DE3433938A1 - Exhaust converter for internal combustion engines - Google Patents

Exhaust converter for internal combustion engines

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Abstract

An exhaust converter comprises monolithic ceramic carrier bodies for a catalytically active exhaust gas purification layer, the position of which bodies in a housing is fixed by an elastically compressed intermediate layer. In order to counteract any reduction in this compression due to thermal expansion of the housing, a device is arranged in the housing which exerts pressure on the intermediate layer as a function of the temperature.

Description

Abgaskonverter für BrennkraftmaschinenExhaust converter for internal combustion engines

Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgaskonverter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.The invention relates to an exhaust gas converter according to the preamble of the claim.

Abgaskonverter dieser Bauart sind beispielsweise aus der DE-OS 22 48 442 sowie durch die Abbildung auf S. 91 in Heft 3 der Fachzeitschrift "Krafthand" bekannt. Hierbei dient zur Lagefixierung eines monolithischen Trägerkörpers aus Keramik im Gehäuse die elastisch nachgiebige Zwischenlage, die bei der Montage des Trägerkörpers im Gehäuse zwischen beiden gepreßt wird. Bei längerem Vollastbetrieb einer Brennkraftmaschine - entsprechend einer hohen Dauergeschwindigkeit eines Fahrzeuges - verringert sich die Preßung der Zwischenlage durch die Wärmedehnung des Gehäuses. Diese Lockerung des Preßsitzes führt in Verbindung mit hochfrequenten Schwingungen in der Abgasanlage zu einer Zerstörung des Keramik-Trägerkörpers. Einerseits wird damit die Funktion der Abgasreinigung und andererseits die Leistung der Brennkraftmaschine durch erhöhten Abgasgegendruck beeinträchtigt.Exhaust gas converters of this type are, for example, from DE-OS 22 48 442 and the figure on p. 91 in Issue 3 of the trade journal "Krafthand" known. This is used to fix the position of a monolithic support body Made of ceramic in the housing, the resilient intermediate layer that is used when the carrier body is installed in the housing is pressed between the two. In the case of long-term full load operation of an internal combustion engine - corresponding to a high continuous speed of a vehicle - the compression of the intermediate layer is reduced by the thermal expansion of the housing. This loosening of the press fit leads to high frequency vibrations in the exhaust system destruction of the ceramic carrier body. On the one hand thus the function of the exhaust gas cleaning and on the other hand the performance of the internal combustion engine is increased Exhaust back pressure impaired.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Abgaskonverter derart zu gestalten, daß einer temperaturbedingten Verringerung der Preßung der Zwischenlage entgegengewirkt wird.The invention is based on the object of designing a generic exhaust gas converter in such a way that a temperature-dependent Reduction of the compression of the intermediate layer is counteracted.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst. Mit einer durch die Abgastemperaturen gesteuerten und nach Anspruch 2 durch
entsprechende Längenausdehnung eine Preßung bewirkende
Vorrichtung ist die Aufgabe besonders einfach gelöst. Eine bevorzugte Werkstoffauswahl für das Gehäuse des Abgaskonverters und die Vorrichtung ist in Anspruch 3 angegeben. Einem Gehäuse aus ferritischem Stahlblech mit einer Wärmedehnungszahl von 12 χ 10~" m/m χ grd wird eine Vorrichtung aus austenitischem Stahlblech mit einer Wärmedehnungszahl von 18 χ 10~° m/m χ grd zugeordnet. Eine baulich besonders einfache Ausgestaltung der Vorrichtung wird nach Merkmalen des Anspruches 4 erreicht. Bei einem Gehäuse mit einem
Außenmantel, der einen den/die Trägerkörper aufnehmenden Mittelteil und diesen mit den fluchtenden Anschlüssen der Abgasleitung verbindende trichterförmige übergänge umfaßt, sind in den übergängen jeweils ein Innenmantel aus austenitischem Stahlblech als Vorrichtung angeordnet. Jeder der Innenmäntel ist am anschlußseitigen Ende mit dem Außenmantel fest verbunden. An dem der Zwischenlage zugekehrten, freibeweglichen Ende weist jeder Innenmantel einen nach
Anspruch 6 über den Endbereich des Trägerkörpers hinweggeführten, kegelartigen Flansch auf. Damit kann die im wesentlichen in axialer Gehäuseerstreckung sich ausdehnende Vorrichtung die Zwischenlage sowohl zwischen Gehäuse bzw. Außenmantel und Trägerkörper als auch an seiner Stirnseite in einem äußeren Randbereich beaufschlagen. Dadurch wird die für eine sichere Lagefixierung des Trägerkörpers erforderliche Preßung der Zwischenlage bei hohen Temperaturen sichergestellt. Weiter setzt die Preßung der Zwischenlage besonders schnell dadurch ein, daß dieYVorrichtung
dienenden Innenmäntel zugleich gasführend und damit den
Abgastemperaturen direkt ausgesetzt sind. Somit bleibt der Anpreßdruck auf den Keramik-Trägerkörper erhalten. Weiter ist der Aufwand an teuerem austenitischem Stahlblech geringgehalten, wobei das preiswerte Material für das Gehäuse des Abgaskonverters beibehalten werden kann. Schließ-This object is achieved by the features specified in the characterizing part of the patent claim. With a controlled by the exhaust gas temperatures and according to claim 2 through
corresponding linear expansion causing a compression
The object is achieved in a particularly simple manner. A preferred choice of material for the housing of the exhaust gas converter and the device is specified in claim 3. A housing made of ferritic sheet steel with a coefficient of thermal expansion of 12-10 m / m is assigned a device made of austenitic sheet steel with a coefficient of thermal expansion of 18-10 m / m Features of claim 4. In the case of a housing with a
Outer jacket, which comprises a central part accommodating the carrier body (s) and funnel-shaped transitions connecting these with the aligned connections of the exhaust gas line, an inner jacket made of austenitic sheet steel is arranged as a device in each of the transitions. Each of the inner sheaths is firmly connected to the outer sheath at the connection-side end. At the freely movable end facing the intermediate layer, each inner jacket has one
Claim 6 guided over the end region of the support body, cone-like flange. The device, which expands essentially in the axial extension of the housing, can thus act on the intermediate layer both between the housing or outer casing and the carrier body and on its end face in an outer edge region. This ensures that the intermediate layer is pressed at high temperatures to ensure that the carrier body is securely fixed in position. Furthermore, the pressing of the intermediate layer begins particularly quickly because the device
serving inner jackets at the same time gas-carrying and thus the
Exhaust gas temperatures are directly exposed. The contact pressure on the ceramic carrier body is thus maintained. Furthermore, the cost of expensive austenitic steel sheet is kept low, and the inexpensive material for the housing of the exhaust gas converter can be retained. Closing

lieh reduzieren die Innenmäntel auch die Schallabstrahlung des Abgaskonverters, insbesondere dann, wenn dieser sowie seine übergänge von ovalem Querschnitt sind. Ferner stehen die Innenmäntel als eine auf die Zwischenlage temperaturabhängig stopfbuchsenartig einwirkende Vorrichtung der billigen, bekannten Halbschalen-Bauweise des Abgaskonverter-Gehäuses nicht entgegen.The inner jackets also reduce noise emissions of the exhaust gas converter, especially if this and its transitions are of oval cross-section. Also stand the inner jackets as a temperature-dependent device acting like a stuffing box on the intermediate layer cheap, well-known half-shell construction of the exhaust converter housing does not oppose.

Die auf die Zwischenlage temperaturabhängig pressend einwirkende Vorrichtung kann im Gehäuse auch derart angeordnet sein, daß eine im wesentlichen radiale Preßung der Zwischenlage erreicht wird.The device, which presses the intermediate layer in a temperature-dependent manner, can also be arranged in this way in the housing be that a substantially radial compression of the intermediate layer is achieved.

In der Zeichnung ist die Erfindung dargestellt, wobei der Abgaskonverter im Längsschnitt gezeichnet ist.The invention is shown in the drawing, the exhaust gas converter being drawn in longitudinal section.

Ein Abgaskonverter 1 in einer Abgasleitung 2 einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine umfaßt ein Gehäuse 3, das zwischen Anschlüssen 4 trichterförmige Übergänge 5 zu einem Mittelteil 6 aufweist. Im Mittelteil 6 sind monolithische Keramik-Trägerkörper 7 für eine katalytisch aktive Schicht zur Abgasreinigung angeordnet. Die Trägerkörper 7 sind mittels einer elastischen, zusammengepreßten Zwischenlage 8 im Gehäuse 3 lagefixiert. Ein erster, durch eine Gehäusesicke 9 unter Einbeziehung der Zwischenlage 8VeIn innerer, axialer Anschlag für die Trägerkörper 7 erzielt.An exhaust gas converter 1 in an exhaust pipe 2 of an internal combustion engine, not shown, comprises a housing 3 which has funnel-shaped transitions 5 to a central part 6 between connections 4. In the middle part 6 are monolithic Ceramic carrier body 7 arranged for a catalytically active layer for exhaust gas purification. The carrier body 7 are fixed in position in the housing 3 by means of an elastic, compressed intermediate layer 8. A first, through a housing bead 9 with the inclusion of the intermediate layer 8VeIn inner, axial stop for the carrier body 7 scored.

Das Gehäuse 3 weist einen Außenmantel 10 aus ferritischem Stahlblech auf, das eine Wärmedehnungszahl von 12 χ 1Ο~° m/m χ grd hat. Der Außenmantel 10 bildet den Mittelteil 6, die trichterförmigen übergänge 5 sowie die Anschlüsse 4. Im Bereich der übergänge 5 weist das Gehäuse 3 jeweils einen im Abstand zum Außenmantel 10 angeordneten Innenmantel 11 aus austenitischem Stahlblech auf, das eine Wärmedehnungszahl von 18 χ 10~° m/m χ grd hat. Jeder Innenmantel 11 ist im Bereich des jeweiligen Anschlusses 4 mit demThe housing 3 has an outer jacket 10 made of ferritic sheet steel, which has a coefficient of thermal expansion of 12 χ 1Ο ~ ° m / m χ grd has. The outer jacket 10 forms the middle part 6, the funnel-shaped transitions 5 and the connections 4. In the area of the transitions 5, the housing 3 has an inner jacket arranged at a distance from the outer jacket 10 11 made of austenitic sheet steel, which has a coefficient of thermal expansion of 18 χ 10 ~ ° m / m χ degrees. Any inner jacket 11 is in the area of the respective connection 4 with the

Außenmantel 10 fest verbunden und liegt mit dem anderen, freibeweglich angeordneten Ende über einen Flansch 12 an der Zwischenlage 8 unmittelbar auf. Der Flansch 12 ist kegelartig gestaltet und so angeordnet, daß er über einen Endbereich des Trägerkörpers 7 hinweggeführt ist. An seinem äußeren Umfang steht der Flansch 12 mit einem an der Innenkontur des Außenmantels 10 gleitenden Führungsteil in Verbindung. An seinem inneren Umfang ist er mit einem axial gerichteten Teil 14 des Innenmantels 11 verbunden, wobei der Teil 14 in seiner Umfangskontur dem Verlauf der Zwischenlage 8 im äußeren Randbereich an der Stirnseite des Trägerkörpers 7 etwa angepaßt ist. Ein Hohlraum 16 zwischen dem gasführenden Innenmantel 11 und dem mit der Umgebungsluft in Verbindung stehenden Außenmantel .10 dient zur Aufnahme eines Isoliermaterials, das zusätzlich bei hohen Abgastemperaturen einem Ausbeulen des Innenmantels 11 entgegenwirken kann.Outer jacket 10 is firmly connected and rests with the other, freely movable end via a flange 12 the intermediate layer 8 immediately. The flange 12 is conical and arranged so that it has a End region of the support body 7 is led away. At its outer periphery, the flange 12 is with one on the Inner contour of the outer jacket 10 sliding guide part in connection. At its inner circumference it is with one axially directed part 14 of the inner jacket 11 connected, the part 14 in its circumferential contour following the course of the Intermediate layer 8 is approximately adapted in the outer edge region on the end face of the carrier body 7. A cavity 16 between the gas-carrying inner jacket 11 and the outer jacket that is in contact with the ambient air .10 is used to accommodate an insulating material that also prevents the inner jacket from bulging at high exhaust gas temperatures 11 can counteract this.

Jeder der gasführenden Innenmäntel 11 aus einem Material, das eine gegenüber dem Material des Gehäuses 3 bzw. des Außenmantels 10 größere Wärmedehnungszahl aufweist, dient als Vorrichtung, die auf die Zwischenlage 8 sowohl im Randbereich an der Stirnseite 15 des Trägerkörpers 7 als auch zwischen Trägerkörper 7 und Außenmantel 10 temperaturabhängig pressend einwirkt. Damit kann einer mit der Wärmedehnung des Gehäuses 3 verbundenen Verringerung der ursprünglichen Preßung der Zwischenlage 8 entgegengewirkt werden zur Sicherung einer einwandfreien Lagefixierung des Trägerkörpers 7 im Gehäuse 3.
30Each of the gas-carrying inner jackets 11 made of a material that has a greater coefficient of thermal expansion than the material of the housing 3 or the outer jacket 10 serves as a device that acts on the intermediate layer 8 both in the edge area on the end face 15 of the carrier body 7 and between the carrier body 7 and the outer jacket 10 acts in a pressing manner depending on the temperature. In this way, a reduction in the original compression of the intermediate layer 8 associated with the thermal expansion of the housing 3 can be counteracted in order to ensure that the carrier body 7 is properly fixed in position in the housing 3.
30th

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Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: r 1. )Abgaskonverter für Brennkraftmaschinen,r 1.) exhaust gas converter for internal combustion engines, - umfassend ein Gehäuse (3) mit Anschlüssen (4) für eine Abgasleitung (2),- Comprising a housing (3) with connections (4) for an exhaust pipe (2), - einen monolithischen Trägerkörper (7) für eine katalytisch aktive Schicht, und- A monolithic support body (7) for a catalytic active layer, and - eine elastisch nachgiebige Zwischenlage (8), die zwischen Gehäuse und Trägerkörper für dessen Lagefixierung vorgespannt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,- An elastically flexible intermediate layer (8) between the housing and the carrier body for fixing it in position is arranged prestressed, characterized in that - daß eine Vorrichtung (Innenmantel 11) im Gehäuse (3) angeordnet ist,- That a device (inner jacket 11) is arranged in the housing (3), - die auf die Zwischenlage (8) temperaturabhängig pressend einwirkt.- which has a pressing effect on the intermediate layer (8) depending on the temperature. 2. Abgaskonverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,2. Exhaust converter according to claim 1, characterized in that - daß die Vorrichtung (Innenmantel 11) im Gehäuse (3) gasführend angeordnet ist und- That the device (inner jacket 11) in the housing (3) Is arranged to carry gas and - aus einem Material besteht, das eine gegenüber dem Material des Gehäuses größere Wärmedehnungszahl aufweist. - consists of a material that has a greater coefficient of thermal expansion than the material of the housing. 3. Abgaskonverter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,3. Exhaust converter according to claim 2, characterized in that - daß das Gehäuse (3 bzw. Außenmantel 10) aus ferritischem und- That the housing (3 or outer jacket 10) made of ferritic and - die Vorrichtung (Innenmantel 11) aus austenitischem Stahl bzw. Stahlblech ist.- The device (inner jacket 11) is made of austenitic steel or sheet steel. 4. Abgaskonverter nach den Ansprüchen 1 bis 3,4. exhaust gas converter according to claims 1 to 3, - mitvsinem Gehäuse (3) mit zwischen fluchtenden Anschlüssen (4) trichterförmigen übergängen (5) zu einem den Träger aufnehmenden Mittelteil (6), - das ferner einen Außenmantel (10) und einen im Abstand dazu angeordneten Innenmantel (11) aufweist,- mitvsinem housing (3) with between aligned connections (4) funnel-shaped transitions (5) to a middle part (6) receiving the carrier, - which also has an outer jacket (10) and an inner jacket (11) arranged at a distance from it, - der im Außenmantel gleitend gelagert ist, dadurch gekennzeichnet,- which is slidingly mounted in the outer jacket, characterized in that - daß der Mittelteil (6) vom Außenmantel (10) aus ferritischem Stahlblech gebildet ist,- That the middle part (6) of the outer jacket (10) is formed from ferritic sheet steel, - daß in den vom Außenmantel gebildeten übergängen (5) jeweils ein Innenmantel (11) aus austenitischem Stahlblech angeordnet ist und- That in the transitions (5) formed by the outer jacket each have an inner jacket (11) made of austenitic Sheet steel is arranged and - jeder Innenmantel im Bereich der Anschlüsse (4) mit dem Außenmantel fest verbunden ist,- each inner jacket is firmly connected to the outer jacket in the area of the connections (4), - wobei jeder Innenmantel ferner im freien Endbereich einen im wesentlichen radial gerichteten Flansch (12) zur Anlage an der Zwischenlage (8) sowie- Each inner jacket also has a substantially radially directed flange (12) in the free end area for contact with the intermediate layer (8) and - einen an der Innenkontur des Außenmantels gleitenden Führungsteil (13) aufweist.- Has a guide part (13) sliding on the inner contour of the outer jacket. 5. Abgaskonverter nach Anspruch 4,5. exhaust gas converter according to claim 4, - bei dem der Trägerkörper (7) sowohl am Umfang als auch in äußeren Randbereichen seiner Stirnseiten von der Zwischenlage (8) bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, - In which the carrier body (7) both on the circumference and in the outer edge regions of its end faces of the intermediate layer (8) is covered, characterized in that - daß jeder Innenmantel (11) einen kegelartig gestalteten Flansch (12) aufweist,- That each inner jacket (11) has a cone-like flange (12), - der am äußeren Umfang mit dem Führungsteil (13) und - am inneren Umfang mit einem axial gerichteten Teil- the one on the outer circumference with the guide part (13) and - on the inner circumference with an axially directed part (14) verbunden ist und(14) is connected and - die Zwischenlage (8) sowohl im Randbereich als auch zwischen Trägerkörper (7) und Außenmantel (10) bzw.- The intermediate layer (8) both in the edge area and between the carrier body (7) and the outer jacket (10) or Gehäuse (3) beaufschlagt.
35Housing (3) acted upon.
35 1 1 6. Abgaskonverter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelartige Flansch (12) über einen Endbereich des Trägerkörpers hinweggeführt angeordnet ist.6. Exhaust converter according to claim 5, characterized in that the conical flange (12) has an end region of the carrier body is arranged guided away. 5 5 7. Abgaskonverter nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 6, dadurch gekennzeichnet,7. Exhaust converter according to one or more of the claims up to 6, characterized - daß in einem Hohlraum (16) zwischen Außenmantel (10) und Innenmantel (11) ein Isoliermaterial angeordnet ist,- That in a cavity (16) between the outer jacket (10) and an insulating material is arranged in the inner jacket (11), 10 - das zusätzlich zur Aussteifung des Innenmantels dient.10 - this in addition to the stiffening of the inner jacket serves.
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