DE102022206950A1 - Catalyst for exhaust gas aftertreatment with improved structure - Google Patents

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Christian Schmidt
Peter Hirth
Sebastian Dung
Sven Schepers
Michael Voit
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Katalysator (1) zur Nachbehandlung von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine mit einem aus zumindest einer Metallfolie aufgewickelten Wabenkörper (2), wobei der Wabenkörper (2) eine Mittelachse aufweist, die sich entlang seiner axialen Erstreckung von einer Gaseintrittsseite (6) des Wabenkörpers (2) hin zu einer Gasaustrittsseite (7) des Wabenkörper (2) erstreckt, und der Wabenkörper (2) eine Mehrzahl von Strömungskanälen aufweist, die von einer Gaseintrittsseite (6) des Wabenkörpers (2) hin zu einer Gasaustrittsseite (7) durchströmbar sind, wobei der Wabenkörper (2) entlang seiner axialen Erstreckung, entlang welcher die Mittelachse verläuft, in einzelne axiale Abschnitte (4, 5) unterteilt ist, wobei die axialen Abschnitte (4, 5) Strömungskanalabschnitte aufweisen, die entlang unterschiedlicher Winkel zur Mittelachse verlaufen.The invention relates to a catalytic converter (1) for the aftertreatment of exhaust gases from an internal combustion engine with a honeycomb body (2) wound from at least one metal foil, the honeycomb body (2) having a central axis which extends along its axial extent from a gas inlet side (6) of the honeycomb body (2) extends towards a gas outlet side (7) of the honeycomb body (2), and the honeycomb body (2) has a plurality of flow channels through which flow can flow from a gas inlet side (6) of the honeycomb body (2) to a gas outlet side (7). , wherein the honeycomb body (2) is divided into individual axial sections (4, 5) along its axial extent, along which the central axis runs, the axial sections (4, 5) having flow channel sections which run along different angles to the central axis.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft einen Katalysator zur Nachbehandlung von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine mit einem aus zumindest einer Metallfolie aufgewickelten Wabenkörper, wobei der Wabenkörper eine Mittelachse aufweist, die sich entlang seiner axialen Erstreckung von einer Gaseintrittsseite des Wabenkörpers hin zu einer Gasaustrittsseite des Wabenkörper erstreckt, und der Wabenkörper eine Mehrzahl von Strömungskanälen aufweist, die von einer Gaseintrittsseite des Wabenkörpers hin zu einer Gasaustrittsseite durchströmbar sind.The invention relates to a catalyst for the aftertreatment of exhaust gases from an internal combustion engine with a honeycomb body wound from at least one metal foil, the honeycomb body having a central axis which extends along its axial extent from a gas inlet side of the honeycomb body to a gas outlet side of the honeycomb body, and the honeycomb body has a Has a plurality of flow channels through which flow can flow from a gas inlet side of the honeycomb body to a gas outlet side.

Stand der TechnikState of the art

Zur Konvertierung von Schadstoffen aus dem von Verbrennungsmotoren emittierten Abgas werden metallische Katalysatoren in der Abgasanlage verbaut. Zur Verlkürzung der Aufheizzeit von den verbauten Katalysatoren kann eine elektrisch beheizbare Heizscheibe dem Katalysator vorgeschaltet werden. Diese Heizscheibe wird bei Katalysatoren mit metallischen Wabenkörper durch sogenannte Stützstifte gehalten, welche auf der einen Seite stoffschlüssig mit dem Stützkat verbunden sind und auf der anderen Seite stoffschlüssig mit der Heizscheibe verbunden sind. Die Stützstifte dienen einerseits zur mechanischen Fixierung der Heizscheibe relativ zum Katalysator und andererseits zur elektrischen Isolation der Heizscheibe vom Katalysator.To convert pollutants from the exhaust gas emitted by combustion engines, metallic catalysts are installed in the exhaust system. To shorten the heating time of the installed catalytic converters, an electrically heated heating disk can be installed upstream of the catalytic converter. In catalytic converters with a metallic honeycomb body, this heating disk is held by so-called support pins, which are integrally connected to the support catalytic converter on one side and are integrally connected to the heating disk on the other side. The support pins serve, on the one hand, to mechanically fix the heating disk relative to the catalytic converter and, on the other hand, to electrically isolate the heating disk from the catalytic converter.

Solche Katalysatoren, die als Stützkatalysatoren zur Abstützung von Heizscheiben eingesetzt werden, werden regelmäßig durch das Aufeinanderstapeln und Aufwickeln einer Mehrzahl von Metallfolien erzeugt, wobei die Metallfolien abwechselnd glatt und strukturiert ausgeführt sind. Der durch das Aufwickeln erzeugte Wabenkörper wird in einen Trägermantel eingesetzt, wodurch der Katalysator seine endgültige Form bekommt. Die zwischen den glatten Folien und den strukturierten Folien ausgebildeten Strömungskanäle sind gerade und verlaufen regelmäßig parallel zur Mittelachse des Katalysators.Such catalysts, which are used as supporting catalysts to support heating disks, are regularly produced by stacking and winding a plurality of metal foils on top of one another, the metal foils being alternately smooth and structured. The honeycomb body created by winding is inserted into a support shell, giving the catalyst its final shape. The flow channels formed between the smooth films and the structured films are straight and run regularly parallel to the central axis of the catalyst.

Alternativ sind Katalysatoren bekannt, welche keine glatten Folien aufweisen. Um dennoch Strömungskanäle im Wabenkörper auszubilden, die von einer Gaseintrittsseite hin zu einer Gasaustrittsseite durchströmt werden können, sind die Folien derart strukturiert, dass die sich ergebenden Strömungskanäle in einem Winkel angestellt zur Mittelachse verlaufen. Dadurch werden sogenannte Kreuzwellungen oder sogenannten Heringbone Strukturen erzeugt.Alternatively, catalysts are known which do not have smooth films. In order to still form flow channels in the honeycomb body through which flow can flow from a gas inlet side to a gas outlet side, the films are structured in such a way that the resulting flow channels run at an angle to the central axis. This creates so-called cross corrugations or so-called herringbone structures.

Durch das Aufeinanderstapeln von strukturierten Folien mit jeweils entgegengesetzter Ausrichtung der Wellung wird das Ineinanderrutschen der strukturierten Folien vermieden.Stacking structured films on top of each other, each with the opposite orientation of the corrugation, prevents the structured films from slipping into one another.

Nachteilig an den Vorrichtungen im Stand der Technik ist insbesondere, dass die vorgenannten Katalysatoren, welche ohne Glattlage aufgebaut sind sowohl an der Gaseintrittsseite des Katalysators als auch an der Gasaustrittsseite schräggestellte Strömungskanäle aufweisen, die nicht parallel zur Mittelachse des Katalysators verlaufen. In solchen schräg gestellten Kanälen können die vorbeschriebenen Stützstifte nicht verwendet werden. Zudem ist es nachteilig, dass die Matrix des den Katalysator bildenden Wabenkörpers die Metallfolien bedingt durch die regelmäßig genutzten kleinen Biegeradien leicht beschädigt werden können.A particular disadvantage of the devices in the prior art is that the aforementioned catalysts, which are constructed without a smooth layer, have inclined flow channels on both the gas inlet side of the catalyst and on the gas outlet side, which do not run parallel to the central axis of the catalyst. The support pins described above cannot be used in such inclined channels. It is also disadvantageous that the matrix of the honeycomb body forming the catalyst and the metal foils can be easily damaged due to the small bending radii that are regularly used.

Die Verwendung eines Stützkatalysators mit einer glatten Metallfolie zwischen den strukturierten Metallfolien ist nachteilig, da die Wärmekapazität des Wabenkörpers dadurch erhöht wird. Dadurch wird wiederum die Aufheizzeit bis zum Erreichen der optimalen Betriebstemperatur erhöht. Außerdem ist ein Wabenkörper mit glatten Metallfolien kostenintensiver in der Herstellung, da er einen höheren Materialbedarf aufweist.The use of a supporting catalyst with a smooth metal foil between the structured metal foils is disadvantageous because the heat capacity of the honeycomb body is thereby increased. This in turn increases the heating time until the optimal operating temperature is reached. In addition, a honeycomb body with smooth metal foils is more expensive to produce because it requires more material.

Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, VorteilePresentation of the invention, task, solution, advantages

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Katalysator zur Abgasnachbehandlung zu schaffen, der ein hinsichtlich der verwendeten Metallfolien optimiertes Design aufweist, und insbesondere ohne den Einsatz von glatten Metallfolien zwischen den strukturierten Metallfolien auskommt und eine höhere Flexibilität des Wabenkörpers in axialer und/oder tangentialer Richtung aufweist.It is therefore the object of the present invention to create a catalyst for exhaust gas aftertreatment which has a design that is optimized with regard to the metal foils used, and in particular does not require the use of smooth metal foils between the structured metal foils and has a higher flexibility of the honeycomb body in the axial and/or tangential direction direction.

Die Aufgabe hinsichtlich des Katalysators wird durch einen Katalysator mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.The problem with regard to the catalyst is solved by a catalyst with the features of claim 1.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Katalysator zur Nachbehandlung von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine mit einem aus zumindest einer Metallfolie aufgewickelten Wabenkörper, wobei der Wabenkörper eine Mittelachse aufweist, die sich entlang seiner axialen Erstreckung von einer Gaseintrittsseite des Wabenkörpers hin zu einer Gasaustrittsseite des Wabenkörper erstreckt, und der Wabenkörper eine Mehrzahl von Strömungskanälen aufweist, die von einer Gaseintrittsseite des Wabenkörpers hin zu einer Gasaustrittsseite durchströmbar sind, wobei der Wabenkörper entlang seiner axialen Erstreckung, entlang welcher die Mittelachse verläuft, in einzelne axiale Abschnitte unterteilt ist, wobei die axialen Abschnitte Strömungskanalabschnitte aufweisen, die entlang unterschiedlicher Winkel zur Mittelachse verlaufen.An exemplary embodiment of the invention relates to a catalyst for the aftertreatment of exhaust gases from an internal combustion engine with a honeycomb body wound from at least one metal foil, the honeycomb body having a central axis which extends along its axial extent from a gas inlet side of the honeycomb body to a gas outlet side of the honeycomb body, and the Honeycomb body has a plurality of flow channels through which flow can flow from a gas inlet side of the honeycomb body to a gas outlet side, the honeycomb body being divided into individual axial sections along its axial extent, along which the central axis runs, the axial sections Have flow channel sections that run along different angles to the central axis.

Die Axialen Abschnitte beschreiben Bereiche entlang der axialen Erstreckung des Wabenkörpers. Die Gesamtheit der axialen Abschnitte bildet den gesamten Wabenköper mit seiner axialen Erstreckung aus. Die einzelnen axialen Abschnitte sind durch speziell ausgeformte Bereiche in den verwendeten Metallfolien erzeugt. Bevorzugt ist der Wabenkörper aus einem einzigen aufgewickelten Lagenstapelt erzeugt, so dass alle im Wabenkörper ausgebildeten axialen Abschnitte durch dieselben Metallfolien gebildet sind.The axial sections describe areas along the axial extent of the honeycomb body. The entirety of the axial sections forms the entire honeycomb body with its axial extent. The individual axial sections are created by specially shaped areas in the metal foils used. The honeycomb body is preferably produced from a single wound stack of layers, so that all axial sections formed in the honeycomb body are formed by the same metal foils.

Die Vielzahl an Strömungskanälen, welche zwischen den Metallfolien ausgebildet sind, verlaufen von der Gaseintrittsseite des Wabenkörper hin zur Gasaustrittsseite. The large number of flow channels, which are formed between the metal foils, run from the gas inlet side of the honeycomb body to the gas outlet side.

Erfindungsgemäß sind die Strömungskanäle dadurch gekennzeichnet, dass diese innerhalb der einzelnen axialen Abschnitte unterschiedliche Ausrichtungen in Bezug auf die Mittelachse des Wabenkörpers aufweisen können. Die Strömungskanäle innerhalb eines axialen Abschnitts können beispielsweise parallel zur Mittelachse verlaufen, in einem positiven Winkel zur Mittelachse angestellt sein, oder in einem negativen Winkel zur Mittelachse angestellt sein.According to the invention, the flow channels are characterized in that they can have different orientations within the individual axial sections with respect to the central axis of the honeycomb body. The flow channels within an axial section can, for example, run parallel to the central axis, be set at a positive angle to the central axis, or be set at a negative angle to the central axis.

An den Übergängen zwischen den einzelnen axialen Abschnitten finden somit Umlenkungen der jeweiligen Durchströmungsrichtung in den einzelnen Strömungskanälen statt.At the transitions between the individual axial sections, deflections of the respective flow direction in the individual flow channels take place.

Durch den Wechsel von geraden axialen Abschnitten mit parallel zur Mittelachse verlaufenden Strömungskanälen und axialen Abschnitten mit schräg angestellten Strömungskanälen wird der Radius an den Umlenkpunkten vergrößert und somit die Materialbelastung durch den Wellprozess reduziert. Hierdurch wird das Auftreten von Beschädigungen der Metallfolien im Herstellungsprozess verringert.By alternating straight axial sections with flow channels running parallel to the central axis and axial sections with oblique flow channels, the radius at the deflection points is increased and thus the material load caused by the corrugation process is reduced. This reduces the occurrence of damage to the metal foils during the manufacturing process.

Der erfindungsgemäße Katalysator weist einen Wabenköper auf, der ohne eine Glattlage aufgebaut ist, welche regelmäßig zur Trennung der strukturierten Metallfolien verwendet wird, um das Ineinanderrutschen der Metallfolien zu unterbinden. Dadurch wird der Aufbau des Wabenkörpers einfacher und es wird weniger Material benötigt.The catalyst according to the invention has a honeycomb body which is constructed without a smooth layer, which is regularly used to separate the structured metal foils in order to prevent the metal foils from slipping into one another. This makes the construction of the honeycomb body easier and less material is required.

Je nach Ausgestaltung kann die Ausrichtung der Strömungskanäle in den axialen Abschnitten jeweils unterschiedlich sein, wobei sich parallel zur Mittelachse ausgerichtete Strömungskanäle und mit einem Winkel zur Mittelachse angestellte Strömungskanäle abwechseln.Depending on the design, the orientation of the flow channels in the axial sections can be different, with flow channels aligned parallel to the central axis alternating with flow channels set at an angle to the central axis.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn jeder Strömungskanal entsprechend der Anzahl der axialen Abschnitte Strömungskanalabschnitte aufweist, welche sich jeweils entlang eines der axialen Abschnitte erstrecken. Die Strömungskanäle verlaufen alle von der Gaseintrittsseite hin zur Gasaustrittsseite des Katalysators. Somit verläuft auch jeder Strömungskanal durch alle axialen Abschnitte des Katalysators. It is particularly advantageous if each flow channel has flow channel sections corresponding to the number of axial sections, which each extend along one of the axial sections. The flow channels all run from the gas inlet side to the gas outlet side of the catalytic converter. Each flow channel therefore runs through all axial sections of the catalytic converter.

Da der Wabenkörper in axialer Richtung nur aus einem Lagenstapel erzeugt wird, und somit die Metallfolien nicht unterbrochen sind, erststreckt sich jeder Strömungskanal durch die axialen Abschnitte, ohne durch die Übergänge zwischen den axialen Abschnitten unterbrochen zu werden. Ziel ist es eine möglichst hohe Durchströmung des Wabenkörpers zu ermöglichen, weswegen so wenig Strömungskanäle wie möglich blockiert werden sollten. Aus fertigungstechnischen Gründen kann es vorkommen, dass einzelne Strömungskanäle deformiert werden und somit blockiert werden. Diese Fälle sind aber unwesentliche Nebeneffekte, die die Funktion und den Aufbau des Wabenkörpers grundsätzlich nicht verändern.Since the honeycomb body is only created from a stack of layers in the axial direction, and therefore the metal foils are not interrupted, each flow channel extends through the axial sections without being interrupted by the transitions between the axial sections. The aim is to enable the highest possible flow through the honeycomb body, which is why as few flow channels as possible should be blocked. For manufacturing reasons, it can happen that individual flow channels are deformed and thus blocked. However, these cases are insignificant side effects that fundamentally do not change the function and structure of the honeycomb body.

Auch ist es vorteilhaft, wenn die Strömungskanalabschnitte des axialen Abschnitts, welcher an der Gaseintrittsseite des Wabenkörpers beginnt, parallel zur Mittelachse des Wabenkörpers verlaufen und/oder die Strömungskanalabschnitte des axialen Abschnitts, welcher an der Gasaustrittsseite des Wabenkörpers endet, parallel zur Mittelachse verlaufen.It is also advantageous if the flow channel sections of the axial section, which begins on the gas inlet side of the honeycomb body, run parallel to the central axis of the honeycomb body and / or the flow channel sections of the axial section, which ends on the gas outlet side of the honeycomb body, run parallel to the central axis.

Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn ein vorgelagertes oder nachgelagertes Element gegenüber dem Katalysator fixiert werden soll. Insbesondere eine Heizscheibe, welche mit geraden in die Strömungskanäle eingesteckten und mit diesen dauerhaltbar verbundenen Stützstiften fixiert wird, kann so besonders einfach gegenüber dem Katalysator positioniert werden.This is particularly advantageous if an upstream or downstream element is to be fixed relative to the catalyst. In particular, a heating disk, which is fixed with straight support pins inserted into the flow channels and permanently connected to them, can be positioned particularly easily relative to the catalytic converter.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmungsrichtung der jeweiligen Strömungskanalabschnitte relativ zur Mittelachse in direkt zueinander benachbarten axialen Abschnitten unterschiedlich ist.A preferred exemplary embodiment is characterized in that the flow direction of the respective flow channel sections is different relative to the central axis in axial sections that are directly adjacent to one another.

Bevorzugt weisen die Strömungskanäle Winkel zur Mittelachse auf, die zwischen 1 und 15 Grad, besonders bevorzugt zwischen 1 und 10 Grad betragen. Ein erfindungsgemäßer Katalysator hat bevorzugt eines Zelldichte von 600 cpsi bis 1200 cpsi (cells per square inch).The flow channels preferably have angles to the central axis that are between 1 and 15 degrees, particularly preferably between 1 and 10 degrees. A catalyst according to the invention preferably has a cell density of 600 cpsi to 1200 cpsi (cells per square inch).

Auch ist es zu bevorzugen, wenn die Länge der axialen Abschnitte zwischen 5mm und 50mm entlang der Mittelachse betragen.It is also preferable if the length of the axial sections is between 5mm and 50mm along the central axis.

Die Länge der axialen Abschnitte ist bevorzugt zwischen 5mm und 50mm. Axiale Abschnitte mit geraden, parallel zur Mittelachse verlaufenden Strömungskanalabschnitten an der Gaseintrittsseite und/oder der Gasaustrittsseite weisen bevorzugt eine Länge von 5mm bis 10mm auf. Durch die kurze Länge dieser axialen Abschnitte wird sichergestellt, dass beim Beleimungsprozess und Belotungsprozess das Lot auch in die nachfolgenden axialen Abschnitte gut eindringt und somit im nachfolgenden Lötvorgang eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Metallfolien entsteht.The length of the axial sections is preferably between 5mm and 50mm. Axial sections with straight flow channel sections running parallel to the central axis on the gas inlet side and/or the gas outlet side preferably have a length of 5mm to 10mm. The short length of these axial sections ensures that during the gluing and soldering process the solder also penetrates well into the subsequent axial sections and thus a cohesive connection is created between the metal foils in the subsequent soldering process.

Einzelne axiale Abschnitte können zusätzlich eine spezielle Wellung aufweisen, wobei das Wellmaximum oder das Wellminimum angeschnitten sind und eine Ausstülpung der Metallfolie in die entgegengerichtete Richtung der jeweiligen Wellung vorgesehen ist. Dies ermöglicht das Überströmen von Abgas zwischen zueinander benachbarten Strömungskanälen. Darüber hinaus kann hierdurch eine verbesserte Umsetzung am Katalysator erreicht werden, da die Ausstülpung die Gasströmung verbessert, insbesondere turbulenter macht. Insbesondere in Kombination mit einer am Katalysator angebrachten Heizscheibe sind die Ausstülpungen vorteilhaft, da diese eine Mehrpunkt-Lötanbindung zwischen den Stützstiften und dem Katalysator ermöglichen.Individual axial sections can additionally have a special corrugation, with the corrugation maximum or the corrugation minimum being cut and a protuberance of the metal foil in the opposite direction of the respective corrugation being provided. This allows exhaust gas to flow between adjacent flow channels. In addition, improved conversion on the catalyst can be achieved in this way, since the protuberance improves the gas flow, in particular making it more turbulent. The protuberances are particularly advantageous in combination with a heating disk attached to the catalytic converter, as they enable a multi-point soldering connection between the support pins and the catalytic converter.

Die Ausstülpungen können wahlweise in axialen Abschnitten mit parallel zur Mittelachse verlaufenden Strömungskanälen angeordnet sein und/oder an axialen Abschnitten mit in einem Winkel zur Mittelachse angestellten Strömungskanälen. Besonders bevorzugt sind die Ausstülpungen im Bereich der Gaseintrittsseite angeordnet und besonders bevorzugt ist der axiale Beginn der Ausstülpung in einem Bereich von 1mm bis 10mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1mm bis 5mm, nach der Gaseintrittsseite angeordnet.The protuberances can optionally be arranged in axial sections with flow channels running parallel to the central axis and/or in axial sections with flow channels set at an angle to the central axis. The protuberances are particularly preferably arranged in the area of the gas inlet side and particularly preferably the axial start of the protuberance is arranged in a range from 1mm to 10mm, particularly preferably in a range from 1mm to 5mm, after the gas inlet side.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine Metallfolie in zumindest einem axialen Abschnitt in Umfangsrichtung des Wabenkörpers verlaufende Schlitzungen aufweist.In addition, it is advantageous if at least one metal foil has slits running in at least one axial section in the circumferential direction of the honeycomb body.

Die Schlitze werden bevorzugt bereits vor dem Wellvorgang in die Metallfolien eingebracht. Die Schlitze reduzieren insbesondere die Materialbelastungen während des Wellvorgangs deutlich und reduzieren somit das Risiko von Beschädigungen an den Metallfolien.The slots are preferably made into the metal foils before the corrugation process. In particular, the slots significantly reduce the material stress during the corrugation process and thus reduce the risk of damage to the metal foils.

Ein weiterer positiver Nebeneffekt der Schlitze, welche im aufgewickelten Wabenkörper in Umfangsrichtung verlaufen ist, dass der Katalysator eine erhöhte Flexibilität sowohl in axialer als auch in tangentialer Richtung aufweist, wodurch Zelldeformationen, welche bei einem durchgehenden schlitzfreien Wabenkörper regelmäßig durch Thermoschocks auftreten, vermieden werden. Die Schlitze können in axialer Richtung in geraden axialen Abschnitten oder bevorzugt an Umlenkpunkten beziehungsweise Übergangspunkten zwischen axialen Abschnitten mit ungleicher Ausrichtung der Strömungskanalabschnitte angeordnet sein.Another positive side effect of the slots, which run in the circumferential direction in the wound honeycomb body, is that the catalyst has increased flexibility in both the axial and tangential directions, whereby cell deformations, which regularly occur due to thermal shocks in a continuous slot-free honeycomb body, are avoided. The slots can be arranged in the axial direction in straight axial sections or preferably at deflection points or transition points between axial sections with unequal alignment of the flow channel sections.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der an die Gaseintrittsseite angrenzende axiale Abschnitt Strömungskanalabschnitte aufweist, die parallel zur Mittelachse verlaufen, wobei in einzelne der Strömungskanäle Stützstifte eingesteckt und mit dem Wabenkörper dauerhaltbar verbunden sind. Dies erleichtert insbesondere die Anbindung einer Heizscheibe an den Katalysator.Furthermore, it is advantageous if the axial section adjacent to the gas inlet side has flow channel sections which run parallel to the central axis, with support pins being inserted into individual flow channels and permanently connected to the honeycomb body. This makes it particularly easier to connect a heating disk to the catalytic converter.

Auch ist es zweckmäßig, wenn der Wabenkörper entlang seiner axialen Erstreckung abwechselnd axiale Abschnitte mit einer parallel zur Mittelachse verlaufenden Durchströmungsrichtung aufweist und axiale Abschnitte mit einer in einem Winkeln zur Mittelachse verlaufenden Durchströmungsrichtung aufweist. Hierdurch wird gezielt der Radius an den Umlenkpunkten, beziehungsweise den Übergängen zwischen den axialen Abschnitten, vergrößert, wodurch es zu einer Entlastung der Metallfolien und somit ebenfalls zu einer Entlastung des Wabenkörpers kommt.It is also expedient if the honeycomb body has alternating axial sections along its axial extent with a flow direction running parallel to the central axis and axial sections with a flow direction running at an angle to the central axis. This specifically increases the radius at the deflection points or the transitions between the axial sections, which relieves the load on the metal foils and thus also relieves the load on the honeycomb body.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der Wabenkörper aus einer Mehrzahl von aufeinander gestapelten Metallfolien gebildet ist, die um zumindest einen Drehpunkt aufgewickelt sind.In addition, it is advantageous if the honeycomb body is formed from a plurality of metal foils stacked on top of one another and wound around at least one pivot point.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der Übergang zwischen zwei direkt zueinander benachbarten axialen Abschnitten jeweils einen Umlenkpunkt für die Durchströmungsrichtung eines Strömungskanals darstellt. Dadurch ist sichergestellt, dass die Strömungskanäle nicht durch die Übergänge zwischen den axialen Abschnitten unterbrochen werden.Furthermore, it is expedient if the transition between two directly adjacent axial sections each represents a deflection point for the flow direction of a flow channel. This ensures that the flow channels are not interrupted by the transitions between the axial sections.

Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.Advantageous developments of the present invention are described in the subclaims and in the following description of the figures.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

  • 1 eine Schnittansicht durch einen Katalysator mit einem erfindungsgemäßen Wabenkörper,
  • 2 eine Detailansicht einer speziellen Formgebung einer gewellten Folie, wobei die Wellung einen in die Gegenrichtung ausgestülpten Bereich im Wellmaximum aufweist,
  • 3 eine Schnittansicht durch einen Katalysator, wobei ein Stützkatalysator gezeigt ist, an welchen mittels Stützstiften eine Heizscheibe an der Gaseinlassseite angebunden ist,
  • 4 eine Schnittansicht durch einen Stützkatalysator und eine Heizscheibe, mit einer alternativen Ausgestaltung der aufeinanderfolgenden axialen Bereiche,
  • 5 eine Schnittansicht durch einen Katalysator, wobei der Wabenkörper in Umfangsrichtung verlaufende Schlitze innerhalb einzelner der axialen Abschnitte aufweist, und
  • 6 eine Schnittansicht durch einen Katalysator, wobei der Wabenkörper in Umfangsrichtung verlaufende Schlitze an den Übergängen zwischen zueinander benachbarten axialen Abschnitten aufweist.
The invention is explained in detail below using exemplary embodiments with reference to the drawings. In the drawings show:
  • 1 a sectional view through a catalytic converter with a honeycomb body according to the invention,
  • 2 a detailed view of a special shape of a corrugated film, with the corrugation has an area in the wave maximum that is turned out in the opposite direction,
  • 3 a sectional view through a catalytic converter, showing a supporting catalytic converter to which a heating disk is connected to the gas inlet side by means of supporting pins,
  • 4 a sectional view through a supporting catalytic converter and a heating disk, with an alternative configuration of the successive axial areas,
  • 5 a sectional view through a catalytic converter, wherein the honeycomb body has circumferentially extending slots within individual of the axial sections, and
  • 6 a sectional view through a catalytic converter, wherein the honeycomb body has circumferentially extending slots at the transitions between mutually adjacent axial sections.

Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention

Die 1 zeigt einen Katalysator 1, wobei der Wabenkörper 2 in einem Mantelrohr 3 aufgenommen ist. Der Wabenkörper weist mehrere axiale Abschnitte 4, 5 auf die von der Gaseintrittsseite 6 hin zur Gasaustrittsseite 7 mit Abgas durchströmt werden können.The 1 shows a catalytic converter 1, with the honeycomb body 2 being accommodated in a casing tube 3. The honeycomb body has several axial sections 4, 5 through which exhaust gas can flow from the gas inlet side 6 to the gas outlet side 7.

Im Ausführungsbeispiel der 1 sind abwechselnd axiale Abschnitte 5 mit in einem Winkel zur Mittelachse angestellten Strömungskanalabschnitten und axiale Abschnitte 6 mit parallel zur Mittelachse verlaufenden Strömungskanalabschnitten gezeigt. Die axialen Abschnitte 5 haben abwechselnd einen positiven Anstellwinkel zur Mittelachse und einen negativen Anstellwinkel zur Mittelachse, wodurch im Schnittbild der 1 entlang der axialen Erstreckung des Wabenkörpers 2 eine Auf- und Abbewegung der Strömungskanäle entsteht.In the exemplary embodiment 1 Alternating axial sections 5 are shown with flow channel sections set at an angle to the central axis and axial sections 6 with flow channel sections running parallel to the central axis. The axial sections 5 alternately have a positive angle of attack to the central axis and a negative angle of attack to the central axis, which means that in the sectional view 1 An up and down movement of the flow channels occurs along the axial extent of the honeycomb body 2.

2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer gewellten Metallfolie 8, wobei die nach oben ragenden Wellenmaxima Ausstülpungen 9 aufweisen, welche in die entgegengesetzte Richtung aus der Wellung ausgestülpt sind. Im Ausführungsbeispiel der 2 weisen die ausgestülpten Bereiche 9 ihrerseits eine im Vergleich zur Hauptwellung geringere Wellung auf. 2 shows a perspective view of a corrugated metal foil 8, the upwardly projecting wave maxima having protuberances 9, which are protruded in the opposite direction from the corrugation. In the exemplary embodiment 2 the turned-out areas 9 in turn have a smaller corrugation compared to the main corrugation.

3 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Wabenkörpers 2. An der Gaseinlassseite ist dem Wabenkörper eine Heizschiebe 12 vorgelagert, welche über Stützstifte 11 mit dem Wabenkörper verbunden ist. 3 shows an alternative embodiment of a honeycomb body 2. On the gas inlet side, the honeycomb body is preceded by a heating slide 12, which is connected to the honeycomb body via support pins 11.

Der Wabenkörper 5 weist an seiner Gaseinlassseite und der Gasauslassseite jeweils einen axialen Abschnitt 4 mit parallel zur Mittelachse verlaufenden Strömungskanalabschnitten auf. Der restliche Wabenkörper 2 ist durch axiale Abschnitte 5 gebildet, die jeweils in einem Winkel angestellte Strömungskanalabschnitte aufweisen.The honeycomb body 5 has an axial section 4 with flow channel sections running parallel to the central axis on its gas inlet side and the gas outlet side. The remaining honeycomb body 2 is formed by axial sections 5, each of which has flow channel sections set at an angle.

Es ist zu erkennen, dass die axialen Abschnitte 4 an der Gaseinlassseite und der Gasauslassseite jeweils eine deutlich kürzere axiale Erstreckung aufweisen, als die mittleren axialen Abschnitte 5.It can be seen that the axial sections 4 on the gas inlet side and the gas outlet side each have a significantly shorter axial extent than the middle axial sections 5.

4 zeigt einen Wabenkörper 2 mit einer vorgelagerten Heizscheibe 12. Die axialen Abschnitte 4 und 5 sind hier abwechselnd angeordnet, so dass beginnend mit einem axialen Abschnitt 4 ein axialer Abschnitt 5 folgt und so weiter, bis an der Gasauslassseite wieder ein axialer Abschnitt 4 folgt. Die so erzeugten Strömungskanäle folgen somit einer Auf- und Abbewegung entlang der axialen Erstreckung des Wabenkörpers. 4 shows a honeycomb body 2 with an upstream heating disk 12. The axial sections 4 and 5 are arranged alternately here, so that starting with an axial section 4, an axial section 5 follows and so on until an axial section 4 follows again on the gas outlet side. The flow channels created in this way follow an up and down movement along the axial extent of the honeycomb body.

5 zeigt einen weiteren alternativen Wabenkörper 2, wobei wiederrum axiale Abschnitte 5 und axiale Abschnitte 4 abwechselnd angeordnet sind. Im Unterschied zu den vorausgegangenen Figuren weisen die axialen Abschnitte 4 nun zusätzliche Schlitze 13 auf, welche im Umfangsrichtung des Wabenkörpers 2 verlaufen. Die Schlitze 13 sind mittig in den axialen Abschnitten 4 angeordnet. 5 shows another alternative honeycomb body 2, with axial sections 5 and axial sections 4 being arranged alternately. In contrast to the previous figures, the axial sections 4 now have additional slots 13 which run in the circumferential direction of the honeycomb body 2. The slots 13 are arranged centrally in the axial sections 4.

6 zeigt einen Wabenkörper 2 wie in 5. Im Unterschied zu 5 sind die Schlitze 13 nun direkt in den Übergängen zwischen den axialen Bereichen 4 und 5 angeordnet. 6 shows a honeycomb body 2 as in 5 . In contrast to 5 the slots 13 are now arranged directly in the transitions between the axial areas 4 and 5.

Die unterschiedlichen Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch untereinander kombiniert werden.The different features of the individual exemplary embodiments can also be combined with one another.

Die Ausführungsbeispiele der 1 bis 6 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.The exemplary embodiments of the 1 until 6 in particular have no restrictive character and serve to clarify the idea of the invention.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
Katalysatorcatalyst
22
Wabenkörperhoneycomb body
33
Mantelrohrcasing pipe
44
axialen Abschnittaxial section
55
axialer Abschnittaxial section
66
GaseinlassseiteGas inlet side
77
GasauslassseiteGas outlet side
88th
Metallfoliemetal foil
99
Ausstülpungprotuberance
1111
StützstifteSupport pins
1212
Heizscheibeheating disc
1313
Schlitzeslots

Claims (10)

Katalysator (1) zur Nachbehandlung von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine mit einem aus zumindest einer Metallfolie aufgewickelten Wabenkörper (2), wobei der Wabenkörper (2) eine Mittelachse aufweist, die sich entlang seiner axialen Erstreckung von einer Gaseintrittsseite (6) des Wabenkörpers (2) hin zu einer Gasaustrittsseite (7) des Wabenkörper (2) erstreckt, und der Wabenkörper (2) eine Mehrzahl von Strömungskanälen aufweist, die von einer Gaseintrittsseite (6) des Wabenkörpers (2) hin zu einer Gasaustrittsseite (7) durchströmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper (2) entlang seiner axialen Erstreckung, entlang welcher die Mittelachse verläuft, in einzelne axiale Abschnitte (4, 5) unterteilt ist, wobei die axialen Abschnitte (4, 5) Strömungskanalabschnitte aufweisen, die entlang unterschiedlicher Winkel zur Mittelachse verlaufen.Catalyst (1) for the aftertreatment of exhaust gases from an internal combustion engine with a honeycomb body (2) wound from at least one metal foil, the honeycomb body (2) having a central axis which extends along its axial extent from a gas inlet side (6) of the honeycomb body (2). extends to a gas outlet side (7) of the honeycomb body (2), and the honeycomb body (2) has a plurality of flow channels through which flow can flow from a gas inlet side (6) of the honeycomb body (2) to a gas outlet side (7), characterized in that that the honeycomb body (2) is divided into individual axial sections (4, 5) along its axial extent, along which the central axis runs, the axial sections (4, 5) having flow channel sections which run along different angles to the central axis. Katalysator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Strömungskanal entsprechend der Anzahl der axialen Abschnitte (4, 5) Strömungskanalabschnitte aufweist, welche sich jeweils entlang eines der axialen Abschnitte (4, 5) erstrecken.Catalyst (1) after Claim 1 , characterized in that each flow channel has flow channel sections corresponding to the number of axial sections (4, 5), which each extend along one of the axial sections (4, 5). Katalysator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanalabschnitte des axialen Abschnitts (4), welcher an der Gaseintrittsseite (6) des Wabenkörpers (2) beginnt, parallel zur Mittelachse des Wabenkörpers (2) verlaufen und/oder die Strömungskanalabschnitte des axialen Abschnitts (4), welcher an der Gasaustrittsseite (7) des Wabenkörpers (2) endet, parallel zur Mittelachse verlaufen.Catalyst (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the flow channel sections of the axial section (4), which begins on the gas inlet side (6) of the honeycomb body (2), run parallel to the central axis of the honeycomb body (2) and / or the Flow channel sections of the axial section (4), which ends on the gas outlet side (7) of the honeycomb body (2), run parallel to the central axis. Katalysator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmungsrichtung der jeweiligen Strömungskanalabschnitte relativ zur Mittelachse in direkt zueinander benachbarten axialen Abschnitten (4, 5) unterschiedlich ist.Catalyst (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the flow direction of the respective flow channel sections is different relative to the central axis in directly adjacent axial sections (4, 5). Katalysator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der axialen Abschnitte (4, 5) zwischen 5mm und 50mm entlang der Mittelachse betragen.Catalyst (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the length of the axial sections (4, 5) is between 5mm and 50mm along the central axis. Katalysator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Metallfolie in zumindest einem axialen Abschnitt (4, 5) in Umfangsrichtung des Wabenkörpers (2) verlaufende Schlitzungen (13) aufweist.Catalyst (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one metal foil has slots (13) running in at least one axial section (4, 5) in the circumferential direction of the honeycomb body (2). Katalysator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der an die Gaseintrittsseite (6) angrenzende axiale Abschnitt (4) Strömungskanalabschnitte aufweist, die parallel zur Mittelachse verlaufen, wobei in einzelne der Strömungskanäle Stützstifte (11) eingesteckt und mit dem Wabenkörper (2) dauerhaltbar verbunden sind.Catalyst (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the axial section (4) adjacent to the gas inlet side (6) has flow channel sections which run parallel to the central axis, with support pins (11) inserted into individual flow channels and connected to the honeycomb body (2) are permanently connected. Katalysator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper (2) entlang seiner axialen Erstreckung abwechselnd axiale Abschnitte (4) mit einer parallel zur Mittelachse verlaufenden Durchströmungsrichtung aufweist und axiale Abschnitte (5) mit einer in einem Winkeln zur Mittelachse verlaufenden Durchströmungsrichtung aufweist.Catalyst (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the honeycomb body (2) has alternating axial sections (4) along its axial extent with a flow direction running parallel to the central axis and axial sections (5) with a flow direction at an angle to the central axis running flow direction. Katalysator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper (2) aus einer Mehrzahl von aufeinander gestapelten Metallfolien gebildet ist, die um zumindest einen Drehpunkt aufgewickelt sind.Catalyst (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the honeycomb body (2) is formed from a plurality of stacked metal foils which are wound around at least one pivot point. Katalysator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen zwei direkt zueinander benachbarten axialen Abschnitten (4, 5) jeweils einen Umlenkpunkt für die Durchströmungsrichtung eines Strömungskanals darstellt.Catalyst (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the transition between two directly adjacent axial sections (4, 5) each represents a deflection point for the flow direction of a flow channel.
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