DE4236883A1 - Katalysator in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Katalysator in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine gemäß des Oberbegriffes des Patentan­ spruches 1.

Ein Katalysator der gattungsgemäßen Bauart ist aus der EP 0 229 352 bekannt. Bei diesem ist jedoch der Gehäusemantel durch sei­ ne Anlage am heißen Katalysatorkörper ebenfalls sehr heiß, so daß die den Gehäusemantel außen umwickelnden Blechlagen in na­ hezu unverminderter Stärke der Wärmeabstrahlung des Katalysa­ torkörpers ausgesetzt sind. Da diese ebenfalls am Gehäusemantel anliegen, ist der Wärmeübertrag vom Gehäusemantel auf die Schichten sehr hoch. Ferner bestehen die Lagen aus einem metal­ lischen Werkstoff und sind somit sehr gute Wärmeleiter, so daß insgesamt die Wärmeabstrahlung nach außen nicht so weit verrin­ gert werden kann, daß thermische Beeinträchtigungen der Umge­ bung des Katalysators vermieden werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Katalysator dahingehend weiterzubilden, daß im heißen Zustand dessen Wärmeabstrahlung nach außen im wesentlichen vermieden wird.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Dabei ist die Vorrichtung zumindest aus einer Schicht anström­ seitig verschlossener Abgaskanäle gebildet, die den Katalysa­ torkörper in einem Umfangsbereich begrenzt. Dadurch wird zumin­ dest am Rand des Katalysatorkörpers ein vom Abgas nicht durch­ strömbarer Bereich geschaffen, wobei jeder verschlossene Abgas­ kanal einen Isolierspalt zwischen dem durchströmten heißen Ka­ talysatorkörper und dem Gehäusemantel darstellt. Dabei wird ein direkter Wärmekontakt weitgehend unterbunden, so daß der Wärme­ übertrag auf den Gehäusemantel stark reduziert und damit die Wärmeabstrahlung des Katalysatorkörpers nach außen im wesentli­ chen verhindert wird. Der Effekt der Wärmedämmung ist dabei um so größer, je dicker die Schicht der verschlossenen Kanäle ist, d. h. je mehr Abgaskanäle von dem Umfangsbereich radial zur Längsachse des Katalysatorkörpers hin verschlossen sind.

Weiterhin wird infolge der Temperaturabsenkung des Gehäuseman­ tels dessen Steifigkeit erhöht, wodurch die Körperschallab­ strahlung des Katalysators verringert wird.

Desweiteren wird aufgrund der stark verminderten Temperaturbe­ lastung des Gehäusemantels für diesen die Verwendung von weni­ ger hochwarmfesten Werkstoffen, die kostengünstiger sind, er­ möglicht.

Zudem bedeutet für den Betrieb des Katalysators der verringerte Wärmeübertrag höhere Temperaturen im Inneren des Katalysator­ körpers und damit ein verbessertes Anspringverhalten des Kata­ lysators.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach An­ spruch 2 begrenzt die Schicht den Katalysatorkörper umlaufend. Dadurch wird die gesamte Umgebung des Katalysators vor der Wär­ meabstrahlung geschützt, so daß auf zusätzliche Schutzvorrich­ tungen des Fahrzeugbodens verzichtet werden kann.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung nach Anspruch 3 sind die verschlossenen Abgaskanäle beidseitig verschlossen. Dadurch wird verhindert, daß durch Pulsationen des Abgases ein Rückstrom von Abgas in die anströmseitig verschlossenen Abgas­ kanäle abströmseitig erfolgt und dadurch die Dämmung der Wärme­ abstrahlung vermindert.

In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 4, die eine zu­ sätzliche Verstärkung der Eindämmung der Wärmeabstrahlung bil­ det, ist der Katalysatorkörper über seine gesamte Länge von einem Wärmedämmelement ummantelt, das seinerseits vom Gehäuse­ mantel umschlossen ist.

In der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung sind zwei Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 im Querschnitt einen erfindungsgemäßen Katalysator mit umgebenden Wärmedämmelementen,

Fig. 2 einen oberen Abschnitt des Katalysators aus Fig. 1 in einem seitlichen Schnitt,

Fig. 3 eine Variante des oberen Abschnitts des Katalysators nach Fig. 2 in einem seitlichen Schnitt.

In Fig. 1 ist ein Katalysator 1 dargestellt, der in einer hier nicht weiter angeführten Abgasleitung einer Brennkraftmaschine angeordnet ist.

Der Katalysator 1 umfaßt einen aus einem keramischen Werkstoff gefertigten monolithischen Katalysatorkörper 2 annähernd elliptischen Querschnittes, der in einem diesen umgebenden Drahtgestrick 3 gelagert ist.

Das Drahtgestrick 3 ist von einer oberen und einer unteren Halbschale 4, 5 eines metallischen Gehäusemantels 6 umschlossen. Der verschalte Katalysatorkörper 2 ist über seine gesamte Länge hinweg in seinem Umfangsbereich in einem als Wärmedämmelement dienenden Faservlies 7 eingebettet und zusätzlich von einer oberen und einer unteren Halbschale 8, 9 einer Isolationsschale 10 aus herkömmlichem Stahlblech eingefaßt.

Der Katalysatorkörper 2 besteht aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Abgaskanäle 11, die dabei eine Wabenstruktur aus­ bilden. Die den Katalysatorkörper 2 begrenzenden Kanäle 11a sind anström- und abströmseitig pfropfenartig verschlossen, wie insbesondere auch in Fig. 2 aufgezeigt ist.

Dadurch bildet sich ein umlaufender nicht durchströmbarer Iso­ lationsspalt 12 aus, der den Wärmeübertrag des heißen Katalysa­ torkörpers 2 auf das Drahtgestrick 3 im wesentlichen verhin­ dert.

Das Drahtgestrick 3 umgreift zur besseren Halterung des Kataly­ satorkörpers 2 diesen im Randbereich seiner Stirnseiten 13, 14. Dabei wird in günstiger Weise der Bereich ausgenutzt, in dem ohnehin die Kanäle 11a verschlossen sind und dadurch nicht zur katalytischen Umsetzung genutzt werden können.

Die Abgasleitung ist mit dem Gehäusemantel 6 durch einen vor der Stirnseite 13 des Katalysatorkörpers 2 angeordneten An­ ström- und einen vor der Stirnseite 14 angeordneten Abström­ trichter 15, 16 verbunden.

Innerhalb des Anström- und Abströmtrichters 15, 16 ist koaxial jeweils ein Innentrichter 17, 18 angeordnet, dessen konischer Abschnitt an einem Ende 19 am Drahtgestrick 3 anliegt und am anderen Ende 20 mit einem Ende 21 des ihn umgebenden konischen Abschnittes des Anström- bzw. Abströmtrichters 15, 16 fest ver­ bunden ist.

Der konische Abschnitt des Innentrichters 17, 18 weist einen kleineren Öffnungswinkel als der der Trichter 15, 16 auf. Die Anordnung des Innentrichters 17, 18 verhindert dabei einerseits eine Durchströmung des Drahtgestrickes 3 durch das anströmende Abgas und bildet andererseits einen Hitzeschutz für den An­ ström- bzw. Abströmtrichter 15, 16.

Aufgrund der unterschiedlich großen Öffnungswinkel der koni­ schen Trichterabschnitte bilden diese mit den einander zuge­ wandten Seiten und Stirnseiten 22, 23 des Drahtgestrickes 3 ei­ nen abgeschlossenen Ringraum 24 aus, der mit einem keramischen Faservlies 25 zur zusätzlichen Wärmeisolierung ausgefüllt ist.

Im weiteren ist Anström- bzw. Abströmtrichter 15, 16 selbst von jeweils einem Außentrichter 26, 27 koaxial umgeben, dessen koni­ scher Abschnitt an einem Ende 28 mit der Isolationsschale 10 und am anderen Ende 29 mit dem Ende 21 des konischen Abschnitts des Anström- bzw. Abströmtrichters 15, 16 fest verbunden ist.

Bei Katalysatoren für Dieselmotoren ist es aufgrund der niedri­ geren Betriebstemperaturen denkbar, die Wärmeisolierung des Katalysatorkörpers 2 ohne Isolationsschale 10 und wärmedämmen­ des Faservlies 7 zu gestalten.

In einer von Fig. 2 abweichenden Variante ist der Katalysator 1 in Fig. 3 ohne Isolationsschale 10, Faservlies 7 und Außen­ trichter 26, 27 ausgebildet.

Das den Katalysatorkörper 2 umgebende Wärmedämmelement besteht hier aus einer Quellmatte 30, die sich bei steigender Tempera­ tur ausdehnt und dabei den Katalysatorkörper 2 im Gehäusemantel 6 verspannt. Dabei kompensiert die Quellmatte 30 durch ihre hohen Wärmedämmeigenschaften das Fehlen der Isolationsschale 10 und des Faservlieses 7.

Claims (4)

1. Katalysator in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine, mit einem von einem Gehäusemantel umgebenen Katalysatorkörper, der aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Abgaskanäle besteht, und mit einer Vorrichtung zur Verringerung der Wärme­ abstrahlung nach außen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zumindest aus einer Schicht anströmseitig verschlossener Abgaskanäle (11a) gebildet ist, die den Kataly­ satorkörper (2) zumindest in einem Umfangsbereich begrenzt.

2. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht den Katalysatorkörper (2) umlaufend begrenzt.

3. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaskanäle (11a) abströmseitig verschlossen sind.

4. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorkörper (2) über seine gesamte Länge von ei­ nem Wärmedämmelement (7, 30) ummantelt ist, das seinerseits vom Gehäusemantel (6) umschlossen ist.