DE19932778B4

DE19932778B4 - Vorrichtung zur katalytischen Reinigung von Abgasen aus einer Brennkraftmaschine, insbesondere von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE19932778B4
Application number: DE19932778A
Authority: DE
Inventors: Jörg-Dieter Baetge; Stephan Weidemann; Christian Bunnenberg
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 1999-07-14
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2019-07-15
Also published as: DE19932778A1

Abstract

Eine Vorrichtung zur katalytischen Reinigung von Abgasen aus einer Brennkraftmaschine, insbesondere von Kraftfahrzeugen, weist ein Gehäuse mit je einer Abgaszu- und -ableitung auf. Im Inneren des Gehäuses sind vom Abgas in zueinander entgegengesetzten Richtungen durchströmte Katalysatoren angeordnet und Mittel zur Umlenkung der Abgase vorgesehen. An der einen Stirnseite (12, 12a) des im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Gehäuses (10, 10a) sind Abgaszu- und -ableitung (13, 13a bzw. 14, 14a) nebeneinander angeordnet und an der anderen Gehäuse-Stirnseite (23) sind die Mittel (22, 28, 29; 31, 32) zur Umlenkung der Abgase von der Anströmrichtung (18, 19) in die Abströmrichtung (20, 21) ausgebildet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein wesentliches Problem bei derartigen Abgas-Reinigungsanlagen von Kraftfahrzeugen besteht darin, daß einerseits ein möglichst großes Katalysator-Volumen erforderlich ist, um die gewünschte Abgasreinigung zu gewährleisten. Andererseits ist aber der zur Verfügung stehende Bauraum im Bodenbereich des Kraftfahrzeugs zumeist nur sehr begrenzt.
Durch die DE 92 01 320 U ist eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art bekannt geworden, bei der Abgaszuleitungen an der einen Stirnseite und Abgasableitungen an der anderen Stirnseite eines das Katalysator-Substrat enthaltenden Gehäuses angeordnet sind. Eine Durchströmung des Katalysator-Substrats kann – je nach gewünschtem Reinheitsgrad bzw. anfallender Abgasmenge – wahlweise in einer Richtung oder – durch Aktivierung von Umlenkmitteln – in zueinander entgegengesetzten Richtungen erfolgen. In letzterem Fall muß je eine der jeweils doppelt vorhandenen Abgaszu- und -ableitungen durch Absperrklappen verschlossen werden. Eine Lösung des Problems knappen Bauraumes stellt diese aufwendige bekannte Abgas-Reinigungsvorrichtung nicht dar.
Eine vergleichbare Abgas-Reinigungsvorrichtung zeigt auch die DE 43 36 632 A1 . Hier sind zwei hintereinander angeordnete und in Reihe geschaltete Katalysatoren vorgesehen, die in gegensinniger Strömungsrichtung durchströmt, hierbei aber jeweils radial angeströmt werden. Abgaszu- und -ableitung liegen ebenfalls koaxial hintereinander, so daß die Zuströmrichtung der Abströmrichtung entspricht. Auch diese bekannte Anlage vermag den knappen Bauraumverhältnissen bei Kraftfahrzeugen nicht gerecht zu werden.
Aus der US 4 495 153 A ist bereits ein katalytischer Konverter zur Behandlung von Motorabgasen bekannt, mit einem eine Abgas-Zu- und -Ableitung aufweisendem Gehäuse, in dessen innerem ein vom Abgas in zu einander entgegen gesetzten Richtungen durchströmter Katalysator angeordnet ist sowie Mittel zur Umlenkung der Abgase. An der einen Stirnseite des im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Gehäuses sind Abgas-Zu- und -Ableitung nebeneinander angeordnet, wobei an der anderen Gehäuse- Stirnseite Mittel zur Umlenkung der Abgase von der Anströmrichtung in die Abströmrichtung ausgebildet sind.
Ausgehend von dem geschilderten Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Abgas-Reinigungsvorrichtung zu schaffen, bei der größtmögliches Katalysator-Volumen auf minimalem Bauraum verwirklicht ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Gattung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung enthalten die Patentansprüche 2 bis 7.
Abgesehen von den sich aus der Lösung der gestellten Aufgabe unmittelbar ergebenden Vorteilen, besteht ein weiterer Vorzug der erfindungsgemäßen Abgas-Reinigungsvorrichtung darin, daß sie aufgrund des benötigten nur vergleichsweise kleinen Bauraumes über eine bessere Wärmekapazität verfügt als herkömmliche Abgas-Reinigungsvorrichtungen. Darüber hinaus zeichnet sich der Gegenstand der Erfindung durch nur wenige benötigte Bauteile, geringes Gewicht und niedrige Fertigungskosten aus.
Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen veranschaulicht, die im folgenden detailliert beschrieben werden. Es zeigt:
1 eine Ausführungsform einer katalytischen Abgas-Reinigungsvorrichtung in Seitenansicht,
2 einen Schnitt längs der Linie II-II in 1,
3 den Gegenstand von 1 und 2, in Pfeilrichtung A (2) betrachtet,
4 eine perspektivische Darstellung der Abgas-Reinigungsvorrichtung nach 1 bis 3,
5 eine andere Ausführungsform einer Abgas-Reinigungsvorrichtung, in Schnittdarstellung entsprechend 2, und
6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in 5.
In 1 bis 4 bezeichnet 10 ein ovalzylindrisches Gehäuse einer Vorrichtung zur katalytischen Reinigung von Abgasen für ein brennkraftmaschinengetriebenes Kraftfahrzeug. Wie insbesondere aus 2 hervorgeht, ist das Gehäuse 10 mit einem katalytisch wirkenden Substrat ausgefüllt, das insgesamt mit 11 beziffert ist. Es kann sich hierbei um ein keramisches oder metallisches Katalysatormaterial handeln. An einer Stirnseite 12 des Gehäuses 10 ist eine konisch ausgebildete Abgaszuleitung 13 angeordnet, die über geeignete Rohrleitungen (nicht gezeigt) mit dem Auspuffsystem der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs in Verbindung steht. An derselben Stirnseite 12 des Gehäuses 10 und parallel neben der Abgaszuleitung 13 angeordnet befindet sich eine gleichermaßen konisch ausgestaltete Abgasleitung 14, durch die die Abgase nach Durchströmen des katalytischen Materials 11 ins Freie abgeführt werden.
Wie insbesondere 2 erkennen läßt, ist zwischen der Abgaszuleitung 13 und der Abgasableitung 14 ein Blechstreifen 15 angeordnet, der in das Katalysatormaterial 11 hineinragt und dadurch die Funktion einer Labyrinthdichtung ausübt. Der Blechstreifen 15 kann hierbei zweckmäßigerweise durch die in ihren katalysatorseitigen Endabschnitten entsprechend eng aneinanderliegenden Wandungen der Abgaszuleitung 13 und der Abgasableitung 14 gebildet werden.
Der Blechstreifen 15 hat die Wirkung, daß das Katalysatormaterial 11 in zwei aneinander angrenzende Katalysatoren 16 und 17 aufgeteilt wird, die in gegensinnigen Richtungen vom Abgas durchströmt werden. So wird ein sich in Verlängerung der Abgaszuleitung 13 erstreckender erster Katalysator 16 – entsprechend dem in Pfeilrichtung 18 zugeleiteten Abgas – in Pfeilrichtung 19 und ein mit der Abgasableitung 14 koaxialer zweiter Katalysator 17 in Pfeilrichtung 20 durchströmt. In dieser Richtung – vgl. Pfeil 21 – verläßt anschließend das gereinigte Abgas die Abgas-Reinigungsvorrichtung durch die Abgasableitung 14 (siehe 2).
Hierzu bedarf es einer entsprechenden. Richtungsänderung der Abgase innerhalb des Gehäuses 10. Diesem Zweck der Abgasumleitung dient eine schalenförmig gewölbte Kappe 22, die den rückseitigen Abschluß des Gehäuses 10 an dessen zweiter Stirnseite 23 bildet. Um den Umlenkvorgang – in 2 durch Pfeile 24 bis 27 angedeutet – innerhalb der Kappe 22 strömungstechnisch zu begünstigen, können Leitbleche 28, 29 vorgesehen sein. Auch eine kugelige Ausgestaltung der Kappe 22 ist denkbar.
Die Ausführungsform nach 5 und 6 zeichnet sich dadurch aus, daß der mit der Abgaszuleitung 13a verbundene erste Katalysator 16a rohrförmig und der mit der Abgasableitung 14a verbundene zweite Katalysator 17a ringzylinderförmig ausgebildet ist. Des weiteren ist der zweite Katalysator 17a konzentrisch zu dem ersten Katalysator 16a, diesen dabei unmittelbar umschließend, angeordnet. Das die beiden konzentrischen Katalysatoren 16a, 17a enthaltende und diese unmittelbar umschließende Gehäuse 10a ist kreiszylinderförmig ausgebildet. Am Übergang der Abgaszuleitung 13a in den ersten Katalysator 16a ist ein zylinderförmiger Dichtring 30 angeordnet.
Eine Gemeinsamkeit mit der Ausführungsform nach 1 bis 4 besteht darin, daß auch bei der Variante nach 5 und 6 Abgaszuleitung 13a und Abgasableitung 14a an ein und derselben Stirnseite – 12a – des Gehäuses 10a nebeneinander angeordnet sind. Zwischen der mit 31 bezifferten anderen Stirnseite des Gehäuses 10a und den Katalysatoren 16a, 17a erstreckt sich ein Freiraum 31, der die Funktion hat, ein Umlenken des Abgasstromes zu bewirken bzw. zu ermöglichen. Der betreffende, den Freiraum 31 umschließende Teil des Gehäuses 10a, in 5 mit 32 bezeichnet, könnte auch – entsprechend der Ausführungsform nach 1 bis 4 – als separates Kappenteil ausgebildet und flanschartig mit dem Gehäuse 10a verbunden sein. Auch eine gewölbte Ausgestaltung des Gehäuseteils 32, ebenfalls ähnlich der Ausführungsform nach 1 bis 4, wäre möglich und gegebenenfalls zweckmäßig.
Die von der (nicht dargestellten) Brennkraftmaschine kommenden, zu reinigenden Abgase werden durch die Abgaszuleitung 13a dem rohrförmigen ersten Katalysator 16a zugeleitet, durchströmen diesen in Pfeilrichtung 18 und gelangen danach in den Freiraum 31. Dort erfolgt eine Umlenkung radial nach außen in Pfeilrichtung 33, 34. Die Abgase gelangen daraufhin in den ringzylinderförmigen zweiten Katalysator 17a und durchströmen diesen in Pfeilrichtung 21. Schließlich gelangen die Abgase in einen ringförmigen Freiraum 35, durchströmen – wie durch einen Pfeil 36 angedeutet – in Umfangsrichtung die Abgaszuleitung 13a bzw. den Dichtring 30 und gelangen schließlich in die Abgasableitung 14a, von wo sie in Pfeilrichtung 21 ins Freie abgeführt werden.

Claims

Vorrichtung zur katalytischen Reinigung von Abgasen aus einer Brennkraftmaschine, insbesondere von Kraftfahrzeugen, mit einem eine Abgaszu- und -ableitung aufweisenden Gehäuse, in dessen Innerem zumindest ein vom Abgas in zueinander entgegengesetzten Richtungen durchströmter Katalysator angeordnet und Mittel zur Umlenkung der Abgase vorgesehen sind, wobei an der einen Stirnseite (12a) des im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Gehäuses (10a) Abgaszu- und -ableitung (13a bzw. 14a) nebeneinander angeordnet und an der anderen Gehäuse-Stirnseite (23) die Mittel (31, 32) zur Umlenkung der Abgase von der Anströmrichtung (18, 19) in die Abströmrichtung (20, 21) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Abgaszuleitung (13a) verbundener erster Katalysator (16a) rohrförmig und ein mit der Abgasableitung (14a) verbundene zweiter Katalysator (17a) ringzylinderförmig ausgebildet ist und daß der zweite Katalysator (17a) konzentrisch zu dem ersten Katalysator (16a), diesen dabei unmittelbar umschließend, angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Katalysator (16a) unmittelbar mit der Abgaszuleitung (13a) und ein zweiter Katalysator (17a) unmittelbar mit der Abgasableitung (14a) verbunden ist, derart, daß die zu reinigenden Abgase – in Anströmrichtung (18) – zuerst den ersten Katalysator (16a) durchströmen, danach durch die Umlenkmittel (31, 32) um 180° umgelenkt und in den zweiten Katalysator (17a) eingeleitet werden, den sie in Abströmrichtung (21) durchströmen, und daß die Abgase von dem zweiten Katalysator (17a) in die Abgasleitung (14a) gelangen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse an seiner zur Abgaszu- und -ableitung entgegengesetzten Stirnseite eine etwa schalen- oder kugelförmig gewölbte Kappe aufweist, die zur Umlenkung der Abgase aus der Anströmrichtung in die Abströmrichtung dient.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kappe Strömungsleitbleche angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das die beiden konzentrischen Katalysatoren (16a, 17a) enthaltende und diese unmittelbar umschließende Gehäuse (10a) kreiszylinderförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Übergang der Abgasleitung (13a) in den ersten Katalysator (16a) ein zylinderförmiger Dichtring (30) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Abgaszu- und -ableitung (13a bzw. 14a) jeweils konisch mit sich zum Gehäuse (10a) hin erweiternden Querschnitt ausgebildet sind.