DE19822858B4 - Katalysator zur Reinigung der Abgase einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Katalysator zur Reinigung der Abgase einer Brennkraftmaschine, mit einer die Katalyse der Abgase bewirkenden Beschichtung (2) auf einem Trägerkörper (1), der in Strömungsrichtung (4) der Abgase Durchlässe (3) aufweist, wobei der Trägerkörper (1) aus mehreren Lagen von Metallfolien besteht, die Perforationen (5) quer zu den Durchlässen (3) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (1) durch Torsion der Folienlagen eine Helix-Struktur einnimmt.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Katalysator zur Reinigung der Abgase einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
• Aus der DE 42 23 134 A1 ist ein Abgaskatalysator mit einem wabenförmigen Trägerkörper bekannt. Der Trägerkörper besteht aus mehreren ineinander verschlungenen Blechlagen, zwischen denen Durchlässe für die Abgase gebildet sind. Die Durchlässe liegen in Strömungsrichtung der Abgase.
• Dieser Katalysator weist infolge der Vielzahl von Blechlagen ein hohes spezifisches Gewicht bei zugleich hoher Wärmekapazität auf. Nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine muß eine relativ lange Warmlaufphase durchlaufen werden, bis der Katalysator die für einen optimalen Reinigungsgrad erforderliche Arbeitstemperatur erreicht. Während der Warmlaufphase werden die Schadstoffe im Abgas nur unzureichend umgewandelt.
• Aufgrund des hohen spezifischen Gewichts können nur Katalysatoren bis zu einer bestimmten Größe verbaut werden. Die Reinigungsleistung der Katalysatoren ist dadurch beschränkt.
• Wegen der großen Packungsdichte des Trägerkörpers baut sich im Abgasstrang am Katalysator ein hoher, die Strömung be hindernder Abgasgegendruck auf. Dies kann wegen Behinderung der Zylinderentleerung zu einem Leistungsverlust führen.
• Schließlich weisen derartige Katalysatoren eine schlechte Schalldämpfung auf.
• Aus der gattungsbildenden Druckschrift US 49 87 034 ist ein aus einer Mehrzahl von Blechlagen bestehender Katalysator bekannt, wobei die Blechlagen Perforationen und Erhebungen zur Ausbildung von Turbulenzen innerhalb des Katalysators ermöglichen sollen. Die Blechlagen sind entweder parallel oder konzentrisch zueinander ausgerichtet, so daß in Hauptströmungsrichtung durch den Katalysator nur ein geringer Strömungswiderstand zu erwarten ist. Dementsprechend wird auch nur ein vergleichsweise kleiner Anteil des durchströmenden Abgases in einen angrenzenden Zwischenraum zwischen benachbarten Blechlagen überwechseln, so daß nur ein geringer Austausch von Strömungsmedium zwischen benachbarten Zwischenräumen stattfinden wird.
• Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen gewichtsreduzierten Katalysator mit hoher Reinigungsleistung, gutem Ansprechverhalten und guten Schalldämpfungseigenschaften auszubilden.
• Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
• Die Perforationen erhöhen die Oberfläche des Trägerkörpers, der dadurch über eine größere Fläche mit der die Katalyse bewirkenden Beschichtung versehen werden kann. Die Leistungsfähigkeit des Katalysators ist erhöht bzw. es können bei gleicher Reinigungsleistung kleinere Katalysatoren eingesetzt werden. Zugleich ist die Wärmekapazität herabgesetzt, so daß der Katalysator schneller seine Arbeitstemperatur erreicht.
• Die Festigkeit des Trägerkörpers, der zweckmäßig als einteiliges Bauteil ausgebildet ist, bleibt trotz der Perforationen im wesentlichen erhalten. Dies ermöglicht den Einsatz dünnwandiger Trägerkörper, insbesondere aus Metall, mit einem geringen Gewicht.
• Die Perforationen verlaufen quer zu der in Richtung des Abgasstrangs verlaufenden Hauptströmungsrichtung des Abgases. Das Abgas kann auch seitlich zur Hauptströmungsrichtung den Katalysator durchströmen. Die Verweildauer des Abgases im Katalysator und der Kontakt mit der Katalysatorbeschichtung ist erhöht, wodurch die Reinigungswirkung gesteigert ist.
• Durch die zusätzlichen Ausbreitungsmöglichkeiten des Abgases im Katalysator ist die Druckdifferenz vor und hinter dem Katalysator reduziert. Der Abgasgegendruck ist herabgesetzt und behindert nicht die Zylinderentleerung.
• Der perforierte Trägerkörper unterstützt Schallreflexionen, die die Schalldämmung verbessern.
• Zweckmäßig besteht der Trägerkörper aus einer Metall-Trägerfolie, die zugleich den Katalysatormantel bilden kann, und/oder aus einer den Katalysatorinnenraum ausfüllenden, dreidimensionalen Trägerstruktur. Die Trägerstruktur kann ebenfalls als Trägerfolie ausgebildet sein und Wellenform aufweisen.
• Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
• 1 eine Ansicht eines gewellten Trägerkörpers,
• 2 eine Ansicht eines eben ausgebildeten Trägerkörpers.
• Der in 1 gezeigte Trägerkörper 1 ist Teil eines Katalysators im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Ottomotors. Der Trägerkörper 1 ist Träger der katalytisch wirkenden Beschichtung 2, beispielsweise Platin und Rhodium, und weist Durchlässe 3 auf, durch die das in Strömungsrichtung 4 geleitete Abgas geführt ist. Das Abgas kommt dabei mit der Beschichtung 2 auf dem Trägerkörper 1 in Berührung, wobei die Schadstoffe im Abgas durch Reduktion oder Oxidation umgewandelt werden. Die Strömungsrichtung 4 entspricht im wesentlichen dem Verlauf des Abgasstranges.
• Der Trägerkörper 1 weist eine Vielzahl von Perforationen 5 auf, die als Durchtrittskanäle in den Trägerkörper eingebracht sind und diesen von einer Seite zur anderen durchdringen, so daß sich zusätzliche, von der Haupt-Strömungsrichtung 4 abweichende Strömungskomponenten ausbilden können. Die Strömung der Abgase verläuft im Katalysator sowohl durch die Durchlässe 3 in Strömungsrichtung 4 als auch vertikal hierzu durch die Perforationen 5, deren Innenwandung vorteilhaft ebenso wie die Folien-Oberfläche mit einer katalytischen Beschichtung versehen ist. Die Perforationen sind zweckmäßig gleichmäßig auf dem Trägerkörper 1 verteilt angeordnet und haben alle etwa die gleiche Durchtrittsrichtung, die im wesentlichen vertikal zur Strömungsrichtung 4 des Abgases verläuft. Die Perforationen haben im gezeigten Ausführungsbeispiel einen runden Querschnitt. Es kommen aber auch Perforationen mit rechteckigem, rautenförmigem oder ovalem Querschnitt in Betracht.
• Gemäß einer weiteren Ausführung können die Perforationen auch regellos, mit beliebigem Querschnitt und mit einem von der Vertikalen abweichenden Winkel zur Strömungsrichtung des Abgases angeordnet sein.
• Der Trägerkörper 1 ist als gewellte Metallfolie ausgeführt, wobei die Durchlässe 3 durch die Wellenberge und Wellentäler der Metallfolie gebildet sind. Die gewellte Metallfolie eignet sich insbesondere als Einsatz im Katalysator-Innenraum, indem mehrere Lagen der Metallfolie vorzugsweise phasenversetzt übereinander gelagert sind, so daß ein Wellental einer Lage auf einem Wellenberg einer zweiten Lage liegt und zwischen den Lagen verlaufende Kanäle bzw. Durchlässe 3 gebildet sind. Die Durchlässe 3 verlaufen in Längsrichtung des Katalysators. Durch Torsion der Folienlagen kann eine Helix-Struktur erreicht werden. Der Katalysator-Innenraum ist mit einer dicht gepackten Trägerstruktur ausgefüllt. Aufgrund der geringen Foliendicke ist das Gewicht des Trägerkörpers niedrig gehalten.
• Es können entweder ausschließlich perforierte Lagen oder auch abwechselnd perforierte und nicht perforierte Lagen übereinander gestapelt sein. Es können sowohl gewellte als auch ungewellte Lagen verwendet werden.
• Die Trägerstruktur im Katalysator-Innenraum kann gemäß einer weiteren Ausführung auch als kompaktes, einteilig ausgebildetes Bauteil mit Perforationen ausgebildet sein.
• In 2 ist ein Ausschnitt eines in sich ebenen, wellenfrei ausgebildeten Trägerkörpers 1 mit Beschichtung 2 und vertikal zur Strömungsrichtung 4 verlaufenden Perforationen 5 gezeigt. Dieser Trägerkörper ist ebenfalls als Metallfolie ausgebildet und findet vorteilhaft Verwendung als zylindrisch geformter Katalysatormantel, der zugleich eine Stützfunktion ausübt. Der Zylinderinnenraum bildet hierbei den in der Strömungsrichtung des Abgases liegenden Durchlaß.
• Gegebenenfalls können auch mehrere ebenen Lagen mit zwischenliegenden Abstandshaltern aufeinander geschichtet sein, wobei die in Strömungsrichtung weisenden Durchlässe zwischen jeweils zwei Lagen verlaufen.
• Zur akustischen Optimierung des Abgas-Krümmers kann die Perforationsstruktur sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung des Katalysators einen Gradienten aufweisen. In Längsrichtung können abwechselnd perforierte und nicht perforierte Lagen aufeinanderfolgen.

Claims (4)

1. Katalysator zur Reinigung der Abgase einer Brennkraftmaschine, mit einer die Katalyse der Abgase bewirkenden Beschichtung (2) auf einem Trägerkörper (1), der in Strömungsrichtung (4) der Abgase Durchlässe (3) aufweist, wobei der Trägerkörper (1) aus mehreren Lagen von Metallfolien besteht, die Perforationen (5) quer zu den Durchlässen (3) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (1) durch Torsion der Folienlagen eine Helix-Struktur einnimmt.
2. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Perforationen (5) im Trägerkörper (1) etwa senkrecht zur Strömungsrichtung (4) ausgerichtet sind.
3. Katalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Katalysatormantel bildende Trägerfolie vorgesehen ist.
4. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolien gewellt ausgebildet sind.