DE112017001501T5

DE112017001501T5 - Fahrzeugabgassystem-komponente mit einer isolierenden hitzeschildbaugruppe mit gekapselten taschen

Info

Publication number: DE112017001501T5
Application number: DE112017001501.4T
Authority: DE
Inventors: Robin Willats; Jerome Brian Hornback; John G. Rohde; Thibaut Contremoulins; Maria Saur
Original assignee: Faurecia Emissions Control Technologies USA LLC
Current assignee: Faurecia Emissions Control Technologies USA LLC
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2019-01-10
Also published as: CN109072757A; CN109072756A; CN108884744A; CN109072756B; CN108884743A; US10895190B2; DE112017001497T5; CN109072757B; DE112017001474T5; US10648394B2; CN108884743B; WO2017165589A1; CN108884744B; US10544724B2; WO2017165587A1; US20190055876A1; US20190072022A1; WO2017165590A1; DE112017001504T5; WO2017165588A1

Abstract

Eine Abgaskomponentenbaugruppe beinhaltet einen Hitzeschild und eine Montagestruktur zum Befestigen des Hitzeschilds an einem Außengehäuse einer Abgaskomponente. Die Montagestruktur beinhaltet einen primären Isolator, der sich zwischen einer Außenfläche des Außengehäuses und einer Innenfläche des Hitzeschilds befindet, und mindestens einen neben dem primären Isolator positionierten sekundären Isolator. Der primäre Isolator umfasst eine Materialplatte, die mindestens einen gekapselten isolierenden Hohlraum beinhaltet.

Description

VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 24. März 2016 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/312,541 .
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Fahrzeuge beinhalten ein Abgassystem, das von einem Verbrennungsmotor erzeugte Abgase an eine Stelle im Fahrzeug befördert, wo die erhitzten Abgase sicher ausgestoßen werden können. Abgassysteme können verschiedene Kombinationen der folgenden Komponenten beinhalten: Rohre, Schläuche, Resonatoren, Konverter, Katalysatoren, Filter, Mischer, Schalldämpfer usw. Das gesamte Abgassystem wird aufgrund der hohen Temperaturen, die bei den die Abgase erzeugenden Verbrennungsvorgängen entstehen, nach einer kurzen Betriebszeit sehr heiß. Daher benutzen eine oder mehrere der Komponenten oft einen äußeren Hitzeschild, um die insgesamt bloßgelegte Außenflächentemperatur der Komponenten zu senken.
Ein typischer Hitzeschild ist eine dünne Platte aus Metall, die gestanzt oder sonst wie ausgebildet ist, um sich generell der Form der Komponente, wie z. B. eines Schalldämpfers, an welcher der Hitzeschild zu befestigen ist, anzupassen. Der Hitzeschild kann mit Schenkeln oder sonstigen Strukturen ausgebildet sein, die Bereiche zum Befestigen des Hitzeschilds am Schalldämpfer bereitstellen. Verbleibende Abschnitte des Hitzeschilds sind entlang einer Außenfläche des Schalldämpfers beabstandet, um Außenbereiche des Schilds vom Schalldämpfer zu isolieren. Der Hitzeschild wird typisch durch Schweißen am Schalldämpfer gesichert; andere Befestigungsverfahren wie z. B. Riemen, Niete usw. sind jedoch zusätzlich oder alternativ benutzt worden.
In bestimmten Umgebungen ist es wichtig, einen möglichst großen Teil einer heißen Abgaskomponente abzuschirmen. Beispielsweise verlangen einige Spezifikationen, dass bis zu 99 % der Außenfläche der Komponente weniger als eine vorgegebene Temperatur aufweisen. Diese Anforderung kann bei größeren Komponenten und bei Komponenten mit komplexen Formen schwer erfüllbar sein. Ferner bieten die verschiedenen, zum Befestigen des Hitzeschilds an der Komponente verwendeten Befestigungsstrukturen direkte Wärmeübertragungswege zum Hitzeschild, was das Aufrechterhalten einer gewünschten niedrigen Außenflächentemperatur erschweren kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet eine Abgaskomponentenbaugruppe einen Hitzeschild und eine Montagestruktur zum Befestigen des Hitzeschilds an einem Außengehäuse einer Abgaskomponente. Die Montagestruktur beinhaltet einen primären Isolator, der sich zwischen einer Außenfläche des Außengehäuses und einer Innenfläche des Hitzeschilds befindet, und mindestens einen neben dem primären Isolator positionierten sekundären Isolator. Der primäre Isolator umfasst eine Materialplatte, die mindestens einen gekapselten isolierenden Hohlraum beinhaltet.
In einer anderen Ausführungsform gemäß der vorherigen Ausführungsform umfasst die Materialplatte eine um das Außengehäuse gewickelte Isoliermatte, und wobei der mindestens eine gekapselte isolierende Hohlraum einen versiegelten Hohlraum umfasst, der vollständig innerhalb der Isoliermatte gekapselt ist.
In einer anderen Ausführungsform gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen ist der versiegelte Hohlraum leer.
In einer anderen Ausführungsform gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen ist der versiegelte Hohlraum mit einem Isoliermaterial gefüllt.
In einer anderen Ausführungsform gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen umfasst das Isoliermaterial ein erstes Isoliermaterial mit einem ersten Wärmeübertragungskoeffizienten, und wobei die Isoliermatte ein zweites Isoliermaterial mit einem zweiten Wärmeübertragungskoeffizienten, der größer als der erste Wärmeübertragungskoeffizient ist, umfasst.
In einer anderen Ausführungsform gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen ist der mindestens eine sekundäre Isolator innerhalb des versiegelten Hohlraums positioniert.
In einer anderen Ausführungsform gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen ist der mindestens eine sekundäre Isolator außerhalb des versiegelten Hohlraums positioniert.
In einer anderen Ausführungsform gemäß einer der vorherigen Ausführungsformen umfasst der mindestens eine gekapselte isolierende Hohlraum eine Mehrzahl von diskreten gekapselten isolierenden Hohlräumen.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Montage eines Hitzeschilds an ein Außengehäuse einer Abgaskomponentenbaugruppe das Positionieren eines primären Isolators zwischen einer Außenfläche des Außengehäuses und einer Innenfläche des Hitzeschilds, wobei der primäre Isolator eine Materialplatte umfasst, die mindestens einen vollständig gekapselten isolierenden Hohlraum beinhaltet; das Positionieren mindestens eines sekundären Isolators neben dem primären Isolator; und das Platzieren des Hitzeschilds über dem primären und sekundären Isolator, so dass der Hitzeschild relativ zum Außengehäuse fest gehalten wird.
Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung können am besten aus der folgenden Patentschrift und den Zeichnungen verstanden werden, von denen das Folgende eine kurze Beschreibung ist.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugabgassystems.
2A ist eine Perspektiv-Schnittansicht eines Beispiels einer Mischer- und Hitzeschildbaugruppe, wie in dem Fahrzeugabgassystem von 2 benutzt.
2B ist eine Explosionsansicht von 2A.
2C ist eine Endansicht von 2B.
3 ist eine Schnittansicht der Mischer- und Hitzeschildbaugruppe von 2A.
4 ist eine 2A ähnliche Ansicht, zeigt aber sekundäre Isolatoren der Mischer- und Hitzeschildbaugruppe mit Erstreckung in Umfangsrichtung um ein Mischergehäuse.
5 ist eine Perspektiv-Teilschnittansicht eines anderen Beispiels einer Mischer- und Hitzeschildbaugruppe, zeigt aber in einem primären Isolator gekapselte sekundäre Isolatoren.
6 ist eine Schnittansicht von 5.
7 ist eine Perspektiv-Schnittansicht eines anderen Beispiels einer Mischer- und Hitzeschildbaugruppe.
8 ist eine stark schematische Darstellung eines primären Isolators mit einer Mehrzahl von diskreten gekapselten isolierenden Hohlräumen.
9 ist eine stark schematische Schnittansicht eines primären Isolators mit einer Mehrzahl von diskreten gekapselten isolierenden Hohlräumen.
10 ist eine stark schematische Schnittansicht eines primären Isolators mit einer Mehrzahl von diskreten gekapselten isolierenden Hohlräumen in Kombination mit sekundären Isolatoren, die sich außerhalb der Hohlräume befinden.
11 ist eine stark schematische Schnittansicht eines primären Isolators mit einer Mehrzahl von diskreten gekapselten isolierenden Hohlräumen in Kombination mit sekundären Isolatoren, die sich innerhalb der Hohlräume befinden.
12 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispielverfahren zur Montage einer Hitzeschildbaugruppe an eine Abgaskomponente beschreibt.
13A ist eine schematische Ansicht eines Montageverfahrens für die Matte und Ringe des in 5-6 gezeigten Beispiels.
13B ist eine schematische Ansicht der Matte und Ringe von 13A in einer Konfiguration, in der die Matte so gefaltet ist, dass die Ringe vollständig innerhalb des Hohlraums gekapselt sind.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 zeigt ein Fahrzeugabgassystem 10, das von einem Motor 12 erzeugte heiße Abgase durch verschiedene vorgeschaltete Abgaskomponenten 14 leitet, um wie bekannt Emissionen zu reduzieren und Lärm zu begrenzen. Dem Motor nachgeschaltet sind verschiedene vorgeschaltete Abgaskomponenten 14, die eine oder mehrere der folgenden in beliebiger Kombination beinhalten können: Rohre, Filter, Ventile, Katalysatoren, Schalldämpfer usw. In einer Beispielkonfiguration leiten die verschiedenen vorgeschalteten Abgaskomponenten 14 Abgase in einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 16 mit einem Einlass 18 und einem Auslass 20. Dem DOC 16 nachgeschaltet kann es einen Dieselpartikelfilter (DPF) 21 geben, der wie bekannt zum Entziehen von Schadstoffen aus dem Abgas benutzt wird.
Dem DOC 16 und wahlweisen DPF 21 nachgeschaltet ist ein selektiver katalytischer Reduktions(SCR)-Katalysator 22 mit einem Einlass 24 und einem Auslass 26. Der Auslass 26 überträgt Abgase auf nachgeschaltete Abgaskomponenten 28. Wahlweise kann Komponente 22 einen Katalysator umfassen, der konfiguriert ist, um eine selektive katalytische Reduktionsfunktion und eine Partikelfilterfunktion durchzuführen. Die verschiedenen nachgeschalteten Abgaskomponenten 28 können eine oder mehrere der folgenden in beliebiger Kombination beinhalten: Rohre, Filter, Ventile, Katalysatoren, Schalldämpfer usw. Die in 1 gezeigten Komponenten können in verschiedenen Konfigurationen und Kombinationen je nach Fahrzeuganwendung und verfügbarem Bauraum montiert sein.
In einer Beispielkonfiguration ist ein Mischer 30 dem Auslass 20 des DOC 16 oder DPF 21 nachgeschaltet und dem Einlass 24 des SCR-Katalysators 22 vorgeschaltet positioniert. Der Mischer 30 wird benutzt, um eine Wirbel- oder Drehbewegung der Abgase hervorzurufen. Es kann ein beliebiger Mischelementtyp benutzt werden, wie z. B. der in US 2012/0216513 dargelegte, die von dem Anmelder der vorliegenden Erfindung angemeldet und durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist. Ein Einspritzsystem 32 wird benutzt, um ein Reduktionsmittel, wie z. B. eine Lösung von Harnstoff und Wasser, in den dem SCR-Katalysator 22 vorgeschalteten Abgasstrom einzuspritzen, so dass der Mischer 30 den Harnstoff und die Abgase gründlich vermischen kann. Das Einspritzsystem 32 beinhaltet eine Fluidversorgung 34, einen Dosierer 36 und ein Steuergerät 38, das die Einspritzung des Harnstoffs wie bekannt steuert. Ein derartiges System in Kombination mit einem Mischer ist beispielsweise in US-Anmeldungen Nr. 14/737533 und 14/737546 offenbart, die vom Anmelder der vorliegenden Erfindung angemeldet und durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind.
In einem in 2-4 gezeigten Beispiel beinhaltet der Mischer 30 einen Hitzeschild 40, der an ein Außengehäuse 42 des Mischers 30 unter Verwendung einer einzigartigen schwach leitfähigen Tragstützenkonfiguration 43 montiert ist. Die schwach leitfähige Tragstütze 43 ist konfiguriert, so dass die Wärme innerhalb des Mischers 30 auf den gewünschten Temperaturniveaus gehalten wird, während die Außenfläche der Komponente auf viel kühleren Oberflächentemperaturen gehalten wird. In einer in 2A-2C gezeigten Beispielausführungsform umfasst die schwach leitfähige Tragstütze 43 einen primären Isolator 44, der sich zwischen einer Außenfläche 46 des Außengehäuses 42 und einer Innenfläche 48 des Hitzeschilds 40 befindet, und mindestens einen sekundären Isolator 50, der neben dem primären Isolator 44 positioniert ist.
In dem in 2-4 gezeigten Beispiel umfasst der primäre Isolator 44 eine die Außenfläche 46 des Gehäuses 42 umgebende Isoliermatte 52. Die Isoliermatte 52 hat einen ersten Rand 54 und einen zweiten Rand 56, die entgegengesetzt zum ersten Rand 54 ist. Die Isoliermatte 52 beinhaltet ferner mindestens einen gekapselten isolierenden Hohlraum 58. Der Hohlraum 58 ist durch Material der Isoliermatte 52 vollständig gekapselt, um das Isoliervermögen der schwach leitfähigen Tragstütze 43 weiter zu verbessern. In einem Beispiel kann der gekapselte isolierende Hohlraum 58 eine gas- oder vakuumgefüllte Röhre beliebiger gewünschter Form und/oder Größe sein. Ferner kann der gekapselte isolierende Hohlraum 58 leer, z. B. ein Lufthohlraum, oder mit einem leistungsfähigeren Isoliermaterial gefüllt sein. Dies wird nachstehend ausführlicher diskutiert.
In einem Beispiel umfasst der mindestens eine sekundäre Isolator 50 ein oder mehrere Materialstücke, Bänder oder Ringe 60, die in Kombination mit der Isoliermatte 52 benutzt werden, um den Hitzeschild 40 an das Gehäuse 42 zu montieren. Im gezeigten Beispiel ist ein Ring 60 an dem ersten Rand 54 der Matte 52 platziert und ist ein anderer Ring 60 an dem entgegengesetzten zweiten Rand 56 der Matte 52 platziert. Daher befinden sich, in diesem Beispiel, die Ringe 60 außerhalb der Matte 52 und außerhalb des Hohlraums 58. Der Hitzeschild 40 ist über Außenflächen der Matte 52 und Ringe 60 platziert und wird dann radial nach innen komprimiert, um die Matte 52 gegen das Gehäuse 42 zu komprimieren. Ränder 62 des Hitzeschilds 40 können um die Ringe 60 gebildet sein, um das Inpositionhalten der Ringe 60 und Matte 52 gegen den Mischer 30 zu ermöglichen. Die Kombination aus primärem 44 und sekundärem 50 Isolator wird benutzt, um den Hitzeschild 40 vom Außengehäuse 42 zu isolieren, indem der direkte Kontakt (Leitungsweg) zwischen dem Gehäuse 42 und Hitzeschild 40 weggenommen wird, während auch eine generell konstante Lücke zwischen ihnen beibehalten wird.
Der Hitzeschild 40 kann aus einem metallischen Material wie z. B. einem Stahlblech bestehen oder der Hitzeschild 40 kann aus einem nicht-metallischen Material wie z. B. Verbund- oder Plastikmaterial bestehen. Die Ringe 60 schützen die Matte 52 und den gekapselten isolierenden Hohlraum 58, sorgen für Strukturabstützung des Hitzeschilds 40 und widerstehen der Bewegung des Hitzeschilds 40 während des Fahrzeugbetriebs. Die Ringe 60 können ein Band aus Fasermatten oder einem faserigen Material wie z. B. einem Seil umfassen. Die Ringe 60 umfassen bevorzugt Bänder aus einer hochsteifen Matte, ein Seil aus geflochtenem Seilmaterial, ein Seil aus geflochtenem Drahtmaterial, ein Seil, das Glasfasern beinhaltet, oder andere ähnliche Materialien. Die Ringe 60 können aus einem komprimierbaren oder nicht-kompressiven Material bestehen.
In einem Beispiel hat die Matte 52 eine erste Steifigkeit und haben die Ringe 60 eine zweite Steifigkeit, die größer als die erste Steifigkeit ist. Wenn die Ringe 60 eine größere Steifigkeit als die Matte 52 haben, schützen die Ringe 60 den gekapselten isolierenden Hohlraum 58 vor dem Quetschen in einer radialen Richtung, wenn der Hitzeschild 40 während der Montage gegen die Ringe 60 und Matte 52 komprimiert wird. 4 zeigt die Ringe 60, die sich um einen Außenumfang des Mischergehäuses 42 erstrecken. Die Ringe 60 können sich um den gesamten Umfang oder, wahlweise, nur um einen Abschnitt davon erstrecken. Die 3-4 zeigen, dass Ränder 62 des Hitzeschilds 40 um nach außen gerichtete Flächen der Ringe 60 gebildet sind, um die Befestigung des Hitzeschilds 40 am Mischer 30 in Kompression zu ermöglichen. Die Ränder 62 bleiben vom Gehäuse 42 beabstandet, so dass Wärme vom Gehäuse 42 nicht direkt auf den Hitzeschild 40 übertragen werden kann.
Die 5-6 zeigen ein weiteres Beispiel eines Hitzeschilds 40 mit einer schwach leitfähigen Tragstütze 43. Die schwach leitfähige Tragstütze 43 beinhaltet einen primären Isolator 44 und einen oder mehrere sekundäre Isolatoren 50. Der primäre Isolator 44 umfasst die Isoliermatte 52, die den mindestens einen gekapselten isolierenden Hohlraum 58 beinhaltet, wie oben beschrieben. In diesem Beispiel umfassen die sekundären Isolatoren 50 jedoch Bänder oder Ringe 60', die sich innerhalb des gekapselten isolierenden Hohlraums 58 befinden. Daher bietet diese Konfiguration ein vollständig gekapseltes Design, wobei Hohlräume 58 und Montagebänder oder -ringe 60' vollständig innerhalb des die Matte 52 bildenden Materials gekapselt sind.
5 zeigt die Ringe 60', die sich um den Umfang des Mischergehäuses 42 erstrecken. Die Ringe befinden sich an entgegengesetzten Rändern 64 des Hohlraums 58, sodass die Matte 52 sicher gegen das Gehäuse 42 in Position gehalten werden kann. Wie in 6 gezeigt sind Ränder 62 des Hitzeschilds 40 um nach außen gerichtete Ränder 54, 56 der Matte 52 gebildet, um Befestigung des Hitzeschilds 40 am Mischer 30 in Kompression zu ermöglichen. In einem Beispiel hat die Matte 52 eine erste Steifigkeit und haben die Ringe 60' eine zweite Steifigkeit, die größer als die erste Steifigkeit ist. Wenn die Ringe 60' eine größer Steifigkeit als die Matte 52 haben, schützen die Ringe 60' den gekapselten isolierenden Hohlraum 58 vor dem Quetschen in einer radialen Richtung, wenn der Hitzeschild 40 während der Montage gegen die Ringe 60' und Matte 52 komprimiert ist.
In einem in 13A-B gezeigten Beispiel ist die Matte 52 flach verlegt und sind Seile oder Streifen des Materials, die zum Herstellen der ersten und zweiten Ringe 60' benutzt werden, oben auf der Matte 52 an Stellen verlegt, die von Rändern 70 der Matte axial nach innen beabstandet sind. Die ersten und zweiten Ringe 60' sind axial voneinander um eine die Länge des Hohlraums 58 definierende Distanz D beabstandet. Die Ränder 70 der Matte können dann um das Ringmaterial gewickelt werden, bis die Ränder 70 miteinander in Eingriff sind, können genäht oder sonst wie aneinander an der Naht 72 befestigt werden, um den vollständig gekapselten Hohlraum 58 mit den Ringen 60' innen im Hohlraum 58 zu bilden. Die Matte 52 und Ringe 60' können dann um das Gehäuse 42 gewickelt werden, wobei Enden 74 aneinander befestigt sind, um eine ringförmige Matte zu bilden, oder wobei die Enden am Gehäuse 42 an gewünschten Stellen befestigt sind.
In jedem der Beispiele sorgen die Ringe 60, 60' für Schutz, um das Komprimieren oder Quetschen des Hohlraums 58 während der Montage des Hitzeschilds 40 an den Mischer 30 zu verhindern. Wahlweise, oder zusätzlich zum Vorhandensein von Ringen 60, 60' mit einer höheren Steifigkeit als die Matte 52, könnten Oberflächen des Hohlraums 58 mit einem Versteifungsmittel beschichtet sein. Es kann eine beliebige Art von Versteifungsbeschichtung, die den hohen Temperaturen des Abgassystems standhalten kann, benutzt werden.
In jedem der Beispiele umfasst die Isoliermaterialplatte des primären Isolators 44 eine Matte 52. Die Matte kann aus einer oder mehreren Materialschichten bestehen. Bestimmte Schichten können eine komprimierbarere Rolle spielen, während andere Schichten eine höhere Qualität der bzw. ein höheres Maß an Wärmeisolierung bieten können.
7 zeigt ein Beispiel, wobei der Hohlraum 58 mit einem hochleistungsfähigen Isoliermaterial 88 gefüllt ist. In einem Beispiel umfasst das Isoliermaterial 88, das den Hohlraum 58 füllt, ein erstes Isoliermaterial mit einem ersten Wärmeübertragungskoeffizienten und besteht die Isoliermatte 52 aus einem zweiten Isoliermaterial mit einem zweiten Wärmeübertragungskoeffizienten, der größer als der erste Wärmeübertragungskoeffizient ist.
In einem Beispiel besteht die Matte 52 aus mindestens einer Art von Isoliermaterial wie z. B. Faser- oder Schaummaterial und ist der Hohlraum 58 mit einem hochwärmedämmenden Material 88 wie z. B. mikroporösem Material gefüllt. Weitere Beispiele für hochwärmedämmendes Material sind beispielsweise nicht-faseriges Material mit einer hohen Porosität (mikroporös), Aerogele geringer Dichte (Silica-Aerogele), poröses faseriges Material, Schäume mit keramischem Anteil, poröses Keramikmaterial (Tonerde/Silica-Produkte) oder andere ähnliche Materialien. Somit bietet dieses Beispiel eine mehrlagige Konfiguration, wobei das fragilere hochwärmedämmende (hochleistungsfähige Isolier-) Material vollständig gekapselt und vom haltbareren, die Matte 52 bildenden Faser- oder Schaummaterial geschützt ist. Weitere Beispiele für mehrlagige Matten sind in der am ##. März 2017 eingereichten Parallelanmeldung ##/###,### zu finden, die dem Anmelder der gegenständlichen Erfindung zugewiesen und durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
8 zeigt ein Beispiel für eine Matte 80 mit einer Mehrzahl von diskreten gekapselten isolierenden Hohlräumen 82. In einem Beispiel befinden sich die Hohlräume 82 in identifizierten Heißbereichen, die je nach verschiedenen Arten von Abgaskomponenten und/oder Abgasanwendungen variieren können. Die Hohlräume 82 können leere vakuumgeformte Hohlräume oder mit hochleistungsfähigem Isoliermaterial 88 wie oben beschrieben gefüllt sein. Ferner können die Hohlräume 82 eine beliebige Form oder Größe aufweisen. 9 zeigt die Matte 80 mit diskreten und separaten Hohlräumen 82, die sich über einen Querschnitt der Matte 80 befinden.
Die Matte 80 kann mit sekundären Isolatoren 50 benutzt werden, die Materialstücke 84 umfassen, die auf entgegengesetzten Seiten 86 der Matte 80 positioniert sind (10), oder mit Materialstücken 84', die vollständig innerhalb der Hohlräume 82 gekapselt sind (11). Ferner versteht sich, dass, obwohl jeder Hohlraum 82 in 11 als zwei Materialstücke 84' beinhaltend dargestellt ist, einige Hohlräume 82 evtl. keine Materialstücke 84' beinhalten, einige Hohlräume 82 evtl. nur ein Materialstück 84' beinhalten oder einige Hohlräume 82 mehr als zwei Materialstücke 84' beinhalten könnten. Dies könnte auch auf die Hohlräume 58 zutreffen, die in den Beispielen von 5-7 dargestellt sind. Außerdem erstrecken sich, in diesen vollständig gekapselten Konfigurationen, die Materialstücke 84' evtl. nur um einen diskreten Abschnitt des Außenumfangs des Mischers 30. Diese Materialstücke 84 können nach Bedarf geklebt oder sonst wie innerhalb des Hohlraums 82 befestigt sein.
In einem in 10 gezeigten Beispiel ist eine Tragschicht 90 für die Matte 80 und/oder Materialstücke 84 bereitgestellt. In einem Beispiel umfasst die Tragschicht 90 eine Schicht Klebematerial 90a, die die Matte 80 und/oder Materialstücke 84 in Position hält, bis eine Befestigungsstruktur 92 wie z. B. ein Abschnitt des Hitzeschilds 40, Klemmen, Riemen oder Bolzen installiert werden, um den Hitzeschild 40 in Kompression gegen das Gehäuse 42 zu halten. Wahlweise können die Materialstücke 84 und Matte 52 an der Tragschicht 90 befestigt sein, um eine Baugruppe zu bilden, die dann als Einheit um das Gehäuse 42 gewickelt wird. Ferner kann die in 10 gezeigte Tragschicht 90 in jedem der hierin offenbarten Beispiele verwendet werden. Die Verwendung der Tragschicht 90 bietet den Vorteil einer unkomplizierten und effektiven Installation des Hitzeschilds 40.
In jedem der Beispiele können die Materialstücke 84, 84', Bänder oder Ringe 60, 60' versiegelte oder unversiegelte Strukturen je nach den gewünschten Spezifikationen sein. Idealerweise sollten die Materialstücke 84, 84', Bänder oder Ringe 60, 60' für Strukturabstützung, Isolierung und Abdichtung an dem Hitzeschild 40 und der Komponentenbaugruppe sorgen. Wenn die Materialstücke 84, 84', Bänder oder Ringe 60, 60' aus einem aus geflochtenen Fasern hergestellten Seil bestehen, kann das Seil beispielsweise mit einer Beschichtung behandelt werden, um wasserdicht zu sein und als Abdichtung zu fungieren. Wenn die Materialstücke 84, 84', Bänder oder Ringe 60, 60' aus einem Band oder Ring bestehen, das bzw. der aus einer wasserempfindlichen Matte hergestellt ist, könnte eine zusätzliche Abdichtung benötigt werden. Diese Abdichtung kann aus Isolierschaum bestehen oder eine mit Wärmeisoliermaterial, wie z. B. Glimmer, hergestellte Dichtung sein. Ferner kann die Querschnittsform der Materialstücke 84, 84', Bänder oder Ringe 60, 60' kreisförmig, oval, quadratisch, rechteckig usw. sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Querschnittsform der Materialstücke 84, 84', Bänder oder Ringe 60, 60' in Bezug auf Durchmesser, Fläche und Form entlang der Länge des Materials 84, 84', der Bänder oder Ringe 60, 60' variabel sein.
In einem Beispiel umfassen die Materialstücke 84, 84', Bänder oder Ringe 60, 60' quadratisch oder rechteckig profilierte geflochtene Drahtbänder, die 10-20 mm breit sind und Außenflächentemperaturen von 500-600 Grad Celsius standhalten können. Die polygonal profilierten geflochtenen Drahtbänder sollten eine hohe Dichte/niedrige Kompressibilität aufweisen, so dass, wenn die Bänder komprimiert sind, sie in einer radialen Richtung ungefähr 7 mm dick sind. Das Material sollte ein Material mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. weniger als 0,1 W/m.K bei 600 Grad Celsius, umfassen.
In einem Beispiel besteht der primäre Hitzeschild 40 aus zwei C-förmigen Hitzeschildabschnitten (beispielsweise ist nur ein Abschnitt in 2A dargestellt), die aneinander befestigt sind, wenn ein Druck während der Montage ausgeübt wird. Zu den möglichen Befestigungsarten zählen das Klemmen, Klammern, Hartlöten oder Schweißen der beiden Abschnitte aneinander.
In einem Beispielverfahren, bei dem ein Tourniquetverfahren zur Anwendung kommt, beinhaltet das Verfahren einen Schritt zum Formen 400 (12) eines oder mehrerer Hitzeschildabschnitte beispielsweise durch Vorwalzen der Abschnitte und anschließendes Wickeln 402 der Abschnitte um die interne Isolierbaugruppe 44, 50 und das Mischergehäuse 42. Die Abschnitte werden dann um die interne Isolierbaugruppe 44, 50 festgezogen 404 und aneinander heftgeschweißt - an einer Stelle, wo die Abschnitte einander überlappen. Die Abschnitte werden festgezogen, bis ein gewünschtes Niveau an Druckkraft für die gegenständliche Komponentenanwendung erzielt wird. Als Nächstes werden die Hitzeschildabschnitte an einer Überlappungsnaht miteinander verbunden 406, die beispielsweise durch Schweißen oder Hartlöten versiegelt wird, so dass der Hitzeschild 40 in Kompression gegen das Gehäuse 42 gehalten wird.
Daher wird die gesamte Komponentenbaugruppe in Kompression zusammengehalten. Der Hitzeschild 40 wird unter einem definierten und kontrollierten Druck in Position gebracht, wie oben diskutiert. Die Hitzeschildabschnitte werden aneinander befestigt, wenn der Druck ausgeübt wird. Wenn die Druckkraft nicht ausreicht, um die Baugruppe bei Axialbelastung in Position zu halten, können einige Merkmale zum Gehäuse 42 hinzugefügt werden, um das Inpositionhalten der Baugruppe zu unterstützen, wie z. B. mechanische Anschläge. Wenn die Druckkraft nicht ausreicht, um die Baugruppe bei Radialbelastung in Position zu halten, können zusätzliche Montagestrukturen 92 (10) wie z. B. Befestigungselemente, Riemen oder Klemmen installiert werden.
Es versteht sich, dass, obwohl der Hitzeschild 40 und die einzigartige schwach leitfähige Tragstützenkonfiguration 43 in diesem Beispiel als an einen Mischer 30 montiert dargestellt sind, die gegenständliche Hitzeschildbaugruppe und die zugehörige Montagekonfiguration 43 mit einer beliebigen anderen Fahrzeugabgassystem-Komponente nach Bedarf benutzt werden können. Beispielsweise könnten die gegenständlichen Hitzeschild-Montagekonfigurationen mit Schalldämpfern, DOCs, DPFs, Abgasendrohren usw. benutzt werden. Ferner könnten die gegenständlichen Hitzeschild-Montagekonfigurationen mit größeren kastenförmigen Systemkomponenten benutzt werden, die flache Seiten beinhalten, wobei der Hitzeschild vorgeformt würde, um in Kompression überzugehen.
Die gegenständliche Erfindung benutzt eine einzigartige Montagestruktur für einen Hitzeschild 40, die einen primären Isolator 44 in Kombination mit einem oder mehreren sekundären Isolatoren 50 wie oben beschrieben umfasst. Die primären Isolatoren 44 werden als Strukturabstützung zum Befestigen des Hitzeschilds 40 am Außengehäuse 42 benutzt. Die sekundären Isolatoren 50 sind konfiguriert, um den Hitzeschild 40 und primären Isolator 44 in Position relativ zum Außengehäuse 42 zu halten. Beispielhafte sekundäre Isolatoren 50 umfassen Materialstücke, Bänder oder Ringe, die für einen steiferen Bereich als bei der Matte sorgen.
Wie oben diskutiert können Temperaturen an der Außenfläche des Gehäuses 42 bis zu 600 Grad Celsius hoch sein. In jedem der offenbarten Beispiele halten die Hitzeschildbaugruppe 40 und Montagestruktur 43 bis zu 90-99 % einer Außenfläche des Hitzeschilds auf einer Temperatur, die beispielsweise so niedrig wie ungefähr 300 Grad Celsius oder sogar so niedrig wie 200 Grad Celsius sein kann, worin eine bedeutende Verbesserung gegenüber existierenden Hitzeschildkonfigurationen besteht.
Die vorangehende Beschreibung ist beispielhafter statt einschränkender Art. Variationen und Modifikationen der offenbarten Beispiele können für einen Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich werden, die nicht notwendigerweise vom Geist dieser Offenbarung abweichen. Der dieser Offenbarung gewährte Schutzumfang kann nur durch Untersuchung der folgenden Ansprüche bestimmt werden.
Obwohl eine Kombination von Merkmalen in den veranschaulichten Beispielen gezeigt ist, müssen nicht alle von ihnen kombiniert sein, um die Vorteile verschiedener Ausführungsformen dieser Offenbarung zu realisieren. Mit anderen Worten beinhaltet ein gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung gestaltetes System nicht unbedingt alle der Merkmale, die in einer beliebigen der Figuren oder allen der schematisch in den Figuren dargestellten Abschnitte gezeigt sind. Zudem können ausgewählte Merkmale einer Beispielausführungsform mit ausgewählten Merkmalen anderer Beispielausführungsformen kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62/312541 [0001]
US 2012/0216513 [0017]
US 14737533 [0017]
US 14737546 [0017]

Claims

Abgaskomponentenbaugruppe, umfassend: einen Hitzeschild; und eine Montagestruktur zum Befestigen des Hitzeschilds an einem Außengehäuse einer Abgaskomponente, wobei die Montagestruktur umfasst: einen primären Isolator, der sich zwischen einer Außenfläche des Außengehäuses und einer Innenfläche des Hitzeschilds befindet, wobei der primäre Isolator eine Materialplatte mit mindestens einem gekapselten isolierenden Hohlraum umfasst, und mindestens einen neben dem primären Isolator positionierten sekundären Isolator.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Materialplatte eine um das Außengehäuse gewickelte Isoliermatte umfasst und wobei der mindestens eine gekapselte isolierende Hohlraum einen versiegelten Hohlraum, der vollständig innerhalb der Isoliermatte gekapselt ist, umfasst.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 2, wobei der versiegelte Hohlraum leer ist.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 2, wobei der versiegelte Hohlraum mit einem Isoliermaterial gefüllt ist.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 4, wobei das Isoliermaterial ein erstes Isoliermaterial mit einem ersten Wärmeübertragungskoeffizienten umfasst und wobei die Isoliermatte ein zweites Isoliermaterial mit einem zweiten Wärmeübertragungskoeffizienten, der größer als der erste Wärmeübertragungskoeffizient ist, umfasst.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 5, wobei das erste Isoliermaterial ein nicht-faseriges Material mit einer hohen Porosität, ein Aerogel geringer Dichte, ein poröses faseriges Material, ein Schaummaterial mit einem keramischen Anteil oder ein poröses Keramikmaterial umfasst, und wobei das zweite Isoliermaterial ein faseriges Material oder ein Schaummaterial umfasst.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine sekundäre Isolator innerhalb des versiegelten Hohlraums positioniert ist.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 7, wobei die Isoliermatte aus einem ersten Material mit einer ersten Steifigkeit besteht und wobei der mindestens eine sekundäre Isolator aus einem zweiten Material mit einer zweiten Steifigkeit, die größer als die erste Steifigkeit ist, besteht.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine sekundäre Isolator außerhalb des versiegelten Hohlraums positioniert ist.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 9, wobei die Isoliermatte einen ersten Rand und einen zweiten Rand entgegengesetzt zum ersten Rand aufweist und wobei der mindestens eine sekundäre Isolator mindestens ein erstes Materialstück, das an dem ersten Rand positioniert ist, und ein zweites Materialstück, das an dem zweiten Rand positioniert ist, umfasst.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 10, wobei der Hitzeschild über Außenflächen des ersten und zweiten Materialstücks und der Isoliermatte platziert ist und von mindestens einer Befestigungsstruktur in Kompression gegen das Außengehäuse gehalten wird.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 2, wobei der Hitzeschild in Kompression gegen das Außengehäuse gehalten wird und wobei der mindestens eine sekundäre Isolator erste und zweite Ringe oder Bänder mit einer ersten Steifigkeit umfasst und wobei die Isoliermatte eine zweite Steifigkeit aufweist, die weniger als die erste Steifigkeit ist, so dass die sekundären Isolatoren verhindern, dass der versiegelte Hohlraum in einer radialen Richtung vom Hitzeschild gequetscht wird.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine gekapselte isolierende Hohlraum eine Mehrzahl von diskreten gekapselten isolierenden Hohlräumen umfasst.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Hitzeschild und die Montagestruktur zusammenwirken, um mehr als 90 % einer Außenfläche des Hitzeschilds auf einer so niedrigen Temperatur wie 200 Grad Celsius zu halten.
Abgaskomponentenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Abgaskomponente einen Mischer für Abgase umfasst, und die Einlass- und Auslass-Leitbleche beinhaltet, die vom Außengehäuse umgeben sind, und einen Einspritzer beinhaltet, der an das Außengehäuse montiert ist, um ein Fluid in einen Innenbereich zwischen den Einlass- und Auslass-Leitblechen zum Mischen mit den Abgasen einzuspritzen.
Verfahren zum Montieren eines Hitzeschilds an ein Außengehäuse einer Abgaskomponentenbaugruppe, umfassend die folgenden Schritte: Positionieren eines primären Isolators zwischen einer Außenfläche eines Außengehäuses und einer Innenfläche des Hitzeschilds, wobei der primäre Isolator eine Materialplatte umfasst, die mindestens einen vollständig gekapselten isolierenden Hohlraum beinhaltet; Positionieren mindestens eines sekundären Isolators neben dem primären Isolator; und Platzieren des Hitzeschilds über dem primären und sekundären Isolator, so dass der Hitzeschild relativ zum Außengehäuse fest gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der primäre Isolator eine Isoliermatte umfasst und der mindestens eine sekundäre Isolator mindestens erste und zweite Bänder oder Ringe umfasst, und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Wickeln der Isoliermatte um das Außengehäuse, so dass das erste Band bzw. der erste Ring neben einem Rand der Isoliermatte positioniert ist und das zweite Band bzw. der zweite Ring neben einem entgegengesetzten Rand der Isoliermatte positioniert ist, Komprimieren des Hitzeschilds gegen die Isoliermatte und ersten und zweiten Bänder oder Ringe, und Halten des Hitzeschilds in Kompression gegen das Außengehäuse mit mindestens einer Befestigungsstruktur.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei sich die ersten und zweiten Bänder oder Ringe innerhalb des vollständig gekapselten isolierenden Hohlraums befinden.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei sich die ersten und zweiten Bänder oder Ringe außerhalb des vollständig gekapselten isolierenden Hohlraums befinden.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der vollständig gekapselte isolierende Hohlraum mit Luft gefüllt ist oder mit einem Isoliermaterial gefüllt ist, das einen Wärmeübertragungskoeffizienten aufweist, der niedriger als ein Wärmeübertragungskoeffizient eines Isoliermaterials der Matte ist.