DE19514986A1 - Catalyser converting harmful exhaust components - Google Patents

Abstract

The catalyser comprises a housing which has an inflow section, widening in the flow direction, and an outflow section of tapering shape, as well as a catalytically effective insert (10) with numerous through-flow cells. The insert's cross-sectional region (30), with the most heavy through flow, is enclosed, at least partly. If the inflow of the exhaust gases is central, it is the central cross-sectional region that is enclosed. The enclosed cross-sectional region is approx two thirds of the region with heaviest flow, or 10 to 20 percent of the insert's entire cross-section.

Description

Die Erfindung betrifft einen Katalysator zur Konvertierung schädlicher Ab­ gasbestandteile von Brennkraftmaschinen, insbesonder in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a catalyst for converting harmful Ab gas components of internal combustion engines, especially in motor vehicles, according to the preamble of claim 1.

Bei Katalysatoren, insbesondere in Kraftfahrzeugen, ist es aus baulichen Gründen zumeist nicht möglich, Einström- und Abström-Abschnitte des Kata­ lysatorgehäuses so zu gestalten, daß eine gleichmäßige Durchströmung der katalytisch wirksamen Zellen des Katalysatoreinsatzes erreicht ist. Es gibt deshalb zahlreiche Vorschläge, durch strömungsverteilende Mittel wie Leit­ bleche, verstellbare Klappen etc., die Durchströmung zu verbessern, jedoch sind solche Mittel aufgrund der rauhen Betriebsbedingungen problematisch.In the case of catalytic converters, particularly in motor vehicles, it is of structural nature Mostly not possible for reasons, inflow and outflow sections of the Kata lysatorgehäuses so that a uniform flow through the catalytically active cells of the catalyst insert is reached. There are therefore numerous proposals, through flow-distributing means such as Leit sheet metal, adjustable flaps etc. to improve the flow, however such means are problematic due to the harsh operating conditions.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei den gattungsgemäßen Katalysatoren mit einfachen Mitteln eine weitgehend gleichmäßige Durchströmung sicherzu­ stellen.The object of the invention is in the generic catalysts with simple means to ensure a largely uniform flow put.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angeführt.This object is achieved with the characterizing features of claim 1 solved. Advantageous developments of the invention are cited in the other claims.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den aufgrund der Strömungsverhält­ nisse im Katalysator am stärksten durchströmten Querschnittsbereich des Katalysatoreinsatzes zumindest teilweise zu verschließen. Überraschend hat sich gezeigt, daß durch diese einfache Maßnahme in den übrigen Quer­ schnittsbereichen eine gleichmäßigere Durchströmung der katalytisch wirk­ samen Zellen erreicht wird, die insgesamt gesehen und wider Erwarten den Konvertierungsgrad des Katalysators über dessen Lebensdauer betrachtet erhöht.According to the invention it is proposed that due to the flow ratio cross-sectional area of the To at least partially close the catalyst insert. Surprisingly it has been shown that this simple measure in the remaining cross cut areas a more uniform flow of the catalytically active seed cells is reached, seen as a whole and contrary to expectations Degree of conversion of the catalyst considered over its life elevated.

Es wurde durch Strömungsanalysen erkannt, daß abhängig von den Ein­ ström- und Abströmverhältnissen am Katalysatoreinsatz, die durch bauliche und konstruktive Zwänge von Kraftfahrzeug zu Kraftfahrzeug verschieden sein können, die Durchströmung im Querschnitt gesehen sich in sehr stark durchströmte Bereiche, stark und weniger stark durchströmte Bereiche und kaum durchströmte Bereiche aufteilt. Die sehr stark durchströmten Bereiche sind Bereiche, die zwangsläufig relativ schnell altern und damit an Konver­ tierungsfähigkeit verlieren.It was recognized by flow analyzes that depending on the Ein flow and outflow conditions on the catalyst insert caused by structural  and design constraints differ from motor vehicle to motor vehicle can be seen in cross-section in very strong flow areas flowed through, areas with strong and less flow and divides hardly flowed areas. The very heavily flowed areas are areas that inevitably age relatively quickly and thus converge lose ability to develop.

Verschließt man nun - entgegen der logisch scheinenden Annahme, diese sehr stark durchströmten Bereiche möglichst groß im Querschnitt auszubil­ den - diese Bereiche um einen gewissen Betrag, so steigt die Durchströ­ mung der anderen Bereich an, wobei bei richtiger Dimensionierung eine gleichmäßigere Durchströmung erzielt wird.Now one closes - contrary to the seemingly logical assumption areas with a high flow rate should be as large as possible in cross-section the - these areas by a certain amount, so the flow increases the other area, with a correct dimensioning more even flow is achieved.

Daraus resultiert, daß der Gesamtkonvertierungsgrad über der Laufzeit des Katalysators zunimmt und daß seine Betriebsbereitschaft aufgrund der gleichmäßigeren Durchströmung verlängert wird.As a result, the overall degree of conversion over the term of the Catalyst increases and that its operational readiness due to the more even flow is extended.

Das zumindest teilweise Verschließen des sehr stark durchströmten Quer­ schnittsbereiches ist problemlos, durch entsprechende Strömungsanalysen unterstützt, an die baulichen bzw. strömungstechnischen Gegebenheiten innerhalb des Katalysators anpaßbar, wobei z. B. die Querschnittsform des Katalysatoreinsatzes und die daran angepaßten Einström- und Abströmab­ schnitte rotationssymmetrisch, oval, polygonförmig, etc. sein können.The at least partial closure of the cross with a very high flow rate cut area is easy, by appropriate flow analysis supports the structural and fluidic conditions adaptable within the catalyst, z. B. the cross-sectional shape of the Catalyst insert and the adapted inflow and outflow downstream cuts can be rotationally symmetrical, oval, polygonal, etc.

Als bei in Kraftfahrzeugen verwendeten üblichen Katalysatoren vorteilhaft hat sich eine Dimensionierung des verschlossenen Querschnittsbereiches herausgestellt, die ca. 2/3 des sehr stark durchströmten Bereiches und ca. 10-20% des Gesamtquerschnittes des Katalysatoreinsatzes ausmacht. Dieser Querschnittsbereich kann bei der Herstellung des Katalysatoreinsat­ zes einseitig oder beiderseits bereits verschlossen werden, so daß die ent­ sprechenden Zellen des Katalysatoreinsatzes von der katalytisch wirksamen Beschichtung ausgenommen sind. Daraus resultiert eine nicht unbeträchtli­ che Kosteneinsparung bzw. Einsparung an Beschichtungsmaterial (Washcoat, Palladium, Platin, Rhodium, etc.).As advantageous in the case of conventional catalysts used in motor vehicles has a dimensioning of the closed cross-sectional area highlighted the approx. 2/3 of the very strongly flowed area and approx. Accounts for 10-20% of the total cross section of the catalyst insert. This cross-sectional area can be used in the manufacture of the catalyst insert zes are already closed on one or both sides, so that the ent speaking cells of the catalyst insert from the catalytically active Coating are excluded. This results in a not inconsiderable che cost savings or savings in coating material (Washcoat, palladium, platinum, rhodium, etc.).

Das Verschließen der angesprochenen Querschnittsbereiche kann bei Kata­ lysatoren mit metallischen Einsätzen durch Aufschweißen oder Auflöten ei­ nes Bleches oder einer Folie oder durch Aufbringen eines aushärtbaren Kittes oder Keramikmaterials an den stirnseitigen Enden der Einsätze erfol­ gen. Das Verschließen der Querschnittsbereiche kann wie bereits angeführt durch Einbeziehung in den Fertigungsprozeß des Katalysatoreinsatzes oder nach dessen Herstellung, bevorzugt jedoch vor dessen Beschichtung, durchgeführt werden.At Kata analyzers with metallic inserts by welding or soldering sheet or a foil or by applying a curable Putty or ceramic material at the front ends of the inserts  The closing of the cross-sectional areas can, as already mentioned by inclusion in the manufacturing process of the catalyst insert or after its manufacture, but preferably before its coating, be performed.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzel­ heit näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt inAn embodiment of the invention is in the following with further details explained in more detail. The schematic drawing shows in

Fig. 1 in raumbildlicher Darstellung einen zylindrischen Katalysatoreinsatz mit an dessen Stirnseiten verschlossenen Querschnittsbereichen, Fig. 1 in three-dimensional view a cylindrical catalyst use with closed at the end faces of cross-sectional areas,

Fig. 2 einen Längsmittelschnitt durch einen Katalysator für Kraftfahrzeuge mit dem in Fig. 1 dargestellten Einsatz; und FIG. 2 shows a longitudinal central section through a catalytic converter for motor vehicles with the insert shown in FIG. 1; and

Fig. 3 einen Querschnitt gemäß Linie III-III der Fig. 2 durch den Katalysator. Fig. 3 shows a cross section along line III-III of Fig. 2 through the catalyst.

Der in der Fig. 1 dargestellte zylindrische Katalysator-Einsatz 10 besteht aus einem Keramik-Wabenkörper üblicher Bauart mit einer Vielzahl von die bei­ den Stirnseiten 12, 14 verbindenden, katalytisch wirksam u. a. mit Palladium, Platin und Rhodium beschichteten Zellen 16.The cylindrical catalyst insert 10 shown in FIG. 1 consists of a ceramic honeycomb body of conventional design with a multiplicity of cells 16 which connect the end faces 12 , 14 and are catalytically active, inter alia, coated with palladium, platinum and rhodium.

Der Einsatz 10 ist gemäß Fig. 2 in einem metallischen Gehäuse 18 gehal­ ten, wobei das Gehäuse 18 im wesentlichen einen den Einsatz 10 umschlie­ ßenden Mantel 20, einen sich in Abgasströmungsrichtung (Pfeil) konisch erweiternden Einströmabschnitt 22 und einen sich konisch verjüngenden Abströmabschnitt 24 aufweist. An die Abschnitte 22, 24 schließt jeweils ein Abgasrohr 26, 28 der nicht weiter dargestellten Abgasanlage der Brenn­ kraftmaschine in dem Kraftfahrzeug an.The insert 10 is shown in FIG. 2 in a metallic housing 18 , the housing 18 essentially having an insert 10 enclosing the jacket 20 , an inflow section 22 which widens conically in the exhaust gas flow direction (arrow) and a conically tapered outflow section 24 . At the sections 22 , 24 each have an exhaust pipe 26 , 28 of the exhaust system of the internal combustion engine, not shown, in the motor vehicle.

Es hat sich durch Strömungsanalysen herausgestellt, daß aufgrund der gegebenen baulichen Verhältnisse der Einsatz 10 (vgl. Fig. 3) einen sehr stark durchströmten, im wesentlichen zentrischen Bereich 30 (umgrenzt durch die ausgezogene Linie) aufweist, um den herum jeweils radial weiter außen liegend ein stark durchströmter, weniger stark durchströmter und schließlich kaum durchströmter Querschnittsbereich liegt (nicht dargestellt).It has been shown by flow analyzes that the insert 10 (see FIG. 3) has a very strongly flowed through, essentially central area 30 (delimited by the solid line) due to the given structural conditions, around which lies radially further outwards there is a cross-sectional area with a strong flow, less flow and finally hardly any flow (not shown).

Durch Verschließen ca. 2/3 des stark durchströmten Querschnittsbereiches 30 bzw. ca. 10% des Gesamtquerschnittes mit einem aushärtbaren Kera­ mikkitt 32 (schwarz gezeichnet) an beiden Stirnseiten 12, 14 des Einsatzes 10 wurde eine gleichmäßigere, verbesserte Gesamtdurchströmung des Einsatzes 10 erreicht und insbesondere also die radial äußere Durchströ­ mung wesentlich verbessert.By closing approx. 2/3 of the heavily flowed cross-sectional area 30 or approx. 10% of the total cross section with a hardenable ceramic putty 32 (shown in black) on both end faces 12, 14 of the insert 10 , a more uniform, improved overall flow of the insert 10 was achieved and in particular, the radially outer flow is significantly improved.

Das Verschließen der entsprechenden Querschnittsbereiche erfolgt vor dem Beschichten des Einsatzes 10 mit dem katalytisch wirksamen Material, so daß die durch den Keramikkitt verschlossenen Zellen 16a - die ja nicht durchströmt werden - unbeschichtet sind. Dementsprechend können ca. 10% des teuren Beschichtungsmateriales und der Edelmetalle eingespart werden.The corresponding cross-sectional areas are closed before the insert 10 is coated with the catalytically active material, so that the cells 16 a which are closed by the ceramic cement and which are not flowed through are uncoated. Accordingly, about 10% of the expensive coating material and the precious metals can be saved.

Claims (7)

1. Katalysator zur Konvertierung schädlicher Abgasbestandteile von Brenn­ kraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, mit einem Gehäuse mit einem sich in Strömungsrichtung erweiterndem Einströmabschnitt und einem sich verengenden Ausströmabschnitt und einem katalytisch wirksamen Einsatz mit einer Vielzahl durchströmter Zellen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der aufgrund der Strömungsverhältnisse am stärksten durchströmte Querschnittsbereich (30) des Einsatzes (10) zumindest teilweise verschlossen ist.1.Catalyst for converting harmful exhaust gas components of internal combustion engines, in particular in motor vehicles, with a housing with an inflow section which widens in the direction of flow and a narrowing outflow section and a catalytically effective use with a large number of flowed through cells, characterized in that due to the flow conditions cross-sectional area ( 30 ) of the insert ( 10 ) with the strongest flow is at least partially closed. 2. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer im wesentlichen zentrischen Einströmung der Abgase der zentrische Quer­ schnittsbereich (30) verschlossen ist.2. Catalyst according to claim 1, characterized in that the central cross-sectional area ( 30 ) is closed at a substantially central inflow of the exhaust gases. 3. Katalysator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der verschlossene Querschnittsbereich ca. 2/3 des am stärksten durch­ strömten Querschnittsbereiches (30) und/oder ca. 10-20% des gesam­ ten Querschnittes des Einsatzes (10) ausmacht.3. Catalyst according to claims 1 and 2, characterized in that the closed cross-sectional area makes up about 2/3 of the most flowed through cross-sectional area ( 30 ) and / or about 10-20% of the total cross-section of the insert ( 10 ) . 4. Katalysator nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die verschlossenen Zellen (16a) nicht katalytisch wirksam beschichtet oder unbeschichtet sind.4. Catalyst according to claims 1-3, characterized in that the closed cells ( 16 a) are not coated catalytically effective or are uncoated. 5. Katalysator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (10) an beiden Stirnseiten (12, 14) entsprechend verschlossen ist.5. A catalyst according to claim 4, characterized in that the insert ( 10 ) on both end faces ( 12 , 14 ) is closed accordingly. 6. Katalysator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsbereiche durch einen aushärtenden Kitt (32) verschlossen sind.6. Catalyst according to one or more of the preceding claims, characterized in that the cross-sectional areas are closed by a hardening putty ( 32 ). 7. Katalysator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei einem metallischen Einsatz die Querschnittsberei­ che (30) durch stoffschlüssig befestigte Bleche oder Folien verschlossen sind.7. Catalyst according to one or more of claims 1-5, characterized in that the cross-sectional areas che ( 30 ) are closed by cohesively attached sheets or foils in a metallic insert.