DE10224436A1 - Automotive exhaust system catalytic converter, for petrol or diesel engine, has main catalytic section discharging to truncated conical outlet - Google Patents

Abstract

An automotive exhaust system has a catalytic converter with a small diameter warm-up section (1) discharging to a large-volume main section (2, 20), all within a common housing (1). The main section (20) discharges to a truncated cone (21) which extends to the exhaust gas discharge (5'), and forms an extension of the main housing (10). The incoming exhaust gases are in-line with the longitudinal main axis of the catalyst sections (2, 20).

Description

Die Erfindung betrifft Abgasanlagen für Verbrennungsmotoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to exhaust systems for internal combustion engines according to the Preamble of claim 1.

Die Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren, gleichgültig ob Otto- oder Dieselmotoren, werden heute regelmäßig mit Katalysatoren zur Reinigung der Abgase ausgerüstet. Die Katalysatoren bestehen aus einem gasdichten Gehäuse, in dem ein oder mehrere Trägerkörper untergebracht sind. Diese Trägerkörper besitzen eine wabenförmige Struktur, deren Wände mit verschiedenen Edelmetallen beschichtet sind. Diese Edelmetallbeschichtung ist der wesentliche Grund für den hohen Preis der Abgaskatalysatoren. The exhaust systems of internal combustion engines, whether gasoline or Diesel engines are regularly used today with catalysts for cleaning the Exhaust equipped. The catalysts consist of a gas-tight housing, in which one or more support bodies are housed. This carrier body have a honeycomb structure, the walls of which are made of different precious metals are coated. This precious metal coating is the main reason for the high price of catalytic converters.

Die katalytische Wirkung der Edelmetallschichten setzt eine bestimmte Mindesttemperatur voraus. Während der Warmlaufphase des Motors verlassen somit die Abgase den Katalysator ungereinigt. Um diese Kaltlaufphase kurz zu halten, werden dem eigentlichen Hauptkatalysator spezielle Startkatalysatoren vorgeschaltet. Diese Startkatalysatoren werden auch möglichst motornah angebracht, damit die den Motor verlassenden Abgase sich auf dem Weg zum Startkatalysator möglichst wenig abkühlen. Dadurch wird der Startkatalysator in kürzerer Zeit auf seine Betriebstemperatur aufgeheizt. The catalytic effect of the precious metal layers sets a certain one Minimum temperature ahead. Leave while the engine is warming up thus the exhaust gases the catalyst unpurified. To briefly this cold run phase hold, the actual main catalyst are special starting catalysts upstream. These starting catalysts are also as close to the engine as possible attached so that the exhaust gases leaving the engine on the way to the Cool the starting catalytic converter as little as possible. This will start the catalytic converter in heated up to its operating temperature in a shorter time.

Eine weitere Verkürzung der Aufheizzeit wird nach dem Stand der Technik dadurch erreicht, dass die Abgasströmung auf den Kern des Startkatalysators konzentriert wird. According to the prior art, this further reduces the heating-up time achieves that the exhaust gas flow concentrates on the core of the starting catalytic converter becomes.

Als dritte Maßnahme zur Verkürzung der Aufheizzeit werden Querschnitt und Volumen des Startkatalysators so klein wie möglich gehalten. Dies ist angesichts der geringen Abgasmengen während der Startphase des Motors problemlos möglich. As a third measure to shorten the heating time, the cross-section and The volume of the starting catalytic converter was kept as small as possible. This is given the small amounts of exhaust gas during the start phase of the engine possible.

Die Reinigung der Abgase während der eigentlichen Betriebsphase des Motors übernimmt ein dem Startkatalysator strömungsmäßig nachgeordneter Hauptkatalysator. Dessen Querschnitt und Volumen sind auf die maximalen Abgasmengen hin ausgerichtet. Des weiteren werden beim Hauptkatalysator strömungslenkende Maßnahmen eingesetzt, die eine Konzentration der Abgasströmung auf das Zentrum verhindern, indem sie die Abgase möglichst gleichmäßig auf den vollen Querschnitt des Katalysators verteilen. Diese gleichmäßige Verteilung wird beispielsweise erreicht durch eine Schräganströmung der Front des Katalysators oder auch durch eine Reduzierung der Strömungswiderstände im Randbereich gegenüber dem Zentrum des Katalysators. The cleaning of the exhaust gases during the actual operating phase of the engine takes over a flow downstream of the starting catalyst Main catalyst. Its cross section and volume are at their maximum Exhaust gas quantities aligned. Furthermore, the main catalyst flow-directing measures are used, which concentrate the Prevent exhaust gas flow to the center by minimizing the exhaust gases Distribute evenly over the full cross-section of the catalyst. This uniform distribution is achieved, for example, by an inclined flow the front of the catalyst or by reducing the Flow resistances in the edge area towards the center of the catalyst.

Es versteht sich, dass die serielle Anordnung von Startkatalysator und Hauptkatalysator nicht nur erhöhte Kosten sondern auch einen erhöhten Platzbedarf zur Folge hat. Es ist deshalb bekannt, beide Katalysatoren in einem einzigen Gehäuse unterzubringen, welches angesichts der unterschiedlichen Querschnitte von Startkatalysator und Hauptkatalysator als Stufengehäuse ausgebildet ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf derartige Stufenkatalysatoren. It is understood that the serial arrangement of the starting catalyst and Main catalyst not only increased costs but also increased Requires space. It is therefore known to have both catalysts in one to accommodate only one housing, which in view of the different Cross sections of the starting catalytic converter and main catalytic converter as a stage housing is trained. The present invention relates to such Stages catalysts.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasanlage mit Stufenkatalysator anzugeben, dessen Kosten und Platzbedarf reduziert sind, ohne dass die katalytische Reinigungswirkung darunter leidet. The object of the present invention is to provide an exhaust system with a step catalytic converter specify the cost and space requirements are reduced without the catalytic cleaning effect suffers.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1. This problem is solved by an exhaust system with the features of Claim 1.

Die vorliegende Erfindung greift zur gleichmäßigen Verteilung der Abgasströmung auf den gesamten Querschnitt des Hauptkatalysators auf die Beeinflussung der Strömungswiderstände der wabenförmigen Kanäle zurück, indem die Kanäle im Zentrum des Katalysators länger gewählt werden als am Rand. Dadurch kann bei gleichbleibender Reinigungswirkung das Volumen des Katalysators reduziert werden, so dass er weniger Edelmetall enthält und weniger Platz beansprucht, da er kürzer werden kann als die herkömmlichen Katalysatoren mit zwei ebenen Frontflächen. Eine weitere Reduzierung des Platzbedarfs wird dadurch erreicht, dass das kegelstumpfförmige Ende des Hauptkatalysators sich in den Auslassstutzen des Gehäuses erstreckt. Die Frontfläche des Hauptkatalysators kann wie bisher völlig eben bleiben, so dass Start- und Hauptkatalysator, die im selben Gehäuse untergebracht sind, optimal zusammenarbeiten. The present invention makes use of the uniform distribution of the exhaust gas flow on the entire cross section of the main catalyst on influencing the Flow resistance of the honeycomb channels back by the channels in the The center of the catalyst should be chosen longer than at the edge. This can help constant cleaning effect reduces the volume of the catalyst so that it contains less precious metal and takes up less space because it can be shorter than the conventional catalysts with two levels Front surfaces. A further reduction in the space requirement is achieved in that the frustoconical end of the main catalyst is in the outlet of the Housing extends. The front surface of the main catalytic converter can be completely as before stay flat, so that the starting and main catalytic converter are in the same housing work together optimally.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Einlassstutzen des Gehäuses senkrecht zur Front des Startkatalysators orientiert. Dadurch wird erreicht, dass die Abgase sich im Zentrum des Startkatalysators konzentrieren, wodurch dieser nach minimal kurzer Zeit seine Betriebstemperatur erreicht. According to an advantageous embodiment of the invention, the inlet connection of the Housing oriented perpendicular to the front of the catalytic converter. This will ensures that the exhaust gases concentrate in the center of the catalytic converter, whereby this reaches its operating temperature after a minimally short time.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen jeweils rein schematisch Based on the drawing, the invention in the form of exemplary embodiments are explained. Each show purely schematically

Fig. 1 Startkatalysator und Hauptkatalysator im Stufengehäuse gemäß Stand der Technik, Fig. 1 starting catalyst and main catalyst in the stage casing in accordance with prior art,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform eines verbesserten Katalysators und Fig. 2 shows a first embodiment of an improved catalyst and

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines verbesserten Katalysators. Fig. 3 shows a second embodiment of an improved catalyst.

Fig. 1 demonstriert den derzeitigen Stand der Technik. In einem Stufengehäuse 10 mit Einlassstutzen 3, Zwischenstutzen 4 und Auslassstutzen 5 ist in Strömungsrichtung vorne ein Startkatalysator 1 mit kleinem Querschnitt und kleinem Volumen und strömungsmäßig hinten ein Hauptkatalysator 2 mit großem Querschnitt und großem Volumen untergebracht. Die vom Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) kommenden Abgase werden dem Gehäuse 10 über ein gasführendes Rohr 2 zugeleitet. Die gereinigten Abgase werden über ein gasführendes Rohr 6 abgeleitet. Fig. 1 demonstrates the current state of the art. In a stage housing 10 with inlet connector 3 , intermediate connector 4 and outlet connector 5 , a starting catalytic converter 1 with a small cross section and small volume is accommodated in the flow direction at the front and a main catalytic converter 2 with a large cross section and large volume in terms of flow at the rear. The exhaust gases coming from the internal combustion engine (not shown) are fed to the housing 10 via a gas-carrying pipe 2 . The cleaned exhaust gases are discharged via a gas-carrying pipe 6 .

Fig. 2 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel einen hinsichtlich Kosten und Platzbedarf erfindungsgemäß optimierten Katalysator. Der Startkatalysator 1 und die entsprechenden Teile 3, 4 des Gehäuses 10 sind unverändert. Verändert wurde der Hauptkatalysator 20, dessen Austrittsfläche als Kegelstumpf 21 ausgebildet wurde. Dank der dadurch erreichten Vergleichmäßigung der Abgasströmung über den gesamten Querschnitt des Hauptkatalysators 20 kann dessen Volumen reduziert werden. Des weiteren erstreckt sich die kegelstumpfförmige Austrittsfläche 21 des Hauptkatalysators 20 in den Auslassstutzen 5 des Gehäuses 10 hinein, so dass auch das Gehäuse 10 weiter verkürzt werden konnte. Fig. 2 shows a first embodiment in terms of cost and space requirements According to the invention optimized catalyst. The starting catalyst 1 and the corresponding parts 3 , 4 of the housing 10 are unchanged. The main catalytic converter 20 was changed , the outlet surface of which was designed as a truncated cone 21 . Thanks to the resulting equalization of the exhaust gas flow over the entire cross section of the main catalytic converter 20 , its volume can be reduced. Furthermore, the frustoconical outlet surface 21 of the main catalytic converter 20 extends into the outlet port 5 of the housing 10 , so that the housing 10 could also be further shortened.

Fig. 3 zeigt eine Variante zur Fig. 2. Das Stufengehäuse 10 ist hier mit einem Auslassstutzen 5' versehen, der gegenüber dem übrigen Gehäuse 10 abgewinkelt ist. Auch hier erstreckt sich die kegelstumpfförmige Austrittsfläche 21 des Hauptkatalysators 20 in den Auslassstutzen 5' hinein. Fig. 3 shows a variant of Fig. 2. The housing stage 10 is here provided with an outlet 5 ', which is angled relative to the rest of the housing 10. Here too, the frustoconical outlet surface 21 of the main catalytic converter 20 extends into the outlet connection 5 ′.

Claims (2)

1. Abgasanlage für Verbrennungsmotoren, im wesentlichen umfassend - einen Startkatalysator (1) mit kleinem Durchmesser und Volumen - und einen Hauptkatalysator (2, 20) mit großem Durchmesser und Volumen, in Strömungsrichtung hinter dem Startkatalysator (1) positioniert, - beide Katalysatoren (1, 2, 20) sind in einem gemeinsamen Gehäuse (10) untergebracht, gekennzeichnet durch das Merkmal: - die Austrittsfläche des Hauptkatalysators (20) ist als Kegelstumpf (21) ausgebildet, - der Kegelstumpf (21) erstreckt sich in den Auslassstutzen (5, 5') des Gehäuses (10). 1. Exhaust system for internal combustion engines, essentially comprehensive - A starting catalyst ( 1 ) with a small diameter and volume - and a main catalytic converter ( 2 , 20 ) with a large diameter and volume, positioned in the flow direction behind the starting catalytic converter ( 1 ), - Both catalysts ( 1 , 2 , 20 ) are housed in a common housing ( 10 ), characterized by the characteristic: - The outlet surface of the main catalyst ( 20 ) is designed as a truncated cone ( 21 ), - The truncated cone ( 21 ) extends into the outlet nozzle ( 5 , 5 ') of the housing ( 10 ). 2. Abgasanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal: - der Einlassstutzen (3) des Gehäuses (10) ist senkrecht zur Front des Startkatalysators (1) orientiert. 2. Exhaust system according to claim 1, characterized by the feature: - The inlet connector ( 3 ) of the housing ( 10 ) is oriented perpendicular to the front of the starting catalyst ( 1 ).