EP0005862B1 - Abgaskonverter für Brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP0005862B1
EP0005862B1 EP79101766A EP79101766A EP0005862B1 EP 0005862 B1 EP0005862 B1 EP 0005862B1 EP 79101766 A EP79101766 A EP 79101766A EP 79101766 A EP79101766 A EP 79101766A EP 0005862 B1 EP0005862 B1 EP 0005862B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
gas
bolt
receptacle
converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
EP79101766A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0005862A1 (de
Inventor
Eitel Dr. Goedicke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hoechst AG
Original Assignee
Hoechst AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hoechst AG filed Critical Hoechst AG
Publication of EP0005862A1 publication Critical patent/EP0005862A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0005862B1 publication Critical patent/EP0005862B1/de
Expired legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/14—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having thermal insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2839—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
    • F01N3/2846—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration specially adapted for granular supports, e.g. pellets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2310/00—Selection of sound absorbing or insulating material
    • F01N2310/02—Mineral wool, e.g. glass wool, rock wool, asbestos or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2530/00—Selection of materials for tubes, chambers or housings
    • F01N2530/02—Corrosion resistive metals
    • F01N2530/04—Steel alloys, e.g. stainless steel

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas converter for internal combustion engines, which consists of a housing, between whose spaced outer jacket and inner jacket there is a thermal barrier coating, with gas inlet and outlet ports, at least one gas-impermeable end face located in the interior of the housing and gas-permeable top and bottom Container, which can be filled with granular catalyst to form a catalyst bed, and consists of at least one vertically arranged bolt extending through the housing, the upper and lower ends of which penetrate and are rigidly connected to the inner jacket and continue to penetrate the container, whereby the bolt is pushed on at least one sleeve through which the distance between the top and the bottom of the container is fixed.
  • a catalytic converter which consists of a pair of flat, plate-like housing shells which are connected to one another via flanges.
  • a container for accommodating granular catalyst is arranged at an angle, the upper side and lower side of which consist of a sheet metal plate.
  • the housing and other converter parts are made of approximately 1 mm thick stainless steel.
  • the device for the catalytic afterburning of the exhaust gas from internal combustion engines according to FR-A-1 268 668 consists of a silencer housing with a gas inlet pipe and a gas outlet pipe in which a container which can be filled with granular catalyst is floatingly supported.
  • the container is on the one hand rigidly connected to an end wall of the muffler housing and on the other hand slidably mounted in a partition of the muffler housing.
  • the container has a gas-permeable top and bottom, while the end faces of the container are gas-impermeable.
  • a jacket is arranged concentrically around the muffler housing with spacing rings spaced therebetween, the space between the muffler housing and the jacket being filled with rock wool as sound absorption material.
  • the catalytic converter for automobiles according to FR-A-2 252 486 consists of an upper and lower housing part, which are connected to one another by flanges and have opposite connections for gas inlet and gas outlet.
  • a catalyst tank with a perforated upper and tig is clamped between the flanges of the housing parts.
  • a safety pin arrangement is provided, the safety pin penetrating the catalyst container on both sides and being connected to the upper and lower housing part.
  • a heat shield is arranged at a distance above the upper housing part.
  • a catalytic converter which consists of a double-walled housing with an insulating layer in between, the outer end wall having protuberances on both ends to accommodate temperature-related changes in length.
  • a perforated top and bottom catalyst tank which is arranged between a gas inlet pipe and between a gas outlet pipe.
  • the catalytic exhaust gas purifier according to US-A-2 909415 consists of a metal cylinder closed with end plates, in the center of which is arranged a catalyst chamber delimited by perforated plates and divided by vertically arranged partition plates. If the perforated sheets are made of relatively thin stainless steel, which sag under temperature and weight loads, longitudinal and transverse stiffening ribs must be provided on the outer sides of the perforated sheets.
  • a thermal reactor suitable as a muffler which is formed from an outer housing and an inner housing, insulating material being filled between the outer housing and the inner housing. At one end, the outer housing and the inner housing are each closed with an end plate. The end plate of the inner housing is supported by a holding plate which cooperates with a tubular rod which penetrates the end plate of the outer housing and is rigidly connected to the end plate of the inner housing. Therefore, the outer housing is kept free of thermal expansion stresses, even if the tubular rod is pressed outwards when the inner housing is thermally expanded.
  • the device for heat insulation of exhaust pipes according to FR-A-2 292 862 consists of a casing arranged at a distance from the exhaust pipe, the space between the casing and the exhaust pipe being filled with insulating material.
  • the rear end of the exhaust pipe is surrounded by a first stiffening pipe and welded to it.
  • the rear part of the first stiffening tube is surrounded by and with a second stiffening tube welded.
  • a spacer, which slides on the second stiffening pipe, is attached to the outlet opening of the casing, concentrically with the second stiffening pipe.
  • the catalytic converter according to US-A-3 879 944 consists of a cylindrical housing in which two catalyst beds with an annular cross section are arranged one above the other.
  • the lower end of the housing is penetrated in the middle by a tube and connected to it.
  • the opposite end of this pipe is screwed into a spoke, which in turn is connected to the car exhaust pipe.
  • the top and bottom of the catalyst beds are perforated. Each catalyst bed sits on a ring with openings.
  • the catalytic exhaust gas converter according to US Pat. No. 3,186,806 consists of a housing which is cuboid in cross section, the front and rear end walls of which are penetrated by a gas inlet tube and a gas outlet tube.
  • Several vertical plates are arranged in the housing, which are alternately tightly connected only to the top or to the bottom of the housing.
  • screening plates are arranged horizontally and at a distance from one another. The space formed between the screen plates is filled with granular catalyst to form catalyst beds.
  • the exhaust gas entering the housing via the gas inlet pipe flows through all the catalyst beds in succession before it leaves the housing through the gas outlet pipe.
  • a catalytic exhaust gas converter for internal combustion engines is known from DE-B 2 239 873, which consists of an externally heat-insulated housing which is constructed from an upper and a lower housing half-shell.
  • an upper and lower container shell which are provided with exhaust gas passage openings.
  • the distance between the two container shells is defined by vertical supports, the end pieces of which also penetrate the upper and lower housing shells and are rigidly connected to them.
  • the container formed by the two container shells is filled with particulate catalyst to form a catalyst bed.
  • the housing is penetrated by a gas inlet connector and a gas outlet connector, the gas inlet connector each being connected in terms of flow to a space formed between the container and a housing half-shell.
  • the container and housing half-shells assembled with the help of the supports are sealed to the outside and inside by a single continuous circumferential weld seam.
  • a disadvantage of the exhaust gas converter according to DE-B-2 239 873 is that, in the absence of space in the engine compartment, it is only in the engine remote. Area can be installed (underfloor arrangement) and therefore the exhaust gases only hit the catalyst bed at low or medium temperatures, whereby the catalyst bed is heated up with a time delay to the light-off temperature of the catalyst. Another disadvantage is the limited thermal expansion compensation between the converter parts subjected to high temperatures and the housing which absorbs the forces.
  • the deficiencies of the exhaust gas converter according to DE-B-2 239 873 (large-area design, limited thermal expansion compensation, unfavorable gas flow to the catalyst bed) cause an inadmissibly high catalyst abrasion.
  • the converter according to the invention allows full thermal expansion compensation of the hot components (inner jacket, container, bolt) compared to the cold outer jacket.
  • the thermal expansion compensation of the hot components compared to the cold outer jacket is effected by the parts sliding on the outer jacket (inner jacket, bolts), while the thermal expansion compensation between the containers and the inner jacket is possible at any point.
  • the gas flow is preferably supplied from the side, the gas flow then being deflected towards the catalyst bed through channels formed between the inner jacket or the gas baffle and the top of the associated container.
  • the gas discharge takes place essentially laterally through similar channels.
  • the catalyst is avoided by the design of the gas-permeable surfaces of the containers.
  • the compact arrangement in the converter according to the invention achieves a higher temperature level in the catalyst beds and limited heat radiation in the engine compartment.
  • thermal expansion compensation takes place for the parts subjected to high temperatures. Furthermore, a considerable thermal stress on the housing, which has to absorb the forces, is avoided.
  • the converter according to the invention can be arranged either directly after the exhaust manifold of the internal combustion engine or instead of the exhaust manifold directly on its block.
  • the outer jacket which has to absorb the forces (tension, bending, pressure, vibration), can be manufactured inexpensively from conventional steels or cast iron. This is possible because this component remains cold due to the internal thermal insulation layer, which can consist of Al 2 0 a or Zro 2 threads.
  • the inner jacket as well as the containers and gas baffles are to be made from heat-resistant steels or alloys, e.g. INCONEL, but can be kept thin-walled because the outer jacket takes on the supporting function.
  • expansion compensation of the components exposed to the high temperature is possible such that the hot inner jacket can move freely against the cold outer jacket over the space filled with a thermal insulation layer between the two jackets (sliding fit), while the containers containing the catalyst move as Parcel gliding supported on at least one bolt on the outer jacket - move freely or stretch and contract inside the housing below the breaking point.
  • the housing 1 of the converter which has a gas inlet connector 2 and a gas outlet connector 3, consists of an outer jacket 4 and an inner jacket 5, which are arranged at a distance from one another and only slide in the end region of the gas inlet connector 2 and the gas outlet connector 3.
  • a heat insulation layer 6 is arranged between the outer jacket 4 and the inner jacket 5.
  • At least two containers 7 are arranged at a distance above one another within the housing 1, the upper and lower sides of which are gas-permeable.
  • the containers 7 are filled with granular catalyst to form a catalyst bed 8.
  • the upper and lower walls of each container 7 consist of high-temperature-resistant perforated sheet 9 with large hole diameters or slot dimensions, on the sides of which facing the catalyst grains there is a close-meshed wire mesh 10.
  • At least one vertically arranged bolt 11 extends through the housing 1, the upper and lower ends of the inner casing 5 penetrates and is rigidly connected to it.
  • a plurality of sleeves 12, which are provided on both sides with a collar or washers, are pushed onto the bolt 11, by means of which the distance between the top and bottom of each container 7 and, on the other hand, the distance between the individual containers 7 and the container 7 from the inner jacket 5 are determined becomes.
  • a stepped gas baffle 13 is arranged, the horizontal part of which is penetrated by the bolt 11 and is mounted between the collars of two sleeves, while its vertical parts are aligned with the outer wall of each container 7 and are tightly connected to them.
  • the containers 7 can be filled with granular catalyst from the outside via filler neck 14.
  • the gas-permeable surfaces of the containers 7 are supported by a plurality of spacers 15 running perpendicular to them (FIG. 2).

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgaskonverter für Brennkraftmaschinen, welcher aus einem Gehäuse, zwischen dessen mit Abstand voneinander angeordneten Außenmantel und Innenmantel sich eine Wärmedämmschicht befindet, mit Gaseintrittsstutzen und Gasaustrittsstutzen, aus mindestens einem im Innern des Gehäuses befindlichen, gasundruchlässige Stirnseiten und gasdurchlässige Oberseite und Unterseite aufweisenden Behälter, welcher mit körnigem Katalysator unter Ausbildung eines Katalysatorbettes befüllbar ist, und aus mindestens einem sich durch das Gehäuse erstreckenden, vertikal angeordneten Bolzen besteht, dessen oberes und unteres Ende den Innenmantel durchdringt und mit ihm starr verbunden ist sowie weiterhin den Behälter durchdringt, wobei auf den Bolzen mindestens eine Hülse aufgeschoben ist, durch welche der Abstand zwischen der Oberseite und der Unterseite des Behälters festgelegt ist.
  • Aus der US-A-3 146 073 ist ein katalytischer Konverter bekannt, welcher aus einem Paar flacher, tellerartiger Gehäuseschalen besteht, welche über Flansche miteinander verbunden sind. Innerhalb des mit: einem Gaseintrittsstutzen und mit einem Gasaustrittsstutzen versehenen Gehäuses ist ein Behälter zur Aufnahme von körnigem Katalysator schräg angeordnet, dessen Oberseite und dessen Unterseite aus Lockblech bestehen. Zur Gewichts- und Kosteneinsparung sind das Gehäuse und andere Konverterteile aus etwa 1 mm dickem rostfreiem Stahl gebaut.
  • Die Einrichtung zur katalytischen Nachverbrennung des Abgases von Verbrennungsmotoren nach der FR-A-1 268 668 besteht aus einem Schalldämpfergehäuse mit Gaseintrittsrohr und Gasaustrittsrohr, in welchem ein mit körnigem Katalysator befüllbarer Behälter schwimmend gelagert ist. Dabei ist der Behälter einerseits starr mit einer Abschlußwand des Schalldämpfergehäuses verbunden und andererseits in einer Trennwand des Schalldämpfergehäuses verschiebbar gelagert. Der Behälter weist eine gasdurchlässige Ober- und Unterseite auf, während die Stirnseiten des Behälters gasundurchlässig sind. Konzentrisch um das Schalldämpfergehäuse ist unter Zwischenlage von Distanzringen mit Abstand ein Mantel angeordnet, wobei der Zwischenraum zwischen dem Schalldämpfergehäuse und dem Mantel mit Steinwolle als Schallschluckstoff ausgefüllt ist.
  • Der katalytische Umsetzer für Automobile nach der FR-A-2 252 486 besteht aus einem oberen und unteren Gehäuseteil, welche durch Flansche miteinander verbunden sind und gegenüberliegende Stutzen für Gaseinlaß und Gasausfluß aufweisen. Im Gehäuse ist ein Katalysatorbehälter mit perforierter Ober- und tig zwischen den Flanschen der Gehäuseteile eingeklemmt ist. Weiterhin ist eine Sicherheitszapfenanordnung vorgesehen, wobei der Sicherheitszapfen den Katalysatorbehälter beidseitig durchdringt und mit dem oberen und unteren Gehäuseteil verbunden ist. Mit Abstand oberhalb des oberen Gehäuseteiles ist ein Hitzeschild angeordnet.
  • Aus der US-A-3 090 677 ist ein katalytischer Konverter bekannt, welcher aus einem doppelwandigen Gehäuse mit dazwischen liegender Isolierschicht besteht, wobei die Außendwand an beiden Enden Ausstülpungen zur Aufnahme von temperaturbedingten Längenänderungen aufweist. Im Innern des Gehäuses befindet sich ein mit perforierter Ober- und Unterseite versehener Katalysatorbehälter, welcher zwischen einem Gaseinlaßrohr und zwischen einem Gasauslaßrohr angeordnet ist.
  • Der katalytische Abgasreiniger nach der US-A-2 909415 besteht aus einem mit Endplatten verschlossenen Metallzylinder, in welchem mittig eine durch Lochbleche begrenzte Katalysatorkammer angeordnet ist, die durch vertikal angeordnete Trennplatten unterteilt ist. Wenn die Lochbleche aus relativ dünnem rostfreiem Stahl bestehen, welche unter Temperatur- und Gewichtsbelastung durchhängen, sind auf den Außenseiten der Lochbleche längs- und querverlaufende Versteifungsrippen vorzusehen.
  • Aus der FR-A-2 292 860 ist ein als Auspufftopf geeigneter thermischer Reaktor bekannt, welcher aus einem Außengehäuse und einem Innengehäuse gebildet ist, wobei zwischen dem Außengehäuse und dem Innengehäuse Isoliermaterial eingefüllt ist. An ihrem einen Ende sind das Außengehäuse und das Innengehäuse mit je einer Endplatte verschlossen. Die Endplatte des Innengehäuses wird dabei von einer Halteplatte getragen, welche mit einer die Endplatte des Außengehäuses durchdringenden und mit der Endplatte des Innengehäuses starr verbundenen rohrförmigen Stange zusammenwirkt. Daher ist das Außengehäuse von thermischen Expansionsspannungen freigehalten, auch wenn die rohrförmige Stange bei thermischer Ausdehnung des Innengehäuses nach außen gedrückt wird.
  • Die Vorrichtung zur Wärmeisolierung von Auspuffrohren nach der FR-A-2 292 862 besteht aus einer mit Abstand vom Auspuffrohr angeordneten Verkleidung, wobei der Raum zwischen Verkleidung und Auspuffrohr mit Isoliermaterial gefüllt ist. Das hintere Ende des Auspuffrohres ist von einem ersten Versteifungsrohr umgeben und mit ihm verschweißt. Der hintere Teil des ersten Versteifungsrohres ist von einem zweiten Versteifungsrohr umgeben und mit ihm verschweißt. Konzentrisch zum zweiten Versteifungsrohr ist an der Ausgangsöffnung der Verkleidung ein Abstandshalter befestigt, welcher auf dem zweiten Versteifungsrohr gleitet.
  • Der katalytische Konverter nach der US-A-3 879 944 besteht aus einem zylindrischen Gehäuse, in welchem übereinander zwei im Querschnitt ringförmige Katalysatorbetten angeordnet sind. Dabei ist das untere Ende des Gehäuses mittig von einem Rohr durchdrungen und mit ihm verbunden. Das entgegengesetzte Ende dieses Rohres ist in eine Speiche eingeschraubt, welche ihrerseits mit dem Autoabgasrohr verbunden ist. Die Oberseiten und Unterseiten der Katalysatorbetten sind perforiert. Jedes Katalysatorbett sitzt auf einem mit Öffnungen versehenen Ring auf.
  • Der katalytische Abgaskonverter nach der US-A-3 186 806 besteht aus einem im Querschnitt quaderförmigen Gehäuse, dessen vordere und hintere Endwand von je einem Gaseintrittsrohr und einem Gasaustrittsrohr durchdrungen sind. Im Gehäuse sind mehrere senkrechte Platten angeordnet, welche abwechselnd nur mit der Oberseite bzw. nur mit der Unterseite des Gehäuses dichtschließend verbunden sind. Zwischen der vorderen bzw. hinteren Endwand des Gehäuses und einer senkrechten Platte oder zwischen zwei benachbarten senkrechten Platten sind horizontal und mit Abstand voneinander Siebbleche dichtschließend angeordnet. Der zwischen den Siebblechen gebildete Raum ist mit körnigem Katalysator unter Ausbildung von Katalysatorenbetten gefüllt. Das über das Gaseintrittsrohr in das Gehäuse eintretende Abgas durchströmt nacheinander alle Katalysatorbetten, bevor es das Gehäuse durch das Gasaustrittsrohr verläßt.
  • Schließlich ist auf der DE-B 2 239 873 ein katalytischer Abgaskonverter für Brennkraftmaschinen bekannt, welcher aus einem nach außen wärmeisolierten Gehäuse besteht, das aus einer oberen und einer unteren Gehäusehalbschale aufgebaut ist. Innerhalb des von den beiden Gehäusehalbschalen gebildeten Raumes befinden sich eine obere und untere Behälterschale, welche mit Abgasdurchtrittsöffnungen versehen sind. Der Abstand zwischen den beiden Behälterschalen ist durch vertikale Stützen festgelegt, deren Endstücke auch die obere und die untere Gehäuseschale durchdringen und mit ihnen starr verbunden sind. Der von den beiden Behälterschalen gebildete Behälter ist mit teilchenförmigem Katalysator unter Ausbildung eines Katalysatorbettes gefüllt. Das Gehäuse ist von einem Gaseintritts, stutzen und einem Gasaustrittsstutzen durchdrungen, wobei der Gaseintrittsstutzen strömungsmäßig je mit einem zwischen dem' Behälter und einer Gehäusehalbschale gebildeten Raum verbunden sind. Die mit Hilfe der Stützen zusammengesetzten Behälter- und Gehäusehalbschalen sind durch eine einzige durchgehende Umfangsschweißnaht nach außen und innen abgedichtet.
  • Nachteilig ist bei dem Abgaskonverter nach der DE-B-2 239 873, daß er bei fehlendem Platzangebot im Motorraum nur im motorfernen. Bereich eingebaut werden kann (Unterfluranordnung) und daher die Abgase nur mit niederen oder mittleren Temperaturen auf das Katalysatorbett auftreffen, wodurch das Katalysatorbett zeitlich verzögert auf die Anspringtemperatur des Katalysators aufgeheizt wird. Von Nachteil ist ferner der begrenzte Wärmedehnungsausgleich zwischen den mit hohen Temperaturen beaufschlagten Konverterteilen und dem die Kräfte aufnehmenden Gehäuse. Die Mängel des Abgaskonverters nach der DE-B-2 239 873 (großflächige Bauform, begrenzter Wärmedehnungsausgleich, ungünstige Gasanströmung des Katalysatorbettes) verursachen einen unzulässig hohen Katalysatorabrieb.
  • Es est daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgaskonverter für Brennkraftmaschinen zu schaffen, bei welchem Relativbewegungen der Katalysatorkörner gegeneinander durch gleichen statischen und dynamischen Gasdruck in der Katalysatorschüttung vermieden werden und welcher wegen des für verschiedene Katalysatorarten vorteilhaften Einbaus in Motornähe durch kompakte Bauweise unter ausreichender Bemessung von Katalysatorvolumen und Katalysatoranströmfläche schmale, hohe oder unsymmetrische Raumangebote im Motorraum auszunutzen erlaubt.
  • -- Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Außenmantel und der Innenmantel gegeneinander gleitend gelagert sind; daß mindestens zwei parallel geschaltete Behälter mit Abstand übereinander angeordnet sind; daß jeder Behälter mittels des ihn durchdringenden mindestens einen Bolzens auf dem Außenmantel gleitend gelagert ist; daß die gasdurchlässige Oberseite und Unterseite jedes Behälters aus Lochblech besteht, an dessen dem körnigen Katalysator zugewandter Seite engmaschiges Drahtgewebe anliegt; daß sich zwischen zwei benachbarten Behältern ein treppenartig gestaltetes Gasleitblech befindet, welches aus einem horizontalen und zwei vertikalen Teilen besteht, wobei die vertikalen Teile mit der Stirnseite je eines Behälters fluchten und mit ihnen dichtschließend verbunden sind; daß jedes Gasleitblech vom Bolzen durchdrungen und die Lage jedes Gasleitbleches zwischen den Behältern durch auf den Bolzen aufgeschobene Hülsen festgelegt ist.
  • Der Abgaskonverter gemaß der Erfindung kann wahlweise auch noch dadurch ausgestaltet sein, daß
    • a) der Außenmantel aus ferritischem Stahl oder Gußeisen besteht,
    • b) der Innenmantel aus dünnwandigen warmfesten Stählen oder Legierungen geringer Wärmekapazität besteht,
    • c) das Drahtgewebe eine Drahtstärke von 0,5 bis 1,5 mm und eine Maschenweite von 0,5 bis 2 mm aufweist.
  • Beim erfindungsgemäßen Konverter werden Verwerfungen des Konverters durch seine kleinflächige kompakte Bauform sowie wegen des vorhandenen Wärmedehnungsausgleiches vermieden.
  • Der Konverter gemäß der Erfindung erlaubt den vollständigen Wärmedehnungsausgleich der heißgehenden Bauteile (Innenmantel, Behälter, Bolzen) gegenüber dem kalten Außenmantel. Dabei wird der Wärmedehnungsausgleich der heißen Bauteile gegenüber dem kalten Außenmantel durch die auf dem Außenmantel gleitenden Teile (Innenmantel, Bolzen) bewirkt, während der Wärmedehnungsausgleich zwischen den Behältern und dem Innenmantel an jeder Stelle möglich ist.
  • Beim erfindungsgemäßen Konverter erfolgt die Zuführung des Gasstromes bevorzugt von der Seite, wobei der Gasstrom anschließend durch zwischen dem Innenmantel bzw. dem Gasleitblech und der Oberseite des zugehörigen Behälters gebildete Kanäle in Richtung auf das Katalysatorbett umgelenkt wird. Die Gasabführung erfolgt durch ähnliche Kanäle im wesentlichen seitlich. Durch diese Art der Gasführung wird das Katalysatorbett gleichmäßig durchströmt und dadurch Abrieb des Katalysators vermieden.
  • Weiterhin wird Abrieb des Katalysators durch die Ausgestaltung der gasdurchlässigen Flächen der Behälter vermieden. An den scharfen Kanten des Lochbleches, dessen Stärke 0,7 bis 2 mm betragen kann, gibt es keinen Abrieb von Katalysator, da das feinmaschige Drahtgewebe, welches eine Drahtstärke von 0,5 bis 1,5 mm sowie eine Maschenweite von 0,5 bis 2 mm aufweisen kann und dessen Öffnungsweiten 10 bis 9096 der Öffnungsweiten des Lochbleches betragen können, zwischen Lochblech und Katalysatorkörnern angeordnet ist.
  • Beim Konverter nach der Erfindung können mehrere, in der Regel 2 bis 4 Katalysatorbetten im Parallelstrom von oben nach unten durchströmt werden, wodurch infolge der Bereitstellung großer Gasanströmflächen die Gasströmung einen geringen Druckverlust erfährt.
  • Durch die kompakte Anordnung im erfindungsgemäßen Konverter wird ein höheres Temperaturniveau in den Katalysatorbetten und eine begrenzte Wärmeabstrahlung im Motorraum erzielt.
  • Beim Konverter gemäß der Erfindung erfolgt ein Wärmedehnungsausgleich der mit hohen Temperaturen beanspruchten Teile. Weiterhin wird eine erhebliche Wärmebeanspruchung des Gehäuses, welches die Kräfte aufzunehmen hat, vermieden.
  • Der erfindungsgemäße Konverter kann entweder im Anschluß an das Abgassammelrohr der Brennkraftmaschine oder anstelle des Abgassammelrohres direkt an ihrem Block angeordnet sein.
  • Beim Konverter gemäß der Erfindung ist der Außenmantel, welcher die Kräfte (Zug, Biegung, Druck, Schwingung) aufzunehmen hat, preisgünstig aus üblichen Stählen oder Gußeisen zu fertigen. Dies ist möglich, da dieses Bauteil durch die innenliegende Wärmedämmschicht, welche aus AI20a- oder Zro2-Fäden bestehen kann, kalt bleibt. Der Innenmantel sowie die Behälter und Gasleitbleche sind aus warmfesten Stählen bzw. Legierungen, beispielsweise INCONEL, zu fertigen, können aber, da der Außenmantel die Tragfunktion übernimmt, dünnwandig gehalten werden.
  • Beim erfindungsgemäßen Konverter ist ein Dehnungsausgleich der der hohen Temperatur ausgesetzten Bauteile derartig möglich, daß sich der heiße Innenmantel gegen den kalten Außenmantel über den mit einer Wärmedämmschicht gefüllten Raum zwischen beiden Mänteln frei bewegen kann (Gleitsitz), während sich die den Katalysator enthaltenden Behälter - als Paket gleitend abgestützt über mindestens einen Bolzen auf dem Außenmantel - frei bewegen bzw. im Innern des Gehäuses unterhalb der Bruchgrenze dehnen und zusammenziehen können.
  • In der beigefügten Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung schematisch und teilweise im Schnitt dargestellt. Dabei zeigen:
    • Figur 1 eine Seitenansicht auf eine Ausführungsform des Konverters mit einem Detail eines Gleitsitzes,
    • Figur 2 einen Schnitt nach der Linie 11-11 in Figur 1,
    • Figur 3 eine Seitenansicht auf eine andere Ausführungsform des Konverters mit den Details zweier Gleitsitze.
  • Das Gehäuse 1 des Konverters, welches einen Gaseintrittsstutzen 2 und einen Gasaustrittsstutzen 3 aufweist, besteht aus einem Außenmantel 4 und aus einem Innenmantel 5, welche mit Abstand voneinander angeordnet sind und sich lediglich im Endbereich des Gaseintrittsstutzens 2 und des Gasaustrittsstutzens 3 gleitend berühren. Zwischen dem Außenmantel 4 und dem Innenmantel 5 ist eine Wärmedämmschicht 6 angeordnet. Innerhalb des Gehäuses 1 sind mindestens zwei Behälter 7 mit Abstand übereinander angeordnet, deren Ober- und Unterseite gasdurchlässig gestaltet sind. Die Behälter 7 sind mit körnigem Katalysator unter Ausbildung eines Katalysatorbettes 8 gefüllt. Dabei bestehen die obere und die untere Wand jedes Behälters 7 aus hochtemperaturbeständigem Lochblech 9 mit großen Lochdurchmessern oder Schlitzabmessungen, an dessen den Katalysatorkörnern zugewandten Seiten engmaschiges Drahtgewebe 10 anliegt. Durch das Gehäuse 1 erstreckt sich mindestens ein vertikal angeordneter Bolzen 11, dessen oberes und unteres Ende den Innenmantel 5 durchdringt und mit ihm starr verbunden ist. Auf den Bolzen 11 sind mehrere, beidseitig mit Kragen oder Scheiben versehene Hülsen 12 aufgeschoben, durch welche einerseits der Abstand zwischen der Ober- und Unterseite jedes Behälters 7 sowie andererseits der Abstand zwischen den einzelnen Behältern 7 bzw. der Behälter 7 von dem Innenmantel 5 festgelegt wird. Zwischen zwei benachbarten Behältern 7 ist jeweils ein treppenartig gestaltetes Gasleitblech 13 angeordnet, dessen horizontaler Teil von dem Bolzen 11 durchdrungen und zwischen den Kragen zweier Hülsen gelagert ist, während seine vertikalen Teile mit der Außenwand je eines Behälters 7 fluchten und mit ihnen dichtschließend verbunden sind.
  • Die Behälter 7 sind von außen her über Füllstutzen 14 mit körnigem Katalysator befüllbar. Die gasdurchlässigen Flächen der Behälter 7 sind durch mehrere, senkrecht zu ihnen verlaufende Abstandshalter 15 abgestützt (Fig. 2).

Claims (4)

1. Abgaskonverter für Brennkraftmaschinen, bestehend aus einem Gehäuse, zwischen dessen mit Abstand voneinander angeordneten Außenmantel (4) und Innenmantel (5) sich eine Wärmedämmschicht (6) befindet, mit Gaseintrittsstutzen (2) und Gasaustrittsstutzen (3), aus mindestens einem im Innern des Gehäuses befindlichen, gasundurchlässige Stirnseiten und gasdurchlässige Oberseite und Unterseite aufweisenden Behälter (7), welcher mit körnigem Katalysator unter Ausbildung eines Katalysatorbettes (8) befüllbar ist, aus mindestens einem sich durch das Gehäuse (1) erstreckenden, vertikal angeordneten Bolzen (11), dessen oberes und unteres Ende den Innenmantel (5) durchdringt und mit ihm starr verbunden ist sowie weiterhin den Behälter (7) durchdringt, wobei auf den Bolzen mindestens eine Hülse (12) aufgeschoben ist, durch welche der Abstand zwischen der Oberseite und der Unterseite des Behälters (7) festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (4) und der Innenmantel (5) gegeneinander gleitend gelagert sind; daß mindestens zwei parallel geschaltete Behälter (7) mit Abstand übereinander angeordnet sind; daß jeder Behälter (7) mittels des ihn durchdringenden mindestens einen Bolzens (11) auf dem Außenmantel (4) gleitend gelagert ist; daß die gasdurchlässige Oberseite und Unterseite jedes Behälters (7) aus Lochblech (9) besteht, an dessen dem körnigen Katalysator zugewandter Seite engmaschiges Drahtgewebe (10) anliegt; daß sich zwischen zwei benachbarten Behältern (7) ein treppenartig gestaltetes Gasleitblech (13) befindet, welches aus einem horizontalen und zwei vertikalen Teilen besteht, wobei die vertikalen Teile mit der Stirnseite je eines Behälters (7) fluchten und mit ihnen dichtschließend verbunden sind; daß jedes Gasleitblech (13) vom Bolzen (11) durchdrungen und die Lage jedes Gasleitbleches (13) zwischen den Behältern (7) durch auf den Bolzen (11) aufgeschobene Hülsen (12) festgelegt ist.
2. Abgaskonverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (4) aus ferritischem Stahl oder Gußeisen besteht.
3. Abgaskonverter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmantel (5) aus dünnwandigen warmfesten Stählen oder Legierungen geringer Wärmekapazität besteht.
4. Abgaskonverter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgewebe (10) eine Drahtstärke von 0,5 bis 1,5 mm und eine Maschenweite von 0,5 bis 2 mm aufweist.
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