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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen katalytischen Konverter aus Keramikwaben, der sich zur Verwendung
in einem Abgas-Reinigungssystem eines Fahrzeug-Verbrennungsmotors
eignet.
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Im speziellen betrifft die vorliegende
Erfindung einen katalytischen Konverter aus Keramikwaben, der ein
Metallgehäuse,
einen im Gehäuse
untergebrachten Keramikwaben-Katalysator
und ein Rückhalteelement in
Form einer Keramikfasermatte umfaßt, die in zusammengepreßtem Zustand
zwischen einer Außenfläche des
Wabenkatalysators und einer Innenfläche des Gehäuses angeordnet ist, wodurch
ein Oberflächendruck erzeugt
wird, um den Wabenkatalysator innerhalb des Gehäuses in Position zu halten.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Wie nach dem Stand der Technik bekannt,
umfassen katalytische Konverter aus Keramikwaben der obengenannten
Art einen Keramikwaben-Katalysator, worin eine Anzahl an Strömungsdurchgängen mit
einem polygonalen zellenartigen Querschnitt, die sich in Längsrichtung
durch den Wabenkatalysator hindurch erstrecken, durch eine Außenwand
und innerhalb der Außenwand
angeordnete Trennwände
definiert ist. Herkömmliche
Anordnungen solcher katalytischer Konverter aus Keramikwaben sind
beispielsweise in den JP-A-57-56.615, JP-A-61-241.413, JP-A-1-240.715,
JP-U-55-130.012, JP-U-56-67.314 und JP-U-62-171.614 geoffenbart.
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Derartige katalytische Konverter
aus Keramikwaben sind primär
aufgrund der hohen offenen Frontfläche des Keramikwaben-Katalysators
und eines resultierenden geringen Druckabfalls, wenn Abgas durch
die Strömungskanäle im Wabenkatalysator
geleitet wird, was problemlos ermöglicht, hervorragende Abgasreinigungsleistung
zu erreichen, weitverbreitet. Als typisches Beispiel hat ein guter
Keramikwaben-Katalysator, der für
praktische Zwecke verwendet wird, eine Trennwandstärke oder
Rippendicke von etwa 0,170 mm und eine Strömungskanaldichte oder Zelldichte
von 60 Zellen pro Querschnittsflächeneinheit
von 1 cm2.
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Entsprechend der jüngsten Verschärfung von
Abgasbestimmungen in Zusammenhang mit Umweltproblemen, z. B. der
Notwendigkeit der Reduktion der Gesamtemissionsmenge von Kohlenwasserstoffen
im LA-4-Modus, der einer der Abgasbewertungs-Testmodi in den Vereinigten
Staaten ist, besteht großer
Bedarf an einem verbesserten Keramikwabenkatalysator, mit dem sich
im Vergleich zu herkömmlichen
Wabenkatalysatoren hervorragende Abgasreinigungsleistung erreichen
läßt. Im speziellen
erfährt
die Abgasreinigungseffizienz im Betriebszustand unmittelbar nach
dem Starten eines Motors, d. h. im sogenannten Kaltstart-Zustand, eine
beträchtliche
Beeinträchtigung,
weil der Katalysator noch nicht sehr erwärmt und daher nicht ausreichend aktiviert
ist. Daher wird eine frühe
Aktivierung des Katalysators während
des Kaltstart-Zustands als wichtigste Aufgabe zur Erfüllung der
Abgasbestimmungen betrachtet. Von diesem Standpunkt aus ist als
allgemeine Erörterung
vorgeschlagen worden, die Dicke der Trennwände des Keramikwaben-Strukturkörpers zu
verringern. Der dünnwandige
Keramikwaben-Strukturkörper
dient einerseits dazu, die offene Frontfläche zu erhöhen und dadurch den Druckverlust
zu verringern und das Gewicht der Struktur zu reduzieren, und auf
der anderen Seite dazu, die Wärmekapazität des Katalysators
zu verringern und die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit des Katalysators
zu erhöhen.
In diesem Fall kann eine große
geometrische Oberfläche
des Wabenstrukturkörpers
erhalten werden, so daß es
möglich
ist, eine kompakte Struktur zu erhalten. Die dünnwandige Keramikwabenstruktur
macht es jedoch wiederum schwierig, einen vorbestimmten Mindestgarantiewert,
im allgemeinen nicht weniger als 0,5 MPa (5 kp/cm2),
vorzugsweise nicht weniger als 1 MPa (10 kp/cm2),
der isostatischen Zerstörungsfestigkeit
als Index der Strukturfestigkeit, zu erreichen. Der Begriff "isostatische
Festigkeit" ist im JASO Standard M505-87, einer von The Corporation of Automobile
Technology Association, Japan, ausgegebenen Kraftfahrzeugnorm, definiert
und bezieht sich auf die Zerstörungsfestigkeit
der Wabenstruktur durch Druck unter einer isostatischen oder isotropen
hydrostatischen Belastung, und ist durch den Druckwert beim Auftreten von
Zerstörung
definiert. Es versteht sich von selbst, daß Keramikwaben-Strukturkörper mit
geringer isostatischer Festigkeit sehr sorgfältige Handhabung erfordern
und während
des sogenannten "Einhülsungs"-Vorgangs,
bei dem der Wabenkatalysator in das Konvertergehäuse geladen und darin so gehalten
wird, daß ein Verschieben
des Wabenkatalysators durch Vibrationen usw., die bei der praktischen
Verwendung auftreten, verhindert wird, leicht beschädigt werden.
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In vielen Fällen wird das Einhülsen, um
den Keramikwabenkatalysator innerhalb eines Gehäuses in Position zu halten,
durchgeführt,
indem die äußere Umfangsfläche des
Wabenkatalysators gehalten wird. Das Einhülsen wird jedoch manchmal auf
eine andere Weise durchgeführt,
z. B. durch Festhalten des Wabenkatalysators allein in Abgasströmungsrichtung;
oder in einem kombinierten Modus, in dem der Wabenkatalysator an
seiner äußeren Umfangsfläche gehalten
wird, während
er in Abgasströmungsrichtung
festgehalten wird. Normalerweise erfolgt das Einhülsen unter
Verwendung einer Keramikfasermatte, die zwischen dem Außenumfang
des Wabenkatalysators und dem Innenumfang des Metallgehäuses zusammengepreßt gehalten
wird, wodurch der Wabenkatalysator durch einen Oberflächendruck,
der durch die Keramikfasermatte erzeugt wird, im Metallgehäuse in Position
gehalten wird. In diesem Fall ist es erforderlich, daß die Katalysatoreinhülsungsstrukturen,
insbesondere die Katalysator-Rückhalteelemente,
hohe Zuverlässigkeit
aufweisen, was die Hitzebeständigkeit
betrifft. Das ist hauptsächlich
auf die Tatsache zurückzuführen, daß, im Hinblick
auf die obengenannte Notwendigkeit einer frühen Aktivierung des Katalysators
im Kaltstartstadium der aktuelle Trend darin besteht, den Katalysator
an einer Position nahe dem Motor zu installieren, wo der Katalysator
Abgas mit höherer
Temperatur ausgesetzt sein kann, und/oder den Motor unter solchen
Bedingungen zu betreiben, daß Abgas
mit höherer
Temperatur abgegeben wird. Die Emission von Abgas mit höherer Temperatur
kann auch aus dem Luft/Treibstoff-Verhältnis resultieren, das sich
im Hochgeschwindigkeitsmodus des Fahrzeugs einem stöchiometrischen
Verhältnis
annähert,
um verschiedenen Bestimmungen hinsichtlich CO2-Emission,
Treibstoffverbrauch usw. zu genügen.
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Die Notwendigkeit einer in hohem
Maße zuverlässigen Hitzebeständigkeitseigenschaft
der Katalysator-Einhülsungsstrukturen,
insbesondere der Katalysator-Rückhalteelemente,
steht auch in Zusammenhang mit der in letzter Zeit verstärkten Anwendung
von Abgasemissionsregelungen auf Motorräder, das ein Abgasreinigungssystem
notwendig macht, das sich für
Motorrad-Motoren eignet. Das heißt, aufgrund der räumlichen Beschränkung im
Fall von Motorrädern
wird ein katalytischer Konverter oft innerhalb eines Auspufftopfs
so installiert, daß das
Metallgehäuse,
in dem der katalytische Konverter untergebracht ist, nicht mit der
Umgebungsluft in Kontakt steht und daher kaum gekühlt wird.
Als Folge besteht die Gefahr, daß das Metallgehäuse und
das Rückhalteelement
auf extrem hohe Temperaturen erhitzt werden.
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Es ist allgemein üblich, als Keramikfasermatte,
die das Katalysator-Rückhalteelement
für die
Einhülsungsstruktur
bildet, eine anschwellende, d. h. sich in der Wärme ausdehnende Matte zu verwenden,
die aus Aluminiumoxid-Siliziumoxid-Fasern mit Vermiculit-Zusatz besteht. Es
hat sich jedoch herausgestellt, daß sich die Kompressionseigenschaften
herkömmlicher
anschwellender Matten verschlechtern, wenn sie über eine Temperatur-Obergrenze
von 800–900°C erhitzt
werden. Im speziellen besteht die Tendenz, daß sich der Oberflächendruck,
der bewirkt hat, daß die
Wabenkatalysatoren in Position gehalten werden, mit steigender Beeinträchtigung
verringert. Dann ist es nicht mehr möglich, den Wabenkatalysator
stabil in seiner Anfangsposition zu halten, so daß der Wabenkatalysator
die Tendenz hat, als Ergebnis der Reibung mit Konus, Rückhaltering und/oder
Endflächenkissen
usw., die, in Strömungsrichtung
gesehen, im Endbereich des Metallgehäuses vorgesehen sind, vorzeitig
abgenutzt zu werden, oder aufgrund intensiver Vibrationen, die von
den Motoren überragen
werden, beschädigt
zu werden. Außerdem
können
die Matten zerfallen, wenn sie intensiver Abgaswärme ausgesetzt werden. Um diese
Probleme zu überwinden,
wird der in der obengenannten JP-A-61-241413 geoffenbarte katalytische
Konverter aus Keramikwaben mit einer Keramikfaserschicht kombiniert,
die zwischen der anschwellenden Matte und der Innenfläche des
Metallgehäuses
angeordnet ist. Eine solche Lösung ist
jedoch nicht immer angebracht, weil die resultierende Strukturkomplexität erschwert,
die Produktivität
bei der Herstellung der katalytischen Konverter mit Keramikwaben
zu verbessern.
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Es sollte im übrigen angemerkt werden, daß eine verringerte
Dicke der Trennwände
des Keramikwabenkatalysators unweigerlich zu einer verminderten
isostatischen Festigkeit führt,
und daß es
weiters Fälle
geben kann, in denen die Wärmeausdehnung
der herkömmlichen
Matte den dadurch erzeugten Oberflächendruck rasch erhöht. Die
verringerte isostatische Festigkeit des dünnwandigen Keramikwabenkatalysators
in Kombination mit dem erhöhten
Oberflächendruck
kann Schäden
der Keramikwabenkatalysatoren während
ihrer praktischen Verwendung verursachen. Daher bestand allgemein
die Ansicht, daß die
Herstellung eines dünnwandigen
Keramikwabenkatalysators in der Praxis mit dem stabilen Festhalten
des Wabenkatalysators in Position unvereinbar ist. Soweit den Erfindern
des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes bekannt ist, hat es keine
Vorschläge
im Hinblick auf die Einhülsungsstruktur
gegeben, die es ermöglichen,
einen dünnwandigen
Keramikwabenkatalysator für
einen langen Zeitraum stabil in Position zu halten.
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Die US-A-4.144.627 beschreibt einen
katalytischen Konverter aus Keramikwaben, bei dem die Wabe von einer
Keramikfaserdecke umgeben ist, die ihre Vibrationsabsorptionsfähigkeit
bei hoher Temperatur beibehält.
Diese Faser wird als KAOWOOL und Siliziumoxidfaser identifiziert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher ein primäres Ziel
der vorliegenden Erfindung, einen katalytischen Konverter aus Keramikwaben
bereitzustellen, der eine Einhülsungsstruktur
umfaßt,
die fähig
ist, einen Wabenkatalysator für
lange Zeit stabil festzuhalten, selbst wenn der Wabenkatalysator
aus einer dünnwandigen
Struktur besteht, so daß einige
oder alle der obengenannten Probleme ausgeschaltet oder verringert
werden können.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird
ein katalytischer Konverter aus Keramikwaben bereitgestellt, wie in
Anspruch 1 dargelegt. Die Keramikfasermatte besteht aus hitzebeständigen und
nicht-anschwellenden Keramikfasern, z. B. Fasern, die kein Vermiculit
oder ein ähnliches
sich ausdehnendes Mittel enthalten.
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Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung
ist das Bereitstellen der Keramikfasermatte, die zwischen dem Keramikwabenkatalysator
und dem Metallgehäuse
angeordnet und zusammengepreßt
gehalten wird, worin die Keramikfasermatte aus hitzebeständigen und
nicht-anschwellendne Keramikfasern besteht und Kompressionseigenschaften
aufweisen kann, die im Temperaturbereich der praktischen Verwendung
des katalytischen Konverters nicht wesentlich zu- oder abnehmen.
Eine solche Keramikfasermatte dient dazu, den Oberflächendruck
der Matte stabil auf einem optimalen Wert zu halten, ohne daß sie unter
den Bedingungen der praktischen Verwendung des katalytischen Konverters
wesentlichen Schwankungen unterliegt. Daneben ermöglicht die
Keramikfasermatte, wie gemäß vorliegender
Erfindung verwendet, den Keramikwabenkatalysator stabil über einen
langen Zeitraum im Metallgehäuse
in Position zu halten, selbst wenn der Wabenkatalysator eine dünnwandige
Struktur aufweist. Das dient dazu, den Wabenkatalysator unter den
Bedingungen der praktischen Verwendung wirksam vor Schäden zu schützen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erklärt, in denen:
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die 1A und 1B eine Querschnittansicht bzw. eine Längsschnittansicht
sind, die eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung auf einen katalytischen Konverter vom
Fülltyp
angewandt zeigt;
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die 2A und 2B eine perspektivische Ansicht
bzw. eine Teilschnittansicht sind, die eine Modifikation des katalytischen
Konverters gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung zeigen;
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3 eine
Längsschnittansicht
ist, die eine weitere Modifikation des katalytischen Konverters
gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt; die 4A und 4B eine Querschnittansicht
bzw. eine Teilseitenansicht sind, die eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung auf einen katalytischen Konverter vom
Rundbiegetyp angewandt zeigen; die 5A und 5B eine Querschnittansicht
bzw. eine Teilseitenansicht sind, die eine Modifikation des katalytischen
Konverters gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung zeigen;
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6 eine
Querschnittansicht ist, die eine dritte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung auf einen katalytischen Konverter vom Muschelschalentyp
angewandt zeigt;
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7 eine
grafische Darstellung der Kompressionseigenschaft in erhitztem Zustand
einer herkömmlichen
anschwellenden Keramikfasermatte und einer hitzebeständigen,
nicht-anschwellenden Keramikfasermatte, wie gemäß vorliegender Erfindung verwendet,
ist;
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8 ein
schematisches Diagramm ist, das die Art der Durchführung eines
Ausstoßversuchs
in erhitztem Zustand im Hinblick auf eine herkömmliche anschwellende Keramikfasermatte
und eine hitzebeständige
und nicht-anschwellende Keramikfasermatte, wie gemäß vorliegender
Erfindung verwendet, zeigt;
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9 eine
Längsschnittansicht
ist, die den katalytischen Konverter gemäß einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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10 eine
Längsschnittansicht
ist, die den katalytischen Konverter gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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11 eine
Längsschnittansicht
ist, die den katalytischen Konverter gemäß einer sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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12 eine
Längsschnittansicht
ist, die eine erste Modifikation des katalytischen Konverters gemäß einer
sechsten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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13 eine
Längsschnittansicht
ist, die eine zweite Modifikation des katalytischen Konverters gemäß einer
sechsten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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14 eine
Längsschnittansicht
ist, die eine dritte Modifikation des katalytischen Konverters gemäß der sechsten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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15 eine
Längsschnittansicht
ist, die eine vierte Modifikation des katalytischen Konverters gemäß der sechsten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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16 eine
Längsschnittansicht
ist, die einen Auspufftopf für
Motorräder
zeigt, in dem der katalytische Konverter untergebracht ist; und
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17 eine
Längsschnittansicht
ist, die eine fünfte
Modifikation des katalytischen Konverters gemäß der sechsten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die 1A und 1B sind eine Querschnittansicht
bzw. eine Längsschnittansicht
der ersten Ausführungsform,
in der die vorliegende Erfindung auf einen katalytischen Konverter
vom Fülltyp
angewandt wird. Der katalytische Konverter 10 umfaßt in dieser
Ausführungsform
ein Metallgehäuse
oder "Hülse" 11 in
Form eines Hohlzylinders, einen Keramikwabenkatalysator 12,
der im Metallgehäuse 11 untergebracht
ist, und ein Rückhalteelement
in Form einer Keramikfasermatte 13, das zwischen der inneren
Umfangsfläche
des Metallgehäuses 11 und
der äußeren Umfangsfläche des
Keramikwabenkataly sators 12 angeordnet und zusammengepreßt gehalten
wird. Der Keramikwabenkatalysator 12 wird durch den Oberflächendruck
der Keramikfasermatte 13 innerhalb des Metallgehäuses 11 in
Position gehalten. Das Metallgehäuses 11 dieser
Ausführungsform
hat eine monolithische Konstruktion in Form eines Hohlzylinders
und wird hergestellt, indem ein Blech aus hitzebeständigem Edelstahl,
wie z. B. SUS 304 usw., einem Preßvorgang unterzogen wird. Das
Metallgehäuse 11 ist
an seinem einen axialen Ende, d. h. in 1B am
linken Ende, mit einem Flansch 14 versehen, der radial nach
innen ragt. In diesem Fall kann der Flansch 14 kontinuierlich
rund um den Umfang angeordnet sein. Unter Verwendung einer geeigneten
Vorrichtung wird der Wabenkatalysator 12 in das Metallgehäuse 12 gefüllt, d.
h. eingepreßt,
wobei von der Seite des anderen Endes, d. h. in 1B dem
Ende auf der linken Seite, begonnen wird. Wenn der Wabenkatalysator 12 richtig
im Metallgehäuse 11 in
Position gepreßt
ist, wird ein Ende (d. h. in 1B das
linke Ende) des Wabenkatalysators 12 gegen den Flansch 14 gedrängt, wobei
die Keramikfasermatte 13 zwischen der Außenfläche des
Wabenkatalysators 12 und der Innenfläche des Metallgehäuses 11 zusammengepreßt gehalten
wird. Ein solches Verfahren zum Einpressen des Wabenkatalysators 12 in
das Gehäuse
ist an sich bekannt, so daß keine
weitere detaillierte Beschreibung erfolgt. Beim Einpressen des Wabenkatalysators 12 in
das Metallgehäuse 12 wird
ein Rückhaltering 15 durch
Punktschweißen
an das andere Ende des Metallgehäuses 11 angeschweißt, so daß er mit
dem Flansch 14 zusammenwirkt, um den Wabenkatalysator 12 axial
innerhalb des Metallgehäuses 11 zu
halten. Obwohl der Wabenkatalysator 12 primär durch den
Oberflächendruck
der Keramikfasermatte 13 innerhalb des Metallgehäuses 11 in
Position gehalten wird, hat der Flansch 14 nicht nur die
Funktion, den Wabenkatalysator 12 in seiner festgelegten
Position zu halten, wenn er in das Metallgehäuse 11 gepreßt ist,
sondern wirkt auch mit dem Rückhaltering 15 zusammen,
um geringfügige
axiale Verschiebung des Wabenkatalysators 12 unter den
Bedingungen beim praktischen Einsatz zu verhindern, die durch eine
aus Scherbeanspruchung resultierende Verformung verursacht werden
kann, die in der Keramikfasermatte 13 auftritt, wodurch
es ermöglicht
wird, den Wabenkatalysator 12 fest mit zufriedenstellender
Zuverlässigkeit
zurückzuhalten.
Weiters kann als Mittel zum Montieren des katalytischen Konverters 10 am
Auspuffsystem eines nicht gezeigten Verbrennungsmotors ein Metallelement
oder sogenannter Konus zum Einbringen oder Abgeben von Abgas in
den oder aus dem katalytischen Konverter durch Anschweißen oder
dergleichen an jedem axialen Ende des Metallgehäuses 11 angefügt werden,
und das Auspuffrohr und der Konus können miteinander verschweißt oder über einen
Flansch mit Bolzen verbunden werden. Es versteht sich natürlich, daß das Metallgehäuse 11 anstelle
der Verwendung eines solchen Konus direkt an das Auspuffrohr angeschweißt werden
kann.
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Die 2A und 2B sind eine perspektivische
Ansicht bzw. eine Teilschnittansicht, die ein modifiziertes Beispiel
für den
katalytischen Konverter 10 aus Keramikwaben vom Fülltyp gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Bei diesem Beispiel ist anstelle des Punktschweißens eines
getrennt hergestellten Rückhalterings 15 an
einem Ende des Metallgehäuses 11 das
Metallgehäuse 11 an
seinem einen Ende an Positionen, die voneinander den Umfang entlang
beabstandet sind, einstückig
mit einer Vielzahl von Vorsprüngen 16 versehen,
so daß sie
axial aus dem Ende des Metallgehäuses 11 ragen.
Nach dem Abschluß des
Einpreßvorgangs
des Wabenkatalysators 12 in das Metallgehäuse 11 werden
diese Vorsprünge 16 radial
nach innen gebogen, wie durch den Pfeil in 2B gezeigt, so daß der Wabenkatalysator 12 innerhalb
des Metallgehäuses 11 axial
in Position gehalten werden kann.
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3 ist
eine Längsschnittansicht,
die ein weiteres modifiziertes Beispiel für den katalytischen Konverter 10 mit
Keramikwaben vom Fülltyp
gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung darstellt. In diesem Beispiel ist das Metallgehäuse 11 ein
Guß aus
hitzebeständigem
Edelstahl, wobei Flansche 17, 18 einstückig an
beiden Enden des Metallgehäuses 11 vorgesehen
sind. Der katalytische Konverter gemäß diesem Beispiel wird durch
die Flansche 17, 18 mit Bolzen am Auspuffrohr
des Motor-Auspuffsystems befestigt, nachdem der Keramikwabenkatalysator 12 in
das Metallgehäuse 11 eingepreßt wurde.
Es versteht sich, daß der
katalytische Konverter auch eine Konstruktion aufweisen kann, wobei
er über
einen Rückhaltering
am Auspuffrohr befestigt ist.
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Die 4A und 4B sind eine Querschnittansicht
bzw. eine Teilseitenansicht, die die zweite Ausführungsform des katalytischen
Konverters gemäß vorliegender
Erfindung zeigt, die vom Rundbiegetyp ist. Der katalytische Konverter 20 umfaßt in dieser
Ausführungsform
ebenfalls ein Metallgehäuse 21 in
Form eines Hohlzylinders, einen Keramikwabenkatalysator 22,
der innerhalb des Metallgehäuses 21 untergebracht
ist, und eine Keramikfasermatte 23, die zwischen der Innenfläche des
Metallgehäuses 21 und
der Außenfläche des
Wabenkatalysators 22 angeordnet und zusammengepreßt gehalten
wird, worin der Wabenkatalysator 22 durch den Oberflächendruck
der Keramikfasermatte 23 innerhalb des Metallgehäuses 21 in
Position gehalten wird. Das Metallgehäuse 21 wird bei dieser
Ausführungsform
gebildet, nachdem die Außenfläche des
Wabenkatalysators 22 mit einer Keramikfasermatte 23 bedeckt
wurde, indem ein Blech aus hitzebeständigem Edelstahl, wie z. B.
SUS 304, über
der Keramikfasermatte 23 zu einem Zylinder gedreht wird,
so daß beide
Umfangsenden 24a, 24b des Blechs aus Edelstahl
einander überlappen
und miteinander verschweißt
werden. Jedes Umfangsende 24a, 24b des Blechs
aus Edelstahl, das das Metallgehäuse 21 bildet,
kann sich linear so in axialer Richtung erstrecken, daß sich die
Schweißlinie
linear entlang eines Umfangsendes 24a erstreckt. Nachdem
das Metallgehäuse 21 wie
oben angeführt
gebildet wurde, kann ein nicht dargestellter Rückhaltering durch Punktschweißen an beiden
axialen Enden des Metallgehäuses 21 befestigt
werden, wie bei der oben erklärten
ersten Ausführungsform.
Es sollte festgestellt werden, daß es möglich ist, anstelle des Anschweißens eines
separaten Rückhalterings
an einem axialen Ende des Metallgehäuses 21 das Metallgehäuse 21 an
einer Vielzahl von Position den Umfang entlang einstöckig mit
axialen Vorsprüngen
zu versehen, die den unter Bezugnahme auf die 2A und 2B beschriebenen ähnlich sind,
und sie nach dem Abschluß des
Zusammenrollens des Blechs aus Edelstahl radial nach innen zu biegen,
um den Wabenkatalysator 22 axial im Metallgehäuse 21 zu
halten.
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Die 5A und 5B sind eine Querschnittansicht
bzw. eine Teilseitenansicht, die ein modifiziertes Beispiel für den katalytischen
Konverter 20 vom Rundbiegetyp gemäß der obengenannten zweiten
Ausführungsform
zeigen. Der katalytische Konverter 20 dieses Beispiels
hat im wesentlichen die gleiche Struktur wie die zweite Ausführungsform,
unterscheidet sich davon aber dadurch, daß jedes Umfangsende 26a, 26b des Blechs
aus Edelstahl, das das Metallgehäuse 21 bildet,
ein Kammzahnprofil mit einem abgestuften Muster aufweist.
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6 ist
eine Querschnittansicht, welche die dritte Ausführungsform des katalytischen
Konverters gemäß vorliegender
Erfindung zeigt, die Muschelschalenstruktur aufweist. Der katalytische
Konverter 30 dieser Ausführungsform umfaßt ebenfalls
ein Metallgehäuse 21 in
Form eines Hohlzylinders, einen Keramikwabenkatalysator 32,
der im Metallgehäuse 31 untergebracht
ist, und eine Keramikfasermatte 33, die zwischen der Innenfläche des
Metallgehäuses 31 und
der Außenfläche des
Wabenkatalysators 32 angeordnet ist und zusammengepreßt gehalten
wird, worin der Wabenkatalysator 32 durch den Oberflächendruck
der Keramikfasermatte 33 im Metallgehäuse 31 in Position
gehalten wird. Das Metallgehäuse 31 dieser
Ausführungsform
hat eine zweiteilige Struktur und umfaßt ein Paar Halbschalenelemente 34, 35,
die jeweils halbkreisförmigen
Querschnitt aufweisen und an Flanschen 34a, 34b, 35a, 35b zusammengeschweißt sind,
die sich axial die jeweiligen Umfangsenden der Halbschalenelemente 34, 35 entlang
erstrecken. Es sollte angemerkt werden, daß Rückhalteringe zum axialen Festhalten
des Wabenkatalysators 32 an jenen Bereichen, die den jeweiligen
axialen Enden des Wabenkatalysators 32 gegenüberliegen,
an die Innenfläche
des Metallgehäuses 31 angeschweißt werden
können.
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Üblicherweise
weist bei der obengenannten ersten bis dritten Ausführungsform
jeder der Keramikwabenkatalysatoren 12, 22, 32 eine
Keramikwabenstruktur mit einer großen Anzahl zellenartiger Durchgangslöcher mit
polygonalem Querschnitt auf, die zueinander benachbart mit Trennwänden dazwischen
angeordnet sind, die innerhalb der Umfangswand des Keramikkatalysators
vorgesehen sind. Für
praktische Anwendungen werden Wabenkatalysatoren 10 verwendet,
die in verschiedenen Strukturen mit einem kreisförmigen Profil (runder Typ),
einem elliptischen Profil (ovaler Typ), einem länglichen kreisförmigen Profil
(Schleifspur-Typ) und anderem nicht-kreisförmigen Profil in den jeweiligen
senkrecht zur Strömungsrichtung
liegenden Querschnitten hergestellt werden. Weiters ist neben einer
Keramikwabenstruktur mit einer geraden Strömungsrichtungsachse auch eine
Keramikwabenstruktur mit einer gekrümmten Strömungsrichtungsachse bekannt.
Was die Beziehung zwischen dem Querschnittsprofil der Wabenstruktur
und den verschiedenen Einhülsungsstrukturen in
den obengenannten Ausführungsformen
betrifft, ermöglicht
die erste Ausführungsform
von Fülltyp
ein relativ einfaches Einhülsen
der Wabenstruktur mit einem runden Querschnitt, während der
Rundbiegetyp der zweiten Ausführungsform
oder die Muschelschalenstruktur der dritten Ausführungsform ein einfaches Einhülsen der Wabenstruktur
mit einem ovalen Profil, einem Schleifspur-Profil oder einem anderen
nicht-kreisförmigen
Profil zuläßt.
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Vorteilhafterweise weist die dünnwandige
Keramikwabenstruktur, ein primäres
Ziel der vorliegenden Erfindung, beispielsweise eine Umfangswandstärke von
zumindest 0,1 mm, eine Trennwandstärke von nicht weniger als 0,050
mm, aber nicht mehr als 0,150 mm, eine offene Frontfläche von
65 bis 95 %, eine A-Achsen-Kompressionsfestigkeit von nicht weniger
als 5 MPa (50 kp/cm2) und eine B-Achsen-Kompressionsfestigkeit von
nicht weniger als 0,5 MPa (5 kp/cm2) auf.
Eine solche dünnwandige
Keramikwabenstruktur wird umfassender in der EP-A-636.410 der Anmelderin
geoffenbart.
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Mit A-Achsen-Kompressionsfestigkeit
ist die Kompressionsfestigkeit gemeint, die in der obengenannten
JASO-Norm M505-87 vorgeschrieben ist, und sie entspricht der Zerstörungsfestigkeit,
die eine Keramikwabenstruktur aufweist, wenn sie einer Kompressionsbelastung
in Strömungsrichtung
der Wabenstruktur, d. h. senkrecht zur ihrem Querschnitt, ausgesetzt
wird. Mit B-Achsen-Kompressionsfestigkeit ist die Zerstörungsfestigkeit
gemeint, die die Keramikwabenstruktur aufweist, wenn sie einer Kompressionsbelastung
in einer Richtung parallel zum Querschnitt zur Wabenstruktur und
senkrecht zu den Trennwänden
ausgesetzt wird, und sie ist ebenfalls durch die JASO-Norm vorgeschrieben.
Weiters wird von der JASO-Norm auch die isostatische Zerstörungsfestigkeit
als Kompressionszerstörungsfestigkeit
vorgeschrieben, die die Wabenstruktur aufweist, wenn isostatisch
eine hydrostatische Belastung darauf ausgeübt wird, wie bereits beschrieben.
Da der Test für die
A-Achsen-Druckfestigkeit erfolgt, indem eine Kompressionsbelastung
auf ein Wabenstruktur-Teststück
in seiner Strömungsrichtung
ausgeübt
wird, wird die A-Achsen-Kompressionsfestigkeit der Wabenstruktur
durch einen Defekt wie Trennwandverformung usw. nicht stark beeinträchtigt und
weist relativ hohe Korrelation mit der Materialfestigkeit auf. Im
Gegensatz dazu wird die B-Achsen-Kompressionsfestigkeit,
obwohl sie auch von der Materialfestigkeit abhängt, stark von Defekten wie
Trennwandverformung usw. beeinträchtigt.
In dieser Hinsicht ist die isostatische Zerstörungsfestigkeit mit der B-Achsen-Kompressionsfestigkeit
vergleichbar. Im Hinblick auf obige Ausführungen versteht es sich, daß sowohl
die isostatische Zerstörungsfestigkeit
als auch die B-Achsen-Kompressionsfestigkeit als Indikatoren der
Strukturfestigkeitseigenschaften angesehen werden können. Es
sollte jedoch angemerkt werden, daß der Test für die B-Achsen-Kompressionsfestigkeit
durchgeführt
wird, indem die Kompressionsfestigkeit des Wabenstruktur ohne ihre
Umfangswand gemessen wird, so daß die B-Achsen-Kompressionsfestigkeit,
die mit der Wabenstruktur erzielbar ist, im wesentlichen frei von
den Auswirkungen der Umfangswandstruktur ist. Es versteht sich,
daß die
Umfangswand als Außenhülle dient,
um die Wabenstruktur gegen Druck von außen zu schützen, und die Umfangswandfläche die
Belastung trägt,
die beim Einhülsungsverfahren
auf die Wabenstruktur ausgeübt
wird. Das Brechen der Umfangswand führt zu der Schwierigkeit, daß die Trennwände, die
an die Umfangswand angrenzend und unmittelbar innerhalb davon vorliegen,
abnormale Belastung erleiden, wodurch die Trennwände nacheinander zerbrechen.
In dieser Hinsicht kann festgestellt werden, daß die Umfangswand bei der Sicherung
der Trennwände
eine wesentliche Rolle spielt. Die jeweiligen Tests für die isostatische
Zerstörungsfestigkeit
und die B-Achsen-Kompressionsfestigkeit werden unter verschiedenen
Belastungsbedingungen durchgeführt,
worin die jeweiligen Teststücke
unterschiedliche Spannungsverteilungen aufweisen können. Es
wird zwar keine definitive Korrelation zwischen der isostatischen
Zerstörungsfestigkeit
und der B-Achsen-Kompressionsfestigkeit festgestellt, es besteht
jedoch die Tendenz, daß die
isostatische Zerstörungsfestigkeit
um so höher
ist, je größer die
B-Achsen-Kompressionsfestigkeit
ist. Wie oben erwähnt,
können
sowohl die A-Achsen- als auch die B-Achsen-Kompressionfestigkeit
als Basisindices zur Angabe der Festigkeits eigenschaften der Wabenstruktur
betrachtet werden; wobei der erstere ein Index ist, der vor allem
den Einfluß der
Materialfestigkeit zeigt, und der letztere einen weiteren Index darstellt,
der hauptsächlich
den Einfluß der
Wabenstruktur anzeigt. Die isostatische Zerstörungsfestigkeit, die die Eigenschaften
der praktischen Strukturfestigkeit angibt, wird als Indikator für eine multilaterale
Wirkung des Materials betrachtet, das für eine Wabenstruktur, die Wabenstruktur
für einen
katalytischen Konverter und die Umfangswandkonstruktion, die durch
die Umfangswandstärke
dargestellt ist, angesehen. Wenn die Umfangswandformbarkeit berücksichtigt
wird, ist es vorteilhaft, daß die
Umfangswand eine Dicke von nicht weniger als 0,15 mm aufweist.
-
Dünnwandige
Keramikwabenkatalysatoren mit relativ geringer isostatischer Zerstörungsfestigkeit
stellen ein primäres
Ziel für
den katalytischen Konverter gemäß vorliegender
Erfindung dar. Wie zuvor angeführt, ist
es, insbesondere, wenn der katalytische Konverter in der Nähe eines
Motors verwendet wird und Bedingungen hoher Temperaturen ausgesetzt
ist, wobei die Abgastemperatur 900 °C übersteigt, beispielsweise um
eine frühe
Aktivierung des Katalysator im Kaltstartstadium zu erreichen, notwendig,
daß die
Katalysatoreinhülsungsstrukturen
und im speziellen die Katalysator-Rückhalteelemente hoch zuverlässige Hitzebeständigkeitseigenschaften
aufweisen. Daher umfaßt
als Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Keramikfasermatte, die zwischen der
Innenfläche
des Metallgehäuse
und der Außenfläche des
Wabenkatalysators angeordnet ist und zusammengepreßt gehalten
wird, um den Wabenkatalysator durch den Oberflächendruck innerhalb des Metallgehäuses in
Position zu halten, hitzebeständige
und nicht-anschwellende Keramikfasern mit Kompressionseigenschaften,
die im wesentlichen frei von beträchtlichen volumetrischen Schwankungen
innerhalb eines praktischen Temperaturbereichs des katalytischen
Konverters ist. Die Keramikfasermatte, die vorteilhafte Nutzbarkeit
für die
vorliegende Erfindung aufweist, umfaßt Mullitfasern und weist einen
Faserdurchmesser auf, der nicht kleiner als 2 μm, aber nicht größer als
6 μm ist.
Vorteilhafterweise weist die Keramikfasermatte eine nominale Dicke
von 5 bis 30 mm und eine Rohdichte von 0,05 bis 0,3 g/cm3 im unkomprimierten Zustand auf. Die Matte
weist solche Kompressionseigenschaften auf, daß sie, wenn sie einem anfänglichen Oberflächendruck
von 0,2 MPa (2 kp/cm2) bei Raumtemperatur
ausgesetzt und dann auf 1.000°C
erhitzt wird, immer noch einen Oberflächendruck von zumindest 0,1
MPa (1 kp/cm2) ausüben kann.
Vom Standpunkt der Festigkeitseigenschaft bei hohen Temperaturen
und den Produktionskosten eignen sich Mullitfasern für die praktische
Verwendung.
-
Die Erfinder haben einen Vergleichstest
nach dem nachstehend angeführten
Verfahren durchgeführt, um
die thermische Ausdehnbarkeit dieser Teststücke zu untersuchen, von denen
zwei Proben ein herkömmliches
Drahtgitter und dergleichen und eine anschwellende Fasermatte, und
die restlichen hitzebeständige
und nicht-anschwellende Keramikfasermatten waren, die für die vorliegende
Erfindung ausgewählt
wurden. Die in diesem Test verwendeten Keramikfasermatten bestanden
aus "INTERAM", einem Produkt von Sumito 3M, und "XPE Ceramic Fiber
Paper", einem Produkt von Carborandum, die beide im Handel erhältlich sind.
Unterdessen bestanden die hitzebeständigen und nichtanschwellenden
Keramikmatten aus "MAFTEC", einem Produkt von Mitsubishi Chemical
Indstries, und "DENKA ALCEN", einem Produkt von Denki Kagaku Kogyo.
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- (1) Jedes Teststück
wird hergestellt, indem es auf Abmessungen von 50 × 50 mm
zurechtgeschnitten wird, und zwischen Quarzglasplatten gehalten
wird, und dann auf eine Testmaschine aufgesetzt wird, die mit einem
Elektroofen ausgestattet ist.
- (2) Auf das Teststück
wird dann ein anfänglicher
Oberflächendruck
von 0,2 MPa (2 kp/cm2) bei Raumtemperatur
ausgeübt.
- (3) Der Elektroofen wird erhitzt, und der Oberflächendruck
wird in Schritten von 100 °C
bis zu 1.000°C,
beginnend mit einer Atmosphärentemperatur
im Ofen von 100°C,
gemessen.
-
Die Ergebnisse dieses Tests der Pyrokompressionseigenschaft
werden in 6 und Tabelle
1 gezeigt.
-
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Wie aus 7 und Tabelle 1 zu entnehmen, ist mit
dem Rückhalteelement,
das ein Drahtgitter oder eine anschwellende Keramikfasermatte umfaßt, unter
den Pyrobedin gungen mit einer Temperatur von über 900°C der Oberflächendruck, der notwendig ist,
um den Keramikwabenkatalysator stabil in Position zu halten, nicht
zu erreichen, wodurch der Wabenkatalysator Beschädigungen aufgrund von Vibrationen
vom Motor her ausgesetzt ist. Im Fall einer anschwellenden Keramikfasermatte
steigt der Mattenoberflächendruck
in einem Temperaturbereich von 500 bis 800°C übermäßig an, mit dem Ergebnis, daß ein dünnwandiger
Wabenkatalysator mit einer relativ geringen isostatischen Zerstörungsfestigkeit
Beschädigungen
unter dem übermäßigen Mattenoberflächendruck
unterliegt. Im Gegensatz dazu erweisen sich sowohl der Decken- als
auch der Mattentyp einer nicht-anschwellenden Keramikfasermatte,
die gemäß vorliegender
Erfindung einsetzbar ist, aufgrund der Kompressionseigenschaft,
die über
einen Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 1.000°C, d. h. über den
gesamten praktischen Temperaturbereich des katalytischen Konverters,
als nützlich,
um den Wabenkatalysator vor Beschädigungen zu schützen, wie
aus 7 und Tabelle 1
zu entnehmen.
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Als nächstes führten die Erfinder einen Druckablösetest unter
Erhitzen durch, um die progressive Hitzebeständigkeit einer herkömmlichen
anschwellenden Keramikfasermatte und der hitzebeständigen und nicht-anschwellenden
Keramikfasermatten für
die vorliegende Erfindung im zeitlichen Verlauf zu untersuchen. Dieser
Druckablösetest
unter Erhitzen wurde auf ähnliche
Weise wie der Pyrokompressionseigenschafts-Test durchgeführt, wobei
zwei verschiedene Teststücke
verwendet werden; bei einem handelte es sich um eine anschwellende
Keramikmatte mit einer nominalen Dicke von 5,4 mm, und das andere
war eine hitzebeständige und
nicht-anschwellende Keramikfasermatte mit einer nominalen Dicke
von 7 mm. Ebenfalls für
diesen Test verwendet wurden ein Metallgehäuse vom Fülltyp, das aus SUS 304 bestand
und einen Innendurchmesser von 62 mm aufwies, sowie ein Keramikwabenkatalysator
vom Rundbiegetyp, der einen Außendurchmesser von
55 mm und eine Länge
von 45 mm aufwies.
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- (1) Jedes Teststück
wird zusammen mit einem Wabenkatalysator in ein Metallgehäuse eingebracht,
das dann in ein Heiz/Abkühl-Testgerät gelegt
wurde, das einen Propangas-Brenner
umfaßt
(nachstehend als "Brennertester" bezeichnet), und daraufhin 100
Zyklen lang erhitzt und abgekühlt,
die jeweils aus 10-minütigem
Erhitzen auf 950°C
und 5-minütigem Abkühlen auf
100°C bestanden.
- (2) Wie in 7 gezeigt,
wird ein Elektroofen 44 in den Brennertester eingebracht,
und das Metallgehäuse 41 mit
dem Teststück
und dem Wabenkatalysator 42, der darin enthalten ist, wird
in den Elektroofen 44 gestellt, worin das Metallgehäuse 41 in
einem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 950°C gehalten
wird.
- (3) Eine Belastung wird über
einen Siliziumoxidstab 45 auf den Wabenkatalysator 42 ausgeübt, und
die Druckablösebelastung
unter Erhitzen wird gemessen. Die Ergebnisse des Druckablösetests
unter Erhitzen werden in Tabelle 2 gezeigt.
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Wie aus Tabelle 2 zu entnehmen, erwies
sich die Druckablösebelastung
bei 950 °C
mit der anschwellenden Keramikfasermatte als 0, was bedeutet, daß der Mattenoberflächen ruck,
der erforderlich ist, um den Wabenkatalysator in Position zu halten,
vollständig
verlorenging, so daß der
Wabenkatalysator spontan von der Innenseite des Metallgehäuses abfiel.
Im Gegensatz dazu wurde im Fall der hitzebeständigen und nicht-anschwellenden
Keramikfasermatte, die gemäß vorliegender
Erfindung einsetzbar ist, festgestellt, daß die Druckablösebelastung
noch wirksam bestehen blieb, was darauf schließen läßt, daß es praktisch möglich ist,
auch bei einer Temperatur von 950°C
den Wabenkatalysator durch den Oberflächendruck der hitzebeständigen und
nicht-anschwellenden Fasermatte in Position zu halten.
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Weiters führten die Erfinder einen Heißvibrationstest
durch, um die Rückhalteelemente
zu untersuchen, die jeweils aus der herkömmlichen anschwellenden Keramikfasermatte
und dem SUS 304-Drahtgitter sowie der hitzebeständigen und nicht-anschwellenden
Keramikfasermatte bestanden. Dieser Heißvibrationstest begann, indem
in ein Metallehäuse
vom Muschelschalentyp ein Keramikwabenkatalysator vom ovalen Typ mit
einem Hauptdurchmesser von 143 mm, einem Nebendurchmesser von 98
mm, einer Länge
von 152 mm und einem Volumen von 1.700 cm2 zusammen
mit einem Teststück
eines Rückhalteelements
eingesetzt wurde. Dann wurde der Test durchgeführt, wobei das Metallgehäuse, in
dem der Wabenkatalysator und das Rückhalteelement-Teststück untergebracht
waren, 10 Heiz- und Abkühlzyklen
unterzogen wurden, wobei jeder Zyklus aus dem Aufheizen auf eine
Einlaßgastemperatur
von 900°C
für 5 min
und dem Abkühlen
auf 100°C
für 5 min
und verschiedene Vibrationsbeschleunigungen unter einer konstanten
Frequenz von 200 Hz bestand. Daraufhin wurde die Messung durchgeführt, um
die Verlagerung des Wabenkatalysators aus einer anfänglich eingestellten
Position innerhalb des Metallgehäuses
festzustellen. Die Ergebnisse des Heißvibrationsests werden zusammen
mit den Beträgen
der Verlagerung in Tabelle 3 gezeigt.
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Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, dient
die hitzebeständige
und nicht-anschwellende Keramikfasermatte im Vergleich zur anschwellenden
Keramikfasermatte und dem Drahtgitter, die beide unzulässige Verlagerung der
Wabenkatalysatoren aus ihren anfänglich
eingestellten Positionen ergaben, wenn sie Vibrationen mit hoher
Frequenz ausgesetzt wurden, dazu, die Verlagerung des Wabenkatalysators
in zulässigen
Grenzen zu halten, selbst wenn er unter starken Vibrationsbedingungen
beschleunigt wird. Daher kann klar. erkannt werden, daß die hitzebeständige und
nicht-anschwellende Keramikfasermatte besonders gut als Einhülsungsstruktur geeignet
ist, um den Keramikwabenkatalysator gegen intensive Vibrationsbeschleunigungen,
die von einem Motor übertragen
werden, wie das bei einem Wabenkatalysator der Fall ist, der in
der Nähe
des Motors angeord net ist und daher intensive Abgashitze ausgesetzt
ist, wirksam in Position innerhalb des Metallgehäuses zu halten.
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Weiters haben die Erfinder nach dem
Haltbarkeitstest einen Stoßablösetest durchgeführt, um
die zeitprogressive Hitzebeständigkeit
der hitzebeständigen
und nichtanschwellenden Keramikfasermatten, d. h. der Rückhalteelemente
für die
vorliegende Erfindung, im Vergleich zu jenen der herkömmlichen
anschwellenden Keramikfasermatte zu bewerten, die mit den obengenannten
drei verschiedenen Einhülsungsstrukturen
kombiniert wurden. Der Stoßablösetest wurde
begonnen, indem jedes Teststück-Rückhaltelement
zusammen mit einem Keramikwabenkatalysator in jedes der Metallgehäuse mit
unterschiedlichen Strukturen eingebracht wurde, gefolgt vom Anordnen
jedes Metallgehäuses
im Brennertester. Der Test wurde durchgeführt, indem jedes Metallgehäuse 100 Zyklen
von Erhitzung und Abkühlung
unterzogen wurde, um die Beständigkeit
zu bewerten, wobei jeder Zyklus aus 10-minütigem Erhitzen auf 900°C und 5-minütigem Abkühlen auf
100 °C bestand,
gefolgt vom Messen der Stoßablösebelastung
bei einer bestimmten Atmosphärentemperatur
innerhalb des Elektroofens. Die Ergebnisse dieses Stoßablösetests
unter Erhitzen werden in Tabelle 4 gezeigt.
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Wie aus Tabelle 4 hervorgeht, erwies
sich die Stoßablösebelastung
bei 950°C
mit der herkömmlichen anschwellenden
Keramikfasermatte unabhängig
von den Einhülsungsstrukturen
des Metallgehäuses
als 0, und es wurde festgestellt, daß der Keramikwabenkatalysator
vom Metallgehäuse
abfiel. Im Gegensatz dazu zeigt die hitzebeständige und nicht-anschwellende
Keramikfasermatte für
die vorliegende Erfindung, daß die Stoßablösebelastung
auf einem Niveau gehalten wird, das für ein ausreichendes Zurückhalten
eines Wabenkatalysators ausreicht, selbst wenn er intensiver Hitze
ausgesetzt wird, unabhängig
von den Unterschieden in der Einhülsungsstruktur. Der Durchmesser
der Keramikfasern, die die hitzebeständige und nicht-anschwellende
Keramikfasermatte bilden, liegt nach Messungen im Bereich von 2
bis 6 μm.
Auch die Rohdichte der hitzebeständigen
und nicht-anschwellenden Keramikfasermatte liegt laut Messungen
im Bereich von 0,10 bis 0,25 g/cm3. Da es
erforderlich ist, daß die
Keramikfasermatte, die als Rückhalteelement
in einer Einhülsungsstruktur
dient, entlang des gesamten Umfangs des Wabenkatalysators einen
geeigneten Oberflächendruck
erzeugt und beibehält,
während
die Schwankungen im Zwischenraum oder Spalt, die aufgrund der Abmessungstoleranzen
des Innendurchmessers des Metallgehäuses bzw. des Außendurchmessers
des Keramikwabenkatalysators im Stadium des Einhülsens des Wabenkatalysators
auftreten, ist es im Hinblick auf zufriedenstellende Effizienz notwendig,
daß die
Keramikfasermatte mit einer sehr hohen Rate von 100 bis 200 mm/min
zusammengepreßt
wird. Es ist auch entscheidend, eine beträchtliche Differenz zu berücksichtigen,
die die obengenannte Kompressionsrate in bezug auf eine geringe
Kompressionsrate von 1 mm/min aufweist. Unter Berücksichtigung
einer solchen Differenz wurde ein Keramikfasermatten-Kompressionstest
durchgeführt,
wobei ein praktisches Einhülsen
mit 150 mm/min simuliert wurde, gefolgt von Messung des Oberflächendrucks
zu dem Zeitpunkt, zu dem jede von verschiedenen Matten komprimiert
wurde, bis ein bestimmter Spalt entstand. Die Testergebnisse sind
wie in nachstehender Tabelle 5 gezeigt.
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Wie aus Tabelle 5 hervorgeht, wurde
festgestellt, daß ein
bestimmter geeigneter Bereich für
das Verhältnis
zwischen der Rohdichte und der Dicke der Matte vor dem Zusammenpressen
existiert. Wenn nämlich das
Verhältnis
zwischen der Matten-Rohdichte und der Mattendicke zu groß ist, steigt
der anfängliche
Mattenoberflächendruck
unmittelbar nach dem Zusammenpressen an, wobei der Oberflächendruck
in der Folge abnimmt und dann konstant wird. Ein solcher abrupter
Anstieg des Mattenoberflächendrucks
kann Beschädigung der
Wabenstruktur verursachen. Wenn andererseits das Verhältnis zwischen
der Matten-Rohdichte und der Mattendicke klein ist, wird der anfänglich erzeugte
Oberflächendruck
konstant beibehalten, wodurch die Wabenstruktur vor Schäden bewahrt
wird. Wie oben erwähnt,
geht ein abrupter Anstieg des anfänglich erzeugten Oberflächendrucks
mit der zunehmenden Gefahr einher, daß die Wabenstruktur dazu neigt,
zum Zeitpunkt des Einhülsens
Schäden
zu erleiden. Es sollte weiter angemerkt werden, daß im Fall
eines übermäßig kleinen
Verhältnisses
zwischen der Rohdichte und der Dicke der Matte, nämlich wenn
die Mattendicke 30 mm übersteigt, die
Dicke übermäßig wird,
was die Handhabung der Matte auf verschiedene Weise, wie z. B. das
Einsetzen der Matte in ein Metallgehäuse und das Zusammenpressen
der Matte, schwierig macht. Die Matte mit einer Dicke von mehr als
40 mm war nicht normal einsetzbar, und es gab keine Chance, sie
in eine Metallgehäuse einzuhülsen. Aufgrund
dieser Beobachtungen wurde bestätigt,
daß die
Keramikfasermatten mit einer Rohdichte von 0,05 bis 0,30 g/cm3, insbesondere 0,05 bis 0,20 g/cm3, und einer Dicke von 5 bis 30 mm, insbesondere 10
bis 25 mm, für
die vorliegende Erfindung sehr gut geeignet sind.
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Aus den obigen detaillierten Beschreibungen
geht hervor, daß gemäß dem obengenannten
Aspekt der vorliegenden Erfindung die Keramikfasermatte, die zwischen
der Außenfläche des
Keramikwabenkatalysators und der Innenfläche des Metallgehäuses zusammengepreßt gehalten
wird, aus hitzebeständigen
und nicht-anschwellenden Keramikfasern besteht und Kompressionseigenschaften
aufweist, die im wesentlichen frei von nennenswerten Änderungen
innerhalb des praktischen Temperaturbereichs des katalytischen Konverters
ist. Es ist daher möglich,
Schwankungen des Oberflächen-drucks
der Matte unter tatsächlichen
Betriebsbedingungen des katalytischen Konverters zu vermeiden und
den Oberflächendruck
für einen
längeren
Zeitraum konstant auf einem optimalen Wert zu halten. Es ist weiters
möglich,
einen Keramikwabenkatalysator über
einen längeren
Zeitraum stabil in einem Metallgehäuse zu halten, wobei der Wabenkatalysator
positiv gegen Beschädigung
während
der Verwendung geschützt
wird, selbst wenn er eine dünnwandige
Struktur aufweist.
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9 ist
eine Längsschnittansicht,
die eine vierte Ausführungsform
des katalytischen Konverters gemäß vorliegender
Erfindung zeigt, der beispielsweise in einem Auspuffsystem eines
Benzinmotors für
einen Pkw eingebaut sein kann. Der katalytische Konverter 50 dieser
Ausführungsform
umfaßt
ein Metallgehäuse 51 vom
Muschelschalentyp, das beispielsweise die Form eines Hohlzylinders
hat. Ein Keramikwabenkatalysator 52 ist im Metallgehäuse 51 untergebracht
und weist eine Vielzahl von Durchgängen zum Hindurchschicken von Abgas
aus einem Verbrennungsmotor auf. Im allgemeinen ist das Metallgehäuse 51 vom
Muschelschalentyp durch Anschweißen eines Paares Halbschalenelemente
mit halbkreisförmigem
Querschnitt, beispielsweise entlang ihrer Umfangsenden, die stumpf
aneinanderstoßen,
gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Rückhalteelement 53 zwischen
der Außenfläche des
Wabenkatalysators 52 und der Innenfläche des Metallgehäuses 51 angeordnet
und wird zusammengepreßt
gehalten. Das Rückhalteelement 53 hat
die Form einer hitzebeständigen
und nichtanschwellenden Keramikfasermatte, die im wesentlichen kein
organisches Bindemittel oder Vermiculit und ähnliche, sich ausdehnende Komponenten
enthält,
und die Kompressionseigenschaften aufweist, die im wesentlichen
frei von nennenswerten Änderungen
innerhalb des praktischen Temperaturbereichs des katalytischen Konverters 50 ist.
In diesem Fall wird der Wabenkatalysator 52 durch den Oberflächendruck,
der von der Rückstellkraft
des Rückhalteelements 53 aus
dem zusammengepreßten
Zustand herrührt,
an einer vorbestimmten Stelle innerhalb des Metallgehäuses 51 gehalten.
Ein Paar Klemmringe 54a, 54b sind als Arretierelemente
zum Arretieren des Rückhalteelements 53 in
Abgasströmungsrichtung
an jeweiligen Positionen vorgesehen, die den Enden des Wabenkatalysators 52 in
Strömungsrichtung
entsprechen. Diese Klemmringe können
an die Innenfläche
des Metallgehäuses 51 angeschweißt werden,
so daß das Rückhalteelement 53 an
beiden Seiten in Strömungsrichtung
zwischen den Klemmringen 54a, 54b festgeklemmt
ist. Die Klemmringe 54a, 54b können aus einem ringförmigen Metalldrahtnetz
oder Ringen gebildet sein, die aus einem geeigneten Metall- oder
Keramikmaterial bestehen. Es sollte angemerkt werden, daß beide Endabschnitte
des Metallgehäuses 51 als
konische Abschnitte 51a, 51b ausgebildet sind,
die jeweils an ihren distalen Enden mit Flanschen 51c, 51d zum
Anschließen
an das Auspuffrohr versehen sind. In diesem Fall können die
Klemmringe 54a, 54b mit Ansatzabschnitten 51e, 51f in
Eingriff gehalten werden, die vor den Konusabschnitten 51a, 51b an
der Innenfläche
des Metallgehäuses 51 vorgesehen
sind.
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10 ist
eine Längsschnittansicht,
die die fünfte
Ausführungsform
des katalytischen Konverters gemäß vorliegender
Erfindung zeigt, der in das Auspuffsystem eines Benzin motors für einen
Pkw installiert werden kann, wie das bei der oben erklärten vierten
Ausführungsform
der Fall ist. Der katalytische Konverter 60 dieser Ausführungsform
umfaßt
ein hohlzylindrisches Metallgehäuse 51 und
ist vom Fülltyp,
in den in axialer Richtung, an einem Ende des Metallgehäuses 61 beginnend,
ein Keramikwabenkatalysator eingepreßt wird. Auch in dieser Ausführungsform
ist ein Rückhalteelement 63 in
Form einer Matte, die hitzebeständige
und nicht-anschwellende Fasern umfaßt, zwischen der Außenfläche des
Wabenkatalysators 62 und der Innenfläche des Metallgehäuses 61 angeordnet
und wird zusammengepreßt
dazwischen gehalten. Ein Klemmring 64 zum Festklemmen des
Rückhalteelements 63 ist
an der Position, die einem Ende des Wabenkatalysators 62 in
Strömungsrichtung
entspricht, einstöckig
an der Innenfläche
des Metallgehäuses 61 befestigt.
Der Klemmring 64 kann ein Ring sein, der beispielsweise
aus einem geeigneten Metall besteht, und kann an die Innenfläche des
Metallgehäuses 61 angeschweißt sein.
Weiters ist das Ende des Metallgehäuses, das sich an der anderen
Endseite des Wabenkatalysators 62 in Strömungsrichtung
befindet, als Ansatzabschnitt 61a ausgebildet, der leicht
radial nach innen ragt, so daß die
Enden des Rückhalteelements 63 und
des Wabenkatalysators 62 gegenüber dem Ansatzabschnitt 61a jeweils
gegen den Ansatzabschnitt 61a gedrängt werden. In diesem Fall
wird das Rückhalteelement 63 an
beiden Seiten in Strömungsrichtung
zwischen dem Klemmring 64 und den Ansatzabschnitt 61a festgeklemmt,
so daß das
Rückhalteelement
in Abgasströmungsrichtung
arretiert wird. Es sollte angemerkt werden, daß das Metallgehäuse 61 mit
einem Konusabschnitt 61b angrenzend an den Ansatzabschnitt 61a und
einem Flansch 61c am distalen Ende des Konusabschnitts 61b zum
Anschließen
an den Auspuff versehen ist. An der Seite gegenüber dem Ende, wo der Konusabschnitt 61b vorgesehen ist,
nämlich
an dem Ende des Metallgehäuses 61,
das sich an der Seite des Einpressens des Wabenkatalysators 62 befindet,
ist auch ein Flansch 61d zum Anschließen an ein Auspuffrohr 66 ausgebildet.
In diesem Fall ist es vorzuziehen, einen Abstandshalterring 67 und
ein Paar Rückhalteringe 68a, 68b,
um den Abstandshalterring 67 dazwischen festzuklemmen,
die zwischen dem Wabenkatalysator 62 und dem Klemmring 64 einerseits
und dem Auspuffrohr 66 andererseits angeordnet sind, bereit zustellen,
um die Positionen des Wabenkatalysators 62 bzw. des Klemmrings 64 in
axialer Richtung zu definieren.
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11 ist
eine Längsschnittansicht,
die die sechste Ausführungsform
des katalytischen Konverters gemäß vorliegender
Erfindung zeigt, der in das Auspuffsystem eines Verbrennungsmotors
für ein
Motorrad eingebaut werden kann. Der katalytische Konverter 70 dieser
Ausführungsform
umfaßt
ein hohlzylindrisches Metallgehäuse 71 vom
Fülltyp,
einen Keramikwabenkatalysator 72, ein Rückhalteelement 73,
das zwischen der Außenfläche des
Keramikwabenkatalysators 72 und der Innenfläche des
Metallgehäuses 71 angeordnet
ist und zusammengepreßt
gehalten wird, und ein Arretierelement 74, um das Rückhalteelement 73 in
Abgasströmungsrichtung
festzuklemmen. In dieser Hinsicht ist der katalytische Konverter 70 dieser
Ausführungsform
im wesentlichen der gleiche wie der katalytische Konverter der obengenannten
fünften
Ausführungsform.
In der vorliegenden Ausführungsform
ist an einem Ende des Metallgehäuses 71 ein
Flansch 75 vorgesehen, der radial nach innen ragt, so daß er mit
den jeweiligen Enden des Wabenkatalysators 72 und des Rückhalteelements 73 in
Kontakt gebracht wird. Es versteht sich, daß der Wabenkatalysator 72 und
das Rückhalteelement 73 vom
anderen Ende davon her in das Metallgehäuse 71 eingepreßt werden.
Weiters ist ein Klemmring 74 zum Arretieren des Rückhalteelements 73 angrenzend
an das Rückhalteelement 73 am
anderen Ende des Metallgehäuses 71 fix
an das Rückhalteelement 73 angrenzend
vorgesehen. In diesem Fall kann der Klemmring 74 beispielsweise
an das Metallgehäuse 71 angeschweißt werden.
In dieser Ausführungsform
wird die Position des Rückhalteelements 73 in
Abgasströmungsrichtung
durch den Klemmring 74 fixiert, und ein Flansch 75 dient
dazu, den Wabenkatalysator 72 daran zu hindern, lose zu
werden und sich daraufhin innerhalb des Metallgehäuses 71 in
Strömungsrichtung
umherzubewegen.
-
Die 12 bis 15 sind Längsschnittansichten, die verschiedene
Modifikationen des katalytischen Konverters gemäß der obengenannten sechsten
Ausführungsform
zeigen. Diese Modifikationen sind im wesentlichen die gleichen wie
bei der sechsten Ausführungsform,
einschließlich
des Metallgehäuses
vom Fülltyp,
so daß nachstehend
nur wesentliche Unterschiede erklärt werden. Aus Gründen der
Zweckmäßigkeit
werden die gleichen Bezugszahlen verwendet, um Elemente zu bezeichnen,
die einander im wesentlichen oder in der Funktion entsprechen, um überflüssige Beschreibungen
zu vermeiden.
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Bei der oben erklärten sechsten Ausführungsform
ist der Innenumfang des Flansches 75 an einem Ende des
Metallgehäuse 71 mehr
radial nach innen über
den Außenumfang
des Wabenkatalysators 72 hinaus angeordnet, wodurch auch
eine Endfläche
des Wabenkatalysators 72 mit dem Flansch 75 in
Kontakt gebracht wird. Im Gegensatz dazu ist der Innenumfang des
Flansches 75 gemäß dem in 12 gezeigten ersten modifizierten
Beispiel leicht an einer radial äußeren Seite
der Außenfläche des
Wabenkatalysators 72 angeordnet, so daß das Rückhalteelement 73 nur
an einer Endfläche
mit dem Flansch 75 in Kontakt gebracht wird. Auch in diesem
Fall ist ähnlich
der sechsten Ausführungsform
die Position des Rückhalteelements 73 in
Abgasströmungsrichtung
durch den Klemmring 74 und den Flansch 75 fixiert,
so daß verhindert
wird, daß der
Wabenkatalysator 72 lose wird und sich in der Folge in
Strömungsrichtung
umherbewegt. Gemäß dem modifizierten
Beispiel aus 12 wird
der Wabenkatalysator weiters vom Flansch 75 beabstandet
gehalten, um die effektive Querschnittsfläche des Wabenkatalysators 72 an
seinen Abgaseinlaß-
und -auslaßöffnungen
vollständig
zu nutzen und dadurch den Druckverlust des Abgases unter den praktischen
Betriebsbedingungen zu minimieren.
-
Bei dem in 13 gezeigten zweiten modifizierten Beispiel
ist das Metallgehäuse 71 des
katalytischen Konverters 70 an seinem einen Ende mit einem
Flansch 75 versehen, der radial nach innen ragt, mit dem
die jeweiligen Enden des Keramikwabenkatalysators 72 und
des Rückhalteelements 73 in
Kontakt gebracht werden. Weiters ist angrenzend an das Rückhalteelement 73 an
einer anderen Endseite des Metallgehäuses 71 ein Klemmring 74 vorgesehen,
der als Arretierelement dient, um das Rückhalteelement 73 in
Abgaströmungsrichtung
in Position zu fixieren, und ein Arretierring ist an ein anderes
Ende des Metallgehäuses 71 angeschweißt, um den
Klemmring 74 dadurch zu positio nieren. Auf diese Weise
ist das Rückhalteelement 73 in
Abgasströmungsrichtung
fixiert, so daß verhindert
wird, daß der
innerhalb des Metallgehäuses 71 untergebrachte Wabenkatalysator 72 lose
wird und sich daraufhin in Strömungsrichtung
umherbewegt. In diesem Fall können, ähnlich dem
modifizierten Beispiel von 12,
der Rückhaltering 76 und/oder
der Innenumfang des Flansches 75 leicht an radial äußeren Seiten
der Außenperipherie
des Wabenkatalysators 72 angeordnet werden.
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Auch im in 14 gezeigten dritten modifizierten Beispiel
ist das Metallgehäuse 71 des
katalytischen Konverters 70 an seinem einen Ende mit einem
Flansch 75, der radial nach innen ragt, und einem Rückhaltering 76 versehen,
der an das andere Ende des Metallgehäuses 71 angeschweißt ist.
Als Arretierelemente zum Arretieren des Rückhalteelements 73 in
Abgasströmungsrichtung
in Position sind Klemmringe 74a, 74b vorgesehen,
die jeweils aus einem Metalldrahtnetz bestehen. Diese Klemmringe 74a, 74b sind
an ihrer einen Seite jeweils zwischen den Enden des Wabenkatalysators 72 und
dem Rückhalteelement 73 und
an ihrer anderen Seite zwischen den Enden des Wabenkatalysators 72 und
dem Rückhalteelement 73 angeordnet.
Daher kann nicht nur das Rückhalteelement 73,
sondern auch der Wabenkatalysator 72 in Abgasströmungsrichtung
mit den Klemmringen 74a, 74b fixiert werden, die
jeweils mit dem Flansch 75 und dem Rückhaltering 76 zusammenwirken.
Als Folge wird verhindert, daß der
innerhalb des Metallgehäuses 71 untergebrachte
Wabenkatalysator 72 lose wird und sich daraufhin in Strömungsrichtung
umherbewegt.
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Beim in 15 gezeigten vierten modifizierten Beispiel
umfaßt
das Metallgehäuse 71 des
katalytischen Konverters 70 einen zylindrischen Körper ohne
den Flansch 45, wie in den 11 bis 14 gezeigt. In diesem Fall
ist der Klemmring 74 zum Fixieren des Rückhalteelements 73 an
jedem Ende des Metallgehäuse 71 angrenzend
an das. Rückhalteelement 73 vorgesehen
und arretiert. Vorzugsweise ist jeder Klemmring 74 beispielsweise
durch Anschweißen
am Metallgehäuse 71 fixiert.
Diese Modifikation dient dazu, die Position des Rückhalteelements 73 in
Abgasströmungsrichtung
so zu fixieren, daß die
Klemmringe 74 an beiden Seiten davon befestigt sind, so
daß der
innerhalb des Metallgehäuses 71 untergebrachte
Wabenkatalysator 72 daran gehindert wird, lose zu werden
und sich daraufhin in Strömungsrichtung
umherzubewegen.
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16 ist
eine Längsschnittansicht,
die ein Beispiel des katalytischen Konverters 70 für Motorräder zeigt,
bei dem das Metallgehäuse 71 in
einem Auspufftopf 80 untergebracht ist. Unter Bezugnahme
auf 16 wird die Abgasströmungsrichtung
durch eine Pfeilmarkierung angezeigt. Der katalytische Konverter 70 der obengenannten
Anordnung ist nicht der freien Luft ausgesetzt und läßt sich
daher schwer abkühlen,
so daß das
Metallgehäuse 71 und
das Rückhalteelement 73 auf
extrem hohe Temperatur aufgeheizt werden. Das führt zu einer Ausdehnung des
Metallgehäuse 71 und
verringert die Rückhaltekraft
des Rückhalteelements 73 in
einem solchen Ausmaß,
daß der
Wabenkatalysator 72 lose wird und sich daraufhin umherbewegt,
was gelegentlich zu vorzeitiger Abnutzung und Schäden führt.
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Daher besteht das Rückhalteelement 53, 63, 73 vorteilhaft
aus einer hitzebeständigen
und nicht-anschwellenden Keramikfasermatte mit Kompressionseigenschaften,
die im wesentlichen frei von nennenswerten Änderungen innerhalb des praktischen
Temperaturbereichs dieser katalytischen Konverter ist, um einen ausreichenden
Oberflächendruck
zu erzielen, um die Keramikwabenkatalysatoren 52, 62, 72 auch
unter den Bedingungen hoher Temperatur des katalytischen Konverters
stabil in Position zu halten. In diesem Zusammenhang bestehen die
Keramikfasern für
eine solche Matte aus Mullit und sind im wesentlichen frei von organischen
Bindemitteln oder Vermiculit und ähnlichen ausdehnbaren Komponenten.
Weiters beträgt
der Durchmesser der Keramikfasern für eine solche Matte vorzugsweise
nicht weniger als 2 μm,
aber nicht mehr als 6 μm.
Vorzugsweise weist eine solche Keramikmatte in ihrem nicht komprimierten
Zustand eine nominale Dicke von 5 bis 30 mm und eine Rohdichte von
0,05 bis 0,3 g/cm3 auf und verfügt über Kompressionseigenschaften, wodurch
sie in der Lage ist, einen Oberflächendruck von zumindest 0,1
MPa (1 kp/cm2) zu erzeugen, wenn sie auf
1.000°C
erhitzt wird, nachdem ein anfänglicher
Oberflächendruck
von 0,2 MPa (2 kp/cm2) bei Raumtemperatur daran angelegt wurde.
In diesem Fall können
vom Standpunkt der Pyrofestigkeitseigenschaften der Keramikfasern
und ihrer Herstellungskosten Mullitfasern besonders geeignet eingesetzt
werden. Wie oben erwähnt,
sind solche hitzebeständige
und nicht-anschwellende Keramikmatten im Handel unter den Markennamen
"MAFTEC", ein Produkt von Mitsubishi Chemical, und "DENKA ALCEN",
ein Produkt von Denki Kagaku Kogyo, erhältlich. Um die Rückhalteelemente 53, 63, 73 optimal
in Abgasströmungsrichtung
festzuklemmen, beträgt
der Kompressionsspielraum der Keramikfasermatte in Abgasströmungsrichtung
vorzugsweise nicht weniger als 2 mm pro 100 mm Einheitslänge des
Wabenkatalysators 52, 62, 72. Auch wenn
die vorliegende Erfindung auf einen katalytischen Konverter vom
Fülltyp
angewandt wird, wird gewünscht,
daß die
Keramikfasermatte im nicht zusammengepreßten Zustand eine Rohdichte
von zumindest 0,2 g/cm3 aufweist, weil eine Keramikfasermatte
mit einer Rohdichte von weniger als 0,2 g/cm3 im
nicht zusammengepreßten
Zustand zu Schwierigkeiten bei der Erreichung des gewünschten
Einschiebevorgangs führen
kann.
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Weiters ist es bei einer der obengenannten
vierten bis sechsten Ausführungsformen
und den demgegenüber
modifizierten Beispielen nur notwendig, daß die Arretierelemente 54a, 54b, 64, 74, 74a, 74b die
Funktion des Klemmens und Arretierens der Rückhalteelemente 53, 63, 73 in
Abgasströmungsrichtung
erfüllen, wenn
der katalytische Konverter 70 in der Praxis eingesetzt
wird. Genauer gesagt ist es nicht wesentlich, daß das Arretierelement eine
solche Konfiguration aufweist, daß es sich kontinuierlich um
den gesamten Umfang des Rückhalteelements
erstreckt. Die Arretierelemente können eine zweiteilige Struktur
aufweisen oder ein mehrfach gespaltener Typ sein, der in Umfangsrichtung
in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt ist. Vom Standpunkt des
optimalen Festklemmens der Rückhalteelemente
in Abgasströmungsrichtung
sollte jedoch jedes Arretierelement eine solche Konfiguration aufweisen,
daß es
sich über
mehr als 1/2, vorzugsweise mehr als 2/3 des gesamten Umfangs des
Rückhalteelements
erstreckt. Im Grunde genommen können
die Arretierelemente jede beliebige Konfiguration aufweisen und
können
beispielsweise in Form eines Klemmrings 74 vorliegen, der
aus einem hitzebeständigen
Metallblech besteht, das zu einer gebogenen Konfiguration verarbeitet wurde,
wie in 17 gezeigt, die
wiederum ein anderes, gegenüber
der sechsten Ausführungsform
modifiziertes Beispiel zeigt.
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Wie oben umfassend erklärt, ist
die vorliegende Erfindung in ihrem zweiten Aspekt so ausgeführt, daß jedes
Rückhalteelement 53, 63, 73 dazu
dient, den Keramikwabenkatalysator 52, 62, 72 innerhalb
jedes der Metallgehäuse 51, 61, 71 in
Position zu halten, und durch das Arretierelement 54a, 54b, 64, 74, 74a, 74b in Abgasströmungsrichtung
festgeklemmt oder auf andere Weise arretiert ist. Um die vorteilhaften
Wirkungen zu untersuchen, die mit einer solchen Anordnung gemäß vorliegender
Erfindung erzielbar sind, wurde ein Erhitzungs/Vibrations-Test durchgeführt, bei
dem die katalytischen Konverter gemäß den Ausführungsformen der 9 bis 14 und andere katalytische Konverter
als Vergleiche eingesetzt wurden, die im wesentlichen gleich beschaffen
sind, sich aber geringfügig
dadurch unterscheiden, daß letztere
nicht mit den Arretierelementen gemäß vorliegender Erfindung versehen
sind. Der Test wurde durchgeführt,
indem der Kompressionsspielraum der Rückhalteelemente, ihr Oberflächendruck,
ihre Vibrationsbeschleunigung und die jeweilige Dauer ihres Erhitzens
und ihrer Vibration geändert
wurden. Nach Beendigung des Erhitzungs/Vibrations-Tests wurden die Rückhalteelemente
untersucht, um sich zu vergewissern, ob sie Anomalien aufwiesen
oder nicht, und die Katalysatorträger wurden im Hinblick auf
ihre Beibehaltungsbedingungen untersucht. Die Testergebnisse werden in
nachstehender Tabelle 6 gezeigt.
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Aus obigen Ausführungsformen kann entnommen
werden, daß es
gemäß vorliegender
Erfindung bevorzugt wird, zumindest ein Arretierelement in Verbindung
mit einem Rückhalteelement
bereitzustellen, das dazu dient, den Keramikwabenkatalysator innerhalb
des Metallgehäuses
in Position zu halten, und das Rückhalteelement
durch das Arretierelement in Abgasströmungsrichtung festzuklemmen
oder auf andere Weise zu arretieren. Es ist daher möglich zu
verhindern, daß der
Wabenkatalysator lose wird und sich in der Folge in Strömungsrichtung
umherbewegt, selbst wenn die von außerhalb des Katalysators ausgeübte Rückhaltekraft verringert
wird, wenn er intensiver Hitze ausgesetzt wird, und positiv zu verhindern,
daß der
Wabenkatalysator vorzeitige Abnutzung und Beschädigungen erleidet.
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Die vorliegende Erfindung ist zwar
unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben worden,
diese dienen jedoch nur als Beispiele.
