DE3536315C2

DE3536315C2 -

Info

Publication number: DE3536315C2
Application number: DE3536315A
Authority: DE
Inventors: Reinhold 7035 Waldenbuch De Kuchelmeister
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Priority date: 1985-10-11
Filing date: 1985-10-11
Publication date: 1990-10-31
Also published as: DE3536315A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Katalysatoranordnung zur Reinigung von Abgasen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Katalysatoranordnungen, bei denen von einem kleinen Strömungs querschnitt eines Eintrittsrohres zum größeren Strömungsquer schnitt des Mantels und der Trägermatrix des Katalysators über gegangen wird, sind bekannt (DE-PS 29 13 731). Durch eine solche Ausgestaltung treten Strömungsablösungen des Abgas stromes auf. Dies hat zur Folge, daß der Abgasstrom nicht gleichmäßig die gesamte Querschnittsfläche der Trägermatrix beaufschlagt, sondern nur einen etwa dem Querschnitt des Ein trittsrohres entsprechenden Teil, der dadurch frühzeitig aus brennt und für die katalytische Reaktion unbrauchbar wird. Die Lebensdauer der Katalysatoranordnung wird dadurch wesentlich verringert. Bei der bekannten Bauart ist vor der Trägermatrix einer Katalysatoranordnung ein Verteiler angeordnet, der die Abgasströmung zu den äußeren Bereichen der Querschnittsfläche der Trägermatrix ablenken soll. Es hat sich jedoch herausge stellt, daß insbesondere bei steilen Übergängen der Quer schnittsflächen ein Ablösen der Strömung nicht immer vermieden werden kann, so daß die gleichmäßige Beaufschlagung der Träger matrix mit Abgasen nicht für jeden Betriebszustand gewähr leistet ist. Auch wird bei der bekannten Anordnung der Abgas gegendruck für die Brennkraftmaschine wesentlich erhöht und damit die Leistungsabgabe derselben verringert.

Bekannt ist auch eine Katalysatoranordnung der eingangs ge nannten Art (US-PS 39 64 875), bei der der Verteilkörper so aufgebaut ist, daß um einen senkrecht zur Strömung angeordneten zentralen Bereich herum dreiecksähnliche Laschen in einem definierten Winkel gleichsinnig mit diesem Bereich verbunden sind. Dadurch wird der Abgasströmung vor dem Eintritt in die Trägermatrix ein Drall verliehen, so daß dadurch eine Vertei lung der Abgase erfolgt. Der verhältnismäßig groß ausgebildete zentrale Bereich des Verteilkörpers setzt aber der Abgas strömung einen Widerstand entgegen, der, wie vorher bereits erwähnt, zu einem Druckverlust der Strömung führt. Da dieser zentrale Bereich des Verteilkörpers senkrecht zur Strömungs richtung steht, entsteht hier ein Prall- oder Staueffekt, der den Abgasgegendruck für die Brennkraftmaschine erhöht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Katalysatoranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit Hilfe einfach her zustellender Vorrichtungen eine gleichmäßige Beaufschlagung der Trägermatrix der Katalysatoranordnung mit Abgasen ermöglicht, ohne den Abgasgegendruck nennenswert zu erhöhen.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einer Katalysatoranordung der eingangs genannten Art die im Kennzeichen des Patentan spruches 1 aufgeführten Merkmale vorgesehen. Diese Ausgestal tung sichert die Erzeugung eines Dralles zur Aufteilung der Abgasströmung auf den größeren Querschnitt zu, ohne der Strömung einen nennenswerten Widerstand entgegenzusetzen, weil lediglich die Wanddicke der Leitbleche eine Staufläche bildet.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 gekennzeichnet. Ein beson ders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Drallkörper anordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 die schematische Darstellung eines Längsschnittes einer Ausgestaltungsform der Erfindung und

Fig. 3 die Frontansicht der Anordnung der Fig. 2.

In der Fig. 1 ist eine Katalysatoranordnung (10) dargestellt, die im wesentlichen aus einem Mantel (12), einer in diesem angeordneten, nicht näher gezeigten Trägermatrix (13), einem Übergangsstutzen (14), einem Drallkörper (15) und einem Ein trittsrohr (16) besteht. Dabei ist die Trägermatrix (13) im Mantel (12) befestigt, während der Drallkörper (15) sich im Eintrittsrohr (16) befindet. Der Mantel (12) und das Eintritt srohr (16) sind mit Hilfe eines Übergangsstutzens (14) mitein ander verbunden, wobei das Eintrittsrohr (16) eine kleinere Strömungsquerschnittsfläche besitzt als der Mantel (12) und damit auch als die Trägermatrix (13). Bei der in der Fig. 1 dargestellten Katalysatoranordnung (10) weisen der Mantel (12), der Übergangsstutzen (14) und das Eintrittsrohr (16), wie auch die Trägermatrix (13) und der Drallkörper (15) eine kreisför mige Außenform auf. Wie im Zusammenhang mit der Fig. 2 jedoch noch erwähnt werden wird, ist dies nicht unbedingt notwendig, so daß prinzipiell beliebige Querschnittsformen möglich sind.

Wie schon erwähnt wurde, sind die Strömungsquerschnittsflächen des Eintrittsrohres (16) und des Mantels (12) verschieden, so daß der Eintrittsquerschnitt des Rohres (16) vor dem Drall körper (15) kleiner ist als die Stirnfläche der nicht gezeigten Trägermatrix und des Mantels (12). Dazwischen liegt eine Quer schnittserweiterung, die mit Hilfe des Übergangsstutzens (14) überbrückt wird.

Mit der Kennziffer (21) (Fig. 2) ist ein Pfeil gekennzeichnet, der die Strömungsrichtung angibt, in der das zu reinigende Ab gas in die Katalysatoranordnung einströmt. Der mit der Kenn ziffer bezeichnete Bereich innerhalb des Übergangsstutzens (14) (Fig. 2) ist der Bereich der Drallströmung, die durch den Drallkörper (15) bewirkt wird. Die Pfeile (23) schließlich kennzeichnen das gleichmäßige Durchfließen der Abgase durch die einzelnen Zellen der Trägermatrix (13) .

Der in der Fig. 1 räumlich dargestellte Drallkörper (15) besteht im wesentlichen aus zwei baugleichen Leitblechen (40 und 41), die im Eintrittsrohr (16) angeordnet sind. Jedes der Leitbleche (40 und 41) besitzt eine rechteckige Form. Vorder kante (42) und Hinterkante (43) sind gegeneinander um 90° ver dreht. Weiter weist jedes der Leitbleche (40 und 41) einen Ein schnitt (48) auf, der auf der Mittellängsachse (25) bis etwa zur Hälfte der Länge der Leitbleche (40 und 41) verläuft. Dadurch ist es möglich, die beiden Leitbleche (40 und 41) mittels der Einschnitte (48) ineinanderzustecken, so daß ihre Leitflächen jeweils einen Winkel von 90° zueinander bilden. Die Mittelachse (25) der beiden Leitbleche (40 und 41) verläuft auf der Achse (24) des Eintrittsrohres (16). Wichtig ist dabei, daß die wendelförmige Verdrehung der beiden Leitbleche (40 und 41) in dieselbe Richtung weist und damit der gesamte Drallkörper (15) wendelförmige Leitflächen für die durchströmenden Abgase darstellt. In der Fig. 1 weist die Verdrillung der Leitbleche (40 und 41) einen Winkel von 90° auf. Es ist auch möglich, diesen Winkel und/oder die Steigung der Verdrillung zu ver ändern.

Es ist besonders vorteilhaft, die Breite der Leitbleche (40 und 41) etwas größer als den Innendurchmesser des Eintrittsrohres (16) zu wählen. Dadurch ist es möglich, die radialen Außen kanten der Leitbleche (40 und 41) über eine Biegung (44) zu einem Rand (37) umzubiegen, mit dessen Hilfe der gesamte Drall körper (15) zum Beispiel mit Hilfe von Punktverbindungen oder ähnlichen Befestigungsmethoden parallel zur Strömungsrichtung im Eintrittsrohr (16) befestigt werden kann.

Der Ort der Befestigung des Drallkörpers (15) im Eintrittsrohr (16) ist im Grunde genommen ebenfalls frei wählbar, besonders vorteilhaft ist es jedoch, diesen Ort in der Nähe des Über gangsstutzens (14) zu wählen.

In den Fig. 2 und 3 ist eine Katalysatoranordnung (10) mit einem ovalen Mantel (12) dargestellt, bei der analog zur Fig. 1 die Trägermatrix (13) im ovalen Mantel (12) befestigt und das Eintrittsrohr (16) mit Hilfe des Übergangsstutzens (14) mit dem ovalen Mantel (12) verbunden ist. Zusätzlich zur Fig. 1 ist jedoch auch noch ein Übergangsstutzen (62) dargestellt, der den ovalen Mantel (12) an ein Austrittsrohr (61) anschließt. Die Querschnittsfläche des Austrittsrohrs (61) und damit der Aus trittsquerschnitt (60) ist dabei kleiner als die Querschnitts fläche des ovalen Mantels (12) und damit die Stirnfläche (19) der Trägermatrix (13). Insgesamt ist also bei der Katalysator anordnung der Fig. 2 und 3 der Gaseintritt (17) und der Gasaus tritt (50) versetzt voneinander angeordnet. Der Abstand dieser versetzten Anordnung ist dabei mit (51) gekennzeichnet. Durch die versetzte Anordnung von Gasein- und -austritt wird eben falls u.a. durch die dadurch entstehenden Rückwirkungen auf den Gaseintritt eine gleichmäßigere Strömungsverteilung im Ein trittsbereich erreicht.

Wichtig ist bei den beschriebenen Drallkörpern, daß diese auf grund ihrer Leitflächen nicht als Widerstandskörper oder Ver drängungskörper wirken, sondern als Leitkörper. Im Gegensatz zu den Widerstandskörpern erhöhen sie also den Abgasgegendruck für die Brennkraftmaschine nur wenig oder gar nicht. Die Drall körper können dabei in der Form von Blechprägeteilen oder Stanzteilen vorliegen, es ist jedoch auch die Herstellung mit Hilfe anderer Materialien und Herstelltechniken denkbar.

Claims

1. Katalysatoranordnung zur Reinigung von Abgasen, ins besondere einer Brennkraftmaschine, mit einer Trägermatrix, deren Oberfläche mit Katalysatormaterial beschichtbar ist, mit einem Mantel, in dem die Trägermatrix befestigt ist, mit einem Eintrittsrohr, das eine kleinere Strömungsquerschnittsfläche als der Mantel besitzt, mit einem Übergangsstutzen, der das Eintrittsrohr mit dem Mantel verbindet und mit einem vor der Trägermatrix im Eintrittsrohr angeordneten Verteilkörper, der als Leitkörper zur Drallerzeugung für die Abgasströmung wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitkörper (15) aus wenigstens einem rechteckigen Leitblech (40) mit einer Breite besteht, die dem Durchmesser des Eintrittsrohres (16) entspricht, und daß Vorder- (42) und Hinterkante (43) des Leitbleches (40) gegen einander verdrillt sind.

2. Katalysatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß zwei gleiche Leitbleche (40, 41) mit Hilfe von axial und auf der gemeinsamen Mittelachse (25) verlaufenden Einschnitten (48) ineinandergesteckt sind.

3. Katalysatoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Leitbleche (40, 41) ineinandergesteckt einen Winkel von etwa 90° zueinander bilden.

4. Katalysatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (25) der Leitbleche (40, 41) mit der Rohrachse (24) des Eintrittsrohrs (16) zusam menfällt.

5. Katalysatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (40, 41) an ihren radial außen liegenden Kanten mit umgebogenen Rändern (37) zur Befestigung im Eintrittsrohr (16) versehen sind.