DE19822858A1 - Katalysator zur Reinigung der Abgase einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Katalysator zur Reinigung der Abgase einer BrennkraftmaschineInfo
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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.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE10243971A1 (de) * | 2002-09-20 | 2004-04-01 | Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh | Gewichtsreduzierter Katalysator-Trägerkörper und entsprechendes Gehäuse |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4987034A (en) * | 1987-12-28 | 1991-01-22 | Usui Kokusai Sangyo Kabushiki Kaisha | High-efficiency metal-made carrier body for exhaust gas cleaning catalyst |
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1999
- 1999-05-24 US US09/317,281 patent/US20010048905A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4987034A (en) * | 1987-12-28 | 1991-01-22 | Usui Kokusai Sangyo Kabushiki Kaisha | High-efficiency metal-made carrier body for exhaust gas cleaning catalyst |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10243971A1 (de) * | 2002-09-20 | 2004-04-01 | Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh | Gewichtsreduzierter Katalysator-Trägerkörper und entsprechendes Gehäuse |
Also Published As
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US20010048905A1 (en) | 2001-12-06 |
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