DE112012004198T5

DE112012004198T5 - Abgasbehandlungsvorrichtung mit integrierter Halterung

Info

Publication number: DE112012004198T5
Application number: DE112012004198.4T
Authority: DE
Inventors: Megan Wikaryasz; Rick Thompson; Pavel Robles; Cary Wright
Original assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Current assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2032-09-05
Also published as: CN104302879A; US8721977B2; KR101623511B1; KR20140067159A; DE112012004198B4; US20130086894A1; BR112014008035A2; JP2014529041A; CN104302879B; WO2013052224A1; JP5985647B2

Abstract

Eine Abgasbehandlungsvorrichtung umfasst ein zwischen einem Innengehäuse und einem Außengehäuse angeordnetes Isoliermaterial. Ein Einlassrohr weist ein Ende auf, das mit einem von dem Innengehäuse definierten Hohlraum in Verbindung steht. Ein Substrat zur Behandlung von Motorabgasen ist innerhalb des Innengehäuses angeordnet. Ein metallener Halterungsring ist zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse angeordnet und weist eine Montageanordnung zur Aufnahme eines Befestigungsmittels auf.

Description

BEREICH
Die vorliegende Offenlegungsschrift betrifft eine Abgasbehandlungsvorrichtung zur Reduzierung unerwünschter Emissionen aus einem Verbrennungsmotor und insbesondere ein robustes, integriertes Halterungssystem zum Halten der Abgasbehandlungsvorrichtung an einem Fahrzeug.
HINTERGRUND
Dieser Abschnitt liefert Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Offenbarung, welche nicht zwingend Stand der Technik sind.
Abgasbehandlungsvorrichtungen wie Abgaskatalysatoren, Dieseloxidationskatalysatoren, Dieselpartikelfilter und dergleichen können in verschiedenen Anwendungen zur Behandlung von Abgasen eingesetzt werden, die von Verbrennungsmotoren ausgestoßen werden. Viele der Abgasbehandlungsvorrichtungen umfassen relativ schwere Bauteile, wie ein Keramiksubstrat oder ein Katalysatorbett zur Behandlung der Abgase. Das System zur Befestigung der Abgasbehandlungsvorrichtung an dem Fahrzeug muss einer großen Bandbreite äußerer Einflüsse standhalten, wie insbesondere wenn ein Fahrzeugrad in ein Schlagloch in der Straße hinein- und wieder herausfährt.
Typische Abgasbehandlungsvorrichtungen sind an dem Fahrzeugunterbau oder -rahmen mit einer Anzahl angeschweißter Klammern oder Bänder befestigt. Obwohl sich diese Anordnungen zur Halterung der Abgasbehandlungsvorrichtung in der Vergangenheit bewährt haben, sind die Kosten und der Aufwand des einzelnen Anschweißens von Halteträgern an die Abgasbehandlungsvorrichtung nicht länger wünschenswert. Abhängig von der Anzahl der verwendeten Klammern und ihrer örtlichen Anordnung können Spannungskonzentrationen auftreten, welche die Lebensdauer der Abgasbehandlungsvorrichtung negativ beeinflussen können. Zusätzlich kann die Verwendung von Klammern zusätzliche Herausforderungen bei der Anbringung mit sich bringen, bei welcher die korrekte Ausrichtung der Abgasbehandlungsvorrichtung und der Klammer sichergestellt werden muss, um andere Fahrzeugbauteile freizuhalten.
Eine bekannte Abgasbehandlungsvorrichtung umfasst ein als Gussteil ausgebildetes Einlassende, das anschließend an ein Blechgehäuse gekoppelt ist. Das Gussteil umfasst eine Befestigungsvorrichtung für die Abgasbehandlungsvorrichtung. Da die gesamte Einlassanordnung aus einem Gussteil gebildet ist, wird Wärme leicht von dem Innenraum der Abgasbehandlungsvorrichtung an eine Außenfläche der gegossenen Einlassanordnung übertragen. Die meisten Endnutzer und Erstausrüster bevorzugen eine isolierte Anordnung, bei welcher die Außentemperatur der Behandlungsvorrichtung unterhalb einer vorbestimmten Maximaltemperatur bleibt. Ferner ist das Gussteil relativ groß, schwer und teuer. Dementsprechend könnte es vorteilhaft sein, eine verbesserte Abgasbehandlungsvorrichtung bereitzustellen, welche ein kostengünstiges integriertes Halterungssystem mit ausreichender thermischer Abschirmung aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG
Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung dar und ist keine umfassende Beschreibung ihres gesamten Rahmens oder aller ihrer Merkmale.
Eine Abgasbehandlungsvorrichtung umfasst ein Isoliermaterial, das zwischen einem Innengehäuse und einem Außengehäuse angeordnet ist. Ein Einlassrohr weist ein Ende in Verbindung mit einem von dem Innengehäuse definierten Hohlraum auf. Ein Substrat zur Behandlung von Motorabgasen ist innerhalb des Innengehäuses positioniert. Ein metallener Halterungsring ist zwischen dem Innen- und Außengehäuse angeordnet und umfasst eine Montageanordnung zur Aufnahme eines Befestigungsmittels.
Eine Abgasbehandlungsvorrichtung umfasst ein Innengehäuse, ein Außengehäuse und ein dazwischen angeordnetes Isoliermaterial. Ein Einlassrohr weist ein Ende auf, das mit einem von dem Innengehäuse definierten Hohlraum in Verbindung steht. Ein Substrat zur Behandlung von Motorabgasen ist innerhalb des Innengehäuses angeordnet. Ein metallenes Halterungselement umfasst eine Befestigungsanordnung. Eine Abdeckplatte greift in das Halterungselement ein und ist an dem Außengehäuse befestigt, um das Halterungselement zwischen dem Außengehäuse und der Abdeckplatte zu halten.
Weitere Bereiche der Anwendbarkeit werden aus der hier bereitgestellten Beschreibung hervorgehen. Die Beschreibung und spezifische Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen nur zu Illustrationszwecken und sollen den Rahmen der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu illustrativen Zwecken ausgewählter Ausführungen und nicht aller möglichen Implementierungen und sollen den Rahmen der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken.
1 ist eine Perspektivansicht einer beispielhaften Abgasbehandlungsvorrichtung mit einer integrierten Halterung;
2 ist eine Querschnittsansicht durch die in 1 dargestellte Abgasbehandlungsvorrichtung;
3 ist eine Perspektivansicht eines gegossenen Halterungsrings;
4 ist eine Querschnittsansicht durch den in 3 dargestellten gegossenen Halterungsring;
5 ist eine Perspektivansicht einer alternativen Abgasbehandlungsvorrichtung; und
6 ist eine Querschnittsansicht durch die in 5 dargestellte Abgasbehandlungsvorrichtung.
Entsprechende Bezugszahlen bezeichnen entsprechende Teile durch die verschiedenen Ansichten der Zeichnungen hindurch.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Beispielhafte Ausführungen werden nunmehr genauer unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Die 1–4 zeigen eine beispielhafte Abgasbehandlungsvorrichtung, die mit der Bezugszahl 10 identifiziert ist. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 10 umfasst ein erstes Substrat 12, das stromaufwärts von einem zweiten Substrat 14 innerhalb eines Gehäuses 15 positioniert ist. Das erste Substrat 12 kann ein Dieseloxidationskatalysator oder eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung sein, während das zweite Substrat 14 ein Dieselpartikelfilter oder ein Sperrkatalysator sein kann. Andere Abgasbehandlungselemente können anstelle des ersten Substrats 12 und des zweiten Substrats 14 verwendet werden. Ferner betrifft die vorliegende Offenbarung eine Abgasbehandlungsvorrichtung, welche ein oder mehrere Substrate innerhalb des Gehäuses 15 aufweist. Die beiden, in den Figuren dargestellten Substratanordnungen dienen lediglich Illustrationszwecken.
Das Gehäuse 15 weist ein Innengehäuse 16 und ein das Innengehäuse 16 umgebendes Außengehäuse 17 auf. Das Innengehäuse 16 weist mehrere metallene Stanzteile auf, die aneinander gekoppelt sind. Beispielsweise weist das Innengehäuse 16 ein inneres Rohr 18 auf, welches das erste Substrat 12 und das zweite Substrat aufnimmt. Die Substrate 12, 14 werden in dem inneren Rohr 18 unter Einsatz eines Stopf- oder Leimverfahrens (stuffing or sizing process) zum Verdichten einer ersten Matte 28 zwischen dem ersten Substrat 12 und dem inneren Rohr 18 sowie zum Verdichten einer zweiten Matte 30 zwischen dem zweiten Substrat 14 und dem inneren Rohr 18 gehalten. Das Außengehäuse 17 weist ebenfalls miteinander verbundene Stanzteile auf, wie ein äußeres Rohr 34, welches das innere Rohr 18 umgrenzt. Ein Isoliermaterial 36 umgibt das innere Rohr 18 und ist zwischen dem äußeren Rohr 34 und dem inneren Rohr 18 angeordnet.
Eine Einlassanordnung 37 ist an dem äußeren Rohr 34 und dem inneren Rohr 18 befestigt. Die Einlassanordnung 37 weist eine Ringabdeckplatte 38 mit einem Flansch 40 auf, der an einer ersten Endkappe 44 befestigt ist. Ein innerer Einlass 41 umfasst eine an dem inneren Rohr 18 befestigte Lippe 43. Der innere Einlass 41 bildet einen Teil des Innengehäuses 16, während die Endkappe 44 einen Teil des Außengehäuses 17 bildet.
Ein Halterungsring 54 ist zwischen der ersten Endkappe 44 und der Ringabdeckplatte 38 angeordnet. Der Halterungsring 54 kann aus einem duktilen Eisen mit einem hohen Gehalt an Silikon und Molybdän als ein einstückiges monolithisches Bauteil gegossen sein. Dieses Material sorgt für ausgezeichnete strukturelle physikalische Eigenschaften und kann der Hochtemperaturumgebung der Abgasbehandlungsvorrichtung standhalten. Der Halterungsring kann alternativ unter Einsatz von Verfahren wie Schmieden, Stanzen oder maschinelle Bearbeitung ausgebildet werden. Andere metallische Materialien als die aufgelisteten sind ebenfalls denkbar.
Der Halterungsring 54 weist einen allgemein tassenförmigen hohlen Querschnitt auf, der von einer inneren Wand 60 und einer äußeren Wand 62 definiert ist, welche durch eine Endwand 64 miteinander verbunden sind. Eine Vielzahl von massiven Befestigungsvorsprüngen 66 ist über den Umfang beabstandet voneinander angeordnet. Jeder Vorsprung 66 weist eine gewindete Öffnung 68 zur Aufnahme eines Befestigungsmittels (nicht gezeigt) auf, um die Abgasbehandlungsvorrichtung 10 an dem Fahrzeug zu befestigen. Um eine robuste bauliche Halterung für die Abgasbehandlungsvorrichtung 10 zu definieren, ist eine Innenfläche 70 der ersten Endkappe 44 als eine komplementär zu einer Außenfläche 72 des Halterungsrings 54 ausgebildete Tasche geformt. Eine Vielzahl von Öffnungen 76 erstreckt sich durch die erste Endkappe 44 in Axialität mit den gewindeten Öffnungen 68. Es sollte klar sein, dass der Halterungsring 54 die tassenförmigen Abschnitte nicht aufweisen muss, sondern auch so ausgebildet sein kann, dass er einen einheitlicheren soliden Querschnitt aufweist.
Zum Zusammenbau der Abgasbehandlungsvorrichtung 10 wird der Halterungsring 54 in Eingriff mit der Innenfläche 70 gebracht. Die Ringabdeckplatte 38 wird so positioniert, dass sie in den Halterungsring 54 eingreift. Der Flansch 40 wird an die erste Endkappe 44 angeschweißt, um den Halterungsring 54 an einer gewünschten Stelle zu halten und eine bauliche Verbindung zwischen dem Gussteil und den verbleibenden gestanzten Stahlbauteilen miteinander zu schaffen. Die erste Endkappe 44 wird ebenfalls an den Halterungsring 54 angeschweißt. Ein Isoliermaterial 77 wird zwischen der Ringabdeckplatte 38 und dem inneren Einlass 41 eingeschlossen.
Die Ringabdeckplatte 38 umfasst zumindest einen Vorsprung 48, der in einen ähnlichen Vorsprung oder eine Vielzahl von Vorsprüngen 50, die auf dem inneren Einlass 41 ausgebildet ist, eingreift. Die erste Endkappe 44 weist ebenfalls einen Vorsprung oder eine Gruppe von Vorsprüngen 78 auf, die in Eingriff mit dem Vorsprung oder den Vorsprüngen 48 der Ringabdeckplatte 38 angeordnet sind. Jede Gruppe von Vorsprüngen ist mit den anderen verschweißt, um die erste Endkappe 44, die Ringabdeckplatte 38 und den inneren Einlass 41 aneinander zu befestigen. Jede Schweißnaht verbindet drei aneinander angrenzende Stahlblechbereiche. Die erste Endkappe 44 umfasst einen Flansch 46, der nach Fertigstellung der Einlassanordnung 37 an dem äußeren Rohr 34 befestigt wird. Eine Wärmeabschirmung 80 kann wahlweise an einer Außenfläche der ersten Endkappe 44 befestigt werden, um die Vorsprünge 78 abzudecken, da diese Bereiche ohne Isolierung 77 sind.
Eine Einlassrohranordnung 82 weist ein Einlassrohr 84 auf, das an einer Abschirmung 86 angeordnet. Das Rohr 84 weist ein erstes Ende 90 auf, das sich durch sowohl das äußere Rohr 34 als auch durch das innere Rohr 18 erstreckt und in Verbindung mit einem stromaufwärts von dem ersten Substrat 12 ausgebildeten Hohlraum 92 steht. Ein Einlass 94 ist an dem zweiten gegenüberliegenden Ende der Einlassrohranordnung 82 ausgebildet, um Abgas aus dem Verbrennungsmotor aufzunehmen.
Eine Stromverteilerplatte 96 ist an dem inneren Einlass 41 an einer Stelle stromabwärts des ersten Endes 90 des Rohrs 84 befestigt. Die Stromverteilerplatte 96 weist eine Vielzahl von voneinander beabstandet angeordneten Öffnungen 98 mit unterschiedlicher Größe auf, um einen im Wesentlichen gleichförmigen Abgasstrom durch das erste Substrat 12 herbeizuführen.
Eine Auslassanordnung 100 kann unter Einsatz einiger der gleichen oder zumindest sehr ähnlicher Bauteile, wie sie zur Herstellung der Einlassanordnung verwendet werden, konstruiert sein. Beispielsweise weist die Auslassanordnung 100 eine zweite Endkappe 44a, eine Ringabdeckplatte 38a, ein Isoliermaterial 77a, einen inneren Auslass 41a, ein Rohr 84a, eine Abschirmung 86a, eine Isolierung 88a und einen Auslass 94a auf. Weitere Merkmale der Auslassanordnung 100 sind im Wesentlichen ähnlich wie die Merkmale der Bauteile, welche die Einlassanordnung bilden. Als solche, werden diese Elemente mit einem nachgestellten „a”-Suffix identifiziert.
Die Verbindung der Bauteile miteinander zur Bildung der Auslassanordnung 100 ist im Wesentlichen die gleiche wie bei der Einlassanordnung 37 mit der Ausnahme, dass der Halterungsring 54 innerhalb der in den Figuren gezeigten Auslassanordnung 100 nicht vorhanden ist. Es ist jedoch festzuhalten, dass sollte eine Montageflexibilität erforderlich sein, die Auslassanordnung 100 einen Halterungsring aufweisen kann, der im Wesentlichen ähnlich dem Halterungsring 54 ist. In einer noch weiteren Anordnung kann die Einlassanordnung 37 ohne Halterungsring 54 konstruiert sein und die Auslassanordnung kann einen Halterungsring aufweisen, der zwischen der zweiten Endkappe 44a und der Ringabdeckplatte 38a angeordnet ist.
5 zeigt eine alternative Abgasbehandlungsvorrichtung, die mit der Bezugszahl 110 identifiziert ist. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 110 ist im Wesentlichen die gleiche wie die Abgasbehandlungsvorrichtung 10 mit der Ausnahme, dass die Auslassanordnung 100 durch eine Auslassanordnung 114 ersetzt worden ist. Die Auslassanordnung 114 weist einen an dem inneren Rohr 18 befestigten Innenkegel 116 und einen an dem äußeren Rohr 34 befestigten Außenkegel 118 auf. Ein Isoliermaterial 120 ist zwischen dem Innenkegel 116 und dem Außenkegel 118 angeordnet. Ein Rohr 124 erstreckt sich durch Öffnungen, die sowohl in dem Außenkegel 118 als auch in dem Innenkegel 116 ausgebildet sind, um ein erstes Ende 126 des Rohrs 124 in Verbindung mit einem Hohlraum 128 zu bringen. Das Rohr 124 weist einen Auslass 130 auf, um behandeltem Abgas zu ermöglichen die Abgasbehandlungsvorrichtung 110 zu verlassen.
Die Abgasbehandlungsvorrichtung 110 stellt eine alternative Leitungsrohranordnung bezüglich der Vorrichtung 10 bereit. Das Rohr 84 schneidet quer eine mit einer Abgasstromrichtung durch die Substrate 12, 14 ausgerichtete Achse. Das Rohr 124 stellt einen Auslass bereit, der koaxial mit dieser Stromachse ausgerichtet ist. Dies ist ein Gegensatz zu der von der Abgasbehandlungsvorrichtung 10 definierten Leitungsrohranordnung, bei welcher sich sowohl der Einlass 94 als auch der Auslass 94a in rechten Winkeln zu einer Abgasstromrichtung durch die Substrate 12, 14 erstrecken. Ein Fachmann wird erkennen, dass andere geometrische Anordnungen des Einlasses, des Auslasses und des Abgasstromweges als innerhalb des Rahmens der vorliegenden Offenlegung anzusehen sind.
Die vorausgehende Beschreibung der Ausführungen wurde zu Zwecken der Illustration und Erläuterung gegeben. Es ist nicht beabsichtigt, erschöpfend zu sein oder die Erfindung zu begrenzen. Einzelne Elemente oder Merkmale einer besonderen Ausführung sind im Allgemeinen nicht auf diese besondere Ausführung beschränkt, sondern, wo anwendbar, austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführung eingesetzt werden, selbst wenn dies nicht speziell gezeigt oder beschrieben ist. Dieselben können ebenfalls auf vielfältige Weise variiert werden. Solche Veränderungen werden nicht als Abweichung von der Erfindung betrachtet und alle solche Modifizierungen sollen innerhalb des Rahmens der Erfindung mit umfasst sein.

Claims

Abgasbehandlungsvorrichtung mit: einem Innengehäuse; einem Außengehäuse; einem zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse angeordneten Isoliermaterial; einem Einlassrohr, welches einendseitig in Verbindung mit einem von dem Innengehäuse definierten Hohlraum steht; einem Substrat zur Behandlung von Motorabgasen, das innerhalb des Innengehäuses angeordnet ist; und einem metallenen Halterungsring, der zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse angeordnet ist, wobei der Ring eine Montageanordnung zur Aufnahme eines Befestigungsmittels aufweist.
Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, welche ferner eine Ringabdeckplatte aufweist, die in den Halterungsring eingreift und an dem Außengehäuse befestigt ist, um die Halterungsplatte zwischen dem Außengehäuse und der Ringabdeckplatte zu halten.
Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der Ring einen „C”-förmigen Querschnitt mit einer inneren zylindrischen Wand und einer äußeren zylindrischen Wand aufweist, welche durch eine im Wesentlichen flache Endwand miteinander verbunden sind.
Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Montageanordnung eine sich in die Endwand hinein erstreckende gewindete Öffnung aufweist.
Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das Isoliermaterial zwischen dem Innengehäuse und der Ringabdeckplatte angeordnet ist.
Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei der Halterungsring sich auf einer bezüglich des Hohlraums entgegengesetzten Seite der Isolierung befindet.
Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend ein zweites Substrat, das koaxial mit dem Substrat ausgerichtet und innerhalb des Innengehäuses angeordnet ist.
Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der metallene Halterungsring aus einer duktilen Eisenlegierung gegossen ist.
Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Ring an dem Außengehäuse befestigt ist.
Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend eine Stromverteilerplatte, die eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, welche derart angeordnet sind, dass das Abgas durch die Öffnungen strömt, bevor es in das Substrat eintritt.
Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das Innengehäuse eine sich nach außen erstreckende Vorwölbung aufweist und die Ringabdeckplatte einen sich nach innen erstreckenden Vorsprung aufweist, wobei die Vorwölbung sich im Eingriff mit dem Vorsprung befindet und an diesem befestigt ist.
Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei das Außengehäuse eine sich nach innen erstreckende Vorwölbung aufweist, die mit dem Vorsprung verschachtelt und daran befestigt ist.
Abgasbehandlungsvorrichtung mit: einem Innengehäuse; einem Außengehäuse; einem zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse angeordneten Isoliermaterial; einem Einlassrohr, welches einendseitig in Verbindung mit einem von dem Innengehäuse definierten Hohlraum steht; einem Substrat zur Behandlung von Motorabgasen, das innerhalb des Innengehäuses angeordnet ist; einem gegossenen metallenen Halterungselement, das eine Montageanordnung aufweist; und einer Abdeckplatte, die sich mit dem Halterungselement im Eingriff befindet und an dem Außengehäuse befestigt ist, um das Halterungselement zwischen dem Außengehäuse und der Abdeckplatte zu halten.
Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei das Isoliermaterial zwischen dem Innengehäuse und der Abdeckplatte angeordnet ist.
Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei das Halterungselement sich auf einer bezüglich des Hohlraums entgegengesetzten Seite der Isolierung befindet.
Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei das Innengehäuse eine sich nach außen erstreckende Vorwölbung aufweist und die Abdeckplatte einen sich nach innen erstreckenden Vorsprung aufweist, wobei die Vorwölbung sich im Eingriff mit dem Vorsprung befindet und an diesem befestigt ist.
Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei das Außengehäuse eine sich nach innen erstreckende Vorwölbung aufweist, die mit dem Vorsprung verschachtelt und daran befestigt ist.
Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei das Halterungselement an das Außengehäuse angeschweißt ist.
Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei das Halterungselement als ein ununterbrochener Ring geformt ist.