DE2310207C2 - Auspuffanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem als Katalysatorträger dienenden, in einem metallischen Gehäuse gelagerten keramischen Monolithen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft cmc Auspuffanlage, insbeson deie fm Kraftfahrzeuge, nut einem als Katalysatorträger dienenden, in einem metallischen Gehäuse gelagerten keiamischen Monolithen Der Katalysator soll zur Nachveibreiiiutng eiwa noih in den Motorabgasen Hingeführter brennbarer Bestandteile dienen Als seht brauchbaic Kaialysaionragei haben sich sogenannte Monolithen ans Keramik 01 wiesen, die mit einer Vielzahl von p.iiallellaiifenden Kanälen ausgestattet sind, die lediglich durch dünne Zwischenwände voneinander getrennt sind

Diese keiamischen Monolithen müssen im Verlauf dci Abgasleitung der Auspiilfanlagc in einem sie gasdicht umgebenden metallischen Gehäuse gelagert werden Diese I agciung macht betrachtliche Schwierigkei ten da der keramische Monolith einen TemperaturausdehiHingskoeffi/icnten hat «let etwa zehn mal kleiner .ils derjenige von Stahl ist I s kommt dazu, daß der remperaliii anstieg der Anlage und der Temperaturunterschied zwischen dei Umgebung und der Auspuffanlage im Betrieb sehr groß sind Des weiteren sind auch Sihwinguugsbcauspruchungcn möglich, die ausgeschaltet werden müssen insbesondue dürfen keine Reson an/en /wischen dem keiamischen Monolithen und dem diesen Hingebenden Gehäuse in welchem er gelagert ist auftreten

Bekannte Aiisftilmingsfoiiuen sehen eine Lagerung des Monolithen 111 radialer Richtung durch zwischen Monolithcnoberllachc und (»ehauseinnenflache eingebrachte 1 agereleniente vor, die eine gewellte Form aufweisen und gegebenenlalls auch aus einer gewellten Matte aus Drahtgesirick bestehen Außerdem wurde schon die /uischcnlagcrong eines warmeisoherenden und stofjdampfcndcn Formteil·», voizugsweisc aus Asbest vorgcsihlagcn Die I ageiung in Axialrichtung geschieht einfach ohne Berücksichtigung von Ausdehntingsuntcrschicden in dieser Richtung und ohne Zwi schenfiigung elastischer I agctungsclcmcnie durch vom Gehäuse nach innen rayende und den Monolithen festlegende I-lausche

Diese bekannten I agerungen vei mögen zwar wenigstens zum Teil die bestehenden Pioblcmc zu überwinden, sie versagen aber zumindest bei hohen Schwingungsbelastungen und hohen Temperaturunterschieden, was insbesondere dann der Fall sein kann, wenn der Linb.iii des keramischen Monolithen in Motornahe unmittelbar am Saniinclrohr erfolgt~Ohr Lagerungsmittel verlieren dann schnell ihr·.* F culeiungskraft und werden schließlich zerstört, was auf Ausglühen und auf Werkstoffveranderungen durch den Warm-Kalt-Effekt zurückzuführen ist Insbesondere Asbest hat sich dabei als völlig ungeeigneter Lagerungswerksioff erwiesen

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Lagerung fur den keramischen Monolithen in dem ihn umgebenden metallischen Gehäuse im Verband der Auspuffanlage /11 finden, die eine einwandfreie Lagerung des Monolithen sowohl unter Berücksichtigung der großen Temperaturunterschiede als auch der Vermeidung von Schwingungsuberlragungen auf den Monolithen gewährleistet, insbesondere auch bei den zu erwartenden hohen Betriebstemperaturen

Die I rfiiulimg lost diese Aufgabe durch eine Auspuffanlage mit einem als Katalysatorträger dienenden, in einem metallischen Gehäuse gelagerten keramischen Monolithen, der in einem doppclwandigen Mantel, und zwar nur radial, gelagert ist, dessen folienartige Innen-1 wand den Monolithen eng umschließt und mit der das alleinige Stutzteil darstellenden Gehausewand an den I tuten gasdicht verbunden ist und dessen Innenraum mn Druckgas beaufschlagt ist

Mn dieser Lagerung wird erreicht, daß die innere. dünne, folienartige Wand den eingebrachten Monolithen im Bereich seiner gesamten Mantelflache fest tunschließt Damit ist der Monolith einwandfrei im Sinn der aufgezeigten Probleme und unter Überwindung derselben gelagert, wobei es einer Abstützung in axia- ·5 lei Richtung nicht bedaif Der auf die Mantelflache des Monolithen wirkende, ringsum gleichmäßige Druck kann mit den bisher fur die vorliegenden Zwecke verwendeten und bekannten I cdcrclementen niemals erleicht werden Ret Lrwarmung des Monolithen und sei nes Gehäuses dehnt sich auch das in dem den Monolithen umgebenden Druckbehälter befindliche das aus Der Anprcßdrutk auf den Monolithen wird also vergioßcrt, so daß die durch die veischiedenen Wanneausdehnungskoeffizienten gegebenen Unterschiede »5 von Monolith und Gehäuse ausgeglichen werden Die I iigeiung des Monolithen weist also eine parallel zur Temperaturerhöhung verlaufende Progiessivitat auf und vei halt sich damit genau umgekehrt wie alle anderen bisher angewendeten mechanischen Lagerungen 3«

Zwischen Gehausewand und folienartiger Innenwand kann noch eine mit Perforationen versehene Zwischenwand angeordnet sein, die mit jenen Wanden an den I »den ebenfalls gasdicht verbunden ist

Gegebenenfalls kann zusätzlich auf der Manteloberflache des Monolithen eine Schicht aus Mineralfaservlies bzw -gewebe, gegebenenfalls in Verbindung nut einem hochwarmfesten Zement, angebracht sein.

Bei Anordnung mehrerer axial ausgerichteter Monolithen kann die folienartige Innenwand zwischen diesen tacit innen gerichtete umlaufende Sicken aufweisen

Die Enden der Gehausewand sind vorzugsweise und in an sich bekannter Weise durch kegelstumpfformige Anschlußstticke mit der Zu- und/odei Ableitung losbar verbunden Hierzu kann ζ 13 eine flanschverbindung oder auch eine .Schnappverschlußverbindung vorgesehen scm

Die dei Manteloberflache des Monolithen zugerichtete Obei flache der folienartigen Innenwand kann geriffelt sein

Die gebildete Druckkammer kann an einen Vorratsbehälter angeschlossen sein, wobei in der Verbindungsleitimg cm Diuckmindervenlii, ein Ruckschlagventil und ein Manometer vorgesehen sind

Des weiteren kann der Vorratsbehälter seinerseits um einen Kompressor oder eine Luftpumpe angeschlossen sein Der Vorratsbehälter kann auch durch das Reserverad des Fahrzeugs gebildet weiden oder eine austatischbaie Druckluftflasche sein

Schließlich ist es möglich, die Druckkammer über eine entsprechend gestaltete Hydraulik-Pneumatik-Einrichtung an eine Hydraulikpumpe anzuschließen

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematise!» dargestellten Ausfuhrungsbeispielen des fcrfindungsgegenstands Dabei zeigt

F1 g I bis 4 verschiedene Ausfuhrungsformen, jeweils im Längsschnitt, und

I ig 5 bis 10 verschiedene Möglichkeiten von Versorgungsanlagen

Bei der Ausfuhrungsform nach F1 g 1 ist eine Gehausewand 1 mit einer Zwischenwand 2 und einer Innenwand aus dünnem folienartigem Blech bei 4 und 5, ζ. Β durch Schweißung, gasdicht verbunden. In der Innenwand 3 ist der keramische Monolith 6 allem gelagert. Die Gehausewand 1 setzt sich in an sich bekannter Weise in zwei kegelstumpfformige Anschlußstucke 7 und8fort,dieden Übergang zuden Leitungen9und !Oder Auspuffanlage bilden.

Die Zwischenwand 2 ist mit Perforationen 11 versehen, über die sie mit der durch die Gehausewand 1 gebildeten Kamn.er 12 in Verbindung steht Die Kammer 12 hat einer. Ansehliißstutzcn Π zur Zuführung eines Druckgases, vorzugsweise Druckluft

Die Innenwand 3 übertragt, wenn die Kammer 12 und damit auch die innere Kammer 14 unter Druck stehen, diese Diuckkrafte auf die Mantelfläche des Monolithen 6, was unter allen denkbaren Betriebsbedingungen dessen einwandfreie Lagerung mit sich bringt Bei der hier gezeigten Ausfuhrungsform übernimmt die Gehausewand 1 zwei Funktionen Sie dient zum einen als Reservebehalter fui die Druckluft und /um anderen gleichzeitig als Kühlmantel Es hat sich gezeigt, daß bei dieser speziellen Ausführung bei einer Temperatur von 1000⁰C im Monolithen die Oberflachenieniperatiir des durch die Kammer 12 gebildeten äußeren Lufimantels nur noch 2ö0"C betrug, also um ein wesentliches weniger {also etwa 180⁰C weniger) als bei den üblichen bekannten Lagerungen oder auch der erfindungsgemaß vorgeschlagenen grundsatzlichen Lagerung mit nur zwei Wanden und demgemäß einer Luftkammer

Die Lagerung des Monolithen mittels der Innenwand 3 ist so einwandfrei, daß eine axiale Abstutzung nicht mehr erforderlich ist Dies eröffnet Möglichkeiten, den Monolithen austauschbai in das Gehäuse einzubringen was späterhin noch im einzelnen erläutert werden wird

tine einfache Ausbildungsform zeigt F ig 2. Hier ist nur die Gehausewand 15 und eine mit dieser an den Enden gasdicht verschweißte innere Blechfohenwand 16 vorgesehen. Die Zufuhrung in die so gebildete Druckkammer 17 erfolgt durch einen Anschluß 18 Bei der dargestellten Ausfuhrungsform ist das Gehäuse mit zwei Monolithen 19 und 20 bestückt Um eine einfache Einbringung dieser Monolithen ohne weitere Justiermaßnahmen zu ermöglichen, ist die Innenwand 16 mit einer Sicke 21 versehen Es hat sich im übrigen gezeigt, daß auch ohne eine solche Sicke die Monolithen über mehrere hundert Stunden Prufstandsbelastung keinerlei Lageänderung erfuhren Diese Sicke dient also ausschließlich der Montageerleichterung *

Gegebenenfalls kann, wie F1 g 3 zeigt, der Monolith mit einer Schicht umgeben sein, welche zum einen die Wärmeisolierung der Anordnung und zum anderen die Anpassung zwischen Blechfohenmantel und Mantelflache des Monolithen verbessert Demgemäß ist hier wiederum durch eine äußere Gehausewand 22 und eine Blechfoliemnnenwand 23 eine Druckkammer 24 mit einem Anschlußstutzen 25 gebildet Zwischen der Innenwand 23 und einem eingebrachten Monolithen 26 ist eine Schicht 27, ζ B aus Glasfasergewebe oder auch einer Mischung eines hochwarmfesten Zement mit einem Mineralfaservlies eingebracht

Wie schon erwähnt, ermöglicht die Ersparnis einer Abstützung des Monolithen in Axialrichtung eine einfa-

If

ΙΓΙ'Ρ"'

nun I'M» ■

ehe Austauschbarkeit, da in Axialrichtiing keinerlei Stutz- oder Lagcrmittcl mehr vorgesehen scm müssen 12s genügt fur die Austauschbarkeit, ζ B wie in Γ ι g 4 links dargestellt, cmc Flanschverbindung 28 zwischen der Gehausewand 29 und dem anschließenden kegelstumpfformigen Übergangsbereich 30 vorzusehen. Eine andere Möglichkeit ist in der F i g 4 rechts gezeigt. Hier wird die Verbindung zwischen dei Gehausewand 29 und dem kegelsturnpfformigen Anschlußstuck 31 mittels Schnappverschlussen 35 hergestellt, wobei selbstverständlich fur eine entsprechende Abdichtung Sorge getragen werden muß. Die Gehausewand 29 bildet selbstverständlich wiederum mit einet inneren Blechfolien· wand 32 eine über einen Anschluß 33 beaufschlagbare Druckkammer 34.

Bei dieser Ausfuhrungsform ist es möglich. Monolithen nach einer bestimmten Nutzungsdauer in einfacher Weise auszutauschen Da damit zu rechnen ist. daß die Monolithen weitaus schneller als das Gehäuse, das in die Auspuffanlage einbezogen ist. ausgetauscht werden müssen, kommt der Auswechselbaren der Monolithen unter Umstanden große Bedeutung zu Ls gcnugi hier einfach, den Druck aus der Kammer 34 abzulassen, das Gehäuse an der Flansch- oder der Schnappvcrschlußverbindung zu offnen, den Monolithen aus dem Gehäuse zu entfernen und einen neuen Monolithen einzuschieben Der dergestalt einfache Austausch der Monolithen ist in jedem Fall wesentlich billiger ah der gar nicht notwendige Austausch des gesamten Anlagcnteils einschließlich des Gehäuses

Der jeweils durch die Gehausewand und der aus hochwarmfestern dünnem folienartigem Blech gebildete, als Druckkammer dienende Raum muß in irgendeiner Weise mit einem Druckgas, vorzugsweise Druckluft, beaufschlagt werden, wobei fur die zu wahlende Druckluf tquelle entscheidend ist,daß ein bestimmter Druck aufgebaut werden muß, daß aber dann keine Luft verbraucht wird, von gegebenenfalls auftretenden gering« η Leckverlusten in der Druckluftzufuhrung oder der Erzeugeranlage selbst abgesehen.

Nach Fig 5 ist ein Reservedruckbehalter bzw Vorratsbehälter 40 vorgesehen, der wie ein Reifen jeder Tankstelle aufgepumpt werden kann In

an j gepumpt werden kann In

der Vcrbmdungsleitung 41 von diesem Reservedruckbehalter zum Gehäuse 42 des Monolithen und der in diesem vorgesehenen Druckkammer ist cm Druckminderventil 43 und ein Rückschlagventil 44 angeordnet Mit diesen Ventilen wird dafür gesorgt, daß die Druckluftversorgung immer geschlossen und der Monolith durch den in der Druckkammer aufgebauten Luftdruck fest gelagert ist Ein in der Druckluftversorgung angeordnetes Manometer 45 zeigt den jeweiligen Enddruck an Bei Erwärmung des Monolithen und damit des Gehäuses im Betrieb dehnt sich die in der Druckkammer um den Monolithen befindliche I ufi aus. so daß hierdurch der Anpreßdruck noch vergrößert wird, was ganz im Sinn der gewünschten und durch die Lrfindung erziehen Wirkungsweise heg!
line besonders wirtschaftliche Losung der Diuckluftvcrsorgung ist in I ig.b dargestellt Hier wird cmc im kraftfahrzeug sowieso eingebaute Luftpumpe 46. die fur die Erzeugung der Einblasluft zur Abgasnachverbrennung benotigt wird, nebenbei zur Erzeugung des fur ίο die Lagerung des Monolithen notwendigen Drucks herangezogen Die verwendeten üblichen Luftpumpen müssen allerdings etwas abgeändert werden, um auch den zur Lagerung des Monolithen notwendigen höheren Druck erzeugen zu können. Dies ist jedoch leicht durch eine zweite Stufe 47 der Pumpe möglich, die ja nur der Druckerzeugung dienen braucht, da in der Druckkammer keine Luft verbraucht wird

F ι g 7 zeigt eine Möglichkeit, den Rcservcdruckbehaltcr 40 mittels eines kleinen elektrisch angetriebenen

ao Kompressors 48 mit Druckluft zu versorgen Hier besteht ζ B die Möglichkeit, den Kompressor 48 im Rahmen der elektrischen Anlage des Kraftfahrzeugs so zu schalten, daß er bereits in der Stellung des Zündschlüssels »Zündung ein« anlauft und somit der fur die Lage-

a5 rung des Monolithen notwendige Haltcrungsdruck im Gehäuse 42 bereits erreicht ist. wenn der Motor anschließend angelassen wird und anspringt

Eine weiter abgeänderte Versorgung mn Luftdruck ist in F ι g 8 dargestellt Dies kann z. B auch mit Hilfe einer käuflichen und auswechselbaren Druckluftflasche 49 erfolgen Derartige Druckluftflaschen sind überall und jederzeit nach Verbrauch des Inhalts austauschbar Auch die fur Kraftfahrzeuge an sich vorhandene hydraulische Pumpe 50 zur Erzeugung eines hydraul·· sehen Drucks kann im vorliegenden Zusammenhang, wie Γ ι g 9 zeigt, herangezogen werden Über cmc entsprechende Hydraulik-Pneumatik-Einrichtung 51 sorgt der Druck in der hydraulischen Anlage fur die Erzeugung eines ausreichenden Drucks in der pneumatischen

Anlage zur Lagerung des Monolithen Es handelt sich hier um die Heranziehung an sich üblicher und bekannter Bauteile, die einer näheren Beschreibung nicht bedürfen

Schließlich besteht die Möglichkeit, wie aus Fi g 10

zu entnehmen, einfach als Vorratsbehälter das von jedem Kraftfahrzeug mitgcfuhrtc Reserverad 52 heranzuziehen Es ware ζ B möglich, den Reifen als Reserverad auf einen Druck von 2.5 bis 3 Atu aufzupumpen, wobei das Druckminderventil 43 so einzustellen ware.

so daß bei einem zulassigen Höchstdruck des Reservcrcifcns von 1.6 Atu aus diesem keine Luft mehr entnommen wird, sondern durch eine Anzeige 53 festgestellt wird, daß cm neues Aufpumpen der Anlage notwendig ist

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche

   I Auspuffanlage, insbesondere fur Kraftfahrzeuge, mit einem als Katalysatortragei dienenden, in einem metallischen Gehäuse gelagerten keramischen Monolithen, dadurch gekenn/eich· η e t, daß der Monolith (6, 19 und 20, 26) in einem doppelwandigen Mantel, und zwar nur radial, gelagert ist, dessen folienariige Innenwand (3, 16. 23.32) »ο den Monolithen eng umschließt und mit der das alleinige Stutzteil darstellenden Gehausewand (1, 15, 22,29) an den Enden gasdicht verbunden ist, und dessen Innenraum (Kammern 12 und 14,17,24,34) mit Druckgas beaufschlagt ist (Fi g 1,2,3,4)

   2. Auspuffanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gehausewand (1) und folienartiger Innenwand (3) eine mit Perforationen (11) versehene Zwischenwand (2) angeordnet ist, die mit jenen Wanden an den Enden ebenfalls gasdicht «o verbunden ist (Fi g. 1)

   j Auspuffanlage nach Anspruch I oder 2. daduich gekennzeichnet, daß auf der Manteloberflache des Monolithen (26) eine Schicht (27) aus Minelallaservhes bzw -gewebe, gegebenenfalls in Verbindung mn einem hochwarmfesten Zement auge bracht ist (Fig J)

   4 Auspuffanlage nach einem der Ansprüche 1 bis J. dadurch gekennzeichnet daß bei Anordnung mehrerer axial ausgerichteter Monolithen (19. 20) die folienaitige Innenwand (16) /wischen diesen nach innen gerichtete umlaufende Sicken (21) aufweist (F 1 g 2).

   5 Auspuffanlage nach einem der Anspiuche 1 b«s

   4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Gehausewand (15) in an sich bekannter Weise durch kegelstiiinpfformige AnschluUstucke (7, 8) mit der /u- und/oder Ableitung (9 10) losbar verbunden sind

   b Auspuffanlage nach Anspruch 5. gekenn/eich net durch eine Flanschveibindung

   7 Auspuffanlage nach Anspruch 3, gekenn/eicb net durch eine Sehnappverschlullvei bindung

   8 Auspuffanlage nach einem der Ansprmhe I bis

   7. dadurch gekennzeichnet. iUÜ die der Manteloberflache des Monolithen (6, 19, 20, 26) zugerichtete Oberflache der folienartigen Innenwand (3, 16, 2$, 32) geriffelt ist

   9 Auspuffanlage nach einem dci Ansprüche 1 bis

   8, dadurch gekennzeichnet, dall die Druckkammer So (12. 14, 17, 24. 34) an einen Voiratsbehaltei (40) angeschlossen ist und daß 111 deren Vcrbindiingsleitting (41) ein Druckmindei ventil (43), ein Ruck schlagveniil (44) und ein Manometer (45) angeordnet sind

   10 Auspulfanlage nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (40) an einen Kompressor (48) oder eine 1 ufipumpe {46) angeschlossen ist

   11 Auspuffanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter das Reserverad (52) des Fahrzeugs ist

   12 Auspulfanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter eine austauschbare Druckluftflasche (49) ist

   13 Auspuffanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (12, 14,17,24,34) über eine Hydraulik-Pneumaiik-l innchlung (51) ,\n eine llydraiilikpumpe (50) angeschlossen ist