CN103328780B - 废气处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于内燃机、特别是机动车排气系统的废气处理装置（1），包括壳体（2）（其护套（3）在周向方向上包围容置空间（5））、设置在容置空间（5）内的至少一个废气处理元件（6）、以及由弹性支承材料构成的承载层（7），承载层在周向方向上包围至少一个废气处理元件（6），并且在径向抵靠至少一个废气处理元件（6）。改进的设计来自绝缘层（8），其由热绝缘的、耐压绝缘材料构成，绝缘层在护套（3）内在周向方向上包围承载层（7）。

Description

废气处理装置

技术领域

本发明涉及用于内燃机、特别是机动车排气系统的废气处理装置，其具有壳体，其护套在周向方向上包围容置空间，具有至少一个废气处理元件，其设置在容置空间内，具有弹性支承材料的承载层，其在周向方向上包围至少一个废气处理元件，并且径向地抵靠至少一个废气处理元件，具有热绝缘的、耐压的绝缘材料的绝缘层，其在护套内在周向方向上包围承载层。

背景技术

通常，废气处理装置(例如颗粒过滤器或催化转化器)包括壳体，其护套在周向方向上包围容置空间，其中，在容置空间中设置有至少一个废气处理元件，例如其可以是颗粒过滤器元件或者催化剂元件。这样的废气处理元件例如可以具有陶瓷基体，其特别地可以具有单片式结构。这样的陶瓷废气处理元件对冲击荷载相当地敏感，因此必须以减震的方式安装在壳体或者护套中。据此，通常的废气处理装置通常会额外地包括弹性支承材料的承载层，其在周向方向上包围各个废气处理元件。

因为这样的常规设计的承载层还用于在壳体内将各个废气处理元件固定在相应的位置处，所以各个废气处理元件和壳体护套与设置在其间的承载层压接在一起。在这里选择所使用的支承材料以使得，可在整个废气处理装置的常用温度范围内确保各个废气处理元件所需要的夹持力和缓冲效果。在这里，承载层必须平衡一方面为金属护套和另一方面为陶瓷废气处理元件之间的温度膨胀系数。

在当前的废气处理装置中，可额外地提供热绝缘，其在外侧包围壳体或者护套从而降低周围环境的热负载。然而这样的设计在许多方面都是不利的。一方面，必须固定设置在护套外侧的绝缘体，例如其可以利用包围护套的另一金属套筒来实现。这种设计相当棘手且昂贵。在另一方面，径向设置在绝缘层和承载层之间的护套会产生更高的温度，因为设置在护套外侧的绝缘层妨碍了护套的冷却。护套内的这样高的温度会在护套和各个废气处理元件之间引起更大的热诱导相对移动，从而各个废气处理元件的安装被削弱。同时，会产生更高的护套腐蚀负荷。为了补救这一点，护套可使用更加昂贵的材料，其具有更高的耐腐蚀性和/或更低的温度膨胀系数。

DE102008048314A1公开了一种用于内燃机排气系统的废气处理装置，其壳体包括设置在内侧内部的、在周向方向上包围容置空间的护套，以及设置在外侧部的、包围设置在内侧内部的护套并且由此还在周向方向上包围容置空间的护套。此外，废气处理装置包括设置在容置空间内的废气处理元件，以及弹性支承材料的承载层，承载层在周向方向上包围废气处理元件，在压力下径向地抵靠所述的废气处理元件，将这一压力传递至设置在内侧内部的护套上。由此，废气处理元件相对于设置在内侧内部的护套而被固定在相应位置处。

此外，现有的废气处理装置包括热绝缘绝缘材料的绝缘层，其包围设置在内侧内部的护套，因此还在周向方向上包围设置在外侧部的护套内的承载层和废气处理元件。在这里，绝缘层抵靠于设置在外侧部的护套，并且通过织网抵靠设置在内侧内部的护套，从而将绝缘层定位在设置在外侧的护套内。除此之外，现有的废气处理装置装备有金属箔，其径向设置在承载层和设置在护套内部之间。

发明内容

本发明旨在解决在最开始所述类型的废气处理装置的改进实施方式的问题，其特征特别地在于在充分热绝缘的情况下，可以获得相当成本效益的可实现性。

本发明基于这样的总体构思，在承载层和护套之间径向地设置绝缘层，以使得绝缘层在周向方向上包围承载层，并且特别地直接或间接抵靠于护套。在这里重要的是，绝缘层由热绝缘材料和耐压的绝缘材料构成。在护套和支承层之间，通过使用耐压绝缘材料，能够将径向定向的、相对于护套来固定至少一个废气处理元件所需要的、由承载层所引入的压力传递至至少一个废气处理元件上。由此，由承载层所引入至至少一个废气处理元件内的压力由直接或者间接抵靠承载层的绝缘层而被传递到护套上。伴随在护套和各个废气处理元件之间发生的热诱导相对运动，其导致在各个废气元件和护套之间形成的环形间隙的径向测量的间隙宽度变化，并且据此伴随有设置在该环形间隙内的承载层和绝缘层的压力负载的变化，由于其压力稳定性，压力负载基本上不会产生形状上的变化，而是保持尺寸稳定。与弹性支承材料相比，耐压绝缘材料在通常所产生的压力下不会或者基本上不会改变其形状。因此，在运行期间所产生的间隙变化基本上仅导致承载层的变形，特别地，支承材料以常规的方式选择，以使得其可以弹性地缓冲这样的间隙变化。由此，本发明提供一方面通过绝缘层的方式压力抵靠护套的热绝缘材料和在另一方面通过承载层的方式利用热诱导膨胀作用的补偿来弹性固定的各个废气处理元件之间的功能分离。因此，可以避免弹性热绝缘材料的不利的相互作用。

与常规的、非耐压的例如可由纤维垫构成的绝缘材料相比，昂贵的支承材料的特征在于支承材料的变形大多是弹性变形，而常规的纤维绝缘材料至少部分地发生类似的可塑变形。因此，在环形间隙内不再使用常规的、非耐压支承材料，因为需要用于将各个废气处理元件固定在相应位置处的各个废气处理元件和护套之间的径向抵靠会作为间隙变化的一部分而被明显地和永久地降低。

通过使用根据本发明所提出的耐压绝缘材料，可以避免这些缺点。间隙变化基本上完全由支承材料(大部分弹性地)补偿，从而不会出现临界压缩量的预负载。因此，可以降低护套的温度，从而对于护套来说还可以使用更加经济的材料。

特别地，绝缘层可以通过弹性中间层间接地支撑在承载层上，或者直接地支撑在承载层上。中间层例如可以是优选为弹性的蒸汽阻隔层。

另外地或者可替换地，特别地，绝缘层可以通过弹性中间层间接地支撑于护套，或者直接支撑于护套。所述的中间层例如可以优选为弹性的蒸汽阻隔层。

根据一种有利的实施方式，蒸汽阻隔层可以径向地设置在承载层和绝缘层之间，其在周向方向上包围承载层，并且径向抵靠承载层以及绝缘层。借助于这样的蒸汽阻隔层，绝缘层可以避免受到例如由于冷凝而在废气处理装置中产生的湿气的侵害。当在废气中所携带的蒸汽在排气系统、特别是在这样的废气处理装置内的冷面上冷凝的时候，特别地，这样的冷凝会在排气系统的冷启动阶段过程中产生。通过使用这样的优选的弹性蒸汽阻隔层，例如其能够使用对蒸汽或者湿气灵敏的绝缘材料。

根据另一种有利的实施方式，蒸汽阻隔层可以径向地设置在绝缘层和护套之间，其在周向方向上包围绝缘层并且绝缘层通过蒸汽阻隔层而抵靠至护套。虽然相对于承载层，前述提及的蒸汽阻隔层保护绝缘层免于蒸汽的侵害，但是未引入相对于护套保护绝缘层免于蒸汽的侵害的蒸汽承载层。例如，通过使用这样的优选的弹性蒸汽阻隔层，可以降低护套的腐蚀危害，以使得原则上护套能够使用更加经济的材料，和/或降低护套壁厚。

原则上，可以为绝缘层提供这样的蒸汽阻隔层，每个蒸汽阻隔层均径向向内及径向向外。此外，能够用这样的蒸汽阻隔层完全包围绝缘层，即径向以及轴向地向内和向外。

各个蒸汽阻隔层例如可以是相当薄的金属箔，其可以具有0.05mm至0.1mm或者厚达0.2mm的壁厚。适用于此的例如轻质金属箔，特别是铝箔或者钢箔，特别是不锈钢箔。

根据一种有利的实施方式，绝缘材料可以是多微孔固体材料。这样的多微孔固体材料在一方面具有所需要的耐压性，并且在另一方面的特征在于具有相当高的热绝缘效果。通过选择合适的材料，这样的多微孔固体材料还具有足够的耐高温性。其它合适的固体材料例如为轻质耐火砖，例如硅酸钙。同样，还可以使用膨胀云母或者蛭石。

在另一种实施方式中，可以提供绝缘层在周向方向上为分段的并且包括多个绝缘体，多个绝缘体在周向方向上相互衔接并且每个绝缘体都在周向方向上延伸。使用这样的周向分段的绝缘体形式的绝缘层简化了绝缘层在承载层上的组装或者附着。

实际上，在周向方向上相邻接的绝缘体可以在周向方向上径向地相互叠加。由此，可以降低废气和/或废热的径向泄漏。在这种情况中，相邻接的绝缘体会以榫槽原理的方式相互啮合。

在另一种实施方式中，绝缘体在它们的轴向延伸方向上每一个均可以包括至少一个周向台阶，其中在周向方向上相邻接的绝缘体可以在周向方向与这些周向台阶轴向地相互叠加。这样，可以避免废气的轴向泄漏。此外，相邻接的绝缘体之间在周向方向上的叠加会稳定绝缘层。

在存在完全包围绝缘层的蒸汽阻隔层的情况中，这样的蒸汽阻隔层本身分别包围各个绝缘体是可行的。

在另一种实施方式中，绝缘层或者至少一个绝缘体可被轴向地和/或在周向方向上固定在护套上。如此，可简化废气处理装置的组装，特别是所谓的罐装制造，即，将各个废气处理元件引入至护套中。为此，在一方面为护套提供有绝缘层，同时在另一方面为各个废气处理元件提供有承载层。组装时，承载层的压接随后会同时发生。

可以利用合适的紧固方式来实现绝缘体或者绝缘层在护套上的固定，例如可以采用螺钉或者铆钉或者胶合连接。可替换地，同样能够在绝缘层或者绝缘体和护套之间产生摩擦连接的和/或正连接的固定，例如借助于几何不规则构件，例如筘齿、焊珠或者钝边。

根据再一实施方式，可在绝缘层的至少一个轴向末端上设置保护环，其径向地抵靠着承载层和护套，并且轴向地抵靠着绝缘层。借助于这样的保护环，绝缘层可以免于直接暴露至废气。特别地，保护环可以被设计为热绝缘。另外地或者可替换地，保护环可被设计为蒸汽阻隔的。特别地，保护环可以由支承材料来制造。可替换地，还能够由编织丝网来压制保护环，其中任选地可以提供陶瓷填料。

根据再一实施方式，护套可以包括至少一个环形台阶，特别地，其轴向地限定环形的绝缘空间，并且径向地抵靠承载层，其中绝缘层设置在该绝缘空间中。

应当理解上文所提及的以及将在下文中解释的技术特征并不仅仅用于所述的每个组合中，还可以用于其它的组合或者它们自身单独使用，均没有脱离本发明的范围。

附图说明

本发明优选的示例性实施方式在附图中示出，并且将在下文的说明中更加详细的解释，其中相同的附图标记涉及相同的或者相似的或者功能相同的部件。

在每种情况中示意性地示出：

图1和2均为不同实施方式的废气处理装置的极大简化的示意性半纵截面，

图3是这样的废气处理装置的横截面，

图4是省略壳体的这样的废气处理装置的侧视图，

图5是简化的保护环的横截面。

具体实施方式

根据图1至4，可被用于内燃机、特别是机动车的排气系统的废气处理装置1，包括护套3的壳体2，其相对于纵向中心轴4在周向方向上延伸，并且由此在周向方向上包围容置空间5。此外，废气处理装置1包括至少一个废气处理元件6，其被设置在容置空间5内。每个废气处理元件6例如可以由陶瓷材料来制造。特别地，废气处理元件6可以是单片式陶瓷。如果废气处理装置1被设计为颗粒过滤器，那么废气处理元件6为颗粒过滤器元件。如果废气处理装置1被设计为催化转化器，那么废气处理元件6为催化转化器元件。原则上，废气处理装置1可以包含多个废气处理元件6，其还可以是不同的设计。由此，水解催化转化器、SCR催化转化器和氧化催化转化器可被设置于共有壳体中。

为了在护套3内存储各个废气处理元件6，废气处理装置1额外地包括弹性支承材料的承载层7。承载层7在周向方向上包围各个废气处理元件6，并且轴向地抵靠于废气处理元件6。为了降低壳体2、特别是护套3的外界温度，在这里所引入的废气处理装置1额外地装备绝缘层8，该绝缘层8由热绝缘的、耐压的绝缘材料形成。绝缘层8在周向方向上包围承载层7，并且径向直接地或者间接地抵靠护套3。在废气处理元件6和护套3之间，提供径向地、在周向方向上延伸的环形间隙9，其通过承载层7和绝缘层8共同填充。

特别实际地，可在承载层7和绝缘层8之间设置蒸汽阻隔层10。该蒸汽阻隔层10在周向方向上包围承载层7。蒸汽阻隔层10径向地抵靠承载层7以及绝缘层8。另外地或者可替换地，相对于该蒸汽阻隔层10，还可在绝缘层8和护套3之间径向地设置蒸汽阻隔层11。这蒸汽阻隔层10和蒸汽阻隔层11可以叠加地或者交替地存在，还被指定为内部为蒸汽阻隔层10和外部为蒸汽阻隔层11，因为内部蒸汽阻隔层10被设置在绝缘层8的径向内侧上，而外部蒸汽阻隔层11被设置在绝缘层8的径向外侧上。外部的蒸汽阻隔层11在周向方向上包围绝缘层8并且径向地直接抵靠至护套3以及绝缘层8。同样，原则上能够为绝缘层8，在径向内侧和径向外侧以及轴向两侧提供蒸汽阻隔。

制造绝缘层8的绝缘材料优选为多微孔固体材料或者膨胀云母。热绝缘的和耐热的、轻质的固体材料例如见于炉体结构中或者冷却系统中。

从图3和4中可以看出，根据有利的实施方式，绝缘层8可以由多个绝缘体12构成，其在周向方向上相互邻接。由此，会获得成为单个的绝缘体12的绝缘层8的周向片段。根据图3，单个的绝缘体12可以在它们的周向末端为台阶式的，从而在周向方向上相互邻接的绝缘体12在周向方向上相互叠加。相应的叠加区域在图3中被指定为13。这就产生了榫槽原理方式的连接。

根据图4，绝缘体12在它们的轴向延伸方向可以包括至少一个周向台阶14。这些周向台阶14相互匹配，以使得在周向方向相邻接的绝缘体12在周向方向上与这些周向台阶14叠加。在图4中，虚线表示图3的叠加区域13，以使得周向台阶14可与这些叠加区域13相结合。

绝缘层8或者单独的绝缘体12可被轴向地和/或在周向方向上固定至护套3。这样的固定例如可以通过正连接的方式而实现。在图3中，示出了在护套3的内侧上形成的凹部15，其中径向地啮合有凸起16，凸起16在外侧被成型在一个绝缘体12上。这就至少在周向方向上通过正连接的方式产生了固定。同样，在绝缘体12和护套3之间的胶合原则上是可行的。可替换地，也可使用紧固辅助件，例如螺钉17或者铆钉17。

为了能够使分段的绝缘层8也具有蒸汽阻隔，特别地，可以将每个绝缘体12与蒸汽阻隔罩完全地气封。可替换地，还可以相对于由绝缘体12组装的绝缘层8，设置位于内侧的蒸汽阻隔层10和/或位于外侧的蒸汽阻隔层11。

在图2所示的实施方式中，再次提供螺钉连接17以将各个绝缘体12固定至护套3。在图2中，额外地，通过箭头来指出废气流18的流动方向，废气流18在废气处理装置1的运行期间会流过废气处理元件6。在该方向上，废气流18会驱动废气处理元件6。为了轴向支撑废气处理元件6，可提供支撑环19，其轴向地支撑其自身于废气处理元件6上，并相对于壳体2固定至保持器20内。

根据图1，可在绝缘层8的轴向末端提供每个保护环21。每个保护环21均径向地在外侧抵靠至护套3，径向向内抵靠至承载层7并且轴向抵靠绝缘层8。实际上，每个保护环21均以热绝缘的方式构建。每个保护环21可以包括蒸汽阻隔。此外，每个保护环21可以由支承材料来制造。

然而，特别有利的是在图5中所示的实施方式，其中保护环21由具有陶瓷纤维填料23的编织丝网22所形成，其被压接在一起。编织丝网22具有所需要的弹性，并且陶瓷纤维填料23可以产生所期望的热绝缘。同样，所需要的蒸汽阻隔可以这样实现。

图2示出了另一种实施方式，其不具有这样的保护环21。在图2所示的实施方式中，护套3包括两个环形台阶24，其被设计为轴向地限定绝缘空间25，其中设置有绝缘层8，并且两个环形台阶24径向地抵靠于承载层7。

Claims (12)

1.一种用于内燃机排气系统的废气处理装置，

-具有壳体（2），其护套（3）在周向方向上包围容置空间（5），

-具有至少一个废气处理元件（6），其设置在容置空间（5）内，

-具有弹性支承材料的承载层（7），其在周向方向上包围至少一个废气处理元件（6），并且径向地抵靠至少一个废气处理元件（6），

-具有热绝缘的、耐压的绝缘材料的绝缘层（8），其在护套（3）内在周向方向上包围承载层（7），

其特征在于，

绝缘层（8）被构建为耐压的，并且将在护套（3）和承载层（7）之间径向定向的、由承载层（7）引入的压力传递到至少一个废气处理元件（6）上，

所述绝缘层（8）包括多个绝缘体（12），所述多个绝缘体（12）在周向方向上相互邻接，并且每个所述绝缘体（12）均在周向部分延伸。

2.根据权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于，所述绝缘层（8）通过内部蒸汽阻隔层（10）间接地支撑在所述承载层（7）上，或者直接地支撑在所述承载层（7）上。

3.根据权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于，所述绝缘层（8）通过外部蒸汽阻隔层（11）间接地支撑在所述护套（3）上，或者直接地支撑在所述护套（3）上。

4.根据权利要求2所述的废气处理装置，其特征在于，在所述承载层（7）和所述绝缘层（8）之间径向地设置有内部蒸汽阻隔层（10），所述内部蒸汽阻隔层（10）在径向方向上包围所述承载层（7），并且径向地抵靠所述承载层（7）以及所述绝缘层（8）。

5.根据权利要求3所述的废气处理装置，其特征在于，在所述绝缘层（8）和所述护套（3）之间径向地设置有外部蒸汽阻隔层（11），所述外部蒸汽阻隔层（11）在周向方向上包围所述绝缘层（8），并且所述绝缘层（8）通过所述外部蒸汽阻隔层（11）径向抵靠于所述护套（3）。

6.根据权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于，所述绝缘材料为多微孔固体材料。

7.根据权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于，在周向方向上邻接的所述绝缘体（12）在周向方向上相互叠加。

8.根据权利要求1或7所述的废气处理装置，其特征在于，所述绝缘体（12）在所述绝缘体（12）的轴向延伸方向上包括至少一个周向台阶（14），其中在周向方向上相邻接的所述绝缘体（12）与在周向方向上的所述周向台阶（14）叠加。

9.根据权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于，所述绝缘层（8）径向外侧和内侧围绕有蒸汽阻隔层。

10.根据权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于，所述绝缘层（8）或者至少一个绝缘体（12）被轴向地和/或在周向方向上固定至所述护套（3）。

11.根据权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于，在所述绝缘层（8）的至少一个轴向末端上设置保护环（21），所述保护环（21）径向地抵靠于承载层（7）和护套（3），并且轴向地抵靠于所述绝缘层（8）。

12.根据权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于，所述护套（3）在所述绝缘层（8）的至少一个轴向末端上包括环形台阶（24），所述环形台阶（24）径向地抵靠于所述承载层（7）。