DE2417435A1

DE2417435A1 - Vorrichtung zur katalytischen reinigung der abgase von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2417435A1
Application number: DE2417435A
Authority: DE
Inventors: Joerg Dr Ing Abthoff; Hans-Dieter Dipl Ing Schuster
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1974-04-10
Filing date: 1974-04-10
Publication date: 1975-10-30

Description

Vorrichtung zur Katalytischen Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur katalytischen Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen, mit llilfe von Katalyvatormonolithen, die im Abgasstrom angeordnet sind.
Zur katalytischen Abgasreinigung von Brennkraftmaschinen ist ein bestimmtes Katalysatorvolumen oder eine bestimmte Oberfläche des Katalysatormaterials erforderlich. Diese Oberfläche bzw. dieses Volumen wird im allgemeinen durch Elintereinanderschaltung von mehreren Katalysatormonolithen geringen Durchmessers erreicht. Eine andere Dlöglichkeit legt darin, daß ein einziger monolith mit einer besonders großen Eintrittsfläche und geringer Länge vorgesehen wird. Diese beiden Ausführungen sind jedoch hinsichtlich ihrer Einsatzmöglichkeit beschränkt, da bei der Reihenschaltung von Monolithen eine Erhöhung des Auspuffgegendruckes eintritt, während die Vergrößerung der Katalysatorein--trittsfläche fast immer durch den zur Verfügung stehenden Raum einschneidend begrenzt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteil. zu vermeiden. D. h. es soll eine Anordnung vorgeschlagen werden, bei der auf geringem Raum, d. h. praktisch auf möglichst kleinem Durchmesser ein möglichst großes Katalysatorvolumen untergebracht werden kann. Diese Aufgabe wird bei den eingangs genannten Vorrichtungen nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das gesamte Katalysatorvolumen auf mindestens-zwei Monolithe aufgeteilt ist, und daß diese Monolith im Abgasstrom gasdynamisch parallel zueinander und räumlich hintereinander angeordnet sind. Hierzu schalt die Erfindung dann weiter eine derartige Abstimmung der durchströmten Nonolithquerschnitte und der freien Querschnitte vor, daß sich am Eintritt in die Monolithanordnung über den gesamten buströmquerschnitt im wesentlichen ein gleicher Druck aufbaut.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß keine Erhöhung des Auspuffgegendruckes eintritt, weil die einzelnen tionolithe gasdynamisch parallel liegen, d. h. ihre gesamte bberfl.iche für den Druckaufbau maßgebend ist. Andererseits kann die Unterbringung auf kleinem Raum, z. U. in zylindrischen o<ler ähnlichen Kammern mit geringem Durchmesser unter Umständen in einem etwas erweiterten Auspuffrohr selbst erfolgen, d. h. die einzelnen Monolithen liegen rein roumlich hintereinander, so daß die zur Verfügung stehende Länge bestens ausgenutzt werden kann.
Nun könnte es für eine rationelle Fertigung der Nonolitiie interessant sein, wenn bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die einzelnen Monolith untereinander gleich ausgebildet sind.
Dies könnte z. B. so erfolgen, daß in einer etwa lsastenförmigen und in Längsrichtung durchströmten Abgaskammer an sich gleiche, ebenfalls kastenförmige Monolithe etwas kleineren Querschnitts gegeneinander versetzt angeordnet sind und Leitbleche so vorgesehen sind, daß die Abgase in jedem Teilstrom abwechselnd einen Monolith bzw. einen freien Kanal durchströmen. Hierbei wird wohl eine optimale Raumausnutzung nicht leicht zu erzielen sein.
Die Erfindung bevorzugt daher eine Ausführungsform, bei der in einer rohrförmigen Abgaskammer in Strömungsrichtung zuerst ein außen anliegender Ringmonolith mit einem inneren freien Gasführungsrohr und dahinter ein Vollmonolith angeordnet ist, der gegenüber der Kammerwandung einen ringförmigen Gasdurchlaß freiläßt, und daß zwischen dem Gasführungsrohr und der Stirnfläche des Vollmonolithen ein trompetenförmiges Verteilerrohr angeordnet ist. Durch die hierbei konzentrisch umeinander liegenden Ringquerschnitte läßt sich eine optimale Raumausnutzung erzielen. Das Verteilerrohr kann Felbstverständlich auch nach Art eines Kegelstumpfes ausgebildet sein.
Außerdem wäre es denkbar, die geschilderte Anordnung umzukehren, d. h. auf der Eintrittsseite des Gasstromes zunächst den Vollmonolithen und dahinter drnn den Ringmonolithen anzuordnet.
Ein weiteres merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Vollmonolith durch gleichmäßig über den Umfang v rtcilte Stützen gegenüber der Kammerwandung abgestützt ist. Vorzugsweise sind hier an der Eintritts- und Austrittsseite je drei um 120° gegeneinander versetzte Stützen vorgesehen. Es wird ferner noch vorgeschlagen, daß das Verteilerrohr mit dem Gasführungsrohr des Ringmonolithen und dem mantel des Vollmonolithen verschweißt ist. Eine andere Möglichkeit liegt darin, die geschilderten Rohre bzw. Mantelteile aus einem Stück zu fertigen. Und schließlich wäre es auch denkbar, das Verteilerrohr gewissermaßen als einen einschiebbaren Einsatz auszubilden1 der z. B. in das Gasführungsrohr des Ringmonolithen mit einem Ansatzstück eingeschoben und mit einem entsprechenden Ansatzstück über den Mantel des Vollmonolithen übergeschoben ist. In allen Fällen muß übrigens durch eine entsprechende Lagerung der Monolithen gegenüber der Kammerwandung dafür gesorgt werden, daß die entsprechende Wärmedehnung aufgenommen werden kann.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das Mantelrohr des Ringmonolithen bis zum Vollmonolithen verlangert sein, wobei dann die Stützen des letzteren auf diesem verlängerten Teil abgestützt sind. Dieses Mantelrohr kann gewissermaßen die Kammerwandung selbst bilden oder - wie bereits erwähnt - mit Hilfe federnder Mittel gegenüber dieser dann noch besonders nachgiebig gelagert sein.
Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann das innere Gasführungsrohr des Ringmonolithen und/oder der Mantel des Volltonolithen zugleich als Kern zum Aufbringen der Trägermatrix dienen. Bei dieser Gelegenheit sei darauf hingewiesen, daß sich die erfindungsgemäße Anordnung für alle zur Zeit bekannten Katalysatormonolithen eignet, vorzugsweise jedoch für solche mit einem Netallträger gedacht ist. Es liegt dabei außerdem noch ii Rahmen des Erfindungsgedankens1 wenn die Abgaskamier außen mit einer Wärmeisolotion versehen ist.
Einzelheiten der Erfindung zeigt das Ausführungsbeispiel der Zeichnung anhand eines schematischen Längsschnittes durch eine erfindungsgemäß aufgebaute Abgaskammer.
Nach der Zeichnung wird die Abgaskammer durch einen zylindrischen Rohrstützen 10 gebildet, der auf beiden Seiten mit entsprechenden Flanschen versehen ist. Die abgase strömen von dem nicht mehr dargestellten Auspuffrohr durch die trichterförmige Erweiterung 11 - welche mit einem entsprechenden Flansch an den Rohrstutzen 10 angeflanscht ist - der Abgaskammer zu. Auf der anderen Seite ist ein ebenso oder zumindest ähnlich ausgebildeter trichterförmiger Abgasstutzen 12 vorhanden. Das Rohr 10 ist außen mit einer Ixurmeisolierschicht 13 umgeben.
Auf der Eintrittsseite der Kammer ist ein Hingmonolith 14 angeordnet, der mittels seines äußeren Mantelrohres 15 ggf.
unter Zwisch.nlage von federnden Einlagen am Rohr 10 befestigt ist. Ein inneres Gasführungsrohr 16 dieses Ringmonolithen 14 läßt zinken entsprechenden Querschnitt im Inneren frei. Auf der Austrittsteite ist ein Vollmonolith 17 vorgesehen, der mit seine. äußeren Mantelrohr 18 mittels Stützen 19 am flohr 10 befestigt ist. Die Stützen 19 sind gleichmäßig über den Umfang verteilt, d. h. z. B. jeweils um 120° gegeneinander versetzt. Zwischen dem Rohr 10 und dem außeren Blantelrohr 18 des Vollmonolithen 17 wird also ein freier Gasquerschnitt freigelassen, der etwa dem durch das innerc Gasführungsrohr 16 bestimmten Gasquerschnitt im Ringmonolithen 14 entspricht.
Für die Verbindung zwiszhert beiden Mon<.lithen ist ein trompetenförmiges Verteilerrohr 20 vorgesehen, welches am inneren Gasführungsrohr 16 des Ringmonolithen und am äußeren Mantelrohr 18 des Vollmonolithen 17 verschweißt oder in anderer Weise befestigt sein kann.
Der durch den Trichter 11 zuströmende gesamte Gasstrom wird in zwei Teilströme aufgeteilt, wobei die Querschnitte der Monolithen und die freien Querschnitte so aufeinander abgestimmt sind, daß sich am Eintritt ein einheitlicher Druck über dem gesamten Guerschnitt aufbaut. Beide Teilströme verlaufen gasdynamisch zueinander parallel. Der eine Teilstrom A durchströmt zuerst den Ringmonolithen 14 und dann den freien (euerschnitt 21 zwischen dem Vollmonolithen 17 und dem Rohr 10. Der andere Gasstrom 13 durchströmt zuerst das Gasführungsrohr 16, d. h. also den inneren freien Querschnitt, dann das Verteilerrohr 20 und anschließend den Vollmonolithen 17. Durch die räumliche intereinanderschaltung der beiden Monolithen wird der durch das Rohr 10 vorgegebene Raum optimal ausgenutzt. Ueide Teilströmo A und 13 durchlaufen aber parallel zueinander das gleiche Katalysatorvolumen, so daß eine ausgezeichnete Reinigungswirkung erzielt wird.

Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zur katalytischen Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Krzftfahrzeug-Brennkraftmaschinen, mit Hilfe von vornehmlich mit metallischem Trägermaterial versehenen Katalysatormonolithen, die im Abgasstrom angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Katalysatorvolumen auf mindestens zwei Monolithe aufgeteilt ist und dose Monolithe im Abgasstrom gasdynumisch parallel zueinander und räumlich llintereinander angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Abstimmung der durchströmten Monolithquerschnitte und der freien Querschnitte, daß sich am Eintritt in die Monolithanordnung über den gesamten Zuströmquerschnitt im wesentlichen ein gleicher Druck aufbaut.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Monolithe untereinander gleicll ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer rohrförmigen Abgaskammer (10) in Strömungsrichtung zuerst ein außen anliegender Ringmonolith (14) mit einem inneren freien Gasführungsrohr (16) und dahinter ein Yollmonolith (17) angeordnet ist, der gegeniiber der Kaerwandung einen ringförmigen Gesdurchlaß (21) freilänt, und daß zwischen dem Gasführungsrohr (16) und der Sttrnflache des Vollmonolithen (17) ein trompetenförmiges Verteilerrohr (20) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dar Vollmonolith(17)durch gleichmäßig über den Umfang verteilte Stützen (19) gegen die Kammerwandung (Rohr 10) abgestützt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerrohr (20) mit dem Gasführungsrohr (16) des Rlngmonolithen (14) und dem Elantelæ (ins) des Vollmonolitzen (17) verschweißt ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichmet, daß das Elantelrohr des Ringmonolithen bis zum Vollmonolithen verlängert ist und die Stützendes letzteren auf diesem verlängerten Teil abgestützt sind.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Gasführungsrohr (i6) des Ringmonolithen (14) und/oder der Mantel (18) des Vollmonolithen (17) zugleich als Kern bzw. mantel zum Aufbringen bzw. Einbringen der Trägermatrix dienen.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaskammer (Rohr 10) außen mit einer Wärmeisolation (13) versehen ist.