DE2211522A1 - Catalytic gas purifier - eg for motor vehicle exhaust gases - Google Patents
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Abstract
Description
Vorrichtung zur katalytischen Abgasreinigung, insbesondere für Kraftfahrzeugmotoren Bekanntlich bereitet bei Vorrichtungen zur katalytischen Abgasreinigung, wie sie insbesondere für Kraftfahrzeugmotoren, aber auch andere Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, die Beherrschung unterschiedlicher Wärmeausdehnungen des Katalysatorkörpers und des diesen aufnehmenden Gehäuses aus Metall Schwierigkeiten. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten der als Träger der eigentlichen Katalysatorsubstanz dienenden monolithischen, keramischen Körper und ?on Stahi, wie er für das Gehäuse Verwendung findet, verhalten sich größenordnungsmäßig wie 1 : 10. Berücksichtigt man ferner, daß dex Katalysator-Körper Temperaturen bis größenordnungsmäßig 900° C im Betrieb annehmen kann, so wird ezrsichtlich, daß, sofern nicht zusätzliche Maßnahmen hinsichtlich einer sehr guten thermischen Isolierung getroffen sind, die Metallteile eine orhoblich größere Ausdehnung als der Katalysatorkörper zeigen können. Device for catalytic exhaust gas purification, in particular for motor vehicle engines As is known, prepares in devices for catalytic exhaust gas purification, as they used in particular for motor vehicle engines, but also other internal combustion engines the control of different thermal expansions of the catalyst body and the metal housing housing it difficulties. The coefficient of thermal expansion the monolithic, ceramic, which serves as a carrier for the actual catalyst substance Body and? On steel, as it is used for the housing, behave in terms of magnitude like 1:10. If one also takes into account that the dex catalyst body temperatures up to can assume the order of 900 ° C in operation, it is essential that unless additional measures are taken with regard to very good thermal insulation are taken, the metal parts have a considerably larger expansion than the catalyst body be able to show.
Selbst wenn man also dafür sorgt, daß bei niedrigen Temperaturen das Gehäuse den katalysatorkörper relativ fest hält, wird diese Halterung doch bei hohen Betriebstemperaturen in unzulässiger Weise locker, so daß, insbesondere bei Verwendung der Vorrichtung in einem Fahrzeug, der Katalysatorkörper durch Erschütterungen beschädigt oder zerstört werden kann.So even if you make sure that at low temperatures that Housing holds the catalyst body relatively firmly, but this bracket is at high Operating temperatures loosely in an unacceptable manner, so that, especially when using the device in a vehicle that damages the catalytic converter body due to vibrations or can be destroyed.
Aus der DAS 1 476 507, 14 k, 3/10, ist daher bereits eine Vorrichtung zur katalytischen Abgasreinigung mit zumindest einem Katalysatorkörper, einem diesen unter Zwischenfügung einer wärmeisolierenden Schicht umgebenden zylindrischen Gehäusemantel sowie Federmitteln zum Ausgleich der Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Katalysatorkörper und Gehäusemantel bekannt geworden. Die Federmittel, die bei der bekannten Vorrichtung den Katalysatorkörper federnd unter Vorspannung innerkalb des Gehäusemantels h@lton sollsn; sind hier als zwischen Gehäusemantel und Katalysatorkörper angeordnete Drahtgestricke oder gewellte Teile ausgeführt und sollen außber zur Absorption mechanischer Stöße auch zum Ausgleich dr Unterschiede in den Wärmeausdehnungskoeffizi zienten der Gehäusewand und des keramischen Katalysatorkörpers dienen.From DAS 1 476 507, 14 k, 3/10, there is therefore already a device for catalytic exhaust gas cleaning with at least one catalyst body, one of these with the interposition of a heat-insulating layer surrounding the cylindrical housing jacket and spring means to compensate for the differences in the thermal expansion coefficients of the catalyst body and housing shell has become known. The spring means that the known device, the catalyst body resiliently under tension within calf of the housing jacket h @ lton sollsn; are here as between the housing shell and the catalyst body arranged knitted wire mesh or corrugated parts and should also be used Absorption of mechanical shocks also compensates for the differences in the coefficient of thermal expansion serve the housing wall and the ceramic catalyst body.
Die Erfindung geht ebenfa.lls von dem Prinzip der federnden Halterung des Katalysatorkörpers aus, benuizt hierfür jedoch dadurch den ohnehin vorhandenen Gehäusemantel selbst, daß erfindungsgemäß der Gehäusemantel zumindest einen zumindest ungefähr parallel zu seiner Achse verlaufen@ den Spalt aufweist, der durch einen mit dem Gehäusemantel im Bereich beider Spalträndern verbunden, auf Zug beanspruchten Federbügel solcher Dimensionierung überbrückt ist, daß der Katalysatorkörper bei allen auftretenden Temperaturen unter Vorspannung steht.The invention is also based on the principle of the resilient mounting of the catalyst body, but thereby uses the already existing ones Housing shell itself that according to the invention the housing shell at least one run approximately parallel to its axis @ has the gap, which is through a connected to the housing jacket in the area of both gap edges, subjected to tensile stress Spring clip such dimensioning is bridged that the catalyst body in all occurring Temperatures is under tension.
Während bei der bekannten Vorrichtung also der Gehäusemantel eine starre Einheit bildet und zwischen ihm und dem Katalysatorkörper - außer der unmittelbar auf dem Umfang des Katalysatorkörpers liegenden wärmeisolierenden Schicht, beispielsweise aus Aluminiumsilikat - zusätzliche Federmittel vorhanden sind, zeichnet sich die E-findung dadurch aus, daß der Gehäusemantel selbst den Katalysatorkörper einschließlich der Zwischenschicht fe dernd umschließend -ausgebildet ist. Im Hinblick darauf, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäusematerials erheblich größer ist als derjenige des Katalysatorkörpers, wird man die durch die erfindungsgemäße Gehäuseausbildung erzielte Vorspannung, also letztlich diejenige Kraft, mit der der Gehäusemantel auf den Katalysatorkörper drückt, so wählen, daß bei der höchsten zu erwartenden Temperatur der Gehäusemantel immer noch fest auf dem Katalysatorkörper aufliegt Da infolge des Vorsehens des Federbügels, der im Quer schnitt etwa die Form eines Oriega haben und sich über die gesamte axiale Länge des Gehäusemantels erstrecken kann, die Gefahr des Auftretens von Verformungen der darunter liegenden Schicht und, sofern diese relativ dünn ist, von Beschädigungen des Katalysatorkörpers gegeben ist, wird man zweckmäßigerweise unter dem Spalt im Gehäusemantel ein über den Umfang nicht geschlossenes Blech vorsehen. Gegebenenfalls genügt ein Blechstreifen; man kann das Blech jedoch soweit um deu mit der wärmeisolierenden Schicht versehenen Katalysatorkörper herumziehen, daß seine Kauten sich unter Wahrung eines Spalis gegenüberstehen oder sich überlappen, so daß auch im Blech die erforderliche Elastizität gewahrt ist. Auch das Elech selbst kann unter Vorspannung auf den mit der wärmeisolierenden Zwischens@ @cht versehenen Katalysatorkörper aufgebracht werden Das Vorsehen dieser Zwischenschicht bietet den ltorteil, daß sowohl fiir das Blech als auch für den Gehäusemantel ein thermisch nur mäßig beanspruchbares Material Verwendung finden kann. Auch gegen chemische Reaktionen ist das Metall durch die Zwischenschicht geschützt, die in an sich bekannter Weise die Poren im Katalysatorkörper schließend ausgebildet sein karni.While in the known device so the housing jacket a rigid unit forms and between it and the catalyst body - except for the immediate on the circumference of the catalyst body lying heat-insulating layer, for example made of aluminum silicate - additional spring means are available, which stands out E-invention in that the housing shell itself including the catalyst body the intermediate layer is formed so that it encloses the spring. In view of, that the coefficient of thermal expansion of the housing material is significantly greater than that of the catalyst body, one becomes that due to the housing design according to the invention achieved bias, so ultimately that force with which the housing jacket presses on the catalyst body, select so that at the highest to be expected Temperature of the housing shell still rests firmly on the catalyst body As a result of the provision of the spring clip, which cut roughly the shape of a cross Oriega have and extend over the entire axial length of the housing jacket can, the risk of the occurrence of deformation of the underlying layer and, if it is relatively thin, there is damage to the catalyst body is, you will expediently under the gap in the housing jacket over the circumference Provide a sheet that is not closed. A sheet metal strip may be sufficient; man However, the sheet metal can so far as to deu with the heat-insulating layer provided Drag the catalyst body around so that its chewing is maintained while maintaining a Spalis face each other or overlap, so that the required elasticity in the sheet metal is preserved. The Elech itself can also be placed under tension on the one with the heat-insulating The provision of these Intermediate layer provides the ltorteil that both for the sheet metal and for the Housing jacket find a material that can only be thermally stressed moderately can. The metal is also protected against chemical reactions by the intermediate layer, which, in a manner known per se, closes the pores in the catalyst body his karni.
Es ist dengemäß möglich, den Gehäusemantel wahlweise aus einem Stahl, der in gewissen Bereichen hitzebeständig sein muß, oder völlig aus Federstahl auszubilden. Wählt man als Material für den gesamten Gehäusemantel Federstahl, so kann man den Federbügel aus einem Stück mit dem eigentlichen Gehäusemantel fertigen. Andernfalls wird man dem Gehäusemantel aus eine hitzebeständigen Stahl unter Wahrung des erwähnten Spa.lts herstellen und den Federbügel in diesen Spalt einfügen oder auf die Randbereiche des Spalts aufsetzen; die Verbindung kann beispielsweise durch Schweißen hergestellt werde.It is therefore possible to choose between the housing shell made of a steel, which must be heat-resistant in certain areas, or be made entirely of spring steel. If you choose spring steel as the material for the entire housing shell, you can use the Manufacture the spring clip from one piece with the actual housing shell. Otherwise If the housing jacket is made of a heat-resistant steel while maintaining the aforementioned Make Spa.lts and insert the spring clip in this gap or on the edge areas of the gap put on; the connection can be made, for example, by welding will.
Den Gehäusemantel und den Federbügel wird man stirnsei.-tig mit gasdichten Kappen versehen. Dabei kann die Form des Federbügels in diese in der Regel kegelförmigen Kap pen einlaufen,und zwar unter gleichzeitiger Verringerung des Querschnitts des Federbügels im Bereich der Gehäusekapen.The housing jacket and the spring clip are made gas-tight on the front side Caps. The shape of the spring clip can usually be conical in this The caps are shrinking while reducing them at the same time of Cross section of the spring clip in the area of the housing caps.
Die bisher beschriebenen Einzelheiten der Erfindung galten der Halterung des Katalysatorkörpers vom Umfang her. Es kann zweckmäßig sein, den Katalysatorkörper durch stirnseitig auf ihm aufliegende Metallteile in Achsrichtung zu stützen. Sind diese Metallteile verbunden mit den übrigen Teilen des Gehäuses, so wird bei höheren Temperaturen, wie sie im Betrieb der Vorrichtung auftreten, der Kontakt zwischen diesen Teilen einerseits und den Oberflächen des Katalysatorkörpers andererseits infolge der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten aufgehoben werden. Dies bedeutet jedoch keinen Nachteil, da nach wie vor der Katalysatorkörper ni.cht frei sich bei Erschütterungen bewegen kann, sondern durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Gehäusemantels gehalten ist. Die stirnseitig aufliegenden Metallteile dienen also mehr der einmaligen Ausrichtung des Katalysatorkörpers als seiner dauernden Halterung.The details of the invention described so far applied to the bracket of the catalyst body in terms of its size. It can be useful to use the catalyst body to be supported in the axial direction by metal parts resting on it at the front. Are these metal parts are connected to the remaining parts of the housing, so will at higher Temperatures, as they occur in the operation of the device, the contact between these parts on the one hand and the surfaces of the catalyst body on the other hand due to the different expansion coefficients are canceled. this means no disadvantage, however, since the catalyst body is still not free Can move vibrations, but by the inventive design of the Housing jacket is held. The metal parts resting on the face are therefore used more the one-time alignment of the catalyst body than its permanent support.
im einzelnen können diese Metallteile die Form in eine Abgasleitung, in deren Zuge die Vorrichtung angeordnet ist, einmündender Trichter besitzen.in detail, these metal parts can be shaped into an exhaust pipe, in the course of which the device is arranged, have a confluent funnel.
Die Figuren 1 und 2 zeigen im Quer- und im Längsschnitt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, während Figur 3 eine Einzelheit einer weiteren Ausbildung d.er Erfindung wiedergibt.Figures 1 and 2 show an embodiment in cross section and in longitudinal section of the device according to the invention, while FIG. 3 shows a detail of another Education d.er invention reproduces.
Der in an sich bekannter und daher hier nicht im einzelnen zu beschreibender Weise ausgebildete Katalysatorkörper 1 trägt unmittelbar die wärmeisolierende Zwischenschicht 2, beispielsweise eine Fiberfrax-Matte, dei ihrerseits von dem Blech 3 umgeben ist. Wie der Querschnitt nach Figur 1 zeigt, umschließt das Blech 3 den Katalysatorkörper 1 mit der aufgebrachten wärmeisolierenden Sohicht 2 nicht vollständig, sondern unter Belassung des Spalts 4, der sich bei allen vorkommenden Temperaturen nicht schließen kann. Im Querschnittsbild nach Figur 1 wird die Vorrichtung vervollständigt durch den Gehäusemantel 5, der in diesem Ausführungsbeispiel aus einem wärmebeatändigen Stahl besteht und ebenfalls einen sich im wesentlichen in Richtung der Achse 6 der Vorrichtung erstreckenden Spalt 7 aufweist. Auch dieser Spalt ist so groß gewählt, daß bei allen auftretenden Temperaturen die beiden den Spalt begrenzenden Kanten 8 und 9 des Gehäusernantels 5 nicht zur Auflage aneinander kommen können.The one which is known per se and therefore cannot be described in detail here Way formed catalyst body 1 directly carries the heat insulating Intermediate layer 2, for example a Fiberfrax mat, in turn from the sheet metal 3 is surrounded. As the cross section of Figure 1 shows, the sheet 3 encloses the Catalyst body 1 with the applied heat-insulating layer 2 not completely, but leaving the gap 4, which is at all occurring temperatures can not close. The device is completed in the cross-sectional image according to FIG through the housing jacket 5, which in this embodiment consists of a heat resistant Steel consists and also a substantially in the direction of the axis 6 of the Has device extending gap 7. This gap is also chosen so large that that at all temperatures occurring the two edges delimiting the gap 8 and 9 of the housing shell 5 can not come to rest on each other.
Wie insbesondere Figur 1 erkennen läßt, ist in diesen Spalt 7 der Federbügel 10 eingesetzt, der im Querschnitt etwa die Form eines Omega besitzt und sich in diesem Ausfiihrungsbeispiel über die gesamte Länge des Gehäusemantels 5 erstreckt. Damit bilden die Teile 5 und 10 ein geschlossenes, gegen Abgase dichtendes Gehäuse.As can be seen in particular in Figure 1, is in this gap 7 of Spring clip 10 is used, which has approximately the shape of an omega in cross section and in this exemplary embodiment over the entire length of the housing jacket 5 extends. Thus, the parts 5 and 10 form a closed, sealing against exhaust gases Casing.
Während in dem Ausführungsbeipiel nach den Figuren 1 und 2 der aus Federstahl bestehende Federbügel 10 in den Spalt 7 des Gehäusemantels 5 unmittelbar eingesetzt ist, zeichnet sich die Ausführungsform nach Figur 3 diesbezüglich dadurch aus, daß die Schenkel 20 und 21 des hier mit 22 bezeichneten Federbiigels auf die dem Spalt 23 im Gehäusemantel 24 benachbarten Bereiche 26 und 27 desselben aufgesetzt und dort beispielsweise angeschweißt sind.While in the exemplary embodiment according to Figures 1 and 2 of Spring steel existing spring clip 10 in the gap 7 of the housing shell 5 directly is used, the embodiment of Figure 3 is characterized in this regard from that the legs 20 and 21 of the spring clip, here designated 22 on the the gap 23 in the housing jacket 24 adjacent areas 26 and 27 of the same placed and are welded there, for example.
Entsprechende Schweißstellen finden sich bei. 11 und 12 auch in dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2.Corresponding welds can be found at. 11 and 12 also in that Embodiment according to FIGS. 1 and 2.
Betrachtet man nun Figur 2, so setzt sich die Form dc-Federbügels 10 bei 13 und 14 fort in Kappen 15 und 16, die konisch in das Abgasrohr 17 auslaufen, in dessen Zuge die erfindungsgemäße Vorrichtung angeordnet ist. Beispielsweise bandelt es sich hierbei um das Auspuffrohr der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges oder eines anderen Fahrzeuges.If one now looks at FIG. 2, the shape of the dc spring clip continues 10 at 13 and 14 continue in caps 15 and 16 which taper off into the exhaust pipe 17, in the course of which the device according to the invention is arranged. For example, bandelt this is the exhaust pipe of the internal combustion engine of a motor vehicle or another vehicle.
Zur Halterung des Katalysatorkörpers 1 in Richtung der Achse 6 dienen die beiden trichterförmigen Einsätze 18 und 19, die praktisch die Fortsetzung des etwa rohrförmigen Bleches 3 darstellen und sich mit ihren Flächen 20 und 21 bei niedrigen Temperaturen auf äußere Bereiche der jeweils zugekehrten Stirnfläche des Katalysatorkörpcrs 1 auflegen. Wie im unteren Teil der Figur 2 erkennbar, können, da die Teile 5, 10, 15 und 16 ein gasdichtes Gehause bilden, die trichterförmigen Kappen 18 und 19 auch aus gekochtem Material bestehen. Sie sind im Ubrigen in dem Abgasrohr 17 geführt und können infolge der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der das Gehäuse bildenden Teile einerseits und des Katalysatormaterials andererseits aueh bei starkem Temperaturwechsel keine Beschädigungen des Katalysatorkörpers 1 durch Druck hervorrufen.Serve to hold the catalyst body 1 in the direction of the axis 6 the two funnel-shaped inserts 18 and 19, which are practically the continuation of the represent approximately tubular sheet 3 and with their surfaces 20 and 21 at low temperatures on the outer areas of the facing face of the Put on the catalyst body 1. As can be seen in the lower part of Figure 2, since the parts 5, 10, 15 and 16 form a gas-tight housing, the funnel-shaped Caps 18 and 19 are also made of cooked material. You are in that for the rest Exhaust pipe 17 out and can as a result of the different thermal expansions the parts forming the housing on the one hand and the catalyst material on the other No damage to the catalytic converter body 1 even in the event of a sharp change in temperature evoke by pressure.
Die Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt zweckmäßigerweise so, daß zunächst der Gehäusemantel nebst Federbügel nur auf einer Seite mit der Kappe, beispielsweise der Kappe 15, versehen und die so gebildete Teilvorrichtung auf den Seite der angeschweißten Kappe abgedichtet wird. Auf der gegenüberliegenden Seite des Gehäusemantels erfolgt dann über geeignete Dichtungen der Anschluß des Innenraumes des so gebildeten Teilgehäuses an eine Druckkammer, in der sich die bereits fertig zusammengefügten übrigen Teile der Vorrichtung befinden.The assembly of the device according to the invention is expedient so that initially the housing shell together with the spring clip only on one side with the Cap, for example the cap 15, provided and the dividing device thus formed on the side of the welded cap is sealed. On the opposite side of the housing shell is then made using suitable seals the connection of the interior of the partial housing formed in this way to a pressure chamber, in which the already assembled remaining parts of the device are located.
Durch Erzeugen von Überdruck in der Druckkammer und damit in dein vorbereiteten Gehäuse wird dieses so weit aufgeweitet, daß die in der Druckkammer bereits enthaltenen inneren Bestandteile der Vorrichtung in das aufgeweitete Gehäuse eingeschoben werden können. Bei Reduzierung des Druckes in der Druckkammer umschließt dann der Gehäusemantel federnd den Katalysatorkörper, worauf die andere Kappe auf den Gehäusemantel aufgesetzt wird.By creating overpressure in the pressure chamber and thus in your prepared housing, this is expanded so far that the pressure chamber already contained internal components of the device in the expanded housing can be inserted. When the pressure is reduced in the pressure chamber it encloses Then the housing jacket resiliently touches the catalyst body, whereupon the other cap is on the housing jacket is put on.
Unter einem zylindrischen Gehäusemantel im Sinne der Erfindung ist auch ein im Querschnitt ovaler zu. verstehen.Under a cylindrical housing jacket within the meaning of the invention also an oval cross-section too. to understand.
Auch bei im Querschnitt mehreckigen, z. B. viereckigen, Gehäuse@änteln, läßt sich die Erfindung anwenden, jedoch müssen dann mehrere Federbügel, vorzugsweise zwischen je zwei Querschnittsecken oder auf solchen Ecken im Federbügel, eingesetzt worden.Even with polygonal cross-section, z. B. square, housing @ anteln, the invention can be used, but then several spring clips, preferably between two cross-sectional corners or on such corners in the spring clip been.
abgedichtet wird. Auf der gegenüberliegenden Seite des Gehäusemantels erfolgt dann über geeigncte Dichtungen der Anschluß des Innenraumes des so gebildeten Teilgehäues an eii.e Druckkammer, in der sich die bereits fertig zusammengefügten übrigen Teile der Vorrichtung befinden.is sealed. On the opposite side of the housing shell Then the connection of the interior of the so formed takes place via suitable seals Partial housing to eii.e pressure chamber in which the already assembled other parts of the device are located.
Durch Erzeugen von Überdruck in der Druckkammer und damit in den vorbereiteten Gehäuse wird dieses so areit aufgeweitet, daß die in der Druckkammer bereits, exjthaltenen inneren Festandteile der V Vorrichtung in das aufgeweitete Gehäuse eingeschoben werden können. Bei Reduzierung des Druckes in der Druckkammer umschließt dann der Gehäusemantel federnd den Katalysatorkörper, worauf die andere Kappe auf den Gehäusemantel aufgesetzt wird.By generating overpressure in the pressure chamber and thus in the prepared The housing is widened in such a way that the elements in the pressure chamber are already retained inner fixed parts of the V device pushed into the expanded housing can be. When the pressure in the pressure chamber is reduced, the Housing jacket resiliently the catalyst body, whereupon the other cap on the housing jacket is put on.
Unter einem zylindrischen Gehäusemantel im Sinne der Erfindung ist auch ein im Querschnitt ovaler zu verstehen.Under a cylindrical housing jacket within the meaning of the invention also to be understood as an oval cross-section.
Auch bei im Querschnitt mehreckigen, z. B. viereckigen, Gehäuse @@@@@@@ läßt sich die Erfindung anwenden, jedoch müssen dann mehrere Federbügel, vorzugsweise zwischen je zwei Querschnittsecken oder auf solchen Ecken im Federbügel, eingesetzt werden.Even with polygonal cross-section, z. B. square, housing @@@@@@@ the invention can be used, but then several spring clips, preferably between two cross-sectional corners or on such corners in the spring clip will.
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