DE202006013873U1

DE202006013873U1 - Bestandteil von Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE202006013873U1
Application number: DE200620013873
Authority: DE
Original assignee: Heinrich Gillet GmbH
Current assignee: Tenneco GmbH
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2016-09-12
Also published as: US20080083581A1

Abstract

Bestandteil von Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor, insbesondere thermisch hoch belastete Krümmer, Katalysatoren, Schalldämpfer und/oder Abgasrohre, hergestellt aus Titan bzw. Titanlegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche wenigstens bereichsweise mit einer sauerstoffdichten, anorganischen Nano-Oberflächenbeschichtung versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft Bestandteile von Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor, insbesondere thermisch hochbelastete Krümmer, Katalysatoren, Schalldämpfer und/oder Abgasrohre, hergestellt aus Titan bzw. Titanlegierungen.
Abgasanlagen unterliegen hohen Anforderungen. Zunächst sind sie hohen Temperaturwechselbeanspruchungen ausgesetzt, da im motornahen Bereich zwischen Verbrennungsmotor und Katalysator, aber auch im und hinter dem Katalysator Temperaturen bis zu 900°C auftreten können.
Des weiteren kommt es im gesamten Bereich der Abgasanlage zu Biege- und auch Vibrationsbeanspruchungen.
Häufigste Schadensursache bei Abgasanlagen ist die Korrosion, die sowohl von innen als auch von außen einwirkt. Dabei ruft die Nasskorrosion, die im Winter aufgrund von Salzen oder je nach Klima und geografischen Einflüssen durch saure Komponenten verstärkt sein kann, die größten Schäden hervor. Die Auswirkungen des Natriumchloridhaltigen Schneematsches oder Schmelzwassers werden durch die relativ hohen Temperaturen, die auch im Winter an der Außenseite der Abgasanlage vorhanden sind, intensiviert.
An der Innenseite von Abgasanlagen tritt vor allem im hinteren, kälteren Teil der Abgasanlage Nasskorrosion durch Taupunktunterschreitung auf, die durch beim Verbrennungsprozess anfallende saure Substanzen im Kondensat verstärkt wird. Die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Abgaskondensats, das sich insbesondere im Schalldämpfer bildet und sammelt, unterscheiden sich bei Diesel- und Otto-Motoren grundsätzlich. Zunächst unterscheiden sich die Kraftstoffe hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung, insbesondere des Schwefelgehaltes. Bei Dieselmotoren wird die angesaugte Luftmenge im Gegensatz zum Otto-Motor nicht gedrosselt. Infolge dessen ist die Verweilzeit des Abgases in der Abgasanlage und dessen Abkühlung geringer als beim Otto-Motor. Üblicherweise liegt der Taupunkt, bei dem sich das Abgaskondensat bildet, bei Diesel-Motoren niedriger als bei Otto-Motoren, so dass sich bei Diesel-Motoren höchstens im Winter Kondensat bildet. Bei Otto-Motoren dagegen kann es sogar im Sommer zur Kondensatbildung kommen, da hier der Taupunkt des Abgases im Bereich von 50°C liegt.
Die chemischen Eigenschaften des Abgaskondensates hängen nicht nur von der Kraftstoffzusammensetzung ab, sondern auch vom Verbrennungsverfahren, dem Luftverhältnis, der Motorlast, von der Abgastemperatur und von der Selektivität des Katalysators. Bei Otto-Motoren liegt der pH-Wert des Abgaskondensats im alkalischen Bereich, was auch die Bildung von Ammoniak und Ammonium-Verbindungen im Drei-Wege-Katalysator zurückzuführen ist. Die Abgaskatalysatoren von Dieselmotoren dagegen sind extrem sauer. Allerdings ist die Sulfat-Konzentration im Abgaskondensat von Diesel-Motoren im Gegensatz zu Otto-Motoren lastabhängig, so dass sich die Zusammensetzung und somit die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Kondensats bei Überlandfahrten sowie bei Fahrten auf der Autobahn im Vergleich zum Stadtbetrieb ändern.
Es versteht sich, dass die Hersteller von Abgasanlagen bemüht sind, der Korrosionsanfälligkeit durch Auswahl geeigneter Gehäuse- und Rohrmaterialien Paroli zu bieten. Derzeit gelingt dies am besten durch die Auswahl von ferritischen und insbesondere austenitischen Edelstählen mit hohen Legierungsbestandteilen von Chrom, Nickel, Silicium, Mangan und/oder Titan. Edelstähle sind jedoch nicht nur teuer sondern auch schwer, d. h. sie haben ein hohes spezifisches Gewicht. Zur Minimierung des Kraftstoffverbrauchs sollten jedoch alle Komponenten der Abgasanlage ein möglichst geringes Gewicht haben.
Es wurde deshalb auch schon versucht, anstelle von Edelstahl Titan zur Herstellung von Abgasanlagen zu verwenden. Titan ist erheblich leichter als Stahl und hat sehr gute Korrosionseigenschaften. Allerdings ist Titan abgesehen von seinem hohen Preis in Abgasanlagen nur bedingt einsetzbar. Bei hohen Temperaturen, wie sie im motornahen Bereich auftreten, nimmt Titan Sauerstoff aus der Umgebung auf und wird dadurch spröde und bruchempfindlich. Das ist unbefriedigend.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus Titan hergestellten Bestandteile von Abgasanlagen derart zu verbessern, dass sie auch im Hochtemperaturbereich problemlos eingesetzt werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch Bestandteile von Abgasanlagen mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Prinzip zugrunde, die Titanoberflächen zu versiegeln und so den Zutritt von Sauerstoff zu verhindern. Dadurch wird der Versprödung und der Bruchempfindlichkeit wirksam vorgebeugt. Als optimales Mittel zum Erreichen dieses Ziels hat sich die Beschichtung mit einer anorganischen Nano-Oberflächenbeschichtung herausgestellt, da sie das Gewicht nicht erhöht, mit dem Titan nicht reagiert und vor allem die Titan-Oberflächenoptik nicht beeinträchtigt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist nicht nur die Außenfläche sondern auch die Innenfläche eines Gehäuses, insbesondere eines Schalldämpfergehäuses, mit einer gegen Abgaskondensat beständigen Nano-Oberflächenbeschichtung versehen. Auf diese Weise sind die Bestandteile der Abgasanlagen sowohl gegen Verspröden als auch gegen den Kondensatangriff wirksam geschützt.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Nano-Oberflächenbeschichtung auch schlagfest.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Nano-Oberflächenbeschichtungen ist die Unempfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen. Außerdem sind sie verformbar ohne zu reißen oder zu brechen und schweißbar.
Es versteht sich, dass die erfindungsgemäßen Nano-Oberflächenbeschichtungen nicht nur an Abgasanlagen sondern auch an anderen Anlagen, die vergleichbar korrosiven Bedingungen ausgesetzt sind, aufgebracht werden können.

Claims

Bestandteil von Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor, insbesondere thermisch hoch belastete Krümmer, Katalysatoren, Schalldämpfer und/oder Abgasrohre, hergestellt aus Titan bzw. Titanlegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche wenigstens bereichsweise mit einer sauerstoffdichten, anorganischen Nano-Oberflächenbeschichtung versehen ist.
Bestandteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche eines Gehäuses, insbesondere Schalldämpfergehäuses, mit einer gegen Abgaskondensat beständigen Nano-Oberflächenbeschichtung versehen ist.
Bestandteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche mit einer schlagfesten Nano-Oberflächenbeschichtung versehen ist.