DE102008026638A1 - Exhaust manifold for internal combustion engines - Google Patents
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Abstract
Gegenstand dieser Erfindung ist ein Abgaskrümmer für Verbrennungsmotoren, der u. a. aus einem Zylinderflansch (1), wenigstens einem Krümmerrohr (2) und einem motornah eingebauten Abgaskatalysator besteht. Der Abgaskatalysator umfasst ein rohrförmiges Gehäuse (10), wenigstens ein Abgas-Ableitungsrohr (11) und ein rohrförmiges, katalytisch beschichtetes Funktionselement (12) im Gehäuse (10). In den Mantel des Gehäuses (10) ist das wenigstens eine Krümmerrohr (2) eingeführt, vom Zentrum des Funktionselementes (12) geht das wenigstens eine, axial orientierte Abgasableitungsrohr (11) aus und um das Funktionselement (12) ist ein Wärmetauscherrohr (13) herumgeführt.The subject of this invention is an exhaust manifold for internal combustion engines, the u. a. consists of a cylinder flange (1), at least one manifold pipe (2) and a close-coupled exhaust catalytic converter. The exhaust gas catalytic converter comprises a tubular housing (10), at least one exhaust gas discharge pipe (11) and a tubular, catalytically coated functional element (12) in the housing (10). The at least one elbow pipe (2) is introduced into the jacket of the housing (10), the at least one, axially oriented exhaust gas exhaust pipe (11) extends from the center of the functional element (12) and a heat exchanger pipe (13) around the functional element (12). led around.
Description
Die Erfindung betrifft Abgaskrümmer für Verbrennungsmotoren, umfassend einen Zylinderflansch, wenigstens ein Krümmerrohr und einen motornah eingebauten Abgaskatalysator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to exhaust manifold for internal combustion engines, comprising a cylinder flange, at least one manifold tube and a close-coupled exhaust gas catalytic converter according to the preamble of claim 1.
Abgaskatalysatoren benötigen eine bestimmte Mindesttemperatur, damit die katalytische Reaktion, mit der die im Abgas von Verbrennungsmotoren enthaltenen Schadstoffe wie NOx oder CO zu Stickstoff und Kohlendioxid umgewandelt werden können, abläuft. Die höchste Schadstoffkonzentration im Abgas tritt nach dem Anlassen des Motors auf. Unglücklicherweise ist zu diesem Zeitpunkt der Abgaskatalysator kalt und kann seine Reinigungswirkung nicht entfalten. Um die Zeitspanne bis zum Erreichen der Betriebstemperatur zu verkürzen, gibt es zwei prinzipielle Maßnahmen: Zum einen wird die zu erwärmende Masse der vom Abgas berührten Komponenten so klein wie möglich gemacht, zum anderen wird der Katalysator so nah wie möglich am Motor positioniert. Die Vereinigung dieser beiden Prinzipien hat zur Ausbildung sogenannter Startkatalysatoren geführt.Catalytic converters require a certain minimum temperature, so that the catalytic reaction, with which the pollutants contained in the exhaust gas of internal combustion engines such as NO x or CO can be converted to nitrogen and carbon dioxide, takes place. The highest pollutant concentration in the exhaust gas occurs after starting the engine. Unfortunately, at this point the catalytic converter is cold and can not develop its cleaning action. To shorten the time to reach the operating temperature, there are two principal measures: Firstly, the mass to be heated of the components touched by the exhaust gas is made as small as possible, on the other hand, the catalyst is positioned as close as possible to the engine. The combination of these two principles has led to the formation of so-called startup catalysts.
Herkömmliche Startkatalysatoren besitzen als Träger der katalytisch aktiven Edelmetallschichten entweder einen keramischen Monolithen oder einen sogenannten Metalliten. In beiden Fällen handelt es sich um Körper, die von einer Vielzahl paralleler wabenartiger Kanäle durchzogen sind. Während des Durchströmens dieser Kanäle wird die Abgasströmung laminarisiert mit der Folge, dass die im Zentrum der Strömungsfäden sitzenden Schadstoffmoleküle die an der Kanaloberfläche sitzende Edelmetallschicht kaum noch erreichen. Darunter leidet die Umsetzungsrate. In der Folge müssen die Kanäle verhältnismäßig lang ausgelegt werden, was eine entsprechend vergrößerte Menge an Edelmetall zur Folge hat mit den bekannten finanziellen Folgen.conventional Starting catalysts have as a carrier of the catalytically active Noble metal layers either a ceramic monolith or a so-called metallites. In both cases they are bodies that are crossed by a plurality of parallel honeycomb channels. While flowing through this channels becomes the exhaust gas flow laminarized with the result that the sitting in the center of the flow filaments pollutant molecules the at the channel surface sitting precious metal layer barely reach. Suffer from the conversion rate. As a result, the channels must be relatively long be interpreted what a correspondingly increased amount of precious metal to Episode has with the known financial consequences.
Des weiteren ist zu beobachten, dass bei den bekannten Abgaskatalysatoren das Abgas die Tendenz hat, sich im Zentrum des Wabenkörpers zu konzentrieren. Die Folge davon ist eine weitere Verringerung der Abgasreinigungskapazität. Das ist unbefriedigend.Of Another is observed that in the known catalytic converters the exhaust gas tends to concentrate in the center of the honeycomb body. The consequence of this is a further reduction of the exhaust gas purification capacity. This is unsatisfactory.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abgaskrümmer mit motornah eingebautem Abgaskatalysator anzugeben, bei dem die beschriebenen Nachteile der herkömmlichen Katalysatoren beseitigt sind.Of the present invention has for its object to provide an exhaust manifold specify close to the engine installed catalytic converter, in which the described Disadvantages of the conventional Catalysts are eliminated.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Abgaskrümmer mit den Merkmalen des Anspruchs 1.These Task is solved through an exhaust manifold with the features of claim 1.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Prinzip, die Abgase nicht mehr wie im Stand der Technik axial sondern radial durch den die katalytisch aktive Edelmetallschicht tragenden Funktionskörper strömen zu lassen. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass eine radiale Anströmung gegenüber der axialen Durchströmung erhebliche Vorteile hat, insbesondere wenn die Abgasströmung wie hier radial von außen nach innen strömt. Insbesondere sind die Strömungsverteilung über die Oberfläche des Katalysatorträgers und die Strömungsgeschwindigkeit durch das Volumen des Katalysatorträgers deutlich vergleichmäßigt. Durch den radialen Aufbau wird eine große Querschnittsfläche erreicht, was wiederum zu niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten im Katalysatorträger führt, so dass die Schadstoffmoleküle genügend Zeit haben, an der Edelmetalloberfläche zu reagieren. Angesichts der geringen Strömungsgeschwindigkeit und der geringen Kanallänge unterbleibt die bei den herkömmlichen Abgaskatalysatoren unvermeidliche und schädliche Laminarisierung der Abgasströmung. Der Katalysatorträgerkörper kann mit einer geringen Masse hergestellt werden, wodurch er sich schnell aufheizt. Außerdem erleiden die Abgase im Katalysatorträgerkörper auch nur einen geringen Druckverlust, was der Motorleistung zu Gute kommt.The The present invention is based on the principle that exhaust gases are no longer as in the prior art axially but radially through which the catalytically active Precious metal layer carrying functional body to flow. Surprisingly It has been found that a radial flow compared to the axial flow considerable Has advantages, especially if the exhaust gas flow as here radially from outside to flows inside. In particular, the flow distribution over the Surface of the catalyst support and the flow velocity significantly homogenized by the volume of the catalyst support. By the radial structure is achieved a large cross-sectional area, which in turn leads to low flow velocities in the catalyst carrier leads, so that the pollutant molecules enough Have time to react to the precious metal surface. in view of the low flow rate and the small channel length is omitted in the conventional Catalytic converters inevitable and harmful laminarization of Exhaust gas flow. The catalyst carrier body can be made with a low mass, making it fast heating up. Furthermore The exhaust gases in the catalyst carrier body suffer only a small amount Pressure loss, which benefits the engine performance.
Ein weiterer Vorteil ist das eingebaute Wärmetauscherelement. Dieses kann während der Startphase dazu benutzt werden, den Katalysatorträgerkörper aufzuheizen. Durch entsprechende Steuerung des Wärmetauschermediums kann das Wärmetauscherelement bei hohen Motorleistungen dazu verwendet werden, die Abgastemperatur abzusenken, um eine Überhitzung des Katalysatorträgers und der Edelmetallschichten zu verhindern, was bei motornah eingebauten Startkatalysatoren oft ein Problem ist. Des weiteren führt eine Vergleichmäßigung der Temperatur zu einer erhöhten Lebensdauer.One Another advantage is the built-in heat exchanger element. This can while the starting phase are used to heat the catalyst carrier body. By appropriate control of the heat exchange medium, the Heat exchanger element be used at high engine power, the exhaust gas temperature lower to overheat of the catalyst carrier and prevent the noble metal layers, which is built-in close to the engine Starting catalysts often is a problem. Furthermore, leads a Equalization of the temperature to an increased Lifespan.
Gemäß einer Ausgestaltung hierzu kann das als Heizelement dienende Wärmetauscherelement als Induktionsspule realisiert werden. Mit Hilfe einer solchen Induktionsspule kann der Katalysatorträgerkörper oder, wenn er nicht aus Metall bestehende sollte, die Edelmetallschicht sehr schnell auf Betriebstemperatur gebracht werden. Dank der großen Oberfläche und der geringen Tiefe wird ein hoher Prozentsatz der Edelmetallschicht aufgeheizt.According to one Design for this purpose, serving as a heating element heat exchanger element as Induction coil can be realized. With the help of such an induction coil can the catalyst carrier body or, if it should not be made of metal, the precious metal layer be brought to operating temperature very quickly. Thanks to the large surface and the shallow depth becomes a high percentage of the noble metal layer heated.
Vorteilhafterweise ist das Wärmetauscherelement eine Rohrschlange. Alternativ kann das Wärmetauscherelement auch als Plattenwärmetauscher ausgebildet sein.advantageously, is the heat exchanger element a pipe coil. Alternatively, the heat exchanger element as Plate heat exchanger formed be.
Vorzugsweise ist der Durchfluss durch das Wärmetauscherelement mittels Ventil steuerbar.Preferably is the flow through the heat exchanger element controllable by valve.
Das katalytische Funktionselement selbst kann auf unterschiedliche Arten realisiert werden. Bevorzugt ist ein aufgewickelter Metallschaum oder auch eine Siliziumkarbid-Filterkerze.The catalytic functional element itself can be realized in different ways. Preferred is a wound metal foam or a silicon carbide filter cartridge.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.Based the drawing is intended to illustrate the invention in the form of an embodiment explained become.
Die
Figur zeigt rein schematisch einen Abgaskrümmer für Verbrennungsmotoren, umfassend einen
Zylinderflansch
Die
Krümmerrohre
Um
das katalytische Funktionselement
Claims (8)
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