DE3626728A1 - Abgasreinigungsvorrichtung fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit wenigstens einem in einem metallischen Außengehäuse mit stirnseitigen, konischen Abgaszu- und -abführ­ stutzen angeordneten, wabenförmig strukturierten Keramikkörper, wobei dem Außengehäuse und dem Keramikkörper eine thermisch isolierende Federmatte zwischengeordnet ist, die im Bereich der Abgaszu- und -abführstutzen, sowie jeweils zwischen hinterein­ anderliegenden Keramikkörpern von hochtemperaturfesten Ab­ schirmtrichtern aus Metall bzw. Stützringen überdeckt ist.

Derartige Abgasreinigungsvorrichtungen benötigt man - unterschie­ den jeweils nur durch die Art der katalytisch wirksamen Ober­ flächenbeschichtung der monolithischen Keramikkörper - sowohl für dieselgetriebene Kraftfahrzeuge, bei denen es vornehmlich um die Rußnachverbrennung geht, als auch zur Entgiftung der Abgase von Benzinmotoren. Ein besonders wesentliches Problem in allen Fällen ist dabei die dauerhafte sichere stoßgedämpfte Lagerung des sehr bruchempfindlichen Keramikkörpers im metalli­ schen Außengehäuse, wobei dieses Problem noch dadurch erschwert wird, daß das Metallgehäuse sich im Gegensatz zum Keramikkörper selbst sehr viel stärker ausdehnt. Dies wiederum stellt in Verbindung mit enormen Temperaturunterschieden von Hunderten von Grad Celsius erhebliche Anforderungen an die zur Lagerung des Keramikkörpers dienende Federmatte.

Besonders günstige Eigenschaften ergeben sich bei Verwendung sog. Quellmatten, das sind Matten auf Mineralfaserbasis, die sich bei Temperaturerhöhung sehr stark aufblähen, da auf diese Weise die vorstehend beschriebenen starken thermischen Aus­ dehnungsunterschiede besonders günstig abgefangen werden können. Ein Nachteil derartiger Quellmatten, wie überhaupt der für solche Fälle bevorzugt eingesetzten Matten auf Aluminium-Sili­ katfaserbasis, besteht aber darin, daß sie durch die pulsieren­ den Abgasströme sehr leicht ausgeblasen werden.

Um dies zu verhindern ist bei bekannten Abgasreinigungsvor­ richtungen (man vergleiche beispielsweise die älteren Patent­ anmeldungen P 35 09 790.6 und P 35 31 807.4) bereits vorge­ schlagen worden, die metallischen Abschirmtrichter und die Stützringe - das Vorsehen dieser Innenabschirmung bietet nicht nur einen Korrisionsschutz für das Außengehäuse, sondern er­ möglicht es auch, dieses aus weniger temperaturfestem Stahl zu fertigen - jeweils in Abstand von den Keramikkörpern enden zu lassen, damit diese durch thermische Längenänderungen der Abschirmkörper nicht beschädigt werden können und ggfs. den Spalt zwischen den Abschirmtrichtern und den Keramikkörpern durch eine Metallfolie zu überdecken.

Diese Ausbildung bietet jedoch in der Praxis einige Schwierig­ keiten, da es zum einen gewährleistet sein muß, daß die einzeln in das Außengehäuse einzulegenden Bauteile - unter Zwischenord­ nung der Federmatte - den gewünschten Abstand voneinander auf­ weisen und gleichzeitig auch noch die Metallfolie bzw. eine sonstige Spaltabdichtung so eingebracht werden kann, daß der Spalt auch wirklich abgedichtet ist und somit ein Ausblasen der Fasermatten durch die Abgase sicher vermieden ist.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Monolithen mit ihren Stirnseiten an der stirnseitigen Aufstandsfläche der Auskleidungstrichter an­ stehen und sich die Auskleidungstrichter um den Betrag L der Wärmedämmung in die Monolithen einarbeiten, wodurch eine nahezu gasdichte Verbindung zwischen Auskleidungstrichter und Monolithen unter Betriebstemperatur entsteht.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß das unmittelbare Anliegen der metallischen Abschirmtrichter oder auch eines metallischen Stützrings an den Keramikkörpern nicht zur - wie bislang befürchtet und deshalb durch die komplizier­ teren vorstehend beschriebenen Lösungen umgangenen - Zerstörung der Keramikkörper führt, sondern lediglich dazu, daß sich die Abschirmtrichter nutartig in die Stirnflächen der Keramikkörper eingraben. Je nach dem thermischen Spiel, d. h. der Abkühlung oder Aufheizung der Abgasreinigungsvorrichtung, erfolgt dann eine Verschiebung der Stirnkanten der Abschirmtrichter in dieser von ihnen selbst eingegrabenen Nut, ohne daß dabei allerdings der Keramikkörper wirklich zerstört wird. Das Eingreifen jeweils in eine solche selbst gegrabene Nut im Keramikkörper bietet da­ bei auch eine hervorragende zusätzliche Abdichtung, so daß ein Ausblasen der Federmatten sicher verhindert ist.

Die Abschirmtrichter sowie ggfs. auch die Stützringe sollen in Weiterbildung der Erfindung aus ferritischem oder austenitischem Stahl bestehen, wobei ggfs. die Stützringe auch als Keramikringe ausgebildet sein könnten.

Da die metallischen Abschirmtrichter an ihren äußeren Enden fest mit dem Außengehäuse bzw. einem Abgasrohranschlußstutzen verbun­ den sein können, so daß eine Lagerung im Außengehäuse längs des Trichterbereichs nicht in dem Maß erforderlich ist, wie die Lage­ rung der Keramikkörper im zylindrischen Abschnitt des Außenge­ häuses, hat es sich als ausreichend und zweckmäßig erwiesen, die Federmatte im Bereich der Abschirmtrichter als Aluminium-Silikat­ fasermatte auszubilden, während auf der anderen Seite die Feder­ matte im Bereich der Keramikkörper sowie der Stützringe vor­ teilhafterweise eine Quellmatte, mit den eingangs bereits angesprochenen Vorteilen für die Lagerung der bruchempfind­ lichen und mit anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten versehenen Keramikkörper, sein kann.

Eine besonders günstige Lagerung und eine verschindende Gefahr einer funktionsbeeinträchtigenden Beschädigung der Keramikkör­ per durch das Anliegen der Abschirmtrichter bzw. des Stützrings, falls auch dieser aus Stahl besteht, ergibt sich durch das Vor­ sehen einer konstanten Spaltbreite im Bereich der Abschirmkör­ per und der Keramikkörper.

Schließlich liegt es auch noch im Rahmen der Erfindung, daß wenigstens einer der Abschirmkörper, insbesondere der Eingangs- Abschirmtrichter, mit einer katalytischen Beschichtung versehen ist, um den Wirkungsgrad einer derartigen Abgasreinigungsvor­ richtung noch weiter zu erhöhen. Dabei kann es sich bei der ge­ nannten katalytischen Beschichtung eines solchen Abschirmkör­ pers um die gleiche handeln wie die, die auf die Oberfläche der Keramikkörper aufgebracht ist, ggfs. aber auch um eine andere Beschichtung.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausfüh­ rungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Abgasreini­ gungsvorrichtung, bei der sowohl die Abschirmtrichter als auch die Stützringe aus Stahl ausgebildet sind,

Fig. 2 einen Teilschnitt der Stoßkante zwischen einem der Ab­ schirmtrichter und dem anschließenden Keramikkörper mit zusätzlicher Folienabdichtung,

Fig. 3 bis 5 Abwandlungen der Federmattenabsicherung im Bereich zwischen hintereinanderliegenden Keramikkörpern und

Fig. 6 bis 8 Teilschnitte des Stoßübergangs des Eingangstrichters bzw. des Bereichs zwischen zwei Keramikkörpern, bzw. am Ausgangs­ trichter einer abgewandelten Abgasreinigungsvorrichtung.

Im zylindrischen Mittelteil des metallischen Außengehäuses 1 sind mit Hilfe einer vorzugsweise als Quellmatte ausgebildeten Feder­ matte 2 wabenförmig strukturierte und ggfs. mit einer katalytisch wirksamen Oberflächenbeschichtung versehene Keramikkörper 3 und 3′ gelagert. Die konischen Abgaszuführstutzen 4 und Abgasauslaß­ stutzen 5 sind durch innere Abschirmtrichter 6 bzw. 7 aus hoch­ temperaturfestem ferritischem oder austenitischem Stahl überdeckt, deren jeweils innere Stirnkanten 8 bzw. 9 unmittelbar an den Keramikkörpern 3 bzw. 3′ anstoßen. In entsprechender Weise stößt auch der zwischen den Keramikkörpern 3, 3′ liegende Stützring 10 mit seinen - im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 noch stärker ab­ gewinkelten - Stirnkanten an beiden Keramikkörpern 3, 3′ an. Der Ausgleich der Dehnungsunterschiede erfolgt durch ein Sicheingra­ ben der Stirnkanten der Abschirmtrichter 6 und 7 bzw. des Stütz­ rings 10 in die Stirnflächen der Keramikkörper 3, 3′, in denen dann ein gewisses thermisches Ausdehnungsspiel während des Be­ triebs möglich ist.

Zur zusätzlichen Lagerung, insbesondere aber zur thermischen Iso­ lierung der Abschirmtrichter 6, 7 gegenüber den Abgaszu- bzw. -abführstutzen 4, 5 dienen vorzugsweise einfache, d. h. nicht als Quellmatten ausgebildete, Aluminium-Silikatfasermatten 11 und 12. Dabei erkennt man aus Fig. 1, daß, beginnend am vorderen Ende des Abgaszuführstutzens bis zum abgebrochenen und deshalb nicht er­ kennbaren Ende des Abgasabführstutzens 5 , eine konstante Spalt­ breite zwischen dem Außengehäuse und der inneren Abschirmung bzw. der Außenfläche der Keramikkörper 3, 3′ eingehalten wird.

In den Fig. 2 bis 8 sind Abwandlungen der erfindungsgemäßen Konstruktion nach Fig. 1 mit unmittelbarer Anlage der Abschirm­ körper an den Keramikkörpern 3, 3′ dargestellt. So erkennt man in Fig. 2 eine zusätzliche Abschirmfolie 13 im Übergangsbe­ reich zwischen dem Abschirmtrichter 6 und dem Keramikkörper 3, die besonders im Anlaufbereich, d. h. also noch im kalten Zu­ stand der Abgasreinigungsvorrichtung, sicherstellen soll, daß auch wirklich kein Spalt zwischen Abgastrichter und Keramik­ körper besteht, durch welchen ein Ausblasen der Quellmatte 2 zu befürchten wäre.

In entsprechender Weise ist auch eine derartige Abdichtfolie 13′ im Bereich des metallischen Stützrings 10 in Fig. 4 vorgesehen, während in Fig. 3 eine Lösung gezeigt ist, bei der unter Weg­ lassung des Stützrings 10 ein Schutz der Federmatte 2 zwischen den Keramikkörpern 3 und 3′ ausschließlich mit Hilfe einer Me­ tallfolie 13′′ erreicht wird.

Die Fig. 5 zeigt eine Anordnung, bei welcher der Stützring 10′ zwischen den Keramikkörpern 3 und 3′ nicht aus Stahl, sondern aus Keramik besteht. In den Fig. 6 bis 8 schließlich sind Abwand­ lungen einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung dar­ gestellt, bei welchen zum einen die Abschirmtrichter 6 und 7 ebenso wie der Stützring 10 mit rechtwinklig abgewinkelten, an den Keramikkörpern 3, 3′ anliegenden, Stirnkanten versehen sind, wobei beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6 und 7 der Abschirmtrichter bzw. der Stützring zweiteilig ausgeführt ist. In Fig. 8 erkennt man darüber hinaus ein zusätzliches in Stahl­ gewebe eingehülltes Aluminium-Silikatfaserband 14.

Claims (10)

1. Abgasreinigungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit wenig­ stens einem in einem metallischen Außengehäuse mit stirn­ seitigen, konischen Abgaszu- und -abführstutzen angeord­ neten, wabenförmig strukturierten Keramikkörper, wobei dem Außengehäuse und dem Keramikkörper eine thermisch isolierende Federmatte zwischengeordnet ist, die im Bereich der Abgaszu- und -abführstutzen sowie jeweils zwischen hin­ tereinanderliegenden Keramikkörpern von hochtemperaturfesten Abschirmtrichtern aus Metall bzw. Stützringen überdeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Monolithen mit ihren Stirn­ seiten an der stirnseitigen Aufstandsfläche der Auskleidungs­ trichter anstehen und sich die Auskleidungstrichter um den Betrag L der Wärmedehnung in die Monolithen einarbeiten, wodurch eine nahezu gasdichte Verbindung zwischen Ausklei­ dungstrichter und Monolithen unter Betriebstemperatur ent­ steht.

2. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abschirmtrichter (6, 7) aus ferritischem oder austenitischem Stahl bestehen.

3. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützringe (10), ebenfalls aus Stahl bestehend, an ihren benachbarten Keramikkörper (3, 3′) an­ liegen.

4. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (10) zwischen den Mono­ lithen an beiden Stirnseiten der gegenüberstehenden Mono­ lithen anliegt und aus Keramik besteht (Fig. 5).

5. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­ zeichnet dadurch, daß der Abstandsraum zwischen den sich stirnseitig gegenüberstehenden Monolithen von 10 bis ca. 40 mm Breite mit einer Folie überdeckt ist, die beide Monolithen übergreift (Fig. 3).

6. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Abschirm­ körper, insbesondere der Eingangs-Abschirmtrichter (6), mit einer katalytischen Beschichtung versehen ist.

7. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagekanten (8, 9) der Ab­ schirmkörper (6, 7, 10) an Keramikkörper (3, 3′) abgewinkelt sind.

8. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Federmatte, insbesondere im Bereich der Abschirmtrichter (6, 7), eine Aluminium-Silikat­ fasermatte (11, 12) ist.

9. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Federmatte im Bereich der Keramikkörper (3, 3′) sowie der Stützringe (10) eine Quellmatte (2) ist.

10. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine konstante Spaltbreite im Bereich der Abschirmkörper (6, 7, 10) und der Keramikkörper (3, 3′).