DE10155086A1 - Katalysator-Filter-Anordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Katalysator-Filter-Anordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Katalysator-Filter-Anordnung zur Abgasreinigung bei Verbrennungsmaschinen mit einem Katalysatorkörper und einem nachgeschalteten Filterkörper und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Der Filterkörper und der Katalysatorkörper sind in Abgasströmungsrichtung nebeneinander angeordnet und es ist eine Abgasumlenkung vom Ausgang des Katalysatorkörpers zum Eingang des Filterkörpers vorhanden. Es wird eine besonders kompakte und platzsparende Anordnung einer Katalysator-Filter-Kombination dadurch geschaffen, dass der eine Körper als Zylinder und der andere Körper als darauf angeordneter Ringzylinder ausgebildet sind, wobei die Durchströmung gegensinnig erfolgt. Der Katalysatorkörper und der Filterkörper können grundsätzlich aus jedem für Katalysatoren und Filter geeigneten Material hergestellt sein. Ebenso können für die Filter- und Katalysatorkörper alle bekannten Filtertypen verwendet werden. Mit der Vorrichtung wird zusätzlich auch eine Schalldämpfung erzielt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasreinigung bei Verbrennungsmaschinen mit einem Katalysatorkörper und einem nachgeschalteten Filterkörper sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
  • Derartige Vorrichtungen werden im Automobilbau eingesetzt. Die bevorzugte Anwendung sind Lastkraftwagen, Baufahrzeuge und Personenkraftwagen mit Dieselmotor mit dem Ziel, den Ausstoß von Rußpartikeln zu verringern.
  • Durch die Ansammlung von Rußpartikeln im Filterkörper werden mit zunehmender Betriebszeit die Filteröffnungen verstopft und es ist eine Filterreinigung erforderlich. Dazu ist es bekannt, dem Filterkörper einen Katalysatorkörper vorzuschalten, welcher die selbsttätige Filterreinigung unterstützt. Um eine optimale Katalysatorwirkung und Filterwirkung zu erzielen, muß der Abgasstrom jeweils einen Weg bestimmter Länge hindurch geführt werden. Durch die Hintereinanderschaltung von Katalysator und Filter hat eine solche Anordnung daher einen großen Platzbedarf.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren für ihre Herstellung der eingangs genannten Art anzugeben, die einen geringen Platzbedarf erfordert, ohne dass die notwendigen Durchflußlängen für das Abgas verkürzt werden.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Filterkörper und der Katalysatorkörper in Abgasströmungsrichtung nebeneinander angeordnet sind, und dass eine Abgasumlenkung vom Ausgang des Katalysatorkörpers zum Eingang des Filterkörpers vorhanden ist.
  • Somit wird eine platzsparende und kompakte Anordnung einer Katalysator-Filter-Kombination geschaffen. Unter der Abgasströmungsrichtung ist die Richtung zu verstehen, in welcher das Abgas den Katalysator und den Filter durchströmt. Die Erfindung hat ferner den Vorteil, dass die Anordnung anstelle eines Schalldämpfers in die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs eingebaut werden kann.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass der Katalysatorkörper und der Filterkörper in entgegengesetzter Richtung durchströmt werden. Das hat den Vorteil, dass die Abgasumlenkung so kurz und raumsparend wie möglich ausgebildet werden kann.
  • Besonders zweckmäßig ist es, daß zwischen dem Katalysatorkörper und dem Filterkörper mindestens ein Mantel und/oder eine Ausgleichsschicht angeordnet ist. Ein den Katalysator- oder Filterkörper umgebender Mantel erleichtert die Handhabung und es ist eine einfachere Montage möglich. Außerdem wird eine Befestigung der Katalysator- oder Filterkörper untereinander bzw. am Gehäuse vereinfacht. Eine zusätzliche Anordnung einer Ausgleichsschicht kann temperaturbedingte Ausdehnungen, welche vor allem bei Verwendung von Filterkörpern aus Keramik auftreten, ausgleichen.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass der Filterkörper und der Katalysatorkörper dadurch nebeneinander angeordnet sind, dass der eine als Zylinder und der andere als den Zylinder umschließender Ringzylinder ausgebildet sind. Insgesamt ergibt sich für die gesamte Anordnung auf diese Weise ein zylindrischer Körper, der auf einfache Weise in vorhandene Auspuffanlagen und Schalldämpfergehäuse eingebaut werden kann. Die Katalysator- Filter-Kombination aus zylindrischen und ringzylindrischen Bestandteilen ist auch strömungstechnisch vorteilhaft und ferner einfach und kostengünstig herzustellen.
  • Diese Kombination kann durch die Anordnung zusätzlicher Ringzylinder erweitert werden, wobei immer abwechselnd Filter- bzw. Katalysatorkörper nebeneinander angeordnet werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass der Filterkörper und/oder der Katalysatorkörper aus mehren in Abgasströmungsrichtung hintereinander geschalteten Elementen bestehen. Diese Unterteilung schafft eine Möglichkeit zum Einsatz unterschiedlich beschichteter Filter- und Katalysatorkörper oder unterschiedlicher Katalysator- und Filterstrukturen entlang des Abgasstroms, die auch je nach Bedarf ausgetauscht werden können.
  • Es ist auch vorteilhaft, dass der Filterkörper und der Katalysatorkörper in Abgasströmungsrichtung die gleiche Länge aufweisen. Das hat Vorteile bei der Herstellung und Montage und bei der Verbindung der einzelnen Komponenten miteinander.
  • Vorteilhaft ist es weiterhin, dass die Vorrichtung einstückig ausgebildet ist, wobei der Filterkörper und der Katalysatorkörper durch Löten oder Schweißen miteinander verbunden sind oder durch eine Hülle zusammengehalten werden. Somit wird ebenfalls eine einfachere Montage und Befestigung der Vorrichtung im Gesamtsystem und eine einfachere und Austauschmöglichkeit gewährleistet.
  • Verfahrensmäßig wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Zylinder durch Wickeln hergestellt wird und mindestens ein den Zylinder umschließender Ringzylinder darauf aufgewickelt wird. Der Zylinder kann hierbei entweder als Filter- oder Katalysatorkörper hergestellt werden. Ausgehend von diesem Zylinder werden dann abwechselnd die weiteren Filter- oder Katalysatorkörper abwechselnd aufgewickelt.
  • In einem alternativen Herstellungsverfahren werden die Filterkörper und die Katalysatorkörper jeweils und in ihrer abwechselnden Anordnung durch Stapeln hergestellt. Die einzelnen Lagen und Körper können mittels Löten und Schweißen verbunden oder mit einer Hülle zusammengehalten werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter erläutert. Es zeigen schematisch:
  • Fig. 1 eine Vorrichtung zur Abgasreinigung im Längsschnitt; und
  • Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 im Querschnitt entlang der Schnittlinie II-II
  • Gemäß Fig. 1 und Fig. 2 ist eine Vorrichtung zur Abgasreinigung bei einem Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) einen Filterkörper 3 zum Filtern von Rußpartikeln sowie einen vorgeschalteten Katalysatorkörper 2 zur NO-Oxidation auf. Der Katalysatorkörper 2 und der Filterkörper 3 können grundsätzlich aus jedem für Katalysator und Filter verwendbaren Material und jeder üblichen Struktur hergestellt sein. Gut geeignet als Filterkörper 3 sind Keramikmonolithe, gewellte Metallfaservliese, Wickelfilter aus Metallfolien, Cordierit oder Siliziumkarbid und auf Sintermetallbasis. Der Katalysatorkörper 2 besteht bevorzugt aus gewickelten Metallfolien, Schüttgut oder Al2O3-Granit.
  • Der Filterkörper 3 ist als Zylinder 13 und der Katalysatorkörper 2 ist als ein den Zylinder 12 konzentrisch umschließender Zylinderring 12, hier bestehend aus zwei Ringzylinderelementen 12a, 12b, ausgebildet. Auf diese Weise liegen der Katalysatorkörper 2 und der Filterkörper praktisch unmittelbar nebeneinander. Der Filterkörper 3 ist zum Ausgleich von temperaturbedingten Ausdehnungen lediglich mit einer Ausgleichsschicht 5 umgeben. Außerdem weist er einen Zylindermantel 4 auf, auf welchen der Ringzylinder 12 aufgesetzt und an welchem der Ringzylinder verlötet ist. Die beiden Ringzylinderelemente 12a, 12b können mit unterschiedlichen Katalysatorbeschichtungen versehen oder aus unterschiedlichen Strukturen hergestellt sein.
  • Grundsätzlich kann auch der Katalysatorkörper 2 als Zylinder und der Filterkörper 3 als Ringzylinder ausgebildet sein. Die folgenden Ausführungen gelten dann sinngemäß.
  • Die Anordnung ist von einem zylindrischen Gehäuse 1 umgeben, welches mit einer Abgaszuführung 6 und einer Abgasabführung 7 versehen ist. In der Gehäusewandung ist eine thermische und akustische Isolierung 8 angeordnet.
  • Gemäß Pfeilen 9 wird Abgas gegensinnig durch den Katalysatorkörper 2 und den Filterkörper 3 geleitet, wobei das Abgas in einer Abgasumlenkung 9 vom Ausgang des Katalysatorkörpers 2 zum Eingang des Filterkörpers 3 um 180 Grad umgelenkt wird. Die Abgasumlenkung erfolgt stirnseitig von Zylinder 13 und Ringzylinder 12 in einem Zwischenraum zum Gehäuse 8, wobei das Abgas durch eine am Gehäuse 8 ausgeformte Führung 10 geführt wird.
  • Über die Abgaszuführung 6 gelangt Abgas in einen Verteilerraum 14 an der anderen, eingangsseitigen Stirnseite des Ringzylinders 2, wo es in der Art eines Turboladers kreist und in den Ringzylinder 12 verteilt wird. Besonders günstig ist es, wenn die gesamte Anordnung möglichst motornah angeordnet wird. Das Abgas durchströmt die beiden Ringzylinderelemente 12a, 12b, wird umgelenkt und durchströmt den zylindrischen Filterkörper 3 in entgegengesetzter Richtung wie den Katalysatorkörper 2. An der ausgangsseitigen Stirnseite des Zylinders 13 ist ein Konus 15 angeordnet, welcher in die Abgasabführung 7 mündet, wo es aus dem Gehäuse 8 austritt.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Abgasreinigung bei Verbrennungsmaschinen mit einem Katalysatorkörper und einem Filterkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkörper (3) und der Katalysatorkörper (2) in Abgasströmungsrichtung nebeneinander angeordnet sind, wobei der eine als Zylinder (13) und der andere als den Zylinder umschließender Ringzylinder (12) ausgebildet sind und dass eine Abgasumlenkung (11) stirnseitig vom Zylinder (13) zum Ringzylinder (12) vorhanden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorkörper (2) und der Filterkörper (3) in entgegengesetzter Richtung durchströmt werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Katalysatorkörper (2) und dem Filterkörper (3) mindestens ein Mantel (4) und/oder eine Ausgleichsschicht (5) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkörper (3) als Zylinder (13) und der Katalysatorkörper (2) als den Zylinder umschließender Ringzylinder (12) ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Zylinder (13) mehrere Ringzylinder umschließen, wobei abwechselnd Filterkörper (3) und Katalysatorkörper (2) nebeneinander angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkörper (3) und/oder der Katalysatorkörper (2) aus einem oder mehreren in Abgasströmungsrichtung hintereinander geschalteten Elementen bestehen.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkörper (3) und der Katalysatorkörper (2) in Abgasströmungsrichtung die gleiche Länge aufweisen.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einstückig ausgebildet ist, wobei der Filterkörper (3) und der Katalysatorkörper (2) durch Löten oder Schweißen miteinander verbunden sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einstückig ausgebildet ist, wobei der Filterkörper (3) und der Katalysatorkörper (2) durch einen Mantel zusammengehalten werden.
10. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7 als Schalldämpfer.
11. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (12) durch Wickeln hergestellt wird und mindestens ein den Zylinder (12) umschließender Ringzylinder (13) darauf aufgewickelt wird.
12. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkörper (3) und die Katalysatorkörper (2) in Ihrer abwechselnden Anordnung durch Stapeln hergestellt werden.
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