DE2417435A1 - Catalytic cleaner for engine exhaust gases - volume is divided between two monoliths arranged in exhaust gas flow - Google Patents
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Abstract
Description
Vorrichtung zur Katalytischen Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur katalytischen Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen, mit llilfe von Katalyvatormonolithen, die im Abgasstrom angeordnet sind.Device for catalytic cleaning of exhaust gases from internal combustion engines The invention relates to a device for the catalytic cleaning of the exhaust gases Internal combustion engines, in particular motor vehicle internal combustion engines, with assistance of catalyst monoliths, which are arranged in the exhaust gas flow.
Zur katalytischen Abgasreinigung von Brennkraftmaschinen ist ein bestimmtes Katalysatorvolumen oder eine bestimmte Oberfläche des Katalysatormaterials erforderlich. Diese Oberfläche bzw. dieses Volumen wird im allgemeinen durch Elintereinanderschaltung von mehreren Katalysatormonolithen geringen Durchmessers erreicht. Eine andere Dlöglichkeit legt darin, daß ein einziger monolith mit einer besonders großen Eintrittsfläche und geringer Länge vorgesehen wird. Diese beiden Ausführungen sind jedoch hinsichtlich ihrer Einsatzmöglichkeit beschränkt, da bei der Reihenschaltung von Monolithen eine Erhöhung des Auspuffgegendruckes eintritt, während die Vergrößerung der Katalysatorein--trittsfläche fast immer durch den zur Verfügung stehenden Raum einschneidend begrenzt ist.For the catalytic exhaust gas cleaning of internal combustion engines there is a certain one Catalyst volume or a certain surface area of the catalyst material required. This surface or this volume is generally created by interconnection achieved by several catalyst monoliths of small diameter. Another possibility lays in that a single monolith with a particularly large entry surface and short length is provided. However, these two explanations are with respect to their possible use is limited, because when monoliths are connected in series, a The exhaust back pressure increases while the catalyst inlet area increases is almost always severely limited by the space available.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteil. zu vermeiden. D. h. es soll eine Anordnung vorgeschlagen werden, bei der auf geringem Raum, d. h. praktisch auf möglichst kleinem Durchmesser ein möglichst großes Katalysatorvolumen untergebracht werden kann. Diese Aufgabe wird bei den eingangs genannten Vorrichtungen nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das gesamte Katalysatorvolumen auf mindestens-zwei Monolithe aufgeteilt ist, und daß diese Monolith im Abgasstrom gasdynamisch parallel zueinander und räumlich hintereinander angeordnet sind. Hierzu schalt die Erfindung dann weiter eine derartige Abstimmung der durchströmten Nonolithquerschnitte und der freien Querschnitte vor, daß sich am Eintritt in die Monolithanordnung über den gesamten buströmquerschnitt im wesentlichen ein gleicher Druck aufbaut.The invention is based on the described disadvantage. to avoid. I. E. it is to be proposed an arrangement in which on low Space, d. H. practically the largest possible catalyst volume on the smallest possible diameter can be accommodated. This task is achieved with the devices mentioned at the beginning solved according to the invention in that the total catalyst volume to at least-two Monolith is divided, and that this monolith is gas-dynamically parallel in the exhaust gas flow to each other and spatially are arranged one behind the other. To do this, switch the invention then further such a coordination of the nonolith cross-sections through which the flow passes and the free cross-sections that extend over at entry into the monolith assembly the entire bus flow cross-section builds up essentially the same pressure.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß keine Erhöhung des Auspuffgegendruckes eintritt, weil die einzelnen tionolithe gasdynamisch parallel liegen, d. h. ihre gesamte bberfl.iche für den Druckaufbau maßgebend ist. Andererseits kann die Unterbringung auf kleinem Raum, z. U. in zylindrischen o<ler ähnlichen Kammern mit geringem Durchmesser unter Umständen in einem etwas erweiterten Auspuffrohr selbst erfolgen, d. h. die einzelnen Monolithen liegen rein roumlich hintereinander, so daß die zur Verfügung stehende Länge bestens ausgenutzt werden kann.The invention has the advantage that there is no increase in the exhaust back pressure occurs because the individual ionoliths are parallel to each other in terms of gas dynamics, d. H. their entire surface is decisive for the pressure build-up. On the other hand, accommodation can in a small space, e.g. U. in cylindrical or similar chambers with little Diameter may be done in a slightly enlarged exhaust pipe itself, d. H. the individual monoliths are spatially one behind the other, so that the The available length can be optimally used.
Nun könnte es für eine rationelle Fertigung der Nonolitiie interessant sein, wenn bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die einzelnen Monolith untereinander gleich ausgebildet sind.Now it could be of interest for a rational production of the monastery be when, in the device according to the invention, the individual monoliths with one another are designed the same.
Dies könnte z. B. so erfolgen, daß in einer etwa lsastenförmigen und in Längsrichtung durchströmten Abgaskammer an sich gleiche, ebenfalls kastenförmige Monolithe etwas kleineren Querschnitts gegeneinander versetzt angeordnet sind und Leitbleche so vorgesehen sind, daß die Abgase in jedem Teilstrom abwechselnd einen Monolith bzw. einen freien Kanal durchströmen. Hierbei wird wohl eine optimale Raumausnutzung nicht leicht zu erzielen sein.This could e.g. B. be done so that in an approximately lsasten-shaped and The exhaust gas chamber with flow through it in the longitudinal direction is basically the same, also box-shaped Monoliths of slightly smaller cross-section are arranged offset from one another and Baffles are provided so that the exhaust gases alternate in each partial flow Flow through the monolith or a free channel. This is probably an optimal use of space not be easy to achieve.
Die Erfindung bevorzugt daher eine Ausführungsform, bei der in einer rohrförmigen Abgaskammer in Strömungsrichtung zuerst ein außen anliegender Ringmonolith mit einem inneren freien Gasführungsrohr und dahinter ein Vollmonolith angeordnet ist, der gegenüber der Kammerwandung einen ringförmigen Gasdurchlaß freiläßt, und daß zwischen dem Gasführungsrohr und der Stirnfläche des Vollmonolithen ein trompetenförmiges Verteilerrohr angeordnet ist. Durch die hierbei konzentrisch umeinander liegenden Ringquerschnitte läßt sich eine optimale Raumausnutzung erzielen. Das Verteilerrohr kann Felbstverständlich auch nach Art eines Kegelstumpfes ausgebildet sein.The invention therefore prefers an embodiment in which in a tubular exhaust chamber in the direction of flow first an externally adjacent ring monolith with an inner free gas guide tube and a full monolith behind it is, which leaves an annular gas passage free opposite the chamber wall, and that between the gas guide tube and the face of the full monolith a trumpet-shaped Manifold is arranged. By doing this concentrically around each other lying Ring cross-sections can be used to achieve an optimal use of space. The manifold can of course also be designed in the manner of a truncated cone.
Außerdem wäre es denkbar, die geschilderte Anordnung umzukehren, d. h. auf der Eintrittsseite des Gasstromes zunächst den Vollmonolithen und dahinter drnn den Ringmonolithen anzuordnet.In addition, it would be conceivable to reverse the arrangement described, i. H. on the inlet side of the gas flow first the full monolith and behind it to arrange the ring monolith inside.
Ein weiteres merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Vollmonolith durch gleichmäßig über den Umfang v rtcilte Stützen gegenüber der Kammerwandung abgestützt ist. Vorzugsweise sind hier an der Eintritts- und Austrittsseite je drei um 120° gegeneinander versetzte Stützen vorgesehen. Es wird ferner noch vorgeschlagen, daß das Verteilerrohr mit dem Gasführungsrohr des Ringmonolithen und dem mantel des Vollmonolithen verschweißt ist. Eine andere Möglichkeit liegt darin, die geschilderten Rohre bzw. Mantelteile aus einem Stück zu fertigen. Und schließlich wäre es auch denkbar, das Verteilerrohr gewissermaßen als einen einschiebbaren Einsatz auszubilden1 der z. B. in das Gasführungsrohr des Ringmonolithen mit einem Ansatzstück eingeschoben und mit einem entsprechenden Ansatzstück über den Mantel des Vollmonolithen übergeschoben ist. In allen Fällen muß übrigens durch eine entsprechende Lagerung der Monolithen gegenüber der Kammerwandung dafür gesorgt werden, daß die entsprechende Wärmedehnung aufgenommen werden kann.Another feature of the invention can be seen in the fact that the full monolith by means of supports that are evenly spaced over the circumference against the chamber wall is supported. There are preferably three each on the entry and exit sides Supports offset from one another by 120 ° are provided. It is also proposed that that the distributor pipe with the gas pipe of the ring monolith and the jacket of the full monolith is welded. Another possibility is the one described To manufacture pipes or jacket parts from one piece. And finally it would be conceivable to design the distributor pipe as a sort of insertable insert1 the z. B. inserted into the gas pipe of the ring monolith with an extension piece and pushed over the mantle of the full monolith with a corresponding extension piece is. In all cases, the monoliths must be supported accordingly with respect to the chamber wall, it is ensured that the corresponding thermal expansion can be included.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das Mantelrohr des Ringmonolithen bis zum Vollmonolithen verlangert sein, wobei dann die Stützen des letzteren auf diesem verlängerten Teil abgestützt sind. Dieses Mantelrohr kann gewissermaßen die Kammerwandung selbst bilden oder - wie bereits erwähnt - mit Hilfe federnder Mittel gegenüber dieser dann noch besonders nachgiebig gelagert sein.In another embodiment of the invention, the jacket tube of the ring monolith be extended to the full monolith, with the supports then of the latter are supported on this extended part. This jacket pipe can to a certain extent form the chamber wall itself or - as already mentioned - with the help resilient means with respect to this then still be particularly resilient.
Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann das innere Gasführungsrohr des Ringmonolithen und/oder der Mantel des Volltonolithen zugleich als Kern zum Aufbringen der Trägermatrix dienen. Bei dieser Gelegenheit sei darauf hingewiesen, daß sich die erfindungsgemäße Anordnung für alle zur Zeit bekannten Katalysatormonolithen eignet, vorzugsweise jedoch für solche mit einem Netallträger gedacht ist. Es liegt dabei außerdem noch ii Rahmen des Erfindungsgedankens1 wenn die Abgaskamier außen mit einer Wärmeisolotion versehen ist.According to a development of the inventive concept, the inner Gas guide tube of the ring monolith and / or the jacket of the full tonolith at the same time serve as a core for applying the carrier matrix. On this occasion it should be noted that the arrangement according to the invention for all at the time known catalyst monoliths suitable, but preferably for those with a Netallträger is intended. It also lies within the scope of the inventive idea1 if the exhaust gas camouflage is provided with heat insulation on the outside.
Einzelheiten der Erfindung zeigt das Ausführungsbeispiel der Zeichnung anhand eines schematischen Längsschnittes durch eine erfindungsgemäß aufgebaute Abgaskammer.Details of the invention are shown in the exemplary embodiment in the drawing based on a schematic longitudinal section through a constructed according to the invention Exhaust chamber.
Nach der Zeichnung wird die Abgaskammer durch einen zylindrischen Rohrstützen 10 gebildet, der auf beiden Seiten mit entsprechenden Flanschen versehen ist. Die abgase strömen von dem nicht mehr dargestellten Auspuffrohr durch die trichterförmige Erweiterung 11 - welche mit einem entsprechenden Flansch an den Rohrstutzen 10 angeflanscht ist - der Abgaskammer zu. Auf der anderen Seite ist ein ebenso oder zumindest ähnlich ausgebildeter trichterförmiger Abgasstutzen 12 vorhanden. Das Rohr 10 ist außen mit einer Ixurmeisolierschicht 13 umgeben.According to the drawing, the exhaust chamber is made by a cylindrical Pipe supports 10 are formed, which are provided with corresponding flanges on both sides is. The exhaust gases flow from the exhaust pipe, which is no longer shown, through the funnel-shaped one Extension 11 - which is flanged to the pipe socket 10 with a corresponding flange is - the exhaust chamber closed. On the other hand, one is the same or at least similar trained funnel-shaped exhaust pipe 12 is present. The tube 10 is outside surrounded by an Ixurm insulating layer 13.
Auf der Eintrittsseite der Kammer ist ein Hingmonolith 14 angeordnet, der mittels seines äußeren Mantelrohres 15 ggf.A hanging monolith 14 is arranged on the inlet side of the chamber, which by means of its outer jacket tube 15, if necessary
unter Zwisch.nlage von federnden Einlagen am Rohr 10 befestigt ist. Ein inneres Gasführungsrohr 16 dieses Ringmonolithen 14 läßt zinken entsprechenden Querschnitt im Inneren frei. Auf der Austrittsteite ist ein Vollmonolith 17 vorgesehen, der mit seine. äußeren Mantelrohr 18 mittels Stützen 19 am flohr 10 befestigt ist. Die Stützen 19 sind gleichmäßig über den Umfang verteilt, d. h. z. B. jeweils um 120° gegeneinander versetzt. Zwischen dem Rohr 10 und dem außeren Blantelrohr 18 des Vollmonolithen 17 wird also ein freier Gasquerschnitt freigelassen, der etwa dem durch das innerc Gasführungsrohr 16 bestimmten Gasquerschnitt im Ringmonolithen 14 entspricht.is attached to the tube 10 with the intermediate layer of resilient inserts. An inner gas guide tube 16 of this ring monolith 14 can be tines corresponding Free cross-section inside. A full monolith 17 is provided on the exit side, the one with his. outer jacket tube 18 is attached to the flohr 10 by means of supports 19. The supports 19 are evenly distributed over the circumference, i. H. z. B. each around 120 ° offset from one another. Between the tube 10 and the outer jacket tube 18 of the full monolith 17 so a free gas cross-section is released, which is about the gas cross-section in the ring monolith determined by the inner gas guide tube 16 14 corresponds.
Für die Verbindung zwiszhert beiden Mon<.lithen ist ein trompetenförmiges Verteilerrohr 20 vorgesehen, welches am inneren Gasführungsrohr 16 des Ringmonolithen und am äußeren Mantelrohr 18 des Vollmonolithen 17 verschweißt oder in anderer Weise befestigt sein kann.For the connection between the two monoliths, a trumpet-shaped one is used Distributor pipe 20 is provided, which on the inner gas guide tube 16 of the ring monolith and welded to the outer jacket tube 18 of the full monolith 17 or in some other way can be attached.
Der durch den Trichter 11 zuströmende gesamte Gasstrom wird in zwei Teilströme aufgeteilt, wobei die Querschnitte der Monolithen und die freien Querschnitte so aufeinander abgestimmt sind, daß sich am Eintritt ein einheitlicher Druck über dem gesamten Guerschnitt aufbaut. Beide Teilströme verlaufen gasdynamisch zueinander parallel. Der eine Teilstrom A durchströmt zuerst den Ringmonolithen 14 und dann den freien (euerschnitt 21 zwischen dem Vollmonolithen 17 und dem Rohr 10. Der andere Gasstrom 13 durchströmt zuerst das Gasführungsrohr 16, d. h. also den inneren freien Querschnitt, dann das Verteilerrohr 20 und anschließend den Vollmonolithen 17. Durch die räumliche intereinanderschaltung der beiden Monolithen wird der durch das Rohr 10 vorgegebene Raum optimal ausgenutzt. Ueide Teilströmo A und 13 durchlaufen aber parallel zueinander das gleiche Katalysatorvolumen, so daß eine ausgezeichnete Reinigungswirkung erzielt wird.The total gas flow flowing through the funnel 11 is divided into two Divided partial flows, the cross-sections of the monoliths and the free cross-sections are coordinated so that there is a uniform pressure at the inlet builds up the entire cross-section. Both partial flows run towards each other in a gas-dynamic manner parallel. One partial flow A first flows through the ring monolith 14 and then the free section 21 between the full monolith 17 and the tube 10. The other Gas stream 13 first flows through gas guide tube 16, d. H. so the inner free one Cross section, then the manifold 20 and then the full monolith 17. Through the spatial interconnection of the two monoliths is created by the pipe 10 given space optimally used. Ueide part streams A and 13 run through, however parallel to each other the same volume of catalyst, so that an excellent cleaning effect is achieved.
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