DE60207174T2

DE60207174T2 - Kegelförmige Enden für Vorrichtungen zur Abgasemissionssteuerung und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE60207174T2
Application number: DE60207174T
Authority: DE
Inventors: Alan Gerard Turek
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2002-10-22
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2022-10-23
Also published as: EP1308607A2; EP1308607B1; EP1308607A3; US20030086832A1; DE60207174D1

Description

HINTERGRUND
Die Erfindung betrifft Abgasreinigungsanlagen. Im Speziellen betrifft die Erfindung Endkegel für Abgasreinigungsanlagen, wie z. B. in der WO 97/48 890 oder der EP 0 415 101 A1 gezeigt.
Die Entfernung von Emissionen wie z. B. Kohlenwasserstoffe, Kohlenstoffmonoxid, Stickstoffoxid, Partikel und dergleichen aus den Abgasen von Verbrennungsmotoren ist für einen saubereren Betrieb von Fahrzeugen notwendig. Ein Gebiet, das im Mittelpunkt für solche Abgasemissionsreduktionen steht, ist der Bereich der Behandlung nach der Verbrennung. Die Behandlung nach der Verbrennung umfasst das Anordnen einer oder mehrerer Abgasreinigungsanlage/n in den Auspuff unterstromig des Verbrennungsmotors. Solche Abgasreinigungsanlagen umfassen Katalysatoren, katalytische Absorptionsmittel, Dieselpartikelfilter, nicht thermische Plasmaumwandlungsvorrichtungen und dergleichen.
Viele Abgasreinigungsanlagen umfassen oft zerbrechliche Strukturen, die in der Abgasumgebung leicht brechen oder beschädigt werden. Zum Beispiel haben Abgasreinigungsanlagen ein Substrat oder einen Monolith verwendet, das/der üblicherweise aus feuerfester Keramik (z. B. Cordierit, Kohlenstoff und dergleichen) besteht. Das Substrat umfasst ein Zellgefüge, so dass es einen großen Oberflächenbereich bereitstellt, der dem Abgas ausgesetzt ist.
Das Substrat wird in dem Auspuffrohrgehäuse oft mittels eines Rückhaltematerials oder einer Matte gehalten. Das Rückhaltematerial ist derart ausgebildet, dass es das Substrat in dem Gehäuse hält und den Spalt zwischen dem Substrat und dem Gehäuse abdichtet, um das Abgas durch das Zellgefüge des Substrats zu zwingen.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung ist in ihren unterschiedlichen Aspekten in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt.
Ein Endkegel für eine Abgasreinigungsanlage wird bereitgestellt. Der Endkegel umfasst eine Außenschale und einen Endkegelisolator. Die Außenschale weist eine Innenfläche auf. Der Endkegelisolator umfasst eine Isolierung und ein Bindemittel, die einen Durchgang hierdurch definieren. Der Endkegelisolator weist eine erste Fläche, die benachbart der Innenfläche angeordnet ist, und eine zweite Fläche auf, wobei zumindest ein Abschnitt der letzteren dem Durchgang gegenüber offen liegt.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Endkegels wird bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bilden einer Außenschale, Bilden eines Endkegelisolators und Anordnen des Endkegelisolators in der Außenschale. Die Außenschale weist eine innere Fläche auf. Der Endkegelisolator umfasst ein Bindemittel und eine Isolierung. Der Endkegelisolator weist ein innen liegendes Ende, ein außen liegendes Ende, eine erste Fläche und eine zweite Fläche auf. Der Endkegelisolator ist in der Außenschale derart angeordnet, dass die innere Fläche und die erste Fläche benachbart sind und dass zumindest ein Abschnitt der zweiten Fläche offen liegt.
Eine Abgasreinigungsanlage wird bereitgestellt. Die Anlage umfasst ein Substrat, ein Gehäuse, ein Rückhaltematerial, ein Paar Außenschalen und ein Paar Isolatoren. Das Gehäuse weist ein Einlassende und ein Auslassende auf. Das Rückhaltematerial hält das Substrat in dem Gehäuse zwischen dem Einlass- und dem Auslassende. Eine der Außenschalen ist an dem Einlassende angeordnet und eine zweite der Außenschalen ist an dem Auslassende angeordnet. Die Isolatoren bestehen aus einer Isolierung und einem Bindemittel. Die Isolatoren weisen eine erste Fläche auf, die benachbart einer Innenfläche der Außenschale angeordnet ist. Jeder der Isolatoren ist zumindest an einem außen liegenden Ende mit den Außenschalen verbunden und jeder der Isolatoren ist an einem innen liegenden Ende durch das Substrat und das Rückhaltematerial gehalten.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Abgasreinigungsanlage wird bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bilden von Isolatoren aus einem Bindemittel und einer Isolierung und Halten eines Substrats in einem Gehäuse mit einem Rückhaltematerial. Die Isolatoren weisen ein innen liegendes Ende, ein außen liegendes Ende, eine erste Fläche und eine der ersten Fläche gegenüberliegende zweite Fläche auf. Das Gehäuse weist ein Einlassende und ein Auslassende auf. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte: Anordnen eines ersten der Isolatoren an dem Einlassende, so dass sein innen liegendes Ende von dem Substrat und dem Rückhaltematerial gehalten ist, und Anordnen eines zweiten der Isolatoren an dem Auslassende, so dass sein innen liegendes Ende von dem Substrat und dem Rückhaltematerial gehalten ist.
Die oben beschriebenen und weitere Merkmale sind für den Fachmann aus der/den folgenden detaillierten Beschreibung, Zeichnungen und beigefügten Ansprüche ersichtlich und verständlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Figs., wobei gleiche Elemente mit der gleichen Bezugsziffer versehen sind, ist:
1 eine teilweise weg geschnittene perspektivische Darstellung einer Abgasreinigungsanlage;
2 eine Querschnittsdarstellung der Abgasreinigungsanlage von 1 entlang der Linien 2-2;
3 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Abgasreinigungsanlage, die Endkegel aufweist;
4 eine Querschnittsdarstellung der Vorrichtung von 3 entlang einer Richtung rechtwinkelig zu der Längsachse der Vorrichtung;
5 eine Querschnittsdarstellung der Vorrichtung von 3, die eine beispielhafte Ausführungsform eines Endkegelisolators veranschaulicht;
6 eine Querschnittsdarstellung der Vorrichtung von 3, die eine alternative beispielhafte Ausführungsform eines Endkegelisolators veranschaulicht;
7 eine Querschnittsdarstellung der Vorrichtung von 3, die eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Endkegelisolators veranschaulicht;
8 eine Querschnittsdarstellung der Vorrichtung von 3, die ebenfalls eine beispielhafte Ausführungsform eines Endkegelisolators veranschaulicht; und
9 eine Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform eines Gehäuses, das den Endkegelisolator von 8 verwendet.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 1–3 ist eine Abgasreinigungsanlage 10 veranschaulicht. Die Abgasreinigungsanlage 10 umfasst ein äußeres Gehäuse 12, ein Substrat 14 und ein Rückhaltematerial 16. An beiden Enden der Vorrichtung 10, d. h., an einem Einlassende 24 und einem Auslassende 26 sind Endkegel 22 angeordnet, die in fluidmäßiger Verbindung mit einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors verbunden werden können. Die Vorrichtung 10 ist beispielsweise ein Katalysator, ein katalytisches Absorptionsmittel, ein Dieselpartikelfilter, eine nicht thermische Plasmaumwandlungsvorrichtung und dergleichen. Demgemäß ist das Substrat 14 beispielsweise ein Katalysator-Umwandlungssubstrat, ein Katalysator-Absorptionssubstrat, ein Dieselpartikelfiltersubstrat, ein nicht thermisches Plasmaumwandlungssubstrat und dergleichen.
Das Rückhaltematerial 16, das konzentrisch um das Substrat 14 herum angeordnet ist, enthält entweder ein intumeszentes Material z. B. eines, das Keramikmaterialien enthält, sowie andere Materialien wie z. B. organische Bindemittel und dergleichen, oder Kombinationen, die zumindest eines der vorhergehenden Materialien umfassen, und eine Vermikulit-Komponente, die sich beim Erwärmen ausdehnt, um ein festes gleichmäßiges Zusammendrücken oder, falls gewünscht, ein nicht gleichmäßiges Zusammendrücken aufrecht zu erhalten; oder ein nicht intumeszentes Material wie z. B. eines, das kein Vermikulit enthält; wie auch Materialien, die eine Kombination von sowohl intumeszenten als auch nicht intumeszenten Materialien enthalten. Nicht intumeszente Materialien umfassen Materialien wie z. B. 900 HT, 1100 HT sowie die unter den Handelsnamen „NEXTEL" und „SAFFIL" von „3 M" Company, Minneapolis, Minnesota, vertriebenen, und die unter den Handelsnamen „FIBERFRAX" und „CC-MAX" von Unifrax Co., Niagara Falls, New York, vertriebenen, und dergleichen. Intumeszente Materialien umfassen Materialien, die unter den Handelsnamen „INTERAM" von „3 M" Company, Minneapolis, Minnesota, vertrieben werden, wie z. B. INTERAM 100, sowie jene Schaumbildner, die unter dem vorher erwähnten Handelsnamen „FIBERFRAX" von Unifrax Co., Niagara Falls, New York, vertrieben werden, wie auch Kombinationen, die zumindest eines der vorstehenden Materialien enthalten, und andere.
Wenn die Abgasreinigungsanlage 10 in Verwendung ist, ist sie einem großen Bereich von Temperaturen und Schwingungen ausgesetzt. Demgemäß ist der Rückhaltedruck auf dem Substrat 14, der durch das Rückhaltematerial 16 aufgebracht wird, ausreichend, um das Substrat erfolgreich zu halten, und es vor Erschütterungen und Schwingungen zu isolieren. Das Rückhaltematerial 16 sollte ferner eine Barriere zwischen dem Substrat und dem Inneren des Gehäuses 12 bilden, indem es den Raum dazwischen im Wesentlichen füllt, wodurch sichergestellt ist, dass das Abgas durch Zellen 18 des Substrats strömt.
Wenn die Abgasreinigungsanlage 10 z. B. in dem Abgasstrom nach dem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) angeordnet ist, strömt Abgas durch die Zellen 18 des Substrats 14. Das Substrat 14 selbst und/oder aktive Materialien darauf reduzieren bzw. wandeln eine oder mehrere Emissionen aus dem Abgasstrom um und/oder eliminieren diese.
Das Substrat 14 umfasst jedes beliebige Material, das für eine Verwendung in einer Fremdzündungs- oder Dieselmotorumgebung entworfen ist und die folgenden Eigenschaften aufweist:
(1) Es muss in der Lage sein, bei Temperaturen von bis zu etwa 1000°C zu arbeiten; (2) es muss in der Lage sein, einer Exposition gegenüber Kohlenwasserstoffen, Stickoxiden, Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid und/oder Schwefel zu widerstehen; und, falls ein Katalysator verwendet wird, (3) es muss eine/n ausreichende/n Oberflächenbereich und strukturelle Integrität aufweisen, um die gewünschten auf Emissionen wirkenden Komponenten (z. B. Katalysatormaterialien) zu tragen. Einige mögliche Materialien für das Substrat 14 umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Cordierid, Siliziumkarbid, Metallfolien, Aluminiumschwämme, poröse Gläser und dergleichen, sowie Mischungen, die zumindest eines der vorhergehenden Materialien umfassen. Einige Keramikmaterialien umfassen „HoneyCeram", im Handel erhältlich von NGK-Locke Inc., Southfield, Michigan, und „Celcor" im Handel erhältlich von Corning Inc., Corning, New York.
Die Größe und die Geometrie des Substrats 14 sind derart gewählt, dass der Oberflächenbereich der Zellen 18 in den gegebenen Konstruktionsparametern der Abgasreinigungsanlage 10 optimiert ist. Typischerweise weist das Substrat 14 eine Honigwabengeometrie auf. Die Zellen 18 werden so betrachtet, dass sie eine beliebige polygonale oder abgerundete Form aufweisen, mit im Wesentlichen viereckigen, dreieckigen, fünfeckigen, sechseckigen, siebeneckigen oder achteckigen oder ähnlichen Geometrien wie auch Kombinationen, die zumindest eine dieser Geometrien umfassen, die auf Grund der Einfachheit der Herstellung und des vergrößerten Oberflächenbereichs bevorzugt sind.
In Abhängigkeit von der Art der Abgasreinigungsanlage 10 kann an und/oder über dem ganzen Substrat 14 ein Katalysator zum Umwandeln eines oder mehrerer Abgase/s (z. B. Kohlenwasserstoffe, Kohlenstoffmonoxid, Schwefel, Stickoxide und dergleichen) zu annehmbaren Abgaswerten angeordnet sein. Der Katalysator umfasst ein oder mehrere Katalysatormaterial/ien, der/die beschichtet, aufgesaugt, imprägniert, physisorbiert, chemisorbiert, abgeschieden oder sonst wie auf dem Substrat 14 aufgebracht ist/sind. Mögliche Katalysatormaterialien umfassen Metalle wie z. B. Platin, Palladium, Rhodium, Iridium, Osmium, Ruthenium, Tantal, Zirkonium, Yttrium, Cer, Nickel, Kupfer und dergleichen, sowie Oxide, Legierungen und Kombinationen, die zumindest eines der vorhergehenden Katalysatormaterialien enthalten, sowie andere Katalysatoren.
Die Wahl des Materials für das Gehäuse 12 und/oder die Endkegel 22 ist abhängig von der Art des Abgases, der maximalen von der Vorrichtung 10 erreichten Temperatur, der Maximaltemperatur des Abgasstroms und dergleichen. Geeignete Materialien umfassen jedes beliebige Material, das in der Lage ist, Salz unter einem Auto, Temperatur und Korrosion zu widerstehen. Typischerweise werden Eisenwerkstoffe wie z. B. ferritische Edelstähle verwendet. Ferritische Edelstähle umfassen Edelstähle wie z. B. die 400-Serie wie z. B. SS-409, SS-439 und SS-441, wobei die Klasse SS-409 im Allgemeinen bevorzugt ist.
Wie in 4 veranschaulicht, umfasst jeder Endkegel 22 eine Innenschale 28, eine Außenschale 30 und eine Isolierschicht 32. Die Innenschale 28 und die Außenschale 30 sind entfernt von dem Gehäuse 12 miteinander verbunden. Und zwar sind die Innenschale 28 und die Außenschale 30 an einem Ende verbunden und sind derart eingerichtet, dass sie auseinander laufen, wenn die Distanz von dem verbundenen Ende zunimmt, wodurch sie einen Spalt 36 an dem entgegengesetzten oder zweiten Ende bilden.
Somit definieren die Schalen 28 und 30 einen offenen Bereich 34 dazwischen und einen Spalt 36 zum Aufnehmen eines Endes des Gehäuses 12.
Die Außenschale 30 weist eine Innenfläche auf, die mit einer Außenfläche 38 des Gehäuses 12 derart verbunden ist, dass die Innenschale 28 zwischen dem Substrat 14 und dem Gehäuse liegt. Auf diese Art und Weise ist die Innenschale 28 derart eingerichtet, dass sie das Abgas durch das Substrat 14 leitet. Demgemäß ist das zweite Ende der Innenschale 28 vorzugsweise nahe dem Substrat 14 angeordnet. Daher leitet die Innenschale 28 das Abgas auch von dem Rückhaltematerial 16 und der Isolierung 32 weg und schützt das Rückhaltematerial und die Isolierung vor einer Erosion auf Grund der Exposition gegenüber dem Abgas.
Vorzugsweise erstreckt sich das zweite Ende der Innenschale 28 in das Rückhaltematerial 16 hinein. Die Distanz der Ausdehnung ist vorzugsweise ausreichend, um das Abgas in das Substrat 14 hinein zu leiten. Zum Beispiel wird eine Ausdehnung von weniger oder gleich etwa 4 mm verwendet, wobei eine Ausdehnung von größer oder gleich etwa 2 mm bevorzugt ist. In dem Bereich, in dem die Innenschale 28 sich in das Rückhaltematerial 16 hinein erstreckt, wird das Rückhaltematerial 16 stärker zusammengedrückt, was das Rückhaltematerial 16 an dem Einlass des Substrats 14 weniger durchlässig macht und das Leiten des Abgases in das Substrat hinein weiter unterstützt. Zwischen der Innenschale 28 und der Außenschale 30 ist eine Isolierschicht 32 angeordnet. Die Isolierung 32 umfasst eine Vielzahl von Entlastungsbereichen oder Kerben 31, um zuzulassen, dass die Isolierung sich an die Krümmung der Schalen 28 und 30 anpasst. Das Bilden von Kerben 31 erhöht die Kosten und die Zeit für die Herstellung der Endkegel 22. Die Isolierung 32 reduziert einen Wärmeverlust des Abgases und reduziert ausgesendete Geräusche von der Vorrichtung 10. Beispielsweise, in dem Fall, wo das Substrat 14 einen Ka talysator umfasst, stellt die Isolierung 32 sicher, dass der Katalysator seine „Anspring"- oder aktivierte Temperatur während des Kaltstarts des Motors schnell erreicht. Die Isolierung 32 unterstützt auch die Verringerung der Temperatur der Außenschale 30, was nützlich für das Wärmemanagement des Fahrzeugs ist.
Die Innenschale 28 erhöht jedoch auch die Speichermasse des Endkegels 22, was die Wirkungen der Isolierung 32 zunichte macht und zu einer Erhöhung der Leitung von Wärme der Endkegel zu der Außenschale 30 führt. Wenn ferner die Vorrichtung 10 ihre Betriebstemperatur erreicht, ist die Innenschale 28 einer höheren Temperatur ausgesetzt als die Außenschale 30. In Fällen, in denen die Innen- und die Außenschalen 28 und 30 einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, dehnt sich somit die Innenschale stärker als die Außenschale, was den offenen Bereich 36 verringert und die Isolierung 32 zusammendrückt. Das Zusammendrücken der Isolierung 32 verringert ihre Isolatorwirkung, was die Leitung von Wärme des Endkegels zu der Außenschale 30 weiter erhöht.
Das Bilden der Innenschale 28 erfordert auch kostspielige und zeitraubende fortschreitende Pressform- oder Pressformeinstellungsverfahren. Somit erhöht die Innenschale 28 die Kosten des Endkegels 22, verringert die Fähigkeit des Endkegels, eine gewünschte Temperatur der Außenschale 30 und/oder des Substrats 14 aufrecht zu erhalten und vergrößert die Beschädigung des Substrats in den Bereichen, in denen das Rückhaltematerial 16 stärker zusammengedrückt wird.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 5–8 sind beispielhafte Ausführungsformen der Endkegelisolatoren veranschaulicht. Eine beispielhafte Ausführungsform eines Endkegelisolators 40 ist in 5 veranschau licht. Der Endkegel 22 umfasst eine Außenschale 30 und einen Endkegelisolator 40. Der Endkegelisolator 40 umfasst eine Isolierschicht 32, die imprägniert, dispergiert und/oder mit einem Bindemittel 33 vermischt ist. Die mit dem Bindemittel 33 imprägnierte Isolierung 32 sorgt für eine halbstarre Konfiguration des Isolators 40.
Im Spezielleren ersetzt der Endkegelisolator 40 die Innenschale 28. Hier weist der Endkegelisolator 40 eine Form auf, die mit der inneren Form der Außenschale 30 übereinstimmt. Das Bindemittel oder ein ähnliches Material 33 lässt ein Gießen oder anderweitiges Formen der Isolierung 32 in die gewünschte Form zu und sorgt für eine gewünschte strukturelle Integrität des Isolators.
Vorzugsweise erstreckt sich der Endkegelisolator 40 in das Rückhaltematerial 16 hinein. Die Distanz der Ausdehnung ist vorzugsweise ausreichend, um das Abgas in das Substrat 14 hinein zu leiten. Zum Beispiel wird eine Ausdehnung von weniger oder gleich etwa 4 mm verwendet, wobei eine Ausdehnung von größer oder gleich etwa 2 mm bevorzugt ist. In dem Bereich, in dem der Endkegelisolator 40 sich in das Rückhaltematerial 16 hinein erstreckt, wird das Rückhaltematerial stärker zusammengedrückt, was das Rückhaltematerial an dem Einlass des Substrats 14 weniger durchlässig macht und das Leiten des Abgases in das Substrat hinein weiter unterstützt.
Demgemäß ist der Isolator 40 derart eingerichtet, dass er einen Wärmeverlust von dem Abgas reduziert, von der Vorrichtung 10 ausgesendete Geräusche verringert, das Abgas durch das Substrat 14 leitet und das Abgas von dem Rückhaltematerial 16 weg leitet.
Die Isolierung 32 und das Bindemittel 33 sind aus Materialien ausgewählt, die der Abgasumgebung standzuhalten vermögen. Zum Beispiel ist in einer Ausführungsform die Isolierung 32 ein Vermikulit- oder Keramikfasermaterial ähnlich dem des Rückhaltematerials 16, während das Bindemittel 33 ein anorganisches Bindematerial ist. Selbstverständlich können andere Isolierungen und Bindemittel in Betracht gezogen werden, die den Endkegelisolator 40 mit der gewünschten strukturellen Stabilität versorgen und der Abgasumgebung standzuhalten vermögen.
Während des Zusammenbaus wird der Endkegelisolator 40 entweder vorgeformt und in der Außenschale 30 angeordnet, oder direkt in der Außenschale 30 gebildet. Die Außenschale 30 mit dem Endkegelisolator 40 wird dann mit der Außenfläche 38 des Gehäuses 12 verbunden. Hier ist ein innen liegendes Ende 42 des Endkegelisolators durch das Substrat 14 und das Rückhaltematerial 16 getragen, während ein außen liegendes Ende 44 des Endkegelisolators mit der Außenschale 30 verbunden ist. Das außen liegende Ende 44 wird an der Außenschale 30 z. B. durch einen Klebstoff, ein Bindemittel, durch ein mechanisches Mittel, durch Radialkräfte (z. B. auf Grund der Größe und Geometrie des Isolators 40 in Bezug auf die Außenschale 30), durch das Zusammenwirken der Form der/des Schale/Isolators und dergleichen, wie auch Kombinationen, die zumindest eines der vorhergehenden umfassen, mit der Außenschale 30 verbunden, an dieser befestigt und/oder gegen diese gehalten (nachfolgend „verbunden").
Der Endkegelisolator 40 sorgt für viele Vorteile durch die Eliminierung der Innenschalen. Zum Beispiel beseitigt das Eliminieren der Innenschale die kostspieligen und zeitraubenden Verfahren, die erforderlich sind, um diese zu bilden. Das Eliminieren der Innenschale reduziert auch die Speichermasse des Endkegels 22 und verringert somit die Leitung von Wärme des Endkegels zu der Außenschale 30. Des Weiteren befreit das Eliminieren der Innenschale die Komprimierung der Isolierung 32 von Unterschieden in der Wärmeausdehnung der Außen- und der Innenschale. Somit reduziert der Endkegelisolator 40 weiter die Leitung von Wärme zu der Außenschale 30, was die Leistung der Vorrichtung 10 erhöht.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 6 ist eine alternative beispielhafte Ausführungsform eines Endkegelisolators 40 veranschaulicht. Hier umfasst der Endkegel 22 eine Außenschale 30 und einen Endkegelisolator 40. In dieser Ausführungsform umfasst der Isolator 40 nicht nur ein in der Isolierung 32 angeordnetes Bindemittel 33, sondern umfasst auch ein Gitter oder Sieb 35.
Das Gitter 35 ist an der Fläche 39 des Isolators 40 angeordnet, die dem Abgas ausgesetzt ist (d. h., die Fläche des Isolators 40, die der Seite des Isolators, die mit der Außenschale 30 in Kontakt steht gegenüberliegt). Das Gitter oder Sieb 35 verhindert, dass erodierte Partikel des Isolators 40 losbrechen, in Zellen 18 des Substrats 14 gelangen, und/oder diese verschmutzen. Das heißt, wenn die Dichte der Zellen 18 des Substrats 14 zunimmt (siehe 1), nimmt die Größe der Zellen im Querschnitt ab. Diese Größenabnahme erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die Zellen 18 durch Partikel verstopft oder verschmutzt werden, was die Lebensdauer der Vorrichtung 10 reduziert. Das Gitter 35 hindert Partikel von dem Isolator 40 daran, in das Substrat 14 zu gelangen. Da der Einlass 24 oberstromig der Zellen 18 ist, ist der Einschluss des Endkegelisolators 40 mit dem Gitter 35 zumindest an dem Einlass wünschenswert.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst ein Auslass 26 (z. B. unterstromig der Zellen 18) kein Gitter 35. In dieser Ausführungsform ist die Verwendung des Gitters 35 an dem Auslass 26 optional, da es nicht not wendig ist, ein Verschmutzen der Zellen 18 zu verhindern. Somit weist in dieser Ausführungsform die Vorrichtung 10 einen Endkegelisolator 40 an dem Einlass 24 mit dem Gitter 35 auf, weist aber einen Endkegelisolator an einem Auslass 26 ohne das Gitter auf.
Das Gitter 35 umfasst eine oder mehrere Lage/n von gewebten oder nicht gewebten Fasern, Faserbündeln, oder dergleichen (z. B. (ein) Sieb(e), (eine) Bahn/en und dergleichen) mit einer ausreichenden Anzahl von Lagen, um die gewünschte bevorzugte Partikelrückhaltung zu erreichen. Das Gitter 35 umfasst ein Material, das der Abgasumgebung standzuhalten vermag. Einige mögliche Materialien umfassen die für das Gehäuse 12 verwendeten, wobei typischerweise Edelstahl bevorzugt ist.
Die Verwendung des Gitters 35, um dem Isolator 40 zusätzliche Struktur und Festigkeit zu verleihen, wird ebenso erwogen. In dieser Ausführungsform umfasst das Gitter 35 eine ausreichende Anzahl von Lagen oder eine ausreichende Lagendicke, um dem Isolator 40 die gewünschte strukturelle Integrität zu verleihen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 7 ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Endkegelisolators 40 veranschaulicht. Wiederum umfasst der Endkegel 22 eine Außenschale 30 und einen Endkegelisolator 40. In dieser Ausführungsform umfasst der Endkegelisolator 40 eine Isolierung 32 und ein Bindemittel 33 und umfasst ferner ein/en inneren/s Kern oder Rohr 37. Der Kern 37 und die Außenschale 30 sind entfernt von dem Gehäuse 12 verbunden. Wie gezeigt, endet der Kern 37 vor dem Substrat 14. Somit weist der Kern 37 nicht die Speichermasse auf, die oben in Bezug auf die Innenschale 28 beschrieben ist (Siehe 4). Der Kern 37 ist mit der Außenschale 30 z. B. durch Schweißen, Einsenken, Kleben und dergleichen verbunden.
Hier ist das innen liegende Ende 42 des Endkegelisolators 40 durch das Substrat 14 und das Rückhaltematerial 16 gehalten, während das außen liegende Ende 44 des Endkegelisolators 40 zwischen zumindest einem Abschnitt des Kerns 37 und der Außenschale 30 angeordnet ist. In dieser Konfiguration ergänzt und/oder eliminiert der Kern 37 somit das Verbinden (mechanisch, durch ein Bindemittel und dergleichen) der Außenschale 30 und des Endkegelisolators 40. Vorzugsweise erstreckt sich der Kern 37 eine ausreichende Distanz von dem Einlass 24 zu dem Einlassende des Rückhaltematerials 16, um für ein Zurückhalten des Isolators zu sorgen, während die Speichermasse des Isolators 40 nicht unerwünscht erhöht wird.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 8 ist eine weitere alternative beispielhafte Ausführungsform eines Endkegelisolators 40 veranschaulicht. Wiederum umfasst der Endkegel 22 eine Außenschale 30 und einen Endkegelisolator 40. In dieser Ausführungsform umfasst der Endkegelisolator 40 eine Isolierung 32, ein Bindemittel 33, ein Sieb 35 und ein/en inneren/es Kern oder Rohr 37.
Es sollte einzusehen sein, dass das oben in Bezug auf die 5–8 beispielhafte Gehäuse 12 nur als identische Endkegelisolatoren 40 an dem Einlassende 24 und dem Auslassende 26 umfassend bereitgestellt ist. Selbstverständlich sind Endkegelisolatoren mit unterschiedlichen Merkmalen und einem unterschiedlichen Aufbau an dem Einlassende 24 gegenüber dem Auslassende 26 in Betracht gezogen.
Das Gehäuse 12, das oben auch in Bezug auf die 5–8 erläutert ist, ist als ein unitäres Gehäuse beschrieben, das das Anbringen separater Endkegel 22 erfordert. Die Konfiguration des Gehäuses ist jedoch oft ab hängig von dem Verfahren, durch das das Substrat 14, das mit dem Rückhaltematerial 16 umwickelt ist, in das Gehäuse eingesetzt wird. Zum Beispiel wird in den oben erläuterten Ausführungsformen das Substrat 14, das mit dem Rückhaltematerial 16 umwickelt ist, durch eines der offenen Enden des Gehäuses in das Gehäuse 12 eingesetzt, bevor der Endkegel 22 mit dem Gehäuse verbunden wird. Dieses Verfahren wird üblicherweise als „Stopf- bzw. Füllverfahren" bezeichnet. Selbstverständlich gibt es auch andere Gehäuseaufbauten (z. B. aus Blech, zwei Materialhälften und dergleichen) und andere Verfahren (z. B. Klappschalen, Umwickeln und dergleichen) und diese sind für das Gehäuse bzw. für das Einsetzen des Substrats 14, das mit dem Rückhaltematerial 16 umwickelt ist, in das Gehäuse, in Betracht gezogen.
Weitere Verfahren umfassen weitere Stopfverfahren, das Klappschalenverfahren, das Tourniquet-Verfahren und dergleichen. Zum Beispiel wird eine andere Version des „Stopfverfahrens" als „Stopf- und Größenanpassungsverfahren" bezeichnet. Hier wird das Substrat 14, das mit dem Rückhaltematerial 16 umwickelt ist, durch eines der offenen Enden des Gehäuses in das Gehäuse 12 eingesetzt. Als nächstes wird/werden ein oder mehrere Abschnitt/e des Gehäuses 12 in der Größe angepasst oder zusammengedrückt. Des Weiteren wird/werden eines oder beide der Enden des Gehäuses 12 in der Größe angepasst, um die Außenschale 30 bereitzustellen, z. B. durch Drehformen und dergleichen. Ein weiteres üblicherweise verwendetes Verfahren wird als das „Klappschalenverfahren" bezeichnet. Hier wird das Substrat 14, das mit dem Rückhaltematerial 16 umwickelt ist, zwischen zwei länglichen Hälften oder Klappschalen des Gehäuses 12, das die Außenschale 30 integriert daran umfasst, angeordnet. Hier werden die zwei Hälften des Gehäuses 12 um die Anordnung herum geschlossen und zusammengeschweißt. In gleicher Weise wird bei dem Tourniquet-Verfahren das Substrat 14, das mit dem Rückhaltematerial 16 umwickelt ist, in das Gehäuse 12 eingesetzt, das an einem Längsrand offen ist, und das die Außenschale 30 integriert daran umfasst. Hier wird das Gehäuse 12 um die Anordnung herum geschlossen und der Längsrand wird dann verschweißt, so dass er geschlossen ist. Unter nunmehriger Bezugnahme auf 9 und wie oben erklärt ist es bekannt, die Außenschale 30 als Teil des Gehäuses 12 gebildet vorzusehen.
In diesem Beispiel ist das Gehäuse 12 mit einem Endkegelisolator 40 gezeigt, der sowohl ein Sieb 35 als auch ein/en inneren/s Kern oder Rohr 37 wie oben beschrieben umfasst.
Während des Zusammenbaus mit z. B. dem „Stopf- und Größenanpassungsverfahren" wird das Substrat 14, das mit dem Rückhaltematerial 16 umwickelt ist, durch eines der offenen Enden des Gehäuses in das Gehäuse 12 eingesetzt. Die Endkegelisolatoren 40 sind in wirksamer Verbindung mit dem Substrat 14 angeordnet, so dass die innen liegenden Enden 42 des Endkegelisolators durch das Substrat und das Rückhaltematerial 16 gehalten sind. Die Endkegelisolatoren 40 werden entweder vor oder nach dem Einsetzen in das Gehäuse 12 um das Substrat 14 herum angeordnet. Die Enden des Gehäuses 12 werden dann um die Endkegelisolatoren 40 herum in der Größe angepasst, um eine Außenschale 30 bereitzustellen. Das Gehäuse 12 wird zum Beispiel durch Drehformen, Stößelformen, magnetische Impulse und dergleichen in der Größe angepasst. Der Kern 37 wird optional an der Außenschale 30 befestigt, z. B. durch Schweißen, Kleben, Einsenken, Zusammendrücken der Außenschale an dem Kern und dergleichen.
Während des Zusammenbaus z. B. mit dem „Klappschalenverfahren" wird das Substrat 14 mit dem Rückhaltematerial 16 umwickelt. Die Endkegelisolatoren 40 sind in wirksamer Verbindung mit dem Substrat 14 (z. B. um zumindest ein Ende des Substrats 14 herum) angeordnet, so dass die innen liegenden Enden 42 der Endkegelisolatoren durch das Substrat und das Rückhaltematerial 16 gehalten sind. Die Endkegelisolatoren 40 werden entweder vor oder nach dem Anordnen des Substrats zwischen zwei Längshälften oder Klappschalen des Gehäuses 12 um das Substrat 14 herum angeordnet. Hier umfasst das Gehäuse 12 vorzugsweise integrierte Außenschalen 30. Die beiden Hälften des Gehäuses 12 werden um die Anordnung herum geschlossen und verschweißt. Der Kern 37 wird optional an der Außenschale 30 befestigt, z. B. durch Schweißen, Kleben, Einsenken, Zusammendrücken der Außenschale an den Kern und dergleichen.
Während des Zusammenbaus z. B. mit dem „Tourniquet-Verfahren" wird das Substrat 14 mit dem Rückhaltematerial 16 umwickelt. Die Endkegelisolatoren 40 sind in wirksamer Verbindung mit dem Substrat 14 angeordnet, so dass die innen liegenden Enden 42 des Endkegelisolators durch das Substrat und das Rückhaltematerial 16 gehalten sind. Die Endkegelisolatoren 40 werden entweder vor oder nach dem Einsetzen des Substrats in das Gehäuse 12 durch den offenen Längsrand um das Substrat 14 herum angeordnet. Das Gehäuse 12 wird um die Anordnung (Rückhaltematerial, Substrat und Isolator/en) herum geschlossen und der offene Längsrand wird dann verschweißt, so dass er geschlossen ist. Der Kern 37 wird optional entweder bevor oder nachdem die Außenschalen an dem Gehäuse 12 angebracht werden an der Außenschale 30 befestigt.
Es sollte einzusehen sein, dass das Gehäuse 12 beispielhaft derart veranschaulicht ist, dass es nur einen Endkegelisolator 40 mit sowohl einem Sieb 35 als auch einem inneren Kern oder Rohr 37 umfasst. Selbstverständlich ist die Verwendung der Endkegelisolatoren mit oder ohne einem oder beiden von dem Sieb 35 und dem Kern 37, wobei die Gehäuse integ rierte Endkegel aufweisen, in Betracht gezogen. Demgemäß und wie oben an Hand beispielhafter Ausführungsformen beschrieben, sind die Endkegelisolatoren für eine Verwendung mit Gehäusen unterschiedlicher Konstruktionen, mit verschiedenen Verfahren des Einsetzens des Substrats in das Gehäuse und mit verschiedenen Arten von Substraten eingerichtet.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, wird für den Fachmann einzusehen sein, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Elemente davon durch Äquivalente ersetzt sein können, ohne vom Umfang der Ansprüche abzuweisen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um ein/e bestimmte/s Situation oder Material an die Lehre der Ansprüche anzupassen, ohne von deren wesentlichen Umfang abzuweichen. Daher soll die Erfindung nicht auf die bestimmte Ausführungsform, die als die beste Möglichkeit zum Ausführen der Erfindung in Betracht gezogen ist, beschränkt sein, sondern die Erfindung soll alle Ausführungsformen umfassen, die in den Umfang der beiliegenden Ansprüche fallen.

Claims

Endkegel (22) für eine Abgasreinigungsanlage (10), umfassend: eine Außenschale (30) mit einer Innenfläche; und einen Endkegelisolator (40) mit einer Isolierung (32) und einem Bindemittel (33), die einen Durchgang hierdurch definieren, wobei der Endkegelisolator eine erste Fläche, die benachbart der Innenfläche angeordnet ist, und eine zweite Fläche (39) aufweist, wobei zumindest ein Abschnitt der zweiten Fläche dem Durchgang gegenüber offen liegt, wobei der Endkegelisolator ferner ein Gitter (35) umfasst, das die zweite Fläche bildet.
Endkegel nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Abschnitt der ersten Fläche des Endkegelisolators mit der Innenfläche der Außenschale verbunden ist.
Endkegel nach Anspruch 1, wobei der Endkegelisolator ferner umfasst: einen Kern (37) mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, wobei die erste Seite einen Abschnitt der zweiten Fläche hält und die zweite Seite mit der Außenschale verbunden ist.
Verfahren zum Herstellen eines Endkegels (22), umfassend die Schritte: Bilden einer Außenschale (30), wobei die Außenschale eine innere Fläche aufweist; Bilden eines Endkegelisolators (40), der ein Bindemittel (33) und eine Isolierung (32) umfasst, wobei der Endkegelisolator ein innen liegendes Ende, ein außen liegendes Ende, eine erste Fläche und eine zweite Fläche (39) aufweist; und Anordnen des Endkegelisolators in der Außenschale, so dass die innere Fläche und die erste Fläche benachbart sind und so dass zumindest ein Abschnitt der zweiten Fläche offen liegt, und ferner umfassend den Schritt: Bilden der zweiten Fläche aus einem Gitter (35).
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend den Schritt: Verbinden eines ersten Endes eines Kerns (37) mit der Außenschale und Verbinden eines zweiten Endes des Kerns mit dem Endkegelisolator.
Abgasreinigungsanlage (10), die umfasst: ein Substrat (14); ein Gehäuse (12) mit einem Einlassende (24) und einem Auslassende (26); ein Rückhaltematerial (16), das das Substrat in dem Gehäuse zwischen dem Einlassende und dem Auslassende hält; ein Paar Außenschalen (30), wobei eine der Außenschalen an dem Einlassende angeordnet ist und eine zweite der Außenschalen an dem Auslassende angeordnet ist; und ein Paar Isolatoren (40) bestehend aus einer Isolierung (32) und einem Bindemittel (33), wobei die Isolatoren eine erste Fläche aufweisen, die benachbart einer Innenfläche der Außenschale angeordnet ist, wobei jeder der Isolatoren zumindest an einem außen liegenden Ende mit den Außenschalen verbunden ist und jeder der Isolatoren an einem innen liegenden Ende durch das Substrat und das Rück haltematerial gehalten ist und wobei zumindest der Isolator an dem Einlassende ferner ein Gitter (35) umfasst, das eine zweite Fläche (39) des Isolators bildet.
Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 6, wobei das Substrat aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Katalysator-Umwandlungssubstrat, einem Katalysator-Absorptionssubstrat, einem Dieselpartikelfiltersubstrat und einem nicht thermischen Plasmaumwandlungssubstrat besteht.
Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 6, wobei jeder der Isolatoren ferner einen Kern (37) umfasst, wobei der Kern das außen liegende Ende mit den Außenschalen verbindet.
Verfahren zur Herstellung einer Abgasreinigungsanlage (10) umfassend die Schritte: Bilden von Isolatoren (40) aus einem Bindemittel (33) und einer Isolierung (32), wobei die Isolatoren ein innen liegendes Ende, ein außen liegendes Ende, eine erste Fläche und eine zweite Fläche (39), die der ersten Fläche gegenüberliegt, aufweisen; Halten eines Substrats (14) in einem Gehäuse (12) mit einem Rückhaltematerial (16), wobei das Gehäuse ein Einlassende (24) und ein Auslassende (26) aufweist; Anordnen eines ersten der Isolatoren an dem Einlassende, so dass sein innen liegendes Ende von dem Substrat und dem Rückhaltematerial gehalten ist; und Anordnen eines zweiten der Isolatoren an dem Auslassende, so dass sein innen liegendes Ende von dem Substrat und dem Rückhaltematerial gehalten ist, und ferner umfassend den Schritt: Bilden der zweiten Fläche aus einem Gitter (35).
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend die Schritte: Verbinden einer ersten Außenschale (30) mit dem Einlassende über den ersten der Isolatoren; und Verbinden einer zweiten Außenschale (30) mit dem Auslassende über den zweiten der Isolatoren.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Gehäuse eine integrierte Außenschale (30) an dem Einlassende und dem Auslassende umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend die Schritte: Verbinden der integrierten Außenschale an dem Einlassende über den ersten der Isolatoren; und Verbinden der integrierten Außenschale an dem Auslassende über den zweiten der Isolatoren.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend den Schritt: Verbinden eines Kerns (37) mit dem außen liegenden Ende der Isolatoren.