(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関、特に動力車両に搭載される内燃機関の排気システム（１）用の排気処理装置であって、
ハウジング（１０）を備え、その中には少なくとも１個の排気処理用挿入部品（１１）が配置されており、
前記ハウジング（１０）は少なくとも２個のハウジング部分（１３、１４）により構成され、少なくともその一方はフェライト材料からなるフェライトハウジング部分であり、少なくともその他方はオーステナイト材料からなるオーステナイトハウジング部分であり、
少なくとも１個の前記フェライトハウジング部分（１３）は少なくとも１個の前記オーステナイトハウジング部分（１４）に結合部（５）で固着され、
この結合部（５）は、前記フェライト材料の熱膨張係数と前記オーステナイト材料の熱膨張係数の間の熱膨張係数を有する材料である結合材料からなり、
前記結合部（５）がさらなるハウジング部分（６）を含み、前記さらなるハウジング部分（６）は前記結合材料からなるとともに一方では前記フェライトハウジング部分（１３）に固着され、他方では前記オーステナイトハウジング部分（１４）に固着され、
前記結合部（５）の前記さらなるハウジング部分（６）は環状体またはスリーブ体であり、
前記結合部（５）の前記さらなるハウジング部分（６）が前記フェライトハウジング部分（１３）に固着されている箇所において、前記結合部（５）の前記さらなるハウジング部分（６）は前記フェライトハウジング部分（１３）よりもラジアル方向外側に位置し、
前記結合部（５）の前記さらなるハウジング部分（６）が前記オーステナイトハウジング部分（１４）に固着されている箇所において、前記結合部（５）の前記さらなるハウジング部分（６）は前記オーステナイトハウジング部分（１４）よりもラジアル方向外側に位置することを特徴とする排気処理装置。
【請求項２】
前記結合材料は、前記フェライト材料の熱膨張係数と前記オーステナイト材料の熱膨張係数同士のほぼ真ん中の熱膨張係数を有する材料である請求項１に記載の排気処理装置。
【請求項３】
前記結合材料は、フェライト相とオーステナイト相を備える二相材料である請求項１または請求項２に記載の排気処理装置。
【請求項４】
前記排気処理用挿入部品（１１）は、触媒コンバータエレメント、粒子フィルターエレメント、消音エレメント、またはこれらのエレメントの２個以上の組み合わせである請求項１〜３のいずれかに記載の排気処理装置。
【請求項５】
内燃機関、特に動力車両に搭載される内燃機関の排気システムであって、
排気ガスを導く排気管路（２）を備え、この管路は少なくとも２個の部品（３、４）を含み、
前記部品（３、４）のうちの２個は結合部（５）で共に固着され、
前記部品の一方（４）は、少なくとも前記結合部（５）に近い領域では、フェライト材料からなるフェライト部品であり、前記部品の他方（３）は、少なくとも前記結合部（５）に近い領域では、オーステナイト材料からなるオーステナイト部品であり、
前記結合部（５）は、前記フェライト材料の熱膨張係数と前記オーステナイト材料の熱膨張係数の間の熱膨張係数を有する結合材料からなり、
前記結合部（５）がさらなるハウジング部分（６）を含み、前記さらなるハウジング部分（６）は前記結合材料からなるとともに一方では前記フェライト部品（４）に固着され、他方では前記オーステナイト部品（３）に固着され、
前記結合部（５）の前記さらなるハウジング部分（６）は環状体またはスリーブ体であり、
前記結合部（５）の前記さらなるハウジング部分（６）が前記フェライト部品（４）に固着されている箇所において、前記結合部（５）の前記さらなるハウジング部分（６）は前記フェライト部品（４）よりもラジアル方向外側に位置し、
前記結合部（５）の前記さらなるハウジング部分（６）が前記オーステナイト部品（３）に固着されている箇所において、前記結合部（５）の前記さらなるハウジング部分（６）は前記オーステナイト部品（３）よりもラジアル方向外側に位置することを特徴とする排気システム。
【請求項６】
内燃機関、特に動力車両に搭載される内燃機関の排気システム（１）の内部、またはかかる排気システム（１）の排気処理装置（４）の内部にあり、フェライト材料からなる第１の部品（４；１３）をオーステナイト材料からなる第２の部品（３；１４）に固着するための結合部（５）への結合材料の適用であって、
前記結合部（５）がさらなるハウジング部分（６）を含み、前記さらなるハウジング部分（６）は前記結合材料からなるとともに一方では前記第１の部品（４；１３）に固着され、他方では前記第２の部品（３；１４）に固着され、
前記結合部（５）の前記さらなるハウジング部分（６）は環状体またはスリーブ体であり、
前記結合部（５）の前記さらなるハウジング部分（６）が前記第１の部品（４；１３）に固着されている箇所において、前記結合部（５）の前記さらなるハウジング部分（６）は前記第１の部品（４；１３）よりもラジアル方向外側に位置し、
前記結合部（５）の前記さらなるハウジング部分（６）が前記第２の部品（３；１４）に固着されている箇所において、前記結合部（５）の前記さらなるハウジング部分（６）は前記第２部品（３；１４）よりもラジアル方向外側に位置し、
前記結合材料が前記フェライト材料（４；１３）の熱膨張係数と前記オーステナイト材料（３；１４）の熱膨張係数の間の熱膨張係数を有することを特徴とする結合材料の適用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に内燃機関、特に動力車両に搭載される内燃機関の排気システムに関する。また、かかる排気システムに用いられる排気処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オーステナイト鋼は、通常、排気システムの中で高い熱負荷にさらされる部品を製造するのに用いられる。さらに、少なくとも１個の排気処理用挿入部品、特に触媒コンバータエレメント、をハウジング内に収納して組み付けの便宜を図っている排気処理装置では、そのハウジングをフェライト鋼で製造することが知られている。このため、フェライト部品とオーステナイト部品からなる排気システムの内部では、フェライト部品とオーステナイト部品を取り混ぜて結合することが不可避となる。
【特許文献１】特開平６−２５６９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年の内燃機関、特に動力車両に搭載される内燃機関にあっては、排気温度が上昇傾向にあり、上記のようなフェライト部品とオーステナイト部品を取り混ぜて結合した区域では熱疲労による故障が起こり得る。このような熱に起因する疲労現象を避けるには、可能であれば、排気システムの中でそのような危険のある区域をフェライト部品のみ、あるいはオーステナイト部品のみで構成する、というのが基本原則である。しかしながら、排気システムの中の熱負荷区域をフェライト部品のみ、あるいはオーステナイト部品のみで構成するというのは、常に可能であるとは限らない。というのは、例えば、フェライト材料は多くの応用例で耐熱性が十分でないからである。同時に、オーステナイト材料も排気処理用挿入部品、例えば触媒コンバータ、の装着には不適切であり得る。
【０００４】
本発明は上記のようなタイプの排気システムまたは排気処理装置の改良されたデザインであって、オーステナイト材料とフェライト材料の両方が構造材料として用いられるにも関わらず、特に、熱に起因する疲労現象の危険を減少させるデザインを提案するという問題に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、この問題は独立請求項の対象内容によって解決される。有利な実施形態は従属請求項の対象内容である。
【０００６】
本発明は、オーステナイト部品またはフェライト部品を、排気システム内または排気処理装置内の結合部で固着し、この結合部はフェライト部品の熱膨張係数とオーステナイト部品の熱膨張係数の間の熱膨張係数を有する材料からなる、という包括的な概念に基礎を置く。従ってフェライト材料はオーステナイト材料に直接的に固定されるのでなく、一方ではフェライト材料に固定され、他方ではオーステナイト材料に固定される結合材料によって間接的に固定が実現される。しかしながら、結合材料の熱膨張係数はそれに結合された材料（オーステナイトとフェライト）の熱膨張係数の間にあるので、結合領域に生じる応力を減少させる均等化効果が生じる。そのためフェライト部品とオーステナイト部品の結合領域で熱膨張効果によりひび割れが発生する危険は減少する。これにより、この結合が失敗に終わる危険も同時に減少する。従って排気システムまたは排気処理装置の熱安定性が向上する。
【０００７】
結合材料は、オーステナイト材料とフェライト材料の熱膨張係数同士のほぼ真ん中の熱膨張係数を有するものを選ぶのが望ましい。これにより、結合の均等化と応力減少効果が最適化される。
【０００８】
結合材料は、フェライト相とオーステナイト相を有する二相材料であることが望ましい。このような二相材料はデュプレックス材料と呼ばれることもある。このような二相材料は例えば特許文献１に開示されている。
【０００９】
本発明をさらに発展させると、結合部が、原則として、一方ではフェライト部品に固着され、他方ではオーステナイト部品に固着された結合材料からなる部品を含むようにすることが可能である。
【００１０】
それに加えて、あるいはそれに代わって、結合部が、一方ではフェライト部品に固定され、他方ではオーステナイト部品に固定される、結合材料からなる少なくとも１本の溶接シームを含んでもよい。特定の応用形態では、組み立てられた部品の熱的安定性を所望通り向上させて応力を十分に減少させることは、結合材料からなる溶接シームの使用によってのみ達成される。
【００１１】
本発明の他の重要な特徴及び利点は下位請求項、図面、及び図面に基づく形状の説明に記述される。
【００１２】
上記の特徴及び以下に説明する特徴は、記載された組み合わせで使用されるばかりでなく、本発明の範囲を逸脱することなく、記載されていない他の組み合わせで、あるいは単独で、使用され得ることを理解されたい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、オーステナイト材料とフェライト材料の両方が構造材料として用いられるにも関わらず、特に、熱に起因する疲労現象の危険を減少させるデザインの排気システムまたは排気処理装置を提案することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好ましい実施形態は図面に示され、以下の記述の中で詳細に説明される。同一もしくは同様の部品、または同様機能を持つ部品には同一の符号を付す。
【００１５】
図１〜図４は、それぞれ、オーステナイト部品とフェライト部品の結合領域における排気システムまたは排気処理装置の長手方向断面を、高度に単純化され、説明的にされた形で、模式的に示すものである。図３の実施形態は、請求項１〜４、６に係る発明に対応している。図４の実施形態は、請求項５、６に係る発明に対応している。
【００１６】
図１〜図４によれば、本発明に係る排気システム１は排気管路２を含む。排気システム１は内燃機関、特に動力車両に搭載された内燃機関からの排気ガスを排出するのに用いられる。従って、排気管路２は排気ガスを導くのに用いられる。
【００１７】
排気管路２は少なくとも２個の部品３、４により構成される。これらの部品３、４（要素３、４）は結合部５によって共に固着される。
【００１８】
本発明に係る排気システム１では、これらの部品の少なくとも１個、例えば部品３は、オーステナイト材料からなり、同時に他の部品の中の少なくとも１個、この場合には例えば部品４は、フェライト材料からなる。さて本発明では、それによって部品３、４が共に固着される結合部５は、部品３のオーステナイト材料の熱膨張係数と部品４のフェライト材料の熱膨張係数の間の熱膨張係数を有する材料からなる。
【００１９】
図１の実施形態では、前記結合部５はさらなる部品６、すなわちさらなる要素６を含む。さらなる部品６は結合材料からなり、一方ではフェライト材料からなる部品４（以下、フェライト部品４という）に固定され、他方ではオーステナイト材料からなる部品３（以下、オーステナイト部品３という）に固定される。ここで固定は、それぞれ溶接シーム７、８により実現される。
【００２０】
図２の実施形態では、前記結合部は溶接シーム９からなり、溶接シーム９は結合材料からなる。ここでは溶接シーム９がオーステナイト部品３とフェライト部品４を結合する。図１の実施形態と異なり、図２の実施形態ではさらなる部品６は排除される。
【００２１】
図３、４の実施形態では、結合部５は、図１の実施形態に見られるのと同様、結合材料からなる、さらなる部品６を再び備えることになる。
【００２２】
ここに示した望ましい実施形態は、部品３として、以下に同じく符号３を付して示す排気管を含む。排気管３は好ましくは排気システム１の内燃機関への結合部を構成するエルボ排気管であり、好ましくはオーステナイト材料で製造される。オーステナイト材料は高い耐熱性が特徴である。他の部品４は、好ましくは、以下に同じく符号４を付して示す排気処理装置である。この排気処理装置４はハウジング１０を有し、その中には少なくとも１個の排気処理用挿入部品１１が配置される。例えば、この排気処理用挿入部品１１は支持マット１２によってハウジング１０の内部に装着される。ハウジング１０は、少なくとも結合部５に近い領域ではそれにふさわしくフェライト材料からなる。フェライト材料は排気処理用挿入部品１１の装着に有利である。前記排気処理用挿入部品１１は、好ましくは、触媒コンバータエレメント、粒子フィルターエレメント、消音エレメント、またはこれらのエレメントの２個以上の組み合わせである。
【００２３】
本発明に係る排気システム１の結合部５に関連するさらなる部品６は、好ましくは環状体またはスリーブ体である。図１の実施形態では、さらなる部品６は漏斗形に設計されている。
【００２４】
上記実施形態では、本発明による結合部５は排気システム１のオーステナイト部品３をフェライト部品４に固定するのに用いられ、上記実施形態では前記結合部５は排気処理装置４の内部で２個の部品を固定するのに用いられる。この目的のため、排気処理装置４のハウジング１０は少なくとも２個のハウジング部分で構成される。例えば、図１と図３においてはハウジング部分の一つはジャケット１３であり、その中に排気処理用挿入部品１１が配置され、他のハウジング部分は入口漏斗もしくは出口漏斗、すなわち一般的に漏斗１４である。
【００２５】
図１を参照すると、上記実施形態では、漏斗１４は排気システム１の部品、すなわち結合部５のさらなる部品６を構成する。そのため漏斗１４は、適切に結合材料からなり、一方では溶接シーム８による溶接継手（以下、溶接継手８という）でオーステナイト部品３に固着され、他方では溶接シーム７による溶接継手（以下、溶接継手７という）でフェライト部品４またはハウジング１０に固着される。しかしながら、漏斗１４が排気処理装置４の部品とみなされるならば、オーステナイト排気管３に対しできるだけ応力少なく結合するため、漏斗１４をオーステナイト材料で製造するのが適切となる。これと対照的に、ジャケット１３は好ましくはフェライト材料で製造され、排気処理用挿入部品１１の装着に有利となるようにされる。本発明では、この構成において、ハウジング部分であるジャケット１３、漏斗１４が、本発明による結合部５で共に固着されることとされる。図１の実施形態では、この結合部５は排気処理装置４において溶接シーム、すなわち溶接シーム７によって形成される。この溶接シーム７は結合材料からなり、その熱膨張係数は漏斗１４に用いられたオーステナイト材料の熱膨張係数とジャケット１３に用いられたフェライト材料の熱膨張係数の間にある。
【００２６】
図３の実施形態では、結合部５は他にも追加要素を含む。それはさらなるハウジング部分であり、これにも符号６が付されている。この、さらなるハウジング部分６は結合材料からなり、一方ではフェライトのハウジング部分、ここではジャケット１３、に固着され、他方ではオーステナイトのハウジング部分、ここでは漏斗１４、に固着されている。このケースでは、固定はそれぞれ溶接シーム７、８によってなされていることが望ましい。漏斗１４は、組付時、排気システム１の排気管３に例えば溶接シーム９による溶接継手で適切に固着することができる。
【００２７】
さらに言えば、原則として、結合部５のさらなるハウジング部分６を他のハウジング部分であるジャケット１３、漏斗１４に固着する溶接継手７、８を、結合材料で製造することも可能である。一方ではさらなる部品６とフェライト材料からなるハウジング部分であるジャケット１３の間の溶接継手７に従来のフェライト溶接材料を用い、他方ではさらなるハウジング部分６とオーステナイト材料からなるハウジング部分である漏斗１４の間にオーステナイトの溶接継手８を用いることも可能である。原則として、さらなるハウジング部分６とフェライト材料からなるハウジング部分であるジャケット１３の間の溶接継手７が、結合材料の熱膨張係数とフェライト材料の熱膨張係数の間の熱膨張係数を有する溶接材料からなるものとする実施形態も可能である。それに応じて、さらなるハウジング部分６とオーステナイト材料からなるハウジング部分である漏斗１４の間の他の溶接継手８は、オーステナイト材料の熱膨張係数と結合材料の熱膨張係数の間の熱膨張係数を有するものであってもよい。
【００２８】
図１〜図４は、結合部５の設計による、溶接シーム７、８、９及び漏斗１４用に選択された材料による、そして漏斗１４を排気処理装置４のハウジング部分とみなすか、排気システム１の部品とみなすかによる、異なる変形例を示す。図２及び図４は、オーステナイト部品３（排気管）が、排気処理装置４として設計された、そのハウジングがフェライトである他の部品４に、少なくとも結合部５の近くの領域で結合された排気システム１の設計を示す。これによれば、図２では結合部５が前記結合材料からなる溶接シームの形で設計される。
【００２９】
この結合部５と対照的に、図４の実施形態では、少なくとも結合部５の近くの領域で、一方ではオーステナイト部品３に結合され、他方ではフェライト部品４に結合されたさらなる部品６が設けられている。さらなる部品６は結合材料からなる。
【００３０】
漏斗１４が排気処理装置４の部品とみなされるならば、図１及び図３は、本発明に係る排気処理装置４の次のような設計を示す。そこでは、例えば二つのハウジング部分、すなわちジャケット１３と漏斗１４が、結合部５で共に固着されている。このケースでは、図１は溶接シーム７として設計された結合部５を示す。これと対照的に、図３は結合部５がさらなるハウジング部分６を有する設計を示す。ここでは漏斗１４は、オーステナイト排気管３に対し低応力の結合をなすため、オーステナイト製となっている。
【００３１】
図１に関して言えば、漏斗１４は排気システム１の部品を構成するものであってもよい。ここでは、この部品１４は例えばフェライト製であり得、オーステナイト排気管３に、結合材料からなり、結合部５を構成する溶接シーム８で結合され得る。この構成は図２の構成にも対応するが、図２の変形例では漏斗１４とジャケット１３が一体部品として設計されており、他方図１の実施形態では漏斗１４とジャケット１３が溶接シーム７で共に固着された別個の部品を構成するという点が異なる。
【００３２】
同様に、既に説明した通り、漏斗１４は、結合材料からなり、結合部５に関連する、排気システム１のさらなる部品６であり得る。
【００３３】
図１及び図３の実施形態では、漏斗１４は原則として排気システム１のオーステナイト部品を、例えば排気管３の広がった端部という形で、構成し得る。特に、漏斗１４と排気管は、図示変形例と対照的に、一体品として製造し得る。ここでも結合部５は、排気システム１の、排気処理装置４及びそのハウジング１０で構成されるフェライト部品に対し、このオーステナイト部品１４を、応力の減少した状態で結合する。ここでも結合部５によって固定がなされ、それは、図１の実施形態では結合材料からなる溶接シーム７として構成され、図３の実施形態では、結合材料からなるさらなる部品６を有する。
【００３４】
排気システム１のフェライト部品、例えば排気処理装置４もしくはそのハウジング１０、または排気処理装置４のフェライトハウジング部分、例えばジャケット１３、のフェライト材料としては、フェライト鋼、例えば等級１．４５０９、１．４５１０、１．４５１２、または１．４５３といった鋼鉄が特に適する。ここに掲げた材料の番号に関しては、欧州規格  ＥＮ  １００２７−２：  １９９２  を参照されたい。
【００３５】
排気システム１のオーステナイト部品、例えば排気管３用の、または排気処理装置４のオーステナイトハウジング部分、例えば漏斗１４用の、オーステナイト材料としては、オーステナイト鋼、例えば等級１．４８２８、１．４５４１、１．４８３５、１．４８１８、１．４３０１、または１．４８４１といった鋼鉄が特に適する。
【００３６】
結合材料は、その熱膨張係数がフェライト材料の熱膨張係数とオーステナイト材料の熱膨張係数の間となるように選ばねばならない。デュプレックス材料とも呼ばれる、フェライト相とオーステナイト相を有する二相材料が、特に結合材料に適する。結合材料としては二相鋼が好ましく、等級１．４４６２、１．４３６２、１．４１６２、１．４８２１、または１．４５０１等の鋼鉄を例示することができる。例えば、本発明による排気処理装置４では、結合に関連するさらなるハウジング部分６はこの結合材料から製造される。同様に、本発明による排気システム１では、結合部５に関連するさらなる部品６はこの結合材料からなり得る。
【００３７】
結合部５が溶接シーム７、８、９として設計されるか、またはかかる溶接シーム７、８、９を含む場合は、それは結合材料からなる。本発明に係る溶接シーム７、８、９は、好ましくは、オーステナイト相とフェライト相を備える二相構造を有する結合材料からなる。例えば、溶接シーム７、８、９をつくる溶接材料または溶接用添加材料としては、所望の二相材料が求められ、例えば等級１．４４６２、１．４３６２、１．４８２０またはＡｖｅｓｔａ  ２１０１等を挙げることができる。
【００３８】
これに代わり、原則として、溶接材料または溶接用添加材料を、それが溶接方法によってのみ形成されるものから、例えば所望の二相材料またはデュプレックス材料から、選択することが可能である。例えば溶接シーム７、８、９をつくるのに、オーステナイトの母材に対し、フェライトの溶接材料、例えば等級１．４５１０または１．４５１１のもの、を用いることができる。この材料はフェライト相とオーステナイト相を備えた所望の二相システムを構成し、溶接シーム７、８、９の溶接工程の所定の溶接パラメータ及び時効硬化状態に合致する。
【００３９】
図１及び図２には、本発明の他の実施形態が以下のように詳細に説明されている。この代替解決策では、ハウジング１０は少なくとも１個の排気処理用挿入部品１１が配置される領域が少なくとも前記結合材料からなる。例えば、少なくともハウジング１０のジャケット１３は、図１の実施形態では、結合材料から製造される。図２の実施形態では、ジャケット１３は一体成形部品として少なくとも１個の漏斗１４を含み、ジャケット１３と少なくとも１個の漏斗１４は結合材料で製造されている。前に説明したように、この結合材料は、オーステナイトの熱膨張係数とフェライトの熱膨張係数の間、好ましくはその真ん中の熱膨張係数を有する材料である。二相材料、すなわちデュプレックス材料で、オーステナイト相とフェライト相の両方を備えるものは、ハウジング１０の前記区域、すなわち少なくともジャケット１３に適切に用いられる。ハウジング１０のジャケット１３に用いられる材料は、好ましくは二相鋼で、特に、等級１．４４６２、１．４３６２、１．４１６２、１．４８２１または１．４５０１のものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】は、本発明に係る排気システムまたは排気処理装置の長手方向断面を模式的に示す図である。
【図２】は、本発明に係る排気システムまたは排気処理装置の長手方向断面を模式的に示す図である。
【図３】は、本発明に係る排気システムまたは排気処理装置の長手方向断面を模式的に示す図である。
【図４】は、本発明に係る排気システムまたは排気処理装置の長手方向断面を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    排気システム
２    排気管路
３    部品
４    部品
５    結合部
６    さらなる部品
７    溶接シーム
８    溶接シーム
９    溶接シーム
１０    ハウジング
１１    排気処理用挿入部品
１２    支持マット
１３    ジャケット
１４    漏斗
【図１】
0004885598.tif 000002
【図２】
0004885598.tif 000003
【図３】
0004885598.tif 000004
【図４】
0004885598.tif 000005