DE19822858A1 - Katalysator zur Reinigung der Abgase einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Ein Katalysator zur Reinigung der Abgase einer Brennkraftmaschine besitzt eine die Katalyse der Abgase bewirkende Beschichtung auf einem Trägerkörper, der in Strömungsrichtung der Abgase Durchlässe aufweist. DOLLAR A Um einen gewichtsreduzierten Katalysator mit hoher Reinigungsleistung, gutem Ansprechverhalten und guten Schalldämpfungseigenschaften auszubilden ist vorgesehen, daß im Trägerkörper Perforationen quer zu den Durchlässen ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Katalysator zur Reinigung der Abgase einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des An­ spruches 1.

Aus der DE 42 23 134 A1 ist ein Abgaskatalysator mit einem wabenförmigen Trägerkörper bekannt. Der Trägerkörper be­ steht aus mehreren ineinander verschlungenen Blechlagen, zwischen denen Durchlässe für die Abgase gebildet sind. Die Durchlässe liegen in Strömungsrichtung der Abgase.

Dieser Katalysator weist infolge der Vielzahl von Blechla­ gen ein hohes spezifisches Gewicht bei zugleich hoher Wär­ mekapazität auf. Nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschi­ ne muß eine relativ lange Warmlaufphase durchlaufen werden, bis der Katalysator die für einen optimalen Reinigungsgrad erforderliche Arbeitstemperatur erreicht. Während der Warm­ laufphase werden die Schadstoffe im Abgas nur unzureichend umgewandelt.

Aufgrund des hohen spezifischen Gewichts können nur Kataly­ satoren bis zu einer bestimmten Größe verbaut werden. Die Reinigungsleistung der Katalysatoren ist dadurch be­ schränkt.

Wegen der großen Packungsdichte des Trägerkörpers baut sich im Abgasstrang am Katalysator ein hoher, die Strömung be­ hindernder Abgasgegendruck auf. Dies kann wegen Behinderung der Zylinderentleerung zu einem Leistungsverlust führen.

Schließlich weisen derartige Katalysatoren eine schlechte Schalldämpfung auf.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen gewichtsre­ duzierten Katalysator mit hoher Reinigungsleistung, gutem Ansprechverhalten und guten Schalldämpfungseigenschaften auszubilden.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Die Perforationen erhöhen die Oberfläche des Trägerkörpers, der dadurch über eine größere Fläche mit der die Katalyse bewirkenden Beschichtung versehen werden kann. Die Lei­ stungsfähigkeit des Katalysators ist erhöht bzw. es können bei gleicher Reinigungsleistung kleinere Katalysatoren ein­ gesetzt werden. Zugleich ist die Wärmekapazität herabge­ setzt, so daß der Katalysator schneller seine Arbeitstempe­ ratur erreicht.

Die Festigkeit des Trägerkörpers, der zweckmäßig als ein­ teiliges Bauteil ausgebildet ist, bleibt trotz der Perfora­ tionen im wesentlichen erhalten. Dies ermöglicht den Ein­ satz dünnwandiger Trägerkörper, insbesondere aus Metall, mit einem geringen Gewicht.

Die Perforationen verlaufen quer zu der in Richtung des Ab­ gasstrangs verlaufenden Hauptströmungsrichtung des Abgases. Das Abgas kann auch seitlich zur Hauptströmungsrichtung den Katalysator durchströmen. Die Verweildauer des Abgases im Katalysator und der Kontakt mit der Katalysatorbeschichtung ist erhöht, wodurch die Reinigungswirkung gesteigert ist.

Durch die zusätzlichen Ausbreitungsmöglichkeiten des Abga­ ses im Katalysator ist die Druckdifferenz vor und hinter dem Katalysator reduziert. Der Abgasgegendruck ist herabge­ setzt und behindert nicht die Zylinderentleerung.

Der perforierte Trägerkörper unterstützt Schallreflexionen, die die Schalldämmung verbessern.

Zweckmäßig besteht der Trägerkörper aus einer Metall- Trägerfolie, die zugleich den Katalysatormantel bilden kann, und/oder aus einer den Katalysatorinnenraum ausfül­ lenden, dreidimensionalen Trägerstruktur. Die Trägerstruk­ tur kann ebenfalls als Trägerfolie ausgebildet sein und Wellenform aufweisen.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeich­ nungen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines gewellten Trägerkörpers,

Fig. 2 eine Ansicht eines eben ausgebildeten Träger­ körpers.

Der in Fig. 1 gezeigte Trägerkörper 1 ist Teil eines Katalysa­ tors im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere ei­ nes Ottomotors. Der Trägerkörper 1 ist Träger der katalytisch wirkenden Beschichtung 2, beispielsweise Platin und Rhodium, und weist Durchlässe 3 auf, durch die das in Strömungsrichtung 4 geleitete Abgas geführt ist. Das Abgas kommt dabei mit der Beschichtung 2 auf dem Trägerkörper 1 in Berührung, wobei die Schadstoffe im Abgas durch Reduktion oder Oxidation umgewandelt werden. Die Strömungsrichtung 4 entspricht im wesentlichen dem Verlauf des Abgasstranges.

Der Trägerkörper 1 weist eine Vielzahl von Perforationen 5 auf, die als Durchtrittskanäle in den Trägerkörper eingebracht sind und diesen von einer Seite zur anderen durchdringen, so daß sich zusätzliche, von der Haupt-Strömungsrichtung 4 abweichende Strömungskomponenten ausbilden können. Die Strömung der Abgase verläuft im Katalysator sowohl durch die Durchlässe 3 in Strö­ mungsrichtung 4 als auch vertikal hierzu durch die Perforatio­ nen 5, deren Innenwandung vorteilhaft ebenso wie die Folien- Oberfläche mit einer katalytischen Beschichtung versehen ist. Die Perforationen sind zweckmäßig gleichmäßig auf dem Träger­ körper 1 verteilt angeordnet und haben alle etwa die gleiche Durchtrittsrichtung, die im wesentlichen vertikal zur Strö­ mungsrichtung 4 des Abgases verläuft. Die Perforationen haben im gezeigten Ausführungsbeispiel einen runden Querschnitt. Es kommen aber auch Perforationen mit rechteckigem, rautenförmigem oder ovalem Querschnitt in Betracht.

Gemäß einer weiteren Ausführung können die Perforationen auch regellos, mit beliebigem Querschnitt und mit einem von der Ver­ tikalen abweichenden Winkel zur Strömungsrichtung des Abgases angeordnet sein.

Der Trägerkörper 1 ist als gewellte Metallfolie ausgeführt, wo­ bei die Durchlässe 3 durch die Wellenberge und Wellentäler der Metallfolie gebildet sind. Die gewellte Metallfolie eignet sich insbesondere als Einsatz im Katalysator-Innenraum, indem mehre­ re Lagen der Metallfolie vorzugsweise phasenversetzt übereinan­ der gelagert sind, so daß ein Wellental einer Lage auf einem Wellenberg einer zweiten Lage liegt und zwischen den Lagen ver­ laufende Kanäle bzw. Durchlässe 3 gebildet sind. Die Durchlässe 3 verlaufen in Längsrichtung des Katalysators. Durch Torsion der Folienlagen kann eine Helix-Struktur erreicht werden. Der Katalysator-Innenraum ist mit einer dicht gepackten Träger­ struktur ausgefüllt. Aufgrund der geringen Foliendicke ist das Gewicht des Trägerkörpers niedrig gehalten.

Es können entweder ausschließlich perforierte Lagen oder auch abwechselnd perforierte und nicht perforierte Lagen übereinan­ der gestapelt sein. Es können sowohl gewellte als auch unge­ wellte Lagern verwendet werden.

Die Trägerstruktur im Katalysator-Innenraum kann gemäß einer weiteren Ausführung auch als kompaktes, einteilig ausgebildetes Bauteil mit Perforationen ausgebildet sein.

In Fig. 2 ist ein Ausschnitt eines in sich ebenen, wellenfrei ausgebildeten Trägerkörpers 1 mit Beschichtung 2 und vertikal zur Strömungsrichtung 4 verlaufenden Perforationen 5 gezeigt. Dieser Trägerkörper ist ebenfalls als Metallfolie ausgebildet und findet vorteilhaft Verwendung als zylindrisch geformter Ka­ talysatormantel, der zugleich eine Stützfunktion ausübt. Der Zylinderinnenraum bildet hierbei den in der Strömungsrichtung des Abgases liegenden Durchlaß.

Gegebenenfalls können auch mehrere ebenen Lagen mit zwischen­ liegenden Abstandshaltern aufeinander geschichtet sein, wobei die in Strömungsrichtung weisenden Durchlässe zwischen jeweils zwei Lagen verlaufen.

Zur akustischen Optimierung des Abgas-Krümmers kann die Perfo­ rationsstruktur sowohl in Längsrichtung als auch in Querrich­ tung des Katalysators einen Gradienten aufweisen. In Längsrich­ tung können abwechselnd perforierte und nicht perforierte Lagen aufeinanderfolgen.

Claims (7)

1. Katalysator zur Reinigung der Abgase einer Brennkraftma­ schine, mit einer die Katalyse der Abgase bewirkenden Beschich­ tung (2) auf einem Trägerkörper (1), der in Strömungsrichtung (4) der Abgase Durchlässe (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Trägerkörper (1) Perforationen (5) quer zu den Durchlässen (3) vorgesehen sind.

2. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Perforationen (5) im Trägerkörper (1) etwa senk­ recht zur Strömungsrichtung (4) ausgerichtet sind.

3. Katalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (1) eine im Katalysatorinnenraum ange­ ordnete Trägerstruktur ist.

4. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (1) eine Trägerfolie ist.

5. Katalysator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfolie den Katalysatormantel bildet.

6. Katalysator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfolie gewellt ausgebildet ist.

7. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (1) aus Metall besteht.