KR20040030918A

KR20040030918A - 벌집형상체용 수축 제한기

Info

Publication number: KR20040030918A
Application number: KR10-2004-7001656A
Authority: KR
Inventors: 볼프강 마우스
Original assignee: 에미텍 게젤샤프트 퓌어 에미시온스테크놀로기 엠베하
Priority date: 2001-08-02
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2004-04-09
Also published as: WO2003014544A1; CN1314886C; EP1415073B1; RU2289025C2; KR100880755B1; DE10137897A1; CN1539053A; US20040152595A1; JP4716654B2; JP2004537414A; DE50209361D1; ATE352708T1; US8147763B2; ES2280564T3; RU2004106529A; EP1415073A1

Abstract

본 발명은 벌집형상체에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 내연 기관의 배기 시스템 내에 사용되는 벌집형상체에 관한 것이다. 이러한 벌집형상체는 하우징과, 평균 스타팅 직경을 가지는 특수 금속 매트릭스를 포함하며, 이 매트릭스는 하우징에 연결되어, 매트릭스의 하나 이상의 부분에 인장 응력을 야기시키는 하나 이상의 수축 제한기가 제공되고, 매트릭스의 평균 스타팅 직경은 열 충돌 동안 및/또는 열 충돌 후에 5%, 바람직하게로는 최대 2%만큼 감소된다.

Description

벌집형상체용 수축 제한기 {CONTRACTION LIMITER FOR A HONEYCOMB BODY}

내연 기관의 배기 시스템 내의 금속 벌집형상체는 높은 열 변화 응력(thermal alternating stress)에 노출되어 있음은 알려져 있다. 이러한 열 응력으로 인해, 그리고 표면-비 열 용량에 대해 하우징의 구성과 매트릭스의 구성이 대체로 동일하지 않은 결과, 하우징과 매트릭스의 팽창 거동이 상이하다. 하우징에 대해 반경 방향과 축선 방향으로 발생되는 매트릭스의 상대 이동은, 매트릭스를 하우징에 영구 고정하는 것과 관련하여 다양한 여러 개념들이 이미 알려져 있다.

하우징에 매트릭스를 고정시키기 위한 한 가지 알려진 가능성은 예컨대 미국특허 제 5,079,210호에 개시되어 있다. 상술한 미국특허의 명세서는 주름진 시이트 금속층과 평탄한 시이트 금속층의 금속성 벌집형상체를 개시하는데, 이러한 벌집형상체는 중간 슬리브를 통해 하우징에 연결되어 있다. 이러한 경우에, 하우징과 시이트 금속층의 연결은 중간층 슬리브의 일단부가 시이트 금속층에 연결되고, 타단부가 하우징에 연결되는 방식으로 구성되어 있다. 이러한 중간 슬리브는 다수의 가요성 하위영역(flexible subregions)을 가져서, 중간 슬리브는 금속 매트릭스의 수축 및 팽창 거동을 따라갈 수 있다. 축선 방향으로 연장하는 슬롯에 의해 가요성 소영역을 분리함으로써, 둘레 방향으로 매트릭스가 축소 및 팽창하는 것을 보상할 수 있다. 이러한 매트릭스는 또한 축선 방향으로 자유로이 팽창 및 수축할 수 있는 가능성을 가진다. 결과적으로, 하우징과 매트릭스의 상이한 열팽창 거동은 중간 슬리브의 가요성 변경에 의해 보상되어, 매트릭스에 의해 하우징 내에서 개시되는 열 응력은 없다.

그러나, 매트릭스의 엣지 영역과 중심 영역 내의 상이한 냉각 거동으로 인해, 공지된 열 변경 응력이 반복된 후, 금속성 벌집형상체는 특히 원통 형상에서 자신의 원래 형상을 더 이상 가지고 있지 않으며, 체적이 감소하고 배럴(barrel)과 유사한 외형을 가진다. 이로 인한 결과로서, 예컨대, 매트릭스와 하우징 사이에 비교적 커다란 환형 갭(gap)이 형성되고, 이러한 갭을 통해, 특히 내연 기관의 배기 시스템 내에서 벌집형상체가 작동하는 동안, 정화되지 않은 배기 가스가 유동하며, 그 결과, 법적 규제에 맞춘 효과적인 정화를 보장할 수 없다.

본 발명은 벌집형상체에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 내연 기관의 배기 시스템 내에 사용되는 벌집형상체에 관한 것이다. 이러한 벌집형상체는 하우징과, 평균 스타팅 직경을 가지는 매트릭스 특히, 금속 매트릭스를 포함한다. 이러한 유형의 벌집형상체는, 디젤 엔진 또는 불꽃 점화 엔진의 배기 가스를 정화하기 위한 특히 촉매 캐리어 부재로서 기능한다.

도 1은 내연 기관과 벌집형상체와 함께 배기 시스템의 구성을 개략적으로 도시한다.

도 2는 벌집형상체의 사시적이고 개략적인 도면이다.

도 3은 벌집형상체의 다른 실시예의 개략적이고 사시적인 상세도이다.

도 4는 벌집형상체의 다른 실시예의 개략적인 단면도이다.

도 5는 벌집형상체의 다른 실시예의 개략적이고 사시적인 상세도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 벌집형상체 2 : 배기 시스템

3 : 내연 기관 4 : 하우징

5 : 매트릭스 6 : 초기 직경

7 : 수축 제한기 8 : 단부 영역

9 : 연결 영역 10 : 단부 영역

12 : 벽 13 : 가스-입구-측 단부 측면

14 : 거리 15 : 축선

16 : 환형 갭 17 : 원주

18 : 울퉁불퉁한 포일 19 : 평탄한 포일

20 : 채널 21 : 두께

22 : 코팅 23 : 횡단 웹

24 : 횡단 슬롯 25 : 고정 수단

26 : 제 1 고정구 27 : 제 2 고정구

27 : 가스-출구-측 단부 측면

따라서, 본 발명의 목적은, 벌집형상체가 다양한 열 변화 응력을 받게 된 후에도 배기 가스 내의 오염물질의 효과적인 변환을 보장하는, 특히 내연 기관의 배기 시스템 내에 사용되는 벌집형상체를 구체화하는 것이다. 또한, 이러한 벌집형상체는 하우징에 매트릭스를 고정시키는 것과 관련하여 상당히 개선된 유효 수명을 가지게 된다.

이들 목적은 청구범위 제1항의 특징에 따른 벌집형상체에 의해 달성된다. 이러한 벌집형상체의 다른 유리한 개선예는 종속항에 기재되어 있으며, 이들 개선예는 개별적으로 또는 서로 결합되어 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 벌집형상체는 매트릭스가 매트릭스의 하나 이상의 부분 상에 외부로 향하는 인장 응력을 야기시키는 하나 이상의 수축 제한기를 구비하여, 매트릭스의 평균 초기 직경은 열 응력 동안 및/또는 열 응력 후에 최대 5%, 바람직하게로는 최대 2%만큼 감소된다. 본 발명의 명세서에서, 평균 외경은 매트릭스의 둘레에 걸쳐 평균을 낸 하나 이상의 값임을 이해한다.

본 명세서의 수축 제한기는, 매트릭스가 열 변경 응력을 받게 되어 수축하게 되는 경우의 응력 하에서 매트릭스의 적어도 일부분을 유지시킨는 벌집형상체의 부품이다. 그러나, 응력 제한기는 매트릭스의 팽창 및/또는 수축을 어느 정도까지는 또한 허용하며, 따라서 하우징만큼 심하게 이들 프로세스들을 차단하지 못하고, 하우징은 매트릭스에 대한 열 팽창 거동과 관련하여 강성이거나, 심지어 이러한 열 팽창과 무관하다. 예컨대, 수축 제한기는, 하우징과 비교할 때, 수축 제한기가 매트릭스의 팽창 및 수축 거동을 따라가기 전에, 방사상으로 발생하는 응력의 소정 부분만을 흡수할 수 있는 방식으로 구성되어 있다. 흡수되는 방사상 응력의 비율은 바람직하게 20% 내지 80%, 특히 35% 내지 70%이다. 그러나, 수축 제한기가 매트릭스와 비교해서 또는 온도에 의해 위치되는 소정의 열 팽창 거동을 가질 수도있다. 이것은, 예컨대, 수축 제한기가 매트릭스와 비교해서 보다 높은 온도 범위에서만 변형을 시작한다는 것, 그리고 하우징과 비교해서 보다 낮은 온도 범위에서 이미 변형을 시작한다. 이 경우에, 표면-비 열 용량도 중요해서, 어떤 상황하에서는, 수축 제한기의 이러한 표면-비 용량은, 매트릭스의 표면-비 열용량(surface-specific heat capacity)과 하우징의 표면-비 열용량 사이에 놓이는 영역에 위치하게 되는 것이 유리하다. 매트릭스와 하우징의 이러한 상이한 열 팽창 및 수축 거동은, 한편로는, 매트릭스의 열 거동이 상술한 방식으로 긍정적으로 영향을 미치게 하고, 특히 속도가 늦어지게 되는 한편, 이와 동시에 매트릭스 둘레의 케이싱이 지나치게 강성이 되는 것을 방지하는 것을 보장한다.

경에 대한 축방향 기준에 대해, 평균 외경이 특히, 인장 응력이 매트릭스 안으로 도입되는 영역에 인접하게 결정된다는 점을 주지해야 한다. 하나 이상의 수축 제한기는 예컨대, 인장 응력이 매트릭스 안으로 도입되는 영역 내에 또는 그 둘레의 개별 부품으로서 구성될 수 있다. 열 응력 동안의 이러한 효과는 매트릭스의 크기가 매우 제한된 정도로만 변화되며, 이 경우, 특히 하우징 내에 매트릭스를 고정시키는 작용을 하는 연결 수단에서 로드가 제거된다. 상기 연결 수단은 예컨대, 하나 이상의 수축 제한기와 비교적 인접하게 배열된다면, 특히 1mm 내지 10mm의 거리 내에 배열된다면, 매트릭스는 열 응력에도 불구하고 하우징에 대해 사실상 불변의 위치에 유지된다. 이러한 개선예는 연결 수단이 비교적 강성 구성이 될 수 있게 한다.

그러나, 어떤 환경 하에서는 하나 이상의 수축 제한기 그 자체가 하우징과매트릭스의 연결의 일부분인 것이 또한 유리하다. 매트릭스와 하우징 사이의 가요성 연결 부재가 하우징에 대한 매트릭스의 비차단 상대 이동을 허용하는 것으로 알려져 있으나, 이와 반대로, 본 발명에 따르면 벌집형상체의 외형 특히, 매트릭스의 외형이 다양한 열 변화 응력에 대해 실질적으로 일정하게 유지되는 특정 방식으로 매트릭스의 수축 거동에 영향을 주는 것이 제안된다. 이 경우에, 최대 5% 만큼의 평균 초기 직경의 최대 허용 축소가 보장되는데, 이것은 한편으로는 매트릭스와 하우징의 상이한 열 팽창 거동에 의한 계산이며, 다른 한편으로는, 매트릭스가 하나 이상의 수축 제한기에 의해 가능한 멀리 흩어지게 되는 것을 보장해서, 매트릭스는 하우징의 전체 횡단면을 사실상 가득 채운다. 매트릭스의 공동(cavity)은 결국 넓게 개방되며, 벌집형상체를 통해 유동하는 가스 유동의 압력에서의 상당히 작은 강하만이 감지될 수 있다.

이러한 벌집형상체의 다른 개선예에 따르면, 하나 이상의 수축 제한기가 매트릭스의 단부 영역에 연결되어, 연결 영역이 형성되고, 하나 이상의 수축 제한기가 하우징의 단부 영역과 연결되어, 부착 영역이 형성된다. 이러한 연결의 개선은, 특히, 매트릭스의 자유로운, 축방향 팽창 및 수축 거동을 보장한다. 이 경우에, 연결 영역은 바람직하게로는 매트릭스의 둘레 방향으로 둘러싸는 구성이어서, 인장 응력이 매트릭스안으로 가능한 균질로 개시된다. 따라서, 매트릭스의 구조적 완전성(integrity)에 제공될 수 있는 응력 피크(stress peak)가 방지된다.

하나 이상의 수축 제한기와 매트릭스가 공토의 연결 영역을 구비한다면, 그리고 매트릭스가 접합 기술에 의해서로 연결되어 있는 다수의 벽을 구비한다면, 본발명의 벌집형상체의 또 다른 개선예에 따라, 연결 영역을 통해 인가된 인장 응력은 최대로, 다수의 벽)의 서로에 대한 접합 연결부의 평균 강도 및/또는 상기 다수의 벽 자신의 평균 강도에 상응한다. 이 경우의 평균 강도는 매트릭스의 인접하는 벽들의 개별적인 연결점과 이들 벽 자체의 재료의 인장 강도에 근거한 평균값을 의미한다.

연결 제한기에 의해 적용된 인장 응력의 제한은, 접합 연결 그 자체도 벽도 파손되지 않음을 보장한다. 인장 응력이 특히 외측 또는 방사상 외측으로 향하면, 이러한 방향으로의 연결부의 대응 강도 또는 벽의 대응 강도는 이 연결부의 전방쪽이다.

하나 이상의 수축 제한기의 구성과 관련하여, 접합 연결부 또는 다수의 벽의 평균 강도가 온도-의존적인 것을 보장하기 위해, 이 경우, 접합 연결부 또는 다수의 벽의 평균 강도에서의 온도-관련 강하가 존재한다면, 각각의 경우(연결부 또는 다수의 벽) 내의 낮은 강도는 적용되는 인장 응력보다 높다는 것을 주의해야 한다.

벌집형상체의 또 다른 개선예에 따르면, 하나 이상의 수축 제한기에 의해 발생된 인장 응력은 -40℃ 내지 1050℃의 온도 범위에서 작용한다. 이러한 온도 범위는 이러한 유형의 벌집형상체의 사용에 발생하는 온도를 포함한다. 이러한 방법으로, 인장 응력의 존재와, 이에 따른 제한된 수축 거동이 항상 보장된다. 본 명세서에서, 상당한 저오, 특히 0℃ 이하, 그리고 특히 -20℃ 이하의 영역에서의 벌집형상체의 수축에 추가로, 600℃ 내지 1050℃의 온도 범위가 또한 중요한 역할을 한다. 이러한 온도 범위는 뜨거운 배기 가스에 의한 매트릭스의 열 응력 동안 또는 그 후에 금속 매트릭스의 수축 및 팽창 거동과 관련해 실질적인 의미를 가진다. 이러한 온도 범위에서, 예컨대, 내연 기관이 전환된 후, 특히 매트릭스와 하우징의 열 팽창 거동과 관련한 커다란 차이가 발생된 후 바로 또는 냉간 시동 상태에서, 특히 고속의 온도의 변화에서, 벌집형상체의 수축이 차단되는 이러한 온도 범위에서, 이것은 정밀하게 된다. 이와 관련하여, 매트릭스, 하나 이상의 수축 제한기 및 하우징은, 매트릭스가 하나 이상의 수축 제한기를 통해 직접 하우징에 대해 견디는 방식으로, 적어도 하위영역(subregions)에 서로에 대해 배열될 수 있는데, 이 경우에, 상당히 낮은 인장 응력 또는 심지어 압축 응력이 하우징에 의해 600℃ 아래의 온도에서 매트릭스내에서 적어도 부분적으로 발생한다.

본 발명의 다른 개선예에 따르면, 연결 영역은 단부 측면에 근접해서, 바람직하게로는 단부 측면으로부터 축선 방향으로 20mm 미만, 특히 10mm 미만의 축선 방향으로의 거리 내에 배열된다. 예컨대, 내연 기관의 배기 시스템에 이러한 유형의 벌집형상체를 사용하는 것을 고려한다면, 상당히 큰 열 변화 응력이 가스 출력측의 영역과 가스 입력측의 영역, 즉 양 단부 측면의 영역에 정확하게 존재한다. 또한, 이러한 유형의 배기 가스 유동에서 압력의 상당히 큰 요동이 발생되므로, 이것은, 특히 동역학적 측면에서도 심하게 응력을 받는 가스 입력측에 근접한 매트릭스의 영역이다. 따라서, 가스 입력측에 근접한 연결 영역의 구성은 이러한 영역의 구조적 완성도를 또한 지지한다. 또한, 이러한 유형의 주어진 연결부, 축방향으로의 벌집형상체의 팽창 또는 수축이 가스 입력측 및/또는 가스 출력측의 상대 이동만을 야기시키므로, 가스 입구측 및/또는 가스 출력측은, 적절하다면, 배기 시스템내의 벌집형상체의 고정 기준점으로서 사용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 개선예에 따르면, 하나 이상의 수축 제한기는 이 수축 제한기가 매트릭스를 둘러하는 환형 갭을 밀봉시키는 방식으로 구성된다. 이것은, 예컨대, 정화되는 배기 가스가 매트릭스를 통과하지만, 전체 배기 가스 유동이 매트릭스를 통과하여 촉매식으로 변환되는 것을 보장한다.

본 발명의 또 다른 개선예에 따르면, 다수의 수축 제한기는 직렬로 서로 축방향으로 배열되며, 매트릭스의 외주의 방향으로 서로에 대한 배열 오프셋이 바람직하다. 특히, 다수의 수축 제한기는 이들이 축선의 방향으로 가요성이 있어서, 매트릭스의 자유로운 축방향 수축 및 팽창이 가능한 방식으로 구성된다. 이러한 벌집형상체의 개선은, 특히, 매트릭스가 2보다 큰 축방향 길이에 대한 초기 직경의 비를 가진다면 적절하다. 벌집형상체의 시가(cigar)와 유사한 이들 실시예에서, 다수의 수축 제한기는 서로 직렬로 연결되어, 하우징에 매트릭스를 영구 고정시키며, 이들 수축 제한기들은 방사상으로도 축방향으로도 매트릭스의 팽창 및 수축 거동을 차단하지 못한다.

벌집형상체의 또 다른 개선예에 따르면, 하나 이상의 수축 제한기와 매트릭스는 상이한 물질로 이루어진다. 이 경우에, 하나 이상의 수축 제한기와 매트릭스는 상이한 열팽창 계수를 가지도록 구성되는 것이 바람직하다. 이것은 그 중에서도 특히 중요한데, 그 이유는, 적용되는 최대 인장 응력이 상당히 온도-의존적이고, 재료의 기술적인 선택과 하나 이상의 수축 제한기와 매트릭스의 열 팽창 계수가 소정의 인장 응력이 변화하게 하며, 특히 이 경우에 상이한 온도 범위에서 온도의 함수로서 도입되게 하기 때문이다.

벌집형상체의 또 다른 개선예에 따르면, 매트릭스는 하우징에 대해 단열되어 있다. 이것은 매트릭스와 하우징 사이의 열 교환을 억제하는 장점을 제공하여, 수축 제한기가 매트릭스와 하우징의 열 팽창 거동에 관해 열원(heat source) 및 방열기(heat sink)를 구성하지 않는다.

벌집형상체의 또 다른 개선예에 따르면, 매트릭스의 다수의 벽은 가스가 관류하는 채널을 형성하는 방식으로 적층 및/또는 감겨지는 적어도 부분적으로 울퉁불퉁한 시이트-금속 포일을 포함한다. 특히, 시이트-금속 포일의 나선형, S자형, 또는 소용돌이형 배열이 바람직하다. 이 경우에, 시이트-금속 포일은 바람직하게로는 0.06mm 미만, 특히 0.03mm 미만의 두께를 가진다. 매트릭스는 600 cpsi("cells per square inch")보다 큰 채널 밀도, 특히 1000 cpsi보다 큰 채널 밀도를 가지는 것이 특히 유리하다. 내연 기관의 배기 시스템 내에 이러한 유형의 벌집형상체의 사용과 관련하여, 벌집형상체의 촉매 활성 코팅은 비교적 낮은 온도의 배기 가스내의 오염물질의 유효한 변환을 보장할 수 있도록 하는데 유리하다.

벌집형상체의 또 다른 개선예에 따르면, 매트릭스는, 특히 하나 이상의 수축 제한기를 적어도 부분적으로 형성하는 외부의 울퉁불퉁한 포일에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인다. 이러한 울퉁불퉁한 포일은 여기서, 적절하다면, 에워싸는 하나의 피스의 수축 제한기를 구성한다는 장점을 제공하며, 울퉁불퉁한 성질로 인해 원주 방향으로의 임의의 가요성이 동시에 보장된다.

벌집형상체의 또 다른 개선예에 따르면, 균열 확장(crack propagation)을 방지하기 위한 수단을 구비한다. 이러한 유형의 수단은, 예컨대, 재료의 축적, 횡단 웹, 횡단 슬롯 등이며, 이는 수축 제한기를 통해 열적으로 또는 기계적으로 야기된 균열이 차단없이 전파되는 것을 방지한다.

아래에, 도면을 참조하여 특히 바람직한 실시예를 사용하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 1은 내연 기관(3)내에 발생되는 배기 가스를 정화시키기 위한 배기 시스템(2)의 구성을 개략적으로 도시한다. 배기 가스 내의 오염물질의 변환을 위해, 배기 시스템(2)은 예컨대, 입자 트랩, 전기 가열 부재, 또는 그밖에 벌집형상체(1)와 같은 다수의 부품을 갖추고 있다.

도 2는 특히 내연 기관의 배기 시스템에 사용하기에 적합한 벌집형상체의 시시예를 개략적이고 사시적으로 나타낸 도면이다. 이러한 벌집형상체(1)는 하우징(4)과, 평균 초기 직경(6)을 가지고 있는 금속 매트릭스(5)를 포함한다. 이러한 매트릭스(5)는 하나 이상의 수축 제한기(7)(도시 안됨)에 의해 하우징(4)에 연결되어 있는데, 이러한 하나 이상의 수축 제한기는 매트릭스(5) 내에 외향 인장 응력을 야기시켜서, 매트릭스(5)의 평균 초기 직경(6)이 최대 5%, 바람직하게로는 최대 2%까지 만큼만 열 응력 동안 및/또는 열 응력 후에 축소된다.

이 경우에, 하나 이상의 수축 제한기(7)는 단부 영역(8)(도시 안됨)에 의해매트릭스(5)에 연결되어 연결 영역(9)이 형성된다. 단부 영역(10)에 의해 하나 이상의 수축 제한기(7)가 하우징(4)에 연결되어 부착 영역(11)을 형성한다. 이러한 연결 영역(9)은 가스-입구측 단부 측면(13)으로부터 20mm 미만의 축선(15) 방향으로의 거리(14) 내에 가스 입구측과 근접하게 배열된다. 또한, 마찬가지로, 본 발명에 따르면, 가스-출구측 단부 측면(28)과 근접하게 연결 영역(9)을 형성하는 것도 가능하다.

벌집형상체(1)의 매트릭스(5)는 가스가 관류할 수 있는 채널(20)을 형성하는 방식으로 적층 및/또는 감겨지는 적어도 부분적으로 울퉁불퉁한 시이트-금속 포일(18, 19)을 포함하는 다수의 벽(12)을 갖추고 있다. 도시된 벌집형상체의 실시예는 S자형 배열의 시이트-금속 포일(18, 19)을 나타내며, 각각의 경우에, 시이트-금속 포일(18, 19)은 벌집형상체(1)의 원주(17) 상에서 종결된다.

도 3은 하우징(4)과 매트릭스의 하위 영역의 개략적인 상세도이며, 매트릭스(5)는 다수의 수축 제한기(7)를 통해 하우징(4)에 연결되어 있다. 수축 제한기(7)는 외측으로 향하는 즉, 하우징(4)을 향하는 인장 응력을 야기시켜서, 매트릭스(5)의 평균 초기 직경(6)(도시 안됨)이 열 응력 동안 및/또는 열 응력 후에 최대 5%, 바람직하게로는 최대 2%까지만큼 축소시킨다.

수축 제한기(7)가 매트릭스(5)의 단부 영역(8)과 연결되어, 연결 영역(9)이 형성되고, 수축 제한기(7)가 하우징(4)의 단부 영역(10)과 연결되어, 부착 영역(11)이 형성된다. 이 경우에, 연결 영역(9)을 통해 적용된 인장 응력은 최대로, 벽(12)의 서로에 대한 평균 접합 연결 강도 및/또는 벽(12)의 평균 강도 그 자체와 대응한다.

이들 벽(12)은 울퉁불퉁한 포일(18) 및 평탄한 포일(19)과 함께 여기에 형성되어, 가스가 관류할 수 있는 채널(20)을 형성한다. 시이트-금속 포일(18, 19)은 0.06mm 미만의 두께(21)를 가진다. 내연 기관(3)의 배기 시스템(2)에 이러한 유형의 벌집형상체의 사용하는 것과 점과 관련해서, 매트릭스(5)의 채널 밀도는 적어도 600 cpsi("단위 인치당 셀의 개수(cells per square inch)")이며, 시이트-금속 포일(18, 19)에는 배기 가스내에 포함된 오염 물질의 변환을 위한 촉매 활성 코팅(catalytically active coating; 22)이 제공된다.

도시된 수축 제한기(7)는 균열 확장을 방지하기 위한 수단(예컨대, 횡단 웹(23) 및 종단 슬롯(24))을 갖추고 있다. 이것은 연결 영역(9)으로부터 부착 영역(11)까지 균열이 확장되는 것을 방지한다. 하우징(4)과 매트릭스(5) 사이에 수축 제한기(7)를 배열함으로써, 수축 제한기(7)에 의해 유리하게 밀봉되는 환형 갭(16)이 형성되게 한다. 매트릭스(5)를 제조한 후 통상 바로 하우징(4)에 대한 흡입(suction)을 견디고, 매트릭스(5)의 평균 초기 직경(6)의 축소가 본 발명에 따라 열 응력 동안 및/또는 열 응력 이후에 최대 5% 만큼 축소하기 때문에, 이러한 환형 갭(16)은 비교적 작다.

도 4는 본 발명에 따른 벌집형상체의 다른 실시예의 개략도이다. 이 경우에, 매트릭스(5)는 다수의 수축 제한기(7a, 7b)에 의해 하우징(4)에 연결되며, 연결 영역(9)은 수직 제한기(7a, 7b) 중 하나와 매트릭스(5) 사이에 각각 형성되며, 부착 영역(11)은 각 경우의 수직 제한기(7a, 7b) 중 하나와 매트릭스(5) 사이에 형성된다. 수축 제한기(7a, 7b)는 매트릭스내에 외측으로 향하는 인장 응력을 야기시키서, 매트릭스(5)의 평균 초기 직경(6)이 열 응력동안 및/또 는 열 응력 이후에 최대 5% 만큼 축소된다. 이러한 수축 제한기(7a, 7b)는 하나가 하나의 뒤로 배열되는 방식과 같이 축방향(15)으로 배열되며, 매트릭스(5)의 외주(17)(도시 안됨)의 방향으로 서로에 대한 배열 오프셋이 바람직하다. 수축 제한기(7a, 7b)는 이들이 축방향(15)으로 가요성을 가지도록 구성되어 있어서, 매트릭스(5)의 자유로운 축방향 수축 및 팽창을 가능하게 한다.

매트릭스(5)의 외부 구성은, 다수의 열 변화 응력 이후에 통상 나타나는 방식으로 여기에 설명되어 있다. 평균 초기 직경(6)이 연장하는 점선은 본래 형상(원통 형상)을 나타내지만, 매트릭스(5)는 현재 배럴의 형상이다. 그러나, 수축 제한기(7a, 7b)는 특히, 가스-출구-측 단부 측면(28) 또는 가스-입구-측 단부 측면(13)과 근접해서, 5%의 평균 초기 직경(5)의 최대 수축이 허용되므로, 환형 갭(16)이 상당히 작게 유지된다.

도 5는 벌집형상체의 다른 실시예의 개략적이고 사시적인 상세도이다. 이 경우에, 매트릭스(5)는 유체가 관류할 수 있는 채널(20)을 형성하는 방식으로 평탄한 포일(19)과 울퉁불퉁한 포일(18)로 다시 형성된다. 도시된 실시예에서, 매트릭스(5)는 수축 제한기(7)에 의해 둘러싸이고, 수축 제한기(7)는 2개의 연결 영역(9)을 통해 매트릭스(5)에 연결된다. 수축 제한기(7)는 매트릭스(5)의 하나 이상의 부분 내에 외측으로 향하는 인장 응력을 발생시켜서, 매트릭스(5)의 평균 초기 직경(6)(도시 안됨)이 열 응력 동안 및/또는 열 응력 후에 최대 5%만큼 감소된다.이 경우, 매트릭스(5)는 하나 이상의 고정 수단(25)에 의해 하우징(4)(도시 안됨)에 고정되며, 이러한 고정 수단(25)은 제 1 고정구(26)를 통해 하우징(4)에 연결되고, 제 2 고정구(27)에 의해 매트릭스(5)에 연결된다. 수축 제한기(7)에 의해 외경에서의 실질적인 감소가 방지되므로, 특히, 제 2 고정구(26)가 수축 제한기(7)와 근접하게 배열되지 않았다면, 매트릭스(5)는 비교적 안정된 고정 수단(25)에 의해 고정될 수 있다.

Claims

하우징(4)과, 평균 초기 직경(6)을 가지는 특히 금속성 매트릭스와 같은 매트릭스(5)를 포함하는, 특히 내연 기관(3)의 배기 시스템(2)용 벌집형상체(1)로서,

상기 매트릭스(5)가 상기 하우징(4)에 연결되고, 상기 매트릭스(5)의 하나 이상의 부분에 외측으로 향하는 인장 응력을 발생시키는 하나 이상의 수축 제한기가 제공되어, 상기 매트릭스(5)의 상기 평균 초기 직경(6)이 열 응력 동안 및/또는 열 응력 후에 최대 5%, 바람직하게로는 심지어 최대 2% 만큼 감소되는 것을 특징으로 하는,

내연 기관의 배기 시스템용 벌집형상체.
제 1 항에 있어서,

상기 매트릭스(5)는 상기 하나 이상의 수축 제한기(7)를 통해 상기 하우징(4)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는,

내연 기관의 배기 시스템용 벌집형상체.
제 1 항 또는 제 2항에 있어서,

상기 하나 이상의 수축 제한기(7)는 단부 영역(8)에 의해 상기 매트릭스(5)에 연결되어 연결 영역(9)이 형성되고, 단부 영역(10)에 의해 상기 하우징(4)에 연결되어 부착 영역(11)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,

내연 기관의 배기 시스템용 벌집형상체.
제 1 항, 제 2 항 또는 제 3항에 있어서,

상기 하나 이상의 수축 제한기(7) 및 상기 매트릭스(5)는 공통의 연결 영역(9)을 구비하며, 상기 매트릭스(5)는 접합 기술에 의해 서로 연결되는 다수의 벽(12)을 갖추고 있고, 상기 연결 영역(9)을 통해 적용된 상기 인장 응력은 최대로, 상기 다수의 벽(12)의 서로에 대한 접합 연결부의 평균 강도 및/또는 상기 다수의 벽(12) 자신의 평균 강도에 상응하는 것을 특징으로 하는,

내연 기관의 배기 시스템용 벌집형상체.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하나 이상의 수축 제한기(7)에 의해 생성된 상기 인장 응력은 -40℃ 내지 1050℃의 온도 범위에서 작용하는 것을 특징으로 하는,

내연 기관의 배기 시스템용 벌집형상체.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하나 이상의 수축 제한기(7) 및 매트릭스(5)는 공통의 연결 영역(9)을 구비하고, 상기 연결 영역(9)은 단부 측면(13, 28)에, 바람직하게로는 상기 단부 측면으로부터 20mm 미만 특히, 10mm 미만의 축선(15) 방향으로의 거리 내에 근접하게 배열되는 것을 특징으로 하는,

내연 기관의 배기 시스템용 벌집형상체.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하나 이상의 수축 제한기(7)는 상기 수축 제한기(7)가 상기 매트릭스(5)를 둘러싸는 환형 갭(16)을 밀봉시키는 방식으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는,

내연 기관의 배기 시스템용 벌집형상체.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

다수의 수축 제한기(7a, 7b)는 축방향으로 직렬식으로 배열되고, 상기 매트릭스(5)의 외주(17)의 방향으로 서로에 대한 배열 오프셋이 바람직하고, 특히, 상기 다수의 수축 제한기(7a, 7b)는 상기 축선(15)의 방향으로 가요성을 가져서 상기 매트릭스(5)의 자유로운 축방향 수축 및 팽창이 가능하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는,

내연 기관의 배기 시스템용 벌집형상체.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하나 이상의 수축 제한기(7) 및 상기 매트릭스(5)는 상이한 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는,

내연 기관의 배기 시스템용 벌집형상체.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 매트릭스(5)는 상기 하우징(4)에 대해 단열되어 있는 것을 특징으로 하는,

내연 기관의 배기 시스템용 벌집형상체.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하나 이상의 수축 제한기(7)는 상기 매트릭스(5)와 상이한 열팽창 계수를 가지는 것을 특징으로 하는,

내연 기관의 배기 시스템용 벌집형상체.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 매트릭스(5)는, 가스가 관류할 수 있는 채널(20)을 형성하는 방식으로 적층 및/또는 감겨 있는 적어도 부분적으로 울퉁불퉁한 시이트-금속 포일(18, 19)을 포함하는 것을 특징으로 하는,

내연 기관의 배기 시스템용 벌집형상체.
제 12 항에 있어서,

상기 매트릭스(5)는 특히, 적어도 부분적으로 상기 하나 이상의 수축 제한기(7)를 형성하는 외부의 울퉁불퉁한 포일(18)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는,

내연 기관의 배기 시스템용 벌집형상체.
제 12 항 또는 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 시이트-금속 포일(18, 19)의 두께(21)는 0.06mm 미만, 특히 심지어 0.03mm 미만인 것을 특징으로 하는,

내연 기관의 배기 시스템용 벌집형상체.
제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 매트릭스(5)의 상기 채널의 밀도는 600cpsi, 특히 1000cpsi 보다 큰 것을 특징으로 하는,

내연 기관의 배기 시스템용 벌집형상체.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

촉매 활성 코팅(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는,

내연 기관의 배기 시스템용 벌집형상체.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하나 이상의 수축 제한기(7)는 균열 확장을 방지하는 방지 수단(23, 24)을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는,

내연 기관의 배기 시스템용 벌집형상체.