DE19738585A1

DE19738585A1 - Trageinheit für einen Katalysatorträgerkörper

Info

Publication number: DE19738585A1
Application number: DE1997138585
Authority: DE
Inventors: Friedrich-Wilhelm Kaiser; Helmut Holpp
Original assignee: Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Current assignee: Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Priority date: 1997-09-03
Filing date: 1997-09-03
Publication date: 1999-03-04

Description

Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf eine Trageinheit zur Auf nahme eines Katalysatorträgerkörpers eine Anordnung mit einem Katalysator trägerkörper sowie ein Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine.

Zur katalytischen Umsetzung der Komponenten eines Abgases einer Ver brennungskraftmaschine ist es bekannt, auf einem Katalysatorträgerkörper wenigstens eine katalytisch wirkende Substanz aufzubringen. Der Katalysator trägerkörper weist für ein Abgas durchströmbare Gaskanäle auf. Es ist bekannt, einen Katalysatorträgerkörper wabenförmig auszubilden. Der Kataly satorträgerkörper kann aus wenigstens teilweise strukturierten Blechlagen gebildet sein. Ferner sind Katalysatorträgerkörper bekannt, die aus einem keramischen Werkstoff bestehen. Solche Katalysatorträgerkörper werden extrudiert.

Der Katalysatorträgerkörper wird in einem Gehäuse angeordnet, welches ein Teil eines Abgassystems ist. In Abhängigkeit von dem Material des Kataly satorträgerkörpers sind unterschiedliche Ausgestaltungen des Gehäuses notwen dig.

Durch die WO 90/02251 ist ein Gehäuse mit einem Katalysatorträgerkörper bekannt, welches insbesondere für einen motornahen Einbau innerhalb des Abgassystems geeignet ist. Das Gehäuse weist einen größeren Querschnitt auf als der Katalysatorträgerkörper. Das Gehäuse weist eine etwa recht eckförmige Öffnung auf, deren Länge größer als die maximale Länge des Katalysatorträgerkörpers und deren Breite größer als die maximale Breite des Katalysatorträgerkörpers sind. Der Katalysatorträgerkörper ist an einer flachen oder gewölbten Halteplatte befestigt, die eine größere Länge und Breite hat als die Öffnung im Gehäuse. Die Halteplatte dient als Verschlußdeckel des Gehäuses, wobei der Katalysatorträgerkörper in einen Innenraum des Gehäu ses hineinragt. Hierdurch wird ein vereinfachter Ein- und Ausbau des Katalysatorträgerkörpers in das oder aus dem Gehäuse ermöglicht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Zielsetzung zugrunde, eine Trageinheit anzugeben, durch die eine Anordnung eines Katalysatorträgerkörpers in einem Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine vereinfacht werden kann. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Abgassystem einer Ver brennungskraftmaschine anzugeben, welches mit einem geringeren Aufwand herstellbar ist. Insbesondere soll eine Möglichkeit angegeben werden, beste hende Abgassysteme mit einem Katalysatorträgerkörper nachzurüsten.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Trageinheit mit wenigstens einem Halter zur Aufnahme eines Katalysatorträgerkörpers eines Abgases und mit einem plattenförmigen Verbindungselement, das mit dem bzw. den Halter(n) verbunden und mit wenigstens einem Bauteil des Abgassystems verbindbar ist, zeichnet sich dadurch aus, daß der oder die Halter einstückig mit dem Verbindungselement ausgebildet ist bzw. sind. Das Verbindungselement ist im wesentlichen quer zur Längserstreckung des Halters ausgebildet.

Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung der Trageinheit wird eine Möglichkeit angegeben, einen Katalysatorträgerkörper in einem Abgassystem einzubauen, ohne daß ein zusätzliches Gehäuse notwendig ist. Der Halter haltert den Katalysatorträgerkörper. Das Verbindungselement ist mit einem Bauteil des Abgassystems verbindbar.

Insbesondere wird vorgeschlagen, daß der oder die Halter in einem Um formvorgang, insbesondere in einem Tiefziehvorgang, hergestellt ist bzw. sind. Diese Herstellungsart ermöglicht eine kostengünstige Herstellung der Trageinheit. Der Vorteil dieses Herstellungsvorgangs ist auch, daß der Umformvorgang rasch und mit einer hohen Maßhaltigkeit realisiert werden kann. Alternativ kann die Trageinheit in einem Urformvorgang hergestellt werden.

Vorzugsweise ist die Trageinheit so ausgebildet, daß jeder Halter wenigstens einen zur Anlage an einen Katalysatorträgerkörper bringbaren Anschlag aufweist. Hierdurch wird eine definierte Einbaulage eines Katalysatorträger körpers im Halter ermöglicht.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Trageinheit wird vor geschlagen, daß das Verbindungselement wenigstens eine Dichtfläche zur dichtenden Verbindung mit wenigstens einem Bauteil des Abgassystems aufweist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin gesehen werden, daß auf zusätzliche Dichtungsmittel verzichtet werden kann, da das Verbindungs element die Dichtfunktion übernimmt.

Vorzugsweise ist die Dichtfläche ringförmig ausgebildet. Die eine Dichtung bildende Dichtfläche kann so ausgebildet sein, daß innerhalb dieser ein jeder Halter angeordnet ist. Alternativ kann ein jeder Halter von jeweils einer Dichtfläche umgeben sein.

Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Gedanken wird eine Anordnung mit einer Trageinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8 vorgeschlagen, wobei in einem jeden Halter jeweils ein Katalysatorträgerkörper angeordnet ist. Der Katalysatorträgerkörper kann in Strömungsrichtung eine Erstreckung auf weisen, die im wesentlichen der Längserstreckung des Halters entspricht. In diesem Fall ist der Katalysatorträgerkörper vollständig vom Halter umgeben. Alternativ wird vorgeschlagen, daß wenigstens ein Katalysatorträgerkörper sich beidseits des Verbindungselementes erstreckt. Hierdurch können längere Katalysatorträgerkörper in der Trageinheit gehalten werden, wodurch eine vergrößerte katalytisch wirkende Oberfläche bereitgestellt wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung wird vor geschlagen, daß ein metallischer Katalysatorträgerkörper stofflich mit dem Halter verbunden ist. Hierdurch wird erreicht, daß der Katalysatorträgerkör per und die Trageinheit eine Baueinheit bilden. Dies erleichtert die Handha bung der Anordnung. Es wird auch sichergestellt, daß der Katalysatorträger körper lageunveränderlich im Halter gehalten wird. Die stoffliche Verbindung kann durch Schweißen, insbesondere Laserschweißen, erreicht werden. Die Schweißverbindung kann punktuell oder umlaufend ausgebildet sein.

Alternativ wird vorgeschlagen, daß der metallische Katalysatorträgerkörper mit dem Halter verlötet ist. Diese Verbindungstechnik ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn der metallische Katalysatorträgerkörper aus wenigstens teilweise strukturierten Blechen besteht, die wenigstens teilweise miteinander verlötet werden. Die Lötverbindung der wenigstens teilweise strukturierten Blechlagen des Katalysatorträgerkörpers und die Lötverbindung des Katalysa torträgerkörpers mit dem Halter kann während eines gemeinsamen Lötvor gangs hergestellt werden.

Alternativ wird vorgeschlagen, daß die Anordnung sich durch wenigstens einen keramischen Katalysatorträgerkörper auszeichnet, wobei zwischen dem Katalysatorträgerkörper und dem Halter wenigstens eine Dämmatte angeordnet ist. Durch die Dämmatte wird ein unterschiedliches Ausdehnungsverhalten der Trageinheit und des keramischen Katalysatorträgerkörpers ausgeglichen, wodurch der Katalysatorträgerkörper sicher und zuverlässig in der Tragein heit angeordnet ist.

Nach einem weiteren erfinderischen Gedanken wird ein Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Trageinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13 vorgeschlagen, wobei das Abgassystem wenigstens einen Abgasströmungsweg aufweist, indem ein Halter mit einem Katalysatorträgerkörper angeordnet ist.

Insbesondere wird vorgeschlagen, daß in einem jeden Strömungsweg jeweils ein Halter mit einem Katalysatorträgerkörper angeordnet ist.

Zur Vermeidung von Bypassströmungen innerhalb des Abgasströmungsweges wird vorgeschlagen, daß jeder Halter einen Querschnitt aufweist, der im wesentlichen einem Querschnitt des Abgasströmungsweges entspricht.

Die Erfindung ist insbesondere geeignet für einen motornahen Einbau von katalysatorträgerkörpern. Es wird daher vorgeschlagen, daß das Abgassystem, das wenigstens einen Krümmer aufweist, der wenigstens einen Flansch zum Anschluß an eine Verbrennungskraftmaschine hat, so ausgebildet ist, daß das Verbindungselement der Trageinheit an dem Flansch anliegt. Insbesondere bildet das Verbindungselement eine Dichtung.

Der motornahe Einbau wenigstens eines Katalysatorträgerkörpers hat den Vorteil, daß der Katalysatorträgerkörper relativ schnell eine Temperatur erreicht, in der eine katalytische Umsetzung der Abgaskomponenten eines Abgases stattfindet. Hierdurch wird eine verringerte Emission bestimmter Abgaskomponenten, insbesondere von Kohlenmonoxid und Stickoxiden, wäh rend einer Kaltstartphase der Verbrennungskraftmaschine erreicht.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Trageinheit in einer Vor deransicht und im Vollschnitt,

Fig. 2 eine Draufsicht der Trageinheit nach Fig. 1,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Trageinheit in einer Vorderansicht und im Vollschnitt,

Fig. 4 die Trageinheit nach Fig. 3 in einer Draufsicht,

Fig. 5 eine Anordnung einer Trageinheit mit Katalysatorträgerkörpern im Vollschnitt,

Fig. 6 die Anordnung nach Fig. 5 in einer Draufsicht und

Fig. 7 ein Teil eines Abgassystems im Schnitt.

Fig. 1 zeigt eine Trageinheit 1 mit Haltern 2 und mit einem plattenförmigen Verbindungselement 3. Die Halter 2 und das Verbindungselement 3 sind einstückig ausgebildet. Das Verbindungselement 3 ist im wesentlichen quer zur Längserstreckung der Halter 2 ausgebildet.

Die Halter 2 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel rohrförmig ausgebildet. Andere Querschnitte der Halter 2 sind möglich. Diese können beispielsweise einen ovalen oder einen polygonalen Querschnitt aufweisen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier im Abstand zueinander ausgebildete Halter 2 vorgesehen.

Die Halter 2 sind durch einen Umformvorgang, insbesondere einen Tiefzieh vorgang, hergestellt.

Das Verbindungselement 3 weist an seinen gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Dichtfläche 4 bzw. 5 auf. Die Dichtfläche 4, 5 dient zur dichtenden Verbindung mit wenigstens einem Bauteil des Abgassystems. Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Dichtfläche 4 im wesentlichen ringförmig ausgebildet. Ein jeder Halter 2 ist innerhalb einer durch die Dichtfläche 4 begrenzten Fläche des Verbindungselementes 3 angeordnet. Alternativ kann ein jeder Halter 2 von wenigstens einer Dichtfläche umgeben sein.

Zur Verbindung des Verbindungselementes 3 mit einem Bauteil eines Ab gassystems weist das Verbindungselement 3 Bohrungen 6 auf.

Fig. 3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer Trageinheit 7. Die Trageinheit 7 weist Halter 8 auf, die mit einem plattenförmigen Ver bindungselement 9 verbunden sind. Die Halter 8 sind mit dem Verbindungs element 9 einstückig ausgebildet. Das Verbindungselement 9 erstreckt sich im wesentlichen quer zur Längserstreckung der Halter 8.

Das Verbindungselement 9 weist an seinen gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Dichtfläche 10, 11 auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist innerhalb der durch die Dichtfläche 10 bzw. 11 begrenzten Fläche ein jeder Halter 8 angeordnet.

Jeder Halter 8 weist eine Aufnahme 14 auf, die zur Aufnahme eines Kataly satorträgerkörpers geeignet ist. An dem dem Verbindungselement 9 gegen überliegenden Endbereich eines jeden Halters 8 ist jeweils ein in die Auf nahme 14 hineinragender Anschlag 13 vorgesehen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Anschlag 13 ringförmig ausgebildet. Der ringför mige Anschlag 13 läßt einen Durchlaß 12 frei. Der Anschlag 13 kann auch in Form von Vorsprüngen ausgebildet sein. Der Anschlag 13 dient zur Festlegung eines in der Aufnahme 14 angeordneten Katalysatorträgerkörpers.

Zur Festlegung des Verbindungselementes 9 an einem Eauteil eines Ab gassystems weist das Verbindungselement 9 Bohrungen 15 auf, durch die sich beispielsweise jeweils eine Schraube hindurch erstreckt.

In den Fig. 5 und 6 ist beispielhaft eine Ausgestaltung einer Anordnung 16 mit einer Trageinheit 17 dargestellt. Die Trageinheit 17 weist ein Verbin dungselement 18 sowie Halter 19, 20 auf. In dem Halter 19 ist ein Kataly satorträgerkörper 21 angeordnet. Die Längserstreckung des Katalysatorträger körpers 21 entspricht im wesentlichen der Längserstreckung des Halters 19. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Katalysatorträgerkörper 21 ein metallischer Wabenkörper, der aus glatten 22 und strukturierten 23 Blechen besteht, die Durchgangskanäle 24 für ein Abgas begrenzen.

In dem in der Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht der Halter 20 der Ausgestaltung des in der Fig. 3 bzw. 4 dargestellten Halter. Der Halter 20 weist einen Anschlag 25 auf, an dem ein Katalysatorträgerkörper 26 anliegt. Der Anschlag 25 läßt einen Durchlaß 27 frei, durch die ein den Katalysatorträgerkörper 26 durchströmendes Abgas ausströmt. Die Strömungs richtung des Abgases ist in der Fig. 5 min Pfeilen angedeutet. Der Aufbau des Katalysatorträgerkörpers 26 entspricht im wesentlichen dem Aufbau des Katalysatorträgerkörpers 21. Statt eines metallischen Katalysatorträgerkörpers kann auch ein keramischer Katalysatorträgerkörper verwendet werden. Bei einer solchen Verwendung eines keramischen Katalysatorträgerkörpers ist zwischen dem Katalysatorträgerkörper und dem Halter eine Dammatte an zuordnen, wodurch unterschiedliche thermische Ausdehnungen des Wabenkör pers und der Trageinheit kompensiert werden.

Fig. 5 zeigt, daß der Katalysatorträgerkörper 26 sich beidseits des Ver bindungselementes 18 erstreckt.

An dieser Stelle sei angemerkt, daß die in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungen der Trageinheit und der Anordnung beispielhaft sind. Kom binationen unterschiedlicher Ausgestaltungen sind möglich. Es ist nicht notwendig, daß die Trageinheit mehrere Kalter aufweist. Die Trageinheit kann auch aus lediglich einem Kalter mit einem Verbindungselement beste hen.

In der Fig. 7 ist ein Katalysatorträgerkörper 28 dargestellt, der unmittelbar an einen Auslaßkanal 29 eines Motorblocks 30 einer Verbrennungskraftma schine angeordnet ist. Der Katalysatorträgerkörper 28 ist in einer Trageinheit 31 angeordnet, die einen Kalter 32 und ein Verbindungselement 33 aufweist. Die Außenkontur des Halters 32 entspricht im wesentlichen einer Innenkon tur eines Kanals 34 eines Krümmers 35. Wie die Fig. 7 zeigt, ragt der Kalter 32 in den Kanal 34 des Krümmers 35 hinein. Der Krümmer 35 weist einen Flansch 36 mit Bohrungen 37 auf, durch die sich Gewindebol zen 38 hindurch erstrecken. Die Gewindebolzen 38 sind mit ihrem einen Ende am Motorblock 30 festgelegt. Das Verbindungselement 33 ist als eine Dichtung ausgebildet. Sie liegt zwischen dem Flansch 36 und einer Dicht fläche 39 des Motorblocks 30. Durch Muttern 40 wird über den Flansch 36 das Verbindungselement 33 an die Dichtfläche 39 des Motorblocks 30 gepreßt, so daß eine gasdichte Verbindung zwischen dem Motorblock, der Trageinheit und dem Krümmer entsteht. Die Anzahl der Halter 32 entspricht der Anzahl der Abgaskanäle 29 der Verbrennungskraftmaschine.

Der Katalysatorträgerkörper 28 kann mit dem Halter 32 verlötet sein. Dieser kann alternativ stofflich mit dem Halter 32 verbunden sein.

Bezugszeichenliste

1

Trageinheit

2

Halter

3

Verbindungselement

4

,

5

Dichtfläche

6

Bohrung

7

Trageinheit

8

Halter

9

Verbindungselement

10

,

11

Dichtfläche

12

Durchlaß

13

Anschlag

14

Aufnahme

15

Bohrung

16

Anordnung

17

Trageinheit

18

Verbindungselement

19

,

20

Halter

21

Katalysatorträgerkörper

22

glattes Blech

23

strukturiertes Blech

24

Abgaskanäle

25

Anschlag

26

Katalysatorträgerkörper

27

Durchlaß

28

Katalysatorträgerkörper

29

Auslaßkanal

30

Motorblock

31

Trageinheit

32

Halter

33

Verbindungselement

34

Kanal

35

Krümmer

36

Flansch

37

Bohrung

38

Gewindebolzen

39

Dichtfläche

40

Mutter

Claims

1. Trageinheit (1, 7, 17, 31) mit wenigstens einem Halter (2, 8, 19, 20, 32) zur Aufnahme eines Katalysatorträgerkörpers (24, 26, 28) eines Ab gassystems und mit einem plattenförmigem Verbindungselement (3, 9, 18, 33), das mit dem bzw. den Halter(n) (2, 8, 19, 20, 32) verbunden und mit wenigstens einem Bauteil des Abgassystems verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Halter (2, 8, 19, 20, 32) einstückig mit dem Verbindungselement (3, 9, 18, 33) ausgebildet ist bzw. sind, und das Verbindungselement (3, 9, 18, 33) im wesentlichen quer zur Längserstreckung des Halters (2, 8, 19, 20, 32) ausgebildet ist.

2. Trageinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Halter (2, 8, 19, 20, 32) durch einen Umformvorgang hergestellt ist bzw. sind.

3. Trageinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Halter (2, 8, 19, 20, 32) in einem Tiefziehvorgang hergestellt ist bzw. sind.

4. Trageinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese durch einen Urformvorgang hergestellt ist.

5. Trageinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halter (8, 20) wenigstens einen zur Anlage an einen Kataly satorträgerkörper (26) bringbaren Anschlag (13, 25) aufweist.

6. Trageinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (3, 9, 18) wenigstens eine Dichtfläche (4, 5, 10, 11) zur dichtenden Verbindung mit wenigstens einem Bauteil des Abgassystems aufweist.

7. Trageinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicht fläche (4, 5, 10, 11) ringförmig ausgebildet ist.

8. Trageinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeder Halter (2, 8, 19, 20, 32) innerhalb einer durch die Dichtfläche (4, 5, 10, 11) begrenzten Fläche angeordnet ist.

9. Anordnung mit einer Trageinheit () nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in einem jedem Halter (19, 20, 31) jeweils ein Katalysatorträger körper (21, 26, 28) angeordnet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Katalysatorträgerkörper (26) sich beidseits des Verbindungselementes (18) erstreckt.

11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch wenigstens einen metallischen Katalysatorträgerkörper (21, 26, 28), der stofflich mit dem Halter (19, 20, 32) verbunden ist.

12. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch wenigstens einen metallischen Katalysatorträgerkörper (21, 26, 28), der mit dem Halter (19, 20, 32) verlötet ist.

13. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch wenigstens einen keramischen Katalysatorträgerkörper, wobei zwischen dem Kataly satorträgerkörper und dem Halter eine Dämmatte angeordnet ist.

14. Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Trageinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das Abgassystem wenigstens einen Abgasströmungsweg aufweist, in dem ein Halter (32) mit einem Kataly satorträgerkörper (28) angeordnet ist.

15. Abgassystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in einem jeden Strömungsweg jeweils ein Halter (32) angeordnet ist.

16. Abgassystem nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halter (32) einen Querschnitt aufweist, der im wesentlichen einem Querschnitt des Abgasströmungsweges entspricht.

17. Abgassystem nach Anspruch 14, 15 oder 16 mit wenigstens einem Krümmer (35), der wenigstens einen Flansch (36) zum Anschluß an eine Verbrennungskraftmaschine (30) , dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (33) an dem Flansch (36) anliegt.

18. Abgassystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (33) eine Dichtung bildet.