DE102009005943A1

DE102009005943A1 - Abgasanlage

Info

Publication number: DE102009005943A1
Application number: DE200910005943
Authority: DE
Inventors: Michael Wessels
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2010-07-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, mit einer katalytischen Abgasreinigungseinrichtung, einem Abgaseintrittskanal, einem Abgasaustrittskanal und einer zwischen dem Abgaseintrittskanal und dem Abgasaustrittskanal angeordneten Halteeinrichtung, wobei am Umfang der Abgasreinigungseinrichtung eine Befestigungseinrichtung vorgesehen ist, wobei die Befestigungseinrichtung mindestens einen Vorsprung und/oder einen Lagerabschnitt aufweist, der zumindest teilweise in die Halteeinrichtung hineinragt. Weiterhin umfasst die Abgasreinigungseinrichtung einen Katalysatorkörper, wobei die Befestigungseinrichtung und der Katalysatorkörper aus einem keramischen Werkstoff gebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Beim Betrieb von Brennkraftmaschinen werden Abgasanlagen verwendet, die üblicherweise zwei Arten von Katalysatorsubstraten aufweisen. Es werden entweder Metallträger oder Keramikträger eingesetzt. Die Einbindung eines Metallträgers erfolgt üblicherweise mit Hilfe von Schweißverbindungen. Beide Materialien haben den gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten, so dass sich diese bei der Erwärmung der Abgasanlage gleichmäßig ausdehnen. Bei der Verwendung von Keramiksubstraten ist es dagegen Problematisch, da die Keramik-Substrate einen geringeren Temperaturausdehnungskoeffizienten als Stahl aufweisen. Daher werden diese in ein Metallgehäuse befestigt. Zur Halterung der Keramiksubstrate innerhalb des Metallgehäuses werden üblicherweise Fasermatten verwendet, die das Substrat bei allen Temperaturen innerhalb der Abgasanlage in Position halten. Nachteilig bei einer solchen Ausgestaltung ist, dass ein Teil der Fasermatten im Laufe des Betriebs mit den Abgasen in die Umwelt gelangt.
In der EP 278 455 A2 ist ein Gehäuse zur Aufnahme eines Keramikkörpers beschrieben, das aus zwei aus tiefgezogenem Blech bestehenden Halbschalen gasdicht zusammengeschweißt ist. Im Gehäuse ist ein Keramikkörper aufgenommen, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Keramikkörper eine Ummantelung vorgesehen ist, die aus einem Drahtstrickgewebe und einer Expansionsmatte gebildet ist. Darüber hinaus ist aus der DE 199 18 301 C1 eine Abgasanlage bekannt, bei der ein Katalysatorkörper über ein ringförmiges und metallisches Stützelement gelagert ist. Dabei weist das Stützelement einen Zylinderabschnitt auf, der durch Schweißpunkte mit dem Metallmantel des Katalysatorkörpers verbunden ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für einen keramischen Katalysatorkörper eine optimierte Lagerung innerhalb einer Abgasanlage bereitzustellen. Diese wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Abgasanlage zeichnet sich dadurch aus, dass die Befestigungseinrichtung mindestens einen Vorsprung und/oder einen Lagerabschnitt aufweist, der zumindest teilweise in die Halteeinrichtung hineinragt, wobei die Befestigungseinrichtung und der Katalysatorkörper aus einem keramischen Werkstoff gebildet sind. Vorzugsweise sind die Befestigungseinrichtung und der Katalysatorkörper miteinander durch einen keramischen Kleber verbunden. Durch die Anbringung der Befestigungseinrichtung an dem Katalysatorkörper kann eine vorteilhafte Lagerung des Katalysatorkörpers in einem Metallgehäuse erzielt werden. Um die unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten zwischen der keramischen Befestigungseinrichtung und einem metallischen Aufnahmegehäuse der Abgasanlage erfolgt die Lagerung der Befestigungseinrichtung schwimmend, z. B. innerhalb einer Drahtgestrickeinrichtung. Demnach können sich beide Werkstoffe unterschiedlich ausdehnen, ohne ihre Positionen zu verändern. Eine um den Katalysatorkörper vorhandene Abdichtung bleibt somit erhalten.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Vorsprung der Befestigungseinrichtung als Abstützabschnitt ausgebildet. Vorzugsweise weist die Befestigungseinrichtung mehrere Vorsprünge auf, so dass eine optimale Lagerung innerhalb der Drahtgestrickeinrichtung zustande kommt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Befestigungseinrichtung als Ringelement ausgebildet. Vorzugsweise besteht die Befestigungseinrichtung aus mehreren Ringelementen, so dass die Lagerung des Katalysatorkörpers an mehreren Stellen vorgenommen werden kann. Die an den Ringelementen vorhandenen Vorsprünge dienen somit als Lagerelemente and sind innerhalb der Drahtgestrickeinrichtung angeordnet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Befestigungseinrichtung einen Lagerabschnitt auf, der teilweise zwischen zwei Halteelementen der Halteeinrichtung positioniert ist. Vorzugsweise sind beide Halteelemente jeweils als ein Flansch ausgebildet, wobei der Lagerabschnitt der Befestigungseinrichtung mittels eines Befestigungselementes zwischen beiden Halteelementen festgehalten wird.
Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Abgasreinigungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform, und
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
In 1 ist eine Abgasreinigungseinrichtung vereinfacht gezeigt, die einen Abgaseintrittskanal 2, einen Abgasaustrittskanal 3, eine Halteeinrichtung 4 und einen Katalysatorkörper 6 aufweist. Das Abgas einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine gelangt durch den Abgaseintrittskanal 2 zu dem Katalysatorkörper 6 und strömt danach weiter zum Abgasaustrittskanal 3. Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird der Katalysatorkörper 6 zwischen dem Abgasaustrittskanal 3 und dem Abgaseintrittskanal 2 mit Hilfe der Halteeinrichtung 4 innerhalb einer Abgasanlage gehalten bzw. gelagert. Die Halteeinrichtung 4 besteht aus einem zylinderförmigen Rohr 15, das den Katalysatorkörper 6 zumindest teilweise umgibt. Der Abgaseintrittskanal 2 weist an einem der Halteeinrichtung 4 zugewandten Seitenende einen Flansch 7 auf, der vorzugsweise mit dem Abgaseintrittskanal 2 einstückig verbunden ist. Darüber hinaus weist der Abgasaustrittskanal 3 einen an einem der Halteeinrichtung 4 zugewandten Seitenende einen Flansch 7a auf, der vorzugsweise mit dem Abgasaustrittskanal 3 einstückig verbunden ist. Beide Flansche 7 und 7a dienen als Halteelemente, so dass die Halteeinrichtung 4 zwischen den ringförmigen Flanschen 7 und 7a positioniert ist und von denen festgehalten wird. Das Rohr 15 ist erfindungsgemäß mit den Flanschen bzw. Halteelementen 7 und 7a vorzugsweise durch eine Schweißnaht 16 verbunden, die im äußeren Bereich des Rohres 15 angebracht ist.
Gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ist das Rohr 15 beidseitig im äußeren Bereich abgestuft ausgebildet, so dass innerhalb der jeweiligen Abstufung eine ringförmige Drahtgestrickeinrichtung 9 aufgenommen ist. Für die Lagerung des Katalysatorkörpers 6 sind gemäß der ersten Ausführungsform zwei Ringelemente 5 vorgesehen, die aus einem keramischen Werkstoff gebildet sind. Beide Ringelemente 5 umgeben den aus einem keramischen Material hergestellten und zylinderförmig ausgebildeten Katalysatorkörper 6 und sind mit demselben durch einen keramischen Kleber 8 verbunden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kleber 8 verwendet, der hochtemperaturbeständig ist, so dass die Verbindung zwischen dem Ringelement 5 und dem Katalysatorkörper auch bei hohen Abgastemperaturen gewährleistet ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist mindestens ein Ringelement 5 mindestens einen Vorsprung 10 auf, der in die Drahtgestrickeinrichtung 9 hineinragt. Somit wird eine flexible Lagerung des Katalysatorkörpers 6 innerhalb der Halteeinrichtung 4 erzielt. Gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein Ringelement als Abstützabschnitt ohne Vorsprünge ausgebildet, so dass eine flexible Lagerung des Katalysatorkörpers 6 bei allen Abgastemperaturen gewährleistet ist. Alternativ können gemäß der vorliegenden Erfindung mehrere Ringelemente 5 am Katalysatorkörper 6 vorhanden sein, so dass je nach Größe des Katalysatorkörpers 6 eine optimale und sichere Lagerung innerhalb der Halteeinrichtung 4 vorliegt.
In 2 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei der die Befestigungseinrichtung 5 durch ein Ringelement 5 gebildet ist, das ebenfalls aus einem keramischen Werkstoff hergestellt ist. Der ebenfalls aus einem keramischen Werkstoff hergestellte Katalysatorkörper 6 ist mit dem Ringelement 5 durch einen keramischen Kleber 8 verbunden, der vorzugsweise bei hohen Temperaturen beständig ist. Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung weist das Ringelement 5 einen Lagerabschnitt 11 auf, der vorzugsweise T-förmig ausgebildet ist. Alternativ kann der Lagerabschnitt 11 eine andere geeignet Form aufweisen, die eine optimale Lagerung innerhalb der Drahtgestrickeinrichtung 9 gewährleistet. Gemäß der zweiten Ausführungsform ist die Drahtgestrickeinrichtung 9 zwischen den beiden Halteelementen 7 und 7a positioniert und nach außen durch das Rohr 15 begrenzt. Vorzugsweise ist das Rohr 15 mit dem Halteelement 7a einstückig ausgebildet, wobei hier das Rohr 15 mit dem Halteelement 7 durch eine Schweißnaht 16 verbunden ist.
In 3 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der die Befestigungseinrichtung 5 einen ringförmigen Vorsprung 17 aufweist, der zwischen den in Form eines ringförmigen Flansches ausgebildeten Halteelementen 7 und 7a positioniert ist. Gemäß der dritten Ausführungsform ist innerhalb der Halteeinrichtung 4 zwischen dem ringförmigen Vorsprung 17 und dem jeweiligen Halteelement 7 und 7a eine Dichtung 14 vorgesehen, die abgasdicht ist und eine Längsbewegung des Ringelementes 5 ermöglicht. Eine solche Längsbewegung kommt infolge einer durch Erwärmung verursachte Ausdehnung zustande. Gemäß der dritten Ausführungsform weisen die Halteelemente 7 und 7a und der ringförmige Vorsprung 17, mehrere korrespondierende Durchgangsöffnungen auf, durch die sich Befestigungsmittel erstrecken. Vorzugsweise sind die Befestigungsmittel in Form einer Schraube 13 ausgebildet, die mit einer entsprechenden Mutter 12 angezogen wird, wobei alternativ andere geeignete Befestigungsmittelformen verwendet werden können. Die dritte Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der Katalysatorkörper 6 leicht ausgetauscht werden kann, ohne die Abgaseintritts- und -austrittskanäle 2 und 3 zu erneuern.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise das Rohr 15, der Abgaseintrittskanal 2 und der Abgasaustrittskanal 3 bei allen Ausführungsformen aus einem Metall hergestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 278455 A2 [0003]
- DE 19918301 C1 [0003]

Claims

Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, mit einer katalytischen Abgasreinigungseinrichtung (1), einem Abgaseintrittskanal (2), einem Abgasaustrittskanal (3) und einer zwischen dem Abgaseintrittskanal (2) und dem Abgasaustrittskanal (3) angeordneten Halteeinrichtung (4), wobei am Umfang der Abgasreinigungseinrichtung (1) eine Befestigungseinrichtung (5) vorgesehen ist, und wobei die Abgasreinigungseinrichtung (1) einen Katalysatorkörper (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung (5) mindestens einen Vorsprung (11) und/oder einen Lagerabschnitt (11) aufweist, der zumindest teilweise in die Halteeinrichtung (4) hineinragt, wobei die Befestigungseinrichtung (5) und der Katalysatorkörper (6) aus einem keramischen Werkstoff gebildet sind.
Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, die Befestigungseinrichtung (5) und der Katalysatorkörper (6) miteinander durch einen keramischen Kleber (8) verbunden sind.
Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (10) der Befestigungseinrichtung (5) als Abstützabschnitt ausgebildet ist.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (5) der Befestigungseinrichtung (5) an einer Drahtgestrickeinrichtung (9) anliegt.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung (5) als Ringelement ausgebildet ist.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerabschnitt (11, 17) zumindest teilweise von der Drahtgestrickeinrichtung (9) umgeben ist oder zwischen zwei Haltelementen (7, 7a) positioniert ist.