EP0672822A1 - Abgaskatalysator, insbesondere für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abgaskatalysator, insbesondere für Brennkraftmaschinen Download PDF

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EP0672822A1
EP0672822A1 EP95101317A EP95101317A EP0672822A1 EP 0672822 A1 EP0672822 A1 EP 0672822A1 EP 95101317 A EP95101317 A EP 95101317A EP 95101317 A EP95101317 A EP 95101317A EP 0672822 A1 EP0672822 A1 EP 0672822A1
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gas catalytic
connection
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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
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    • 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
    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2807—Metal other than sintered metal
    • F01N3/281—Metallic honeycomb monoliths made of stacked or rolled sheets, foils or plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/30—Honeycomb supports characterised by their structural details
    • F01N2330/32—Honeycomb supports characterised by their structural details characterised by the shape, form or number of corrugations of plates, sheets or foils
    • F01N2330/321—Honeycomb supports characterised by their structural details characterised by the shape, form or number of corrugations of plates, sheets or foils with two or more different kinds of corrugations in the same substrate

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas catalytic converter designed according to the preamble features of patent claim 1.
  • An exhaust gas catalytic converter of this type is known, for example, from DE-U 86 12 872.8.
  • an essentially S-shaped arrangement of the stacking layers is proposed in order to achieve sufficient thermal expansion distances, the stacking layers being firmly connected to the jacket sleeve by material locking, for example by soldering, via the ends of the respective sheets.
  • a non-generic exhaust gas catalytic converter in which sheets arranged transversely to the jacket sleeve are arranged essentially radially clamped as catalyst carrier bodies, so that the sheets bulge transversely to the radial extent when exposed to heat.
  • channels with large cross sections are required, so that this catalytic converter builds significantly larger compared to the generic type mentioned above.
  • the invention has for its object to improve a generic exhaust gas catalytic converter with regard to the thermal expansion options of the stack layers so that with relatively free design of the stack layers by simple construction inexpensive devices are achieved that are easy to handle with regard to the assembly and fastening of the stack layers or the carrier body in the jacket sleeve and are manageable.
  • the carrier body designed in accordance with the invention can be brought to a diameter which is advantageous for mounting in the casing sleeve by means of a radial pressure which is effective on the outer circumference, the end sections of the stacking plates which then resiliently bear against the inner circumference of the casing sleeve advantageously securely with the casing sleeve, in particular by soldering, are firmly connectable.
  • connection-side end sections of the sheets are designed as elastically flexible elements.
  • separate elements achieved a particularly cost-effective production with the preferred embodiment.
  • Cost-effective production is also achieved in an exhaust gas catalytic converter with stack layers made up of smooth and corrugated metal sheets in that the stack layers are each firmly connected to the casing sleeve via a corrugation of the corrugated metal sheets, the smooth sheets in each case in the area of this connection-side corrugation while leaving one free travel of this curl are designed.
  • the smooth sheets in their end sections be designed to match the corrugations of the corrugated sheets on the connection side.
  • the corrugations on the connection side which are otherwise smooth, are fixedly arranged together with the corrugations on the casing sleeve.
  • the smooth sheets in their end sections are designed as at least half-closed rings which are arranged to engage in the corrugations.
  • the elastic stiffness can also be influenced by the choice of the ring radius and, if necessary, a material connection between the ring and corrugation.
  • end sections in the form of folds, which are alternately angled alternately, or end sections designed as essentially closed rings on the sheets forming the stack layers are suitable.
  • a respective exhaust gas catalytic converter 1 for an internal combustion engine (not shown) according to FIGS. 1 and 2 comprises, in a jacket sleeve 2, a catalyst carrier body 3 composed of stacking layers 4 of smooth sheets 5 and corrugated sheets 6.
  • the stacking layers 4 are arranged at least in sections transversely to the jacket sleeve 2 and with the casing sleeve 2 in each case at least one of the sheets 5, 6 at 7 firmly connected, for example by soldering.
  • connection-side end sections 14 of the sheets 5 and 6 are arranged in the connection-side end sections 14 of the sheets 5 and 6.
  • a design which is advantageous for cost-effective production due to simple construction provides that the connection-side end sections 14 of FIG Form sheets 5, 6 themselves as elastically flexible elements 8, 9, 10, 11, 12, 13.
  • the respective stacking layer 4 of the sub-figures 1 a, 1 b and 1 c each have a corrugation 6 'of the corrugated sheet 6 with the casing sleeve 2 at 7 in a material-locking manner or in a fixed connection, the smooth sheets 5 each in the Area of the corrugation 6 'are designed so that a free travel is achieved for this.
  • the plate 5 of the corrugation 6 'of the resilient element 8 is adapted in sections accordingly.
  • the sheet 5 correspondingly adapted to the corrugation 6 ' is fixedly arranged together with the corrugation 6' on the casing sleeve 2 to increase the elastic rigidity of the flexible element 9.
  • the sheet metal 5 is designed in its end section 14 as an open ring 15, which is arranged so as to engage the resilient element 10 or the corrugation 6 'in an elastic manner.
  • the sheets 5, 6 in the end sections 14 are formed alternately angled several times in order to form the flexible element 11, preferably as a relatively narrow fold 16.
  • the flexible element 12 of the stack layer 4 according to FIG. 2 b is one the open eyelet 17 formed in the sheets 5 and 6.
  • the stack layer 4, as a flexible element 13 has an essentially closed ring 18 formed from one or both of the sheets 5, 6.
  • an exhaust gas catalytic converter 1 can have a catalytic converter support body 3 made of stack layers 4 with flexible elements, preferably designed differently in the connection-side end sections 14 the versions shown in Figures 1 a to 2 c.

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Abstract

Für einen Abgaskatalysator (1) für Brennkraftmaschinen mit einem in einer Mantelhülse (2) angeordneten Katalysator-Trägerkörper (3) aus Stapellagen glatter (5) und/oder verformter Bleche (6) wird zur Erzielung einer kostengünstigen Fertigung vorgeschlagen, daß die mit der Mantelhülse (2) fest verbundenen Bleche (5,6) von zumindest abschnittsweise quer zur Mantelhülse (2) verlaufenden Stapellagen mit elastisch nachgiebigen Elementen (8,9,10) in den verbindungsseitigen Endabschnitten (14) ausgerüstet sind.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen nach Oberbegriffsmerkmalen des Patentanspruches 1 gestalteten Abgaskatalysator.
  • Ein Abgaskatalysator dieser Bauart ist beispielsweise aus der DE-U 86 12 872.8 bekannt. Bei diesem bekannten Abgaskatalysator wird zur Erzielung ausreichender Wärmedehnstrecken eine im wesentlichen S-förmig geschlungene Anordnung der Stapellagen Vorgeschlagen, wobei die Stapellagen über die Enden der jeweiligen Bleche unmittelbar mit der Mantelhülse werkstoffschlüssig, beispielsweise durch Löten, fest verbunden sind.
  • Weiter ist aus der DE-C 23 21 378 ein gattungsfremder Abgaskatalysator bekannt, bei dem quer zur Mantelhülse verlaufend angeordnete Bleche als Katalysator-Trägerkörper im wesentlichen radial eingespannt angeordnet sind, so daß die Bleche bei Wärmebelastung quer zur radialen Erstreckung ausbeulen. Hierfür sind Kanäle mit großen Querschnitten erforderlich, so daß dieser Abgaskatalysator gegenüber dem o.g. gattungsgemäßen deutlich größer baut.
  • Schließlich wurde in der P 43 10 933 für einen Abgaskatalysator mit im wesentlichen in Umfangsrichtung der Mantelhülse verlaufend in der Außenkontur des Trägerkörpers endenden Stapellagen Vorgeschlagen, daß die freien Endabschnitte der Stapellagen unter Zwischenschaltung eines an der Mantelhülse befestigten, nachgiebigen Elementes relativ zur Mantelhülse schiebebeweglich angeordnet sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Abgaskatalysator bezüglich der Wärmedehnmöglichkeiten der Stapellagen so zu verbessern, daß bei relativ freier Gestaltung der Stapellagen durch einfachen Aufbau kostengünstige Einrichtungen erzielt sind, die bezüglich Montage und Befestigung der Stapellagen bzw. des Trägerkörpers in der Mantelhülse leicht handhabbar und sicher beherrschbar sind.
  • Diese Aufgabe wird gemäß dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst, daß elastisch nachgiebige Elemente in den mit der Mantelhülse fest verbundenen Endabschnitten der Bleche angeordnet sind.
  • Der erfindungsgemäß gestaltete Trägerkörper kann durch eine am Außenumfang wirksame, radiale Pressung auf einen für die Montage in der Mantelhülse vorteilhaften Durchmesser gebracht werden, wobei die anschließend gegen den Innenumfang der Mantelhülse elastisch anliegenden Endabschnitte der Stapelbleche vorteilhaft sicher mit der Mantelhülse werkstoffschlüssig, insbesondere durch Löten, fest verbindbar sind.
  • Ein vorteilhaft einfacher Aufbau des Abgaskatalysators ist in Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß die verbindungsseitigen Endabschnitte der Bleche als elastisch nachgiebige Elemente ausgebildet sind. Gegenüber vom Anspruch 1 mit-erfaßten, gesonderten Elementen ist mit der bevorzugten Ausgestaltung eine besonders kostengünstige Fertigung erreicht.
  • Eine kostengünstige Fertigung ist bei einem Abgaskatalysator mit aus glatten und gewellten Blechen aufgebauten Stapellagen zusätzlich dadurch erreicht, daß die Stapellagen jeweils über eine Wellung der gewellten Bleche mit der Mantelhülse in fester Verbindung stehen, wobei die glatten Bleche jeweils im Bereich dieser verbindungsseitigen Wellung unter Belassung eines freien Federweges dieser Wellung gestaltet sind. So wird zur Erzielung einer relativ steifen Elastizität der nachgiebigen Elemente weiter vorgeschlagen, daß die glatten Bleche in ihren Endabschnitten den verbindungsseitigen Wellungen der gewellten Bleche entsprechend angepaßt ausgebildet sind.
  • Zur weiteren Erhöhung der elastischen Steifigkeit der nachgiebigen Elemente sind die den verbindungsseitigen Wellungen angepaßten, im übrigen glatten Bleche gemeinsam mit den Wellungen an der Mantelhülse fest angeordnet.
  • Bei einer anderen, die verbindungsseitigen Wellungen zusätzlich aussteifenden Ausgestaltung sind die glatten Bleche in ihren Endabschnitten als zumindest halb geschlossene Ringe ausgeführt, die in die Wellungen eingreifend angeordnet sind. Hierbei kann über die Wahl des Ringradius und gegebenenfalls einer werkstoffschlüssigen Verbindung von Ring und Wellung die elastische Steifigkeit zusätzlich beeinflußt werden.
  • Als weitere Ausgestaltungen der nachgiebigen Elemente bieten sich mehrfach wechselweise abgewinkelte Endabschnitte in Form von Faltungen oder als im wesentlichen geschlossene Ringe ausgebildete Endabschnitte an den die Stapellagen bildenden Blechen an.
  • Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung abschnittsweise dargestellten Abgaskatalysatoren beschrieben. Es zeigt
    • Figur 1 a - c,
    erste Ausführungen von Stapellagen mit gewellten und geraden Blechen, wobei mit der Mantelhülse fest verbundene Wellungen als nachgiebige Elemente mittels diesen angepaßten Abschnitten der geraden Bleche die elastische Steifigkeit erhöht ist,
    Figur 2 a - c,
    zweite Ausführungen von Stapellagen mit gewellten und geraden Blechen mit weiteren Ausführungen der elastisch nachgiebigen, verbindenden Endabschnitte.
  • Ein jeweiliger Abgaskatalysator 1 für eine nicht gezeigte Brennkraftmaschine gemäß den Figuren 1 und 2 umfaßt in einer Mantelhülse 2 einen Katalysator-Trägerkörper 3 aus Stapellagen 4 glatter Bleche 5 und gewellter Bleche 6. Zur Mantelhülse 2 sind die Stapellagen 4 zumindest abschnittsweise quer verlaufend angeordnet und mit der Mantelhülse 2 jeweils mindestens über eines der Bleche 5, 6 bei 7 werkstoffschlüssig, beispielsweise durch Löten, fest verbunden.
  • Um den Stapellagen 4 innerhalb der umfänglich geschlossenen Mantelhülse 2 eine Möglichkeit der Wärmedehnung zu geben, sind elastisch nachgiebige Elemente 8, 9, 10, 11, 12, 13 in den verbindungsseitigen Endabschnitten 14 der Bleche 5 und 6 angeordnet. Eine für eine kostengünstige Fertigung durch einfachen Aufbau vorteilhafte Gestaltung sieht vor, die verbindungsseitigen Endabschnitte 14 der Bleche 5, 6 selbst als elastisch nachgiebige Elemente 8, 9, 10, 11, 12, 13 auszubilden.
  • Wie Figur 1 zeigt, steht die jeweilige Stapellage 4 der Teilfiguren 1 a, 1 b und 1 c jeweils über eine Wellung 6' des gewellten Bleches 6 mit der Mantelhülse 2 bei 7 werkstoffschlüssig bzw. in fester Verbindung, wobei die glatten Bleche 5 jeweils im Bereich der Wellung 6' so gestaltet sind, daß für diese ein freier Federweg erzielt ist.
  • Gemäß Figur 1 a ist das Blech 5 der Wellung 6' des nachgiebigen Elementes 8 abschnittsweise entsprechend angepaßt ausgebildet. In Figur 1 b ist das der Wellung 6' entsprechend angepaßte Blech 5 zur Steigerung der elastischen Steifigkeit des nachgiebigen Elementes 9 mit der Wellung 6' gemeinsam an der Mantelhülse 2 fest angeordnet. Schließlich ist in Figur 1 c das Blech 5 in seinem Endabschnitt 14 als offener Ring 15 gestaltet, der zur elastischen Versteifung des nachgiebigen Elementes 10 bzw. der Wellung 6' in diese eingreifend angeordnet ist.
  • Bei der Stapellage 4 gemäß Figur 2 a sind die Bleche 5, 6 in den Endabschnitten 14 zur Bildung des nachgiebigen Elementes 11 mehrfach wechselweise abgewinkelt ausgebildet, vorzugsweise als relativ enge Faltung 16. Das nachgiebige Element 12 der Stapellage 4 nach Figur 2 b ist eine aus den Blechen 5 und 6 gebildete, offene Öse 17. In Figur 2 c weist die Stapellage 4 als nachgiebiges Element 13 einen aus einem oder beiden der Bleche 5, 6 gebildeten, im wesentlichen geschlossenen Ring 18 auf.
  • Im Rahmen der Erfindung kann ein Abgaskatalysator 1 einen Katalysator-Trägerkörper 3 aus Stapellagen 4 aufweisen mit in den verbindungsseitigen Endabschnitten 14 unterschiedlich gestalteten nachgiebigen Elementen, vorzugsweise den in den Figuren 1 a bis Figur 2 c gezeigten Ausführungen.

Claims (9)

  1. Abgaskatalysator, insbesondere für Brennkraftmaschinen,
    - umfassend einen in einer Mantelhülse (2) angeordneten Katalysator-Trägerkörper (3) aus Stapellagen (4) glatter und/oder verformter Bleche (5, 6), wobei
    - Stapellagen (4) hülsenseitig quer zur Mantelhülse (2) verlaufend angeordnet und mit dieser jeweils über eines der Bleche (5, 6) fest verbunden sind (bei 7),
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß elastisch nachgiebige Elemente (8, 9, 10, 11, 12, 13) in den verbindungsseitigen Endabschnitten (14) der Bleche (5, 6) angeordnet sind.
  2. Abgaskatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verbindungsseitigen Endabschnitte (14) der Bleche (5, 6) als elastisch nachgiebige Elemente (8, 9, 10, 11, 12, 13) ausgebildet sind.
  3. Abgaskatalysator nach Anspruch 1 und 2, mit Stapellagen (4) aus glatten und gewellten Blechen (5, 6),
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Stapellagen (4) jeweils über eine Wellung (6') der gewellten Bleche (6) mit der Mantelhülse (2) in fester Verbindung stehen (bei 7), und
    - daß die glatten Bleche (5) jeweils im Bereich dieser verbindungsseitigen Wellungen (6') unter Belassung eines freien Federweges dieser Wellung (6') gestaltet sind.
  4. Abgaskatalysator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die glatten Bleche (5) in ihren Endabschnitten (14) den verbindungsseitigen Wellungen (6') der gewellten Bleche (6) entsprechend angepaßt ausgebildet sind.
  5. Abgaskatalysator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den verbindungsseitigen Wellungen (6') angepaßten, im übrigen glatten Bleche (5) gemeinsam mit den Wellungen (6') an der Mantelhülse (2) fest angeordnet sind (bei 7).
  6. Abgaskatalysator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die glatten Bleche (5) in ihren Endabschnitten (14) als offene Ringe (15) gestaltet sind, die
    - in die verbindungsseitigen Wellungen (6') der gewellten Bleche (6) eingreifend angeordnet sind.
  7. Abgaskatalysator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (5) der Stapellagen (4) in ihren Endabschnitten (14) mehrfach wechselweise abgewinkelt ausgebildet sind (Faltungen 16).
  8. Abgaskatalysator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das nachgiebige Element (12) einer Stapellage (4) als eine zumindest aus einem der Bleche (5, 6) gebildete offene Öse (17) gestaltet ist.
  9. Abgaskatalysator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Blech (5, 6) einer Stapellage (4) in seinem verbindungsseitigen Endabschnitt (14) als ein im wesentlichen geschlossener Ring (18) gestaltet ist.
EP95101317A 1994-03-16 1995-02-01 Abgaskatalysator, insbesondere für Brennkraftmaschinen Expired - Lifetime EP0672822B1 (de)

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