DE4425995C2 - Device for the catalytic cleaning or decomposition of hot exhaust gases - Google Patents
Device for the catalytic cleaning or decomposition of hot exhaust gasesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur katalyti schen Reinigung bzw. Zerlegung von heißen Abgasen, insbesondere eines Verbrennungsmotors eines Kraft fahrzeuges, mit einem im Abgasstrom angeordneten bzw. anzuordnenden rohrartigen Gehäuse und zumin dest einem darin angeordneten, gasdurchströmten, ke ramischen Katalysatorträger.The invention relates to a device for catalytic cleaning or decomposition of hot exhaust gases, in particular an internal combustion engine of a force vehicle, with one arranged in the exhaust gas flow or to be arranged tubular housing and at least least one arranged therein, gas-flowed, ke Ramatic catalyst carrier.
Die Abgassysteme von Verbrennungsmotoren heuti ger Kraftfahrzeuge sind praktisch ausnahmslos mit Vor richtungen zur katalytischen Reinigung bzw. Zerlegung der Abgase ausgerüstet. Dabei durchströmen die Abga se einen keramischen oder metallischen Katalysatorträ ger, um durch Wechselwirkung mit dem Katalysatorma terial eine Zerlegung und/oder chemische Veränderung, z. B. Oxydation, schädlicher oder giftiger Bestandteile der Abgase zu ermöglichen.The exhaust systems of internal combustion engines today eng motor vehicles are practically without exception with front directions for catalytic cleaning or disassembly the exhaust gases. The exhaust flows through it a ceramic or metallic catalyst carrier to interact with the catalytic converter material a decomposition and / or chemical change, e.g. B. oxidation, harmful or toxic components to allow the exhaust gases.
Unter Kostengesichtspunkten sind keramische Kata lysatorträger bei hohem Abgasdurchsatz vorteilhaft.From a cost point of view, ceramic kata lysator carrier advantageous with high exhaust gas throughput.
Metallische Katalysatorträger bieten den Vorzug, daß sie sich von den heißen Abgasen vergleichsweise schnell auf die Betriebstemperatur aufheizen lassen, bei der das Katalysatormaterial optimal wirksam wird. Auf diese Weise kann bereits kurz nach dem Start eines Kraftfahrzeuges eine wirksame Zerlegung bzw. Reini gung der Abgase erreicht werden.Metallic catalyst supports offer the advantage that they are comparatively different from the hot exhaust gases let it heat up quickly to the operating temperature which the catalyst material is optimally effective. On this way, shortly after starting a Motor vehicle an effective disassembly or Reini exhaust gases can be reached.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, für eine Vorrich tung zur katalytischen Reinigung bzw. Zerlegung von heißen Abgasen eine neue, vorteilhafte Konstruktion zu schaffen, mit der ein schnelles Ansprechen des Katalysa tors nach dem Start des Fahrzeuges sowie ein gutes Dauerbetriebsverhalten bei vergleichsweise geringen Herstellungskosten erreichbar sind.The object of the invention is now for a Vorrich device for catalytic cleaning or disassembly of hot exhaust gases to a new, advantageous construction create a quick response of the catalytic converter tors after the start of the vehicle as well as a good one Continuous operation behavior with comparatively low Manufacturing costs are achievable.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der ein gangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch ge löst, daß das Gehäuse am eingangsseitigen Ende den keramischen Katalysatorträger axial überragt und unter Freilassung eines ringförmigen Luftspaltes einen metal lischen Katalysatorträger aufnimmt, dessen rohrförmi ger Mantel an seinem dem keramischen Katalysatorträ ger zugewandten Ende mittels einer Verlängerung axial auf der zugewandten Stirnseite des keramischen Kata lysatorträgers oder einer zwischen dem keramischen Katalysatorträger und dem Gehäuse angeordneten Umhüllung und/oder radial auf der Innenwand des Ge häuses abgestützt ist und am anderen axialen Ende mit dem Innenteil eines doppelwandigen Eingangstrichters od. dgl. verbunden ist, der das Gehäuse eingangsseitig an eine Abgasleitung anschließt.This task is the one in a device gangs specified type ge according to the invention triggers that the housing at the input end ceramic catalyst carrier axially overhangs and below Release of an annular air gap a metal tical catalyst carrier, the tubular long coat on the ceramic catalyst carrier ger facing end axially by means of an extension on the facing face of the ceramic kata lysator carrier or one between the ceramic Catalyst carrier and the housing arranged Wrapping and / or radially on the inner wall of the Ge is supported and at the other axial end with the inner part of a double-walled entrance funnel od. Like. Is connected to the housing on the input side connects to an exhaust pipe.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedan ken, metallische und keramische Katalysatorträger in einem gemeinsamen Gehäuse unterzubringen, derart, daß die Abgase zunächst einen metallischen Katalysa torträger und sodann nach Durchmischung auf der Aus gangsseite des metallischen Katalysatorträgers einen keramischen Katalysatorträger durchströmen, wobei der metallische Katalysatorträger aufgrund seiner vom Gehäuse beabstandeten Anordnung besonders schnell eine optimale Betriebstemperatur erreichen kann.The invention is based on the general idea ken, metallic and ceramic catalyst carrier in to accommodate a common housing, such that the exhaust gases are initially a metallic catalyst goal carrier and then after mixing on the off aisle side of the metallic catalyst carrier flow through ceramic catalyst carrier, whereby the metallic catalyst carrier due to its from Housing spaced arrangement particularly quickly can reach an optimal operating temperature.
Hinsichtlich der Halterung des metallischen Katalysa torträgers wird bei der Erfindung die Tatsache ausge nutzt, daß der die Eingangsseite des Gehäuses mit der von der Abgasquelle bzw. dem Motor kommenden Ab gasleitung verbindende Eingangstrichter zur Verminde rung von Wärmeabstrahlung doppelwandig ausgebildet sein sollte. Damit kann der Innenteil des Eingangstrich ters als Fortsatz des rohrförmigen Mantels des metalli schen Katalysatorträgers ausgebildet sein und dement sprechend als eine Halterung des metallischen Katalysa torträgers dienen. Die andere Halterung des metalli schen Katalysatorträgers wird durch eine Verlängerung seines Mantels gebildet, die am benachbarten kerami schen Katalysatorträger bzw. an der Innenseite des Ge häuses abgestützt ist und den für die Durchmischung der Abgase zwischen metallischem und keramischem Katalysatorträger notwendigen Abstandsraum her stellt.Regarding the mounting of the metallic catalytic converter The fact of the invention is the goal carrier uses that the input side of the housing with the From the exhaust gas source or the engine gas funnel connecting inlet funnels to the ground tion of heat radiation double-walled should be. So that the inner part of the entrance stroke ters as an extension of the tubular jacket of the metalli be designed catalyst carrier and demented speaking as a holder of the metallic catalytic converter serve the goalie. The other bracket of the metalli The catalyst carrier is replaced by an extension of his coat formed on the neighboring kerami catalyst carrier or on the inside of the Ge is supported and that for mixing the exhaust gases between metallic and ceramic Catalyst carrier necessary space poses.
Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgen de Erläuterung besonders bevorzugter Ausführungsfor men verwiesen, die anhand der Zeichnung beschrieben werden.Otherwise, with regard to preferred features the invention to the claims and the follow de Explanation of particularly preferred embodiment men referred to, which is described with reference to the drawing will.
Dabei zeigtIt shows
Fig. 1 einen Axialschnitt einer ersten Ausführungs form und Fig. 1 is an axial section of a first embodiment and
Fig. 2 einen gleichartigen Axialschnitt einer zweiten Ausführungsform. Fig. 2 shows a similar axial section of a second embodiment.
Gemäß Fig. 1 ist im Abgasstrom, welcher im darge stellten Beispiel von links nach rechts verläuft, ein rohr förmiges, zylindrisches Gehäuse 1 angeordnet, dessen Querschnitt prinzipiell beliebig, beispielsweise kreis- oder ellipsenförmig, ausgebildet sein kann. Am aus gangsseitigen (in Fig. 1 rechten) Ende besitzt das Ge häuse 1 einen nach einwärts umgebogenen Rand 1′.Referring to FIG. 1, a tubular, cylindrical casing 1 is in the exhaust stream, which in the example presented Darge runs from left to right, arranged, the cross section may be arbitrary in principle, for example circular or elliptical, is formed. At the aisle side (in Fig. 1 right) end, the Ge housing 1 has an inwardly bent edge 1 '.
Innerhalb des Gehäuses 1 sind axiale hintereinander zwei keramische Katalysatorträger 2 angeordnet, wel che von der Innenseite des Gehäuses 1 durch Quellmat ten 3 getrennt sind, die aus einem bei Hitze aufquellen den Material bestehen, so daß der ringförmige Ab standsraum zwischen dem Gehäuse 1 und den Katalysa torträgern 2 gasdicht ausgefüllt wird.Within the housing 1 , two ceramic catalyst carriers 2 are arranged axially one behind the other, which are separated from the inside of the housing 1 by Quellmat th 3 , which consist of a material swelling when heated, so that the annular space between the housing 1 and the Catalyst gate supports 2 is filled gas-tight.
Zwischen den keramischen Katalysatorträgern 2 ist ein ebenfalls von einer Quellmatte 4 umhüllter Ab standsring 5 angeordnet, durch den axial zwischen den keramischen Katalysatorträgern 2 ein Abstandsraum 6 gebildet wird, welcher als Mischraum für die Abgase dient.Between the ceramic catalyst carriers 2 , a stand ring 5 , also encased by a swelling mat 4, is arranged, through which a space 6 is formed axially between the ceramic catalyst carriers 2 , which serves as a mixing chamber for the exhaust gases.
An den voneinander abgewandten Stirnenden der ke ramischen Katalysatorträger 2 sind die Stirnränder der Quellmatten 3 durch dort angeordnete Stahlgestrickrin ge 7 abgedeckt und damit gegen zerstörerische Pulsa tionen der Abgase geschützt.At the opposite ends of the ke ramischen catalyst carrier 2 , the end edges of the source mats 3 are covered ge arranged there by Stahlgestrickrin 7 and thus protected against destructive pulsations of the exhaust gases.
Am ausgangsseitigen Ende des Gehäuses 1 ist ein doppelwandiger Ausgangstrichter 8 angeordnet, dessen Außenteil 8′ das Gehäuse 1 fortsetzt und mit demselben gasdicht, in der Regel durch Verschweißung, verbunden ist. Der Innenteil 8′′ des Ausgangstrichters 8 ist axial auf dem zugewandten Stahlgestrickring 7 abgestützt. Der zur Wärmeisolierung dienende Abstandsraum zwischen Außen- und Innenteil 8′ und 8′′ kann als Luftspalt ausge bildet oder mit einem wärmeisolierenden Material aus gefüllt sein.At the output end of the housing 1 , a double-walled output funnel 8 is arranged, the outer part 8 'continues the housing 1 and is connected to the same gas-tight, usually by welding. The inner part 8 '' of the funnel 8 is axially supported on the facing steel knitted ring 7 . The space used for heat insulation between the outer and inner part 8 'and 8 ''can be formed as an air gap or filled with a heat insulating material.
Das in Fig. 1 linke Ende des rohrförmigen Gehäuses 1 überragt die linke Stirnseite des linken keramischen Ka talysatorträgers 2 um ein größeres Maß und ist an dem Außenteil 9′ eines doppelwandigen Eingangstrichters 9 gasdicht, beispielsweise durch Verschweißung, ange schlossen. Der Innenteil 9′′ des Eingangstrichters 9 ist mit seinem rechten, im Querschnitt erweiterten Ende axial in den rohrförmigen Mantel 10′ eines im eingangs seitigen Ende des Gehäuses 1 angeordneten metalli schen Katalysatorträgers 10 eingeschoben, der einen gegenüber dem Innendurchmesser des Gehäuses 1 ver kleinerten Außendurchmesser besitzt, so daß zwischen dem Gehäuse 1 und dem metallischen Katalysatorträ ger 10 bzw. dessen Mantel 10′ ein ringförmiger Ab standsraum freibleibt. In das in Fig. 1 rechte Ende des Mantels 10′ des metallischen Katalysatorträgers 10 ist das im Durchmesser kleinere Ende eines Übergangs trichters 11 axial eingeschoben, dessen anderes Ende mit einem nach außen umgebogenen Rand fest auf dem Stahlgestrickring 7 des benachbarten keramischen Ka talysatorträgers 2 aufsitzt.The left end of the tubular housing 1 in Fig. 1 projects beyond the left end face of the left ceramic catalyst carrier 2 by a larger amount and is gas-tight on the outer part 9 'of a double-walled inlet funnel 9 , for example by welding. The inner part 9 '' of the input hopper 9, with its right, enlarged cross-sectional end axially into the tubular shell 10 'of the beginning end of the housing 1 metalli rule catalyst carrier 10 is arranged inserted the one opposite the inner diameter of the housing 1 ver been reduced in outer diameter has, so that between the housing 1 and the metallic catalyst carrier 10 or its jacket 10 'an annular space from Ab remains free. In the right in Fig. 1 of the jacket 10 'of the metallic catalyst carrier 10 , the smaller diameter end of a transition funnel 11 is inserted axially, the other end with an outwardly bent edge firmly seated on the steel knitted ring 7 of the adjacent ceramic catalyst carrier 2 Ka .
Der metallische Katalysatorträger 10 wird also durch den Innenteil 9′′ des Eingangstrichters 9 sowie den Übergangstrichter 11 innerhalb des Gehäuses 1 mit Ab stand von dessen Wandung gehalten.The metallic catalyst carrier 10 is thus held by the inner part 9 '' of the inlet funnel 9 and the transition funnel 11 within the housing 1 from the wall thereof.
Beim Betrieb durchsetzen die durch den Eingangs trichter 9 einströmenden Abgase zunächst den metalli schen Katalysatorträger 10 und sodann nacheinander die keramischen Katalysatorträger 2, wobei jeweils in nerhalb des durch den Übergangstrichter 11 gebildeten Abstandsraumes 12 und innerhalb des durch den Ab standsring 5 gebildeten Abstandsraumes 6 eine Durch mischung der Abgase nach Durchtritt durch den metalli schen Katalysatorträger 10 bzw. durch den linken kera mischen Katalysatorträger 2 stattfindet.During operation, the exhaust gases flowing in through the inlet funnel 9 first pass through the metallic catalyst carrier 10 and then one after the other the ceramic catalyst carrier 2 , in each case within the spacing space 12 formed by the transition funnel 11 and within the spacing space 6 formed by the spacer ring 5 Mixing of the exhaust gases takes place after passing through the metallic catalyst carrier 10 or through the left ceramic catalyst carrier 2 .
Die Herstellung der in Fig. 1 dargestellten Anord nung kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß in einen das Gehäuse 1 bildenden Rohrabschnitt die kerami schen Katalysatorträger 2 zusammen mit den zugehöri gen Quellmatten 3 und den Stahlgestrickringen 7 sowie der Abstandsring 5 zusammen mit der zugehörigen Quellmatte 4 nacheinander oder gemeinsam nach Art eines Pfropfens von links in das rohrförmige Gehäuse 1 mit axialem Druck eingeschoben werden, bis der rechte Stahlgestrickring 7 fest am Rand 1′ des Gehäuses 1 anliegt. Sodann wird der Eingangstrichter 9 zusammen mit dem auf dessen Innenteil 9′′ aufgesetzten metalli schen Katalysatorträger 10 und dem daran angesetzten Übergangstrichter 11 an das Gehäuse 1 angesetzt, der art, daß der Übergangstrichter 11 fest am linken Stahl gestrickring 7 anliegt und der metallische Katalysator träger 10 mit axialem Druck zwischen dem Innenteil 9′′ des Eingangstrichters 9 und dem Übergangstrichter 11 gehalten wird. Nunmehr kann der Außenteil 9′ des Ein gangstrichters 9 fest mit dem Gehäuse 1 verbunden bzw. verschweißt werden. Nachfolgend wird der Aus gangstrichter 8 auf das Gehäuse 1 axial aufgeschoben, bis der Innenteil 8′′ fest auf dem rechten Stahlgestrick ring 7 aufsitzt. Nunmehr wird der Außenteil 8′ des Aus gangstrichters 8 mit dem Gehäuse 1 fest verbunden bzw. verschweißt.The preparation of the Anord shown in Fig. 1 voltage can for example take place in that forming in a housing 1 tube section Kerami rule catalyst carrier 2 together with the related contractual expanding mats 3 and the steel knitted rings 7 and the spacer ring 5, together with the associated swelling mat 4 are successively or be inserted together in the manner of a plug from the left into the tubular housing 1 with axial pressure until the right steel knitted ring 7 bears firmly against the edge 1 'of the housing 1 . Then, the input hopper 9 is set along with the on the inner part 9 'placed metalli rule catalyst support 10 and the attached thereto transition funnel 11' to the housing 1, such that the transition hopper 11 is tight mesh ring on the left steel 7 and the metallic catalyst carrier 10 is held with axial pressure between the inner part 9 '' of the inlet funnel 9 and the transition funnel 11 . Now the outer part 9 'of a funnel 9 can be firmly connected or welded to the housing 1 . Subsequently, the funnel 8 is pushed axially onto the housing 1 until the inner part 8 '' is firmly seated on the right steel knitted ring 7 . Now the outer part 8 'of the funnel 8 is firmly connected or welded to the housing 1 .
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform unter scheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 zu nächst dadurch, daß das rohrförmige Gehäuse 1 einen längeren rechten Abschnitt mit größerem Durchmesser und einen vergleichsweise kürzeren linken Abschnitt mit vermindertem Durchmesser aufweist, wobei diese Abschnitte über eine Ringstufe 1′′ in der Gehäusewan dung ineinander übergehen.The embodiment shown in FIG. 2 differs from the embodiment according to FIG. 1 in that the tubular housing 1 has a longer right section with a larger diameter and a comparatively shorter left section with a reduced diameter, these sections having an annular step 1 '' merge into the housing wall.
Der rechte Abschnitt des Gehäuses 1 nimmt die kera mischen Katalysatorträger mit den zugehörigen Quell matten 3 sowie den Stahlgestrickringen 7 und den Ab standsring 5 sowie dessen Quellmatte 4 auf und besitzt eine diesen Elementen angepaßte axiale Länge.The right section of the housing 1 takes the ceramic mixing catalyst carrier with the associated swell mats 3 and the steel knitted rings 7 and the spacer ring 5 and its swell mat 4 and has an axial length adapted to these elements.
Die keramischen Katalysatorträger 2 können zusam men mit ihren Quellmatten 3 und den Stahlgestrickrin gen 7 ebenso wie der Abstandsring 5 mit seiner Quell matte 4 von rechts in das Gehäuse 1 eingeschoben wer den, derart, daß der linke Stahlgestrickring 7 fest an der Ringstufe 1′′ anliegt. Sodann kann der Ausgangstrichter 8 an das Gehäuse 1 angesetzt werden, derart, daß sein Innenteil 8′′ fest auf dem rechten Stahlgestrickring 7 aufsitzt. Danach können der Außenteil 8′ des Ausgangs trichters 8 und das Gehäuse 1 miteinander verbunden bzw. verschweißt werden.The ceramic catalyst carrier 2 can men with their source mats 3 and the Stahlgestrickrin gene 7 as well as the spacer ring 5 with its source mat 4 inserted from the right into the housing 1 who such that the left steel knitted ring 7 firmly on the ring step 1 '' is present. Then the outlet funnel 8 can be attached to the housing 1 , such that its inner part 8 '' sits firmly on the right steel knitted ring 7 . Then the outer part 8 'of the output funnel 8 and the housing 1 can be connected or welded together.
Der linke Abschnitt des Gehäuses 1 nimmt den metal lischen Katalysatorträger 10 auf, dessen Mantel 10′ am rechten Ende verlängert ist und durch entsprechende Aufweitung den Übergangstrichter 11 bildet, der mit seinem rechten Stirnrand axial am linken Stahlgestrick ring 7 abgestützt sein kann und dort einen dem Innen durchmesser des Gehäuses 1 entsprechenden Außen durchmesser besitzt, so daß eine gute radiale Abstüt zung am Gehäuse 1 gewährleistet wird. Im übrigen nimmt das linke Ende des Mantels 10′ wiederum das zugewandte Ende des Innenteiles 9′′ des Eingangstrich ters 9 auf, dessen Außenteil 9′ in grundsätzlich gleicher Weise wie bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungs form mit dem Gehäuse 1 verbunden bzw. verschweißt ist.The left portion of the housing 1 receives the metallic catalyst carrier 10 , the jacket 10 'is extended at the right end and forms the transition funnel 11 by appropriate expansion, which can be axially supported with its right end edge axially on the left steel knitted fabric 7 and there one Inner diameter of the housing 1 has the corresponding outer diameter, so that a good radial support on the housing 1 is guaranteed. In addition, the left end of the jacket 10 'in turn the facing end of the inner part 9 ''of the entrance stroke age 9 , the outer part 9 ' in basically the same way as in the embodiment shown in Fig. 1 connected to the housing 1 or is welded.
Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist also der metallische Katalysatorträger 10 von der Wandung des Gehäuses 1 durch einen ringförmigen Abstandsraum getrennt.In the embodiment according to FIG. 2, the metallic catalyst carrier 10 is therefore separated from the wall of the housing 1 by an annular space.
Abweichend von den dargestellten Ausführungsfor men kann der Übergangstrichter 11 in Fig. 1 in grund sätzlich gleicher Weise wie in Fig. 2 als Teil des Mantels 10′ des metallischen Katalysatorträgers 10 ausgebildet sein. Ebenso ist es grundsätzlich möglich, bei der Aus führungsform nach Fig. 2 in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 einen vom Mantel 10′ ge sonderten bzw. trennbaren Übergangstrichter 11 vorzu sehen.Deviating from the embodiments shown, the transition funnel 11 in FIG. 1 can be designed in basically the same way as in FIG. 2 as part of the jacket 10 'of the metallic catalyst carrier 10 . It is likewise possible in principle, lead form in the from of FIG. 2 in the same manner as in the embodiment of Fig. 1 clarify the scope for a 'ge from the jacket 10 there separated or separable transition hopper 11.
In der Regel bilden die ringförmigen Abstandsräume zwischen dem Gehäuse 1 und dem metallischen Kataly satorträger 10 einen Luftspalt. Grundsätzlich ist es je doch auch möglich, diesen Abstandsraum mit einem wärme- und/oder schalldämmenden Material auszufül len.In general, the annular spaces between the housing 1 and the metallic catalyst carrier 10 form an air gap. In principle, it is also possible to fill this space with a heat and / or sound-absorbing material.
Bei allen dargestellten Ausführungsformen ist vorteil haft, daß sich der metallische Katalysatorträger 10 ohne größeren Aufwand bei der Montage des Eingangstrich ters 9 am Gehäuse 1 innerhalb desselben haltern läßt, da der Mantel 10′ des Katalysatorträgers 10 eine Fortset zung des Innenteiles 9′′ des Eingangstrichters 9 bildet.In all the illustrated embodiments is advantageous in that the metallic catalyst carrier 10 can be without major expenditures for installation of the input bar ters 9 on the housing 1 within the same brackets as the shell 10 'of the catalyst carrier 10 Zung a Fortset of the inner part 9' 'of the input funnel 9 forms.
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