WO2010034667A1 - Vorrichtung zum reinigen von abgasen - Google Patents

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exhaust
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Wolfgang Maus
Stefan Seeliger
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    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • Device for purifying exhaust gases in an exhaust system in particular for an exhaust system of an internal combustion engine in a motor vehicle, which comprises at least one, disposed in a jacket tube, the exhaust gas can flow through the exhaust gas purification component.
  • exhaust gas For the purification of exhaust gases of mobile internal combustion engines (gasoline engines, diesel engines, etc.) is usually the exhaust gas, which is generated in the internal combustion engine, via an exhaust system comprising exhaust gas lines, exhaust strands, etc. finally delivered to the environment.
  • the exhaust gas is brought into contact with at least one exhaust gas purification component in order to convert or retain the pollutants contained in the exhaust gas.
  • exhaust gas purification components are, for example, catalyst carrier bodies, adsorbers, particle traps, soot filters, flow distributors, flow mixers, heaters etc.
  • the integration of such exhaust gas purification components into the exhaust gas line or the exhaust gas line itself makes special demands on account of the thermal and dynamic loads prevailing in the exhaust gas system. It is demanded that the exhaust system as a whole, and in particular the exhaust gas purification components have a high mechanical strength, even at high temperatures, a high corrosion resistance to the exhaust gases are heat resistant.
  • the invention is in particular also the object of proposing an exhaust system that meets the above requirement and thus has a high mechanical strength, is corrosion and heat resistant and has a low mass.
  • the object is achieved by a device for purifying exhaust gases in an exhaust system of an internal combustion engine which comprises at least one exhaust gas purification component, which is arranged in a jacket tube and can flow through the exhaust gas, wherein at least the jacket tube consists of titanium or a titanium alloy.
  • exhaust gas purification component has been used as a generic term for all known components for the conversion or removal of exhaust gas contained in the exhaust gas. selected pollutants.
  • These exhaust gas cleaning components usually have a jacket tube which at least partially surrounds a functional body to give this a permanent outer shape or a fixation of the inside To allow jacket tube arranged elements.
  • the shape of the jacket tube is usually cylindrical, but can also take other forms, such as oval, polygonal, etc.
  • the jacket tube is regularly at least partially directly with eimem arranged in the interior of the jacket tube honeycomb body, which is constructed in particular with structured and / or smooth films and / or materially connected.
  • the jacket tube also forms an inner surface which is flowed through by hot exhaust gas or is in heat-conducting contact with the honeycomb body.
  • a binding or fixing of the exhaust gas purification component to the exhaust gas system or the exhaust gas-carrying pipelines takes place via the jacket tube.
  • the jacket tube can be fixed directly between two pipe sockets (frontal fixing) and / or at least partially received by such a pipe (fixing over the peripheral surface).
  • the fixation of the jacket tube to and / or in a pipeline is preferably carried out by means of a material connection, such. B. a welded joint.
  • the titanium or titanium alloy casing which has high strength, is resistant to expansion and corrosion, and has a low density, it is possible to further reduce the mass of an exhaust gas system compared to a steel embodiment, thereby also providing the overall mass of the vehicle is reduced and lower fuel consumption is achieved.
  • titanium alloy is understood as meaning a material which forms the casing tube and has a predominant (weight) proportion of titanium. Additives such as aluminum, chromium, iron, molybdenum may be added, it being preferred that the titanium content is greater than the proportions of all additives together. Titanium alloys which have these properties are known and are used in particular in aircraft construction. There are different alloys with different properties, some of which have all or part of the properties required in the present case to a particular extent, so that it is possible, the individual exhaust gas cleaning components or their parts from different, for the respective case most suitable titanium alloys manufacture.
  • titanium has a specific weight advantage of 40% compared to steel materials, ie components can be designed with significantly reduced weight. Also, the mechanical stresses on the components and components are reduced by vibrations and vibrations emanating from the engine due to the lower component weights.
  • the titanium material with a tensile strength of up to 1290 N / mm 2, offers a strength comparable to that of steel materials.
  • the titanium material can also be made highly resistant to corrosive media or environments.
  • the mechanical stress on the components due to thermal expansion in titanium materials is significantly smaller due to the approximately 50% lower thermal expansion coefficient than stainless steel.
  • the jacket tube is constructed in multiple layers and at least one of these layers consists of titanium or a titanium alloy.
  • a construction of the jacket tube can be made, in which the layers are assigned different functions and consequently the properties of the material of the situation are adjusted as needed. For example, temperature-resistant and / or cor-
  • a - be more resistant to corrosion on the inside of titanium / titanium alloy materials and titanium / titanium alloy materials that can be better connected to the exhaust system radially outward. Nevertheless, relatively thin walls can be maintained, so that the goal of weight savings can still be achieved. Possibly. could also be a (thin) layer integrated, which does not have titanium as a predominant component - for example, as thermal insulation and / or heat dissipation.
  • a combination of components made of the stainless steel materials customary in the exhaust area with a component made of titanium material is also conceivable.
  • a high-temperature-resistant stainless steel element could be fitted inside a jacket tube made of titanium material.
  • positive and / or positive joining techniques are also considered, as well as material connections of this combination of materials by appropriate method, such. B. by soldering. Titanium-based solders are proposed in particular for this purpose.
  • the exhaust gas cleaning component has layers arranged in layers which are at least partially welle-like structured films which form the walls of a multiplicity of passages for the exhaust gases, these films consisting of titanium or a titanium alloy.
  • smooth films which may also consist of a titanium alloy.
  • the structural components of the device are all made with titanium or a titanium alloy, which optionally also includes wire nonwovens, reinforcing structures, support pins, mixer structures, etc.
  • the coatings, sewer connection pieces, sensors, etc. are regularly excluded here.
  • the individual components of the device with the exhaust gas flow through the exhaust gas cleaning components may advantageously consist of the same or different titanium alloys, which are adapted to the respective element according to their particular properties. It is preferred that the jacket tube is made of a different titanium material than the wave-like structured films and / or the smooth films.
  • the titanium component is provided with an outer protective layer.
  • An "outer protective layer” is to be understood as meaning, in particular, a coating provided on the (possibly entire) surface of the component, which is connected to the component (in particular directly and directly)
  • the formation of an intermetallic phase and the formation of a homogeneous aluminum oxide layer can be achieved by means of a subsequent heat treatment, in order to achieve minimal heat coupling into the titanium material basic structure laser as a heat source is used.
  • a coating of the titanium material having a (different) protective ceramic layer can take place. This means that the demand for a close-coupled arrangement and a temperature load to 1200 0 C can be fulfilled in particular.
  • a titanium alloy with at least one of the following alloying elements is provided: aluminum, niobium, silicon, zirconium. It is preferred that at least three of the alloying elements are present, in particular even all together.
  • suitable titanium alloys in this context the following ranges are given:
  • Niobium from 0.3 to 22% by weight of silicon: from 0.05 to 1.4% by weight
  • Zirconium from 0.1 to 4.7% by weight.
  • titanium content in this titanium alloy be above 40% by weight or even above 50% by weight and most preferably at least 80% by weight.
  • silicon and zirconium may alternatively be provided.
  • FIGS. show a particularly preferred embodiment of the invention, but is not limited thereto.
  • the drawing shows schematically:
  • Fig. 1 an exhaust system of an internal combustion engine in a motor vehicle
  • 2 shows a cross section through an embodiment variant of the device according to the invention.
  • the dashed line in Fig. 1 illustrated rectangle symbolically represents a motor vehicle 1, which with an internal combustion engine 2 -. B. in the manner of a diesel engine - is provided.
  • the exhaust gases of the internal combustion engine 2 are passed through an exhaust system 3, which has a pipe 4 and then a cone-shaped widening with a device 11 according to the invention of casing pipe 6 and exhaust gas cleaning component 7.
  • This exhaust gas purification component 7 can be a catalyst body, adsorber, a particulate trap, a soot filter, a heater, a flow mixer, etc.
  • further units and equipment for the treatment of the exhaust gases may be integrated.
  • the jacket pipe 6 of the device 11 comprises the exhaust gas cleaning component 7 designed in the manner of a honeycomb body with many channels 9.
  • the exhaust gas cleaning component is constructed with a plurality of films 8 and smooth films 10 arranged in layers, wave-like structured at least in some areas. These films are, as also apparent from Fig. 2, z. B. wound into a honeycomb body and arranged in the jacket tube 6 S-shaped.
  • diesel engines are heavier than gasoline engines with the same output, this additional weight can be at least partially offset by an exhaust gas system of a titanium alloy, which is specifically lighter than a steel alloy.
  • the exhaust gases of diesel engines even at full load, a lower temperature than the exhaust gases of a gasoline engine, so that the requirements for the heat resistance to the device are less high.
  • petrol engines it may be necessary to choose the distance (indicated by the double arrow in FIG. 1) towards the device large enough.
  • FIG. 2 now illustrates a device 11, which is designed in the manner of a catalyst carrier body and has a jacket tube 6, which is formed with two layers 5.
  • the layers 5 are completely over their circumference, but z. B. be made of different titanium materials. It is also possible to perform the layers 5 with different wall thicknesses, but this is not absolutely necessary. It is also possible to provide a greater number of layers 5, usually not more than three layers should be used to meet the desire for weight savings.
  • FIG. 2 also illustrates the alternative provision of an outer protective layer 12 on the surface of the jacket tube 6 or the layer 5 in an (incompletely) enlarged section.
  • This outer protective layer 12 is in particular a coating comprising aluminum.
  • the outer protective layer 12 can however, it may also be provided at other or all locations of the device 11, in particular at all surfaces which are flowed with exhaust gas.

Abstract

Vorrichtung (11) zum Reinigen von Abgasen in einem Abgassystem (3) einer Verbrennungskraftmaschine (2), die wenigstens eine, in einem Mantelrohr (6) angeordnete, vom Abgas durchströmbare Abgasreinigungskomponente (7) umfasst, wobei zumindest das Mantelrohr (6) aus Titan oder einer Titanlegierung besteht. Insbesondere wird hier auch vorgeschlagen, dass die strukturellen Komponenten der Vorrichtung (11) alle mit Titan oder einer Titanlegierung ausgeführt sind.

Description

Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen
Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen in einem Abgassystem, insbesondere für ein Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, die wenigstens eine, in einem Mantelrohr angeordnete, vom Abgas durchströmbare Abgasreinigungskomponente umfasst.
Zur Reinigung von Abgasen mobiler Verbrennungskraftmaschinen (Otto- Motoren, Diesel-Motoren, etc.) wird üblicherweise das Abgas, welches in der Verbrennungskraftmaschine erzeugt wird, über ein Abgassystem umfassend Ab- gasleitungen, Abgasstränge etc. schließlich an die Umgebung abgegeben. Dabei wird das Abgas mit mindestens einer Abgasreinigungskomponente in Kontakt gebracht, um die im Abgas enthaltenen Schadstoffe umzuwandeln bzw. zurück- zuhalten. Derartige Abgasreinigungskomponenten sind beispielsweise Katalysator-Trägerkörper, Adsorber, Partikelfallen, Rußfilter, Strömungsverteiler, Strömungsmischer, Heizer etc. Die Integration derartiger Abgasreinigungskomponenten in den Abgasstrang bzw. die Abgasleitung selbst stellt aufgrund der im Abgassystem herrschenden thermischen und dynamischen Belastungen besondere An- forderungen. Es wird gefordert, dass das Abgassystem als Ganzes und insbesondere die Abgasreinigungskomponenten eine hohe mechanische Festigkeit, auch bei hohen Temperaturen, eine hohe Korrosionsfestigkeit gegen die Abgase aufweisen, hitzebeständig sind.
Die bekannten Abgassysteme bei Kraftfahrzeugen sind zumeist vorrangig auf die Effektivität der Abgasreinigungskomponenten ausgelegt, wobei hierfür in der Regel eine Vielzahl unterschiedlicher Abgasreinigungskomponenten in diversen Anordnungen vorgeschlagen werden. Dies führt aber dazu, dass im Hinblick auf eine angestrebte Reduzierung des Kraftstoffverbrauches ein Konflikt zwischen Effektivität und Gewicht des Abgassystems entsteht.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Dementsprechend liegt der Erfindung insbesondere auch die Aufgabe zugrunde, ein Abgassystem vorzuschlagen, das die oben genannte Forderung erfüllt und folglich eine hohe mechanische Festigkeit aufweist, korrosions- und hitzebeständig ist und eine geringe Masse aufweist.
Gelöst werden diese Aufgaben mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt werden.
Vorliegend wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen in einem Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine, die wenigstens eine, in einem Mantelrohr angeordnete, vom Abgas durchströmbare Abgasreinigungskomponente umfasst, wobei zumindest das Mantelrohr aus Titan oder einer Titan- legierung besteht.
Der Begriff „Abgasreinigungskomponente" wurde als Oberbegriff für alle bekannten Komponenten zur Umwandlung bzw. Entfernung von im Abgas enthalte- nen Schadstoffen gewählt. Insbesondere betrifft das Katalysator-Trägerkörper, Adsorber, Partikelfallen, Rußfilter, Heizer, Strömungsmischer etc. Diese Abgasreinigungskomponenten weisen üblicherweise ein Mantelrohr auf, welches zumindest teilweise einen funktionalen Korpus umgibt, um diesem eine dauerhafte äußere Gestalt zu geben bzw. eine Fixierung der im Inneren des Mantelrohres angeordneten Elemente zu ermöglichen. Die Form des Mantelrohres ist üblicherweise zylindrisch, kann aber auch andere Formen annehmen, wie beispielsweise oval, vieleckig etc. Das Mantelrohr ist regelmäßig mit eimem im Inneren des Mantelrohres angeordneten Wabenkörper, der insbesondere mit strukturierten und/oder glatten Folien aufgebaut ist, zumindest teilweise direkt und/oder stoffschlüssig verbunden. Dabei bildet das Mantelrohr in einem signifikanten Umfang auch eine von heißem Abgas beströmte Innenfläche aus bzw. steht in Wärme leitendem Kontakt mit den Wabenkörper. Über das Mantelrohr erfolgt insbesondere auch eine Anbindung bzw. Fixierung der Abgasreinigungskomponente an die Ab- gasanlage bzw. die Abgas führenden Rohrleitungen. Dabei kann das Mantelrohr direkt zwischen zwei Rohrleitungsstutzen fixiert (stirnseitige Fixierung) und/oder zumindest teilweise von einer solchen Rohrleitung aufgenommen (Fixierung über die Umfangsfläche) sein. Die Fixierung des Mantelrohres an und/oder in einer Rohrleitung erfolgt bevorzugt mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, wie z. B. einer Schweißverbindung.
Durch die Bereitstellung zumindest des Mantelrohres aus Titan oder einer Titanlegierung, die eine hohe Festigkeit aufweist, dehnungs- und korrosionsbeständig ist und eine geringe Dichte aufweist, ist es möglich, die Masse eines Abgassys- tems gegenüber einer Ausführung aus Stahl weiter zu vermindern, wodurch auch die Gesamtmasse des Fahrzeugs vermindert und ein geringerer Kraftstoffverbrauch erzielt werden.
Unter einer „Titanlegierung" wird hierbei ein Werkstoff verstanden, der das Man- telrohr aufbildet und einen überwiegenden (Gewichts-) Anteil Titan aufweist. Ggf. können Zusatzstoffe wie Aluminium, Chrom, Eisen, Molybdän beigegeben sein, wobei bevorzugt ist, dass der Titananteil größer ist als die Anteile aller Zusatzstoffe zusammen. Titanlegierungen, die diese Eigenschaften aufweisen, sind bekannt und werden insbesondere bisher im Flugzeugbau verwendet. Es gibt unter- schiedliche Legierungen mit unterschiedlichen Eigenschaften, von denen einige die im vorliegenden Fall geforderten Eigenschaften insgesamt oder teilweise in besonderem Maße aufweisen, so dass es möglich ist, die einzelnen Abgasreinigungskomponenten oder ihre Teile aus unterschiedlichen, für den jeweiligen Fall am besten geeigneten Titanlegierungen herzustellen.
Mit der Erfindung lassen sich insbesondere folgende Vorteile erreichen: Titan hat mit einer Dichte von ca. 4,5 g/cm3 einen spezifischen Gewichtsvorteil von 40% gegenüber Stahlmaterialien, d. h. Bauteile können deutlich gewichtsreduziert ausgelegt werden. Auch sind damit die mechanischen Belastungen der Bauteile und Komponenten durch vom Motor ausgehende Schwingungen und Vibrationen auf Grund der geringeren Bauteilgewichte reduziert. Der Titan- Werkstoff bietet mit einer Zugfestigkeit von bis zu 1290 N/mm2 eine Festigkeit, die mit der von Stahlmaterialien vergleichbar ist. Außerdem kann (wie nachfolgend noch im Detail ausgeführt) das Titan-Material auch hochresistent gegenüber korrosiven Me- dien bzw. Umgebungen bereitgestellt werden. Schließlich bleibt noch anzumerken, dass die mechanische Belastung der Bauteile durch thermische Ausdehnung bei Titan- Werkstoffen aufgrund des gegenüber Edelstahl um ca. 50% geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten deutlich kleiner ausfällt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Mantelrohr mehrlagig aufgebaut ist und wenigstens eine dieser Lagen aus Titan oder einer Titanlegierung besteht. Hierbei kann insbesondere ein Aufbau des Mantelrohres vorgenommen werden, bei dem den Lagen unterschiedliche Funktionen zugeordnet sind und folglich die Eigenschaften des Werkstoffs der Lage bedarfs- gerecht angepasst werden. So können zum Beispiel temperaturfeste und/oder kor-
- A - rosionsbeständigere Titan-/Titanlegierungs- Werkstoffe radial innen verbaut sein und Titan-/Titanlegierungs- Werkstoffe, die besser mit der Abgasanlage verbunden werden können radial außen. Dabei können gleichwohl relativ dünne Wandstärken eingehalten werden, so dass das Ziel der Gewichtsersparnis trotzdem erreicht werden kann. Ggf. könnte auch eine (dünne) Lage integriert sein, die nicht Titan als überwiegenden Bestandteil aufweist - zum Beispiel als Wärmedämmung und/oder Wärmeableitung.
Demnach ist auch eine Kombination von Bauteilen aus den im Abgasbereich übli- chen Edelstahlwerkstoffen mit einem Bauteil aus Titan- Werkstoff denkbar. So könnte ein hochtemperaturbeständiges Edelstahl-Element im Inneren eines mit Titan- Werkstoff gefertigten Mantelrohres gefügt werden. Hierzu kommen kraftschlüssige und/oder formschlüssige Fügetechniken ebenso in Betracht, wie auch stoffliche Verbindungen dieser Werkstoffkombination durch entsprechende Ver- fahren, wie z. B. mittels Löten. Hierfür werden insbesondere Titan-Basis-Lote vorgeschlagen.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass die Abgasreinigungskomponente lagenweise angeordnete, zumindest in Teilbereichen wel- lenähnlich strukturierte Folien aufweist, die die Wände einer Vielzahl von für die Abgase durchströmbaren Kanälen bilden, wobei diese Folien aus Titan oder einer Titanlegierung bestehen.
Das gleiche gilt bevorzugt auch für zwischen den wellenähnlich strukturierten Folien angeordnete, glatte Folien, die ebenfalls aus einer Titanlegierung bestehen können. Ganz besonders bevorzugt ist, dass die strukturellen Komponenten der Vorrichtung alle mit Titan oder einer Titanlegierung ausgeführt sind, dass schließt ggf. auch Drahtvliese, Verstärkungsstrukturen, Stützstifte, Mischerstrukturen, etc. mit ein. Selbstverständlich sind hierbei regelmäßig die Beschichtungen, Kanalver- schlussstutzen, Sensoren, etc. ausgenommen.
Die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung mit den vom Abgas durchströmbaren Abgasreinigungskomponenten, insbesondere das (mehrlagige) Mantelrohr, die wellenähnlich strukturierten Folien und die glatten Folien können in vorteilhafter Weise aus gleichen oder unterschiedlichen Titanlegierungen bestehen, die dem jeweiligen Element entsprechend ihren besonderen Eigenschaften angepasst sind. Bevorzugt ist, dass das Mantelrohr aus einem anderen Titan- Werkstoff besteht als die wellenähnlich strukturierten Folien und/oder die glatten Folien.
Gegebenenfalls kann es vorteilhaft sein, dass das Titan-Bauteil mit einer Außenschutzschicht versehen ist. Unter einer „Außenschutzschicht" wird insbesondere eine auf der (ggf. gesamten) Oberfläche der Komponente vorgesehene Beschich- tung verstanden, die mit dem Bauteil (insbesondere direkt und unmittelbar) verbunden ist. So kann der Titan- Werkstoff z. B. mit einer Aluminiumschicht verse- hen werden (z. B. durch Plattieren) und infolge einer anschließenden Wärmebehandlung die Ausbildung einer intermetallischen Phase sowie zur Bildung einer homogenen Aluminiumoxid- Schicht erreicht werden. Um eine minimale Wärmeeinkopplung in das Titan- Werkstoff-Grundgefüge zu erreichen, kommt bevorzugt ein Laser als Wärmequelle zum Einsatz. Alternativ oder kumulativ kann auch eine Beschichtung des Titan- Werkstoffs mit einer (anderen) keramischen Schutzschicht erfolgen. Damit kann insbesondere auch die Forderung nach einer motornahen Anordnung bzw. einer Temperaturbelastung bis 12000C erfüllt werden. Hiermit wird also die Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit und Hochtemperatur-Festigkeit bei erhaltener Kaltumformbarkeit deutlich verbessert. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird auch als vorteilhaft angesehen, dass eine Titanlegierung mit wenigstens einer der folgenden Legierungselemente vorgesehen ist: Aluminium, Niob, Silizium, Zirkonium. Bevorzugt ist, dass min- destens drei der Legierungselemente vorhanden sind, insbesondere sogar alle zusammen. Als Beispiel für geeignete Titanlegierungen in diesem Zusammenhang werden folgende Bereiche angegeben:
Aluminium: von 16 bis 35 Gew.-%
Niob: von 0,3 bis 22 Gew.-% Silizium: von 0,05 bis 1,4 Gew.-%
Zirkonium: von 0,1 bis 4,7 Gew.-%.
Dabei ist auch bevorzugt, dass der Titan- Anteil bei dieser Titanlegierung oberhalb von 40 Gew.-% oder sogar oberhalb von 50 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt zumindest 80 Gew.-% betragen. Gegebenenfalls können Silizium und Zirko- nium alternativ vorgesehen sein.
Besonders günstig ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Abgassystem eines Diesel-Motors.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen, auf diese jedoch nicht beschränkt ist. In der Zeichnung zeigt schematisch:
Fig. 1 : ein Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, und Fig. 2: einen Querschnitt durch eine Ausfuhrungsvariante der erfϊndungsge- mäßen Vorrichtung.
Das in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Rechteck stellt symbolisch ein Kraftfahrzeug 1 dar, das mit einer Verbrennungskraftmaschine 2 - z. B. nach Art eines Diesel- Motors - versehen ist. Die Abgase der Verbrennungskraftmaschine 2 werden durch ein Abgassystem 3 geleitet, das eine Rohrleitung 4 und daran anschließend eine konusförmige Aufweitung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 11 aus Mantelrohr 6 und Abgasreinigungskomponente 7 aufweist. Bei dieser Abgasreini- gungskomponente 7 kann es sich um einen Katalysatorkörper, Adsorber, eine Partikelfalle, einen Rußfilter, einen Heizer, einen Strömungsmischer etc. handeln. Selbstverständlich können in dem Abgassystem 3 weitere Einheiten und Apparaturen zur Behandlung der Abgase integriert sein.
Das Mantelrohr 6 der Vorrichtung 11 umfasst die nach Art eines Wabenkörpers mit vielen Kanälen 9 ausgebildete Abgasreinigungskomponente 7. Die Abgasreinigungskomponente ist mit mehreren lagenweise angeordneten, zumindest in Teilbereichen wellenähnlich strukturierten Folien 8 und glatten Folien 10 aufgebaut. Diese Folien werden, wie auch aus Fig. 2 ersichtlich, z. B. S-förmig zu ei- nem Wabenkörper aufgewickelt und in dem Mantelrohr 6 angeordnet.
Das Mantelrohr 6 und/oder die wellenähnlich strukturierten Folien 8 und/oder die glatten Folien 10, vorzugsweise sämtliche Bauelemente, bestehen aus einer oder verschiedenen Titan- Werkstoffen oder Titanlegierungen. Wird nur eine einheitli- che Titanlegierung für alle Elemente gewählt, muss diese einen vernünftigen Kompromiss zwischen den Anforderungen darstellen, nämlich eine ausreichende Formfestigkeit sowie Oxidations- und Korrosionsfestigkeit aufweisen. Werden für die einzelnen Bauelemente unterschiedliche Titanlegierungen gewählt, lässt sich diese den unterschiedlichen Einsatzbedingungen anpassen. So kann für die Abgas- reinigungskomponente 7 mit den Folien 8, 10 eine höher temperaturfeste, oxidati- ons- und korrosionsbeständige Titanlegierung gewählt werden, während sich für das Mantelrohr 6 eine Titanlegierung mit einer höheren mechanischen Festigkeit auswählen lässt.
Besonders bevorzugt ist der Einsatz der erfmdungsgemäßen Vorrichtung in Abgassystemen von Diesel-Motoren. Da Diesel-Motoren bei gleicher Leistung schwerer als Otto-Motoren sind, lässt sich dieses Mehrgewicht zumindest teilweise durch ein Abgassystem aus einer Titanlegierung, die spezifisch leichter als eine Stahllegierung ist, wenigstens teilweise kompensieren. Zudem weisen die Abgase von Diesel-Motoren auch bei Volllast eine niedrigere Temperatur als die Abgase eines Otto-Motors auf, so dass die Anforderungen an die Hitzebeständigkeit an die Vorrichtung weniger hoch sind. Bei Otto-Motoren ist es ggf. erforderlich, den (mit dem Doppelpfeil in Fig. 1 angedeuteten) Abstand hin zur Vorrichtung groß genug zu wählen.
Fig. 2 veranschaulicht nunmehr eine Vorrichtung 11, die nach Art eines Katalysator-Trägerkörpers ausgeführt ist und ein Mantelrohr 6 aufweist, das mit zwei Lagen 5 gebildet ist. Die Lagen 5 liegen über ihren Umfang vollständig an, können aber z. B. aus unterschiedlichen Titan- Werkstoffen ausgeführt sein. Ebenso ist möglich, die Lagen 5 mit unterschiedlichen Wandstärken auszuführen, das ist aber nicht zwingend erforderlich. Auch ist möglich, eine größere Anzahl von Lagen 5 vorzusehen, wobei in der Regel nicht mehr als drei Lagen verwendet werden sollten, um dem Wunsch nach einer Gewichtsersparnis nachzukommen.
Ebenfalls veranschaulicht Fig. 2 die alternative Bereitstellung einer Außenschutzschicht 12 auf der Oberfläche des Mantelrohres 6 bzw. der Lage 5 in einem (unmaßstäblich) vergrößerten Abschnitt. Diese Außenschutzschicht 12 ist insbesondere eine Aluminium umfassende Beschichtung. Die Außenschutzschicht 12 kann gleichwohl auch an anderen bzw. allen Stellen der Vorrichtung 11 vorgesehen sein, insbesondere an allen mit Abgas beströmten Flächen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsbeispiele be- schränkt. Es sind vielmehr zahlreiche Abwandlungen der Erfindung im Rahmen der Patentansprüche möglich.
Bezugszeichenliste
1 Kraftfahrzeug
2 Verbrennungskraftmaschine
3 Abgassystem
4 Rohrleitung
5 Lage 6 Mantelrohr
7 Abgasreinigungskomponente
8 wellenähnlich strukturierte Folie
9 Kanal
10 glatte Folie 11 Vorrichtung
12 Außenschutzschicht

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (11) zum Reinigen von Abgasen in einem Abgassystem (3) einer Verbrennungskraftmaschine (2), die wenigstens eine, in einem Mantelrohr (6) angeordnete, vom Abgas durchströmbare Abgasreinigungskomponente (7) umfasst, wobei zumindest das Mantelrohr (6) aus Titan oder einer Titanlegierung besteht.
2. Vorrichtung (11) nach Patentanspruch 1, bei der das Mantelrohr (6) mehrlagig aufgebaut ist und wenigstens eine dieser Lagen (5) aus Titan oder einer Titanlegierung besteht.
3. Vorrichtung (1 1) nach Patentanspruch 1 oder 2, bei der die Abgasreini- gungskomponente (7) lagenweise angeordnete, zumindest in Teilbereichen wellenähnlich strukturierte Folien (8) aufweist, die die Wände einer Vielzahl von für die Abgase durchströmbaren Kanälen (9) bilden, wobei diese Folien (8) aus Titan oder einer Titanlegierung bestehen.
4. Vorrichtung (11) nach Patentanspruch 3, bei der zwischen jeder wellenähnlich strukturierten Folie (8) eine glatte Folie (10) angeordnet ist, die ebenfalls aus Titan oder einer Titanlegierung besteht.
5. Vorrichtung (11) nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, bei der das Man- telrohr (6) aus einem anderen Titan- Werkstoff besteht als die wellenähnlich strukturierten Folien (8) und/oder die glatten Folien (10).
6. Vorrichtung (11) nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, bei der das Titan- Bauteil mit einer Außenschutzschicht (12) versehen ist.
7. Vorrichtung (11) nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, bei der eine Ti- tanlegierung mit wenigstens einer der folgenden Legierungselemente vorgesehen ist: Aluminium, Niob, Silizium, Zirkonium.
8. Kraftfahrzeug (1) aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine (2) nach Art eines Diesel-Motors und ein Abgassystem (3), wobei im Abgassystem (3) zumindest eine Vorrichtung (11) nach einem der vorherigen Patentansprüche angeordnet ist.
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