DE4009945A1 - Abgaskonverter fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Abgaskonverter fuer brennkraftmaschinen

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Description

Die Erfindung betrifft einen Abgaskonverter für Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Abgaskonverter dieser Art sind beispielsweise bekannt aus den DE-OSen 34 32 283, 34 33 938, 36 26 728. Ein wesentliches Problem bei der Fertigung derartiger Abgaskatalysatoren sind die unterschiedlichen Wärmedehnungen der verwendeten Bauteile. Die Wärmedehnung der meist keramischen Monolithen ist zu vernachlässigen. Die Wärmedehnung des Gehäuses einerseits und der Innenkonen andererseits ist dagegen erheblich; sie ist abhängig von Material sowie von der sich im Betrieb einstellenden Temperatur.
Die katalytischen Monolithen werden im Betrieb bis zu 870 Grad C heiß. Bei dieser Temperatur werden die Gehäuse hellrot glühend. Sie müssen daher aus hochwertigem Edelstahl hergestellt werden. Billigere Stähle können verwendet werden, wenn das Gehäuse mit einer innenliegenden Wärmeisolierung ausgerüstet wird. Zu diesem Zweck sind die bekannten Abgaskonverter im Bereich der Eingangs- und Ausgangskonen innen mit keramischem Isoliermaterial belegt. Besteht das Isoliermaterial aus Fasermaterial, z. B. auf der Basis einer Aluminium-Silikat-Fasermatte, wird es durch eingesetzte metallische Innenkonen gegen die zerstörende Wirkung der pulsierenden Abgasströmung geschützt. Die Monolithen selbst werden ebenfalls mit Hilfe von Isoliermaterial im Gehäuse gelagert und dabei radial und axial fixiert. Im Falle von keramischen Monolithen wird hierzu überwiegend eine sogenannte Quellmatte verwendet.
Die Innenkonen sind unmittelbar dem Abgasstrom ausgesetzt. Sie erreichen somit eine hohe Betriebstemperatur. Dies bedingt bei metallischen Innenkonen eine große Wärmedehnung. Sie müssen daher in geeigneter Weise konstruiert und dimensioniert werden, um eine Beschädigung des katalytisch aktiven Monolithen zu verhindern, ohne den Schutz der Isolier- und Fixiermaterialien gegen die pulsierende Abgasströmung zu schmälern.
Der oben erwähnte Stand der Technik schlägt hierzu unterschiedliche Lösungen vor. Im Fall der DE-OS 34 32 283 enden die Innenkonen mit Abstand vor den Monolithen. Der resultierende Spalt wird mit Hilfe eines oder mehrerer in geeigneter Weise profilierter Blechringe abgedeckt. Eine ähnliche Lösung zeigt die DE-OS 34 33 938, hier sind die Enden der Innenkonen jedoch über die die Monolithen haltende Quellmatte geführt und am entsprechend ausgesickten Gehäuse abgestützt.
Es ist auch schon bekannt, den katalytisch aktiven Monolithen mit Hilfe von gestrickten oder gewirkten Drahtmatten im Gehäuse zu fixieren. Da derartige Drahtmatten jedoch einen relativ hohen Bypaßstrom zwischen Monolith und Gehäuse zulassen, sie außerdem ihre Federeigenschaften relativ schnell verlieren, wurden sie schon seit längerem praktisch vollständig von den Quellmatten verdrängt.
Ein weiteres Problem, das bei allen Abgasanlagen für Brennkraftmaschinen und damit auch bei katalytischen Abgaskonvertern zu beachten ist, ist die Schallabstrahlung der Gehäuse. Diese läßt sich grundsätzlich dadurch verringern, daß das Gehäuse vom pulsierenden Abgasstrom isoliert wird. Diese Aufgabe könnte die Wärmeisolierung mit übernehmen. Wenn sich jedoch wie bei den vorbekannten Lösungen die Enden der Innenkonen am Gehäuse abstützen, werden die Pulsationen des Abgases ungedämpft auf das Gehäuse übertragen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abgaskonverter der eingangs genannten Art anzugeben der bei geringstem Konstruktions-, Fertigungs- und Kostenaufwand eine hervorragende akustische Isolierung und einen optimalen Schutz der Isolierungen erreicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Abgaskonverter der gattungsgemäßen Art mit den Merkmalen gemäß Kennzeichen des Anspruchs 1.
Bei der vorliegenden Erfindung besteht der den Spalt zwischen Innenkonus und Monolith überdeckende Faserdichtring aus einem der an sich bekannten Materialien wie Metall-, Keramik- und/oder Mineralfasern in Form von Matten, Vlies, Gestrick bzw. Gewirk, vorzugsweise mit einem stabilen Kern aus Metall oder Keramik. Dabei ist der Ring jedoch in erster Linie so profiliert und montiert, daß er die freien Enden des Innenkonus im Abstand vom Gehäuse hält. Aufgrund der guten inneren Dämpfung des Ringmaterials wird nur wenig akustische Energie auf das Gehäuse übertragen. Gleichzeitig ist der Faserdichtring so nachgiebig, daß Toleranzen bei der Montage und Wärmedehnungen im Betrieb ohne weiteres ausgeglichen werden. Durch geeignete Auswahl des Fasermaterials können auch die Abgaspulsationen so weit reduziert werden, daß das Isoliermaterial der Gehäusekonen ebenso geschützt wird wie die die Monolithen haltende Quellmatte.
Durch geeignete Formgebung, wie sie in den Unteransprüchen 2 und 3 beschrieben ist, kann eine radiale und/oder axiale Fixierung des Monolithen, insbesondere aber eine Fixierung des Montageabstandes zwischen Innenkonus und Monolith erreicht werden.
Durch geschickte Ausgestaltung des freien Endes der Innenkonen, entweder radial nach außen oder parallel zum Gehäuse gebogen oder sogar widerhakenartig geformt, lassen sich die unterschiedlichsten Halte-, Fixier-, Isolier- und Ausgleichseigenschaften erreichen, was in der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung erläutert wird.
Die Fig. 1 bis 7 zeigen ausschnittsweise und in schematischer Darstellung Abgaskonverter mit verschiedenen Varianten von polyfunktionalen Faserdichtringen, wobei je nach Ausgestaltung unterschiedliche Aufgaben erfüllt werden.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform. Ein katalytisch aktiver Monolith 1, beispielsweise ein keramischer Wabenkörper, ist mit Hilfe einer Quellmatte 2 in einem Blechgehäuse 3 gelagert. Das Gehäuse 3 besitzt eingangs- bzw. ausgangsseitig einen Gehäusekonus 4, der innen mit Isoliermaterial 5, z. B. einer Aluminium-Silikat-Fasermatte, wärmegedämmt ist. Zum Schutz der Isoliermatte 5 ist ein metallischer Innenkonus 6 vorgesehen. Dessen freies Ende 7.1 ist zur Versteifung radial nach außen gebogen.
Über das freie Ende 7.1 des Innenkonus 6 ist ein in diesem Beispiel aus einem Drahtgestrick bestehender, profilierter Faserdichtring 8.1 gelegt. Dieser Ring 8.1 verhindert, daß das freie Ende 7.1 des Innenkonus 6 das Gehäuse 3 bzw. den Gehäusekonus 4 berührt. Dadurch wird die übertragung der akustischen Energie der Abgasströmung auf Gehäuse 3 und Gehäusekonus 4 stark reduziert. Weiterhin überdeckt der Ring 8.1 den Spalt, der zwischen dem Ende 7.1 des Innenkonus 6 und der Stirnseite des Monolithen 1 eingehalten werden muß. Dadurch werden sowohl die Quellmatte 2 als auch insbesondere die Isoliermatte 5 vor den schädlichen Abgaspulsationen geschützt.
Durch geeignete Wahl des Draht- oder sonstigen Materials für den Ring 8.1 können sowohl Toleranzen bei der Fertigung als auch Wärmedehnungsdifferenzen im Betrieb elastisch aufgefangen und ausgeglichen werden.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform mit einem Faserdichtring 8.2, der zusätzlich vor die Stirnfläche des Monolithen 1 gezogen ist. Auf diese Weise wird eine noch bessere axiale Fixierung des Monolithen 1 in bezug auf das freie Ende 7.1 des Innenkonus 6 erreicht.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform mit einem Faserdichtring 8.3, der den Monolithen 1 nicht nur axial gegen den Innenkonus 6 sondern auch radial gegen das Gehäuse 3 abstützt. Dadurch ist bei dieser Version der Schutz der Quellmatte 2 gegen die Pulsationen der Abgasströmung weiter verbessert.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der das freie Ende 7.2 des Innenkonus 6 parallel zum Gehäuse 3 gebogen ist. Ein Faserdichtring 8.4 fixiert zunächst wieder den Monolithen 1 radial gegen das Gehäuse 3 bzw. den Gehäusekonus 4; dank einer geeigneten Profilierung des Rings 8.4 kann das freie Ende 7.2 des Innenkonus 6 im Ring 8.4 gleiten, ohne den Kontakt zum Ring 8.4 zu verlieren. Dadurch bleibt das freie Ende 7.2 des Innenkonus 6 gehalten und akustisch gegen das Gehäuse 3, 4 isoliert; der Ring 8.4 selbst muß jedoch die thermisch bedingten axialen Ausdehnungsdifferenzen nicht federnd ausgleichen. Dadurch kann er optimal auf die Aufgabe, akustisch zu isolieren und die Pulsationen abzubauen, dimensioniert werden.
Eine Variante hierzu zeigt Fig. 5. Hier ist das freie Ende 7.2 des Innenkonus 6 ebenfalls parallel zum Gehäuse 3 gebogen, übergreift jedoch die Stirnfläche des Monolithen 1. Ein Faserdichtring 8.5 ist um den Monolithen 1 herumgeführt und fixiert diesen radial gegen das Gehäuse 2. Außerdem hält der Ring 8.5 das freie Ende 7.2 des Innenkonus 6, wobei dieses jedoch unter der Wirkung der thermischen axialen Ausdehnungsdifferenzen gegenüber dem Ring 8.5 gleiten kann. Damit bleibt die isolierende Wirkung des Rings 8.5 erhalten.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der das freie Ende 7.3 des Innenkonus 6 zusätzlich widerhakenartig umgebogen ist. Dadurch wird es möglich, einen Faserdichtring 8.6 mit dem Innenkonus 6 bzw. dessen Ende 7.3 mechanisch zu verhaken, um so einem Wandern desselben unter der Einwirkung der Abgaspulsationen mit Sicherheit vorzubeugen.
Fig. 7 schließlich zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Teil eines Faserdichtrings 8.7 zusätzlich vor die Stirnfläche des Monolithen 1 gezogen ist, um so den erforderlichen Abstand zwischen Monolith 1 und Innenkonus 6 sicherzustellen. Ferner ist zur Verbesserung der Dicht- und Haltewirkung zwischen den Faserdichtring 8.7 und das Gehäuse 3 noch eine keramische Dichtschnur 9 eingelegt. Um die Kombination aus Faserdichtring 8.7 und Dichtschnur 9 zusätzlich zu halten, ist das Gehäuse 3 mit einer Sicke 10 versehen.

Claims (12)

1. Abgaskonverter für Brennkraftmaschinen mit einem in einem Blechgehäuse (3) durch eine zusammengepreßte Zwischenlage (2), z. B. eine sogenannte Quellmatte, fixierten, katalytisch beschichteten Monolithen (1), mit wenigstens einem am Gehäuse (3) eingangs- und/oder ausgangsseitig vorgesehenen Gehäusekonus (4), der innen mit Isoliermaterial (5) wärmegedämmt ist, mit wenigstens einem Innenkonus (6), dessen freies Ende (7.1, 7.2, 7.3) im Bereich der Stirnfläche des Monolithen (1) liegt, wobei ein die unterschiedlichen Wärmedehnungen der Bauteile (1...6) ausgleichender Spalt verbleibt, und mit einer Abdeckung (8) dieses Spaltes gegen die Wirkungen der pulsierenden Abgasströme, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (8) als profilierter Faserdichtring (8.1 ... 8.8) ausgebildet ist, der das freie Ende (7.1 ... 7.3) des Innenkonus (6) umgreift und sich gegen das Gehäuse (3) bzw. den Gehäusekonus (4) abstützt.
2. Abgaskonverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserdichtring (8.2, 8.3, 8.5, 8.8) den Monolithen (1) axial fixiert.
3. Abgaskonverter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserdichtring (8.3, 8.4, 8.5, 8.6, 8.7, 8.8) den Monolithen (1) radial fixiert.
4. Abgaskonverter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (7.1) des Innenkonus (6) radial nach außen gebogen ist.
5. Abgaskonverter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (7.2, 7.3) des Innenkonus (6) parallel zum Gehäuse (3) gebogen ist.
6. Abgaskonverter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (7.3) des Innenkonus (6) widerhakenartig gebogen ist.
7. Abgaskonverter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) im Bereich des Faserdichtrings (8.8) eine Haltesicke (10) aufweist.
8. Abgaskonverter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Faserdichtring (8.8) und Gehäuse (3) zusätzlich eine keramische Dichtschnur (9) eingelegt ist.
9. Abgaskonverter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserdichtring (8) aus Metallfasern oder -drähten in Form von Matten, Vlies, Gestrick oder Gewirk besteht.
10. Abgaskonverter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserdichtring (8) aus Keramikfasern in Form von Matten oder Vlies besteht.
11. Abgaskonverter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserdichtring (8) aus Mineralfasern in Form von Matten oder Vlies besteht.
12. Abgaskonverter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserdichtring (8) einen stabilen Kern aus Metall oder Keramik besitzt.
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