DE19504851A1 - Abgaskonverter mit einem Vorkatalysator und einem Hauptkatalysator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgaskonverter gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1, wie er aus der Technik der Abgas­ reinigung von Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen bekannt ist. Durch Unterteilung des Abgaskonverters bzw. seines aktiven Bestandteils in einen relativ kleinen, an der Abgaseingangsseite des Konverters angeordneten Vorkatalysator und einen diesem in Abgasströmungsrichtung nachgeschalteten, größeren Hauptkataly­ sator wird dem Umstand Rechnung getragen, daß bei einem Kalt­ start das katalytisch wirksame Material noch nicht seine An­ springtemperatur erreicht hat, sondern durch die Abgase der Brennkraftmaschine erst auf seine Arbeitstemperatur gebracht werden muß. Dies geht um so schneller, je kleiner die zu er­ wärmende Katalysatormasse ist, so daß man die Abgase zunächst in einen relativ kleinen Vorkatalysator gelangen läßt, der sich relativ schnell auf seine Anspringtemperatur aufheizt, dann durch seine katalytische Wirkung Wärme an die Abgase abgibt, so daß einerseits bereits sehr kurze Zeit nach dem Kaltstart zu­ mindest zu einem beachtlichen Teil eine Abgasreinigung sicher­ gestellt ist und andererseits sich auch der Hauptkatalysator relativ schnell erwärmt.

Nachteilig bei einem derartigen Abgaskonverter ist die Notwen­ digkeit, zwei unterschiedlich große Träger für die beiden Kata­ lysatoren herzustellen, d. h. bei Verwendung von aus Metallblech gewickelten Trägerkörpern zwei Trägerkörper unterschiedlicher Größe zu wickeln. Weiterhin ist es erforderlich, in dem Gehäuse des Abgaskonverters zwei Trägerkörper so zu lagern, daß sie einerseits den dynamischen Beanspruchungen beispielsweise im Fahrbetrieb eines mit dem Konverter ausgerüsteten Fahrzeugs widerstehen können, andererseits aber die erforderliche ther­ mische Abmessungsänderung ermöglicht ist.

Aus der DE-OS 37 35 151, BO1D 53/36, ist bereits ein Abgaskon­ verter mit der Reihenschaltung eines oxidierenden und eines reduzierenden Katalysators bekannt, denen ein gemeinsamer poröser, monolithischer Trägerkörper zugeordnet ist. Bei diesem Konverter geht es jedoch nicht um einen Vor- und einen Haupt­ katalysator, die katalytisch gleichwirkend sind und auch nicht um einem Konverter mit einem aus Metallblech gewickelten Träger­ körper. Dieses bekannte Konstruktionsprinzip läßt sich auch deshalb nicht einfach auf Abgaskonverter mit Vor- und Hauptkata­ lysator nebst Wickelträger übertragen, weil zumindest während der ersten Phase des Warmlaufs der Maschine, deren Abgase in dem Konverter zu reinigen sind, die direkte Wärmeleitung zwischen den beiden Katalysatoren möglichst klein gehalten werden muß; andernfalls würde man die Aufheizzeit des Vorkatalysators und damit die Zeit bis zum Einsetzen einer wirkungsvollen Umsetzung am Hauptkatalysator verlängern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Abgaskonverter unter Wahrung seiner Vorteile zu schaffen, der hinsichtlich des Fertigungsaufwands für die Trägerkörper seiner beiden Katalysatoren verbessert ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Weiter­ bildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Auch unter Beibehalt der bewährten Metallblech-Wickeltechnik für die Trägerkörper der beiden Katalysatoren und unter Wahrung einer hinreichenden thermischen Isolierung zwischen beiden er­ möglicht die Erfindung also dadurch die Verwendung eines ein­ zigen Wickel-Trägerkörpers für beide Katalysatoren, daß zwischen den den beiden Katalysatoren zugeordneten Trägerbereichen ein Zwischenbereich mit erheblich verringerter Wärmeleitung, gewon­ nen durch Ausnehmungen oder Ausstanzungen in den Blechen des gemeinsamen Trägerkörpers, vorgesehen ist. Demgemäß erschöpft sich die erfindungsgemäße Lehre also nicht in der Verwendung eines gemeinsamen Trägerkörpers für beide Katalysatoren, auch nicht eines solchen, der aus Metallblechen gewickelt ist, sondern sie sieht zugleich Maßnahmen zur Sicherstellung der raschen Temperaturerhöhung im Vorkatalysator nach einem Kalt­ start der die Abgase erzeugenden Brennkraftmaschine vor.

Demselben Zweck dienen die Maßnahmen der Unteransprüche; sie sehen nämlich durch entsprechende weitere Ausnehmungen oder Ausschnitte in den Blechen des gemeinsamen Trägerkörpers eine Verringerung der unmittelbar nach dem Kaltstart der Maschine rasch aufzuheizenden Masse des Vorkatalysators vor, während der Trägerkörper im Bereich des Hauptkatalysators eine wesentlich größere Anzahl von Strömungswegen bildet, so daß dort auch eine größere aktive Katalysatorfläche zur Verfügung gestellt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einem Längsschnitt schematisch den erfin­ dungsgemäßen Abgaskonverter,

Fig. 2 und 3 die in Fig. 1 bei II-II und III-III markierten Querschnitte,

Fig. 4 die Gestaltung der unprofilierten und

Fig. 5 die Gestaltung der profilierten Bleche, die zum gemeinsamen Trägerkörper gewickelt werden.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist angenommen, daß das durch den Pfeil 1 in seiner Strömungsrichtung angedeutete Abgas von der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs erzeugt ist. In das Abgassystem 2 desselben ist der Abgaskonverter 3 eingeschal­ tet, der in dem gemeinsamen Gehäuse 4 den Vorkatalysator 5 und den Hauptkatalysator 6 enthält. Beide besitzen einen gemeinsa­ men, aus profilierten und unprofilierten Blechen gewickelten Trägerkörper, der jedoch in dem Zwischenbereich 7 zwischen den beiden Katalysatoren 5 und 6 so ausgebildet ist, daß die Wärme­ leitung von dem sich zuerst erwärmenden Vorkatalysator 5 zu dem Hauptkatalysator 6 zumindest erheblich verringert ist.

Die Fig. 2 und 3 zeigen in den in Fig. 1 markierten Quer­ schnitten im abgewickelten Zustand die Formgebung bzw. die Form der - senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 2 und 3 verlaufen­ den - Abgaskanäle in dem allgemein mit 8 bezeichneten Träger­ körper. Im unteren Teil der Fig. 2 erkennt man das etwa zick­ zackförmig profilierte Blech 9 (an seine Stelle könnte auch ein mäanderförmig profiliertes Blech treten) und darüber das unpro­ filierte, d. h. glatte, Blech 10. Im Bereich des Hauptkataly­ sators 6 sind diese beiden Bleche in wechselnder Folge ohne zusätzliche Maßnahmen, wie Ausnehmungen oder Ausschnitte, über­ einander gewickelt, wodurch sich dreieckförmige Strömungskanäle ergeben.

Im Bereich des Vorkatalysators 5 dagegen finden sich wabenförmi­ ge Strömungskanäle 12 (siehe Fig. 3), die dadurch gewonnen sind, daß maximal über die Länge des Vorkatalysators 5 aus den zickzackförmig profilierten Blechen 9 die in Fig. 3 punktiert hervorgehobenen Bereiche und aus den unprofilierten Blechen 10 die durch unterbrochene Strichlinien markierten Bereiche heraus­ gestanzt sind.

Betrachtet man die Fig. 4 und 5, so ist dort jeweils im abgewickelten Zustand in Draufsicht ein derartiges profiliertes Blech 9 (vor dem Biegen, jedoch mit Biegelinien) und ein ebenes Blech 10 wiedergegeben. Man erkennt die den punktierten Linien entsprechenden Ausschnitte 13 im profilierten Blech 9 und die den unterbrochenen Linien in Fig. 3 entsprechenden Ausschnitte 14 im unprofilierten Blech 10. Diese Ausnehmungen 13 und 14 finden sich nur in demjenigen Trägerbereich, der dem Vorkataly­ sator 5 zugeordnet ist, nicht aber in demjenigen Längenbereich des Trägers, der dem Hauptkatalysator 6 zugehörig ist.

In dem in Fig. 1 mit 7 bezeichneten Zwischenbereich erkennt man relativ kurze (bezüglich der Längsrichtung des Konverters) Aus­ nehmungen 15 bzw. 16, so daß in diesem Zwischenbereich nur rela­ tiv schmale Stege 17 bzw. 18 verbleiben und demgemäß die Wärme­ leitung zwischen den beiden Katalysatoren erheblich reduziert ist.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine erhebliche Vereinfachung der Fertigung eines gattungsgemäßen Abgaskonverters ohne Beeinträch­ tigung seiner Eigenschaften erreicht.

Claims (6)

1. Abgaskonverter mit einem Vorkatalysator und einem diesem in Abgasströmungsrichtung nachgeschalteten, größer bemessenen Hauptkatalysator, die aus profiliertem und unprofiliertem Metallblech in abwechselnder Folge aufgebaute Trägerkörper aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Katalysa­ toren (5, 6) unter Einschluß eines Zwischenbereichs (7) gemeinsam aus den Metallblechen aufgebaut sind, und daß der Zwischenbereich (7) mit Ausnehmungen (15, 16) in mindestens einem der Metallbleche zur Verringerung der Wärmeleitung versehen ist.

2. Abgaskonverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (8) in seinem dem Hauptkatalysator (6) zu­ geordneten Bereich infolge Verwendung eines mäander- oder zickzackförmig profilierten Blechs (9) im Querschnitt vier- oder dreieckförmige (11), dagegen in seinem dem Vorkatalysa­ tor (5) zugeordneten Bereich infolge Verwendung des profi­ lierten Blechs (9) in Verbindung mit weiteren Ausnehmungen (13, 14) in mindestens einem der Bleche (9, 10) im Quer­ schnitt größere Abgaskanäle (12) enthält.

3. Abgaskonverter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die größeren Abgaskanäle (12) wabenförmig oder rechteckförmig sind.

4. Abgaskonverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen zur Verringerung der Wärmeleitung in beiden Metallblechen überlappend in Abgasströmungsrichtung angeordnet sind.

5. Abgaskonverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere in abwech­ selnder Folge übereinanderliegende Metallbleche (9, 10) zur Bildung des Trägerkörpers gewickelt sind.

6. Abgaskonverter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper zylinderförmig ist.