DE112019002849T5

DE112019002849T5 - Optimiertes Abgasreinigungsorgan

Info

Publication number: DE112019002849T5
Application number: DE112019002849.9T
Authority: DE
Inventors: Jean François Perret; Catherine Guyard; Benoit Poutot; Thomas Brenckle
Original assignee: Faurecia Systemes dEchappement SAS
Current assignee: Faurecia Systemes dEchappement SAS
Priority date: 2018-06-06
Filing date: 2019-06-06
Publication date: 2021-03-04
Also published as: US20210215086A1; FR3082235A1; US11174776B2; CN112236583B; FR3082235B1; WO2019234184A1; CN112236583A

Abstract

Das Abgasreinigungsorgan (10) weist mindestens einen Abgasreinigungsblock (12) und eine Hülle (14) auf, die einen Abgaszirkulationskanal begrenzt, der sich entlang einer Längsachse (X) erstreckt und in dem der Reinigungsblock (12) aufgenommen ist, wobei die Hülle (14) einen Einlassabschnitt (14a), einen Auslassabschnitt (14b) und einen zwischen dem Einlassabschnitt (14a) und dem Auslassabschnitt (14b) angeordneten Mittelabschnitt (14c) umfasst, wobei der Mittelabschnitt (14c) den Reinigungsblock (12) umgibt. Es weist eine thermische Isolierung (18) auf, die die Hülle (14) vollständig bedeckt, wobei die thermische Isolierung (18) Folgendes umfasst: einen ersten Teil (20) mit einer ersten Temperaturbeständigkeit, der radial gegenüber dem Reinigungsblock (12) angeordnet ist, und einen zweiten Teil (22) mit einer zweiten Temperaturbeständigkeit, die höher ist als die erste, der zumindest den Einlassabschnitt (14a) der Hülle (14) bedeckt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungsorgan, das z.B. für den Einbau in einem Fahrzeug vorgesehen ist.
Im Stand der Technik ist bereits ein Abgasreinigungsorgan bekannt, das Folgendes aufweist:

- mindestens einen Abgasreinigungsblock,
- eine Hülle, die einen Abgaszirkulationskanal begrenzt, der sich entlang einer Längsachse erstreckt und in dem der Reinigungsblock aufgenommen ist, wobei die Hülle einen Einlassabschnitt, einen Auslassabschnitt und einen zwischen dem Einlassabschnitt und dem Auslassabschnitt angeordneten Mittelabschnitt umfasst, wobei der Mittelabschnitt den Reinigungsblock umgibt, und
- mindestens ein Element zum Halten des Reinigungsblocks, das zwischen der Hülle und dem Reinigungsblock angeordnet ist.

Ein derartiges Reinigungsorgan umfasst gewöhnlich ein Wärmeisolierungsmaterial. Da die Temperatur der Abgase hoch ist, muss dieses Wärmeisolierungsmaterial eine gute Temperaturbeständigkeit haben, damit es nicht durch diese Temperatur beschädigt wird.
In der vorliegenden Beschreibung ist die Temperaturbeständigkeit eines Materials dessen Fähigkeit, seine Eigenschaften, insbesondere seine thermischen und mechanischen Eigenschaften, beizubehalten, solange die Temperatur niedriger ist als eine für dieses Material spezifische Temperatur. Eine hohe Temperaturbeständigkeit bedeutet, dass diese spezifische Temperatur hoch ist.
Ein Wärmeisolierungsmaterial mit einer hohen Temperaturbeständigkeit ist im Allgemeinen kostenaufwendig.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht insbesondere darin, ein kostengünstigeres Reinigungsorgan zu bieten, ohne dessen Wärmeisolierungsfähigkeiten zu beeinträchtigen.
Zu diesem Zweck ist der Gegenstand der Erfindung insbesondere ein Abgasreinigungsorgan, das Folgendes aufweist:

- mindestens einen Abgasreinigungsblock,
- eine Hülle, die einen Abgaszirkulationskanal begrenzt, der sich entlang einer Längsachse erstreckt und in dem der Reinigungsblock aufgenommen ist, wobei die Hülle einen Einlassabschnitt, einen Auslassabschnitt und einen zwischen dem Einlassabschnitt und dem Auslassabschnitt angeordneten Mittelabschnitt umfasst, wobei der Mittelabschnitt den Reinigungsblock umgibt.

Das Abgasreinigungsorgan weist ferner eine thermische Isolierung auf, die die Hülle vollständig bedeckt, wobei die thermische Isolierung Folgendes umfasst:

- einen ersten Teil mit einer ersten Temperaturbeständigkeit, der radial gegenüber dem Reinigungsblock angeordnet ist, und
- einen zweiten Teil mit einer zweiten Temperaturbeständigkeit, die höher ist als die erste, der zumindest den Einlassabschnitt der Hülle bedeckt.

Es zeigt sich, dass die Temperatur der Abgase am Einlass- und Auslassabschnitt der Hülle besonders hoch ist. Die Erfindung sieht somit eine Unterscheidung zwischen dem Einlass- und dem Auslassabschnitt einerseits und dem Mittelabschnitt andererseits vor, um ihnen Teile der thermischen Isolierung mit unterschiedlicher Temperaturbeständigkeit zuzuordnen. Der Teil der thermischen Isolierung, der mit dem Mittelabschnitt zusammenhängt, hat eine Temperaturbeständigkeit, die niedriger ist als diejenige in dem Teil der thermischen Isolierung, der dem Einlass- und Auslassabschnitt zugeordnet ist, und ist somit kostengünstiger. Dadurch werden die Gesamtkosten der thermischen Isolierung reduziert.
Ein erfindungsgemäßes Reinigungsorgan kann eines oder mehrere der nachfolgenden Merkmale aufweisen, die einzeln oder in allen technisch möglichen Kombinationen betrachtet werden.

- der zweite Teil der thermischen Isolierung ist nicht kontinuierlich und bedeckt den Auslassabschnitt der Hülle;
- der erste Teil der thermischen Isolierung ist durch ein erstes Isoliermaterial und der zweite Teil der thermischen Isolierung durch ein zweites Isoliermaterial gebildet, das sich von dem ersten Isoliermaterial unterscheidet;
- die thermische Isolierung weist Folgendes auf:
- - eine erste Schicht, die in einem ersten Isoliermaterial mit der ersten Temperaturbeständigkeit gebildet ist und die Hülle vollständig bedeckt, und
- - eine zweite Schicht, die in einem zweiten Isoliermaterial gebildet ist, das sich von dem ersten Isoliermaterial unterscheidet, wobei der zweite Teil der thermischen Isolierung durch Überlagerung der ersten und der zweiten Schicht gebildet ist;
- das zweite Isoliermaterial ist in Kontakt mit der Hülle angeordnet, und das erste Isoliermaterial umgibt das zweite Isoliermaterial;
- die thermische Isolierung umfasst ein einziges Isoliermaterial mit einer ersten Dicke im ersten Teil und einer zweiten Dicke, die größer ist als die erste Dicke, im zweiten Teil;
- das Reinigungsorgan des oben genannten Typs umfasst mindestens zwei in Reihe geschaltete Reinigungsblöcke im Abgaszirkulationskanal, die in Richtung der Längsachse durch einen Zwischenraum getrennt sind, wobei der erste Teil der thermischen Isolierung nicht kontinuierlich ist und sich radial gegenüber jedem dieser Reinigungsblöcke erstreckt;
- der zweite Teil der thermischen Isolierung bedeckt die Hülle radial gegenüber dem Zwischenraum zwischen den Reinigungsblöcken;
- das Reinigungsorgan des oben genannten Typs weist mindestens ein Element zum Halten des Reinigungsblocks auf, das zwischen der Hülle und dem Reinigungsblock angeordnet ist, wobei der erste Teil der thermischen Isolierung radial gegenüber dem Halteelement angeordnet ist;
- der erste Teil der thermischen Isolierung hat eine erste Temperaturbeständigkeit, so dass er zumindest gegen eine erste Temperatur beständig sein kann, und der zweite Teil der thermischen Isolierung hat eine zweite Temperaturbeständigkeit, so dass er zumindest gegen eine zweite Temperatur beständig sein kann, wobei:
- die zweite Temperatur zumindest einer maximalen Temperatur der Abgase entspricht und
- die erste Temperatur um mindestens 100°C niedriger ist als die zweite Temperatur.

Die Erfindung wird beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung, die lediglich beispielhaft gegeben ist und sich auf die beigefügten Figuren bezieht, besser verstanden. Darin zeigen:

- 1 eine schematische Längsschnittansicht eines Reinigungsorgans gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine 1 ähnliche Ansicht eines Reinigungsorgans gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 eine 1 ähnliche Ansicht eines Reinigungsorgans gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In 1 ist ein Abgasreinigungsorgan 10 dargestellt, das z.B. für den Einbau in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist.
Herkömmlicherweise weist das Reinigungsorgan 10 mindestens einen Abgasreinigungsblock 12 und eine Hülle 14 auf, die einen Abgaszirkulationskanal begrenzt, der sich entlang einer Längsachse X erstreckt und in dem der Reinigungsblock 12 aufgenommen ist. Die Hülle 14 ist z.B. eine metallische Hülle.
Die Hülle 14 umfasst insbesondere einen Einlassabschnitt 14a, einen Auslassabschnitt 14b und einen zwischen dem Einlassabschnitt 14a und den Auslassabschnitt 14b angeordneten Mittelabschnitt 14c, wobei der Mittelabschnitt 14c den Reinigungsblock 12 umgibt.
Das Reinigungsorgan 10 weist ferner mindestens ein Element 16 zum Halten des Reinigungsblocks 12 auf, das zwischen dem Mittelabschnitt 14c der Hülle 14 und dem Reinigungsblock 12 angeordnet ist. Das Reinigungsorgan 10 weist z.B. ein einzelnes Halteelement 16 auf, das den Reinigungsblock 12 vollständig oder nahezu vollständig umgibt, oder als Variante weist es mehrere Halteelemente 16 auf, die gemeinsam den Reinigungsblock 12 teilweise oder vollständig umgeben, so dass jegliche relative Bewegung des Reinigungsblocks 12 in Bezug auf die Hülle 14, insbesondere in allen zur Längsachse X senkrechten Richtungen verhindert wird.
Es ist anzumerken, dass sich der Einlassabschnitt 14a bis zum Halteelement 16 erstreckt und sich der Auslassabschnitt 14b ausgehend von dem Halteelement 16 erstreckt. Somit entspricht der Einlassabschnitt 14a dem Abschnitt der Hülle 14, der am Eingang des Reinigungsorgans 10 mit den Abgasen in Kontakt sein soll, und der Auslassabschnitt 14b entspricht dem Abschnitt der Hülle 14, der am Ausgang des Reinigungsorgans 10 mit den Abgasen in Kontakt sein soll.
Das Reinigungsorgan weist eine thermische Isolierung 18 auf, die die Hülle 14 vollständig umgibt.
Erfindungsgemäß weist die thermische Isolierung 18 Folgendes auf:

- einen ersten Teil 20 mit einer ersten Temperaturbeständigkeit, der radial gegenüber dem Reinigungsblock 12 angeordnet ist, und
- einen zweiten Teil 22 mit einer zweiten Temperaturbeständigkeit, die höher ist als die erste, der zumindest den Einlassabschnitt 14a der Hülle bedeckt.

Es sei hier zu jeglichem Zweck daran erinnert, dass die Temperaturbeständigkeit eines Materials seine Fähigkeit ist, seine Eigenschaften, insbesondere seine thermischen und mechanischen Eigenschaften, beizubehalten, solange die Temperatur niedriger ist als eine für dieses Material spezifische Temperatur. Eine hohe Temperaturbeständigkeit bedeutet, dass diese spezifische Temperatur hoch ist.
Somit hat der erste Teil 20 der thermischen Isolierung 18 eine erste Wärmebeständigkeit, mit der er zumindest gegen eine erste Temperatur beständig sein kann, und der zweite Teil 22 der thermischen Isolierung 18 hat eine zweite Wärmebeständigkeit, mit der er zumindest gegen eine zweite Temperatur beständig sein kann.
Die zweite Temperatur entspricht z.B. mindestens einer maximalen Temperatur der Abgase, und die erste Temperatur ist um mindestens 100°C niedriger als die zweite Temperatur.
Der Fachmann ist in der Lage festzustellen, ob die Wärmebeständigkeit eines Isoliermaterials bei den betrachteten Temperaturen ausreichend ist, und kann somit den ersten 20 und den zweiten Teil 22 der thermischen Isolierung 18 auswählen.
Wie zuvor angegeben, ist der erste Teil 20 der thermischen Isolierung 18 radial gegenüber dem Reinigungsblock 12 angeordnet. Mit anderen Worten verläuft jegliche zur Längsachse X senkrechte Ebene, die durch den ersten Teil 20 der thermischen Isolierung 18 verläuft, auch durch den Reinigungsblock 12.
Vorteilhafterweise ist der erste Teil 20 der thermischen Isolierung 18 radial gegenüber dem Haltelement 16 angeordnet. Bei dem beschriebenen Beispiel ist die Länge des ersten Teils 20 der thermischen Isolierung 18 in der zur Längsachse X parallelen Richtung kleiner oder gleich der Länge des Halteelements 16 in der gleichen Richtung. Die Länge des ersten Teils 20 der thermischen Isolierung 18 in der zur Längsachse X parallelen Richtung ist unter Berücksichtigung der jeweiligen Abmessungstoleranzen des Halteelements 16 und der thermischen Isolierung 18 vorzugsweise kleiner als die Länge des Halteelements 16 in der gleichen Richtung.
Bei dem beschriebenen Beispiel ist der zweite Teil 22 der thermischen Isolierung 18 nicht kontinuierlich. Dieser zweite Teil 22 erstreckt sich nämlich einerseits über den Einlassabschnitt 14a und teilweise über den an den Einlassabschnitt 14a angrenzenden Mittelabschnitt 14c und andererseits über den Auslassabschnitt 14b und teilweise über den an den Auslassabschnitt 14b angrenzenden Mittelabschnitt 14c.
Jeder Teil der thermischen Isolierung 18, der nicht der erste Teil 20 ist, gehört insbesondere zum zweiten Teil 22.
Gemäß dieser ersten Ausführungsform ist die thermische Isolierung 18 durch drei getrennte Isolierelemente gebildet, wobei ein erstes den ersten Teil 20 bildet und zwei zweite gemeinsam den nicht kontinuierlichen zweiten Teil 22 bilden.
Das erste Isolierelement ist z.B. in einem ersten Isoliermaterial ausgebildet, und die zweiten Isolierelemente sind in einem zweiten Isoliermaterial ausgebildet, das sich von dem ersten Isoliermaterial unterscheidet. Bei dem beschriebenen Beispiel hat das erste Isolierelement eine Dicke, die sich von derjenigen der zweiten Isolierelemente unterscheidet, als Variante könnte es jedoch eine Dicke haben, die derjenigen der zweiten Isolierelemente entspricht.
Es ist zu beachten, dass es sich bei dem ersten Isoliermaterial um ein Faserprodukt oder um ein feinporiges Produkt auf Basis unterschiedlicher Materialien wie etwa Siliciumdioxid, Hochtemperaturglas, Glas oder eine Mischung aus diese Materialien handeln kann.
Bei dem zweiten Isoliermaterial kann es sich um ein Faserprodukt oder um ein feinporiges Produkt auf Basis unterschiedlicher Materialien wie etwa um polykristalline Produkte (Aluminiumoxid oder Mullit), Siliciumdioxid, feuerfeste Keramik, Erdalkali-Silikat, Hochtemperaturglas, Glas oder eine Mischung aus diesen Materialien handeln.
Folgende bevorzugte Kombinationen für das erste und das zweite Isoliermaterial werden bevorzugt:

- Hochtemperaturglas für das erste Isoliermaterial und Siliciumdioxid für das zweite Isoliermaterial oder
- Glas für das erste Isoliermaterial und Hochtemperaturglas für das zweite Isoliermaterial.

Gemäß einer nicht dargestellten Variante ist das erste Isolierelement aus dem gleichen Isoliermaterial gebildet wie die zweiten Isolierelemente, hat jedoch eine Dicke, die geringer ist als die der zweiten Isolierelemente. In diesem Fall kann das erste Isolierelement mit den zweiten Isolierelementen einstückig ausgebildet sein.
In 2 ist ein Abgasreinigungsorgan 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. In dieser 2 werden die Elemente, die denjenigen von 1 entsprechen, mit identischen Bezugszeichen bezeichnet.
Bei dieser zweiten Ausführungsform sind der Reinigungsblock 12, die Hülle 14 und die Halteelemente 16 mit dem Reinigungsblock, der Hülle und den Halteelementen der ersten Ausführungsform identisch und werden nicht erneut beschrieben.
Der erste Teil 20 und der zweite Teil 22 der thermischen Isolierung 18 sind dagegen anders ausgeführt, auch wenn sie in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform angeordnet sind.
Das Reinigungsorgan 10 umfasst insbesondere ein erstes Isoliermaterial 24, das eine erste Schicht bildet, die die Hülle 14 vollständig bedeckt, und ein zweites Isoliermaterial 26, das eine zweite Schicht bildet, die lediglich den Einlassabschnitt 14a und den Auslassabschnitt 14b bedeckt.
Das zweite Isoliermaterial 26 ist vorteilhafterweise in Kontakt mit der Hülle 14 angeordnet, und das erste Isoliermaterial 24 umgibt das zweite Isoliermaterial 26.
Der erste Teil 20 der thermischen Isolierung 18 ist somit lediglich durch das erste Isoliermaterial 24 gebildet, während der zweite Isolierteil 22 der thermischen Isolierung 18 durch Überlagerung des ersten Isoliermaterials 24 und des zweiten Isoliermaterials 26 gebildet ist.
Bei dem beschriebenen Beispiel hat das zweite Isoliermaterial 26 vorzugsweise eine Temperaturbeständigkeit, die höher ist als die des ersten Isoliermaterials 24. Das zweite Isoliermaterial 26 bedeckt somit den Einlassabschnitt 14a und den Auslassabschnitt 14b (in Kontakt mit der Hülle 14) und wird von dem ersten Isoliermaterial 24 bedeckt.
In 3 ist ein Abgasreinigungsorgan 10 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. In dieser 3 werden Elemente, die denjenigen von 2 entsprechen, mit identischen Bezugszeichen bezeichnet.
Gemäß dieser dritten Ausführungsform umfasst das Reinigungsorgan 10 mindestens zwei in Reihe geschaltete Reinigungsblöcke 12 im Abgaszirkulationskanal, die in Richtung der Längsachse X durch einen Zwischenraum 28 getrennt sind.
Bei dem beschriebenen Beispiel ist der erste Teil 20 der thermischen Isolierung 18 nicht kontinuierlich und erstreckt sich radial gegenüber jedem Reinigungsblock 12. Der zweite Teil 22 der thermischen Isolierung 18 bedeckt dann die Hülle 14 radial gegenüber dem Zwischenraum 28 zwischen den Reinigungsblöcken 12.
Bei dieser dritten Ausführungsform sind der erste Teil 20 und der zweite Teil 22 der thermischen Isolierung 18 wie bei der zweiten Ausführungsform durch Überlagerungen von Schichten des ersten 24 und des zweiten Isoliermaterials 26 gebildet. Als Variante könnten sie wie bei der ersten Ausführungsform in unterschiedlichen Materialien oder in einer weiteren Variante durch ein und dasselbe Material mit unterschiedlichen Dicken des ersten Teils 20 und des zweiten Teils 22 der thermischen Isolierung 18 ausgebildet sein.
Es ist anzumerken, dass die Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern verschiedene zusätzliche Varianten umfassen könnte.

Claims

Abgasreinigungsorgan (10), das Folgendes aufweist: - mindestens einen Abgasreinigungsblock (12), - eine Hülle (14), die einen Abgaszirkulationskanal begrenzt, der sich entlang einer Längsachse (X) erstreckt und in dem der Reinigungsblock (12) aufgenommen ist, wobei die Hülle (14) einen Einlassabschnitt (14a), einen Auslassabschnitt (14b) und einen zwischen dem Einlassabschnitt (14a) und dem Auslassabschnitt (14b) angeordneten Mittelabschnitt (14c) umfasst, wobei der Mittelabschnitt (14c) den Reinigungsblock (12) umgibt, und dadurch gekennzeichnet, dass es eine thermische Isolierung (18) aufweist, die die Hülle (14) vollständig bedeckt, wobei die thermische Isolierung (18) Folgendes umfasst: - einen ersten Teil (20) mit einer ersten Temperaturbeständigkeit, der radial gegenüber dem Reinigungsblock (12) angeordnet ist, und - einen zweiten Teil (22) mit einer zweiten Temperaturbeständigkeit, die höher ist als die erste, der zumindest den Einlassabschnitt (14a) der Hülle (14) bedeckt.
Reinigungsorgan (10) nach Anspruch 1, bei dem der zweite Teil (22) der thermischen Isolierung nicht kontinuierlich ist und den Auslassabschnitt (14b) der Hülle (14) bedeckt.
Reinigungsorgan (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste Teil (20) der thermischen Isolierung durch ein erstes Isoliermaterial gebildet ist und der zweite Teil (22) der thermischen Isolierung (18) durch ein zweites Isoliermaterial gebildet ist, das sich von dem ersten Isoliermaterial unterscheidet.
Reinigungsorgan (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die thermische Isolierung (18) Folgendes aufweist: - eine erste Schicht, die in einem ersten Isoliermaterial (24) mit der ersten Temperaturbeständigkeit gebildet ist und die Hülle (14) vollständig bedeckt, und - eine zweite Schicht, die in einem zweiten Isoliermaterial (26) gebildet ist, das sich von dem ersten Isoliermaterial (24) unterscheidet, wobei der zweite Teil (22) der thermischen Isolierung (18) durch Überlagerung der ersten und der zweiten Schicht gebildet ist.
Reinigungsorgan (10) nach Anspruch 4, bei dem das zweite Isoliermaterial (26) in Kontakt mit der Hülle (14) angeordnet ist und das erste Isoliermaterial (24) das zweite Isoliermaterial (26) umgibt.
Reinigungsorgan (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die thermische Isolierung (18) ein einziges Isoliermaterial mit einer ersten Dicke im ersten Teil (20) und einer zweiten Dicke, die größer ist als die erste Dicke, im zweiten Teil (22) umfasst.
Reinigungsorgan (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Reinigungsblöcken (12) im Abgaszirkulationskanal, die in Richtung der Längsachse (X) durch einen Zwischenraum (28) getrennt sind, wobei der erste Teil (20) der thermischen Isolierung (18) nicht kontinuierlich ist und sich radial gegenüber jedem dieser Reinigungsblöcke (12) erstreckt.
Reinigungsorgan (10) nach Anspruch 7, bei dem der zweite Teil (22) der thermischen Isolierung (18) die Hülle (14) radial gegenüber dem Zwischenraum (28) zwischen den Reinigungsblöcken (12) bedeckt.
Reinigungsorgan (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einem Element (16) zum Halten des Reinigungsblocks (12), das zwischen der Hülle (14) und dem Reinigungsblock (12) angeordnet ist, wobei der erste Teil (20) der thermischen Isolierung (18) radial gegenüber dem Halteelement (16) angeordnet ist.
Reinigungsorgan (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Teil (20) der thermischen Isolierung (18) eine erste Temperaturbeständigkeit hat, so dass er zumindest gegen eine erste Temperatur beständig sein kann, und der zweite Teil (22) der thermischen Isolierung (18) eine zweite Temperaturbeständigkeit hat, so dass er zumindest gegen eine zweite Temperatur beständig sein kann, wobei: - die zweite Temperatur zumindest einer maximalen Temperatur der Abgase entspricht und - die erste Temperatur um mindestens 100°C niedriger ist als die zweite Temperatur.