DE3823550A1 - Vehicle exhaust system with a catalytic converter body - Google Patents

Vehicle exhaust system with a catalytic converter body

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Abstract

In order to achieve the most extensive possible inlet face on a catalytic converter body of a vehicle exhaust system even in restricted conditions of installation, the said inlet face encloses an angle of more or less than 90@ with the exhaust gas flow in a projection perpendicular to the vehicle floor. In order furthermore to ensure a flow-promoting deflection of the exhaust gas flow, the passages running inside the catalytic converter body also enclose an angle of more or less than 90@ with the inlet face. In this projection, the contour of the catalytic converter body assumes the shape of a parallelogram.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Abgasanlage mit einem Katalysatorkörper, welcher eine Vielzahl von im wesentlichen parallel zum Fahrzeugboden verlaufenden Abgaskanälen aufweist.The invention relates to a vehicle exhaust system a catalyst body, which a variety of in essentially parallel to the vehicle floor Has exhaust gas channels.

Um den durch einen gattungsgemäßen Katalysatorkörper verursachten Strömungswiderstand in einer Fahrzeug- Abgasanlage gering zu halten, werden möglichst groß­ flächige Eintritts- bzw. Austrittsstirnflächen ange­ strebt. Hier läßt sich dann eine Vielzahl beschichteter Abgaskanäle unterbringen. Allerdings ist die mögliche Stirnflächengröße zumeist durch die räumlichen Einbau­ verhältnisse, sowie insbesondere durch die Gestaltung des Fahrzeugbodens beschränkt.To by a generic catalyst body caused flow resistance in a vehicle Keeping the exhaust system low is as large as possible flat entrance or exit faces strives. A variety of coated can then be found here Place exhaust ducts. However, the possible one Face size mostly due to the spatial installation conditions, and in particular through the design of the vehicle floor.

Aufgabe der Erfindung ist es, an einer gattungsgemäßen Fahrzeug-Abgasanlage mit einem Katalysatorkörper dessen Eintritts-Stirnfläche unter Berücksichtigung strömungs­ dynamischer Anforderungen gegenüber den bisher bekannten Ausführungen zu vergrößern.The object of the invention is to a generic Vehicle exhaust system with a catalyst body thereof Entry face taking into account flow dynamic requirements compared to the previously known Enlarge versions.

Diese Aufgabe wird gelöst, indem in einer zum Fahrzeug­ boden senkrechten Projektion der Abgasstrom die Ein­ tritts-Stirnfläche des Katalysatorkörpers unter einem von 90° verschiedenen Winkel beaufschlagt und mit den Kanälen einen Winkel im Bereich von 90° bis 180° ein­ schließt und wobei in dieser Projektion die Abgaskanäle mit der Eintritts-Stirnfläche einen von 90° verschie­ denen Winkel einschließen.This problem is solved by going to the vehicle floor vertical projection of the exhaust gas flow the on tread end face of the catalyst body under one from 90 ° different angles and with the  Channels an angle in the range of 90 ° to 180 ° closes and in this projection the exhaust gas ducts with the entrance face, shift one by 90 ° which include angles.

Zwar ist aus der gattungsbildenden DE-OS 23 08 721 aus Fig. 1 eine Einrichtung zur katalytischen Abgasreinigung bekannt geworden, bei welcher ebenfalls in einer zum Fahrzeugboden senkrechten Projektion der Abgasstrom die Eintritts-Stirnfläche des Katalysatorkörpers unter einem von 90° verschiedenen Winkel beaufschlagt, jedoch ist dort diese Maßnahme vorgesehen, um den Abgasstrom möglichst gleichmäßig über der Stirnfläche zu verteilen. Eine Anregung zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist darin nicht enthalten. Desweiteren setzt die be­ kannte Einrichtung einem Abgasstrom aufgrund der scharf­ kantigen Umlenkung beim Eintritt in den Katalysator­ körper einen nicht unerheblichen Strömungswiderstand entgegen, so daß sie in der gezeigten Weise zur Lösung vorliegender Aufgabe gänzlich ungeeignet ist.A device for catalytic exhaust gas purification has become known from the generic DE-OS 23 08 721 from FIG. 1, in which, in a projection perpendicular to the vehicle floor, the exhaust gas flow also acts on the inlet end face of the catalyst body at an angle different from 90 °, however this measure is provided there in order to distribute the exhaust gas flow as evenly as possible over the end face. It does not contain any suggestion for achieving the object according to the invention. Furthermore, the known device be an exhaust gas flow due to the sharp-edged deflection when entering the catalyst body against a not inconsiderable flow resistance, so that it is completely unsuitable in the manner shown for solving the task at hand.

Da ein durch verschiedene Randbedingungen (beispiels­ weise durch die Lage eines Kardantunnels) vorgegebener Fahrzeugboden zwangsläufig in Richtung der Abgasströmung Freiraum zur Aufnahme der Abgasanlage aufweisen muß, kann die Eintritts-Stirnfläche des Katalysatorkörpers, so sie erfindungsgemäß mit dem beaufschlagenden Abgas­ strom einen von 90° verschiedenen Winkel einschließt, deutlich größer gestaltet werden, da sie sich nunmehr zumindest teilweise in der Hauptströmungsrichtung des Abgasstromes erstreckt. Dabei erfolgt eine gegenüber der DE-OS 23 08 721 deutlich strömungsgünstigere Umlenkung des Abgasstromes, wenn die Kanäle des Katalysatorkörpers den weiteren Merkmalen des ersten Patentanspruches, die Winkel zwischen Abgasstrom sowie Stirnfläche betreffend, genügen. As a result of various boundary conditions (e.g. given by the location of a cardan tunnel) Vehicle floor inevitably in the direction of the exhaust gas flow Must have free space to accommodate the exhaust system, the inlet end face of the catalyst body, so they according to the invention with the exhaust gas current includes an angle other than 90 °, be designed significantly larger, as they are now at least partially in the main flow direction of the Exhaust gas stream extends. This is done against the DE-OS 23 08 721 significantly more aerodynamic deflection of the exhaust gas flow when the channels of the catalyst body the further features of the first claim, the Regarding angle between exhaust gas flow and end face, are enough.  

An dieser Stelle soll ausdrücklich darauf hingewiesen werden, daß im Rahmen des Erfindungsgedankens der Katalysatorkörper selbst in verschiedenartigster Weise aufgebaut sein kann. Sämtliche genannten Vorteile lassen sich sowohl mit monolithischen wabenförmigen Keramik­ körpern als auch mit beispielsweise gewickeltem, aus Stahlblechfolien aufgebauten Trägerkörpern für die katalytische Schicht erzielen.At this point it should be expressly pointed out be that within the scope of the inventive concept of Catalyst body itself in a variety of ways can be built. Let all the advantages mentioned deal with both monolithic honeycomb ceramics body as well as with, for example, wrapped Sheet steel foils built for the support bodies achieve catalytic layer.

Das kennzeichnende Merkmal des zweiten Patentanspruches weist fertigungstechnische Vorteile insbesondere für Keramikmonolithen auf. Die analog dem Stand der Technik extrudierten Monolithenstangen werden dazu lediglich geneigt zur Stangenachse geschnitten, während bislang diese Trennung unter einem Winkel von 90° erfolgte. Desweiteren ergeben sich hiermit Abgaskanäle gleicher Länge. Eine gleichmäßige Beaufschlagung dieser Abgas­ kanäle ist mit einer Ausbildung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 erzielbar.The characteristic feature of the second claim has manufacturing advantages in particular for Ceramic monoliths. The analog of the state of the art extruded monolith rods are only used for this cut at an angle to the rod axis, while previously this separation took place at an angle of 90 °. Furthermore, exhaust gas ducts result from the same Length. An even exposure to this exhaust gas is trained with the characteristics of Claim 3 achievable.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines lediglich grob skizzierten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Fig. 1 zeigt dabei ein Fahrzeug mit Abgas­ anlage in Seitenansicht, Fig. 2 zeigt diese Abgasanlage abschnittsweise in senkrechter Projektion (A) auf den Fahrzeugboden.The invention is described in more detail below with reference to a preferred exemplary embodiment which has only been roughly outlined. Fig. 1 shows a vehicle with exhaust system in side view, Fig. 2 shows this exhaust system in sections in a vertical projection ( A ) on the vehicle floor.

Ein Fahrzeug 1 ist im Frontbereich mit einer Brenn­ kraftmaschine 2 versehen, deren Abgase über eine Abgas­ anlage 3 in den Heckbereich des Fahrzeuges geleitet werden. Innerhalb eines in der Abgasanlage vorgesehenen Gehäuses 4 ist ein Katalysatorkörper 5 zur Konvertierung schädlicher Abgasbestandteile angeordnet. Zur Reduzie­ rung des durch diesen Katalysatorkörper 5 verursachten Strömungswiderstandes wird angestrebt, die der Abgas­ strömung zugewandte Eintritts-Stirnfläche 6 des Kata­ lysatorkörpers 5 möglichst großflächig zu gestalten. Dem steht jedoch der durch die Formgebung des Fahrzeugbodens 7 lediglich beschränkt zur Verfügung stehende Freiraum entgegen.A vehicle 1 is provided in the front area with an internal combustion engine 2 , the exhaust gases of which are directed via an exhaust system 3 into the rear area of the vehicle. A catalyst body 5 for converting harmful exhaust gas components is arranged within a housing 4 provided in the exhaust system. To reduce the flow resistance caused by this catalyst body 5 , the aim is to make the exhaust gas flow-facing inlet end face 6 of the catalyst body 5 as large as possible. However, this is opposed by the free space which is only available to a limited extent due to the shape of the vehicle floor 7 .

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Fahrzeug-Abgasanlage 3 mit dem Katalysatorkörper 5 in einer zum Fahrzeugboden 7 senkrechten Projektion gemäß Pfeil A. In Pfeilrichtung 8 gelangen die Abgase dabei durch einen im Gehäuse 4 ausgebildeten Gehäusekanal 9 zur Eintritts-Stirnfläche 6 des Katalysatorkörpers 5. Diesen durchdringen sie über eine Vielzahl von im wesentlichen parallel zum Fahrzeug­ boden verlaufenden Kanälen 10, um im Anschluß daran über einen zweiten Gehäusekanal 11 näherungsweise parallel zur Pfeilrichtung 8 aus dem Gehäuse 4 abgeführt zu werden. Fig. 2 shows the inventive vehicle-exhaust system 3 with the catalyst body 5 in a direction perpendicular to the vehicle floor 7 according to arrow A projection. In the direction of arrow 8 , the exhaust gases pass through a housing channel 9 formed in the housing 4 to the inlet end face 6 of the catalyst body 5 . They penetrate through a plurality of channels 10 which run essentially parallel to the vehicle floor, in order to be subsequently discharged from the housing 4 via a second housing channel 11 approximately parallel to the direction of the arrow 8 .

Wie bereits oben erwähnt, ist es zur Reduzierung des Strömungswiderstandes erwünscht, die Eintritts-Stirn­ fläche 6 des Katalysatorkörpers 5 möglichst großflächig zu gestalten. In der erfindungsgemäßen Fahrzeug-Abgas­ anlage 3 schließt deshalb die Eintritts-Stirnfläche 6 mit dem beaufschlagenden Abgasstrom (Pfeilrichtung 8) einen von 90° verschiedenen Winkel α ein. Eine ähnliche Gestaltung liegt im Bereich der Austritts-Stirnfläche 12 vor. Um dabei die Umlenkung der Abgase möglichst gering zu halten und somit eine strömungsdynamisch günstige Gestaltung zu erzielen, schließen auch die Kanäle 10 mit der Eintritts-Stirnfläche 6 bzw. der Austritts-Stirn­ fläche 12 einen von 90° verschiedenen Winkel γ ein, wobei der Winkel β zwischen den Kanälen 10 sowie dem beaufschlagenden Abgasstrom (Pfeilrichtung 8) im Bereich von 90° bis 180° liegt. As already mentioned above, to reduce the flow resistance, it is desirable to design the inlet end face 6 of the catalyst body 5 as large as possible. In the vehicle exhaust system 3 according to the invention, therefore, the inlet end face 6 with the exhaust gas stream acting (arrow direction 8 ) includes an angle α different from 90 °. A similar design exists in the area of the exit end face 12 . In order to keep the deflection of the exhaust gases as low as possible and thus to achieve a flow-dynamically favorable design, the channels 10 with the inlet end face 6 and the outlet end face 12 also include an angle γ different from 90 °, the angle β between the channels 10 and the exhaust gas flow (arrow direction 8 ) in the range of 90 ° to 180 °.

Wie aus der Fig. 2 klar ersichtlich wird, ist das mit dieser Anordnung erzielbare Breitenmaß (b) der Abgas­ anlage 3 geringer als das die Stirnfläche 6 bzw. 12 bestimmende Längenmaß (d). Somit kann auch unter in der Breite (entsprechend Breitenmaß b) beschränkten Ein­ bauverhältnissen ein Katalysatorkörper 5 mit relativ großer Stirnfläche untergebracht werden. Sowohl diese Maßnahme als auch die Anordnung der Kanäle 10 innerhalb des Katalysatorkörpers 5 gewährleisten einen insgesamt äußerst geringen Strömungswiderstand.As can be clearly seen from FIG. 2, the width dimension ( b ) of the exhaust system 3 which can be achieved with this arrangement is less than the length dimension ( d ) determining the end face 6 or 12 . Thus, a catalyst body 5 with a relatively large end face can be accommodated even under the width (corresponding to width dimension b ). Both this measure and the arrangement of the channels 10 within the catalyst body 5 ensure an overall extremely low flow resistance.

Um eine über der Eintritts-Stirnfläche nahezu gleich­ mäßige Verteilung der Abgase auf den Katalysatorkörper 5 zu erzielen, weist der Gehäusekanal 9 längs der Ein­ tritts-Stirnfläche einen in Strömungsrichtung abnehmen­ den Strömungsquerschnitt auf. Dargestellt ist dies durch das in Pfeilrichtung 8 abnehmende Breitenmaß x des Gehäusekanales 9. Neben dieser gezeigten Möglichkeit zur Realisierung eines abnehmenden Strömungsquerschnittes sind aber auch davon abweichende Ausbildungen denkbar.In order to achieve an almost uniform distribution of the exhaust gases on the catalyst body 5 over the inlet end face, the housing channel 9 along the entry end face has a flow cross section which decreases in the flow direction. This is shown by the width dimension x of the housing channel 9 decreasing in the direction of the arrow 8 . In addition to this shown possibility of realizing a decreasing flow cross-section, different designs are also conceivable.

Auch bleibt die Erfindung nicht auf das gezeigte Aus­ führungsbeispiel beschränkt. So lassen sich auch mehr­ flutige Katalysatorkörper beispielsweise unter Verwen­ dung von Trennwänden gemäß dem allgemeinen Erfindungs­ gedanken in einer Fahrzeug-Abgasanlage anordnen.The invention does not remain limited to the shown limited leadership example. So you can do more flowy catalyst body using, for example formation of partitions according to the general Invention Arrange thoughts in a vehicle exhaust system.

Claims (3)

1. Fahrzeug-Abgasanlage mit einem Katalysatorkörper, welcher eine Vielzahl von im wesentlichen parallel zum Fahrzeugboden verlaufenden Kanälen aufweist, wobei in einer zum Fahrzeugboden (7) senkrechten Projektion (A) der Abgasstrom die Eintritts-Stirn­ fläche (6) des Katalysatorkörpers (5) unter einem von 90° verschiedenen Winkel (α) beaufschlagt und mit den Kanälen (10) einen Winkel (β) im Bereich von 90° bis 180° einschließt und wobei in dieser Projektion die Kanäle (10) mit der Eintritts- Stirnfläche (6) einen von 90° verschiedenen Winkel (γ) einschließen.1. Vehicle exhaust system with a catalytic converter body which has a plurality of channels running essentially parallel to the vehicle floor, the exhaust gas flow in a projection ( A ) perpendicular to the vehicle floor ( 7 ) of the inlet end face ( 6 ) of the catalytic converter body ( 5 ) applied at a 90 ° angle (α) and with the channels (10) an angle (β) includes in the range of 90 ° to 180 °, and wherein in this projection, the channels (10) with the inlet end face (6) include an angle ( γ ) other than 90 °. 2. Fahrzeug-Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dieser Projektion die Kontur des Katalysatorkörpers (5) ein Paral­ lelogramm bildet.2. Vehicle exhaust system according to claim 1, characterized in that in this projection, the contour of the catalyst body ( 5 ) forms a parallel lelogram. 3. Fahrzeug-Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Abgasstrom (8) zum Katalysatorkörper (5) führender Gehäusekanal (9) längs der Eintritts-Stirnfläche (6) einen in Strömungsrichtung abnehmenden Strömungsquerschnitt (x) aufweist.3. Vehicle exhaust system according to claim 1 or 2, characterized in that the exhaust gas flow ( 8 ) to the catalyst body ( 5 ) leading housing channel ( 9 ) along the inlet end face ( 6 ) has a decreasing flow cross-section ( x ).
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