DE2128990A1

DE2128990A1 - Konverter zur katalytischen abgasreinigung

Info

Publication number: DE2128990A1
Application number: DE2128990A
Authority: DE
Inventors: Herbert Heitland
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1971-06-11
Filing date: 1971-06-11
Publication date: 1973-01-04
Also published as: US3814589A

Description

VOLIiSY/AGEHWERK Aktiengesellschaft

Unser Zeichen: K 1104
9704-Hu/Sa

Konverter zur katalytischen Abgasreinigung

Die Erfindung betrifft einen insbesondere für Kraftfahrzeuge bestimmten Konverter zur katalytischen Abgasreinigung mit einera den Katalysator enthaltenden Gehäuse sowie einem dieses umgehenden Bypass und diesen nur bei oberhalb eines vorgegebenen Temperaturwertes der Abgase öffnenden Ventilmitteln.

Es ist bekannt, daß für diese Zwecke verwendete Katalysatoren nur eine begrenzte thermische Haltbarkeit besitzen, aber im Rahmen der Abgasreinigung thermisch gerade hoch beansprucht werden. Diese thermische Beanspruchung beruht nicht nur auf der fühlbaren Wärme der den Katalysator durchströmenden Abgase, sondern auch auf der Wärmetönung der Reaktion der im Abgas vorhandenen reaktionsfähigen Komponenten.

Um die Lebensdauer von Katalysatoren in Anordnungen zur Abgasreinigung unter dem Gesichtspunkt der Temperaturbeanspruchung zu verlängern, hat man daher bereits einen Bypass vorgesehen, der beim Überschreiten eines vorgegebenen Wertes der Abgastemperatur durch temperaturempfindliche Vehtilmittel geöffnet wird und dann das Abgas unter Umgehung des temperaturempfindlichen. Katalysators ins Freie leitet. Eine derartige Anord-

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nung ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 917 133» 46c 6-6/01 in der Veise bekannt, daß in dem Katalysatorbett ein Temperaturfühler -vorgesehen ist, der seinerseits bei überschreiten des vorgegebenen Wertes der Abgastemperatur ein den Bypass öffnendes Ventil betätigt.

Biese bekannte Anordnung ist jedoch insofern nachteilig, als sowohl der Temperaturfühler als auch das Tentil den meist aggres siven Abgasen ausgesetzt sind und das Ventil bzw. seine Stellorgano to kräftig ausgelegt sein müssen, daß auch bei im Laufe der Zeit auftretenden KÖrrosiönserseheinungen eine sichere Punktion d*is Bypasses gewährleistet ist. Es genügt dabei nicht, ein Öffnen dos Bypasses bei hohen Temperaturen sicherzustellen; vielmehr muß der Bypass bei sälässigen Abgastemperatüren einwandfrei geschlossen sein, ds andererseits die einwandfreie Funk tion des Konverters als Abgasreinigungsanordnung nicht gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Konverter der zuletzt beschriebenen Art so auszubilden, daß diese Nachteila vermieden sind. Die erfindungsgeinäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator sowie das Gehäuse aus Materialien unterschiedlicher Wärmedehnung bestehen und der Katalysator nur in den in Strömungsrichtung der Abgase hinteren Bereich' des Gehäuses fest'eingespannt ist, während er von dem in Strömungsrichtung vorderen Bereich des Gehäuses,der eine Einmündung des Bypasses aafweist, frei und die Einmündung nur bei unterhalb des vorgegebenen Temperaturwertes liegenden Abgastemperaturen abdeckend aufgenommen ist.

Während also bei der beschriebenem bekannten Anordnung ein zu-Bltzlicher Temperaturfühler und zusätzliche Ventilmittel Verwendung finden, zeichnet sich die Erfindung gerade dadurch

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daß είβ ohne zusätzlichen Aurwand allein unter Benutsrmg von Eigenschaften, dee Gehäuses und den Katalysators eine temperaturabhängige Abdeckung für die Einmündung des Bypasses in das Gehäuse schafft. Die Ventilmittel für das Wirksammachen des Bypasses werden bei der "Erfindung also durch das Gehäuse und den Katalysator selbst gebildet.

Verwendet man für das Gehäuse Stahl, der bekanntlich eine positive Temperaturdehnung besitzt, so erhält man insbesondere dann, wenn das Katalysatormaterial, wie häufig der Fall, eine nicht unerhebliche negative Temperaturdelmung besitzt, eine, beträchtliche Relativbewegung zwischen dem freien Ende des Katalysators einerseits und dem ihn aufnehmenden Endbereich des Gehäuses andererseits , so daß auch eine relativ große Einmündung des Bypass in das Gehäuse bei unterhalb des vorgegebenen Temperaturwerteε der Abgase liegenden Temperaturen einwandfrei abgedeckt, dagegen bei höheren Temperaturen freigegeben wird. Dabei wird man die Anordnung vorteilhafterweise so treffen, daß mit Steigen der Abgastemperatur der Querschnitt der Einmündung des Bypass stufenlos immer mehr durch den Katalysator freigegeben wird, also eine Anpassung der Beaufschlagung des Katalysators mit Abgas an die jeweilige Abgas temperatur vorgenommen wird. Gegebenenfalls kann man der Einmündung des Bypass in das Gehäuse auch eine bestimmte Querschnittsfonn geben, die eine bestimmte Gesetzmäßigkeit der Abhängigkeit der Beaufschlagung des Katalysators mit Abgas von der Abgastemperatur erzwingt.

An sich ist aus der Offenlegungsschrift 1 921 024, H k - 3/14, bereits eine Torrichtung zur Abgasoxydation bekannt, die die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der Materialien verschiedener Teile zur Freigabe bzw. Sperrung eines Bypass ausnutzt. Diese Teile sind jedoch wiederum Bestandteile eines recht komplizierten zusätzlichen Ventilmechanismus, während die Er-

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f inching- in vorteilhafter Weise gerade ohnehin vorhandene Bestandteile der Anordnung, nämlich das. Gehäuse und den Katalysator, mit ihren unterschiedlichen thermischen Eigenschaften zur Steuerung dee Bypass auenutzt.

Ein Aueführungßbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figur, die einen Längsschnitt durch den erfindungsgeinäßen Konverter zeigt, erläutert. Dabei sind mit ausgezogenen Linien die Verhältnisse bei denjenigen Abgastemperaturen dargestellt, die für den Katalysator zulässig sind, während gestrichelt die Lage von Kanten und Wänden der Anordnung bei höheren Temperaturen wiedergegeben ist, allerdings nur solcher Kanten und Wände, die ihre Lage bei Temperaturänderungen ebenfalls ändern.

Die Abgase durchströmen die Anordnung in Pfeilrichtung von der Zuführungsleitung 1 durch das Gehäuse 2 in die Auslaßleitung 3. Das Gehäuse 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel zylindrisch aus dem Mantel 4 und den beiden Stirnteilen 5 und 6 aufgebaut. Im Bereich der in Strömungsrichtung der Abgase vorderen Stirnwand 5 mündet in den Mantel 4 des Gehäuses 2 bei 7 der Bypass 8 ein, der bei niedrigen Abgastemperaturen infolge Abdeckung seiner Einmündung 7 durch den Katalysator $ unwirksam ist. Der P Katalysatorkörper 9 ist im Bereich seines in Strömungsrichtung hinteren Endes fest in das Gehäuse 2 eingespannt, was durch das Bezugszeichen 10 angedeutet ist. Diese Einspannung erfolgt nicht nur mechanisch fest, sondern auch gasdicht, so daß alle von der Zuführungsleitung 1 herkommenden Abgase durch den Katalysator 9 hindurchgehen müssen.

Während also der Katalysatorkörper 9 hei 10 im Bereich seines in der Figur rechten Endes feet eingespannt ist, wird er im übrigen von dein Gehäuse 2 frei umgeben, so daß bei Temperaturänderungen infolge unterschiedlicher Wärmedehnungen der Mate-

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rialien von Gehäuse 2 und Katalysator 9 iia Bereich des in der Figur linken Endes des Katalysators Eelativbewegimgen zwischen diesem und den Gehäuse auftreten. In der Figur ist angenommen, daß ein monolithischer Katalysator Verwendung findet, der ejne negative Wärme de hnung, d. h. eine Schrumpfung mit zunehmender Temperatur, aufweist. Demgemäß verschiebt sich bei höheren Temperaturen die in der Figur linke Stirnfläche 11 des Kataly-• eators in die bei 11· gekennzeichnete Stellung, während die Stirnwand 5 des Gehäuses 2 infolge positiver Wärmedehnung des für das Gehäuse verwendeten Stahles die mit 5¹ bezeichnete Lage einnimmt. Da die Stirnwand 5 dabei die Einmündung 7 des. Bypass 8 mitnimmt, gibt der Katalysatorkörper 8 die Einmündung 1 mehr oder weniger frei, so daß nunmehr der Bypass 8 in Funktion tritt. Damit er den Wärmedehnungen folgen kann, ist er bei 12 wellrohrartig und damit nachgiebig ausgebildet.

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Claims

AffSPEÜCJIB

Konverter zur katalytischer^ Abgasreinigung·, insbseoriclere für Kraftfahrzeuge, mit einem den Katalysator enthaltenden Gehäuse sowie einem dieses umgehenden Bypass und diesen mir bei oberhalb eines vorgegebenen Temps rattxrwertes der Abgase öffnenden Ventilmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (9) sowie das Gehäuse (2) aus Materialien unterschiedlicher Wärmedehnung bestehen, und der Katalysator (9) nur in den in Ströaungsrichtung der Abgase hinteren Bereich des Gehäuses (2) fest eingespannt (1O) ist, während er von dem in.-StrÖmungsrichtung vorderen Bereich des Gehäuses (2), der eine Einmündung (7) des Bypass (8) aufweist, frei und die Einmündung (7) nur bei unterhalb des vorgegebenen Temperaturwertes liegenden Abgastemperaturen abdeckend aufgenommen ist.
2. Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einmündung (7) einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt besitzt.

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