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QUERVERWEIS AUF (EINE)
VERWANDTE ANMELDUNG(EN)
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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Anmeldung
Nr. 10-2003-0101441, welche am 31. Dezember 2003 eingereicht wurde und
deren Offenbarung durch Verweis vollständig hierin enthalten ist.
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TECHNISCHES GEBIET DER
ERFINDUNG
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Allgemein
betrifft die vorliegende Erfindung eine Unterflurkatalysatoranordnung
für ein
Kraftfahrzeug. Genauer gesagt beinhaltet die Unterflurkatalysatoranordnung
einen kompakt strukturierten Flansch, welcher einen relativ leichten
Zugang von einer Seite der Katalysatoranordnung und das Positionieren
der Katalysatoranordnung in der Nähe eines Motors zuläßt, so daß der Katalysator
schnell die Anspringtemperatur (LOT; Light-Off Temperature) erreicht.
Zudem beinhaltet die Katalysatoranordnung einen Katalysatorträger mit
einem kreisförmigen Querschnitt
zur gleichmäßigen Strömungsverteilung der
Abgase.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Normalerweise
ist eine Unterflurkatalysatoranordnung eines Kraftfahrzeugs extremen
Umständen
ausgesetzt, wie z.B. Lärm,
einer Wärmeausdehnung
aufgrund einer hohen Temperatur, Korrosion durch die Abgase etc.
Unter Berücksichtigung
dieser Zustände
wurden verschiedene Arten von Katalysatoranordnungen entwickelt.
Beispielsweise ist in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2002-97942 ein
zylinderförmiger
Katalysator zum Verhindern eines Schadens eines Abdeckblechs und
eines Außenbehälter durch
eine Wärmeausdehnung
vorgesehen.
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Nach
der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 11-270335 ist ein Katalysator
geliefert, welcher zur Verringerung von Lärm und Verbesserung der Isolation
fähig ist.
Zudem absorbiert diese Konstruktion den Unterschied der Wärmeausdehnung
zwischen den Diffusoren und dem Katalysator durch das Beseitigen
eines Verfahrens des integralen Schweißens der vorderen und hinteren
Diffusoren an den Katalysator.
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Die
japanische Offenlegungsschrift Nr. Hei 11-50839 offenbart eine Abdeckung
für einen
Katalysator mit einem Befestigungsflansch, welcher eine Lärm- und
Gewichtverringerung ermöglicht
während er
eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist. Zudem ist nach
der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei 7-180544 ein Katalysator
geliefert, welcher zum Erzielen eines erwünschten luftdichten Gehäuses ohne
das Hinzufügen
von Bauteilen durch das Versehen einer Schutzvorrichtung mit dem
Gehäuse
fähig ist.
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Folglich
enthält
eine herkömmliche
Unterflurkatalysatoranordnung zwei Katalysatorträger mit einer wabenförmigen Struktur
zur Reinigung der Abgase mittels eines darauf aufgetragenen Katalysators. Zwei
Matten sind zum Tragen der Katalysatorträger fähig, vier Dichtungselemente
zum Verhindern einer Korrosion der Matten fähig, welche derart vorgesehen
sind, daß die
Matten nicht den Abgasen ausgesetzt sind. Zudem enthält ein Gehäuse die
Katalysatorträger
und die Matten, wohingegen eine Abdeckung einen Schaden der Anordnung
durch Wärme oder
einen Stoß verhindert.
Ein hinteres Flanschteil und ein vorderes Flanschteil sind im Wesentlichen
in Längsrichtung
des Fahrzeugs und eines Rohres mit dem Auspuffrohr verbunden.
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Da
die Reinigungsleistung einer Unterflurkatalysatoranordnung bei über 350°C allgemein
optimiert ist, wird bevorzugt, die Katalysatoranordnung in der Nähe des Motors
anzuordnen, um eine Vorwärmzeit
zu verkürzen.
Es wird zudem bevorzugt, die Wärmekapazität der Katalysatoranordnung
zu verringern, um jeglichen Wärmeverlust
auf ein Minimum zu verringern.
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Da
die Fertigung der Katalysatoranordnung allgemein auf einer Seite
eines Auspuffrohrs durchgeführt
wird, ist es bei der herkömmlichen
Unterflurkatalysatoranordnung notwendig einen ca. 200 mm langen
Arbeitsraum zu gewährleisten,
um eine Störung
zwischen einem arbeitenden Werkzeug und anderen Fahrzeugelementen
zu verhindern, wie z.B. einem Getriebegehäuse einer Servolenkung, einem Stabilisator
und einer Antriebswelle. Dies bedeutet, daß sich die Katalysatoranordnung
zwangsläufig mindestens
200 mm von einem Motor entfernt befinden sollte. In Anbetracht der
Tatsache, daß zwei
Katalysatorträger
oft innerhalb eines bestimmten Abstands angeordnet sind, besteht
die Möglichkeit
die Struktur der Katalysatoranordnung zu verdichten. Zudem ist die
herkömmliche
Katalysatoranordnung dadurch nachteilig, daß sich der Kostenaufwand aufgrund
des zusätzlichen
Dichtungselements im Vergleich zu einer Katalysatoranordnung mit
einem Katalysatorträger
erhöht.
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Da
die Strömungsverteilung
der Abgase im Querschnitt eines herkömmlichen Katalysatorträgers mit
einer elliptischen Form nicht gleichmäßig ist, wird kein erwünschter Vorwärmeffekt
der Katalysatoranordnung und keine erwünschte Fähigkeit die Abgase zu reinigen
erreicht. Um den Vorwärmeffekt
und die Reinigungsfähigkeit
auszugleichen, ist zusätzlich eine
Volumenvergrößerung erforderlich.
Eine Vergrößerung des Gesamtvolumens der Katalysatoranordnung
führt jedoch
hinsichtlich des Verbrauchs zu einem Nachteil. Zudem ist der übliche Falzmechanismus
der Kopplungsstruktur für
das Gehäuse
und die Abdeckung nicht sicher und die Bauteile lösen sich oft
während
der Verwendung.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung liefern eine Unterflurkatalysatoranordnung für ein Kraftfahrzeug,
welche fähig
ist die Nachteile in der herkömmlichen
Technik zu bewältigen.
Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Unterflurkatalysatoranordnung
für ein
Kraftfahrzeug mit einem kompakt strukturierten Flansch zu liefern, welcher
einen leichten Zugang durch ein arbeitendes Werkzeug von einer Seite
der Katalysatoranordnung zuläßt, wenn
der Flansch der Katalysatoranordnung mit einem Auspuffrohr verbunden
ist. Die Katalysatoranordnung ist auch in der Nähe eines Motors angeordnet,
so daß ein
darauf aufgetragener Katalysator schnell eine LOT erreicht.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Unterflurkatalysatoranordnung
zu liefern, welche einen Katalysatorträger mit einem kreisförmigen Querschnitt
zur einheitlichen Strömungsverteilung
eines Abgases darin aufweist. Dadurch wird die Reinigungsfähigkeit
der Katalysatoranordnung verbessert, während das Gesamtvolumen und die
Produktionskosten verringert werden.
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Nach
einer Ausführungsform
der Unterflurkatalysatoranordnung enthält ein Katalysatorträger mit
einer wabenförmigen
Struktur, welcher zum Reinigen eines Abgases mittels eines darauf
aufgetragenen Katalysators fähig
ist, eine Matte zum Tragen des Katalysatorträgers und ein Dichtungselement zum
Verhindern der Korrosion der Matte. Ein Gehäuse umgibt den Katalysatorträger und
die Matte darin und eine Abdeckung verhindert, daß Schäden durch Wärme oder
einen Stoß zur
Katalysatoranordnung übertragen
werden. Ein vorderes Rohr und ein vorderes Flanschteil sind mit
einem Auspuffrohr im Wesentlichen in Längsrichtung des Fahrzeugs verbunden,
wobei der vordere Flansch schräg
zum Katalysatorträger
ist, so, das ein leichter Zugang für ein arbeitendes Werkzeug
von einer Unterseite erzeugt wird, wenn die Katalysatoranordnung
an einem Auspuffrohr angebracht ist. Zudem ist das vordere Rohr mit
dem vorderen Flansch einstückig
gebildet.
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Der
Katalysatorträger
ist in einer einzelnen Struktur gebildet, so daß die Anzahlen relevanter Bauteile
verringert werden kann, wie z.B. der Matte zum Tragen des Katalysatorträgers und
des Dichtungselements zum Verhindern einer Korrosion der Matte.
Der Katalysatorträger
weist vorzugsweise einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt zum Erzielen
einer einheitlichen Strömungsverteilung
im Querschnitt desselben auf. Die Eckabschnitte beider Seiten des
Gehäuses
und der Abdeckung sind durch ein Befestigungsteil der Abdeckung
in einer Falzstruktur umgeben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
zuvor erwähnten
Aspekte und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in
der folgenden Beschreibung erklärt
werden, welche in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen genommen
wurde. Es zeigen:
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1 ist
eine Perspektivansicht, welche eine Unterflurkatalysatoranordnung
für ein
Kraftfahrzeug nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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2 ist
eine Ansicht von vorne, welche eine Unterflurkatalysatoranordnung
für ein
Kraftfahrzeug nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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3 ist
seitliche Ansicht, welche eine Unterflurkatalysatoranordnung für ein Kraftfahrzeug nach
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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4 ist
ein Graph eines Schwächeindex
einer Abgasströmungsverteilung
einer Unterflurkatalysatoranordnung für ein Kraftfahrzeug nach einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine Ansicht, welche ein Grad einer Wärmebeanspruchung einer Unterflurkatalysatoranordnung
für ein
Kraftfahrzeug nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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6 ist
eine Ansicht, welche in Bezug auf eine Umdrehung eines Motors einer
Unterflurkatalysatoranordnung für
ein Kraftfahrzeug nach einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung einen Gegendruck veranschaulicht;
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7 ist
eine Ansicht, welche eine Verbindungsarbeit eines vorderen Flansches
und eines Rohrs eines Abgassystems einer Unterflurkatalysatoranordnung
für ein
Kraftfahrzeug nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
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8 veranschaulicht
eine Verbindungsstruktur eines Gehäuses und einer Abdeckung einer Unterflurkatalysatoranordnung
für ein
Kraftfahrzeug nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS-FORMEN
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Nach 1 beinhaltet
die Unterflurkatalysatoranordnung 10 einen kompakt strukturierten Flansch 16,
welcher einem arbeitenden Werkzeug einen leichten Zugang zur Katalysatoranordnung 10 von
der Seite der Katalysatoranordnung 10 gewährt, wenn
der Flansch 16 der Katalysatoranordnung 10 mit
einem Auspuffrohr 200 (7) eines
Fahrzeugs verbunden ist. Solch ein Flansch 16 ermöglicht zudem
der Katalysatoranordnung 10 nahe an einem Motor angeordnet
zu sein, so daß eine
Katalysatorverbindung innerhalb der Katalysatoranordnung 10 schnell
die Anspringtemperatur (LOT) erreicht. Zudem beinhaltet die Katalysatoranordnung 10 einen Katalysatorträger 11 mit einem
im Wesentlichen kreisförmigen
Querschnitt zur einheitlichen Strömungsverteilung der Abgase
dadurch.
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Wie
in den 1-3 gezeigt, beinhaltet die Unterflurkatalysatoranordnung 10 einen
Katalysatorträger 11 mit
einer wabenförmigen
Struktur, welcher die Abgase mittels eines darauf aufgetragenen Katalysators
reinigt. Ein vorderes Flanschteil 16 ist mit einem Auspuffrohr
200 im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung
verbunden. Eine Matte 12 ist zum festen Tragen des Katalysatorträgers 11 vorgesehen. Die
Matte 12 ist mit einem Dichtungselement 13 ausgestattet,
welches zum Verhindern einer Korrosion desselben durch das Verhindern,
daß die
Matte 12 den Abgasen ausgesetzt wird, fähig ist. Eine Abdeckung 15 ist
zudem vorgesehen, um die Katalysatoranordnung vor Schäden durch
Wärme und
einen Stoß zu
schützen.
Ein Gehäuse 14 enthält den Katalysatorträger 11 und
die Matte 12. Ein vorderes Flanschteil 16, welches
mit einem Auspuffrohr 200 verbunden ist, und ein hinteres
Flanschteil 17 sind an beiden Enden der Katalysatoranordnung 10 gebildet.
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Nach
einer Ausführungsform
ist der Katalysatorträger 11 in
einer kräftigen
Struktur implementiert, daß zwei
Konstruktionen in einer Konstruktion integriert sind. Daher ist
die Matte 12, welche den Katalysatorträger 11 trägt, auch
in einer einzelnen Struktur gebildet. Zwei Dichtungselemente 13 sind an
beiden Enden der Matte 12 eingebaut, während sie ein Durchdringen
von Abgasen zur Matte 12 verhindern. Im Katalysatorträger 11 ist
ein kreisförmiger Querschnitt
adaptiert, um eine einheitliche Strömungsverteilung im Querschnitt
des Katalysatorträgers 11 zu
erzielen. Daher ist es möglich
das Volumen des Katalysatorträgers 12 im
Vergleich zum herkömmlichen Katalysatorträger mit
einem elliptischen Querschnitt zu verringern. Zudem wird die Struktur des
Katalysatorträgers 11 verdichtet,
damit die Anzahl an Matten 12 und Dichtungselemente 13 verringert
wird, was zu einer Verringerung der Gesamtgröße der Unterflurkatalysatoranordnung 10 führt. Auch die
Größen des
Gehäuses 14 und
der Abdeckung 15 können
folglich verringert werden.
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Nach 4 verwendet
eine Ausführungsform
der Katalysatoranordnung 10 einen im Wesentlichen runden
Querschnitt, so daß die
Strömungsverteilung
der Abgase einen Gleichförmigkeitsindex
von ca. 0,972 im Vergleich zum herkömmlichen Index von 0,877 erreicht.
Zudem wird in der vorliegenden Erfindung mit einer kreisförmigen Querschnittsstruktur das
Gesamtvolumen von ca. 1,8 L auf 1,52 L geändert. Wie in 5 gezeigt,
ist es in anbetracht des Wärmebeanspruchungsgrades
basierend auf der Veränderung
der kreisförmigen
Querschnittsstruktur möglich
eine Verbesserung von 60 % (0,86 -> 0,27: maximales
Beanspruchungsgrad) zu erzielen, so daß die Haltbarkeit äußerst erhöht wird.
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Wie
in 6 gezeigt wird, wird eine Erhöhung des Gegendrucks durch
das Aufnehmen des Katalysatorträgers 11 verhindert,
welcher aus schwachen Zellen/dünnen
Zellen mit einem geringeren Strömungswiderstand
gebildet ist. Die Leistung der Unterflurkatalysatoranordnung 10 hängt von
der Aktivierungsgeschwindigkeit der Katalysatorverbindung ab. Daher
ist es vorteilhaft, daß die
Temperatur die Aktivierungstemperatur (LOT) so bald wie möglich erreicht.
Wie in 7 gezeigt sind die Flanschstruktur und die Befestigungseinheit
folglich in einer derart kompakten Größe vorgesehen, daß eine Fertigungsarbeit
an der Seite der Unterflurkatalysatoranordnung 10 zum Verbinden
der vorderen Flanscheinheit 16 mit dem Auspuffrohr 200 durchgeführt wird.
Daher ist die Unterflurkatalysatoranordnung 10 angrenzend an
den Motor des Fahrzeugs angeordnet ohne andere Bauteile des Fahrzeugs
zu stören,
wie z.B. ein Getriebegehäuse
einer Servolenkung, einen Stabilisator, eine Antriebswelle oder ähnliches.
Nach einer Ausführungsform
ist das vordere Flanschteil 16 vorzugsweise durch das einstückige Verbinden
eines Gußflansches 16a mit
dem vorderen Rohr 16b gebildet. Das vordere Flanschteil 16 ist
vorzugsweise auch mit dem Gehäuse 14 verbunden.
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Das
vordere Flanschteil 16 ist durch ca. 20 Grad zur Katalysatoranordnung 11 schräggestellt,
so daß ein
arbeitende Werkzeug 300 (7) von einer Unterseite
leicht eingeführt
oder angenähert
werden kann, wenn die Katalysatoranordnung am Auspuffrohr 200 des
Fahrzeugs angebracht ist. Das untere Teil des Rohres 16b ist
nämlich
relativ länger
als das obere Teil desselben, um einen Zugang durch das arbeitende
Werkzeug 300 zu ermöglichen.
Das vordere Ende des Rohres 16b weist eine schräge Struktur auf.
Zudem können
das Rohr 16b und der Flansch 16a einstückig gebildet
sein.
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Der
vordere Flansch 16a ist zudem mit einer Befestigungsvorrichtung,
wie z.B. Bolzen und Schraubenmuttern zum Befestigen desselben am Fahrzeug
ausgestattet, wobei das Verfahren zum Befestigen auf der Seite der
Katalysatoranordnung 10 durchgeführt wird. Da die Unterflurkatalysatoranordnung 10 in
der Nähe
eines Motors positioniert ist, wird die LOT-Leistung der Katalysatoranordnung 10 verbessert.
Daher kann die Katalysator anordnung durch eine günstige Vorrichtung ersetzt
werden, welche einen sehr geringen Edelmetallgehalt aufweist. Nach einer
bevorzugten Ausführungsform
kann ein Pt-Katalysator durch einen Pd-Katalysator ersetzt werden, während die
gleiche Reinigungsfähigkeit
wie bei der herkömmlichen
Technik beibehalten wird. Folglich können die Fertigungskosten verringert
werden.
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Wie
in 8 gezeigt, wird das Falzverfahren zum Verbinden
der Abdeckung 15 mit dem Gehäuse 14 auf ein Verfahren
gerichtet, bei welchem beide Seiten des Gehäuses 14 durch die
Abdeckung 15 abgedeckt sind. Eine stabile Befestigung wird
durch das Verändern
der Position und Form des Falzabschnitts erzielt. Daher wird die
Schweißarbeit
in der vorliegenden Erfindung beseitigt. In der herkömmlichen
Technik wird die Abdeckung 150 nämlich nur zu einem geraden
dreiteiligen Abschnitt (vorderer/mittlerer/hinterer Abschnitt des
Gehäuses)
auf beiden Seiten des Gehäuses 14 gefalzt,
so daß das
gefalzte Befestigungsteil 151 durch einen Stoß von Außen beschädigt und
geweitet wird und sich vom Gehäuse 140 löst und dadurch
viel Lärm
erzeugt. Daher bedarf es in der herkömmlichen Technik dringend einer
bestimmten Maßnahme.
Nach einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist jedoch mindestens ein Eckabschnitt (14a)
beider Seiten des Gehäuses 14 durch
das Befestigungsteil 15a der Abdeckung 15 gefalzt,
um dadurch eine sehr stabile Struktur zu erzielen, so daß es keiner
zusätzlichen
Verbindungsarbeit bedarf.
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Nach
einer anderen Ausführungsform
beinhaltet die Unterflurkatalysatoranordnung einen kompakt strukturierten
Flansch, welcher einem arbeitenden Werkzeug eine Stelle für einen
leichten Zugang von der Seite der Katalysatoranordnung gewährt, wenn
der Flansch der Katalysatoranordnung mit dem Auspuffrohr verbunden
ist. Der kompakt strukturierte Flansch ermöglicht zudem, daß die Katalysatoranordnung
in der Nähe
des Motors montiert werden kann, so daß der Katalysator schnell eine
Anspringtemperatur erreicht. Außerdem
weist die Katalysatoranordnung einen Katalysatorträger mit
einem kreisförmigen
Querschnitt zur einheitlichen Strömungsverteilung der Abgase
in demselben auf, wodurch das Gesamtvolumen der Katalysatoranordnung
von herkömmlichen
Katalysatoranordnungen verringert werden kann ohne die Fähigkeit
Abgase zu reinigen herabzusetzen.
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Im
Vergleich zu herkömmlichen
Katalysatoranordnungen weist die vorliegende Erfindung die folgenden
Verbesserungen und Vorteile auf. Zwar wurde das Volumen des Katalysatorträgers von
ca. 1,8 L auf ca. 1,52 L geändert,
aber die LOT-Leistung und die Reinigungsfähigkeit der Katalysatoranordnung
werden verbessert und der Gegendruck im Wesentlichen auf dem gleichen
Pegel gehalten. Durch das Verringern der Anzahl an Matten, welche
eine Fertigung erfordern, kann zudem das Verfahren zum Abdecken
des Katalysatorträgers
mit Matten vereinfacht werden. Eine verdichtete Struktur des vorderen Flansches
ermöglicht
das Überspringen
des Schweißverfahrens
zwischen dem vorderen Flansch und dem vorderen Rohr. Zudem sind
zusätzliche Schweißverfahren
durch das Verbessern der Falzstruktur der Abdeckung beseitigt. Durch
das Aufnehmen eines Katalysatorträgers einer einfachen Struktur
können
viele der relevanten Bauteile, wie z.B. Matten und Dichtungselemente,
wesentlich verringert werden, was zu einem verringerten Kostenaufwand
führt.