DE4009945A1 - Abgaskonverter fuer brennkraftmaschinen - Google Patents
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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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