DE2363013A1

DE2363013A1 - CATALYST DEVICE FOR AN EXHAUST SYSTEM IN COMBUSTION ENGINES

Info

Publication number: DE2363013A1
Application number: DE19732363013
Authority: DE
Inventors: John Edward Caulton; Cecil David Haynes; John Harold Weaving
Original assignee: British Leyland Motor Corp Ltd
Current assignee: BLMC Ltd
Priority date: 1973-01-06
Filing date: 1973-12-19
Publication date: 1974-07-18
Also published as: BE809389A; GB1446591A; IT1002465B; SE407260B; FR2213413A1; FR2213413B1; JPS506919A

Description

PATF WT A N W ALTEPATF WT A N W ALTE

DIPL-IN6. DR. IUR. DIPI ING.DIPL-IN6. DR. IUR. DIPI ING.

VOLTCER BUG3E DiETRiCH BUSSEVOLTCER BUG3E DiETRiCH BUSSE

45 Osnabrück, den If. Dezember 197345 Osnabrück, the If. December 1973

MDSEHRSTRAbSE 2O/24 VB/FlMDSEHRSTRAbSE 2O / 24 VB / Fl

BRITJSH LEYLAIJD KOTOR COPPORATION LIKITED BRITJSH LEYLA IJD KOTOR COPPORATION L IKITED

⁰ House ,Derkeley Snuave London WlX 6DL, England ⁰ House, Derke ley S nuave London WlX 6DL, England

Katalysatoreinrichtung für eine Abgasanlage bei VerbrennungsmotorenCatalyst device for an exhaust system in internal combustion engines

Die Erfindung bezieht sich auf· eine Katalysatoreinriehtung für eine Abgasanlage bei Verbrennungsmotoren und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Einrichtung.The invention relates to a catalyst unit for an exhaust system in internal combustion engines and a method for the production of such a device.

Die Abgase von Verbrennungsmotoren enthalten unterschiedliche Mengen an Kohlenmonoxyd, unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Stickstoffoxyd und teilchenförmigen Bestandteilen, die zur Luftverschmutzung und in Gebieten mit starkem Sonnenlicht, das einen fotochemischen Effekt hat, insbesondere zum Erzeugen von Sroog beitragen.The exhaust gases from internal combustion engines contain different amounts of carbon monoxide, unburned hydrocarbons, Nitric oxide and particulate matter that may cause air pollution and in areas with strong sunlight, that has a photochemical effect, especially contributing to the generation of sroog.

Es wurden bereits zahlreiche Verfahren entwickelt und große Anstrengungen gemacht, um schädliche Bestandteile bei Abgasen abzubauen' oder zu vermeiden. Eine bekannte Vorrichtung besteht aus der allgemein als katalytischer Reaktor bekannten Art und sieht ein derartiges Leiten von Abgasen über einen geeigneten chemischen Katalysator vor, daß die schäd-Numerous methods have already been developed and great efforts have been made to remove harmful components from exhaust gases to reduce 'or to avoid. One known device consists of what is commonly known as a catalytic reactor Type and provides such a routing of exhaust gases over a suitable chemical catalyst that the harmful

409829/0686409829/0686

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

-Z--Z-

lichen Produkte oxidiert oder in größerem oder kleinerem Umfang zu harmlosen Produkten abgebaut werden. Der Nachteil derartiger Vorrichtungen besteht darin,, daß die Lebensdauer der Katalysatoren aufgrund verschiedener Faktoren begrenzt ist. Zum wirksamen Arbeiten muß ein Katalysator, einen für das Abgas zugänglichen großen Bereich aufweisen, und die meisten Katalysatoren haben einen Träger aus einem Material,, das porös ist und ein Durchdringen bzw. Hindurchdiffundieren durch seine Tiefe erlaubt. Derartige Katalysatoren haben häufig platten- oder kugelförmige Gestalt. Diese Katalysatoren gehen häufig durch Versintern aufgrund von Überhitzen in ihrer Wirkung zurück, in welchem Fall die poröse Beschaffenheit des Katalysators stark reduziert wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß sie durch in den Abgasen enthaltene Festteilchen verstopfen oder inaktiviert werden, x^as es dem Gas erschwert, die katalytischen Stellen zu erreichen.union products are oxidized or to a greater or lesser extent broken down into harmless products. The disadvantage of such devices is, that the life of the catalysts is limited due to various factors. To work effectively, a catalytic converter, a large one accessible to the exhaust gas, must be used Range, and most catalysts are supported made of a material which is porous and allows penetration or diffusion through its depth. Such Catalysts are often plate or spherical in shape. These catalysts often go through sintering due to Overheating back in its effect, in which case the porous nature of the catalyst is greatly reduced. Another The possibility is that they are clogged or inactivated by solid particles contained in the exhaust gases, as is the case with the gas makes it difficult to reach the catalytic sites.

Nach der Erfindung ist zunächst eine Katalysatoreinrichtung für eine Abgasanlage bei Verbrennungsmotoren vorgesehen, die gekennzeichnet ist durch einen eine Einheit bildenden feuerfesten Katalysatorträger und ein abgasundurchlässiges Gehäuse für den Träger zum Umhüllen desselben mittels einer Wärmeisolierschicht zwischen Träger und Gehäuse, wobei die Wärmeisolierschicht die Wirkung von durch das Gehäuse aufgenommener mechanischer Erschütterung auf den Katalysatorträger dämpft und wobei das Gehäuse mittels der Wärmeisolierschicht zumindest bei normalen Arbeitstemperaturen den Katalysatorträger unter Druck hält.According to the invention, a catalytic converter device for an exhaust system in internal combustion engines is first provided, which is characterized is through a unit-forming refractory catalyst carrier and an exhaust-gas-impermeable housing for the Carrier for covering the same with a heat insulating layer between the carrier and the housing, the thermal insulation layer being the The effect of mechanical shock absorbed by the housing on the catalyst carrier is dampened and the housing keeps the catalyst support under pressure by means of the heat insulating layer, at least at normal working temperatures.

409829/0686409829/0686

236301?236301?

Vielter sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Katalysatoreinrichtung für eine Abgasanlage bei Verbrennungsmotoren vor, das sich durch folgende Schritte auszeichnet:Rather, the invention provides a method for producing a catalytic converter device for an exhaust system in internal combustion engines, which is characterized by the following steps:

a) Aufbringen einer Schicht aus WärrneJsoliermaterial um den Umfang eines eine Einheit bildenden feuerfesten Katalysatorträgers, a) Applying a layer of thermal insulation material around the perimeter a unitary refractory catalyst carrier,

b) Umhüllen des Trägers und der Wärmeisolierschicht mit einer Bahn aus Gehäusematerial,b) enveloping the carrier and the thermal insulation layer with a sheet of housing material,

c) Strammziehen der Bahn um den Träger unter im wesentlichen gleichmäßigem Zusammenpressen der Isolierschicht, undc) pulling the web taut around the carrier while compressing the insulating layer substantially uniformly, and

d) Verbinden der Bahn mit sich selbst unter Bildung einer den Katalysatorträger umgebenden gasdichten Hülle.d) connecting the web to itself, forming a gas-tight envelope surrounding the catalyst support.

Stattdessen kann erfindungsgemäß auch ein Herstellungsverfahren angewendet werden, daß sich durch folgende Schritte auszeichnet:Instead, according to the invention, a manufacturing method can also be used can be applied that is characterized by the following steps:

a) Aufbringen einer Schicht aub Wärmeisoliermaterial um den Umfang eines eine Einheit bildenden feuerfesten Katalysatorträgers, a) Applying a layer of thermal insulation material around the Scope of a unitary refractory catalyst carrier,

b) Einsetzen des beschichteten Trägers in einem gewellten bzw. gerippten Teil, derlnnerhalb eines starren bzw. festen Gehäusemantels angebracht wird, undb) Insertion of the coated carrier in a corrugated or ribbed part within a rigid or solid housing jacket attached, and

c) Verformen des gewellten Teils derart, daß dieser sich zur Anlage an dem beschichteten Träger und dem Gehäusemantel ausdehnt und den beschichteten Träger erfaßt und innerhalb des Gehäusemantels festlegt.c) Deforming the corrugated part in such a way that it rests against the coated carrier and the housing jacket expands and the coated carrier detected and set within the housing jacket.

AO9829/0686AO9829 / 0686

Mehrere Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:Several embodiments of the subject invention are shown in FIG explained in more detail in the following description in conjunction with the drawing. In the drawing show:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer KatalysatoreinrichtungFig. 1 is a sectional view of a catalyst device

in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform, Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie II-II der Fig. 1»in a first embodiment of the invention, FIG. 2 shows a cross section along line II-II of FIG.

Fig. 3 weitere abgewandelte Querschnittsansichten bis 6 ·Fig. 3 further modified cross-sectional views to 6 ·

undand

Fig. 7 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung einer nach dem zweiten Verfahrensweg hergestellten Katalysatoreinrichtung.7 shows a partially sectioned perspective illustration one produced by the second process route Catalyst device.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Katalysatoreinrichtung, bei der ein eine Einheit bildender feuerfester abgasdurchlässiger Katalysatorträger 11 in einem Gehäuse 12 aus nichtrostendem Stahl angebracht ist. Ein Zwischenraum 13 zwischen dem Katalysatorträger und dem Gehäuse 12 ist mit einem unter "Flberfrax" bekannten und geschützten Wärmeisoliermaterial ausgefüllt. Der Katalysatorträger besteht aus keramischem Material mit sich durch dieses in Abständen hindurcherstreckenden Durchgängen, wodurch Abgas in inniger Berührung mit an der Wand der Durchgänge niedergeschlagenem katalytischen Material den Block durchströmen kann. Das katalytische Material dient zum Fördern von Gasreaktionen, die zur Folge haben, daß schädliche Produkte In mehr oder weniger großem timfang oxidiert oder zu harmlosen Produkten abgebaut werden. Der Katalysatorträger 11 ist mittels auswärts gebogener1 and 2 show a catalyst device in which a unit-forming, refractory, exhaust-gas-permeable catalyst carrier 11 is mounted in a housing 12 made of stainless steel. A space 13 between the catalyst carrier and the housing 12 is provided with a known as "Flberfrax" and protected thermal insulation material. The catalyst carrier is made of ceramic material with it through this spaced passages therethrough, causing exhaust gas in intimate contact with deposited on the wall of the passages catalytic material can flow through the block. The catalytic material is used to promote gas reactions, which have the consequence that harmful products are oxidized to a greater or lesser extent or broken down into harmless products will. The catalyst carrier 11 is bent outward by means of

409829/0686409829/0686

Flansche I¹I, 15 jeweiliger Endkegel 16, 17 axial zu der Längsachse des Gehäuses 1? angeordnet und gehalten. Die Kegel 16, 17 sind an ejn Einlaßrohr 18 bzw. ein Auslaßrohr 19 angeschweißt. Im Betrieb treten Abgase durch das Einlaßrohr 18 in die Vorrichtung ein, durchströmen den Katalysatorträger 11 und entweichen durch das Auslaßrohr 19·Flanges I ¹ I, 15 respective end cones 16, 17 axially to the longitudinal axis of the housing 1? arranged and held. The cones 16, 17 are welded to an inlet pipe 18 and an outlet pipe 19, respectively. During operation, exhaust gases enter the device through the inlet pipe 18, flow through the catalyst carrier 11 and escape through the outlet pipe 19.

Zum Herstellen der in den Pig. I und 2 dargestellten Einrichtung wird der Katalysatorträger 11 mit dem "Fiberfrax"-Material beschichtet. Das Gehäuse 12 wird alsdann um den KatalysatorträgerTo make the in the Pig. I and 2 shown device the catalyst carrier 11 is coated with the "Fiberfrax" material. The housing 12 is then placed around the catalyst carrier

11 gehüllt, wobei Flansche 20 und 21 des Gehäuses überlappen dürfen. An das Gehäusematerial angeschweißte Ansätze 22, 23 werden alsdann durch tangential zu dem Katalysatorträger 11 aufgebrachte Belastungen gegeneinancergedrückt. Bei mit geeigneter Spannung um den beschichteten Katalysatorträger 11 gehülltem Gehäuse erfolgt ein Heftverschweißen der Flansche 20 und 21, um die durch die Ansätze 22 und 23 aufgebrachten Belastungen entfernen zu können. Anschließend werden die Flansche 20 und 21 endgültig verschweißt, um entlang der axialen Länge des Gehäuses11, with flanges 20 and 21 of the housing overlapping to be allowed to. Lugs 22, 23 welded to the housing material are then applied tangentially to the catalyst carrier 11 Loads pressed against each other. When with appropriate Tension around the coated catalyst carrier 11 encased housing there is a tack welding of the flanges 20 and 21 to to be able to remove the loads applied by the shoulders 22 and 23. Then the flanges 20 and 21 finally welded to along the axial length of the housing

12 eine gasdichte Abdichtung.zu schaffen. Im Betrieb arbeitet das Gehäuse 12_bei normalen Arbeitstemperaturen innerhalb einer derartigen elastischen Grenze, daß es den Katalysatorträger 11 mittels der Flansche I¹J und 15 unter Druck hält.12 to create a gas-tight seal. During operation, the housing 12 works at normal working temperatures within such an elastic limit that it ^{keeps the catalyst carrier 11 under pressure by means of the flanges I 1} J and 15.

Die Fig. 3 bis 6 zeigen eine Anzahl von Verfahren, mittels deren ein Gehäuse C um einen Katalysatorträger M gehüllt wird. Der Träger M ist dabei an seinem äußeren Umfang mit einem Wärmeisoliermaterial T beschichtet.FIGS. 3 to 6 show a number of methods by means of which a housing C is wrapped around a catalyst carrier M. Of the Carrier M is coated with a thermal insulation material T on its outer circumference.

A09829/0686A09829 / 0686

In der Pig. 3 hat das Gehäusematerial eine größere Umfangslänge als der beschichtete Träger M und ist mit überständen 31 versehen, die zum Herumbiegen des Gehäuses um den Katalysatorträger durch Werkzeuge 32 bewegt werden. Gleichzeitig werden die überstände 31 zum Strammziehen des Gehäuses und Aufbringen des erforderlichen Drucks auf den Katalysatorträger M durch ein Klemmbzw. Einspannwerkzeug in Richtung der Pfeile 33 gezogen. Nach geeignetem Strammziehen wird zur Schaffung einer den Katalysatorträger umgebenden gasdichten Hülle die Nahtstelle des Gehäuses in der Nähe der Werkzeuge 32 verschweißt. Anschließend werden die Werkzeuge 32 entfernt und das überstehende Material wird abgeschnitten, bevor der ummantelte Träger M in eine Vorrichtung, die der in den Fig. 1 und -2 dargestellten ähnlich ist, eingebaut wird.In the pig. 3, the housing material has a greater circumferential length than the coated carrier M and is provided with protrusions 31 that allow the housing to be bent around the catalyst carrier be moved by tools 32. At the same time, the overhangs 31 to tighten the housing and apply the required Pressure on the catalyst carrier M by a Klemmbzw. Clamping tool pulled in the direction of arrows 33. To Suitable tightening is used to create a gas-tight envelope surrounding the catalyst carrier, the seam of the housing welded in the vicinity of the tools 32. Then be the tools 32 are removed and the excess material is cut off before the coated carrier M is placed in a device, which is similar to that shown in Figs. 1 and -2 is incorporated.

Die Fig. k zeigt eine Anordnung₉ bei der das Gehäuse C überstände kl aufweist, die zinnenartig ausgebildet und zueinander versetzt sand und jeweils den entsprechenden gegenüberliegenden Ausschnitt durchgreifen, so daß die überstände zur Schaffung der notwendigen Spannung in dem Gehäuse C in Richtung der Pfeile 42 gezogen werden können. Anschließend wird das Gehäuse zur Schaffung der notwendigen gasdichten Umhüllung entlang einer Längsnaht k3 verschweißt und das überflüssige Material der überstände kl wird abgetrennt.Fig. K shows an arrangement ₉ in which the housing C has protrusions kl , which are crenellated and offset from one another sand and each reach through the corresponding opposite cutout, so that the protrusions to create the necessary tension in the housing C in the direction of the arrows 42 can be drawn. The housing is then welded to create the necessary gas-tight envelope along a longitudinal seam k 3 and the superfluous material of the protrusions kl is separated.

Die Fig. 5 zeigt ein rohrförmlges Gehäuse C, dessen Umfangslänge beträchtlich größer ist als diejenige des beschichteten Trägers M. An diametral einander gegenüberliegenden Punkten an dem Gehäuse5 shows a tubular housing C, its circumferential length is considerably larger than that of the coated carrier M. At diametrically opposite points on the housing

409829/0686409829/0686

sind Ohren 51 ausgebildet,, die zum Herstellen der notwendigen Spannung in dem Gehäuse anschließend ein- bzw. zusammengedrückt werden. In diesem Fall wird durch Federklammern 52 und 53 eine gleichmäßige Belastung aufgebracht, wobei die Federk3ammern ein Verschweißen der Ohren 51 in der Nähe der Nähte 5k_i 55 ermöglicher Ein Nebenvorteil dieser Anordnung besteht darin, daß das Strammziehen des Gehäuses gleichmäßig an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses erfolgt, statt wie nach Fig. 3 und *J nur an einer Stelle an dem Umfang des Gehäuses stattzufinden.ears 51 are formed, which are then pressed in or together to produce the necessary tension in the housing. In this case, an even load is applied by spring clips 52 and 53, the spring chambers enabling the ears 51 to be welded in the vicinity of the seams 5k _i 55. A secondary advantage of this arrangement is that the housing is tightened evenly on opposite sides of the housing , instead of only taking place at one point on the circumference of the housing as shown in FIG. 3 and * J.

Die Fig. 6 zeigt eine Gehäusehülle, bei der das Gehäusematerial mit seinen axialen Rändern an eine Vierkantstange 6l angeschweißt ist, die anschließend in einem die Spannung des Gehäuses erhöhenden Sinn gedreht wird und ein unter Spannung erfolgendes Verschweißen der benachbarten Ränder 62 und 63 des Gehäuses gestattet. Danach wird die Vierkantstange 6l zusammen mit dem darauf aufgedrehten Gehäusematerial abgeschnitten.6 shows a housing shell in which the housing material is welded with its axial edges to a square rod 6l which is then rotated in a direction increasing the tension of the housing and a welding which takes place under tension of the adjacent edges 62 and 63 of the housing. Then the square bar 6l is cut off together with the housing material twisted onto it.

Die Fig. 7 zeigt ein einen Katalysatorträger M umhüllendes Gehäuse C. Es wird ein gewelltes bzw. geripptes Material 91 verwendet, wobei die Rippen senkrecht zur Längsachse A des Trägers M Verlaufen. Zunächst wird der Träger M mit dem gewellten Material 91 umhüllt. Nach Einsetzen in das Gehäuse C wird das gewellte Material 91 axialer Druckbelastung in Richtung der Pfeile 72 und 73 ausgesetzt, so daß es (sowohl einwärts als auch nach außen) in radialer Richtung gedrückt wird. Sowohl das Gehäuse C als auch der Katalysatorträger M werden aufgrund von Reibwirkung durch7 shows a housing enclosing a catalyst carrier M C. A corrugated or ribbed material 91 is used, the ribs being perpendicular to the longitudinal axis A of the carrier M Get lost. First, the carrier M is made with the corrugated material 91 wrapped. After being inserted into the housing C, the corrugated material 91 is subjected to axial compressive loading in the direction of arrows 72 and 73 exposed so that it is pushed (both inwards and outwards) in the radial direction. Both the case C and the catalyst carrier M are due to the frictional effect

A09829/0686A09829 / 0686

Berühren des r-usamrnen^edrückten gewellten Materials 91 festgehal ten, welches dadurch dazu dient, den Katalysatorträger I".in Stellung zuhalten und weiterhin eine periphere Gassperre zu schaffen.Touching the pressed together corrugated material 91 held, which thereby serves to hold the catalyst carrier I ". In position and continue to create a peripheral gas barrier.

40 9 829/068640 9 829/0686

Claims

Patent claims:

1. . Catalyst device for an exhaust system in internal combustion engines, characterized by a unit-forming refractory catalyst carrier and an exhaust-gas-impermeable housing for the carrier to enclose the same by means of a heat insulating layer between the carrier and the housing, the heat insulating layer dampens the effect of mechanical shock absorbed by the housing on the catalyst carrier and wherein the housing by means of the heat insulating layer, at least at normal working temperatures, the catalyst carrier under pressure holds.

2. A method for producing a catalytic converter device for an exhaust system in internal combustion engines, characterized by the following steps:

a) applying a layer of thermal insulation material around the circumference of a unitary refractory catalyst carrier,

b) Enveloping the carrier and the heat insulating layer with a Track made of housing material,

c) pulling the web taut around the carrier under substantially uniform compression of the insulating layer, and

d) connecting the web to itself, forming a gas-tight envelope surrounding the catalyst support.

409829/0686

3. A method for producing a catalytic converter device for an exhaust gas system in internal combustion engines, characterized by the following steps:

a) Applying a layer of thermal insulation material around the perimeter a unitary refractory catalyst carrier,

b) Insertion of the coated carrier in a corrugated or ribbed part which is inside a rigid or solid housing jacket attached, and

c) deforming the corrugated part in such a way that it expands to bear against the coated carrier and the housing shell and grasps the coated carrier and fixes it within the housing shell.

4. The method according to claim 2, characterized in that the tensioning operation of bringing the ends of the sheet of housing material together, peeling off the ends that have been brought together of the material away from the coated backing and grasping the joined ends near and tangential to the coated backing for tensioning the web.

5. The method according to claim 2, characterized in that the tensioning process for tightening the web is achieved by pulling in tangential directions to the carrier of crenellated and mutually offset ends of the web of the housing material extending through each other.

. '409829/0686. '409829/0686

6. The method according to claim 2, characterized in that the web is designed as a tube and the tensioning process to achieve the necessary tension in the housing through the formation of at least two diametrically opposite one another parallel ribs and uniform deformation of the piping achieved will.

7. The method according to claim ^, characterized in that the peeling of the attached ends of the housing material away from the coated carrier is achieved by the Ends are wound around a rod, which is twisted in a sense that increases the tension in the web.

409829/0686409829/0686

BATH ORIGINAL