DE2555038A1 - Katalytische abgasreinigungsvorrichtung - Google Patents

Katalytische abgasreinigungsvorrichtung

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DE2555038A1 DE19752555038 DE2555038A DE2555038A1 DE 2555038 A1 DE2555038 A1 DE 2555038A1 DE 19752555038 DE19752555038 DE 19752555038 DE 2555038 A DE2555038 A DE 2555038A DE 2555038 A1 DE2555038 A1 DE 2555038A1
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Description

  • Katalytische Abgasreinigungsvorrichtung
  • Die Erfindung betrifft eine katalytische Abgasreinigungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit zwei in einem Gehäuse hintereinander geschalteten Katalyten.
  • Abgasreinigungsvorrichtungen dieser Art sind bereits bekannt, beispielsweise aus der DT-PS 697.012. Der Nachteil der bekannten Abgasreinigungsvorrichtungen ist der verhältnismäßig hohe Preis, insbesondere wenn wirkungsvolle Edelmetallkatalyten Verwendung finden. Außerdem sind diese Vorrichtungen in Bezug auf die Lebensdauer unbefriedend.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine katalytische Abgasreinigungsvorrichtung zu schaffen, die relativ billig, wirkungsvoll, weitgehend unempfindlich gegen Verunreinigungen und Beimengungen des Kraftstoffes und von längerer Lebensdauer ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebene Maßnahme gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorzugsweise mögliche Ausgestaltungen der Erfindung auf.
  • Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahme, einem Edelmetall-Katalyten einen Nicht-Edelmetall-Katalyten nachzuschalten, ist ein Zwillingskatalysator geschaffen, bei dem der teure, und empfindliche Edelmetall-Katalysator kleiner als bisher üblich ist. Der Katalysator ist daher insgesamt billiger herstellbar. Die Kombination des Edelmetall-Katalyten-Teiles mit dem ihn nachgeschalteten Nicht-Edelmetall-Katalyten ist außerdem funktionell insoweit ideal, als durch die exotherme Reaktion in dem Edel-Netall-Katalyten die für den Nicht-Edelmetall-Katalyten erforderliche höhere Anspringtemperatur erzeugt wird. Somit hängt die Größe des eingesetzten teuren und empfindlichen Edelmetall-Katalysator nicht mehr nur von der Art und Menge des zu reinigenden Abgases ab. Er kann so bemessen werden, daß durch die stattfindende exotherme Teilkonversion der Abgase deren Temperatur so erhöht wird, daß die Anspringtemperatur des Nicht-Edelmetall-Katalyten eingestellt wird. Die unterschiedlichen Eigenheiten und Abmessungen der beiden Katalysatoren sind daher aufeinander sinnvoll abgestimmt. Damit ist nicht nur eine wirkungsvolle Abgasentgiftung sichergestellt, sondern auch noch eine Überbeanspruchung des Katalysators weitgehend vermieden, womit auch dessen Lebensdauer verlängert wird.
  • Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Fig. 1 - 8 jeweils schematische Darstellungen von acht Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Abgasvorrichtung.
  • Ein Gehäuse 1 weist beidenendes in Verlängerung konischer Bereiche la, lb einen Rohrstutzen 2 und 3 auf. Damit ist das Gehäuse 1 in bekannter Weise in die Auspuffanlage einer Brennkraftmaschine einsetzbar. Durch den Rohrstutzen 2 strömt das Abgas des Auspuffes in der gezeigten Pfeilrichtung in dem Gehäuse 1 ein und nach Passieren zweier Katalysator-Einsätze 4 und 5 von Schadstoffen gereinigt durch den Rohrstutzen 3 in die Verlängerung des Auspuffes aus. Das Gehäuse - innere bildet somit eine Reaktor-Kammer eines aus den Teilen 4 und 5 bestehenden Katalysators.
  • Bei allen Varianten der Fig. 1 - 8 sind die beiden Teile 4 und 5 in der Strömungsrichtung des Abgases im Gehäuse 1 mit oder ohne Abstand hintereinander angeordnet. Der Teil 4 ist jeweils ein Edel-Metall-Katalyt und dem Teil 5 vorgeschaltet, der ein Nicht-Edelmetall-Katalyt ist.
  • Der Katalysator besteht somit aus einem Edelmetallteil und aus einem Nicht-Edelmetallteil. Die Beschaffenheit, Ausgestaltung und Halterung des Edelmetall- und des Nicht-Edelmetall-Teiles 4,5 kann vielfältiger Art sein.
  • Zur Herstellung des Edelmetall-Teiles 4 bieten sich vorrangig die katalytisch hochwirksamen Platin-Gruppenmetalle an, wie Platin, Palladium, Ruthenium und deren Mischungen, wobei das Edelmetall in geeigneter Weise unter Verwendung gegebenenfalls erforderlicher Zwischenschichten auf einem geeigneten hitzebeständigen Trägermaterial mit poröser bzw. großer Oberfläche, wie Keramik-, Schütt-, Sinter-, oder Gewebe Strukturen, als Niederschlag aufgebracht ist. Der zum Beispiel aus katalytisch wirksamen Metalloxyden bestehende Nicht-Edelmetall-Teil 5 kann ebensolche Trägefstrukturen aufweisen. Das Abgas wird zunächst im Edelmetall-Teil 4 bei verhältnismäßig niedriger Temperatur wie bei dem gebräuchlichen Konvertern in einem exothermen Prozess konvertiert. Dabei werden zum Beispiel CO und HC zu CO und H20 verbrannt, wobei die Temperatur des behandelten Abgases ansteigt. Dadurch ist die anschließende Konvertierung des Abgases in dem träger reagierenden und daher erst bei höheren Abgastemperaturen anspringenden unedlen Teil 5 des Katalysators 4,5 möglich.
  • Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform des Katalysators 4,5 besteht der Edelmetall-Teil 4 aus einem mit Platin beschichteten Keramik-Monolithen, der mittels elastischer Axial-Lagerungen 6,7 und einer elastischen Radial-Lagerung 8 im Gehäuse 1 angeordnet ist, wobei sich die Axial-Lagerung 6 auch seitlich vorne an der Kante lc des konischen Bereiches la des Gehäuses abstützen kann. Der dem Edelmetall-Teil 4 nachgeschaltete Nicht-Edelmetall-Teil 5 ist ein poröser Sinterkörper aus Eisen - III - Oxid und durch die Axial-Lagerung 7 vom Teil 4 durch einen Luftspalt 9 getrennt. Mit seiner dem Rohrstutzen 3 zugewandten Seite stützt sich der Nicht-Edelmetall-Teil 5 an der Kante ld des Gehäuses 1 ab.
  • Auch gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist der Edelmetall-Teil 4 ein mit Platin beschichteter Monolith mit einer der elastischen Axialhalterung 6 und der Radialhalterung 7 aus Fig. 1 entsprechenden Halterung der an seiner Stirnseite und gegenüber Wandung des Gehäuses 1. Der Nichtedelmetall-Teil 5 ist ein Keramik-Monolith, der mit Metalloxid, einer Nickellegierung oder einem anderen katalytisch wirksamen unedlen Katalyten beschichtet sein kann. Der Teil 5 schließt sich unmittelbar an dem Teil 4 an und ist in gleicher Weise wie der Teil 4 mittels der Halterung 8 radial und mittels einer weiteren Halterung 6 axial am Gehäuse 1 elastisch fixiert.
  • Bei der Variante gemäß Fig. 3 ist der Edelmetall-Teil 4 in gleicher Weise beschaffen und im Gehäuse 1 verankert wie der Teil 4 in Fig. l.Der nachgeschaltete unedle Teil 5 des Katalysators besteht jedoch hier aus einem Drahtgeflecht aus hitzefester Nickellegierung.
  • Dieses Drahtgeflecht stützt sich und den Edelmetall-Teil 4 infolge seiner eigenen Elastizität vibrations-und verschiebe-sicher im Gehäuse 1 ab.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist der Edelmetall-Teil 4 ein mit Edelmetall beschichteter Schüttgutkatalyt, wobei als Trägermaterial des Edelmetalles Keramikkörner, Pulver, Pillen, Extrudate, Mikro- oder Makro-Kugeln dienen können. Dem Schüttgutkatalyt 4 ist einströmseitig ein Gitter oder Filter vorgeschaltet, während er ausströmseitig von dem Nichtedelmetall-Katalyt 5 aus einem sich wiederum selbsthaltenden Drahtgeflecht-, Gewebe oder -Gitter, beispielsweise aus Nickellegierung oder gesintertem Eisen-III-Oxid, gekammert wird.
  • Die beiden Katalysator-Einsätze 4,5 gemäß Fig. 5 sind jeweils poröse Metallkörper, aus einem Sintermetall, Gewebe, Streckmetall oder Gitter, zum Beispiel aus Nickellegierung oder Ferrit, wobei der Edelmetall-Teil 4 mit Edelmetall beschichtet ist. Beide Teile 4 und 5 liegen mit ihren Stirnflächen 4a, 5a aneinander an und stützen sich ohne besondere Haltemittel zwischen den Kanten lc, ld im Gehäuse 1 verschiebefest ab oder sind bei geeigneter Materialpaarung mit dem Gehäuse 1 verschweißt.
  • Die Variante nach Fig. 6 weist ein Gehäuse 1 mit einer doppelten Wandung 100 auf zum Zwecke der besseren Wärmedämmung nach innen, um die zum exothermen Prozess nötige Wärme zu speichern und nach außen, um schädliche Hitzeaus strahlung auf dem Katalysator benachbarte Teile zu vermeiden. Die Wärmedämmung kann auch noch durch eine geeignete wärmedämmende Schicht 11 optimiert werden, die sich zwischen der doppelten Wandung 100 des Gehäuses 1 befindet. Der Edelmetall-Teil 4 in Form eines beispielsweise mit Platin oder Vanadium beschichteten Keramlk-Monolithen ist wiederum durch elastische Axial-und Radial-Halterungen 6,7 und 8 im Gehäuse 1 gehalten.
  • An der Halterung 7 schließt sich der unedle Teil 5 selbsthaltend an in Form eines gesinterten Drahtgeflechtes aus einer Ni-Cr-Legierung, Cu, Ni-Cr mit Fe 203 oder dergleichen. Wie bei allen vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen sind auch hier die beiden Teile 4 und 5 zwischen den Kanten lc und ld des Gehäuses 1 fixiert.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 ist die elastische Radial- und Axial-Halterung des Edellmetall-Teiles 4 unmittelbar vom Nichtedelmetall-Teil 5 gebildet. Ein ringförmiger Fortsatz 5b des Teiles 5 umgibt den Teil 4 ringsum und umklammert ihn auch noch mit einer Abwinkelung 5c von seiner Vorderseite 4b her. Auf diese Weise ist der empfindliche Edelmetall-Teil 4 mit seiner Rückseite 4a und ringsum ganz im Teil 5 schützend eingebettet und an seiner Vorderseite 4b soweit umklammert, daß der Abgasstrom einen offenen Zugang 10 zum Teil 4 findet. Während der Teil 4 aus einem mit Edelmetall beschichteten Keramik-Monolith bestehen kann, ist der Teil 5 vorzugsweise aus einem elastischen hitzefestem Trägergerüst aus Drahtgeflecht, mit oder ohne Sinterbindung, gebildet mit einer Metalloxid-Beschichtung. Die beiden Teile 4 und 5 sind wiederum zwischen den Kanten lc und ld des Gehäuses 1 gehalten.
  • Ähnlich der Variante nach Fig. 7 ist in Fig. 8 der Edelmetall-Teil 4 in einem ringförmigen Fortsatz 5b des Nichtedelmetall-Teiles 4 eingebettet. Anstelle einer Umklammerung seiner Vorderseite 4b durch eine Abwinkelung des Ringfortsatzes ist jedoch in diesem Fall der Teil 4 mittels eines porösen Verschlußdeckels bzw. Gitters ll von vorne abgedeckt. Der Teil 4 ist ein Schüttgut-Katalyt aus edelmetall-beschichteten Keramik-Körnern, Pillen, Extrudaten, Mikro- oder Makro-Kugeln oder ähnlichem. Teil 5 ist vorzugsweise ein poröser Sinterkörper aus Ni- oder Ni-Cr Legierung, Cu oder Metalloxid. Der zweiteilige Katalysator sitzt auch hier zwischen den Kanten lc und ld des Gehäuses 1 fest. Anstelle der in Fig. 7 und 8 beschriebenen Einbettung des Teiles 4 kann natürlich auch der Teil 5 im Teil 4 eingebettet sein.
  • L e e r s e i t e

Claims (7)

  1. Patentansprüche 1. Katalytische Abgasreinigungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit zwei in einem Gehäuse hintereinander geschalteten Katalyten, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Katalyt aus einem Edelmetall-Teil (4) und der ihm nachgeschaltete Katalyt aus einem Nicht-Edelmetall-Teil (5) besteht.
  2. 2. Katalytische Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Edelmetall-Teil (4) und / oder der Nichtedelmetall-Teil (5) ein Trägergerüst aus Keramik, Sinterwerkstoff, Drahtgeflecht oder Schüttgut aufweist.
  3. 3. Katalytische Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Edelmetall-Teil (4) und / oder der Nichtedelmetall-Teil (5) mittels elastischer axialer und / oder radialer Halterungen (6,7,8; 5b,5c) im Gehäuse (1) gelagert sind.
  4. 4. Katalytische Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Radial-und / oder Axial- Halterung des einen Teiles (4 bzw.
  5. 5) von einer Einbettung (5b, 5c) im anderen Teil (4 bzw. 5) gebildet ist.
    5. Katalytische Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Teile (4,5) zwischen den Kanten (lc, ld) des Gehäuses (1) abstützen.
  6. 6. Katalytische Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) eine doppelte Wandung (100) aufweist.
  7. 7. Katalytische Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die doppelte Wandung (100) mit einer wärmedämmenden Schicht (11) versehen ist.
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