DE69901470T2

DE69901470T2 - Katalytischer Konverter für Fahrzeugabgase

Info

Publication number: DE69901470T2
Application number: DE69901470T
Authority: DE
Inventors: Jean J. Balland
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 1998-03-10
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 2002-10-17
Anticipated expiration: 2019-02-11
Also published as: EP0942157A2; US6464947B2; DE19810360C1; EP0942157B1; EP0942157A3; US20020102191A1; DE69901470D1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen katalytischen Konverter für ein Abgassystem eines Kraftfahrzeuges.

Hinterrund der Erfindung

Der Gebrauch eines katalytischen Konverters in dem Abgassystem eines Kraftfahrzeuges ist gut bekannt. Der katalytische Konverter wirkt auf die Abgase, die den Motor des Fahrzeugs verlassen, um Kohlenmonoxid, Stickoxide und Kohlenwasserstoffe in den Abgasen umzuwandeln. Ein typischer katalytischer Konverter umfasst eine Anzahl von Blöcken (beschichtete Substraten), durch welche die Abgase gelangen können. Um wirksam arbeiten zu können, müssen diese Blöcke bei einer Temperatur vorhanden sein, die über der Anspringtemperatur liegt - der Temperatur, über der die Umwandlung / Konversion am effizientesten erreicht wird. Die Temperatur der Abgase wird dazu verwendet, die Temperatur dieser Blöcke über der Anspringtemperatur (der Schwellentemperatur, über der der Katalysator aktiv ist) zu halten. Wenn jedoch der Motor im kalten Zustand gestartet wird, existiert eine Anfangsperiode (die Kaltphase oder Anspringzeit), wenn der katalytische Konverter kalt und inaktiv ist, aber Abgase durch den katalytischen Konverter laufen. Während dieser Anfangsperiode arbeitet der Konverter auf keine effiziente Art und Weise.
Die EP-A-0 697 505 beschreibt einen katalytischen Konverter, bei dem ein erster Block (entweder ein Dreiwegekatalysator oder ein Anspringkatalysator) oberstromig von einem zweiten Block (einem Adsorberkatalysator) beabstandet ist, wobei der zweite Block oberstromig von einem dritten Block (einem Anspringkatalysator) beabstandet ist. Der zweite Block ist ringförmig und weist eine Durchgangsbohrung auf. Die DE-A-44 36 753 beschreibt einen katalytischen Konverter mit drei benachbarten Blöcken, wobei der zentrale Block eine Adsorption vorsieht.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen katalytischen Konverter mit einer verringerten inaktiven Periode nach einem Kaltstart vorzusehen.
Ein katalytischer Konverter gemäß der vorliegenden Erfindung ist über die EP-A-0 697505 durch die in Anspruch 1 dargelegten Merkmale gekennzeichnet.
Der katalytische Konverter der vorliegenden Erfindung ist so ausgebildet, dass der vierte Block durch Abgase, die durch die ausgerichteten Bohrungen laufen, auf seine Anspringtemperatur erwärmt wird, bevor der dritte Block seine Schwellentemperatur (Desorptionstemperatur) erreicht. Eine derartige Anordnung verringert die inaktive Periode für den Konverter im Vergleich zu früher bekannten Anordnungen mit einer minimalen Erhöhung der Kosten bzw. der Komplexität. Bei einer bevorzugten Anordnung ist der vierte Block ein beschichteter Metallschaum, der eine Gasvermischung in dem Block steigert und die radiale Wärmeleitung verbessert.

Zeichnungskurzbeschreibung

Die vorliegende Erfindung wird nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben, in welcher:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines katalytischen Konverters gemäß der vorliegenden Erfindung ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Wie in den Zeichnungen gezeigt ist, findet der katalytische Konverter 10 gemäß der vorliegenden Erfindung Gebrauch in einem Abgassystem (nicht gezeigt), das mit einem Motor eines Kraftfahrzeugs verbunden ist. Der Konverter 10 umfasst ein Gehäuse 12 mit einem Einlass 14 und einem Auslass 16. Der Einlass 14 nimmt Abgase von dem Motor auf, und der Auslass 16 leitet umgewandelte Abgase in Richtung des Auslasses des Abgassystemes, so dass eine Gasströmung durch den katalytischen Konverter 10 von dem Einlass zu dem Auslass gebildet wird. Der Einlass 14 und der Auslass 16 können im Wesentlichen ausgerichtet sein. In dem Gehäuse 12 sind erste, zweite, dritte, vierte bzw. fünfte Blöcke 18, 20, 22, 24, 26 positioniert, wobei der erste Block benachbart des Einlasses 14 und der fünfte Block benachbart des Auslasses 16 angeordnet ist. Der zweite Block 20 ist zwischen und in Kontakt mit den ersten und dritten Blöcken 18, 22 positioniert, und der vierte Block 24 ist zwischen und beabstandet von den dritten und fünften Blöcken 22, 26 positioniert. Die Blöcke 18-26, die nachfolgend detaillierter beschrieben sind, ermöglichen, dass Abgase durch den Konverter 10 von dem Einlass 14 zu dem Auslass 16 strömen können.
Der erste Block 18 ist ein beschichtetes Substrat, das die Hauptfunktion zum Einleiten der katalytischen Umwandlung / Konversion von Gasen aufweist, wenn das System aus einem Kaltzustand (Zustand bei Umgebungstemperatur) startet. Der zweite Block 20 ist ein beschichtetes Substrat, das die Hauptfunktion aufweist, um eine katalytische Dreiwegeumwandlung (CO in CO&sub2;, NO in N&sub2;O und HC in H&sub2;O und CO&sub2;) komplementär zu dem ersten Block 18 insbesondere nach der Anspringphase vorzusehen. Der zweite Block 20 erreicht eine maximale Umwandlung in dem gesamten Motorbetriebsbereich, wenn der Konverter 10 auf seine normale Betriebstemperatur erwärmt ist. Der dritte Block 22 ist ein beschichtetes Substrat, das die Hauptfunktionen von Kohlenwasserstoffadsorption und Kohlenwasserstoffoxidation aufweist. Der vierte Block 24 ist ein beschichteter Schaum (vorzugsweise aus Metall, wie beispielsweise rostfreiem Stahl, oder einem Material mit ähnlichen Eigenschaften), der die Hauptfunktion zum schnellen Anspringen und einem schnellen thermischen Ansprechen aufweist. Der fünfte Block 26 (der optional ist) ist ein beschichtetes Substrat, das die Hauptfunktion einer Dreiwegeumwandlung aufweist. Das beschichtete Material/die beschichteten Materialien an den Blöcken 18-26 und das Material bzw. die Materialien für die Substrate für die ersten, zweiten, dritten und fünften Blöcke und der Schaum für den vierten Block können bekannte oder geeignete Materialien sein, die die oben beschriebenen Hauptfunktionen erfüllen können.
Die axialen Längen der ersten und zweiten Blöcke 18, 20 sind vorbestimmt, um den dritten Block 22 solange unterhalb seiner Desorptionstemperatur zu halten, bis die Temperatur des ersten Blockes 18 über ihre Anspringtemperatur angestiegen ist.
Der dritte Block 22 ist im Wesentlichen ringförmig und weist eine Durchgangsbohrung 28 auf, die sich in eine geschlossene Bohrung 30 öffnet, die in dem zweiten Block 20 ausgebildet ist. Die Bohrungen 28, 30 erstrecken sich axial entlang der Längsachse des Konverters 10. Die Durchgangsbohrung 28 öffnet sich auch in den Raum 32 zwischen dem dritten Block 22 und dem vierten Block 24. Der vierte Block 24 weist einen verringerten Außendurchmesser im Vergleich zu den anderen Blöcken 18-22, 26 auf und ist an einem ringförmigen Trägerelement 34 befestigt, das eine angewinkelte oberstromige Seite 36 und eine angewinkelte unterstromige Seite 38 aufweist. Die angewinkelten Seiten 36, 38 sind dazu vorgesehen, Strömungsbeschränkungen zu verringern.
In Gebrauch kommen Abgase, die durch den ersten Block 18 und den zweiten Block 20 in die Bohrungen 28, 30 strömen, an dem vierten Block 24 mit einer höheren Temperatur an, als die Abgase, die durch die ersten, zweiten und dritten Blöcke 18-22 strömen, bevor sie an dem vierten Block ankommen. Die Abgase, die durch die Bohrungen 28, 30 strömen, bewirken eine Rate eines Temperaturanstieges in dem vierten Block 24, während der dritte Block 22 mit einer niedrigeren Rate durch die Abgase erwärmt wird, die durch die zweiten und dritten Blöcke 20, 22 strömen. Die Abgase, die durch die zweiten und dritten Blöcke 20, 22 strömen, werden durch einen Wärmeübergang zu dem Substrat gekühlt. Der Temperaturunterschied zwischen diesen beiden Abgasströmen ist abhängig von dem Durchmesser D und der axialen Länge L der Bohrungen 28, 30. Dies hat die Wirkung einer Verzögerung der Zeit, die für den dritten Block 22 benötigt wird, damit dieser seine Desorptionstemperatur (die Schwellentemperatur, über der der dritte Block gespeicherte Kohlenwasserstoffe freigibt) erst erreicht, wenn der vierte Block 24 über seine Anspringtemperatur hinaus erwärmt worden ist. Als Folge werden die Kohlenwasserstoffe, die nachfolgend von dem dritten Block 22 freigegeben werden, durch den vierten Block 24 umgewandelt. Die Werte für D und L sind für das Abgassystem spezifisch, an dem der katalytische Konverter 10 vorgesehen ist, und werden dementsprechend bestimmt, um sicherzustellen, dass der vierte Block 24 auf seine Anspringtemperatur erwärmt wird, bevor der dritte Block 22 seine Desorptionstemperatur erreicht.
Der verringerte Durchgang des vierten Blockes 24 forciert das Vermischen der Abgase, die aus dem dritten Block 22 und den Bohrungen 28, 30 in den Raum 32 strömen. Der Metallschaum des vierten Blockes 24 sieht eine offenporige Struktur vor, die als ein thermisch ansprechendes Element in dem Konverter 10 wirkt. Ein derartiges Element sieht aufgrund der zufälligen Struktur eine Mischung der Strömung der Abgase sowie eine radiale Wärmeleitung vor. Der Außendurchmesser des vierten Blockes 24 ist verringert, um eine Erwärmung von den Abgasen, die aus den Bohrungen 28, 30 strömen, auf einen kleineren Oberflächenbereich zu konzentrieren. Die angewinkelte unterstromige Seite 38 des Trägerelementes 34 ermöglicht es, dass die umgewandelten Abgase, die aus dem vierten Block 24 strömen, durch den Raum 40 zwischen den vierten und fünften Blöcken 24, 26 gelangen, um die volle Querschnittsfläche des fünften Blockes zu erreichen.

Claims

1. Katalytischer Konverter (10) für ein Abgassystem eines Kraftfahrzeuges, mit:

einem Gehäuse (12), das einen Einlass (14) und einen Auslass (16) aufweist;

einem ersten Block (18), der innerhalb des Gehäuses benachbart des Einlasses positioniert ist, um katalytische Anspringfunktionen auf Abgase einzuleiten, die durch den ersten Block strömen;

einem zweiten Block (20), der benachbart des ersten Blockes unterstromig des Einlasses zur Dreiwegeumwandlung von Abgasen positioniert ist, die durch den zweiten Block strömen;

einem dritten Block (22), der benachbart des zweiten Blockes unterstromig des Einlasses zur Kohlenwasserstoffadsorption und - oxidation von Abgasen positioniert ist, die durch den dritten Block strömen; und

einem vierten Block (24), der benachbart und beabstandet zu dem dritten Block unterstromig des Einlasses zum Anspringen auf Abgase positioniert ist, die durch den vierten Block strömen; wobei der dritte Block im Wesentlichen ringförmig ist und eine sich durch diesen axial erstreckende Durchgangsbohrung (28) aufweist; und wobei der zweite Block eine geschlossene Bohrung (30) aufweist, die sich axial erstreckt und sich in die Durchgangsbohrung des dritten Blockes öffnet, so dass während des Gebrauches der vierte Block seine Anspringtemperatur erreicht, bevor der dritte Block seine Desorptionstemperatur erreicht.

2. Katalytischer Konverter nach Anspruch 1, wobei der vierte Block (24) an einem ringförmigen Trägerelement (34) befestigt ist und im Vergleich zu dem Außendurchmesser des dritten Blockes (22) einen verringerten Durchmesser aufweist.

3. Katalytischer Konverter nach Anspruch 2, wobei das ringförmige Trägerelement (34) eine angewinkelte oberstromige Seite (36) in dem Raum (32) zwischen den dritten und vierten Blöcken (22, 24) aufweist.

4. Katalytischer Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der vierte Block (24) einen beschichteten metallischen oder gleichwertigen Schaum umfasst.

5. Katalytischer Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit einem fünften Block (26), der benachbart und beabstandet zu dem vierten Block (24) unterstromig des Einlasses (14) zur Dreiwegeumwandlung von Abgasen positioniert ist, die durch den fünften Block strömen.

6. Katalytischer Konverter nach Anspruch 5, wobei der vierte Block (24) an einem ringförmigen Trägerelement (34) befestigt ist, wobei das ringförmige Trägerelement eine angewinkelte unterstromige Seite (38) in dem Raum (40) zwischen den vierten und fünften Blöcken (24, 26) aufweist.