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Die
Erfindung betrifft eine Abgasvorrichtung für eine Abgasnachbehandlungseinrichtung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 42 36 883 A1 ist
ein Katalysator in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine bekannt,
der einen von einem Gehäusemantel
umgebenen Katalysatorkörper
aufweist, wobei der Katalysatorkörper
aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Abgaskanäle besteht.
Ferner weist der Katalysator eine Vorrichtung zur Verringerung der
Wärmeabstrahlung
nach außen
auf. Zur Ausbildung eines Katalysators, dessen Wärmeabstrahlung nach außen im heißen Zustand
im wesentlichen vermieden wird, ist vorgeschlagen, die Vorrichtung
zumindest aus einer Schicht anströmseitig verschlossener Abgaskanäle zu bilden,
die den Katalysatorkörper
in einem Umfangsbereich begrenzt.
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Aus
der Offenlegungsschrift
DE
22 13 540 A1 ist ein Katalysatorkörper zur Reinigung der Abgase
von Brennkraftmaschinen aus einem gasdurchströmbaren Katalysatorträger großer Oberfläche bekannt,
auf welcher das die katalytischen Reaktionen bewirkende Katalysatormaterial
aufgebracht ist. Der Katalysatorkörper weist eine Schutzhülle mindestens auf
seiner zur Strömungsrichtung
parallelen Umfangsfläche
auf. Die Schutzhülle
ist aus unbrennbaren, wärmeisolierenden
Mineralfasern, einer Armierung aus hoch wärmefesten Stahlteilen, sowie
einem hitzebeständigen
Bindemittel, in welchem beide erstgenannten Bestandteile eingebettet
sind, zusammengesetzt.
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Die
GB 15 07 165 offenbart eine
Abgasvorrichtung mit einem Abgastrichter und einem angeschlossenen
Mantelrohr, indem ein Katalysatorkörper unter Zwischenordnung
einer den Katalysatorkörper
umgebenden Lagermatte isoliert und in dem Mantelrohr koaxial gelagert
ist. Eine an der Innenseite des Mantelrohrs angebrachte ringförmige oder
ringartige Blende, die der äußeren Form
des Katalysatorkörpers
und des Mantelrohrs angepasst ist, ist entlang ihrem Innenumfang
mit dem Katalysatorkörper derart
verbunden, dass die Lagermatte strömungsgeschützt von dem durch den Abgastrichter
gebildeten Volumen isoliert ist. Die Blende kann in der Art eines
Federrings ausgeführt
sein, wobei ihr Innenrand bündig
an der Stirnseite des Katalysatorkörpers anliegt.
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Ferner
ist es aus der
DE 22
22 663 A1 bekannt, einen Katalysatorkörper unter Zwischenordnung
einer isolierenden Hülle
koaxial in einem Mantelrohr eines Katalysatorgehäuses mit Einlauftrichter anzuordnen.
Zur stirnseitigen Abdichtung können ringförmige Blenden
vorgesehen sein, die mit ihrer Umfangsfläche an der Innenseite des Mantelrohrs und
einem radial nach innen gerichteten Flansch des Einlauftrichters
anliegen.
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Die
stoßsichere
Abstützung
oder Lagerung hochempfindlicher keramischer Katalysatorkörper oder
Dieselpartikelfilter zur Reduzierung der Schadstoffe im motorischen
Abgas erfolgt heute durch sogenannte Lager- oder Canningmatten aus
Fasermaterial, wobei die Haltekraft dieser Matten über alle
Betriebszustände
des Kraftfahrzeugs möglichst
gleich bleiben und einen Bruch des Katalysatorkörpers verhindern soll. Diese
Fasermatten sind aus künstlichen Mineralfasern
hergestellt, wobei zwischen glasigamorphen und kristallinen Fasern
unterschieden wird. Aluminium-Silikatfasern
gehören
zu den keramischen Fasern, während
Calcium-Silikat- und Calcium-Magnesium-Silikat-Fasern zu den sogenannten Hochtemperaturglasfasern
zählen.
Als kristalline Fasern finden beispielsweise Aluminiumoxid-Fasern Einsatz.
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Im
motornahen Abgasstrom können
kurzzeitige Impulsspitzen mit Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich
der lokalen Schallgeschwindigkeit (bis zu 750 m/s) auftreten. Zudem
führen
Ablösungen
der Strömungen
bei starken Umlenkungen oder Querschnittssprüngen zu ungleichmäßigen Rohrfüllungen.
Aufgrund dieser inhomogenen, pulsierenden Abgasströmung sowie
der wechselnden motorischen Betriebspunkte ist insbesondere die
motornah angeordnete Abgasvorrichtung hohen thermischen und strömungsmechanischen
Wechselbelastungen ausgesetzt. Dies führt zu einer Erosion der Lagermatten, insbesondere
durch die wandnahe Strömung
im Katalysatortrichter. Durch die alternierende Krafteinwirkung
aus der Anströmung
werden die gepressten Fasern der Matte aufgerieben und mit dem Abgas
durch den Katalysatorkörper
hindurch ausgeblasen. Verstärkend
wirkt sich hierbei der Wärmeeintrag
in den Trichter aus. Da sich der Blechmantel des Katalysatorkörpers stärker thermisch
ausweitet als das keramische Material des Katalysatorkörpers wird
der Mattenanpressdruck dadurch reduziert. Hierdurch kommt es zu
einer Lockerung des Verbundes Mantelgehäuse, Lagermatte und Katalysatorkörper. Da
der poröse,
keramische Katalysatorkörper
nur eine begrenzte mechanische Festigkeit aufweist, kommt es somit
zu einer Beschädigung
desselben.
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Der
Erfindung liegt daher als technisches Problem die Bereitstellung
einer Abgasvorrichtung der eingangs genannten Art zugrunde, die
die vorgenannten Nachteile vermeidet und die mit vergleichsweise
geringem Aufwand realisierbar ist.
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Die
Erfindung löst
dieses Problem durch die Bereitstellung einer Abgasvorrichtung mit
den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Die
Erfindung betrifft eine Abgasvorrichtung für eine Abgasnachbehandlungseinrichtung,
insbesondere eine Kraftfahrzeug-Katalysatoreinheit
oder einen Partikelfilter in Modulbauweise, mit zumindest einem
Abgastrichter und einem angeschlossenen Mantelrohr, indem zumindest
ein Katalysatorkörper oder
ein Partikelfilter unter Zwischenordnung einer den Katalysatorkörper oder
Partikelfilter umgebenden Lagermatte isoliert und in dem Mantelrohr
koaxial gelagert ist, wobei eine an der Innenseite des Mantelrohrs
oder Abgastrichters angebrachte ringförmige oder ringartige Blende,
die der äußeren Form
des Katalysatorkörpers
oder Partikelfilters und/oder des Mantelrohrs oder Abgastrichters
angepaßt
ist, entlang ihrem Innenumfang mit dem Katalysatorkörper oder
Partikelfilter derart verbunden ist, dass die Lagermatte strömungsgeschützt von
dem durch den Abgastrichter gebildeten Volumen isoliert ist, wobei die
ringförmige
oder ringartige Blende in der Art eines Federrings ausgeführt ist,
dessen Außenrand
an der Innenseite des Abgastrichters oder des Mantelrohrs bündig anliegt.
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Erfindungsgemäß ist der
Federring an dessen Innenrand mit einem sich in axialer Richtung
erstreckenden Flanschstück
versehen, das am Katalysatorkörper
oder Partikelfilter in dessen stirnseitigem Bereich entlang dessen
Außenumfang
bündig
anliegt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
kann an- und/oder abströmseitig
angebracht sein.
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Bei
einer nach Anspruch 2 weitergebildeten Abgasvorrichtung wird der
Federring durch eine umlaufende Sicke oder partiell, d.h. vereinzelt
angebrachte Sicken in der Wandung des Abgastrichters oder Mantelrohrs
gehalten.
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In
einer alternativen Weiterbildung gemäß Anspruch 3 ist der Außenrand
des Federrings mit der Innenwand des Abgastrichters oder Mantelrohrs
verschweißt.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung nach Anspruch 4 weist die Blende
im Querschnitt ein Vollprofil auf, das entlang des an dem Mantelrohr
anliegenden Außenumfangs
und entlang der der Lager- oder Canningmatte zugewandten Seite jeweils
eine im wesentlichen geradlinige Begrenzung aufweist.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und der Beschreibung.
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Die
Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter beschrieben.
Dabei zeigen in schematischer Weise:
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1 in
stark vereinfachter Darstellung einen Schnitt durch eine Abgasvorrichtung,
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2 einen
Querschnitt durch eine Abgasvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform,
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3 einen
Querschnitt durch eine Abgasvorrichtung mit einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform,
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4 einen
Querschnitt durch eine Abgasvorrichtung mit einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform,
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5 einen
Querschnitt durch eine Abgasvorrichtung mit einer weiteren modifizierten
erfindungsgemäßen Ausführungsform,
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6 einen
Querschnitt durch eine Abgasvorrichtung mit einer abgewandelten
erfindungsgemäßen Ausführungsform,
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7 Wirkprinzip
einer ringförmigen
oder ringartigen Blende in der Art eines Federrings,
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8 verschiedene
geometrische Formen des Katalysatorkörpers oder Partikelfilters
im Querschnitt.
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1 zeigt
eine Abgasvorrichtung 1, bei welcher in einem koaxialen,
stirnseitig über
einen Anströmtrichter 2a und
einen Abströmtrichter 2b an
eine Abgasleitung angeschlossenen Mantelrohr 3 oder Mantelgehäuse ein
keramischer, monolithischer, gasdurchströmbarer Katalysatorkörper 4 durch
die radiale Pressung einer nahezu unverbrennbaren, elastischen,
zwischen Katalysatorkörper 4 und
Mantelrohr 3 oder Mantelgehäuse verspannter Lager- oder
Canningmatte 5, axial unverrückbar gehalten ist. Dies bedeutet,
dass der Katalysatorkörper 4 durch
den Druck der Matte 5 über
Haftreibung im Blechgehäuse
der Abgasvorrichtung 1 fixiert wird. Dabei hat die Matte 5 die
Aufgabe, den Toleranzausgleich zwischen Blechgehäuse und Katalysatorkörperoberfläche zu realisieren.
Die Strömungsführung des
Abgases wird durch die beiden Pfeile dargestellt. Aufgrund der bereits
zu Anfang geschilderten hohen thermomechanischen Belastungen bei
Temperaturspitzen bis zu 1100°C
und der inhomogenen, pulsierenden Abgasströmung mit kurzzeitigen Impulsspitzen
bei Strömungsgeschwindigkeiten
von bis zu 750 m/s und der Saugwirkung (Unterdruck auf der Austrittsseite)
des strömenden
Gases neigen die Matten 5 bei direkter An- oder Durchströmung mit
Abgas verstärkt
zu Erosion, was zu Faserbruch mit anschließendem Faserverlust führen kann.
Dies beeinträchtigt
die Elastizität
der Matte 5 und damit ihre Haltefunktion in bezug auf den
Katalysatorkörper 4.
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Daher
muß wie
in den 2 bis 5 gezeigt, der Anström-, Durchström- und/oder
Abströmbereich
der Abgasvorrichtung 1 im Bereich der Lager- oder Canningmatte 5 entsprechend
geschützt werden.
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Die
Abgasvorrichtung 1 einer Abgasnachbehandlungseinrichtung
weist zumindest einen Abgastrichter 2 und ein angeschlossenes
Mantelrohr 3 auf, welche bevorzugt aus Blech sind, wobei
der zumindest eine Katalysatorkörper 4 oder
Partikelfilter unter Zwischenordnung einer den Katalysatorkörper 4 oder Partikelfilter
umgebenden Lager- 5 oder Canningmatte isoliert und koaxial
gelagert ist.
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Eine
an der Innenseite des Mantelrohrs 3 oder Abgastrichters 2 angebrachte
ringförmige
oder ringartige Blende 6, die der äußeren Form des Katalysatorkörpers 4 oder
Partikelfilters und/oder des Mantelrohrs 3 oder Abgastrichters 2 angepaßt ist,
ist entlang ihrem Innenumfang mit dem Katalysatorkörper 4 oder
Partikelfilter derart verbunden, dass die Lagermatte 5 strömungsgeschützt von
dem durch den Abgastrichter 2 gebildeten Volumen isoliert
ist. Die ringförmige
oder ringartige Blende 6 ist in der Art eines Federrings
ausgeführt,
dessen Außenrand
an der Innenseite des Abgastrichters 2 oder Mantelrohrs 3 und
dessen Innenrand an der Stirnseite des Katalysatorkörpers 4 oder
Partikelfilters bündig
anliegt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
gemäß 2 ist
der Außenrand
der in der Art eines Federrings ausgeführten Blende 6 in
der Nähe
des Anschlusses von Mantelrohr 3 und Abgastrichter 2 mit einem
der beiden letzteren verbunden. Die Verbindung kann in Form einer
Schweißnaht
oder durch bündiges
Verklemmen als Folge der Spannkraft des Federrings erfolgen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
gemäß 3 ist
der Federring 6 im Mantelrohr 3 verklemmt. Hierbei
kann, wie in 4 dargestellt, ein axiales Verrutschen
des Federrings 6 vermieden werden, wenn das Mantelrohr 3 mit
einer umlaufenden Sicke 3a oder mit partiell, d.h. vereinzelt,
angebrachter Sicken oder mit umlaufender oder partiell angebrachter Auftragsschweißraupe versehen
ist. Die Sicke selbst kann z.B. durch Prägen in das Mantelrohr 3 eingebracht
werden.
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Bei
der in 5 gezeigten alternativen Ausführungsform überlappt der Innenrand des
Federrings 6 nicht mit der Stirnseite des Katalysatorkörpers 4 oder
Partikelfilters, sondern schließt
sich bündig entlang
dessen stirnseitigem Außenumfang
an. Hierzu ist der Federring 6 entlang seines Innenumfangs mit
einem kurzen, sich in axialer Richtung erstreckenden Flanschstück 6a versehen.
Diese Ausführung hat
den Vorteil, die Lager- 5 oder Canningmatte vor dem Abgas
zu schützen,
wobei die gesamte Katalysatorstirnfläche und somit der gesamte Katalysator bzw.
die gesamte Katalysatoroberfläche
vom Abgas an- bzw. durchgeströmt
wird.
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Bei
den in 2 bis 4 gezeigten Ausführungsformen
weist der Federring ein gewölbtes
Profil auf wie in 7 gezeigt.
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Wird über den
Katalysatorkörper 4 oder
Partikelfilter in axialer Richtung Druck auf den Federring ausgeübt und der
Federring 6 im Mantelrohr oder Abgastrichter (nicht gezeigt)
derart gehalten, dass er nicht in axialer Richtung (siehe Pfeil)
ausweichen kann, baut sich entlang des Umfangs des Federrings 6 eine
Kraftkomponente in radialer Richtung (siehe Pfeil) auf, die den
Federring 6 zusätzlich
im Mantelrohr bzw. Abgastrichter verspannt.
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Anstelle
eines „tatsächlichen", d.h. Spannkraft
ausübenden
Federrings, wie in 2 bis 4 gezeigt,
kann auch ein in der Art eines Federrings ausgeführter Ring 6 mit Vollprofil
verwendet werden (siehe 6). Hierbei weist das Profil
entlang seines Außendurchmessers
und entlang der der Lagermatte 5 zugewandten Seite eine
im wesentlichen geradlinige Begrenzung auf. Die dem Abgasraum zugewandte
Seite kann, wie auch bei den anderen Ausführungsformen gezeigt, eine
strömungstechnisch
günstige,
gekrümmte
Form aufweisen.
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Wie
auch bei den Ausführungsformen
2 bis 6 gezeigt, ist es besonders vorteilhaft, dass die dem Abgasraum
zugewandte Seite der erfindungsgemäßen Blende eine strömungstechnisch
günstige
gekrümmte
Form aufweist. Dadurch findet keine Verwirbelung des Abgasstromes
statt, wie dies bei den rechteckigen Ausführungsformen der Fall ist,
sondern führt
zu einer Harmonisierung der Strömung
und somit zu einer Verbesserung des Strömungsflußes durch den Katalysatorkörper oder
Partikelfilter.
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8 zeigt
beispielhaft einige geometrische Formen des Katalysatorkörpers oder
Partikelfilters im Querschnitt:
rund, b) eliptisch, c) oval
und d) asymmetrisch.