DE2261663A1

DE2261663A1 - Katalytische entgiftungseinrichtung zur behandlung der abgase von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2261663A1
Application number: DE19722261663
Authority: DE
Inventors: Gerhard Gaysert
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1972-12-16
Filing date: 1972-12-16
Publication date: 1974-06-20
Also published as: FR2211041A5; SE431894B; US4143117A; DE2261663C2; JPS5619454B2; GB1453465A; JPS5082427A; IT1002320B

Description

J. Eberspicher 73 Essligen/N., den 13. 12. 72 Eberspächerstr. 24

Katalytische Entgiftungseinrichtung zur Behandlung der Abgase von Brenn·*

kraftmaschinen.

Die Erfindung betrifft eine katalytische· Entgiftungseinrichtung zur Behandlung der Abgase von Brennkraftmaschinen unter Verwen dung monolithisch aufgebauter keramischer Wabenkörper als Kata lysatorträger zur katalytischen Oxydation und/oder Reduktion der im Abgas einer Brennkraftmaschine enthaltenen gesundheitsschäd lichen bzw. für die Umwelt lästigen Bestandteile. Darunter fallen nach heutigem Erkenntnisetand insbesondere die Stoffe Kohlennonoxyd CO₁ ungebrannte oder nur teilverbrannte Kohlenwasserstoffe

C II sowie Stickoxyde Itö >
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Ls ist bekannt, daß zur Umwandlung der genannten Schadstoffe rtit Vorteil Katalysatoren eingesetzt werden können. Bei den bisher verwendeten Abgaskatalysatoren wird die katalytische aktive Substanz (z. B. Platin) auf einen keramischen porösen Träger aufgebracht, der die Form kleiner zylindrischer oder kugel förmiger "Pellets" hat. Diese Pellets (übliche Abmessungen liegen zwischen 1 und 4 mm 0) werden in einem mit perforierten Blechen versehenen Blechgehäuse eingelagert, das vom Motorenabgas durchströmt wird.
Die Hauptnachteile dieser Granulat-Katalysatoren sind

1, der hohe Strömungswiderstand, damit verbunden hoher Abgasgegendruck, was wieder ein Abfallen der maximal erzielbaren Motorleistung zur Folge hat;

2. die vergleichsweise hohe Wärmekapazität G · C der Katalysatorfüllung, welche einer schnellen Aufheizung auf Betriebsten-

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peratur nach Kaltstart des Motors entgegensteht; 3t) der hohe Abrieb der Pellets, der ein i-.rreichen der von den Behörden vorgeschriebenen Mirulestlebcnsdauer der Hnt^iftungsanlage nicht gewährleistet,

Hs ist ferner bekannt, daß nit Vorteil als Katalysatoren monolithisch aufgebaute Trägerkörper, die aus einen zusar.nenhän"enden Gerippe aus porösen, keramischen Material bestellen, eingesetzt werden können. Diese in der Fachwelt als "labcnkörpcr" bezeichneten Llencnte bestehen in der Regel aus zylindrischen Blocken nit ca« 100 mm 0 und Längen zwischen 50 und 200 rr.n. Die genannten Maße sind typisch für den in einen rkw der europäischen Mittelklasse vorzusehenden Abgaskatalysator.

Die von dem Gerippe gebildeten Strunungskanäle haben üblichenase quadratischen oder trapezfömigc;: querschnitt nit clr.oi lichten Querschnitt zwischen 1 und 3 im . Dadurch werden bei einen Körper der beschriebenen Größenordnung einige Tausend parallele ^tr kanäle nit nahezu konstanten Oucrschnittsverlauf erreicht. Tin Dei|)iel eines kernnischen l.'abenkörpers ist in der !)0Γ 1 176 ^r>^ⁿ beschrieben. Die V.'aöenkürper haben, bedingt durcli die «crin^cn Wandstärken von einigen Zehr.telnill inetcrr. ihrer P.in^enstru!. tür, relativ geringe nechanische Festigkeit und sind ^e^en Deans; ruchung durch schnell wechselnde Temperaturen, insbesondere Thernoschock, anfällig. Der V.armeausdehnur.gskoeffizient ist nerl.licli kleiner als der bei den zur halterung in Frage konnenden letall-Legierungen. Deshalb leidet eine direkte halterung des Vabenl.örpers in einer starren i/lec^konstruktion grundsatzlicli aus. Versuche, den V.'abenkürper nit einer Zwischenlage aus liocahitzelieständiger Keranikfaser in Metallgehäuse einzubetten, wurden durchgeführt, erwiesen sich jedoch bisher als nicht ausreichend. *)ie starke Pulsation der Motorabgase nit dynanischen V.'echseldrücken

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von mehreren Zehntel Atmosphären zerstört in Zusammenwirkung mit den hohen Gastenperaturen - 800° C oder mehr - innerhalb weniger

Betriebstumlen die lleranikfaser.

Man hat ferner bereits,' um die elastischen Eigenschaften der Einbettung auch in ungünstiger, Detricbsfall noch voll wirksam zu erhalten sowie Relativbewegungen zwischen Mantel und 'nabenkörper infolge unterschiedlicher l.ärnedehnung und unterschiedliche Temperaturen aufzufangen bereits eine Lagerung vorgeschlagen, bei der der V.abenkurper mit Hilfe einer elastischen, auch bei iiolien Temperaturen noch wirksamen Lagerung im Gehäuse,

befestigt ist. Als Material der elastischen

Lagerung wurde als besonders geeignet ein vorbehandeltes Metallgestrick bezeichnet. Bei dieser bekannt gewordenen Anordnung kann die elastische Linbettung auch durch einen am Gehäuse sich abstützenden federnden Metallbalg erfolgen.

Es hat sich nun gezeigt, daß die z. B. in der deutschen Patentanmeldung P 22 45 535 beschriebenen Anordnung doch einen gewissen Aufwand im Zusammenbau und in der Paßgenauigkeit der verwendeten Teile bedingen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine katalytische Abgasanlage für Brennkraftmaschinen unter Verwendung elastisch gelagerter keramischer Katalysatorträger zu schaffen, bei der die Lagerung des Keramikkörpers in einfacher !.'eise und mit als Normteil herstellbaren Elementen erfolgen kann.

Ausgehend von dem in der deutschen Patentanmeldung 22 45 535 aufgezeigten Stand der Technik wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur elastischen Lagerung mindestens zwei hohlringförmige Elemente verwendet werden. Dabei können gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung diese Elemente aus einer Metallfolie bestehen.Ls hat sich gezeigt, daß durch die

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erfindungsger.äLe elastische Lagerung die hochempfindlichen Keramischen katalysatorträger in einfacher und betriebssicherer Weise gelagert werden können. Genau einer weiteren Ausgestaltung sind die hohlringförmigcn Elencntc nit cincp Mctnllgestrick ausgefüllt. Anstelle des Metallgestrickcs Kann auch eine ! crr.nischc Faser vcruendet werden oder eine Kombination aus .!etallgestrick und Kcrnrii!.· faser. Durch die erfindungsgenußc Füllung der elastischen Lagerung wird eine ausreichende Elastizität erreicht, wobei die Metallfolie sehr dünn gehalten werden kann. I&se Metallfolie hat die Aufgabe, die eingebetteten Materialien vor den Abgasstron zu schützen, so daß diese Materialien nicht in den Katalysatorwaucnkürpcr hineingetragen werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das hohlringfömige Element einen winkelförmigen Querschnitt auf und umschließt die Umlauf kante des V.'abenkörpers. Diese Ausgestaltung eignet sich für tine besonders einfache Montage«

« . ' Ferner hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß das hohlringfömige Element mit winkelförmigen Querschnitt aus •iner tragenden äußeren Schale aus Metall und einer weiteren dünnen den Wabenkörper umschließenden Schale aus Metallfolie besteht und daß beide Schalen an den Stoßstellcn fest miteinander verbunden sind. Durch diese Ausgestaltung wird ein besonders hohes Maß an Elastizität der Anordnung erreicht.
Einzelheiten der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt· Es

Fig. 1 eine Einbettung des Kabcnkürpers nit insgcsar.it vier elastischen Lagerelenenten,

Fig. 2 ein Ausfuhrungsdetail, wobei anstelle der in Fig. 1 dargestellten Llcncnte ein einzelnes Formstück Verwendung findet,

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Fig, 3 eine weitere Ausführungsvariante geniiß Anspruch 7. Fig. 1 zeigt die Einbettung eines keramischen monolithischen Wabenkatalysators 1 in das lUehgehäuse 2. Als elastische Zwisdhenlage werden hohlringfömige Elenente 3 nit zum Beisjiel ovalen Querschnitt verwendet,'die aus einer Metallfolie aus temperaturbeständigem Material bestehen, und einen nach auuen abgeschlossenen Hohlraum 4 bilden. Dieser Hohlraum 4 kann nit verschiedenen 'lassen ausgefüllt werden, z. E. mit einen Metallgestrick, das den Vorteil hoher Formbeständigkeit aufweist oder auch keramischen Faserstoffen mit hoher Temperaturbeständigkeit. Diese z. D, als Fiber-" frax oder Cerafelt bekannten Fasern können Temperaturen bis 1100° Celsius widerstehen, haben jedoch nicht genügend mechanische Festigkeit_R um den im Abgasstron herrechenden starken Pulsationen Stand zu halten· Hierzu wird die Keranikfaser durch das geschlossene Element 3 aus Metallfolie vor dem Einwirken des Abgasstromes geschützt. Zur Einbettung des l.abenkörpers sind insjjesant vier Lagerung elementο vorgesehen, wobei je zwei zur axilen und radialen Fixierung dienen. Die beiden Anschlagscheiben 5 und 6 ergeben die axiale Begrenzung und werden vor den Verschweißen axial verspannt* Der ringförmige Raum 7 zwischen Gehäuse 2 und Wabenkörper 1 einerseits und den beiden zur radialen Fixierung dienenden Forrakörpern 3 andererseits ist ebenfalls mit Keranikfaser ausgefüllt« Dadurch wird eine gute Kärmeisolation den frftiJUifc Körpers gegen das Gehäuse erreicht. Die von den Ringkürpern aus Metallfolie gebildeten Wärmebrücken sind unerheblich, da die Metallfolie eine geringe Dicke besitzt. In Fi^. 2 sind die in Fig. 1 dar.qe- · stellten getrennten Laccrolcnente fur radiale und axiale Halterung durch ein einzelnes Formstück S nit winkelförmigen Querschnitt ersetzt. Dabei ist der Aufbau des Fornstüekcs-8 um! die Füllung entsprechend der Teile 4. Fi^. 3 zeigt schließlich eine Ausführung,

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bei der die äußere Kontur 10 des Llencntcs nit relativ dickem Metall (z. L. 1 run) ausgeführt ist, während die innen liegende !.'and 11 aus Metallfolie besteht und nit den. äußeren Teil 10 fest verbunden ist, z. U. durch Schweißen oder Einbetten. Diese Mn.^nahne dient ebenfalls zur Lrhühung tier Elastizität.

Ein wesentlicher Vorteil ilcr erfindun^sgenügen Anordnung ist die "quas!^hydraulische" Wirkung des hohlrinßföraiccn Elenentcü 3 nit seiner elastischen Füllung 4. Die Liesesteifheit der .'letal 1 folie ist gering, d. h., die auftretenden .'.ormalkräftc werden weitgehend von den elastischen Eigenschaften der Füllung 4 bestimmt, !lan bekommt eine grÜGcre Freiheit in der Auswahl der in den Hohlrauu 4 einzufüllenden Materialien, da dieselben von Abgasstron isoliert sind und z. D. keine Lroaonsl.rafte auf sie einwirken können.

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Claims

1198 D J. Eberspächer 73 Esslngen/N., den 13. 12. Eberspächerstr. 24 Patentansprüche

1.) Katalytische Abgasentgiftungsanlage für Brennkraftmaschinen unter Verwendung elastisch gelagerter keramischer Katalysatorträger (1), dadurch gekennzeichnet, daß zur elastischen Lagerung mindestens zwei hohlringförmige Elemente (3) verwendet werden,

2.) Katalytische Abgasentgiftungsanlage für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (3)· aus einer Metallfolie bestehen.

3.) Katalytische Abgasentgiftungsanlage für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlringförmigen Elemente (3) mit einem Metallgestrick ausgefüllt sind.

4.) Katalytische Abgasentgiftungsanlage für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlringförmigen Elemente (3) mit einer keramischen Faser ausgefüllt sind.

5.) Katalytische Abgasentgiftungsanlage für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeiclinet, daß die hohlringförmigen Elemente (3) mit einer Kombination aus Metallgestrick und Keramikfaser das Metallgestrick durchsetzt.

6.) Katalytische Abgasentgiftungsanlage für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der hohlringförmigen Elemente einen winkelförmigen Querschnitt aufweist und die Umlaufkante (9) des V.'abenkörpers (1) umschließt. (Fig. 2)

7.) Katalytische Abgasentjiftungsanlage für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß das hohlringförmige Element mit winkelförmigem Querschnitt aus, einer tragenden äußeren Schale (10) aus Metall und einer dünneren den Uabonkörper (1) umschließenden Schale (11) aus Metallfo -

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besteht und beide Schalen an den Stoßstellen fest miteinander verbunden sind. (Fig. 3)

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