DE102004034574A1

DE102004034574A1 - Abgasreinigungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102004034574A1
Application number: DE102004034574A
Authority: DE
Inventors: Thomas Buckel; Walter Dr. Stoepler
Original assignee: Faurecia Abgastechnik GmbH
Current assignee: Faurecia Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-02-16
Also published as: KR20070014138A; DE112005000400B4; WO2006008114A1; DE112005000400A5; KR100870600B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem in einem Gehäuse (1) gelagerten Monolithen (2), einem zwischen Monolith (2) und einem diesen umfassenden Gehäuseabschnitt vorhandenen Spaltraum (3) und einer im Spaltraum zur Halterung des Monolithen dienenden, im Wesentlichen aus Mineralfasern bestehenden Lagerungsmatte (4), wobei mindestens ein erster Teilbereich (7) der Lagerungsmatte (4) von einer Quellmatte und mindestens ein zweiter Teilbereich (8) von einer nichtquellenden Matte gebildet ist, wobei in einem mittleren Bereich des Gehäuses (1) ein zweiter Teilbereich (8) angeordnet ist, der in Axialrichtung (9) des Gehäuses (1) von zwei ersten Teilbereichen (7a) flankiert ist, wobei sich diese über den gesamten Umfang des Monolithen (2) erstrecken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge. Eine solche Vorrichtung umfasst ein Gehäuse, in dem ein Monolith gelagert ist. Ein Monolith ist ein keramischer Körper, der in Axialrichtung von einer Vielzahl von Strömungskanälen durchzogen ist. Auf Grund dieser Struktur und auf Grund des keramischen Materials sind Monolithen sehr bruchempfindlich. Sie sind deshalb mit einer in einem Spaltraum zwischen Monolith und Gehäuse angeordneten, im wesentlichen aus Mineralfaser bestehenden Lagerungsmatte fixiert. Als Lagerungsmatten werden vielfach sogenannte Quellmatten verwendet, das sind Mineralfasermatten, in denen Blähglimmerpartikel eingelagert sind. Diese Partikel expandieren bei Betriebstemperaturen einer Abgasreinigungsvorrichtung, wodurch die von der Matte auf die Innenwand des Gehäuses und die Oberfläche des Katalyten ausgeübte Druckkraft zunimmt. Alternativ dazu werden auch Mineralfasermatten ohne Blähglimmerpartikel verwendet. Quellmatten haben eine wesentlich steilere Kompressionskennlinie als nicht quellende Matten. Das bedeutet, dass sich die beiden Mattentypen bei einer Aufweitung des Spaltraums zwischen Monolith und Gehäuse z. B. in Folge von Erwärmung unterschiedlich verhalten. Bei gleicher Spaltaufweitung verliert eine Quellmatte erheblich mehr an Presskraft als dies bei einer nicht quellenden Mineralfasermatte der Fall ist. Quellmatten entwickeln andererseits im Zuge ihrer Expansion einen wesentlich höheren Druck als nicht quellende Matten. Bei hohen Betriebstemperaturen, etwa um 700°C und höher neigen Gehäuse, insbesondere wenn es sich um längere Gehäuse handelt, zur Verformung. Bei nicht kreissymmetrischen Gehäusen sind in der Regel Gehäusebereiche mit großen Radien betroffen. Ist in einem solchen Bereich eine Quellmatte angeordnet, so erzeugt diese während ihrer Expansion einen großen Druck, der die Deformation noch verstärkt. Bei einer aus 6,613,294 B1 (4) bekannten Abgasreinigungsvorrichtung mit einem ovalen Gehäuse sind an zwei gegenüberliegenden schwächer gekrümmten Gehäuseseiten nicht quellende Mattenstücke angeordnet, die sich über die gesamte Länge eines von der Matte umschlossenen Monolithen erstrecken. Die nichtquellenden Mattenstücke entwickeln eine geringere Presskraft als expandierte Quellmatten. Die Folge ist, dass die Lagerung eines Monolithen insgesamt geschwächt ist. Wenn man sich vor Augen hält, dass ein Monolith während des Betriebs Beschleunigungen ausgesetzt ist, die einem mehrfachen der Erdbeschleunigung entspricht (im Test werden bis zu 100 g angewandt) wird klar, dass eine solche Schwächung der Lagerung nachteilig ist.
Davon ausgehend, ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Gehäuse der Eingangs genannten Art vorzuschlagen, das in dieser Hinsicht verbessert ist.
Nach Anspruch 1 wird diese Aufgabe dadurch gelöst, das in einem mittleren Bereich des Gehäuses, der (mehr als ein randständiger, beispielsweise mit einem Gehäusetrichter verbundener Bereich) deformationsgefährdet ist, ein Mattenbereich aus einer nichtquellenden Matte (= zweiter Teilbereich) angeordnet ist, der in Axialrichtung des Gehäuses von zwei Bereichen aus einer Quellmatte (= erste Teilbereiche) flankiert ist, wobei sich diese über den gesamten Umfang des Monolithen erstrecken.
Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, dass die negative Auswirkung des Einsatzes einer nicht quellenden Matte in einem deformationsgefährdeten Bereich zumindest teilweise kompen siert ist. Außerdem ist die Bruchgefahr auf Grund ungleichmäßiger Kraftbeaufschlagung des Monolithen wie weiter unten näher erläutert, reduziert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist bei einem von einer kreisrunden Querschnittsform abweichenden Gehäuse ein zweiter Teilbereich nur an einer Gehäuseseite angeordnet. In dem den übrigen Seiten zugeordneten Spaltraum befindet sich dagegen eine Quellmatte. Eine solche Ausgestaltung macht etwa bei im Querschnitt dreieckigen Gehäusen Sinn, bei denen eine Seite breiter und daher deformationsgefährdeter ist als die beiden anderen, schmäleren Seiten. Natürlich ist es auch denkbar, dass in Fällen der genannten Art jeder Seite des Gehäuses ein zweiter Teilbereich zugeordnet ist. Um die Stirnkanten der Lagerungsmatte vor Erosion zu schützen, kann dort ein Erosionsschutz, vorzugsweise in Form eines ersten Teilbereiches vorgesehen sein.
Die Erfindung wird nun anhand von den in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Lagerungsmatte in Draufsicht und ein einen Monolithen und die Lagerungsmatte beinhaltendes Gehäuse im Querschnitt,
2 eine Draufsicht auf das Gehäuse von 1 in Richtung des Pfeils II,
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer 1 entsprechenden Darstellung,
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer 1 entsprechenden Darstellung,
5 und 6 weitere Ausführungsbeispiele für die Gestaltung von Lagerungsmatten.
In 1 ist ein Gehäuse 1 dargestellt, das eine etwa dreieckige Querschnittsform aufweist. Im Gehäuse ist ein Monolith 2 angeordnet, wobei zwischen diesem und der Gehäuseinnenwandung ein Spaltraum 3 vorhanden ist. Im Spaltraum 3 ist eine Lagerungsmatte 4 angeordnet. Diese ist im nicht verbauten Zustand ein rechteckiger Zuschnitt, der an einer Schmalseite eine Ausnehmung 5 und an der anderen Schmalseite einen in diesen passenden Fortsatz 6 aufweist. Die Lagerungsmatte 4 weist insgesamt zwei von unterschiedlichen Matten gebildete Teilbereiche, nämlich einen ersten Teilbereich 7 und einen zweiten Teilbereich 8 auf. Der erste Teilbereich wird von einer Quellmatte gebildet. Als Quellmatten kommen beispielsweise die unter den Bezeichnungen Unifrax AV2 und Interam 100 erhältlichen Matten in Frage. Der zweite Teilbereich 8, der aus einer nicht quellenden Mineralfasermatte, beispielsweise aus einer der unter den Handelsnamen Ibiden Flecs N2-3 oder Interam 1101 HT erhältlichen Matten gebildet ist. Der zweite Teilbereich 8 ist in Axialrichtung von zwei ersten Teilbereichen 7a, die einstückig mit dem Bereich 7 sind, flankiert, wobei sich die Teilbereiche 7a über den gesamten Umfang des Monolithen 2 erstrecken. Das Gehäuse 1 weist zwei kurze Seiten 10 und eine längere Seite 12 auf. Im Montagezustand ist der zweite Teilbereich 8 etwa mittig an der längeren Seite 12 positioniert (siehe auch 2). Der zweite Teilbereich 8 weist zwei zueinander und zu den Stirnseiten 13 des Gehäuses 1 verlaufende Seiten 14 auf.
In 2 ist durch gestrichelte Linien 16 ein zweiter Teilbereich 8' angedeutet, wie er aus US 6,613,294 B2 , 4 bekannt ist. Eine solche Ausgestaltung würde bedeuten, dass in dem gesamten, von den Linien 15 eingeschlossenen Flächenbereich der Monolith 2 von seiner Oberseite her einer einseitigen Belastung ausgesetzt wäre, die sich aus der unterschiedlichen Presskraft von Quellmatte und nicht quellender Matte ergibt. Die Seitenkanten des Teilbereiches 8', repräsentiert durch die gestrichelten Linien 15, würden quasi wie Scherstellen wirken, an denen der Monolith auf Grund der einseitigen Belastung leicht zerbrechen könnte. Versuche haben gezeigt, dass dies tatsächlich der Fall ist. Erfindungsgemäß ist nun aber der Teilbereich 8 in Axialrichtung von Mattenbereichen 7a flankiert, welche sich vorzugsweise um den gesamten Umfang des Monolithen erstrecken. Das Kräfteungleichgewicht ist nun verringert, da die Teilbereiche 7a die gleiche Presskraft entwickeln, wie die entsprechenden, an den Seiten 10 angeordneten Flächenbereiche der Quellmatte. Die Bruchwahrscheinlichkeit für einen Monolithen ist weiterhin dadurch minimiert, dass sich die Seitenränder 16 des Bereiches 8 nicht in Axialrichtung bzw. in Richtung der einen Monolithen 2 durchsetzenden Strömungskanäle erstrecken, sondern einen gekrümmten Verlauf aufweisen.
In 3 und 4 sind zwei Ausführungsbeispiele gezeigt, bei denen in der Lagerungsmatte 4 mehrere zweite Teilbereiche 8d bis 8h angeordnet sind. Die jeweilige Lage im Montagezustand ist durch gestrichelte Linien in den Querschnittsdarstellungen der jeweiligen Gehäuse angedeutet.
Bei dem Ausführungsbeispiel von 5 ist der Teilbereich 8a nicht inselförmig, bzw. als Inlay ausgestaltet. Er ist vielmehr ein sich über die gesamte Länge der Lagerungsmatte 4a erstreckender Streifen, der von zwei ersten Teilbereichen 7a flankiert ist, die sich ebenfalls über die gesamte Länge der Lagerungsmatte 4a erstrecken. Der Teilbereich 8a ist gegenüber den Teilbereichen 7a axial versetzt, so dass auf einer Seite die Ausnehmung 5 und auf der anderen Seite der Fortsatz 6 gebildet ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel von 6 ist ein mittig angeordneter zweiter Teilbereich 8b vorhanden. Der Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen besteht aber darin, dass die Stirnkanten 17 der Lagerungsmatte 4b von einem zweiten Teilbereich 8c, also von einer nicht quellenden Mineralfasermatte gebildet werden. Denkbar ist auch, dass ein anderes Material als Kantenschutz verwendet wird.

1: Gehäuse
2: Monolith
3: Spaltraum
4: Lagerungsmatte
5: Ausnehmung
6: Fortsatz
7: erster Teilbereich
8: zweiter Teilbereich
9: Axialrichtung
10: Seite
12: Seite
13: Stirnseite
14: Seite
15: gestrichelte Linie
16: Seitenwand
17: Stirnkante

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem in einem Gehäuse (1) gelagerten Monolithen (2), einem zwischen Monolith (2) und einem diesen umfassenden Gehäuseabschnitt vorhandenen Spaltraum (3), und einer im Spaltraum zur Halterung des Monolithen dienenden, im Wesentlichen aus Mineralfasern bestehenden Lagerungsmatte (4), wobei mindestens ein erster Teilbereich (7) der Lagerungsmatte (4) von einer Quellmatte und mindestens ein zweiter Teilbereich (8) von einer nichtquellenden Matte gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem mittleren Bereich des Gehäuses (1) ein zweiter Teilbereich (8) angeordnet ist, der in Axialrichtung (9) des Gehäuses (1) von zwei ersten Teilbereichen (7a) flankiert ist, wobei sich diese über den gesamten Umfang des Monolithen (2) erstrecken.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ein von einer kreisrunden Querschnittsform abweichenden Form, wobei ein zweiter Teilbereich (8) nur an einer Gehäuseseite (12) angeordnet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zweite Teilbereiche (8d-h) vorhanden sind und jeder Teilbereich einer Seite des Gehäuses (1) zugeordnet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnkanten (17) der Lagerungsmatte (4) von einem ersten Teilbereich (7a) gebildet sind.