。
【００２７】
粉末断熱材２８は、例えば、断熱材２８を支持マット２４の表面３８に噴霧又は散布して塗布することができる利点がある。粉末断熱材２８は持ち運びができるという特徴があるので、本明細書で説明するように、巻き付けプロセス中に粉末断熱材２８を直接的に塗布することができる。さらに、粉末断熱材２８は、支持マット２４の中に含浸されるように塗布することができるという利点がある。
【００２８】
次いで、マット２４は、コア２０を矢印Ａの方向に連続して回転させることによって、コア２０の周りにさらに巻き付けられ、その結果、コア２０の周りに概ねらせん状に完全に巻き付けられる（材料の厚さにより、例えば図４Ｂに示すように、正確にはらせん状とはならない場合がある）。粉末断熱材２８は、マット２４の隣接する層２２の少なくとも１組の間に位置することを理解されたい。
【００２９】
粉末断熱材２８をマット面３８に塗布するのは、マット２４が巻き付けられている間（すなわち、コア２０が回転している間）、又は粉末断熱材を塗布するために巻き付けが停止している間に行うことができることを理解されたい。どちらのプロセスでも、粉末断熱材２８はマット２４の露出面３８の所望の領域にのみ塗布される。例えば、巻き付け中に塗布する場合には、適切な断熱材塗布装置は、断熱材２８の塗布が望まれるマット２４の部分が塗布装置を通るときのみ、断熱材２８を塗布するために作動させてもよい。或いは、例えば、マット２４の第１の層２２がコア２０の周りに巻き付けられた後、マット面３８の広い領域にわたって断熱材２８の噴霧を作動させてもよい。
【００３０】
マット２４は、マット層２２の間の断熱材２８の所望の層とともにコア２０の周りに全部巻き付けられた後、ハウジング３０内にコア２０及びマット２４を取り付けるためにマット２４を適切に圧縮することによって、全構造体はハウジング３０内に組み立てることができる（図２参照）。
【００３１】
上記の方法は、図４Ａ〜４Ｂに示した実施例を製造するために実行されてもよく、ここでは、マット２４がコア２０の周りに１周巻き付けられた後、粉末断熱材２８が支持マット２４の全長と同時に支持マット２４の全幅４０にわたって均等に分布するように、粉末断熱材２８は支持マット２４の全露出面３８に塗布される。
【００３２】
図５Ａ〜５Ｂは、粉末断熱材２８が、支持マット２４の露出面３８に、支持マット２４の中央部のみに沿い、その側縁４２、４４からずらされて塗布される別の構成を示す。粉末断熱材２８をマットの側縁４２、４４から間隔をあけることは、支持マット２４がコア２０の周りに全部巻き付けられ、ハウジング３０内に挿入されたときに、粉末断熱材２８が排気流れ中の高温ガスに直接曝されることを防ぐ助けとなる。図５Ａ〜５Ｂに示した構造体を含む後処理装置１８の製造及び組立は、その他の点では、図３Ａ〜３Ｂに関して説明したのと同じように行うことができる。
【００３３】
図６Ａ〜６Ｂは、粉末断熱材２８を、支持マット２４の限られた長さのみに沿ってマット２４の露出面３８に塗布する、例えば、コア２０の周りにマット２４を１周させた長さにほぼ等しい長さのみに塗布する、さらに異なった構成を示す。このような構成では、断熱材２８の層は、マット２４の２つ隣接する層２２の間にだけ形成される（すなわち、断熱材２８の層はコア２０の周りにほぼ１周するだけ存在する）。図６Ａ〜６Ｂに示した構造体を含む後処理装置１８の製造及び組立は、その他の点では、図３Ａ〜３Ｂに関して説明したのと同じように行うことができる。
【００３４】
本明細書では、ディーゼル圧縮機関１６の形態でのディーゼル燃焼プロセスに関連して本発明を説明してきたが、本発明は、例えば、ガソリン又は他の代替燃料を使用する内燃機関を含む他のタイプの内燃機関を含め、他のタイプの燃焼プロセス用の排気ガス・システムで利用される装置に用途を見出すことができることもまた理解されたい。
【００３５】
さらに、上記の構造体の製造及びその方法の実施は、容易にそして安価に行うことができることを理解されたい。例えば、粉末断熱材の塗布は、例えば、断熱材の連続シートの挿入よりも容易で迅速に行うことができる。さらに、粉末断熱材は、所望する正確な領域に容易に塗布することができるだけでなく、断熱材のシートの使用（これは、製造している特定の装置のサイズに合わせるために切り取る必要がある場合がある）から生じることがある無駄をなくして行うことができ、また、異なったサイズの後処理装置それぞれのための異なったサイズの断熱材のシート（又はロール）の在庫を必要とすることなく達成することができる。
【図１】
2015529772.tif 000003
【図２】
2015529772.tif 000004
【図３Ａ】
2015529772.tif 000005
【図３Ｂ】
2015529772.tif 000006
【図４Ａ】
2015529772.tif 000007
【図４Ｂ】
2015529772.tif 000008
【図５Ａ】
2015529772.tif 000009
【図５Ｂ】
2015529772.tif 000010
【図６Ａ】
2015529772.tif 000011
【図６Ｂ】
2015529772.tif 000012
【国際調査報告】
2015529772.tif 000013
2015529772.tif 000014