DE4220988C2 - Katalytische Abgasreinigungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine katalyti­ sche Abgasreinigungsvorrichtung umfassend ein Gehäuse mit mindestens einem trichterförmigen Endabschnitt, mindestens einen mittels einer Blähmatte in dem Gehäuse gelagerten monolithischen Katalysatorkörper und mindestens einen Innentrich­ ter im Bereich des mindestens einen trichterförmi­ gen Endabschnittes des Gehäuses, wobei die Kontur des Innentrichters benachbart dem Katalysatorkörper im wesentlichen dessen Kontur entspricht und ein zwischen dem Innentrichter und dem Katalysatorkör­ per bestehender Spalt mittels einer an dem Innen­ trichter und dem Monolithen anliegenden Manschette abgedeckt ist, und wobei ferner der Hohlraum zwischen dem Innentrichter und dem trichterförmigen Endabschnitt des Gehäuses mit einem nicht quellen­ den Isoliermaterial ausgefüllt ist.

Eine derartige Abgasreinigungsvorrichtung ist aus der DE-OS 40 26 566 bekannt. Dabei sind die Kataly­ satorkörper in eine Umhüllung aus Glas- oder Keramikfasergewebe eingeschlagen, welche sich in axialer Richtung über die Stirnflächen der Kataly­ satorkörper hinaus erstreckt und die Spalte zwischen den Innentrichtern und den Katalysatorkör­ pern überbrückt. Umgekehrt ist die Blähmatte in axialer Richtung kürzer als die Katalysatorkörper. Dies ermöglicht, daß das den Hohlraum zwischen dem Innentrichter und dem trichterförmigen Endabschnitt des Gehäuses ausfüllende Isoliermaterial, den Spalt zwischen den Innentrichtern und den Katalysatorkör­ pern überlappend, in den ringförmigen Hohlraum zwischen den Katalysatorkörpern und dem Gehäuse hineinragt. Indem das dünne Glas- bzw. Keramikfa­ sergewebe im Bereich der Spalte zwischen den Innen­ trichtern und den Katalysatorkörpern von außen von dem (nachgiebigen) Isoliermaterial gestützt wird, kann es dort aufgeweitet werden. Langfristig wäre eine Beschädigung der Fasergewebemanschette und/oder des Isoliermaterials nicht sicher auszu­ schließen.

Bei einer weiteren, aus der DE-OS 36 38 049 bekann­ ten Abgasreinigungsvorrichtung erstreckt sich die der Lagerung des Monolithen dienende Blähmatte abgaseingangsseitig und abgasausgangsseitig in den Hohlraum zwischen dem Gehäuse und dem Innentrichter hinein. Die den axialen Spalt zwischen dem jeweili­ gen Innentrichter und der benachbarten Stirnseite eines Monolithen abdeckende Manschette dient dabei dazu, ein Ausblasen der Blähmatte in diesem Bereich durch das pulsierende Abgas zu unterbinden.

Bei dieser Abgasreinigungsvorrichtung besteht die Gefahr, daß die Blähmatte aufgrund ihrer hohen Expansionskraft beim ersten Erwärmen den Innen­ trichter eindrückt und somit beschädigt. Diese Gefahr wird beim Stand der Technik dadurch zu reduzieren versucht, daß die Innentrichter aus einem relativ starken, steifen Blech hergestellt werden. Dies widerspricht jedoch dem überall im Kraftfahrzeugbau geltenden Prinzip der Gewichtsre­ duzierung.

Aus der DE-OS 40 09 945 ist eine katalytische Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Gehäuse, einem in diesem mittels einer Quellmatte gelagerten monolithischen Katalysatorkörper und einem in dem trichterförmigen Endabschnitt des Gehäuses angeord­ neten Innentrichter bekannt. Der Hohlraum zwischen dem Innentrichter und dem Gehäuse ist mit einem Isoliermaterial, z. B. einer Fasermatte ausgefüllt. Zur Abdeckung des Spaltes zwischen dem Innentrich­ ter und dem Monolithen ist ein profilierter Faser­ dichtring vorgesehen, der das freie Ende des Innen­ trichters umgreift und sich gegen das Gehäuse bzw. den trichterförmigen Endabschnitt des Gehäuses abstützt. Der bei diesem Stand der Technik vorgese­ hene Faserdichtring ist jedoch in hohem Maße der Gefahr der Beschädigung durch das pulsierende Abgas ausgesetzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Abgasreinigungsvor­ richtung zu schaffen, bei der bei einer langen Lebensdauer auch ein aus dünnem, leichtem Material hergestellter Innentrichter nicht der Gefahr einer Beschädigung ausgesetzt ist. Dabei soll zugleich eine optimale Abdichtung des Spaltes zwischen dem Innentrichter und der Stirnseite des angrenzenden Monolithen sichergestellt sein, um - zur Steigerung der Lebensdauer der Abgasreinigungsvorrichtung - ein Ausblasen der zwischen dem Gehäuse einerseits und den Innentrichtern und den Monolithen anderer­ seits angeordneten Füllung zuverlässig zu verhin­ dern. Schließlich sollen die Herstellungskosten der Abgasreinigungsvorrichtung nicht höher sein als nach dem Stand der Technik.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung dadurch gelöst, daß sich die Manschette in radialer Richtung bis zu dem Gehäuse erstreckt und in mindestens zwei Bereiche untergliedert, wobei ein radial äußerer Bereich eine gröbere Struktur und geringere Temperaturbeständigkeit besitzt als ein radial innerer Bereich. Indem der Hohlraum zwischen dem Innentrichter und dem Gehäuse anstelle mit einer Blähmatte mit einem nicht quellenden Isolier­ material ausgefüllt ist, besteht keine Gefahr, daß der Innentrichter durch die expandierende Wirkung der Blähmatte beschädigt wird. Er kann somit aus einem dünnen, leichten Blech hergestellt sein. Dies trägt in gleicher Weise zu einer Reduzierung des Gewichts wie der Herstellkosten bei, letzteres insbesondere deshalb, weil die Innentrichter aus einem teueren hochtemperaturbeständigen Stahl hergestellt sein müssen. Die gute Abdichtung des axialen Spaltes zwischen dem Innentrichter und dem benachbarten Monolithen wird im Rahmen der Erfin­ dung dadurch gewährleistet, daß sich die Manschette in radialer Richtung bis zu dem Gehäuse erstreckt, das heißt den Spaltbereich vollständig ausfüllt. Hierdurch wird die radial innere Fläche der Manschette gleichmäßig gegen die äußere Fläche des Innentrichters und des Monolithen gepreßt und liegt gleichmäßig an diesen Flächen an. Durch die Unter­ teilung der Manschette in radialer Richtung in mindestens zwei Bereiche lassen sich ihre Wirkung als Abdichtung gegen Ausblasen des Isoliermaterials verbes­ sern und gleichzeitig die Kosten senken; denn von dem relativ teueren hochtemperaturfesten Material hoher Festigkeit und geringster Gas­ durchlässigkeit, welches radial innen angeord­ net ist, werden nur relativ geringe Mengen benötigt, und das relativ preiswerte Material gröberer Struktur und nicht so hoher Tempera­ turbeständigkeit, welches radial außen vorge­ sehen ist, drückt aufgrund seiner elastischen Eigenschaften den inneren Bereich der Man­ schette gleichmäßig dichtend auf die äußere Umfangsfläche von Innentrichter und Monolith.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung besteht die Manschette zumindest in dem radial inneren Bereich aus einem um den Monolithen und den Innentrichter gewickelten Gewebeband. Dieses besitzt zweckmäßigerweise eine sehr feine Webstruktur, um über eine ge­ ringe Gasdurchlässigkeit zu verfügen. Beson­ ders zweckmäßig ist es dabei, wenn die Fäden des Gewebebandes schräg zur Umfangsrichtung verlaufen, bevorzugt einen Winkel von ca. 45° mit dieser einschließen. Bei einer derartigen Ausrichtung der Gewebestruktur paßt sich die Manschette besonders gut den Konturen des Innentrichters und des Monolithen an, wodurch die abdichtende Wirkung der Manschette weiter verbessert wird. Der äußere Bereich der Man­ schette kann ebenfalls aus einem Gewebeband bestehen, welches jedoch gegenüber dem zur Herstellung des radial inneren Bereiches der Manschette verwendeten Gewebeband eine gröbere Webstruktur besitzt. Zur Herstellung des äuße­ ren Bereiches der Manschette kann jedoch auch ein nicht gewebtes Band, insbesondere her­ gestellt aus Fasern, verwendet werden; eben­ falls kann der äußere Bereich der Manschette durch ein aus keramischem Material gewebtes Tuch dargestellt sein, das in Richtung auf den Innentrichter mehr oder weniger weit über den durch das hochtemperaturfeste Gewebeband mit geringer Gasdurchlässigkeit gebildeten inneren Bereich der Manschette übersteht.

Um die dichtende Wirkung der Manschette weiter zu erhöhen kann vorgesehen sein, daß deren in­ nerer Bereich im Bereich des Monolithen gegen­ über dem äußeren Bereich vorsteht und daß die zur Lagerung des Monolithen vorgesehene Bläh­ matte auf dem entsprechenden axialen Überstand des inneren Bereiches gegenüber dem äußeren Bereich aufliegt. Infolge ihrer Expansion bei Erwärmung spannt die Blähmatte in diesem Fall den inneren Bereich der Manschette, soweit er unter die Blähmatte ragt, gegen den Mo­ nolithen, so daß jener dicht an diesem an­ liegt.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Er­ findung ist vorgesehen, daß zumindest der in­ nere Bereich der Manschette aus einem mehrla­ gig gewickelten Band aufgebaut ist. Eine der­ artige mehrlagige Wicklung verfügt gegenüber einer einlagigen Wicklung gleicher Gesamtdicke sowohl über eine höhere Festigkeit als auch über eine geringere Gasdurchlässigkeit; zugleich paßt sich das mehrlagig gewickelte Band besser der Kontur des Innentrichters und des Monolithen an als ein einlagig gewickeltes Band gleicher Gesamtdicke.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen Längs schnitt durch den Eingangsbereich einer Abgasreinigungsvorrichtung nach der Erfindung, wobei in der oberen Hälfte und in der unteren Hälfte zwei unterschiedliche bevorzugte Ausge­ staltungen der Manschette dargestellt sind.

Die Abgasreinigungsvorrichtung umfaßt ein Ge­ häuse 1, welches aus zwei Halbschalen aufge­ baut ist, einen in dem Gehäuse unter Zwischen­ schaltung einer Blähmatte 2 gelagerten monoli­ thischen Katalysatorkörper 3 und zwei Innen­ trichter, von denen der Eingangsinnentrichter 4 dargestellt ist. Der Eingangsinnentrichter 4, der trichterförmige Endabschnitt 5 des Ge­ häuses 1 sowie das Abgaseingangsrohr 6 sind mittels einer umlaufenden Schweißnaht 7 mit­ einander verbunden. Zwischen dem erweiterten, dem Monolithen 3 zugewandten Ende des Ein­ laßinnentrichters 4 und der zugeordneten Stirnseite 8 des Monolithen 3 besteht ein axi­ aler Spalt, der eine Wärmedehnung des Ein­ laßinnentrichters 4 ermöglicht, ohne daß dieser an dem Monolithen anstößt. Während der Herstellung der Abgasreinigungsvorrichtung ist in diesen ein Distanzring 13 eingelegt, der sich in der weiter unten beschriebenen Weise bei der ersten Inbetriebnahme der Abgas­ reinigungsvorrichtung auflöst.

Der Hohlraum zwischen dem Einlaßinnentrichter 4 und dem trichterförmigen Endabschnitt 5 des Gehäuses ist weitgehend mit einer nicht quel­ lenden Mineralfasermatte 9 ausgefüllt. Diese reicht jedoch nicht bis an das erweiterte, dem Monolithen 3 zugewandte Ende des Abgasinnen­ trichters 4 heran; sie endet vielmehr kurz vor diesem.

Im Bereich des Überganges zwischen dem Ein­ laßinnentrichter 4 und dem Monolithen 3 ist eine Manschette 10 vorgesehen, welche einen radial inneren Bereich 11 und einen radial äußeren Bereich 12 umfaßt. Der radial innere Bereich 11 liegt außen an den Umfangsflächen des Einlaßinnentrichters 4 einerseits und des Monolithen 3 andererseits an. Er besteht aus zwei Lagen eines hochtemperaturfesten, weitge­ hend gasundurchlässigen Bandes aus Keramikfa­ sergewebe mit feiner Webstruktur. Der innere Bereich 11 der Manschette 10 ist umgeben von dem äußeren Bereich 12, welcher an der Innen­ wand des Gehäuses 1 anliegt.

Bei der in der oberen Hälfte der Zeichnung dargestellten Ausführungsvariante ragt der in­ nere Bereich 11 der Manschette im Bereich des Monolithen unter dem äußeren Bereich 12 her­ vor; der entsprechende Überstand des inneren Bereiches 11 über den äußeren Bereich 12 der Manschette ragt unter die Blähmatte 2, welche hierdurch den entsprechenden Überstand des in­ neren Bereiches der Manschette gegen die äuße­ re Umfangsfläche des Monolithen 3 preßt. Bei der in der unteren Hälfte der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsvariante erstrecken sich demgegenüber der innere Bereich 11 und der äußere Bereich 12 der Manschette 10 gleichweit über den Monolithen 3, so daß hier die Man­ schette 10 und die Blähmatte 2 stumpf, ohne einander zu überlappen aneinanderstoßen. Auch in diesem Fall ist der innere Bereich 11 der Manschette zweilagig aus einem hochtemperatur­ festen, eine feine Webstruktur und geringe Gasdurchlässigkeit aufweisenden textilen Kera­ mikfaserband hergestellt. Der äußere Bereich 12 der Manschette besteht ebenfalls jeweils aus einem textilen Band aus Keramikmaterial; es besitzt jedoch eine geringere Temperaturfe­ stigkeit als das zur Herstellung des inneren Bereiches verwendete Band (ca. 750°C anstelle von 1200°C) und eine gröbere Webstruktur als dieses.

Der in der Zeichnung dargestellte, zwischen dem Einlaß-Innentrichter 4 und der zugeordneten Stirnseite 8 des Monolithen 3 angeordnete Distanzring 13 dient als Positionierhilfe für den Einlaß-Innentrichter bei der Montage; er besteht aus einem bereits bei niedrigen Temperaturen rückstandsfrei verbrennenden Kunststoff. Nachdem der Distanzring nach der ersten Inbetriebnahme der Abgasreinigungsvorrichtung verbrannt ist, besteht zwischen dem Einlaß-Innentrichter 4 und der zugeordneten Stirnseite 8 des Mono­ lithen ein Axialspalt, der eine Wärmedehnung des Innentrichters zuläßt. Ein entsprechender Distanzring ist auf der Auslaßseite vorge­ sehen.

Claims (4)

1. Katalytische Abgasreinigungsvorrichtung umfassend ein Gehäuse (1) mit mindestens einem trichterförmigen Endabschnitt (5), mindestens einen mittels einer Blähmatte (2) in dem Gehäuse (1) gelagerten monoli­ thischen Katalysatorkörper (3) und minde­ stens einen Innentrichter (4) im Bereich des mindestens einen trichterförmigen Endabschnittes (5) des Gehäuses, wobei die Kontur des Innentrichters (4) benachbart dem Katalysatorkörper (3) im wesentlichen dessen Kontur entspricht und ein zwischen dem Innentrichter und dem Katalysatorkör­ per bestehender Spalt mittels einer an dem Innentrichter (4) und dem Monolithen (3) anliegenden Manschette (10) abgedeckt ist, und wobei ferner der Hohlraum zwischen dem Innentrichter (4) und dem trichterförmigen Endabschnitt (5) des Gehäuses mit einem nicht quellenden Isoliermaterial (9) ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Manschette (10) in radialer Richtung bis zu dem Gehäuse (1) erstreckt und in mindestens zwei Bereiche unterglie­ dert, wobei ein radial äußerer Bereich (12) eine gröbere Struktur und geringere Temperaturbeständigkeit besitzt als ein radial innerer Bereich (11).

2. Katalytische Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (10) zumindest in dem inneren Bereich (11) aus einem um den Mo­ nolithen (3) und den Innentrichter (4) ge­ wickelten Gewebeband besteht, dessen Fäden schräg zur Umfangsrichtung verlaufen, be­ vorzugt einen Winkel von ca. 45° mit die­ ser einschließen.

3. Katalytische Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Bereich (11) der Manschette (10) im Bereich des Monolithen (3) gegen­ über dem äußeren Bereich (12) vorsteht und daß die Blähmatte (2) auf dem entsprechen­ den axialen Überstand des inneren Berei­ ches (11) der Manschette (10) aufliegt.

4. Katalytische Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der innere Bereich (11) der Manschette (10) aus einem mehrlagig gewickelten Band aufgebaut ist.