DE2559110A1

DE2559110A1 - Katalysatorbehaelter fuer eine abgassammelleitung

Info

Publication number: DE2559110A1
Application number: DE19752559110
Authority: DE
Inventors: Hironori Bessho; Hidetaka Nohira; Yasuyuki Sakai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1975-06-04
Filing date: 1975-12-30
Publication date: 1976-12-09
Also published as: US4096691A

Description

_. _D if Patentanwälte:

TlEDTKE * DÜHLING " ΙνΙΝΠΕ Dipl.-ing. Tiedtke

Dipi.-Chem. Bühüng Dipl.-Ing. Kinne

8 Münden 2, Postfach 202403 2559110. Bavariaring 4

Tel.:(0 89)53 96 53-56

Telex: 5 24845 tipat

cable: Germaniapatent München

3,0. Dezember 1975

B 706G

case TSM75-F197-G264

TOYOTA JIDOSHA KOGYO KABÜSIIIKI KAISHA Toyota-shi/ Japan

Katalysatorbehälter für eine Abgas-Sammelleitung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Katalysatorbehälter-zur Verwendung in einer Ansaugsainmelleitung und insbesondere auf einen zylindrischen'KatalysatorbehUlter, der einen perforierten inneren und äußeren Zylinder aufweist und dadurch eine Doppelwandkonstruktion bildet, wobei das Katalysatormaterial in den Raum eingefüllt ist, der sich zwischen •den inneren und dem äußeren Zylinder befindet.

Es ist bekannt, Katalysatoren zur Verminderung der Menge an schädlichen Gasen wie Kohlenmonoxyd (CO), Kohlenwasserstoff (HC) und Sticko^yd (NOx) in den Abgasen zu vermindern. Die Katalysatoreinrichtung oder der Katalysatormaterial ent-

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haltende Wandler wird in ein Abgasrohr eingegliedert, und zwar an einer Stelle, die sich in einem erheblichen Abstand von der Auslaß.öf fnung einer Brennkraftmaschine befindet, um übermäßigen Katalysatorverbrauch zu verhindern.

Ein Katalysatormaterial bietet einen hohen katalytischen Wirkungsgrad,'wenn es unter einer relativ hohen Temperatur gebraucht wird. Unglücklicherweise wird die Lebensdauer des Katalysatormaterials bei Anwendung unter hohen Temperaturen verkürzt.Außerdem ist die Lebensdauer von Katalysatormaterial kürzer als diejenige anderer Teile eines Kraftfahrzeugs, so daß die' Katalysatorvorrichtung periodisch überprüft und ausgetauscht werden sollte. Die bekannte Anordnung oder Ausgestaltung einer Katalysatorvorrichtung ist für diese Anforderungen nicht geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Katalysatorbehälter für eine Abgassammelleitung zu schaffen, der an einer Stelle untergebracht werden kann, die für hohen katalytischen Wirkungsgrad geeignet ist und der die Häufigkeit in der Wartung vermindert. Außerdem soll dieser Katalysator leicht gewartet und ausgetauscht werden können. Ferner soll sich die Vorrichtung selbst der thermischen Ausdehnung des KatalysatQrmaterials anpassen, das hohen Temperaturen ausgesetzt wird, sowie ferner der thermischen Ausdehnung des Behälters selbst in Axialrichtung. Schließlich soll die Vorrichtung leichte Zufuhr von Katalysatormaterial in den Katalysatorbehälter gestatten.

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Lrfindun.jsgep.äß wird ein KatalysatorLehälter für eii.e AbgasSammelleitung derjenigen Bauart geschaffen, die einen inneren und einen äußeren perforierten Zylinder besitzt, wobei das Katalysatormaterial in den zwischen dem inneren und äußeren Zylinder gebildeten Ringraum eingefüllt wird. Erfindungsgemäß besitzt der Behälter . einen oberen und einen, unteren ringförmigen Deckel, der Kopf-und Bouenöffnungen des zylindrischen Raums zwischen dem inneren und äußeren* Zylinder oder Innenzylinder und Außenzylinder· verschließt, einen kreisförmigen Deckel, der die Kopföffnung des Innenzylinders verschließt, einen Außenzylinderdeckel, der auf den oberen Umfangsrand des Außenzylinders in einer solchen Weise aufgesetzt ist, daß er die Kopföffnung des Außenzylinders als auch den kreisförmigen Innenzylinderdeckel des Innenzylinders überdeckt, wodurch ein erster Raum zwischen dem Außenzylinderdeckel und dem kreisförmigen Innenzylinderdeckelund ein zweiter Raum zwischen dem Innenzylinder und dem Außenzylinder gebildet wird und der erste Raum über wenigstens ein Loch im oberen ringförmigen Deckel mit dem zweiten Raum verbunden ist. Das Katalysatormaterial wird nicht nur in den ersten. Raum, sondern auch in den zweiten Raum eingefüllt, so daß bei Verbrauch des im ersten Raum enthaltenen Katalysatormaterials durch die hindurchgehenden Abgase das in dem ersten Raum enthaltene Katalysatormaterial automatisch in den zweiten Raum zur Ergänzung des verbrauchten Katalysatormaterials des zweiten Raums nachgeliefert wird. Das in dem ersten Raum enthaltene

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Katalysatormaterial wird nicht verbraucht, da dort kein Abgas' hindurchgeht.

Gemäß einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Katalysatorbehälters ist' auf den Wänden vom innerem>und äußerem Zylinder eine Mehrzahl von Reihen eingeprägter Abschnitte vorgesehen, die in der Achsialrichtung des Zylinders in solcher Weise verlaufen, daß die eingeprägten oder eingedrückten Abschnitte in einem gegebenen Abstand in'Axialrichtung liegen und' die Reihen parallel zueinander bei Betrachtung in ümfangsrichtung der Zylinder liegen. Jeder der eingeprägten Abschnitte hat Schlitze auf seinen in ümfangsrichtung des Zylinders gesehenen entgegensetzten Seiten, so daß " brückenartige Aufbauabschnitte an der äußeren ümfangsflache der Zylinder gebildet v/erden. Die eingeprägten Abschnitte oder Brückenabschnitte können die in den Wänden des Zylinders, infolge thermischer Ausdehnung des Katalysators, insbesondere der Ausdehnung in Radialrichtung des Zylinders auftretenden Spannungen zu absorbieren.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal des erfindungsgemäßen Katalysatorbehälters bildet der Außenzylinder-

deckel, der die Kopföffnung des Außenzylinders überdeckt, eine Wand des Abgassammlers, während zusätzlich das untere Ende des Innenzylinders einen rohrförmigen Anschluß bildet, der an den Austritt der AbgasSammelleitung in gasdichter Weise angeschlossen werden kann, so daß Schnellmontage und Schnellentfernung des Katalysatorbehälters an das bzw. von

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der AbgasSammelleitung möglich ist, Zusätzlich kann der Außenzylinderdeckel die Kopföffnung der Sammelleitung über decken, durch welche öffnung der Katalysatorbehälter in der Sammelleitung eingebaut wird. Der Katalysatorbehälter befindet sich unmittelbar am Austritt der Sammelleitung,liefert hohen katalytischem Wirkungsgrad und gestattet schnelle Wartung und schnellen Austausch.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmall der Erfindung ist der Behälter so ausgestaltet, daß er in der Weise in die Sammelleitung eingegliedert werden kann, daß ein gewisser Spalt zwischen dem Bodenende des Außenzylinders und der benachbarten inneren Bodenwand der Sammelleitung beläßt, so daß freie thermische Ausdehnung des Außenzylinders in seiner Axialrichtung ir.öglich ist.

Schließlich liefert die Erfindung gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal eine Ausgestaltung, bei der der äußere Abdeckungsabschnitt des Außenzylinderdeckels mit einer Ausnehmung versehen ist, die eine mit Gewinde versehene Wand hat, die mit der Gewindefläche an seinem zylindrischen Abschnitt übereinstimmt,der von dem ringförmigen Deckelabschnitt vorsteht, der die Kopföffnung des Außenzylinders überdeckt, so daß bei Entfernen des äußeren Abdeckungsabschnitts Katalysator durch den vorerwähnten zylindrischen Abschnitt in den ersten Raum des Außenzylinders eingefüllt werden kann.

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Die Erfindung wird iin folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert;

Fig. "1 ist eine Vertikalteilschnittansicht einer Ausführungsform eines zylindrischen Katalysatorbehälters für eine Abgassammelleitung;

Fig. 2 ist eine Teil-vertikal Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Katalysatorbehälters "für eine "Abgassammelleitung;

Fig* 3 ist eine Teilhorizontalschnittansicht des Katalysatorbehälters und derSammelleitung nach der Erfindung;

Fig. 4 ist eine Teilvertikalschnittansicht des Katalysatorbehälters und der Sammelleitung nach der Erfindung:.

In der Figur 1 ist ein zylindrischer Katalysatorbehälter 10 gezeigt. Der .Katalysatorbehälter 10 besitzt im wesentlichen, einen perforierten .Innenzylinder 11 und einen perforierten Außenzylinder 12. In den zylindrischen Raum 16, d.h.

in den Raum zwischen dem Innenzylinder 11 und dem Außenzylinder 12. ist Katalysatormaterial eingefüllt. An axial entgegengesetzten Enden des zylindrischen Raums 16 befindet sich ein oberer bzw. ein unterer ringförmiger Deckel 15 bzw. 15' Am Kopfende des Innenzylinders 11 ist ein Innenzylinderdeckel

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14 vorgesehen, der die Kopföffnung des Innenzylinders überdeckt. Der Innenzylinderdeckel 14 kann mit dem oberen ringförmigen Deckel 15 aus einem Stück bestehen. Es' ist ferner ein Außenzylinderdeckel 13 so angeordnet, daß er den oberen ringförmigen Deckel 15 als auch den Innenzylinderdeckel 14 überdeckt. Der obere Rand des Außenzylinders 12 steht nach außen über den oberen Rand des Innenzylinders 11 in Axialrichtung vor, so daß ein Raunt 17, d.h. ein erster Raum gebildet wird, der durch den Außenzylinderdeckel 13/ den Innenzylinderdeckel 14 und den oberen ringförmigen Deckel 15 begrenzt wird . Der obere ringförmige Deckel 15 hat wenigstens ein Loch 151, so.daß der Raum 17 über das Loch 151 mit dem. Raum 16 in Verbindung steht. Der untere Rand des Innenzylinders 11 steht nach unten über den unteren Rand des Aüßenzylinders 12 vor , wobei der untere vorstehende Abschnitt des in Zylinders 11 als ein rohrförir.iaes Anschlußelement 111 für den Austritt einer Abgassaramelleitung bildet.

Der ümfangsr.and des Außenzylinderdeckels 13 steht nach außen von der Wand des Außenzylinders 12 in Radialrichtung vor. Der vorstehende Umfangsrand des Außenzylinderdeckels 13 liefert einen Befesti^ungsflansch 131, der über den Umfangs-'rand einer Öffnung der Sammelleitung gesetzt wird,durch welche Öffnung der Katalysatorbehälter in die Sammelleitung einzusetzen ist. Ist der Katalysatorbehälter eingebaut, bildet der Außenzylinderdeckel 13 einen Teil der Wand der

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Sammelleitung oder Abgassamnelleitung.

Der Innenzylinder 11 und der Außenzylinder 12 sowie die Deckel 13, 14,15 und 15 ' sind verschweißt und bilden einen gasdichten Körper.'

In den Wänden von innerem Zylinder 11 und äußerem Zylinder 12 ist eine Vielzahl von axial verlaufenden Reihen von eingeprägten oder eingerückten /abschnitten ausgebildet, die jeweils an in Umfangsrichtung entgegengesetzten Rändern Schlitze haben. Diese Reihen verlaufen somit parallel zueinander in Umfangsrichtung. Die eingeprägten Abschnitte stehen in den zv/eiten Raum 16 vor, d.h. in den zylindrischen Raum zwischen dem inneren und äußeren Zylinder 11 und 12. Die Schlitze weisen in Umfangsrichtung der jeweiligen Zylinder 11 und 12.

Ist der zylindrische Katalysatorbehälter in eine Sammelleitung eingebaut, kann der Außenzylinder 12 Abgase berühren, die in die Sammelleitung strömen,während der rohrförinige Ancchlußabschnitt.111 des Innenzylinders in den Imstritt der Sammelkitung in gasdichter Weise eingebaut ist. Die in die Abgasleitung eintretenden Abgase gehen durch den

Außenzylinder 12, das Katalysatormaterial 1, den Innen- . zylinder 11 und den rohrförmigen Anschlußabschnitt 12 in ein Abgasrohr.

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Katalysatormaterial wird außerdem in den Raum 17 eingefüllt, in den keine Abgase eintreten, so daß das dort eingefüllte Katalysatornaterial nicht verbraucht wird. Andererseits venaindert das in den Raura 1G eingefüllte Katalysatorir.aterial durch die katalytische Reaktion mit den Abgasen sein Volumen. Das in den Raum .17 eingefüllte Katalysatormaterial ergänzt das Katalysatormaterial des Raums 16, 3O daß der Raum 17 als Katalysatormaterialnachschubquelle benutzt wird.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführuhgsform eines erfindungsgemäßen Katalysatorbehälters, der einen anderen Außenzylinderdeckel 13 besitzt. Der Außenzylinderdeckel 13 hat einen ringförmigen Abschnitt 132, einen zylindrischen Abschnitt 130 und einen Außenüberdeckungsabschnitt 134. Der ringförmige Abschnitt 132 ist an den Kopfrand des ringförmigen Deckels 15 und/oder an den Kopfrand des Außenzylinders 12 sowie an den zylindrischen Abschnitt 133 angeschweißt. Der ringförmige Abschnitt 132 kann mit dem zylindrischen Abschnitt 133 aus einem Stück bestehen. Die äußere Abdeckung 134 hat eine zentrale, mit Gewinde versehene Ausnehmung Oder Vertiefung, während die Außenfläche des zylindrischen Abschnitts 132 mit einem Außengewinde versehen ist, so daß'-die äußere Abdeckung 134 auf den zylindrischen Abschnitt 133 aufgeschraubt werden kann. Es kann daher der Uberdeckungsabschnitt 134 vom zylindrischen Abschnitt 133 abgenommen v/erden, wenn Katalysatormaterial in den ersten Raum 17 einzufüllen ist. Außerdem kann mit Rücksicht auf den Gewindeeingriff die Gesamtlänge des Katalysatorbehälters auf eine erwünschte Höhe eingestellt werden. 609850/0600

BAD ORIGINAL

Die Figuren 3 und 4 zeigen den Abgassammler oder Abgassammelleitung, die den zylindrischen Katalysatorbehälter gemäß Vorbeschreibung aufnimmt. Die Sammelleitung 20 besitzt eine obere Hälfte 21 und-eine untere Hälfte 22. Beide sind mit Hilfe von Gewindeabschnitten miteinander verbunden. Überlicherweise hat die Sammelleitung eine Vielzahl von Eintritten und einen Austritt. Die dargestellte Sammelleitung 20 besitzt einen bei Betrachtung in Ilorizcntalrichtung im wesentlichen U-förmigen Kanal. Die Eintritte der Sammelleitung sind bei 24 gezeigt und überdecken zwei ALgasöffnungen im Zylinderkopf· einer Brennkraftmaschine, v/o die Sammelleitung 20 am Zylinderkopf befestigt ist.

Ein Austritt 25 des Abgassammlers oder AbgasSammelleitung 2Ö befindet sich im-Mittelabschnitt der Sammelleitung· /während sich der Katalysatorbehalter unmittelbar am Austritt 25, befindet und sich senkrecht erstreckt. Zusätzlich ist der Austritt 25 in Richtung auf das Abgasrohr 2 6 gerichtet und an dieses angeschlossen.

In der Viand der Sammelleitung 20, die dem Austritt 2 5 entgegengesetzt istbefindet sich eine kreisförmige Öffnung 27, deren Durchmesser etv/as größer als der Durchmesser des Außenzylinders 12 des zylindrischen Katalysatorbehälters 10 ist. Der Abstand.zwischen dem Rand der Öffnung 27 und der Bodenwand der Sammelleitung ist im wesentlichen der gleiche wie der Abstand des Rands des Flanschabschnitts 131 des Außenzylinderdeckels 13 und des unteren Endes des Außenzylinders

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12, so-daß ein vorgegebener Spalt zwischen der Bodenwand der SammeHaltung und dem unteren Ende des Außenzylinders 12 verbleibt. Der Spalt oder Abstand paßt eich der axialen thermischen Ausdehnung des Katalysntorbohülters an. Der Durchmesser des Austritts 25 der Sammelleitung 20 ist derselbe wie der Außendurchmesser des rohrförmigen Anschlußabschnitts 111. Wie sich aus der Beschreibung ergibt, kann der Anschluß-.abschnitt 111 lösbar in den Austritt 25 der Sammelleitung 20 in gasdichter Weise eingesetzt werden.

. · Außerdem sind die jeweiligen Hälften 21 und 22 des Abgas-Sammlersoder /ibgassairjaelleiturig 20 r.it Uürrr.eisolationsbelägen ausgekleidet, die in einem erwünschten Abstand von der"Innenwand der Sammelleitung liegen. i_ia zusammengebauten Zustand können solche Auskleidungen an den oberen und unteren Hälften der Sammelleitung befestigt werden,so daß eine doppelwandige Konstruktion erhalten wird. Solche Auskleidungen bestehen aus einem hitzefesten Stahl, z.E. aus hitzebeständigera Stahl.

Die Erfindung liefert somit einen Katalysatorbehälter für eine Abgassammelleitung; dieser Behälter besitzt einen perforierten Innenzylinder und einen perforierten Außenzylinder und befindet sich in der Abgassammelleitung an der Stelle des Austritts der Abgassammelleitung, wobei in den zylindrischen Raum zwischen dem Innenzylinder und dem Außenzylinder ein Katalysatormaterial eingefüllt ist. Bei diesem Katalysatorbehälter sind die ringförmigen Öffnungen des zylin-

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drischen Rauras am Kopfende und Bodenende jeweils mit einem · ringförmigen oberen bzw-, unteren Deckel verschlossen, während ein kreisförmiger'Innenzylinderdeckel. über die KopfÖffnung des Innenzylinders gesetzt ist, um diesen zu überdecken. Zusätzlich ist auf den oberen Umfangsrand des Außenzylinders ein Außenzylinderdeckel in einer solchen Weise gesetzt, daß er die Kopföffnung des Außenzylinders sowie den kreisförmigen Innenzylinderdeckel überdeckt. Das Katalysatormaterial wird •in einen ersten Raum eingefüllt, der durch den Innenzylinderdeckel und den Außenzylinderdeckel begrenzt wird, sowie in einen zweiten Raum, der zwischen.dem Außenzylinder und dem Innenzylinder gebildet wird. Der erste Raum steht über wenigstens ein Loch im oberen ringförmigen Deckel mit. dem zweiten Raum in Verbindung.

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Claims

— 1 ^ —

I -J

.Patentansprüche

1 J Katalysatorbehälter für cine Abgassamnelleitung mit einem perforierten im wesentlichen vertikal angeordneten Innenzylinder und Außenzylinder, wobei sich in dem zylindrischen Raum zwischen dem Innneaylinder und dem Außenzylinder ein Katalysatormaterial befindet, gekennzeichnet durch obere und untere ringförmige. Deckel (15; 15), die ringförmige Kopf- und Bodenöffnungen des zylindrischen Raums zwischen Innenzylinder (11) und Außenzylinder (12) überdecken, durch einen ■kreisförmigen Innenzylinderdeckel (14) der die Kopföffnung des Innenzylinders (11) überdeckt, durch einen Außenzylinderdeckel (13) am oberen Umfangsrand des Außenzylinders, wobei dieser Deckel die Kopföffnung des Außenzylinders und den kreisförmigen Innenzylinderdeckel überdeckt und der Außenzylinderdeckel (13J und der Innenzylinderdeckel (14) einen ersten Raum (16) miteinander bilden, und durch eine Einrichtung, die ein· Loch (151)'in dem oberen ringförmigen Deckel (15) liefert, durch den der erste Raum (17) mit dem zylindrischen Raum (16) zwischen dem Innenzylinder und dem Außenzylinder in Verbindung steht.
2. Katalysatorbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenflächen von Innenzylinder -(11) und Außenzylinder (12) eine Vielzahl von axial verlaufenden

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Reihen eingeprägten Abschnitte haben,von denen jeder an . seinen in Umfangsrichtung des Zylinders gesehenen entgegengesetzten Seiten.einen Schlitz besitzt und in dem zylindrischen Raum (16) mit in Umfangsrichtung v/eisenden Schlitzen ragt.

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3. Katalysatorbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet/ daß der Außenzylinderdeckel (13) einen ringförmigen Abschnitt (132), einen zylindrischen Abschnitt (133) mit einem Außengewinde und einem äußeren überdeckungsabschnitt (134) besitzt, wobei in diesem Überdeckungsabschnitt (134) eine Vertiefung mit einem Innengewinde vorgesehen ist und der äußere Überdeckungsabschnitt (134) lösbar auf das Außengev/inde des zylindrischen" Abschnitts (133) aufgeschraubt ist.
4. Katalysatorbehälter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche für eine Abgassammelleitung mit einem Austritt, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorbehälter in die SammelMtung eingesetzt ist und der Außenzylinderdeckel einen Teil der Wand der Abgassammelleitung bildet, während das untere Ende des inneren Zylinders einen rohrförmigen Anschlußabschnitt (111) besitzt, der lösbar in den Austritt (2 5) der Abgassammelleitung in gasdichter Weise eingepaßt ist.'
5. Katalysatorbehälter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche für eine Abgassammelleitung mit

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einer' oberen Wand, in der sich eine öffnung befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorbehälter (10) über die öffnung (27)· in der oberen Wand der Abgassarmelleitung einsetzbar ist und der Außenzylinderdeckel (13) diese Öffnung überdeckt.' ■. .
6. Katalysatorbehälter nach einem.oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche für eine Abgassammelleitung mit einer inneren Bodenwand, dadurch gekennzeichnet, daß der. untere Rand des Außenzylinders (11) in einem-Abstand von 'der inneren Bodenwand unter Bildung eines Spalts zwischen ihnen angeordnet ist.

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