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DE202007008906U1 - Component for exhaust systems for internal combustion engines - Google Patents

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DE202007008906U1
DE202007008906U1 DE202007008906U DE202007008906U DE202007008906U1 DE 202007008906 U1 DE202007008906 U1 DE 202007008906U1 DE 202007008906 U DE202007008906 U DE 202007008906U DE 202007008906 U DE202007008906 U DE 202007008906U DE 202007008906 U1 DE202007008906 U1 DE 202007008906U1
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Abstract

Komponente für Abgasanlagen für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Dieselmotoren in Kraftfahrzeugen, umfassend
– ein Gehäuse (1),
– wenigstens ein Einlassrohr (2) für die zu reinigenden Abgase,
– wenigstens ein Auslassrohr (3) für die gereinigten Abgase,
– eine DOC-Einheit (6),
– eine DPF-Einheit (7)
– und/oder eine SCR-Einheit (10),
gekennzeichnet durch die Merkmale:
– ein Metallschaum dient als Basis für die DOC-, DPF- und/oder SCR-Einheit (6, 7, 10),
– Einlass- und Auslassrohre (2, 3)
– sind perforiert,
– und dienen als Träger für die DOC-, DPF- und/oder SCR-Einheit (6, 7, 10).
– die DOC-, DPF- und/oder SCR-Einheiten (6, 7, 10) sind konzentrisch auf wenigstens einem der Einlass- und Auslassrohre (2, 3) positioniert,
– Einbauten (4, 5) sorgen für den korrekten Fluss der Abgase durch das Gehäuse (1) und die Metallschäume.Component for exhaust systems for internal combustion engines, in particular for diesel engines in motor vehicles, comprising
A housing (1),
At least one inlet pipe (2) for the exhaust gases to be cleaned,
At least one outlet pipe (3) for the cleaned exhaust gases,
A DOC unit (6),
- a DPF unit (7)
And / or an SCR unit (10),
characterized by the features:
A metal foam serves as the basis for the DOC, DPF and / or SCR unit (6, 7, 10),
Inlet and outlet pipes (2, 3)
- are perforated,
- and serve as a carrier for the DOC, DPF and / or SCR unit (6, 7, 10).
The DOC, DPF and / or SCR units (6, 7, 10) are concentrically positioned on at least one of the inlet and outlet pipes (2, 3),
- Built-in (4, 5) ensure the correct flow of exhaust gases through the housing (1) and the metal foams.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft Komponenten für Abgasanlagen für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Dieselmotoren, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to components for Exhaust systems for Internal combustion engines, in particular for diesel engines, according to the preamble of claim 1.

Abgasanlagen für Verbrennungsmotoren, gleichgültig ob Otto- oder Dieselmotoren, werden seit über 100 Jahren in größten Stückzahlen und in den unterschiedlichsten Ausführungen produziert und eingesetzt. Ihre ursprüngliche Aufgabe bestand darin, den vom Verbrennungsmotor erzeugten Lärm auf ein verträgliches, später vom Gesetzgeber vorgeschriebenes Maß zu reduzieren. In den letzten 40 Jahren kam zusätzlich die Aufgabe dazu, die in den Abgasen enthaltenen Schadstoffe wie CO, NOx, Ruß usw. zu beseitigen. Moderne Abgasanlagen enthalten daher je nach Verwendungszweck eine Dieselrußpartikelfilter(DPF)-Einheit, eine selektiv katalytische Reduktions(SCR)-Einheit und/oder eine Dieseloxidationskatalysator(DOC)-Einheit, oder auch eine einfache Katalysatoreinheit.Exhaust systems for internal combustion engines, regardless of whether petrol or diesel engines, have been produced and used for over 100 years in the largest quantities and in a wide variety of designs. Their original task was to reduce the noise generated by the internal combustion engine to a tolerable, later prescribed by law. In the last 40 years, the additional task was to eliminate the pollutants contained in the exhaust gases, such as CO, NO x , soot, etc. Modern exhaust systems therefore include, depending on the application, a diesel particulate filter (DPF) unit, a selective catalytic reduction (SCR) unit and / or a diesel oxidation catalyst (DOC) unit, or even a simple catalyst unit.

Als Träger für die erwähnten Einheiten zur Reduzierung und/oder Reinigung der Verbrennungsabgase kommen keramische oder metallische Trägerelemente zum Einsatz. Keramische Trägerelemente müssen aufgrund der Tatsache, dass ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient sich deutlich von den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Metallteile der Abgasanlagen unterscheiden, mit Hilfe von Lagermatten, Quellmatten und dergleichen aufwändig gelagert werden. Darüber hinaus lassen sich die keramischen Elemente nur mit relativ großen Abmessungstoleranzen produzieren, so dass die sie aufnehmenden Gehäuse oftmals aufwändig kalibriert werden müssen.When carrier for the mentioned Units for reducing and / or purifying the combustion gases ceramic or metallic carrier elements are used. ceramic Carrier elements must be due the fact that their thermal expansion coefficient is distinct from the thermal expansion coefficients of the metal parts of the exhaust systems distinguish with the help of bearing mats, swelling mats and the like costly be stored. About that In addition, the ceramic elements can only with relatively large dimensional tolerances produce, so that the accommodating housing often be laboriously calibrated have to.

Ein weiterer Problempunkt bei der Produktion von Abgasanlagen ist die Tatsache, dass die vorgefertigten aktiven Komponenten in die ebenfalls vorgefertigten Gehäuse eingeführt werden müssen, wobei während der Montage bestimmte Presskräfte eingehalten werden müssen, um zu verhindern, dass die Einsätze entweder ihren Halt verlieren oder beschädigt werden, wenn sich die Abgasanlage im Betrieb auf Temperaturen bis zu 900°C erhitzt.One Another problem in the production of exhaust systems is the Fact that the prefabricated active components in the likewise prefabricated housing introduced Need to become, while during the assembly certain pressing forces must be respected to prevent the stakes either lose their grip or be damaged when the Exhaust system in operation to temperatures up to 900 ° C heated.

Ein weiteres Problem der klassischen Produktion von Abgasanlagen ist darin begründet, dass die jeweiligen Einbaukomponenten oftmals nur in vorbestimmten Formen und Abmessungen produziert werden können. Das gilt nicht nur für die keramischen sondern auch für die metallischen Einbaukomponenten. Dadurch können die Vorgaben der Kraftfahrzeughersteller oftmals nicht oder nur annähernd erfüllt werden, was beim Bau der Kraftfahrzeuge zu Kompromissen Anlass gibt.One Another problem is the classic production of exhaust systems founded in that the respective installation components often only in predetermined Shapes and dimensions can be produced. This is not only true for the ceramic for .... As well the metallic components. This allows the specifications of the motor vehicle manufacturer often not or only approximately fulfilled, which gives rise to compromises in the construction of motor vehicles.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Komponenten für Abgasanlagen für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Dieselmotoren, in Kraftfahrzeugen anzugeben, die eine praktisch beliebige Formgebung und damit verbunden Abgasführung ermöglichen.Of the The present invention is based on the object, components for exhaust systems for internal combustion engines, especially for Diesel engines, in motor vehicles indicate that a practical allow any shape and associated exhaust system.

Diese Aufgabe wird gelöst durch Komponenten mit den Merkmalen des Anspruchs 1.These Task is solved by components having the features of claim 1.

Die vorliegende Erfindung ersetzt die bisher verwendeten vorgefertigten Einbaukomponenten auf Keramikbasis oder auch Metallblechbasis durch einen metallischen Schaumwerkstoff. Dadurch entfällt das Stopfen von vorgefertigten Elementen in die Gehäuse und das Lagern der vorgefertigten Komponenten mit Hilfe von Lager- und Quellmatten. Struktur und Porengröße des Schaums lassen sich in weiten Grenzen an die vorgegebenen Bedingungen anpassen.The The present invention replaces the previously used prefabricated ones Built-in components based on ceramic or sheet metal base a metallic foam material. This eliminates the need to stop prefabricated Elements in the housing and storing the prefabricated components by means of storage and swelling mats. Structure and pore size of the foam can be within wide limits to the given conditions.

Ferner kann der Schaumwerkstoff entsprechend dem gewünschten Einsatzzweck mit den entsprechenden Elementen katalytisch beschichtet werden, um so die Funktion als Kat-Einheit, SCR-Einheit, DOC-Einheit oder DPF-Einheit zu erfüllen.Further the foam material according to the desired application with the corresponding elements are catalytically coated so as to Function as cat unit, SCR unit, DOC unit or DPF unit.

Das Grundprinzip der Erfindung ist, dass die im Abgassystem integrierten Komponenten um wenigstens ein Einlass- und/oder Auslassrohr als Schaum-Kartusche angeordnet sind. Die Rohre sind optimal perforiert, um eine gleichmäßige Durchströmung der Schaumkomponenten mit Abgasen zu ermöglichen. Dabei können die Rohre auch gleichzeitig die Tragfunktion übernehmen.The The basic principle of the invention is that the integrated in the exhaust system Components around at least one inlet and / or outlet tube as a foam cartridge are arranged. The tubes are optimally perforated to ensure a uniform flow through the To allow foam components with exhaust gases. The can Pipes also take over the supporting function at the same time.

Die Schaumkörper werden durch ringförmige Distanzelemente auf Position gehalten, die sich wiederum an metallischen und am Zentralrohr befestigten Anlaufscheiben abstützen.The foam body be through annular spacers held in position, which in turn to metallic and am Support central pipe mounted thrust washers.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann das sich so ergebende zylinderförmige Schaumgebilde, beispielsweise die Hintereinanderschaltung von DOC-Einheit und DPF-Einheit, durch ein Rohr in definiertem Abstand umfasst sein, so dass ein Ringspalt als Kanal zur Wegführung der Abgase entsteht. In diesen Ringspalt kann die zur katalytischen Reduktion benötigte Harnstoff-Wasser-Lösung eingedüst werden.According to one preferred embodiment of the invention, the thus resulting cylindrical Foam structures, for example, the series connection of DOC unit and DPF unit through a pipe at a defined distance, so that an annular gap as a channel for guidance the exhaust gas is produced. In this annular gap, the catalytic Reduction needed Urea-water solution injected become.

Vorteilhafterweise sitzt die Harnstoffdüse am Eingang des Kanals.advantageously, sits the urea nozzle at the entrance of the canal.

Da zur Verdampfung der Harnstoff-Wasser-Lösung eine möglichst lange Verdampfungsstrecke benötigt wird, abhängig von Temperatur, Tröpfchengröße und Massenstrom, wird in den erwähnten Kanal ein wendelförmiges Gasleitblech eingesetzt. Dadurch wird das Gas schraubenförmig durch den Wendelkanal geführt, wodurch der zur Verfügung stehende Verdampfungsweg vervielfacht wird, je nach Steigung des Wendelblechs. Diese schraubenförmige Abgasführung stellt gleichzeitig eine akustische Tuningmaßnahme dar, so dass eine gestalterische Freiheit für die Anpassung von zur Schalldämpfung erforderlichen Rohrlängen vorhanden ist.Since the evaporation of the urea-water solution as long as possible evaporation path is required, depending on temperature, droplet size and mass flow, a helical gas baffle is used in the mentioned channel. As a result, the gas is helically through the Spiral channel out, whereby the available evaporation path is multiplied, depending on the pitch of the spiral sheet. At the same time, this helical exhaust gas duct represents an acoustic tuning measure, so that there is freedom of design for the adaptation of pipe lengths required for soundproofing.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.Based the drawing is intended to illustrate the invention in the form of an embodiment be explained in more detail.

Die Figur zeigt rein schematisch einen Längsschnitt durch eine Komponente für eine Abgasanlage für einen Dieselmotor. Man erkennt ein zylindrisches Gehäuse 1, in das ein Einlassrohr 2 hineinführt und aus dem ein Auslassrohr 3 herausführt. Beide Rohre 2, 3 sind perforiert. Eine Trennwand 5 verhindert, dass in das Einlassrohr 2 eintretende Abgase direkt in das Auslassrohr 3 übertreten können. Der Gehäusemantel ist mit einer Isolierung 13 ausgerüstet.The figure shows purely schematically a longitudinal section through a component for an exhaust system for a diesel engine. One recognizes a cylindrical housing 1 into which an inlet pipe 2 leads in and out of an outlet pipe 3 out leads. Both pipes 2 . 3 are perforated. A partition 5 prevents it from entering the inlet pipe 2 entering exhaust gases directly into the outlet pipe 3 can transgress. The housing jacket is insulated 13 equipped.

Im Inneren des Gehäuses 1 befindet sich auf dem Einlassrohr 2 ein erster Metallschaumzylinder 6, der katalytisch beschichtet ist, um eine DOC-Einheit zu bilden.Inside the case 1 is located on the inlet pipe 2 a first metal foam cylinder 6 which is catalytically coated to form a DOC unit.

Auf dem Zylinder 6 befindet sich ein zweiter Metallschaumzylinder 7, der ebenfalls katalytisch beschichtet ist, um eine DPF-Einheit zu bilden. Die beiden Metallschaumzylinder 6, 7 sind stirnseitig mittels einer Isoliermatte 8 gegen das Gehäuse 1 isoliert.On the cylinder 6 there is a second metal foam cylinder 7 which is also catalytically coated to form a DPF unit. The two metal foam cylinders 6 . 7 are frontally by means of an insulating mat 8th against the case 1 isolated.

Der zweite Metallschaumzylinder 7 ist mit Abstand von einem Zylinderstutzen 4 umgeben, der seinerseits einen ausreichenden Abstand zu dem Gehäuse 1 bzw. der Isolierung 13 aufweist. Rückseitig ist der Zylinderstutzen 4 mit der Trennwand 5 verbunden. Dadurch entsteht ein mäanderförmiger Gasweg.The second metal foam cylinder 7 is by far from a cylinder neck 4 surrounded, in turn, a sufficient distance to the housing 1 or the insulation 13 having. The back is the cylinder neck 4 with the partition 5 connected. This creates a meandering gas path.

In den Spalt zwischen dem Rohrstutzen 4 und dem Gehäuse 1 ist ein wendelförmiges Gasleitblech 9 eingesetzt. Dadurch müssen die Abgase diesen Spalt schraubenlinienförmig durchströmen, was zu einer entsprechenden Verlängerung des Gaskanals führt. Diese Verlängerung des Gaskanals ermöglicht es einer Harnstoff-Wasser-Lösung, die durch eine Harnstoff-Düse 12 in den Abgasstrom eingedüst wird, zu verdampfen, so dass ein Abgas-Ammoniak-Gemisch entsteht.In the gap between the pipe socket 4 and the housing 1 is a helical gas baffle 9 used. As a result, the exhaust gases have to flow through this gap helically, resulting in a corresponding extension of the gas channel. This extension of the gas channel allows a urea-water solution to pass through a urea nozzle 12 is injected into the exhaust stream, to evaporate, so that an exhaust gas-ammonia mixture is formed.

Dieses Abgas-Ammoniak-Gemisch tritt in einen dritten Schaumzylinder 10 ein, der ebenfalls katalytisch beschichtet ist, um eine SCR-Einheit zu bilden. In der SCR-Einheit werden die Abgase mit Hilfe des enthaltenen Ammoniaks selektiv katalytisch reduziert.This exhaust-ammonia mixture enters a third foam cylinder 10 which is also catalytically coated to form an SCR unit. In the SCR unit, the exhaust gases are selectively catalytically reduced with the aid of ammonia.

Die gereinigten Abgase treten in das perforierte Auslassrohr 3 ein und verlassen die Einheit.The cleaned exhaust gases enter the perforated outlet pipe 3 and leave the unit.

Der dritte Schaumzylinder 10 ist stirnseitig ebenfalls mit Hilfe einer Isolierschicht 11 gegen das Gehäuse 1 isoliert.The third foam cylinder 10 is also frontally with the help of an insulating layer 11 against the case 1 isolated.

Es versteht sich, dass hinter der in der Zeichnung dargestellten Einheit weitere Einheiten, beispielsweise ein Nachschalldämpfer zur Reduzierung des Lärms am Endrohr, eingesetzt werden können.It It goes without saying that behind the unit shown in the drawing other units, such as a rear silencer for Reduction of noise at the tailpipe, can be used.

Es versteht sich des weiteren, dass die Schaumzylinder 6, 7, 10 nicht ausschließlich in der in der Figur dargestellten Kreiszylinderform produziert werden müssen. Durch die Verwendung von Metallschaum lassen sich vielmehr praktisch beliebige Formen realisieren, wobei lediglich darauf geachtet werden muss, dass die für die jeweilige Funktion erforderlichen Strömungsbedingungen und Verweilzeiten eingehalten werden.It is further understood that the foam cylinder 6 . 7 . 10 need not be produced exclusively in the circular cylindrical shape shown in the figure. By the use of metal foam, virtually any shape can be realized, while only care must be taken that the required flow conditions and residence times are met for each function.

Claims (11)

Komponente für Abgasanlagen für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Dieselmotoren in Kraftfahrzeugen, umfassend – ein Gehäuse (1), – wenigstens ein Einlassrohr (2) für die zu reinigenden Abgase, – wenigstens ein Auslassrohr (3) für die gereinigten Abgase, – eine DOC-Einheit (6), – eine DPF-Einheit (7) – und/oder eine SCR-Einheit (10), gekennzeichnet durch die Merkmale: – ein Metallschaum dient als Basis für die DOC-, DPF- und/oder SCR-Einheit (6, 7, 10), – Einlass- und Auslassrohre (2, 3) – sind perforiert, – und dienen als Träger für die DOC-, DPF- und/oder SCR-Einheit (6, 7, 10). – die DOC-, DPF- und/oder SCR-Einheiten (6, 7, 10) sind konzentrisch auf wenigstens einem der Einlass- und Auslassrohre (2, 3) positioniert, – Einbauten (4, 5) sorgen für den korrekten Fluss der Abgase durch das Gehäuse (1) und die Metallschäume.Component for exhaust systems for internal combustion engines, in particular for diesel engines in motor vehicles, comprising - a housing ( 1 ), - at least one inlet pipe ( 2 ) for the exhaust gases to be cleaned, - at least one outlet pipe ( 3 ) for the purified waste gases, - a DOC unit ( 6 ), - a DPF unit ( 7 ) And / or an SCR unit ( 10 ), characterized by the features: - a metal foam serves as the basis for the DOC, DPF and / or SCR unit ( 6 . 7 . 10 ), Inlet and outlet pipes ( 2 . 3 ) - are perforated, - and serve as a carrier for the DOC, DPF and / or SCR unit ( 6 . 7 . 10 ). - the DOC, DPF and / or SCR units ( 6 . 7 . 10 ) are concentric on at least one of the inlet and outlet pipes ( 2 . 3 ), - installations ( 4 . 5 ) ensure the correct flow of exhaust gases through the housing ( 1 ) and the metal foams. Komponente nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal: – Struktur und/oder Porengröße des Metallschaums sind an die Bedürfnisse der jeweiligen Einheit (6, 7, 10) angepasst.Component according to claim 1, characterized by the feature: - structure and / or pore size of the metal foam are adapted to the needs of the respective unit ( 6 . 7 . 10 ) customized. Komponente nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Merkmal: – der Metallschaum ist katalytisch beschichtet.Component according to claim 1 or 2, characterized by the feature: - of the Metal foam is catalytically coated. Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die DPF-Einheit (7) sitzt konzentrisch auf der DOC-Einheit (6).Component according to one of claims 1 to 3, characterized by the feature: - the DPF unit ( 7 ) sits concentrically on the DOC unit ( 6 ). Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch das Merkmal: – oberhalb der DPF-Einheit (7) und mit Abstand zum Gehäuse (1) ist ein Zylinder (4) vorgesehen, der einen gasführenden Kanal (9), insbesondere Ringkanal, ausbildet.Component according to one of Claims 1 to 4, characterized by the feature: above the DPF unit ( 7 ) and at a distance from the housing ( 1 ) is a cylinder ( 4 ), which has a gas-carrying channel ( 9 ), in particular annular channel, forms. Komponente nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch das Merkmal: – im Kanal (9) ist ein wendelförmiges Gasleitblech positioniert.Component according to claim 5, characterized by the feature: - in the channel ( 9 ) is a helical gas baffle positioned. Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch das Merkmal: – zwischen der DPF-Einheit (7) und der SCR-Einheit (10) ist eine Harnstoff-Düse (12) positioniert.Component according to one of Claims 1 to 6, characterized by the feature: between the DPF unit ( 7 ) and the SCR unit ( 10 ) is a urea nozzle ( 12 ). Komponente nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Harnstoff-Düse (12) sitzt am Eingang des Kanals (9).Component according to claim 7, characterized by the feature: - the urea nozzle ( 12 ) sits at the entrance of the canal ( 9 ). Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Merkmale: – Einlass- und Auslassrohr (2, 3) verlaufen koaxial, – eine Trennwand (5) versperrt den Gasdurchtritt.Component according to one of claims 1 to 8, characterized by the features: - inlet and outlet tube ( 2 . 3 ) are coaxial, - a partition ( 5 ) blocks the passage of gas. Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Trennwand (9) trennt die DOC- und DPF-Einheiten (6, 7) von der SCR-Einheit (10).Component according to one of claims 1 to 9, characterized by the feature: - the partition wall ( 9 ) separates the DOC and DPF units ( 6 . 7 ) from the SCR unit ( 10 ). Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch das Merkmal: – Lagermatten (8, 11) sitzen zwischen der DOC- und der DPF-Einheit (6, 7) bzw. der SCR-Einheit (10) einerseits und den Endböden des Gehäuses (1) andererseits.Component according to one of claims 1 to 10, characterized by the feature: 8th . 11 ) are located between the DOC and DPF units ( 6 . 7 ) or the SCR unit ( 10 ) on the one hand and the end floors of the housing ( 1 ) on the other hand.
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