DE2920798A1 - Katalytischer konverter fuer ein abgassystem einer verbrennungskraftmaschine und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Katalytischer konverter fuer ein abgassystem einer verbrennungskraftmaschine und verfahren zu dessen herstellung

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Description

Katalytischer Konverter für ein Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine und Verfahren zu dessen
Herstellung
Priorität: 22. Mai 1978 U.S.A. Nr. 908 387
Die Erfindung betrifft einen katalytischen Konverter zum Entfernen von schädlichen Bestandteilen aus dem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine.
Es gibt drei Arten von Konvertern, nämlich einen reduzierenden katalytischen Konverter zum Eliminieren von Stickoxyden, einen oxydierenden katalytischen Konverter zum Eliminieren von Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffen und einen Dreiweg-Konverter zum gleichzeitigen Reagieren der drei schädlichen Bestandteile. Der Konverter enthält ein Katalysatorbett mit einem Katalysatorelement in Form eines Kontaktkörpers oder ein monolithisches oder bienenwabenförmiges Katalysatorelement. Das monolithische Katalysatorelement hat eine Reihe von längsgerichteten Durchlässen, von denen jeder einen rechteckigen Querschnitt mit einer Seitenlänge von etwa 1 bis 1,6 mm aufweist, so daß die Abgase glatt durch das Katalysatorelement mit geringem Gegendruck fließen können. Dabei tritt jedoch das Problem auf, daß die Reaktion nicht ausreichend ausgeführt wird, um jeden schädlichen Bestandteil auf einen gewünschten Pegel wegen der kurzen Verweilzeit der Gasströmung zu verringern. In einem katalytischen Konverter bestehen unvermeidbar Spalte zwischen dem Gehäuse und dem Katalysatorelement. Diese Spalte sind durch den Unterschied zwischen den thermischen Ausdehnungen des Gehäuses und des Katalysatorelements, durch die Toleranz des Katalysatorelements für den Zusammenbau des Konverters und anderer Teile verursacht, wobei das Gas in den Spalten von dem Katalysatorelement wegströmt.
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Bekannte Konverter sind beschrieben in GB-PS 1 357 24-1, GB-PS 1 4-05 068, US-PS 3 912 4-59, US-PS 3 854- 888, US-PS 3 600 14-2, US-PS 3 824· 788, US-PS 4- 04-3 761, DE-PS 23 08 und CDN-PS 968 970.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen monolithischen katalytischen Konverter zu schaffen, bei dem die Abgase den Katalysator ausreichend berühren, um eine ausreichende Reaktion zur Verringerung der schädlichen Bestandteile auf einen gewünschten Pegel zu bewirken. Der katalytische Konverter soll dabei eine Gehäusekonstruktion aufweisen, durch die ein Abstandsspalt zwischen dem Gehäuse und dem Katalysatorelement verringert wird, um eine Abdichtung der Spalte zwischen diesen Teilen sicherzustellen.
Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung einen monolithischen katalytischen Konverter mit einem Gehäuse vor, wobei das Gehäuse zwei Gehäusehälften, die eine Katalysatorkammer bilden, eine Einlaßkammer und einen trichterförmigen Gehäuseauslaß, der eine Auslaßlrammer bildett enthält, wobei gede Gehäusehälft® einen Geaänsekörper ma formen der KatalysatorlEasamer, einen Gehäuseaaslaß ama - Bilden einer Auslaßkammer und ©in©n (J©Mba.3©@islaB sraa Bilden einer Einlaßkammer enthält, und wobei der Gehäuse-= auslaß dazu bestimmt ist, axt der Innenseite des Gehäusekörpers in Eingriff au stehen,, Der katalytische Konverter enthält des weiteren sin" aonolith.isch.es Katalysatorel©ment in der KatalysatorkamMer, eine Einrichtung gum federnden
JO Befestigen des Monolithisches Eataljsaterelements in der Katalysatorkaffiaer, st-iol Einlaßöffnungen der Einlaßkaaaor 9 die dazu bestiaist sind9 sit stromauf wärt igen in Verbindung sn stehen0 uad ©in© ÄO-slaßöffmamg der
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Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung
erläutert, in der sind
Fig. 1 eine Draufsicht eines Abgassystems nach der
Erfindung, Fig. 2 ein Längsschnitt des in Fig. 1 gezeigten kataly tischen Konverters,
Fig. 3 eine Seitenansicht des katalytischen Konverters, Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Gehäuses des katalytischen Konverters mit auseinandergezogenen Teilen,
Fig. 5 ein Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 2 und Fig. 6 ein Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 2.
Gemäß Fig. 1 enthält ein Abgassystem, in das ein katalytischer Konverter nach der Erfindung eingesetzt ist, ein gegabeltes Abgasrohr, das zwei stromaufwärtige Abgasrohre 2 und 3* die mit zwei Abgasöffnungen der Maschine 1 verbunden sind, und ein, gemeinsames stromabwärtiges Abgasrohr 4- aufweist·. Ein solches gegabeltes Abgasrohr wird beispielsweise bei einer Maschine mit horizontal gegenüberliegenden Zylindern verwendet. Am zusammenlaufenden Teil bzw« der Gabelung der Abgasrohre ist ein katalytischer Konverter 5 gemäß der Erfindung vorgesehen, wobei „jedes Ende der Abgasrohre 2 und 3 Eit einem Einlaß des katalytis eilen Konverters und das Eade des gemeiaseiaea /Lsgasrokes 4· ait einem Auslaß des Konverters verbunden sind·
Ber katalytisehte Konverter 5 eatiiält ein monolithisches 3Q Eatalysatorelemeat S5 das in eises z-ylindrisciieii Gehäuse mit ovalem Qaersdasitt vorgesehen Ist, siehe fig. iittd 6. Der "Katalysator ist ein HOßolithischer Dreiweg- Eatalysator, jedoeh können aaeii andere Katalysatortypen als Konverter verwendet werden» Das Gehäuse ? enthält swei Geiiäiiseiiälftsn S 'and 9 una einen trichterföralj^n Gehäuseauslaß 10, wobei diese ϊβϋβ aus rostfreiem Scaal Tbestelienu Jede GeMnseiiaifte 8 und 9 enthält einen
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Gehäusekörper 11, einen abgeschrägten Gehäuseeinlaß 12 und zwei halbkreisförmige Einlaßteile 13 und 14. Durch Verbinden der beiden Gehäusehälften 8 und 9 werden somit eine Katalysatorkammer durch die Gehäusekörper 11, eine Einlaßkammer 15 durch die abgeschrägten Gehäuseeinlässe 12 und Einläßöffnungen 16 und 17 durch die halbkreisförmigen Einlaßteile 13 und 14 gebildet. Jede Achse der Einlaßöffnungen 16 und 17 bildet einen Winkel mit der Achse der Katalysatorkammer, siehe Fig. 2, so daß die Achsen der beiden Einlaßöffnungen sich in der Einlaßkammer 15 kreuzen. Der trichterförmige Gehäuseauslaß 10 bildet eine Auslaßkammer und hat eine Auslaßöffnung 18, die außerhalb der Achse der Katalysatorkammer liegt und einen Winkel mit der Achse bildet.
An seinem Umfang ist das monolithische Katalysatorelement durch eine federnde Befestigungseinrichtung mit einem Drahtnetz 19 umgeben und ist durch eine federnde Dämpfungseinrichtung 20 aus Draht und eine ringförmige Kante 22 gehalten, die zwischen der Schulter 23 des Gehäusekörpers 11 und dem Katalysatorelement 6 angeordnet sind. Das Katalysatorelement ist auch durch eine Dämpfungseinrichtung 24 gehalten, die zwischen dem Flansch 25 angeordnet ist, der nach innen von dem inneren Ende des Gehäuseauslasses 10 und dem Katalysatorelement 6 vorragt.
Beim Zusammenbau kommt die mit der ringförmigen Kante kombinierte Dämpf ungseinrichtung 20 und das von dem Drahtnetz 19 umgebene Katalysatorelement 6 in Eingriff mit einer der Gehäusehälften 8 und 9 und die andere Gehäusehälfte wird mit der ersten Gehäusehälfte verbunden und verschweißt. Die federnde Dämpfungseinrichtung 24 wird dann in das verbundene Gehäuse eingesetzt und daraufhin wird der Gehäuseauslaß 10 in das verbundene Gehäuse 7 eingesetzt, so daß das Katalysatorelement 6 auf die federnde Dämpfungseinrichtung 20 durch den nach innen vorragenden Flansch 25 und die federnde
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Dämpfungseinriclitung 24 gedruckt und gepreßt werden kann. Die Gehäusehälften 8 und 9 und der Gehäuseauslaß 10 werden Im zusammengepreßten Zustand miteinander verschweißt. Das Katalysatorelement 6 ist somit in dem Gehäuse 7 mit dem Drahtnetz 19 und den Dämpfungseinrichtungen 20 und 24 gehalten, so daß eine Bewegung des Katalysatorelements verhindert wird, wobei die federnde Dämpfungseinrichtung 20 und die ringförmige Kante 22 als Dichtungsmittel dienen, um zu verhinden, daß Abgase durch den Raum zwischen dem Katalysatorelement 6 und der Innenwand des Gehäuses 7 strömen.
Die stromaufwärtigen Abgasrohre 2 und 3 stehen in Eingriff mit den Einlaßöffnungen 16 und 17 und sind Jeweils mit diesen verschweißt. Das stromabwärtige Abgasrohr 4 steht in Eingriff mit der Auslaßöffnung 18 des Gehäuseauslasses 10. Das Konvertergehäuse 7 wird durch eine Schutzabdeckung 26 mit zwei Hälften 27 und 28 abgedeckt. Die Hälften 27 und 28 werden an den die Abgasrohre 2, 3 und 4 umgebenden Teilen verbunden und daran durch Schrauben 29 befestigt. Die Umfangsränder der beiden Hälften 27 und 28 sind im Abstand voneinander angeordnet und es ist ein Raum 30 zwischen der Abdeckung 26 und dem Gehäuse 7 vorhanden. Auf diese Weise kann Luft in den Raum 30 von dem Spalt 33 zwischen den Rändern der Hälften 27 und 28 eintreten, wodurch der Konverter während des Betriebs gekühlt wird. Des weiteren ist eine Verstärkung 31 in der Einlaßkammer 15 vorgesehen und ein temperaturempfindliches Element 32 ist in dem Gehäuseauslaß 10 zum Bestimmen der Temperatur des Konverters vorgesehen, um ein Verbrennen des Katalysatorelements zu verhindern.
Im Betrieb treten Abgase abwechselnd in die Einlaßkammer von den Einlaßöffnungen 16 und 17 ein. Da die Achsen der Einlaßöffnungen einander in der Einlaßkammer 15» wie oben beschrieben, kreuzen, treffen Abgase von beiden Einlaßöffnungen aufeinander, was ein Mischen der Gase bewirkt. Da jede Achse der Einlaßöffnungen auch einen
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Winkel mit der Endebene des Katalysatorelements 6 bildet, können Turbulenzen der Abgase auftreten, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit der Gase verringert wird. Deshalb kann eine ausreichende Berührung der Gase mit dem Katalysatorelement erreicht werden. Die Abgase strömen des weiteren durch jeden Durchlaß des Katalysatorelements mit einem Zickzack-Strömungsmuster, da die Abgase in den Durchlaß eintreten, der einen Winkel mit der Achse des Durchlasses aufweist, wodurch Abgase durch die Innenwand des Durchlasses abgelenkt werden und die Ablenkung wiederholt wird. Das Zickzack-Strömungsmuster erhöht die katalytische Reaktion des Konverters im Vergleich mit einem üblichen Konverter, in dem die Gase gerade durch den Durchlaß strömen. In dem Gehäuseauslaß 10 wird die Abgasströmungsgeschwindigkeit verringert, da die Auslaßöffnung 18 versetzt angeordnet ist, wodurch die Verweilzeit der Gase in dem Katalysatorelement des weiteren erhöht werden kann. Auf diese Weise kann eine ausreichende Verweilzeit der Abgase in dem Katalysatorelement erhalten werden, wodurch die Menge der schädlichen Bestandteile auf den gewünschten Pegel verringert wird.
Die Erfindung schafft des weiteren einen vorteilhaften Konverter, der leicht hergestellt werden kann, der eine hohe Gasabdichtung aufweist und eine hohe Haltekraft des Katalysatorelements im Vergleich mit einem konventionellen Konverter hat, wie nachfolgend beschrieben wird.
Der konventionelle Konverter enthält vier Gehäuseteile, nämlich zwei Gehäuseeinlaßhälften entsprechend dem abgeschrägten Gehäuseeinlaß 12 in der dargestellten Ausführungsform der Erfindung, einen zylindrischen Gehäusekörper entsprechend dem Gehäusekörper 11 und einen Gehäuseauslaß entsprechend dem Gehäuseauslaß 10. Der Konverter der Erfindung enthält drei Gehäuseteile und somit ist die Schweißlänge geringer als bei einem konventionellen Konverter. Bei dem konventionellen Konverter muß das
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Katalysatorelement in den Gehäusekörper so eingesetzt werden, daß das das Katalysatorelement umgebende Drahtnetz während des Einsetzens deformiert wird. Die Haltekraft des Drahtnetzes auf das Katalysatorelement wird dadurch verringert, wodurch die Lage des Elements verändert werden kann, was zu einer Verringerung der Dichtwirkung für die Gasströmung führt.
Gemäß der Erfindung kann das Katalysatorelement 6 mit einer der Gehäusehälften 8 oder 9 vor dem Zusammenbau in Eingriff gebracht werden, wonach diese Gehäusehälfte mit der anderen Gehäusehälfte verbunden wird. Das Katalysatorelement kann somit in der gewünschten Lage ohne Deformation des Drahtnetzes positioniert werden, wodurch der Nachteil der Verringerung der Dichtwirkung eines konventionellen Konverters verhindert wird. Die beiden Gehäusehälften 8 und 9 gemäß der Erfindung wirken baulich mit dem Flansch 25 und den Schulterteilen 23 der Erfindung, mit den Dämpfungseinrichtungen der Erfindung und mit dem Gehäuseauslaß 10 zusammen, der mit einem inneren Teil der Gehäusekörper 11 der Gehäusehälften 8 und 9 in Eingriff ist.
Durch die Erfindung wird der Abstand des Spalts zwischen clem Gehäuse und dem Katalysatorelement verringert, ohne daß das Herstellungsverfahren des Konverters aufwendiger wird. Da das Gehäuse 7 -für die Katalysatorkammer und die Einlaßkammer 15 zwei Gehäusehälften 8 und 9 enthalten, wird gemäß der Erfindung das Einsetzen des Katalysatorelements 6 vermieden und die Befestigung des Katalysatorelements kann leicht ausgeführt werden. Da der Gehäuseauslaß 10 des weiteren axial in das zusammengesetzte Gehäuse 7 eingeführt wird, wird das Katalysatorelement eingeschoben, so daß das Katalysatorelement gegen die Vorder- seite gedrückt wird. Die axialen Spalte zwischen dem Gehäuse und dem Katalysatorelement verschwinden.
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Claims (1)

  1. REINLANDER & BERNHARDT
    PATENTANWÄLTE
    5/8 Orthstraße 12
    D-8000 München 60
    FUJI JUKOGYO KABUSHIKI KAISHA
    7-2, Nishishinjuku, 1-chome Shinjuku-ku, Tokyo, Japan
    Patentansprüche
    Katalytischer Konverter zum Reinigen der Abgase einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse angeordneten Katalysatorelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (7) zwei Gehäusehälften (8, 9) aufweist, von denen jede einen Gehäuseeinlaß (12), einen Gehäusekörper (11), wobei die Gehäusekörper (11) eine Katalysatorkammer bilden und wobei die Gehäuseeinlasse (12) eine Einlaßkammer bilden, und einen trichterförmigen Gehäuseauslaß (10) zum Bilden einer Auslaßkammer enthält, wobei der Gehäuseauslaß (10) mit einem Innenteil der Gehäusekörper (11) in Verbindung steht, und daß ein monolithisches katalytisches Element (6) in der Katalysatorkammer federnd befestigt ist, wobei die Gehäuseeinlasse (12) zwei Einlaßöffnungen (16, 17) der Einlaßkammer (15) begrenzen, die dazu bestimmt ist, mit stromaufwärtigen Abgasrohren in Verbindung zu stehen, und wobei der Gehäuseauslaß (10) eine Auslaßöffnung (8) der Auslaßkammer bildet, die dazu bestimmt ist, mit einem stromabwartigen Abgasrohr in Verbindung zu stehen.
    2, Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseauslaß (10) einen Flansch (25) aufweist, der an dessen inneren Ende nach innen vorragt, daß eine federnde Befestigungseinrichtung (19) am Umfang des monolithischen Katalysatorelements (6) in der Katalysatorkammer angeordnet ist, daß die Gehäusehälften (8, 9)
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    ORIGINAL INSPECTED
    eine Schulter (23) nahe den Gehäuseeinlässen (12) bilden, daß eine erste federnde Einrichtung (20) zwischen einem vorderen Ende des monolithischen Katalysatorelements (6) und der Schulter (23) der Gehäusekörper (11) angeordnet ist und daß eine zweite federnde Einrichtung (24) zwischen einem hinteren Ende des monolithischen Katalysatorelements (6) und dem Plansch (25) des Gehäuseauslasses (10) angeordnet ist.
    3· Konverter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseeinlässe (12) der Gehäusehälften (8, 9) abgeschrägt sind, daß die Schulter (23) einen ringförmigen nach innen gerichteten Teil aufweist, der einstückig den Gehäuseköprer (11) mit dem Gehäuseeinlaß (12) Jeder Gehäusehälfte (8, 9) verbindet, daß eine ringförmige Kante (22) mit L-förmigem Querschnitt zwischen dem vorderen Ende des monolithischen Katalysatorelements (6) und der ersten federnden Einrichtung (20) angeordnet ist und einen radialen Teil zwischen der federnden Befestigungseinrichtung (19) und der ersten federnden Einrichtung (20) und einen axialen Teil aufweist, daß der axiale Teil einen Einlaß für die Abgase in das monolithische Katalysatorelement (6) begrenzt, daß der Flansch (25) radial und axial nach innen gerichtet ist, daß der Gehäuseauslaß (10) mit dem hinteren Ende der Gehäusekörper (11) in Eingriff ist, daß der Plansch (25) mit der zweiten federnden Einrichtung (24) und dem hinteren Ende des monolithischen Katalysatorelements (6) in Verbindung ist, wodurch das Katalysatorelement gegen die ringförmige Kante (22)gepreßt wird und die ringförmige Kante (22) gegen die erste federnde Einrichtung (20) gepreßt wird, und daß die erste federnde Einrichtung (20) und die ringförmige Kante (22) eine Dichtungseinrichtung zum Dichten eines Abstandsspalts zwischen dem monolithischen Katalysatorelement (6) und den Gehäusekörpern (11) bilden.
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    4. Konverter nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die erste federnde Einrichtung (20) aus Draht besteht und daß die erste federnde Einrichtung (20) und die zweite federnde Einrichtung (24) eine Bewegung des monolithischen Katalysatorelements (6) verhindern.
    5. Konverter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste federnde Einrichtung (20), das monolithische Katalysatorelement (6) und die federnde Befestigungseinrichtung (Ί9) anfänglich in Eingriff mit einer der GehäusehäTften (8, 9) stehen, daß die andere Gehäusehälfte (9, 8) mit der ersteren Gehäusehälfte (8, 9) verbunden und verschweißt ist und daß der Gehäuseauslaß (10) in die Gehäusehälften (8, 9) am hinteren Ende der Gehäusekörper (11) im zusammengepreßten Zustand der ersten und der zweiten federnden Einrichtung (20, 24) eingesetzt und verschweißt ist.
    6. Verfahren zum Herstellen eines Konverters nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß ein erster ringförmiger federnder Dämpfungsteil (20) zwischen einenGeiiäuseeinlaß (12) und einen Gehäusekörper (11) einer Gehäusehälfte (8, 9) gegen eine Vorderseite des monolithischen Katalysatorelements (6) wirkend eingesetzt wird, daß die andere Gehäusehälfte (9, 8) mit der ersteren Gehäusehälfte (8, 9) verbunden wird, um das zusammengefügte Gehäuse (7) zu bilden, daß ein zweiter ringförmiger federnder Dämpfungsteil (24) in den Innenteil des zusammengefügten Gehäuses (7) eingesetzt wird, daß daraufhin der Gehäuseauslaß (10) in das zusammengefügte Gehäuse (7) in den Innenteil eingesetzt wird, wobei das monolithische Katalysatorelement (6) gegen den ersten federnden Dämpfungsteil (20) im zusammengepreßten Zustand gepreßt wird, und daß das zusammengefügte Gehäuse (7) und der Gehäuseauslaß (10) im zusammengepreßten Zustand miteinander verschweißt werden.
    909848/0810
DE19792920798 1978-05-22 1979-05-22 Katalytischer konverter fuer ein abgassystem einer verbrennungskraftmaschine und verfahren zu dessen herstellung Ceased DE2920798A1 (de)

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