DE2300704A1

DE2300704A1 - Catalytic exhaust gas purifier - has ceramics element with fired molybdenum coating supported by corrugated tube

Info

Publication number: DE2300704A1
Application number: DE19732300704
Authority: DE
Inventors: Alfred Leins
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1973-01-08
Filing date: 1973-01-08
Publication date: 1974-07-11

Abstract

A catalytic purifier for the exhaust gases of internal combustion engines uses a ceramic honeycomb element of monolithic structure as the catalyst which is supported inside the exhaust pipe. The surface of the ceramic element is metallised by a paste of Mo and Mn, contg. 50-75% Mo, which is fired at 1000-1300 degrees C. Elastic elements, either made of an asbestos cpd. or in corrugated form, locate this assembly inside the exhaust pipe. The advantages are much improved mechanical strength of honeycomb ceramics, thermal shocks compensated, simple assembly; fit not disturbed by exhaust gas pulsations.

Description

Anordnung zur katalytischen Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen. Arrangement for the catalytic cleaning of the exhaust gases from internal combustion engines.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur katalytischen Reinigung der Abgase von Brennkratmachinen, bestehend aus einen in dem Abgasrohr angeordneten, vorzugsweise monolithisch aufgebauten keramischen Wabenkörper als Katalysator und Mitteln zu diesen Halterungen.The invention relates to an arrangement for catalytic cleaning the exhaust gases from Brennkratmachinen, consisting of one arranged in the exhaust pipe, preferably monolithically constructed ceramic honeycomb body as a catalyst and Means to these brackets.

Es ist bekannt, daß die Abgase von Brennkr'aftmaschinen gesundheitsschädliche Stoffe enthalten. lIierzu zählen insbesondere das Kohlenmonoxyd CO, unverbrannte oder nur teilverbrannte Kohlenwasserstoffe CHy sowie Stickoxyde tOx. Diese Stoffe lassen sich in weniger schädliche oder unschädliche Stoffe durch chemische Rea-ktionen überführen. Hierzu werden mit besonderen Vorteil Katalysatoren verwendet.It is known that the exhaust gases from internal combustion engines are harmful to health Contain substances. This includes in particular the carbon monoxide CO, unburned or only partially burned hydrocarbons CHy and nitrogen oxides tOx. These substances can be broken down into less harmful or harmless substances through chemical reactions convict. For this purpose, catalysts are used with particular advantage.

Es hat sich gezeigt, daß besonders gut Katalysatoren aus wonolithisch aufgebauten Trägerkörpern, die aus einem zusammenhängenden Gerippe aus porösem keramischem Material bestehend geeignet sind.It has been shown that catalysts made from wonolithic built-up support bodies, which consist of a coherent framework made of porous ceramic Material consisting are suitable.

Die in diesen Wabenkörpern gebildeten Strömungskanäle haben üblicherweise quadratischen oder trapezförmigen Querschnitt mit einer lichten Weite zwischen 1 und 3 mm2, Dadurch ergeben sich eine Vielzahl von parallelen Strömungskanälen mit nahezu konstant tem Querschnittverlauf. Ein derartiger keramischer Wabenkörper ist z. B. in der DOS 1 476 507 beschrieben. Diese bekannten Haben körper haben durch ihre Geometrie bestimmt, verhältnismäßig geringe mechanische Festigkeit und sind gegenüber Beanspruchung durch schnell wechselnde Temperaturen insbesondere gegen Thermoschocks sehr anfällig. Der Wärmeausdehnungskoeffizient ist bei diesen Wabenkörpern merklich kleiner als der bei den zur Halterung des tfabenkörpers infrage kommenden Metallegierungen. Deshalb bereitet die direkte Halterung des Wabenkörpers in einer stauen Blechkonstruktion extreme Schwierigkeiten, sie wird vielfach als unmöglich bezeichnet. Versuche, den lfabenkörper nit einer Zwischenlage aus hochhitzebeständiger Keramikfaser im letallgehäuse einzubetten, wurden ebenfalls durchgeführt, erwiesen sich jedoch bisher als nicht ausreichend. Die starke Puls at ion der Motorabgase mit dynamischen Wechseldrücken von mehreren. zehntel Atmosphären zerstört in Zusammenwirkung mit -den hohen Gastemperaturen von ca. 8000 C oder noch mehr innerhalb weniger Betriebsstund-en die Koramikfaser.The flow channels formed in these honeycomb bodies usually have square or trapezoidal cross-section with a clear width between 1 and 3 mm2, resulting in a large number of parallel flow channels with almost constant cross-section. Such a ceramic honeycomb body is z. B. in DOS 1,476,507. These well-known have bodies have been through their geometry determines, relatively low mechanical strength and are against stress caused by rapidly changing temperatures, in particular against Thermal shocks very susceptible. The coefficient of thermal expansion is in these honeycombs noticeably smaller than the one in question for holding the color body Metal alloys. Therefore, the direct mounting of the honeycomb body prepares in one stow sheet metal construction extreme difficulties, it is often considered impossible designated. Try to seal the oil body with an intermediate layer of highly heat-resistant Embedding ceramic fiber in the lethal housing has also been shown to have been performed however, so far as unsatisfactory. The strong pulse at ion of the engine exhaust gases with dynamic alternating pressures of several. tenths of an atmosphere destroyed in conjunction with the high gas temperatures of approx. 8000 C or even more more coramic fibers within a few hours of operation.

Es sind daher zur Ilalterung der'Wabenkörper schon verhältnismäßig komplizierte und aufwendige Konstruktionen bekanntgeworden. Diese haben jedoch alle den Nachteil, daß sie zu aufwendig sind und durch den schwierigen Zusammenbau die Gesamtanordnung erheblich verteuern.There are therefore already proportionate to the aging of the honeycomb body complicated and expensive constructions became known. However, they all have the disadvantage that they are too expensive and the difficult assembly Make the overall arrangement considerably more expensive.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur katalytischen Reinigung aufzuzeigen, die bei der Verwendung von monolithisch aufgebauten keramischen Wabenkörpern als Katalysatoren eine besonders vorteilhafte Lagerung des Xatalysators aufweist und daher in der lIerstellung und im Ein- bzw. Ausbau innerhalb des Abgassystems einfacher und billiger ist und trdzdem die Relativbewegungen zwischen Wabenkörper.und Mantel voll aufnimmt.The present invention is based on the object of an arrangement to show the catalytic cleaning when using monolithic Ceramic honeycomb bodies built up as catalysts are particularly advantageous Has storage of the Xatalyst and therefore in the preparation and in the input or Expansion within the exhaust system is easier and cheaper and still the relative movements between the honeycomb body and the jacket.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der-keramische Wabenkörper auf seiner Oberfläche eine metallische Schicht aufweist und daß mit dieser Schicht elastische Elemente - verbunden sind, die ihrerseits wiederum in dem Abgasrohr gelagert sind.According to the invention, this object is achieved in that the ceramic Honeycomb body has a metallic layer on its surface and that with this layer elastic elements - are connected, which in turn turn into the exhaust pipe are stored.

Es hat sich nämlich gezeigt, daß auf den Wabenkörper eine metallische Schicht aufgetragen werden kann, auf die sodann die halteelemente z. B. durch IIartlöten angebracht werden.können. Das '2Metallisieren" des Wabenkörpers geschieht durch Auftragen einer Metallpaste auf 65 % wo und und aus Mu und anschließendem Einbrennen dieser Mo/Mu-Schicht bei ca. 12000 C. Bei dem Einbrennvorgang verbindet sich Mu mit dem Sauerstoff der Luft zu MuQ, das Mo bleibt als Metall in der Schicht, so daß ein Verschweißen oder Hartlöten mit Eisen oder Beryllium möglich ist. In besonders vorteilhafter Weise werden in Weiterführung der Erfindung als elastische Halteelemente Wellrohrabschnitte angeordnet.It has been shown that on the honeycomb body a metallic Layer can be applied to which then the holding elements z. B. by soldering can be attached. The '2-metallizing' of the honeycomb body is done by Applying a metal paste to 65% where and and from Mu and then baking this Mo / Mu layer at approx. 12000 C. During the baking process, Mu combines with the oxygen in the air to form MuQ, the Mo remains as a metal in the layer, so that welding or brazing with iron or beryllium is possible. Especially are advantageous in a continuation of the invention as elastic holding elements Corrugated pipe sections arranged.

Dieses hat den Vorfil, daß die Relativbewegungen zwischen dei Wabenkörper und dem Mantel, d. h. dem Abgasrokr, in das der Katalyrotor eingesetzt ist, von diesen Weilrekrahsehnitten aufgenommen wird.This has the advantage that the relative movements between the honeycomb bodies and the coat, d. H. the exhaust gas pipe in which the catalytic converter is inserted from these Weilrekrahsehnitten is taken up.

Um eine einfache und für ein sclmelles Ein- und Ausbauen günstig ausgestaltete Anordnung zu erhalten, ist erfindungsgemäß das Abgasrohr zwischen den lialteelementen angeordnet und diese mit je einem Flansch zum Anschluß an eine Rohrleitung versehen, wobei diese Rohrleitung in der Regel die Abgasrohrleitung der Brennt kraftmaschine ist.To a simple and inexpensive for a quick installation and removal To obtain arrangement, according to the invention, the exhaust pipe between the lialteelemente arranged and each provided with a flange for connection to a pipeline, this pipe is usually the exhaust pipe of the internal combustion engine is.

Es ist jedoch durchaus denkbar, daß die Anordnung in einem Bypaß zu der Abgasrohrleitung angeordnet ist. Schließlich kOnnen gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung auch die elastischen Elemente als eine asbesthaltige Masse ausgebildet werden. Eine derartige Masse erfüllt alle Bedingungen, sowohl in Bezug auf die thermische Belastung als auch in Bezug auf die Elastizität. Dabei sollte die asbesthaltige Klasse sinterfähig sein. Dadurch daß die Elastizität von innen nach außen zunimmt, läßt sich außerdem neben der innigen Verbindung mit dem Keramikkörper eine zunehmende Elastizität abnutzen.However, it is quite conceivable that the arrangement is in a bypass the exhaust pipe is arranged. Finally, according to a further expedient Embodiment also designed the elastic elements as an asbestos-containing mass will. Such a mass fulfills all conditions, both in terms of thermal Load as well as in terms of elasticity. The asbestos-containing Class to be sinterable. Because the elasticity increases from the inside out, In addition to the intimate connection with the ceramic body, an increasing Wear out elasticity.

Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung sind anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert und beschrieben. Es zeigt Fig. 1 die Lagerung des keramischen llabenlörpers im Innern einer Rohrleitung, Fig. 2 die Ausbildung der halterung als wellrohrförmige Halteelemente und Fig. 3 ebenfalls eine halterung über wellrohrförmige Halteelemente.Details and developments of the invention are based on the in The embodiment illustrated in the drawing is explained and described in more detail. It shows Fig. 1 the storage of the ceramic llabenlörpers in the interior of a pipeline, FIG. 2 shows the design of the holder as a corrugated tube-shaped holding element, and FIG. 3 also a holder via corrugated tubular holding elements.

Der in dem Abgasrohr 9 zu lagernde keramische Wabenkörper 1 von dem Abgas durchströmt. Durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten und die außerordentlich niedrige Bruchfestigkeit des Wabenkörpers muß die Lagerung derart erfolgen, daß keine Kräfte auf den Wabenkörper 1 übertragen werden und somit keine Spannungen entstehen. Ilierzu wird zunächst der keramische Wabenkörper 1 mit einer metallischen Schicht 2 versehen. Dunh Einbrennen dieser Schicht 2 entsteht eine metallisierte Oberfläche des Wabenkörpers 1, über die mittels elastischer Elemente 3 eine Verbindung mit dem Rohr 4 hergestellt werden kann. Eine besonders günstige Ausgestaltung er elastischen Elemente 3 ist durch die Verwendung'von Wellrohren gegeben, da diese die größtmögliche Elastizität bei völliger Dichtheit aufweisen, Die Halteelemente 3 können entweder mit dem Rohr 4 durch Ilartlöten oder dergleichen verbunden sein, oder in den Flansch 5 des Rohres 4 gelagert werden. Dieser Flansch 5 dient der Verbindung mit dem Abgas rohr 9 über den Flansch 6, Die Flanschverbindung 5/6 ist für den einfachen Ein- bzw. Ausbau zweckmäßig, natürlich kann, wie in Fig.3 gezeigt, auch der Katalysatorteil in die Rohrleitung 9 eingeschweißt werden.The ceramic honeycomb body 1 to be stored in the exhaust pipe 9 of the Exhaust gas flows through. Due to the different expansion coefficients and the The storage must have such an extremely low breaking strength of the honeycomb body take place that no forces are transmitted to the honeycomb body 1 and thus none Tensions arise. Ilierzu is first of all the ceramic honeycomb body 1 with a metallic layer 2 provided. A burn-in of this layer 2 results in a metallized surface of the honeycomb body 1, over which by means of elastic elements 3 a connection with the pipe 4 can be established. A particularly cheap one Design of the elastic elements 3 is through the use of corrugated pipes given, because they have the greatest possible elasticity with complete tightness, The holding elements 3 can either be soldered to the tube 4 by Ilartlöt or the like tied together be, or be stored in the flange 5 of the tube 4. This flange 5 is used the connection with the exhaust pipe 9 via the flange 6, the flange connection 5/6 is useful for simple installation or removal, of course, as in Fig. 3 shown, the catalyst part can also be welded into the pipe 9.

Die Ausbildung der elastischen Halteelemente 3 als X,rellrohr hat ferner den Vorteil, daß bei Ausgestaltung des keramischen Haben körpers 1 in Faßform eine bessere Anpassung an die gerollten-Seitenlinien möglich ist.The design of the elastic holding elements 3 as an X, rellrohr has also has the advantage that with the design of the ceramic have body 1 in the form of a barrel a better adaptation to the rolled-sideline is possible.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich noch ein weiterer Vorteil. Der Raum 7 zwischen dem keramischen trabenkörper 1 und entweder dem Rohr 9 oder dem elastischen Element 3 kann mit einem zusätzlichen Katalysatorgeflecht, z. B. einem Metallgestrick aus Stahl mit Cu-Ilülle, angefüllt sein. Damit wird erreicht, daß dieses Gestrick ebenfalls als elastisches Element wirkt und gleichzeitig den an dem Wabenkörper 1 vorbeifließenden Abgasanteil entgiftet.In the case of the arrangement according to the invention, there is still another one Advantage. The space 7 between the ceramic trench body 1 and either the tube 9 or the elastic element 3 can be equipped with an additional catalyst mesh, z. B. a metal mesh made of steel with Cu-Ilülle filled. This achieves that this knitted fabric also acts as an elastic element and at the same time the on the honeycomb body 1 by flowing exhaust gas portion is detoxified.

Schließlich ist in Fig. 3 noch eine weitere Variante dr stirnseitigen Abdichtung und Lagerung des Wabenkörpers 1 durch Ilalteelemente 8 dargestellt. Diese Halteelemente 8 bestehen aus einem Metallring mit U-förmigem Querschnitt und in diesem Profil eingelegter elastischer Dichtungsmittel, Diese Lagerung kann wiederum an der metallischen Schicht 2 anliegen, sodaß auf den Wabenkörper kein Durck überbagen wird.Finally, in FIG. 3 there is still another variant dr on the end face Sealing and mounting of the honeycomb body 1 is shown by Ilaltelemente 8. These Retaining elements 8 consist of a metal ring with a U-shaped cross section and in this profile inserted elastic sealant, this storage can turn rest on the metallic layer 2 so that no pressure protrudes onto the honeycomb body will.

Claims

1.) Arrangement for the catalytic cleaning of the exhaust gases from internal combustion engines, consisting of a preferably arranged in the exhaust pipe of the internal combustion engine monolithic ceramic honeycomb body as a catalyst and funds its holder, characterized in that the ceramic honeycomb body (1) on its surface has a metallic sun light (2) and that with this layer (2) elastic elements (3) are connected, which in turn in the exhaust pipe (4) are stored.

2,) arrangement nach.Anspruch 1, characterized gekennzeiclmet that the metallic Layer (2) made of a stoved paste of Mo and Mu with a proportion of 50 up to 75% 11So formed and is burned in at 1000 - 13000 C.

3.) Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the elastic elements (1) are formed from an asbestos-containing class.

4.) Arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the elastic elements (3) are designed as corrugated tubular holding elements.

5.) Arrangement according to claim 4, characterized gekennzeic Hnet that the exhaust pipe (4) is arranged between the elements (3? And that these elements (3) with each a flange (5, 6) are provided for connection to an exhaust pipe.

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