DE4009945C2 - Abgaskonverter für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgaskonverter für Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein wesentliches Problem bei der Fertigung von Abgaskatalysatoren sind die unterschiedlichen Wärmedehnungen der verwendeten Bauteile. Die Wärmedehnung der keramischen Monolithen ist zu vernachlässigen. Die Wärmedehnung des Gehäuses einerseits und der Innenkonen andererseits ist dagegen erheblich; sie ist abhängig von Material sowie von der sich im Betrieb einstellenden Temperatur.

Im Betrieb werden bis zu 870 Grad C erreicht. Bei dieser Temperatur werden die Gehäuse hellrot glühend. Sie müssen daher aus hochwertigem Edelstahl hergestellt werden. Billigere Stähle können verwendet werden, wenn das Gehäuse mit einer innenliegenden Wärmeisolierung ausgerüstet wird. Zu diesem Zweck sind die bekannten Abgaskonverter im Bereich der Eingangs- und Ausgangskonen innen mit keramischem Isoliermaterial belegt. Besteht das Isoliermaterial aus Fasermaterial, z. B. auf der Basis einer Aluminium-Silikat-Fasermatte, wird es durch eingesetzte metallische Innenkonen gegen die zerstörende Wirkung der pulsierenden Abgasströmung geschützt. Die keramischen Monolithen selbst werden mit Hilfe von sogenannten Quellmatten im Gehäuse gelagert und von diesen radial und axial fixiert.

Die Innenkonen sind unmittelbar dem Abgasstrom ausgesetzt. Sie erreichen somit eine hohe Betriebstemperatur. Dies bedingt bei metallischen Innenkonen eine große Wärmedehnung. Sie müssen daher in geeigneter Weise konstruiert und dimensioniert werden, um eine Beschädigung des katalytisch aktiven Monolithen zu verhindern, ohne den Schutz der Isolier- und Fixiermaterialien gegen die pulsierende Abgasströmung zu schmälern.

Der Stand der Technik schlägt hierzu unterschiedliche Lösungen vor. Die gattungsgemäße DE-OS 37 29 994 läßt die Innenkonen mit Abstand vor der Stirnfläche der Monolithen enden. Eine über den Spalt gelegte Abdeckung verhindert, daß die pulsierenden Abgase durch diesen Spalt in die Zwischenräume zwischen Monolith und Gehäuse bzw. Innenkonus und Außenkonus gelangen und die dortigen Isolierungen zerstören können. Als Spaltabdeckung werden profilierte Blechstreifen oder Drahtgestrickringe vorgeschlagen. Da die Drahtgestrickringe in erster Linie die Aufgabe haben, die Monolithen bzw. die Innenkonen radial bzw. axial zu fixieren, müssen sie aus einem relativ lockeren Drahtgestrick bestehen; um eine ausreichende Dichtigkeit gegen Abgaspulsationen zu erreichen, werden die Drahtgestrickringe daher wenigstens teilweise mit Metallfolien umhüllt.

Eine andere Lösung zeigt die DE-OS 34 33 938. Hier sind die Enden der Innenkonen über die die Monolithen haltende Quellmatte geführt und am entsprechend ausgesickten Gehäuse abgestützt.

Ein weiteres Problem, das bei allen Abgasanlagen für Brennkraftmaschinen und damit auch bei katalytischen Abgaskonvertern zu beachten ist, ist die Schallabstrahlung der Gehäuse. Diese läßt sich grundsätzlich dadurch verringern, daß das Gehäuse vom pulsierenden Abgasstrom isoliert wird. Diese Aufgabe könnte die Wärmeisolierung mit übernehmen. Wenn sich jedoch wie bei den vorbekannten Lösungen die Enden der Innenkonen am Gehäuse abstützen, werden die Pulsationen des Abgases ungedämpft auf das Gehäuse übertragen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abgaskonverter der eingangs genannten Art anzugeben, der bei geringstem Konstruktions-, Fertigungs- und Kostenaufwand einen Ausgleich der Wärmedehnungsdifferenzen der Bauteile und gleichzeitig eine hervorragende akustische Isolierung und einen optimalen Schutz der Isolierungen erreicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Abgaskonverter mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Bei der vorliegenden Erfindung besteht der den Spalt zwischen Innenkonus und Monolith überdeckende Faserdichtring aus einem der an sich bekannten Materialien wie Metall-, Keramik- und/oder Mineralfasern in Form von Matten, Vlies, Gestrick bzw. Gewirk, vorzugsweise mit einem stabilen Kern aus Metall oder Keramik. Dabei ist der Ring jedoch in erster Linie so profiliert und montiert, daß er die freien Enden des Innenkonus im Abstand vom Gehäuse hält. Aufgrund der guten inneren Dämpfung des Ringmaterials wird nur wenig akustische Energie auf das Gehäuse übertragen. Gleichzeitig ist der Faserdichtring so profiliert, daß Toleranzen bei der Montage und Wärmedehnungen im Betrieb ohne weiteres ausgeglichen werden. Durch geeignete Auswahl des Fasermaterials werden auch die Abgaspulsationen so weit reduziert werden, daß das Isoliermaterial der Gehäusekonen ebenso geschützt wird wie die die Monolithen haltende Quellmatte.

Durch geschickte Ausgestaltung des freien Endes der Innenkonen, entweder radial nach außen oder parallel zum Gehäuse gebogen oder sogar widerhakenartig geformt, lassen sich die unterschiedlichsten Halte-, Fixier-, Isolier- und Ausgleichseigenschaften erreichen, was in der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung erläutert wird.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen ausschnittsweise und in schematischer Darstellung Abgaskonverter mit verschiedenen Varianten von polyfunktionalen Faserdichtringen, wobei je nach Ausgestaltung unterschiedliche Wirkungen erzielt werden.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform ein katalytisch aktiver Monolith 1, beispielsweise ein keramischer Wabenkörper, ist mit Hilfe einer Quellmatte 2 in einem Blechgehäuse 3 gelagert. Das Gehäuse 3 besitzt eingangs- bzw. ausgangsseitig einen Gehäusekonus 4, der innen mit Isoliermaterial 5, z. B. einer Aluminium-Silikat-Fasermatte, wärmegedämmt ist. Zum Schutz der Isoliermatte 5 ist ein metallischer Innenkonus 6 vorgesehen. Dessen freies Ende 7.1 ist zur Versteifung radial nach außen gebogen.

Über das freie Ende 7.1 des Innenkonus 6 ist ein in diesem Beispiel aus einem Drahtgestrick bestehender, profilierter Faserdichtring 8.1 gelegt. Dieser Ring 8.1 verhindert, daß das freie Ende 7.1 des Innenkonus 6 das Gehäuse 3 bzw. den Gehäusekonus 4 berührt. Dadurch wird die Übertragung der akustischen Energie der Abgasströmung auf Gehäuse 3 und Gehäusekonus 4 stark reduziert. Weiterhin überdeckt der Ring 8.1 den Spalt, der zwischen dem Ende 7.1 des Innenkonus 6 und der Stirnseite des Monolithen 1 eingehalten werden muß. Dadurch werden sowohl die Quellmatte 2 als auch insbesondere die Isoliermatte 5 vor den schädlichen Abgaspulsationen geschützt.

Durch geeignete Wahl des Draht- oder sonstigen Materials für den Ring 8.1 können sowohl Toleranzen bei der Fertigung als auch Wärmedehnungsdifferenzen im Betrieb aufgefangen und ausgeglichen werden.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform mit einem Faserdichtring 8.2, der zusätzlich über die Mantelfläche des Monolithen 1 gezogen ist. Auf diese Weise wird ein noch besserer Schutz der den Monolithen 1 haltenden Quellmatte 2 erreicht.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der das freie Ende 7.2 des Innenkonus 6 parallel zum Gehäuse 3 gebogen ist. Ein Faserdichtring 8.3 sitzt zwischen Monolith 1 und Gehäuse 3 bzw. Gehäusekonus 4. Dank einer geeigneten Profilierung des Rings 8.3 kann das freie Ende 7.2 des Innenkonus 6 im Ring 8.3 gleiten, ohne den Kontakt zum Ring 8.3 zu verlieren. Dadurch bleibt das freie Ende 7.2 des Innenkonus 6 gehalten und akustisch gegen das Gehäuse 3, 4 isoliert; der Ring 8.3 selbst muß jedoch die thermisch bedingten axialen Ausdehnungsdifferenzen nicht federnd ausgleichen. Dadurch kann er optimal auf die Aufgabe, akustisch zu isolieren und die Pulsationen abzubauen, dimensioniert werden.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der das freie Ende 7.3 des Innenkonus 6 zusätzlich widerhakenartig umgebogen ist. Dadurch wird es möglich, einen Faserdichtring 8.4 mit dem Innenkonus 6 bzw. dessen Ende 7.3 mechanisch zu verhaken, um so einem Wandern desselben unter der Einwirkung der Abgaspulsationen bzw. der Wärmebewegungen mit Sicherheit vorzubeugen. Um den Faserdichtring 8.4 zusätzlich zu halten, ist das Gehäuse 3 mit einer Sicke 10 versehen.

Claims (9)

1. Abgaskonverter für Brennkraftmaschinen mit einem in einem Blechgehäuse (3) durch eine sogenannte Quellmatte (2) fixierten, katalytisch beschichteten Monolithen (1), mit wenigstens einem am Gehäuse (3) eingangs- und/oder ausgangsseitig vorgesehenen Gehäusekonus (4), der innen mit Isoliermaterial (5) wärmegedämmt ist, mit wenigstens einem Innekonus (6), dessen freies Ende (7.1, 7.2, 7.3) im Bereich der Stirnfläche des Monolithen (1) liegt, wobei ein die unterschiedlichen Wärmedehnungen der Bauteile (1 . . . 6) ausgleichender Spalt verbleibt, und mit einem den Spalt überdeckenden Faserdichtring (8.1, 8.2, 8.3, 8.4), der das freie Ende (7.1, 7.2, 7.3) des Innenkonus (6) umgreift, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserdichtring (8.1, . . . 8.4) derart profiliert ist, daß er das freie Ende (7.1, . . . 7.3) des Innenkonus (6) gegen das Gehäuse (3) bzw. den Gehäusekonus (4) abstützt, thermisch bedingte Längenänderungen nach Art eines Schiebesitzes ausgleicht und Abgaspulsationen optimal dämpft.

2. Abgaskonverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (7.1) des Innenkonus (6) radial nach außen gebogen ist.

3. Abgaskonverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (7.2, 7.2) des Innenkonus (6) parallel zum Gehäuse (3) gebogen ist.

4. Abgaskonverter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (7.3) des Innenkonus (6) widerhakenartig gebogen ist.

5. Abgaskonverter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) im Bereich des Faserdichtrings (8) eine Haltesicke (10) aufweist.

6. Abgaskonverter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserdichtring (8) aus Metallfasern oder -drähten in Form von Matten, Vlies, Gestrick oder Gewirk besteht.

7. Abgaskonverter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserdichtring (8) aus Keramikfasern in Form von Matten oder Vlies besteht.

8. Abgaskonverter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserdichtring (8) aus Mineralfasern in Form von Matten oder Vlies besteht.

9. Abgaskonverter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserdichtring (8) einen stabilen Kern aus Metall oder Keramik besitzt.