DE112012001094T5 - Abgasnachbehandlungseinrichtung mit integrierter Schale und Blende - Google Patents
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Abstract
Eine Abgasbehandlungseinrichtung umfass eine innere Schale, eine äußere Schale und ein Isolations-/Dämmmaterial, das zwischen der inneren Schale und der äußeren Schale positioniert ist. Ein Einlassrohr hat ein Ende, welches in Kommunikation mit einer von der inneren Schale definierten Kavität steht. Ein Substrat zur Behandlung von Motorabgasen ist in der inneren Schale positioniert. Eine Blendenplatte umfasst eine Vielzahl von Öffnungen, die derart positioniert sind, dass das Abgas durch die Öffnungen passiert, bevor es in das Substrat eintritt. Die Blendenplatte trägt ein Ende der inneren Schale und das Einlassrohr.
Description
- Gebiet
- Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Abgasbehandlungseinrichtung zur Reduzierung unerwünschter Emissionen von einer Brennkraftmaschine und insbesondere ein vereinfachtes gedämmtes Gehäuse für die Abgasbehandlungseinrichtung.
- Hintergrund
- Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen zur vorliegenden Offenbarung bereit, welche nicht notwendigerweise Stand der Technik sind.
- Abgasbehandlungseinrichtungen wie Katalysatoren, Dieseloxidationskatalysatoren, Dieselpartikelfilter und dergleichen, können in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden um Abgase zu behandeln, die von Brennkraftmaschinen emittiert werden. Viele der Gasbehandlungseinrichtungen umfassen innere und äußere Gehäuse, die durch eine Dämmung voneinander getrennt sind. Außerdem umfassen manche Abgasbehandlungseinrichtungsgehäuse mehrere Fächer oder Abschnitte, um unterschiedliche Kammern zu definieren oder Fluide zu vermischen innerhalb der Abgasbehandlungseinrichtung.
- Typische Gehäuse werden gebildet unter Verwendung von gestanzten Metallblechen um eine geteilte Konstruktion oder eine ”Venusmuschel” („clam shell”)-Konstruktion zu definieren. Somit können innere Gehäuse und äußere Gehäuse aus separaten Venusmuschel-Komponenten gebildet sein. Zusätzliche Pressteile können geschaffen und an die Venusmuscheln angeschweißt werden, um einen Abgaseinlass, und einen Abgasauslass und manchmal einen weiteren Einlass zum Einspritzen von Reagenz in den Abgasstrom bereitzustellen. Abgasbehandlungseinrichtungsgehäuse sind relativ komplex, teuer und schwierig in der Montage geworden. Daher ist es wünschenswert, eine verbesserte Abgasbehandlungseinrichtung bereitzustellen, die eine reduzierte Größe sowie reduzierte Kosten und Komplexität aufweist.
- Zusammenfassung
- Dieser Abschnitt stellt eine generelle Zusammenfassung der Offenbarung bereit, und ist nicht eine umfassende Offenbarung im vollen Umfang oder hinsichtlich aller Merkmale.
- Eine Abgasbehandlungseinrichtung umfasst eine innere Schale, eine äußere Schale und ein zwischen der inneren Schale und der äußeren Schale positioniertes Isolations-/Dämmmaterial. Ein Einlassrohr hat ein mit einer durch die innere Schale definierten Kavität kommunizierendes Ende. Ein Substrat zur Behandlung von Motorabgasen ist in der inneren Schale positioniert. Eine Blendenplatte umfasst eine Vielzahl von Öffnungen, die derart positioniert sind, dass das Abgas die Öffnungen passiert bevor es in das Substrat eintritt. Die Blendenplatte trägt ein Ende der inneren Schale und das Einlassrohr.
- Eine Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst eine äußere Schale mit einem äußeren rohrförmigen Körper, der an eine äußere Kappe gekoppelt ist. Eine innere Schale umfasst einen inneren rohrförmigen Körper, der an eine innere Kappe gekoppelt ist. Ein Isolations-/Dämmmaterial ist zwischen der inneren Schale und der äußeren Schale angeordnet. Ein Einlassrohr hat ein mit einer durch die innere Schale definierten Kavität kommunizierendes Ende. Ein Substrat ist positioniert in der inneren Schale um Motorabgase zu behandeln. Eine Einlassplatte ist an dem Einlassrohr und dem äußeren rohrförmigen Körper befestigt. Eine Blendenplatte erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur Einlassplatte, ist an einem Ende des inneren rohrförmigen Körpers befestigt und trägt ein Ende des Einlassrohrs. Die Blendenplatte umfasst eine Vielzahl von Öffnungen, die derart angeordnet sind, dass das Abgas, welches durch das Einlassrohr strömt, um 180 Grad gedreht wird um die Öffnungen zu passieren bevor es in das Substrat eintritt.
- Weitere Anwendungsgebiete werden deutlich anhand der hier angegebenen Beschreibung. Die Beschreibung und spezifische Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen nur dem Zweck der Illustration und sollen nicht den Umfang der vorliegenden Offenbarung einschränken.
- Zeichnungen
- Die hier beschrieben Zeichnungen dienen nur dem Zweck der Illustration ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Implementierungen, und sollen nicht den Umfang der vorliegenden Offenbarung einschränken.
-
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Abgasbehandlungseinrichtung, die in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung konstruiert ist; -
2 ist eine Querschnitts-Ansicht der Abgasbehandlungseinrichtung; -
3 ist eine Draufsicht auf eine Blendenplatte; -
4 ist eine Seitenansicht der Blendenplatte; -
5 ist eine perspektivische Ansicht einer Einlassplatte; -
6 ist eine Querschnitts-Ansicht durch die Abgasbehandlungseinrichtung; -
7 ist eine perspektivische Ansicht einer inneren Kappe; und -
8 ist eine perspektivische Ansicht einer äußeren Kappe. - Korrespondierende Bezugszeichen bezeichnen korrespondierende Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen.
- Detaillierte Beschreibung
- Beispielhafte Ausführungsformen werden nun im Detail beschrieben mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen.
- Die
1 bis8 zeigen eine beispielhafte, mit Bezugszeichen10 identifizierte Abgasbehandlungseinrichtung. Die Abgasbehandlungseinrichtung10 umfasst ein erstes Substrat12 das stromaufwärts eines zweiten Substrats14 in einem Gehäuse16 positioniert ist. Das erste Substrat12 kann ein Dieseloxidationskatalysator oder eine selektiv katalytische Reduktionseinrichtung (”selective catalytic reduction device”) sein, während das zweite Substrat14 ein Dieselpartikelfilter oder ein Sperrkatalysator (”slip catalyst”) sein kann. Andere Abgasbehandlungselemente können anstelle des ersten Substrats12 und des zweiten Substrats14 benutzt werden. Die vorliegende Offenbarung betrifft zudem eine Abgasbehandlungseinrichtung, die ein oder mehrere Substrate im Gehäuse16 umfasst. Die Anordnung mit zwei Substraten in den Figuren dient lediglich zum Zwecke der Illustration. - Das Gehäuse
16 umfasst eine innere Schalenanordnung18 , welche ein zentrales Rohr20 umfasst, welches an einem inneren Einlass22 und einem inneren Auslass24 befestigt ist. Das erste Substrat12 und das zweite Substrat14 sind in der inneren Schale18 gehalten unter Einsatz eines Verpackungprozesses (”stuffing process”) oder Leimungsprozesses (”sizing process”), um eine erste Matte28 zwischen dem ersten Substrat12 und dem zentralen Rohr20 zu komprimieren sowie eine zweite Matte30 zwischen dem zweiten Substrat14 und dem zentralen Rohr20 zu komprimieren. Das Gehäuse16 umfasst zudem eine äußere Schale24 , die die innere Schale18 begrenzt. Ein Dämmmaterial36 umgibt die innere Schale18 und ist positioniert zwischen der äußeren Schale34 und der inneren Schale18 . - Eine innere Endkappe umfasst einen Flansch
48 , der an dem inneren Auslass24 befestigt ist. Ein Dämmmaterial46 ist gefangen zwischen der inneren Endkappe42 und der äußeren Endkappe44 . Die äußere Endkappe44 umfasst einen Flansch50 der an der äußeren Schale34 befestigt ist. Die innere Endkappe42 ist an der äußeren Endkappe44 befestigt. Ein Auslassrohr52 umfasst ein äußeres Rohr56 , das an einem inneren Rohr54 befestigt ist. Ein Dämmmaterial57 ist positioniert zwischen den äußeren und den inneren Rohren. Das innere Rohr54 umfasst ein erstes Ende58 , das sich durch sowohl die äußere Schale34 als auch die innere Schale18 erstreckt und mit einer Kavität60 kommuniziert, welche stromabwärts des zweiten Substrats14 angeordnet ist. Ein Auslass62 ist ausgebildet an dem zweiten gegenüberliegenden Ende der Auslassrohranordnung52 . - Eine äußere Kappe
72 , eine innere Kappe74 und ein Dämmmaterial76 kooperieren um das Ende der inneren Schalenanordung18 und der äußeren Schale34 gegenüber der inneren Endkappe42 zu umschließen. Die äußere Kappe72 umfasst eine Vielzahl von sich nach innen erstreckenden Vorsprüngen78 , durch die sich jeweils eine Öffnung80 erstreckt. Die innere Kappe74 umfasst eine Vielzahl von sich nach außen erstreckenden Vorsprüngen82 , die derart positioniert sind, die sich nach innen erstreckenden Vorsprünge78 der äußeren Kappe72 aufzunehmen. Eine Blendenplatte86 kooperiert mit einer Einlassplatte 88, einem Einlassrohr90 und der inneren Kappe74 . Die Einlassplatte88 umfasst einen im Wesentlichen planaren Bereich96 mit einer ersten Öffnung100 , die durch einen ersten, sich durch die Einlassplatte erstreckenden Flansch102 gebildet ist. Eine zweite Öffnung104 ist gebildet durch einen zweiten Flansch106 . Ein peripherer dritter Flansch108 begrenzt den planaren Bereich96 . - Die Blendenplatte
86 umfasst ein im Wesentlichen planares Panel116 mit einer Öffnung118 , die durch einen sich durch die Blendenplatte erstreckenden Flansch120 gebildet ist. Ein axial herausstehender Ansatz124 umfasst eine zylindrische Wand126 , die eine Stirnfläche128 und das planare Panel116 schneidet. Eine Vielzahl von Öffnungen132 erstreckt sich durch die Stirnfläche128 . Die Öffnungen unterscheiden sich in der Größe mit Öffnungen132a , die einen größeren Durchmesser als Öffnungen132b haben, die wiederum einen größeren Durchmesser als Öffnungen132c haben. Die Öffnungen132a mit dem größten Durchmesser sind positioniert an einem Ort der dem Einlassrohr90 am nächsten liegt, wo der Abgasdruck am geringsten ist. Die Öffnungen132c mit dem kleinsten Durchmesser sind am weitesten weg vom Einlassrohr90 positioniert, wo der Abgasdruck am größten ist. Die mittelgroßen Öffnungen132b sind an einem Ort mit einem mittleren Abgasdruck positioniert. Durch die Anordnung und Größenverteilung der Öffnungen auf diese Weise wird ein im Wesentlichen gleichmäßiger Strom an Abgas zwischen der Blendenplatte86 und einem stromaufwärts gerichteten Ende136 des ersten Substrats12 in die Kavität135 eintreten. Eine Vielzahl von umlaufend voneinander beabstandeten Slots142 erstreckt sich durch die zylindrische Wand126 um bei der Montage zu helfen, wie im Folgenden im Detail beschrieben wird. Ein Dämmmaterial144 begrenzt das Einlassrohr90 und ist gefangen zwischen dem planaren Panel116 der Blendenplatte86 und dem planaren Bereich96 der Einlassplatte88 . Eine Einlassrosette146 ist an dem Einlassrohr90 und der inneren Platte88 befestigt. Ein Dämmmaterial147 ist gefangen zwischen dem Einlassrohr90 und der Einlassrosette146 . Ein Einlassflansch148 ist ausgebildet nahe einem Ende des Einlassrohrs90 , um das Koppeln der Abgasbehandlungseinrichtung10 mit einer Abgasleitung (nicht dargestellt) zu erleichtern. Die Blende86 ist von der äußeren Kappe72 beabstandet, um eine Wärmebremse149 zwischen der inneren Schale18 und der äußeren Kappe72 bereitzustellen. - Die Abgasbehandlungseinrichtung
10 wurde konfiguriert, die Anzahl an Komponenten, die für die Gehäuseanordnung16 benötigt werden, zu minimieren. Wenn die Gehäuseanordnung16 hergestellt wird, ist es angedacht, dass ein bestimmter Montageprozess nützlich sein kann um eine robuste, langlebige Anordnung zu schaffen. Der Herstellungs-/Montageprozess der Behandlungseinrichtung10 kann beginnen mit einem Pressen, Formen oder anderweitigen Gewinnen der zuvor vorgestellten Komponenten. Die Einlassrosette146 wird über dem Einlassrohr90 positioniert und daran geschweißt. Die Einlassrosette146 wird in die zweite, durch den Flansch106 gebildete Öffnung104 eingesetzt. Die Einlassrosette146 wird ebenfalls mit dem Flansch106 verschweißt. - Die Anordnung von Einlassplatte
88 und Einlassrohr90 kann nun mit der äußeren Schale34 gekoppelt werden durch Verschweißen des ersten Flansches102 mit der äußeren Schale34 . Das Dämmmaterial144 wird um das Einlassrohr90 herum angeordnet. Die Blendenplatte86 wird positioniert, so dass sich das Einlassrohr90 durch die Öffnung118 erstreckt. Das Einlassrohr90 kann derart dimensioniert sein, dass eine Presssitz-Verbindung zwischen einer äußeren Oberfläche des Einlassrohrs90 und dem Flansch120 der Blendenplatte86 existiert. Ein Ende des inneren Einlasses22 wird aufgenommen in einer durch den Ansatz124 gebildeten Ausnehmung, so dass die zylindrisch geformte Wand des inneren Einlasses22 an der zylindrischen Wand126 der Blendenplatte86 anliegt. Die Blendenplatte86 wird an der inneren Schale18 befestigt durch Schweißpunkte in Schlitzen142 , die umfänglich voneinander beabstandet sind. - Zu diesem Zeitpunkt des Verfahrens sind die Einlassplatte
88 , das Einlassrohr90 und die Blendenplatte86 mit der inneren Schale18 und der äußeren Schale34 gekoppelt. Die innere Kappe74 wird positioniert wie in2 gezeigt und mit der Blendenplatte86 verschweißt an Orten, an denen der Flansch120 oder die zylindrische Wand126 an der inneren Kappe74 anliegen. Das Dämmmaterial76 wird in Kontakt gebracht mit einer inneren Oberfläche154 der äußeren Kappe72 . Die äußere Kappe72 und das Dämmmaterial76 werden in eine Position bewegt, in der das Dämmmaterial76 zwischen der inneren Kappe74 und der äußeren Kappe72 gefangen ist. Die äußere Kappe72 wird mit dem dritten Flansch108 der Einlassplatte88 verschweißt. Die sich nach innen erstreckenden Vorsprünge78 werden mit den sich nach außen erstreckenden Vorsprüngen82 verschweißt. Die Öffnungen80 werden mit einem Schweißrundstabmaterial (”weld rod material”) gefüllt mit einem Verfahren wie Schweißstopfen oder Dichtschweißung. - Das innere Rohr
54 wird positioniert, so dass es sich durch die äußere Schale34 und die innere Schale18 hindurch erstreckt, um das erste Ende58 kommunizierend mit der Kavität60 zu platzieren. Das innere Rohr54 wird durch einen Presssitz mit der inneren Schale18 verbunden. Das Dämmmaterial57 wird um eine äußere Oberfläche des inneren Rohrs54 herum gewickelt. Das äußere Rohr56 wird positioniert, das innere Rohr54 zu begrenzen, und wird mit der äußeren Schale34 dicht verschweißt. - Es sollte anerkannt werden, dass das zuvor beschriebene Verfahren und die strukturelle Konfiguration der Abgasbehandlungseinrichtung
10 die Gesamtgröße der Einrichtung verringern. Insbesondere wird eine Offset-Distanz zwischen einer Einlassachse, identifiziert als ”A”, und einer Substratachse, identifiziert als ”B”, deutlich reduziert, verglichen mit vergleichbaren Einrichtungen. Die vorliegende Anordnung erlaubt, dass die Distanz zwischen der Achse A und der Achse B wesentlich geringer oder gleich der Summe des Radius der äußeren Schale und des inneren Durchmessers des Einlassrohrs ist. Die Konfiguration der Abgasbehandlungseinrichtung10 stellt ebenso eine äußere Schale bereit, die von einer inneren Schale beabstandet ist durch ein Dämmmaterial, um den Energieinhalt des Abgases in der Abgasbehandlungseinrichtung10 zu erhalten und die externe Oberflächentemperatur der Einrichtung zu minimieren. Die bisherige Offenbarung beschreibt diese Dämmanordnung als angeordnet an Verbindungen an und um das Einlassrohr90 und die Auslassrohranordnung52 herum, die typischerweise nicht gedämmt waren. - Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen wurde bereitgestellt zum Zwecke der Illustration und Beschreibung. Sie ist nicht als erschöpfend oder für die Offenbarung einschränkend anzusehen. Individuelle Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind generell nicht beschränkt auf diese bestimmte Ausführungsform, sondern können, wo anwendbar, ausgetauscht werden und können in einer ausgewählten Ausführungsform benutzt werden, selbst wenn dies nicht spezifisch gezeigt oder beschrieben ist. Das gleiche kann ebenso auf viele Weisen variiert werden. Solche Varianten sind nicht als ein Verlassen der Offenbarung anzusehen, und all solche Modifikationen sind als vom Umfang der Offenbarung mit eingeschlossen anzusehen.
Claims (19)
- Eine Abgasbehandlungseinrichtung, aufweisend: eine innere Schale; eine äußere Schale; ein Isolations-/Dämmmaterial, das zwischen der inneren Schale und der äußeren Schale positioniert ist; ein Einlassrohr mit einem Ende, welches in Kommunikation mit einer von der inneren Schale definierten Kavität steht; ein Substrat zur Behandlung von Motorabgasen, welches in der inneren Schale positioniert ist; und eine Blendenplatte aufweisend eine Vielzahl von Öffnungen, die derart positioniert sind, dass das Abgas durch die Öffnungen passiert bevor es in das Substrat eintritt, wobei die Blendenplatte ein Ende der inneren Schale und das Einlassrohr trägt.
- Die Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Blendenplatte einen sich umlaufend erstreckenden Flansch aufweist, der das Einlassrohr aufnimmt.
- Die Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Blendenplatte eine Ausnehmung aufweist, welche das Ende der inneren Schale aufnimmt.
- Die Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 3, zudem umfassend eine Einlassplatte mit einer ersten Öffnung, die das Einlassrohr aufnimmt, und einer zweiten Öffnung, die die äußere Schale aufnimmt.
- Die Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 4, wobei das Einlassrohr mit der Blendenplatte durch einen Presssitz verbunden ist.
- Die Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 5, wobei sich die Blendenplatte und die Einlassplatte im Wesentlichen parallel zueinander und beabstandet voneinander erstrecken.
- Die Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 6, zudem umfassend ein Dämmmaterial, welches zwischen der Blendenplatte und der Einlassplatte positioniert ist.
- Die Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 7, zudem umfassend eine kompressible Matte, die zwischen einer äußeren Oberfläche des Substrats und einer inneren Oberfläche der inneren Schale positioniert ist.
- Die Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Blendenplatte einen rohrförmigen Wandbereich umfasst, der die innere Schale umgibt, wobei der rohrförmige Wandbereich eine Vielzahl von umlaufend voneinander beabstandeten Slots aufweist, die Schweißstellen zur inneren Schale aufnehmen.
- Die Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei sich eine durch das Einlassrohr definierte Achse des Abgasflusses im Wesentlichen parallel zu einer Achse von durch das Substrat strömenden Abgases erstreckt, wobei die beiden Achsen in einer Distanz zueinander beabstandet sind, die wesentlich weniger oder gleich der Summe des Radius der äußeren Schale und einem Innendurchmesser des Einlassrohrs ist.
- Eine Abgasbehandlungseinrichtung, aufweisend: eine äußere Schale umfassend einen äußeren rohrförmigen Körper der mit einer äußeren Kappe gekoppelt ist; eine innere Schale umfassend einen inneren rohrförmigen Körper der mit einer inneren Kappe gekoppelt ist; ein Dämmmaterial, das zwischen der inneren Schale und der äußeren Schale positioniert ist; ein Einlassrohr mit einem Ende, welches in Kommunikation mit einer von der inneren Schale definierten Kavität steht; ein Substrat zur Behandlung von Motorabgasen welches in der inneren Schale positioniert ist; eine Einlassplatte, die an dem Einlassrohr und dem äußeren rohrförmigen Körper befestigt ist; und eine Blendenplatte, die sich im Wesentlichen parallel zur inneren Platte erstreckt, die an einem Ende des inneren rohrförmigen Körpers befestigt ist und ein Ende des Einlassrohrs trägt, wobei die Blendenplatte eine Vielzahl von Öffnungen umfasst, die derart angeordnet sind, dass das durch das Einlassrohr strömende Abgas um 180 Grad dreht um durch die Öffnungen zu passieren, bevor es in das Substrat eintritt.
- Die Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 11, wobei die Blendenplatte eine Ausnehmung aufweist, welche das Ende der inneren Schale aufnimmt.
- Die Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 12, wobei die Blendenplatte einen sich umlaufend erstreckenden Flansch aufweist, der das Einlassrohr aufnimmt.
- Die Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 13, wobei das Einlassrohr mit der Blendenplatte durch einen Presssitz verbunden ist.
- Die Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 14, zudem umfassend ein Dämmmaterial, welches zwischen der Blendenplatte und der Einlassplatte positioniert ist.
- Die Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 11, zudem umfassend ein weiteres Substrat, welches in der inneren Schale stromabwärts des Substrats angeordnet ist.
- Die Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 16, wobei das ganze durch das Einlassrohr strömende Abgas beide Substrate passiert.
- Die Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 11, wobei die äußere Kappe eine Vielzahl von nach innen gerichteten Vorsprüngen aufweist, die an einer Vielzahl von nach außen gerichteten Vorsprüngen an der inneren Kappe befestigt sind, wobei sich eine Mehrheit der inneren Kappe im Wesentlichen parallel zur Blendenplatte erstreckt.
- Die Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 11, wobei die Blendenplatte einen rohrförmigen Wandbereich umfasst, der die innere Schale umgibt, wobei der rohrförmige Wandbereich eine Vielzahl von umlaufend voneinander beabstandeten Slots aufweist, die Schweißstellen zur inneren Schale aufnehmen.
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