DE4219540B4 - Catalyst arrangement for the purification of a pulsating exhaust gas stream - Google Patents

Catalyst arrangement for the purification of a pulsating exhaust gas stream Download PDF

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Abstract

Katalysatoranordnung für die Reinigung eines pulsierenden Abgasstromes (22, 53), insbesondere einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine, mit einem in einem rohrartigen Mantel (28, 44) angeordneten Katalysator (27, 43), wobei der Mantel (28, 44) nur in einem axial schmalen Umfangsbereich (29, 51), insbesondere seinem Strömungsaustrittsbereich, gasdicht mit einem Gehäuse (20, 41) verbunden ist, welches vor dem Mantel (28, 44) eine Abgaszuströmung (21, 49) und hinter dem Mantel (28, 44) eine Abgasabströmung (30, 52) aufweist, während die anderen Umfangsbereiche des Mantels (28, 44) mit dem Gehäuse (20, 41) einen Spalt (23, 48) bilden, der mit dem abgaserfüllten Raum im Gehäuse (20, 41) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20, 41) einen radial derart weit eingezogenen Zwischenbereich (25, 40) zwischen Abgaszuströmung (21, 49) oder Abgasabströmung (30, 52) und einem den Spalt (23, 48) umschließenden Gehäusebereich (24, 50) des Gehäuses (20, 41) aufweist, dass ein direkter Aufprall des pulsierenden Abgasstromes (22, 53) auf den Gehäusebereich...catalyst assembly for the Cleaning a pulsating exhaust gas stream (22, 53), in particular a motor vehicle internal combustion engine, with one in a tubular Cloak (28, 44) arranged catalyst (27, 43), wherein the jacket (28, 44) only in an axially narrow peripheral region (29, 51), in particular its flow outlet area, gas-tight with a housing (20, 41), which in front of the jacket (28, 44) an exhaust gas inflow (21, 49) and behind the jacket (28, 44) an exhaust gas outflow (30, 52) during the other peripheral regions of the jacket (28, 44) with the housing (20, 41) form a gap (23, 48) with the exhaust gas filled space in the case (20, 41), characterized in that the housing (20, 41) 41) has a radially so far retracted intermediate region (25, 40) between exhaust gas inflow (21, 49) or exhaust gas outflow (30, 52) and a housing portion (24, 50) enclosing the gap (23, 48) of the housing (20, 41) that has a direct impact of the pulsating exhaust stream (22, 53) on the housing area ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Katalysatoranordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine Katalysatoranordnung dieses Aufbaus, wie sie bevorzugt für die Reinigung der Abgase der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs Einsatz finden soll, ist aus der DE-OS 40 26 521 , F01N 3/28, bekannt. Der den Katalysator aufnehmende und haltende Mantel ist an seinem abgasaustrittsseitigen Ende mit dem Katalysatorgehäuse dicht verbunden, während seine übrigen Umfangsbereiche mit diesem Gehäuse einen in Richtung auf die Abgaseinströmung offenen hohlzylinderartigen Spalt bilden. Eine derartige Katalysatorkonstruktion ist insofern vorteilhaft, als sie nach dem Starten der Brennkraftmaschine infolge der allseitigen Umströmung des Mantels mit Abgas eine schnelle Aufheizung des Mantels und damit auch des Katalysators auf seine Arbeitstemperatur sicher stellt.The invention relates to a catalyst arrangement according to the preamble of claim 1. A catalyst assembly of this construction, as they should preferably be used for the purification of the exhaust gases of the internal combustion engine of a motor vehicle, is from the DE-OS 40 26 521 , F01N 3/28, known. The jacket receiving and holding the jacket is tightly connected at its exhaust outlet end with the catalyst housing, while its other peripheral regions form a hollow cylinder-like gap open in the direction of the exhaust gas inflow with this housing. Such a catalyst construction is advantageous in that it ensures a rapid heating of the jacket and thus also the catalyst to its working temperature after starting the internal combustion engine as a result of the all-around flow around the jacket with exhaust gas.

Wie sich gezeigt hat, können jedoch bei einer derartigen Katalysatoranordnung Schwingungsanregungen des Gehäuses durch den pulsierenden Abgasstrom auftreten. Diese Pulsation des Abgasstromes läßt sich nicht unterdrücken, da sie auf dem Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine beruht.As has been shown however, in such a catalyst arrangement, vibrational excitations of the housing occur through the pulsating exhaust gas flow. This pulsation of Exhaust stream can be do not suppress because it is based on the duty cycle of the internal combustion engine.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Katalysatoranordnung zu schaffen, bei der unter Wahrung ihrer grundlegenden Vorteile eine derartige Schwingungsanregung zumindest weitgehend unterbunden ist.Of the Invention is therefore based on the object a generic catalyst arrangement while preserving its basic benefits such oscillation excitation at least largely prevented is.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausführungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.The inventive solution this The object is the characterizing features of the main claim, advantageous embodiments The invention describes the subclaims.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sie die gestellte Aufgabe mit sehr einfachen Maßnahmen löst, die nämlich lediglich dafür zu sorgen brauchen, daß der definierte Spalt zwar nach wie vor in Verbindung mit der Abgasströmung steht, so daß der gewünschte Aufheizeffekt sichergestellt ist, andererseits aber pulsierendes Abgas nicht unmittelbar unter Abgabe seiner Schwingungsenergie auf das Gehäuse auftrifft.One particular advantage of the invention is the fact that they are the solved task with very simple measures, namely, only to ensure need that defined gap is still in connection with the exhaust gas flow, so that the desired Heating effect is ensured, on the other hand pulsating Exhaust gas not immediately under the delivery of its vibrational energy the housing incident.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, deren Figuren Axialschnitte darstellen. Während 1 den Stand der Technik wiedergibt, zeigen die 2 und 3 Ausführungsbeispiele der Erfindung.In the following the invention will be explained with reference to the drawing, whose figures represent axial sections. While 1 show the state of the art, the show 2 and 3 Embodiments of the invention.

Betrachtet man zunächst 1, so umschließt das allgemein mit 1 bezeichnete, mit trichterförmigen Abgaszu- und -abströmungen 2 bzw. 3 versehene Gehäuse den den Katalysator 4 aufnehmenden Mantel 5 unter Wahrung des hohlzylinderartigen Spalts 6, der an seiner in der Figur linken Seite in Richtung auf den durch die Pfeile 7 angedeuteten Abgasstrom offen ist. Der aus Metall bestehende Mantel 5 ist an seinem abgasausströmungsseitigen Ende bei 8 gasdicht mit dem Gehäuse 1 verbunden.Looking first 1 , so that includes in general 1 designated, with funnel-shaped Abgaszu- and -abströmungen 2 respectively. 3 provided housing the catalyst 4 receiving coat 5 while preserving the hollow cylinder-like gap 6 , which at its left side in the figure towards the by the arrows 7 indicated exhaust gas flow is open. The metal coat 5 is at at its exhaust gas outlet end at 8th gas-tight with the housing 1 connected.

Wie durch den Verlauf der Abgasströmungspfeile 7 angedeutet, kann bei dieser Konstruktion pulsierendes Abgas unmittelbar auf die Innenseite des Gehäuses 1 auftreffen und dieses – insbesondere bei Verwendung einer dünnwandigen Blechkonstruktion für das Gehäuse – zu Schwingungen anregen, die zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung führen. Dem entgegenzuwirken ist Aufgabe der Erfindung.As by the course of the exhaust flow arrows 7 indicated in this construction, pulsating exhaust gas directly on the inside of the housing 1 impinge and this - especially when using a thin-walled sheet metal construction for the housing - to stimulate vibrations that lead to an undesirable noise. To counteract this is the object of the invention.

In dem Ausführungsbeispiel nach 2 besteht das Gehäuse 20 aus zwei Teilen, von denen ein erster Teil die Abgaszuströmung 21 – der Abgasstrom ist wiederum durch Pfeile 22 charakterisiert –, den den hohlzylinderartigen Spalt 23 umschließenden zylinderischen Bereich 24 sowie den Zwischenbereich 25 zwischen beiden umfaßt, der radial nach innen vor die Kante 26 des wiederum den Katalysator 27 umschließenden Mantels 28 eingezogen ist. Auch hier ist der Mantel 28 nur an seinem abgasausströmungsseitigen Ende bei 29 dichtend mit dem Gehäuse 20 verbunden, und zwar mit einem weiteren Teil desselben, der die Abgasabströmung 30 bildet. Der Spalt 23 steht über die Verbindung 31, gegeben durch den axialen Abstand zwischen Mantelrand 26 und eingezogenem Gehäusebereich 25, mit der Abgasströmung in Verbindung, aber so, daß der Gehäusebereich 24 nicht unmittelbar von der pulsierenden Abgasströmung beaufschlagt ist. Diese Eigenschaft der beschriebenen Konstruktion wird dadurch unterstützt, daß der Katalysator 27 gegenüber dem Rand 26 des Mantels 28 gleichsam. zurückgesetzt ist, d. h. der Mantel 28 einen über den Katalysator 27 in Richtung nach vorn vorstehenden Bereich 32 aufweist.In the embodiment according to 2 is the housing 20 of two parts, of which a first part the Abgaszströmömung 21 - The exhaust gas flow is again by arrows 22 Characterized - the hollow cylinder-like gap 23 enclosing cylindrical area 24 as well as the intermediate area 25 between the two, the radially inward of the edge 26 which in turn is the catalyst 27 enclosing coat 28 is retracted. Again, the coat 28 only at its exhaust outlet end at 29 sealing with the housing 20 connected, with another part of the same, the exhaust gas outflow 30 forms. The gap 23 is about the connection 31 given by the axial distance between skirt edge 26 and retracted housing area 25 , in conjunction with the exhaust gas flow, but so that the housing area 24 is not acted upon directly by the pulsating exhaust gas flow. This property of the described construction is supported by the fact that the catalyst 27 opposite the edge 26 of the coat 28 as it were. is reset, ie the coat 28 one over the catalyst 27 towards the forward projecting area 32 having.

Die Konstruktion nach 3 hat diese Merkmale übernommen; auch hier findet sich zwischen dem radial eingezogenen Bereich 40 des allgemein mit 41 bezeichneten Gehäuses und dem Rand 42 des den Katalysator 43 aufnehmenden Mantels 44 ein Abstand bzw. eine Verbindung 45 zu dem eigentlichen abgaserfüllten Raum im Gehäuse 41. Zusätzlich ist am Gehäuse 41 die zylinderförmige Manschette 46 vorgesehen, die in den überstehenden Bereich 47 des Mantels 44 unter Wahrung eines Abstands hineinragt und die ebenfalls mit Abstand vor dem Katalysator 43 endet. In dem gezeigten Längsschnitt erkennt man also eine labyrinthartige Verbindung zwischen dem Spalt 48 einerseits und dem von der pulsierenden Abgasströmung erfüllten Raum innerhalb des Gehäuses 41 andererseits.The construction after 3 has taken over these characteristics; Here, too, can be found between the radially retracted area 40 of the general with 41 designated housing and the edge 42 of the catalyst 43 receiving coat 44 a distance or a connection 45 to the actual exhausted space in the housing 41 , Additionally is on the housing 41 the cylindrical cuff 46 provided in the projecting area 47 of the coat 44 while maintaining a distance and which also with distance in front of the catalyst 43 ends. In the longitudinal section shown so you can see a labyrinthine connection between the gap 48 on the one hand and the space in the housing filled with the pulsating flow of exhaust gas 41 on the other hand.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der manschettenartige Bereich 46 des Gehäuses mit der anschließenden trichterförmigen Abgaszuführung 49 zu einem Bauteil zusammengefaßt, während der eingezogene Gehäusebereich 40 zusammen mit dem zylinderischen Gehäusebereich 50, der den Spalt 48 umschließt, ein zweites Bauteil bildet; das zweite Bauteil ist bei 51 zusammen mit dem Mantel 44 mit der anschließenden, ebenfalls trichterförmigen Abgasabströmung 52 dicht verbunden.In this embodiment, the sleeve-like region 46 the housing with the subsequent funnel-shaped exhaust gas supply 49 to a component summarized while the retracted housing portion 40 together with the cylindrical housing area 50 who has the gap 48 encloses, forms a second component; the second component is at 51 together with the coat 44 with the subsequent, likewise funnel-shaped exhaust gas flow 52 tightly connected.

Wie auch der Verlauf der Strömungspfeile 53 in 3 erkennen läßt, sind die Abgaszuströmungen 49 bzw. 21 (in 2) so geformt, daß ihre Innenflächen praktisch parallel zur pulsierenden Abgasströmung verlaufen und demgemäß von dieser nicht schwingungsanregend beaufschlagt werden.As well as the course of the flow arrows 53 in 3 recognize are the Abgaszutrömungen 49 respectively. 21 (in 2 ) are shaped so that their inner surfaces are practically parallel to the pulsating exhaust gas flow and thus are not acted upon by this vibrationally exciting.

Mit der Erfindung ist demgemäß mit einfachen Mittel eine gattungsgemäße Katalysatoranordnung geschaffen, die gegen Schwingungsanregung durch die pulsierende Abgasströmung gesichert ist.With The invention is accordingly simple Means a generic catalyst arrangement created against vibration excitation by the pulsating exhaust gas flow is secured.

Claims (6)

Katalysatoranordnung für die Reinigung eines pulsierenden Abgasstromes (22, 53), insbesondere einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine, mit einem in einem rohrartigen Mantel (28, 44) angeordneten Katalysator (27, 43), wobei der Mantel (28, 44) nur in einem axial schmalen Umfangsbereich (29, 51), insbesondere seinem Strömungsaustrittsbereich, gasdicht mit einem Gehäuse (20, 41) verbunden ist, welches vor dem Mantel (28, 44) eine Abgaszuströmung (21, 49) und hinter dem Mantel (28, 44) eine Abgasabströmung (30, 52) aufweist, während die anderen Umfangsbereiche des Mantels (28, 44) mit dem Gehäuse (20, 41) einen Spalt (23, 48) bilden, der mit dem abgaserfüllten Raum im Gehäuse (20, 41) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20, 41) einen radial derart weit eingezogenen Zwischenbereich (25, 40) zwischen Abgaszuströmung (21, 49) oder Abgasabströmung (30, 52) und einem den Spalt (23, 48) umschließenden Gehäusebereich (24, 50) des Gehäuses (20, 41) aufweist, dass ein direkter Aufprall des pulsierenden Abgasstromes (22, 53) auf den Gehäusebereich (24, 50) des Gehäuses (20, 41) verhindert wird.Catalyst arrangement for the purification of a pulsating exhaust gas flow ( 22 . 53 ), in particular a motor vehicle internal combustion engine, with a in a tubular jacket ( 28 . 44 ) arranged catalyst ( 27 . 43 ), where the jacket ( 28 . 44 ) only in an axially narrow peripheral region ( 29 . 51 ), in particular its flow outlet region, gas-tight with a housing ( 20 . 41 ), which in front of the jacket ( 28 . 44 ) an exhaust gas inflow ( 21 . 49 ) and behind the coat ( 28 . 44 ) an exhaust gas outflow ( 30 . 52 ), while the other peripheral areas of the shell ( 28 . 44 ) with the housing ( 20 . 41 ) a gap ( 23 . 48 ) with the exhaust-filled space in the housing ( 20 . 41 ), characterized in that the housing ( 20 . 41 ) a radially so far retracted intermediate area ( 25 . 40 ) between exhaust gas inflow ( 21 . 49 ) or exhaust gas flow ( 30 . 52 ) and one the gap ( 23 . 48 ) enclosing housing area ( 24 . 50 ) of the housing ( 20 . 41 ) that a direct impact of the pulsating exhaust gas flow ( 22 . 53 ) on the housing area ( 24 . 50 ) of the housing ( 20 . 41 ) is prevented. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein ringförmiger Zwischenraum (31, 45) zwischen einem Rand (26, 42) des den Katalysator, (27, 43) umgebenden Mantels (28, 44) und dem diesem axial gegenüberstehenden, radial eingezogenen Bereich (25, 40) des Gehäuses (20, 41) außerhalb des eigentlichen Abgasströmungsprofils liegt.Arrangement according to claim 1, characterized in that an annular space ( 31 . 45 ) between a border ( 26 . 42 ) of the catalyst, ( 27 . 43 ) surrounding jacket ( 28 . 44 ) and the axially opposite, radially retracted area ( 25 . 40 ) of the housing ( 20 . 41 ) is outside the actual exhaust flow profile. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich an den Rand (26, 42) anschließender axialer Bereich (32, 47) des Mantels (28, 44) über den Katalysator (27, 43) axial übersteht.Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that a to the edge ( 26 . 42 ) subsequent axial area ( 32 . 47 ) of the jacket ( 28 . 44 ) over the catalyst ( 27 . 43 ) projects axially. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der den Spalt (23, 48) umschließende Bereich (24, 50) des Gehäuses (20, 41), sein eingezogener Bereich (25, 40) und die anschließende Abgaszuströmung (21, 49) bzw. Abgasabströmung (30, 52) ein Teil bilden.Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the gap ( 23 . 48 ) enclosing area ( 24 . 50 ) of the housing ( 20 . 41 ), its retracted area ( 25 . 40 ) and the subsequent Abgaszströmömung ( 21 . 49 ) or exhaust gas outflow ( 30 . 52 ) form a part. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Abgaszuströmung (21, 49) im Wesentlichen parallel zum pulsierenden Abgasstrom (22, 53) verlaufend geformt ist.Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least the exhaust gas inflow ( 21 . 49 ) substantially parallel to the pulsating exhaust gas flow ( 22 . 53 ) is shaped progressively. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung einer in Axialschnitten labyrinthartigen Verbindung ein manschettenartiger Fortsatz (46) des Gehäuses (41) axial in den überstehenden Bereich (47) des Mantels (44) hineinragt und mit Abstand von dem Katalysator (43) endet.Arrangement according to Claim 3, characterized in that, in order to form a connection which is labyrinthine in axial sections, a sleeve-like extension ( 46 ) of the housing ( 41 ) axially in the projecting area ( 47 ) of the jacket ( 44 ) and at a distance from the catalyst ( 43 ) ends.
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