DE2319606A1

DE2319606A1 - Katalysator zur katalytischen reinigung von abgasen

Info

Publication number: DE2319606A1
Application number: DE2319606A
Authority: DE
Inventors: Joachim Neumann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1973-04-18
Filing date: 1973-04-18
Publication date: 1974-11-14

Description

Katalysator zur katalytischen Reinigung von Abgasen Die Erfindung bezieht sich auf einen Katalysator zur katalytischen Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen, bei dem ein mit einer Katalysatormxsse versehener monolithischer Trägerkörper in einem Gehäuse elastisch gehalten ist, wobei in einem Zwischenraum zwischen dem Trägerkörper und dem Gehäuse eine den Trägerkörper umgebende, unter radialer Vorspannung stehende Ummantelung aus einem hoch temperaturbeständigen, elastischen Material, insbesondere einem keramischen Tonerde-Silikat-Faser-Material, angeordnet ist, nach Patent Nr. ... ... (Patentanmeldung P 22 48 442.0).
Die gemäß dem Vorschlag des Hauptpatents vorgesehene, unter radialer Vorspannung stehende Ummantelung aus einem hoch temperaturbeständigen, elastischen Material dient der Schaffung einer sicheren, elastischen Halterung für den aus einer porösen, keramischen Substanz bestehenden empfindlichen Trägerkörper des Katalysators. Diese Halterung muß dabei zum einen den hohen mechanischen und thermischen Belastungen in einer Abgasreinigungsanlage, beispielsweise von Kraftfahrzeugen, standhalten und soll zum anderen einfach und preisgünstig in ihrer Ausführung sein.
Durch die nach dem Hauptpatent vorgesehene, unter radialer Vorspannung stehende Ummantelung wird eine kraftschlüssige, dämpfend wirkende Verbindung zwischem dem Gehäuse einerseits und dem Trägerkörper andererseits herbeigeführt, die eine axiale Verschiebung des Trägerkörpers in dem Gehäuse auch bei höheren mechanischen und thermischen Relastungen weitgehend verhindern soll. Um die dazu notwendige radiale Vorspannung in der Ummantelung zu erzeugen, sind gemäß einer Ausführungsform des Hauptpatentes am Außenumfang der Ummantelung sich axial erstreckende Gleitsegmente vorgesehen, mittels derer der ummantelte Trägerkörper unter radialer Zusammenpressung der Ummantelung in axialer Richtung in das Gehäuse einbringbar ist. Gemäß einem anderen Vorschlag kann diese Vorspannung in der Ummantelung auch dadurch erzeugt werden, daß das Gehäuse in der Form eines zylindrischen Bleohmantels aus einem vorgerollten Rechteckblech gebildet ist, das mit definierter Vorspannung in Umfangsrichtung um den mit der trmmantelung umgebenen Trägerkörper gewickelt wird.
Die der Erfindung zugrundeMbgende Aufgabe besteht nun darin, die nach dem Hauptpatent ausgebildete Halterung des Trägerkörpers in dem Gehäuse weiterzubilden und insbesondere eine einfache und sichere Halterung eines aus mehreren Einzelteilen bestehenden Trägerkörpers zu schaffen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch1 daß der Trägerkörper aus mehreren im Abstand voneinander angeordneten, scheibenförmigen Einzelteilen besteht, die mit einer gemeinsamen Ummantelung umwickelt zu einer Reinheit zusammengefaßt in dem Gehäuse gehalten sind. Durch die gemeinsame Umwickelung der scheibenförmigen Einzelteile des Trägerkörpers1 zwischen denen gemäß einer Weiterbildung der Erfindung Miechkammern ausbildende Abstandshalter, vorzugsweise in Form von im Durchmesser dem Trägerkörper entsprechenden Rohren, angeordnet sind, läßt sich eine über die gesamte Länge des Trägerkörpers gleichmäßig gute Halterung erzielen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weisen die von den Abstandshaltern gebildeten Mischkammern Vorrichtungen zur Zuführung von Sekundärluft auf. Dazu kann in der Mischkammer ein mit Austrittsöffnungen versehenes Luftzuführungsrohr angeordnet sein, das mit einer am Außenumfang des Gehäuses angeschlossenen Luftleitung in Verbindung steht. Gemäß einer vorgeschlagenen Ausführungsform ist das Luftzuführungsrohr diametral durch die Mischkammer hindurchgeführt, während nach einem anderen Vorschlag der Erfindung das Luftzuführungsrohr ringförmig am Außenumfang der Mischkammer angeordnet ist.
Schließlich sieht dîç Erfindung vor, daß in den Mischkammern Vorrichtungen zur Strömungsvermischung vorgesehen sind, die beispielsweise durch ein die Qierschnittsfläche der Miechkammer überdeckender Giebblech oder durch ein. in der achsnahen Zone der nischkamarsr angeordnetes, di. Strömung ablenkendes Prallblech gebildet sein können.
Weitere Merkmale und die wexentlichen Vorteile der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschretbung aufgeführt, die das in der Zeichnung gezeigte Ausführungebeispiel der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt die Zeichnung in schematischer Darstellungsweise einen-Längsschnitt durch einen Katalysator, dessen Trägerkörper aus mehreren, im Abstand voneinander angeordneten scheibenförmigen Einzelteilen besteht.
In der Zeichnung ist mit 1 ein Katalysator bezeichnet, dessen Trägerkörper aus drei scheibenförmigen Einzelteilen, nämlich einem mittleren Teil 2 und zwei Endteilen 3, besteht.
Die scheibenförmigen Einzelteile 2, 3 sind mittels rohrförmiger Abstandshalter 11 im Abstand voneinander angeordnet, wobei in den Zwischenräumen Mischkammern 4 und 5 gebildet sind. Die drei scheibenförmigen Einzelteile 2, 3 und die die Mischkammern 4, 5 begrenzenden Abstandshalter ii sind gemeinsam mit einer vorzugsweise aus einem keramischen Tonerde-Silikat-Faser-Material bestehenden Ummantelung 6 umwickelt und zu einer Einheit zusammengefaßt in einem Gehäuse 7 gehalten. Die zwischen dem Gehäuse 7 und der aus den scheibenförmigen Einzelteilen des Trägerkörpers und den Abstandshaltern bestehenden Trägerkörpereinheit angeordnete Ummantelung steht unter radialer Vor spannung, so daß die Trägerkörpereinheit in dem Gehäuse 7 durch Reibschluß gehalten ist. Die radiale Vorspannung auf die Ummantelung kann dabei dadurch aufgebracht sein, daß das Gehäuse aus einem vorgerollten Rechteckblech gebildet ist, das mit einer vorgegebenen Zugkraft um die mit der Ummantelung 6 versehene Trägerkörpereinheit herumgewickelt ist. Dabei kann der Mantel des Gehäuses 7 in seiner Umfangslänge so bemessen sein, daß seine StoBstellen 17 sich im gespannten Zustand weit überlappen, so daß ein Herausquetschen des Ummantelungsmaterials beim Spannvorgang verhindert wird.
An das beispielsweise kreiszylindrisch ausgebildete Mittelteil 7 des Katalysators 1 schließen an seinen Enden jeweils Ein- und Auslauftrichter 8 an, mit deren Flanschen 9 der Katalysator 1 in eine abgasführende Leitung einer Brennkraftmaschine eingeschaltet werden kann.
Die Ein- und Auslauftrichter 8 weisen an ihrem der Trägerkörpereinheit zugewandten Ende radial nach innen gerichtete Kragen 10 auf, die zur Halterung der Ummantelung 6 und gegebenenfalls auch der Trägerkörpereinheit herangezogen werden können. Bei der in der Zeichnung gezeigten Ausführung weist dieser Kragen 10 gegenüber den scheibenförmigen Endteilen 3 des Trägerkörpers einen Ringspalt auf, der eine exzentrische Lage und den Ausgleich von Durchmessertoleranzen der Trägerkörpereinheit gestattet.
In den von den rohrförmigen Abstandshaltern 11 zwischen den scheibenförmigen Einzelteilen 2 und 3 gebildeten Mischkammern 4 und 5 können nun, wie in der Zeichnung gezeigt ist, Vorrichtungen zur Zuführung von Sekundärluft vorgesehen sein.
Diese Sekundärluft dient dabei dazu, den für die katalytische Nachverbrennung der schädlichen Bestandteile der Verbrennungskraftmaschinen-Abgase erforderlichen Sauerstoff zu liefern.
Damit nun aber eine möglichst günstige Umwandlungsreaktion sichergestellt ist, sollte die Zugabe der Sekundärluft so erfolgen, daß sie möglichst gut und gleichmäßig mit dem aus der Brennkraftmaschine kommenden, in Richtung der Pfeile 21 durch den Katalysator 1 hindurchtretenden Abgas vermischt den mit der katalytisch wirksamen Nasse beschichteten durchgehenden Kanälen der scheibenförmigen Einzelteile 2, 3 des Trägerkörpere zugeführt wird. Zu diesen Zweck weist die Mischkammer 4 ein diagonal angeordnetes, mit Austrittsöffnungen 18 versehenes Luftzuführungsrohr 12 auf, das radial durch den Abstandshalter 11, die Ummantelung 5 und das Gehäuse 7 hindurchgeführt ist und in eine an den Gehäuse 7 befestigte Luftleitung 20 einmündet. In Strömungsrichtung gesehen vor, gegebenenfalls auch hinter dem Luftzuführungsrohr 12 ist in der Mischkammer 4 ein die gesamte Querschnittsfläche der Mischkammer einnehmendes Siebblech 15 vorgesehen, das für eine gute Verwirbelung und Vermischung der Sekundärluft mit dem Abgas sorgt und außerdem eine über den Querschnitt gleichmäßige Beaufschiagung der Kanäle des in Strömungsrichtung nachfolgenden Trägerkörperteils 3 sicherstellt.
In der Zeichnung ist in der Mischkammer 5 eine andere Möglichkeit der Anordnung einer Luftzuführungs- und- -verwirbelungsvorrichtung dargestellt. Dort ist ein ringförmig am Außenumfang der Mischkammer 5 angeordnetes, mit Äustrittsöffnungen 18 versehenes luftzuführungsrohr 13 vorgesehen, in das eine Luftleitung 19 durch den Gehäusemantel 7, die Ummantelung 6 und den Abstandshalter 11 radial einmündet.
In der achsnahen Zone der Mischkammer 5 ist ein kreisförmig ausgebildetes, konvex gebogenes Prallblech angeordnet, das beispielsweise durch hier nicht gezeigte Stege gehalten ist und für eine innige Verwirbelung des Abgases mit der zugeführten Sekundärluft sorgt.
Mit 14 ist schließlich noch ein in den in Strömungsrichtung gesehen vor der Trägerkörpereinheit angeordneten Einlauftrichter 8 hineinragendes, einfaches Luftzuführungsrohr 14 geselgt. Anstelle der Luftzuführungsrohre oder neben diesen können auch Meßsonden oder dergleichen in die Mischkauern X und 5 oder die Ein- und Auslauftrichter 8 eingeführt sein.
Das wesentlich# Merkmal der Erfindung besteht nun darin, daß der aus mehreren scheibenförmigen Einzelteilen 2 und 3 bestehende Trägerkörper usa sein nit den im Durchmesser gleich großen, die Mischkamm#rn bildenden, rohrförmigen kbstandshaltern 11 durch die Umwicklung ilt iner gemeinsamen Ummantelung 6 zu einer Einheit zusammengefaßt in dem Gehäuse gehalten ist. Durch diese gemeinsame Umwickelung und Halterung wird nun auf einfache Weise sichergestellt, daß im wesentlichen an allen Stellen der Ummantelung in etwa die gleiche Vorspannung herrscht, so daß alle Einzelteile mit der gleichen, nur noch von den Reibzahlen beeinflußten Kraft gehalten werden. Um auch hier etwa entstehende Unterschiede auszuschalten, kann, wie an anderer Stelle bereits vorgeschlagen ist, an den einander zugewandten Umfangsflächen der Ummantelung und der Trägerkörpereinheit beziehungsweise dem Gehäusemantel eine Verklebung oder ein zusätzlicher Formschluß durch Anbringung von Ausnehmungen, nockenförmigen oder bundförmigen Erhebungen oder durch einfache -Aufrauhung der Oberfläche vorgesehen werden.
Abweichend von der in der Zeichnung gezeigten, die Erfindung keineswegs einschränkenden Ausführungsform kann der Katalysator auch in der Weise ausgeführt sein, daß die die Trägerkörperteile umgebende Ummantelung im Bereich der Mischkammern ausgespart ist und Platz für eine im Durchmesser vergrößerte Mischkammer läßt.

Claims

Ansprüche

1. Katalysator zur katalytischen Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen, bei dem ein mit einer Katalysatormasse versehener monolithischer Trägerkörper in einem Gehäuse elastisch gehalten ist, wobei in einem Zwischenraum zwischen dem Trägerkörper und dem Gehäuse eine den Trägerkörper umgebende, unter radialer Vorspannung stehende Ummantelung aus einem hoch temperaturbeständigen, elastischen Material, insbesondere einem keramischen Tonerde-Silikat-Faser-Material, angeordnet ist, nach Patent Nr. ... ...

(Patentanmeldung P 22 48 442.0), dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper aus mehreren im Abstand voneinander angeordneten, scheibenförmigen Einzelteilen (2, 3) besteht, die mit einer gemeinsamen Ummantelung (6) umwickelt zu einer Einheit zusammengefaßt in dem Gehäuse (7) gehalten sind.

2. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den scheibenförmigen Einzelteilen (2, 3) des Trägerkörpers Mischkammern (4, 5) ausbildende Abstandshalter (11) angeordnet sind.

3. Katalysator üaoh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstanishalter (11) als im Durchmesser den Trägerkörperteilen (2, 3) entsprechende Rohre ausgebildet sind.

4. Katalysator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Miachkurnern (4. 5) Vorrichtungen (12, 20t 13, 19) zur Zuführung von Sekundärluft aufweisen.

5. Katalysator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mischkammer (4, 5) ein mit Austrittsöfrnungen (18) versehenes Luftzuführungsrohr (12, 13) angeordnet ist, das mit einer am Außenumfang des Gehäuses (7) angeschlossenen Luftleitung (19, 20) in Verbindung steht.

6. Katalysator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftzuführungsrohr (12) diametral durch die Mischkammer (4) geführt ist.

7. Katalysator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftzuführungsrohr (13) ringförmig am Außenumfang der Mischkammer (5) angeordnet ist.

8. Katalysator nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Mischkammern (4, 5) Vorrichtungen (15, 16) zur Strömungsvermi-schung vorgesehen sind.

9. Katalysator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Querschnittsfläche der Mischkammer (4) überdeckendes Siebblech (15) vorgesehen ist.

10. Katalysator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der achsnahen Zone der Mischkammer (5) ein die Strömung verwirbelndes Prallblech (16) vorgesehen ist.

Leerseite