DE4322526A1 - Brennkraftmaschine mit Katalysator im Auslaßkanal - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem im Auslaßkanal des Zylinderkopfes angeordneten Abgaskata­ lysator, der aus einem eine Vielzahl von Gaskanälen auf­ weisenden Trägerkörper für die katalytische Schicht sowie einem umgebenden Mantel besteht.

Beispielsweise aus der DE 40 38 169 C2 ist es bekannt, einen Abgaskatalysator im Auslaßkanal eines Brennkraftma­ schinen-Zylinderkopfes anzuordnen. Bei dieser bekannten Anordnung ist der Katalysator als Patronenelement ausge­ bildet, und in den als entsprechende Aufnahme gestalteten Auslaßkanal eingesteckt. Aufgrund von Fertigungstoleran­ zen aber auch wegen der auftretenden Wärmedehnungen sind Verbesserungen bei der Befestigung von Abgaskatalysatoren in Brennkraftmaschinen-Auslaßkanälen wünschenswert, die aufzuzeigen sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe gestellt hat.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß der Mantel zumindest einen Flansch aufweist, der gemeinsam mit einem Abgasrohr am Zylinderkopf befestigt ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist ein Halter für den Trägerkörper vor­ gesehen, der seinerseits beispielsweise durch Verschrau­ ben am Zylinderkopf befestigt wird. Erfindungsgemäß wird dieser flanschartig ausgebildete Halter gemeinsam mit ei­ nem Abgasrohr, das insbesondere als Abgassammelrohr für die mehreren in Reihe angeordneten Zylinder ausgebildet ist, am Zylinderkopf befestigt. Der Halter-Flansch wird somit neben einer Dichtung zusammen mit dem Abgasrohr an den Zylinderkopf angeflanscht bzw. angeschraubt oder in geeigneter Weise mit der Dichtung verbunden; bei ent­ sprechender Ausbildung des Halter-Flansches kann dieser gleichzeitig die Funktion eines dann nicht mehr separat erforderlichen Dichtelementes übernehmen.

Neben dem Flansch, der in geeigneter Weise am Mantel des Trägerkörpers befestigt und insbesondere mit diesem ver­ schweißt ist, kann bei der gemeinsamen Montage zwischen dem Zylinderkopf sowie dem Abgasrohr noch ein geeignet ausgebildetes Zwischenstück montiert werden, in das der katalytisch beschichtete Trägerkörper zumindest teilweise hineinragt. Im Bereich dieses Zwischenstückes, in dem sich der Auslaßkanal mit vergrößertem Durchmesser fort­ setzt aber auch innerhalb des Abgasrohres selbst, kann der Halter-Flansch am Mantel des Abgaskatalysators befe­ stigt und hierzu L-förmig ausgebildet sein. Aufgrund der beschriebenen Halterung ist es möglich, den Trägerkörper quasi freifliegend im Auslaßkanal anzuordnen oder allen­ falls an einer weiteren Stelle im Auslaßkanal abzu­ stützen, so daß der Mantel über einen weiten Oberflächen­ bereich unter Bildung eines Luftspaltes von der Wand des Auslaßkanales beabstandet ist. Dieser Luftspalt stellt sicher, daß anschließend an einen Kaltstart der Brenn­ kraftmaschine der Abgaskatalysator binnen kürzester Zeit seine Anspring- bzw. Betriebstemperatur erreicht, ohne während der Warmlaufphase allzu intensiv vom Brennkraft­ maschinen-Zylinderkopf bzw. vom darin geführten Kühlmit­ telkreislauf gekühlt zu werden. Zur Abstützung des Kata­ lysator-Mantels in dem dem Abgasrohr gegenüberliegenden Endbereich kann ein entsprechend ausgebildeter Stütz­ flansch vorgesehen sein, der zumindest bei betriebswarmem Katalysator an der Wand des Auslaßkanales aufliegt. Bei kaltem Abgaskatalysator bzw. Trägerkörper hingegen kann auch dieser Stützflansch von der Wand des Auslaßkanales beabstandet sein, um unnötige Wärmeverluste in der Auf­ heizphase des Abgaskatalysators zu verhindern. Mit zuneh­ mender Erwärmung des Abgaskatalysators dehnt sich nämlich der Trägerkörper und damit auch der Stützflansch bzw. der Mantel des Katalysators aus und kommt schließlich an der Kanalwand des Zylinderkopfes zum Anliegen.

Anhand einer Schnittdarstellung wird im folgenden ein be­ vorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläu­ tert.

Mit der Bezugsziffer 1 ist der Auslaßkanal einer Brenn­ kraftmaschine bezeichnet, in dem ein Abgaskatalysator 2 angeordnet ist. Dieser Abgaskatalysator 2 besitzt einen eine Vielzahl von katalytisch beschichteten Gaskanälen aufweisenden Trägerkörper 2a, der von einem Mantel 2b um­ geben ist. Im Bereich außerhalb des Auslaßkanales 1 ist am Mantel 2b ein Flansch 3 befestigt, der der Aufhängung des Katalysators 2 dient. Dieser Flansch 3 ist gemeinsam mit einem sich an den Auslaßkanal 1 anschließenden Abgas­ rohr 4 oder einem entsprechend gestalteten Zwischenstück am Zylinderkopf 5 verschraubt. Hierzu weist das Abgasrohr 4 bzw. ein entsprechend gestaltetes Zwischenstück, an das sich wiederum das Abgasrohr anschließt, eine geeignete Schraubendurchgangsbohrung 6 auf, die sich in einem mit einem Gewinde versehenen Sackloch 7 im Zylinderkopf 5 fortsetzt. Der Flansch 3 kann dabei im Bereich zwischen dem Abgasrohr 4 sowie dem Zylinderkopf 5 gleichzeitig die Funktion der dort erforderlichen Dichtung übernehmen bzw. als Metalldichtung ausgebildet sein, auf die eine Weich­ stoffdichtung - wie bekannt - aufgelegt ist. Alternativ kann der Flansch 3 aber auch an einem üblichen Dichtele­ ment, das stets zwischen Abgasrohr 4 und Zylinderkopf 5 vorgesehen wird, befestigt sein. Hierfür können ebenso wie im Befestigungsbereich zwischen dem Flansch 3 sowie dem Mantel 2b verschiedene Befestigungstechniken zum Ein­ satz kommen. Möglich ist beispielsweise eine Schweißver­ bindung, daneben können aber auch formschlüssige Verbin­ dungstechniken, beispielsweise Umbördeln, gewählt werden.

Am der Befestigungsstelle des Flansches 3 am Mantel 2b gegenüberliegenden Ende des Mantels 2b ist ein Stütz­ flansch 8 vorgesehen, mit dem sich der Mantel zumindest im betriebswarmen Zustand des Abgaskatalysators 2 an der Wand des Auslaßkanales 1 abstützt. Dieser Flansch 8 kann beispielsweise auch durch eine Sicke gebildet sein oder durch Aufweiten hergestellt werden. Kühlt sich hingegen der Abgaskatalysator 2 bei Stillstand der Brennkraftma­ schine ab, so wird auch der Mantel 2b geringfügig schrumpfen und danach in diesem Abstützbereich von der Wand des Auslaßkanales 1 beabstandet sein. Dies ist äußerst vorteilhaft, da auf diese Weise unerwünschte Wär­ meverluste des Abgaskatalysators während der Warmlauf­ phase der Brennkraftmaschine vermieden werden. In dieser Warmlaufphase soll nämlich der Abgaskatalysator 2 mög­ lichst schnell seine Betriebstemperatur erreichen. Mit Erreichen derselben hat sich der Trägerkörper 2a bzw. der Mantel 2b aufgrund von Wärmedehnung so weit ausgedehnt, daß nunmehr der Stützflansch 8 auf der Wand des Auslaßka­ nales 1 anliegt, so daß der Abgaskatalysator 2 sicher im Auslaßkanal 1 gelagert ist. Dann wird die überschüssige Wärmemenge aus dem Abgaskatalysator 2 sowohl über den Mantel 2b im Wege der Wärmeleitung als auch über den Luftspalt 9 im Wege der Wärmestrahlung an den Zylinder­ kopf 5 und somit an den im Zylinderkopf geführten Kühl­ wasserkreislauf 10 abgegeben.

Indem ein Teil des Trägerkörpers 2a in den Kanal des Ab­ gasrohres 4 hineinragt, wird der zur Verfügung stehende Bauraum optimal ausgenutzt. Durch die möglichst nahe An­ ordnung des Katalysators 2 an der Verbrennungsquelle wird in Kombination mit dem isolierenden Luftspalt 9 die An­ springtemperatur und somit eine optimale Abgasreinigung frühzeitig nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine erreicht. Gleichzeitig wird durch Gewährleistung einer ausreichend hohen Wärmeabfuhr die thermische Belastung des Abgaskatalysators 2 gering gehalten, so daß keine übermäßige Alterung festzustellen ist. Auch erlaubt die gezeigte Konstruktion nicht nur eine einfache Montage, sondern hält darüber hinaus die mechanischen Belastungen in vertretbaren Grenzen und ermöglicht darüber hinaus einen kostengünstigen Austausch bei möglichen Defekten. Dabei können Details insbesondere konstruktiver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel ge­ staltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu ver­ lassen.

Claims (5)

1. Brennkraftmaschine mit einem im Auslaßkanal (1) des Zylinderkopfes (5) angeordneten Abgaskatalysator (2), der aus einem eine Vielzahl von Gaskanälen auf­ weisenden Trägerkörper (2a) für die katalytische Schicht sowie einem umgebenden Mantel (2b) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2b) zumin­ dest einen Flansch (3) aufweist, der gemeinsam mit einem Abgasrohr (4) am Zylinderkopf (5) befestigt ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (3) L-förmig ausgebildet und mit seinem Schenkel in das Abgasrohr (4) oder ein Zwischenstück hineinragend am Mantel (2b) angebunden, insbesondere verschweißt ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2b) über weiten Oberflächenbereichen unter Bildung eines Luftspaltes (9) von der Wand des Auslaßkanales (2) beabstandet ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Mantel (2b) im dem Abgasrohr (4) gegenüberliegenden Endbereich über einen Stützflansch (8) an der Wand des Auslaßkanales (1) abstützt.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützflansch (8) bei kaltem Trägerkörper (2a) von der Wand des Auslaßka­ nales (1) beabstandet ist.