DE9201320U1

DE9201320U1 - Catalyst device for internal combustion engines

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Publication number: DE9201320U1
Application number: DE9201320U
Authority: DE
Original assignee: TASCO GESELLSCHAFT fur KATALYTISCHE ABGASREINIGUNGSSYSTEME MBH 5408 NASSAU DE
Current assignee: TASCO GESELLSCHAFT fur KATALYTISCHE ABGASREINIGUNGSSYSTEME MBH 5408 NASSAU DE
Priority date: 1992-02-04
Filing date: 1992-02-04
Publication date: 1992-03-26
Anticipated expiration: 2002-02-05

Description

D14-4668D14-4668

Tasco Gesellschaft für katalytische Abgasreinigungssysteme mbH, D-5408 Nassau/LahnTasco Company for catalytic exhaust gas purification systems mbH, D-5408 Nassau/Lahn

Catalyst device for internal combustion engines

Die Erfindung betrifft Katalysatorvorrichtungen für Verbrennungskraftmaschinen, vorzugsweise in Form von auf otto- oder dieselmotorischen Brennverfahren beruhenden Kraftmaschinen. Mit anderen Worten betrifft die Erfindung an derartige Maschinen anschließbare Abgasnachbehandlungsanlagen, die auf dem allgemein bekannten und durchgesetzten Prinzip einer katalytischen Umwandlung der im Abgas enthaltenen Schadstoffe basieren.The invention relates to catalyst devices for internal combustion engines, preferably in the form of engines based on Otto or diesel engine combustion processes. In other words, the invention relates to exhaust gas aftertreatment systems that can be connected to such machines, which are based on the generally known and established principle of catalytic conversion of the pollutants contained in the exhaust gas.

Konventionelle Katalysatorvorrichtungen verfügen im allgemeinen über je eine Eintritts- und Austrittsöffnung für den Abgasstrom, welche vor bzw. nach dem Katalysatorsubstrat (beispielsweise in Form einer gewickelten Metallfolie oder Keramik-Monoliths) vorgesehen sind. In Abhängigkeit von der strömungsdynamischen Gestaltung des das Substrat umgebenden Katalysatorgehäuses und den strömungstechnischen Zustandsgrößen des Abgases, die sich insbesondere durch Massenstrom, Temperatur und Druckverhältnisse kennzeichnen, bestreicht die zu reinigende Gasmasse mehr oder minder große Teile der Stirnfälche des Substrates. Besonders im Niedriglastbereich der Kraftmaschine (bzw. des Motors) reduziert sich die vom Abgas beaufschlagte Fläche des Katalysators auf die zentralen Bereiche des Substratkörpers, während bei höherer Motorbelastung in zunehmendem Maße auch die Randbereiche des Katalysators angeströmt werden. Durch die vergleichsweise geringe aktive Katalysatoroberfläche, die im kalten und niedriglastigen Motorbetrieb vom Abgas ausgenutzt wird, ergibt sich eine reduzierte Konvertierungsrate, mit der schärfere Abgasnormen wie die US '93Conventional catalyst devices generally have an inlet and outlet opening for the exhaust gas flow, which are provided before and after the catalyst substrate (for example in the form of a wound metal foil or ceramic monolith). Depending on the flow-dynamic design of the catalyst housing surrounding the substrate and the flow-technical state variables of the exhaust gas, which are characterized in particular by mass flow, temperature and pressure conditions, the gas mass to be cleaned covers more or less large parts of the front surface of the substrate. Particularly in the low load range of the engine (or motor), the area of the catalyst exposed to the exhaust gas is reduced to the central areas of the substrate body, while at higher engine loads the edge areas of the catalyst are also increasingly exposed to the flow. The comparatively small active catalyst surface, which is used by the exhaust gas in cold and low-load engine operation, results in a reduced conversion rate, which allows stricter emission standards such as the US '93

Norm für "Low Emission Vehicle" und "Ultra Low Emission Vehicle" nicht mehr eingehalten werden können.Standards for “Low Emission Vehicle” and “Ultra Low Emission Vehicle” can no longer be met.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Katalysatoreinrichtung zu schaffen, die bei möglichst allen Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine eine ausreichende abgasreinigende Wirkung gewährleistet.The present invention is therefore based on the object of creating an improved catalyst device, which ensures a sufficient exhaust gas purification effect under as many operating conditions of the internal combustion engine as possible.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist es durch die Anordnung von zwei oder auch mehr Abgasrohren auf der Ein- und Austrittsseits des Katalysatorgehäuses, die auf verschiedene Bereiche der jeweiligen Katalysatorsubstrat-Stirnfläche gerichtet sind, und mit zumindest in ausgewählten dieser Abgasrohre vorgesehenen Absperreinrichtungen möglich, die Strömungsführung durch das Substrat betriebsabhängig anzupassen und den Substratkörper je nach Betriebszustand in unterschiedlicher Weise ein- oder mehrfach, jedoch in jedem Fall vollständig, zu beaufschlagen. Hierzu sind die Absperreinrichtungen in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine steuerbar. Da die Abgasrohrquerschnitte unterschiedliche Bereiche der Substratstirnseiten abdecken, ist es durch selektive Sperrung bestimmter Abgasrohre möglich, die Abgasströmung mehrfach durch das Substrat hindurch umzulenken. Hierbei können beispielsweise sukzessive von der Substratmitte aus bis zu dessen Rand (oder auch umgekehrt) aneinandergrenzende Ringbereiche durchströmt werden. Auf diese Weise ist es insbesondere im kalten Motorbetrieb oder Niedriglastbetrieb möglich, eine Beaufschlagung des gesamten Substratkörpers sowie eine hohe Konvertierungsrate zu erzielen. Die effektiv angeströmte Oberfläche des Katalysators kann so vergrößert werden. Durch die mehrfache Umlenkung ergibt sich eine Erhöhung des Abgasrückdrucks verbunden mit einer Anhebung der Verweilzeit der Abgase im Katalysator. Die durch die Umlenkung entstehenden Strö-This object is achieved by the subject matter of claim 1. According to this, by arranging two or more exhaust pipes on the inlet and outlet side of the catalyst housing, which are directed towards different areas of the respective catalyst substrate face, and with shut-off devices provided in at least selected of these exhaust pipes, it is possible to adapt the flow guidance through the substrate depending on the operation and to act on the substrate body in different ways, once or several times, but in any case completely, depending on the operating state. For this purpose, the shut-off devices can be controlled depending on the operating state of the internal combustion engine. Since the exhaust pipe cross sections cover different areas of the substrate face, it is possible to divert the exhaust gas flow through the substrate several times by selectively blocking certain exhaust pipes. In this case, for example, adjacent ring areas can be flowed through successively from the center of the substrate to its edge (or vice versa). In this way, it is possible to achieve a high conversion rate and a high impact on the entire substrate body, particularly in cold engine operation or low-load operation. The effective flow surface of the catalyst can thus be increased. The multiple deflections result in an increase in the exhaust gas back pressure combined with an increase in the residence time of the exhaust gases in the catalyst. The flows resulting from the deflection

mungsturbulenzen verbessern den Gasaustausch mit der Katalysator-Reinigungstaeschichtung und dem Edelmetall.turbulence improves the gas exchange with the catalyst cleaning layer and the precious metal.

Demgegenüber kann einer höheren Motorbelastung dadurch Rechnung getragen werden, daß bei geöffneten Absperreinrichtungen für eine umlenkungsfreie Strömung mit geringen Druckverlusten gesorgt wird. Die mehrflutige Anströmung bedingt durch zwei oder mehr Anschlußrohre erbringt zudem eine homogenere Strömungsverteilung als bei bisherigen Lösungen mit nur einer Gaszu- und -ableitung.In contrast, a higher engine load can be taken into account by ensuring a flow without deflection and with low pressure losses when the shut-off devices are open. The multi-flow flow caused by two or more connecting pipes also results in a more homogeneous flow distribution than with previous solutions with only one gas supply and discharge line.

Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 läßt sich ohne großen technischen Aufwand auf vielfältige Weise realisieren. Die Anordnung von zwei oder mehr im Anschlußbereich koaxialen Rohren, deren Querschnittsflächen auf jeder Seite unterschiedlich zunehmen, ist besonders vorteilhaft, um eine sukzessive Durchströmung aufeinanderfolgender Ringräume zu realisieren. Zur Erzielung eines einfachen Anschlusses an den Abgasraum der Verbrennungskraftmaschine durchdringen diese Rohre einander vorzugsweise im Bereich der konischen Verjüngung des Rohrs größten Querschnitts.The device according to claim 1 can be implemented in a variety of ways without great technical effort. The arrangement of two or more pipes that are coaxial in the connection area and whose cross-sectional areas increase differently on each side is particularly advantageous in order to achieve a successive flow through successive annular spaces. To achieve a simple connection to the exhaust gas chamber of the internal combustion engine, these pipes penetrate each other preferably in the area of the conical taper of the pipe with the largest cross-section.

Jedoch kann die geschilderte Art der unterschiedlichen Substratbeaufschlagung durch Mehrfachumlenkung der Strömung auch durch aneinander grenzende Rohrkränze paralleler Röhren auf der Ein- und Austrittsseite erzielt werden, wobei durch entsprechende Sperrung gegenüberliegender Kranzbereiche die aus dem Substrat austretende Strömung jeweils zurückgelenkt wird, bevor sie durch äußere oder mittlere Rohre, deren Absperreinrichtungen geöffnet sind oder die aus diesem Grund gar keine Absperreinrichtungen aufweisen, abgelassen wird.However, the described type of different substrate loading can also be achieved by multiple deflection of the flow through adjacent pipe rings of parallel tubes on the inlet and outlet side, whereby the flow emerging from the substrate is deflected back by appropriate blocking of opposite ring areas before it is discharged through outer or middle pipes whose shut-off devices are open or which for this reason have no shut-off devices at all.

Eine besonders einfache und kostengünstige Anordnung läßt sich mit nur zwei Abgasrohren auf jeder Seite erzielen.A particularly simple and cost-effective arrangement can be achieved with only two exhaust pipes on each side.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail below with reference to the drawings.

Fig.l ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Katalysatorvorrichtung im Längsschnitt ohne Stellorgane und Steuervorrichtung;Fig.l an embodiment of the catalyst device according to the invention in longitudinal section without actuators and control device;

Fig.2 die Katalysatorvorrichtung aus Fig.l mit Stellorganen und Steuervorrichtung;Fig.2 the catalyst device from Fig.1 with actuators and control device;

Fig.3 und 4 jeweils die Katalysatorvorrichtung aus Fig.l im Betrieb mit geschlossenen Absperrgliedern und mit geöffneten Absperrgliedern undFig.3 and 4 each show the catalyst device from Fig.l in operation with closed shut-off elements and with open shut-off elements and

Fig.5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Katalysatorvorrichtung im Längsschnitt.Fig. 5 shows a further embodiment of the catalyst device according to the invention in longitudinal section.

Die Fig.l zeigt eine mögliche konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Katalysatorvorrichtung ohne Stellorgane 2,3 und Steuervorrichtung 4 gemäß Fig.2 (im folgenden kurz als Katalysator 1 bezeichnet). Der Katalysator 1 umfaßt in üblicher Weise einen von einem zylindrischen Gehäuse 11 umgebenen Substratkörper 12 z.B. in Form einer gewickelten Metallfolie. Das Katalysatorgehäuse 11 weist auf der Gasein- und -austrittsseite je zwei Gasrohre 7 und 8 bzw. 9 und 10 mit etwa gleich großem kreisförmigem Querschnitt außerhalb des Anschlußbereichs auf.Fig. 1 shows a possible structural design of the catalyst device according to the invention without actuators 2, 3 and control device 4 according to Fig. 2 (hereinafter referred to as catalyst 1 for short). The catalyst 1 comprising a substrate body 12 surrounded by a cylindrical housing 11, e.g. in the form of a wound metal foil, in the usual way. The catalyst housing 11 has two gas pipes 7 and 8 or 9 and 10 with approximately the same circular cross-section outside the connection area on the gas inlet and outlet sides.

Die Eintrittsrohre 7 und 8 stellen entweder selbst die Abgasleitungen einer zweiflutigen Abgasführung aus einem nicht dargestellten Motor dar oder sind an einen entsprechenden Verzweigungspunkt einer einflutigen Abgasleitung angeschlossen. Je eines der Ein- und Austrittsrohre, im dargestellten Fall die Rohre 7 und 9, erweitert sich im Anschlußbereich an das Katalysatorgehäuse 11 auf dessen geometrische Abmessungen. Im Anschlußbereich verlaufen die Rohre auf der Ein- und Austrittsseite koaxial, während sie im weiteren Verlauf in der dargestellten Weise in einen parallelen Verlauf übergehen. Dabei ist der asymmetrische Konus des jeweils auf das Gehäuse aufgeweiteten Rohrs 7,9The inlet pipes 7 and 8 either represent the exhaust pipes themselves of a two-flow exhaust system from an engine not shown or are connected to a corresponding branching point of a single-flow exhaust pipe. One of the inlet and outlet pipes, in the case shown, pipes 7 and 9, expands in the connection area to the catalyst housing 11 to its geometric dimensions. In the connection area, the pipes run coaxially on the inlet and outlet side, while they continue to run parallel in the manner shown. The asymmetrical cone of the pipe 7,9 expanded to the housing in each case

auf der Eintrittsseite nach unten und auf der Austrittsseite nach oben versetzt. Die zentralen Rohre 8 und 10, die jeweils auf einen zentralen Bereich der Frontseite oder
Stirnfläche des Substratkörpers 12 gerichtet sind, sind
entsprechend einmal (8) nach oben und einmal (10) nach unten gebogen, so daß der Strömungsverlauf bei geöffneten
Rohren möglichst umlenkungsfrei ist.downwards on the inlet side and upwards on the outlet side. The central tubes 8 and 10, each of which is directed to a central area of the front or
front surface of the substrate body 12 are
bent once (8) upwards and once (10) downwards, so that the flow pattern with open
Pipes are as free from deflections as possible.

Die Rohre 7 und 8 sowie 9 und 10 durchdringen einander
jeweils im sich verjüngenden Bereich der Rohre 7 und 9,
wobei im Ausführungsbeispiel, in dem Stahlrohre verwendet
sind, jeweils eine Schweißnaht die Durchtrittsstelle in den Rohren 8 und 10 abdichtet.Pipes 7 and 8 and 9 and 10 penetrate each other
in the tapered area of tubes 7 and 9,
In the embodiment in which steel pipes are used
a weld seam seals the passage point in pipes 8 and 10.

Das Rohr 10 auf der Austrittsseite weist gegenüber dem zentralen Rohr 8 auf der Eintrittsseite einen konisch aufgeweiteten Bereich 13 an der Anschlußstelle auf, so daß sich
die Rohre 8 und 9 mit verschieden großen Querschnitten
gegenüberliegen.The pipe 10 on the outlet side has a conically widened area 13 at the connection point compared to the central pipe 8 on the inlet side, so that
the pipes 8 and 9 with different cross-sections
are opposite.

Die Rohre 7 und 10 sind mit je einer Absperreinrichtung 4,5 in Form einer Drosselklappe ausgestattet, die in zwei Stellungen, die das Rohre schließende und freigebende Stellung, bringbar sind.The pipes 7 and 10 are each equipped with a shut-off device 4,5 in the form of a throttle valve, which can be brought into two positions, the position that closes the pipe and the position that releases it.

Gemäß Fig.2, in der ein Ausführungsbeispiel für eine vollständige erfindungsgemäße Katalysatorvorrichtung gezeigt
ist, sind die Gasklappen 4,5 über mit 3 angedeutete
Gestänge mit einem Stellglied 2 gekoppelt. Das Stellglied
2, das z.B. pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch ausgelegt ist, stellt die Gasklappen 4,5 über die Gestänge 3 ein und steuert deren Stellung über die Aktivierung oder unter
Ansteuerung durch ein Steuergerät 6. Das Steuergerät ist
beispielsweise mit einem Mikroprozessor ausgestattet und
entscheidet vorzugsweise anhand von gespeicherten Kenndatenfeldern in Abhängigkeit von ihm zugeführten Eingangssig-According to Fig.2, in which an embodiment of a complete catalyst device according to the invention is shown
the throttle flaps 4,5 are indicated by 3
Linkage coupled with an actuator 2. The actuator
2, which is designed for example pneumatically, hydraulically or electrically, adjusts the gas flaps 4,5 via the rods 3 and controls their position via the activation or under
Control by a control unit 6. The control unit is
for example, equipped with a microprocessor and
decides preferably on the basis of stored characteristic data fields depending on the input signals fed to it.

nalen, welche Klappenstellung zu wählen ist und ob an das Stellglied 2 ein entsprechendes Schaltsignal abzugeben ist. Die Eingangssignale umfassen Signale, die Betriebsgrößen wie Motorlast, -drehzahl und Kühlwassertemperatur repräsentieren. Mit Hilfe der dargestellten Vorrichtung werden die Klappen 4,5 aufgrund der Stellsignale phasengleich geöffnet und geschlossen.nals, which flap position is to be selected and whether a corresponding switching signal is to be sent to the actuator 2. The input signals include signals that represent operating variables such as engine load, speed and cooling water temperature. With the help of the device shown, the flaps 4, 5 are opened and closed in phase based on the control signals.

In Fig.3 ist ein Betriebszustand dargestellt, in dem die Klappen 4,5 geschlossen sind, wobei der Motor bzw. die Verbrennungskraftmaschine im kalten oder schwachlastigen Betrieb läuft. Wie durch die Pfeile angezeigt ist, gelangt das Abgas dabei ausschließlich durch das Abgasrohr 8 in den Katalysator 1 und damit in den zentralen, durch die Konusgröße vom Rohr 8 vorgegebenen Bereich des Substratträgers 12. Am Substrataustritt strömt das Abgas in das Austrittsrohr 10. Da dieses durch die Abgasklappe 5 verschlossen ist, wird die Abgasströmung um 180° umgelenkt und durchströmt den Katalysatorträger auf einer Ringfläche, die durch die Durchmesserdifferenz der zentralen Ein- und Austrittsrohre 8 und 10 vorgegeben ist und der Flache A entspricht, wie unterhalb der Zeichnung in der Schnittdarstellung angedeutet ist. Dieser Umlenkprozeß wiederholt sich auf der Eintrittsseite, da auch das Eintrittsrohr 7 durch die Klappe 4 verschlossen ist. Die zum zweiten Mal umgelenkte Strömung durchsetzt einen äußeren Ringraum, dessen Querschnittsfläche durch die Durchmesserdifferenz der Rohre 7 und 10 im Anschlußbereich vorgegeben ist (die in etwa der erstgenannten Differenz entspricht) und durch die Fläche B angezeigt ist. Das gereinigte Abgas verläßt den Katalysator über das offene Austrittsrohr 9.Fig.3 shows an operating state in which the flaps 4, 5 are closed, with the engine or internal combustion engine running in cold or low-load operation. As indicated by the arrows, the exhaust gas only reaches the catalyst 1 through the exhaust pipe 8 and thus into the central area of the substrate carrier 12, which is determined by the cone size of the pipe 8. At the substrate outlet, the exhaust gas flows into the outlet pipe 10. Since this is closed by the exhaust flap 5, the exhaust gas flow is diverted by 180° and flows through the catalyst carrier on an annular surface which is determined by the difference in diameter of the central inlet and outlet pipes 8 and 10 and corresponds to the area A, as indicated in the sectional view below the drawing. This diversion process is repeated on the inlet side, since the inlet pipe 7 is also closed by the flap 4. The flow diverted for the second time passes through an outer annular space, the cross-sectional area of which is determined by the diameter difference of the pipes 7 and 10 in the connection area (which corresponds approximately to the first-mentioned difference) and is indicated by the area B. The cleaned exhaust gas leaves the catalyst via the open outlet pipe 9.

Im höheren Teillastbereich, dessen Untergrenzen vorab experimentell ermittelt werden und auf die gespeicherten Kennfelder bezogen sind, wird der Katalysator bei geöffneten Klappen 4,5 "konventionell" ohne Umlenkung des AbgasstromsIn the higher partial load range, the lower limits of which are determined experimentally in advance and are related to the stored characteristic maps, the catalyst is operated "conventionally" with the flaps 4.5 open without diverting the exhaust gas flow.

durchströmt, wobei sich das Abgas gemäß Fig.4 auf diejenigen Substratträgerflächen verteilt, die von den Konen der Eintrittsrohre 7 und 8 im Anschlußbereich vorgegeben werden (Querschnittsflächen C und D)., whereby the exhaust gas is distributed according to Fig.4 over those substrate carrier surfaces which are defined by the cones of the inlet pipes 7 and 8 in the connection area (cross-sectional areas C and D).

Die Fig.5 zeigt eine alternative spiegelsymmetrische Anordnung bezüglich Katalysatorein- und -austritt, wobei bei geschlossenen Abgasklappen 4,5 zunächst ein Randbereich und dann der mittlere Bereich des Substratkörpers in der durch die Pfeile angezeigten Richtung durchströmt werden. Auch hierbei ist auf einer Seite das Rohr großen und auf der anderen Seite das Rohr kleineren Querschnitts im Anschlußbereich mit einer in das Rohr integrierten Absperreinrichtung ausgestattet.Fig. 5 shows an alternative mirror-symmetrical arrangement with regard to the catalyst inlet and outlet, whereby with the exhaust flaps 4,5 closed, the flow first passes through an edge area and then through the middle area of the substrate body in the direction indicated by the arrows. Here too, the pipe with a large cross-section on one side and the pipe with a smaller cross-section on the other side are equipped with a shut-off device integrated into the pipe in the connection area.

Die gezeigten Ausführungsbeispiele stellen eine mit besonders geringem technischen Aufwand realisierbare Möglichkeit dar, deren Anschluß an die Verbrennungskraftmaschine besonders einfach ist. Daneben sind jedoch auch zahlreiche Modifikationen möglich, die ebenfalls auf dem erfindungsgemäßen Prinzip beruhen und dessen Wirkungen erbringen.The embodiments shown represent a possibility that can be implemented with particularly little technical effort and whose connection to the internal combustion engine is particularly simple. In addition, however, numerous modifications are also possible, which are also based on the principle according to the invention and produce its effects.

So ist man nicht auf Katalysatoren und Abgasrohre mit kreisförmigen Querschnitten beschränkt. Statt zwei koaxiale Rohre auf jeder Katalysatorseite zu verwenden, ist es möglich, drei oder mehr Rohre einzusetzen, deren Durchmesser nach dem obigen Schema zunehmen. Die durchströmten Ringräume können durch unterschiedliche Durchmesserdifferenzen definiert sein. Es können in sämtlichen Rohren Absperrglieder installiert sein. Diejenigen Rohre, die stets als Ein- und Austrittsrohre für die Abgasströmung dienen, können jedoch ohne Absperrglieder vorgesehen v/erden.This means that one is not restricted to catalytic converters and exhaust pipes with circular cross-sections. Instead of using two coaxial pipes on each side of the catalytic converter, it is possible to use three or more pipes whose diameters increase according to the above scheme. The annular spaces through which the flow takes place can be defined by different diameter differences. Shut-off elements can be installed in all pipes. However, those pipes that always serve as inlet and outlet pipes for the exhaust gas flow can be provided without shut-off elements.

Schließlich sind auch kranzförmige Anordnungen paralleler Rohre möglich, die gemäß dem gezeigten Prinzip für eine zwei- oder auch entsprechend mehrfache Umlenkung mitFinally, ring-shaped arrangements of parallel pipes are also possible, which, according to the principle shown, can be used for a double or multiple deflection with

schließbaren Absperreinrichtungen versehen sind. Die Absperreinrichtungen sind selbstverständlich nicht auf klappenartige Auslegung beschränkt, sondern es sind beliebige andere Ansperrorgane einsetzbar. Dies gilt auch für die Betätigungsgestänge, die durch beliebige andere Einstellglieder ersetzbar sind.lockable shut-off devices. The shut-off devices are of course not limited to flap-like designs, but any other locking devices can be used. This also applies to the actuating rods, which can be replaced by any other adjusting elements.

Entscheidend ist, daß die Anordnung der Rohre die Möglichkeit gibt, wahlweise gleichzeitig oder aufeinanderfolgend unterschiedliche Bereiche des Substratkörpers zu beaufschlagen. Hierzu ist es nötig, daß die Rohraus- bzw. Eintrittsflächen unterschiedlichen Bereichen der Stirnseiten des Substratkörpers gegenüberliegen.It is crucial that the arrangement of the tubes makes it possible to either simultaneously or sequentially apply pressure to different areas of the substrate body. To do this, it is necessary that the tube outlet and inlet surfaces are opposite different areas of the front sides of the substrate body.

Die verfahrensinäßige Ausnutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei mehr als zwei Rohren auf jeder Katalysatorseite ermöglicht auch die differenziertere Verfahrensvariante, bestimmte Bereiche des Katalysators ohne und andere Bereiche mit Umlenkung zu beaufschlagen.The process-related use of the device according to the invention with more than two tubes on each catalyst side also enables the more differentiated process variant, to apply deflection to certain areas of the catalyst without deflection and to apply deflection to other areas.

Statt einer digitalen Steuervorrichtung sind auch analoge Auslegungen möglich, in denen beispielsweise zu Schwellwertsignalen gebildete Differenzsignale direkt zur Ansteuerung eines oder mehrerer Stellglieder verwendet werden.Instead of a digital control device, analogue designs are also possible in which, for example, differential signals formed into threshold signals are used directly to control one or more actuators.

Ganz gleich, für welche Lösung der Fachmann sich entscheidet, kann er die folgenden Vorteile gegenüber konventionellen Anordnungen ohne Strömungsumlenkung erzielen:Regardless of which solution the specialist chooses, he can achieve the following advantages over conventional arrangements without flow diversion:

Im kalten Motorbetrieb und im Niedriglastbereich des Motors ist die effektiv angeströmte Katalysatoroberfläche vergrößert. Durch die mehrfache Strömungsumlenkung ist der Abgasrückdruck erhöht, was sich positiv auf die Verweilzeit der Abgase im Katalysator auswirkt. Ferner entstehen durch die Umlenkung Turbulenzen in der Strömung, wodurch der Gasaustausch (Diffusion) des Abgases mit dem sogenannten Kataly-When the engine is cold and in the low load range of the engine, the effective flow surface of the catalyst is increased. The multiple flow diversions increase the exhaust gas back pressure, which has a positive effect on the residence time of the exhaust gases in the catalyst. Furthermore, the diversion creates turbulence in the flow, which facilitates the gas exchange (diffusion) of the exhaust gases with the so-called catalyst.

sator-Washcoat und dem Edelmetall verbessert wird. Somit kann in diesem Betrieb eine erhöhte Konvertierungsrate erzielt werden.sator washcoat and the precious metal is improved. Thus, an increased conversion rate can be achieved in this operation.

Oberhalb einer bestimmten Motorbelastung werden die Abgase nicht mehr umgelenkt und damit werden die für eine höhere Motorleistung benötigten niedrigen Druckverluste am Katalysator gewährleistet. Weiterhin ist eine günstigere Abgaskonversion zu erwarten, da durch die mehrflutige koaxiale Anströmung der Katalysator-Stirnfläche eine homogenere Verteilung der Strömung gegeben ist.Above a certain engine load, the exhaust gases are no longer diverted, thus ensuring the low pressure losses at the catalyst required for higher engine performance. Furthermore, more favorable exhaust gas conversion can be expected, since the multi-flow coaxial flow onto the catalyst face provides a more homogeneous flow distribution.

Die erfindungsgemäße Katalysatorvorrichtung eignet sich gleichermaßen sowohl für stationäre als auch mobile Verbrennungskraftmaschinen. The catalyst device according to the invention is equally suitable for both stationary and mobile internal combustion engines.

Claims

Hrern -frtvygnspruche

1. Catalyst device for connection to an internal combustion engine ,

characterized,

that at least two exhaust gas inlet pipes (7, 8) and at least two gas outlet pipes (9, 10) that can be connected to the internal combustion engine are connected to the housing (11) surrounding the catalyst substrate (12), the cross-sectional areas of which on the inlet and outlet sides are opposite different areas of the associated substrate end faces, and that at least a certain selection of these pipes (7, 10) is provided on both the inlet and outlet sides with a shut-off device (4, 5) that can be controlled depending on the operating state of the internal combustion engine for the operation-dependent variation of the exhaust gas flow through the catalyst substrate with and without multiple flow deflections.

2. Device according to claim 1,
characterized,

that the shut-off devices (4, 5) are exhaust flaps which can be brought into a position opening and closing the associated pipe by means of a movement mechanism (3).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in

the shut-off devices (4, 5) are coupled to an actuator (2) which is connected to a control device to which signals characterizing the engine operation are fed.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in

that a pipe (7, 9) is provided on the inlet and outlet sides, the cross-sectional area of which in the connection area corresponds approximately to the opposite substrate face and which has a shut-off device on at least one side, and that the other pipes (8, 10) are coaxial with this pipe in the connection area and have smaller cross-sectional areas.

5. Device according to claim 4, characterized in

that each of these remaining pipes (8,10) on the inlet side is opposite a pipe of larger or smaller cross-sectional area on the outlet side.

6. Device according to claim 5,
characterized,

that two pipes (7,8;9,10) are provided on the inlet and outlet sides, of which at least one on each side is provided with a shut-off device (4,5), the pipe with a large cross-sectional area having a shut-off device on one side and the pipe with a smaller cross-sectional area having a shut-off device on the other side.

7. Device according to claim 4, 5 or 6, characterized in

that the pipe with the largest cross-sectional area (7,9) is tapered on the inlet and outlet side outside the connection area and that the second (8,10) or the remaining pipes penetrate it in the tapered area where they no longer expand coaxially.