DE202007008447U1

DE202007008447U1 - Abgaskrümmer für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE202007008447U1
Application number: DE200720008447
Authority: DE
Original assignee: Heinrich Gillet GmbH
Current assignee: Tenneco GmbH
Priority date: 2007-06-16
Filing date: 2007-06-16
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2017-06-17
Also published as: DE102008026638A1

Abstract

Abgaskrümmer für Verbrennungsmotoren, umfassend einen Zylinderflansch (1), wenigstens ein Krümmerrohr (2) und einen motornah eingebauten Abgas-Katalysator, dieser umfassend
– ein rohrförmiges Gehäuse (10),
– wenigstens ein Abgas-Ableitungsrohr (11)
– und ein rohrförmiges, katalytisch beschichtetes Funktionselement (12) im Gehäuse (10)
gekennzeichnet durch die Merkmale
– das wenigstens eine Krümmerrohr (2) ist in den Mantel des Gehäuses (10) eingeführt,
– das wenigstens eine Abgasableitungsrohr (11) ist axial orientiert und geht vom Zentrum des Funktionselements (12) aus,
– um das Funktionselement (12) ist ein Wärmetauscherelement (13) herumgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft Abgaskrümmer für Verbrennungsmotoren, umfassend einen Zylinderflansch, wenigstens ein Krümmerrohr und einen motornah eingebauten Abgaskatalysator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Abgaskatalysatoren benötigen eine bestimmte Mindesttemperatur, damit die katalytische Reaktion, mit der die im Abgas von Verbrennungsmotoren enthaltenen Schadstoffe wie NO_x oder CO zu Stickstoff und Kohlendioxid umgewandelt werden können, abläuft. Die höchste Schadstoffkonzentration im Abgas tritt nach dem Anlassen des Motors auf. Unglücklicherweise ist zu diesem Zeitpunkt der Abgaskatalysator kalt und kann seine Reinigungswirkung nicht entfalten. Um die Zeitspanne bis zum Erreichen der Betriebstemperatur zu verkürzen, gibt es zwei prinzipielle Maßnahmen: Zum einen wird die zu erwärmende Masse der vom Abgas berührten Komponenten so klein wie möglich gemacht, zum anderen wird der Katalysator so nah wie möglich am Motor positioniert. Die Vereinigung dieser beiden Prinzipien hat zur Ausbildung sogenannter Startkatalysatoren geführt.
Herkömmliche Startkatalysatoren besitzen als Träger der katalytisch aktiven Edelmetallschichten entweder einen keramischen Monolithen oder einen sogenannten Metalliten. In beiden Fällen handelt es sich um Körper, die von einer Vielzahl paralleler wabenartiger Kanäle durchzogen sind. Während des Durchströmens dieser Kanäle wird die Abgasströmung laminarisiert mit der Folge, dass die im Zentrum der Strömungsfäden sitzenden Schadstoffmoleküle die an der Kanaloberfläche sitzende Edelmetallschicht kaum noch erreichen. Darunter leidet die Umsetzungsrate. In der Folge müssen die Kanäle verhältnismäßig lang ausgelegt werden, was eine entsprechend vergrößerte Menge an Edelmetall zur Folge hat mit den bekannten finanziellen Folgen.
Des weiteren ist zu beobachten, dass bei den bekannten Abgaskatalysatoren das Abgas die Tendenz hat, sich im Zentrum des Wabenkörpers zu konzentrieren. Die Folge davon ist eine weitere Verringerung der Abgasreinigungskapazität. Das ist unbefriedigend.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abgaskrümmer mit motornah eingebautem Abgaskatalysator anzugeben, bei dem die beschriebenen Nachteile der herkömmlichen Katalysatoren beseitigt sind.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Abgaskrümmer mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Prinzip, die Abgase nicht mehr wie im Stand der Technik axial sondern radial durch den die katalytisch aktive Edelmetallschicht tragenden Funktionskörper strömen zu lassen. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass eine radiale Anströmung gegenüber der axialen Durchströmung erhebliche Vorteile hat, insbesondere wenn die Abgasströmung wie hier radial von außen nach innen strömt. Insbesondere sind die Strömungsverteilung über die Oberfläche des Katalysatorträgers und die Strömungsgeschwindigkeit durch das Volumen des Katalysatorträgers deutlich vergleichmäßigt. Durch den radialen Aufbau wird eine große Querschnittsfläche erreicht, was wiederum zu niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten im Katalysatorträger führt, so dass die Schadstoffmoleküle genügend Zeit haben, an der Edelmetalloberfläche zu reagieren. Angesichts der geringen Strömungsgeschwindigkeit und der geringen Kanallänge unterbleibt die bei den herkömmlichen Abgaskatalysatoren unvermeidliche und schädliche Laminarisierung der Abgasströmung. Der Katalysatorträgerkörper kann mit einer geringen Masse hergestellt werden, wodurch er sich schnell aufheizt. Außerdem erleiden die Abgase im Katalysatorträgerkörper auch nur einen geringen Druckverlust, was der Motorleistung zu Gute kommt.
Ein weiterer Vorteil ist das eingebaute Wärmetauscherelement. Dieses kann während der Startphase dazu benutzt werden, den Katalysatorträgerkörper aufzuheizen. Durch entsprechende Steuerung des Wärmetauschermediums kann das Wärmetauscherelement bei hohen Motorleistungen dazu verwendet werden, die Abgastemperatur abzusenken, um eine Überhitzung des Katalysatorträgers und der Edelmetallschichten zu verhindern, was bei motornah eingebauten Startkatalysatoren oft ein Problem ist. Des weiteren führt eine Vergleichmäßigung der Temperatur zu einer erhöhten Lebensdauer.
Gemäß einer Ausgestaltung hierzu kann das als Heizelement dienende Wärmetauscherelement als Induktionsspule realisiert werden. Mit Hilfe einer solchen Induktionsspule kann der Katalysatorträgerkörper oder, wenn er nicht aus Metall bestehende sollte, die Edelmetallschicht sehr schnell auf Betriebstemperatur gebracht werden. Dank der großen Oberfläche und der geringen Tiefe wird ein hoher Prozentsatz der Edelmetallschicht aufgeheizt.
Vorteilhafterweise ist das Wärmetauscherelement eine Rohrschlange. Alternativ kann das Wärmetauscherelement auch als Plattenwärmetauscher ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist der Durchfluss durch das Wärmetauscherelement mittels Ventil steuerbar.
Das katalytische Funktionselement selbst kann auf unterschiedliche Arten realisiert werden. Bevorzugt ist ein aufgewickelter Metallschaum oder auch eine Siliziumkarbid-Filterkerze.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.
Die Figur zeigt rein schematisch einen Abgaskrümmer für Verbrennungsmotoren, umfassend einen Zylinderflansch 1, drei Krümmerrohre 2 und einen motornah eingebauten Abgaskatalysator. Dieser umfasst ein rohrförmiges Gehäuse 10, wenigstens ein Abgas-Ableitungsrohr 11 und ein rohrförmiges, katalytisch beschichtetes Funktionselement 12 im Gehäuse 10.
Die Krümmerrohre 2 sind radial in den Mantel des Gehäuses 10 eingeführt. Dadurch strömen die Abgase radial auf und durch das katalytisch aktive Funktionselement 12. Nachdem sie das Funktionselement 12 durchströmt haben, verlassen sie das Gehäuse 10 durch das im Zentrum des Funktionselements 12 sitzende Abgas-Ableitungsrohr 11.
Um das katalytische Funktionselement 12 ist eine als Wärmetauscherelement dienende Rohrschlange 13 herumgelegt. In die Verrohrung ist ein Ventil 14 eingesetzt, welches den Durchfluss durch das Wärmetauscherelement 13 steuerbar macht. Je nach Betriebszustand kann das Wärmetauschermedium als Kühlung oder als Heizung eingesetzt werden.

Claims

Abgaskrümmer für Verbrennungsmotoren, umfassend einen Zylinderflansch (1), wenigstens ein Krümmerrohr (2) und einen motornah eingebauten Abgas-Katalysator, dieser umfassend – ein rohrförmiges Gehäuse (10), – wenigstens ein Abgas-Ableitungsrohr (11) – und ein rohrförmiges, katalytisch beschichtetes Funktionselement (12) im Gehäuse (10) gekennzeichnet durch die Merkmale – das wenigstens eine Krümmerrohr (2) ist in den Mantel des Gehäuses (10) eingeführt, – das wenigstens eine Abgasableitungsrohr (11) ist axial orientiert und geht vom Zentrum des Funktionselements (12) aus, – um das Funktionselement (12) ist ein Wärmetauscherelement (13) herumgeführt.
Abgaskrümmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal – das Wärmetauscherelement (13) ist eine Rohrschlange.
Abgaskrümmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal – das Wärmetauscherelement (13) ist ein Plattenwärmetauscher.
Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch das Merkmal – der Durchfluss durch das Wärmetauscherelement (13) ist mittels Ventil (14) steuerbar.
Abgaskrümmer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch das Merkmal – das Wärmetauscherelement (13) umfasst auch ein Heizelement.
Abgaskrümmer nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch das Merkmal – das Heizelement ist als Induktionsspule realisiert.
Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch das Merkmal – das katalytische Funktionselement (12) ist durch einen aufgewickelten Metallschaum realisiert.
Abgaskrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch das Merkmal – das katalytische Funktionselement (12) ist als Siliziumcarbid-Filterkerze realisiert.