DE20003386U1

DE20003386U1 - Decoupling element for vibrations in exhaust pipes of internal combustion engines

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Publication number: DE20003386U1
Application number: DE20003386U
Authority: DE
Original assignee: Feodor Burgmann Dichtungswerke GmbH and Co
Current assignee: EagleBurgmann Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2000-05-18
Anticipated expiration: 2010-02-25

Description

Entkopplungselement für Schwingungen in Abgasleitungen von BrennkraftmaschinenDecoupling element for vibrations in exhaust pipes of internal combustion engines

Die Erfindung betrifft ein Entkopplungselement fur Schwingungen in Abgasleitungen von Brennkraftmaschinen gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a decoupling element for vibrations in exhaust pipes of internal combustion engines according to the preamble of claim 1.

An moderne Abgassysteme von Brennkraftmaschinen wird einerseits die Anforderung gestellt, dass Schwingungen seitens der Brennkraftmaschine durch das Abgassystem in geringstmöglichem Ausmass an die ICraftfahrzeugaufbauteile übertragen werden. Andererseits verlangen die herrschenden Umweltschutzbestimmungen, dass die Abgase nicht ungereinigt an die Umgebung abgegeben werden. Diesen Anforderungen ist man bislang dadurch nachgekommen, indem neben einem Schwingungs-Entkopplungselement, das vorzugsweise so nahe wie möglich an der Brennkraftmaschine anzuordnen ist, ein Abgaskatalysator an einer entfernteren Stelle des Abgassystems vorgesehen wurde. Bekannt ist es in diesem Zusammenhang auch (EP-A-881 422), bei einem Abgassystem mit einem Paar biegsamer Abschnitte einen dazwischen eingefügten starren Abschnitt mit einem Vorkatalysator oder Russfilter zu versehen. Diese Massnahmen bedeuten für die Unterbringung des Katalysators und des Schwingungs-Entkopplungselement nicht nur einen erheblichen baulichen Aufwand und hohe Montage- und Fertigungskosten.. Darüber hinaus kann durch die bekannten Massnahmen die Wirksamkeit der Abgasreinigung beeinträchtigt werden, da insbesondere im städtischen Fahrbetrieb die Abgase häufig an entfernten Stellen des Abgassystems unter eine gewünschte, für eine optimale Reinigung durch den Katalysator hohe Temperatur abgekühlt sein können.On the one hand, modern exhaust systems for internal combustion engines are required to transmit vibrations from the internal combustion engine to the vehicle body parts through the exhaust system to the smallest possible extent. On the other hand, the prevailing environmental protection regulations require that the exhaust gases are not released into the environment uncleaned. These requirements have been met to date by providing an exhaust catalyst at a more distant point in the exhaust system in addition to a vibration decoupling element, which is preferably arranged as close as possible to the internal combustion engine. In this context, it is also known (EP-A-881 422) to provide a rigid section inserted between them with a pre-catalyst or soot filter in an exhaust system with a pair of flexible sections. These measures not only mean considerable structural effort and high assembly and manufacturing costs for the accommodation of the catalyst and the vibration decoupling element. In addition, the effectiveness of the exhaust gas purification can be impaired by the known measures, since, particularly in urban driving, the exhaust gases can often be cooled at remote points in the exhaust system below a desired high temperature for optimal cleaning by the catalyst.

Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, dass die vorgenannten Probleme in überraschend überzeugender und einfacher Weise dadurch gelöst werden können, wenn gemäss dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 das Wärmeschutzelement als Träger eines Abgaskatalysators herangezogen wird, indem im Wärmeschutzelement ein von den AbgasenWithin the scope of the invention, it was found that the above-mentioned problems can be solved in a surprisingly convincing and simple manner if, according to the characterizing part of claim 1, the heat protection element is used as a carrier of an exhaust gas catalyst by integrating a

durchströmbarer Katalysatorkörper aus einem Katalysatormaterial vorgesehen ist. Das Wärmeschutzelement übernimmt damit nicht nur die Funktion eines Wärmeschutzschildes zum Schutz des empfindlichen flexiblen Verbindungselements gegenüber den heissen Abgasen, sondern dient gleichzeitig als Mantel für die Aufnahme eines Abgaskatalysators. Dies hat neben einer signifikanten Einsparung gegenüber herkömmlichen Systemen von Bauteilen (und damit einhergehender Gewichtseinsparung) und Montage- und Fertigungskosten für die Schwingungsentkopplung und Abgasreinigung den besonderen Vorteil, dass die Wirksamkeit der Abgasreinigung deutlich verbessert wird, da dieser Vorgang nunmehr optimal nahe der Brennkraftmaschine erfolgen kann, d.h. an einer Stelle, an der die Abgase die gewünschte hohe Temperatur aufweisen. Der Wegfall einer gesonderten Abgaskatalysatoranordnung bedeutet auserdem eine geringere Anzahl an Stellen, an denen Undichtigkeiten auftreten können. Ferner ist das Wärmeschutzelement als nur einerendseitig befestigtes Bauteil keinen Einschränkungen hinsichtlich der Wärmedehnung unterworfen, was die Funktion des Katalysatorkörpers beeinträchtigende eventuelle Verwerfungen des Wärmeschutzelements unter Temperaturänderungen vermeidet. Der Katalysatorkörper kann mit dem Wärmeschutzelement in herkömmlicher Weise verschweisst oder verlötet sein. Er kann jedoch auch schweiss- oder lötfrei in seiner Lagebeziehung zum Wärmeschutzelement festgelegt sein.A catalyst body made of a catalyst material through which the flow can pass is provided. The heat protection element not only takes on the function of a heat shield to protect the sensitive flexible connecting element from the hot exhaust gases, but also serves as a casing for accommodating an exhaust catalyst. In addition to a significant saving in terms of components compared to conventional systems (and the associated weight saving) and assembly and manufacturing costs for vibration decoupling and exhaust gas purification, this has the particular advantage that the effectiveness of the exhaust gas purification is significantly improved, since this process can now take place optimally close to the internal combustion engine, i.e. at a point where the exhaust gases have the desired high temperature. The elimination of a separate exhaust catalyst arrangement also means a smaller number of points where leaks can occur. Furthermore, the heat protection element, as a component attached at only one end, is not subject to any restrictions with regard to thermal expansion, which avoids any distortion of the heat protection element under temperature changes that could impair the function of the catalyst body. The catalyst body can be welded or soldered to the heat protection element in a conventional manner. However, its positional relationship to the heat protection element can also be fixed without welding or soldering.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform und der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in teilweiser längsgeschnittener Ansicht ein Entkopplungselement gemäss einer Ausführungsform der Erfindung.The invention is explained in more detail below using an embodiment and the drawing. The drawing shows a decoupling element according to an embodiment of the invention in a partial longitudinal section.

Zwar wird die Erfindung nachfolgend in Verbindung mit einem Entkopplungselement beschrieben, bei dem Gelenkfederanordnungen, die dem Entkopplungselement Nachgiebigkeit wenigstens in axialer Richtung verleihen, an beiden axialen Enden vorgesehen sind, doch versteht es sich, dass es im Rahmen der Erfindung liegt, eine Gelenkfederanordnung an nur einem axialen Ende vorzusehen, indem das andere axiale Ende starr mit einem benachbarten Rohranschlussende verbunden ist.Although the invention is described below in connection with a decoupling element in which hinge spring arrangements which impart flexibility to the decoupling element at least in the axial direction are provided at both axial ends, it is to be understood that it is within the scope of the invention to provide a hinge spring arrangement at only one axial end by rigidly connecting the other axial end to an adjacent pipe connection end.

Das Entkopplungselement umfasst ein Verbindungselement 1 aus einem geeigneten Material, wie Stahl, mit einem balgartig gewellten Abschnitt 2 und beidseitig davon vorgesehenen rohrförmigen Anschlussendabschnitten 3, 4, die mit jeweils einem Rohranschlussstück 5, 6 fest und abdichtend, z.B. durch Schweissen, verbunden sein können. Mittels der Rohranschlussstücke 5, 6 kann das Entkopplungselement mit einer nicht gezeigten Abgasleitung einer Brennkraftmaschine verbunden werden. In einem radialen Abstand vom Verbindungselement 1 ist konzentrisch zur Mittellängsachse des Entkopplungselementes ein vorzugsweise zylindrisches, vorzugsweise steifes Gehäuse 7 angeordnet, das nach Art eines Rohrabschnittes ausgebildet sein kann und das Verbindungselement 1 aussen umgibt. Wenn erwünscht, können im Gehäuse 7 gewichtsminimierende Massnahme, wie Durchbrechungen oder Aussparungen vorgesehen sein. Im Bereich seiner auf- und abstromseitigen Enden ist das Gehäuse 7 über jeweils eine Gelenkfederanordnung 8, die identisch ausgebildet sein können, mit wenigstens axialer, vorzugsweise axialer und radialer Nachgiebigkeit mit dem betreffenden Rohranschlussstück 5, 6 verbunden. Jede Gelenkfederanordnung 8 kann eine Federeinrichtung 9 umfassen, die über umfänglich des Entkopplungselementes voneinander versetzte Kraftübertragungsbereiche, wie es bei 10 bzw. 11 angedeutet ist, abwechselnd mit dem Gehäuse 7 bzw. dem betreffenden Rohranschlussstück 5, 6 verbunden sind. Vorzugsweise hat die Gelenkfederanordnung 8 eine Ausbildung wie sie in der EP-B-816 738 beschrieben ist. Eine andere bevorzugte Ausbildung der Gelenkfederanordnung 8 ist der EP-B-747 582 (=US-A-5 797 628) zu entnehmen. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die vorgenannten besonderen Ausbildungen der Gelenkfederanordnung oder auf die vorbeschriebene Ausführungsform des Entkopplungselementes beschränkt ist, sodern andere Bauarten von Gelenkfederanordnungen oder Entkopplungselementen, beispielsweise solche, wie sie in den folgenden Druckschriften beschrieben sind, ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegen: DE-A-44 01 827 (=US-A-5 403 044), EP-A-432 436, DE-A-43 17 333 (= GB-A-2 278 414). Auf diese Druckschriften kann daher betreffend weiterer Details Bezug genommen werden.The decoupling element comprises a connecting element 1 made of a suitable material, such as steel, with a bellows-like corrugated section 2 and tubular connection end sections 3, 4 provided on both sides thereof, which can each be firmly and sealingly connected to a pipe connection piece 5, 6, e.g. by welding. The decoupling element can be connected to an exhaust line (not shown) of an internal combustion engine by means of the pipe connection pieces 5, 6. At a radial distance from the connecting element 1, concentrically to the central longitudinal axis of the decoupling element, a preferably cylindrical, preferably rigid housing 7 is arranged, which can be designed in the manner of a pipe section and surrounds the connecting element 1 on the outside. If desired, weight-minimizing measures such as openings or recesses can be provided in the housing 7. In the area of its upstream and downstream ends, the housing 7 is connected to the relevant pipe connection piece 5, 6 via a respective articulated spring arrangement 8, which can be of identical design, with at least axial, preferably axial and radial flexibility. Each articulated spring arrangement 8 can comprise a spring device 9, which is alternately connected to the housing 7 or the relevant pipe connection piece 5, 6 via force transmission areas offset from one another around the circumference of the decoupling element, as indicated at 10 and 11. The articulated spring arrangement 8 preferably has a design as described in EP-B-816 738. Another preferred design of the articulated spring arrangement 8 can be found in EP-B-747 582 (=US-A-5 797 628). It is understood that the invention is not limited to the aforementioned special designs of the articulated spring arrangement or to the above-described embodiment of the decoupling element, but other types of articulated spring arrangements or decoupling elements, for example those as described in the following publications, are also within the scope of the invention: DE-A-44 01 827 (=US-A-5 403 044), EP-A-432 436, DE-A-43 17 333 (= GB-A-2 278 414). Reference can therefore be made to these publications for further details.

Wie dargestellt, ist ein rohrförmiges Hitzeschutzelement 12 am aufstromseitigen Rohranschlussstück 6, z. B. durch Schweissen befestigt. Das Hitzeschutzelement 12 erstreckt sich koaxial inseitig des Verbindungselementes 1 bis vorzugsweise nahe dem abstromseitigenAs shown, a tubular heat protection element 12 is attached to the upstream pipe connection piece 6, e.g. by welding. The heat protection element 12 extends coaxially on the inside of the connecting element 1 to preferably close to the downstream

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Ende das gewellten Abschnitts 2. Das Hitzeschutzelement 12 hat die Aufgabe, das Verbindungselement 1, insbesondere dessen gewellten Abschnitt 12, vor übermässiger Erhitzung durch die durch das Entkopplungselement strömenden Abgase der Brennkraftmaschine zu schützen.End of the corrugated section 2. The heat protection element 12 has the task of protecting the connecting element 1, in particular its corrugated section 12, from excessive heating by the exhaust gases of the internal combustion engine flowing through the decoupling element.

Erfindungsgemäss bildet das Hitzeschutzelement 12 gleichzeitig den äusseren Mantel eines Abgaskatalysators zur Reinigung der Abgase der Brennkraftmaschine, indem in das Hitzeschutzelement 12 ein von den Abgasen durchströmter Katalysatorkörper 13 aus einem Katalysatormaterial wie Platin, Palladium, Rhodium eingesetzt ist. Der Katalysatorkörper 13 kann einen wabenförmigen Aufbau mit axialen Durchlasspassagen für das Abgas haben und z. B. ein Wickel aus einem gewellten Blech aus dem Katalysatormaterial darstellen. Weitere Details zum Aufbau eines geeigneten Katalysatorkörpers 13 können z. B. der DE-U-89 14 799 entnommen werden, auf die daher Bezug genommen werden kann.According to the invention, the heat protection element 12 simultaneously forms the outer casing of an exhaust gas catalyst for cleaning the exhaust gases of the internal combustion engine, in that a catalyst body 13 made of a catalyst material such as platinum, palladium, rhodium through which the exhaust gases flow is inserted into the heat protection element 12. The catalyst body 13 can have a honeycomb structure with axial passages for the exhaust gas and can, for example, be a coil made of a corrugated sheet made of the catalyst material. Further details on the structure of a suitable catalyst body 13 can be found, for example, in DE-U-89 14 799, to which reference can therefore be made.

Der Katalysatorkörper 13 kann gegenüber dem Hitzeschutzelement 12 in irgendeiner geeigneten Weise, z. B. durch Schweissen oder Löten, lagemässig fixiert sein. Vorzugsweise ist die lagemässige Fixierung so, dass die Wärmedehnung des Katalysatorkörpers 13 in axialer Richtung durch die Art der Fixierung nicht oder nur geringfügig eingeschränkt bzw. behindert wird. Insbesondere kann der Katalysatorkörper 13 anstelle einer Schweiss- oder Lötverbindung durch Anschlagbereiche (nicht gezeigt) am Hitzeschutzelement 13 in seiner axialen Lage festgelegt sein, während ansonsten keine feste permanente Verbindung mit dem Hitzeschutzelement 12 vorgesehen ist. Auch könnte eine lagemässige Festlegung durch eine gegenseitige konische Eingriffnahme zwischen dem Katalysatorkörper 13 und Hitzeschutzelement 12 erhalten werden. Der Katalysatorkörper 13 kann, wenn erwünscht, axial in zwei oder mehrere unabhängige Abschnitte unterteilt sein, zwischen denen ein Abstandsfreiraum vorgesehen sein kann.The catalyst body 13 can be fixed in position relative to the heat protection element 12 in any suitable manner, e.g. by welding or soldering. The positional fixation is preferably such that the thermal expansion of the catalyst body 13 in the axial direction is not or only slightly restricted or hindered by the type of fixation. In particular, instead of a welded or soldered connection, the catalyst body 13 can be fixed in its axial position by stop areas (not shown) on the heat protection element 13, while otherwise no firm permanent connection to the heat protection element 12 is provided. Positional fixation could also be achieved by mutual conical engagement between the catalyst body 13 and heat protection element 12. The catalyst body 13 can, if desired, be divided axially into two or more independent sections, between which a clearance space can be provided.

Claims

1. Decoupling element for vibrations in exhaust pipes of internal combustion engines, with a pair of pipe connection ends which are axially spaced apart from one another and connected to one another by a flexible connecting element ( 1 ) which is preferably corrugated like a bellows at least along an axial section ( 2 ), and a tubular heat protection element ( 12 ) arranged coaxially at a distance within the flexible connecting element for protecting the flexible connecting element against hot exhaust gases flowing through the decoupling element, the heat protection element extending freely into the flexible connecting element from a mounting area near an upstream end, at which the heat protection element is firmly connected to the decoupling element, characterized in that the heat protection element ( 12 ) contains an exhaust gas catalyst with a catalyst body ( 13 ) made of a catalyst jacket through which the exhaust gases can flow.

2. Decoupling element according to claim 1, characterized in that the catalyst body ( 13 ) is fixed in position relative to the heat protection element ( 12 ) without any permanent connection.

3. Decoupling element according to claim 1 or 2, characterized in that the catalyst body ( 13 ) has a honeycomb structure.

4. Decoupling element according to claim 3, characterized in that the catalyst body ( 13 ) is a wound part made of a corrugated sheet of the catalyst material.

5. Decoupling element according to one of the preceding claims, characterized in that the catalyst body ( 13 ) is divided into at least one pair of axially spaced sections.