DE19718853A1 - Abgaskrümmer für Verbrennungsmotoren und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Abgaskrümmer für Verbrennungsmotoren und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer für Verbrennungsmoto
ren, bestehend aus mindestens einem Krümmerrohr mit an seinen
Enden angeordneten Anschlußflanschen und mit einem in einen ge
raden Abschnitt des Krümmerrohres angeordnetem Katalysator.
Das Abgas von Otto- oder Dieselmotoren enthält Stoffe wie HO,
CO, Nox, Partikel und andere die Umwelt belastende Komponen
ten. Die Emission dieser Schadstoffe muß so gering wie möglich
gehalten werden. Besonders hohe Emissionsanteile werden während
Start- und Warmlaufphase in die Atmosphäre entlassen, da die
Verbrennung im Zylinder noch unvollständig abläuft. Die Stoffe
HO, CO, und Partikel liegen in dieser Arbeitsphase in hoher
Konzentration vor. Zur Reduzierung dieser obengenannten Schad
stoffe werden heute fast ausnahmslos Katalysatoren im Abgasrohr
nachgeschaltet. Die Aufgabe dieser Katalysatoren ist es, die
schädlichen Stoffe in neutrale Komponenten zu konvertieren.
Die volle Wirksamkeit des Katalysators beginnt aber erst bei
einer Temperatur von ca. 250°C auf der aktiven Oberfläche. In
der kritischen Kaltlaufphase ist die Anspringtemperatur des Ka
talysators noch nicht erreicht, und es wird somit eine große
Menge von Schadstoffen ohne Reinigung emittiert. Um diesen
Nachteil nahezu ganz zu vermeiden, wird der Katalysator mög
lichst nahe in Richtung der Auslaßventile plaziert. Durch diese
Maßnahme vermeidet man hohe Wärmeverluste. Die Effizienz ist
hoch, jedoch auch die Kosten. Ein Nachteil bei der Positionie
rung des Vorkats liegt darin, daß es meist nur möglich ist, ihn
erst nach dem Krümmer zu montieren, d. h., immer noch zu weit
vom Auslaßventil entfernt.
Es wurde auch schon vorgeschlagen, die Katalysatoren im Sammel
rohr des Abgaskrümmers anzuordnen. Sowohl im einen wie im ande
ren Fall verlangt dieses eine Längsteilung, Längsverflanschung
und Abdichtung des den Katalysator aufnehmenden Rohrstückes, um
den Katalysator dicht passend in das betreffende Rohr überhaupt
einsehen zu können. Abgesehen davon, daß derartige Längsteilun
gen und Längsflansche mit einem beträchtlichen Herstellungsauf
wand verbunden sind, beanspruchen diese auch entsprechend Raum,
der bei den heutigen sehr engen und kompakten Motorraumgestal
tungen praktisch nicht zur Verfügung steht. Gleiches gilt auch
für die Möglichkeit, den Katalysator in einem Separatgehäuse
anzuordnen und dieses wiederum am Abgaskrümmer anzuflanschen,
um daran per Flansch die eigentliche Abgasleitung anzuschlie
ßen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung
einer möglichst zylinderkopfnahen Anordnung von Katalysatoren
einen Abgaskrümmer zu schaffen und ein dafür geeignetes Verfah
ren, der mit vertretbarem Aufwand herstellbar ist und der äu
ßerlich außer den Anschlußflanschen für den Zylinderkopf und
das weiterführende Abgasrohr von vorspringenden, raumbeanspru
chenden Verbindungselementen frei ist.
Diese Aufgabe ist mit einem Abgaskrümmer der eingangs genannten
Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Katalysator als
"verlorener Kern" im geraden Abschnitt des in einem Stück ge
gossenen Krümmerrohres angeordnet ist.
Unter "Krümmerrohr" ist hierbei der Teil des ganzen am Motor
angeflanschten Abgassystems zu verstehen, der die Verbindung
zwischen Motor bzw. Zylinderblock und der zum Auspufftopf füh
renden Abgasleitung herstellt, wobei das Krümmerrohr eine der
Zylinderanzahl entsprechende Krümmerleitung aufweist. Eine Ver
flanschung und Verschraubung des Katalysators am Abgaskrümmer
entfällt, da der Katalysator-Körper in den Abgaskrümmer einge
gossen ist, d. h., da sämtliche und letztlich zusätzliche Monta
gearbeit und Raum er fordernde Flanschverbindungen entfallen,
ist auch eine kompakte, den beengten Raumverhältnissen im Mo
torraum entsprechende Unterbringung ermöglicht, die nach wie
vor lediglich der Anbindung am Zylinderkopf bedarf.
Von der Herstellung eines derart mit Kat bestückten Abgaskrüm
mers hat sich folgende Verfahrensweise als machbar und mit dem
geringsten Aufwand verbunden erwiesen, und zwar grundsätzlich
ausgehend davon, daß in einer Negativgießform ein Kern mit
Kernstützen eingesetzt und der Hohlraum zwischen Kern und Nega
tivform mit dem Gießmetall ausgegossen wird, wobei aber nunmehr
erfindungsgemäß
die eine Stirnseite des Katalysators zunächst mit einer unter
Hitzeeinwirkung flüchtigen Folie verschlossen, dann dessen
Durchströmkanäle mit einem feinkörnigen bis staubförmigen, hit
zebeständigen Pulver gefüllt und die andere Stirnseite eben
falls mit einer entsprechenden Folie verschlossen werdend wo
nach der Katalysator mit den stirnseitig angesetzten und mit
einander verankerten Krümmerkernen in die Negativgießform ein
gesetzt wird.
Es mag dabei dahingestellt bleiben, welche ggf. andere Verfah
rensweise zu einem ebenfalls befriedigenden Herstellungsergeb
nis des Abgaskrümmers führt, bei der erfindungsgemäßen Herstel
lungsweise hat sich jedenfalls gezeigt, daß bei dieser Methode
trotz der Einbindung des Katalysators bereits beim Gießen die
wirksame Katbeschichtung in den Durchströmkanälen unbeeinträch
tigt bleibt. Um dies absolut sicherzustellen, besteht eine vor
teilhafte Weiterbildung darin, daß die Gußwand des Krümmerroh
res im Bereich der Stirnflächen des Katalysators in Form einer
umlaufenden, unterhalb der Stirnflächenebene ansetzenden Hohl
kehle ausgebildet ist. Gießtechnisch bedeutet dies, was noch
näher erläutert wird, eine entsprechende Gestaltung der an den
Katalysator stirnseitig anzusetzenden Kerne.
Durch Anwendung von Dünnwand-Gußtechnik (Wandstärke ca. nur 2
mm) und Wegfall von Befestigungsflanschen, Schrauben, Dichtun
gen und Scheiben kann man das Gewicht der Bauteile Abgaskrüm
mer/Katalysator verringern.
Der Katalysator erleidet, wie sich gezeigt hat und wie erwähnt,
durch die von der Gußschmelze eingetragene Wärme keinerlei Schä
den, auch ein unerwünschter Wirkungsgradverlust ist nicht fest
gestellt worden. Durch das schnelle Abkühlen der Schmelze, ge
geben durch geringe Wandstärke, wird weder Washcoat noch Edel
metall-Eintrag negativ beeinflußt. Nach dem Bearbeiten der
Krümmer-Flansche ist der Abgaskrümmer mit eingegossenem Kataly
sator montagefertig. Es können Metallkatalysatoren mit jeder
Wickeltechnik oder auch Keramik-Monolithen umgossen werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Anpassung der
flüssigen Schmelze an den mit Toleranzen behafteten Katalysa
tor-Körper. Am Umfang des Körpers herrschen die gleichen Ra
dialspannungen, egal ob Geometrieabweichungen wie Unrundheit,
Konizität oder andere Formfehler vorliegen.
Der erfindungsgemäße Abgaskrümmer und das zu seiner Herstellung
sich als zweckmäßig und vorteilhaft erwiesene Verfahren werden
nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausfüh
rungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 perspektivisch den erfindungsgemäßen Abgaskrümmer mit
eingegossenem Katalysator;
Fig. 2 im Schnitt den Abgaskrümmer gemäß Fig. 1 und
Fig. 3 stark vergrößert und im Schnitt den Anordnungsbereich
des Katalysators im Abgaskrümmer.
Der Abgaskrümmer für Verbrennungsmotoren, besteht nach wie vor
aus mindestens einem Krümmerrohr 1 mit an seinen Enden angeord
neten Anschlußflanschen 2 und mit einem in einen geraden Ab
schnitt 3 des Krümmerrohres 1 angeordnetem Katalysator 4.
Unter Verweis auf Fig. 1, 2 ist für einen solchen Abgaskrümmer
nun wesentlich, daß der Katalysator 4 als "verlorener Kern" im
geraden Abschnitt 3 des in einem Stück gegossenen Krümmerrohres
1 angeordnet ist, d. h., der ganze Abgaskrümmer mit seiner in
Fig. 1 nur bspw. dargestellten äußeren Form stellt eine in sich
einschließlich des Katalysators integrale Baueinheit dar, die
montagefertig mit ihren oberen vier Abgasleitungsstücken 1' am
Zylinderkopf in herkömmlicher Weise angeflanscht und an die un
tere die zum Auspufftopf führende Abgasleitung angeschlossen
wird.
Hergestellt wird dieser Abgaskrümmer in der Weise, und zwar
ausgehend vom üblichen Gießprinzip, bei dem in einer Negativ
gießform ein Kern mit Kernstützen eingesetzt und der Hohlraum
zwischen Kern und Negativform mit dem Gießmetall ausgegossen
wird, daß die eine Stirnfläche 5 des Katalysators 4 zunächst
mit einer unter Hitzeeinwirkung flüchtigen Folie 7 verschlos
sen, dann dessen Durchströmkanäle 4' mit einem feinkörnigen bis
staubförmigen, hitzebeständigen Pulver gefüllt und die andere
Stirnfläche 5 ebenfalls mit einer entsprechenden Folie 7 ver
schlossen werden, wonach der Katalysator 4 mit den stirnseitig
angesetzten und miteinander verankerten Krümmerkernen 8 in die
Negativgießform eingesetzt wird.
Die Anordnung von Folien, die bspw. aus geeignetem Papier be
stehen können, an den Stirnflächen des Katalysators sorgt dabei
dafür, daß auf keinen Fall Kernsand von den stirnseitig anzu
setzenden Krümmerkernen durch ungünstige Umstände an die Katbe
schichtung in den Durchströmkanälen 4' des Katalysators 4 ge
langen kann, wobei die Pulverfüllung in den Kanälen einerseits
für die Abstützung der beiden dünnen Schutzfolien dient und an
dererseits dafür sorgt, daß keine Folienreste bei deren
"Wegbrennen" während des Gusses in die Durchströmkanäle gelan
gen, was die Katalysatorenwirkung beeinträchtigen würde. Die
Ausfüllung der Kanäle mit rieselfähig bleibendem Pulver ist
deshalb notwendig, um nach vollzogenem Guß dieses Pulver genau
wie die beiden Krümmerkerne wieder entfernen und die wirksame
Katalysatorfläche freilegen zu können.
Würde man die Krümmerkerne 8 ansatzseitig zu den Stirnflächen 5
des Katalysators 4 mit genau entsprechender Querschnittsform
ausformen, bestünde eine gewisse Gefahr, daß beim Gießen Gieß
metall bis zu einem gewissen Grad in die entstehenden Kernan
schlußfugen eindringt. Um diesbezüglich sicher sein zu können,
daß dies nicht erfolgt, ist vorteilhaft vorgesehen, daß die
Gußwand 1'' des Krümmerrohres 1 im Bereich der Stirnflächen 5
des Katalysators 4 in Form einer umlaufenden, unterhalb der
Stirnflächenebenen E ansetzenden Hohlkehle 6 ausgebildet ist.
Hierzu wird auf Fig. 3 verwiesen, die dies in Verbindung mit
den am Katalysator 4 angesetzten Krümmerkernen 8 verdeutlicht,
deren zu den Hohlkehlen 6 führende umlaufenden Wülste 9 die
beim "Wegbrennen" der Folien 7 entstehenden Radialfugen gegen
das Eindringen von Gießmetall abschirmen.
Wie ebenfalls aus Fig. 3 ersichtlich, werden die beidendig am
Katalysator angesetzten Krümmerkerne 8 durch den Katalysator 4
hindurch mit Zugankern 10 verbunden, um den Zusammenhalt des
Gesamtkernes beim Gießen des Abgaskrümmers sicherzustellen.
Sofern es sich beim als "verlorenen Kern" eingebundenen Kataly
sator um einen gewickelten Kat handelt, wird dieser zweckmäßig
mit einer dünnwandigen Hülse 11 aus warmfestem, zunderbeständi
gem Stahl umhüllt, die in der rechten Hälfte der Fig. 2 mit an
gedeutet ist und die bspw. mit kleinen Ausklinkungen (nicht
dargestellt) versehen sein kann, um eine Fixierung in der um
hüllenden Gußwand herzustellen.
Sofern es sich bei den Katalysatoren um Keramikblöcke handelt,
können diese mit einer sogenannten Blähmatte 12 aus Blähglim
merplättchen umgeben werden (siehe linke Hälfte in Fig. 3), die
beim Erhitzen aufquillt und den Keramikkat sicher im umgossenen
Abgaskrümmer fixiert. Auch ein Bestreichen der Keramikblöcke
mit sogenanntem Schlicker kann in Betracht gezogen werden. So
fern eine Blähmatte zur Verwendung kommt, ist es erforderlich,
diese, wie ebenfalls in Fig. 3 angedeutet, nach oben und unten
mit sogenannten Verblasschutzringen 13 abzudecken.
Claims (5)
1. Abgaskrümmer für Verbrennungsmotoren, bestehend aus min
destens einem Krümmerrohr (1) mit an seinen Enden ange
ordneten Anschlußflanschen (2) und mit einem in einen ge
raden Abschnitt (3) des Krümmerrohres (1) angeordnetem
Katalysator (4)
dadurch gekennzeichnet,
daß der Katalysator (4) als "verlorener Kern" im geraden
Abschnitt (3) des in einem Stück gegossenen Krümmerrohres
(1) angeordnet ist.
2. Abgaskrümmer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gußwand (1') des Krümmerrohres (1) im Bereich der
Stirnflächen (5) des Katalysators (4) in Form einer um
laufenden, unterhalb der Stirnflächenebenen (E) ansetzen
den Hohlkehle (6) ausgebildet ist.
3. Abgaskrümmer nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der gewickelte ausgebildete Katalysator (4) mit einer
dünnwandigen, mit Verankerungsausklinkungen versehenen
Hülse (11) aus zunderbeständigem Stahl umgeben ist.
4. Abgaskrümmer nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der aus einem Keramikblock gebildete Katalysator (4)
mit einer Blähmatte (12) oder mit einer Schlickerlage um
hüllt ist.
5. Verfahren zur Herstellung des Abgaskrümmers nach jedem
der Ansprüche 1 bis 4,
wobei in einer Negativgießform ein Kern mit Kernstützen
eingesetzt und der Hohlraum zwischen Kern und Negativform
mit dem Gießmetall ausgegossen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die eine Stirnfläche des Katalysators zunächst mit
einer unter Hitzeeinwirkung flüchtigen Folie verschlos
sen, dann dessen Durchströmkanäle mit einem feinkörnigen
bis staubförmigen, hitzebeständigen Pulver gefüllt und
die andere Stirnfläche ebenfalls mit einer entsprechenden
Folie verschlossen werden, wonach der Katalysator mit den
stirnseitig angesetzten und miteinander verankerten Krüm
merkernen in die Negativgießform eingesetzt wird.
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8141 | Disposal/no request for examination |