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技術 排気システムの部品

出願人 フォルシアエミッションズコントロールテクノロジーズ,ジャーマニーゲーエムベーハー
発明者 シナン・ワシフトルステン・リンデトルステン・ケーサー
出願日 2020年9月25日 (8ヶ月経過) 出願番号 2020-161231
公開日 2021年1月28日 (4ヶ月経過) 公開番号 2021-008882
状態 未査定
技術分野 排気消音装置 特定物品の製造
主要キーワード オーステナイト合金 フェライト合金 機械的抵抗 スポット溶接点 固定軸受 熱膨張挙動 遷移部分 板金部品
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2021年1月28日)のものです。
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図面 (12)

課題

燃焼機関のための排気システム部品において、開口に関連する有孔カバー熱膨張が発生した場合においても障害が生じないような排気システムの部品を提供する。

解決手段

燃焼機関のための排気システムの部品に関し、少なくとも1つの開口10が設けられた壁、開口に関連する有孔カバー12、有孔カバーを部品の壁に取り付けるために設けられた支持物、及びカバーが部品の壁と平行に移動できるように、支持物とカバーとの間に設けられた隙間を含む。

概要

背景

部品は、例えば、触媒基板又は粒子フィルタが内部に配置される排ガスダクトの管又は筐体である。又は、部品はマフラーである。燃焼機関は、特に、オットー原理又はディーゼル原理に従った自動車運転のためのエンジンである。

そのような部品についての例は、独国特許出願公開第102012014620号明細書及び国際公開第2014/126548号の中で見つけることができる。有孔カバーで覆われている部品の壁の開口は、排ガスが部品内を流れるときの音の減衰に役立つ。開口のガス流動率(低いけれども)に起因して定常波によって部品内に生成される共鳴は少ない。さらに、排ガス流乱流の流れは弱められて、層流の流れに変換される。これにより、周波数スペクトル内の高周波の割合が低減される。

有孔カバーは、多数の小さな開口を含む金属シートである。穿孔の程度は、カバーの全表面の1%〜最大10%程度、特に1%〜3%の範囲である。各細孔の面積の大きさは、0.02〜2mm2の範囲であり、好ましくは0.04〜1mm2の範囲である。

概要

燃焼機関のための排気システム部品において、開口に関連する有孔カバーの熱膨張が発生した場合においても障害が生じないような排気システムの部品を提供する。燃焼機関のための排気システムの部品に関し、少なくとも1つの開口10が設けられた壁、開口に関連する有孔カバー12、有孔カバーを部品の壁に取り付けるために設けられた支持物、及びカバーが部品の壁と平行に移動できるように、支持物とカバーとの間に設けられた隙間を含む。

目的

本発明の目的は、部品及び/又はカバーの熱膨張が発生した場合においても障害が生じないような既知の部品を開発することである

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

燃焼機関のための排気システム部品(1,2,3)であって、少なくとも1つの開口(10)が設けられた壁、前記開口(10)に関連する有孔カバー(12)、前記有孔カバー(12)を前記部品(1,2,3)の壁に取り付けるために設けられた支持物(14)、及び前記カバー(12)が前記部品(1,2,3)の壁と平行に移動できるように、前記支持物(14)と前記カバー(12)との間に設けられた隙間、を含む、部品(1,2,3)。

請求項2

前記支持物(14)は、前記壁に取り付けられて、前記カバー(12)の外縁を囲むフレームである、請求項1に記載の部品。

請求項3

前記隙間は、前記カバー(12)の端面と、前記端面の反対側に離れて配置された前記支持物(14)の停止面(20)との間に形成される、請求項1又は請求項2に記載の部品。

請求項4

前記支持物(14)は、前記壁に取り付けられるマウント部(16)と、前記壁と垂直方向の、前記マウント部(16)に対するオフセットである、前記カバー(12)のための保持部(18)と、を含み、前記停止面(20)は、前記マウント部(16)から前記保持部(18)への遷移部分にある段(20)により形成される、請求項3に記載の部品。

請求項5

前記支持物(14)はプレス加工された板金部品である、請求項4に記載の部品。

請求項6

前記マウント部(16)は前記壁に溶接されている、請求項4又は請求項5に記載の部品。

請求項7

前記カバー(12)は、プレストレス方法により、前記マウント部(16)と前記壁との間で保持される、請求項4から請求項6のいずれかに記載の部品。

請求項8

前記支持物(14)の少なくとも一部は、二層方法で構成される、請求項1から請求項3のいずれかに記載の部品。

請求項9

前記支持物(14)の断面はU字形であり、前記カバー(12)が前記支持物の2つの脚(14A,14B)の間で受け止められて、前記停止面(20)が前記2つの脚(14A,14B)の間の湾曲部分の内面によって形成される、請求項8に記載の部品。

請求項10

前記2つの脚(14A,14B)は、互いに対して且つ前記2つの脚(14A,14B)の間に配置された前記カバー(12)に対して、弾性的にプレストレスを加えられる、請求項9に記載の部品。

請求項11

前記支持物(14)は湾曲した板金部品である、請求項8から請求項10のいずれかに記載の部品。

請求項12

前記支持物(14)は、前記2つの脚(14A,14B)の間の湾曲した部分で、前記壁に溶接されている。請求項8から請求項11のいずれかに記載の部品。

請求項13

前記カバー(12)は、ある位置(28)で、前記支持物(14)にしっかりと固定されている、請求項1から請求項12のいずれかに記載の部品。

請求項14

前記支持物(14)の壁厚は1.2mm未満であり、特に0.8mm程度である、請求項1から請求項13のいずれかに記載の部品。

請求項15

前記カバー(12)の壁厚はほぼ1.0mm未満であり、特にほぼ0.5mm未満であるである、請求項1から請求項14のいずれかに記載の部品。

請求項16

前記壁と前記カバーは、熱膨張が異なる材料で作られている、請求項1から請求項15のいずれかに記載の部品。

請求項17

前記壁はフェライト合金鋼で作られていて、前記カバー(12)は、高温ガス腐食低温凝縮物腐食に対して耐性がある合金、特に、オーステナイト合金鋼又はフェライト合金で作られている、請求項16に記載の部品。

請求項18

前記支持物(14)はフェライト合金鋼で作られている、請求項16又は請求項17に記載の部品。

技術分野

0001

本発明は、少なくとも1つの開口が設けられた壁と、開口に関連する有孔カバーとを含む、燃焼機関のための排気システム部品に関する。

背景技術

0002

部品は、例えば、触媒基板又は粒子フィルタが内部に配置される排ガスダクトの管又は筐体である。又は、部品はマフラーである。燃焼機関は、特に、オットー原理又はディーゼル原理に従った自動車運転のためのエンジンである。

0003

そのような部品についての例は、独国特許出願公開第102012014620号明細書及び国際公開第2014/126548号の中で見つけることができる。有孔カバーで覆われている部品の壁の開口は、排ガスが部品内を流れるときの音の減衰に役立つ。開口のガス流動率(低いけれども)に起因して定常波によって部品内に生成される共鳴は少ない。さらに、排ガス流乱流の流れは弱められて、層流の流れに変換される。これにより、周波数スペクトル内の高周波の割合が低減される。

0004

有孔カバーは、多数の小さな開口を含む金属シートである。穿孔の程度は、カバーの全表面の1%〜最大10%程度、特に1%〜3%の範囲である。各細孔の面積の大きさは、0.02〜2mm2の範囲であり、好ましくは0.04〜1mm2の範囲である。

先行技術

0005

独国特許出願公開第102012014620号明細書
国際公開第2014/126548号

発明が解決しようとする課題

0006

有孔カバーは、通常、排ガスダクト部品の壁に溶接されている。よって、所望の長寿命の確実な締め具が得られる。しかし、熱膨張が発生すると、有孔カバーに高負荷が作用する場合があることが明らかになった。

0007

熱膨張係数の差が大きくなると、有孔カバーの負荷の影響がより重大になる。異なる熱膨張の一例として、一方で排ガスダクト部品のために使用されうるフェライト合金鋼と、他方で有孔カバーのために使用されるオーステナイト合金鋼がある。

0008

本発明の目的は、部品及び/又はカバーの熱膨張が発生した場合においても障害が生じないような既知の部品を開発することである。

課題を解決するための手段

0009

この目的を達成するために、本発明では支持物が提供される。その支持物によって、有孔カバーが部品の壁に取り付けられる。カバーが部品の壁と平行に移動できるように、支持物とカバーの間には隙間が設けられる。本発明は、有孔カバーを部品に取り付けるための基本的なアイデアに基づいていて、熱による膨張とそれによって支持物と部品の壁に対して生じる変位許容できるようにする。有孔カバーは、ここではある種の押込ばめを使用して、部品に取り付けられる。

0010

好ましくは、支持物は、壁に取り付けられて、カバーの外縁を囲むフレームである。このようにして、有孔カバーは、全方向において確実に部品に取り付けられる。

0011

任意の方向における有孔カバーの最大可能変位を確実に制限するために、隙間は、好ましくは、カバーの端面と、その端面の反対側に離れて配置された支持物の停止面との間に形成される。カバーの一面にだけ隙間があれば十分であったとしても、理想的には、カバーのあらゆる方向の膨張を許容するために、あらゆる方向に隙間がある。

0012

本発明の一態様によれば、支持物は、壁に取り付けられるマウント部と、カバーのための保持部と、を含む。保持部は、壁に対して垂直方向に見られる、マウント部に対するオフセットである。停止面は、マウント部から保持部への遷移部分にある段により形成されている。この態様によれば、カバーは、壁と、壁の方に曲がっているマウント部の表面との間に固定される。それ故、支持物は、一層方法で実現されうる。

0013

好ましくは、支持物はプレス加工された板金部品である。支持物は、手間をかけずに高い費用効率の方法で、製造可能である。

0014

マウント部は、排ガスダクト部品の壁に溶接されうる。この目的のためには、数箇所のスポット溶接で十分である。マウント部は、周囲の溶接シームにより、壁に接続されても良い。好ましくは、この溶接シームは、支持物の外縁に沿って、伸びる。

0015

好ましくは、カバーは、プレストレス方法により、マウント部と壁との間に保持される。一方、プレストレスは、対向する停止面の間の、カバーの制御できない往復運動を所定の隙間の範囲内で防ぐ。この往復運動は、カバーと壁又は支持物の間で生じる相対的変位によって、早期の摩耗を引き起こす可能性があるからである。他方、有孔カバーは、プレストレスにより、部品と支持物に対して、確実に振動できなくされる。この振動は、好ましくない騒音を引き起こすからである。

0016

有孔カバーの初期状態では、すなわち、有孔カバーが部品の壁と支持物の間にまだ固定されていないときは、有孔カバーの形状は壁の形状と異なるため、プレストレスが得られる。簡単な事例では、カバーの平面に孔が開けられて、管の壁の開口を塞ぐために、そのカバーが提供される。また、有孔カバーの周辺領域のみが塑性的に変形されて、例えばビードが設けられることにより、又は有孔カバーの周辺領域が折り曲げられることによって、プレストレスが得られる。

0017

代替開発では、支持物の少なくとも一部が二層方法によって構成される。この態様において、有孔カバーは完全に支持物内で受け止められて、予め取り付けられるアセンブリが得られる。それから、そのアセンブリは部品に取り付けるのに適合される。

0018

好ましくは、支持部の2つの脚の間の湾曲部分の内面によって停止面が形成されるように、支持物の断面は断面図で見られるようにU字形であり、カバーが2つの脚の間で受け止められる。このような湾曲部分は、低い製造費用で、確実に製造されうる。これは、特に、支持物が湾曲した板金部品である場合に適用される。

0019

好ましくは、2つの脚は、互いに対して且つ2つの脚の間に配置されたカバーに対して、弾性的にプレストレスを加えられる。これにより、有孔カバーと支持物との間の好ましくない相対運動に起因した振動の騒音は、確実に回避される。

0020

本発明の一構成によれば、支持物は、2つの脚の間の湾曲部分で、壁に溶接されている。この領域へのアクセスは非常に良いため、そこに溶接シームが配置される。溶接シームは、一部のみに提供されても良いし、又は完全に囲っても良い。

0021

本発明の一態様によれば、カバーは、ある位置で、支持物にしっかりと固定されている。例えば、これは、スポット溶接点により、実現できる。支持物に対するカバーの点のような(punctual)締め具は、ある種の固定軸受部として機能し、そこから有孔カバーは膨張及び収縮する。

0022

本発明の一構成によれば、支持物の壁厚は1mm未満であり、特に0.8mm程度である。このような薄いものが有孔カバーを支持することによって、有孔カバーを確実に固定できることが明らかになった。

0023

カバーの壁厚は、0.3mm程度であっても良い。このような薄い箔に十分な機械的抵抗があることは既に証明されている。薄い壁厚は穿孔の配置をさらに容易にする。

0024

一構成によれば、壁とカバーは、熱膨張が異なる材料で作られている。壁は、フェライト合金鋼で作ることができる。カバーは、高温ガス腐食低温凝縮物腐食に対して耐性がある合金、特に、フェライト合金又はオーステナイト合金鋼で作ることができる。これにより、カバーについて高い耐腐食性が得られる一方で、低い製造コストで排ガスダクト部品を得られる。

0025

好ましくは、支持物はフェライト合金鋼で作られている。これにより、製造コストを低くできる。

0026

以下、本発明について、2つの実施形態を参照して説明する。2つの実施形態は、添付の図面に示されている。

図面の簡単な説明

0027

2つの排ガスダクト部品を備えた排気システムの概略的な一部である。
部品に取り付けられたカバーを含む部品の断面図である。
図2の部品の分解斜視図である。
図2の部品の上面斜視図である。
部品に取り付けられる前のカバーを備えた支持物の拡大図である。
図5のアセンブリの分解図である。
図2の部品の断面斜視図である。
図7の詳細図である。
第2の実施形態の排ガスダクト部品の断面図である。
図9の一部の拡大図である。
第2の実施形態で使用される支持物のための板金ブランクを概略的に示す図である。

実施例

0028

図1は、排気システムの種々の部品を示している。第1の排気管1、筐体2,及び第2の排気管3がここに含まれている。

0029

排気管1,3は、燃焼機関の排ガスを周辺に導くのに役立つ。排ガスを扱う部品、例えば、触媒基板又は粒子フィルタが筐体2内に配置される。筐体2は、マフラーの筐体でもある。

0030

部品1,2,3が、燃焼機関の排気弁から一定の距離に配置されて、排ガスの温度が既にわずかに低下している限り、フェライト合金鋼が部品1,2,3のための材料として使用されうる。

0031

図示されている例示的な実施形態において、部品2,3は、開口10を備える。開口10は、例えば、円形長方形多角形、又は楕円形であって、その表面積は数平方センチメートルである。支持物によって部品に固定されるカバーは、開口10に関連している。これについて、詳細を以下で説明する。

0032

図2図8は、第1の実施形態を示している。この実施形態において、有孔カバー12が使用され、一般的に言えば、支持物14により部品3の壁に固定されている。

0033

第1の実施形態の例示的な態様は、排ガスダクト管の開口10を塞ぐカバー12に関する。しかし、開口10は、排気システムの別の場所に提供されてもいいことは理解されるべきである。開口10は、図1に示すように、部品2の筐体の膜表面に設けられても良いし、又は部品2の端壁の一つに設けられても良い。

0034

有孔カバー12は、例えば0.3mmの壁厚の金属箔又は金属シートで作られる。複数の小さな穿孔がカバー12に設けられる。穿孔の部分は、カバーの全領域の、1〜10%、好ましくは1〜3%の範囲内である。

0035

穿孔の形状は、円形、長方形又は別の形状であっても良い。穿孔は、その開口領域が円形に変形されて、直径が1mm〜1.5mm程度の開口になる。

0036

開口の直径がこれらの値よりも小さい場合は、マイクロ孔のあるカバーとも呼ばれる。

0037

高温ガス腐食と低温凝縮物腐食に対して耐性がある合金、例えばインコネルが、カバー12の材料として使用される。好ましくは、オーステナイト合金鋼又は適当なフェライト合金が使用されうる。

0038

カバーの壁厚は、1mmより小さく、特に0.5mm程度である。

0039

これらの値は、初期の金属シートについて適用される。カバーを製造するために使用されうる切断又は再形成の製造方法に関し、とげが発生する可能性があるため、表面の点の間の距離が測定される限り、カバーは、場合により、処理後に厚みが増してもいい。

0040

支持物14は、フレームのように構成され、板金で作られる。好ましくは、フェライト合金鋼が材料として使用される。好ましくは、熱膨張挙動が同じ合金鋼が、部品として、又は部品が接続される部品の壁として使用される。

0041

支持物14は、部品3の壁に適合可能な周辺マウント部16を備える。保持部18が、周辺マウント部16の内側に設けられる。保持部18は、支持物14の内縁を形成し、開口10よりわずかに大きい凹部を画定する。

0042

特に、図8で見られるように、保持部18は、マウント部16に対して垂直方向且つ部品3の壁に対しても垂直方向の、マウント部16に対するオフセットである。オフセットは、少なくとも有孔カバー12の厚さに対応する。オフセットは、好ましくは、わずかにより大きい(特に、図2を参照)。

0043

保持部18とマウント部16との間のオフセットは、支持物の平らな板金ブランクが適当にプレス加工されることにより、得られる。

0044

保持部18は、カバー12のための収容部を画定し、カバー12はこの収容部内に配置されうる(特に、図3図5図6を参照)。カバー12の寸法は、カバーが収容部よりもわずかに小さくなるように、選択される。言い換えると、カバー12の端面と、保持部18とマウント部16との間の遷移部分に形成される段20との間に、小さな隙間がある。この隙間は、0.2mm〜4mmの範囲内である。

0045

支持物14が部品3に取り付けられるとき、有孔カバー12は、隙間により、部品3の壁と平行に保持部18の下をさまようことができる。より具体的には、カバー12のための支持物上の停止面として機能する段20で終わりになるまでさまよう。

0046

支持物14は、そのマウント部16によって、部品3の壁にしっかりと固定される。図示されている例示的な態様では、マウント部16は、数箇所のスポット溶接点22で、溶接されている(図4参照)。マウント部16の周辺で外側に伸びる溶接シーム24を使用することも可能である(図2参照)。

0047

支持物14は、予め湾曲した状態で部品3に取り付けられうる(図3参照)。又は、これに代えて、支持部14は平らな状態で部品3上に配置されて(図5参照)、それから、部品3の外形追従するように部品3に押し付けられても良い。それから、支持物14は部品3に溶接される。

0048

図8に示すように、固定点26で、カバー12が保持部18に取り付けられる。スポット溶接点はここに含まれる。固定点26は、この場所で、支持物14に対する有孔カバー24の位置を決定する。温度変化が生じるとき、カバー12はこの場所から膨張又は収縮を開始する。さらに、予め取り付けられるアセンブリは、この方法で形成される。

0049

カバー12は、弾性的な弾力方法で、部品3の壁の外面と部品3に向き合った保持部18の面との間で、受け止められる。この目的のために、カバーは予め湾曲されていても良いし、ビードがカバーの外縁に沿ってプレス加工されても良い。代替の方法では、図2に示されるように、カバー12がその外縁の範囲内において二層方法で構成されるように、カバー12の外縁28が折り畳まれても良い。折り畳まれた端部の戻る力により、所望の弾力性のあるプレストレスがここに発生する。

0050

一方、ばねのプレストレスは非常に大きいため、部品3と支持物14に対するカバー12の動きが原因となる望まれない振動の騒音を防ぐことができる。他方、ばねの力は非常に小さいため、カバー12に作用する機械的負荷過度に高くなることなく、部品3と支持物14に対するカバー12の温度に関連した相対的な動きは許容される。

0051

図9図11は第2の実施形態を示している。同一の参照符号は、第1の実施形態で知られる部品について使用されたものであり、この点については上述の説明が参照される。

0052

第1の実施形態と第2の実施形態との差異は、第2の実施形態においては、支持物14が二層方法で実現されていることである。支持物14の外縁に垂直な断面で見られるように、支持物14の断面はU字形であり(図10参照)、カバー12が2つの脚14A,14Bの2つの対向する内面の間に配置される。ここの2つの脚14A,14Bの間の湾曲部分の内側が停止面20として機能する。

0053

支持物14は、図4に示されているように板金ブランク14’で作られても良い。

0054

第1の実施形態と同じ方法により、第2の実施形態のカバー12は、支持物14の内側に形成された収容部よりもわずかに小さく、隙間がカバー12の前面と停止面20との間にある。

0055

第2の実施形態において、弾性プレストレスがカバー12と支持物14の間で作用する。ここで、支持物14は、支持物14の2つの脚14A,14Bが、ばねのクランプのように、その間にあるカバー12を受け止めるようにして、生成される。さらに、又は代替の方法により、カバー12の外縁が、第1の実施形態で知られるように、折り畳まれる。

0056

支持物14は、カバー12と共に、部品3に予め取り付けられるアセンブリを形成する。この目的のために、2つの脚14A,14Bの間の湾曲部分の範囲内で支持物14を部品3の壁に接続するのに、溶接シーム24が使用される。溶接シーム24は、周りを囲むように又は一部だけに設けられる。

0057

代替の方法では、例えば数箇所のスポット溶接22により、支持物14の板金ブランク14’を部品3に最初に溶接し、それからその上にカバー12を置いて、支持物14が二層になるように外側のタブを折り畳むことができる。

0058

第2の実施形態においては、固定点における、特にスポット溶接点を使用した支持物14に対するカバー12の締め具も提供されうる。

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