专利名称：排气系统组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃机、特别是机动车内燃机的排气系统的排气系统组件。
背景技术：
传统的排气系统组件，例如消音器、颗粒过滤器、催化转化器和SCR系统等等，通常包括一个壳体，该壳体具有至少一个壳体壁，在排气系统工作期间，其将暴露于内部压力的壳体的内部空间与环绕壳体并具有环境压 力的周围环境分开。此处，内部压力通常比环境压力大，这样相应的壳体壁被施加朝向外侧的压力。为了减少机动车的燃油消耗，尝试过其他的方式以尽可能减轻重量。对于排气系统组件，这意味着制备的壳体具有更小的厚度。然而，由于之前提到的所产生的压力，更薄的壳体会产生更大的变形。这样的变形会导致在适当频率下产生噪音。另一方面，连接点，特别是例如焊缝，通过这样的变形被施加非常大的机械负荷。因此，由内部压力引起的这种类型的变形会损害相应的排气系统组件的寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于前面提到的这种类型的排气系统的组件改进实施方式，其特征特别在于其适于以特别的方式实现轻量结构的实施方式。特别地，其寿命可以延长和/或噪音排放减小。根据本发明，该问题通过独立权利要求的主题得以解决。有利的实施方式是从属权利要求的主题。本发明基于为壳体配备至少一个加固元件的总体思路，其中各个加固元件的安装和构造使得其可以抵抗遭受内部压力的壳体壁的变形。在各自的加固元件的帮助下，壳体一方面可以被加固，在这样的方式下有关的壳体壁的变形趋势减少。另一方面，受到变形影响的壳体可以通过各自的加固元件自加固。实际上，各自的加固元件相对于各自的连接到壳体的壳体壁是独立的。可替换地，原则上也可以在各自的壳体壁上集成各自的加固元件，例如，通过从所谓的特制坯材生产各自的壳体壁。很明显，各自加固元件具有一个比壳体壁明显地更小的区域，这样所希望的重量减轻完全可以实现。通过采用至少一个这样的加固元件，在各自的加固元件的帮助下，可以实现壳体的稳定性，而在各自的壳体壁的帮助下，可以实现壳体的气密性。在这种情况下，可以类似地实现功能上的分离，从而通过较大程度或较小程度采用各自的加固元件，壳体壁可以解除在壳体内的支撑功能。根据一个有利的实施方式，相应的加固元件可以被配置成杆状、网状、线状或带状。这样的线性加固元件特别可以连续地提供在线圈、绕组和其他物体上，并且其特征是在小的安装空间内具有非常高的拉伸强度。因此，各自的壳体壁可以以直线形状加固。特别是实际上，该相应的加固元件是一个张力稳定的拉伸元件，例如，线、带或缆。根据另一个实施方式，各个拉伸元件可以被配置在相应壳体壁面对环境的外侧。通过这种方式，朝向的外侧的力可以特别容易地被转化为作用在相应的拉伸元件上的拉力，其以一种特别简单的方式被各自的拉伸元件接受和吸收。实际上，相应的拉伸元件可以仅仅是在其纵向端部的区域被紧固到壳体上，这样各自的拉伸元件吸收位于它们端部之间的压力并且在壳体上以拉力的方式支撑它们。作为对此的替换，该各自的拉伸元件也可以环形方式被配置成环形封闭，这样拉力可以在各自的拉伸元件内被完全吸收。此外，可以提供的是，各自的拉伸元件，特别是在其纵向端部之间，可松散地支撑受到压力诱导变形影响的各自的壳体壁的变形区。因此，特别是为了避免机械压力，壳体壁和拉伸元件之间的相对运动是可能的。根据另一个有利的实施方式，至少一个支撑件或支撑架可以被配置在壳体上、在面对环境的外侧，在受到压力诱导变形的影响的各自的 壳体壁的变形区域的外侧，各自的拉伸元件被支撑在其上。因此，该各自的拉伸元件在壳体上的安装或支撑不受影响，但是通过所述的支撑件或支撑架实现。因此，从各自的拉伸元件引入到壳体的力可以通过为了该目的而特别配置的支撑件或支撑架而被改进。根据另一实施方式，至少一个这样的加固元件可以被配置成压力稳定的压力元件。这样的压力元件可以是，例如，原则上具有任何轮廓横截面的轮廓件。例如，封闭轮廓或中空轮廓，例如，矩形轮廓、圆形轮廓都合适。此外，也可采用开放轮廓，例如，T形轮廓、L形轮廓和H形轮廓。实际上，相应的压力元件现在可以被配置在面对内部空间的各自的壳体壁的内侦U。此处，各自的压力元件可以进行连接，从而其仅仅在它的纵向端部的区域被紧固到壳体上。可替换地，可以想到环形封闭圆周形构造也可用于各自的压力元件。特别实际上，各自的压力元件，优选地在其纵向端部之间，可以松散地支撑在受到压力诱导变形影响的变形区中各自的壳体壁上或与壳体壁间隔开。相应的压力元件的操作模式原理上不同于上述的拉伸元件的操作模式。为了以这种方式直接抵消壳体壁的变形，当各自的拉伸元件加固受变形影响的壳体壁时，相应的压力元件导致壳体加固并且以这种方式间接抵消各自壳体壁的变形。这是基于考虑到至少具有某种装配条件的壳体壁的变形是必然地伴随壳体的变形。如果壳体现在在各自的压力元件的帮助下进行加固，那么相应壳体壁的变形趋势也会因此减小。根据特殊的有利的实施方式，该各自的压力元件由这样的材料(例如奥氏体)形成，其温度膨胀系数比构成相应的壳体壁的材料(例如铁素体)的温度膨胀系数大。在排气系统工期间，各排气系统组件被加热。此处，各自的压力元件比各自的壳体壁膨胀更多，其将导致与压力负荷相反的一个预载。这就意味着各自压力元件的定位受到特别地影响，从而导致压力元件的热膨胀产生与压力诱导变形方向相反的壳体或各自壳体壁的压力。这种效果可得到支持，这是因为根据一个有利的实施方式，各自的压力元件被放置在内部空间中，这样该压力元件比相应的壳体壁能达到更高的温度，该壳体壁在其外侧暴露于相对冷的环境中。根据一个特别有利的进一步发展，该各自的压力元件可以被配置在壳体内，这样在排气系统工作期间，其被暴露于排气中或甚至被暴露于排气流中，这就增加了各自的压力元件的热膨胀。根据另一个实施方式，该各自的加固元件在其纵向端部之间在一个槽中运行，该槽集成在或者位于相应的壳体壁内，例如，通过焊珠。结果，为了加长的加固元件，特别地可以获得相对于各自加固元件的纵向轴线的横向定位。
此外，根据一个有利的实施方式可以提供的是，各自的壳体壁在变形的方向或相反的方向上已被预制在受到压力诱导变形影响的变形区域内。根据另一个有利的实施方式可以提供的是，各自的加固元件仅仅在它的纵向端部的区域被紧固到壳体上，也就是说，在所有情况下，在一个不受到压力诱导变形影响或受到的压力诱导变形影响比受到压力诱导变形影响的变形区更少的紧固区域中，其变形反作用于各自的加固元件。这样的实施方式特别适合于 具有卵形或椭圆形的壳体，但是无论如何不能是圆形横截面。然后，变形区是那些具有较大弯曲半径的圆周部分，而紧固区域是那些具有较小弯曲半径的圆周部分。根据另一个有利的实施方式可以提供的是，至少一个加固元件被配置为拉力稳定的拉伸元件，其配置在壳体区域，在压力负荷时，其尝试使其自身与位于径向相对的方向上的壳体区域上间隔开。此外或可替换地，至少一个加固元件被配置为压力稳定的压力元件，其支撑彼此径向相对的两个壳体区域，在压力负荷时，其尝试使彼此靠近。壳体的彻底加固也可以由此获得，从而可以减少压力诱导变形。本发明的更多重要的特征和优点可以从从属权利要求、附图和根据附图的相关的
中获得。可以理解的是上述提到的和下面还要解释的特征不是仅仅用于所陈述的各自组合，而且可用于其他组合或单独应用，而不脱离本发明的范围。
附图中示出了本发明的优选的示例性的实施方式，并且在下面的说明书中对其进行了更具体的解释，其中相同的附图标记表示相同或相似或功能相同的组件。在每个示意图中示出了，
图I示出了排气系统组件在壳体壁区域的高度简化的截面图，
图2示出了图I在支撑装置的区域中的放大细节，
图3-5示出了不同实施方式的壳体壁的主视图，
图6-9示出了不同实施方式的排气系统的截面，
图10示出了根据图11中剖面线X的其他实施方式的排气系统组件的截面，
图11示出了对应于图10中的剖面线Xl的其他实施方式的纵截面。
具体实施例与图I至11相对应，排气系统组件I包括壳体2和至少一个加固元件3。该排气系统组件1，其在下面也被称为组件1，其被用于内燃机的排气系统，优选机动车内燃机的排气系统，更优选商务车内燃机的排气系统。该组件I是例如消音器或排气处理装置，像例如颗粒过滤器、催化转化器、NOX储存单元、三向催化转化器或SCR系统。原则上，也可以是上述装置的组合。壳体2包括至少一个壳体壁4,其将壳体2的内部空间5与壳体2的环境6中分隔开。当该排气系统工作时，内部空间5中呈现内部压力Pi，而环境6内呈现环境压力Pu，其中通常内部压力Pi比环境压力Pu大。因此，壳体壁4受到由箭头表示的压力负荷7的作用。该压力负荷7致使壳体壁4变形。通常，会出现壳体壁4弓形向外(也就是在环境6的方向上)弯曲。这种变形现在由各自的加固元件3抵消。为此，各自的加固元件3以适合的方式被紧固和布置在壳体2上。根据图I至11的实施方式，各自 的加固元件3被构造成杆状或网状。特别地，图I至9示出了加固元件3的线状构造。然而，原则上，带状实施方式也是可能的。线状加固元件3具有圆形截面。带状加固元件3具有矩形截面。该加固元件3也可以被构想为单个或多个弓形形状。至少图I至6中的实施方式示出至少一个加固元件3，其被构造成拉力稳定的拉伸元件8。拉伸元件8是例如线、带或缆。在图I至6的实施方式中，各自的拉伸元件8被设置在面向环境6的各自壳体壁4的外侧。因此，各自的拉伸元件3以显著有效的方式抵消向外的壳体壁4的变形。此处所示出的拉伸元件8的例子被具体化，这样各自的拉伸元件8专门地在其纵向端部的区域被紧固到壳体2。在这种情况下，对应的紧固点以附图标记9表示。在纵向端部之间，拉伸元件8可以松散地支撑各自的壳体壁4，也就是至少在受到压力诱导变形影响的各自的壳体壁4的变形区10。由此，拉伸元件8在壳体2上的装配被简化。可选择地，原则上也可以设计使各自的拉伸元件8以环状封闭圆周的形式位于壳体2上，从而可以在环状拉伸元件8内除去压力7，从而压力7不会传递到壳体2上。为了支撑由壳体2上的各自的拉伸元件8接收的压力7，可在壳体2上设置对应的支撑件11或支撑架12。在这种情况下，该各自的支撑件11或各自的支撑架12被设置在面对环境6的壳体2的外侧，也就是，例如通过根据图2的焊缝13被紧固到壳体2上，并且由此被定位到受到压力诱导变形影响的壳体壁4的变形区域10外侧。在这个支撑件11或这个支撑架12上，各自的拉伸元件8现在可以被固定或支撑。图2示出了固定件9的具体形式，其使拉伸元件8绕旋转轴线14旋转成为可能，旋转轴线14在固定件9的区域中与拉伸元件8的纵向轴线重合。通过采用拉伸元件8的球状末端元件15实现旋转仅仅是示例而已。图I至5示例地示出了在拉伸元件8地帮助下，如何从外侧支撑被构造为端底部的壳体壁4，从而减少压力诱导变形。与此相反，图6-11示出了实施方式，其中，在护套侧的壳体壁4在加固元件3的帮助下不受压力诱导变形的影响。仅仅是示例性地，图6示出了一个实施方式，其中，壳体2被设计为比较平坦的形式，并且具有空间上稳定的壳体壁4’和弹性壳体壁4，其中，弹性壳体壁4在至少一个加固元件3的帮助下对于压力诱导变形是稳定的，加固元件3在这种情况下也被构造为拉伸元件8。图7至9示出了具有椭圆形横截面的壳体2。在这样的椭圆轮廓内，具有更大的弯曲半径的壳体区域16相互径向相对的定位并且到其上偏置90度，具有相对小的弯曲半径的壳体区域17同样相互径向相对地定位。在该壳体2承受压力负荷的情况下，具有相对大的弯曲半径的壳体区域16尝试使它们相互分离，而具有相对小的弯曲半径的壳体区域17尝试相互接近。为了抵消这种压力诱导变形，在图7示出的实施方式中至少提供了一个加固元件3，其被构造成拉伸元件8，并且其固定具有相对大弯曲半径的壳体区域16上，由此可以在压力负荷下阻止它们彼此分离。箭头18示出在各自的拉伸元件8的帮助下所产生的反作用力，其抵消压力诱导变形。
在图8所示的实施方式中，至少一个加固元件3被构造成压力稳定的压力元件19，并且以这样的方式被配置，从而其将具有较小弯曲半径的两个壳体区域17彼此支撑。由此，在壳体2受到压力负荷作用时，可以阻止这两个壳体区域17相互靠近。在压力元件19的帮助下所产生的反作用力在图8中用箭头20表示，并且抵消这些壳体区域17的压力诱导变形。在图9所示的实施方式中，提供根据图7的至少一个拉伸元件18和根据图8的至少一个压力元件19以加固壳体2。由此，在壳体2中形成的力的路径被封闭。图10和11示出了另外的实施方式，其中至 少一个加固元件3被构造成压力稳定的压力元件19。优选地,该压力元件19是例如一个轮廓件。在图10和11中，如图所示具有L形轮廓的轮廓件被示为压力元件19。同样可以是可想到的T形轮廓或H形轮廓或封闭的中空形轮廓，例如圆形轮廓或矩形轮廓。实际上，各自的压力元件19被配置在面对内部空间5的各自壳体壁4的内侧。显然，特别是在图10中，在这种情况下，各自的压力元件19仅在它的纵向端部的区域上被紧固到壳体2。在这种情况下，该相应的紧固位置再次用附图标记9表示，并且可以例如通过点焊形成。可替换地，原则上，也可是想到压力元件19是环状封闭圆周形结构。此处实施方式所示的各自的压力元件19进行定位，从而其在受到压力诱导变形影响的变形区域10与壳体壁4间隔开，在此处所示的椭圆形壳体2的情况下，其与具有较大弯曲半径的壳体区域16重合。原则上，各自的压力元件19在所述的变形区域10松散地支撑壳体壁4也是可能的。在图10中所示的具有压力元件19的结构极大地对应于图8中所示的结构。在特别有利的一个实施方式中，形成各自的压力元件19的材料的温度膨胀系数比形成各自的壳体壁4的材料的温度膨胀系数大。例如，相应的压力元件19可以由奥氏体材料制成，而相应的壳体壁4可以由铁素体材料制成。在该排气系统工作期间，压力元件19和壳体壁4被加热。在这个过程中，在相同的温度下，压力元件19比壳体壁4膨胀地更多，由此用于抵消由于压力7所产生的壳体壁4的变形的压力元件19的反作用力20增大。通过将壳体壁4暴露于环境6中，这种效果可以得到支持，从而通常壳体壁4比位于内部5中的压力元件19温度低。此外，在一个特别有利的变型中，相应的压力元件19被定位在壳体2中，因此在排气系统工作期间，它被暴露在由图11中箭头所表示的排气或排气流21中。因此，该压力元件19比壳体壁4的温度更高。此外，在图10和11的实施方式中，显而易见的是，各自的加固元件3，在这种情况下是压力元件19，在纵向端部的区域被安装在各自壳体壁4的紧固区域22，其不受壳体壁4的压力诱导变形的影响或比变形区10受到的影响小。在椭圆形壳体2的情况下，这些紧固区域22相当于具有较小的弯曲半径的壳体区域17。根据一个有利的实施方式，被配置在内侧或外侧的加固元件3特别是可以在它们的纵向端部之间在一个槽内运行，该槽集成地模制在各自的壳体壁4上，例如通过焊珠。仅仅是示例性地，在这种情况下，对于所有实施方式，在这里所示的用于三个拉伸元件8的图3中示出了这样的一个槽23。通常，可以采用所有的实施例，其各自的壳体壁4已经在被压力诱导变形影响的变形区域10被预制在压力7或变形的方向上。因此，可以预料一部分变形，其增加了变形区域的壳体壁的空间稳定性。可替换地，也可以在受压力诱导变形影响的变形区域10预制各自的壳体壁4抵抗变形，也就是，抵抗压力7。该负的预变形可以通过例如加固元件3的帮助实现并且优选在弹性变形的区域实现。在这种方式下，壳体壁4为了抵抗压力负荷而被预载。在该操作期间，由于仅仅该壳体壁4的预载 耗尽，该压力负荷最先上升到预定压力，从而导致了壳体壁4的卸载。通过这种方法，可以实现一个用于壳体2的空间上特别稳定的结构。
权利要求
1.一种用于内燃机、特别是机动车内燃机的排气系统的排气系统组件，其 具有一个壳体(2)，该壳体(2)具有至少ー个壳体壁(4)，其在排气系统工作期间将暴露于内部压カ(Pi)的壳体(2)的内部空间(5)与环绕壳体(2)的具有环境压力(Pu)的环境(6)分尚， 具有至少ー个加固元件(3)，其被紧固并且配置在壳体(2)上，这样它抵消于由大于环境压カ(Pu)的内部压カ(Pi)产生的壳体壁(4)的变形。
2.根据权利要求I所述的组件，其特征在于，所述相应的加固元件(3)被配置成杆状、网状、线状或帯状。
3.根据权利要求I或2所述的组件，其特征在于，所述至少一个加固元件(3)被配置为拉カ稳定的拉伸元件(8)，其在排气系统工作期间被施加拉カ负荷。
4.根据权利要求3所述的组件，其特征在于，所述各自的拉伸元件(8)被配置在面对环境(6)的各自的壳体壁(4)的外侧，和/或 所述各自的拉伸元件(8)仅仅在它的纵向端部的区域被紧固到壳体(2)上，和/或所述各自的拉伸元件(8)，特别是在它的纵向端部之间，松散地在受到所述压カ诱导变形影响的变形区域支撑所述壳体壁(4)。
5.根据权利要求3或4所述的组件，其特征在于，在壳体(2)上面对环境(6)的外侧，至少ー个支撑件(11)或至少ー个支撑架(12)被配置在受到压力诱导变形影响的壳体壁(4)的模制区域(10)的外侧，各自的拉伸元件(8)被支撑在其上。
6.根据权利要求1-5任ー项所述的组件，其特征在于，至少ー个加固元件(3)被构造为压カ稳定的压力元件(19)，其在所述排气系统工作期间被施加压カ负荷。
7.根据权利要求6所述的组件，特征在于 所述各自的压カ元件(19)被配置在面对内部空间(5)的各自的壳体壁(4)的内部，和/或 所述各自的压カ元件(19)仅仅在它的纵向端部的区域被紧固到所述壳体(2)上，和/或 所述各自的压カ元件(19)，特别在它的纵向端部之间，松散地在受到压力诱导变形影响的变形区域(10)支撑所述壳体壁(4)或与所述壳体壁(4)间隔开。
8.根据权利要求6或7所述的组件，其特征在于 所述各自的压カ元件(19)由温度膨胀系数比构成所述壳体壁(4)的材料的温度膨胀系数大的材料构成，和/或 所述各自的压カ元件(19)被配置在壳体(2)内，从而当排气系统工作时，其被暴露在排气或排气流(21)中。
9.根据权利要求1-8中的任ー项所述的组件，其特征在于，所述各自的加固元件(3)，特别地在它的纵向端部之间，在槽(23)中工作，该槽特别地通过焊珠集成在所述各自的壳体壁(4)上。
10.根据权利要求1-9中的任ー项所述的组件，其特征在于，各自的壳体壁(4)在受到压カ诱导变形影响的变形区域(10)内被预制在变形或抗变形的方向上。
11.根据权利要求1-10中的任ー项所述的组件，其特征在于，所述各自的加固元件(3)仅仅在它的纵向端部的区域被紧固到所述壳体(2)上，也就是在紧固区域(22)，其不受压力诱导变形影响或受到的压カ诱导变形影响比压力诱导变形影响的变形区域(10)更小，其变形反作用于所述各自的加固元件(3)。
12.根据权利要求1-11中的任ー项所述的组件，其特征在于，至少ー个加固元件(3)被构造为拉カ稳定的拉伸元件(8)，其被配置在壳体区域(16)上，当内部空间(5)有压カ负荷时，其尝试与在径向相对的方向上定位的壳体区域(16)上隔开,和/或 至少ー个加固元件(3)被构造为压カ稳定的压力元件(19)，其支撑彼此径向相对定位的两个壳体区域(17)，当所述内部空间(5)有压カ负荷时，其尝试彼此靠近。
全文摘要
本发明涉及一种用于内燃机、特别是机动车内燃机的排气系统的排气系统组件(1)，其具有壳体(2)，该壳体(2)具有至少一个壳体壁(4)，在排气系统工作期间，其将暴露于内部压力(Pi)的壳体(2)的内部空间(5)与环绕壳体(2)并具有环境压力(Pu)的环境(6)分隔开。为了改进具有较小壁厚的组件(1)的耐用性，提供至少一个加固元件(3)，其被紧固并且被配置到壳体(2)上，这样它抵消由壳体壁(4)的变形所产生的比环境压力(Pu)大的内部压力(Pi)。
文档编号F01N13/00GK102678243SQ20121005474
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月5日 优先权日2011年3月4日
发明者格奥尔格·维尔特, 阿努尔夫·施皮特 申请人:J·埃贝斯佩歇合资公司