Die Erfindung betrifft einen Abgaskatalysator einer
Brennkraftmaschine mit einem Trägerkörper für die kataly
tische Schicht, der in einem vom Kühlmittelkreislauf der
Brennkraftmaschine umspülten Gehäuse angeordnet ist, mit
einem über weiten Bereichen der Trägerkörper-Oberfläche
vorgesehenen Luftspalt zwischen Trägerkörper und Gehäuse
bei kaltem Trägerkörper.The invention relates to an exhaust gas catalytic converter
Internal combustion engine with a support body for the kataly
table layer in a coolant circuit of the
Internal combustion engine flushed housing is arranged with
over a wide area of the carrier body surface
provided air gap between the support body and the housing
with cold carrier body.
Beispielsweise aus der DE-OS 25 09 210 ist es bekannt,
einen Abgaskatalysator relativ nahe am Auslaßkanal einer
Brennkraftmaschine anzuordnen, da hierdurch die Abgase
weitgehend ungekühlt in den Katalysator gelangen, so daß
dieser ausgehend von einem Kaltstart der Brennkraftma
schine relativ kurzfristig seine Betriebstemperatur er
reicht. Andererseits gilt es jedoch, im Dauerbetrieb den
Katalysator vor einer Überhitzung zu schützen. Daher wird
ein den Katalysator aufnehmendes Gehäuse vom Kühlmittel
kreislauf der Brennkraftmaschine umspült, so daß schädi
gende Wärmemengen über diesen Kühlmittelkreislauf ab
transportiert werden können. Beim bekannten Stand der
Technik ist zwischen dem vom Kühlmittelkreislauf umspül
ten Gehäuse sowie dem katalytisch beschichteten Träger
körper ein isolierender Luftspalt vorgesehen.
For example from DE-OS 25 09 210 it is known
a catalytic converter relatively close to the exhaust duct
To arrange the internal combustion engine, as a result of which the exhaust gases
get into the catalyst largely uncooled, so that
this starting from a cold start of the internal combustion engine
It seems that its operating temperature is relatively short-term
enough. On the other hand, however, it is important in continuous operation
To protect the catalytic converter from overheating. Therefore
a coolant housing housing the catalytic converter
circuit of the internal combustion engine, so that harmful
amount of heat from this coolant circuit
can be transported. In the known state of the
Technology is between the coolant circuit
housing and the catalytically coated support
body an insulating air gap provided.
Versuche haben gezeigt, daß aufgrund dieses über weiten
Bereichen der Trägerkörper-Oberfläche vorgesehenen Luft
spaltes zwischen dem Trägerkörper und dem Gehäuse keine
ausreichende Wärmeabfuhr im Dauerbetrieb der Brennkraft
maschine möglich ist. Insbesondere bei unregelmäßiger
Verbrennung in den Brennkraftmaschinen-Zylindern, so bei
spielsweise bei Zündaussetzern, bei Ausmagern oder auch
bei Einsetzen einer Klopfregelung kann weiterhin die
thermische Belastungsgrenze des Katalysators überschrit
ten werden. Wird andererseits auf den Luftspalt vollstän
dig verzichtet, d. h. liegt andererseits der Trägerkörper
im wesentlichen vollständig am vom Kühlmittelkreislauf
umspülten Gehäuse an, so wird bereits in der sich an
einen Kaltstart anschließenden Warmlaufphase der Brenn
kraftmaschine dieser Katalysator so stark abgekühlt, daß
er seine Anspringtemperatur bzw. Betriebstemperatur zu
spät erreichen. Erhöhte Schadstoffemissionen sind hiervon
die Folge.Experiments have shown that because of this over
Areas of the carrier body surface provided air
gap between the support body and the housing none
sufficient heat dissipation during continuous operation of the internal combustion engine
machine is possible. Especially with irregular ones
Combustion in the engine cylinders, so at
for example with misfires, with leaners or also
if a knock control is used, the
thermal load limit of the catalyst exceeded
be. On the other hand, it becomes complete on the air gap
dig waived, d. H. on the other hand lies the carrier body
essentially completely on the coolant circuit
washed around the housing, so is already in the
a warm start phase of the burner following a cold start
engine this catalyst cooled so much that
he his starting temperature or operating temperature too
reach late. This includes increased pollutant emissions
the consequence.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine demgegenüber
verbesserte Anordnung für einen Abgaskatalysator nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß der be
triebswarme Trägerkörper aufgrund von Wärmedehnung in
weiten Oberflächenbereichen am Gehäuse anliegt.The object of the invention is therefore one in contrast
improved arrangement for an exhaust gas catalytic converter after the
Show preamble of claim 1.
To solve this problem it is provided that the be
warm carrier body due to thermal expansion in
wide surface areas on the housing.
Erläutert wird dies sowie weitere ggf. erfindungswesent
liche Merkmale anhand einer Prinzipskizze. In dieser
Skizze ist mit der Bezugsziffer 1 ein katalytisch be
schichteter Trägerkörper bezeichnet, der wie bekannt,
eine Vielzahl von Kanälen für einen gemäß Pfeilrichtung 2
durch den Trägerkörper 1 hindurchgeleiteten Abgasstrom
einer Brennkraftmaschine aufweist. Über einen geeignet
gestalteten Zentrierring 3 oder dgl. ist der Trägerkörper
1 in einem Gehäuse 4 gelagert, das vom Kühlmittelkreislauf 5
der nicht gezeigten Brennkraftmaschine umspült
ist. Geführt wird dieser Kühlmittelkreislauf somit einer
seits von Außenwand des Gehäuses 4 sowie andererseits von
einer geeignet gestalteten Begrenzungswand 6.This is explained, as well as further features that are possibly essential to the invention, using a schematic diagram. In this sketch, the reference numeral 1 denotes a catalytically coated carrier body which, as is known, has a multiplicity of channels for an exhaust gas stream of an internal combustion engine passed through the carrier body 1 in the direction of the arrow 2 . Via a suitably designed centering ring 3 or the like. The carrier body 1 is mounted in a housing 4 which is surrounded by the coolant circuit 5 of the internal combustion engine, not shown. This coolant circuit is thus guided on the one hand by the outer wall of the housing 4 and on the other hand by a suitably designed boundary wall 6 .
Mit der gezeigten Anordnung bzw. Lagerung des Trägerkör
pers 1 innerhalb des Gehäuses 4 ergibt sich über weiten
Bereichen der Trägerkörper-Oberfläche der mit der Bezugs
ziffer 7 bezeichnete Luftspalt zwischen dem Trägerkörper
1 sowie dem Gehäuse 4. Dieser Luftspalt verhindert, daß
anschließend an einen Kaltstart der Brennkraftmaschine
die Wärmemenge, die dazu benötigt wird, den Abgaskataly
sator schnell auf seine Betriebstemperatur zu bringen,
über den Kühlmittelkreislauf 5 abgeführt wird. Der ge
zeigte Katalysator erreicht somit nach einem Kaltstart
umgehend seine Betriebstemperatur und beginnt erfolgreich
mit der Schadstoff-Konversion. Bei weiterem Betrieb der
Brennkraftmaschine und insbesondere bei vermehrtem Abgas
strom 2, hervorgerufen durch eine höhere Brennkraftma
schinen-Belastung, nimmt die Temperatur des Katalysators
weiter zu, so daß sich der Trägerkörper 1 aufgrund von
Wärmedehnung solange ausdehnt, bis die Mantelfläche 1′ an
der Innenseite des Gehäuses 4 zumindest bereichsweise an
liegt, so daß nun die im Katalysator vorhandene Wärme
durch Wärmeleitung in gesteigertem Maße in den Kühlmit
telkreislauf 5 gelangen kann. Während nämlich bei Vorhan
densein eines Luftspaltes 7 eine Wärmeabgabe vom Träger
körper 1 an den Kühlmittelkreislauf 5 nur über Wärme
strahlung erfolgen kann, tritt dann, wenn der betriebs
warme Trägerkörper 1 am Gehäuse 4 anliegt, direkte Wärme
leitung auf, über die bekanntermaßen größere Wärmemengen
transportiert werden können. Eine Überhitzung des kataly
tisch beschichteten Trägerkörpers 1 wird somit erfolg
reich verhindert.
With the arrangement shown, or storage of the Trägerkör pers 1 within the housing 4, the support body surface of the reference numeral with 7 designated air gap between the carrier body 1 and the casing 4 results over a wide range. This air gap prevents subsequent to a cold start of the internal combustion engine, the amount of heat required to quickly bring the exhaust gas catalyst to its operating temperature is dissipated via the coolant circuit 5 . The catalyst shown thus immediately reaches its operating temperature after a cold start and starts successfully with the pollutant conversion. With further operation of the internal combustion engine and in particular with increased exhaust gas flow 2 , caused by a higher internal combustion engine load, the temperature of the catalyst continues to increase, so that the carrier body 1 expands due to thermal expansion until the outer surface 1 'on the inside of the housing 4 is at least in some areas, so that the heat present in the catalytic converter can now reach the coolant circuit 5 by heat conduction to an increased extent. While namely in Vorhan densein an air gap 7, heat can be released from the carrier body 1 to the coolant circuit 5 only via heat radiation, then occurs when the operationally warm carrier body 1 is applied to the housing 4 , direct heat conduction via which larger amounts of heat are known to be transported can be. Overheating of the catalytically coated support body 1 is thus successfully prevented.
Nach Abstellen der Brennkraftmaschine kühlt sich auch der
Trägerkörper 1 ab und zieht sich zusammen. Hierdurch wird
wieder der gezeigte, isolierende Luftspalt 7 gebildet, so
daß bei einem neuerlichen Start der Brennkraftmaschine
der Katalysator auch schnell wieder seine Betriebstempe
ratur erreicht. Über die Größe des Luftspaltes bei Umge
bungstemperatur bzw. bei kaltem Trägerkörper 1 ist die
Grenztemperatur einstellbar, bei welcher die Wärmeleitung
beginnt. Besonders vorteilhaft und wirksam ist die ge
zeigte Katalysatoranordnung für die sog. Vorkatalysato
ren, die nahe des und bevorzugt im Auslaßkanal eines
Brennkraftmaschinen-Zylinderkopfes gelagert bzw. angeord
net sind. In diesem Falle kann das Gehäuse 4 selbst die
Wand des Auslaßkanales sein. Bei diesen relativ kleinen
Vorkatalysatoren, die jeweils das Abgas eines einzigen
Brennkraftmaschinen-Zylinders konvertieren, liegt ein be
sonders günstiges Größenverhältnis zwischen dem Volumen
des Katalysators sowie der wärmeabführenden Mantelfläche
1′ vor.After the internal combustion engine has been switched off, the carrier body 1 also cools down and contracts. As a result, the insulating air gap 7 shown is formed again, so that when the internal combustion engine is started again, the catalytic converter also quickly reaches its operating temperature. About the size of the air gap at ambient temperature or cold support body 1 , the limit temperature is adjustable at which the heat conduction begins. Particularly advantageous and effective is the catalyst arrangement shown for the so-called precatalysts, which are mounted close to and preferably in the exhaust port of an internal combustion engine cylinder head or are arranged. In this case, the housing 4 itself can be the wall of the outlet channel. In these relatively small pre-catalysts, each converting the exhaust gas from a single internal combustion engine cylinder, there is a particularly favorable size ratio between the volume of the catalyst and the heat-dissipating outer surface 1 '.
Das vorgeschlagene Kühlkonzept ermöglicht die thermische
Isolation des beispielsweise monolithischen Trägerkörpers
1 im Warmlauf der Brennkraftmaschine und stellt gleich
zeitig seine Kühlung bei hohen Abgastemperaturen sicher.
Damit wird die thermische Belastung des Katalysators ver
ringert und hohe Konversionsraten auch bei langer Be
triebsdauer sichergestellt. Bei einem Kaltstart erreicht
der Katalysator schneller seine Betriebstemperatur und
vermindert somit erfolgreich die Schadstoffemissionen
während des Warmlaufs der Brennkraftmaschine. Wird die
beschriebene Anordnung für ein Fahrzeug gewählt, so ver
hindert der ebenfalls beschriebene brennkraftmaschinen
nahe Einbau, daß bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten
sowie im Leerlauf der Katalysator auskühlt und nicht mehr
zu konvertieren in der Lage ist. Somit kann der Leerlauf
verbrauchsgünstiger ausgelegt und der Kraftstoffverbrauch
abgesenkt werden. Zur Aufheizung des Katalysators sind
keine zusätzlichen Maßnahmen, wie beispielsweise Sekun
därlufteinblasung oder elektrische Katalysatorheizung er
forderlich. Auch kann das beschriebene System direkt an
die Auslaßkanäle des Brennkraftmaschinen-Zylinderkopfes
angeflanscht werden und ist deshalb auch zur Nachrüstung
für Altfahrzeuge geeignet.The proposed cooling concept enables the thermal insulation of the, for example, monolithic carrier body 1 when the internal combustion engine is warming up and at the same time ensures its cooling at high exhaust gas temperatures. This reduces the thermal load on the catalytic converter and ensures high conversion rates even with long operating times. With a cold start, the catalytic converter reaches its operating temperature more quickly and thus successfully reduces the pollutant emissions during the warm-up of the internal combustion engine. If the arrangement described is selected for a vehicle, the internal combustion engine also described, which prevents installation, prevents the catalyst from cooling at low vehicle speeds and when idling and is no longer able to convert. This means that idling can be designed to be more fuel efficient and fuel consumption can be reduced. No additional measures, such as secondary air injection or electric catalyst heating, are required to heat the catalyst. The system described can also be flanged directly to the exhaust ports of the internal combustion engine cylinder head and is therefore also suitable for retrofitting for old vehicles.